沖壓工藝研究

李霞

摘要：沖壓成形作為現代工業中一種十分重要的加工方法，用以生產各種板料零件，具有很多獨特的優勢，其成形件具有自重輕、剛度大、強度高、互換性好、成本低、生產過程便于實現機械自動化及生產效率高等優點，是一種其它加工方法所不能相比和不可替代的先進制造技術，在制造業中具有很強的競爭力，被廣泛應用于汽車、能源、機械、信息、航空航天、國防工業和日常生活的生產之中。

在吸收了力學、數學、金屬材料學、機械科學以及控制、計算機技術等方面的知識后，已經形成了沖壓學科的成形基本理論。以沖壓產品為龍頭，以模具為中心，結合現代先進技術的應用，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。

沖壓加工與其他加工方法相比，在技術和經濟方面有如下特點：1）沖壓件的尺寸精度由模具來保證，所以制品質量穩定，互換性好，在一般情況下可以直接滿足裝配和使用要求。此外，在沖壓加工過程中由于材料經過塑性變形，金屬內部組織得到改善，機械強度有所提高，所以，沖壓件具有質量輕、剛度好、精度高和外表光滑、美觀等特點。2）由于利用模具加工，所以可獲得其他加工方法所不能或難以制造的壁薄、質量輕、剛性好、表面質量高、形狀復雜的零件。3）沖壓加工一般不需要加熱毛坯，也不像切削加工那樣大量切削金屬，所以它不但節能，而且節約金屬。沖壓加工的材料利用率一般可達70%—85%，所以沖壓件呈批量生產時其成本比較低，經濟效益較高。4）對于普通壓力機每分鐘可生產幾十件制品，而高速壓力機每分鐘可生產幾百上千件，所以它是一種高效率的加工方法。如汽車車身等大型零件每分鐘可生產幾件，而小零件的高速沖壓則每分鐘可生產千件以上。由于沖壓加工的毛坯是板材或卷材，一般又在冷狀態下加工，因此較易實現機械化和自動化，比較適宜配置機器人來實現無人化生產。

四種汽車沖壓自動化形式：1.串列式單機聯線自動化沖壓線——串列式單機聯線自動化沖壓線通常采用5-6臺壓機串列，配套機械手送料系統或機器人搬運系統實現聯線自動化，一般用于生產外覆蓋件和大型內板零件;機械手送料系統投資高，節拍快，米勒萬家頓的Speedbar快速橫桿式輸送系統，一套單體的直線式輸送機構可以覆蓋前后兩臺壓力機的整個工作臺面，能從上一序模具中抓取工件并直接送到下一序模具中，保證大型覆蓋件的生產節拍達到13-15件min-1以上;機器人搬運系統柔性高，投資低，生產節拍可達4～9min-1，在多品種、中小批量生產具有獨特的優勢。2.大型多工位壓力機——大型多工位壓力機一般由拆垛機、大型壓力機、自動送料系統和出料系統等組成，其生產節拍可達16～25min-1，通用歐寶汽車公司在2000年就開始采用63000KN多工位壓機生產汽車頂蓋，效率達到16min-1。濟南二機床集團公司已開發出25000kN、30000kN、50000kN等多種多工位壓力機;根據工件的輸送方式不同，多工位壓力機送料系統可分為三座標式和真空吸盤。

沖壓加工作為一個行業，在國民經濟的加工工業中占有重要的地位。根據統計，沖壓件在各個行業中均占相當大的比例，尤其在汽車、電機、儀表、軍工、家用電器等方面所占比例更大。沖壓加工的應用范圍極廣，從精細的電子元件、儀表指針，到重型汽車的覆蓋件和大梁、高壓容器封頭以及航空航天器的蒙皮、機身等均需沖壓加工。

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 [2] ：（1）汽車覆蓋件模;（2）精密沖模;（3）大型及精密塑料模;（4）主要模具標準件;（5）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。

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。

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[4] 。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。

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：（1）模具CAD/CAM的專業化程度不斷提高;（2）基于網絡的CAD/CAE/CAM一體化系統結構初見端倪;（3）模具CAD/CAE/CAM的智能化引人注目;（4）與先進制造技術的結合日益緊密。

該課題主要針對電器開關過電片零件，在對過電片沖孔、落料和壓彎等成形工藝分析的基礎上，提出了該零件采用多工位級進模的沖壓方案;根據零件的形狀、尺寸精度要求，設計過程中綜合考慮采用“雙列直對排法”排樣，成形側刃定位，保證工件的尺寸和形狀位置精度要求的同時，提高了材料的利用率和勞動生產率。

結束語：本課題涉及的知識面廣，綜合性較強，在鞏固大學所學知識的同時，對于提高設計者的創新能力、協調能力，開闊設計思路等方面為作者提供了一個良好的平臺。

（作者單位：東風悅達起亞汽車有限公司）