第一章 绪言
1.1冲压模具的现状与发展趋势
1.1.1我国模具技术的现状
改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。[1]
随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一，模具制造技术现已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定企业的生存空间。
近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。 以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。 例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS软件，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM软件，上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件等在国内模具行业拥有不少的用户。虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。[5]
我国的模具工业的发展，日益受到人们的重视和关注。“模具是工业生产的基础工艺装备”也已经取得了共识。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%~80%的零部件都要依靠模具成形（型）。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。目前全世界模具年产值约为600 亿美元，日、美等工业发达国家的模具工业产值已超过机床工业。近几年，我国模具工业一直以每年15%左右的增长速度发展，2003年，我国模具总产值超过400亿元人民币。
中国模具产业除了要继续提高生产能力，今后更要着重于行业内部结构的调整和技
术发展水平的提高。结构调整方面，主要是企业结构向专业化调整，产品结构向着中高档模具发展，向进出口结构的改进，中高档汽车覆盖件模具成形分析及结构改进、多功能复合模具和复合加工及激光技术在模具设计制造上的应用、高速切削、超精加工及抛光技术、信息化方向发展。[12]
1.1.2未来冲压模具制造技术发展趋势
模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、 “价格低廉的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项： 1) 全面推广CAD/CAM/CAE技术
模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。
2) 高速铣削加工
国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业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、集成化方向发展。
3) 模具扫描及数字化系统
高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。
4) 电火花铣削加工
电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。
5) 提高模具标准化程度 我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右。
6) 优质材料及先进表面处理技术
选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积(TiN、TiC等)、等离子喷涂等技术。
7) 模具研磨抛光将自动化、智能化
模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。
8) 模具自动加工系统的发展
这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。CNC雕刻机在国内的发展上从最近的一两年才有较大的发展，相关加工厂和使用单位时刻以敏锐的眼光盯着厂家的动向，这也是身为雕铣机主机生产厂一点也不敢松懈的真正原因所在。作为用户当然要选合适的设备，如果选型不当，不但不能赚钱反而令陷入为机器打工的苦涩局面。那么什么样的机床才是好机床？
我们认为好机床的定义是这样的：能够在短期内收回投资的机床才是好机床。数控机床的设计使用寿命一般为7年，主要是数控方面的使用寿命为准，这样花钱和挣钱的比例关系将直接影响您的生意，所以仔细分析功能进行选型是有效投资的必要条件。在国外很早就有雕铣机的名词（CNC engraving and milling machine），严格地讲雕是铣的一部分，是购买雕刻机还是购买数控铣式加工中心是经常要问自己的问题。另外，还有目前盛行的高速切削机（HSCMACHINE）。
还是让我们首先搞清楚三个机型区别：
1）数控铣和加工中心 用于完成较大铣削量的工件的加工设备 2）数控雕铣机 用于完成较小铣削量，或软金属的加工设备
3）高速切削机床 用于完成中等铣削量，并且把铣削后的打磨量降为最低的加工设备[15]
1.2课题研究的理论依据
1）冲裁是利用模具使板料产生分离的冲压工序，包括落料、冲孔、切口、修边等。 用它可以制作零件或为弯曲、拉深、成形等工序准备毛坯。从板料冲下所需形状的零件叫落料，在工件上冲出所需形状的孔（冲去的为废料）叫冲孔[5-6]。
2）冲裁过程：冲裁即是分离工序，工件受力时必须从弹、塑性变形开始，以断裂告终[7]。当凸模下降接触板料，板料即受到凸、凹模压力而产生弹性变形，由于力矩的存在，使板料产生弯曲，即从模具表面上翘起。随着凸模下压，模具刃口压入材料，内应力状态满足塑性条件时，产生塑性变形，不同凸模行程，其变形程度不同，且凹模刃口附近变形大于凸模刃口附近的变形。由此可知，塑性变形从刃口开始，随着切刃的深入，变形区向板料的深度方向发展、扩大，直到板料的整个厚度方向上塑性变形，板料的一部分相对另一部分移动。力矩将板料压向整个厚度方向上产生塑性变形，板料的一部分相对于另一部分移动。力矩将板料压向切刃的侧表面，故切刃相对于板料移动时，这些力将表面平压，在切口表面上形成光亮带。当切刃附近材料各层中达到极限应变与应力值时，便产生微裂，裂纹产生后，沿着大剪应速度方向发展，直至上、下裂纹会合，板料就完全分离[8-10]。
3）模具间隙：模具间隙系指凸、凹模刃口缝隙的距离，用符号c表示，俗称单面
间隙。而双面间隙用Z表示。间隙对冲裁件质量、冲裁力、模具寿命的影响很大，是冲裁工艺与模具设计中的一个极其重要的问题[11]。
1.3课题的国内外研究状况
由于近年市场需求的强大拉动，我国模具工业发展很快，市场广阔。目前全世界的模具年产值有600亿~650亿美元，我国2003年模具产值为450亿元人民币左右，约折合50多亿美元。近两年，我国的模具技术有了很大的提高，生产的模具有些已接近或达到国际水平。2003年模具出口3.368亿美元，比上年增长了33.5%。1996年至2002年间，中国模具制造业的产值年平均增长14%左右，2003年增长15%以上，广东、江苏、浙江、山东等模具发达地区的增长在25%左右[14]。
模具在我国被分为10大类、46小类，是涵盖了各种用于金属和非金属成型的特殊装备。总的来看，技术含量低的模具早已供过于求，市场利润空间狭小，而技术含量较高的中、高档模具还远不能满足国民经济发展的需要，轿车覆盖件冲模、精密复杂塑料模、电子接插件和电子产品模具等高档模具仍有很大一部分依靠进口。.近五年平均每年进口模具11.227亿美元的模具，这还未包括随设备和生产线作为附件带进来的模具[15-16]
。中国经济连年高速发展，为模具工业的发展提供了广阔的空间。中国消费结构和产业结构的加快升级，将带动对先进模具制造技术，先进设备需求的旺盛。目前，陕西、四川、河北等地模具生产企业的生产规模，技术水平都有很大的发展。河北兴林车身制造集团有限公司作为河北泊头地区的骨干企业带动了一片模具企业的开拓。西部地区陕西、四川等地的厂商也十分踊跃，模具企业的体制现状是大中型企业的附属车间，分厂占有相当的分量，珠三角，长三角等模具发达地区的民营企业生机勃勃，股份制及国有资产自主经营的专业模具企业利用灵活的机制发展迅速，由于地区工业基础的差别，当地政策扶持力度不同等诸多因素，模具工业发展的水平差距极大。相对于国外部分国家我国还相差很远，美国1982年模具产值为57.70亿美元。日本1982年模具产值为8600亿日元[17-19]。
为了促进行业发展，中国模具工业协会和中国国际贸易促进委员会主办的第十届国际模具技术和设备展览会，于2004年5月12日至16日在上海新国际博览中心举行。本次展览将有50余家企业带来了加工中心、高速铣，其中不乏国际知名厂商，如日本的牧野、大隈、山崎马扎克，德国的DMG，瑞士的WILLEMIN，意大利的FIDIA等，其他金属切削设备和精密加工设备、刀具、材料、软件等领域的世界著名厂商也积极参展，如美国布朗夏普公司、哈挺公司、法道参展、DME公司、奥伯格公司，日本法那克公司、东芝工具公司、大同公司、日立公司，沙迪克公司，瑞士阿奇米公司，德国菜司公司、西门子公司，英国达尔康公司，瑞典山特维克有限公司，我国香港特区龙记公司以及我国台湾地区的高明、友嘉公司、乔福等。由精密加工设备企业、世界顶级软件供应商、优质模具材料企业所组成的日本军团和德国高速加工展区，显现出模具制造业已不是传统意义上的劳工密集型产业，而是技术密集型的代表产业[20-21]。
1.4课题研究的主要内容
1）查阅相关资料，进行调研，熟悉课题。 2）撰写开题报告，要求3000字以上，主要介绍课题的目的意义、国内外研究概况、
研究内容、关键问题及解决思路等。
3）熟悉T型件的冲压材料特性及其详细尺寸参数。 4）合理的选择冲压设备，确定压力机的技术参数。 5）确定模具的结构型式，绘制模具草图。
6）绘制复合模具的装配图及主要零件图，要求2.3张A0图纸。 7）零件图标注尺寸、公差及技术条件，并进行必要的强度校核。 8）编写毕业设计说明书，要求10000字以上。
第二章 冲压成型工艺分析和工艺方案的确定
2.1 冲压的基本工序分类及模具类型的选择
冲压工序基本分为以下两大类：
第一类是材料受外力后应力超过其强度极限，使材料发生剪裂或局部剪裂。诸如：板料的剪裂、剪截、冲孔、落料、切口、整修、裁切、冲口等多种作业形式，但均属于分离工序；第二类是材料受到外力应力超过其屈服极限，使材料经过塑性变形后成一定的形状。诸如：弯曲、缩口、卷边、扭转、拉伸、起伏成形、体积冲压等变形方式，但均属于变形工序。将上述两个以上的单工序连续冲压与复合在一套模具上冲压便构成连续冲压与复合冲压工序。
上述各种冲压变形工序所用的模具，虽然结构千变万化，但仍然可按其冲压过程的动作特征、主要结构特点以及完成的工艺作业类别，将其划分成以下几大类：
1）单工序冲模（亦称单冲模）
这种冲模是在压力机的一次行程中只完成一个冲压工艺工序。一般均以其完成的冲压工艺工序的名称来命名：如只进行冲孔的称之为冲孔模；只进行一次弯曲的称为弯曲模。
2）连续模（亦称多工序连续模）
这种模具是在压力机一次行程中，在模具的不同工位上，能同时完成两个或两个以上冲压工序。根据连续完成的冲压工序的工艺作业类别又将连续模分为：多工位连续冲裁模、多工位连续式复合模两种。连续模只有冲裁工位的，即只进行冲孔、切口、冲槽、落料等属于冲裁作业的工位，称为多工位连续冲裁模。如果连续模诸工位中，除了冲裁作业外，还有拉伸或弯曲、成形：包括翻边、冲挤、压印等属于冲裁式复合模。
3）复合模
该类模具仅一个工位，在压力机的一次行程中能完成两个或两个以上冲压工步，根据这类模具完成的冲压工步的类别，可将其分为：冲裁式复合模、综合式复合模两种。只完成冲裁作业的复合模，最常见的是冲孔—落料复合模。如果连续模诸工位中,除了冲裁作业外，还有拉伸或弯曲、成形任意一个或一个以上变形工步的复合模，通称其为
T型件冲压模具设计
