沖壓技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

1、沖壓技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢近十多年來，隨著對進(jìn)展先進(jìn)制造技術(shù)的重要性獲得前所未有的共識，沖壓成形技術(shù)不管在深度和廣度上都取得了前所未有的進(jìn)展，其特點(diǎn)是與高新技術(shù)結(jié)合，在方法和體系上開始發(fā)生專門大變化。運(yùn)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、現(xiàn)代測控技術(shù)等沖壓領(lǐng)域的滲透與交叉融合，推動(dòng)了先進(jìn)沖壓成形技術(shù)的形成和進(jìn)展。本文著重結(jié)合汽車工業(yè)的進(jìn)展需求，討論沖壓技術(shù)的現(xiàn)狀和進(jìn)展趨勢。1.沖壓技術(shù)進(jìn)展的特點(diǎn)沖壓技術(shù)的真正進(jìn)展，始于汽車的工業(yè)化生產(chǎn)。 20 世紀(jì)初，美國福特汽車的工業(yè)化生產(chǎn)大大推動(dòng)了沖術(shù)的研究和進(jìn)展。研究工作差不多上在板料成形技術(shù)和成形性兩方面同時(shí)展開，關(guān)鍵咨詢題是破裂、起皺與回彈，涉及可成形性預(yù)估、成形方法

2、的創(chuàng)新， 以及成形過程的分析與操縱。但在20 世紀(jì)的大部分時(shí)刻里， 對沖壓技術(shù)的把握差不多上是體會(huì)型的。 分析工具是經(jīng)典的成形力學(xué)理論，能求解的咨詢題十分有限。研究的重點(diǎn)是板材沖壓性能及成形力學(xué)，遠(yuǎn)不能滿足汽車工業(yè)的需求。 60 年代是沖壓技術(shù)進(jìn)展的重要時(shí)期， 各種新的成形技術(shù)相繼顯現(xiàn)。 專門是成形極限圖 （FLD ）的提出，推動(dòng)了板材性能、成形理論、成形工藝和質(zhì)量操縱的和諧進(jìn)展，成為沖壓技術(shù)進(jìn)展史上的一個(gè)里程碑。由于 80 年代有限元方法及CAD 技術(shù)的先期進(jìn)展， 使 90 年代以數(shù)值模擬仿真為中心的和運(yùn)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)在沖壓領(lǐng)域得以迅速進(jìn)展并走向有用化，成為材料變形行為研究和工藝過程設(shè)計(jì)的有力

3、工具。汽車沖壓技術(shù)真正進(jìn)入了分析時(shí)期，傳統(tǒng)的板成形技術(shù)開始從體會(huì)走向科學(xué)化。縱觀上世紀(jì)的進(jìn)展歷程可見：（ 1）沖壓性能的研究和改進(jìn)是與沖壓技術(shù)的進(jìn)展相輔相承的。（ 2）汽車、飛機(jī)等工業(yè)的飛速進(jìn)展，以及能源因素差不多上沖壓技術(shù)進(jìn)展的要緊推動(dòng)力。進(jìn)入新世紀(jì)，環(huán)境因素及有關(guān)的法律約束日益突出，汽車輕量化設(shè)計(jì)和制造成為當(dāng)前的重要課題。（ 3） 成形過程數(shù)字化仿真技術(shù)的進(jìn)展， 推動(dòng)傳統(tǒng)沖壓技術(shù)走向科學(xué)化，進(jìn)入先進(jìn)制造技術(shù)行列。（ 4）沖壓技術(shù)的進(jìn)展涉及材料、能源、模具、設(shè)備等各方面。工藝方法的創(chuàng)新及其過程的科學(xué)分析與操縱是技術(shù)進(jìn)展的核心；模具技術(shù)是沖壓技術(shù)進(jìn)展的體現(xiàn)，是決定產(chǎn)品制造周期、成本、質(zhì)量的重要

4、因素。2、先進(jìn)成形技術(shù)的進(jìn)展沖壓技術(shù)的進(jìn)展與材料和結(jié)構(gòu)緊密有關(guān)。 估量以后 10-15 年， 環(huán)境要求和日益嚴(yán)格的環(huán)保法律，將促使汽車材料和結(jié)構(gòu)發(fā)生專門大變化。為了減少都市 CO2 的排放量，汽車力求輕量化，其最突出的進(jìn)展方向是提升所用材料的比強(qiáng)度和比剛度及進(jìn)展高效的輕量化結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)代車身結(jié)構(gòu)中，高強(qiáng)度鋼約占 25%。目前在連續(xù)開發(fā)超高強(qiáng)度鋼的同時(shí)，結(jié)合進(jìn)展新的“高效結(jié)構(gòu)”和制造技術(shù)，爭取使車身重量減少20%以上。但更引人關(guān)注的努力方向是擴(kuò)大鋁、鎂等低密度合金材料在汽車內(nèi)的應(yīng)用歐美正在研究開發(fā)以后型的鋁車身家用小汽車， 可使重量減輕40-50%，耗油僅為現(xiàn)行小汽車平均值的三分之一。目前的要緊咨詢

5、題是開發(fā)低成本鋁合金，進(jìn)展新結(jié)構(gòu)和高效制造方法，以及改進(jìn)回收技術(shù)。一旦成本咨詢題解決了，鋁合金可能成為汽車的要緊結(jié)構(gòu)材料。自 1991 年以來， 鎂的產(chǎn)量每 5 年增加 1 倍， 是專門有前途的以后材料，估量 2003年后鎂的應(yīng)用將有明顯上升，包括大的車身外部零件。復(fù)合板材料在汽車、飛機(jī)、醫(yī)藥、食品、化工、日用品等方面也均有寬敞應(yīng)用前景。此外烘烤硬化板、表面改性板等改性材料。 80 年代，歐美研究鍍鋅板的沖壓技術(shù)； 90 年代，重點(diǎn)研究激光拼焊板的沖壓及各種擠壓管坯型材的周密成形技術(shù)。鋁型材骨架件的用量也在持續(xù)增加。結(jié)構(gòu)整體化是重要的進(jìn)展趨勢，不僅關(guān)于飛機(jī)，以后汽車也將擴(kuò)大應(yīng)用。隨著新材料和新

6、結(jié)構(gòu)的擴(kuò)大應(yīng)用，迫切需要進(jìn)展相應(yīng)的低成本沖壓成形技術(shù)。當(dāng)前的研究重點(diǎn)：鋁合金覆蓋件等車身零件的沖壓技術(shù)。國外已有有用的工藝及模具設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)資料。（ 2）多種厚度激光拼焊板坯的沖壓技術(shù)。（ 3）擠壓管坯的內(nèi)高壓成形技術(shù)。（ 4）復(fù)合板的成形技術(shù)等。關(guān)于飛機(jī)工業(yè)來講，鈦合金、鋁鋰合金復(fù)雜形狀零件及鋁合金專門結(jié)構(gòu)件的成形技術(shù)是當(dāng)前的研究重點(diǎn)。以液體直截了當(dāng)或間接作為半?；騻鞲袘?yīng)介質(zhì)的各種液壓成形技術(shù)，屬于半模成形或軟模成形，有專門多優(yōu)點(diǎn)（已有近60 年歷史） ，是飛機(jī)鈑金零件的要緊制造方法。近十多年來在高壓源及高壓密封咨詢題解決后，得以迅速進(jìn)展，在汽車工業(yè)中獲得重要應(yīng)用。液壓成形包括液壓橡皮囊成形、充

7、液拉深成形和內(nèi)高壓脹管成形。液壓橡皮成形已從航空工業(yè)的傳統(tǒng)應(yīng)用擴(kuò)大到汽車的復(fù)雜內(nèi)外板件的成形， 在 100-140Mpa 的壓力下， 成形質(zhì)量專門好，適用于試制和小批量生產(chǎn)。新興的內(nèi)高壓成形技術(shù)差不多有用化、工業(yè)化，生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的支架、排氣管、凸輪軸及框架件等，達(dá)到了專門好的效率和效益估量液壓成形、拼焊毛坯沖壓成形及激光焊接裝配將是以后汽車輕量化的三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。此外粘介質(zhì)壓力成形、磁脈沖成形，以及各種無模成形技術(shù)的研究也有專門大進(jìn)展，顯現(xiàn)出越來越多的工藝柔性。3.數(shù)字化成形技術(shù)的進(jìn)展先進(jìn)成形技術(shù)是在傳統(tǒng)成形技術(shù)的基礎(chǔ)上，以運(yùn)算機(jī)為支柱，綜合利用信息、電子、材料、能源、環(huán)境工程等各項(xiàng)高新技術(shù)及現(xiàn)代

8、治理技術(shù)，有利于最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命期綜合優(yōu)化的沖壓成形技術(shù)，是能越大程度地達(dá)到“精、省、凈”目標(biāo)，獲得高綜合效益的成形技術(shù)。進(jìn)展先進(jìn)成形技術(shù)的關(guān)鍵在于：大力進(jìn)展沖壓成形過程的運(yùn)算機(jī)分析仿真技術(shù)（ CAE ） 。（ 2）并行工程（CE） 、并行工作模式逐步取代傳統(tǒng)的串行順序式工作模式。運(yùn)算機(jī)輔助過程分析仿真（CAE）是20世紀(jì)后期關(guān)于金屬成形最具重 大意義的技術(shù)進(jìn)步之一，其核心是有限元分析技術(shù)。以有限元法為基礎(chǔ)的沖壓成形過程中運(yùn)算機(jī)仿真技術(shù)或數(shù)值模擬技術(shù)，以沖壓模具設(shè)計(jì)、沖壓過程設(shè)計(jì)與工藝參數(shù)優(yōu)化提供了科學(xué)的新途徑，將是解決復(fù)雜沖壓過程設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)的最有效手段。國外大型企業(yè)的應(yīng)用步伐專門迅速，

9、而汽車工業(yè)走在前列，現(xiàn)已逐步成熟，用于模具設(shè)計(jì)和試模的時(shí)刻減少50%以上。美國GM 居世界領(lǐng)先地位。數(shù)值模擬技術(shù)的進(jìn)展趨勢可概括如下：進(jìn)一步提升模擬運(yùn)算的精度和速度。重點(diǎn)突破回彈精確推測；進(jìn)展快速有限元模擬技術(shù)， 實(shí)現(xiàn) “當(dāng)天工程” 、 甚至 “ 2 小時(shí)工程” ； 同時(shí)加大基礎(chǔ)研究，解決復(fù)雜變形路徑等基礎(chǔ)性咨詢題。（ 2）降低軟件對人員專業(yè)素養(yǎng)的要求。目前市場軟件功能強(qiáng)大，要緊面向分析師，買了先進(jìn)軟件系統(tǒng)，不一定能獲得好的模擬結(jié)果。面向中小企業(yè)，推廣更加困難。（ 3）降低軟件對硬件平臺的要求。目前，幾乎聞名的沖壓模擬軟件都已完成向微機(jī)版的轉(zhuǎn)化。（ 4）加大初始化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的研究。初始化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

10、（初始方案） ，作為運(yùn)算分析的起點(diǎn)和修改的基礎(chǔ)，至今仍需要靠有體會(huì)的人員完成。迫切需要進(jìn)展知識庫工程（KBE）,將專家系統(tǒng)（ES）、人工智能技術(shù)（AI）與 有限元模擬軟件相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)智能化初始工作，減少對工藝專家的依靠。（ 5）加大基礎(chǔ)試驗(yàn)。材料性能本構(gòu)關(guān)系、摩擦狀態(tài)、缺陷判據(jù)等數(shù)據(jù)來自試驗(yàn)，其真實(shí)性、準(zhǔn)確性是限制模擬分析達(dá)到可靠精度的重要因素。（ 6）進(jìn)一步向產(chǎn)品沖壓制造系統(tǒng)擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)制造全過程、全生命期的綜合優(yōu)化。目前，成形過程分析，仍重在解決成“形”咨詢題。以后，將同時(shí)向改“性”進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)變形方式、成形過程及成形后性能的綜合優(yōu)化。（ 7）普及CAE 技術(shù)勢在必行。 CAD 技術(shù)通過 5-

11、10 年的大力普及，差不多解決了手工繪圖咨詢題。以后 5-10 年， CAE 技術(shù)的普及將勢在必行。中小機(jī)械制造企業(yè) 70 多萬家，沖壓、模具企業(yè)為數(shù)甚大，以高新技術(shù)改造傳統(tǒng)技術(shù)的任務(wù)十分艱巨，結(jié)合產(chǎn)業(yè)調(diào)整，統(tǒng)籌規(guī)劃，需要提上日程。4、沖壓成形技術(shù)的進(jìn)展趨勢進(jìn)入 90 年代以來，高新技術(shù)全面促進(jìn)了傳統(tǒng)成形技術(shù)的改造及先進(jìn)成形技術(shù)的形成和進(jìn)展。 21 世紀(jì)的沖壓技術(shù)將以更快的速度連續(xù)進(jìn)展，進(jìn)展的方向?qū)⒏油怀觥熬?、省、凈”的需求。?2）沖壓成形技術(shù)將更加科學(xué)化、數(shù)字化、可控化?？茖W(xué)化要緊體現(xiàn)在對成形過程、產(chǎn)品質(zhì)量、成本、效益的推測和可控程度。成形過程的數(shù)值模擬技術(shù)將在有用化方面取得專門大進(jìn)展，

12、并與數(shù)字化制造系統(tǒng)專門好地集成。人工智能技術(shù)、智能化操縱將從簡單形狀零件成形進(jìn)展到覆蓋件等復(fù)雜形狀零件成形，從而真正進(jìn)入有用時(shí)期。（ 3）注重產(chǎn)品制造全過程，最大程度地實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)全局綜合優(yōu)化。優(yōu)化將從傳統(tǒng)的單一成形環(huán)節(jié)向產(chǎn)品制造全過程及全生命期的系統(tǒng)整體進(jìn)展。（ 4） 對產(chǎn)品可制造性和成形工藝的快速分析與評估能力將有大的進(jìn)展。以便從產(chǎn)品初步設(shè)計(jì)甚至構(gòu)思時(shí)起，就能針對零件的可成形性及所需性能的保證度，作出快速分析評估。（ 5）沖壓技術(shù)將具有更大的靈活性或柔性，以習(xí)慣以后小指量多品種混流生產(chǎn)模式及市場多樣化、個(gè)性化需求的進(jìn)展趨勢，加大企業(yè)對市場變化的快速響應(yīng)能力。（ 6）重視復(fù)合化成形技術(shù)的進(jìn)展。

13、以復(fù)合工藝為基礎(chǔ)的先進(jìn)成形技術(shù)不僅正在從制造毛坯向直截了當(dāng)制造零件方向進(jìn)展，也正在從制造單個(gè)零件向直截了當(dāng)制造結(jié)構(gòu)整體的方向進(jìn)展。加入 WTO 以后， 中國的汽車工業(yè)、 航空航天工業(yè)等支柱產(chǎn)業(yè)必將有大的進(jìn)展。我國的沖壓行業(yè)既充滿進(jìn)展的機(jī)遇，又面臨進(jìn)一步以高新技術(shù)改造傳統(tǒng)技術(shù)的嚴(yán)肅挑戰(zhàn)。國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)事業(yè)將向沖壓成形技術(shù)的進(jìn)展提出更多更新更高的要求。我國的板料加工領(lǐng)域必須加大力量的聯(lián)合，加大技術(shù)的綜合與集成，加快傳統(tǒng)技術(shù)從體會(huì)向科學(xué)化轉(zhuǎn)化的進(jìn)程。加速人才培養(yǎng)，提升技術(shù)創(chuàng)新能力，提升沖壓技術(shù)隊(duì)伍的整體素養(yǎng)和生產(chǎn)企業(yè)的競爭力。沖壓成形技術(shù)的進(jìn)展趨勢一、進(jìn)入 90 年代以來，高新技術(shù)全面促進(jìn)了傳統(tǒng)

14、成形技術(shù)的改造及先進(jìn)成形技術(shù)的形成和進(jìn)展。 21 世紀(jì)的沖壓技術(shù)將以更快的速度連續(xù)進(jìn)展，進(jìn)展 的方向?qū)⒏油怀觥熬?、省、凈”的需求?二、沖壓成形技術(shù)將更加科學(xué)化、數(shù)字化、可控化。科學(xué)化要緊體現(xiàn)在對 成形過程、產(chǎn)品質(zhì)量、成本、效益的推測和可控程度。成形過程的數(shù)值模 擬技術(shù)將在有用化方面取得專門大進(jìn)展，并與數(shù)字化制造系統(tǒng)專門好地集 成。人工智能技術(shù)、智能化操縱將從簡單形狀零件成形進(jìn)展到覆蓋件等復(fù) 雜形狀零件成形，從而真正進(jìn)入有用時(shí)期。 三、注重產(chǎn)品制造全過程，最大程度地實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)全局綜合優(yōu)化。優(yōu)化將 從傳統(tǒng)的單一成形環(huán)節(jié)向產(chǎn)品制造全過程及全生命期的系統(tǒng)整體進(jìn)展。 四、對產(chǎn)品可制造性和成形工藝的快

15、速分析與評估能力將有大的進(jìn)展。以 便從產(chǎn)品初步設(shè)計(jì)甚至構(gòu)思時(shí)起，就能針對零件的可成形性及所需性能的 保證度，作出快速分析評估。 五、沖壓技術(shù)將具有更大的靈活性或柔性，以習(xí)慣以后小指量多品種混流 生產(chǎn)模式及市場多樣化、個(gè)性化需求的進(jìn)展趨勢，加大企業(yè)對市場變化的 快速響應(yīng)能力。 六、重視復(fù)合化成形技術(shù)的進(jìn)展。以復(fù)合工藝為基礎(chǔ)的先進(jìn)成形技術(shù)不僅 正在從制造毛坯向直截了當(dāng)制造零件方向進(jìn)展，也正在從制造單個(gè)零件向 直截了當(dāng)制造結(jié)構(gòu)整體的方向進(jìn)展。國內(nèi)汽車模具生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展趨勢當(dāng)前，國內(nèi)的汽車模具產(chǎn)業(yè)面臨著前所未有的龐大生氣和超速進(jìn)展。這種進(jìn)展突出表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一是多元化的巨額投資。日資、臺資、歐美

16、資等汽車模具企業(yè)大量涌現(xiàn)；民營、上市、國營改制汽車模具企業(yè)正在加緊擴(kuò)建和追加投資，而且每一個(gè)企業(yè)的投資額都高達(dá)幾千萬到幾個(gè)億；其次是汽車模具制造的關(guān)鍵加工設(shè)備大型龍門數(shù)控加工中心成幾何級數(shù)增長， 一個(gè)企業(yè)擁有10 臺、 20 臺或 30 臺如此的設(shè)備已不足為怪；再次是高素養(yǎng)人才迅速向模具行業(yè)聚攏；最后是汽車模具市場繁榮，許多模具企業(yè)都顯現(xiàn)供不應(yīng)求的大好局面投資、設(shè)備、人才和市場幾個(gè)因素最終要依*生產(chǎn)技術(shù)才能轉(zhuǎn)變成生產(chǎn)力。面對當(dāng)前的新形勢，技術(shù)專門是關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)展，對汽車模具行業(yè)的 進(jìn)展具有深遠(yuǎn)的意義。CAE 技術(shù)汽車模具設(shè)計(jì)制造的核心技術(shù)是沖壓工藝技術(shù)。沖壓工藝技術(shù)包括工序設(shè)計(jì)、成型面設(shè)計(jì)、刃

17、口設(shè)計(jì)等等所有涉及產(chǎn)品成型部分的技術(shù)。因此，沖壓技術(shù)水平?jīng)Q定了模具的設(shè)計(jì)制造水平。目前國內(nèi)模具制造水平同國際先進(jìn)水平的最大差距就體現(xiàn)在沖壓工藝水平的差距上。以往我們的沖壓工藝技術(shù)要緊*人的體會(huì)，隨著國內(nèi)高品質(zhì)的車身生產(chǎn)周期變短， * 過去的體會(huì)來完成沖壓工藝已不可能。1、 CAE 軟件的成熟與應(yīng)用以有限元模擬分析軟件為代表的 CAE 技術(shù)在國際上的應(yīng)用已有近 30 年的歷史。近10 年來，塑性變形理論在板料成型技術(shù)中的應(yīng)用取得了專門大的進(jìn)步， 使 CAE 技術(shù)在汽車模具制造中的應(yīng)用變得成熟， 將 CAE應(yīng)用于沖壓工藝設(shè)計(jì)，可使試模減少50%以上。目前，CAE 技術(shù)已成為國外大型汽車和模具企業(yè)必

18、不可少的工具。 CAE 的廣泛應(yīng)用，應(yīng)歸功于 CAE 商業(yè)軟件的大力進(jìn)展，其中代表性軟件有： 美國Lawrence Livemore國家材料實(shí)驗(yàn)室的 LS-DYNA3D 軟件； 法國ESI公司的PAM-STAMP軟件； 法國 DYNAMICSOFTWARE 公司的 OPTRIS 軟件； 美國ETA公司的Dynaform軟件；,瑞士 Autoform 公司的 Autoform 軟件。這些軟件各有所長， 對板料成型分析都專門專業(yè)和有用。目前，國內(nèi)一流的汽車模具公司都應(yīng)用了 CAE 軟件，并以 Autoform 軟件的應(yīng)用居多。天津汽車模具有限公司通過2 年的努力。 CAE 應(yīng)用率差不多達(dá)到了100

19、%，明顯地縮短了模具調(diào)試周期。如果講，前幾年模具制造的尖端技術(shù)是 CAD ，那么現(xiàn)在就CAE 。能夠推測，今后幾年CAE 技術(shù)在國內(nèi)汽車模具廠中的應(yīng)用，就象今天的 CAD 技術(shù)一樣普及。2、 輔助沖壓工藝設(shè)計(jì)傳統(tǒng) CAE 軟件中能做成型性分析，且需要專業(yè)人員做大量的前處理，如果分析結(jié)果不中意，還需從頭再來。由于傳統(tǒng)的 CAE 軟件只是一種驗(yàn)證的手段，要緊用于方案的比較，不能用于工藝的輔助，從而造成CAE技術(shù)長期游離于生產(chǎn)過程以外?，F(xiàn)在CAE 軟件已進(jìn)展成不僅能做單純的成型分析，且能參與沖壓工藝的全過程。我們稱之為運(yùn)算機(jī)輔助沖壓工藝。在工藝設(shè)計(jì)方面， CAE 具備了沖壓方向的自動(dòng)或輔助確定、快速

20、生成拉延面、壞料尺寸的確定、修邊線的展開等專門有用的功能，同時(shí)精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于憑人的體會(huì)或其他 CAD 方法所得到的結(jié)果。在分析方面，針對沖壓成型，使得確定沖裁角度、棱線偏移、拉延沖擊滑痕、面成型品質(zhì)、壓邊力、成型力等各種分析得到完善，分析內(nèi)容的廣泛性和有用性都早已超出了原先的 CAE 內(nèi)容。目前， CAE 軟件已成為模具設(shè)計(jì)流程中必不可少的一部分。它高度面向最終用戶，操作者既不需要專門深的 CAE 知識，也不需要過多的實(shí)際調(diào)試體會(huì)就可方便地使用它。在發(fā)達(dá)國家， CAE 軟件分析結(jié)果的模擬符合性大于95%，即使是最初應(yīng)用，也可達(dá)到60 80%的準(zhǔn)確率。專門是在方案對比、成型裕度分析、不可展翻邊展開

21、等方面， CAE 的結(jié)果專門精確。當(dāng)前， CAE 技術(shù)進(jìn)展的重點(diǎn)是回彈分析和工藝參數(shù)的自動(dòng)優(yōu)化，如果解決了這兩個(gè)難題，將再次帶來革命性的進(jìn)步。實(shí)體設(shè)計(jì)應(yīng)用當(dāng)前國內(nèi)汽車模具具企業(yè)已將二維CAD 廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中， 部分企業(yè)將三維實(shí)體設(shè)計(jì)應(yīng)用于部分模具的設(shè)計(jì)中， 只有極少數(shù)企業(yè)能夠做到 100%的實(shí)體設(shè)計(jì)。應(yīng)該講實(shí)體設(shè)計(jì)取代二維CAD 是進(jìn)展的必定趨勢。實(shí)體設(shè)計(jì)最大的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)過程專門直觀，能對結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)真實(shí)的描述，確保設(shè)計(jì)的合理性，在模具靜態(tài)和動(dòng)態(tài)干涉檢查、模具強(qiáng)度分析等方面具有明顯的優(yōu)勢。專門是在當(dāng)前體會(huì)豐富的設(shè)計(jì)人員大量短缺的情形下，新從事模具設(shè)計(jì)的人員從實(shí)體設(shè)計(jì)入門，可通過短期培訓(xùn)，

22、 3、 4 個(gè)月以后就能夠在別人的指點(diǎn)下較好地完成模具實(shí)體設(shè)計(jì)。過去一個(gè)生手達(dá)到同樣水平，至少要1 2 年的時(shí)刻。1、 實(shí)體設(shè)計(jì)對生產(chǎn)全流程的阻礙實(shí)體設(shè)計(jì)不但使設(shè)計(jì)方法發(fā)生龐大變化。1 無圖化生產(chǎn)實(shí)體設(shè)計(jì)使企業(yè)走向無圖化生產(chǎn)。企業(yè)完全拋棄 2D 圖紙，可能節(jié)約 2D 圖出圖時(shí)刻，由此可減少大約25 40%的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)刻。 從那個(gè)意義上講， 實(shí)體設(shè)計(jì)優(yōu)于 2D 設(shè)計(jì)。無圖化生產(chǎn)是建立在生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化的基礎(chǔ)之上的，實(shí)體設(shè)計(jì)和數(shù)字化制造是互為充分條件。實(shí)體設(shè)計(jì)能夠催生無圖化生產(chǎn)，無圖化生產(chǎn)能全面提升汽車模具的制造水平和生產(chǎn)效率，是今后一段時(shí)刻通過 CAD/CAM 兩種技術(shù)互動(dòng)，取得技術(shù)新

23、突破的關(guān)鍵。2 實(shí)型數(shù)控加工實(shí)體設(shè)計(jì)可直截了當(dāng)支持泡沫型的數(shù)控加工，取消傳統(tǒng)泡沫型的手工制作，能大大縮短制造周期和提升制造精度。3 全數(shù)控化加工實(shí)體設(shè)計(jì)直截了當(dāng)支持模具構(gòu)造面的 NC 程序化加工。 盡管大多數(shù)企業(yè)采納數(shù)控機(jī)床加工模具構(gòu)造面，但仍舊沒有脫離人工識圖和手動(dòng)操作，現(xiàn)場識圖所白費(fèi)的時(shí)刻能及人工操作的不連續(xù)性等，致使加工效率大大下降、人為失誤大大增加。一樣由人工操作加工模具構(gòu)造面時(shí)，出粉率專門難超過40%，而采納NC程序化加工模具的構(gòu)造面，能夠?qū)C(jī)床的出粉率提升20% 50%（出粉率=機(jī)床實(shí)際切削加工時(shí)刻/機(jī)床總工時(shí)）。 可見， 提升出粉率的潛力是專門大的。總之，把實(shí)體設(shè)計(jì)的結(jié)果直截了當(dāng)

24、向后續(xù)工序傳遞，能使各個(gè)工序的效率都得到提升。反之，如果實(shí)體設(shè)計(jì)僅面向設(shè)計(jì)， 最終依舊以出 2D 圖為設(shè)計(jì)目的， 實(shí)體設(shè)計(jì)的優(yōu)勢將大打折扣。2、 提升實(shí)體設(shè)計(jì)效率實(shí)體設(shè)計(jì)存在的最大咨詢題是，在最初應(yīng)用時(shí)設(shè)計(jì)效率不高。要解決那個(gè)咨詢題是，可采取以下措施：1 強(qiáng)化人員培訓(xùn)。人員培訓(xùn)的內(nèi)容包括軟件應(yīng)用、設(shè)計(jì)流程和方法等方面的培訓(xùn)。2 搞好基礎(chǔ)開發(fā)。實(shí)體設(shè)計(jì)需要積存，需要開發(fā)一系列的實(shí)體標(biāo)準(zhǔn)件和實(shí)體樣板模具，以便能自動(dòng)生成局部構(gòu)造的小工具等。3 改變觀念。實(shí)體設(shè)計(jì)不單純是設(shè)計(jì)方式的變化，更重要的是它實(shí)現(xiàn)了后序加工和制造的數(shù)字化，也確實(shí)是無圖化生產(chǎn)。即使實(shí)體設(shè)計(jì)為設(shè)計(jì)本身帶來了苦惱，但卻使制造更加容易。

25、我們應(yīng)以提升效率為動(dòng)身點(diǎn)，將實(shí)體設(shè)計(jì)看作是專門必要的情況。模具加工技術(shù)的進(jìn)展模具加工技術(shù)的進(jìn)展確實(shí)是數(shù)控加工技術(shù)的進(jìn)展。數(shù)控加工由單純型面加工進(jìn)展到全面數(shù)控加工；由模具加工發(fā)燕尾服到實(shí)型數(shù)控加工；由低速加工進(jìn)展到高速高精度加工；由以人工操作按圖加工進(jìn)展到無圖、少人或無人化加工。當(dāng)前重點(diǎn)進(jìn)展的加工技術(shù)要緊包括： 實(shí)型數(shù)控加工； 高速高精度加工； 鑲塊鑄件化與高效加工； 全數(shù)控化加工； 少人無人化加工； 鉗工制造的只裝不配少修。實(shí)型數(shù)控加工和全數(shù)控化加工技術(shù)已論述，現(xiàn)就其他技術(shù)進(jìn)行簡述。一、 高速高精度加工目前高速高精度加工已被國際先進(jìn)企業(yè)普遍采納，國內(nèi)也正在逐步普及并走向成熟。高速加工的目的，不

26、單純是了提升加工效率，更重要的是通過高速實(shí)現(xiàn)小步距、低殘留的高精度加工。1 高速加工的現(xiàn)狀目前大伙兒普遍認(rèn)為：機(jī)床轉(zhuǎn)速達(dá)6000r/min 為準(zhǔn)高速加工，達(dá)8000 10000r/min 以上為高速加工。實(shí)際上，只有選用高剛度的卡頭和刀體、高精度高耐磨的刀具，并保持轉(zhuǎn)速與走刀速度相習(xí)慣，才可能實(shí)現(xiàn)真正的高速加工。汽車模具型面的加工屬于高度復(fù)雜的自由曲面加工。能不能實(shí)現(xiàn)高速加工，更重要的是取決于數(shù)控機(jī)床曲面加工的動(dòng)態(tài)精度，而不是取決于一樣機(jī)床產(chǎn)品樣本中所講的靜態(tài)精度。但遺憾的是，機(jī)床復(fù)雜曲面加工的動(dòng)態(tài)精度還沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)可供參考。一臺適用于汽車模具的高速數(shù)控銑，必須同時(shí)具備高剛度、高精度、高

27、轉(zhuǎn)速、優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能、高速下的連續(xù)工作時(shí)刻等綜合性能。而這些性能則取決于機(jī)床的結(jié)構(gòu)、操縱系統(tǒng)的性能、所選用的專門軟件程序、床身是鑄件依舊焊接鋼板？主軸是滑枕依舊圓套桶？是線形導(dǎo)軌依舊滑動(dòng)導(dǎo)軌？主軸是否有冷卻？半閉環(huán)依舊全閉環(huán)操縱？是否采納光柵尺等因素。如果只憑廠家介紹的機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速高或是平面直線進(jìn)給速度高，是不可能實(shí)現(xiàn)模具型面高速加工的。目前，歐美的部分汽車模具企業(yè)采納真正的轉(zhuǎn)速高于 15000r/min 和實(shí)際進(jìn)給速度達(dá)到 10m/min 的高速加工，而日本企業(yè)差不多上依舊停留在準(zhǔn)高速加工時(shí)期， 不管轉(zhuǎn)速如何， 實(shí)際曲面加工進(jìn)給速度專門難突破6m/min 。從實(shí)際使用情形來看，如果達(dá)到了真正

28、的高速來看，如果達(dá)到了真正的高速，刀具的費(fèi)用、機(jī)床的價(jià)格和機(jī)床的愛護(hù)費(fèi)用等差不多上目前我們國內(nèi)模具成本難以同意的。 像 30000r/min、 60m/min 如此的高速加工中心， 都屬于中小型機(jī)床，只適用于注塑模的型腔加工。2高速高精度加工編程曲面的實(shí)際加工速度和精度的高低，除了由機(jī)床的性能決定以外，在一定條件下，更取決于加工工藝和數(shù)控編程技術(shù)。我們應(yīng)重視并研究數(shù)控編程技術(shù)對加工精度和效率的阻礙。例如：刀具即時(shí)進(jìn)給速度和刀具軌跡的曲率半徑直截了當(dāng)有關(guān)，當(dāng)曲面變化專門大時(shí)，不管設(shè)定的 F 值多大，實(shí)際平均走刀速度都會(huì)專門低。而且如果 F 值設(shè)置過大，會(huì)顯現(xiàn)過切和抹角現(xiàn)象，嚴(yán)峻降低型面精度。傳統(tǒng)

29、的仿型加工為了保證楞線清晰，一樣采納垂直楞線加工。用這種方法，編程簡單但實(shí)際加工速度變化極大，嚴(yán)峻阻礙了加工效率?，F(xiàn)在大部分編程方法是對整個(gè)型面作45 °加工，優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，能夠保證大部分楞線清晰，但加工效率仍舊不高。高速高精度加工編程的方法和應(yīng)注意的咨詢題專門多，簡單列舉如下： 按照曲面幾何特點(diǎn)來分塊編程和加工； 加工方向選用順楞線，大曲率方向走刀，減少拐彎引起的減速； 加工線速度與進(jìn)給速度相配合，盡量保持實(shí)際切削量不變； 大斜率曲面加工，行間距在曲面切線方向上保持等距； 按照曲面的部位改變行間距，如：凸圓角行距加密、凹圓角清虧等； 合理安排加工分塊的順序，幸免因刀具磨損造成的型面斷差?？傊?， 高速高精度加工的 NC 編程比一般加工苦惱得多， 只有投入大量的編程工時(shí)和編程人員才有可能完成編程工作，但這種投入會(huì)因?yàn)榧庸ば?/p>