冲压成型工艺及模具设计

冲压成型工艺及模具设计课程教案/讲稿教师姓名：李奇涵学院（部、中心）：机电工程学院教研室∕实验室：模具教研室2004 年8 月第一章绪论第一节模具在工业生产中的地位模具是大批量生产同形产品的工具，是工业生产的主要工艺装备。

采用模具生产零部件，具有生产效率高、质量好、成本低、节约能源和原材料等一系列优点，用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。

已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。

现代经济的基础工业。

现代工业品的发展和技术水平的提高，很大程度上取决于模具工业的发展水平，因此模具工业对国民经济和社会发展将起越来越大的作用。

1989年3月国务院颁布的《关于当前产业政策要点的决定》中，把模具列为机械工业技术改造序列的第一位、生产和基本建设序列的第二位(仅次于大型发电设备及相应的输变电设备)，确立模具工业在国民经济中的重要地位。

1997年以来，又相继把模具及其加工技术和设备列入了《当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录》和《鼓励外商投资产业目录》。

经国务院批准，从1997年到2000年，对80多家国有专业模具厂实行增值税返还70%的优惠政策，以扶植模具工业的发展。

所有这些，都充分体现了国务院和国家有关部门对发展模具工业的重视和支持。

目前全世界模具年产值约为600亿美元，日、美等工业发达国家的模具工业产值已超过机床工业，从1997年开始，我国模具工业产值也超过了机床工业产值。

据统计，在家电、玩具等轻工行业，近90％的零件是综筷具生产的；在飞机、汽车、农机和无线电行业，这个比例也超过60％。

例如飞机制造业，某型战斗机模具使用量超过三万套，其中主机八千套、发动机二千套、辅机二万套。

从产值看，80年代以来，美、日等工业发达国家模具行业的产值已超过机床行业，并又有继续增长的趋势。

据国际生产技术协会预测，到2000年，产品尽件粗加工的75%、精加工的50％将由模具完成；金属、塑料、陶瓷、橡胶、建材等工业制品大部分将由模具完成，50％以上的金属板材、80％以上的塑料都特通过模具转化成制品。

第二节模具的历史发展模具的出现可以追溯到几千年前的陶器和青铜器铸造，但其大规模使用却是随着现代工业的掘起而发展起来的。

19世纪，随着军火工业(枪炮的弹壳)、钟表工业、无线电工业的发展，冲模得到广泛使用。

二次大战后，随着世界经济的飞速发展，它又成了大量生产家用电器、汽车、电子仪器、照相机、钟表等零件的最佳方式。

从世界范围看，当时美国的冲压技术走在前列——许多模具先进技术，如简易模具、高效率模具、高寿命模具和冲压自动化技术，大多起源于美国；而瑞士的精冲、德国的冷挤压技术，苏联对塑性加工的研究也处于世界先进行列。

50年代，模具行业工作重点是根据订户的要求，制作能满足产品要求的模具。

模具设计多凭经验，参考已有图纸和感性认识，对所设计模具零件的机能缺乏真切了解。

从1955年到1965年，是压力加工的探索和开发时代——对模具主要零部件的机能和受力状态进行了数学分桥，并把这些知识不断应用于现场实际，使得冲压技术在各方面有飞跃的发展。

其结果是归纳出模具设计原则，并使得压力机械、冲压材料、加工方法、梅具结构、模具材料、模具制造方法、自动化装置等领域面貌一新，并向实用化的方向推进，从而使冲压加工从仪能生产优良产品的第一阶段。

进入70年代向高速化、启动化、精密化、安全化发展的第二阶段。

在这个过程中不断涌现各种高效率、商寿命、高精度助多功能自动校具。

其代表是多达别多个工位的级进模和十几个工位的多工位传递模。

在此基础上又发展出既有连续冲压工位又有多滑块成形工位的压力机—弯曲机。

在此期间，日本站到了世界最前列——其模具加工精度进入了微米级，模具寿命，合金工具钢制造的模具达到了几千万次，硬质合金钢制造的模具达到了几亿次p 每分钟冲压次数，小型压力机通常为200至300次，最高为1200次至1500次。

在此期间，为了适应产品更新快、用期短(如汽车改型、玩具翻新等)的需要，各种经济型模具，如锌落合金模具、聚氨酯橡胶模具、钢皮冲模等也得到了很大发展。

从70年代中期至今可以说是计算机辅助设计、辅助制造技术不断发展的时代。

随着模具加工精度与复杂性不断提高，生产周期不断加快，模具业对设备和人员素质的要求也不断提高。

依靠普通加工设备，凭经验和手艺越来越不能满足模具生产的需要。

90年代以来，机械技术和电子技术紧密结合，发展了NC机床，如数控线切割机床、数控电火花机床、数控铣床、数控坐标磨床等。

而采用电子计算机自动编程、控制的cNc机床提高了数控机床的使用效率和范围。

近年来又发展出由一台计算机以分时的方式直接管理和控制一群数控机床的nNc系统。

随着计算机技术的发展，计算机也逐步进入模具生产的各个领域，包括设计、制造、管理等。

国际生产研究协会预测，到2000年，作为设计和制造之间联系手段的图纸将失去其主要作用。

模具自动设计的最根本点是必须确立模具零件标准及设计标准。

要摆脱过去以人的思考判断和实际经验为中心所组成的设计方法，就必须把过去的经验和思考方法，进行系列化、数值化、数式化，作为设计准则储存到计算机中。

因为模具构成元件也干差万别，要搞出一个能适应各种零件的设计软件几乎不可能。

但是有些产品的零件形状变化不大，模具结构有一定的规律，放可总结归纳，为自动设计提供软件。

如日本某公司的CDM系统用于级进模设计与制造，其中包括零件图形输入、毛坯展开、条料排样、确定模板尺寸和标准、绘制装配图和零件图、输出NC程序(为数控加工中心和线切割编程)等，所用时间由手工的20%、工时减少到35小时；从80年代初日本就将三维的cad／cam系统用于汽车覆盖件模具。

目前，在实体件的扫描输入，图线和数据输入，几何造形、显示、绘图、标注以及对数据的自动编程，产生效控机床控制系统的后置处理文件等方面已达到较高水平；计算机仿真(CAE)技术也取得了一定成果。

在高层次上，CAD／cAM／CAE集成的，即数据是统一的，可以互相直接传输信息．实现网络化。

目前．国外仅有少数厂家能够做到。

第三节我国模具工业现状及发展趋势模具工业现状由于历史原因形成的封闭式、“大而全”的企业特征，我国大部分企业均设有模具车间，处于本厂的配套地位，自70年代末才有了模具工业化和生产专业化这个概念。

生产效率不高，经济效益较差。

模具行业的生产小而散乱，跨行业、投资密集，专业化、商品化和技术管理水平都比较低。

据不完全统计，全国现有模具专业生产厂、产品厂配套的模具车间（分厂）近17000家，约60万从业人员，年模具总产值达200亿元人民币。

但是，我国模具工业现有能力只能满足需求量的60％左右，还不能适应国民经济发展的需要。

目前，国内需要的大型、精密、复杂和长寿命的模具还主要依靠进口。

据海关统计，1997年进口模具价值6.3亿美元，这还不包括随设备一起进口的模具；1997年出口模具仅为7800万美元。

目前我国模具工业的技术水平和制造能力，是我国国民经济建设中的薄弱环节和制约经济持续发展的瓶颈。

1、模具工业产品结构的现状按照中国模具工业协会的划分，我国模具基本分为10大类，其中，冲压模和塑料成型模两大类占主要部分。

按产值计算，目前我国冲压模占50％左右，塑料成形模约占20％，拉丝模（工具）约占10％，而世界上发达工业国家和地区的塑料成形模比例一般占全部模具产值的40％以上。

我国冲压模大多为简单模、单工序模和符合模等，精冲模，精密多工位级进模还为数不多，模具平均寿命不足100万次，模具最高寿命达到1亿次以上，精度达到3～5um，有50个以上的级进工位，与国际上最高模具寿命6亿次，平均模具寿命5000万次相比，处于80年代中期国际先进水平。

我国的塑料成形模具设计，制作技术起步较晚，整体水平还较低。

目前单型腔，简单型腔的模具达70％以上，仍占主导地位。

一模多腔精密复杂的塑料注射模，多色塑料注射模已经能初步设计和制造。

模具平均寿命约为80万次左右，主要差距是模具零件变形大、溢边毛刺大、表面质量差、模具型腔冲蚀和腐蚀严重、模具排气不畅和型腔易损等，注射模精度已达到5um以下，最高寿命已突破2000万次，型腔数量已超过100腔，达到了80年代中期至90年代初期的国际先进水平。

2、模具工业技术结构现状我国模具工业目前技术水平参差不齐，悬殊较大。

从总体上来讲，与发达工业国家及港台地区先进水平相比，还有较大的差距。

在采用CAD/CAM/CAE/CAPP等技术设计与制造模具方面，无论是应用的广泛性，还是技术水平上都存在很大的差距。

在应用CAD技术设计模具方面，仅有约10%的模具在设计中采用了CAD，距抛开绘图板还有漫长的一段路要走；在应用CAE进行模具方案设计和分析计算方面，也才刚刚起步，大多还处于试用和动画游戏阶段；在应用CAM技术制造模具方面，一是缺乏先进适用的制造装备，二是现有的工艺设备（包括近10多年来引进的先进设备）或因计算机制式（IBM微机及其兼容机、HP工作站等）不同，或因字节差异、运算速度差异、抗电磁干扰能力差异等，联网率较低，只有5%左右的模具制造设备近年来才开展这项工作；在应用CAPP技术进行工艺规划方面，基本上处于空白状态，需要进行大量的标准化基础工作；在模具共性工艺技术，如模具快速成型技术、抛光技术、电铸成型技术、表面处理技术等方面的CAD/CAM技术应用在我国才刚起步。

计算机辅助技术的软件开发，尚处于较低水平，需要知识和经验的积累。

我国大部分模具厂、车间的模具加工设备陈旧，在役期长、精度差、效率低，至今仍在使用普通的锻、车、铣、刨、钻、磨设备加工模具，热处理加工仍在使用盐浴、箱式炉，操作凭工人的经验，设备简陋，能耗高。

设备更新速度缓慢，技术改造，技术进步力度不大。

虽然近年来也引进了不少先进的模具加工设备，但过于分散，或不配套，利用率一般仅有25%左右，设备的一些先进功能也未能得到充分发挥。

缺乏技术素质较高的模具设计、制造工艺技术人员和技术工人，尤其缺乏知识面宽、知识结构层次高的复合型人才。

中国模具行业中的技术人员，只占从业人员的8%~12%左右，且技术人员和技术工人的总体技术水平也较低。

1980年以前从业的技术人员和技术工人知识老化，知识结构不能适应现在的需要；而80年代以后从业的人员，专业知识、经验匮乏，动手能力差，不安心，不愿学技术。

近年来人才外流不仅造成人才数量与素质水平下降，而且人才结构也出现了新的断层，青黄不接，使得模具设计、制造的技术水平难以提高。

3、模具工业配套材料，标准件结构现状近10多年来，特别是“八五”以来，国家有关部委已多次组织有关材料研究所、大专院校和钢铁企业，研究和开发模具专用系列钢种、模具专用硬质合金及其他模具加工的专用工具、辅助材料等，并有所推广。