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上海電機(jī)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題審批表
申報(bào)人
崔緯強(qiáng)
所屬學(xué)院
機(jī)械學(xué)院
設(shè)計(jì)（論文）選題名稱
接觸片級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)及其制造工藝
課題來源
自選課題
課題簡介：
該模具主要用于大批量生產(chǎn)某企業(yè)電器產(chǎn)品中“接觸片”沖件，沖件材料為帶QSn6.5-0.1 Y 0.2X600 GB2060，厚度0.2mm。沖件形狀較復(fù)雜，沖件的沖壓內(nèi)容包括落料、沖孔、成型等，一般需要安排多個(gè)工位才能沖壓成形。該沖件年產(chǎn)量80萬件。在對(duì)該級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)時(shí)，要認(rèn)真分析沖件的特點(diǎn)，合理確立沖壓加工的先后順序。模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要確保本方案的實(shí)施，并按圖控制材料的輾紋方向。
選題理由及準(zhǔn)備情況：
根據(jù)教學(xué)的要求，體現(xiàn)本專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)。通過對(duì)本課題級(jí)進(jìn)模排樣方案的確定，模具結(jié)構(gòu)的選擇和制造工藝的編制，使學(xué)生運(yùn)用學(xué)到的理論知識(shí)，緊密地結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，熟悉、掌握模具設(shè)計(jì)和制造工藝編制的步驟和方法，接受一次比較系統(tǒng)的、針對(duì)性強(qiáng)的工程設(shè)計(jì)訓(xùn)練，從而達(dá)到提高學(xué)生模具設(shè)計(jì)的能力。
本課題已有“接觸片”沖件圖，準(zhǔn)備工作已落實(shí)。
設(shè)計(jì)（論文）要求及所具備的條件：
要求學(xué)生熟悉使用UGNX軟件，最終完成裝配圖、零件圖、設(shè)計(jì)計(jì)算說明書、主要零件加工工藝過程卡片及模具裝配工藝過程說明書。要求完成裝配圖1張、主要零件圖5張以上、不少于1萬字的設(shè)計(jì)計(jì)算說明書1份，工藝卡片一套及裝配說明書一份。
總完成量是兩張A0 30頁報(bào)告書 以及一些答辯的提示 其他要求和任務(wù)書一樣
設(shè)計(jì)要求配備計(jì)算機(jī)、相關(guān)的UGNX軟件，多工位級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)資料等。
指導(dǎo)小組意見：
組長簽字：
年 月 日
上海電機(jī)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書
課 題 接觸片級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)及其制造工藝
年 月 日 至 年 月 日共 周
專 業(yè)
年 級(jí)
姓 名 學(xué) 號(hào)
學(xué) 院（系）院長（簽字）
指 導(dǎo) 教 師 （簽字）
年 月 日
注：本任務(wù)書由上海電機(jī)學(xué)院教務(wù)處印制。
課
題
來
源
自選課題
課
題
的
目
的
、
意
義
通過對(duì)本設(shè)計(jì)課題的實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)課程及專業(yè)課程的知識(shí)，充分發(fā)揮個(gè)人積極性，從而提高學(xué)生的模具設(shè)計(jì)能力。
通過對(duì)本設(shè)計(jì)課題的實(shí)踐，是學(xué)生四年學(xué)習(xí)生涯的總練習(xí)。是檢驗(yàn)、是考核，更是鍛煉。使學(xué)生在親身體會(huì)之后，明確了今后努力的方向。
通過對(duì)本設(shè)計(jì)課題的實(shí)踐，拉近了學(xué)校與企業(yè)的距離。
要
求
按照指導(dǎo)老師制定的時(shí)間表，定期進(jìn)行設(shè)計(jì)總結(jié)及信息反饋，保證按時(shí)保質(zhì)保量完成任務(wù)。
設(shè)計(jì)要求完成裝配圖1張、主要零件圖5張以上、不少于1萬字的設(shè)計(jì)計(jì)算說明書1份，工藝卡片一套及裝配說明書一份。
課
題
主
要
內(nèi)
容
及
進(jìn)
度
分析課題的沖壓工藝及沖壓方案，基于UG進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝設(shè)計(jì)，最終完成裝配圖、零件圖、設(shè)計(jì)計(jì)算說明書、主要零件加工工藝過程卡片和模具裝配工藝過程說明書以及外文資料的譯文。
1.﹙10.15—10.31﹚研究沖件圖，收集、研讀資料，擬定沖壓工藝方案，完成排樣圖。
2.﹙11.01—11.30﹚擬定模具結(jié)構(gòu)方案，完成模具裝配草圖。
3.﹙12.01—01.31﹚進(jìn)行必要的工藝計(jì)算。
4.﹙02.01—02.28﹚完成模具總裝配圖，零件圖，工藝卡片制作。
5.﹙03.01—03.31﹚撰寫設(shè)計(jì)計(jì)算、裝配說明書，翻譯外文資料。
6.﹙04.01—04.30﹚答辯準(zhǔn)備。
以上各項(xiàng)由指導(dǎo)教師填寫（請(qǐng)用鋼筆）
- 4 -
第 22 頁 共 23 頁
設(shè)計(jì)用紙
在沖壓過程模擬 - 產(chǎn)品和工藝設(shè)計(jì)最新應(yīng)用
摘 要
工藝產(chǎn)品和工藝設(shè)計(jì)仿真都是目前正在實(shí)行產(chǎn)業(yè)。然而，一個(gè)變量數(shù)目會(huì)對(duì)
輸入的準(zhǔn)確性和計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)的可靠性產(chǎn)生重大的影響。 曾經(jīng)進(jìn)行一項(xiàng)有關(guān)沖壓模擬能力評(píng)估預(yù)測(cè)的特點(diǎn)和其工藝條件部分的復(fù)雜形面形成了復(fù)合、工業(yè)零件的研究。
在工業(yè)應(yīng)用中，下面是沖壓過程的進(jìn)行模擬測(cè)試達(dá)到的兩個(gè)目標(biāo)：（1）通過分析在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段、成形性及預(yù)測(cè)來優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)；（2）在模具設(shè)計(jì)的前期階段減少試模時(shí)間和在沖壓加工過程中降低生產(chǎn)成本。為了達(dá)到這兩個(gè)目標(biāo)，有兩種方法可以選擇：一種是Pam-Stamp應(yīng)用法，一種是Int'l工程系統(tǒng)有限元增量的動(dòng)態(tài)程序法。很明顯第二個(gè)目標(biāo)方法比較好，因?yàn)樗梢蕴幚淼膶?shí)際沖壓中的大多數(shù)參數(shù)。FAST_FORM3D，一個(gè)單步有限元程序的成型技術(shù)，匹配第一個(gè)目標(biāo)，因?yàn)樗恍枇慵缀涡螤顝?fù)雜的過程，而不是信息。
在以往的研究表明，這些兩個(gè)沖壓守則也適用于制造汽車和工程機(jī)械所使用的復(fù)雜形狀部件。對(duì)在沖壓成形性預(yù)測(cè)問題的能力進(jìn)行了評(píng)價(jià)。本文回顧了這一研究結(jié)果，并總結(jié)了有限元模擬程序所取得結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性。
在另一項(xiàng)研究中，對(duì)控制壓邊力（BHF）在半球狀圓頂平底杯拉深中的影響進(jìn)行了研究。高性能的標(biāo)準(zhǔn)汽車材料鋁鎮(zhèn)靜—高質(zhì)量鋼（AKDQ），以及如高強(qiáng)度鋼板、烘烤硬鋼、鋁6111等。已經(jīng)確認(rèn)不同的壓邊力可以改善圓頂杯的應(yīng)變分布。
關(guān)鍵詞：沖壓；過程刺激；工藝設(shè)計(jì)
1.簡介
對(duì)于形狀復(fù)雜的板材（如汽車覆蓋件金屬?zèng)_壓件的設(shè)計(jì)過程，包括決策的許多階段）的設(shè)計(jì)過程是一個(gè)非常昂貴和耗時(shí)的過程。在目前的工業(yè)上，許多工程決策是基于工作人員的經(jīng)驗(yàn)和他們的知識(shí)，這些決策通常是經(jīng)過軟工裝模具成??型階段和硬模選拔賽驗(yàn)證階段后才做出的。很多時(shí)候軟、硬工具必須重新編制，甚至重新設(shè)計(jì)和提供的零件到達(dá)可接受的質(zhì)量水平。
現(xiàn)在將最好的設(shè)計(jì)過程列在圖1中。在這個(gè)設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)驗(yàn)豐富的產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員會(huì)使用一個(gè)稱為一步有限元法的專門設(shè)計(jì)的軟件來估計(jì)其設(shè)計(jì)成形性。這將使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者在確定設(shè)計(jì)路線之前，以及昂貴的模具已經(jīng)制造出來之前做必要的修改。一步法有限元法特別適合用于產(chǎn)品分析，因?yàn)樗恍枰辰Y(jié)劑、附錄、甚至絕大多數(shù)工藝條件。通常方法不可用在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段。一步法有限元法也很容易掌握，計(jì)算速度快，這使得設(shè)計(jì)人員能夠發(fā)揮“如果”沒有太多的時(shí)間投資。
圖- 1 金屬薄板沖壓件的參考設(shè)計(jì)過程。
一旦產(chǎn)品已經(jīng)設(shè)計(jì)和經(jīng)過驗(yàn)證，開發(fā)項(xiàng)目將進(jìn)入“零時(shí)間”階段，并傳遞到模具設(shè)計(jì)階段。模具設(shè)計(jì)人員會(huì)確認(rèn)他們自己的增量有限元程序的有關(guān)設(shè)計(jì)并進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)變更，甚至優(yōu)化工藝參數(shù)，確保不只是最低的可接受的零件質(zhì)量，而是最高達(dá)到的質(zhì)量。這增加了產(chǎn)品的質(zhì)量，而且增加過程的成品率。增量有限元法特別適合于模具設(shè)計(jì)分析，因?yàn)樗_實(shí)需要粘合劑，附錄，以及已知的模具設(shè)計(jì)或渴望被人知道的過程。
驗(yàn)證制造模具的設(shè)計(jì)后就會(huì)直接進(jìn)入了艱苦的生產(chǎn)加工和被驗(yàn)證階段，在此期間，將與物理原型零件對(duì)比著進(jìn)行，試用時(shí)間應(yīng)該減少由于先前的數(shù)值驗(yàn)證。重新設(shè)計(jì)和成型，由于不可預(yù)見的問題，再制造模具應(yīng)該是過去的事情。試用時(shí)間減少和消除重新設(shè)計(jì)/再制造所用的時(shí)間應(yīng)該超過彌補(bǔ)進(jìn)行數(shù)值驗(yàn)證、試模、加工過程所用的時(shí)間。
對(duì)于薄板沖壓件生產(chǎn)商而言，沖壓工藝的優(yōu)化也是非常重要的。通過適度增加壓力機(jī)設(shè)備的投資、并使用模具成型、一個(gè)人可以控制多個(gè)沖壓過程。據(jù)記載，壓邊力是板料成形過程中最敏感的工藝參數(shù)之一，因此可用于精確控制變形過程。
通過控制壓邊力在功能和壓應(yīng)力的位置等有效措施,提高粘結(jié)劑的外圍的應(yīng)變分布的小組提供了新增的強(qiáng)度和剛度,降低了面板和殘余應(yīng)力的回彈程度,提高產(chǎn)品品質(zhì)和穩(wěn)定性。
通過控制作為壓應(yīng)力和周圍的粘結(jié)劑邊緣位置的函數(shù)壓邊力，可以提高面板強(qiáng)度和剛度，減少面板回彈和殘余應(yīng)力應(yīng)變分布，提高產(chǎn)品質(zhì)量和過程的穩(wěn)定性。一種廉價(jià)的工業(yè)質(zhì)量體系，目前正在制定在緊急救濟(jì)協(xié)調(diào)員/ NSM采用了液壓和氮的結(jié)合，如圖—2所示。使用壓邊力控制也可以允許工程師設(shè)計(jì)更具有侵略性的板窗利用所提供的增加壓邊力控制成形性。
圖2. 壓邊力控制系統(tǒng)和模具正在開發(fā)的ERC / NSM實(shí)驗(yàn)室
1.對(duì)設(shè)計(jì)過程的三個(gè)獨(dú)立階段研究進(jìn)行了研究
將會(huì)在下一節(jié)描述產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段，其中一個(gè)步驟是有限元程序FAST_FORM3D（成型技術(shù)）的驗(yàn)證，作為實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)的一部分，用來預(yù)測(cè)毛坯最佳形狀的研究。第4節(jié)總結(jié)了模具的設(shè)計(jì)階段，其中一個(gè)實(shí)際的工業(yè)平板是用來驗(yàn)證的增量有限元程序的PAM –Stamp系統(tǒng)（國際工程系統(tǒng)）的研究。第5節(jié)覆蓋了在實(shí)驗(yàn)室研究壓邊力控制應(yīng)變分布在深沖、半球形、圓頂平底杯的影響。
2 產(chǎn)品仿真 - 應(yīng)用
這項(xiàng)調(diào)查的目的是為了驗(yàn)證FAST_FORM3D系統(tǒng)，確定FAST_FORM3D對(duì)毛坯形狀預(yù)測(cè)的能力，并確定一步有限元法在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中是怎么實(shí)施的。成型技術(shù)提供了他們的一步法有限元代碼和培訓(xùn)中心的FAST_FORM3D / NSM為目的的基準(zhǔn)和研究。FAST_FORM3D并不等同于變形歷史。相反，它將項(xiàng)目上一個(gè)平面或可展曲面零件幾何形狀和重新定位的最后節(jié)點(diǎn)和元素，直至達(dá)到最低能量狀態(tài)。這個(gè)過程是計(jì)算速度比就像是PAM –Stemp的增量模擬，也使得假設(shè)增多。FAST_FORM3D能評(píng)價(jià)和估計(jì)最優(yōu)毛坯矩形件的結(jié)構(gòu)，也是一個(gè)強(qiáng)有力的工具，產(chǎn)品設(shè)計(jì)師由于其速度和使用的安逸性，但是在這時(shí)期的幾何是不可用的。
為了驗(yàn)證FAST_FORM3D，我們比較分析其與毛坯形狀預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法的毛坯形狀。該零件的幾何形狀如圖3所示是一個(gè)長15英寸、寬5英寸、深12英寸有一個(gè)1英寸直角法蘭盤英寸。表1列出了工藝條件下使用，圖4顯示了使用Romanovski零件毛坯形狀的實(shí)證法和滑移線場(chǎng)的方法來預(yù)測(cè)毛坯形狀的原理。
圖. 3 矩形幾何用于FAST_FORM3D驗(yàn)證
表1 為FAST_FORM3D矩形驗(yàn)證過程中使用參數(shù)
圖4。使用手工計(jì)算毛坯長方形盤的外形設(shè)計(jì)。
（一）Romanovski的經(jīng)驗(yàn)方法；（二）滑移線場(chǎng)分析方法。
圖5（a）給出了預(yù)測(cè)從Romanovski法，滑移線場(chǎng)方法，幾何形狀和FAST_FORM3D空白?？瞻仔螤钔庠诮锹淅锏貐^(qū)，但不同的側(cè)面區(qū)域很大。圖5（二）- （c）顯示抽簽中模式后的矩形繪制過程。
平移由Pam-Stemp模擬預(yù)測(cè)空白的每個(gè)形狀。抽簽中地區(qū)在彎道很好匹配所有三個(gè)長方形盤模式?；凭€場(chǎng)方法，雖然沒有達(dá)到目標(biāo)區(qū)域在身邊1英寸法蘭，而Romanovski和FAST_FORM3D方法實(shí)現(xiàn)了1英寸法蘭在身邊地區(qū)相對(duì)較好。此外，只有FAST_FORM3D毛坯同意在角落里/側(cè)過渡區(qū)。此外，F(xiàn)AST_FORM3D毛坯比Romanovski具有較好的應(yīng)變分布和更低的峰值應(yīng)變比，由圖6中可以看到。
圖5 各種毛坯形狀預(yù)測(cè)和帕姆印花仿真結(jié)果為長方形鍋。
（一）三預(yù)測(cè)空白形狀;（二）變形滑移線領(lǐng)域的毛坯;（三）畸形Romanovski毛坯;（四）畸形FAST_FORM3D毛坯
圖6 比較應(yīng)變泛用長方形的PAM –Stemp形狀分布的各種毛坯。
（一）變形Romanovski毛坯;（二）畸形FAST_FORM3D毛坯。
若要繼續(xù)此驗(yàn)證研究，從小松制作工業(yè)部分被選中，并在圖7（a）所示。我們預(yù)計(jì)的一個(gè)最優(yōu)幾何FAST_FORM3D空白的實(shí)驗(yàn)裝置，正如所見，毛坯很相似，但有一些差異，最終的零件毛坯形狀,如圖7(b)。
圖7 儀器FAST_FORM3D模擬結(jié)果包括最終驗(yàn)證。
（一）FAST_FORM3D成形性能的比較；（二）預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)的毛坯形狀比較。
接下來,我們模擬了沖壓的毛坯和FAST_FORM3D使用Pam-Stamp實(shí)驗(yàn)毛坯。我們通過比較兩者的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)預(yù)測(cè)的零件幾何形狀 (圖8)，發(fā)現(xiàn)FAST_FORM3D是更精確的。一個(gè)不錯(cuò)的特征是,FAST_FORM3D能顯示“失敗”的部分情節(jié)的輪廓曲線，對(duì)失敗限制示于圖7(A)?？傊? FAST_FORM3D在預(yù)測(cè)的實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)部件的最佳形狀成功的毛坯。這表明，F(xiàn)AST_FORM3D可以成功地用于評(píng)估產(chǎn)品設(shè)計(jì)成形性的問題。在儀器的覆蓋情況下，審判和錯(cuò)誤實(shí)驗(yàn)多小時(shí)可能被淘汰使用FAST_FORM3D和更好的毛坯形狀可能已經(jīng)開發(fā)出來。
圖 8。比較FAST_FORM3D和實(shí)驗(yàn)儀器的零件形狀。
（一）實(shí)驗(yàn)開發(fā)毛坯形狀和CAD幾何;（二）優(yōu)化毛坯形狀和FAST_FORM3D的CAD幾何。
3 模具和工藝模擬- 應(yīng)用
為了在研究模具設(shè)計(jì)過程中緊密合作，一個(gè)由日本小松制作所和ERC/ NSM組成的小組。與形成問題的一個(gè)生產(chǎn)小組選擇了小松。該面板是挖掘機(jī)的駕駛室左側(cè)內(nèi)板，如圖9所示。是的幾何簡化為一個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室死亡，同時(shí)保持該小組的主要特征。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程中小松使用表2所示的條件。一個(gè)成形極限圖（FLD）研制了用于繪圖品質(zhì)采用穹頂鋼和視覺測(cè)試應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)，并在圖10所示。在實(shí)驗(yàn)中使用三壓邊力分別是（10，30，50噸）以確定其效果。每個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行了增量在ERC/ NSM使用PAM-Stemp。
圖9 挖掘機(jī)的駕駛室，左側(cè)內(nèi)板
表2機(jī)艙內(nèi) 的工藝條件調(diào)查
圖10 在機(jī)艙內(nèi)調(diào)查所使用的繪圖優(yōu)質(zhì)鋼成形極限圖。
在10噸的條件下發(fā)生起皺的實(shí)驗(yàn)部分，如圖11所示。在30噸條件下發(fā)生皺紋被淘汰，如圖12所示。對(duì)這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了PAM –Stemp模擬預(yù)測(cè)，如圖13所示。 30噸壓力的測(cè)量小組以確定材料畫中的模式。這些測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了比較與預(yù)測(cè)材料繪制在圖14研究。效果是非常良好，只有10毫米，最大的錯(cuò)誤。一個(gè)輕微的頸部，觀察小組的30噸，如圖13所示。在50噸時(shí)，面板上會(huì)出現(xiàn)明顯的骨折起皺。
圖11 皺褶實(shí)驗(yàn)室機(jī)艙內(nèi)板，壓邊力= 10噸
圖12 壓邊力=30噸機(jī)艙內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室和頸縮變形階段。 （一）實(shí)驗(yàn)毛坯;（二）實(shí)驗(yàn)小組，形成了60％;（三）實(shí)驗(yàn)小組，完全形成;（四）實(shí)驗(yàn)小組，縮頸細(xì)節(jié)。
圖13 預(yù)測(cè)和在實(shí)驗(yàn)室客艙內(nèi)消除皺紋。
（a）預(yù)期的幾何形狀，壓邊力= 10噸;（二）預(yù)測(cè)的幾何形狀，壓邊力= 30噸
圖14 在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)艙預(yù)測(cè)與實(shí)測(cè)比較所得出的結(jié)果，壓邊力= 30噸。
應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量了每個(gè)小組的結(jié)果，其結(jié)果如圖15所示。從每個(gè)小組有限元模擬的預(yù)測(cè)在圖16所示。這些預(yù)測(cè)和測(cè)量吻合有關(guān)的應(yīng)變分布，不同的壓邊力對(duì)結(jié)果的影響不大。雖然趨勢(shì)是代表，壓邊力的影響往往在模擬的壓力更多的本地化的方式相比，測(cè)量。然而，這些預(yù)測(cè)表明， PAM –Stemp正確預(yù)測(cè)了頸縮和斷裂在30和50噸時(shí)發(fā)生。關(guān)于摩擦應(yīng)變分布的影響進(jìn)行了研究,如圖17模擬圖所示。
圖 15 機(jī)艙內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)應(yīng)變測(cè)量。
（一）測(cè)量應(yīng)變，壓邊力= 10噸（面板皺）（二）測(cè)量應(yīng)變，壓邊力= 30噸（面板頸）;（三）測(cè)量應(yīng)變，壓邊力=50噸（面板裂縫）。
圖。16。機(jī)艙內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室應(yīng)變有限元預(yù)測(cè)。
（a）預(yù)期的壓力，壓邊力= 10噸;（二）預(yù)測(cè)的壓力，壓邊力= 30噸;（三）預(yù)測(cè)的壓力，壓邊力= 50噸。
圖17 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)預(yù)測(cè)效應(yīng)摩擦機(jī)艙內(nèi)，壓邊力= 30噸。
（a）預(yù)期的壓力，μ=0.06；（二）預(yù)測(cè)應(yīng)變，μ=0.10。
它們的比較結(jié)果摘要列于表3中，此表顯示，模擬預(yù)測(cè)了在實(shí)驗(yàn)條件下每一株測(cè)量系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果。這表明，PAM-Stemp可以用來評(píng)估成形模具設(shè)計(jì)相關(guān)的問題。
表3客艙內(nèi)的研究結(jié)果摘要
4. 壓邊力控制- 應(yīng)用
這次調(diào)查的目的是確定各種高性能材料在半球狀，圓頂平底，深拉杯深沖性能（見圖18），并探討不同時(shí)間的變壓邊力上進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)，以確定這些材料進(jìn)行分析和模擬輸入到流動(dòng)應(yīng)力和各向異性特征（見圖 19和表5）。在被調(diào)查的材料包括AKDQ鋼、高強(qiáng)度鋼、烘烤硬鋼、鋁6111（見表4）。
圖18 巨形杯模具的幾何形狀
表4用于材料研究的圓頂杯
圖19 鋁6111，AKDQ，強(qiáng)度高，烤硬鋼的拉伸試驗(yàn)結(jié)果。
（一）拉伸試樣裂隙；（二）應(yīng)力/應(yīng)變曲線。
表5 鋁6111、AKDQ、烤硬鋼的高強(qiáng)度拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)
值得注意的是流動(dòng)應(yīng)力和AKDQ烤硬鋼曲線非常類似，但是在5％的時(shí)候伸長率減少類似烤硬。雖然高強(qiáng)度鋼和鋁6111的伸長率很相似，但是其N值比鋁6111的值大兩倍。此外， AKDQ的R值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1，而烤硬接近1，鋁6111遠(yuǎn)小于1。
在這次調(diào)查中的壓邊力用型材時(shí)間變量中包含常數(shù)，線性減少，脈動(dòng)（見圖20）。為AKDQ鋼的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行了模擬使用的PAM -Stemp增量代碼。斷裂、皺紋的例子，和良好的實(shí)驗(yàn)室杯圖21所示以及對(duì)模擬圖像皺杯。
圖20.用于研究剖面圓頂杯的壓邊力時(shí)間。
（一）固定壓邊力;（二）斜壓邊力;（三）脈動(dòng)壓邊力。
圖 21。模擬實(shí)驗(yàn)和圓頂杯。
（一）實(shí)驗(yàn)好杯；（b）實(shí)驗(yàn)裂隙杯；（三）實(shí)驗(yàn)皺杯；（四）模擬皺杯
對(duì)深沖性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究限制使用固定壓邊力。這項(xiàng)研究的結(jié)果顯示在表6 此表顯示，AKDQ的沖壓性能最大，而鋁的最小而烤硬、高強(qiáng)度鋼的性能中等。對(duì)AKDQ的連續(xù)應(yīng)變分布、脈動(dòng)壓邊力進(jìn)行了比較實(shí)驗(yàn)圖22，模擬圖23。這兩個(gè)模擬和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，斜坡的壓邊力軌跡對(duì)于提高應(yīng)變分布情況是最好的。不僅減少了骨折的可能性降低峰值高達(dá)5％，而且還降低應(yīng)變地區(qū)的增加。這種應(yīng)變分布的改善，提高產(chǎn)品的剛度和強(qiáng)度，減少回彈和殘余應(yīng)力，提高產(chǎn)品質(zhì)量和工藝的魯棒性。
表6。恒定壓邊力限制的頂燈杯的沖壓性能
圖22。時(shí)間變量對(duì)AKDQ鋼圓頂杯壓邊力變化的實(shí)驗(yàn)
圖23。時(shí)間變量對(duì)AKDQ鋼圓頂杯壓邊力變化的模擬實(shí)驗(yàn)
脈動(dòng)壓邊力在調(diào)查的頻率范圍內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)有對(duì)應(yīng)變分布的影響。這可能是由于這一事實(shí)的脈動(dòng)頻率進(jìn)行了測(cè)試只有1赫茲。從其他研究人員以前的實(shí)驗(yàn)可知，適當(dāng)?shù)念l率范圍是從5到25赫茲。AKDQ從模擬和實(shí)驗(yàn)載荷行程曲線比較圖24所示。良好的協(xié)議被發(fā)現(xiàn)的情況下μ=0.08。這表明，有限元模擬可以用來評(píng)估成形性，可以通過使用壓邊力控制技術(shù)獲得改善。
圖24.KDQ穹頂鋼杯的比較實(shí)驗(yàn)與模擬負(fù)載沖程曲線
5 結(jié)論和未來工作
在本文中，我們?cè)u(píng)價(jià)一個(gè)復(fù)雜的沖壓件的改進(jìn)設(shè)計(jì)過程中，涉及消除了軟模具相結(jié)合的產(chǎn)品和工藝驗(yàn)證使用單步和增量有限元模擬。此外，改進(jìn)工藝，提出了壓邊力控制實(shí)施以提高產(chǎn)品質(zhì)量和工藝的魯棒性組成
三個(gè)獨(dú)立的調(diào)查分析，總結(jié)其在設(shè)計(jì)過程的各個(gè)階段。首先，產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段進(jìn)行了調(diào)查與實(shí)驗(yàn)室和一個(gè)步驟有限元程序FAST_FORM3D和評(píng)估的能力，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)成形性問題所涉及的工業(yè)驗(yàn)證。 FAST_FORM3D在預(yù)測(cè)中矩形工業(yè)儀表盤和蓋形狀最佳空白成功。在儀器的覆蓋情況下，審判和錯(cuò)誤實(shí)驗(yàn)多小時(shí)可能被淘汰使用FAST_FORM3D和更好的毛坯形狀可能已經(jīng)開發(fā)出來。
其次，模具設(shè)計(jì)階段進(jìn)行了調(diào)查實(shí)驗(yàn)室和增量代碼的PAM –Stemp系統(tǒng)的工業(yè)驗(yàn)證和評(píng)估的能力，形成與模具設(shè)計(jì)有關(guān)的問題。這項(xiàng)調(diào)查表明，PAM的郵票可以預(yù)測(cè)應(yīng)變分布，起皺，頸縮和斷裂，至少一個(gè)遠(yuǎn)景以及應(yīng)變各種條件下的實(shí)驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)。
最后，工藝設(shè)計(jì)階段的調(diào)查，對(duì)質(zhì)量可與壓邊力控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)改善的實(shí)驗(yàn)研究。在此調(diào)查，半球狀，圓頂平底高峰株，杯子的拉伸值都被減少了5％，從而減少了皺折的可能性，并降低了應(yīng)變區(qū)強(qiáng)度。這種應(yīng)變分布的改善，提高產(chǎn)品的剛度和強(qiáng)度，減少回彈和殘余應(yīng)力，提高產(chǎn)品質(zhì)量和工藝的穩(wěn)定性?？梢灶A(yù)計(jì)，深沖性能將會(huì)在不斷優(yōu)化的壓邊力中逐漸增強(qiáng)。此外，在實(shí)驗(yàn)測(cè)量和數(shù)值模擬預(yù)測(cè)中發(fā)現(xiàn)負(fù)載行程曲線，表明有限元模擬可以用來評(píng)估成形性，可控制壓邊力技術(shù)，使用得到改善。
1模具在工業(yè)生產(chǎn)中的地位
模具是大批量生產(chǎn)同形產(chǎn)品的工具，是工業(yè)生產(chǎn)的主要工藝裝備。
采用模具生產(chǎn)零部件，具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量好、成本低、節(jié)約能源和原材料等一系列優(yōu)點(diǎn)，用模具生產(chǎn)制件所具備的高精度、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。已成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向?，F(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)?，F(xiàn)代工業(yè)品的發(fā)展和技術(shù)水平的提高，很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展水平，因此模具工業(yè)對(duì)國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展將起越來越大的作用。1989年3月國務(wù)院頒布的《關(guān)于當(dāng)前產(chǎn)業(yè)政策要點(diǎn)的決定》中，把模具列為機(jī)械工業(yè)技術(shù)改造序列的第一位、生產(chǎn)和基本建設(shè)序列的第二位(僅次于大型發(fā)電設(shè)備及相應(yīng)的輸變電設(shè)備)，確立模具工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的重要地位。1997年以來，又相繼把模具及其加工技術(shù)和設(shè)備列入了《當(dāng)前國家重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄》和《鼓勵(lì)外商投資產(chǎn)業(yè)目錄》。經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，從1997年到2000年，對(duì)80多家國有專業(yè)模具廠實(shí)行增值稅返還70%的優(yōu)惠政策，以扶植模具工業(yè)的發(fā)展。所有這些，都充分體現(xiàn)了國務(wù)院和國家有關(guān)部門對(duì)發(fā)展模具工業(yè)的重視和支持。目前全世界模具年產(chǎn)值約為600億美元，日、美等工業(yè)發(fā)達(dá)國家的模具工業(yè)產(chǎn)值已超過機(jī)床工業(yè)，從1997年開始，我國模具工業(yè)產(chǎn)值也超過了機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，在家電、玩具等輕工行業(yè)，近90％的零件是綜筷具生產(chǎn)的；在飛機(jī)、汽車、農(nóng)機(jī)和無線電行業(yè)，這個(gè)比例也超過60％。例如飛機(jī)制造業(yè)，某型戰(zhàn)斗機(jī)模具使用量超過三萬套，其中主機(jī)八千套、發(fā)動(dòng)機(jī)二千套、輔機(jī)二萬套。從產(chǎn)值看，80年代以來，美、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國家模具行業(yè)的產(chǎn)值已超過機(jī)床行業(yè)，并又有繼續(xù)增長的趨勢(shì)。據(jù)國際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，到2000年，產(chǎn)品盡件粗加工的75%、精加工的50％將由模具完成；金屬、塑料、陶瓷、橡膠、建材等工業(yè)制品大部分將由模具完成，50％以上的金屬板材、80％以上的塑料都特通過模具轉(zhuǎn)化成制品。
2模具的歷史發(fā)展
模具的出現(xiàn)可以追溯到幾千年前的陶器和青銅器鑄造，但其大規(guī)模使用卻是隨著現(xiàn)代工業(yè)的掘起而發(fā)展起來的。
19世紀(jì)，隨著軍火工業(yè)(槍炮的彈殼)、鐘表工業(yè)、無線電工業(yè)的發(fā)展，沖模得到廣泛使用。二次大戰(zhàn)后，隨著世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，它又成了大量生產(chǎn)家用電器、汽車、電子儀器、照相機(jī)、鐘表等零件的最佳方式。從世界范圍看，當(dāng)時(shí)美國的沖壓技術(shù)走在前列——許多模具先進(jìn)技術(shù)，如簡易模具、高效率模具、高壽命模具和沖壓自動(dòng)化技術(shù)，大多起源于美國；而瑞士的精沖、德國的冷擠壓技術(shù)，蘇聯(lián)對(duì)塑性加工的研究也處于世界先進(jìn)行列。50年代，模具行業(yè)工作重點(diǎn)是根據(jù)訂戶的要求，制作能滿足產(chǎn)品要求的模具。模具設(shè)計(jì)多憑經(jīng)驗(yàn)，參考已有圖紙和感性認(rèn)識(shí)，對(duì)所設(shè)計(jì)模具零件的機(jī)能缺乏真切了解。從1955年到1965年，是壓力加工的探索和開發(fā)時(shí)代——對(duì)模具主要零部件的機(jī)能和受力狀態(tài)進(jìn)行了數(shù)學(xué)分橋，并把這些知識(shí)不斷應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，使得沖壓技術(shù)在各方面有飛躍的發(fā)展。其結(jié)果是歸納出模具設(shè)計(jì)原則，并使得壓力機(jī)械、沖壓材料、加工方法、梅具結(jié)構(gòu)、模具材料、模具制造方法、自動(dòng)化裝置等領(lǐng)域面貌一新，并向?qū)嵱没姆较蛲七M(jìn)，從而使沖壓加工從儀能生產(chǎn)優(yōu)良產(chǎn)品的第一階段。
進(jìn)入70年代向高速化、啟動(dòng)化、精密化、安全化發(fā)展的第二階段。在這個(gè)過程中不斷涌現(xiàn)各種高效率、商壽命、高精度助多功能自動(dòng)校具。其代表是多達(dá)別多個(gè)工位的級(jí)進(jìn)模和十幾個(gè)工位的多工位傳遞模。在此基礎(chǔ)上又發(fā)展出既有連續(xù)沖壓工位又有多滑塊成形工位的壓力機(jī)—彎曲機(jī)。在此期間，日本站到了世界最前列——其模具加工精度進(jìn)入了微米級(jí)，模具壽命，合金工具鋼制造的模具達(dá)到了幾千萬次，硬質(zhì)合金鋼制造的模具達(dá)到了幾億次p每分鐘沖壓次數(shù)，小型壓力機(jī)通常為200至300次，最高為1200次至1500次。在此期間，為了適應(yīng)產(chǎn)品更新快、用期短(如汽車改型、玩具翻新等)的需要，各種經(jīng)濟(jì)型模具，如鋅落合金模具、聚氨酯橡膠模具、鋼皮沖模等也得到了很大發(fā)展。
從70年代中期至今可以說是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助制造技術(shù)不斷發(fā)展的時(shí)代。隨著模具加工精度與復(fù)雜性不斷提高，生產(chǎn)周期不斷加快，模具業(yè)對(duì)設(shè)備和人員素質(zhì)的要求也不斷提高。依靠普通加工設(shè)備，憑經(jīng)驗(yàn)和手藝越來越不能滿足模具生產(chǎn)的需要。90年代以來，機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)緊密結(jié)合，發(fā)展了NC機(jī)床，如數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控電火花機(jī)床、數(shù)控銑床、數(shù)控坐標(biāo)磨床等。而采用電子計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程、控制的CNC機(jī)床提高了數(shù)控機(jī)床的使用效率和范圍。近年來又發(fā)展出由一臺(tái)計(jì)算機(jī)以分時(shí)的方式直接管理和控制一群數(shù)控機(jī)床的NNC系統(tǒng)。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)也逐步進(jìn)入模具生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，包括設(shè)計(jì)、制造、管理等。國際生產(chǎn)研究協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，到2000年，作為設(shè)計(jì)和制造之間聯(lián)系手段的圖紙將失去其主要作用。模具自動(dòng)設(shè)計(jì)的最根本點(diǎn)是必須確立模具零件標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。要擺脫過去以人的思考判斷和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)為中心所組成的設(shè)計(jì)方法，就必須把過去的經(jīng)驗(yàn)和思考方法，進(jìn)行系列化、數(shù)值化、數(shù)式化，作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則儲(chǔ)存到計(jì)算機(jī)中。因?yàn)槟＞邩?gòu)成元件也干差萬別，要搞出一個(gè)能適應(yīng)各種零件的設(shè)計(jì)軟件幾乎不可能。但是有些產(chǎn)品的零件形狀變化不大，模具結(jié)構(gòu)有一定的規(guī)律，放可總結(jié)歸納，為自動(dòng)設(shè)計(jì)提供軟件。如日本某公司的CDM系統(tǒng)用于級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)與制造，其中包括零件圖形輸入、毛坯展開、條料排樣、確定模板尺寸和標(biāo)準(zhǔn)、繪制裝配圖和零件圖、輸出NC程序(為數(shù)控加工中心和線切割編程)等，所用時(shí)間由手工的20%、工時(shí)減少到35小時(shí)；從80年代初日本就將三維的CAD／CAM系統(tǒng)用于汽車覆蓋件模具。目前，在實(shí)體件的掃描輸入，圖線和數(shù)據(jù)輸入，幾何造形、顯示、繪圖、標(biāo)注以及對(duì)數(shù)據(jù)的自動(dòng)編程，產(chǎn)生效控機(jī)床控制系統(tǒng)的后置處理文件等方面已達(dá)到較高水平；計(jì)算機(jī)仿真(CAE)技術(shù)也取得了一定成果。在高層次上，CAD／CAM／CAE集成的，即數(shù)據(jù)是統(tǒng)一的，可以互相直接傳輸信息．實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。目前．國外僅有少數(shù)廠家能夠做到。
3我國模具工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
由于歷史原因形成的封閉式、“大而全”的企業(yè)特征，我國大部分企業(yè)均設(shè)有模具車間，處于本廠的配套地位，自70年代末才有了模具工業(yè)化和生產(chǎn)專業(yè)化這個(gè)概念。生產(chǎn)效率不高，經(jīng)濟(jì)效益較差。模具行業(yè)的生產(chǎn)小而散亂，跨行業(yè)、投資密集，專業(yè)化、商品化和技術(shù)管理水平都比較低。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國現(xiàn)有模具專業(yè)生產(chǎn)廠、產(chǎn)品廠配套的模具車間（分廠）近17000家，約60萬從業(yè)人員，年模具總產(chǎn)值達(dá)200億元人民幣。但是，我國模具工業(yè)現(xiàn)有能力只能滿足需求量的60％左右，還不能適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。目前，國內(nèi)需要的大型、精密、復(fù)雜和長壽命的模具還主要依靠進(jìn)口。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計(jì)，1997年進(jìn)口模具價(jià)值6.3億美元，這還不包括隨設(shè)備一起進(jìn)口的模具；1997年出口模具僅為7800萬美元。目前我國模具工業(yè)的技術(shù)水平和制造能力，是我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的薄弱環(huán)節(jié)和制約經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的瓶頸。
3.1 模具工業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀
??按照中國模具工業(yè)協(xié)會(huì)的劃分，我國模具基本分為10大類，其中，沖壓模和塑料成型模兩大類占主要部分。按產(chǎn)值計(jì)算，目前我國沖壓模占50％左右，塑料成形模約占20％，拉絲模（工具）約占10％，而世界上發(fā)達(dá)工業(yè)國家和地區(qū)的塑料成形模比例一般占全部模具產(chǎn)值的40％以上。
??我國沖壓模大多為簡單模、單工序模和符合模等，精沖模，精密多工位級(jí)進(jìn)模還為數(shù)不多，模具平均壽命不足100萬次，模具最高壽命達(dá)到1億次以上，精度達(dá)到3～5um，有50個(gè)以上的級(jí)進(jìn)工位，與國際上最高模具壽命6億次，平均模具壽命5000萬次相比，處于80年代中期國際先進(jìn)水平。
??我國的塑料成形模具設(shè)計(jì)，制作技術(shù)起步較晚，整體水平還較低。目前單型腔，簡單型腔的模具達(dá)70％以上，仍占主導(dǎo)地位。一模多腔精密復(fù)雜的塑料注射模，多色塑料注射模已經(jīng)能初步設(shè)計(jì)和制造。模具平均壽命約為80萬次左右，主要差距是模具零件變形大、溢邊毛刺大、表面質(zhì)量差、模具型腔沖蝕和腐蝕嚴(yán)重、模具排氣不暢和型腔易損等，注射模精度已達(dá)到5um以下，最高壽命已突破2000萬次，型腔數(shù)量已超過100腔，達(dá)到了80年代中期至90年代初期的國際先進(jìn)水平。
3.2 模具工業(yè)技術(shù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀
??我國模具工業(yè)目前技術(shù)水平參差不齊，懸殊較大。從總體上來講，與發(fā)達(dá)工業(yè)國家及港臺(tái)地區(qū)先進(jìn)水平相比，還有較大的差距。
在采用CAD/CAM/CAE/CAPP等技術(shù)設(shè)計(jì)與制造模具方面，無論是應(yīng)用的廣泛性，還是技術(shù)水平上都存在很大的差距。在應(yīng)用CAD技術(shù)設(shè)計(jì)模具方面，僅有約10%的模具在設(shè)計(jì)中采用了CAD，距拋開繪圖板還有漫長的一段路要走；在應(yīng)用CAE進(jìn)行模具方案設(shè)計(jì)和分析計(jì)算方面，也才剛剛起步，大多還處于試用和動(dòng)畫游戲階段；在應(yīng)用CAM技術(shù)制造模具方面，一是缺乏先進(jìn)適用的制造裝備，二是現(xiàn)有的工藝設(shè)備（包括近10多年來引進(jìn)的先進(jìn)設(shè)備）或因計(jì)算機(jī)制式（IBM微機(jī)及其兼容機(jī)、HP工作站等）不同，或因字節(jié)差異、運(yùn)算速度差異、抗電磁干擾能力差異等，聯(lián)網(wǎng)率較低，只有5%左右的模具制造設(shè)備近年來才開展這項(xiàng)工作；在應(yīng)用CAPP技術(shù)進(jìn)行工藝規(guī)劃方面，基本上處于空白狀態(tài)，需要進(jìn)行大量的標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)工作；在模具共性工藝技術(shù)，如模具快速成型技術(shù)、拋光技術(shù)、電鑄成型技術(shù)、表面處理技術(shù)等方面的CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用在我國才剛起步。計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的軟件開發(fā)，尚處于較低水平，需要知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的積累。我國大部分模具廠、車間的模具加工設(shè)備陳舊，在役期長、精度差、效率低，至今仍在使用普通的鍛、車、銑、刨、鉆、磨設(shè)備加工模具，熱處理加工仍在使用鹽浴、箱式爐，操作憑工人的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)備簡陋，能耗高。設(shè)備更新速度緩慢，技術(shù)改造，技術(shù)進(jìn)步力度不大。雖然近年來也引進(jìn)了不少先進(jìn)的模具加工設(shè)備，但過于分散，或不配套，利用率一般僅有25%左右，設(shè)備的一些先進(jìn)功能也未能得到充分發(fā)揮。
缺乏技術(shù)素質(zhì)較高的模具設(shè)計(jì)、制造工藝技術(shù)人員和技術(shù)工人，尤其缺乏知識(shí)面寬、知識(shí)結(jié)構(gòu)層次高的復(fù)合型人才。中國模具行業(yè)中的技術(shù)人員，只占從業(yè)人員的8%~12%左右，且技術(shù)人員和技術(shù)工人的總體技術(shù)水平也較低。1980年以前從業(yè)的技術(shù)人員和技術(shù)工人知識(shí)老化，知識(shí)結(jié)構(gòu)不能適應(yīng)現(xiàn)在的需要；而80年代以后從業(yè)的人員，專業(yè)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)匱乏，動(dòng)手能力差，不安心，不愿學(xué)技術(shù)。近年來人才外流不僅造成人才數(shù)量與素質(zhì)水平下降，而且人才結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)了新的斷層，青黃不接，使得模具設(shè)計(jì)、制造的技術(shù)水平難以提高。
3.3 模具工業(yè)配套材料，標(biāo)準(zhǔn)件結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀
??近10多年來，特別是“八五”以來，國家有關(guān)部委已多次組織有關(guān)材料研究所、大專院校和鋼鐵企業(yè)，研究和開發(fā)模具專用系列鋼種、模具專用硬質(zhì)合金及其他模具加工的專用工具、輔助材料等，并有所推廣。但因材料的質(zhì)量不夠穩(wěn)定，缺乏必要的試驗(yàn)條件和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，規(guī)格品種較少，大型模具和特種模具所需的鋼材及規(guī)格還有缺口。在鋼材供應(yīng)上，解決用戶的零星用量與鋼廠的批量生產(chǎn)的供需矛盾，尚未得到有效的解決。另外，國外模具鋼材近年來相繼在國內(nèi)建立了銷售網(wǎng)點(diǎn)，但因渠道不暢、技術(shù)服務(wù)支撐薄弱及價(jià)格偏高、外匯結(jié)算制度等因素的影響，目前推廣應(yīng)用不多。
??模具加工的輔助材料和專用技術(shù)近年來雖有所推廣應(yīng)用，但未形成成熟的生產(chǎn)技術(shù)，大多仍還處于試驗(yàn)摸索階段，如模具表面涂層技術(shù)、模具表面熱處理技術(shù)、模具導(dǎo)向副潤滑技術(shù)、模具型腔傳感技術(shù)及潤滑技術(shù)、模具去應(yīng)力技術(shù)、模具抗疲勞及防腐技術(shù)等尚未完全形成生產(chǎn)力，走向商品化。一些關(guān)鍵、重要的技術(shù)也還缺少知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)。
? 我國的模具標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)，80年代初才形成小規(guī)模生產(chǎn)，模具標(biāo)準(zhǔn)化程度及標(biāo)準(zhǔn)件的使用覆蓋面約占20%，從市場(chǎng)上能配到的也只有約30個(gè)品種，且僅限于中小規(guī)格。標(biāo)準(zhǔn)凸凹模、熱流道元件等剛剛開始供應(yīng)，模架及零件生產(chǎn)供應(yīng)渠道不暢，精度和質(zhì)量也較差。
3.4 模具工業(yè)產(chǎn)業(yè)組織結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀
??我國的模具工業(yè)相對(duì)較落后，至今仍不能稱其為一個(gè)獨(dú)立的行業(yè)。我國目前的模具生產(chǎn)企業(yè)可劃分為四大類：專業(yè)模具廠，專業(yè)生產(chǎn)外供模具；產(chǎn)品廠的模具分廠或車間，以供給本產(chǎn)品廠所需的模具為主要任務(wù)；三資企業(yè)的模具分廠，其組織模式與專業(yè)模具廠相類似，以小而專為主；鄉(xiāng)鎮(zhèn)模具企業(yè)，與專業(yè)模具廠相類似。其中以第一類數(shù)量最多，模具產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的70%以上。我國的模具行業(yè)管理體制分散。目前有19個(gè)大行業(yè)部門制造和使用模具，沒有統(tǒng)一管理的部門。僅靠中國模具工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)籌規(guī)劃，集中攻關(guān)，跨行業(yè)，跨部門管理困難很多。
? 模具適宜于中小型企業(yè)組織生產(chǎn)，而我國技術(shù)改造投資向大中型企業(yè)傾斜時(shí)，中小型模具企業(yè)的投資得不到保證。包括產(chǎn)品廠的模具車間、分廠在內(nèi)，技術(shù)改造后不能很快收回其投資，甚至負(fù)債累累，影響發(fā)展。
? 雖然大多數(shù)產(chǎn)品廠的模具車間、分廠技術(shù)力量強(qiáng)，設(shè)備條件較好，生產(chǎn)的模具水平也較高，但設(shè)備利用率低。
? 我國模具價(jià)格長期以來同其價(jià)值不協(xié)調(diào)，造成模具行業(yè)“自身經(jīng)濟(jì)效益小，社會(huì)效益大”的現(xiàn)象?！案赡＞叩牟蝗绺赡＞邩?biāo)準(zhǔn)件的，干標(biāo)準(zhǔn)件的不如干模具帶件生產(chǎn)的。干帶件生產(chǎn)的不如用模具加工產(chǎn)品的”之類不正常現(xiàn)象存在。
4模具的發(fā)展趨勢(shì)
4.1 模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三維化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展
（1）模具軟件功能集成化
? 模具軟件功能的集成化要求軟件的功能模塊比較齊全，同時(shí)各功能模塊采用同一數(shù)據(jù)模型，以實(shí)現(xiàn)信息的綜合管理與共享，從而支持模具設(shè)計(jì)、制造、裝配、檢驗(yàn)、測(cè)試及生產(chǎn)管理的全過程，達(dá)到實(shí)現(xiàn)最佳效益的目的。如英國Delcam公司的系列化軟件就包括了曲面/實(shí)體幾何造型、復(fù)雜形體工程制圖、工業(yè)設(shè)計(jì)高級(jí)渲染、塑料模設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)、復(fù)雜形體CAM、藝術(shù)造型及雕刻自動(dòng)編程系統(tǒng)、逆向工程系統(tǒng)及復(fù)雜形體在線測(cè)量系統(tǒng)等。集成化程度較高的軟件還包括：Pro/ENGINEER、UG和CATIA等。國內(nèi)有上海交通大學(xué)金屬塑性成型有限元分析系統(tǒng)和沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)；北京北航海爾軟件有限公司的CAXA系列軟件；吉林金網(wǎng)格模具工程研究中心的沖壓模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)等。
（2）模具設(shè)計(jì)、分析及制造的三維化
??傳統(tǒng)的二維模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已越來越不適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)和集成化技術(shù)要求。模具設(shè)計(jì)、分析、制造的三維化、無紙化要求新一代模具軟件以立體的、直觀的感覺來設(shè)計(jì)模具，所采用的三維數(shù)字化模型能方便地用于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的CAE分析、模具可制造性評(píng)價(jià)和數(shù)控加工、成形過程模擬及信息的管理與共享。如Pro/ENGINEER、UG和CATIA等軟件具備參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)等特點(diǎn)，從而使模具并行工程成為可能。另外，Cimatran公司的Moldexpert，Delcam公司的Ps-mold及日立造船的Space-E/mold均是3D專業(yè)注塑模設(shè)計(jì)軟件，可進(jìn)行交互式3D型腔、型芯設(shè)計(jì)、模架配置及典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。澳大利亞Moldflow公司的三維真實(shí)感流動(dòng)模擬軟件MoldflowAdvisers已經(jīng)受到用戶廣泛的好評(píng)和應(yīng)用。國內(nèi)有華中理工大學(xué)研制的同類軟件HSC3D4.5F及鄭州工業(yè)大學(xué)的Z-mold軟件。面向制造、基于知識(shí)的智能化功能是衡量模具軟件先進(jìn)性和實(shí)用性的重要標(biāo)志之一。如Cimatron公司的注塑模專家軟件能根據(jù)脫模方向自動(dòng)產(chǎn)生分型線和分型面，生成與制品相對(duì)應(yīng)的型芯和型腔，實(shí)現(xiàn)模架零件的全相關(guān)，自動(dòng)產(chǎn)生材料明細(xì)表和供NC加工的鉆孔表格，并能進(jìn)行智能化加工參數(shù)設(shè)定、加工結(jié)果校驗(yàn)等。
（3）模具軟件應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化趨勢(shì)
? 隨著模具在企業(yè)競(jìng)爭、合作、生產(chǎn)和管理等方面的全球化、國際化，以及計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)使得在模具行業(yè)應(yīng)用虛擬設(shè)計(jì)、敏捷制造技術(shù)既有必要，也有可能。美國在其《21世紀(jì)制造企業(yè)戰(zhàn)略》中指出，到2006年要實(shí)現(xiàn)汽車工業(yè)敏捷生產(chǎn)/虛擬工程方案，使汽車開發(fā)周期從40個(gè)月縮短到4個(gè)月。
4.2 模具檢測(cè)、加工設(shè)備向精密、高效和多功能方向發(fā)展
（1）模具檢測(cè)設(shè)備的日益精密、高效
? 精密、復(fù)雜、大型模具的發(fā)展，對(duì)檢測(cè)設(shè)備的要求越來越高?，F(xiàn)在精密模具的精度已達(dá)2～3μm，目前國內(nèi)廠家使用較多的有意大利、美國、日本等國的高精度三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，并具有數(shù)字化掃描功能。如東風(fēng)汽車模具廠不僅擁有意大利產(chǎn)3250mm×3250mm三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，還擁有數(shù)碼攝影光學(xué)掃描儀，率先在國內(nèi)采用數(shù)碼攝影、光學(xué)掃描作為空間三維信息的獲得手段，從而實(shí)現(xiàn)了從測(cè)量實(shí)物→建立數(shù)學(xué)模型→輸出工程圖紙→模具制造全過程，成功實(shí)現(xiàn)了逆向工程技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。這方面的設(shè)備還包括：英國雷尼紹公司第二代高速掃描儀(CYCLON SERIES2)可實(shí)現(xiàn)激光測(cè)頭和接觸式測(cè)頭優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，激光掃描精度為0.05mm，接觸式測(cè)頭掃描精度達(dá)0.02mm。另外德國GOM公司的ATOS便攜式掃描儀，日本羅蘭公司的PIX-30、PIX-4臺(tái)式掃描儀和英國泰勒·霍普森公司TALYSCAN150多傳感三維掃描儀分別具有高速化、廉價(jià)化和功能復(fù)合化等特點(diǎn)。
（2）數(shù)控電火花加工機(jī)床
? 日本沙迪克公司采用直線電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)的AQ325L、AQ550LLS-WEDM具有驅(qū)動(dòng)反應(yīng)快、傳動(dòng)及定位精度高、熱變形小等優(yōu)點(diǎn)。瑞士夏米爾公司的NCEDM具有P-E3自適應(yīng)控制、PCE能量控制及自動(dòng)編程專家系統(tǒng)。另外有些EDM還采用了混粉加工工藝、微精加工脈沖電源及模糊控制(FC)等技術(shù)。
（3） 高速銑削機(jī)床(HSM)
??銑削加工是型腔模具加工的重要手段。而高速銑削具有工件溫升低、切削力小、加工平穩(wěn)、加工質(zhì)量好、加工效率高(為普通銑削加工的5～10倍)及可加工硬材料(<60HRC)等諸多優(yōu)點(diǎn)。因而在模具加工中日益受到重視。瑞士克朗公司UCP710型五軸聯(lián)動(dòng)加工中心，其機(jī)床定位精度可達(dá)8μm，自制的具有矢量閉環(huán)控制電主軸，最大轉(zhuǎn)速為42000r/min。意大利RAMBAUDI公司的高速銑床，其加工范圍達(dá)2500mm×5000mm×1800mm，轉(zhuǎn)速達(dá)20500r/min，切削進(jìn)給速度達(dá)20m/min。HSM一般主要用于大、中型模具加工，如汽車覆蓋件模具、壓鑄模、大型塑料等曲面加工，其曲面加工精度可達(dá)0.01mm。
4.3 快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)
??縮短產(chǎn)品開發(fā)周期是贏得市場(chǎng)競(jìng)爭的有效手段之一。與傳統(tǒng)模具加工技術(shù)相比，快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)具有制模周期短、成本較低的特點(diǎn)，精度和壽命又能滿足生產(chǎn)需求，是綜合經(jīng)濟(jì)效益比較顯著的模具制造技術(shù)，具體主要有以下一些技術(shù)。
?? (1)快速原型制造技術(shù)(RPM)。它包括激光立體光刻技術(shù)(SLA) ；疊層輪廓制造技術(shù)(LOM) ；激光粉末選區(qū)燒結(jié)成形技術(shù)(SLS) ；熔融沉積成形技術(shù)(FDM) 和三維印刷成形技術(shù)(3D-P)等。
?? (2)表面成形制模技術(shù)。它是指利用噴涂、電鑄和化學(xué)腐蝕等新的工藝方法形成型腔表面及精細(xì)花紋的一種工藝技術(shù)。
?? (3)澆鑄成形制模技術(shù)。主要有鉍錫合金制模技術(shù)、鋅基合金制模技術(shù)、樹脂復(fù)合成形模具技術(shù)及硅橡膠制模技術(shù)等。
?? (4)冷擠壓及超塑成形制模技術(shù)。
?? (5)無模多點(diǎn)成形技術(shù)。
?? (6)KEVRON鋼帶沖裁落料制模技術(shù)。
(7)模具毛坯快速制造技術(shù)。主要有干砂實(shí)型鑄造、負(fù)壓實(shí)型鑄造、樹脂砂實(shí)型鑄造及失蠟精鑄等技術(shù)。
?? (8)其他方面技術(shù)。如采用氮?dú)鈴椈蓧哼叀⑿读?、快速換模技術(shù)、沖壓單元組合技術(shù)、刃口堆焊技術(shù)及實(shí)型鑄造沖模刃口鑲塊技術(shù)等。
?4.4 模具材料及表面處理技術(shù)發(fā)展迅速
??模具工業(yè)要上水平，材料應(yīng)用是關(guān)鍵。因選材和用材不當(dāng)，致使模具過早失效，大約占失效模具的45%以上。在模具材料方面，常用冷作模具鋼有CrWMn、Cr12、Cr12MoV和W6Mo5Cr4V2，火焰淬火鋼(如日本的AUX2、SX105V(7CrSiMnMoV)等；常用新型熱作模具鋼有美國H13、瑞典QRO80M、QRO90SUPREME等；常用塑料模具用鋼有預(yù)硬鋼(如美國P20)、時(shí)效硬化型鋼(如美國P21、日本NAK55等)、熱處理硬化型鋼(如美國D2，日本PD613、PD555、瑞典一勝白136等)、粉末模具鋼(如日本KAD18和KAS440)等；覆蓋件拉延模常用HT300、QT60-2、Mo-Cr、Mo-V鑄鐵等，大型模架用HT250。多工位精密沖模常采用鋼結(jié)硬質(zhì)合金及硬質(zhì)合金YG20等。在模具表面處理方面，其主要趨勢(shì)是：由滲入單一元素向多元素共滲、復(fù)合滲(如TD法)發(fā)展；由一般擴(kuò)散向CVD、PVD、PCVD、離子滲入、離子注入等方向發(fā)展；可采用的鍍膜有：TiC、TiN、TiCN、TiAlN、CrN、Cr7C3、W2C等，同時(shí)熱處理手段由大氣熱處理向真空熱處理發(fā)展。另外，目前對(duì)激光強(qiáng)化、輝光離子氮化技術(shù)及電鍍(刷鍍)防腐強(qiáng)化等技術(shù)也日益受到重視。
4.5 模具工業(yè)新工藝、新理念和新模式逐步得到了認(rèn)同
??在成形工藝方面，主要有沖壓模具功能復(fù)合化、超塑性成形、塑性精密成形技術(shù)、塑料模氣體輔助注射技術(shù)及熱流道技術(shù)、高壓注射成形技術(shù)等。另一方面，隨著先進(jìn)制造技術(shù)的不斷發(fā)展和模具行業(yè)整體水平的提高，在模具行業(yè)出現(xiàn)了一些新的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理理念與模式。具體主要有：適應(yīng)模具單件生產(chǎn)特點(diǎn)的柔性制造技術(shù)；創(chuàng)造最佳管理和效益的團(tuán)隊(duì)精神，精益生產(chǎn)；提高快速應(yīng)變能力的并行工程、虛擬制造及全球敏捷制造、網(wǎng)絡(luò)制造等新的生產(chǎn)哲理；廣泛采用標(biāo)準(zhǔn)件通用件的分工協(xié)作生產(chǎn)模式；適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保要求的綠色設(shè)計(jì)與制造等。