沖壓工藝與模具的發展應用

陳杰

摘 要：模具是工業生產中積極重要而又不可或缺的特殊的基礎工藝裝備，工業要發展，模具須先行。沒有高水平的模具，就沒有高水平的工業產品。現在，模具工業水平既是衡量一個制造業國家水平高低的重要的標志，也是一個工業國家產品保持國際競爭力的重要保證之一。本文主要介紹沖壓工藝及模具當前的狀況以及其未來發展趨勢。

關鍵詞：沖壓；模具；現狀；發展；應用

1概述

1.1沖壓的概念

沖壓（sheet metal forming；stamping）利用模具在壓力機上將金屬板材制成各種板片狀零件和殼體、容器類工件，或將管件制成各種管狀工件。這類在冷態進行的成型工藝方法稱為冷沖壓，簡稱沖壓。

沖壓加工是借助于常規或專用沖壓設備的動力，使板料在模具里直接受到變形力并進行變形，從而獲得一定形狀，尺寸和性能的產品零件的生產技術。板料，模具和設備是沖壓加工的三要素。按沖壓加工溫度分為熱沖壓和冷沖壓。前者適合變形抗力高，塑性較差的板料加工；后者則在室溫下進行，是薄板常用的沖壓方法。它是金屬塑性加工（或壓力加工）的主要方法之一，也隸屬于材料成型工程技術。

沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡稱沖模。沖模是將材料（金屬或非金屬）批量加工成所需沖件的專用工具。沖模在沖壓中至關重要，沒有符合要求的沖模，批量沖壓生產就難以進行；沒有先進的沖模，先進的沖壓工藝就無法實現。沖壓工藝與模具、沖壓設備和沖壓材料構成沖壓加工的三要素，只有它們相互結合才能得出沖壓件[1]。

1.2 沖壓的特點

沖壓是高效的生產方法，采用復合模，尤其是多工位級進模，可在一臺壓力機（單工位或多工位的）上完成多道沖壓工序，實現由帶料開卷、矯平、沖裁到成形、精整的全自動生產。生產效率高，勞動條件好，生產成本低，一般每分鐘可生產數百件。與機械加工及塑性加工的其它方法相比，沖壓加工無論在技術方面還是經濟方面都具有許多獨特的優點。主要表現如下：

（1）沖壓加工的生產效率高，且操作方便，易于實現機械化與自動化。這是因為沖壓是依靠沖模和沖壓設備來完成加工，普通壓力機的行程次數為每分鐘可達幾十次，高速壓力要每分鐘可達數百次甚至千次以上，而且每次沖壓行程就可能得到一個沖件。

（2）沖壓時由于模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度，且一般不破壞沖壓件的表面質量，而模具的壽命一般較長，所以沖壓的質量穩定，互換性好，具有“一模一樣”的特征。

（3）沖壓可加工出尺寸范圍較大、形狀較復雜的零件，如小到鐘表的秒表，大到汽車縱梁、覆蓋件等，加上沖壓時材料的冷變形硬化效應，沖壓的強度和剛度均較高。

（4）沖壓一般沒有切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需其它加熱設備，因而是一種省料，節能的加工方法，沖壓件的成本較低。

由于沖壓具有如此優越性，沖壓加工在國民經濟各個領域應用范圍相當廣泛。例如，在宇航，航空，軍工，機械，農機，電子，信息，鐵道，郵電，交通，化工，醫療器具，日用電器及輕工等部門里都有沖壓加工。不但整個產業界都用到它，而且每個人都直接與沖壓產品發生聯系。像飛機，火車，汽車，拖拉機上就有許多大，中，小型沖壓件。小轎車的車身，車架及車圈等零部件都是沖壓加工出來的。據有關調查統計，自行車，縫紉機，手表里有80%是沖壓件；電視機，收錄機，攝像機里有90%是沖壓件；還有食品金屬罐殼，鋼精鍋爐，搪瓷盆碗及不銹鋼餐具，全都是使用模具的沖壓加工產品；就連電腦的硬件中也缺少不了沖壓件[2]。

2沖壓模具的當前狀況

在國家產業政策的引領與支持下，經過前輩們的不斷努力創辦下，目前我國在設計與制造沖壓模具方面取得了較好的成果。近幾年，模具工業增長速度達到了15%左右，其中模具工業企業的所有制成分也伴隨著巨大的變化。

近年許多模具企業對技術進步的投資明顯加大了力度，并視技術進步為企業發展的主要推動力。部分國內模具企業對二維CAD大力普及，同時開始使用Pro/E、PDX、NX等國際通用軟件。由于相關機構與高校等多方面的努力，中國在模具CAD/CAE/CAM技術方面榮獲了卓越的成果，不僅對模具質量進行了改良，對模具設計的制造周期也有所縮減。例如：吉林大學汽車覆蓋件成型技術所研制的汽車覆蓋件沖壓成型分析KMAS軟件、華中理工大學模具技術國家重點實驗室研發的汽車覆蓋件模具和級進模CAD/CAE/CAM軟件。

我國模具工業目前雖取得了顯著的進步，但值得深思的是許多方面較其他發達國家還有些不足，需要及時解決。較國外的模具制造而言，我國模具制造存在以下幾點的不足：

（1）模具使用覆蓋率和標準化程度低，雖然汽車模具標準件的使用覆蓋率從，20世紀末的25%～30%上升到45%左右，但是離國際70%～80%的水準還是有非常大的提升空間。

（2）缺少大型、復雜、長壽命模具對需求模具量龐大的現代工業的更新換代進行了制約。在我國，許多模具廠的加工設備不夠先進，其中精度弱、役期久、效率低等問題導致目前的生產能力對需求量的供應只有60%左右。

（3）模具壽命短、材料利用率低國外。通過分析統計大量的失效模具，可知引起模具失效有以下幾個原因；由熱處理操作失誤占據45%，因模具結構設計不合理、選材偏差占據25%，由于使用條件等因素占據了20%，因加工工藝因素占據了10%。

（4）在對模具CAD/CAE/CAM技術的開發方面有待提高、技術的普及率低，只有僅僅在約10%的模具的設計中運用了CAD技術，要想達到全面熟練運用此類新開發技術還得經過長期的摸索；由于對工藝設備方面和先進適用的制造裝備的缺乏，只有5%左右的模具制造設備采用了CAM技術。

3沖壓模具未來發展趨勢

模具技術的發展應該為適應模具產品“交貨期短”、“精度高”、“質量好”、“價格低”的要求服務。達到這一要求急需發展如下幾項：

（1）全面推廣CAD/CAM/CAE技術

模具CAD/CAM/CAE技術是模具設計制造的發展方向。隨著微機軟件的發展和進步，普及CAD/CAM/CAE技術的條件已基本成熟，各企業將加大CAD/CAM技術培訓和技術服務的力度；進一步擴大CAE技術的應用范圍。計算機和網絡的發展正使CAD/CAM/CAE技術跨地區、跨企業、跨院所地在整個行業中推廣成為可能，實現技術資源的重新整合，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、熱變形小等優點。高速銑削加工技術的發展，對汽車、家電行業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、集成化方向發展。

（3）模具掃描及數字化系統

高速掃描機和模具掃描系統提供了從模型或實物掃描到加工出期望的模型所需的諸多功能，大大縮短了模具的在研制制造周期。有些快速掃描系統，可快速安裝在已有的數控銑床及加工中心上，實現快速數據采集、自動生成各種不同數控系統的加工程序、不同格式的CAD數據，用于模具制造業的“逆向工程”。模具掃描系統已在汽車、摩托車、家電等行業得到成功應用，相信在“十五”期間將發揮更大的作用。

（4）電火花銑削加工

電火花銑削加工技術也稱為電火花創成加工技術，這是一種替代傳統的用成型電極加工型腔的新技術，它是有高速旋轉的簡單的管狀電極作三維或二維輪廓加工，因此不再需要制造復雜的成型電極，這顯然是電火花成形加工領域的重大發展。國外已有使用這種技術的機床在模具加工中應用。預計這一技術將得到發展。

（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。國外發達國家一般為80%左右。

（6）優質材料及先進表面處理技術

選用優質鋼材和應用相應的表面處理技術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揮模具鋼材料性能的關鍵環節。模具熱處理的發展方向是采用真空熱處理。模具表面處理除完善應發展工藝先進的氣相沉積（TiN、TiC等）、等離子噴涂等技術。

（7）模具研磨拋光將自動化、智能化

模具表面的質量對模具使用壽命、制件外觀質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有手工操作，以提高模具表面質量是重要的發展趨勢。

（8）模具自動加工系統的發展

這是我國長遠發展的目標。模具自動加工系統應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、刀具數控庫；有完整的數控柔性同步系統；有質量監測控制系統。

4沖壓模具的應用

4.1汽車沖壓模具標準件的應用

隨著汽車市場的全球化競爭加劇，為降低新車開發成本，國外汽車制造廠如福特、菲亞特等已經成立了中國模具采購中心。通用公司已關閉了本國5個模具廠中的4個，轉向中國采購。而與此同時，國內已經涌現了一批具備承接世界汽車模具生產能力的廠商。國際汽車巨頭加大在華采購力度，使我國汽車覆蓋件模具的出口量迅速增加。汽車沖壓模具標準件是模具重要組成部分之一，其采購金額約占模具原材料總采購金額的約 20%～50%左右。從使用頻率上看，沖孔工具、彈性元件、導向部件、連接部件、吊具等類別占模具零部件絕大部分比例；從采購金額上看，滑動CAM、氮氣缸、導向產品、電子布線等類別占用模具采購成本的絕大部分份額[3]。

4.2機械零件精加工中現代沖壓模具的應用

機械加工技術中傳統的加工技術是粗加工，沖壓模具加工是精加工，機械零件在精加工技術的加工下，將其質量進行提升。對于機械制造業來講沖壓模具是一種較為特殊的機械零件加工設備，通過壓力對機械零件進行加工制造。

隨著我國工業生產技術的不斷提升，機械制造業的生產技術、生產設備都在不斷的更新和進步，沖壓模具是通過壓力實現對機械零件的加工制造，和其他的機械零件加工生產方法有所不同，沖壓模具為機械零件的精加工創造非常多的優點。現代沖壓模具根據機械零件加工方式的不同，可以分為沖剪模具、彎曲模具、成型模具、壓縮模具等，沖壓模具的不同沖壓加工方式，有不同的加工優勢，不僅可以將機械零件的公差減小，提升機械產品的加工精度，還可以將機械生產成本降低，提高企業的經濟效益，所以沖壓模具在機械生產中的位置是其他機械生產設備無法替代的，沖壓模具的沖壓加工將工件的加工速度提升，而且操作方便，有很高的安全性[4]。

5總結

沖壓模具工業方面在我國得到了令人滿意的提升，但從總體看，技術水平較工業發達國家仍存在一些不足之處。為了建設中國工業強國，模具工業需要立足國情、順應社會現代化的發展找出一條切實行的道路。這要求模具工業不斷提升自主創新能力，將信息技術以及高校技術與模具工業的制造技術融會貫通。

參考文獻

[1]http：//baike.sogou.com/v254437.htm？fromTitle=沖壓

[2]柯旭貴，張榮清.沖壓工藝與模具設計[M].北京：機械工業出版社.2012.9.

[3]鄧磊，馬寶順.汽車沖壓模具標準件應用現狀及趨勢[J].模具制造，2017，17（04）：1-5.

[4]徐榮其.機械零件精加工中現代沖壓模具的應用研究[J].科技與企業，2014，（02）：274-275.

（作者身份證號碼：320902198308146034）