毕业设计（论文）-文献综述单口盒冲压连续模设计.doc

文献综述关于冷冲模发展前景的文献综述摘要：模具是机械制造业中技术先进、影响深远的重要工艺装备,具有生产效率高、材料利用率高、制件质量优良、工艺适应性好等特点,冲压广泛应用于金属制品行业中，尤其在汽车、仪表、军工、家电等工业中占有极其重要的地位。本文将着重讨论冷冲模的发展前景。关键词：冲压；发展；前景引言模具工业在装备制造业中的地位与作用是众所周知的，模具工业技术水平的高低已经成为衡量一个国家制造业水平的重要标志。模具技术集合了机械、电子、化学、材料、计算机、精密监测和信息网络等诸多学科知识。模具技术的发展体现了高技术的特点，模具制造业已经成为与高新技术产业互为依托的产业。用模具制造的零件表现出来的高效率、高精度、高复杂性、低消耗和低成本是任何其他加工方法无法比拟的。我国汽车、家电产业的发展和电子信息等高新技术产业的快速发展，促进了模具工业的发展，给模具行业的发展提供了可靠的宏观支持，带动了模具技术的发展与提高1。今天技术的进步带来产品的不断更新，尤其是信息技术的高速发展，产品更新更加迅速，这对冷冲压行业提供了前所未有的发展机遇，但我国现有冲压行业的整体水平不高，与发达国家仍有一定差距。然而，与国际先进水平相比，中国的冷冲压行业的差距不仅表现在精度差距大、交货周期长等方面，模具寿命也只有国际先进水平的50% 左右，大型、精密、技术含量高的轿车覆盖件冲压模具和精密冲裁模具，每年都需要花费大量资金进口2。由于冲压工艺具有生产率、生产成本低、材料利用率高、能成形复杂零件、适合大批量生产等优点，在某些领域已取代机械加工，并正逐步扩大其应用范围。据国际生产技术协会预测，到本世纪中，机械零部件中60%的粗加工、80%的精加工要由模具来完成。因此，冲压技术对发展生产、增加效益、更新产品等方面具有重要作用3。冲压行业的现状从制造角度来看, 模具制造技术大致可分为五个发展阶段：手工操作阶段、手工操作加机械化阶段、数字控制阶段、计算机化阶段和CAD/CAE/CAM信息网络技术一体化阶段。我国目前主要以数字控制阶段为主。就冲模的类型与结构而言,目前国内在定型的机电产品生产中, 至今仍然是单工序冲模多,复合模与多工位连续模、复合模占的比例很小,多工位连续模则更少见。近年来在仪表行业的调研统计表明:在较先进、经营形势良好的企业中, 按冲模分类具有套数比,只能达到:单工序模:复合模:多工位连续模=5.5: 3:1.5 , 沿海乡镇企业仅为: 7.2: 2: 0.8。内地的绝大多数企业只用单工序模, 多数为没有模架的敞开模。冲模设计方面的另一个重大问题是标准化问题。国内1984年实施全国有史以来第一个冷冲模国家标准-GB2851-285-81。这个标准的局限性很大,除开关电器、汽车拖拉机行业外,对诸如电子、精密机械、仪表、兵器、航空等行业使用性较差,且错误较多。虽然在1990年修订过一次,仍然存在问题。因而,我们应当努力去推动模具行业的标准化,为模具的行业的标准化进一步推广作出更大的贡献4。从设计角度看，随着计算机技术的发展和普及，冲压模具也基本实现了计算机化，其中有代表性的是计算机辅助设计( CAD )、计算机辅助制造( CAM )和计算机辅助工程( CAE )。在计算机辅助设计方面, 如今的国内冲压模具企业几乎全部甩掉了传统的绘图板，摒弃了落后的手工绘图方式。使用最多的是由美国Autodesk公司出品的AutoCAD 软件，有些企业还在AutoCAD平台上进行了二次开发( 如深圳某台资公司在AutoCAD R13 基础上进行专项开发, 形成了由十二块模板组成的系列冲压模具)，形成了具有自己特色的、针对性非常强的冲压模CAD 软件; 也有许多企业使用国产的AutoCAD产品( 如开目CAD、CAXA 等等5 ) 。可是, 绝大多数企业几乎都是利用上述软件，从事模具二维装配或零件图的绘制。部分大型模具企业也引进了SS - DIE (冲裁模设计大师) 等专业冲裁模设计软件, 从事冲裁模具的优化设计, 既可减少重复设计工作量，又可加快模具设计速度、有效缩短冲压模具的设计制造周期。随着技术的进步, 冲压模具三维设计工作逐步兴起, 文献5- 8 报道: 国内模具企业陆续开始使用Un igraphics、Pro /Eng ineer、Cmi atron、CAT IA、I- DEAS、Euclid、Power- SHAPE 等国际先进的、多功能软件设计冲压模具, 特别是利用这些软件进行三维实体造型设计和部件干涉检查，以期能够及早发现设计存在的问题和减少试模期间进行的修整。在与国际接轨，引进上述三维设计软件的同时，部分厂家还引进了Autoform、Antiform、C -F low、Dynaform、Optris、Magmasoft 等CAE软件, 在进行冲压模设计时对冲压成形工艺进行有限元模拟分析，以便采取有效措施一次冲压成形轿车覆盖件等大型精密制品9。国内的大学在冲压模具方面做了许多有益的工作:积极开发拥有自主知识产权的、具有中国特色的CAD /CAE /CAM 产品，如吉林大学汽车覆盖件快速成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS 软件，华中科技大学模具技术国家重点实验室开发的汽车覆盖件冲压模具和级进模具CAD /CAE /CAM 软件，上海交通大学模具CAD国家工程研究中心/精冲研究中心分别开发的冷冲模具/精冲模具CAD 软件等。许多大学( 或专门机构) 结合冲压模具的教学和科研工作,积极针对有效使用Unigraphics、P ro /Engineer、C mi atron、SS- DIE 等先进软件开展技能培训,培养了一批又一批的技术能手。许多研究工作者针对这些软件的引进,研究建立冲压模具标准件图库等问题,以进一步提高设计速度。计算机辅助制造( CAM )也是冲压模具生产的重要组成部分,通过共用计算机辅助设计的数据库直接完成冲压模具的数控加工,既提高了效率,又减少了误差。上海大众模具公司就引进了欧洲先进的三维CAM 软件T ebis, 成功应用到模型实体制作、工艺文件编制、数控加工编程、三维尺寸测量等整个模具制造领域,真正实现了三维制造,大幅度提升了模具制造能力, 步入了世界冲压模具工业的前列。汽车覆盖件成形模具是典型的大型、精密、复杂冲压模具, 原来每年都要花费大量外汇从国外引进,但现在一汽模具公司、东汽模具公司、天津汽车模具公司、上海大众模具公司、成飞集成科技股份公司等中国冲压模具业的龙头企业可部分生产此类模具。上海大众模具公司2002年成功设计生产了POLO 轿车10个自制车身零件共47副模具,90%的产品达到了德国大众对汽车模具验收的最佳评分标准,为上海大众汽车公司降低约200万欧元的模具成本9。他们采用目前国际上先进模具厂商流行的CAT IA V4 /V 5设计软件进行模具结构三维实体设计,在设计初期用Autoform 软件,对头道工序的拉深过程进行有限元数值快速模拟,在工艺面初步确定的基础上进一步运用Indeed软件进行冲压成形的精确模拟,精确计算毛坯尺寸和拉深所需的压边力,预测零件拉裂或起皱的可能性,确定防止和控制零件回弹的偏差等10。冷冲模的发展方向模具设计技术的发展方向模具设计是决定模具开发制造能否成功的先决条件。模具设计技术大多依赖个人的经验积累。模具设计长期以来一直依靠人的经验和机械制图来完成。自从20 世纪80年代我国发展模具计算机辅助设计（CAD）技术以来，这项技术已被大家认可，并且得到了越来越快的发展，已在模具制造中显示出了巨大的优越性。90 年代开始发展的模具计算机辅助工程分析（CAE）技术现在也已有许多企业应用，它对缩短模具制造周期及提高模具质量有着显著的作用。一些工业发达国家的模具企业应用CAD技术已从二维设计发展到三维设计，而且三维设计已达70%以上。我国大部分企业还停留在二维设计的水平上，能进行三维设计的企业还不到20%。在国外，CAE软件的应用已较普遍，国内应用还比较少，而且在用于预测零件成形过程中可能发生的缺陷方面，CAE水平还比较低。模具设计技术及CAD 和CAE软件今后应在下列几方面得到发展，不断提高其水平。（1）模具设计资料库和知识库系统。（2）模具工程规划及方案设计。（3）模具材料和标准件的合理选用。（4）模具刚性、强度的设计。（5）冲压模金属成形过程的模拟、起皱及破裂分析、应力应变和回弹分析等。（6）提高设计和分析软件的快速性、智能化和集成化水平，并强化它们的功能，以适应模具的不断发展。除了模具CAD/CAE技术之外，模具工艺设计也非常重要。计算机辅助工艺设计（CAPP）技术已在我国模具企业中开始应用。由于大部分模具都是单件生产，其工艺规程有别于批量生产的产品，因此应用CAPP 技术难度较大，也很难有适应于各类模具和不同模具企业的CAPP软件。为了较好地应用CAPP 技术，模具企业自身必须搞好开发和研究。虽然CAPP技术的应用和推广难度要比CAD和CAE难得多，但这也是一个发展方向，应予重视。基于知识的工程（KBE）技术近年来已越来越受到重视。它是面向现代设计决策自动化的重要工具，已成为促进工程设计智能化的重要途径。K B E 技术作为一种新型的智能设计思想，将对模具的智能、优化设计产生重要的影响11。模具制造技术的发展方向据统计, 我国模具共分10 大类46 小类。模具加工方法主要有精密铸造、金属切削加工、电火花加工(E D M )、电化学加工(E C M )、激光及其他高能波束加工及集两种以上加工方法为一体的复合加工等。用户对模具制造的要求是交货期短、精度高、质量好、价格低。这就给模具加工技术提出了相应的更高的要求, 未来模具的加工在以下几个方面应加大发展的力度:( l) 模具自动加工系统的研制和发展, 目前主要是模具C A M 、D N C、FM S 技术及软件的发展和推广应用。目前众多软件中, 针对模具加工特点而开发的专用软件较少, 针对高速加工的软件也少。适应模具加工特点、具有高水平数控加工能力和后处理程序、有完善的精密加工和高速加工功能、界面友好、简单易学、备有多种数据格式转换功能和能为系统集成准备条件的软件将是发展方向。(2) 加强高速铣削技术、电火花加工技术、快速原型制造和快速制模技术等先进加工方法的进一步发展及其推广应用。模具未来的最大竞争因素是如何快速、高质量地制造出用户所需求的模具。这就必须借助一些先进的加工技术去完成。国外高速加工机床主轴最高转速有的已超过10 0 O00 r/ m in , 快速进给速度可达120耐m in , 换刀时间可提高到l 一2 5。这样就可大幅度提高加工效率, 并可获得R a 毛1林m 的加工表面粗糙度, 可切削H R c 60 以上的高硬度材料, 形成了对电火花成形加工的挑战。但对于H R C 60 以上的高硬材料,E D M 要比H S M成本低, 同时较之铣削加工,E D M 更易实现自动化。复杂、精密小型腔及微细型腔和去除刀痕、完成尖角、窄缝、沟嘈、深坑加工及花纹加工等将是今后E D M 应用的重点。金属模具快速制造技术的目标是直接制造可用于工业化生产的高精度耐久金属硬模。间接法制模的关键技术是开发短流程工艺、减少精度损失、低成本的层积和表面光整技术的集成。R 卫M 技术与R M T 技术的结合, 将是传统快速制模技术进一步深入发展的方向。即M 技术与陶瓷型精密铸造相结合, 为模具型腔精铸成形提供了新途径。应用即M /RM T 技术, 从模具的概念设计到制造完成, 仅为传统加工方法所需时间的1/ 3 和成本的l/4 左右, 因而具有广阔的发展前景。要进一步提高R M T 技术的竞争力, 需要开发加工数据生成更容易、高精度、尺寸及材料限制小的直接快速制造金属模具的方法12。(3) 先进表面处理技术、超精加工、微细加工、研磨抛光和复合加工技术将进一步受到重视。模具发生的许多破坏是从模具的表面开始的, 主要原因是表面处理技术不过关。模具的研磨抛光目前仍以手工为主, 虽然我国己进口了可实现三维曲面模具自动研抛的数控研磨机, 但我国应加大本国自身这方面的研发力度。随着模具向精密化和大型化方向发展, 超精加工、微细加工和集电、化学、超声波、激光等技术综合在一起的复合加工将得到发展。目前超精加工已可稳定达到亚微米级、纳米精度的超精加工技术也已被应用到生产中。电加工、电化学加工、束流加工等多种加工技术己成为微细加工技术中的重要组成部分。国外己有用波长仅0.5n m 的辐射波制造出的纳米级塑料模具13。（4）快速原型制造和快速制模（R P M /R M T）技术将得到更快更好的发展。未来模具的最大竞争因素是如何快速地制造出用户所需求的模具。RPM 技术可直接或间接用于RMT。金属具快速制造技术的目标是直接制造可用于工业化生产的高精度耐久金属硬模。间接法制模的键技术是开发短流程工艺、减少精度损失、实现低成本的层积和表面光整技术的集成。RPM 技术与RMT 技术的结合，将是传统快速制模技术（如中低熔点合金铸造、喷涂、电铸、精铸、层叠、橡胶浇固等）进一步深入发展的方向。R P M 技术与陶瓷型精密铸造相结合，为模具型腔精铸成形提供了新途径。应用RPM/RMT技术，从模具的概念设计到制造完成，仅为传统加工方法所需时间的1/3 和成本的1/4 左右，因而具有广阔的发展前景。要进一步提高RMT技术的竞争力，需要开发加工数据生成更容易、精度高、尺寸及材料限制小的直接快速制造金属模具的方法14。（5）纳米模具技术为微细成型提供了技术支持。纳米技术是在纳米尺度内, 通过对物质反应、传输和转变的控制来实现创造新的材料、器件和充分利用它们的特殊性能。纳米技术最简单的应用是用纳米模具作为生产工具。纳米模具有2 种定义:1、精度及尺寸达到纳米级的模具, 例如纳米碳管、纳米塑料模具。碳纳米管是中空的碳纤维, 直径在几纳米到几十个纳米之间, 长度为数毫米, 甚至数微米。纳米级塑料模具由日本住友电工公司研制成功, 该模具可生产精度达纳米级的细微零件, 是使用波长极短的辐射波制作完成的。波长仅0. 5 nm, 比在半导体加工过程中经常使用的紫外线激光的波长( 约为380nm) 短得多, 适于进行精细加工。该公司使用辐射波制成塑料模具, 将模具泡在电镀液里, 然后从电镀液中析出金属, 在模具中形成精细零件, 产品的精度模具工业2011年第37卷第5期3可在30 50 nm 间调整。使用这种技术制造的金属弹簧探针长3mm, 直径仅0.03 mm, 用来检查半导体元件。2、在模具表面涂覆一层纳米级薄膜材料, 以增加模具强度, 减少模具磨损, 提高模具寿命。例如, 在挤压筒的内表面、工作带等易磨损部位进行陶瓷纳米复合薄膜涂覆处理, 纳米薄膜的致密性和高强度既能抗磨损, 又能提高工模具的强度。在模具型腔表面涂上纳米润滑剂, 在加工温度范围内具有足够的黏性和表面吸附能力, 具有摩擦因数低、高稳定性和抗腐蚀性能力, 可以增强材料的可加工性。该技术在国内已有应用15。结束语经过几十年的发展, 我国的冲压模具行业获得了飞速发展, 具体体现在:(1) 计算机辅助设计/加工/工程技术得到广泛使用, 模具总量名列世界第三位。(2) 大型模具企业拥有高速数控加工/加工中心/数控机床等先进的加工工艺与装备, 可以开展RP /RT 或模具逆向工程工作, 硬件装备已经站在了与世界基本同步的水平线上。(3) 在冲模的表面精整加工技术方面, 开展了积极探索、积累了一些经验。以汽车覆盖件为代表的大型、复杂、精密冲压模具, 采用CAD /CAM /CAE 软件进行三维设计和模拟, 减少试模时间和缩短周期。借助高速、精密的加工设备加工生产, 获得良好的尺寸精度和表面粗糙度, 用新型的研磨