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模具行业的发展现状及市场前景

现代模具工业有“不衰亡工业”之称。

世界模具市场总体上供不应求，市场需求量维持在700亿至850亿美元，同时，我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。

近几年，我国模具产业总产值保持15%的年增长率（据不完全统计，2005年国内模具进口总值达到700多亿，同时，有近250个亿的出口），到2007年模具产值预计为700亿元，模具及模具标准件出口将从现在的每年9000多万美元增长到2006年的2亿美元左右。

单就汽车产业而言，一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元，而当汽车更换车型时约有80%的模具需要更换。

2005年我国汽车产销量均突破550万辆，预计2007年产销量各突破700万辆，轿车产量将达到300万辆。

另外，电子和通讯产品对模具的需求也非常大，在发达国家往往占到模具市场总量的20%之多。

目前，中国17000多个模具生产厂点，从业人数约50多万。

1999年中国模具工业总产值已达245亿元人民币。

工业总产值中企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。

在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。

模具的发展是体现一个国家现代化水平高低的一个重要标志，就我国而言，经过了这几十年曲折的发展，模具行业也初具规模，从当初只能靠进口到现在部分进口已经跨了一大步，但还有一些精密的冲模自己还不能生产只能通过进口来满足生产需要。

随着各种加工工艺和多种设计软件的应用使的模具的应用和设计更为方便。

随着信息产业的不断发展，模具的设计和制造也越来越趋近于国际化。

现在模具的计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）技术的研究和应用。

大大提搞了模具设计和制造的效率。

减短了生产周期。

采用模具CAD/CAM技术，还可提高模具质量，大大减少设计和制造人员的重复劳动，使设计者有可能把精力用在创新和开发上。

尤其是pro/E和UG等软件的应用更进一步推动了模具产业的发展。

。

数控技术的发展使模具工作零件的加工趋进于自动化。

电火花和线切割技术的广泛应用也对模具行业起到了飞越发展。

模具的标准化程度在国内外现在也比较明显。

特别是对一些通用件的使用应用的越来越多。

其大大的提高了它们的互换性。

加强了各个地区的合作。

对整个模具的行业水平的提高也起到了重要的作用。

冲压工艺是塑性加工的基本加工方法之一。

它主要用于加工板料零件，所以有时也叫板料冲压。

冲压不仅可以加工金属板料，而且也可以加工非金属板料。

冲压加工时，板料在模具的作用下，于其内部产生使之变形的内力。

当内力的作用达到一定程度时，板料毛坯或毛坯的某个部位便会产生与内力的作用性质相对应的变形，从而获得一定的形状、尺寸和性能的零件。

冲压生产靠模具与设备完成加工过程，所以它的生产率高，而且由于操作简便，也便于实现机械化和自动化。

利用模具加工，可以获得其它加工方法所不能或难以制造的、形状复杂的零件。

冲压产品的尺寸精度是由模具保证的，所以质量稳定，一般不需要再经过机械加工便可以使用。

冲压加工一般不需要加热毛坯，也不像切削加工那样大量的切削材料，所以它不但节能，而且节约材料。

冲压产品的表面质量较好，使用的原材料是冶金工厂大量生产的轧制板料或带料，在冲压过程中材料表面不受破坏。

因此，冲压工艺是一种产品质量好而且成本低的加工工艺。

用它生产的产品一般还具有重量轻且刚性好的特点。

冲压加工在汽车、拖拉机、电机、电器、仪器、仪表、各种民用轻工产品以及航空、航天和兵工等的生产方面占据十分重要的地位。

现代各种先进工业化国家的冲压生产都是十分发达的。

在我国的现代化建设进程中，冲压生产占有重要的地位。

当今，随着科学技术的发展，冲压工艺技术也在不断革新和发展，这些革新和发展主要表现在以下几个方面：

（1）工艺分析计算方法的现代化

（2）模具设计及制造技术的现代化

（3）冲压生产的机械化和自动化

（4）新的成型工艺以及技术的出现

（5）不断改进板料的性能，以提高其成型能力和使用效果。

1．冲裁件的工艺性分析

冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。

分离工序也称冲裁，其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量要求。

成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的工件。

在实际生产中，常常是多种工序综合应用于一个工件。

冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。

冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大，要求冲压材料厚度精确、均匀；

表面光洁，无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等；

屈服强度均匀，无明显方向性；

均匀延伸率高；

屈强比低；

加工硬化性低。

在实际生产中，常用与冲压过程近似的工艺性试验，如拉深性能试验、胀形性能试验等检验材料的冲压性能，以保证成品质量和高的合格率。

模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度。

模具制造成本和寿命则是影响冲压件成本和质量的重要因素。

模具设计和制造需要较多的时间，这就延长了新冲压件的生产准备时间。

模座、模架、导向件的标准化和发展简易模具（供小批量生产）、复合模、多工位级进模（供大量生产），以及研制快速换模装置，可减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于大批量生产的先进冲压技术合理地应用于小批量多品种生产。

冲压设备除了厚板用水压机成形外，一般都采用机械压力机。

以现代高速多工位机械压力机为中心，配置开卷、矫平、成品收集、输送等机械以及模具库和快速换模装置，并利用计算机程序控制，可组成高生产率的自动冲压生产线。

在每分钟生产数十、数百件冲压件的情况下，在短暂时间内完成送料、冲压、出件、排废料等工序，常常发生人身、设备和质量事故。

因此，冲压中的安全生产是一个非常重要的问题。

冲裁件的工艺性是指冲裁件在冲裁加工中的难易程度。

所谓冲裁工艺性好是指能用普通的冲裁方法，在模具寿命和生产率较高、成本较低的条件下得到质量合格的冲裁件。

因此，冲裁件的结构形状、尺寸大小、精度等级、材料及厚度等是否符合冲裁的工艺要求，对冲裁件质量、模具寿命和生产效率有很大的影响。

1.1冲裁件的结构工艺性

1.1.1冲裁件的形状

图1.零件及尺寸

此制件的形状较简单，便于模具的加工和减少冲压时在尖角处开裂的现象，同时也可以防止尖角部位刃口的过快磨损。

1.1.2冲裁件的尺寸精度

冲裁件的精度主要以其尺寸精度、冲裁断面粗糙度、毛刺高度三个方面的指标来衡量，根据零件图上的尺寸标注及公差，可以判断属于尺寸精度为IT12—IT14的经济级普通冲裁。

2制件冲压工艺方案的确定

2.1冲压工序的组合

材料，H62，是黄铜，抗剪强度300-420MPa，具有很好的可冲裁性，工件结构形状冲裁件内，外形均加有R角，对模具寿命不影响，孔与边缘间的距离是3，大于1.5t，工件的直径d>

t满足冲孔模可冲压的最小孔径。

2.2冲裁工艺方案的确定

（1）方案种类该工件包括落料，冲孔两个基本工序，可有以下三种工艺方案：

方案一：

先落料后冲孔，采用二套单工序模生产。

方案二：

落料—冲孔同时进行的复合模生产。

方案三：

冲孔—落料级进冲压，采用级进模生产。

（2）方案分析

需二道工序二副模具，生产效率低，成本相对较高，且更重要的是在第一道工序完成后，进入第二道工序必然会增大误差，使工件内孔与外形同轴度相差较大，质量大打折扣达不到所需要求，故不选此方案。

复合模生产精度高，可保证内孔与外形同轴要求，能保证其位置，生产效率较高，适合大批量生产。

但本设计中产品很小，不容易操作。

级进模是一种多工位、效率高的加工方法。

适合小产品的加工，制造复杂，成本较高，适合批量生产。

（3）方案的确定综上所述，本套模具采用冲孔—落料级进模模，在模具设计时，如采用复合模，虽然零件精度能保证，但产品很小，操作不方便，而且不易实现自动化生产。

采用级进模则可解决这些问题，不仅能达到精度要求，易实现自动话，而且在提高效率的同时可确保生产的安全性。

在满足冲裁件质量与生产率的要求下，选择连续冲裁方式，其模具寿命较长，生产率高，操作较方便和工作安全性高。

2.2冲压顺序的安排

为保证条料送进的刚性和稳定性以及正确处理工件与载体的连接关系，应考虑沿零件宽度方向横向排样，采用的工序如下：

1、冲孔，2、冲孔，4、落料。

3制件排样图的设计及材料利用率的计算

3.1制件排样图的设计

排样时需考虑如下原则：

1）提高材料利用率（不影响冲件使用性能前提下，还可适当改变冲件的形状）

2）合理排样方法使操作方便，劳动强度低且安全。

3）模具结构简单、寿命长。

4）保证冲件的质量和冲件对板料纤维方向的要求。

3.1.1搭边与料宽

1．搭边排样中相邻两个零件之间的余料或零件与条料边缘间的余料称为搭边。

搭边的作用是补偿补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。

搭边值要合理确定，值过大，材料利用率低；

值过小，搭边的强度与刚度不够，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲裁件毛刺，有时甚至单边拉入模具间隙，造成冲裁力不均，损坏模具刃口。

因此，搭边的最小宽度大于塑性变形区的宽度，一般可取等于材料的厚度。

搭边值的大小还与材料的力学性能、厚度、零件的形状与尺寸、排样的形式、送料及挡料方式、卸料方式等因素有关。

搭边值一般由经验确定，根据所给材料厚度δ=0.7mm，确定搭边工作间a1为1.0mm,a为1.0mm。

排样方案

（1）

送料步距和条料宽度的确定

（1）送料步距条料在模具上每次送进的距离成为送料步距。

每次只冲一个零件的步距S的计算公式为

S=D+a1

（1）

S=12+1=13mm

式中D——平行于送料方向的冲裁宽度；

a1——冲裁之间的搭边值。

（2）条料宽度条料宽度的确定原则：

最小条料宽度要保证冲裁时零件周边有足够的搭边值，最大条料宽度要能在冲裁时顺利地在导料板之间送进，并与导料板之间有一定的间隙。

当用孔定距时，可按下式计算

条料宽度B-Δ=（Dmax+2a）-Δ

=（24+2×

1）-0.5=26-0.5mm

式中B——条料的宽度（mm）；

Dmax——冲裁件垂直于送料方向的最大尺寸（mm）；

a——侧搭边值；

Δ——条料宽度的单向（负向）公差；

剪切条料宽度偏差Δ=0.5,因此B=26-0.5。

导料板间距离：

B0=B+Cmin=26+0.5=26.5mm

Cmin——条料与导料板间的最小间隙。

具体的排样图如下：

排样方案

（2）

每次冲两个零件的步距S的计算公式为

如果产品错位排样，如下图所示，隔件落料，那条料宽度计算如下：

=（35+2×

1）-0.5=37-0.5mm

剪切条料宽度偏差Δ=0.5,因此B=37-0.5。

B0=B+Cmin=37+0.5=37.5mm

如此，可以直接采用已冲的孔做定位，保证每工部孔距一致

3.2材料利用率的计算

方案

（1）的材料利用率计算：

一个步距内的材料利用率η为

η=nF/Bs×

100%（3）

η=1×

165.6/13×

26×

100%=49%

方案

（2）的材料利用率计算：

η=2×

37×

100%=68.85%

式中F——一个步距内冲裁件面积（包括冲出的小孔在内）；

n——一个步距内冲裁件数目；

B——条料宽度（mm）；

s——步距；

经过以上各尺寸的比较，选用第二个方案和排样。

4.确定总冲压力和选用压力机及计算压力中心

4.1冲压力

冲压力是指冲裁力、卸料力、推件力的总称。

4.1.1冲裁力的计算

平刃口冲裁力可按下式计算

冲孔力

（1）计算

F1=KLδτ（4-1）

F=1.3×

19.8×

0.7×

400=7207.2N

=7.2KN

冲孔力

（2）计算

F2=KLδτ（4-1）

=7.2KN

冲孔力（3）计算

8.7×

400=3166.8N

=3.17KN

冲孔力（4）计算

=3.17KN

落料力

（1）计算

F4=KLδτ（4-1）

60.3×

400=21949.2N

=21.95KN

落料力

（2）计算

式中F——冲裁力（N）；

L——冲裁件周边长度（mm）；

τ——材料抗剪强度（MPa）；

（260-420MPa），取400

δ——材料厚度；

（mm）

K——系数，通常K=1.3；

4.1.3卸料力、推件力及顶件力的计算

生产中常用下列公式计算

F卸=K卸F（4-4）

=0.045×

43.9=1.98KN

F顶=K顶F（4-5）

=0.06×

20.74=1.24KN

式中F——冲裁力；

F卸、F顶——分别为卸料系数和顶件系数

综上所述，总的冲裁力为F总=F+F卸+F顶=67.86KN

4.2压力中心的计算

采用解析法求压力中心，求YGXG

F1——冲孔

（1）F1=Ltσb，得F1=7.2KN

F2——冲孔

（2）F2=Ltσb,得F2=7.2KN

F3——冲孔（3）F3=Ltσb，得F3=3.17KN

F4——冲孔（4）F4=Ltσb,得F4=3.17KN

F5——落料力F5=Ltσb,得F5=21.95KN

F6——落料力F6=Ltσb,得F6=21.95KN

Y1——F1到X轴的力臂Y1=-11.5

X1——F1到Y轴的力臂X1=32.5

Y2——F2到X轴的力臂Y2=11.5

X2——F2到Y轴的力臂X2=26

Y3——F3到X轴的力臂Y3=3.95

X3——F3到Y轴的力臂X3=6.5

Y4——F4到X轴的力臂Y4=-3.95

X4——F4到Y轴的力臂X4=0

Y5——F5到X轴的力臂Y5=11.5

X5——F5到Y轴的力臂X5=-13

Y6——F6到X轴的力臂Y6=-11.5

X6——F6到Y轴的力臂X6=-32.5

根据合力距定理：

XG=（X1F1+X2F2+X3F3）/（F1+F2+F3）

YG=（Y1F1+Y2F2+Y3F3）/（F1+F2+F3）

YG——F冲压力到X轴的力臂；

YG=0

XG——F冲压力到Y轴的力臂；

XG=-8.6

4.3压力机的选用

初步确定压力机的型号：

F公称≥F总

因此选择压力机的型号为：

JC23—35压力机

型号为JC23—35压力机的基本参数如：

（表一）

公称压力/KN

350

垫板尺寸/mm

滑块行程/mm

180

直径60

滑块行程次数/（次/min）

20

模柄孔尺寸/mm

直径50

深度60

最小封闭高度/mm

170

滑块底面积尺寸/mm

前后160

封闭高度调节量

左右180

滑块中心线至床身距离/mm

400

床身最大可倾角

20°

立柱距离/mm

300

工作台尺寸/mm

前后300

左右380

工作台孔尺寸

5.凸、凹模刃口尺寸计算

5.1凸、凹模刃口尺寸计算原则

设计落料模先确定凹模刃口尺寸，以凹模为基准，间隙取在凸模上；

设计冲孔模先确定凸模刃口尺寸，以凸模为基准，间隙取在凹模上。

间隙是影响模具寿命的各种因素中占最主要的一个。

冲裁过程中，凸模与被冲的孔之间，凹模与落料件之间的均有磨檫，而且间隙越小，磨檫越严重。

在实际生产中受到制造误差和装配精度的限制，凸模不可能绝对垂直于凹模平面，而且间隙也不会绝对均匀分布，合理的间隙均可使凸模、凹模侧面与材料间的磨檫减小，并缓减间隙不均匀的不利影响，从而提高模具的使用寿命。

冲裁间隙对冲裁力的影响：

虽然冲裁力随冲裁间隙的增大有一定程度的降低，但是当单边间隙介于材料厚度5%~20%范围时，冲裁力的降低并不明显（仅降低5%~10%左右）。

因此，在正常情况下，间隙对冲裁力的影响不大。

通过以上分析可以看出，冲裁间隙对断面质量、模具寿命、冲裁力、斜料力、推件力、顶件力以及冲裁件尺寸精度的影响规律均不相同。

因此，并不存在一个绝对合理的间隙数值，能同时满足断面质量最佳，尺寸精度最佳，冲裁模具寿命最长，冲裁力、斜料力、推件力、顶件力最小等各个方面的要求。

在冲压的实际生产过程中，间隙的选用主要考虑冲裁件断面质量和模具寿命这两个方面的主要因素。

但许多研究结果表明，能够保证良好的冲裁件断面质量的间隙数值和可以获得较高的冲模寿命的间隙数值也是不一致的。

一般说来，当对冲裁件断面质量要求较高时，应选取较小的间隙值，而当对冲裁件的质量要求不是很高时，则应适当地加大间隙值以利于提高冲模的使用寿命。

根据冲模在使用过程中的磨损规律，设计落料模时，凹模基本尺寸应取接近或等于零件的最小极限尺寸；

设计冲孔模时，凸模基本尺寸则取接近或等于冲孔件的最大极限尺寸。

按冲件精度和模具可能磨损程度，凸、凹模磨损留量在公差范围内的0.5-1.0之间。

磨损量用xΔ表示，其中Δ为冲件的公差值，x为磨损系数，其值在0.5-1.0之间，与冲件制造精度有关，可按下列关系选取：

零件精度IT10以上X=1;

零件精度IT11-IT13X=0.75;

零件精度IT14X=0.5。

零件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造偏差应按“入体”原则标注单向公差，即：

落料件上偏差为零，只标注下偏差；

冲孔件下偏差为零，只标注上偏差。

如果零件公差是依双向偏差标注的，则应换算成单向标注。

磨损后无变化的尺寸除外。

5.2凸、凹模刃口尺寸计算方法

5.2.1凸模和凹模分开加工

这种方法主要适用于圆形或简单刃口。

设计时，需在图样上分别标注凸模和凹模刃口尺寸及制造公差。

并且保证冲模的制造公差与冲裁间隙之间满足：

δd+δp≤Zmax-Zmin（5-1）

冲孔凸模和落料凹模尺寸按下列公式计算：

冲孔时dp=（dmin+XΔ）-δp（5-2）

落料时Dp=（Dmax-XΔ-Zmin）-δp（5-3）

孔心距Lp=L±

δp’（5-4）

式中Dpdp——分别为落料和冲孔凸模的刃口尺寸（mm）；

Dmax——为落料件的最大极限尺寸（mm）；

dmin——为冲孔件的最小极限尺寸（mm）；

Δ——工件公差；

Δp——凸模制造公差，通常取δp=Δ/4；

δp’——刃口中心距对称偏差，通常取δp’=Δ/8；

Lp——凸模中心距尺寸（mm）；

L——冲件中心距基本尺寸（mm）；

Zmin——最小冲裁间隙（mm）；

落料凹模尺寸：

Aj1=（Amax-XΔ）+Δ

=26.5-0.5×

0.04=26.48+0.02;

Aj2=（Amax-XΔ）+Δ

=9.2-0.5×

0.04=9.18+0.02;

Aj3=（Amax-XΔ）+Δ

=5-0.5×

0.04=4.98+0.02;

Aj4=（Amax-XΔ）+Δ

=2.8-0.5×

0.04=2.78+0.02;

落料凸模尺寸：

Ah1=（Aj1-2Z）+Δ

=26.5-2×

0.02=26.46+0.02;

Ah2=（Aj2-2Z）+Δ

=9.2-2×

0.02=9.16+0.02;

Ah3=（Aj3-2Z）+Δ

=5-2×

0.02=4.96+0.02;

Ah4=（Aj4-2Z）+Δ

=2.8-2×

0.02=2.76+0.02;

冲孔凸模尺寸：

Bj1=（Amin+XΔ）-Δ/4

=6.3+0.5×

0.04=6.32-0.02

Bj2=（Amin+XΔ）-Δ/4

=1.2+0.5×

0.04=1.22-0.02

冲孔凹模尺寸：

Bh1=（Aj1+2Z）-Δ/4

=6.3+2×

0.03=6.36-0.02

Bh2=（Aj2+2Z）-Δ/4

=1.2+2×

0.03=1.26-0.02

6模具整体结构形式设计

如图：

7、模具零件的结构设计

1、冲孔凸模的设计

由于在冲裁时，凸模易磨损，在生产零件是会越来越小，而孔的大小是由凸模决定。

为了防止凸模用久之后冲裁的孔尺寸会越来越小，在制造凸模时将尺寸取接近最大公差时的值，当公差范围较大时，也可取中间值，对于没有标注公差的尺寸，凸模可直接按尺寸制造。

材料：

Cr12Mov

硬度：

58～62HRC