張力盤的復合沖壓模具設計【11張圖紙】

張力盤的復合沖壓模具設計【11張圖紙】,11張圖紙,張力,復合,沖壓,模具設計,11,圖紙 文獻綜述 一：我國模具行業(yè)現(xiàn)狀 我國沖壓模具產品的質量和生產工藝水平,總體上比國際先進水平低許多,而模具生產周期卻要比國際先進水平長許多。產品質量水平低主要表現(xiàn)在精度、表面粗糙度、壽命及模具的復雜程度上;生產工藝水平低則主要表現(xiàn)在加工工藝、加工裝備等方面。 沖壓模具加工工藝和裝備對提高加工效率、確保模具精度、縮短交貨周期有重要影響。過去的中國沖壓模具行業(yè),車、刨、銑、鉆、磨等傳統(tǒng)普通機床和電火花線切割機床,曾經在絕大多數(shù)沖壓模具企業(yè)使用,進口的數(shù)控龍門仿形銑床由于沒有采用ＣＡＤ/ＣＡＭ技術,也只能當作靠模仿形銑床使用,采用這些裝備加工沖壓模具時,通常需要對模具零件反復裝夾和定位,因而加工生產效率低、模具產品質量差。 國內的許多模具企業(yè)通過引進先進的加工裝備,硬件上與國際水平的差距正在快速縮小:上海的汽車模具企業(yè),近年來通過大量購置先進的五軸高速加工機床、大型龍門加工中心和五軸聯(lián)動數(shù)控高速銑床、數(shù)控車或復合加工機床、先進的大型測量和調試設備及多軸數(shù)控激光切割機等。一汽模具公司已經擁有Ｒａｍｂａｕｄｉ五軸高速數(shù)控銑床等大型高速加工設備;東風汽車模具公司擁有高速數(shù)控銑床、五軸數(shù)控銑床、龍門數(shù)控雕刻機床、激光切割機床等各種先進、大型機床22臺套。浙江黃巖的模具制造企業(yè),2005年擁有數(shù)控設備3809臺,數(shù)控化率達到了63%(1997年數(shù)控化率僅為13%);其中數(shù)控加工中心917臺(1997年只有27臺)。黃巖地區(qū)近幾年陸續(xù)引進的設備幾乎都是先進的設備,主要來自歐美和日本的專業(yè)、先進的設備制造商。近兩年內,國內汽車模具企業(yè)龍門數(shù)控機床擁有量翻了不止一番,新增的龍門數(shù)控機床中,加工中心和高速銑床占了很大比重。目前,資產過億、擁有龍門加工中心10臺以上的大型汽車模具企業(yè)已經達到10多家。外國人都驚呼:怎么兩年之間中國大陸的汽車模具企業(yè)規(guī)模、數(shù)量和制造能力會有如此大的變化。 模具按材料和成型特點不同分為沖壓模具、注塑模具、鑄造模具、壓鑄模具和粉末冶金模具等種類，其中沖壓模具數(shù)量約占50%，銷售額約占37%。據(jù)中國模具工業(yè)年鑒，2011年中國模具行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)銷售額1,240億元，比上年增長10.7%，其中沖壓模具約占37%即458.8億元；沖壓模具生產數(shù)量約1,050萬套，消耗模具鋼材約172萬噸[4]。現(xiàn)階段中國模具行業(yè)的生產規(guī)模已位列世界第三，約占全球的20%，僅次于日、美。然而,與國際先進水平相比,中國的模具行業(yè)的差距不僅表現(xiàn)在精度差距大、交貨周期長等方面,模具壽命也只有國際先進水平的50%左右,大型、精密、技術含量高的轎車覆蓋件沖壓模具和精密沖裁模具,每年都需要花費大量資金進口。 二：計算機技術與沖壓模具行業(yè) 隨著計算機技術的發(fā)展和普及,沖壓模具也基本實現(xiàn)了計算機化,其中有代表性的是計算機輔助設計(ＣＡＤ)、計算機輔助制造(ＣＡＭ)和計算機輔助工程(ＣＡＥ)。 在計算機輔助設計方面,如今的國內沖壓模具企業(yè)幾乎全部甩掉了傳統(tǒng)的繪圖板,摒棄了落后的手工繪圖方式。使用最多的是由美國Ａｕ-ｔｏｄｅｓｋ公司出品的ＡｕｔｏＣＡＤ軟件,有些企業(yè)還在ＡｕｔｏＣＡＤ平臺上進行了二次開發(fā)(如深圳某臺資公司在ＡｕｔｏＣＡＤ Ｒ13基礎上進行專項開發(fā),形成了由十二塊模板組成的系列沖壓模具),形成了具有自己特色的、針對性非常強的沖壓模ＣＡＤ軟件;也有許多企業(yè)使用國產的ＡｕｔｏＣＡＤ產品(如開目ＣＡＤ、ＣＡＸＡ等等)?？墒?絕大多數(shù)企業(yè)幾乎都是利用上述軟件,從事模具二維裝配或零件圖的繪制。 部分大型模具企業(yè)也引進了ＳＳ-ＤＩＥ(沖裁模設計大師)等專業(yè)沖裁模設計軟件,從事沖裁模具的優(yōu)化設計,既可減少重復設計工作量,又可加快模具設計速度、有效縮短沖壓模具的設計制造周期。 隨著技術的進步,沖壓模具三維設計工作逐步興起,文獻[4-7]報道:國內模具企業(yè)陸續(xù)開始使用Ｕｎｉｇｒａｐｈｉｃｓ、Ｐｒｏ/Ｅｎｇｉｎｅｅｒ、Ｃｉｍａｔｒｏｎ、ＣＡＴＩＡ、Ｉ-ＤＥＡＳ、Ｅｕｃｌｉｄ、Ｐｏｗｅｒ-ＳＨＡＰＥ等國際先進的、多功能軟件設計沖壓模具,特別是利用這些軟件進行三維實體造型設計和部件干涉檢查,以期能夠及早發(fā)現(xiàn)設計存在的問題和減少試模期間進行的修整。 在與國際接軌,引進上述三維設計軟件的同時,部分廠家[8]還引進了Ａｕｔｏｆｏｒｍ、Ａｎｔｉｆｏｒｍ、Ｃ-Ｆｌｏｗ、Ｄｙｎａｆｏｒｍ、Ｏｐｔｒｉｓ、Ｍａｇｍａｓｏｆｔ等ＣＡＥ軟件,在進行沖壓模設計時對沖壓成形工藝進行有限元模擬分析,以便可以采取有效措施一次沖壓成形轎車覆蓋件等大型精密制品。 國內的大學在沖壓模具方面做了許多有益的工作:①積極開發(fā)擁有自主知識產權的、具有中國特色的ＣＡＤ/ＣＡＥ/ＣＡＭ產品,如吉林大學汽車覆蓋件快速成型技術所獨立研制的汽車覆蓋件沖壓成型分析ＫＭＡＳ軟件,華中科技大學模具技術國家重點實驗室開發(fā)的汽車覆蓋件沖壓模具和級進模具ＣＡＤ/ＣＡＥ/ＣＡＭ軟件,上海交通大學模具ＣＡＤ國家工程研究中心/精沖研究中心分別開發(fā)的冷沖模具/精沖模具ＣＡＤ軟件等。②許多大學(或專門機構)結合沖壓模具的教學和科研工作,積極針對有效使用Ｕｎｉｇｒａｐｈｉｃｓ、Ｐｒｏ/Ｅｎｇｉｎｅｅｒ、Ｃｉｍａ-ｔｒｏｎ、ＳＳ-ＤＩＥ等先進軟件開展技能培訓,培養(yǎng)了一批又一批的技術能手。③許多研究工作者針對這些軟件的引進,研究建立沖壓模具標準件圖庫等問題,以進一步提高設計速度。 計算機輔助制造(ＣＡＭ)也是沖壓模具生產的重要組成部分,通過共用計算機輔助設計的數(shù)據(jù)庫直接完成沖壓模具的數(shù)控加工,既提高了效率,又減少了誤差。上海大眾模具公司就引進了歐洲先進的三維ＣＡＭ軟件Ｔｅｂｉｓ,成功應用到模型實體制作、工藝文件編制、數(shù)控加工編程、三維尺寸測量等整個模具制造領域,真正實現(xiàn)了三維制造,大幅度提升了模具制造能力,步入了世界沖壓模具工業(yè)的前列。汽車覆蓋件成形模具是典型的大型、精密、復雜沖壓模具,原來每年都要花費大量外匯從國外引進,但現(xiàn)在一汽模具公司、東汽模具公司、天津汽車模具公司、上海大眾模具公司、成飛集成科技股份公司等中國沖壓模具業(yè)的龍頭企業(yè)可部分生產此類模具。上海大眾模具公司2002年成功設計生產了ＰＯＬＯ轎車10個自制車身零件共47副模具,90%的產品達到了德國大眾對汽車模具驗收的最佳評分標準,為上海大眾汽車公司降低約200萬歐元的模具成本[8]。他們采用目前國際上先進模具廠商流行的ＣＡＴＩＡ Ｖ4/Ｖ5設計軟件進行模具結構三維實體設計,在設計初期用Ａｕｔｏｆｏｒｍ軟件,對頭道工序的拉深過程進行有限元數(shù)值快速模擬,在工藝面初步確定的基礎上進一步運用Ｉｎｄｅｅｄ軟件進行沖壓成形的精確模擬,精確計算毛坯尺寸和拉深所需的壓邊力,預測零件拉裂或起皺的可能性,確定防止和控制零件回彈的偏差等。 三：先進加工技術裝備與沖壓模具行業(yè) 我國沖壓模具產品的質量和生產工藝水平,總體上比國際先進水平低許多,而模具生產周期卻要比國際先進水平長許多。產品質量水平低主要表現(xiàn)在精度、表面粗糙度、壽命及模具的復雜程度上;生產工藝水平低則主要表現(xiàn)在加工工藝、加工裝備等方面。 沖壓模具加工工藝和裝備對提高加工效率、確保模具精度、縮短交貨周期有重要影響。過去的中國沖壓模具行業(yè),車、刨、銑、鉆、磨等傳統(tǒng)普通機床和電火花線切割機床,曾經在絕大多數(shù)沖壓模具企業(yè)使用,進口的數(shù)控龍門仿形銑床由于沒有采用ＣＡＤ/ＣＡＭ技術,也只能當作靠模仿形銑床使用,采用這些裝備加工沖壓模具時,通常需要對模具零件反復裝夾和定位,因而加工生產效率低、模具產品質量差。 文獻[9]報道,在2002年12月德國法蘭克福舉辦的ＥｕｒｏＭｏｌｄ展會上的1493個參展廠商中,約有30%是機床和刀具廠商,展出高速加工機床的最高轉速在25 000～30 000ｒ/ｍｉｎ之間,這是對傳統(tǒng)切削加工的非常顯著的變革,體現(xiàn)了模具加工技術裝備高速化、集成化趨勢。 高速加工并不以犧牲加工精度和加工質量為代價,當今高速加工裝備普遍可以達到機床精度不大于1μｍ、表面粗糙度不高于0.1μｍ的水平,是一種高水平的高速加工技術[10]。德國ＲｏｅｄｅｒＴＥＣ高速加工機床主軸轉速高達42 000ｒ/ｍｉｎ,定位精度和重復定位精度分別達到了0.005ｍｍ和0.002ｍｍ的很高水平。 連通常被認為效率低下的電火花機床的加工速度也在不斷提高。電火花銑削加工技術是一種替代傳統(tǒng)的用成型電極加工型腔的新技術,它是用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)控銑削一樣),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。國外已經將這種高新技術機床應用到模具加工中,如ＣＤＭ Ｒｏｖｅｌｌａ公司開發(fā)的高速電火花機床,與傳統(tǒng)電火花機床相比可提高加工效率20%～70%,同樣加工一個深81ｍｍ的孔,前者所需工時僅為后者的38.5%。 國外的模具制造企業(yè),廣泛使用先進的高精度、高速度、專業(yè)化加工裝備,如日本豐田汽車模具公司[11]擁有構造面加工數(shù)控銑床39臺套、型面加工高速五軸五面銑床15臺套、其它新型一體化專門加工設備6臺套。加工工藝方法包括等高線加工、最大長度順向走刀加工等,精加工走刀移行密度僅有0.3ｍｍ。同時,可以實現(xiàn)內凹圓角清根、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,實現(xiàn)模面的精細加工。 國內的許多模具企業(yè)通過引進先進的加工裝備,硬件上與國際水平的差距正在快速縮小:上海的汽車模具企業(yè),近年來通過大量購置先進的五軸高速加工機床、大型龍門加工中心和五軸聯(lián)動數(shù)控高速銑床、數(shù)控車或復合加工機床、先進的大型測量和調試設備及多軸數(shù)控激光切割機等。一汽模具公司已經擁有Ｒａｍｂａｕｄｉ五軸高速數(shù)控銑床等大型高速加工設備;東風汽車模具公司擁有高速數(shù)控銑床、五軸數(shù)控銑床、龍門數(shù)控雕刻機床、激光切割機床等各種先進、大型機床22臺套。浙江黃巖的模具制造企業(yè),2005年擁有數(shù)控設備3809臺,數(shù)控化率達到了63%(1997年數(shù)控化率僅為13%);其中數(shù)控加工中心917臺(1997年只有27臺)。黃巖地區(qū)近幾年陸續(xù)引進的設備幾乎都是先進的設備,主要來自歐美和日本的專業(yè)、先進的設備制造商。近兩年內,國內汽車模具企業(yè)龍門數(shù)控機床擁有量翻了不止一番,新增的龍門數(shù)控機床中,加工中心和高速銑床占了很大比重。目前,資產過億、擁有龍門加工中心10臺以上的大型汽車模具企業(yè)已經達到10多家。外國人都驚呼:怎么兩年之間中國大陸的汽車模具企業(yè)規(guī)模、數(shù)量和制造能力會有如此大的變化。 四：模具的發(fā)展趨勢 依據(jù)沖壓模具及其行業(yè)狀況，沖壓模具可持續(xù)發(fā)展涉及效率、成本、質量、安全性、標準化和環(huán)保等6個創(chuàng)新方向及關鍵節(jié)點，它們既獨立作用又相互關聯(lián)、相互結合、相互促進和相互制約，共同構成可持續(xù)發(fā)展的創(chuàng)新體系。 沖壓模具可持續(xù)發(fā)展的創(chuàng)新體系，其6個創(chuàng)新方向及關鍵節(jié)點的內涵和外延分別論述如下。 （1）效率。 模具效率包括模具制造效率、模具裝卸效率、模具維修效率和模具工作效率等內容。模具制造效率指模具開始設計至模具裝配完成期間的效率，包括設計效率、采購效率、模具零件加工效率、外協(xié)加工效率和裝配效率等，其對應的是模具制造周期，二者關系成反比。模具制造周期是模具行業(yè)的一個重要指標。 模具裝卸效率指模具使用前后往機床上裝模和卸模效率，包括易于裝卸、節(jié)省人力、和裝卸時間等。模具維修效率指模具調整和修理所消耗的時間，模具關聯(lián)內容有產品定位和鑲塊是否易于調整，模具結構是否易于裝配、拆卸和修理等。模具工作效率指模具使用時，工作過程中單位時間內的產出率，單位為件/min或件/h，要求模具具有良好的穩(wěn)定性和可靠性，易于操作，進料和產品出模順暢，廢料排出安全順暢，自動糾錯，有效潤滑和散熱等，可保證模具長時間連續(xù)工作。 （2）成本。 模具成本包括模具制造成本、模具維修成本和模具工作成本等內容，這些成本之和稱為模具總成本。模具制造成本指模具開始設計至模具裝配完成期間的成本，包括設計成本、材料成本、模具零件成本、標準件成本和外協(xié)加工成本等，模具制造成本直接關系到模具價格，模具價格是模具行業(yè)的另一個重要指標。模具維修成本指模具調整和修理的成本，關聯(lián)內容為模具結構是否易于維護、調整、拆卸和修理等，每次的維修耗材、加工量和時間等。模具工作成本指模具使用時，工作過程中的成本，包括維修頻率、設備待機時間、設備匹配和輔料成本等。模具總成本與模具制件數(shù)量之比稱為制件模具成本，單位為元/件。模具總成本=模具制造成本+模具維修成本+模具工作成本。制件模具成本=模具總成本/模具制件數(shù)量（元/件）。制件模具成本是評價模具經濟性和影響客戶決策的重要指標。 （3）質量。 模具質量包括模具新模驗收質量和模具使用質量等。模具新模驗收質量包括其設計、制模、試模和工程能力評估等方面的質量。 設計質量包括制品展開圖、工藝制定及排樣圖、標準化、模具材料及熱處理、標準件選用和符合設計規(guī)范等內容。 制模質量指模具制造滿足其設計圖紙的質量，包括材料及熱處理、尺寸精度、外觀和標準件質量等。試模質量包括樣品質量，產品在模具中定位的唯一性，模具與設備的匹配性，模具的可操作性和作業(yè)安全性等。樣品質量包括樣品全尺寸形位公差、毛刺大小及方向、切斷面和產品表面滿足于產品圖紙要求的質量。 模具工程能力評估指試模階段樣品檢驗合格后，模具需進行工程能力評估，以確認模具是否能夠滿足工程能力要求。模具使用質量指模具進入量產狀態(tài)后的質量，包括其非正常損壞、持續(xù)工作能力和模具壽命等，持續(xù)工作能力指模具維修一次持續(xù)生產的產品數(shù)量。 （4）安全性。 模具安全性是指避免模具對作業(yè)者（人）、模具本身（模）和設備（機）帶來的危害，包括裝卸安全性、作業(yè)安全性和儲運安全性等內容。裝卸安全性指模具與沖床間裝模和卸模的安全性，包括安裝方式、安裝夾具和輔助工具等安全可靠，易于操作。 作業(yè)安全性指模具工作過程中的安全性，包括人-模之間、人-模-機之間和模具自身的安全性。人-模之間的安全性是單沖模具在試模和作業(yè)過程中的安全性，包括工件在模具中定位唯一和易于被安全放取，模具卸料順暢可靠，以及作業(yè)者誤操作時模具所對應的安全保護；人-模-機之間的安全性是指連續(xù)模具在試模和工作過程中的安全性，包括材料、模具、沖床和周邊設備等發(fā)生故障時，模具所對應的系統(tǒng)安全保護；模具自身的安全性包括模具裝配錯位、工件放置錯位、模具不卸料造成的凹模疊料、廢料堵塞、壓筋刻印和模具配件損壞等的安全防護。儲運安全性指模具在儲存、吊裝、搬運和運輸過程中的安全性。 （5）標準化。 模具標準化包括設計標準化、零配件標準化、典型組件標準化和典型工藝模具標準化等內容。 標準化是組織產品生產、交貨和驗收的技術依據(jù)，是促進產品質量提高的技術保障，是企業(yè)獲得最佳經濟效益的重要條件。不斷擴充模具的標準化內涵，會不斷增加模具批量生產的工作內容，相應地減少模具單件生產的工作內容，對提高模具效率和質量，降低模具成本，顯得至關重要。 （6）環(huán)保。 模具環(huán)保包括模具資源、模具制造、模具使用和模具廢棄等環(huán)節(jié)的環(huán)境保護。模具資源的環(huán)境保護指模具鋼材等材料從采礦、冶金和軋鋼等生產過程的環(huán)境保護。模具資源的環(huán)境保護還可以用資源節(jié)約的方式實現(xiàn)，將模具模塊化，采用標準化和重復使用模塊以節(jié)省模具材料，通過節(jié)省模具材料減少資源和能源消耗，減少污染和碳排放，實現(xiàn)環(huán)境保護。 模具制造的環(huán)境保護指模具制造生產過程中的環(huán)境保護，包括材料、輔料、生產環(huán)境和廢棄物處理等符合環(huán)境保護要求。模具使用的環(huán)境保護指模具使用過程中，人-模-機之間的安全和噪聲保護。 模具廢棄的環(huán)境保護指模具廢棄處理符合環(huán)境保護要求。 六個創(chuàng)新方向及關鍵節(jié)點的創(chuàng)新目標是：更高的效率、更低的成本、更高的質量、更高的安全性、更高的標準化率和更有效的環(huán)境保護。 五：參考文獻 [1]中國機械工業(yè)年鑒編輯委員會，中國模具工業(yè)協(xié)會.中國模具工業(yè)年鑒2012[M].北京：機械工業(yè)出版社, 2012. [2]翁其金主編.沖壓工藝與沖模設計[M].機械工業(yè)出版社.2004. [3]成虹主編.沖壓工藝與沖模設計[M].高等教育出版社.2004. [4]薛翔等編著.沖壓模具設計制造難點與竅門[M].機械工業(yè)出版社.2004. [5]沖模設計手冊編寫組.沖模設計手冊[M].機械工業(yè)出版社.2004. [6]陳桂軍,車身成型工藝與模具技術發(fā)展面臨的新問題[J]企業(yè)技術開發(fā),2008. [7]谷諍巍,全永義,張人佶,等.基于ＲＰ/ＲＴ技術的不銹鋼快速模具制造工藝[Ｊ].模具工業(yè),2003. [8]常世平.中國汽車模具的鐵肩重擔[Ｊ].現(xiàn)代制造,2006.