沖壓工藝與模具的發(fā)展應(yīng)用

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(méi)有高水平的模具，就沒(méi)有高水平的工業(yè)產(chǎn)品。現(xiàn)在，模具工業(yè)水平既是衡量一個(gè)制造業(yè)國(guó)家水平高低的重要的標(biāo)志，也是一個(gè)工業(yè)國(guó)家產(chǎn)品保持國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)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(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

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(jiǎn)稱沖壓。

沖壓加工是借助于常規(guī)或?qū)Ｓ脹_壓設(shè)備的動(dòng)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(jiǎn)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(méi)有符合要求的沖模，批量沖壓生產(chǎn)就難以進(jìn)行；沒(méi)有先進(jìn)的沖模，先進(jìn)的沖壓工藝就無(wú)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(jí)進(jìn)模，可在一臺(tái)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(kāi)卷、矯平、沖裁到成形、精整的全自動(dòng)生產(chǎn)。生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)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(wú)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(dòng)化。這是因?yàn)闆_壓是依靠沖模和沖壓設(shè)備來(lái)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(zhǎng)，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(chē)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(méi)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(guó)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(mén)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(chē)，汽車(chē)，拖拉機(jī)上就有許多大，中，小型沖壓件。小轎車(chē)的車(chē)身，車(chē)架及車(chē)圈等零部件都是沖壓加工出來(lái)的。據(jù)有關(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，自行車(chē)，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(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的引領(lǐng)與支持下，經(jīng)過(guò)前輩們的不斷努力創(chuàng)辦下，目前我國(guó)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(zhǎng)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(duì)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(dòng)力。部分國(guó)內(nèi)模具企業(yè)對(duì)二維CAD大力普及，同時(shí)開(kāi)始使用Pro/E、PDX、NX等國(guó)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(guó)在模具CAD/CAE/CAM技術(shù)方面榮獲了卓越的成果，不僅對(duì)模具質(zhì)量進(jìn)行了改良，對(duì)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(chē)覆蓋件成型技術(shù)所研制的汽車(chē)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的汽車(chē)覆蓋件模具和級(jí)進(jìn)模CAD/CAE/CAM軟件。

我國(guó)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(guó)家還有些不足，需要及時(shí)解決。較國(guó)外的模具制造而言，我國(guó)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(chē)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(guó)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(zhǎng)壽命模具對(duì)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(guó)，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(wèn)題導(dǎo)致目前的生產(chǎn)能力對(duì)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(guó)外。通過(guò)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(duì)模具CAD/CAE/CAM技術(shù)的開(kāi)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(kāi)發(fā)技術(shù)還得經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的摸索；由于對(duì)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(lái)發(fā)展趨勢(shì)

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(guó)外近年來(lái)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(duì)汽車(chē)、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(dòng)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(chē)、摩托車(chē)、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(jiǎn)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(guó)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(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)化程度正在不斷提高，估計(jì)目前我國(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率已達(dá)到30%左右。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)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(lái)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(dòng)化、智能化

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)量是重要的發(fā)展趨勢(shì)。

（8）模具自動(dòng)加工系統(tǒng)的發(fā)展

這是我國(guó)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的目標(biāo)。模具自動(dòng)加工系統(tǒng)應(yīng)有多臺(tái)機(jī)床合理組合；配有隨行定位夾具或定位盤(pán)；有完整的機(jī)具、刀具數(shù)控庫(kù)；有完整的數(shù)控柔性同步系統(tǒng)；有質(zhì)量監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。

4沖壓模具的應(yīng)用

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

隨著汽車(chē)市場(chǎng)的全球化競(jìng)爭(zhēng)加劇，為降低新車(chē)開(kāi)發(fā)成本，國(guó)外汽車(chē)制造廠如福特、菲亞特等已經(jīng)成立了中國(guó)模具采購(gòu)中心。通用公司已關(guān)閉了本國(guó)5個(gè)模具廠中的4個(gè)，轉(zhuǎn)向中國(guó)采購(gòu)。而與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)已經(jīng)涌現(xiàn)了一批具備承接世界汽車(chē)模具生產(chǎn)能力的廠商。國(guó)際汽車(chē)巨頭加大在華采購(gòu)力度，使我國(guó)汽車(chē)覆蓋件模具的出口量迅速增加。汽車(chē)沖壓模具標(biāo)準(zhǔn)件是模具重要組成部分之一，其采購(gòu)金額約占模具原材料總采購(gòu)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(gòu)金額上看，滑動(dòng)CAM、氮?dú)飧?、?dǎo)向產(chǎn)品、電子布線等類別占用模具采購(gòu)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(duì)于機(jī)械制造業(yè)來(lái)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(guò)壓力對(duì)機(jī)械零件進(jìn)行加工制造。

隨著我國(guó)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(guò)壓力實(shí)現(xiàn)對(duì)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)?，F(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(shì)，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(wú)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(guó)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(guó)家仍存在一些不足之處。為了建設(shè)中國(guó)工業(yè)強(qiáng)國(guó)，模具工業(yè)需要立足國(guó)情、順應(yīng)社會(huì)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(huì)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)?，馬寶順.汽車(chē)沖壓模具標(biāo)準(zhǔn)件應(yīng)用現(xiàn)狀及趨勢(shì)[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.

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