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4 3 1 1 流體動力潤滑 流體動力潤滑指通過液體的運動來實現(xiàn)潤滑的 就徑向滑動軸承而言 它已 經(jīng)被用來作為一個例子 該軸的旋轉(zhuǎn)使?jié)櫥瑒┻M入裝載區(qū) 被加載的區(qū)域?qū)⒃?該軸和軸承表面彼此最接近的那個點上 進入這個區(qū)域 像一個彎曲的楔形 是逐漸變細的 由于油是被迫進入楔形狹窄的部分 其壓力的增加 正是這種流體動壓力來 支撐軸的載荷 載荷的增加降低了油膜厚度的增加 而增加的流體動壓來潤滑 油膜厚度 反過來 流體動壓力是由原油粘度和在它被壓縮成楔形入口區(qū)的速 度來決定的 類似的壓力楔 它依賴于流體動力潤滑 在幾乎所有的系統(tǒng)中都是必要的 舉個例子 在一個直線滑動軸承中的楔形可以由一個傾斜的滑塊產(chǎn)生 如 fig 4 4 所示 fig 4 4 在直線滑動的軸承壓力楔 另外一種小型楔 可以通過倒圓角 倒角或除去滑塊的前沿部分來得到 在 某些情況下 一個楔形塊可能會由一個表面完全平滑的滑塊而產(chǎn)生 因為滑動 面中心溫度升高和膨脹 會產(chǎn)生極高的熱量 任意或所有這些類型的楔形都是 存在的 比如說在一個墊式的推力軸承 但某些類型的楔對于流體動壓潤滑是 必不可少的 一個例外是兩個表面之間的潤滑劑 受到擠壓 被迫從他們之間的空間離開 而移向另一個軸承表面 潤滑劑的粘度 有著防止?jié)櫥捅粩D出的作用 潤滑 油的粘度越高 其被擠出需要的承載力是更大的 因此對軸承表面損傷有著更 大的保護作用 這就是所謂的擠壓膜效應(yīng) 流體動力潤滑是對雷諾茲方程的數(shù)學(xué)描述 但對于大多數(shù)使用者來說記住油 膜厚度取決于軸承表面的速度和油的粘度是足夠的 粘度是油的唯一性 這在 流體動力潤滑上是重要的 流體動力潤滑在高速提供了更好的潤滑 在非常低的速度可能會導(dǎo)致潤滑失 效 理想情況下流體動力潤滑油膜應(yīng)該是足夠厚的 以確保在兩個曲面上的凸 起之間沒有聯(lián)系 換句話說 油膜厚度應(yīng)大于表面粗糙高度的總和 在 fig 4 3 這理想點是 B 但由于速度和載荷的軸承 和溫度 由此情況下的粘度 的油 不能保持絕對恒定 通常只是被用來針對那個點 B 這里的 h 是潤滑油膜厚度 P 是壓力 x 和 z 是坐標 U 和 V 在 x 和 z 方向的 速度 術(shù)語 和 描述的是該油被擠入楔形塊的速率 而 是油 的粘度 這能保證不僅摩擦?xí)浅＝咏钚≈档目赡?而且磨損也將會保持在最低限 度 在實踐中 新的軸承表面粗糙比通常是可取的 少量的接觸也是可以允許的 這將允許磨損發(fā)生在表面粗糙度減少的地方 或表面運行的地方 設(shè)計軸承系 統(tǒng)的目的應(yīng)該是一旦它達到運行條件 油膜厚度大于表面粗糙高度的總和 一種特殊類型的流體動力潤滑可以發(fā)生在特定的負載很大的接觸中 比如球 或滾子軸承和許多類型的齒輪傳動中 如果幾何形狀和運動類型是合適的 潤 滑油可以被困在入口區(qū) 并變成受到很高的壓力的部分 因為它是擠進狹小的 空間里大多數(shù)高負載的部分的接觸 這些壓力有兩個重要的作用 他們使?jié)櫥瑒┑恼扯却蟠笤黾?從而提高其承 載能力 同時他們以這樣的方式引起的裝載表面彈性變形來擴展到更大的面積 的負載 由于承載能力的控制 fig 4 5 給了一個彈流潤滑的如何發(fā)生的現(xiàn)象 fig 4 5 彈流潤滑的氣缸在平坦的表面 雖然技術(shù)上流體動力潤滑是潤滑液的一種形式 它也可以被應(yīng)用到通過氣體 的潤滑 提供那些負載和速度條件都合適的粘度極低的氣體 4 3 1 1 邊界潤滑 當油膜厚度變得太小而不能給表面的流體膜分離時 粗糙的表面開始彼此接 觸 潤滑劑的性能除了體積粘性開始變得重要 在 fig 4 3 區(qū)域 1 油膜已變 得非常薄 沒有水動力作用而只有邊界潤滑是有效的 這兒的 在入口區(qū)潤滑油的粘度 R 有效半徑 E 楊氏模量 Q 赫茲接觸壓力 粘度隨壓力增加的程度 在大多數(shù)正常情況下表面微凸體最初是由涂有薄膜的氧化物 鐵氧化物在鐵 或鋼 鋁氧化物 氧化鋁 覆蓋在鋁上等等形成的 當這些表面相互摩擦 他 們吸附物是比較溫和的 然而 如果氧化物薄膜通過大力摩擦去除 暴露的金 屬表面有一個非常大的傾向去吸附 因此 如果軸承表面保留有氧化物薄膜 粗糙表面之間的接觸會給予適度的 摩擦和磨損 如果他們失去了那層氧化物薄膜 將會有較高的摩擦或嚴重的磨 損 在這兩種情況下的邊界潤滑的目的是減少摩擦和磨損 對此有多種方法可 以這樣去做 1 吸附作用 所有的固體表面會有一種從他們周圍的環(huán)境吸引一層薄膜物質(zhì)的傾向 這樣 的薄膜可能是只有一個或幾個分子厚 并且被認為是表面上的吸附 較厚或更 強的吸附膜的支承表面可以提供更大的保護 吸附是一種可逆的過程 并且吸附物是可以解吸的 如果加熱到臨界溫度 或通過某種物質(zhì)被移走 將會受到更強的吸附力 這最明顯的效果是體現(xiàn)在邊 界潤滑上 因為在潤滑劑存在下 吸附性強的物質(zhì)將被優(yōu)先吸附 在制定潤滑 劑時會有更有效的邊界潤滑添加劑 吸附的一個有用的副產(chǎn)物是力學(xué)性能的降低 特別是 在一個吸附膜的存在 下金屬的屈服應(yīng)力 由于這種效果 較低的應(yīng)力是在凹凸碰撞時產(chǎn)生的 在新 的軸承表面運行時 去除過度粗糙后效果會更好 2 表面上的化學(xué)吸附 吸附到金屬表面后 一些物質(zhì)會與金屬或氧化物表面反應(yīng)生成新的化合物 這種物質(zhì)稱為化學(xué)吸附 化學(xué)吸附材料比金屬表面的吸附材料能更好結(jié)合起來 而且化學(xué)吸附過程是 不可逆的 這種薄膜可以有非常有效的邊界潤滑 3 化學(xué)反應(yīng) 在光或適度的摩擦下 吸附和化學(xué)吸附膜在減少摩擦和磨損是非常有效的 他們在劇烈摩擦條件下很容易被機械去除 因此不能有效地阻止嚴重的磨損或 被抵消 自然氧化層減少嚴重磨損和抵消 但一旦通過摩擦被去除 表面的再 氧化可能太慢而是有效的 要處理這樣的情況 更多的活性化學(xué)物質(zhì)可以被添加到潤滑油和軸承的表面 來產(chǎn)生這種物質(zhì)的反應(yīng) 將產(chǎn)生有效的保護膜 問題是活性化學(xué)物質(zhì)如磷酸是 否會繼續(xù)反應(yīng) 從而侵蝕金屬表面 解決的辦法是使用含硫磺的 磷 氯的有機化合物 這可以在氧化的金屬表 面產(chǎn)生吸附或化學(xué)吸附 但將與重新暴露的已被移除氧化膜的金屬表面快速作 出反應(yīng) 對于潤滑和腐蝕的控制 在這種方式下軸承表面的化學(xué)制品的反應(yīng)可以限制 到最小程度的必要 盡管如此 一些更強大的極壓添加劑會慢慢地腐蝕某些金 屬 應(yīng)該只是被用于在摩擦條件非常嚴重的地方 比如用在金屬切削上 4 3 1 4 靜壓潤滑 在上面的部分解釋了壓力給全流體膜分離的負載軸承表面是由表面的運動產(chǎn) 生的 同樣的效果可以通過強制潤滑的軸承外部施加的壓力下得到 這將使全 油膜分離來實現(xiàn)到粘度或速度將不足以支撐負載的輸出的地方 外壓的基本理論 有時稱為靜壓 潤滑是很簡單的 所需的平均壓力等于負載 除以有效承載面積 在實踐中 液體靜壓軸承的設(shè)計還必須考慮到保持穩(wěn)定的需要和控制潤滑油 流量 外部加壓可用于液體潤滑劑或潤滑脂 但也被用來作為常用的氣 它可以抵 消那些與粘度非常低的氣體相關(guān)問題的偏移 4 3 1 5 干燥或固體潤滑 一種固體潤滑劑基本上是可被放置在兩個軸承表面的任何固體物質(zhì) 在給定 載荷下比軸承材料本身的摩擦將更容易剪切 在干摩擦系數(shù)對剪切力和軸承負 荷相關(guān) 剪切力 負載 在實踐中 某些特定的屬性都需要一種優(yōu)良的固體潤滑劑 如化學(xué)穩(wěn)定性 粘附一個軸承表面的能力 等等 揚州大學(xué)機械工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 論文 前期工作材料 學(xué)生姓名 于 程 學(xué)號 100007141 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 設(shè)計 論文 題目 護板級進模設(shè)計 指導(dǎo)老師 李益民 材 料 目 錄 序號 名 稱 數(shù)量 備注 1 畢業(yè)設(shè)計 論文 選題 審題表 1 2 畢業(yè)設(shè)計 論文 任務(wù)書 1 3 畢業(yè)設(shè)計 論文 實習(xí)調(diào)研報告 1 4 畢業(yè)設(shè)計 論文 開題報告 含文獻綜述 1 5 畢業(yè)設(shè)計 論文 外文資料翻譯 含原文 1 6 畢業(yè)設(shè)計 論文 中期檢查表 1 2014 年 2 月 17 日 揚州大學(xué)機械工程學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計 論文 選題 審題表 學(xué) 院 機械學(xué)院 姓名 李益民 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 選題 教師 專業(yè)技 術(shù)職務(wù) 副教授 申報課題名稱 護板級進模設(shè)計 A B C D E A B C D課題性質(zhì) 課題來源 課題簡介 根據(jù)給定冷沖壓件零件 設(shè)計一套級進模 使學(xué)生初步學(xué)會借 助設(shè)計資料設(shè)計沖壓模具 掌握沖壓模具的設(shè)計步驟 模具設(shè)計資 料的使用 設(shè)計 論文 要 求 包括應(yīng)具備的 條件 該課題主要完成沖壓件冷沖壓加工工藝設(shè)計 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 主要零件三維造型及虛擬裝配 學(xué)生的要求 具有模具設(shè)計的基礎(chǔ) 知識及三維 CAD 軟件應(yīng)用 大 適中 小 難 一般 易課題預(yù)計 工作量大小 課題預(yù)計 難易程度 所在專業(yè)審定意見 負責人 簽名 年 月 日 院主管領(lǐng)導(dǎo)意見 簽名 年 月 日 說明 1 該表作為本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 論文 課題申報時專用 由選題教師填寫 經(jīng)所在專業(yè)有關(guān) 人員討論 負責人簽名后生效 2 有關(guān)內(nèi)容的填寫見背面的填表說明 并在表中相應(yīng)欄打 課題一旦被學(xué)生選定 此表須放在 畢業(yè)設(shè)計 論文 資料袋 中存檔 填 表 說 明 1 該表的填寫只針對 1 名學(xué)生做畢業(yè)設(shè)計 論文 時選擇使用 如同一課題由 2 名及 2 名以上同學(xué)選擇 應(yīng)在申報課題的名稱上加以區(qū)別 加副標題 并且在 設(shè)計 論文 要求 一欄上加以體現(xiàn) 2 課題性質(zhì) 一欄 A 工程設(shè)計 B 實驗研究 C 軟件工程 如 CAI 課題等 D 理論探討 E 其它 3 課題來源 一欄 A 自然科學(xué)基金與部 省 市級以上科研課題 B 企 事業(yè)單位委托課題 C 校 院 系 級基金課題 D 自擬課題 4 課題簡介 一欄 主要指研究設(shè)計該課題的背景介紹及目的 意義 5 設(shè)計 論文 要求 包括應(yīng)具備的條件 一欄 主要指本課題技術(shù)方面的要求 而 條件 指從事課題必須具備的基本條件 如儀器設(shè)備 場地 文獻資料等 揚州大學(xué)機械工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 論文 任務(wù)書 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué) 生 姓 名 于 程 學(xué)號 100007141 畢業(yè) 論文 題目 護板級進模設(shè)計 起 迄 日 期 2014 2 17 2014 5 16 設(shè)計 論文 地點 指 導(dǎo) 老 師 李益民 專業(yè)負責人 發(fā)任務(wù)書日期 2014 年 2 月 17 日 任務(wù)書填寫要求 1 畢業(yè)設(shè)計 論文 任務(wù)書由指導(dǎo)老師根據(jù)各課題的具體情況填寫 經(jīng)學(xué)生所在 專業(yè)的負責人審查 學(xué)院分管領(lǐng)導(dǎo)簽字后生效 此任務(wù)書應(yīng)在畢業(yè)設(shè)計 論文 開始前 一周內(nèi)填好并發(fā)給學(xué)生 2 任務(wù)書內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標準格式 可在 本學(xué)院網(wǎng)頁上下載 打印 不得隨便涂改或潦草書寫 禁止打印在其它紙上后剪貼 3 任務(wù)書內(nèi)填寫的內(nèi)容 必須和學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 論文 完成的情況相一致 若有 變更 應(yīng)當經(jīng)過所在專業(yè)的教科部及學(xué)院主管領(lǐng)導(dǎo)審批后方可重新填寫 4 任務(wù)書內(nèi)有關(guān) 教科部 專業(yè) 等名稱的填寫 應(yīng)寫中文全稱 不能寫數(shù)字 代碼 學(xué)生的 學(xué)號 要寫全號 不能只寫最后 2 位或 1 位數(shù)字 5 任務(wù)書內(nèi) 主要參考文獻 的填寫 應(yīng)按照國標 GB 7714 87 文后參考文獻著 錄規(guī)則 的要求書寫 不能有隨意性 6 有關(guān)年月日等日期的填寫 應(yīng)當按照國標 GB T 7408 94 數(shù)據(jù)元和交換格式 信息交換 日期和時間表示法 規(guī)定的要求 一律用阿拉伯數(shù)字書寫 如 2005 年 3 月 21 日 或 2005 03 21 畢業(yè)設(shè)計 論文 任務(wù)書 1 本畢業(yè)設(shè)計 論文 課題應(yīng)達到的目的 通過該課題的畢業(yè)設(shè)計可以使學(xué)生掌握沖壓模具設(shè)計的基本原理和方 法 綜合運用本專業(yè)所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識分析和解決沖壓工藝 和模具設(shè)計中的問題 著重培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計能力 主要包括設(shè)計 計 算 繪圖及三維 CAD 軟件應(yīng)用能力 以及獨立解決和分析問題的能力 2 本畢業(yè)設(shè)計 論文 課題任務(wù)的內(nèi)容和要求 包括原始數(shù)據(jù) 技術(shù)要求 工作要求等 1 查閱文獻資料15篇以上 翻譯不少于五千印刷符的英文資料 2 沖壓件零件的工藝分析及沖壓工藝設(shè)計 3 沖壓件階進模設(shè)計 4 階進模主要零件設(shè)計 5 完成模具零件三維造型 6 加工工藝及模具設(shè)計說明書 畢業(yè)設(shè)計 論文 任務(wù)書 3 對本畢業(yè)設(shè)計 論文 課題成果的要求 包括畢業(yè)設(shè)計論文 圖 表 實物樣品等 1 零件沖壓工藝規(guī)程 一套 2 階進模裝配圖 一套 3 階進模主要零件的零件圖 零件三維圖 一套 4 沖壓工藝規(guī)程及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計說明書 一份 5 翻譯不少于 5000 印刷符的英文資料 一份 4 主要參考文獻 1 機械制造工藝裝備設(shè)計手冊 李慶壽 寧夏人民出版社 2 UG 范例教程 黃貴東 清華大學(xué)出版社 3 PRO ENGINEER 2001 機械設(shè)計實例教程 衛(wèi)朝富 中國鐵道出版社 4 模具設(shè)計與制造簡明手冊 馮炳堯 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 5 機械制造工藝標準手冊 張紀真 機械工業(yè)出版社 6 中國模具設(shè)計大典 中國機械工程協(xié)會 江西科學(xué)技術(shù)出版社 7 沖壓模具結(jié)構(gòu)與設(shè)計圖解 日 太田哲 國防工業(yè)出版 社 8 沖模結(jié)構(gòu)圖冊 9 沖壓工藝學(xué) 李碩本 機械工業(yè)出版社 10 汽車覆蓋件沖壓成形技術(shù) 崔令江 機械工業(yè)出版社 畢業(yè)設(shè)計 論文 任務(wù)書 5 本畢業(yè)設(shè)計 論文 課題工作進度計劃 起止日期 工 作 內(nèi) 容 2 17 3 2 3 3 3 23 3 24 4 13 4 14 4 27 4 28 5 7 5 8 5 16 1 資料收集 翻譯 2 周 2 編制冷沖壓零件的沖壓工藝規(guī)程 3 周 包括沖壓件的工藝性分析 確定工序性質(zhì) 工序數(shù)目 工序順序及工序間半成品的尺寸 確定沖模結(jié)構(gòu)形式 選定 沖壓設(shè)備 進行必要的工藝計算并對沖壓設(shè)備進行校核等 3 階進?？傮w設(shè)計 3 周 繪制沖模 總體 草圖 初步確定沖模外形尺寸 4 完成裝配總圖 必須手工繪圖 2 周 5 主要零部件設(shè)計 1 5 周 設(shè)計各零部件具體結(jié)構(gòu) 繪零件圖 并完成零件三維造 型及模擬裝配 6 整理設(shè)計說明書 1 5 周 所在專業(yè)審核意見 負責人 年 月 日 學(xué)院意見 院長 年 月 日 揚州大學(xué)機械工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 論文 開題報告 學(xué) 生 姓 名 于 程 學(xué)號 100007141 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 設(shè) 計 論 文 題 目 護 板 級 進 模 設(shè) 計 指 導(dǎo) 老 師 李益民 2014 年 月 日 開題報告填寫要求 1 開題報告 含 文獻綜述 作為畢業(yè)設(shè)計 論文 答辯委員會對學(xué)生答辯資格 審核的依據(jù)材料之一 此報告應(yīng)在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下 由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計 論文 工作 前期內(nèi)完成 經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)的教科部審核后生效 2 開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標準格式 可 從本學(xué)院網(wǎng)頁上下載 打印 禁止打印在其它紙上后剪貼 完成后應(yīng)及時交給指導(dǎo)教師 簽署意見 3 文獻綜述 應(yīng)按論文的格式成文 并直接書寫 或打印 在本開題報告第一欄 目內(nèi) 學(xué)生寫文獻綜述的參考文獻應(yīng)不少于 15 篇 不包括辭典 手冊 4 有關(guān)年月日等日期的填寫 應(yīng)當按照國標 GB T 7408 94 數(shù)據(jù)元和交換格式 信息交換 日期和時間表示法 規(guī)定的要求 一律用阿拉伯數(shù)字書寫 如 2005 年 3 月 21 日 或 2005 03 21 畢業(yè)設(shè)計 論文 開題報告 1 結(jié)合畢業(yè)設(shè)計 論文 課題情況 根據(jù)所查閱的文獻資料 每人撰寫 2000 字左右的文獻綜述 文 獻 綜 述 護板級進模設(shè)計 摘要 本綜述主要從模具的行業(yè)背景 地位 發(fā)展狀況和規(guī)模來介紹模具制造在工業(yè) 生產(chǎn)中的地位 以及中外模具行業(yè)的差距 并扼要介紹了我國多工位級進模的研究現(xiàn) 狀及發(fā)展趨勢 以此來談?wù)剬φn題的研究和對方案的確定 關(guān)鍵詞 模具行業(yè) 多工位級進模 發(fā)展趨勢 1 1 引言 模具是工業(yè)生產(chǎn)中重要的工藝設(shè)備 是國民經(jīng)濟各部門發(fā)展的重要基礎(chǔ)之一 而 作為冷沖模中一種的級進模 更是在當今模具生產(chǎn)中起到了極其重要的作用 級進模 由多個工位組成 各工位按順序關(guān)聯(lián)完成不同的加工 在沖床的一次行程中完成一系 列的不同的沖壓加工 一次行程完成以后 由沖床送料機按照一個固定的步距將材料 向前移動 這樣在一副模具上就可以完成多個工序 一般有沖孔 落料 折彎 切邊 拉伸等等 多工位級進模具有高效 高精度 長壽命的特點 它已成為實現(xiàn)大生產(chǎn) 降低生產(chǎn)成本的最佳選擇 是當代先進模具的代表 1 2 模具行業(yè) 模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備 被稱為 工業(yè)之母 現(xiàn)代模具工業(yè)有 不衰亡 工業(yè) 之稱 現(xiàn)代模具工業(yè)有 不衰亡工業(yè) 之稱 世界模具市場總體上供不應(yīng)求 市 場需求量維持在每年 600 億至 650 億美元 同時 我國的模具產(chǎn)業(yè)也迎來了新一輪的 發(fā)展機遇 近 10 年來 我國模具行業(yè)一直以每年 15 的增長速度快速發(fā)展 十五期間 我國模具行業(yè)年增長速度達到 20 2005 年模具銷售額達 610 億元 同比增長 25 排在世界第三位 模具出口大幅增長 表明模具水平和競爭力提高 據(jù)海關(guān)統(tǒng)計 2005 年模具出口 7 4 億美元 同比增長 50 以上 模具產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更趨高檔 復(fù)雜 精密 長壽命的模具份額提高到 30 作為國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)行業(yè) 模具涉及機械 汽車 輕工 電子 化工 冶金 建 材等各個行業(yè) 應(yīng)用范圍十分廣泛 目前 電子 汽車 電機 電器 儀器 儀表 家 電 通訊和軍工等產(chǎn)品中 60 80 的零部件 都要依靠模具成型 用模具成型的制件 所表現(xiàn)出來的高精度 高復(fù)雜性 高一致性 高生產(chǎn)率和低消耗 是其他加工制造方法 所無法比擬 模具在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量 效益和開發(fā)能力 目前我國模具 行業(yè)的生產(chǎn)企業(yè)和職工總數(shù)在世界上的排名已躍居第一 生產(chǎn)銷量排名世界第三 模具 生產(chǎn)總量雖然已位居世界第三 但設(shè)計制造水平在總體上要比德 美等國家落后許多 也比韓國 新加坡等國落后而且國內(nèi)模具市場過早陷入了價格戰(zhàn)的誤區(qū) 還缺乏自主 創(chuàng)新的能力 尤其缺乏誠信可靠的市場體系 鑒于模具作為包括機床工具 汽車制造 食品包裝等在內(nèi)的機械行業(yè)中機械基礎(chǔ) 件產(chǎn)業(yè) 以及電工電器 電子及信息行業(yè)的支持產(chǎn)業(yè) 在發(fā)展先進生產(chǎn)力當中 處于非常 關(guān)鍵并服務(wù)全行業(yè)的地位 其發(fā)展對產(chǎn)業(yè)配套能力的提升和促進產(chǎn)業(yè)聚集優(yōu)勢的形成將 起到重要作用 1 3 多工位級進模的研究現(xiàn)狀 多工位級進模 又稱為連續(xù)模 跳步模 它是在一副模具內(nèi) 按所加工的工件分 為若干等距離的工位 在每個工位上設(shè)置一個或幾個基本沖壓工序 來完成沖壓工件 的加工 具有精密 高效 長壽命的特點 是技術(shù)密集型模具的重要代表 是沖模發(fā) 展方向之一 它適用于沖壓小尺寸 薄料 形狀復(fù)雜和大批量生產(chǎn)的沖壓零件 這種 模具除進行沖孔落料工作外 還可根據(jù)零件結(jié)構(gòu)的特點和成型性質(zhì) 完成壓筋 沖窩 彎曲 拉深等成形工序 甚至還可以在模具中完成裝配工序 沖壓時 將帶料或條料 由模具入口端送進后 在嚴格控制步距精度的條件下 按照成形工藝安排的順序 通 過各工位的連續(xù)沖壓 在最后工位經(jīng)過沖裁或切斷后 便可沖制出符合產(chǎn)品要求的沖 壓件 為保證多工位級進模的正常工作 模具必須具有高精度的導(dǎo)向和準確的定距系 統(tǒng) 配備有自動送料 自動出件 安全檢測等裝置 所以多工位級進模與普通沖模相 比要復(fù)雜 具有如下特點 1 在一副模具中 可以完成包括沖裁 彎曲 拉深和成形等多道沖壓工序 減少 了使用多副模具的周轉(zhuǎn)和重復(fù)定位過程 顯著提高了勞動生產(chǎn)效率和設(shè)備利用率 2 由于在級進模中工序可以分散 不必集中在一個工位上 故不存在復(fù)合模的 最小壁厚 問題 可根據(jù)模具強度和模具的裝配需要留出空工位 從而保證模具的 強度和裝配空間 3 多工位級進模通常具有高精度的內(nèi)外導(dǎo)向 除模架導(dǎo)向精度要求高外 還必須 對細小凸模實施內(nèi)導(dǎo)向保護 和準確的定距系統(tǒng) 以保證產(chǎn)品零件的加工精度和模具 壽命 4 多工位級進模常采用高速沖床生產(chǎn)沖壓件 模具采用了自動送料 自動出件 安全檢測等自動化裝置 操作安全 具有較高的生產(chǎn)效率 目前 世界上最先進的多 工位級進模工位多達 50 多個 沖壓速度達 1000 次每分以上 5 級進模結(jié)構(gòu)復(fù)雜 模具制造精度要求很高 給模具的制造 調(diào)試及維修帶來一 定的難度 同時要求模具零件具有互換性 在模具零件磨損或損壞后要求更換迅速 方便 可靠 6 多工位級進模主要用于沖制厚度較薄 一般不超過 2mm 產(chǎn)量大 形狀復(fù)雜 精度要求較高的中小型零件 用這種模具沖制的零件 精度可達 IT10 級 7 采用級進模也受到一些限制 比如工位數(shù)較多 不太適合太大的工件 要考慮 模具與沖床工作臺的匹配性 其二是對其材料要求較高 要求必須是規(guī)則的條料或卷 料 對于邊角余料不可利用 且由于要保證要保證連續(xù)沖壓與可靠的送進步距 導(dǎo)致 工藝廢料較多 材料利用率低 同時模具造價昂貴 僅適用于大批量生產(chǎn) 8 由于級進模連續(xù)地進行各種沖壓 必然會引起條料載體和工件的變形 由于沖 壓分多工位進行 必然引起一定的送進的積累誤差 一般來說 與復(fù)合模相比級進模 生產(chǎn)的工件精度略低 1 4 多工位級進模的發(fā)展趨勢 在國內(nèi)多工位級進模的不斷發(fā)展的行情下 市場對多工位級進模的功能要求也越 來越復(fù)雜 實現(xiàn)了由以往的單排級進模技術(shù)向雙排大跨越 以電機鐵芯多工位級進模 為例 已經(jīng)從原來的普通疊片發(fā)展成雙排交換疊片 多排交換疊片 因此 在結(jié)構(gòu)的 精密度上有一定的制造難度 精密加工的要求不斷提升 推動了多工位級進模向更高 層次的進步與發(fā)展 總體來說 多工位級進模技術(shù)含量在模具行業(yè)已高難度新型產(chǎn)品 但從國外的技 術(shù)指標分析 它可以分為三個層次 分別為最高級 高級 和中級三層 在最高級的多工位級進模系統(tǒng)中 多工位的自動穿絲技術(shù)基礎(chǔ)上 進一步實現(xiàn)了 產(chǎn)品的自動交交換功能 在自動完成全程工作中 通過減少了人員的干擾 達到了預(yù) 定的指標 而代表著高層次發(fā)展方向的多工位級進模發(fā)展中 為了達到預(yù)定的工藝指 標 因此 企業(yè)在高端產(chǎn)品的發(fā)展中 自動化 信息化已成為未來多工位級進模的發(fā) 展方向 隨著與國際接軌的腳步不斷加快 市場競爭的日益加劇 人們已經(jīng)越來越認識到 產(chǎn)品質(zhì)量 成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性 近年來許多模具企業(yè)因此加大了用于 技術(shù)進步的投資力度 一些國內(nèi)模具企業(yè)已普及了二維 CAD 并陸續(xù)開始使用 UG Pro Engineer I DEAS 等國際通用軟件 個別廠家還引進了 Moldf 隨著與國際接 軌的腳步不斷加快 市場競爭的日益加劇 人們已經(jīng)越來越認識到產(chǎn)品質(zhì)量 成本和 新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性 近年來許多模具企業(yè)因此加大了用于技術(shù)進步的投資力 度 一些國內(nèi)模具企業(yè)已普及了二維 CAD 并陸續(xù)開始使用 UG Pro Engineer I DEAS 等國際通用軟件 個別廠家還引進了 Moldflow 等 CAE 軟件 并成功應(yīng)用于多 工位級進模的設(shè)計中 目前 以汽車覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技術(shù)已取得很大進步 東 風汽車公司模具廠 一汽模具中心等模具廠家已能生產(chǎn)部分轎車覆蓋件模具 此外 許多研究機構(gòu)和大專院校開展模具技術(shù)的研究和開發(fā) 在模具 CAD CAE CAM 技術(shù)方 面取得了顯著進步 例如 吉林大學(xué)汽車覆蓋件成型技術(shù)所獨立研制的汽車覆蓋件沖 壓成型分析 KMAS 軟件 華中理工大學(xué)模具技術(shù)國家重點實驗室開發(fā)的注塑模 汽車 覆蓋件模具和級進模 CAD CAE CAM 軟件 上海交通大學(xué)模具 CAD 國家工程研究中 心開發(fā)的冷沖模和精沖研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖模 CAD 軟件等 而多工位級進模技術(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 價格低 的要求服務(wù) 專家認為 未來多工位級進模具制造技術(shù)有以下幾大發(fā) 展趨勢 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(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 進一步擴大 CAE 技術(shù)的應(yīng)用范圍 計算機和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展正使 CAD CAM CAE 技術(shù)跨地區(qū) 跨企業(yè) 跨院所地在整個行業(yè)中推廣成為可能 實現(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 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?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 模具掃描系統(tǒng)已在汽 車 摩托車 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)的機床在模具加工中應(yīng)用 預(yù)計這一技術(shù)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(zhì)材料及先進表面處理技術(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 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化 智能化 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 這是我國長遠發(fā)展的目標 模具自動加工系統(tǒng)應(yīng)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(zhì) 量監(jiān)測控制系統(tǒng) 1 5 主要參考文獻 1 機械制造工藝裝備設(shè)計手冊 李慶壽 寧夏人民出版社 2 UG 范例教程 黃貴東 清華大學(xué)出版社 3 PRO ENGINEER 2001 機械設(shè)計實例教程 衛(wèi)朝富 中國鐵道出版社 4 模具設(shè)計與制造簡明手冊 馮炳堯 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 5 機械制造工藝標準手冊 張紀真 機械工業(yè)出版社 6 中國模具設(shè)計大典 中國機械工程協(xié)會 江西科學(xué)技術(shù)出版社 7 沖壓模具結(jié)構(gòu)與設(shè)計圖解 日 太田哲 國防工業(yè)出版社 8 沖模結(jié)構(gòu)圖冊 9 沖壓工藝學(xué) 李碩本 機械工業(yè)出版社 10 汽車覆蓋件沖壓成形技術(shù) 崔令江 機械工業(yè)出版社 11 沖壓工藝及模具 劉華剛 化學(xué)工業(yè)出版社 12 多工位級進模設(shè)計標準教程 歐陽波儀 化學(xué)工業(yè)出版社 13 沖壓成形工藝與模具設(shè)計 李啟涵 科學(xué)出版社 14 冷沖壓工藝及模具設(shè)計 康俊遠 北京理工大學(xué)出版社 15 沖壓工藝及模具設(shè)計 吳詩淳 西北工業(yè)大學(xué)出版社 畢業(yè)設(shè)計 論文 開題報告 2 本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段 途徑 2 1 選題的背景 本次課程設(shè)計的題目是的級進模設(shè)計 根據(jù)以前所學(xué)過的機械專業(yè)知識 結(jié)合生產(chǎn) 中的實際問題和對多工位級進模的認識設(shè)計出符合零件要求的模具 學(xué)習(xí)和研究沖壓模 具設(shè)計的一般方法 綜合運用所學(xué)的理論知識 方法和技能 進行研究分析與設(shè)計 使 專業(yè)知識能得到進一步鞏固和深化 同時 也培養(yǎng)了獨立分析的能力和創(chuàng)新進的精神 為本人日后的實際工作奠定知識基礎(chǔ) 主要內(nèi)容 分析 確定 計算沖壓件工藝方案 確定模具的結(jié)構(gòu)形式 模具總體的 設(shè)計 計算凹凸模刃口尺寸 確定拉伸次數(shù) 模具主要零部件的設(shè)計與選用等等 2 2 研究方案 利用三維繪圖軟件 Pro Engineer 軟件對模具進行設(shè)計 設(shè)計出模具各個零件的形狀 和大小 然后把這些零件裝配到一起 組成一個完整的模具 再對各個零件進行干涉檢 查 防止加工模具時出現(xiàn)問題 造成經(jīng)濟損失 模具整個裝配體設(shè)計過程如下 1 對零件進行工藝性分析 2 利用 Pro Engineer 軟件分別對各個部分的零件進行設(shè)計 3 繼續(xù)對各個部分的零部件進行詳細的設(shè)計 4 利 Pro Engineer 的裝配功能對各部分零件進行虛擬裝配 并對整個模具進行干 涉檢查 以驗證設(shè)計的正確性 采用這樣的設(shè)計方法可以減少了設(shè)計 計算 制圖所需 要的時間 縮短了設(shè)計周期 從多種方案中進行分析 比較 選出最優(yōu)的方案 實現(xiàn)設(shè) 計方案的優(yōu)化 縮短了模具設(shè)計到生產(chǎn)的周期 提高了產(chǎn)品質(zhì)量 2 3 擬可能遇到的問題和解決辦法 首先應(yīng)根據(jù)實際沖壓件圖樣分析 分析該沖壓件工藝過程設(shè)計的可能方案 情況綜 合分析后確定具體方案 最后選擇方式 采用 CAD CAE CAM 軟件進行整個設(shè)計的三維模 擬分析是尤為必要 零件坯料的各部分尺寸計算和各工藝參數(shù)比較復(fù)雜 必要時使用 solidworks 軟件來進行輔助計算 2 4 預(yù)期結(jié)果 1 掌握模具設(shè)計的流程 熟知模具設(shè)計的基本原理和設(shè)計方法 熟練應(yīng)用二維軟 件進行模具設(shè)計繪圖 2 完成模具設(shè)計 3 完成所需零件圖繪制和工序所用的模具圖繪制 畢業(yè)設(shè)計 論文 開題報告 指導(dǎo)教師意見 1 對 文獻綜述 的評語 2 對本課題的深度 廣度及工作量的意見和對設(shè)計 論文 結(jié) 果的預(yù)測 指導(dǎo)老師 年 月 日 所在專業(yè)審查意見 負責人 年 月 日 揚州大學(xué)機械工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 論文 外文資料翻譯 教 科 部 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 姓 名 于程 學(xué) 號 100007141 外 文 出 處 lubrication 用外文寫 附 件 指導(dǎo)老師評語 簽 名 年 月 日 注 請將該封面與附件裝訂成冊 揚州大學(xué)機械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 中期檢查表 學(xué)生姓名 學(xué)號 指導(dǎo)教師 課題名稱 難易程度 偏難 適中 偏易選題情況 工 作 量 較大 合理 較小 任務(wù)書 有 無 開題報告 有 無 符合規(guī)范 化 的要求 外文翻譯質(zhì)量 優(yōu) 良 中 差 學(xué)習(xí)態(tài)度 出勤情況 好 一般 差 工作進度 快 按計劃進行 慢 中期工作 匯報及解 答問題情 況 優(yōu) 良 中 差 中期成績評定 所在專業(yè)意見 負責人 年 月 日 設(shè)計用紙 第 0 頁 共 23 頁 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 設(shè)計用紙 第 1 頁 共 23 頁 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 設(shè)計用紙 第 2 頁 共 23 頁 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 設(shè)計用紙 第 3 頁 共 23 頁 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) 設(shè)計用紙 第 4 頁 共 23 頁 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 滑移線場方法 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 FAST 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 設(shè)計用紙 第 5 頁 共 23 頁 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 總之 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 FAST 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 設(shè)計用紙 第 6 頁 共 23 頁 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 設(shè)計用紙 第 7 頁 共 23 頁 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 設(shè)計用紙 第 8 頁 共 23 頁 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 0 06 二 預(yù)測應(yīng)變 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 設(shè)計用紙 第 9 頁 共 23 頁 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) 設(shè)計用紙 第 10 頁 共 23 頁 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 設(shè)計用紙 第 11 頁 共 23 頁 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?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 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 設(shè)計用紙 第 12 頁 共 23 頁 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 設(shè)計用紙 第 13 頁 共 23 頁 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 已成為當代工業(yè)生產(chǎn) 的重要手段和工藝發(fā)展方向 現(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) 設(shè)計用紙 第 14 頁 共 23 頁 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 設(shè)計用紙 第 15 頁 共 23 頁 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 設(shè)計用紙 第 16 頁 共 23 頁 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 設(shè)計用紙 第 17 頁 共 23 頁 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 設(shè)計用紙 第 18 頁 共 23 頁 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 干模具的不如干模具標準件的 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 之類不正常現(xiàn)象存在 設(shè)計用紙 第 19 頁 共 23 頁 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 設(shè)計用紙 第 20 頁 共 23 頁 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 現(xiàn)在精密模具 的精度已達 2 3 m 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 8 m 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 設(shè)計用紙 第 21 頁 共 23 頁 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 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 設(shè)計用紙 第 22 頁 共 23 頁 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