铜陵学院论文封面.docx

题 目： 冲压技术的应用与发展 系（院）： 机械工程学院 专 业： 材控（2） 学生姓名： 李 全 一 学 号： 1110121091 指导教师： 刘 建 2014年 10月20日冲压技术的应用与发展摘 要近十多年来，随着对发展先进制造技术的重要性获得前所未有的共识，冲压成形技术无论在深度和广度上都取得了前所未有的进展，其特征是与高新技术结合，在方法和体系上开始发生很大变化。计算机技术、信息技术、现代测控技术等冲压领域的渗透与交叉融合，推动了先进冲压成形技术的形成和发展。当前整个工业生产的发展特点是产品品种多、更新快、市场竞争激烈。要适应用户对模具制造的短交货期、高精度、低成本的迫切要求。模具设计由经验设计阶段向理论计算和计算器辅助设计方向发展，技术广泛用于制模业，使模具结构更趋科学合理，大大提高了模具加工精度，缩短了模具设计加工周期，减少了产品开发时间。本文主要对冲压技术的发展现状和前景进行了详细的阐述。关键词：冲压技术，模具设计，发展现状和前景引言近十多年来，随着对发展先进制造技术的重要性获得前所未有的共识，冲压成形技术无论在深度和广度上都取得了前所未有的进展，其特征是与高新技术结合，在方法和体系上开始发生很大变化。计算机技术、信息技术、现代测控技术等冲压领域的渗透与交叉融合，推动了先进冲压成形技术的形成和发展1。1冲压制品设计概论1.1 模具的概念及其在工业生产中的作用在工业生产中，用各种压力机和装在压力机上的专用工具，通过压力机的压力，使金属或非金属材料在专用工具内变形、流动获得所需形状和尺寸的工件，这种专用工具统称为模具。模具是成型金属、塑料、橡胶、玻璃、陶瓷等制件的基础工艺设备，是工业生产中发展和实现少无切屑技术不可缺少的工具。如汽车、拖拉机、电器、电机、仪器仪表、电子等行业有60%80%的零件需用模具加工，轻工日用品的生产需用模具更多，螺钉、螺母、垫圈等标准零件，没有模具就无法大量生产。由此看来，模具是工业生产中使用极为广泛的主要工艺设备之一。模具是一种高效率的工艺设备，用模具进行各种材料的成型，可实现高速度的大批量生产，并能在大量生产条件下稳定的保证制件的质量、节约原材料。因此，在现代工业生产中，模具的应用日益广泛，是当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。许多现代工业的发展和技术水平的提高，在很大程度上取决于模具工业的发展水平。模具工业的水平和发展状况已被认为是衡量一个国家工业水平的重要标志之一2。1.2 冲压加工工艺及其应用冲压是指在常温下利用模具在压力机的作用下，对材料施加压力，将材料分离和变形，从而获得一定形状、尺寸和精度零件的一种加工方法，又可称为冷冲压或板料冲压。冲压加工与其它机械加工方法相比，具有很多优点：（1）生产效率高，可实现制品与零件的高速度大量的生产。（2）节约原材料，可实现少切屑、无切屑加工。（3）制件质量稳定，有良好的互换性。（4）操作工艺简单，利用模具生产制品时，不需要操作者有较高的技艺水平。（5）利用模具批量生产的零件和制品成本低廉。（6）所加工出的零件与制品可一次成型，不需进行再加工。（7）能制造出其他加工工艺方法难以加工、形状比较复杂的零件制品。（8）容易实现生产的自动化及半自动化。由于冲压工艺的这些特点，因此其应用范围极广，从精细的电子元件、仪表指针到汽车的覆盖件和大梁、高压容器封头及航空航天器的蒙皮、机身等，均需冲压加工。目前用冲压工艺所获得的制品，在现代汽车、拖拉机、电机电器、仪器仪表及无线电电子产品和人们日常生活中，都占有十分重要的地位。当然，冲压工艺和其它加工方法一样，也有其自身的局限性，如：冲模结构比较复杂，制造周期长，模具价格偏高，在单件小批量、多品种生产时经济上不合算。冲模是冲压生产中必不可少的工艺装备。其模具结构必须满足冲压生产的要求，不仅要冲压出合格的零件制品，而且要适应批量生产的需要，操作要方便、使用寿命要长、安全可靠、成本低廉，并能容易制造和维修。1.3 冲压所用材料及其性能冲压所用的材料主要是金属材料，有普通碳素钢、优质碳素钢、不锈钢和黄铜板（带）、铝板（带）等，有时也用非金属材料，如胶木板、塑料板和纤维板等。冲压用材料大部分是各种规格的条料、带料、卷料和块料，有时也对某些型材及管材进行冲压加工。用于冲压的材料不仅要满足制件的设计要求，还必须满足材料的冲压性能。材料的冲压性能是指它们对各种冲压加工的适应能力，即具有良好的塑性、便于加工、容易得到高质量和高精度的冲压件，生产效率高、模具损耗低、不易出废品等。金属材料的冲压性能，是各种材料的力学指数通过比较进行分析的。其力学性能的强度指数主要有材料的屈服强度s、抗拉强度b、屈强比s/b缩颈应力j、断裂应力f、材料的弹性模量E与屈服强度的比值E/s，塑性指数有材料的总伸长率、均匀收缩率u、断面收缩率、均匀变形的单面收缩率u等。一般地说，材料的s/b值愈小，形成过程中断裂的危险愈小，E/s值愈大，材料成形过程中的回弹愈小，材料的与值愈大，材料在破坏前的可塑性愈大，w、w、w/、w/的值愈大，材料的温定性能愈好，因而其冲压性能也愈好。1.4 冲模的组成冲模主要由以下几部分组成：工作零件:工作零件用以直接和板料接触，由其施加给板料压力后使之分离或变形完成板料冲压过程。工作零件主要包括凸模、凹模、凸凹模等定位零件:定位零件的作用是确定板料或胚件相对于冲模的正确位置，以保证冲件质量。主要包括挡料销、定距侧刀、导正销、定位板、定位销、导料板和导向槽等卸料装置零件:卸料零件主要用来卸除套在凸模上的零件或废料。主要包括卸料板、卸料杆、废料刀等。压料装置及零件:用来压住胚料或胚件以保证在冲压时，使材料能顺利的进行变形。它主要包括压料板、压边圈等，主要用于拉深模结构。导向零件:导向零件主要用以保证凸模与凹模之间具有准确位置。主要包括导套、导柱、导板等。推件装置与零件:推件零件主要用来将冲后的零件制品及废料，从凹模或凹凸模里推出。包括推杆、推板、打料杆及各类推件器等。支撑及支持零件:支撑及支持零件主要用来连接及固定工作零件，使之成为完整的模具结构。主要包括上、下模板，模柄，凸、凹模固定板，垫板，限位器等。紧固零件:紧固零件主要用来紧固、连接各类冲模零件，如各类螺钉、销钉等，其中模具中的圆柱销还起稳固定位的作用。缓冲零件:缓冲零件主要包括弹簧、压簧、缓冲橡皮等。模具中的缓冲零件主要利用其弹力，起卸退料作用。通常情况下，模具的工作零件、定位零件、卸、推料零件称为模具的艺零件，而导向零件、支撑及支持零件、紧固零件、缓冲零件称为冲模的辅助零件。实际上，对于每一套冲模，它们都必然形成完整的独立整体，是由各种不同零件结合而成的。根据每个零部件的作用、要求可以进行基本分类。对于同样作用的零部件，由于使用条件不同，其结构形式也多种多样。目前，我国对冲压模具以制定了国家标准（简称国标），其中包括：模架、典型组合、零部件、模架技术条件、典型组合技术条件、零部件技术条件等。这对简化模具设计与制造、提高模具寿命、降低成本、缩短模具制造周期都有十分重要的意义3。1.5 冲模的工作部分零件必须具备的性能冲模的工作部分零件又称成型零件，它主要包括凸模、凹模及凸凹模等。由于冲压有冷冲压与热冲压，而冲压工序又分为分离工序（冲裁）与成型工序（弯曲、拉深、成形）两大类。在分离工序的工作过程中，除承受使材料分离所需的冲压力外，还承受着与材料断面间的剧烈摩擦；在成形工序的工作过程中，冲模除承受材料塑性变形所需的冲压力外，其表面也受到材料的塑性流动而产生的强力摩擦。因此，这就要求冲模的工作部位要具备耐冲击、耐磨损的高强度、高硬度性能。而在材料加热状态下使用的冲模，工作零件还要求具有耐热性能，这样才能保证其冲模的耐用度及使用寿命。根据冲模的上述要求，冲模的工作部分一般采用碳素工具钢或合金工具钢制成。对于高速冲压或要求高寿命的冲模，其工作部分可采用硬质合金制作。2 冲压技术的发展随着科学技术的不断进步，工业产品的生产日益复杂与多样化，产品性能和质量也在不断提高，因而对冷冲压技术提出了更高要求。冲压技术自身也应不断创新和发展。3.1 冲压成形工艺与理论研究冲压成形工艺近年来有很多新的发展，在精密冲裁、精密成形、精密剪切、复合材料成形、超塑性成形、软模成形以及电磁成形等方面取得很大进展。冲压件的成形精度、生产率越来越高。精密冲压的范围越来越广，由平板零件精密冲裁拓宽到精密弯曲、精密拉深及立体精密成形等。计算机辅助工程（CAE）在冲压领域得到了较好的发展和应用，可进行应力应变的分析，排样、毛坯的优化设计及工艺过程的模拟与分析等，实现冲压过程的优化设计。此外，冲压成形性能和成形极限的研究，冲压件成形难度的判定以及成形预报等技术的发展，均标志着冲压成形以从原来的经验、实验分析阶段走上由冲压理论指导的科学阶段，使冲压成形走向计算机辅助工程化和智能化得发展道路。2.2 冲压技术的数字化与信息化先进的冲压技术是指信息技术、新材料、新工艺与传统冲压技术的结合。当前，冲压行业的技术水平和先进性，主要表现在CAD/CAE/CAPP/CAM技术为代表的数字化与信息化程度，以及企业中信息集成和管理网络化程度。目前，国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了CAD/CAM技术，CAPP和CAE也开始使用。随着计算机的深入应用，我国不少企业已经在尝试或者开展计算机辅助冲压工艺设计CAPP系统的应用。冲压CAPP系统已从工艺设计发展到工艺信息的管理，设计方法也从派生式、创成式、混合式三种CAPP系统并举的局面向智能化得混合CAPP系统方向发展。从冲压件成形对工艺设计的需求出发，将数值模拟技术、优化方法、知识发现技术、KBE技术及信息管理技术综合应用到冲压件工艺设计中，建立智能的优化CAPP系统，并实现与CAD/CAE/CAM及管理的集成化，将是该领域未来的发展方向。以有限元模拟为主的冲压成形CAE技术，可以用于冲压成形过程的分析、优化和模具设计，能显著减少模具设计和调试周期，降低生产成本，提高产品质量。在国外已得到广泛应用，在我国随着产品更新换代的频繁化，模具设计与制造量急剧加大，对冲压成形的分析及模具CAD/CAE/CAM现代化设计手段的需求也急剧增加，CAE技术正在得到普遍重视并将得到广泛应用。国内广泛应用的板材冲压成形CAE软件主要有LS-DYNA3D、DYNAFORMAE、PAM-SYAMP、OPTRIS、AUTOFORM等。国内在板料成形数值模拟领域的基础研究和软件开发方面都得到一定的进展，已开发出具有独立知识产权，初步达到工业化应用水平的模拟软件4。3.冲压成形技术的发展趋势 进入90年代以来，高新技术全面促进了传统成形技术的改造及先进成形技术的形成和发展。21世纪的冲压技术将以更快的速度持续发展，发展的方向将更加突出“精、省、净”的需求。 3.1 冲压成形技术将更加科学化、数字化、可控化科学化主要体现在对成形过程、产品质量、成本、效益的预测和可控程度。成形过程的数值模拟技术将在实用化方面取得很大发展，并与数字化制造系统很好地集成。人工智能技术、智能化控制将从简单形状零件成形发展到覆盖件等复杂形状零件成形，从而真正进入实用阶段。 3.2 实现多目标全局综合优化 优化将从传统的单一成形环节向产品制造全过程及全生命期的系统整体发展。 （4）对产品可制造性和成形工艺的快速分析与评估能力将有大的发展。以便从产品初步设计甚至构思时起，就能针对零件的可成形性及所需性能的保证度，作出快速分析评估。 冲压技术将具有更大的灵活性或柔性，以适应未来小指量多品种混流生产模式及市场多样化、个性化需求的发展趋势，加强企业对市场变化的快速响应能力。 3.3 重视复合化成形技术的发展以复合工艺为基础的先进成形技术不仅正在从制造毛坯向直接制造零件方向发展，也正在从制造单个零件向直接制造结构整体的方向发展。 加入wto以后，中国的汽车工业、航空航天工业等支柱产业必将有大的发展。我国的冲压行业既充满发展的机遇，又面临进一步以高新技术改造传统技术的严峻挑战。国民经济和国防建设事业将向冲压成形技术的发展提出更多更新更高的要求。我国的板料加工领域必须加强力量的联合，加强技术的综合与集成，加快传统技术从经验向科学化转化的进程。加速人才培养，提升技术创新能力，提高冲压技术队伍的整体素质和生产企业的竞争力9。结束语当前整个工业生产的发展特点是产品品种多、更新快、市场竞争激烈。要适应用户对模具制造的短交货期、高精度、低成本的迫切要求。模具设计由经验设计阶段向理论计算和计算机辅助设计方向发展，技术广泛用于制模业，使模具结构更趋科学合理，大大提高了模具加工精度，缩短了模具设计加工周期，减少了产品开发时间。功能复合模具将进一步发展。多色和多材质塑料成型模具也将有较快