畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)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 師年 3 月 10 日沖壓模具的發(fā)展歷史及趨勢1 引言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。2005 年—2008 年，我國沖壓模具產(chǎn)品均出口較大幅度的增長。2009 年在全球高壓鍋爐管市場總需求量下降的情況下，國際采購商通過國內(nèi)某網(wǎng)站采購沖壓模具的數(shù)量仍逆勢上揚(yáng)。我國沖壓模具的國際競爭力正在不斷提升。根據(jù)我國海關(guān)統(tǒng)計(jì)資料顯示，2005 年—2008 年，我國沖壓模具產(chǎn)品均出口較大幅度的增長。2008 年，即使遭受全球金融危機(jī)，我們沖壓模具出口金額達(dá) 4.11 億美元，比 2007 年的 3.26 億美元增長了 26%。另外，2009 年在全球高壓鍋爐管市場總需求量下降的情況下，國際采購商通過國內(nèi)某網(wǎng)站采購沖壓模具的數(shù)量仍逆勢上揚(yáng)。從全年采購情況來看，總體趨于上漲的趨勢。其中，2009 年下半年回暖明顯，國際采購商借此網(wǎng)站采購頻次約 616 頻次，比上半年的 288 頻次增長了 114％。雖然近年來我國模具行業(yè)發(fā)展迅速，但是離國內(nèi)的需要和國際水平還有很大的差距。差距較大主要表現(xiàn)在：（1）標(biāo)準(zhǔn)化程度低。 （2）模具制造精度低、周期長。解決這些問題主要體現(xiàn)在模具設(shè)計(jì)上，故改善模具設(shè)計(jì)的水平成為拉近差距的關(guān)鍵性問題。若要很好的設(shè)計(jì)出一副沖壓模具，就必須去了解沖壓模具的歷史、現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢。2 主體2.1 沖壓模具的發(fā)展歷史我國考古發(fā)現(xiàn)，早在 2000 多年前，我國已有沖壓模具被用于制造銅器，證明了中國古代沖壓成型和沖壓模具方面的成就就在世界領(lǐng)先。1953 年，長春第一汽車制造廠在中國首次建立了沖模車間，該廠于 1958 年開始制造汽車覆蓋件模具。我國于 20 世紀(jì) 60 年代開始生產(chǎn)精沖模具。在走過了溫長的發(fā)展道路之后，目前我國已形成了 300多億元（未包括港、澳、臺的統(tǒng)計(jì)數(shù)字，下同）各類沖壓模具的生產(chǎn)能力。浙江寧波和黃巖地區(qū)的“ 模具之鄉(xiāng)”；廣東一些大集團(tuán)公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，科龍、美的、康佳等集團(tuán)紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資和外商獨(dú)資的模具企業(yè)現(xiàn)已有幾千家。2.2 沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀由于沖壓工藝具有生產(chǎn)率、生產(chǎn)成本低、材料利用率高、能成形復(fù)雜零件、適合大批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，在某些領(lǐng)域已取代機(jī)械加工，并正逐步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。據(jù)國際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會預(yù)測，到本世紀(jì)中，機(jī)械零部件中 60%的粗加工、80%的精加工要由模具來完成。因此，沖壓技術(shù)對發(fā)展生產(chǎn)、增加效益、更新產(chǎn)品等方面具有重要作用。市場競爭劇烈，加速了產(chǎn)品的更新?lián)Q代，加快了模具制造的發(fā)展。近年來，我國沖壓模具水平已有很大提高。大型沖壓模具已能生產(chǎn)單套重量達(dá) 50多噸的模具。為中檔轎車配套的覆蓋件模具國內(nèi)也能生產(chǎn)了。精度達(dá) 1-2μm，壽命 2億次左右的多工位級進(jìn)模國內(nèi)已有多家企業(yè)能夠生產(chǎn)。表面粗糙度達(dá)到 Ra≤1.5μm 的精沖模，大尺寸（φ≥300mm ）精沖模及中厚板精沖模國內(nèi)也已達(dá)到相當(dāng)高的水平。（1）模具 DBD/DBM 技術(shù)狀況我國模具 DBD/DBM 技術(shù)的發(fā)展已有 20 多年歷史。由原華中工學(xué)院和武漢 733 廠于 1984 年共同完成的精沖模 DBD/DBM 系統(tǒng)是我國第一個(gè)自行開發(fā)的模具 DBD/DBM系統(tǒng)。由華中工學(xué)院和北京模具廠等于 1986 年共同完成的冷沖模 DBD/DBM 系統(tǒng)是我國自行開發(fā)的第一個(gè)沖載模 DBD/DBM 系統(tǒng)。上海交通大學(xué)開發(fā)的冷沖模 DBD/DBM系統(tǒng)也于同年完成。20 世界 90 年代以來，國內(nèi)汽車行業(yè)的模具設(shè)計(jì)制造中開始采用DBD/DBM 技術(shù)。國家科委 863 計(jì)劃將東風(fēng)汽車公司作為 DIMS 應(yīng)用示范工廠，由華中理工大學(xué)作為技術(shù)依托單位，開發(fā)的汽車車身與覆蓋件模具 DBD/DBPP/DBM 集成系統(tǒng)于 1996 年初通過鑒定。在此期間，一汽和成飛汽車模具中心引進(jìn)了工作站和DBD/DBM 軟件系統(tǒng)，并在模具設(shè)計(jì)制造中實(shí)際應(yīng)用，取得了顯著效益。1997 年一汽引進(jìn)了板料成型過程計(jì)算機(jī)模擬 DBE 軟件并開始用于生產(chǎn)。21 世紀(jì)開始 DBD/DBM技術(shù)逐漸普及，現(xiàn)在具有一定生產(chǎn)能力的沖壓模具企業(yè)基本都有了 DBD/DBM 技術(shù)。其中部分骨干重點(diǎn)企業(yè)還具備各 DBE 能力。模具 DBD/DBM 技術(shù)能顯著縮短模具設(shè)計(jì)與制作周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，已成為人們的共識。在“八五” 、 “九五”期間，已有大批模具企業(yè)推廣普及了計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)，數(shù)控加工的使用率也越來越高，并陸續(xù)引進(jìn)了相當(dāng)數(shù)量的 DBD/DBM 系統(tǒng)。如美國 EDS 的 UG，美國 Parametric Technology 公司的 Pro/Engineer，美國 DV 公司的 DBDSS，英國 DELDBM 公司的 DODT5，日本 HZS 公司的 DRBDE 及 space-E,以色列公司的 Dimatron，還引進(jìn)了 ButoDBD、DBTIB 等軟件及法國 Marta-Daravision 公司用于汽車及覆蓋件模具的 Euclid-IS 等專用軟件。國內(nèi)汽車覆蓋件模具生產(chǎn)企業(yè)普遍采用了 DBD/DBM 技術(shù)。 DL 圖的設(shè)計(jì)和模具結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計(jì)均已實(shí)現(xiàn)二維 DBD，多數(shù)企業(yè)已經(jīng)向三維過渡，總圖生產(chǎn)逐步代替零件圖生產(chǎn)。且模具的參數(shù)化設(shè)計(jì)也開始走向少數(shù)模具廠家技術(shù)開發(fā)的領(lǐng)域。在沖壓成型 DBE 軟件方面，除了引進(jìn)的軟件外，華中科技大學(xué)、吉林大學(xué)、湖南大學(xué)等都已研發(fā)了較高水平的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的軟件，并已在生產(chǎn)實(shí)踐中得到成功應(yīng)用，產(chǎn)生了良好的效益?？焖僭停≧P）與傳統(tǒng)的快速經(jīng)濟(jì)模具相結(jié)合，快速制造大型汽車覆蓋件模具，解決了原來低熔點(diǎn)合金模具靠樣件澆鑄模具，模具精度低、制件精度低，樣件制作難等問題，實(shí)現(xiàn)了以三維 DBD 模型作為制模依據(jù)的快速模具制造，并且保證了制件的精度，為汽車行業(yè)新車型的開發(fā)、車身快速試制提供了覆蓋件制作的保證，它標(biāo)志著 RPM 應(yīng)用于汽車車身大型覆蓋件試制模具已取得了成功。圍繞著汽車車身試制、大型覆蓋件模具的快速制造，今年來也涌現(xiàn)出一些新的快速成型方法，例如目前已開始在生產(chǎn)中應(yīng)用俄無模多點(diǎn)成型及激光沖擊和電磁成型等技術(shù)。它們都表現(xiàn)出了降低成本、提高效率等優(yōu)點(diǎn)。（2）模具設(shè)計(jì)與制造能力狀況在國家產(chǎn)業(yè)政策的正確引導(dǎo)下，經(jīng)過幾十年努力，現(xiàn)在我國沖壓模具的設(shè)計(jì)與制造能力已達(dá)到較高水平，包括信息工程和虛擬技術(shù)等許多現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造技術(shù)已在很多模具企業(yè)得到應(yīng)用。雖然如此，我國的沖壓模具設(shè)計(jì)制造能力與市場需要和國際先進(jìn)水平相比仍有較大差距。這些主要表現(xiàn)在高檔轎車和大中型汽車覆蓋件模具及高精度沖模方面，無論在設(shè)計(jì)還是加工工藝和能力反面，都有較大差距。轎車覆蓋件模具，具有設(shè)計(jì)和制造難度大，質(zhì)量和精度要求高的特點(diǎn)，可代表覆蓋件模具的水平。雖然在設(shè)計(jì)制造方面和手段方面已基本達(dá)到了國際水平，模具結(jié)構(gòu)功能方面也接近國際水平，在轎車模具國產(chǎn)化進(jìn)程中前進(jìn)了一大步，但在制造質(zhì)量、進(jìn)度、制造周期等方面，與國外相比還存在一定的差距。標(biāo)志沖模技術(shù)先進(jìn)水平的多工位級進(jìn)模和多功能模具，是我國重點(diǎn)發(fā)展的精密模具品種。有代表性的是集機(jī)電一體化的鐵芯精密自動閥片多功能模具，已基本達(dá)到國際水平。但總體上和國外多工位級進(jìn)模相比，在制造精度、使用壽命、模具結(jié)構(gòu)和功能上，仍存在一定差距。汽車覆蓋件模具制造技術(shù)正在不斷地提高和完善，高精度、高效益加工設(shè)備的使用越來越廣泛。高性能的五軸高速銑床和三軸的高速銑床的應(yīng)用已越來越多。ND、DND 技術(shù)的應(yīng)用越來越成熟，可以進(jìn)行傾角加工和超精加工。這些都提高了模具型面加工精度，提高了模具的質(zhì)量，縮短了模具的制造周期。模具表面強(qiáng)化技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。工藝成熟、無污染、成本適中的離子滲氮技術(shù)越來越被認(rèn)可，碳化物被覆處理（TD 處理）及許多鍍（涂）層技術(shù)在沖壓模具上的應(yīng)用日益增多。真空處理技術(shù)、實(shí)型鑄造技術(shù)、刃口堆焊技術(shù)等日趨成熟。激光切割和激光焊接技術(shù)也得到了應(yīng)用。（3）專業(yè)化程度及分布狀況我國模具行業(yè)專業(yè)化程度還比較低，模具自產(chǎn)自配比例過高。國外模具自產(chǎn)自配比例一般為 30%，我國沖壓模具自產(chǎn)自配比例為 60%。這就對專業(yè)化產(chǎn)生了很多不利影響。現(xiàn)在，技術(shù)要求高、投入大的模具，其專業(yè)化程度較高，例如覆蓋件模具、多工位級進(jìn)模和精沖模等。而一般沖模專業(yè)化程度就較低。由于自配比例高，所以沖壓模具生產(chǎn)能力的分布基本上跟隨沖壓件生產(chǎn)能力的分布。但是專業(yè)化程度較高的汽車覆蓋件模具和多工位、多功能精密沖模的專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的分布有不少并不跟隨沖壓件能力分布而分布，而往往取決于主要投資者的決策。例如四川 有較大的汽車覆蓋件模具的能力，江蘇有較強(qiáng)的精密沖模的能力，而模具的用戶都不在本地。目前全世界模具總產(chǎn)值約為 680 億美元，中國只占 8%左右，自 2002 年以來，貿(mào)易逆差均在 10 億美元以上，致使我國仍為世界上模具進(jìn)口量較大的國家。我國目前的模具產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)還需要進(jìn)一步調(diào)整，增長方式也需要進(jìn)一步轉(zhuǎn)變。2.3 沖壓模具的發(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”。 （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(像數(shù)控銑一樣)，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。（7）模具研磨拋光 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)。CNC 雕刻機(jī)在國內(nèi)的發(fā)展上從最近的一兩年才有較大的發(fā)展，相關(guān)加工廠和使用單位時(shí)刻以敏銳的眼光盯著廠家的動向，這也是身為雕銑機(jī)主機(jī)生產(chǎn)廠一點(diǎn)也不敢松懈的真正原因所在。作為用戶當(dāng)然要選合適的設(shè)備，如果選型不當(dāng)，不但不能賺錢反而令陷入為機(jī)器打工的苦澀局面。那么什么樣的機(jī)床才是好機(jī)床？我們認(rèn)為好機(jī)床的定義是這樣的：能夠在短期內(nèi)收回投資的機(jī)床才是好機(jī)床。數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)使用壽命一般為 7 年，主要是數(shù)控方面的使用壽命為準(zhǔn)，這樣花錢和掙錢的比例關(guān)系將直接影響您的生意，所以仔細(xì)分析功能進(jìn)行選型是有效投資的必要條件。在國外很早就有雕銑機(jī)的名詞(CNC engraving and milling machine)，嚴(yán)格地講雕是銑的一部分，是購買雕刻機(jī)還是購買數(shù)控銑式加工中心是經(jīng)常要問自己的問題。另外，還有目前盛行的高速切削機(jī)床(HSC MACHINE) 。三個(gè)機(jī)型主要區(qū)別是：數(shù)控銑和加工中心用于完成較大銑削量的工件的加工設(shè)備；數(shù)控雕銑機(jī)用于完成較小銑削量，或軟金屬的加工設(shè)備；高速切削機(jī)床用于完成中等銑削量，并且把銑削后的打磨量降為最低的加工設(shè)備。模具技術(shù)未來發(fā)展趨勢主要是朝信息化、高速化生產(chǎn)與高精度化發(fā)展。因此從設(shè)計(jì)技術(shù)來說，發(fā)展重點(diǎn)在于大力推廣 CAD/CAE/CAM 技術(shù)的應(yīng)用，并持續(xù)提高效率，特別是板材成型過程的計(jì)算機(jī)模擬分析技術(shù)。模具 CAD、CAE 技術(shù)應(yīng)向宣人化、集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，并提高模具 CAD、CAM 系統(tǒng)專用化程度。為了提高CAD、 CAE、CAM 技術(shù)的應(yīng)用水平，建立完整的模具資料庫及開發(fā)專家系統(tǒng)和提高軟件的實(shí)用性 十分重要。從加工技術(shù)來說，發(fā)展重點(diǎn)在于高速加工和高精度加工。高度加工目前主要是發(fā)展高速銑削、高速研拋和高速電 加工及快速制模技術(shù)。高精度加工目前主要是發(fā)展模具零件精度 1μm 以下和表面粗糙度 Pa≤0.1μm 的各種精密加工。提高模具標(biāo)準(zhǔn)化程度，搞好模具標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)供應(yīng)也是沖壓模具技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)之一。為了提高沖壓模具的壽命，模具表面的各種強(qiáng)化超硬處理等技術(shù)也是發(fā)展重點(diǎn)。對于模具數(shù)字化制造、系統(tǒng)集成、逆向工程、快速原型/模具制造及計(jì)算機(jī)輔助應(yīng)用技術(shù)等方面形成全方位解決方案，提供模具開發(fā)與工程服務(wù)，全面提高企業(yè)水平和模具質(zhì)量，這更是沖壓模具技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。3 總結(jié)目前我國模具工業(yè)的發(fā)展步伐日益加快，但在整個(gè)模具設(shè)計(jì)制造水平和標(biāo)準(zhǔn)化程度上，與德國、美國、日本的發(fā)達(dá)國家相比還存在相當(dāng)大的差距。存在的問題和差距主要表現(xiàn)在下列 5 個(gè)方面：（1）總量供不應(yīng)求。（2）企業(yè)組織結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術(shù)結(jié)構(gòu)和進(jìn)出口結(jié)構(gòu)都不合理。（3）模具產(chǎn)品水平低很多，生產(chǎn)周期長。（4）開發(fā)能力較差，經(jīng)濟(jì)效益較差。（5）與國際水平相比，模具企業(yè)的管理落后。根據(jù)國際生產(chǎn)技術(shù)學(xué)會提供的資料顯示，機(jī)械零件粗加工的 75%和精加工的 50%都將由模具成形來完成。因此模具被譽(yù)為“金屬加工中的帝王” ，是“進(jìn)入富裕社會的原動力”、“模具就是黃金”。在信息化帶動工業(yè)化發(fā)展的今天，在經(jīng)濟(jì)全球化趨向日漸加速的情況下，我國沖壓模具必須盡快提高水平。通過改革與發(fā)展，采取各種有效措施，在沖壓模具行業(yè)全體職工的共同努力奮斗之下，我國沖壓模具也一定會不斷提高水平，逐漸縮小與世界先進(jìn)水平的差距。 “十一五 ”期間，在科學(xué)發(fā)展觀指導(dǎo)下，不斷提高自主開發(fā)能力、重視創(chuàng)新、堅(jiān)持改革開放、走新型工業(yè)化道路，將速度效益型的增長模式逐步轉(zhuǎn)變到質(zhì)量和水平效益型軌道上來，我國的沖壓模具的水平也必然會更上一層樓。本次參與的墊圈沖壓模具設(shè)計(jì)包含了產(chǎn)品的工藝分析、模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、零部件尺寸的計(jì)算以及大量 CAD 制圖任務(wù)等，可以讓人更深入的了解整個(gè)設(shè)計(jì)過程。雖然不會給模具業(yè)帶來什么影響，但對于我來說是一次不錯(cuò)的體驗(yàn)，希望能有更深的認(rèn)識和發(fā)現(xiàn)。參考文獻(xiàn)［1］ 成虹．沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)（第 2 版） ，2006.7［2］ 徐政坤．沖壓模具設(shè)計(jì)與制造．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.7 ［3］ 余銀柱．沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)．北京：北京大學(xué)出版社，2005.11［4］ Koric, Seid. 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