ZL50裝載機總體及工作裝置設(shè)計

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哈爾濱理工大學(xué)課程設(shè)計說明書 哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院 課程設(shè)計說明書 題 目： ××× 專業(yè)年級： 材型09-X班 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院 完成時間： 2012 年 6 月 22 日 哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院 課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書 學(xué)生姓名：XXX 學(xué)號：XXXXXXXXX 學(xué) 院：榮成學(xué)院 專業(yè)：材料成型與控制工程（B方向） 任務(wù)起止時間： 2012 年5月 13 日至 2012 年 6月 22 日 課程設(shè)計題目： 課程設(shè)計工作內(nèi)容和計劃： 1. 工作內(nèi)容 (1)繪制模具裝配圖一張（A0或A1圖紙）； (2)繪制模具零件圖兩張（A3圖紙，手繪，由指導(dǎo)教師指定）； (3)編制設(shè)計計算說明書，10～15頁。 2. 工作計劃 2012.6.18—2012.6.19 查閱資料，工藝分析與計算，確定模具總體方案； 2012.6.20-2012.6.22 結(jié)構(gòu)設(shè)計，繪制草圖； 2012.6.25-2012.6.27 完成模具裝配圖； 2012.6.28-2012.6.29 完成模具零件圖，編寫設(shè)計說明書 參考資料： 1. 楊枝靈．?dāng)?shù)字圖像獲取處理及實踐應(yīng)用． 2. 喬瑞萍．LabVIEW大學(xué)實用教程（第三版）． 3. 熊震宇．弧焊機器人焊縫圖像處理及識別方法的研究． 指導(dǎo)教師意見： 簽名： 年 月 日 教研室主任意見： 簽名： 年 月 日 不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印 目錄 第1章 異形板的工藝性分析 4 1.1 設(shè)計任務(wù) 4 1.2 異形板的工藝性分析 4 1.2.1 異形板的原材料分析 4 1.2.2 異形板的尺寸精度分析 4 1.2.3 異形板結(jié)構(gòu)工藝性分析 4 1.3 異形板沖裁的工藝方案確定 4 1.4 成型設(shè)備的選擇 4 1.4.1 沖壓力的計算 4 1.4.2 壓力機的選擇 4 第2章 異形板的沖壓模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 5 2.1 模具總體方案的確定 5 2.2 定位方式 5 2.3 缷料、壓料、出件 5 2.4 模具壓力中心 5 2.5 模具外形尺寸 5 2.6 導(dǎo)向的方式和模架類型 5 第3章 異形板沖壓模具的零部件設(shè)計 6 3.1 凹模板 6 3.2 確定固定板、墊板等尺寸 6 第4 章 模具總裝圖 6 4.1 模具的總裝圖和工作過程 6 4.2 模具的裝配過程 6 參考文獻 7 千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。在目錄上點右鍵“更新域”，然后“更新整個目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行 - III - 第1章 異形板的工藝性分析 1.1 設(shè)計任務(wù) 設(shè)計任務(wù)如圖1-1所示。 圖1-1 異形板零件圖 已知技術(shù)參數(shù)： 材料：45鋼，料厚：2 mm 生產(chǎn)批量：大批量生產(chǎn)。 1.2 異形板的工藝性分析 1.2.1 異形板的原材料分析 制件材料為45鋼，抗剪強度＝432~549MPa,抗拉強度＝539~686MPa,伸長率＝16%。適于沖壓成形。 零件外形尺寸為Φ44，截的一邊長度為15，鉸角倒鈍，均未標注公差，按照客戶要求，制件基本偏差確定為JS，公差等級選用IT14級。用一般精度的模具即可滿足制件的精度要求。 綜合以上分析，得到最終結(jié)論：該制件可以用沖壓生產(chǎn)的方式進行生產(chǎn)。 1.2.2 異形板的尺寸精度分析 如圖1-1所示零件圖，零件形狀關(guān)于X軸對稱，無懸臂、凹槽等結(jié)構(gòu)，外形簡單，無尖角結(jié)構(gòu)，t=2.0mm,圓弧半徑R1.0mm,滿足R0.25t的要求，屬于落料工序，可以沖裁成形。 1.2.3 異形板結(jié)構(gòu)工藝性分析 由上分析，得到最終結(jié)論，適合沖裁成形。 1.3 異形板沖裁的工藝方案確定 通過制件零件圖可以知道，要加工該制件，只需要外形落料一個工序。所以本項目只設(shè)計一個單工序落料模。 1.4 選擇沖壓設(shè)備 1.4.1沖壓力的計算 已知制件落料周長L=137.915mm;=600Mpa;t=2.0mm 類 別 計算過程 結(jié) 論 沖裁力 F=Lt=137.9152600=165498N16.55tf 16.55tf 模具采用彈性缷料，K=0.025~0.06 缷料力 F=0.05F=0.0516.55tf=0.83tf 0.83tf 由于該異形板模具采用彈性缷料裝置，所以總沖壓力的計算公式為： F=F+F=（16.55+0.83）tf=17.38tf 1.4.2壓力機的選擇 根據(jù)總的沖壓力（17.38tf）結(jié)合工廠實際生產(chǎn)條件，確定采用日本DOBBY-20A的壓力機。其主要參數(shù)如下： 公稱壓力：200KN（20tf） 最大封閉高度：195mm 最大封閉調(diào)節(jié)量：50mm 工作臺尺寸：500mm300mm 模柄孔尺寸：Φ3880mm 第2章 異形板的沖壓模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.1 模具總體方案的確定 在確定工藝方案后，需要根據(jù)所選模具類型（單工序模、復(fù)合模、級進模等）確定模具的各個部分的具體結(jié)構(gòu)，包括進料方式、材料定位、定距方式、模架及卸料、壓料、出件方式等；同時還應(yīng)考慮模具維修、保養(yǎng)和吊裝的方便，同時要在各個細小的環(huán)節(jié)盡可能考慮到操作者的安全等。由于材料比較軟，為了保證制件的平整度，所以采用正裝式復(fù)合模、即凸凹模安裝在下模。 2.2 定位方式 常見的進料方式有手工送料和自動送料兩大類。其中手工送料定位簡單，有時甚至不用或少用定位零件，依靠工人自己控制，這種方法常用于小型單工序模、復(fù)合模的工作中；自動送料常用于級進模加工中，這種送料需要較好的定位、定距和卸料方式，對模具結(jié)構(gòu)要求較高。 由于該模具是單工序落料，所以生產(chǎn)時采用導(dǎo)料銷配合擋料銷定位。 2.3 卸料、壓料、出件方式 在實際生產(chǎn)中，條料的送進采用手工送料，不用導(dǎo)料板或定位銷釘?shù)冉Y(jié)構(gòu)，這樣，不僅結(jié)構(gòu)緊湊很多，而且也減少了加工難度。另外，為了提高工作效率和安全性，實際生產(chǎn)時也經(jīng)常采用外置托料板的形式，裝托料板與下模座配合使用，既起到導(dǎo)料作用，又起到托料作用，不用時拆卸下來，使模具結(jié)構(gòu)簡單，尺寸減少，工作方便簡單。 2.4 模具壓力中心 該制件是不對稱形狀，所以需要校核一下該制件的壓力中心，計算過程如圖2-3所示。 首先選取一個坐標系，選取圖2-3中點O位置為坐標原點，然后確定各線段中點到該原點的坐標值；再根據(jù)如下公式進行計算。計算過程如下： 由于零件的外形尺寸較小，并且形狀簡單，且計算出來的壓力中心誤差不超過模具周界尺寸的六分之一，所以我們?nèi)∽畲笸庑蔚闹行臑閴毫χ行摹? 2.5 模具外形尺寸 制件尺寸未標注公差，為了降低工作難度，所以在實際生產(chǎn)中按照IT14等級確定各尺寸公差；零件為不規(guī)則形狀，屬于落料件，所以凹模尺寸按零件圖尺寸加工，各尺寸減去一個間隙值即為凸模尺寸。本例中間隙按表2-15選取0.120。 2.6 導(dǎo)向方式與模架類型 隨著對制件精度要求的提高，現(xiàn)代模具的精度也向著高精度發(fā)展。在對生產(chǎn)批量大、零件公差要求高，壽命要求高的模具，都要采用導(dǎo)向零件。在實際應(yīng)用中，導(dǎo)向零件一般指的是模架組合。 模架主要有兩大類：一類是導(dǎo)柱導(dǎo)套類模架，包括中間導(dǎo)柱模架、對角導(dǎo)柱模架、后側(cè)導(dǎo)柱模架和四角導(dǎo)柱模架；另一類是導(dǎo)板模模架，包括對角導(dǎo)柱彈壓模架和中間導(dǎo)柱彈壓模架兩種。模架的組成已經(jīng)標準化，在設(shè)計模具時可以選擇標準模架，也可以自行設(shè)計模架尺寸。 1）、導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向 導(dǎo)柱導(dǎo)套與模座的裝配要按照國標規(guī)定。高度H為模具閉合高度，導(dǎo)套在上模座中裝配時，要保留至少3mm的空隙；模具閉合時，導(dǎo)柱距離導(dǎo)套上端面也要有10~15mm的安全距離；導(dǎo)柱在下模座的安裝也不能與底面平齊，要有2~3mm的間隙。同時上模座開橫槽，便于排氣。 2）、滾珠導(dǎo)向 滾珠導(dǎo)向是一種無間隙、精度高、壽命長的導(dǎo)向裝置。常用于高精密沖模中。 該導(dǎo)向裝置由滾珠、滾珠保持器、導(dǎo)柱和導(dǎo)套組成，各組成零件都已經(jīng)標準化。滾珠在導(dǎo)柱與導(dǎo)套之間應(yīng)保證導(dǎo)套內(nèi)徑與導(dǎo)柱在工作時有0.01~0.02mm的過盈量。所以： 式中 ——導(dǎo)套內(nèi)徑； d——導(dǎo)柱直徑； ——滾珠中心距。 在此選用第一種方式，后側(cè)導(dǎo)柱模架， 凹模周界：L=100mm、B=100mm、閉合高度H=140~165mm,I級精度的后側(cè)導(dǎo)柱模架 上模座（GB/T2855.5-90）規(guī)格： 10010030 下模座（GB/T2855.6-90）規(guī)格： 10010040 導(dǎo)柱（G/T2861.1-90）規(guī)格：Φ22130 導(dǎo)套（G/T2861.6-90）規(guī)格：Φ2870 第3章 異形板沖壓模具的零部件設(shè)計 3.1 凹模板 確定凹模周界時，首先將凹模刃口1：1繪制出來，然后以此為界畫一個外框，由于本設(shè)計選擇M6螺釘和Φ6銷釘，所以該線框為界向外擴展2倍直徑，即是螺釘、銷釘中心線位置；再由位置往外擴展2倍直徑尺寸，即是凹模周界尺寸。則推出凹模周界尺寸為Φ68，確定凹模外形尺寸后，可參考國家標準進行校核或取整，以便后續(xù)選擇標準件的使用空間，所以將凹模周界尺寸擴大一定尺寸，最終尺寸為Φ80. 凹模的厚度主要是從連接螺釘?shù)姆湃肷疃扰c凹模剛度的需要考慮，一般不應(yīng)小于10mm,隨著凹模板外形尺寸的增大，凹模板的厚度也應(yīng)增大。 凹模的厚度H的選取可以根據(jù)經(jīng)驗公式：H=Kb。式中，K為系數(shù)，查表2-25得K=0.28,H=800.28=22.4mm,根據(jù)經(jīng)驗和計算數(shù)值，最終取凹模厚度H=25mm 3.2 確定固定板、墊板等尺寸 固定板、墊板等尺寸與確定凹模尺寸方法類似，一般以凹模板尺寸為基準，確定后需與國定標準進行校核，盡量選擇標準值。 缷料板厚度，查表2-26得H=10mm 墊板厚度，查表2-27得H=4mm 第4章 模具的總裝圖 4.1 模具的總裝圖和工作過程 根據(jù)沖壓工藝方案，已確定采用復(fù)合模結(jié)構(gòu)，根據(jù)零件的特點可用倒裝復(fù)合模結(jié)構(gòu)；采用彈壓卸料、剛性推件；條料在模具中的定位采用活動擋料銷；采用縱向送料；為了操作方便，采用后側(cè)導(dǎo)柱滑塊模架。 裝配圖如下： 4.2 模具的裝配過程 1.先把凸模12裝入凸模固定板6中。并保證凸模掛臺不高出大固定板。 2.把凹模4和下墊板3用螺釘2與下模座1連接。擰緊螺釘。 3.通過凹模上的銷釘孔配做下模座上的銷釘孔。這時把銷釘17裝入其中。 4.把剛裝好的凸模固定板6和上墊板9用螺釘8連接。螺釘不能擰緊。 5.把裝好的上模和下模合模。但要在固定板和凹模間墊等高塊。保證凸模下面與凹模上面有約0.1~0.3mm的間隙。 6.通過下模座的漏料孔。用透光法調(diào)整凸模與凹模的間隙。調(diào)好后擰緊螺釘8。 7.用報紙試沖紙樣。以檢查凸模和凹模的間隙是否合理、均勻。 8.試沖確認后，就可以把上模座的銷釘孔鉆鉸成。并裝入相應(yīng)的銷釘。 9.上模裝上橡膠5，缷料板16，并用缷料螺釘13緊固。 10.下模裝上定位銷、擋料銷。 11.合模。并裝上模柄11. 12試模。合格后投入使用。 參考文獻 （1）湯忠義主編. 沖壓模具設(shè)計.北京: 中國勞動社會保障出版社, 1992.5 （2）佘銀柱主編. 沖壓工藝與模具設(shè)計.北京:北京大學(xué)出版社, 2004 （3）陳炎嗣等主編. 沖壓模具設(shè)計與制造技術(shù). 北京出版社, 1991 （4）許發(fā)越主編. 實用模具設(shè)計與制造手冊2版.北京:機械工業(yè)出版社, 2005.9 （5）薛啟翔等編著. 沖壓模具設(shè)計制造難點與竅門. 北京:機械工業(yè)出版社, 2003.7 （6）謝昱北主編. 模具設(shè)計與制造. 北京大學(xué)出版, 2005.8 （7）<<模具設(shè)計與制造技術(shù)教育叢書>>編委會編. 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 .北京:機械工業(yè)出版 , 2003.10 （8）模具設(shè)計與制造技術(shù)教育叢書編委編. 模具制造工藝與裝備.北京：機械工業(yè)出版社, 2004.5 （9）孫鳳勤. 模具制造工藝與設(shè)備. 北京：機械工業(yè)出版社， 1999.10 （10）陳劍鶴 任建偉. 模具設(shè)計基礎(chǔ). 北京：機械工業(yè)出版社，2003.2 （11）黃毅宏. 模具制造工藝 . 北京：工業(yè)出版社，1989 （12）孫錫紅/主編. 模具制造工（中級）. 北京:中國勞動社會保障出版社, 2004 (13)《沖壓成型技術(shù)》 康俊遠主編 北京理工大學(xué)出版社， 2008. (14)《沖壓模具設(shè)計實用手冊》 鄭家賢主編 機械工業(yè)出版社， 2005. (15)《沖壓工藝與模具設(shè)計》 鐘毓斌主編 華北航天工業(yè)學(xué)院， 2005. (16)《實用沖壓模具設(shè)計手冊》 鄭可锽主編 北京宇航出版社， 1990. (17)《冷沖壓模具圖集》 齊衛(wèi)東主編 北京理工大學(xué)出版社，2007. (18)《機械制圖》 郭紀林 余貴英主編 大連理工大學(xué)出版社， 2005. (19)《互換性與技術(shù)測量基礎(chǔ)》 胡鳳蘭主編 高等教育出版社， 2005. (20)《機械設(shè)計手冊》 成大先主編 北京化學(xué)工業(yè)出版社， 1994. (21)《金屬學(xué)與熱處理原理》劉北興主編 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 2005. - 12 - 第 22 頁 共 23 頁 設(shè)計用紙 在沖壓過程模擬 - 產(chǎn)品和工藝設(shè)計最新應(yīng)用 摘 要 工藝產(chǎn)品和工藝設(shè)計仿真都是目前正在實行產(chǎn)業(yè)。然而，一個變量數(shù)目會對 輸入的準確性和計算機預(yù)測的可靠性產(chǎn)生重大的影響。 曾經(jīng)進行一項有關(guān)沖壓模擬能力評估預(yù)測的特點和其工藝條件部分的復(fù)雜形面形成了復(fù)合、工業(yè)零件的研究。 在工業(yè)應(yīng)用中，下面是沖壓過程的進行模擬測試達到的兩個目標：（1）通過分析在產(chǎn)品設(shè)計階段、成形性及預(yù)測來優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計；（2）在模具設(shè)計的前期階段減少試模時間和在沖壓加工過程中降低生產(chǎn)成本。為了達到這兩個目標，有兩種方法可以選擇：一種是Pam-Stamp應(yīng)用法，一種是Int'l工程系統(tǒng)有限元增量的動態(tài)程序法。很明顯第二個目標方法比較好，因為它可以處理的實際沖壓中的大多數(shù)參數(shù)。FAST_FORM3D，一個單步有限元程序的成型技術(shù)，匹配第一個目標，因為它只需零件幾何形狀復(fù)雜的過程，而不是信息。 在以往的研究表明，這些兩個沖壓守則也適用于制造汽車和工程機械所使用的復(fù)雜形狀部件。對在沖壓成形性預(yù)測問題的能力進行了評價。本文回顧了這一研究結(jié)果，并總結(jié)了有限元模擬程序所取得結(jié)果的準確性、可靠性。 在另一項研究中，對控制壓邊力（BHF）在半球狀圓頂平底杯拉深中的影響進行了研究。高性能的標準汽車材料鋁鎮(zhèn)靜—高質(zhì)量鋼（AKDQ），以及如高強度鋼板、烘烤硬鋼、鋁6111等。已經(jīng)確認不同的壓邊力可以改善圓頂杯的應(yīng)變分布。 關(guān)鍵詞：沖壓；過程刺激；工藝設(shè)計 1.簡介 對于形狀復(fù)雜的板材（如汽車覆蓋件金屬沖壓件的設(shè)計過程，包括決策的許多階段）的設(shè)計過程是一個非常昂貴和耗時的過程。在目前的工業(yè)上，許多工程決策是基于工作人員的經(jīng)驗和他們的知識，這些決策通常是經(jīng)過軟工裝模具成??型階段和硬模選拔賽驗證階段后才做出的。很多時候軟、硬工具必須重新編制，甚至重新設(shè)計和提供的零件到達可接受的質(zhì)量水平。 現(xiàn)在將最好的設(shè)計過程列在圖1中。在這個設(shè)計過程中，經(jīng)驗豐富的產(chǎn)品設(shè)計人員會使用一個稱為一步有限元法的專門設(shè)計的軟件來估計其設(shè)計成形性。這將使產(chǎn)品的設(shè)計者在確定設(shè)計路線之前，以及昂貴的模具已經(jīng)制造出來之前做必要的修改。一步法有限元法特別適合用于產(chǎn)品分析，因為它不需要粘結(jié)劑、附錄、甚至絕大多數(shù)工藝條件。通常方法不可用在產(chǎn)品設(shè)計階段。一步法有限元法也很容易掌握，計算速度快，這使得設(shè)計人員能夠發(fā)揮“如果”沒有太多的時間投資。 圖- 1 金屬薄板沖壓件的參考設(shè)計過程。 一旦產(chǎn)品已經(jīng)設(shè)計和經(jīng)過驗證，開發(fā)項目將進入“零時間”階段，并傳遞到模具設(shè)計階段。模具設(shè)計人員會確認他們自己的增量有限元程序的有關(guān)設(shè)計并進行必要的設(shè)計變更，甚至優(yōu)化工藝參數(shù)，確保不只是最低的可接受的零件質(zhì)量，而是最高達到的質(zhì)量。這增加了產(chǎn)品的質(zhì)量，而且增加過程的成品率。增量有限元法特別適合于模具設(shè)計分析，因為它確實需要粘合劑，附錄，以及已知的模具設(shè)計或渴望被人知道的過程。 驗證制造模具的設(shè)計后就會直接進入了艱苦的生產(chǎn)加工和被驗證階段，在此期間，將與物理原型零件對比著進行，試用時間應(yīng)該減少由于先前的數(shù)值驗證。重新設(shè)計和成型，由于不可預(yù)見的問題，再制造模具應(yīng)該是過去的事情。試用時間減少和消除重新設(shè)計/再制造所用的時間應(yīng)該超過彌補進行數(shù)值驗證、試模、加工過程所用的時間。 對于薄板沖壓件生產(chǎn)商而言，沖壓工藝的優(yōu)化也是非常重要的。通過適度增加壓力機設(shè)備的投資、并使用模具成型、一個人可以控制多個沖壓過程。據(jù)記載，壓邊力是板料成形過程中最敏感的工藝參數(shù)之一，因此可用于精確控制變形過程。 通過控制壓邊力在功能和壓應(yīng)力的位置等有效措施,提高粘結(jié)劑的外圍的應(yīng)變分布的小組提供了新增的強度和剛度,降低了面板和殘余應(yīng)力的回彈程度,提高產(chǎn)品品質(zhì)和穩(wěn)定性。 通過控制作為壓應(yīng)力和周圍的粘結(jié)劑邊緣位置的函數(shù)壓邊力，可以提高面板強度和剛度，減少面板回彈和殘余應(yīng)力應(yīng)變分布，提高產(chǎn)品質(zhì)量和過程的穩(wěn)定性。一種廉價的工業(yè)質(zhì)量體系，目前正在制定在緊急救濟協(xié)調(diào)員/ NSM采用了液壓和氮的結(jié)合，如圖—2所示。使用壓邊力控制也可以允許工程師設(shè)計更具有侵略性的板窗利用所提供的增加壓邊力控制成形性。 圖2. 壓邊力控制系統(tǒng)和模具正在開發(fā)的ERC / NSM實驗室 1.對設(shè)計過程的三個獨立階段研究進行了研究 將會在下一節(jié)描述產(chǎn)品的設(shè)計階段，其中一個步驟是有限元程序FAST_FORM3D（成型技術(shù)）的驗證，作為實驗室和工業(yè)的一部分，用來預(yù)測毛坯最佳形狀的研究。第4節(jié)總結(jié)了模具的設(shè)計階段，其中一個實際的工業(yè)平板是用來驗證的增量有限元程序的PAM –Stamp系統(tǒng)（國際工程系統(tǒng)）的研究。第5節(jié)覆蓋了在實驗室研究壓邊力控制應(yīng)變分布在深沖、半球形、圓頂平底杯的影響。 2 產(chǎn)品仿真 - 應(yīng)用 這項調(diào)查的目的是為了驗證FAST_FORM3D系統(tǒng)，確定FAST_FORM3D對毛坯形狀預(yù)測的能力，并確定一步有限元法在產(chǎn)品設(shè)計過程中是怎么實施的。成型技術(shù)提供了他們的一步法有限元代碼和培訓(xùn)中心的FAST_FORM3D / NSM為目的的基準和研究。FAST_FORM3D并不等同于變形歷史。相反，它將項目上一個平面或可展曲面零件幾何形狀和重新定位的最后節(jié)點和元素，直至達到最低能量狀態(tài)。這個過程是計算速度比就像是PAM –Stemp的增量模擬，也使得假設(shè)增多。FAST_FORM3D能評價和估計最優(yōu)毛坯矩形件的結(jié)構(gòu)，也是一個強有力的工具，產(chǎn)品設(shè)計師由于其速度和使用的安逸性，但是在這時期的幾何是不可用的。 為了驗證FAST_FORM3D，我們比較分析其與毛坯形狀預(yù)測預(yù)報方法的毛坯形狀。該零件的幾何形狀如圖3所示是一個長15英寸、寬5英寸、深12英寸有一個1英寸直角法蘭盤英寸。表1列出了工藝條件下使用，圖4顯示了使用Romanovski零件毛坯形狀的實證法和滑移線場的方法來預(yù)測毛坯形狀的原理。 圖. 3 矩形幾何用于FAST_FORM3D驗證 表1 為FAST_FORM3D矩形驗證過程中使用參數(shù) 圖4。使用手工計算毛坯長方形盤的外形設(shè)計。 （一）Romanovski的經(jīng)驗方法；（二）滑移線場分析方法。 圖5（a）給出了預(yù)測從Romanovski法，滑移線場方法，幾何形狀和FAST_FORM3D空白。空白形狀同意在角落里地區(qū)，但不同的側(cè)面區(qū)域很大。圖5（二）- （c）顯示抽簽中模式后的矩形繪制過程。 平移由Pam-Stemp模擬預(yù)測空白的每個形狀。抽簽中地區(qū)在彎道很好匹配所有三個長方形盤模式?；凭€場方法，雖然沒有達到目標區(qū)域在身邊1英寸法蘭，而Romanovski和FAST_FORM3D方法實現(xiàn)了1英寸法蘭在身邊地區(qū)相對較好。此外，只有FAST_FORM3D毛坯同意在角落里/側(cè)過渡區(qū)。此外，F(xiàn)AST_FORM3D毛坯比Romanovski具有較好的應(yīng)變分布和更低的峰值應(yīng)變比，由圖6中可以看到。 圖5 各種毛坯形狀預(yù)測和帕姆印花仿真結(jié)果為長方形鍋。 （一）三預(yù)測空白形狀;（二）變形滑移線領(lǐng)域的毛坯;（三）畸形Romanovski毛坯;（四）畸形FAST_FORM3D毛坯 圖6 比較應(yīng)變泛用長方形的PAM –Stemp形狀分布的各種毛坯。 （一）變形Romanovski毛坯;（二）畸形FAST_FORM3D毛坯。 若要繼續(xù)此驗證研究，從小松制作工業(yè)部分被選中，并在圖7（a）所示。我們預(yù)計的一個最優(yōu)幾何FAST_FORM3D空白的實驗裝置，正如所見，毛坯很相似，但有一些差異，最終的零件毛坯形狀,如圖7(b)。 圖7 儀器FAST_FORM3D模擬結(jié)果包括最終驗證。 （一）FAST_FORM3D成形性能的比較；（二）預(yù)測與實驗的毛坯形狀比較。 接下來,我們模擬了沖壓的毛坯和FAST_FORM3D使用Pam-Stamp實驗毛坯。我們通過比較兩者的計算機輔助設(shè)計(CAD)預(yù)測的零件幾何形狀 (圖8)，發(fā)現(xiàn)FAST_FORM3D是更精確的。一個不錯的特征是,FAST_FORM3D能顯示“失敗”的部分情節(jié)的輪廓曲線，對失敗限制示于圖7(A)?？傊? FAST_FORM3D在預(yù)測的實驗室和工業(yè)部件的最佳形狀成功的毛坯。這表明，F(xiàn)AST_FORM3D可以成功地用于評估產(chǎn)品設(shè)計成形性的問題。在儀器的覆蓋情況下，審判和錯誤實驗多小時可能被淘汰使用FAST_FORM3D和更好的毛坯形狀可能已經(jīng)開發(fā)出來。 圖 8。比較FAST_FORM3D和實驗儀器的零件形狀。 （一）實驗開發(fā)毛坯形狀和CAD幾何;（二）優(yōu)化毛坯形狀和FAST_FORM3D的CAD幾何。 3 模具和工藝模擬- 應(yīng)用 為了在研究模具設(shè)計過程中緊密合作，一個由日本小松制作所和ERC/ NSM組成的小組。與形成問題的一個生產(chǎn)小組選擇了小松。該面板是挖掘機的駕駛室左側(cè)內(nèi)板，如圖9所示。是的幾何簡化為一個實驗實驗室死亡，同時保持該小組的主要特征。在實驗進行過程中小松使用表2所示的條件。一個成形極限圖（FLD）研制了用于繪圖品質(zhì)采用穹頂鋼和視覺測試應(yīng)變測量系統(tǒng)，并在圖10所示。在實驗中使用三壓邊力分別是（10，30，50噸）以確定其效果。每個模擬實驗條件進行了增量在ERC/ NSM使用PAM-Stemp。 圖9 挖掘機的駕駛室，左側(cè)內(nèi)板 表2機艙內(nèi) 的工藝條件調(diào)查 圖10 在機艙內(nèi)調(diào)查所使用的繪圖優(yōu)質(zhì)鋼成形極限圖。 在10噸的條件下發(fā)生起皺的實驗部分，如圖11所示。在30噸條件下發(fā)生皺紋被淘汰，如圖12所示。對這些實驗結(jié)果進行了PAM –Stemp模擬預(yù)測，如圖13所示。 30噸壓力的測量小組以確定材料畫中的模式。這些測量結(jié)果進行了比較與預(yù)測材料繪制在圖14研究。效果是非常良好，只有10毫米，最大的錯誤。一個輕微的頸部，觀察小組的30噸，如圖13所示。在50噸時，面板上會出現(xiàn)明顯的骨折起皺。 圖11 皺褶實驗室機艙內(nèi)板，壓邊力= 10噸 圖12 壓邊力=30噸機艙內(nèi)的實驗室和頸縮變形階段。 （一）實驗毛坯;（二）實驗小組，形成了60％;（三）實驗小組，完全形成;（四）實驗小組，縮頸細節(jié)。 圖13 預(yù)測和在實驗室客艙內(nèi)消除皺紋。 （a）預(yù)期的幾何形狀，壓邊力= 10噸;（二）預(yù)測的幾何形狀，壓邊力= 30噸 圖14 在實驗室內(nèi)艙預(yù)測與實測比較所得出的結(jié)果，壓邊力= 30噸。 應(yīng)變測量系統(tǒng)測量了每個小組的結(jié)果，其結(jié)果如圖15所示。從每個小組有限元模擬的預(yù)測在圖16所示。這些預(yù)測和測量吻合有關(guān)的應(yīng)變分布，不同的壓邊力對結(jié)果的影響不大。雖然趨勢是代表，壓邊力的影響往往在模擬的壓力更多的本地化的方式相比，測量。然而，這些預(yù)測表明， PAM –Stemp正確預(yù)測了頸縮和斷裂在30和50噸時發(fā)生。關(guān)于摩擦應(yīng)變分布的影響進行了研究,如圖17模擬圖所示。 圖 15 機艙內(nèi)的實驗室試驗應(yīng)變測量。 （一）測量應(yīng)變，壓邊力= 10噸（面板皺）（二）測量應(yīng)變，壓邊力= 30噸（面板頸）;（三）測量應(yīng)變，壓邊力=50噸（面板裂縫）。 圖。16。機艙內(nèi)的實驗室應(yīng)變有限元預(yù)測。 （a）預(yù)期的壓力，壓邊力= 10噸;（二）預(yù)測的壓力，壓邊力= 30噸;（三）預(yù)測的壓力，壓邊力= 50噸。 圖17 實驗室內(nèi)預(yù)測效應(yīng)摩擦機艙內(nèi)，壓邊力= 30噸。 （a）預(yù)期的壓力，μ=0.06；（二）預(yù)測應(yīng)變，μ=0.10。 它們的比較結(jié)果摘要列于表3中，此表顯示，模擬預(yù)測了在實驗條件下每一株測量系統(tǒng)實驗觀測結(jié)果。這表明，PAM-Stemp可以用來評估成形模具設(shè)計相關(guān)的問題。 表3客艙內(nèi)的研究結(jié)果摘要 4. 壓邊力控制- 應(yīng)用 這次調(diào)查的目的是確定各種高性能材料在半球狀，圓頂平底，深拉杯深沖性能（見圖18），并探討不同時間的變壓邊力上進行了拉伸試驗，以確定這些材料進行分析和模擬輸入到流動應(yīng)力和各向異性特征（見圖 19和表5）。在被調(diào)查的材料包括AKDQ鋼、高強度鋼、烘烤硬鋼、鋁6111（見表4）。 圖18 巨形杯模具的幾何形狀 表4用于材料研究的圓頂杯 圖19 鋁6111，AKDQ，強度高，烤硬鋼的拉伸試驗結(jié)果。 （一）拉伸試樣裂隙；（二）應(yīng)力/應(yīng)變曲線。 表5 鋁6111、AKDQ、烤硬鋼的高強度拉伸試驗數(shù)據(jù) 值得注意的是流動應(yīng)力和AKDQ烤硬鋼曲線非常類似，但是在5％的時候伸長率減少類似烤硬。雖然高強度鋼和鋁6111的伸長率很相似，但是其N值比鋁6111的值大兩倍。此外， AKDQ的R值遠遠大于1，而烤硬接近1，鋁6111遠小于1。 在這次調(diào)查中的壓邊力用型材時間變量中包含常數(shù)，線性減少，脈動（見圖20）。為AKDQ鋼的實驗條件進行了模擬使用的PAM -Stemp增量代碼。斷裂、皺紋的例子，和良好的實驗室杯圖21所示以及對模擬圖像皺杯。 圖20.用于研究剖面圓頂杯的壓邊力時間。 （一）固定壓邊力;（二）斜壓邊力;（三）脈動壓邊力。 圖 21。模擬實驗和圓頂杯。 （一）實驗好杯；（b）實驗裂隙杯；（三）實驗皺杯；（四）模擬皺杯 對深沖性能進行了實驗研究限制使用固定壓邊力。這項研究的結(jié)果顯示在表6 此表顯示，AKDQ的沖壓性能最大，而鋁的最小而烤硬、高強度鋼的性能中等。對AKDQ的連續(xù)應(yīng)變分布、脈動壓邊力進行了比較實驗圖22，模擬圖23。這兩個模擬和實驗的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，斜坡的壓邊力軌跡對于提高應(yīng)變分布情況是最好的。不僅減少了骨折的可能性降低峰值高達5％，而且還降低應(yīng)變地區(qū)的增加。這種應(yīng)變分布的改善，提高產(chǎn)品的剛度和強度，減少回彈和殘余應(yīng)力，提高產(chǎn)品質(zhì)量和工藝的魯棒性。 表6。恒定壓邊力限制的頂燈杯的沖壓性能 圖22。時間變量對AKDQ鋼圓頂杯壓邊力變化的實驗 圖23。時間變量對AKDQ鋼圓頂杯壓邊力變化的模擬實驗 脈動壓邊力在調(diào)查的頻率范圍內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)有對應(yīng)變分布的影響。這可能是由于這一事實的脈動頻率進行了測試只有1赫茲。從其他研究人員以前的實驗可知，適當(dāng)?shù)念l率范圍是從5到25赫茲。AKDQ從模擬和實驗載荷行程曲線比較圖24所示。良好的協(xié)議被發(fā)現(xiàn)的情況下μ=0.08。這表明，有限元模擬可以用來評估成形性，可以通過使用壓邊力控制技術(shù)獲得改善。 圖24.KDQ穹頂鋼杯的比較實驗與模擬負載沖程曲線 5 結(jié)論和未來工作 在本文中，我們評價一個復(fù)雜的沖壓件的改進設(shè)計過程中，涉及消除了軟模具相結(jié)合的產(chǎn)品和工藝驗證使用單步和增量有限元模擬。此外，改進工藝，提出了壓邊力控制實施以提高產(chǎn)品質(zhì)量和工藝的魯棒性組成 三個獨立的調(diào)查分析，總結(jié)其在設(shè)計過程的各個階段。首先，產(chǎn)品設(shè)計階段進行了調(diào)查與實驗室和一個步驟有限元程序FAST_FORM3D和評估的能力，在產(chǎn)品設(shè)計成形性問題所涉及的工業(yè)驗證。 FAST_FORM3D在預(yù)測中矩形工業(yè)儀表盤和蓋形狀最佳空白成功。在儀器的覆蓋情況下，審判和錯誤實驗多小時可能被淘汰使用FAST_FORM3D和更好的毛坯形狀可能已經(jīng)開發(fā)出來。 其次，模具設(shè)計階段進行了調(diào)查實驗室和增量代碼的PAM –Stemp系統(tǒng)的工業(yè)驗證和評估的能力，形成與模具設(shè)計有關(guān)的問題。這項調(diào)查表明，PAM的郵票可以預(yù)測應(yīng)變分布，起皺，頸縮和斷裂，至少一個遠景以及應(yīng)變各種條件下的實驗測量系統(tǒng)。 最后，工藝設(shè)計階段的調(diào)查，對質(zhì)量可與壓邊力控制技術(shù)的實現(xiàn)實現(xiàn)改善的實驗研究。在此調(diào)查，半球狀，圓頂平底高峰株，杯子的拉伸值都被減少了5％，從而減少了皺折的可能性，并降低了應(yīng)變區(qū)強度。這種應(yīng)變分布的改善，提高產(chǎn)品的剛度和強度，減少回彈和殘余應(yīng)力，提高產(chǎn)品質(zhì)量和工藝的穩(wěn)定性。可以預(yù)計，深沖性能將會在不斷優(yōu)化的壓邊力中逐漸增強。此外，在實驗測量和數(shù)值模擬預(yù)測中發(fā)現(xiàn)負載行程曲線，表明有限元模擬可以用來評估成形性，可控制壓邊力技術(shù)，使用得到改善。 1模具在工業(yè)生產(chǎn)中的地位 模具是大批量生產(chǎn)同形產(chǎn)品的工具，是工業(yè)生產(chǎn)的主要工藝裝備。 采用模具生產(chǎn)零部件，具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量好、成本低、節(jié)約能源和原材料等一系列優(yōu)點，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。已成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向?，F(xiàn)代經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)。現(xiàn)代工業(yè)品的發(fā)展和技術(shù)水平的提高，很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展水平，因此模具工業(yè)對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展將起越來越大的作用。1989年3月國務(wù)院頒布的《關(guān)于當(dāng)前產(chǎn)業(yè)政策要點的決定》中，把模具列為機械工業(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(僅次于大型發(fā)電設(shè)備及相應(yīng)的輸變電設(shè)備)，確立模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的重要地位。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)前國家重點鼓勵發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄》和《鼓勵外商投資產(chǎn)業(yè)目錄》。經(jīng)國務(wù)院批準，從1997年到2000年，對80多家國有專業(yè)模具廠實行增值稅返還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)了國務(wù)院和國家有關(guān)部門對發(fā)展模具工業(yè)的重視和支持。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)達國家的模具工業(yè)產(chǎn)值已超過機床工業(yè)，從1997年開始，我國模具工業(yè)產(chǎn)值也超過了機床工業(yè)產(chǎn)值。 據(jù)統(tǒng)計，在家電、玩具等輕工行業(yè)，近90％的零件是綜筷具生產(chǎn)的；在飛機、汽車、農(nóng)機和無線電行業(yè)，這個比例也超過60％。例如飛機制造業(yè)，某型戰(zhàn)斗機模具使用量超過三萬套，其中主機八千套、發(fā)動機二千套、輔機二萬套。從產(chǎn)值看，80年代以來，美、日等工業(yè)發(fā)達國家模具行業(yè)的產(chǎn)值已超過機床行業(yè)，并又有繼續(xù)增長的趨勢。據(jù)國際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會預(yù)測，到2000年，產(chǎn)品盡件粗加工的75%、精加工的50％將由模具完成；金屬、塑料、陶瓷、橡膠、建材等工業(yè)制品大部分將由模具完成，50％以上的金屬板材、80％以上的塑料都特通過模具轉(zhuǎn)化成制品。 2模具的歷史發(fā)展 模具的出現(xiàn)可以追溯到幾千年前的陶器和青銅器鑄造，但其大規(guī)模使用卻是隨著現(xiàn)代工業(yè)的掘起而發(fā)展起來的。 19世紀，隨著軍火工業(yè)(槍炮的彈殼)、鐘表工業(yè)、無線電工業(yè)的發(fā)展，沖模得到廣泛使用。二次大戰(zhàn)后，隨著世界經(jīng)濟的飛速發(fā)展，它又成了大量生產(chǎn)家用電器、汽車、電子儀器、照相機、鐘表等零件的最佳方式。從世界范圍看，當(dāng)時美國的沖壓技術(shù)走在前列——許多模具先進技術(shù)，如簡易模具、高效率模具、高壽命模具和沖壓自動化技術(shù)，大多起源于美國；而瑞士的精沖、德國的冷擠壓技術(shù)，蘇聯(lián)對塑性加工的研究也處于世界先進行列。50年代，模具行業(yè)工作重點是根據(jù)訂戶的要求，制作能滿足產(chǎn)品要求的模具。模具設(shè)計多憑經(jīng)驗，參考已有圖紙和感性認識，對所設(shè)計模具零件的機能缺乏真切了解。從1955年到1965年，是壓力加工的探索和開發(fā)時代——對模具主要零部件的機能和受力狀態(tài)進行了數(shù)學(xué)分橋，并把這些知識不斷應(yīng)用于現(xiàn)場實際，使得沖壓技術(shù)在各方面有飛躍的發(fā)展。其結(jié)果是歸納出模具設(shè)計原則，并使得壓力機械、沖壓材料、加工方法、梅具結(jié)構(gòu)、模具材料、模具制造方法、自動化裝置等領(lǐng)域面貌一新，并向?qū)嵱没姆较蛲七M，從而使沖壓加工從儀能生產(chǎn)優(yōu)良產(chǎn)品的第一階段。 進入70年代向高速化、啟動化、精密化、安全化發(fā)展的第二階段。在這個過程中不斷涌現(xiàn)各種高效率、商壽命、高精度助多功能自動校具。其代表是多達別多個工位的級進模和十幾個工位的多工位傳遞模。在此基礎(chǔ)上又發(fā)展出既有連續(xù)沖壓工位又有多滑塊成形工位的壓力機—彎曲機。在此期間，日本站到了世界最前列——其模具加工精度進入了微米級，模具壽命，合金工具鋼制造的模具達到了幾千萬次，硬質(zhì)合金鋼制造的模具達到了幾億次p每分鐘沖壓次數(shù)，小型壓力機通常為200至300次，最高為1200次至1500次。在此期間，為了適應(yīng)產(chǎn)品更新快、用期短(如汽車改型、玩具翻新等)的需要，各種經(jīng)濟型模具，如鋅落合金模具、聚氨酯橡膠模具、鋼皮沖模等也得到了很大發(fā)展。 從70年代中期至今可以說是計算機輔助設(shè)計、輔助制造技術(shù)不斷發(fā)展的時代。隨著模具加工精度與復(fù)雜性不斷提高，生產(chǎn)周期不斷加快，模具業(yè)對設(shè)備和人員素質(zhì)的要求也不斷提高。依靠普通加工設(shè)備，憑經(jīng)驗和手藝越來越不能滿足模具生產(chǎn)的需要。90年代以來，機械技術(shù)和電子技術(shù)緊密結(jié)合，發(fā)展了NC機床，如數(shù)控線切割機床、數(shù)控電火花機床、數(shù)控銑床、數(shù)控坐標磨床等。而采用電子計算機自動編程、控制的CNC機床提高了數(shù)控機床的使用效率和范圍。近年來又發(fā)展出由一臺計算機以分時的方式直接管理和控制一群數(shù)控機床的NNC系統(tǒng)。 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機也逐步進入模具生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，包括設(shè)計、制造、管理等。國際生產(chǎn)研究協(xié)會預(yù)測，到2000年，作為設(shè)計和制造之間聯(lián)系手段的圖紙將失去其主要作用。模具自動設(shè)計的最根本點是必須確立模具零件標準及設(shè)計標準。要擺脫過去以人的思考判斷和實際經(jīng)驗為中心所組成的設(shè)計方法，就必須把過去的經(jīng)驗和思考方法，進行系列化、數(shù)值化、數(shù)式化，作為設(shè)計準則儲存到計算機中。因為模具構(gòu)成元件也干差萬別，要搞出一個能適應(yīng)各種零件的設(shè)計軟件幾乎不可能。但是有些產(chǎn)品的零件形狀變化不大，模具結(jié)構(gòu)有一定的規(guī)律，放可總結(jié)歸納，為自動設(shè)計提供軟件。如日本某公司的CDM系統(tǒng)用于級進模設(shè)計與制造，其中包括零件圖形輸入、毛坯展開、條料排樣、確定模板尺寸和標準、繪制裝配圖和零件圖、輸出NC程序(為數(shù)控加工中心和線切割編程)等，所用時間由手工的20%、工時減少到35小時；從80年代初日本就將三維的CAD／CAM系統(tǒng)用于汽車覆蓋件模具。目前，在實體件的掃描輸入，圖線和數(shù)據(jù)輸入，幾何造形、顯示、繪圖、標注以及對數(shù)據(jù)的自動編程，產(chǎn)生效控機床控制系統(tǒng)的后置處理文件等方面已達到較高水平；計算機仿真(CAE)技術(shù)也取得了一定成果。在高層次上，CAD／CAM／CAE集成的，即數(shù)據(jù)是統(tǒng)一的，可以互相直接傳輸信息．實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。目前．國外僅有少數(shù)廠家能夠做到。 3我國模具工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 由于歷史原因形成的封閉式、“大而全”的企業(yè)特征，我國大部分企業(yè)均設(shè)有模具車間，處于本廠的配套地位，自70年代末才有了模具工業(yè)化和生產(chǎn)專業(yè)化這個概念。生產(chǎn)效率不高，經(jīng)濟效益較差。模具行業(yè)的生產(chǎn)小而散亂，跨行業(yè)、投資密集，專業(yè)化、商品化和技術(shù)管理水平都比較低。 據(jù)不完全統(tǒng)計，全國現(xiàn)有模具專業(yè)生產(chǎn)廠、產(chǎn)品廠配套的模具車間（分廠）近17000家，約60萬從業(yè)人員，年模具總產(chǎn)值達200億元人民幣。但是，我國模具工業(yè)現(xiàn)有能力只能滿足需求量的60％左右，還不能適應(yīng)國民經(jīng)濟發(fā)展的需要。目前，國內(nèi)需要的大型、精密、復(fù)雜和長壽命的模具還主要依靠進口。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計，1997年進口模具價值6.3億美元，這還不包括隨設(shè)備一起進口的模具；1997年出口模具僅為7800萬美元。目前我國模具工業(yè)的技術(shù)水平和制造能力，是我國國民經(jīng)濟建設(shè)中的薄弱環(huán)節(jié)和制約經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的瓶頸。 3.1 模具工業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀 ??按照中國模具工業(yè)協(xié)會的劃分，我國模具基本分為10大類，其中，沖壓模和塑料成型模兩大類占主要部分。按產(chǎn)值計算，目前我國沖壓模占50％左右，塑料成形模約占20％，拉絲模（工具）約占10％，而世界上發(fā)達工業(yè)國家和地區(qū)的塑料成形模比例一般占全部模具產(chǎn)值的40％以上。 ??我國沖壓模大多為簡單模、單工序模和符合模等，精沖模，精密多工位級進模還為數(shù)不多，模具平均壽命不足100萬次，模具最高壽命達到1億次以上，精度達到3～5um，有50個以上的級進工位，與國際上最高模具壽命6億次，平均模具壽命5000萬次相比，處于80年代中期國際先進水平。 ??我國的塑料成形模具設(shè)計，制作技術(shù)起步較晚，整體水平還較低。目前單型腔，簡單型腔的模具達70％以上，仍占主導(dǎo)地位。一模多腔精密復(fù)雜的塑料注射模，多色塑料注射模已經(jīng)能初步設(shè)計和制造。模具平均壽命約為80萬次左右，主要差距是模具零件變形大、溢邊毛刺大、表面質(zhì)量差、模具型腔沖蝕和腐蝕嚴重、模具排氣不暢和型腔易損等，注射模精度已達到5um以下，最高壽命已突破2000萬次，型腔數(shù)量已超過100腔，達到了80年代中期至90年代初期的國際先進水平。 3.2 模具工業(yè)技術(shù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀 ??我國模具工業(yè)目前技術(shù)水平參差不齊，懸殊較大。從總體上來講，與發(fā)達工業(yè)國家及港臺地區(qū)先進水平相比，還有較大的差距。 在采用CAD/CAM/CAE/CAPP等技術(shù)設(shè)計與制造模具方面，無論是應(yīng)用的廣泛性，還是技術(shù)水平上都存在很大的差距。在應(yīng)用CAD技術(shù)設(shè)計模具方面，僅有約10%的模具在設(shè)計中采用了CAD，距拋開繪圖板還有漫長的一段路要走；在應(yīng)用CAE進行模具方案設(shè)計和分析計算方面，也才剛剛起步，大多還處于試用和動畫游戲階段；在應(yīng)用CAM技術(shù)制造模具方面，一是缺乏先進適用的制造裝備，二是現(xiàn)有的工藝設(shè)備（包括近10多年來引進的先進設(shè)備）或因計算機制式（IBM微機及其兼容機、HP工作站等）不同，或因字節(jié)差異、運算速度差異、抗電磁干擾能力差異等，聯(lián)網(wǎng)率較低，只有5%左右的模具制造設(shè)備近年來才開展這項工作；在應(yīng)用CAPP技術(shù)進行工藝規(guī)劃方面，基本上處于空白狀態(tài)，需要進行大量的標準化基礎(chǔ)工作；在模具共性工藝技術(shù)，如模具快速成型技術(shù)、拋光技術(shù)、電鑄成型技術(shù)、表面處理技術(shù)等方面的CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用在我國才剛起步。計算機輔助技術(shù)的軟件開發(fā)，尚處于較低水平，需要知識和經(jīng)驗的積累。我國大部分模具廠、車間的模具加工設(shè)備陳舊，在役期長、精度差、效率低，至今仍在使用普通的鍛、車、銑、刨、鉆、磨設(shè)備加工模具，熱處理加工仍在使用鹽浴、箱式爐，操作憑工人的經(jīng)驗，設(shè)備簡陋，能耗高。設(shè)備更新速度緩慢，技術(shù)改造，技術(shù)進步力度不大。雖然近年來也引進了不少先進的模具加工設(shè)備，但過于分散，或不配套，利用率一般僅有25%左右，設(shè)備的一些先進功能也未能得到充分發(fā)揮。 缺乏技術(shù)素質(zhì)較高的模具設(shè)計、制造工藝技術(shù)人員和技術(shù)工人，尤其缺乏知識面寬、知識結(jié)構(gòu)層次高的復(fù)合型人才。中國模具行業(yè)中的技術(shù)人員，只占從業(yè)人員的8%~12%左右，且技術(shù)人員和技術(shù)工人的總體技術(shù)水平也較低。1980年以前從業(yè)的技術(shù)人員和技術(shù)工人知識老化，知識結(jié)構(gòu)不能適應(yīng)現(xiàn)在的需要；而80年代以后從業(yè)的人員，專業(yè)知識、經(jīng)驗匱乏，動手能力差，不安心，不愿學(xué)技術(shù)。近年來人才外流不僅造成人才數(shù)量與素質(zhì)水平下降，而且人才結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)了新的斷層，青黃不接，使得模具設(shè)計、制造的技術(shù)水平難以提高。 3.3 模具工業(yè)配套材料，標準件結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀 ??近10多年來，特別是“八五”以來，國家有關(guān)部委已多次組織有關(guān)材料研究所、大專院校和鋼鐵企業(yè)，研究和開發(fā)模具專用系列鋼種、模具專用硬質(zhì)合金及其他模具加工的專用工具、輔助材料等，并有所推廣。但因材料的質(zhì)量不夠穩(wěn)定，缺乏必要的試驗條件和試驗數(shù)據(jù)，規(guī)格品種較少，大型模具和特種模具所需的鋼材及規(guī)格還有缺口。在鋼材供應(yīng)上，解決用戶的零星用量與鋼廠的批量生產(chǎn)的供需矛盾，尚未得到有效的解決。另外，國外模具鋼材近年來相繼在國內(nèi)建立了銷售網(wǎng)點，但因渠道不暢、技術(shù)服務(wù)支撐薄弱及價格偏高、外匯結(jié)算制度等因素的影響，目前推廣應(yīng)用不多。 ??模具加工的輔助材料和專用技術(shù)近年來雖有所推廣應(yīng)用，但未形成成熟的生產(chǎn)技術(shù)，大多仍還處于試驗摸索階段，如模具表面涂層技術(shù)、模具表面熱處理技術(shù)、模具導(dǎo)向副潤滑技術(shù)、模具型腔傳感技術(shù)及潤滑技術(shù)、模具去應(yīng)力技術(shù)、模具抗疲勞及防腐技術(shù)等尚未完全形成生產(chǎn)力，走向商品化。一些關(guān)鍵、重要的技術(shù)也還缺少知識產(chǎn)權(quán)的保護。 ? 我國的模具標準件生產(chǎn)，80年代初才形成小規(guī)模生產(chǎn)，模具標準化程度及標準件的使用覆蓋面約占20%，從市場上能配到的也只有約30個品種，且僅限于中小規(guī)格。標準凸凹模、熱流道元件等剛剛開始供應(yīng)，模架及零件生產(chǎn)供應(yīng)渠道不暢，精度和質(zhì)量也較差。 3.4 模具工業(yè)產(chǎn)業(yè)組織結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀 ??我國的模具工業(yè)相對較落后，至今仍不能稱其為一個獨立的行業(yè)。我國目前的模具生產(chǎn)企業(yè)可劃分為四大類：專業(yè)模具廠，專業(yè)生產(chǎn)外供模具；產(chǎn)品廠的模具分廠或車間，以供給本產(chǎn)品廠所需的模具為主要任務(wù)；三資企業(yè)的模具分廠，其組織模式與專業(yè)模具廠相類似，以小而專為主；鄉(xiāng)鎮(zhèn)模具企業(yè)，與專業(yè)模具廠相類似。其中以第一類數(shù)量最多，模具產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的70%以上。我國的模具行業(yè)管理體制分散。目前有19個大行業(yè)部門制造和使用模具，沒有統(tǒng)一管理的部門。僅靠中國模具工業(yè)協(xié)會統(tǒng)籌規(guī)劃，集中攻關(guān)，跨行業(yè)，跨部門管理困難很多。 ? 模具適宜于中小型企業(yè)組織生產(chǎn)，而我國技術(shù)改造投資向大中型企業(yè)傾斜時，中小型模具企業(yè)的投資得不到保證。包括產(chǎn)品廠的模具車間、分廠在內(nèi)，技術(shù)改造后不能很快收回其投資，甚至負債累累，影響發(fā)展。 ? 雖然大多數(shù)產(chǎn)品廠的模具車間、分廠技術(shù)力量強，設(shè)備條件較好，生產(chǎn)的模具水平也較高，但設(shè)備利用率低。 ? 我國模具價格長期以來同其價值不協(xié)調(diào)，造成模具行業(yè)“自身經(jīng)濟效益小，社會效益大”的現(xiàn)象?！案赡＞叩牟蝗绺赡＞邩藴始?，干標準件的不如干模具帶件生產(chǎn)的。干帶件生產(chǎn)的不如用模具加工產(chǎn)品的”之類不正?，F(xiàn)象存在。 4模具的發(fā)展趨勢 4.1 模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三維化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展 （1）模具軟件功能集成化 ? 模具軟件功能的集成化要求軟件的功能模塊比較齊全，同時各功能模塊采用同一數(shù)據(jù)模型，以實現(xiàn)信息的綜合管理與共享，從而支持模具設(shè)計、制造、裝配、檢驗、測試及生產(chǎn)管理的全過程，達到實現(xiàn)最佳效益的目的。如英國Delcam公司的系列化軟件就包括了曲面/實體幾何造型、復(fù)雜形體工程制圖、工業(yè)設(shè)計高級渲染、塑料模設(shè)計專家系統(tǒng)、復(fù)雜形體CAM、藝術(shù)造型及雕刻自動編程系統(tǒng)、逆向工程系統(tǒng)及復(fù)雜形體在線測量系統(tǒng)等。集成化程度較高的軟件還包括：Pro/ENGINEER、UG和CATIA等。國內(nèi)有上海交通大學(xué)金屬塑性成型有限元分析系統(tǒng)和沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)；北京北航海爾軟件有限公司的CAXA系列軟件；吉林金網(wǎng)格模具工程研究中心的沖壓模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)等。 （2）模具設(shè)計、分析及制造的三維化 ??傳統(tǒng)的二維模具結(jié)構(gòu)設(shè)計已越來越不適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)和集成化技術(shù)要求。模具設(shè)計、分析、制造的三維化、無紙化要求新一代模具軟件以立體的、直觀的感覺來設(shè)計模具，所采用的三維數(shù)字化模型能方便地用于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的CAE分析、模具可制造性評價和數(shù)控加工、成形過程模擬及信息的管理與共享。如Pro/ENGINEER、UG和CATIA等軟件具備參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)等特點，從而使模具并行工程成為可能。另外，Cimatran公司的Moldexpert，Delcam公司的Ps-mold及日立造船的Space-E/mold均是3D專業(yè)注塑模設(shè)計軟件，可進行交互式3D型腔、型芯設(shè)計、模架配置及典型結(jié)構(gòu)設(shè)計。澳大利亞Moldflow公司的三維真實感流動模擬軟件MoldflowAdvisers已經(jīng)受到用戶廣泛的好評和應(yīng)用。國內(nèi)有華中理工大學(xué)研制的同類軟件HSC3D4.5F及鄭州工業(yè)大學(xué)的Z-mold軟件。面向制造、基于知識的智能化功能是衡量模具軟件先進性和實用性的重要標志之一。如Cimatron公司的注塑模專家軟件能根據(jù)脫模方向自動產(chǎn)生分型線和分型面，生成與制品相對應(yīng)的型芯和型腔，實現(xiàn)模架零件的全相關(guān)，自動產(chǎn)生材料明細表和供NC加工的鉆孔表格，并能進行智能化加工參數(shù)設(shè)定、加工結(jié)果校驗等。 （3）模具軟件應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化趨勢 ? 隨著模具在企業(yè)競爭、合作、生產(chǎn)和管理等方面的全球化、國際化，以及計算機軟硬件技術(shù)的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)使得在模具行業(yè)應(yīng)用虛擬設(shè)計、敏捷制造技術(shù)既有必要，也有可能。美國在其《21世紀制造企業(yè)戰(zhàn)略》中指出，到2006年要實現(xiàn)汽車工業(yè)敏捷生產(chǎn)/虛擬工程方案，使汽車開發(fā)周期從40個月縮短到4個月。 4.2 模具檢測、加工設(shè)備向精密、高效和多功能方向發(fā)展 （1）模具檢測設(shè)備的日益精密、高效 ? 精密、復(fù)雜、大型模具的發(fā)展，對檢測設(shè)備的要求越來越高?，F(xiàn)在精密模具的精度已達2～3μm，目前國內(nèi)廠家使用較多的有意大利、美國、日本等國的高精度三坐標測量機，并具有數(shù)字化掃描功能。如東風(fēng)汽車模具廠不僅擁有意大利產(chǎn)3250mm×3250mm三坐標測量機，還擁有數(shù)碼攝影光學(xué)掃描儀，率先在國內(nèi)采用數(shù)碼攝影、光學(xué)掃描作為空間三維信息的獲得手段，從而實現(xiàn)了從測量實物→建立數(shù)學(xué)模型→輸出工程圖紙→模具制造全過程，成功實現(xiàn)了逆向工程技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。這方面的設(shè)備還包括：英國雷尼紹公司第二代高速掃描儀(CYCLON SERIES2)可實現(xiàn)激光測頭和接觸式測頭優(yōu)勢互補，激光掃描精度為0.05mm，接觸式測頭掃描精度達0.02mm。另外德國GOM公司的ATOS便攜式掃描儀，日本羅蘭公司的PIX-30、PIX-4臺式掃描儀和英國泰勒·霍普森公司TALYSCAN150多傳感三維掃描儀分別具有高速化、廉價化和功能復(fù)合化等特點。 （2）數(shù)控電火花加工機床 ? 日本沙迪克公司采用直線電機伺服驅(qū)動的AQ325L、AQ550LLS-WEDM具有驅(qū)動反應(yīng)快、傳動及定位精度高、熱變形小等優(yōu)點。瑞士夏米爾公司的NCEDM具有P-E3自適應(yīng)控制、PCE能量控制及自動編程專家系統(tǒng)。另外有些EDM還采用了混粉加工工藝、微精加工脈沖電源及模糊控制(FC)等技術(shù)。 （3） 高速銑削機床(HSM) ??銑削加工是型腔模具加工的重要手段。而高速銑削具有工件溫升低、切削力小、加工平穩(wěn)、加工質(zhì)量好、加工效率高(為普通銑削加工的5～10倍)及可加工硬材料(<60HRC)等諸多優(yōu)點。因而在模具加工中日益受到重視。瑞士克朗公司UCP710型五軸聯(lián)動加工中心，其機床定位精度可達8μm，自制的具有矢量閉環(huán)控制電主軸，最大轉(zhuǎn)速為42000r/min。意大利RAMBAUDI公司的高速銑床，其加工范圍達2500mm×5000mm×1800mm，轉(zhuǎn)速達20500r/min，切削進給速度達20m/min。HSM一般主要用于大、中型模具加工，如汽車覆蓋件模具、壓鑄模、大型塑料等曲面加工，其曲面加工精度可達0.01mm。 4.3 快速經(jīng)濟制模技術(shù) ??縮短產(chǎn)品開發(fā)周期是贏得市場競爭的有效手段之一。與傳統(tǒng)模具加工技術(shù)相比，快速經(jīng)濟制模技術(shù)具有制模周期短、成本較低的特點，精度和壽命又能滿足生產(chǎn)需求，是綜合經(jīng)濟效益比較顯著的模具制造技術(shù)，具體主要有以下一些技術(shù)?！? ?? (1)快速原型制造技術(shù)(RPM)。它包括激光立體光刻技術(shù)(SLA) ；疊層輪廓制造技術(shù)(LOM) ；激光粉末選區(qū)燒結(jié)成形技術(shù)(SLS) ；熔融沉積成形技術(shù)(FDM) 和三維印刷成形技術(shù)(3D-P)等。 ?? (2)表面成形制模技術(shù)。它是指利用噴涂、電鑄和化學(xué)腐蝕等新的工藝方法形成型腔表面及精細花紋的一種工藝技術(shù)。 ?? (3)澆鑄成形制模技術(shù)。主要有鉍錫合金制模技術(shù)、鋅基合金制模技術(shù)、樹脂復(fù)合成形模具技術(shù)及硅橡膠制模技術(shù)等。 ?? (4)冷擠壓及超塑成形制模技術(shù)。 ?? (5)無模多點成形技術(shù)。 ?? (6)KEVRON鋼帶沖裁落料制模技術(shù)。 (7)模具毛坯快速制造技術(shù)。主要有干砂實型鑄造、負壓實型鑄造、樹脂砂實型鑄造及失蠟精鑄等技術(shù)。 ?? (8)其他方面技術(shù)。如采用氮氣彈簧壓邊、卸料、快速換模技術(shù)、沖壓單元組合技術(shù)、刃口堆焊技術(shù)及實型鑄造沖模刃口鑲塊技術(shù)等。 ?4.4 模具材料及表面處理技術(shù)發(fā)展迅速 ??模具工業(yè)要上水平，材料應(yīng)用是關(guān)鍵。因選材和用材不當(dāng)，致使模具過早失效，大約占失效模具的45%以上。在模具材料方面，常用冷作模具鋼有CrWMn、Cr12、Cr12MoV和W6Mo5Cr4V2，火焰淬火鋼(如日本的AUX2、SX105V(7CrSiMnMoV)等；常用新型熱作模具鋼有美國H13、瑞典QRO80M、QRO90SUPREME等；常用塑料模具用鋼有預(yù)硬鋼(如美國P20)、時效硬化型鋼(如美國P21、日本NAK55等)、熱處理硬化型鋼(如美國D2，日本PD613、PD555、瑞典一勝白136等)、粉末模具鋼(如日本KAD18和KAS440)等；覆蓋件拉延模常用HT300、QT60-2、Mo-Cr、Mo-V鑄鐵等，大型模架用HT250。多工位精密沖模常采用鋼結(jié)硬質(zhì)合金及硬質(zhì)合金YG20等。在模具表面處理方面，其主要趨勢是：由滲入單一元素向多元素共滲、復(fù)合滲(如TD法)發(fā)展；由一般擴散向CVD、PVD、PCVD、離子滲入、離子注入等方向發(fā)展；可采用的鍍膜有：TiC、TiN、TiCN、TiAlN、CrN、Cr7C3、W2C等，同時熱處理手段由大氣熱處理向真空熱處理發(fā)展。另外，目前對激光強化、輝光離子氮化技術(shù)及電鍍(刷鍍)防腐強化等技術(shù)也日益受到重視。 4.5 模具工業(yè)新工藝、新理念和新模式逐步得到了認同 ??在成形工藝方面，主要有沖壓模具功能復(fù)合化、超塑性成形、塑性精密成形技術(shù)、塑料模氣體輔助注射技術(shù)及熱流道技術(shù)、高壓注射成形技術(shù)等。另一方面，隨著先進制造技術(shù)的不斷發(fā)展和模具行業(yè)整體水平的提高，在模具行業(yè)出現(xiàn)了一些新的設(shè)計、生產(chǎn)、管理理念與模式。具體主要有：適應(yīng)模具單件生產(chǎn)特點的柔性制造技術(shù)；創(chuàng)造最佳管理和效益的團隊精神，精益生產(chǎn)；提高快速應(yīng)變能力的并行工程、虛擬制造及全球敏捷制造、網(wǎng)絡(luò)制造等新的生產(chǎn)哲理；廣泛采用標準件通用件的分工協(xié)作生產(chǎn)模式；適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保要求的綠色設(shè)計與制造等。