金属冲压成形工艺与模具设计
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1.3.2 冲压技术的发展趋势

(1)冲压工艺

为了提高生产率和产品质量,降低成本和扩大冲压工艺的应用范围,研究和推广各种冲压新工艺是冲压技术发展的重要趋势。

近几年来国内外开始采用有限元法对复杂成形件(如汽车覆盖件)的成形过程进行应力、应变分析和计算机模拟,以预测某一工艺方案对零件成形的可能性和可能会出现的问题,将结果显示出来,供设计人员进行修改和选择。这样,不但可以节省模具试制费用,缩短新产品的试制周期,还可以逐步建立一套能结合生产实际的先进设计方法,既促进了冲压工艺的发展,也将使塑性成形理论逐步完善以对生产实际起到切实的指导作用。

目前,国内外涌现并迅速用于生产的冲压先进工艺有:精密冲压、柔性模(软模)成形、超塑性成形、无模多点成形、爆炸和电磁等高能成形、高效精密冲压技术以及冷挤压技术等。

(2)冲模设计与制造

在冲模设计与制造上,有两种趋向应给予足够的重视。

①冲模结构与精度正朝着两个方向发展。一方面为了适应高速、自动、精密、安全等大批量自动化生产的需要,冲模正向高效、精密、长寿命、多工位、多功能方向发展。另一方面,为适应市场上产品更新换代迅速的要求、各种快速成形方法和简易经济冲模的设计与制造也得到迅速发展。

②模具设计与制造的现代化。计算机技术、信息技术等先进技术在模具技术中得到了广泛的应用,使得模具设计与制造水平发生了深刻的革命性变化。

为了加快产品的更新换代,缩短模具设计、制造周期,工业先进国家正在大力开展模具计算机辅助设计和制造(CAD/CAM)的研究,并应用在生产中。现在各种加工中心、高速铣削、精密磨削、电火花铣削加工、慢走丝线切割、现代检测技术等已全面走向数控(NC)或计算机数控化(CNC)。采用这一技术,一般可以使模具设计制造效率提高2~3倍,最终实现模具CAD/CAM一体化。应用这一技术,不仅可以缩短模具设计制造周期,还可以提高模具质量,减少设计和制造人员的重复劳动,使设计者有可能把精力用在创新开发上。

在模具材料及热处理、模具表面处理等方面,国内外都进行了大量的研制工作,并取得了很好的实际效果。冲模材料的发展方向是研制高强韧性冷作模具钢,如65Nb、LD1、LM1、LM2等就是我国研制的性能优良的冲模材料。

模具的标准化和专业化生产,已得到模具行业的广泛重视。

模具标准化是组织模具专业化生产的前提,模具专业化生产是提高模具质量、缩短模具制造周期、降低成本的关键(先进国家模具标准化已达到70%~80%)。

(3)冲压设备及冲压自动化

性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件。为了满足大批量生产的需要,冲压设备由低速压力机发展到高速自动压力机。国外还加强了由计算机控制的现代化全自动冲压加工系统的研究与应用,使冲压生产达到高度自动化,从而减轻劳动强度、提高生产效率。高效率、高精度、长寿命的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备与之相匹配;为了满足新产品小批量生产的需要,冲压设备需要向多功能、数控方向发展;为了提高生产效率并符合安全生产要求,应大量投入各种使用自动化装置,如机械手乃至机器人的冲压自动生产线和高速压力机。

(4)适应产品更新换代快和生产批量小的特点

为满足产品更新换代和小批量生产的需要,研发了一些新的成形工艺(如高能成形等)、简易模具(如软模和低熔点合金模等)、组合模具、数控冲压设备和冲压柔性制造系统(FMS)等。这样,使得冲压生产既适合大批量生产,也适合小批量生产。

(5)冲压基本原理和改进板料性能的研究

冲压工艺、冲模设计与制造方面的发展,均与冲压变形基本原理的研究进展密不可分,以此提高其成形能力和使用效果。例如,板料冲压工艺性能的研究,冲压成形过程应力应变分析和计算机模拟,板料变形规律的研究,从坯料变形规律出发进行坯料与冲模之间相互作用的研究,在冲压变形条件下的摩擦、润滑机理方面的研究等,都为建立紧密结合生产实际的先进冲压工艺及模具设计方法打下了基础。

目前,世界各先进工业国不断研制出冲压性能良好的板材,以提高模具的冲压成形能力。例如,研制高强度钢板,用来生产汽车覆盖件,以减轻零件重量和提高其结构强度。