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XX大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 文獻(xiàn)綜述 院（系）名稱 工學(xué)院機(jī)械系 專業(yè)名稱 材料成型及控制工程 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 20xx年 03 月 10 日  沖壓工藝與模具技術(shù) 摘要：通過翻閱相關(guān)的參考資料和文獻(xiàn)，本文介紹了沖壓工藝、模具的發(fā)展和研究趨勢(shì)；以及沖壓材料的性能及要求，這些對(duì)沖壓模具技術(shù)有一個(gè)大致的了解，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)提供了方向性的指導(dǎo)和準(zhǔn)備。 關(guān)鍵字：模具先進(jìn)制造技術(shù)，沖壓模具，沖壓工藝 Abstract：Through reading relevant information and literature, this paper introduces the stamping process, mold the development and research trend; and stamping materials and the performance requirement of stamping die, these techniques have a general understanding, for further study of the stamping process and die design provides guidance and preparation Key words: Advanced manufacturing technology of die, stamping die, stamping process 前言 改革開放以來，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)模具的需求量不斷增長(zhǎng)。近年來，模具工業(yè)一直以15%左右的增長(zhǎng)速度快速發(fā)展?！澳＞呤枪I(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備”也已經(jīng)取得了共識(shí)。在電子、汽車、電機(jī)、電器、儀器、儀表、家電和通信等產(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。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。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(guó)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(guó)模具工業(yè)產(chǎn)值也超過了機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志，因?yàn)槟＞咴诤艽蟪潭壬蠜Q定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。鑒于模具工業(yè)的重要性，在1989年3月國(guó)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。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(guó)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(guó)務(wù)院批準(zhǔn)，從1997年到2000年，對(duì)80多家國(guó)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(guó)務(wù)院和國(guó)家有關(guān)部門對(duì)發(fā)展模具工業(yè)的重視和支持。本文著重探討沖壓工藝與模具的發(fā)展。 1 沖壓工藝的特點(diǎn) 沖壓即在室溫下，利用安裝在壓力機(jī)上的沖壓模具對(duì)材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或發(fā)生塑性變形,從而獲得所需形狀和尺寸,具有一定力學(xué)性能的零件的一種壓力加工方法[1]。 沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡(jiǎn)稱沖模。沖模是將材料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[2]。 由于沖壓加工的沖壓件的形狀、尺寸和表面質(zhì)量是由模具保證的，所以在大量生產(chǎn)中可以獲得穩(wěn)定的加工質(zhì)量，可以滿足一般的裝配和使用要求。此外，沖壓加工具有很高的生產(chǎn)率。一般在一臺(tái)沖壓設(shè)備上每分可以生產(chǎn)中小尺寸工件幾件到幾十件，高速?zèng)_床可達(dá)幾百件，這是其他任何加工方法都無法實(shí)現(xiàn)的。沖壓加工所用坯料是板材或卷料，通常又是在常溫下加工，故易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動(dòng)化，可大幅度地提高生產(chǎn)率，這對(duì)于我國(guó)大力發(fā)展的航空業(yè)具有積極作用。 由于某些彎曲件形狀不規(guī)則，利用一般的沖壓技術(shù)成形困難，可以采用杠桿塊沖壓成形工藝。由于彎曲件形狀多樣，彎曲方向變換多端，當(dāng)彎曲方向與沖壓設(shè)備中滑塊的運(yùn)動(dòng)方向垂直或成一定角度時(shí)，常采用一些機(jī)構(gòu)把滑塊的向下運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樗枰较虻倪\(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)工件的成形。常采用的機(jī)構(gòu)有：斜楔滑塊機(jī)構(gòu)、杠桿塊機(jī)構(gòu)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)等。通過這些機(jī)構(gòu)的巧妙動(dòng)作，可實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜彎曲件的成形[3]。 2 沖壓成形工藝發(fā)展歷史 沖壓技術(shù)的真正發(fā)展，始于汽車的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。20世紀(jì)初，美國(guó)福特汽車的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)大大推動(dòng)了沖術(shù)的研究和發(fā)展[5]。研究工作基本上在板料成形技術(shù)和成形性兩方面同時(shí)展開，關(guān)鍵題目是破裂、起皺與回彈，涉及可成形性預(yù)估、成形方法的創(chuàng)新，以及成形過程的分析與控制[6]。但在20世紀(jì)的大部分時(shí)間里，對(duì)沖壓技術(shù)的把握基本上是經(jīng)驗(yàn)形的。分析工具是經(jīng)典的成形力學(xué)理論，能求解的題目十分有限。研究的重點(diǎn)是板材沖壓性能及成形力學(xué)，遠(yuǎn)不能滿足汽車產(chǎn)業(yè)的需求[7]。60年代是沖壓技術(shù)發(fā)展的重要時(shí)期，各種新的成形技術(shù)相繼出現(xiàn)。尤其是成形極限圖的提出，推動(dòng)了板材性能、成形理論、成形工藝和質(zhì)量控制的協(xié)調(diào)發(fā)展，成為沖壓技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)里程碑[8]。? 　　由于80年代有限元方法及CAD技術(shù)的先期發(fā)展，使90年代以數(shù)值模擬仿真為中心的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)在沖壓領(lǐng)域得以迅速發(fā)展并走向?qū)嵱没?，成為材料變形行為研究和工藝過程設(shè)計(jì)的有力工具。沖壓技術(shù)真正進(jìn)入了分析階段，傳統(tǒng)的成形技術(shù)開始從經(jīng)驗(yàn)走向科學(xué)化。 　　縱觀上世紀(jì)的發(fā)展歷程可見： 　?。?）沖壓性能的研究和改進(jìn)是與沖壓技術(shù)的發(fā)展相輔相承的?！? 　?。?）汽車、飛機(jī)等產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，以及能源因素都是沖壓技術(shù)發(fā)展的主要推動(dòng)力。進(jìn)入新世紀(jì)，環(huán)境因素及相關(guān)的法律約束日益突出，輕量化設(shè)計(jì)和制造成為當(dāng)前的重要課題[9]。 　?。?）成形過程數(shù)字化仿真技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)傳統(tǒng)沖壓技術(shù)走向科學(xué)化，進(jìn)入先進(jìn)制造技術(shù)行列。 　?。?）沖壓技術(shù)的發(fā)展涉及材料、能源、模具、設(shè)備等各方面。工藝方法的創(chuàng)新及其過程的科學(xué)分析與控制是技術(shù)發(fā)展的核心；模具技術(shù)是沖壓技術(shù)發(fā)展的體現(xiàn)，是決定產(chǎn)品制造周期、本錢、質(zhì)量的重要因素[10]。 3 沖壓成形工藝現(xiàn)狀 3.1 先進(jìn)沖壓成形技術(shù) 先進(jìn)成形技術(shù)是在傳統(tǒng)成形技術(shù)的基礎(chǔ)上，以計(jì)算機(jī)為支柱，綜合利用信息、電子、材料、能源、環(huán)境工程等各項(xiàng)高新技術(shù)及現(xiàn)代治理技術(shù)，有利于終極實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命期綜合優(yōu)化的沖壓成形技術(shù)，是能越大程度地達(dá)到“精、省、凈”目標(biāo)，獲得高綜合效益的成形技術(shù)。 發(fā)展先進(jìn)成形技術(shù)的關(guān)鍵在于： （1）大力發(fā)展沖壓成形過程的計(jì)算機(jī)分析仿真技術(shù)（CAE）。 　 （2）并行工程（CE）、并行工作模式逐步取代傳統(tǒng)的串行順序式工作模式。 計(jì)算機(jī)輔助過程分析仿真（CAE）是20世紀(jì)后期對(duì)于金屬成形最具重大意義的技術(shù)進(jìn)步之一，其核心是有限元分析技術(shù)。 　　以有限元法為基礎(chǔ)的沖壓成形過程中計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)或數(shù)值模擬技術(shù)，為沖壓模具設(shè)計(jì)、沖壓過程設(shè)計(jì)與工藝參數(shù)優(yōu)化提供了科學(xué)的新途徑，是解決復(fù)雜沖壓過程設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)的最有效手段。應(yīng)用此種技術(shù)模具設(shè)計(jì)和試模的時(shí)間減少50%以上。 目前，板料沖壓成形過程的計(jì)算機(jī)仿真已經(jīng)走出理論研究及軟件開發(fā)階段，正進(jìn)入實(shí)用化階段。在世界范圍內(nèi)，美、法、德順序處于該技術(shù)的領(lǐng)先地位，已經(jīng)推出了商品軟件。這些軟件都采用彈塑性有限元方法，在大型計(jì)算機(jī)或工作站上運(yùn)行。在美國(guó)，三大汽車公司都已采用了沖壓成形過程仿真技術(shù)。德國(guó)巴伐里亞汽車廠1993年引入該項(xiàng)技術(shù)，在兩年多時(shí)間內(nèi)每項(xiàng)工作的平均時(shí)間從四周左右縮短到少于兩周[11]。 　　1991年末日本鈑金成形工業(yè)面臨需求短缺。日本模具工業(yè)很發(fā)達(dá)，但迄今很少有通用目的程序被開發(fā)出來，正在使用的都是引進(jìn)軟件。周邊國(guó)家韓國(guó)、新加坡等也在越來越多地采用板料沖壓成形仿真技術(shù)。 　　該技術(shù)在我國(guó)仍屬起步階段，研究工作主要在少數(shù)重點(diǎn)大學(xué)如北京航空航天大學(xué)、吉林大學(xué)、華中理工大學(xué)、湖南大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京理工大學(xué)、上海交通大學(xué)等高校進(jìn)行。少數(shù)企業(yè)如一汽、上汽、嘉陵及研究所等開始引進(jìn)國(guó)外軟件。由于缺乏售后服務(wù)支持，更多地靠自己在實(shí)踐中探索試用。 3.2 沖壓模具的發(fā)展 沖壓模具是沖壓生產(chǎn)必不可少的工藝裝備，是技術(shù)密集型產(chǎn)品。沖壓件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)成本等，與模具設(shè)計(jì)和制造有直接關(guān)系。模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)水平的高低，是衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志之一，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。提高沖壓模具制造效率，提高模具表面質(zhì)量，延長(zhǎng)模具使用壽命是模具制造領(lǐng)域的主要課題。為此，對(duì)模具加工裝備、模具制造技術(shù)的革新是模具制造業(yè)發(fā)展的兩大方向。 過去的中國(guó)沖壓模具行業(yè)，車、刨、銑、鉆、磨等傳統(tǒng)普通機(jī)床和電火花線切割機(jī)床，曾經(jīng)在絕大多數(shù)沖壓模具企業(yè)使用，進(jìn)口的數(shù)控龍門仿形銑床由于沒有采用CAD／CAM技術(shù)，也只能當(dāng)作靠模仿形銑床使用，采用這些裝備加工沖壓模具時(shí)，通常需要對(duì)模具零件反復(fù)裝夾和定位，因而加工生產(chǎn)效率低、模具產(chǎn)品質(zhì)量差[12]。 在2002年12月德國(guó)法蘭克福舉辦的EuroMold展會(huì)上的1493個(gè)參展廠商中，約有30％是機(jī)床和刀具廠商，展出高速加工機(jī)床的最高轉(zhuǎn)速在25000～30000r／min之間，這是對(duì)傳統(tǒng)切削加工的非常顯著的變革，體現(xiàn)了模具加工技術(shù)裝備高速化、集成化趨勢(shì)[13]。 國(guó)外的模具制造企業(yè)，廣泛使用先進(jìn)的高精度、高速度、專業(yè)化加工裝備，如日本豐田汽車模具公司[14]擁有構(gòu)造面加工數(shù)控銑床39臺(tái)套、型面加工高速五軸五面銑床1 5臺(tái)套、其它新型一體化專門加工設(shè)備6臺(tái)套。加工工藝方法包括等高線加工、最大長(zhǎng)度順向走刀加工等，精加工走刀移行密度僅有0．3mm。同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)凹圓角清根、外凸圓角加工到位等，因而可以控制模具配合的不等距間隙、最大可能的縮小型面誤差，實(shí)現(xiàn)模面的精細(xì)加工。 為提高模具制造效率可采用快速成型技術(shù)。快速成型(Rapid Prototyping，簡(jiǎn)稱RP)技術(shù)是指在計(jì)算機(jī)控制與管理下，由零件實(shí)物或模型直接驅(qū)動(dòng)，采用材料精確堆積成復(fù)雜三維實(shí)體的原型或零件制造技術(shù)，是一種集計(jì)算機(jī)(包括CAD／CAM／CAE等)、光學(xué)掃描、新型材料、數(shù)控、激光等技術(shù)于一體的新型高新制造技術(shù)。主要用于零件設(shè)計(jì)的快速檢驗(yàn)以及各種模具模型的快速制造。 快速模具(Rapid tooling，筒稱RT)技術(shù)是利用RP技術(shù)成型功能零件尤其是金屬模具或零件的一種方法?？梢钥朔鹘y(tǒng)模具制作過程復(fù)雜、耗時(shí)長(zhǎng)、費(fèi)用高等缺點(diǎn)，應(yīng)用RP技術(shù)制造快速、經(jīng)濟(jì)模具成為RP技術(shù)發(fā)展的主要推動(dòng)力之一。 RP和RT技術(shù)集成的快速制造精密模具的方法，被稱為先進(jìn)的“柔性工具”方法，適應(yīng)了現(xiàn)代工業(yè)向著多品種、變批量發(fā)展的趨勢(shì)，為沖壓模具的多品種、小批量、快速生產(chǎn)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。 模具表面的質(zhì)量對(duì)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(dòng)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，同樣也是重要的發(fā)展趨勢(shì)。這方面的研究工作十分活躍，張學(xué)良[15]在數(shù)控銑床上研究了利用直流電進(jìn)行磁性拋光的情況，精銑加工后表面粗糙度1．0微米的試樣只需研拋3．2min，可獲得表面粗糙度為0．1微米的高質(zhì)量表面，顯示了高精度、高效率和高可靠性。日本岡山大學(xué)的宇野羲幸[16]等人，采用直徑達(dá)60 rm的大面積脈沖電子束，研究了能量密度、照射次數(shù)、粗加工質(zhì)量等因素對(duì)模具精整加工質(zhì)量的影響，得出“大面積脈沖電子束照射有望代替?zhèn)鹘y(tǒng)精整拋光”的可喜結(jié)論。 3.3 先進(jìn)沖壓材料 沖壓技術(shù)的發(fā)展與材料和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。預(yù)計(jì)未來10-15年，環(huán)境要求和日益嚴(yán)格的環(huán)保法律，將促使汽車材料和結(jié)構(gòu)發(fā)生很大變化。為了減少城市CO2的排放量，汽車力求輕量化，其最突出的發(fā)展方向是提高所用材料的比強(qiáng)度和比剛度及發(fā)展高效的輕量化結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)代車身結(jié)構(gòu)中，高強(qiáng)度鋼約占25%。目前在繼續(xù)開發(fā)超高強(qiáng)度鋼的同時(shí)，結(jié)合發(fā)展新的“高效結(jié)構(gòu)”和制造技術(shù)，爭(zhēng)取使車身重量減少20%以上。但更引人關(guān)注的努力方向是擴(kuò)大鋁、鎂等低密度合金材料在汽車上的應(yīng)用。 　　歐美正在研究開發(fā)未來的鋁車身家用小汽車，可使重量減輕40-50%，耗油僅為現(xiàn)行小汽車均勻值的三分之一。目前的主要題目是開發(fā)低本錢鋁合金，發(fā)展新結(jié)構(gòu)和高效制造方法，以及改進(jìn)回收技術(shù)。一旦本錢題目解決了，鋁合金可能成為汽車的主要結(jié)構(gòu)材料。 80年代，歐美研究鍍鋅板的沖壓技術(shù)；90年代，重點(diǎn)研究激光拼焊板的沖壓及各種擠壓管坯形材的精密成形技術(shù)。鋁形材骨架件的用量也在不斷增加。 　　結(jié)構(gòu)整體化是重要的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于飛機(jī)將擴(kuò)大應(yīng)用。 　　隨著新材料和新結(jié)構(gòu)的擴(kuò)大應(yīng)用，迫切需要發(fā)展相應(yīng)的低本錢沖壓成形技術(shù)。當(dāng)前的研究重點(diǎn)： 　?。?）鋁合金覆蓋件等機(jī)身零件的沖壓技術(shù)。 　?。?）多種厚度激光拼焊板坯的沖壓技術(shù)。? 　?。?）擠壓管坯的內(nèi)高壓成形技術(shù)。 　?。?）復(fù)合板的成形技術(shù)等。 　　對(duì)于飛機(jī)產(chǎn)業(yè)來說，鈦合金、鋁鋰合金復(fù)雜外形零件及鋁合金特殊結(jié)構(gòu)件的成形技術(shù)是當(dāng)前的研究重點(diǎn)。 4 沖壓成形技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 進(jìn)入90年代以來，高新技術(shù)全面促進(jìn)了傳統(tǒng)成形技術(shù)的改造及先進(jìn)成形技術(shù)的形成和發(fā)展。以后沖壓技術(shù)將以更快的速度持續(xù)發(fā)展，發(fā)展的方向?qū)⒏油怀觥熬?、省、凈”的需求。達(dá)到這些要求急需發(fā)展如下幾項(xiàng)： 　 （1）沖壓成形技術(shù)將更加科學(xué)化、數(shù)字化、可控化?？茖W(xué)化主要體現(xiàn)在對(duì)成形過程、產(chǎn)品質(zhì)量、成本、效益的預(yù)測(cè)和可控程度。成形過程的數(shù)值模擬技術(shù)將在實(shí)用化方面取得很大發(fā)展，并與數(shù)字化制造系統(tǒng)很好地集成。人工智能技術(shù)、智能化控制將從簡(jiǎn)單形狀零件成形發(fā)展到覆蓋件等復(fù)雜形狀零件成形，從而真正進(jìn)入實(shí)用階段[17]。 （2）注重產(chǎn)品制造全過程，最大程度地實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)全局綜合優(yōu)化。優(yōu)化將從傳統(tǒng)的單一成形環(huán)節(jié)向產(chǎn)品制造全過程及全生命期的系統(tǒng)整體發(fā)展。 （3）對(duì)產(chǎn)品可制造性和成形工藝的快速分析與評(píng)估能力將有大的發(fā)展。以便從產(chǎn)品初步設(shè)計(jì)甚至構(gòu)思時(shí)起，就能針對(duì)零件的可成形性及所需性能的保證度，作出快速分析評(píng)估。 （4）沖壓技術(shù)將具有更大的靈活性或柔性，以適應(yīng)未來小指量多品種混流生產(chǎn)模式及市場(chǎng)多樣化、個(gè)性化需求的發(fā)展趨勢(shì)，加強(qiáng)企業(yè)對(duì)市場(chǎng)變化的快速響應(yīng)能力。 （5）重視復(fù)合化成形技術(shù)的發(fā)展。以復(fù)合工藝為基礎(chǔ)的先進(jìn)成形技術(shù)不僅正在從制造毛坯向直接制造零件方向發(fā)展，也正在從制造單個(gè)零件向直接制造結(jié)構(gòu)整體的方向發(fā)展[18]。 參考文獻(xiàn) [1] 高軍．沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)．化學(xué)工業(yè)出版社. 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