對沖壓技術的研究

摘要 我國是一個制造業大國，機械生產離不開零件的運用，而沖壓技術就是現代各企業常用的一種比較重要的的加工產品的方法，按照廠意，生產出各種類型的零件，很具有獨到的優勢。在形成零件過程中，由于生產要求的不同，所生產產品的重量輕重不一，剛性也不同，機械化操作，并且成本低，并不能夠被其他的加工工藝所代替，這一直是其發展的優點，被廣泛的應用于能源、汽車制造、國防航空等行業中，并在日常生活中，也能夠見到其生產的產品，滿足人們生活的基本需求。本文將從沖壓技術的發展現狀說起，進而探討模具CAD/CAE/CAM技術，以期為使用者提供可以借鑒的資料。

關鍵詞 制造業 材料成型 沖壓技術 加工工藝 CAM技術

隨著制造業的發展，對零件加工的需求越來越大，尤其近些年，沖壓技術在質或量上都有非常大的發展，它一方面與居民日常生活緊密聯系在一起，另一方面積極需找發展方向與技術上的突破，在一些新技術、新工藝上有較多的應用，例如軟模具成形、旋壓成形等。在現代化浪潮沖擊下，沖壓技術生產正向著大規模化、高技術化的方向發展，有初步發展階段的手工操作逐漸發展到集成制造，在引進信息技術后，整個的生產過程是一個自動化、智能化、機械化等，可以預見，這將是沖壓生產的發展方向。

一、沖壓技術相關理論的概述

現代的沖壓技術不單單是一門材料科學，而是在新時期引進力學、信息技術、金屬材料學等學科知識后，以開始逐漸形成自己的沖壓學科的理論。在這一系統的理論中，它以沖壓的產品作為龍頭，并以模具作為中心，在結合現代先進的科學技術的應用，在產品的巨大市場需求刺激和推動下，沖壓成形技術在國民經濟發展、實現現代化和提高人民生活水平方面發揮著越來越重要的作用。

沖壓自動化生產的實現使沖壓制造的概念有了本質的飛躍。結合現代技術信息系統和現代化管理信息系統的成果，由這三方面組合又形成現代沖壓新的生產模式—計算機集成制造系統CIMS。把產品概念形成、設計、開發、生產、銷售、售后服務全過程通過計算機等技術融為一體，將會給沖壓制造業帶來更好的經濟效益，使現代沖壓技術水平提高到一個新的高度。

二、模具的發展與現狀

模具是工業生產中的基礎工藝裝備，是一種高附加值的高技術密集型產品，也是高新技術產業的重要領域，其技術水平的高低已成為衡量一個國家制造水平的重要標志。隨著國民經濟總量和工業產品技術的不斷發展，各行各業對模具的需求量越來越大，技術要求也越來越高。目前我國模具工業的發展步伐日益加快，“十一五期間”產品發展重點主要應表現在 ：一是汽車覆蓋件模；二是精密沖模；三是大型及精密塑料模；四是主要模具標準件；五是其它高技術含量的模具。

目前我國模具年生產總量雖然已位居世界第三，其中，沖壓模占模具總量的40%以上，但在整個模具設計制造水平和標準化程度上，與德國、美國、日本等發達國家相比還存在相當大的差距。以大型覆蓋件沖模為代表，我國已能生產部分轎車覆蓋件模具。轎車覆蓋件模具設計和制造難度大，質量和精度要求高，代表覆蓋件模具的水平。在設計制造方法、手段上已基本達到了國際水平，模具結構功能方面也接近國際水平，在轎車模具國產化進程中前進了一大步。但在制造質量、精度、制造周期和成本方面，以國外相比還存在一定的差距。標志沖模技術先進水平的多工位級進模和多功能模具，是我國重點發展的精密模具品種，在制造精度、使用壽命、模具結構和功能上，與國外多工位級進模和多功能模具相比，存在一定差距。

三、模具CAD/CAE/CAM技術

沖壓技術的進步首先通過模具技術的進步來體現出來。對沖模技術性能的研究已經成為發展沖壓成形技術的中心和關鍵。20世紀60年代初期，國外飛機、汽車制造公司開始研究計算機在模具設計與制造中的應用。通過以計算機為主要技術手段，以數學模型為中心，采用人機互相結合、各盡所長的方式，把模具的設計、分析、計算、制造、檢驗、生產過程連成一個有機整體，使模具技術進入到綜合應用計算機進行設計、制造的新階段。模具的高精度、高壽命、高效率成為模具技術進步的特征。

模具CAD/CAE/CAM是改造傳統模具生產方式的關鍵技術，是一項高科技、高效益的系統工程。它以計算機軟件的形式，為企業提供一種有效的輔助工具，使工程技術人員借助于計算機對產品性能、模具結構、成形工藝、數控加工及生產管理進行設計和優化。模具CAD/CAE/CAM技術能顯著縮短模具設計與制造周期，降低生產成本和提高產品質量已成為模具界的共識。

模具CAD/CAE/CAM在近20年中經歷了從簡單到復雜，從試點到普及的過程。進入本世紀以來，模具CAD/CAE/CAM技術發展速度更快，應用范圍更廣。在級進模CAD/CAE/CAM發展應用方面，本世紀初，美國UGS公司與我國華中科技大學合作在UG-II（現為NX）軟件平臺上開發出基于三維幾何模型的級進模CAD/CAM軟件NX-PDW。該軟件包括工程初始化、工藝預定義、毛坯展開、毛坯排樣、廢料設計、條料排樣、壓力計算和模具結構設計等模塊。具有特征識別與重構、全三維結構關聯等顯著特色，已在2003年作為商品化產品投入市場。與此同時，新加波、馬來西亞、印度及我國臺灣、香港有關機構和公司也在開發和試用新一代級進模CAD/CAM系統。

我國從上世紀90年代開始，華中科技大學、上海交通大學、西安交通大學和北京機電研究院等相繼開展了級進模CAD/CAM系統的研究和開發。如華中科技大學模具技術國家重點實驗室在AutoCAD軟件平臺上開發出基于特征的級進模CAD/CAM系統HMJC，包括板金零件特征造型、基于特征的沖壓工藝設計、模具結構設計、標準件及典型結構建庫工具和線切割自動編程5個模塊。上海交通大學為瑞士法因托（Finetool）精沖公司開發成功精密沖裁級進模CAC/CAM系統。西安交通大學開發出多工位彎曲級進模CAD系統等。近年來，國內一些軟件公司也競相加入了級進模CAD/CAM系統的開發行列，如深圳雅明軟件制作室開發的級進模系統CmCAD、富士康公司開發的用于單沖模與復合模的CAD系統Fox-CAD等。

展望國內外模具CAD/CAE/CAM技術的發展，本世紀的科學技術正處于日新月異的變革之中，通過與計算機技術的緊密結合，人工智能技術、并行工程、面向裝配、參數化特征建模以及關聯設計等一系列與模具工業相關的技術發展之快，學科領域交叉之廣前所未見。今后10年新一代模具CAD/CAE/CAM系統必然是當今最好的設計理念、最新的成形理論和最高水平的制造方法相結合的產物，其特點將反映在專業化、網絡化、集成化、智能化四個方面。主要表現在：一是模具CAD/CAM的專業化程度不斷提高；二是基于網絡的CAD/CAE/CAM一體化系統結構初見端倪；三是模具CAD/CAE/CAM的智能化引人注目；四是與先進制造技術的結合日益緊密。

設計是源頭，設計雖然只占模具成本的10%左右，卻決定了整個模具成本的70%～80%。所以，作者在設計時詳盡地考慮了模具結構，考慮提高生產率，如何方便維修。但是，又不能完全依賴于設計，在實際生產中要具體問題具體分析，根據實際狀況進行模具調整也是必需的。在生產中模具的維修、保養也是很重要的。在模具維修時，應該多注意細節，找出根本原因，針對其維修。在拆裝模具時，要認真仔細，以防損傷模具。定期的維護、保養也可以大大提高模具壽命。

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