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        沖壓工藝與模具的發(fā)展應(yīng)用

        2017-10-08 06:50:52陳杰
        世界家苑 2017年10期
        關(guān)鍵詞:沖壓模具現(xiàn)狀

        陳杰

        摘 要:模具是工業(yè)生產(chǎn)中積極重要而又不可或缺的特殊的基礎(chǔ)工藝裝備,工業(yè)要發(fā)展,模具須先行。沒有高水平的模具,就沒有高水平的工業(yè)產(chǎn)品?,F(xiàn)在,模具工業(yè)水平既是衡量一個(gè)制造業(yè)國家水平高低的重要的標(biāo)志,也是一個(gè)工業(yè)國家產(chǎn)品保持國際競爭力的重要保證之一。本文主要介紹沖壓工藝及模具當(dāng)前的狀況以及其未來發(fā)展趨勢。

        關(guān)鍵詞:沖壓;模具;現(xiàn)狀;發(fā)展;應(yīng)用

        1概述

        1.1沖壓的概念

        沖壓(sheet metal forming;stamping)利用模具在壓力機(jī)上將金屬板材制成各種板片狀零件和殼體、容器類工件,或?qū)⒐芗瞥筛鞣N管狀工件。這類在冷態(tài)進(jìn)行的成型工藝方法稱為冷沖壓,簡稱沖壓。

        沖壓加工是借助于常規(guī)或?qū)S脹_壓設(shè)備的動力,使板料在模具里直接受到變形力并進(jìn)行變形,從而獲得一定形狀,尺寸和性能的產(chǎn)品零件的生產(chǎn)技術(shù)。板料,模具和設(shè)備是沖壓加工的三要素。按沖壓加工溫度分為熱沖壓和冷沖壓。前者適合變形抗力高,塑性較差的板料加工;后者則在室溫下進(jìn)行,是薄板常用的沖壓方法。它是金屬塑性加工(或壓力加工)的主要方法之一,也隸屬于材料成型工程技術(shù)。

        沖壓所使用的模具稱為沖壓模具,簡稱沖模。沖模是將材料(金屬或非金屬)批量加工成所需沖件的專用工具。沖模在沖壓中至關(guān)重要,沒有符合要求的沖模,批量沖壓生產(chǎn)就難以進(jìn)行;沒有先進(jìn)的沖模,先進(jìn)的沖壓工藝就無法實(shí)現(xiàn)。沖壓工藝與模具、沖壓設(shè)備和沖壓材料構(gòu)成沖壓加工的三要素,只有它們相互結(jié)合才能得出沖壓件[1]。

        1.2 沖壓的特點(diǎn)

        沖壓是高效的生產(chǎn)方法,采用復(fù)合模,尤其是多工位級進(jìn)模,可在一臺壓力機(jī)(單工位或多工位的)上完成多道沖壓工序,實(shí)現(xiàn)由帶料開卷、矯平、沖裁到成形、精整的全自動生產(chǎn)。生產(chǎn)效率高,勞動條件好,生產(chǎn)成本低,一般每分鐘可生產(chǎn)數(shù)百件。與機(jī)械加工及塑性加工的其它方法相比,沖壓加工無論在技術(shù)方面還是經(jīng)濟(jì)方面都具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。主要表現(xiàn)如下:

        (1)沖壓加工的生產(chǎn)效率高,且操作方便,易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動化。這是因?yàn)闆_壓是依靠沖模和沖壓設(shè)備來完成加工,普通壓力機(jī)的行程次數(shù)為每分鐘可達(dá)幾十次,高速壓力要每分鐘可達(dá)數(shù)百次甚至千次以上,而且每次沖壓行程就可能得到一個(gè)沖件。

        (2)沖壓時(shí)由于模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度,且一般不破壞沖壓件的表面質(zhì)量,而模具的壽命一般較長,所以沖壓的質(zhì)量穩(wěn)定,互換性好,具有“一模一樣”的特征。

        (3)沖壓可加工出尺寸范圍較大、形狀較復(fù)雜的零件,如小到鐘表的秒表,大到汽車縱梁、覆蓋件等,加上沖壓時(shí)材料的冷變形硬化效應(yīng),沖壓的強(qiáng)度和剛度均較高。

        (4)沖壓一般沒有切屑碎料生成,材料的消耗較少,且不需其它加熱設(shè)備,因而是一種省料,節(jié)能的加工方法,沖壓件的成本較低。

        由于沖壓具有如此優(yōu)越性,沖壓加工在國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。例如,在宇航,航空,軍工,機(jī)械,農(nóng)機(jī),電子,信息,鐵道,郵電,交通,化工,醫(yī)療器具,日用電器及輕工等部門里都有沖壓加工。不但整個(gè)產(chǎn)業(yè)界都用到它,而且每個(gè)人都直接與沖壓產(chǎn)品發(fā)生聯(lián)系。像飛機(jī),火車,汽車,拖拉機(jī)上就有許多大,中,小型沖壓件。小轎車的車身,車架及車圈等零部件都是沖壓加工出來的。據(jù)有關(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì),自行車,縫紉機(jī),手表里有80%是沖壓件;電視機(jī),收錄機(jī),攝像機(jī)里有90%是沖壓件;還有食品金屬罐殼,鋼精鍋爐,搪瓷盆碗及不銹鋼餐具,全都是使用模具的沖壓加工產(chǎn)品;就連電腦的硬件中也缺少不了沖壓件[2]。

        2沖壓模具的當(dāng)前狀況

        在國家產(chǎn)業(yè)政策的引領(lǐng)與支持下,經(jīng)過前輩們的不斷努力創(chuàng)辦下,目前我國在設(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)增長速度達(dá)到了15%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)展的主要推動力。部分國內(nèi)模具企業(yè)對二維CAD大力普及,同時(shí)開始使用Pro/E、PDX、NX等國際通用軟件。由于相關(guān)機(jī)構(gòu)與高校等多方面的努力,中國在模具CAD/CAE/CAM技術(shù)方面榮獲了卓越的成果,不僅對模具質(zhì)量進(jìn)行了改良,對模具設(shè)計(jì)的制造周期也有所縮減。例如:吉林大學(xué)汽車覆蓋件成型技術(shù)所研制的汽車覆蓋件沖壓成型分析KMAS軟件、華中理工大學(xué)模具技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的汽車覆蓋件模具和級進(jìn)模CAD/CAE/CAM軟件。

        我國模具工業(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)國家還有些不足,需要及時(shí)解決。較國外的模具制造而言,我國模具制造存在以下幾點(diǎn)的不足:

        (1)模具使用覆蓋率和標(biāo)準(zhǔn)化程度低,雖然汽車模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用覆蓋率從,20世紀(jì)末的25%~30%上升到45%左右,但是離國際70%~80%的水準(zhǔn)還是有非常大的提升空間。

        (2)缺少大型、復(fù)雜、長壽命模具對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,許多模具廠的加工設(shè)備不夠先進(jìn),其中精度弱、役期久、效率低等問題導(dǎo)致目前的生產(chǎn)能力對需求量的供應(yīng)只有60%左右。

        (3)模具壽命短、材料利用率低國外。通過分析統(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)45%,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)在對模具CAD/CAE/CAM技術(shù)的開發(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)用此類新開發(fā)技術(shù)還得經(jīng)過長期的摸索;由于對工藝設(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)。

        3沖壓模具未來發(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):

        (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,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)。

        4沖壓模具的應(yīng)用

        4.1汽車沖壓模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用

        隨著汽車市場的全球化競爭加劇,為降低新車開發(fā)成本,國外汽車制造廠如福特、菲亞特等已經(jīng)成立了中國模具采購中心。通用公司已關(guān)閉了本國5個(gè)模具廠中的4個(gè),轉(zhuǎn)向中國采購。而與此同時(shí),國內(nèi)已經(jīng)涌現(xiàn)了一批具備承接世界汽車模具生產(chǎn)能力的廠商。國際汽車巨頭加大在華采購力度,使我國汽車覆蓋件模具的出口量迅速增加。汽車沖壓模具標(biāo)準(zhǔn)件是模具重要組成部分之一,其采購金額約占模具原材料總采購金額的約 20%~50%左右。從使用頻率上看,沖孔工具、彈性元件、導(dǎo)向部件、連接部件、吊具等類別占模具零部件絕大部分比例;從采購金額上看,滑動CAM、氮?dú)飧?、?dǎo)向產(chǎn)品、電子布線等類別占用模具采購成本的絕大部分份額[3]。

        4.2機(jī)械零件精加工中現(xiàn)代沖壓模具的應(yīng)用

        機(jī)械加工技術(shù)中傳統(tǒng)的加工技術(shù)是粗加工,沖壓模具加工是精加工,機(jī)械零件在精加工技術(shù)的加工下,將其質(zhì)量進(jìn)行提升。對于機(jī)械制造業(yè)來講沖壓模具是一種較為特殊的機(jī)械零件加工設(shè)備,通過壓力對機(jī)械零件進(jìn)行加工制造。

        隨著我國工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的不斷提升,機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)、生產(chǎn)設(shè)備都在不斷的更新和進(jìn)步,沖壓模具是通過壓力實(shí)現(xiàn)對機(jī)械零件的加工制造,和其他的機(jī)械零件加工生產(chǎn)方法有所不同,沖壓模具為機(jī)械零件的精加工創(chuàng)造非常多的優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)代沖壓模具根據(jù)機(jī)械零件加工方式的不同,可以分為沖剪模具、彎曲模具、成型模具、壓縮模具等,沖壓模具的不同沖壓加工方式,有不同的加工優(yōu)勢,不僅可以將機(jī)械零件的公差減小,提升機(jī)械產(chǎn)品的加工精度,還可以將機(jī)械生產(chǎn)成本降低,提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,所以沖壓模具在機(jī)械生產(chǎn)中的位置是其他機(jī)械生產(chǎn)設(shè)備無法替代的,沖壓模具的沖壓加工將工件的加工速度提升,而且操作方便,有很高的安全性[4]。

        5總結(jié)

        沖壓模具工業(yè)方面在我國得到了令人滿意的提升,但從總體看,技術(shù)水平較工業(yè)發(fā)達(dá)國家仍存在一些不足之處。為了建設(shè)中國工業(yè)強(qiáng)國,模具工業(yè)需要立足國情、順應(yīng)社會現(xiàn)代化的發(fā)展找出一條切實(shí)行的道路。這要求模具工業(yè)不斷提升自主創(chuàng)新能力,將信息技術(shù)以及高校技術(shù)與模具工業(yè)的制造技術(shù)融會貫通。

        參考文獻(xiàn)

        [1]http://baike.sogou.com/v254437.htm?fromTitle=沖壓

        [2]柯旭貴,張榮清.沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2012.9.

        [3]鄧?yán)冢R寶順.汽車沖壓模具標(biāo)準(zhǔn)件應(yīng)用現(xiàn)狀及趨勢[J].模具制造,2017,17(04):1-5.

        [4]徐榮其.機(jī)械零件精加工中現(xiàn)代沖壓模具的應(yīng)用研究[J].科技與企業(yè),2014,(02):274-275.

        (作者身份證號碼:320902198308146034)

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