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設(shè)計(jì)用紙 第 0 頁(yè) 共 23 頁(yè) 在沖壓過(guò)程模擬 產(chǎn)品和工藝設(shè)計(jì)最新應(yīng)用 摘 要 工藝產(chǎn)品和工藝設(shè)計(jì)仿真都是目前正在實(shí)行產(chǎn)業(yè) 然而 一個(gè)變量數(shù)目會(huì) 對(duì) 輸入的準(zhǔn)確性和計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)的可靠性產(chǎn)生重大的影響 曾經(jīng)進(jìn)行一項(xiàng)有關(guān)沖壓 模擬能力評(píng)估預(yù)測(cè)的特點(diǎn)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(guò)程的進(jìn)行模擬測(cè)試達(dá)到的兩個(gè)目標(biāo) 1 通 過(guò)分析在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段 成形性及預(yù)測(cè)來(lái)優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì) 2 在模具設(shè)計(jì)的 前期階段減少試模時(shí)間和在沖壓加工過(guò)程中降低生產(chǎn)成本 為了達(dá)到這兩個(gè)目 標(biāo) 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(dòng)態(tài)程序法 很明顯第二個(gè)目標(biāo)方法比較好 因?yàn)樗梢蕴幚淼?實(shí)際沖壓中的大多數(shù)參數(shù) FAST FORM3D 一個(gè)單步有限元程序的成型技術(shù) 匹 配第一個(gè)目標(biāo) 因?yàn)樗恍枇慵缀涡螤顝?fù)雜的過(guò)程 而不是信息 在以往的研究表明 這些兩個(gè)沖壓守則也適用于制造汽車和工程機(jī)械所使 用的復(fù)雜形狀部件 對(duì)在沖壓成形性預(yù)測(cè)問(wèn)題的能力進(jìn)行了評(píng)價(jià) 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(zhǔn)確性 可靠性 在另一項(xiàng)研究中 對(duì)控制壓邊力 BHF 在半球狀圓頂平底杯拉深中的影響 進(jìn)行了研究 高性能的標(biāo)準(zhǔn)汽車材料鋁鎮(zhèn)靜 高質(zhì)量鋼 AKDQ 以及如高強(qiáng) 度鋼板 烘烤硬鋼 鋁 6111 等 已經(jīng)確認(rèn)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(guò)程刺激 工藝設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)用紙 第 1 頁(yè) 共 23 頁(yè) 1 簡(jiǎn)介 對(duì)于形狀復(fù)雜的板材 如汽車覆蓋件金屬?zèng)_壓件的設(shè)計(jì)過(guò)程 包括決策的 許多階段 的設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)非常昂貴和耗時(shí)的過(guò)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(yàn)和他們的知識(shí) 這些決策通常是經(jīng)過(guò)軟工裝模 具成型階段和硬模選拔賽驗(yàn)證階段后才做出的 很多時(shí)候軟 硬工具必須重新 編制 甚至重新設(shè)計(jì)和提供的零件到達(dá)可接受的質(zhì)量水平 現(xiàn)在將最好的設(shè)計(jì)過(guò)程列在圖 1 中 在這個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中 經(jīng)驗(yàn)豐富的產(chǎn)品 設(shè)計(jì)人員會(huì)使用一個(gè)稱為一步有限元法的專門設(shè)計(jì)的軟件來(lái)估計(jì)其設(shè)計(jì)成形性 這將使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者在確定設(shè)計(jì)路線之前 以及昂貴的模具已經(jīng)制造出來(lái)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?yàn)樗恍枰辰Y(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(jì)階段 一步法有限 元法也很容易掌握 計(jì)算速度快 這使得設(shè)計(jì)人員能夠發(fā)揮 如果 沒有太多的 時(shí)間投資 圖 1 金屬薄板沖壓件的參考設(shè)計(jì)過(guò)程 一旦產(chǎn)品已經(jīng)設(shè)計(jì)和經(jīng)過(guò)驗(yàn)證 開發(fā)項(xiàng)目將進(jìn)入 零時(shí)間 階段 并傳遞 到模具設(shè)計(jì)階段 模具設(shè)計(jì)人員會(huì)確認(rèn)他們自己的增量有限元程序的有關(guān)設(shè)計(jì) 并進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)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(dá)到的質(zhì)量 這增加了產(chǎn)品的質(zhì)量 而且增加過(guò)程的成品率 增量有限元法特別適合于模具設(shè)計(jì)分析 因?yàn)樗_實(shí)需要粘合劑 附錄 以及 已知的模具設(shè)計(jì)或渴望被人知道的過(guò)程 驗(yàn)證制造模具的設(shè)計(jì)后就會(huì)直接進(jìn)入了艱苦的生產(chǎn)加工和被驗(yàn)證階段 在 此期間 將與物理原型零件對(duì)比著進(jìn)行 試用時(shí)間應(yīng)該減少由于先前的數(shù)值驗(yàn) 設(shè)計(jì)用紙 第 2 頁(yè) 共 23 頁(yè) 證 重新設(shè)計(jì)和成型 由于不可預(yù)見的問(wèn)題 再制造模具應(yīng)該是過(guò)去的事情 試用時(shí)間減少和消除重新設(shè)計(jì) 再制造所用的時(shí)間應(yīng)該超過(guò)彌補(bǔ)進(jìn)行數(shù)值驗(yàn)證 試模 加工過(guò)程所用的時(shí)間 對(duì)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(guò)適度 增加壓力機(jī)設(shè)備的投資 并使用模具成型 一個(gè)人可以控制多個(gè)沖壓過(guò)程 據(jù) 記載 壓邊力是板料成形過(guò)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(guò)程 通過(guò)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(qiáng)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(guò)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(qiáng)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(guò)程的穩(wěn) 定性 一種廉價(jià)的工業(yè)質(zhì)量體系 目前正在制定在緊急救濟(jì)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(jì)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(shí)驗(yàn)室 1 對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的三個(gè)獨(dú)立階段研究進(jìn)行了研究 將會(huì)在下一節(jié)描述產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段 其中一個(gè)步驟是有限元程序 FAST FORM3D 成型技術(shù) 的驗(yàn)證 作為實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)的一部分 用來(lái)預(yù)測(cè) 毛坯最佳形狀的研究 第 4 節(jié)總結(jié)了模具的設(shè)計(jì)階段 其中一個(gè)實(shí)際的工業(yè)平 板是用來(lái)驗(yàn)證的增量有限元程序的 PAM Stamp 系統(tǒng) 國(guó)際工程系統(tǒng) 的研究 第 5 節(jié)覆蓋了 在實(shí)驗(yàn)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(xiàng)調(diào)查的目的是為了驗(yàn)證 FAST FORM3D 系統(tǒng) 確定 FAST FORM3D 對(duì)毛坯 形狀預(yù)測(cè)的能力 并確定一步有限元法在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中是怎么實(shí)施的 成型 設(shè)計(jì)用紙 第 3 頁(yè) 共 23 頁(yè) 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(zhǔn)和研究 FAST FORM3D 并不等同于變形歷史 相反 它將項(xiàng)目上一個(gè)平 面或可展曲面零件幾何形狀和重新定位的最后節(jié)點(diǎn)和元素 直至達(dá)到最低能量 狀態(tài) 這個(gè)過(guò)程是計(jì)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(píng)價(jià)和估計(jì)最優(yōu)毛坯矩形件的結(jié)構(gòu) 也是一個(gè)強(qiáng)有力的 工具 產(chǎn)品設(shè)計(jì)師由于其速度和使用的安逸性 但是在這時(shí)期的幾何是不可用 的 為了驗(yàn)證 FAST FORM3D 我們比較分析其與毛坯形狀預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法的毛 坯形狀 該零件的幾何形狀如圖 3 所示是一個(gè)長(zhǎng) 15 英寸 寬 5 英寸 深 12 英 寸有一個(gè) 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(shí)證法和滑移線場(chǎng)的方法來(lái)預(yù)測(cè)毛坯形狀的原 理 圖 3 矩形幾何用于 FAST FORM3D 驗(yàn)證 表 1 為 FAST FORM3D 矩形驗(yàn)證過(guò)程中使用參數(shù) 設(shè)計(jì)用紙 第 4 頁(yè) 共 23 頁(yè) 圖 4 使用手工計(jì)算毛坯長(zhǎng)方形盤的外形設(shè)計(jì) 一 Romanovski 的經(jīng)驗(yàn)方法 二 滑移線場(chǎng)分析方法 圖 5 a 給出了預(yù)測(cè)從 Romanovski 法 滑移線場(chǎng)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(guò)程 平移由 Pam Stemp 模擬預(yù)測(cè)空白的每個(gè)形狀 抽簽中地區(qū)在彎道很好匹 配所有三個(gè)長(zhǎng)方形盤模式 滑移線場(chǎng)方法 雖然沒有達(dá)到目標(biāo)區(qū)域在身邊 1 英 寸法蘭 而 Romanovski 和 FAST FORM3D 方法實(shí)現(xiàn)了 1 英寸法蘭在身邊地 區(qū)相對(duì)較好 此外 只有 FAST FORM3D 毛坯同意在角落里 側(cè)過(guò)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(cè)和帕姆印花仿真結(jié)果為長(zhǎng)方形鍋 一 三預(yù)測(cè)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(zhǎng)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(yàn)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(jì)的一個(gè)最優(yōu)幾何 FAST FORM3D 空白的實(shí)驗(yàn)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(jì)用紙 第 5 頁(yè) 共 23 頁(yè) 圖 7 儀器 FAST FORM3D 模擬結(jié)果包括最終驗(yàn)證 一 FAST FORM3D 成形性能的比較 二 預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)的毛坯形狀比較 接下來(lái) 我們模擬了沖壓的毛坯和 FAST FORM3D 使用 Pam Stamp 實(shí)驗(yàn) 毛坯 我們通過(guò)比較兩者的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) CAD 預(yù)測(cè)的零件幾何形狀 圖 8 發(fā)現(xiàn) FAST FORM3D 是更精確的 一個(gè)不錯(cuò)的特征是 FAST FORM3D 能顯 示 失敗 的部分情節(jié)的輪廓曲線 對(duì)失敗限制示于圖 7 A 總之 FAST FORM3D 在預(yù)測(cè)的實(shí)驗(yàn)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(píng)估產(chǎn)品設(shè)計(jì)成形性的問(wèn)題 在儀器的覆蓋情 況下 審判和錯(cuò)誤實(shí)驗(yàn)多小時(shí)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(lái) 圖 8 比較 FAST FORM3D 和實(shí)驗(yàn)儀器的零件形狀 一 實(shí)驗(yàn)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(jì)過(guò)程中緊密合作 一個(gè)由日本小松制作所和 ERC NSM 組成的小組 與形成問(wèn)題的一個(gè)生產(chǎn)小組選擇了小松 該面板是挖掘機(jī)的 駕駛室左側(cè)內(nèi)板 如圖 9 所示 是的幾何簡(jiǎn)化為一個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室死亡 同時(shí)保 持該小組的主要特征 在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中小松使用表 2 所示的條件 一個(gè)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(cè)試應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng) 并 在圖 10 所示 在實(shí)驗(yàn)中使用三壓邊力分別是 10 30 50 噸 以確定其效果 每個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行了增量在 ERC NSM 使用 PAM Stemp 設(shè)計(jì)用紙 第 6 頁(yè) 共 23 頁(yè) 圖 9 挖掘機(jī)的駕駛室 左側(cè)內(nèi)板 表 2 機(jī)艙內(nèi) 的工藝條件調(diào)查 圖 10 在機(jī)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(shí)驗(yàn)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(duì)這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了 PAM Stemp 模擬預(yù)測(cè) 如圖 13 所示 30 噸壓力的測(cè)量小組以確定材料畫中的模式 這些測(cè)量結(jié)果進(jìn) 行了比較與預(yù)測(cè)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(cuò)誤 一個(gè)輕微的頸部 觀察小組的 30 噸 如圖 13 所示 在 50 噸時(shí) 面 板上會(huì)出現(xiàn)明顯的骨折起皺 圖 11 皺褶實(shí)驗(yàn)室機(jī)艙內(nèi)板 壓邊力 10 噸 設(shè)計(jì)用紙 第 7 頁(yè) 共 23 頁(yè) 圖 12 壓邊力 30 噸機(jī)艙內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室和頸縮變形階段 一 實(shí)驗(yàn)毛坯 二 實(shí)驗(yàn)小組 形成了 60 三 實(shí)驗(yàn)小組 完全形成 四 實(shí)驗(yàn)小組 縮頸細(xì)節(jié) 圖 13 預(yù)測(cè)和在實(shí)驗(yàn)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(cè)的幾何形狀 壓邊力 30 噸 圖 14 在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)艙預(yù)測(cè)與實(shí)測(cè)比較所得出的結(jié)果 壓邊力 30 噸 應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量了每個(gè)小組的結(jié)果 其結(jié)果如圖 15 所示 從每個(gè)小組有 限元模擬的預(yù)測(cè)在圖 16 所示 這些預(yù)測(cè)和測(cè)量吻合有關(guān)的應(yīng)變分布 不同的壓 邊力對(duì)結(jié)果的影響不大 雖然趨勢(shì)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(cè)量 然而 這些預(yù)測(cè)表明 PAM Stemp 正確預(yù)測(cè) 設(shè)計(jì)用紙 第 8 頁(yè) 共 23 頁(yè) 了頸縮和斷裂在 30 和 50 噸時(shí)發(fā)生 關(guān)于摩擦應(yīng)變分布的影響進(jìn)行了研究 如圖 17 模擬圖所示 圖 15 機(jī)艙內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)應(yīng)變測(cè)量 一 測(cè)量應(yīng)變 壓邊力 10 噸 面板皺 二 測(cè)量應(yīng)變 壓邊力 30 噸 面板頸 三 測(cè)量應(yīng)變 壓邊力 50 噸 面板裂縫 圖 16 機(jī)艙內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室應(yīng)變有限元預(yù)測(cè) a 預(yù)期的壓力 壓邊力 10 噸 二 預(yù)測(cè)的壓力 壓邊力 30 噸 三 預(yù)測(cè)的壓力 壓邊力 50 噸 圖 17 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)預(yù)測(cè)效應(yīng)摩擦機(jī)艙內(nèi) 壓邊力 30 噸 a 預(yù)期的壓力 0 06 二 預(yù)測(cè)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(cè)了在實(shí)驗(yàn)條件下每 一株測(cè)量系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果 這表明 PAM Stemp 可以用來(lái)評(píng)估成形模具設(shè) 計(jì)相關(guān)的問(wèn)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(shí)間的變壓邊力上進(jìn)行了拉伸試驗(yàn) 以確定這些 設(shè)計(jì)用紙 第 9 頁(yè) 共 23 頁(yè) 材料進(jìn)行分析和模擬輸入到流動(dòng)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(qiáng)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(qiáng)度高 烤硬鋼的拉伸試驗(yàn)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(qiáng)度拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù) 設(shè)計(jì)用紙 第 10 頁(yè) 共 23 頁(yè) 值得注意的是流動(dòng)應(yīng)力和 AKDQ 烤硬鋼曲線非常類似 但是在 5 的時(shí)候 伸長(zhǎng)率減少類似烤硬 雖然高強(qiáng)度鋼和鋁 6111 的伸長(zhǎng)率很相似 但是其 N 值 比鋁 6111 的值大兩倍 此外 AKDQ 的 R 值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 1 而烤硬接近 1 鋁 6111 遠(yuǎn)小于 1 在這次調(diào)查中的壓邊力用型材時(shí)間變量中包含常數(shù) 線性減少 脈動(dòng) 見 圖 20 為 AKDQ 鋼的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)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(shí)驗(yàn)室杯圖 21 所示以及對(duì)模擬圖像皺杯 圖 20 用于研究剖面圓頂杯的壓邊力時(shí)間 一 固定壓邊力 二 斜壓邊力 三 脈動(dòng)壓邊力 設(shè)計(jì)用紙 第 11 頁(yè) 共 23 頁(yè) 圖 21 模擬實(shí)驗(yàn)和圓頂杯 一 實(shí)驗(yàn)好杯 b 實(shí)驗(yàn)裂隙杯 三 實(shí)驗(yàn)皺杯 四 模擬皺杯 對(duì)深沖性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究限制使用固定壓邊力 這項(xiàng)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(qiáng)度鋼的性能 中等 對(duì) AKDQ 的連續(xù)應(yīng)變分布 脈動(dòng)壓邊力進(jìn)行了比較實(shí)驗(yàn)圖 22 模擬圖 23 這兩個(gè)模擬和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果發(fā)現(xiàn) 斜坡的壓邊力軌跡對(duì)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(dá) 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(qiáng)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(shí)間變量對(duì) AKDQ 鋼圓頂杯壓邊力變化的實(shí)驗(yàn) 圖 23 時(shí)間變量對(duì) AKDQ 鋼圓頂杯壓邊力變化的模擬實(shí)驗(yàn) 脈動(dòng)壓邊力在調(diào)查的頻率范圍內(nèi) 未發(fā)現(xiàn)有對(duì)應(yīng)變分布的影響 這可能是 由于這一事實(shí)的脈動(dòng)頻率進(jìn)行了測(cè)試只有 1 赫茲 從其他研究人員以前的實(shí)驗(yàn) 可知 適當(dāng)?shù)念l率范圍是從 5 到 25 赫茲 AKDQ 從模擬和實(shí)驗(yàn)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(lái)評(píng)估成形性 可以通過(guò)使用壓邊力控制技術(shù)獲得改善 設(shè)計(jì)用紙 第 12 頁(yè) 共 23 頁(yè) 圖 24 KDQ 穹頂鋼杯的比較實(shí)驗(yàn)與模擬負(fù)載沖程曲線 5 結(jié)論和未來(lái)工作 在本文中 我們?cè)u(píng)價(jià)一個(gè)復(fù)雜的沖壓件的改進(jìn)設(shè)計(jì)過(guò)程中 涉及消除了軟 模具相結(jié)合的產(chǎn)品和工藝驗(yàn)證使用單步和增量有限元模擬 此外 改進(jìn)工藝 提出了壓邊力控制實(shí)施以提高產(chǎn)品質(zhì)量和工藝的魯棒性組成 三個(gè)獨(dú)立的調(diào)查分析 總結(jié)其在設(shè)計(jì)過(guò)程的各個(gè)階段 首先 產(chǎn)品設(shè)計(jì)階 段進(jìn)行了調(diào)查與實(shí)驗(yàn)室和一個(gè)步驟有限元程序 FAST FORM3D 和評(píng)估的能力 在 產(chǎn)品設(shè)計(jì)成形性問(wèn)題所涉及的工業(yè)驗(yàn)證 FAST FORM3D 在預(yù)測(cè)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(cuò)誤實(shí)驗(yàn)多小時(shí)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(lái) 其次 模具設(shè)計(jì)階段進(jìn)行了調(diào)查實(shí)驗(yàn)室和增量代碼的 PAM Stemp 系統(tǒng)的 工業(yè)驗(yàn)證和評(píng)估的能力 形成與模具設(shè)計(jì)有關(guān)的問(wèn)題 這項(xiàng)調(diào)查表明 PAM 的 郵票可以預(yù)測(cè)應(yīng)變分布 起皺 頸縮和斷裂 至少一個(gè)遠(yuǎn)景以及應(yīng)變各種條件 下的實(shí)驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng) 最后 工藝設(shè)計(jì)階段的調(diào)查 對(duì)質(zhì)量可與壓邊力控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)改善 的實(shí)驗(yàn)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(qiáng)度 這種應(yīng)變分布的改善 提高產(chǎn)品的剛度和強(qiáng)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(jì) 深沖性能將會(huì)在不斷優(yōu)化的壓邊力中逐漸增強(qiáng) 此外 在實(shí)驗(yàn)測(cè)量 和數(shù)值模擬預(yù)測(cè)中發(fā)現(xiàn)負(fù)載行程曲線 表明有限元模擬可以用來(lái)評(píng)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(jì)用紙 第 13 頁(yè) 共 23 頁(yè) 材料等一系列優(yōu)點(diǎn) 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 現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)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(duì)國(guó)民經(jīng) 濟(jì)和社會(huì)發(fā)展將起越來(lái)越大的作用 1989 年 3 月國(guó)務(wù)院頒布的 關(guān)于當(dāng)前產(chǎn)業(yè) 政策要點(diǎn)的決定 中 把模具列為機(jī)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(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要地位 1997 年以來(lái) 又相繼把模具及其加工技術(shù)和設(shè)備 列入了 當(dāng)前國(guó)家重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的產(chǎn)業(yè) 產(chǎn)品和技術(shù)目錄 和 鼓勵(lì)外商投資 產(chǎn)業(yè)目錄 經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn) 從 1997 年到 2000 年 對(duì) 80 多家國(guó)有專業(yè)模具廠 實(shí)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(guó)務(wù)院和國(guó)家有關(guān)部門對(duì)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(dá)國(guó)家的模具工業(yè)產(chǎn)值已超過(guò)機(jī)床工 業(yè) 從 1997 年開始 我國(guó)模具工業(yè)產(chǎn)值也超過(guò)了機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值 據(jù)統(tǒng)計(jì) 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(jī) 汽車 農(nóng)機(jī)和無(wú)線電行業(yè) 這個(gè)比例也超過(guò) 60 例如飛機(jī)制造業(yè) 某型 戰(zhàn)斗機(jī)模具使用量超過(guò)三萬(wàn)套 其中主機(jī)八千套 發(fā)動(dòng)機(jī)二千套 輔機(jī)二萬(wàn)套 從產(chǎn)值看 80 年代以來(lái) 美 日等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家模具行業(yè)的產(chǎn)值已超過(guò)機(jī)床行 業(yè) 并又有繼續(xù)增長(zhǎng)的趨勢(shì) 據(jù)國(guó)際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會(huì)預(yù)測(cè) 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(guò)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(lái)的 19 世紀(jì) 隨著軍火工業(yè) 槍炮的彈殼 鐘表工業(yè) 無(wú)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(jì)的飛速發(fā)展 它又成了大量生產(chǎn) 設(shè)計(jì)用紙 第 14 頁(yè) 共 23 頁(yè) 家用電器 汽車 電子儀器 照相機(jī) 鐘表等零件的最佳方式 從世界范圍看 當(dāng)時(shí)美國(guó)的沖壓技術(shù)走在前列 許多模具先進(jìn)技術(shù) 如簡(jiǎn)易模具 高效率模 具 高壽命模具和沖壓自動(dòng)化技術(shù) 大多起源于美國(guó) 而瑞士的精沖 德國(guó)的 冷擠壓技術(shù) 蘇聯(lián)對(duì)塑性加工的研究也處于世界先進(jìn)行列 50 年代 模具行業(yè) 工作重點(diǎn)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(jì)多憑經(jīng)驗(yàn) 參考已有圖紙和感性認(rèn)識(shí) 對(duì)所設(shè)計(jì)模具零件的機(jī)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(shí)代 對(duì)模具主要零部件的機(jī)能和受力 狀態(tài)進(jìn)行了數(shù)學(xué)分橋 并把這些知識(shí)不斷應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(jì)原則 并使得壓力機(jī)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(dòng)化裝置等領(lǐng)域面貌 一新 并向?qū)嵱没姆较蛲七M(jìn) 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(jìn)入 70 年代向高速化 啟動(dòng)化 精密化 安全化發(fā)展的第二階段 在這個(gè) 過(guò)程中不斷涌現(xiàn)各種高效率 商壽命 高精度助多功能自動(dòng)校具 其代表是多 達(dá)別多個(gè)工位的級(jí)進(jìn)模和十幾個(gè)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(jī) 彎曲機(jī) 在此期間 日本站到 了世界最前列 其模具加工精度進(jìn)入了微米級(jí) 模具壽命 合金工具鋼制造 的模具達(dá)到了幾千萬(wàn)次 硬質(zhì)合金鋼制造的模具達(dá)到了幾億次 p 每分鐘沖壓次 數(shù) 小型壓力機(jī)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(jì)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(shuō)是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 輔助制造技術(shù)不斷發(fā)展的時(shí) 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(duì)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(yàn)和手藝越來(lái)越不能 滿足模具生產(chǎn)的需要 90 年代以來(lái) 機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)緊密結(jié)合 發(fā)展了 NC 機(jī)床 如數(shù)控線切割機(jī)床 數(shù)控電火花機(jī)床 數(shù)控銑床 數(shù)控坐標(biāo)磨床等 而 采用電子計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程 控制的 CNC 機(jī)床提高了數(shù)控機(jī)床的使用效率和范圍 近年來(lái)又發(fā)展出由一臺(tái)計(jì)算機(jī)以分時(shí)的方式直接管理和控制一群數(shù)控機(jī)床的 NNC 系統(tǒng) 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展 計(jì)算機(jī)也逐步進(jìn)入模具生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域 包括設(shè) 計(jì) 制造 管理等 國(guó)際生產(chǎn)研究協(xié)會(huì)預(yù)測(cè) 到 2000 年 作為設(shè)計(jì)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(dòng)設(shè)計(jì)的最根本點(diǎn)是必須確立模具 零件標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 要擺脫過(guò)去以人的思考判斷和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)為中心所組成的 設(shè)計(jì)方法 就必須把過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)和思考方法 進(jìn)行系列化 數(shù)值化 數(shù)式化 作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則儲(chǔ)存到計(jì)算機(jī)中 因?yàn)槟＞邩?gòu)成元件也干差萬(wàn)別 要搞出一個(gè)能 適應(yīng)各種零件的設(shè)計(jì)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(dòng)設(shè)計(jì)提供軟件 如日本某公司的 設(shè)計(jì)用紙 第 15 頁(yè) 共 23 頁(yè) CDM 系統(tǒng)用于級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn) 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(shí)間由手工的 20 工時(shí)減少到 35 小時(shí) 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(shí)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(biāo)注以及對(duì)數(shù)據(jù)的自動(dòng)編程 產(chǎn)生效控機(jī)床控制系統(tǒng)的后置處理文件等方面已達(dá)到較高水平 計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化 目前 國(guó)外僅有少數(shù)廠家能夠 做到 3 我國(guó)模具工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 由于歷史原因形成的封閉式 大而全 的企業(yè)特征 我國(guó)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(gè)概念 生產(chǎn)效率不高 經(jīng)濟(jì)效益較差 模具行業(yè)的生產(chǎn)小而散亂 跨行 設(shè)計(jì)用紙 第 16 頁(yè) 共 23 頁(yè) 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(jì) 全國(guó)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(wàn)從業(yè)人員 年模具總產(chǎn)值達(dá) 200 億元人民幣 但是 我國(guó) 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(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需 要 目前 國(guó)內(nèi)需要的大型 精密 復(fù)雜和長(zhǎng)壽命的模具還主要依靠進(jìn)口 據(jù) 海關(guān)統(tǒng)計(jì) 1997 年進(jìn)口模具價(jià)值 6 3 億美元 這還不包括隨設(shè)備一起進(jìn)口的模 具 1997 年出口模具僅為 7800 萬(wàn)美元 目前我國(guó)模具工業(yè)的技術(shù)水平和制造 能力 是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的薄弱環(huán)節(jié)和制約經(jīng)濟(jì)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(guó)模具工業(yè)協(xié)會(huì)的劃分 我國(guó)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(jì)算 目前我國(guó)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(dá)工業(yè)國(guó)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(guó)沖壓模大多為簡(jiǎn)單模 單工序模和符合模等 精沖模 精密多工位級(jí)進(jìn) 模還為數(shù)不多 模具平均壽命不足 100 萬(wàn)次 模具最高壽命達(dá)到 1 億次以上 精度達(dá)到 3 5um 有 50 個(gè)以上的級(jí)進(jìn)工位 與國(guó)際上最高模具壽命 6 億次 平均模具壽命 5000 萬(wàn)次相比 處于 80 年代中期國(guó)際先進(jìn)水平 我國(guó)的塑料成形模具設(shè)計(jì) 制作技術(shù)起步較晚 整體水平還較低 目前單型 腔 簡(jiǎn)單型腔的模具達(dá) 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(jì)和制造 模具平均壽命約為 80 萬(wàn)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(yán)重 模具排氣不暢和型腔易損等 注射模精度已達(dá)到 5um 以下 最高壽命已 突破 2000 萬(wàn)次 型腔數(shù)量已超過(guò) 100 腔 達(dá)到了 80 年代中期至 90 年代初期的 國(guó)際先進(jìn)水平 設(shè)計(jì)用紙 第 17 頁(yè) 共 23 頁(yè) 3 2 模具工業(yè)技術(shù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀 我國(guó)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(lái)講 與發(fā)達(dá)工 業(yè)國(guó)家及港臺(tái)地區(qū)先進(jìn)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(jì)與制造模具方面 無(wú)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(jì)模具方面 僅有 約 10 的模具在設(shè)計(jì)中采用了 CAD 距拋開繪圖板還有漫長(zhǎng)的一段路要走 在應(yīng) 用 CAE 進(jìn)行模具方案設(shè)計(jì)和分析計(jì)算方面 也才剛剛起步 大多還處于試用和 動(dòng)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(jìn)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(lái)引進(jìn)的先進(jìn)設(shè)備 或因計(jì)算機(jī)制式 IBM 微機(jī)及其兼容機(jī) HP 工作站等 不同 或因字節(jié)差異 運(yùn)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(lái)才開 展這項(xiàng)工作 在應(yīng)用 CAPP 技術(shù)進(jìn)行工藝規(guī)劃方面 基本上處于空白狀態(tài) 需要 進(jìn)行大量的標(biāo)準(zhǔn)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(guó)才剛 起步 計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的軟件開發(fā) 尚處于較低水平 需要知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的積累 我國(guó)大部分模具廠 車間的模具加工設(shè)備陳舊 在役期長(zhǎng) 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(yàn) 設(shè)備簡(jiǎn)陋 能耗高 設(shè)備更新速度緩 慢 技術(shù)改造 技術(shù)進(jìn)步力度不大 雖然近年來(lái)也引進(jìn)了不少先進(jìn)的模具加工 設(shè)備 但過(guò)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(jìn)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(jì) 制造工藝技術(shù)人員和技術(shù)工人 尤其缺乏 知識(shí)面寬 知識(shí)結(jié)構(gòu)層次高的復(fù)合型人才 中國(guó)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(shí)老化 知識(shí)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(shí) 經(jīng)驗(yàn)匱乏 動(dòng)手能力差 不安心 不愿 學(xué)技術(shù) 近年來(lái)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(jì) 制造的技術(shù)水平難以提高 3 3 模具工業(yè)配套材料 標(biāo)準(zhǔn)件結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀 近 10 多年來(lái) 特別是 八五 以來(lái) 國(guó)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(yàn)條件和試驗(yàn)數(shù)據(jù) 規(guī)格品種較少 大型模具和特種模具 設(shè)計(jì)用紙 第 18 頁(yè) 共 23 頁(yè) 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(guó)外模具鋼材近年來(lái)相繼在 國(guó)內(nèi)建立了銷售網(wǎng)點(diǎn) 但因渠道不暢 技術(shù)服務(wù)支撐薄弱及價(jià)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(lái)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(yàn)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(rùn)滑技術(shù) 模具型腔傳感技術(shù)及潤(rùn)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(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù) 我國(guó)的模具標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn) 80 年代初才形成小規(guī)模生產(chǎn) 模具標(biāo)準(zhǔn)化程度及 標(biāo)準(zhǔn)件的使用覆蓋面約占 20 從市場(chǎng)上能配到的也只有約 30 個(gè)品種 且僅限 于中小規(guī)格 標(biāo)準(zhǔn)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(guó)的模具工業(yè)相對(duì)較落后 至今仍不能稱其為一個(gè)獨(dú)立的行業(yè) 我國(guó)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(guó)的模具行業(yè)管理體制分散 目前有 19 個(gè)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(guó)模具工業(yè)協(xié)會(huì)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(guó)技術(shù)改造投資向大中型企業(yè)傾斜時(shí) 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(fù)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(qiáng) 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(guó)模具價(jià)格長(zhǎng)期以來(lái)同其價(jià)值不協(xié)調(diào) 造成模具行業(yè) 自身經(jīng)濟(jì)效益小 社會(huì)效益大 的現(xiàn)象 干模具的不如干模具標(biāo)準(zhǔn)件的 干標(biāo)準(zhǔn)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 設(shè)計(jì)用紙 第 19 頁(yè) 共 23 頁(yè) 4 模具的發(fā)展趨勢(shì) 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(shí)各功能模塊采用 同一數(shù)據(jù)模型 以實(shí)現(xiàn)信息的綜合管理與共享 從而支持模具設(shè)計(jì) 制造 裝 配 檢驗(yàn) 測(cè)試及生產(chǎn)管理的全過(guò)程 達(dá)到實(shí)現(xiàn)最佳效益的目的 如英國(guó) Delcam 公司的系列化軟件就包括了曲面 實(shí)體幾何造型 復(fù)雜形體工程制圖 工業(yè)設(shè)計(jì)高級(jí)渲染 塑料模設(shè)計(jì)專家系統(tǒng) 復(fù)雜形體 CAM 藝術(shù)造型及雕刻自 動(dòng)編程系統(tǒng) 逆向工程系統(tǒng)及復(fù)雜形體在線測(cè)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(guó)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(jì) 分析及制造的三維化 傳統(tǒng)的二維模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已越來(lái)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(jì) 分析 制造的三維化 無(wú)紙化要求新一代模具軟件以立體的 直觀的 感覺來(lái)設(shè)計(jì)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(píng)價(jià)和數(shù)控加工 成形過(guò)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(diǎn) 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(jì)軟件 可進(jìn) 行交互式 3D 型腔 型芯設(shè)計(jì) 模架配置及典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 澳大利亞 Moldflow 公司的三維真實(shí)感流動(dòng)模擬軟件 MoldflowAdvisers 已經(jīng)受到用戶廣泛的好評(píng)和 應(yīng)用 國(guó)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(shí)的智能化功能是衡量模具軟件先進(jìn)性和實(shí)用性 的重要標(biāo)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(dòng)產(chǎn)生 分型線和分型面 生成與制品相對(duì)應(yīng)的型芯和型腔 實(shí)現(xiàn)模架零件的全相關(guān) 自動(dòng)產(chǎn)生材料明細(xì)表和供 NC 加工的鉆孔表格 并能進(jìn)行智能化加工參數(shù)設(shè)定 加工結(jié)果校驗(yàn)等 3 模具軟件應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化趨勢(shì) 隨著模具在企業(yè)競(jìng)爭(zhēng) 合作 生產(chǎn)和管理等方面的全球化 國(guó)際化 以及計(jì) 算機(jī)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(jì) 敏捷制造技 設(shè)計(jì)用紙 第 20 頁(yè) 共 23 頁(yè) 術(shù)既有必要 也有可能 美國(guó)在其 21 世紀(jì)制造企業(yè)戰(zhàn)略 中指出 到 2006 年要實(shí)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(gè)月縮短到 4 個(gè)月 4 2 模具檢測(cè) 加工設(shè)備向精密 高效和多功能方向發(fā)展 1 模具檢測(cè)設(shè)備的日益精密 高效 精密 復(fù)雜 大型模具的發(fā)展 對(duì)檢測(cè)設(shè)備的要求越來(lái)越高 現(xiàn)在精密模具 的精度已達(dá) 2 3 m 目前國(guó)內(nèi)廠家使用較多的有意大利 美國(guó) 日本等國(guó)的 高精度三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 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(biāo)測(cè)量機(jī) 還擁有數(shù)碼攝影光學(xué)掃描儀 率先在國(guó) 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(shí)現(xiàn)了從測(cè)量 實(shí)物 建立數(shù)學(xué)模型 輸出工程圖紙 模具制造全過(guò)程 成功實(shí)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(guó)雷尼紹公司第二代高速掃描儀 CYCLON SERIES2 可實(shí)現(xiàn)激光測(cè)頭和接觸式測(cè)頭優(yōu)勢(shì)互補(bǔ) 激光掃描精度為 0 05mm 接觸式測(cè)頭掃描精度達(dá) 0 02mm 另外德國(guó) GOM 公司的 ATOS 便攜式掃 描儀 日本羅蘭公司的 PIX 30 PIX 4 臺(tái)式掃描儀和英國(guó)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(jià)化和功能復(fù)合化等特點(diǎn) 2 數(shù)控電火花加工機(jī)床 日本沙迪克公司采用直線電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)的 AQ325L AQ550LLS WEDM 具有驅(qū)動(dòng) 反應(yīng)快 傳動(dòng)及定位精度高 熱變形小等優(yōu)點(diǎn) 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(dòng)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(jī)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(diǎn) 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(dòng)加工中心 其機(jī)床定位精度可達(dá) 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(dá) 2500mm 5000mm 1800mm 轉(zhuǎn)速達(dá) 20500r min 切削進(jìn)給速度達(dá) 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(dá) 0 01mm 設(shè)計(jì)用紙 第 21 頁(yè) 共 23 頁(yè) 4 3 快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù) 縮短產(chǎn)品開發(fā)周期是贏得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(jì)制模技術(shù)具有制模周期短 成本較低的特點(diǎn) 精度和壽命又能滿 足生產(chǎn)需求 是綜合經(jīng)濟(jì)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(xì)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(wú)模多點(diǎn)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(shí)型鑄造 負(fù)壓實(shí)型鑄造 樹脂砂實(shí)型 鑄造及失蠟精鑄等技術(shù) 8 其他方面技術(shù) 如采用氮?dú)鈴椈蓧哼?卸料 快速換模技術(shù) 沖壓?jiǎn)卧?組合技術(shù) 刃口堆焊技術(shù)及實(shí)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(guò)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(guó) H13 瑞典 QRO80M QRO90SUPREME 等 常用塑料模具用鋼有預(yù)硬鋼 如美國(guó) P20 時(shí)效硬 化型鋼 如美國(guó) P21 日本 NAK55 等 熱處理硬化型鋼 如美國(guó) 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(shì)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(kuò)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(shí)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(duì)激光強(qiáng)化 輝光離子氮化技術(shù)及電鍍 刷鍍 防腐強(qiáng)化等技術(shù)也日益受到重視 設(shè)計(jì)用紙 第 22 頁(yè) 共 23 頁(yè) 4 5 模具工業(yè)新工藝 新理念和新模式逐步得到了認(rèn)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(jìn)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(jì) 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(diǎn)的柔性制造技術(shù) 創(chuàng)造最佳管理和效益的團(tuán)隊(duì)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(biāo)準(zhǔn)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(jì)與制造等