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大連交通大學(xué)2017屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)調(diào)研報(bào)告
調(diào)研報(bào)告
1.沖壓行業(yè)的來(lái)源和意義
沖壓行業(yè)是金屬成形加工行業(yè)中重要的分行業(yè)， 是機(jī)械制造業(yè)的基礎(chǔ)行業(yè)， 其發(fā)展程度反映一個(gè)國(guó)家的制造工藝技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)力.經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展, 我國(guó)的沖壓模具總量位居世界第三位, 加工技術(shù)裝備基本已與世界先進(jìn)水平同步。幾乎所有的金屬都需要經(jīng)過(guò)加工成一定形狀后方能實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用，而沖壓工藝是金屬成形加工中重要的成形工藝， 因此沖壓企業(yè)面對(duì)的客戶幾乎是所有需要中小型金屬零部件的企業(yè)。
自上世紀(jì)中葉汽車(chē)行業(yè)的飛速發(fā)展，在美國(guó)、日本等許多發(fā)達(dá)國(guó)家以及像中國(guó)、印度等發(fā)展中國(guó)家，對(duì)冷沖壓加工生產(chǎn)的發(fā)展都給予高度的重視?？梢?jiàn)沖壓生產(chǎn)的重要性。據(jù)近些年來(lái)的統(tǒng)計(jì)表明，在美、日、德等許多工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于在工業(yè)生產(chǎn)中占重要地位的機(jī)床工業(yè)的年生產(chǎn)量己經(jīng)被發(fā)展迅速的模具工業(yè)超出了6％-12%。冷沖壓模具的應(yīng)用范圍之廣，生產(chǎn)技術(shù)之高，應(yīng)用歷史之久是其它模具行業(yè)無(wú)法比擬的?，F(xiàn)今，在各模具行業(yè)中冷沖壓模具所占比例居于首位,大約60%的模具市場(chǎng)都被其占據(jù)。所以冷沖壓工藝對(duì)我國(guó)的社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的作用非常大而且其發(fā)展前景也非常廣闊"。
近年來(lái)，中國(guó)因逐漸成為了世界制造業(yè)中心和消費(fèi)大國(guó)而備受關(guān)注，特別是汽車(chē)、通信電子和家用電器等行業(yè)的快速發(fā)展，使得金屬?zèng)_壓、等零部件的需求迅速增長(zhǎng)，不少跨國(guó)企業(yè)在將整機(jī)的制造轉(zhuǎn)移至中國(guó)的同時(shí)，也將配套工廠轉(zhuǎn)移至中國(guó)，對(duì)華配件的采購(gòu)量也逐年快速增加，帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)相關(guān)行業(yè)的快速發(fā)展。在這種背景下，作為制造業(yè)基礎(chǔ)行業(yè)之一的中國(guó)沖壓行業(yè)也獲得了快速的發(fā)展。
目前全國(guó)沖壓行業(yè)約有4萬(wàn)家生產(chǎn)企業(yè)，200萬(wàn)從業(yè)人員，年生產(chǎn)2800萬(wàn)噸沖壓件，總銷(xiāo)售達(dá)4000億元，年消耗3毫米以下薄鋼板材4000多萬(wàn)噸，采購(gòu)沖壓模具費(fèi)400億元，新購(gòu)沖壓裝備費(fèi)200億元.
2.沖壓模具的基本概況
(1)沖壓指的是借助外力的幫助，讓原始材料改變其原有外形的過(guò)程，經(jīng)過(guò)對(duì)外形、尺寸和功能的加工，獲得企業(yè)所需要的各種零部件沖壓的原始材料包括帶材和板材。在沖壓的工序之中有許多步驟是需要模具來(lái)完成的，包括沖切、沖孔和彎曲等對(duì)于那些比較復(fù)雜難做的沖壓零部件來(lái)說(shuō)，就需要增加模具的數(shù)量如果想要大批量的生產(chǎn)，就不能使用那些只是簡(jiǎn)單組合成的模具，這樣會(huì)降低生產(chǎn)率。
（2)沖壓在其生產(chǎn)的過(guò)程中具有較多的優(yōu)勢(shì):降低了生產(chǎn)成本、制作效果較好以及經(jīng)濟(jì)效益很好沖壓對(duì)其原始材料的利用率很高，在沖壓的生產(chǎn)過(guò)程中基本上沒(méi)有產(chǎn)生較多的問(wèn)題，并且通過(guò)沖壓所做出的零部件在精確度和尺寸等方面都比較準(zhǔn)確，基本上可以滿足企業(yè)所要求的標(biāo)準(zhǔn)企業(yè)的內(nèi)部組織得到了一系列的改變，提高了機(jī)械性的功能，促使沖壓在其外形上也發(fā)生了一些改變。
(3)沖壓在其設(shè)計(jì)之后，所生產(chǎn)的零部件都具有剛度較好和質(zhì)量較輕的特點(diǎn)，這些零部件在我國(guó)的汽車(chē)行業(yè)和摩托車(chē)行業(yè)具有較深的影響，并且正在向空調(diào)行業(yè)、冰箱行業(yè)和電梯行業(yè)邁進(jìn)在今后的經(jīng)濟(jì)時(shí)代，沖壓行業(yè)將會(huì)快速的發(fā)展，沖壓模具的設(shè)計(jì)也會(huì)不斷的變革，達(dá)到高效率的效果。[1]
沖壓生產(chǎn)中，彎曲是最常用的也是應(yīng)用最多的沖壓工序。就彎曲而言，有簡(jiǎn)單形狀彎曲與復(fù)雜形狀彎曲之分。對(duì)形狀較為簡(jiǎn)單的彎曲件，如V型、U型、Z型等零件，可以一次彎曲成形。對(duì)于形狀復(fù)雜的彎曲件，如圓形、方形、長(zhǎng)圓形、葫蘆形等，一般需要兩次或多次彎曲，方能成形。復(fù)雜件分步多次彎曲，固然模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但工序多，因而需要模具數(shù)量也多，機(jī)床多，人員多，且加工中工件多次定位，不僅操作麻煩，更重要的是質(zhì)量與效率難以保證。因此對(duì)于批量較大的沖壓件現(xiàn)在提倡一模成形。對(duì)較小的復(fù)雜形狀的工件，例如電器元件多采用級(jí)進(jìn)模一模成形；對(duì)于較大的復(fù)雜形狀的工件，常采用復(fù)合模一模成形；而對(duì)于更為復(fù)雜的工件，還可以用級(jí)進(jìn)式復(fù)合模一模成形。[2]
3.彎曲件的類(lèi)型與彎曲模結(jié)構(gòu)型式
從彎曲件形狀特征及其彎曲成形的方式、所用彎曲模結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等方面考慮, 可以概括歸納成兩大類(lèi):第一類(lèi)即開(kāi)式彎曲件; 第二類(lèi)是閉式彎曲件。彎曲件的兩邊構(gòu)成敝開(kāi)式大開(kāi)口, 底角處小, 開(kāi)口處大, 就是通常所說(shuō)的開(kāi)口彎曲件, 即開(kāi)式彎曲件。諸如: V 形、L形以及其他的等均屬于開(kāi)式彎曲件; 相反, 如果彎曲件的兩邊閉合、趨向于閉合或雖無(wú)閉合而留有開(kāi)口, 但開(kāi)口距離小于彎曲件任意部位寬度、形成瓶頸形、凸肚形、倒截錐形的彎曲件,諸如: 圓形、球缺形、管夾形、凸形等, 就是通常所說(shuō)的閉口彎曲件, 通稱(chēng)閉式彎曲件。
上述兩種彎曲件往往采用兩種完全不同的彎曲成形方法: 開(kāi)式彎曲件是靠凸模與凹模匹配的彎曲模腔, 只用凸模與凹?？繘_壓壓彎毛坯成形。模具結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單, 只有敝開(kāi)的凸模與凹模, 靠凹模下部的頂件器頂件出模; 閉式彎曲件通常采用有彎芯彎曲成形, 要有沖壓方向壓力與水平( 橫向) 方向彎曲力組合施壓進(jìn)行多向彎曲, 才能成形。完成的工件都包在彎芯或起彎芯作用的凸模上, 必須用手或?qū)Ｓ霉ぞ咝都?。上述兩種不同的彎曲成形工藝, 所用的彎曲模結(jié)構(gòu)則完全不同, 見(jiàn)圖 0 所示。[3]
圖0 不同彎曲件所用的彎曲模結(jié)構(gòu)型式
注: 上半部為開(kāi)式彎曲件常用彎曲模結(jié)構(gòu)型式; 下半部為閉式彎曲件常用結(jié)構(gòu)型式
4.基于Pro/E和CAD環(huán)境下的沖壓工藝
模具是現(xiàn)代制造業(yè)的重要工藝裝備。因?yàn)槟＞吡慵哂休^強(qiáng)的特殊性及復(fù)雜性，其加工精度較高、性能優(yōu)異，加上難度較大、單件及小批量生產(chǎn)，導(dǎo)致工序不集中，需要對(duì)其裝配進(jìn)行調(diào)整。通常情況下，模具的主要加工零件是組配零件，大多數(shù)為非標(biāo)準(zhǔn)的零件，通過(guò)組合加工方法得到較高的配合精度。[4]
沖壓模結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包含的零件種類(lèi)繁多。在沖壓模的設(shè)計(jì)過(guò)程中除了考慮其可加工性與裝配問(wèn)題外，還要預(yù)測(cè)模具與條料運(yùn)動(dòng)時(shí)可能產(chǎn)生的各種干涉情況，這就使得三維實(shí)體CAD系統(tǒng)在沖壓模具設(shè)計(jì)中顯得尤為重要。此外，采用標(biāo)準(zhǔn)件能給產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、裝配帶來(lái)很大的方便。因此有必要結(jié)合企業(yè)自身的實(shí)際情況，在通用CAD軟件的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)專(zhuān)用的沖壓模具標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，這樣設(shè)計(jì)人員便能從標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)中獲得滿足設(shè)計(jì)要求的標(biāo)準(zhǔn)件，從而可大大減少重復(fù)勞動(dòng)，提高設(shè)計(jì)效率，縮短新產(chǎn)品的研制周期. [5]
從沖壓行業(yè)角度來(lái)看，由于現(xiàn)代化零部件的設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜，所以連續(xù)的沖壓技術(shù)即將成為重要領(lǐng)域連續(xù)模是指經(jīng)過(guò)一種模具在兩個(gè)或兩個(gè)以上的工位上來(lái)完成許多種工序的過(guò)程它具有相對(duì)比較容易、模具使用時(shí)間更長(zhǎng)、更加容易形成自動(dòng)化及存在生產(chǎn)效率較高的特點(diǎn)通過(guò)連續(xù)模的沖壓工序可以得到一些完整的零部件和半成品盡管會(huì)出現(xiàn)許多個(gè)沖壓工序，但是也是可以利用一些連續(xù)模來(lái)沖壓完成這些零部件。
由于計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的逐漸發(fā)展，使Pro/E軟件能夠?qū)Χ鄠€(gè)科技領(lǐng)域產(chǎn)生積極的影響Pro/E軟件具有很多優(yōu)勢(shì):降低了制圖工作人員的工作數(shù)量，提高了設(shè)計(jì)水平和效果，且可以精確的分析模型、分析運(yùn)動(dòng)和干涉檢測(cè)等利用Pro/E軟件設(shè)計(jì)的沖壓模具，可以使零部件在設(shè)計(jì)、加工和配置等方面更加標(biāo)準(zhǔn)，降低了生產(chǎn)成本、縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。[6]
沖壓模具按工藝性質(zhì)可分為沖裁模、彎曲模、拉伸模、成形模等，無(wú)論何種模具，基本上都需要上、下模體、導(dǎo)向裝置、壓料裝置、定位裝置等，因此按照創(chuàng)成設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)了集沖壓模具零部件設(shè)計(jì)、沖壓模具加工仿真、沖壓模具工作仿真為一體的沖壓模具CAD系統(tǒng)，如圖1所示。利用本系統(tǒng)的參數(shù)化、三維化特點(diǎn)，設(shè)計(jì)者可輕易實(shí)現(xiàn)零部件設(shè)計(jì)、加工設(shè)計(jì)等同時(shí)進(jìn)行，加快模具設(shè)計(jì)過(guò)程，縮短設(shè)計(jì)、制造周期，增強(qiáng)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
模具零部件設(shè)計(jì)系統(tǒng)：用戶根據(jù)需求，可檢索和選用現(xiàn)有的沖壓模具設(shè)備，或具有典型功能的標(biāo)準(zhǔn)部件或常用件，同時(shí)允許利用三維技術(shù)對(duì)所需的模具元部件進(jìn)行創(chuàng)成或全新設(shè)計(jì)。為適應(yīng)我國(guó)現(xiàn)行的制造手段，還可利用Pro /E軟件關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，隨時(shí)由3D模型產(chǎn)生符合國(guó)標(biāo)的2D工程圖，無(wú)論在3D或2D圖形上做尺寸修改，其相關(guān)的3D實(shí)體模型或2D圖形均自動(dòng)修改，這樣可確保設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的正確性，避免發(fā)生人工改圖的疏漏，使設(shè)計(jì)質(zhì)量極大提高。
沖壓模具加工仿真：設(shè)計(jì)者可利用Pro /E軟件強(qiáng)大的造型、NC加工等功能，完成典型模具中所需零件的加工模擬，確定其加工工藝。并利用其生成的真實(shí)幾何形狀，進(jìn)行精確的模型分析、曲線分析、曲面分析，如干涉檢查、間隙檢查、重心計(jì)算等，減少試模次數(shù)，簡(jiǎn)化壓力中心等的計(jì)算，從而降低設(shè)計(jì)及制造成本。
沖壓模具工作仿真：利用沖壓模具工作仿真系統(tǒng)，設(shè)計(jì)者可以對(duì)模具工作過(guò)程進(jìn)行模擬，從而對(duì)模具制造的可行性進(jìn)行分析和研究。[7]
4.1 基于模塊化的沖壓模具設(shè)計(jì)過(guò)程
如圖2所示,對(duì)于基于模塊化的沖壓模具設(shè)計(jì)過(guò)程一般可粗分為設(shè)計(jì)需求獲取、模塊化產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)階段及基于CBR的產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)階段。
圖2基于模塊化的沖壓模具設(shè)計(jì)過(guò)程
(1)設(shè)計(jì)需求獲取。設(shè)計(jì)人員通過(guò)人機(jī)交互界面把設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)條件等設(shè)計(jì)原始信息輸入到系統(tǒng)中,建立沖壓模具的設(shè)計(jì)任務(wù)。
(2)模塊化產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中設(shè)計(jì)要求的分析和研究,明確沖壓模具應(yīng)具有的功能,確定產(chǎn)品的功能參數(shù),以模塊為單位提出沖壓模具的功能設(shè)計(jì)方案及結(jié)構(gòu)方案。因此,方案設(shè)計(jì)階段又可細(xì)分為功能設(shè)計(jì)階段及結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段。
1)功能設(shè)計(jì)。其主要任務(wù)是根據(jù)用戶的需求,定義沖壓模具的基本功能集及各功能之間的關(guān)系、主要技術(shù)參數(shù)、主要約束關(guān)系等。
2)模塊方案設(shè)計(jì)。在功能設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,經(jīng)過(guò)功能-結(jié)構(gòu)映射,提供實(shí)現(xiàn)功能的具體模塊結(jié)構(gòu)方案,再通過(guò)模塊組合得到?jīng)_壓模具的總體結(jié)構(gòu)方案,此時(shí)產(chǎn)品已初具雛形,但仍未完全實(shí)現(xiàn)。
(3)基于CBR的產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)?；贑BR的產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)就是針對(duì)具體的設(shè)計(jì)參數(shù),在方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上對(duì)組成產(chǎn)品的各個(gè)模塊中的零部件進(jìn)行詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),并最終組合成產(chǎn)品,是產(chǎn)品最終的實(shí)現(xiàn)。由于在產(chǎn)品的詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程中,可利用產(chǎn)品族中實(shí)現(xiàn)相同或相似方案的產(chǎn)品或零部件實(shí)例實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速定制,因此在詳細(xì)設(shè)計(jì)中可應(yīng)用CBR技術(shù)實(shí)現(xiàn)基于知識(shí)的產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)。[8]
5.模具維護(hù)的內(nèi)容
5.1 日常維護(hù)
正常的模具清掃、 點(diǎn)檢及對(duì)可動(dòng)部分給油等工作，目的是確認(rèn)模具處于正常狀態(tài)，同時(shí)經(jīng)常進(jìn)行此工作也能在早期發(fā)現(xiàn)異常。
5.2 定期維護(hù)
模具磨耗存在于每一個(gè)模具上， 而模具的定期維護(hù)就是在模具出現(xiàn)異常磨耗時(shí)實(shí)施的維護(hù)。 這個(gè)時(shí)期的沖壓加工數(shù)是很容易掌握的， 只要模具達(dá)到了規(guī)定的加工數(shù)，就可以進(jìn)行維護(hù)，所以定期維護(hù)也是計(jì)劃性維護(hù)。
5.3 改良維護(hù)
改良維護(hù)是一種特殊維護(hù)， 它可以穩(wěn)定產(chǎn)品的質(zhì)量，延長(zhǎng)模具的使用周期。
5.4 模具使用后的熱處理
新模具生產(chǎn) 2000 模以后， 可以進(jìn)行低溫長(zhǎng)時(shí)效處理，將模具鑲塊加熱到 320～350℃，保持 2.5～3.5 h, 最好采用真空爐。
5.5 事故維修
事故維護(hù)是所有模具維護(hù)中內(nèi)容最多的一項(xiàng)，通常是在模具使用到將近極限時(shí)才進(jìn)行， 若模具維護(hù)的時(shí)間花費(fèi)較多，則模具的壽命也就較長(zhǎng)。 此外，由于事故維護(hù)是突發(fā)性的維護(hù)， 因此一定會(huì)有預(yù)計(jì)之外的設(shè)備停止和緊急維護(hù)作業(yè)。[9]
提高模具的壽命，在模具使用時(shí)應(yīng)做到：嚴(yán)格控制凸模進(jìn)入凹模的深度，以減少磨損；提前修模，預(yù)防磨損溝痕導(dǎo)致的裂紋，避免因磨損而導(dǎo)致凸、凹模間隙不均產(chǎn)生的附加彎矩；模具使用后若表面粗糙度變差，要及時(shí)修磨拋光；模具存放時(shí)，上、下模應(yīng)保持一定空隙，以保護(hù)刃口等。[10]
模具表面的質(zhì)量對(duì)模具使用壽命、制件外觀質(zhì)量等方面均有較大的影響，研究自動(dòng)化、智能化的研磨與拋光方法替代現(xiàn)有手工操作，以提高模具表面質(zhì)量，同樣也是重要的發(fā)展趨勢(shì)。
這方面的研究工作十分活躍，張學(xué)良在數(shù)控銑床上研究了利用直流電進(jìn)行磁性拋光的情況，精銑加工后表面粗糙度 1.0μm的試樣只需研拋 3.2min，可獲得表面粗糙度為 0.1μm的高質(zhì)量表面，顯示了高精度、高效率和高可靠性。日本岡山大學(xué)的宇野義幸[11]等人，采用直徑達(dá) 60mm的大面積脈沖電子束，研究了能量密度、照射次數(shù)、粗加工質(zhì)量等因素對(duì)模具精整加工質(zhì)量的影響，得出“大面積脈沖電子束照射有望代替?zhèn)鹘y(tǒng)精整拋光”的可喜結(jié)論。
6.模具維護(hù)管理對(duì)彎曲件質(zhì)量的影響
1）加強(qiáng)模具維護(hù)、保養(yǎng)工作,納入績(jī)效考核指標(biāo)為建立完整的模具檔案（原始設(shè)計(jì)資料、試模報(bào)告、存在問(wèn)題、使用狀況、維護(hù)保養(yǎng)紀(jì)錄）、維修日?qǐng)?bào)表匯總、維修效率統(tǒng)計(jì)分析，提供每月維修工作改善計(jì)劃。按計(jì)劃對(duì)模具實(shí)施定期清洗清潔、潤(rùn)滑、易損零件檢查等項(xiàng)目,保證模具的精度和有效性。對(duì)模具主要成形零部件進(jìn)行表面強(qiáng)化，以提高模具零件表面耐磨性，從而更好地提高模具質(zhì)量。對(duì)大批量生產(chǎn)的折彎成形塊可采用鍍鉻、鍍鈦、滲硫處理，提高其耐磨性，以減少摩擦引起的產(chǎn)品表面劃傷。
2）加強(qiáng)模具零備件管理工作,及時(shí)補(bǔ)充易損易耗件；加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)6S管理工作督導(dǎo),納入績(jī)效考核指標(biāo)為模具表面生銹，維修工具、精密數(shù)顯卡尺任意混放,用后沒(méi)有及時(shí)歸位，鉗工工具容易臟污、變形,產(chǎn)品容易臟污、壓印、變形影響現(xiàn)場(chǎng)6S秩序等現(xiàn)象，都會(huì)嚴(yán)重影響模具精度和使用壽命，所以，應(yīng)該加強(qiáng)相應(yīng)的各項(xiàng)工作。[12]
7.沖壓模具制造技術(shù)現(xiàn)狀
在國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的引領(lǐng)與支持下,經(jīng)過(guò)前輩們的不斷努力創(chuàng)辦下,目前我國(guó)在設(shè)計(jì)與制造沖壓模具方面取得了較好的成果。近幾年,模具工業(yè)增長(zhǎng)速度達(dá)到了巧%左右,其中模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也伴隨著巨大的變化。
近年許多模具企業(yè)對(duì)技術(shù)進(jìn)步的投資明顯加大了力度,并視技術(shù)進(jìn)步為企業(yè)發(fā)展的主要推動(dòng)力。部分國(guó)內(nèi)模具企業(yè)對(duì)二維CAD大力普及,同時(shí)開(kāi)始使用Pro/E、PDX、UGNX等國(guó)際通用軟件。由于相關(guān)機(jī)構(gòu)與高校等多方面的努力,中國(guó)在模具CAD/CAE/CAM技術(shù)方面榮獲了卓越的成果,不僅對(duì)模具質(zhì)量進(jìn)行了改良,對(duì)模具設(shè)計(jì)的制造周期也有所縮減。例如:吉林大學(xué)汽車(chē)覆蓋件成型技術(shù)所研制的汽車(chē)覆蓋件沖壓成型分析KMAS軟件、華中理工大學(xué)模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的汽車(chē)覆蓋件模具和級(jí)進(jìn)模CAD/CAE/CAM軟件。
我國(guó)模具工業(yè)目前雖取得了顯著的進(jìn)步,但值得深思的是許多方面較其他發(fā)達(dá)國(guó)家還有些不足,需要及時(shí)解決。較國(guó)外的模具制造而言,我國(guó)模具制造存在以下幾點(diǎn)的不足:
(l)模具使用覆蓋率和標(biāo)準(zhǔn)化程度低,雖然汽車(chē)模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用覆蓋率從,20世紀(jì)末的25%一30%上升到巧%左右,但是離國(guó)際70%一80%的水準(zhǔn)還是有非常大的提升空間。
(2)缺少大型、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具對(duì)需求模具量龐大的現(xiàn)代工業(yè)的更新?lián)Q代進(jìn)行了制約。在我國(guó),許多模具廠的加工設(shè)備不夠先進(jìn),其中精度弱、役期久、效率低等問(wèn)題導(dǎo)致目前的生產(chǎn)能力對(duì)需求量的供應(yīng)只有60%左右。
(3)模具壽命短、材料利用率低國(guó)外。通過(guò)分析統(tǒng)計(jì)大量的失效模具,可知引起模具失效有以下幾個(gè)原因;由熱處理操作失誤占據(jù)25%,因模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、選材偏差占據(jù)25%,由于使用條件等因素占據(jù)了20%,因加工工藝因素占據(jù)了10%。
(4)在對(duì)模具CAD/CAE/CAM技術(shù)的開(kāi)發(fā)方面有待提高、技術(shù)的普及率低,只有僅僅在約10%的模具的設(shè)計(jì)中運(yùn)用了CAD技術(shù),要想達(dá)到全面熟練運(yùn)用此類(lèi)新開(kāi)發(fā)技術(shù)還得經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的摸索;由于對(duì)工藝設(shè)備方面和先進(jìn)適用的制造裝備的缺乏,只有5%左右的模具制造設(shè)備采用了CAM技術(shù). [13]
8.國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
模具被稱(chēng)為“工業(yè)之母”，孕育和支撐著各工業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)品創(chuàng)新和大規(guī)模生產(chǎn)；模具又是生產(chǎn)工具，“工欲善其事，必先利其器”，具有很高的專(zhuān)業(yè)技術(shù)特性和很高的使用生產(chǎn)效率；因此，模具及其行業(yè)的科技水平?jīng)Q定一個(gè)國(guó)家或地區(qū)甚至世界的生產(chǎn)力水平。
模具按材料和成型特點(diǎn)不同分為沖壓模具、注塑模具、鑄造模具、壓鑄模具和粉末冶金模具等種類(lèi)，其中沖壓模具數(shù)量約占50%，銷(xiāo)售額約占37%。
據(jù)中國(guó)模具工業(yè)年鑒，2011年中國(guó)模具行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)銷(xiāo)售額1,240億元，比上年增長(zhǎng)10.7%，其中沖壓模具約占37%即458.8億元；沖壓模具生產(chǎn)數(shù)量約1,050萬(wàn)套，消耗模具鋼材約172萬(wàn)噸。
現(xiàn)階段中國(guó)模具行業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模已位列世界第三，約占全球的20%，僅次于日、美。因此，在中國(guó)及全球提倡可持續(xù)發(fā)展的大趨勢(shì)下，模具行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展將變得愈發(fā)重要。[14]
中國(guó)沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀改革開(kāi)放帶了我國(guó)的經(jīng)濟(jì)進(jìn)入高速發(fā)展的時(shí)期，模具的市場(chǎng)的需求量也進(jìn)一步的增加。模具行業(yè)也一直以15%左右的增速再發(fā)展。因此帶來(lái)的模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分的巨大變化，一些國(guó)有專(zhuān)業(yè)模具廠也如雨后春筍般的建立起來(lái)，同時(shí)也帶來(lái)了以集體、獨(dú)資、私營(yíng)和合資等形式的快速發(fā)展。 賦有“模具之鄉(xiāng)”的浙江寧波和黃巖地區(qū)是現(xiàn)今我國(guó)規(guī)模最大的兩個(gè)地方；廣東地區(qū)也漸漸掀起了開(kāi)建模具廠的浪潮；其中科龍、康佳等集團(tuán)紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資或是外商獨(dú)資形式的模具企業(yè)現(xiàn)也有幾千家。 近年許多模具企業(yè)加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投資力度，將技術(shù)進(jìn)步視為企業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。一些?guó)內(nèi)模具企業(yè)已普及了二維CAD，并陸續(xù)開(kāi)始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等國(guó)際通用軟件，個(gè)別廠家還引進(jìn)了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件，并成功應(yīng)用于沖壓模的設(shè)計(jì)中。以汽車(chē)覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技術(shù)已取得很大進(jìn)步，東風(fēng)汽車(chē)公司模具廠、一汽模具中心等模具廠家已能生產(chǎn)部分轎車(chē)覆蓋件模具。此外，許多研究機(jī)構(gòu)和大專(zhuān)院校開(kāi)展模具技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)。經(jīng)過(guò)多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術(shù)方面取得了顯著進(jìn)步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計(jì)制造周期等方面做出了貢獻(xiàn)。 雖然中國(guó)模具工業(yè)在過(guò)去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設(shè)備在模具加工設(shè)備中的比重比較低；CAD/CAE/CAM技術(shù)的普及率不高；許多先進(jìn)的模具技術(shù)應(yīng)用不夠廣泛等等，致使相當(dāng)一部分大型、精密、復(fù)雜和長(zhǎng)壽命模具依賴(lài)進(jìn)口.
當(dāng)前中國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)減速，企業(yè)效益明顯下滑，壓力巨大。據(jù)中國(guó)鍛壓協(xié)會(huì)行業(yè)研究室對(duì)鍛造、沖壓和鈑金零部件骨干企業(yè)的抽樣調(diào)研顯示，2012年上半年，大約有20%的企業(yè)效益與去年同期略有增長(zhǎng)，30%盈虧平衡，50%的企業(yè)處于虧損狀態(tài)。
企業(yè)當(dāng)前遇到的主要問(wèn)題有：企業(yè)稅負(fù)較重、人民幣升值出口效益大幅度下降，不但出口艱難，也帶來(lái)了國(guó)外同行在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)、人員流失與招工困難并存，企業(yè)知識(shí)積累體系欠缺；市場(chǎng)低端重復(fù)投資嚴(yán)重，中低檔次市場(chǎng)惡性競(jìng)爭(zhēng)嚴(yán)重，企業(yè)利潤(rùn)下滑厲害等等。
我國(guó)沖壓模具產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)工藝水平,總體上比國(guó)際先進(jìn)水平低許多,而模具生產(chǎn)周期卻要比國(guó)際先進(jìn)水平長(zhǎng)許多。產(chǎn)品質(zhì)量水平低主要表現(xiàn)在精度、表面粗糙度、壽命及模具的復(fù)雜程度上;生產(chǎn)工藝水平低則主要表現(xiàn)在加工工藝、加工裝備等方面。
沖壓模具加工工藝和裝備對(duì)提高加工效率、確保模具精度、縮短交貨周期有重要影響。過(guò)去的中國(guó)沖壓模具行業(yè),車(chē)、刨、銑、鉆、磨等傳統(tǒng)普通機(jī)床和電火花線切割機(jī)床,曾經(jīng)在絕大多數(shù)沖壓模具企業(yè)使用,進(jìn)口的數(shù)控龍門(mén)仿形銑床由于沒(méi)有采用CAD /CAM技術(shù),也只能當(dāng)作靠模仿形銑床使用,采用這些裝備加工沖壓模具時(shí),通常需要對(duì)模具零件反復(fù)裝夾和定位,因而加工生產(chǎn)效率低、模具產(chǎn)品質(zhì)量差。
在2002年12月德國(guó)法蘭克福舉辦的EuroMold展會(huì)上的1493個(gè)參展廠商中,約有30%是機(jī)床和刀具廠商,展出高速加工機(jī)床的最高轉(zhuǎn)速在25 000~30 000r/min之間,這是對(duì)傳統(tǒng)切削加工的非常顯著的變革,體現(xiàn)了模具加工技術(shù)裝備高速化、集成化趨勢(shì)。
高速加工并不以犧牲加工精度和加工質(zhì)量為代價(jià),當(dāng)今高速加工裝備普遍可以達(dá)到機(jī)床精度不大于1Lm、表面粗糙度不高于0. 1Lm的水平,是一種高水平的高速加工技術(shù)。德國(guó)RoederTEC高速加工機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速高達(dá)42 000r/min,定位精度和重復(fù)定位精度分別達(dá)到了0. 005mm和0.002mm的很高水平。
連通常被認(rèn)為效率低下的電火花機(jī)床的加工速度也在不斷提高。電火花銑削加工技術(shù)是一種替代傳統(tǒng)的用成型電極加工型腔的新技術(shù),它是用高速旋轉(zhuǎn)的簡(jiǎn)單的管狀電極作三維或二維輪廓加工(像數(shù)控銑削一樣),因此不再需要制造復(fù)雜的成型電極,這顯然是電火花成形加工領(lǐng)域的重大發(fā)展。國(guó)外已經(jīng)將這種高新技術(shù)機(jī)床應(yīng)用到模具加工中,如CDM Rovella公司開(kāi)發(fā)的高速電火花機(jī)床,與傳統(tǒng)電火花機(jī)床相比可提高加工效率20% ~70%,同樣加工一個(gè)深81mm的孔,前者所需工時(shí)僅為后者的38. 5%。
國(guó)外的模具制造企業(yè),廣泛使用先進(jìn)的高精度、高速度、專(zhuān)業(yè)化加工裝備,如日本豐田汽車(chē)模具公司擁有構(gòu)造面加工數(shù)控銑床39臺(tái)套、型面加工高速五軸五面銑床15臺(tái)套、其它新型一體化專(zhuān)門(mén)加工設(shè)備6臺(tái)套。加工工藝方法包括等高線加工、最大長(zhǎng)度順向走刀加工等,精加工走刀移行密度僅有0. 3mm。同時(shí),可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)凹圓角清根、外凸圓角加工到位等,因而可以控制模具配合的不等距間隙、最大可能的縮小型面誤差,實(shí)現(xiàn)模面的精細(xì)加工。
國(guó)內(nèi)的許多模具企業(yè)通過(guò)引進(jìn)先進(jìn)的加工裝備,硬件上與國(guó)際水平的差距正在快速縮小:上海的汽車(chē)模具企業(yè),近年來(lái)通過(guò)大量購(gòu)置先進(jìn)的五軸高速加工機(jī)床、大型龍門(mén)加工中心和五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控高速銑床、數(shù)控車(chē)或復(fù)合加工機(jī)床、先進(jìn)的大型測(cè)量和調(diào)試設(shè)備及多軸數(shù)控激光切割機(jī)等。一汽模具公司已經(jīng)擁有Rambaudi五軸高速數(shù)控銑床等大型高速加工設(shè)備;東風(fēng)汽車(chē)模具公司擁有高速數(shù)控銑床、五軸數(shù)控銑床、龍門(mén)數(shù)控雕刻機(jī)床、激光切割機(jī)床等各種先進(jìn)、大型機(jī)床22臺(tái)套。浙江黃巖的模具制造企業(yè), 2005年擁有數(shù)控設(shè)備3809臺(tái),數(shù)控化率達(dá)到了63% (1997年數(shù)控化率僅為13% );其中數(shù)控加工中心917臺(tái)(1997年只有27臺(tái))。黃巖地區(qū)近幾年陸續(xù)引進(jìn)的設(shè)備幾乎都是先進(jìn)的設(shè)備,主要來(lái)自歐美和日本的專(zhuān)業(yè)、先進(jìn)的設(shè)備制造商。近兩年內(nèi),國(guó)內(nèi)汽車(chē)模具企業(yè)龍門(mén)數(shù)控機(jī)床擁有量翻了不止一番,新增的龍門(mén)數(shù)控機(jī)床中,加工中心和高速銑床占了很大比重。目前,資產(chǎn)過(guò)億、擁有龍門(mén)加工中心10臺(tái)以上的大型汽車(chē)模具企業(yè)已經(jīng)達(dá)到10多家。外國(guó)人都驚呼:怎么兩年之間中國(guó)大陸的汽車(chē)模具企業(yè)規(guī)模、數(shù)量和制造能力會(huì)有如此大的變化。[15]
當(dāng)前，工業(yè)的生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)正在迅速的發(fā)展，多數(shù)的新工藝、新技術(shù)、新材料正在不斷的涌現(xiàn)著，從而促進(jìn)了沖壓技術(shù)的不斷革新和發(fā)展。沖壓模具是在常溫下，利用沖壓設(shè)備對(duì)金屬和非金屬材料完成沖裁分享或變形作業(yè)，從而最終獲得所需零件或工序產(chǎn)品的模具。沖壓模具以生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)童穩(wěn)定、互換性好、材料利用率高、適應(yīng)范圍廣、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，而廣受生產(chǎn)企業(yè)的歡迎，現(xiàn)已成為機(jī)械加工行業(yè)不可缺少的重要成形加工手段。[16]
總之,具有更大靈活性或柔性的沖壓技術(shù)和設(shè)備將適應(yīng)小批量、多品種、混流生產(chǎn)模式以及市場(chǎng)多樣化、個(gè)性化需求的發(fā)展趨勢(shì),加強(qiáng)企業(yè)對(duì)市場(chǎng)變化的快速響應(yīng)能力。隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的需要，以智能模具為代表產(chǎn)品之一的高端裝備制造業(yè)及助力模具企業(yè)生產(chǎn)的企業(yè),將有力支撐中國(guó)高端裝備零件制造等領(lǐng)域快速發(fā)展。隨著我國(guó)模具行業(yè)的不斷發(fā)展,對(duì)于模具產(chǎn)品的需求與要求也在逐步提高,而這樣的提高帶來(lái)的是對(duì)行業(yè)技術(shù)提升更大動(dòng)力。[17]
9.沖壓工藝存在的問(wèn)題
1、模具問(wèn)題
沖壓加工所使用的模具一般具有專(zhuān)用性，有時(shí)一個(gè)復(fù)雜零件需要數(shù)套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技術(shù)要求高，是技術(shù)密集型產(chǎn)品。所以，只有在沖壓件生產(chǎn)批量較大的情況下，沖壓加工的優(yōu)點(diǎn)才能充分體現(xiàn)，從而獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益的。
2、安全問(wèn)題
沖壓加工也存在著一些問(wèn)題和缺點(diǎn)。主要表現(xiàn)在沖壓加工時(shí)產(chǎn)生的噪音和振動(dòng)兩種公害，而且操作者的安全事故時(shí)有發(fā)生。不過(guò)，這些問(wèn)題并不完全是由于沖壓加工工藝及模具本身帶來(lái)的，而主要是由于傳統(tǒng)的沖壓設(shè)備及落后的手工操作造成的。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，隨著機(jī)電一體化技術(shù)的進(jìn)步，這些問(wèn)題一定會(huì)盡快而完善的得到解決。
3、高強(qiáng)度鋼沖壓
當(dāng)今高強(qiáng)鋼、超高強(qiáng)鋼很好的實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛的輕量化，提高了車(chē)輛的碰撞強(qiáng)度和安全性能，因此成為車(chē)用鋼材的重要發(fā)展方向。但隨著板料強(qiáng)度的提高，傳統(tǒng)的冷沖壓工藝在成型過(guò)程中容易產(chǎn)生破裂現(xiàn)象，無(wú)法滿足高強(qiáng)度鋼板的加工工藝要求。在無(wú)法滿足成型條件的情況下，目前國(guó)際上逐漸研究超高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓成形技術(shù)。該技術(shù)是綜合了成形、傳熱以及組織相變的一種新工藝，主要是利用高溫奧氏體狀態(tài)下，板料的塑性增加，屈服強(qiáng)度降低的特點(diǎn)，通過(guò)模具進(jìn)行成形的工藝。但是熱成型需要對(duì)工藝條件、金屬相變、CAE分析技術(shù)進(jìn)行深入研究，目前該技術(shù)被國(guó)外廠商壟斷，國(guó)內(nèi)發(fā)展緩慢。[18]
10.沖壓行業(yè)趨勢(shì)
從趨勢(shì)看，近年來(lái)，零部件企業(yè)受上下游擠壓嚴(yán)重，人力成本上升明顯，效率更高的機(jī)械壓力機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)、多工位壓力機(jī)、連線的自動(dòng)化生產(chǎn)線、復(fù)合模具在業(yè)內(nèi)使用量明顯增加。同時(shí)來(lái)自用戶行業(yè)的高要求，校平、潤(rùn)滑、去毛刺、內(nèi)高壓成形、無(wú)模、多點(diǎn)成形、熱成形等特殊工藝和延伸服務(wù)的需求大大增加，未來(lái)沖壓和鈑金行業(yè)的多工位、自動(dòng)化、柔性化、智能化水平需求大幅提升。
未來(lái)沖壓、鈑金行業(yè)的發(fā)展必須符合低碳、環(huán)保、節(jié)能節(jié)材的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和消費(fèi)理念，生產(chǎn)必須向精密、高效發(fā)展，企業(yè)必須向?qū)I(yè)化、規(guī)?；?、全球化發(fā)展。
另外，智能化也是未來(lái)行業(yè)發(fā)展的一個(gè)必然要求?！爸悄堋币馕吨焊叩纳a(chǎn)效率和產(chǎn)品精度、更穩(wěn)定的重復(fù)精度、更加柔性化的生產(chǎn)方式、較低的勞動(dòng)強(qiáng)度、更快的市場(chǎng)響應(yīng)速度、更加全面的企業(yè)信息化系統(tǒng)等。
11.沖壓行業(yè)的未來(lái)
沖壓技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀和未來(lái)趨勢(shì)
(1)突出"精、省和凈"
(2)沖壓成型更加"科學(xué)化、數(shù)字化和可控化"
(3)沖壓成型可以實(shí)現(xiàn)全過(guò)程控制
(4)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)開(kāi)始即進(jìn)入控制，考慮工藝
(5)沖壓生產(chǎn)的靈活性和柔性
(6)復(fù)合技術(shù)的應(yīng)用
未來(lái)發(fā)展：
(1)電子技術(shù)從設(shè)計(jì)走向商務(wù)，電子商務(wù)帶來(lái)了買(mǎi)方拍賣(mài)，加大了行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)難度。
(2)立志參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的企業(yè)，必須發(fā)展產(chǎn)品專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)。
(3)沖壓部件廠將參與主機(jī)廠主機(jī)的設(shè)計(jì)，功能化供貨。
(4)人才是企業(yè)爭(zhēng)奪的焦點(diǎn)，人員再教育和網(wǎng)絡(luò)教育日常進(jìn)行顯得越來(lái)越重要。
(5)沖壓件批量和成本的矛盾日益尖銳。全球平臺(tái)式生產(chǎn)會(huì)進(jìn)入沖壓行業(yè)。
(6)供應(yīng)商-沖壓廠，沖壓廠-用戶之間的合作越來(lái)越重要，在整個(gè)工業(yè)中，沖壓與鍛造一樣是一個(gè)弱小行業(yè)，只有團(tuán)結(jié)才能適應(yīng)變化。
(7)沖壓行業(yè)的投資將越來(lái)越大，而更新將越來(lái)越快。
(8)沖壓的關(guān)鍵在模具，沖壓模具的發(fā)展至關(guān)重要。
隨著勞動(dòng)力成本劇增，熟練技工又越來(lái)越短缺，低效率生產(chǎn)的普通沖壓件的利潤(rùn)越來(lái)越稀薄，應(yīng)用自動(dòng)化、高效率、高穩(wěn)定的高速?zèng)_壓技術(shù)，生產(chǎn)更加精密、復(fù)雜的零件，從而獲得更大的附加值成為眾多企業(yè)的追求?，F(xiàn)代生活也為精密高速?zèng)_的市場(chǎng)提供了極大地發(fā)展空間，相信未來(lái)會(huì)有更多的企業(yè)關(guān)注精密高速?zèng)_生產(chǎn)。
參考資料
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