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文 獻(xiàn) 綜 述
0 引言
模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備，在電子、汽車、電機(jī)、電器、儀器、儀表、家電和通訊等產(chǎn)品中，60％～80％的零部件都要依靠模具成形。用模具生產(chǎn)制件所表現(xiàn)出來的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比擬的。模具又是“效益放大器”，用模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價(jià)值，往往是模具自身價(jià)值的幾十倍、上百倍。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個(gè)國家或地區(qū)產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。因此，我們必須加快模具行業(yè)的發(fā)展[1]。
1沖模制造技術(shù)發(fā)展趨勢
沖模是將材料加工成所需的沖件的一種工藝裝備。沖模在冷沖壓中至關(guān)重要，一般來說，不具備符合要求的沖模，冷沖壓就無法進(jìn)行；先進(jìn)的沖壓工藝也必須依靠相應(yīng)的沖模來實(shí)現(xiàn)[8]。
模具技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該為適應(yīng)模具產(chǎn)品“交貨期短”、“精度高”、“質(zhì)量好”、“價(jià)格低”的要求服務(wù)。達(dá)到這一要求急需發(fā)展如下幾項(xiàng)：
(1)全面推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)模具。CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計(jì)制造的發(fā)展方向。計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展正使CAD/CAM/CAE技術(shù)跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所地在整個(gè)行業(yè)中推廣成為可能，實(shí)現(xiàn)技術(shù)資源的重新整合，使虛擬制造成為可能。
(2)高速銑削加工。國外近年來發(fā)展的高速銑削加工，大幅度提高了加工效率，并可獲得極高的表面光潔度。另外，還可加工高硬度模塊，還具有溫升低、熱變形小等優(yōu)點(diǎn)。
(3)模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)。高速掃描機(jī)和模具掃描系統(tǒng)提供了從模型或?qū)嵨飹呙璧郊庸こ銎谕哪Ｐ退璧闹T多功能，大大縮短了模具的在研制制造周期。
(4)電火花銑削加工。電火花銑削加工技術(shù)也稱為電火花創(chuàng)成加工技術(shù)，這是一種替代傳統(tǒng)的用成型電極加工型腔的新技術(shù)，它是有高速旋轉(zhuǎn)的簡單的管狀電極作三維或二維輪廓加工(像數(shù)控銑一樣)。
(5)提高模具標(biāo)準(zhǔn)化程度。我國模具標(biāo)準(zhǔn)化程度正在不斷提高，估計(jì)目前我國模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率已達(dá)到30%左右。國外發(fā)達(dá)國家一般為80%左右。
(6)優(yōu)質(zhì)材料及先進(jìn)表面處理技術(shù)。選用優(yōu)質(zhì)鋼材和應(yīng)用相應(yīng)的表面處理技術(shù)來提高模具的壽命就顯得十分必要。模具熱處理和表面處理是否能充分發(fā)揮模具鋼材料性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
(7)模具研磨拋光。將自動化、智能化模具表面的質(zhì)量對模具使用壽命、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)量是重要的發(fā)展趨勢。
(8)模具自動加工系統(tǒng)的發(fā)展。這是我國長遠(yuǎn)發(fā)展的目標(biāo)。模具自動加工系統(tǒng)應(yīng)有多臺機(jī)床合理組合；配有隨行定位夾具或定位盤；有完整的機(jī)具、刀具數(shù)控庫；有完整的數(shù)控柔性同步系統(tǒng)；有質(zhì)量監(jiān)測控制系統(tǒng)[9.10.11]。
2冷沖壓
冷沖壓是塑性加工的基本方法之一,它是利用安裝在壓力機(jī)上的模具,在室溫下對板料施加壓力使其變形和分離,從而獲得具有一定形狀\尺寸的零件的壓力加工方法。在冷沖壓加工中，將材料（金屬或非金屬）加工成零件（或半成品）的一種特殊工藝裝備，稱為冷沖壓模具（俗稱冷沖模）。冷沖模在實(shí)現(xiàn)冷沖壓加工中是必不可少的工藝裝備，沒有先進(jìn)的模具技術(shù)、先進(jìn)的沖壓工藝就無法實(shí)現(xiàn)[7]。而冷沖壓的特點(diǎn)如下：
(1) 能沖出其它加工工藝難以加工或無法加工的形狀復(fù)雜的制件。
(2) 沖壓件質(zhì)量穩(wěn)定，尺寸精度高。由于沖壓加工是靠模具成形，模具制造精度高、使用壽命長，故沖壓件質(zhì)量穩(wěn)定，制件互換性好。尺寸精度一般可達(dá)到IT10～I(xiàn)T14級最高可達(dá)到IT6級，有的制件不需再機(jī)械加工，便可滿足裝配和使用要求。
(3) 生產(chǎn)率高。例如汽車覆蓋件這樣的大型沖壓件的生產(chǎn)效率，可達(dá)每分鐘數(shù)件；高速沖壓小行制件，每分鐘可達(dá)到上千件。
(4) 沖壓件具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、剛性好和表面粗糙度小等特點(diǎn)。
(5) 材料利用率高。一般為70﹪～85﹪，因此沖壓加工能實(shí)現(xiàn)少廢料，甚至無廢料生產(chǎn)。在某些情況下，邊角余料也可充分利用。
(6) 操作簡單，便于組織生產(chǎn)。
(7) 易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動化生產(chǎn)。
沖壓的缺點(diǎn)是模具制造周期長、制造成本高，故不適合于單件小批量生產(chǎn)[12]。
3 國內(nèi)模具技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
根據(jù)海關(guān)統(tǒng)計(jì)資料，2(X)9年1-6月我國模具進(jìn)出口總量為19．13億美元，其中進(jìn)口總量為l0．33億美元，出口總量為8．8()億美元，與上年同期相比，進(jìn)出口總量同比下降3．53％，出口總量同比增長1．38％，進(jìn)口總量同比下降7．35％。按模具種類分，進(jìn)口和出口最高的是塑料橡膠模具，分別占進(jìn)口和出口總額的49．27％ 和71．50％，其次是沖壓模具，分別占進(jìn)口和出口總額的44．04％ 和21．36％。按進(jìn)口貨源地分，進(jìn)口模具主要來自日本、韓國和德國，其次是我國臺灣、美國、意大利、加拿大、法國、新加坡和丹麥。按出口目的地分，我國出口模具的主要市場是我國香港特別行政區(qū)、美國、日本，其次是德國、印度、我國臺灣、法國、馬來西亞、巴西和新加坡。
按進(jìn)口目的地分，進(jìn)口模具最多的是江蘇、廣東和天津，其次是上海、北京、吉林、福建、浙江、山東和遼寧。按出口貨源地分，我國的出口模具主要來自廣東、浙江和江蘇，其次為上海、山東、天津、福建、遼寧、河南和河北。專家指出，09年上半年我國模具進(jìn)出口總量在下降，但出口在全球總需求下降的情況下仍同比增長1．38％，確實(shí)不易，從中可以看出我國模具國際競爭力的提升。廣東黃埔海關(guān)8月5日公布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2009年l～6月，廣東省出口模具3．6億美元，與2008年同期相比增長12％，出口總額超出排名第二的浙江省一倍以上。其中，對香港的出口達(dá)到1．7億美元，增長18％，占出口總量的46％；對歐盟的出口逾50(X)萬美元， 占出口總量的15％。在工業(yè)經(jīng)濟(jì)持續(xù)陜速增長的帶動下，廣東省模具工業(yè)飛速發(fā)展，成為“中國模具第一大省”，且制模技術(shù)已接近國際水平。有業(yè)內(nèi)人士指出，廣東模具設(shè)計(jì)和制造水平和日、美、德、意等國家相比還有待提高。
在較精細(xì)的中高檔模具方面，國內(nèi)企業(yè)仍然依賴進(jìn)口。同時(shí)，廣東模具出口僅局限于港澳等少數(shù)地區(qū)。黃埔海關(guān)分析人士說，目前國際模具市場因經(jīng)濟(jì)危機(jī)持續(xù)低迷，廣東模具企業(yè)仍有很大發(fā)展空問。今年美國通用宣告破產(chǎn)，國外汽車企業(yè)大洗牌，這些企業(yè)要開發(fā)新車型，所用到的模具會到中國等發(fā)展中國家去尋找[2343]。
4 沖壓技術(shù)與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)
沖壓加工技術(shù)雖然已經(jīng)發(fā)展成為了一門應(yīng)用技術(shù)科學(xué)，由板料、棋具、設(shè)備三要素組成的沖壓加工既有自己的理論指導(dǎo)，如分類理論、變形理論及塑性失穩(wěn)理論等，也有多種多樣的工藝方法及其系統(tǒng)的工藝知識結(jié)構(gòu)，但是，同所有的基礎(chǔ)科學(xué)及應(yīng)用技術(shù)科學(xué)一徉，它又在不斷發(fā)展[13]。
沖壓技術(shù)學(xué)科的發(fā)展大致表現(xiàn)為與下列學(xué)科的相結(jié)合上:
(1)與現(xiàn)代力學(xué)
沖壓加工的目的是要使板料產(chǎn)生塑性變形〔對成形加工)或斷裂(對分離加工)，從而獲得所需要的產(chǎn)品。用于金屬塑性成形的塑性力學(xué)有例組性、枯塑性、彈塑性，它們有不同的本構(gòu)方程。
(2)與現(xiàn)代數(shù)學(xué)
現(xiàn)代數(shù)學(xué)，比如最優(yōu)化方法、有限元方法、變分法、非線性數(shù)學(xué)等，促進(jìn)了應(yīng)用科學(xué)和工程技術(shù)的發(fā)展。特別是大變形有限元和非線性有限元方法，在塑性成形領(lǐng)域成為了當(dāng)前的熱點(diǎn)研究課題。
(3)與計(jì)算機(jī)技術(shù)
沖壓加工技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合問題，國內(nèi)開展了很多的研究上海模具技術(shù)研究所、華中理工大學(xué)、山東工大、內(nèi)蒙工大、西北工大、西安交大、南昌大學(xué)等都開發(fā)了各自的CAD(包括CAPP,CAD/CAM)軟件。國內(nèi)的小型專用軟件大多受AutoCAD,U G,Pro/E等比較流行的軟件的支持。
(4)與工業(yè)設(shè)計(jì)、與藝術(shù)
沖壓加工主要是生產(chǎn)作為機(jī)器構(gòu)件的機(jī)械產(chǎn)品和人們生活的日用品，可由于沖壓產(chǎn)品其有輕而薄、外形可復(fù)雜強(qiáng)度又高的特點(diǎn)，于是，人們想把它當(dāng)成一種藝術(shù)品。俄羅斯(前蘇聯(lián)時(shí)期就)有藝術(shù)鍛造、藝術(shù)沖壓博物館。
(5)與現(xiàn)代物理、化學(xué)
使用新的動力、能源對金屬薄板進(jìn)行加工，改善沖壓加中的潤滑，對沖壓產(chǎn)品尤其是三維件進(jìn)行更有效的設(shè)計(jì)等，都必須與現(xiàn)代物理、化學(xué)科學(xué)結(jié)合起來。比如:
激光沖孔、激光切割在國內(nèi)外已有不少應(yīng)用，但在激光切割厚板時(shí)，近激光束端就比遠(yuǎn)激光束端斷面更光潔，日本京葵沖壓工業(yè)公司就提出了這個(gè)需要解決的實(shí)際問題[14.15.16]。
5未來沖壓模具制造技術(shù)發(fā)展趨勢
模具技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該為適應(yīng)模具產(chǎn)品“交貨期短”、“精度高”、“質(zhì)量好”、“價(jià)格低”的要求服務(wù)。達(dá)到這一要求急需發(fā)展如下幾項(xiàng)：[6.17.18.19.20]
(1)全面推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)
模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計(jì)制造的發(fā)展方向。隨著微機(jī)軟件的發(fā)展和進(jìn)步，普及CAD/CAM/CAE技術(shù)的條件已基本成熟，各企業(yè)將加大CAD/CAM技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)的力度;進(jìn)一步擴(kuò)大CAE技術(shù)的應(yīng)用范圍。計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展正使CAD/CAM/CAE技術(shù)跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所地在整個(gè)行業(yè)中推廣成為可能，實(shí)現(xiàn)技術(shù)資源的重新整合，使虛擬制造成為可能。
(2)高速銑削加工
國外近年來發(fā)展的高速銑削加工，大幅度提高了加工效率，并可獲得極高的表面光潔度。另外，還可加工高硬度模塊，還具有溫升低、熱變形小等優(yōu)點(diǎn)。高速銑削加工技術(shù)的發(fā)展，對汽車、家電行業(yè)中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向發(fā)展。
(3)模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)
高速掃描機(jī)和模具掃描系統(tǒng)提供了從模型或?qū)嵨飹呙璧郊庸こ銎谕哪Ｐ退璧闹T多功能，大大縮短了模具的在研制制造周期。有些快速掃描系統(tǒng)，可快速安裝在已有的數(shù)控銑床及加工中心上，實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集、自動生成各種不同數(shù)控系統(tǒng)的加工程序、不同格式的CAD數(shù)據(jù)，用于模具制造業(yè)的“逆向工程”。模具掃描系統(tǒng)已在汽車、摩托車、家電等行業(yè)得到成功應(yīng)用，相信在“十五”期間將發(fā)揮更大的作用。
(4)電火花銑削加工
電火花銑削加工技術(shù)也稱為電火花創(chuàng)成加工技術(shù)，這是一種替代傳統(tǒng)的用成型電極加工型腔的新技術(shù)，它是有高速旋轉(zhuǎn)的簡單的管狀電極作三維或二維輪廓加工(像數(shù)控銑一樣)，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。國外已有使用這種技術(shù)的機(jī)床在模具加工中應(yīng)用。預(yù)計(jì)這一技術(shù)將得到發(fā)展。
(5)提高模具標(biāo)準(zhǔn)化程度
我國模具標(biāo)準(zhǔn)化程度正在不斷提高，估計(jì)目前我國模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率已達(dá)到30%左右。國外發(fā)達(dá)國家一般為80%左右。
(6)優(yōu)質(zhì)材料及先進(jìn)表面處理技術(shù)
選用優(yōu)質(zhì)鋼材和應(yīng)用相應(yīng)的表面處理技術(shù)來提高模具的壽命就顯得十分必要。模具熱處理和表面處理是否能充分發(fā)揮模具鋼材料性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。模具熱處理的發(fā)展方向是采用真空熱處理。模具表面處理除完善應(yīng)發(fā)展工藝先進(jìn)的氣相沉積(TiN、TiC等)、等離子噴涂等技術(shù)。
(7)模具研磨拋光將自動化、智能化
模具表面的質(zhì)量對模具使用壽命、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)量是重要的發(fā)展趨勢。
(8)模具自動加工系統(tǒng)的發(fā)展
這是我國長遠(yuǎn)發(fā)展的目標(biāo)。模具自動加工系統(tǒng)應(yīng)有多臺機(jī)床合理組合；配有隨行定位夾具或定位盤;有完整的機(jī)具、刀具數(shù)控庫;有完整的數(shù)控柔性同步系統(tǒng)；有質(zhì)量監(jiān)測控制系統(tǒng)。
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