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学号
08021020225
指导老师
韩老师
职称
助教
所在学院
机械工程学院
诚信承诺
本人慎重承诺和声明:
在毕业论文活动中遵守学校有关规定,恪守学术规范,在本人的毕业论文中未剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果,未篡改研究数据,如有违规行为发生,我愿承担一切责任,接受学校的处理。
学生:
2010年11月10日
摘要
在目前激烈的市场竞争中,产品投入市场的迟早往往是成败的关键。
模具是高质量、高效率的产品生产工具,模具开发周期占整个产品开发周期的主要部分。
因此客户对模具开发周期要求越来越短,不少客户把模具的交货期放在第一位置,然后才是质量和价格。
因此,如何在保证质量、控制成本的前提下加工模具是值得认真考虑的问题。
模具加工工艺是一项先进的制造工艺,已成为重要发展方向,在航空航天、汽车、机械等各行业得到越来越广泛的应用。
模具加工技术,可以提高制造业的综合效益和竞争力。
研究和建立模具工艺数据库,为生产企业提供迫切需要的高速切削加工数据,对推广高速切削加工技术具有非常重要的意义。
本文的主要目标就是在模具现在发展的状况下对模具现状了解深入及未来发展的方向做一个详细、具体的阐述与展望!
[关键词] 冲压 模具技术 现状 发展
Abstract
Chineseabstractinatpresentintensemarketcompetition,theproductinveststhemarketsoonerorlateroftenisthesuccessorfailurekey.Themoldishighgrade,thehighefficiencyproductproductiontool,themolddevelopmentcycleoccupiestheentireproductdevelopmentcyclethemainpart.Thereforethecustomerismoreandmoreshorttothemolddevelopmentcyclerequest,manycustomersplacethemolddateofdeliverythefirstposition,thenisthequalityandtheprice.Therefore,howintheguaranteequality,underthecontrolcostpremiseprocessesthequestionwhichthemoldisworthconsideringearnestly.Themoldprocessingcraftisanadvancedmanufacturecraft,hasbecometheimportantdevelopmentdirection,intheaerospace,theautomobile,themachineryandsoonvariousprofessionsobtainsthemoreandmorewidespreadapplication.Themoldprocessingtechnology,mayenhancethemanufacturingindustrythecombinedearningsandthecompetitivepower.Theresearchandtheestablishmentmoldcraftdatabase,providestheurgentneedfortheproductionenterprisethehigh-speedcuttingprocessingdata,topromotesthehigh-speedcuttingprocessingtechnologytohavetheextremelyvitalsignificance.Thethisarticleessentialtargetisundertheconditionwhichthemolddevelopsnowtothemoldpresentsituationunderstoodthoroughandthefuturewilldevelopthedirectionwillmakeonedetailed,theconcreteelaborationandtheforecast!
[Keyword] Ramming, Moldtechnologypresent--situationdevelopment
前言
1 冲压的概念、特点及应用
1.1概念1
1.2特点1
1.3应用2
2 冲压模具市场情况
3 冲压模具水平状况
3.1模具CAD/CAM技术状况3
3.2模具设计与制造能力状况4
3.3.专业化程度及分布状况4
4 冲压技术的现状及发展方向
4.1冲压成形理论及冲压工艺方面6
4.2冲模是实现冲压生产的基本条件7
4.3冲压设备和冲压生产自动化方面8
4.4 冲压标准化及专业化生产方面9
5 冲压模具的其他发展重点及展望
5.1模具企业管理10
5.2模具行业调整10
5.2.1模具企业组织结构的调整10
5.2.2模具产品结构的调整11
5.2.3模具技术结构的调整11
5.2.4模具进出口结构的调整11
参考文献13
致谢14
近年来,模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展,模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化,除了国有专业模具厂外,集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。
浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”;
广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业,科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心;
中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。
随着与国际接轨的脚步不断加快,市场竞争的日益加剧,人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。
而模具制造是整个链条中最基础的要素之一。
近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度,将技术进步视为企业发展的重要动力。
一些国内模具企业已普及了二维CAD,并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件,个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件,并成功应用于冲压模的设计中。
论我国冲压模具的现在与发展
1冲压的概念、特点及应用
1.1概念
冲压是利用安装在冲压设备(主要是压力机)上的模具对材料施加压力,使其产生分离或塑性变形,从而获得所需零件(俗称冲压或冲压件)的一种压力加工方法。
冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工,且主要采用板料来加工成所需零件,所以也叫冷冲压或板料冲压。
冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一,隶属于材料成型工程术。
冲压所使用的模具称为冲压模具,简称冲模。
冲模是将材料(金属或非金属)批量加工成所需冲件的专用工具。
冲模在冲压中至关重要,没有符合要求的冲模,批量冲压生产就难以进行;
没有先进的冲模,先进的冲压工艺就无法实现。
冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素,只有它们相互结合才能得出冲压件。
1.2特点
与机械加工及塑性加工的其它方法相比,冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。
主要表现如下。
(1)冲压加工的生产效率高,且操作方便,易于实现机械化与自动化。
这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工,普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次,高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上,而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。
(2)冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度,且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。
(3)冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件,如小到钟表的秒表,大到汽车纵梁、覆盖件等,加上冲压时材料的冷变形硬化效应,冲压的强度和刚度均较高。
(4)冲压一般没有切屑碎料生成,材料的消耗较少,且不需其它加热设备,因而是一种省料,节能的加工方法,冲压件的成本较低。
但是,冲压加工所使用的模具一般具有专用性,有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形,且模具制造的精度高,技术要求高,是技术密集形产品。
所以,只有在冲压件生产批量较大的情况下,冲压加工的优点才能充分体现,从而获得较好的经济效益。
1.3应用
冲压加工在现代工业生产中,尤其是大批量生产中应用十分广泛。
相当多的工业部门越来越多地采用冲压法加工产品零部件,如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天、家电及轻工等行业。
在这些工业部门中,冲压件所占的比重都相当的大,少则60%以上,多则90%以上。
不少过去用锻造=铸造和切削加工方法制造的零件,现在大多数也被质量轻、刚度好的冲压件所取代。
因此可以说,如果生产中不量采用冲压工艺,许多工业部门要提高生产效率和产品质量、降低生产成本、快速进行产品更新换代等都是难以实现的。
2 冲压模具市场情况
我国冲压模具无论在数量上,还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展,但与国民经济需求和世界先进水平相比,差距仍很大,一些大型、精密、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口,特别是中高档轿车的覆盖件模具,目前仍主要依靠进口。
一些低档次的简单冲模,已趋供过于求,市场竞争激烈。
现将2004年我国冲压模具市场情况简介如下:
据中国模具工业协会发布的统计材料,2004年我国冲压模具总产出约为220亿元,其中出口0.75亿美元,约合6.2亿元。
根据我国海关统计资料,2004年我国共进口冲压模具5.61亿美元,约合46.6亿元。
从上述数字可以得出2004年我国冲压模具市场总规模约为266.6亿元。
其中国内市场总需求为260.4亿元,总供应约为213.8亿元,市场满足率为82%。
在上述供求总体情况中,有几个具体情况必须说明:
一是进口模具大部分是技术含量高的大型精密模具,而出口模具大部分是技术含量较低的中低档模具,因此技术含量高的中高档模具市场满足率低于冲压模具总体满足率,这些模具的发展已滞后于冲压件生产,而技术含量低的中低档模具市场满足率要高于冲压模具市场总体满足率;
二是由于我国的模具价格要比国际市场低格低许多,具有一定的竞争力,因此其在国际市场的前景看好,2005年冲压模具出口达到1.46亿美元,比2004年增长94.7%就可说明这一点;
三是近年来港资、台资、外资企业在我国发展迅速,这些企业中大量的自产自用的冲压模具无确切的统计资料,因此未能计入上述数字之中。
3 冲压模具水平状况
近年来,我国冲压模具水平已有很大提高。
大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。
为中档轿车配套的覆盖件模具国内也能生产了。
精度达到1~2μm,寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。
表面粗糙度达到Ra≦1.5μm的精冲模,大尺寸(Φ≧300mm)精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。
3.1模具CAD/CAM技术状况
我国模具CAD/CAM技术的发展已有20多年历史。
由原华中工学院和武汉733厂于1984年共同完成的精冲模CAD/CAM系统是我国第一个自行开发的模具CAD/CAM系统。
由华中工学院和北京模具厂等于1986年共同完成的冷冲模CAD/CAM系统是我国自行开发的第一个冲裁模CAD/CAM系统。
上海交通大学开发的冷冲模CAD/CAM系统也于同年完成。
20世纪90年代以来,国内汽车行业的模具设计制造中开始采用CAD/CAM技术。
国家科委863计划将东风汽车公司作为CIMS应用示范工厂,由华中理工大学作为技术依托单位,开发的汽车车身与覆盖件模具CAD/CAPP/CAM集成系统于1996年初通过鉴定。
在此期间,一汽和成飞汽车模具中心引进了工作站和CAD/CAM软件系统,并在模具设计制造中实际应用,取得了显著效益。
1997年一汽引进了板料成型过程计算机模拟CAE软件并开始用于生产。
21世纪开始CAD/CAM技术逐渐普及,现在具有一定生产能力的冲压模具企业基本都有了CAD/CAM技术。
其中部分骨干重点企业还具备各CAE能力。
模具CAD/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期,降低生产成本,提高产品质量,已成为人们的共识。
在“八五”、“九五”期间,已有一大批模具企业推广普及了计算机绘图技术,数控加工的使用率也越来越高,并陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统。
如美国EDS的UG,美国ParametricTechnology公司的Pro/Engineer,美国CV公司的CADS5,英国DELCAM公司的DOCT5,日本HZS公司的CRADE及space-E,以色列公司的Cimatron,还引进了AutoCAD、CATIA等软件及法国Marta-Daravision公司用于汽车及覆盖件模具的Euclid-IS等专用软件。
国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了CAD/CAM技术。
DL图的设计和模具结构图的设计均已实现二维CAD,多数企业已经向三维过渡,总图生产逐步代替零件图生产。
且模具的参数化设计也开始走向少数模具厂家技术开发的领域。
在冲压成型CAE软件方面,除了引进的软件外,华中科技大学、吉林大学、湖南大学等都已研发了较高水平的具有自主知识产权的软件,并已在生产实践中得到成功应用,产生了良好的效益。
快速原型(RP)与传统的快速经济模具相结合,快速制造大型汽车覆盖件模具,解决了原来低熔点合金模具靠样件浇铸模具,模具精度低、制件精度低,样件制作难等问题,实现了以三维CAD模型作为制模依据的快速模具制造,并且保证了制件的精度,为汽车行业新车型的开发、车身快速试制提供了覆盖件制作的保证,它标志着RPM应用于汽车车身大型覆盖件试制模具已取得了成功。
围绕着汽车车身试制、大型覆盖件模具的快速制造,近年来也涌现出一些新的快速成型方法,例如目前已开始在生产中应用的无模多点成型及激光冲击和电磁成型等技术。
它们都表现出了降低成本、提高效率等优点。
3.2模具设计与制造能力状况
在国家产业政策的正确引导下,经过几十年努力,现在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平,包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。
虽然如此,我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。
这些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面,无论在设计还是加工工艺和能力方面,都有较大差距。
轿车覆盖件模具,具有设计和制造难度大,质量和精度要求高的特点,可代表覆盖件模具的水平。
虽然在设计制造方法和手段方面已基本达到了国际水平,模具结构功能方面也接近国际水平,在轿车模具国产化进程中前进了一大步,但在制造质量、精度、制造周期等方面,与国外相比还存在一定的差距。
标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具,是我国重点发展的精密模具品种。
有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具,已基本达到国际水平。
但总体上和国外多工位级进模相比,在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上,仍存在一定差距。
汽车覆盖件模具制造技术正在不断地提高和完善,高精度、高效益加工设备的使用越来越广泛。
高性能的五轴高速铣床和三轴的高速铣床的应用已越来越多。
NC、DNC技术的应用越来越成熟,可以进行倾角加工和超精加工。
这些都提高了模具型面加工精度,提高了模具的质量,缩短了模具的制造周期。
模具表面强化技术也得到广泛应用。
工艺成熟、无污染、成本适中的离子渗氮技术越来越被认可,碳化物被覆处理(TD处理)及许多镀(涂)层技术在冲压模具上的应用日益增多。
真空处理技术、实型铸造技术、刃口堆焊技术等日趋成熟。
激光切割和激光焊接技术也得到了应用。
3.3.专业化程度及分布状况
我国模具行业专业化程度还比较低,模具自产自配比例过高。
国外模具自产自配比例一般为30%,我国冲压模具自产自配比例为60%。
这就对专业化产生了很多不利影响。
现在,技术要求高、投入大的模具,其专业化程度较高,例如覆盖件模具、多工位级进模和精冲模等。
而一般冲模专业化程度就较低。
由于自配比例高,所以冲压模具生产能力的分布基本上跟随冲压件生产能力的分布。
但是专业化程度较高的汽车覆盖件模具和多工位、多功能精密冲模的专业生产企业的分布有不少并不跟随冲压件能力分布而分布,而往往取决于主要投资者的决策。
例如四川有较大的汽车覆盖件模具的能力,江苏有较强的精密冲模的能力,而模具的用户大都不在本地。
随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展,许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现,因而促进了冲压技术的不断革新和发展。
其主要表现和发展方向如下。
4.1冲压成形理论及冲压工艺方面
冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。
目前,国内外对冲压成形理论的研究非常重视,在材料冲压性能研究、冲压成形过程应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展。
特别是随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善,近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术,即利用有限元(FEM)等有值分析方法模拟金属的塑性成形过程,根据分析结果,设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题,并通过在计算机上选择修改相关参数,可实现工艺及模具的优化设计。
这样既节省了昂贵的试模费用,也缩短了制模具周期。
研究推广能提高生产率及产品质量、降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种压新工艺,也是冲压技术的发展方向之一。
目前,国内外相继涌现出精密冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺及无模多点成形工艺等精密、高效、经济的冲压新工艺。
其中,精密冲裁是提高冲裁件质量的有效方法,它扩大了冲压加工范围,目前精密冲裁加工零件的厚度可达25mm,精度可达IT16~17级;
用液体、橡胶、聚氨酯等作柔性凸模或凹模的软模成形工艺,能加工出用普通加工方法难以加工的材料和复杂形状的零件,在特定生产条件下具有明显的经济效果;
采用爆炸等高能效成形方法对于加工各种尺寸在、形状复杂、批量小、强度高和精度要求较高的板料零件,具有很重要的实用意义;
利用金属材料的超塑性进行超塑成形,可以用一次成形代替多道普通的冲压成形工序,这对于加工形状复杂和大型板料零件具有突出的优越性;
无模多点成形工序是用高度可调的凸模群体代替传统模具进行板料曲面成形的一种先进技术,我国已自主设计制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备,解决了多点压机成形法,从而可随意改变变形路径与受力状态,提高了材料的成形极限,同时利用反复成形技术可消除材料内残余应力,实现无回弹成形。
无模多点成形系统以CAD/CAM/CAE技术为主要手段,能快速经济地实现三维曲面的自动化成形。
4.2冲模是实现冲压生产的基本条件
在冲模的设计制造上,目前正朝着以下两方面发展:
一方面,为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需要,冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向发展,与此相比适应的新型模具材料及其热处理技术,各种高效、精密、数控自动化的模具加工机床和检测设备以及模具CAD/CAM技术也在迅速发展;
另一方面,为了适应产品更新换代和试制或小批量生产的需要,锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展。
精密、高效的多工位及多功能级进模和大型复杂的汽车覆盖件冲模代表了现代冲模的技术水平。
目前,50个工位以上的级进模进距精度可达到2微米,多功能级进模不仅可以完成冲压全过程,还可完成焊接、装配等工序。
我国已能自行设计制造出达到国际水平的精度达2~5微米,进距精度2~3微米,总寿命达1亿次。
我国主要汽车模具企业,已能生产成套轿车覆盖件模具,在设计制造方法、手段方面已基本达到了国际水平,但在制造方法手段方面已基本达到了国际水平,模具结构、功能方面也接近国际水平,但在制造质量、精度、制造周期和成本方面与国外相比还存在一定差距。
模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。
计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正在不断向传统制造技术渗透、交叉、融合形成了现代模具制造技术。
其中高速铣削加工、电火花铣削加工、慢走丝切割加工、精密磨削及抛光技术、数控测量等代表了现代冲模制造的技术水平。
高速铣削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面质量(主轴转速一般为15000~40000r/min),加工精度一般可达10微米,最好的表面粗糙度Ra≤1微米),而且与传统切削加工相比具有温升低(工件只升高3摄氏度)、切削力小,因而可加工热敏材料和刚性差的零件,合理选择刀具和切削用量还可实现硬材料(60HRC)加工;
电火花铣削加工(又称电火花创成加工)是以高速旋转的简单管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样),因此不再需要制造昂贵的成形电极,如日本三菱公司生产的EDSCAN8E电火花铣削加工机床,配置有电极损耗自动补偿系统、CAD/CAM集成系统、在线自动测量系统和动态仿真系统,体现了当今电火花加工机床的技术水平;
慢走丝线切割技术的发展水平已相当高,功能也相当完善,自动化程度已达到无人看管运行的程度,目前切割速度已达到300mm
/min,加工精度可达±
1.5微米,表面粗糙度达Ra=01~0.2微米;
精度磨削及抛光已开始使用数控成形磨床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光等先进设备和技术;
模具加工过程中的检测技术也取得了很大的发展,现在三坐标测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外,其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措施及简单操作步骤,使得现场自动化检测成为可能。
此外,激光快速成形技术(RPM)与树脂浇注技术在快速经济制模技术中得到了成功的应用。
利用RPM技术快速成形三维原型后,通过陶瓷精铸、电弧涂喷、消失模、熔模等技术可快速制造各种成形模。
如清华大学开发研制的“M-RPMS-Ⅱ型多功能快速原型制造系统”是我国自主知识产权的世界惟一拥有两种快速成形工艺(分层实体制造SSM和熔融挤压成形MEM)的系统,它基于“模块化技术集成”之概念而设计和制造,具有较好的价格性能比。
一汽模具制造公司在以CAD/CAM加工的主模型为基础,采用瑞士汽巴精化的高强度树脂浇注成形的树脂冲模应用在国产轿车试制和小批量生产开辟了新的途径。
4.3冲压设备和冲压生产自动化方面
性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件,高精度、高寿命、高效率的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备相匹配。
为了满足大批量高速生产的需要,目前冲压设备也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多功能、高速和数控方向发展,加之机械乃至机器人的大量使用,使冲压生产效率得到大幅度提高,各式各样的冲压自动线和高速自动
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