冲压模具

课程考核论文 题目 冲压模具的最新进展及未来发展趋势 姓名 韩梅 班级 14 材控一班 学号 1406031001 冲压模具的最新进展及未来发展趋势 The latest progress and future development tendency of stamping die 14 级材料成型及控制工程一班 韩梅 1406031001 摘要 近十多年来 随着对发展先进制造技术的重要性获得前所未有的共识 冲压成形技术无论在深 度和广度上都取得了前所未有的进展 其特征是与高新技术结合 在方法和体系上开始发生很大变化 计 算机技术 信息技术 现代测控技术等冲压领域的渗透与交叉融合 推动了先进冲压成形技术的形成和发 展 Abstract in recent ten years with the development of advanced manufacturing technology to obtain unprecedented consensus the importance of stamping technology in both the depth and breadth has made unprecedented progress its characteristic is the combination of new and high technology great changes at the beginning of the method and system Computer technology information technology modern measurement and control technology in the field of stamping penetration and intersection promote the formation and development of advanced stamping technology 关键词 冲压工艺 模具设计 CAE 技术 Keywords stamping process of mould design and CAE technology 引言 冲压模具 难在结构 根据零件的不同 模具的设计也比较多变 设计安全实用的冲 压模具是现在冲压技术迅速发展的需要 随着经济全球化的加快 市场竞争日益剧烈 很多模具企业加大了营销和模具研发的 力度 一些企业已经普及了二维 CAD 软件 并且使用 Pro E UG SolidWorks 等国际通用三 维软件 这些软件成功的应用于冲压模具的开发设计当中 大型复杂冲压模具以汽车覆盖 件模具为代表 可以生产小汽车的覆盖件模具 体现高水平制造技术的多工位级进模 也 从电动机 电器外壳模具 扩展到接插件 空调散热片等家电零件模具 在欧美和日韩等发达国家的模具工业起步很早 有很先进的生产开发经验 是我们所 没有的 而其特点有 模具设计充分利用信息技术线 切割 五轴高速加工技术大大提高 生产效率 快速成型技术和快速制造深入人心 市场化管理 工艺先进 标准化程度高 未来 冲压模具发展趋势将越发智能化 精度高 周期短 而很多技术和工艺都亟待 发展 充分利用计算机辅助技术来整合整个行业 使虚拟现实成为可能 高速线切割技术 可以极大提高模具设计制造的效率 可以达到更加灵敏 智能 大规模制造 3D 打印技术 提供了从模型到实物扫描到加工的功能 可以极大节省时间 实现大数据采集 可以实现 模具设计的逆向工程 1 冲压技术发展的特征 冲压技术的真正发展 始于汽车的工业化生产 20 世纪初 美国福特汽车的工业化生 产大大推动了冲压技术的研究和发展 研究工作基本上在板料成形技术和成形性两方面同 时展开 关键问题是破裂 起皱与回弹 涉及可成形性预估 成形方法的创新 以及成形 过程的分析与控制 但在 20 世纪的大部分时间里 对冲压技术的掌握基本上是经验型的 分析工具是经典的成形力学理论 能求解的问题十分有限 研究的重点是板材冲压性能及 成形力学 远不能满足汽车工业的需求 60 年代是冲压技术发展的重要时期 各种新的成 形技术相继出现 尤其是成形极限图 FLD 的提出 推动了板材性能 成形理论 成形工 艺和质量控制的协调发展 成为冲压技术发展史上的一个里程碑 由于 80 年代有限元方法及 CAD 技术的先期发展 使 90 年代以数值模拟仿真为中心的 和计算机应用技术在冲压领域得以迅速发展并走向实用化 成为材料变形行为研究和工艺 过程设计的有力工具 纵观上世纪的发展历程可见 1 冲压性能的研究和改进是与冲压技术的发展相辅相 承的 2 汽车 飞机等工业的飞速发展 以及能源因素都是冲压技术发展的主要推动力 进入新世纪 环境因素及相关的法律约束日益突出 汽车轻量化设计和制造成为当前的重 要课题 3 成形过程数字化仿真技术的发展 推动传统冲压技术走向科学化 进入先进 制造技术行列 4 冲压技术的发展涉及材料 能源 模具 设备等各方面 工艺方法的 创新及其过程的科学分析与控制是技术发展的核心 模具技术是冲压技术发展的体现 是 决定产品制造周期 成本 质量的重要因素 2 先进成形技术的发展 结构整体化是重要的发展趋势 不仅对于飞机 未来汽车也将扩大应用 随着新材料 和新结构的扩大应用 迫切需要发展相应的低成本冲压成形技术 当前的研究重点 1 铝合金覆盖件等车身零件的冲压技术 国外已有实用的工艺及模具设计数据资料 2 多 种厚度激光拼焊板坯的冲压技术 3 挤压管坯的内高压成形技术 4 复合板的成形技 术等 对于飞机工业来说 钛合金 铝锂合金复杂形状零件及铝合金特殊结构件的成形技 术是当前的研究重点 以液体直接或间接作为半模或传感应介质的各种液压成形技术 属于半模成形或软模 成形 有很多优点 是飞机钣金零件的主要制造方法 近十多年来在高压源及高压密封问 题解决后 得以迅速发展 在汽车工业中获得重要应用 液压成形包括液压橡皮囊成形 充液拉深成形和内高压胀管成形 液压橡皮成形已从航空工业的传统应用扩大到汽车的复 杂内外板件的成形 在 100 140Mpa 的压力下 成形质量很好 适用于试制和小批量生产 新兴的内高压成形技术已经实用化 工业化 生产发动机的支架 排气管 凸轮轴及框架 件等 达到了很好的效率和效益预计液压成形 拼焊毛坯冲压成形及激光焊接装配将是未 来汽车轻量化的三项关键技术 此外粘介质压力成形 磁脉冲成形 以及各种无模成形技术的研究也有很大进展 显 现出越来越多的工艺柔性 3 数字化成形技术的发展 先进成形技术是在传统成形技术的基础上 以计算机为支柱 综合利用信息 电子 材 料 能源 环境工程等各项高新技术及现代管理技术 有利于最终实现产品全生命期综合 优化的冲压成形技术 是能越大程度地达到 精 省 净 目标 获得高综合效益的成形 技术 发展先进成形技术的关键在于 大力发展冲压成形过程的计算机分析仿真技术 CAE 1 并行工程 CE 并行工作模式逐步取代传统的串行顺序式工作模式 计算机辅助过程分析仿真 CAE 是 20 世纪后期对于金属成形最具重大意义的技术进步 之一 其核心是有限元分析技术 以有限元法为基础的冲压成形过程中计算机仿真技术或数值模拟技术 以冲压模具设计 冲压过程设计与工艺参数优化提供了科学的新途径 将是解决复杂冲压过程设计和模具设 计的最有效手段 国外大型企业的应用步伐非常迅速 而汽车工业走在前列 现已逐渐成 熟 用于模具设计和试模的时间减少 50 以上 美国 GM 居世界领先地位 2 降低软件对人员专业素质的要求 目前市场软件功能强大 主要面向分析师 买 了先进软件系统 不一定能获得好的模拟结果 面向中小企业 推广更加困难 3 降低软件对硬件平台的要求 目前 几乎著名的冲压模拟软件都已完成向微机版 的转化 4 加强初始化设计环节的研究 初始化设计环节 初始方案 作为计算分析的起 点和修改的基础 至今仍需要靠有经验的人员完成 迫切需要发展知识库工程 KBE 将 专家系统 ES 人工智能技术 AI 与有限元模拟软件相结合 实现智能化初始工作 减 少对工艺专家的依赖 5 加强基础试验 材料性能本构关系 摩擦状态 缺陷判据等数据来自试验 其真 实性 准确性是限制模拟分析达到可靠精度的重要因素 6 进一步向产品冲压制造系统扩展 实现制造全过程 全生命期的综合优化 目前 成形过程分析 仍重在解决成 形 问题 未来 将同时向改 性 发展 实现变形方式 成形过程及成形后性能的综合优化 7 普及 CAE 技术势在必行 CAD 技术经过 5 10 年的大力普及 基本解决了手工绘 图问题 未来 5 10 年 CAE 技术的普及将势在必行 4 冲压成形技术的发展趋势 1 进入 90 年代以来 高新技术全面促进了传统成形技术的改造及先进成形技术的 形成和发展 21 世纪的冲压技术将以更快的速度持续发展 发展的方向将更加突出 精 省 净 的需求 2 冲压成形技术将更加科学化 数字化 可控化 科学化主要体现在对成形过程 产品质量 成本 效益的预测和可控程度 成形过程的数值模拟技术将在实用化方面取得 很大发展 并与数字化制造系统很好地集成 人工智能技术 智能化控制将从简单形状零 件成形发展到覆盖件等复杂形状零件成形 从而真正进入实用阶段 3 注重产品制造全过程 最大程度地实现多目标全局综合优化 优化将从传统的单 一成形环节向产品制造全过程及全生命期的系统整体发展 4 对产品可制造性和成形工艺的快速分析与评估能力将有大的发展 以便从产品初 步设计甚至构思时起 就能针对零件的可成形性及所需性能的保证度 作出快速分析评估 5 冲压技术将具有更大的灵活性或柔性 以适应未来小指量多品种混流生产模式及 市场多样化 个性化需求的发展趋势 加强企业对市场变化的快速响应能力 6 重视复合化成形技术的发展 以复合工艺为基础的先进成形技术不仅正在从制造 毛坯向直接制造零件方向发展 也正在从制造单个零件向直接制造结构整体的方向发展 加入 WTO 以后 中国的汽车工业 航空航天工业等支柱产业必将有大的发展 我国的 冲压行业既充满发展的机遇 又面临进一步以高新技术改造传统技术的严峻挑战 国民经 济和国防建设事业将向冲压成形技术的发展提出更多更新更高的要求 我国的板料加工领 域必须加强力量的联合 加强技术的综合与集成 加快传统技术从经验向科学化转化的进 程 加速人才培养 提升技术创新能力 提高冲压技术队伍的整体素质和生产企业的竞争 力 参考文献 1 冲压工艺与模具 北京 电子工业出版社 2004 6 2 李焕芳 冷冲压模具发展现状 中国高新技术企业 2010 3 卢险峰 冲压工艺模具学 北京 机械工业出版社 2006 2 吴伯杰 4 柯旭贵 张荣清 冲压工艺与模具设计 北京 机械工业出版社 2017 5 薛启翔 冲压模具设计制造难点与窍门 北京 机械工业出版社 2003 7 6 王秀凤万良辉 冷冲压模具设计与制造 北京 北京航空航天大学出版社 2005 4