文獻綜述-沖壓模具的發(fā)展歷史及趨勢

畢業(yè)設計文獻綜述院（系）名稱工學院機械系專業(yè)名稱材料成型及控制工程2012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必不可少的工藝裝備，是技術密集型產品。沖壓件的質量、生產效率以及生產成本等，與模具設計和制造有直接關系。模具設計與制造技術水平的高低，是衡量一個國家產品制造水平高低的重要標志之一，在很大程度上決定著產品的質量、效益和新產品的開發(fā)能力。2005年2008年，我國沖壓模具產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某網(wǎng)站采購沖壓模具的數(shù)量仍逆勢上揚。我國沖壓模具的國際競爭力正在不斷提升。根據(jù)我國海關統(tǒng)計資料顯示，2005年2008年，我國沖壓模具產品均出口較大幅度的增長。2008年，即使遭受全球金融危機，我們沖壓模具出口金額達411億美元，比2007年的326億美元增長了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某網(wǎng)站采購沖壓模具的數(shù)量仍逆勢上揚。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）標準化程度低。（2）模具制造精度低、周期長。解決這些問題主要體現(xiàn)在模具設計上，故改善模具設計的水平成為拉近差距的關鍵性問題。若要很好的設計出一副沖壓模具，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21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60年代開始生產精沖模具。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)計數(shù)字，下同）各類沖壓模具的生產能力。浙江寧波和黃巖地區(qū)的“模具之鄉(xiāng)”；廣東一些大集團公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，科龍、美的、康佳等集團紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資和外商獨資的模具企業(yè)現(xiàn)已有幾千家。22沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀由于沖壓工藝具有生產率、生產成本低、材料利用率高、能成形復雜零件、適合大批量生產等優(yōu)點，在某些領域已取代機械加工，并正逐步擴大其應用范圍。據(jù)國際生產技術協(xié)會預測，到本世紀中，機械零部件中60的粗加工、80的精加工要由模具來完成。因此，沖壓技術對發(fā)展生產、增加效益、更新產品等方面具有重要作用。市場競爭劇烈，加速了產品的更新?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單套重量達50多噸的模具。為中檔轎車配套的覆蓋件模具國內也能生產了。精度達12M，壽命2億次左右的多工位級進模國內已有多家企業(yè)能夠生產。表面粗糙度達到RA15M的精沖模，大尺寸（300MM）精沖模及中厚板精沖模國內也已達到相當高的水平。（1）模具DBD/DBM技術狀況我國模具DBD/DBM技術的發(fā)展已有20多年歷史。由原華中工學院和武漢733廠于1984年共同完成的精沖模DBD/DBM系統(tǒng)是我國第一個自行開發(fā)的模具DBD/DBM系統(tǒng)。由華中工學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)的第一個沖載模DBD/DBM系統(tǒng)。上海交通大學開發(fā)的冷沖模DBD/DBM系統(tǒng)也于同年完成。20世界90年代以來，國內汽車行業(yè)的模具設計制造中開始采用DBD/DBM技術。國家科委863計劃將東風汽車公司作為DIMS應用示范工廠，由華中理工大學作為技術依托單位，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了工作站和DBD/DBM軟件系統(tǒng)，并在模具設計制造中實際應用，取得了顯著效益。1997年一汽引進了板料成型過程計算機模擬DBE軟件并開始用于生產。21世紀開始DBD/DBM技術逐漸普及，現(xiàn)在具有一定生產能力的沖壓模具企業(yè)基本都有了DBD/DBM技術。其中部分骨干重點企業(yè)還具備各DBE能力。模具DBD/DBM技術能顯著縮短模具設計與制作周期，降低生產成本，提高產品質量，已成為人們的共識。在“八五”、“九五”期間，已有大批模具企業(yè)推廣普及了計算機繪圖技術，數(shù)控加工的使用率也越來越高，并陸續(xù)引進了相當數(shù)量的DBD/DBM系統(tǒng)。如美國EDS的UG，美國PARAMETRICTECHNOLOGY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SPACEE,以色列公司的DIMATRON，還引進了BUTODBD、DBTIB等軟件及法國MARTADARAVISION公司用于汽車及覆蓋件模具的EUCLIDIS等專用軟件。國內汽車覆蓋件模具生產企業(yè)普遍采用了DBD/DBM技術。DL圖的設計和模具結構圖的設計均已實現(xiàn)二維DBD，多數(shù)企業(yè)已經向三維過渡，總圖生產逐步代替零件圖生產。且模具的參數(shù)化設計也開始走向少數(shù)模具廠家技術開發(fā)的領域。在沖壓成型DBE軟件方面，除了引進的軟件外，華中科技大學、吉林大學、湖南大學等都已研發(fā)了較高水平的具有自主知識產權的軟件，并已在生產實踐中得到成功應用，產生了良好的效益?？焖僭停≧P）與傳統(tǒng)的快速經濟模具相結合，快速制造大型汽車覆蓋件模具，解決了原來低熔點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，它標志著RPM應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中應用俄無模多點成型及激光沖擊和電磁成型等技術。它們都表現(xiàn)出了降低成本、提高效率等優(yōu)點。（2）模具設計與制造能力狀況在國家產業(yè)政策的正確引導下，經過幾十年努力，現(xiàn)在我國沖壓模具的設計與制造能力已達到較高水平，包括信息工程和虛擬技術等許多現(xiàn)代設計制造技術已在很多模具企業(yè)得到應用。雖然如此，我國的沖壓模具設計制造能力與市場需要和國際先進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，無論在設計還是加工工藝和能力反面，都有較大差距。轎車覆蓋件模具，具有設計和制造難度大，質量和精度要求高的特點，可代表覆蓋件模具的水平。雖然在設計制造方面和手段方面已基本達到了國際水平，模具結構功能方面也接近國際水平，在轎車模具國產化進程中前進了一大步，但在制造質量、進度、制造周期等方面，與國外相比還存在一定的差距。標志沖模技術先進水平的多工位級進模和多功能模具，是我國重點發(fā)展的精密模具品種。有代表性的是集機電一體化的鐵芯精密自動閥片多功能模具，已基本達到國際水平。但總體上和國外多工位級進模相比，在制造精度、使用壽命、模具結構和功能上，仍存在一定差距。汽車覆蓋件模具制造技術正在不斷地提高和完善，高精度、高效益加工設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用已越來越多。ND、DND技術的應用越來越成熟，可以進行傾角加工和超精加工。這些都提高了模具型面加工精度，提高了模具的質量，縮短了模具的制造周期。模具表面強化技術得到廣泛應用。工藝成熟、無污染、成本適中的離子滲氮技術越來越被認可，碳化物被覆處理（TD處理）及許多鍍（涂）層技術在沖壓模具上的應用日益增多。真空處理技術、實型鑄造技術、刃口堆焊技術等日趨成熟。激光切割和激光焊接技術也得到了應用。（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，模具自產自配比例過高。國外模具自產自配比例一般為30，我國沖壓模具自產自配比例為60。這就對專業(yè)化產生了很多不利影響?，F(xiàn)在，技術要求高、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，所以沖壓模具生產能力的分布基本上跟隨沖壓件生產能力的分布。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值約為680億美元，中國只占8左右，自2002年以來，貿易逆差均在10億美元以上，致使我國仍為世界上模具進口量較大的國家。我國目前的模具產業(yè)結構還需要進一步調整，增長方式也需要進一步轉變。23沖壓模具的發(fā)展趨勢模具技術的發(fā)展應該為適應模具產品“交貨期短”、“精度高”、“質量好”、“價格低”的要求服務。達到這一要求急需發(fā)展如下幾項（1）全面推廣CAD/CAM/CAE技術模具CAD/CAM/CAE技術是模具設計制造的發(fā)展方向。隨著微機軟件的發(fā)展和進步，普及CAD/CAM/CAE技術的條件已基本成熟，各企業(yè)將加大CAD/CAM技術培訓和技術服務的力度；進一步擴大CAE技術的應用范圍。計算機和網(wǎng)絡的發(fā)展正使CAD/CAM/CAE技術跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所地在整個行業(yè)中推廣成為可能，實現(xiàn)技術資源的重新整合，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。高速銑削加工技術的發(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)高速掃描機和模具掃描系統(tǒng)提供了從模型或實物掃描到加工出期望的模型所需的諸多功能，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也稱為電火花創(chuàng)成加工技術，這是一種替代傳統(tǒng)的用成型電極加工型腔的新技術，它是有高速旋轉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雜的成型電極，這顯然是電火花成形加工領域的重大發(fā)展。國外已有使用這種技術的機床在模具加工中應用。預計這一技術將得到發(fā)展。（5）提高模具標準化程度我國模具標準化程度正在不斷提高，估計目前我國模具標準件使用覆蓋率已達到30左右。國外發(fā)達國家一般為80左右。（6）優(yōu)質材料及先進表面處理技術選用優(yōu)質鋼材和應用相應的表面處理技術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量對模具使用壽命、制件外觀質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)展這是我國長遠發(fā)展的目標。模具自動加工系統(tǒng)應有多臺機床合理組合；配有隨行定位夾具或定位盤；有完整的機具、刀具數(shù)控庫；有完整的數(shù)控柔性同步系統(tǒng)；有質量監(jiān)測控制系統(tǒng)。CNC雕刻機在國內的發(fā)展上從最近的一兩年才有較大的發(fā)展，相關加工廠和使用單位時刻以敏銳的眼光盯著廠家的動向，這也是身為雕銑機主機生產廠一點也不敢松懈的真正原因所在。作為用戶當然要選合適的設備，如果選型不當，不但不能賺錢反而令陷入為機器打工的苦澀局面。那么什么樣的機床才是好機床我們認為好機床的定義是這樣的能夠在短期內收回投資的機床才是好機床。數(shù)控機床的設計使用壽命一般為7年，主要是數(shù)控方面的使用壽命為準，這樣花錢和掙錢的比例關系將直接影響您的生意，所以仔細分析功能進行選型是有效投資的必要條件。在國外很早就有雕銑機的名詞CNCENGRAVINGANDMILLINGMACHINE，嚴格地講雕是銑的一部分，是購買雕刻機還是購買數(shù)控銑式加工中心是經常要問自己的問題。另外，還有目前盛行的高速切削機床HSCMACHINE。三個機型主要區(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備；數(shù)控雕銑機用于完成較小銑削量，或軟金屬的加工設備；高速切削機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備。模具技術未來發(fā)展趨勢主要是朝信息化、高速化生產與高精度化發(fā)展。因此從設計技術來說，發(fā)展重點在于大力推廣CAD/CAE/CAM技術的應用，并持續(xù)提高效率，特別是板材成型過程的計算機模擬分析技術。模具CAD、CAE技術應向宣人化、集成化、智能化和網(wǎng)絡化方向發(fā)展，并提高模具CAD、CAM系統(tǒng)專用化程度。為了提高CAD、CAE、CAM技術的應用水平，建立完整的模具資料庫及開發(fā)專家系統(tǒng)和提高軟件的實用性十分重要。從加工技術來說，發(fā)展重點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。高精度加工目前主要是發(fā)展模具零件精度1M以下和表面粗糙度PA01M的各種精密加工。提高模具標準化程度，搞好模具標準件生產供應也是沖壓模具技術發(fā)展重點之一。為了提高沖壓模具的壽命，模具表面的各種強化超硬處理等技術也是發(fā)展重點。對于模具數(shù)字化制造、系統(tǒng)集成、逆向工程、快速原型/模具制造及計算機輔助應用技術等方面形成全方位解決方案，提供模具開發(fā)與工程服務，全面提高企業(yè)水平和模具質量，這更是沖壓模具技術發(fā)展的重點。3總結目前我國模具工業(yè)的發(fā)展步伐日益加快，但在整個模具設計制造水平和標準化程度上，與德國、美國、日本的發(fā)達國家相比還存在相當大的差距。存在的問題和差距主要表現(xiàn)在下列5個方面（1）總量供不應求。（2）企業(yè)組織結構、產品結構、技術結構和進出口結構都不合理。（3）模具產品水平低很多，生產周期長。（4）開發(fā)能力較差，經濟效益較差。（5）與國際水平相比，模具企業(yè)的管理落后。根據(jù)國際生產技術學會提供的資料顯示，機械零件粗加工的75和精加工的50都將由模具成形來完成。因此模具被譽為“金屬加工中的帝王”，是“進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，在經濟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水平的差距?！笆晃濉逼陂g，在科學發(fā)展觀指導下，不斷提高自主開發(fā)能力、重視創(chuàng)新、堅持改革開放、走新型工業(yè)化道路，將速度效益型的增長模式逐步轉變到質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