模具设计：冲压工艺与模具设计发展方向解析，值得一看

冷冲压是金属塑性成形的基本方法之一，由于它主要用于加工板料零件，所以也叫板料冲压。冷冲压工艺广泛应用于汽车、电器、仪器仪表、航空、航天以及各种民用轻工等行业，是现代工业生产的重要手段和发展方向。

1.1 冷冲压加工工序的分类：

由于冷冲压加工制件的形状、尺寸、精度、批量、原材料等各不相同，冲压方法也就多种多样。但总起来说，可分为分离工序和变形工序两大类。分离工序是将本来为一体的材料相互分开；而变形工序则使材料产生形状和尺寸的变化，成为所需要的制件。

冷冲压可以分成四个基本工序：

(1) 冲裁：使板料分离来获得制件的工序。

(2) 弯曲：使板料由平变弯来获得制件的工序。

(3) 拉伸：使平板料变成开口壳体制件的工序。

(4) 成形：使板料或其他形状的半成品的局部产生凸凹变形的工序。

每一种工序分类具有几种不同的工序特征，而每一种工序特征包括几种工序名称，见表 1-1。

1.2 冷冲压加工的工艺特点：

(1) 冷冲压加工可以获得极高的生产效率。

(2) 用冷冲压加工方法可以得到形状比较复杂和用其他加工方法不太容易加工的制件，如薄壳制件等。

(3) 冷冲压制件的尺寸精度与模具的尺寸精度相关。因此，制件尺寸比较稳定、互换性较好。

(4) 冷冲压制件的材料利用率较高，制件质量轻，刚度/质量比和强度/质量比高，冲压耗能少。因此，制件的成本可以相对较低。

(5) 冷冲压生产的操作简单，易于实现机械化和自动化。

(6) 冷冲压加工中所用的模具一般比较复杂、生产周期较长、成本较高。

(7) 冷冲压工艺最适合于批量较大的生产。近年来发展的简易冲压模具、组合冲压模具、锌基合金冲压模具以及数控冲压技术等为单件、小批量生产采用冲压工艺创造了条件。

(8) 冷冲压模具设计尤其是对于复杂的冷冲压模具来说，需要很强的想象力和创造力。无论是在理论方面、经验方面还是在创造力方面，对于模具的设计者和制造者都有很高的要求。

1. 行业现状

在国民经济快速发展的拉动和国家产业政策的正确引导下，我国模具行业发展很快，2003 年全国模具总产值已达 450 亿元以上。近年来，模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为：大型、精密、复杂、长寿命等中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品；我国模具年生产总量虽然已位居世界第三位，但设计制造水平在总体上要比工业发达国家落后，其差距主要表现在以下几方面。

(1) 模具自配率较低，其中中低档模具供过于求，中高档模具自配率不足 60%。

(2) 企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构都不够合理。

(3) 模具产品和生产工艺水平低，模具制造周期长。产品水平低主要表现在精度、型腔表面粗糙度、寿命及模具的复杂程度等方面，工艺水平低主要表现在设计、加工、工艺装备等方面。

(4) 开发能力弱。我国模具企业技术人员比例较低，每个职工平均每年创造模具产值 1 万美元左右，而模具工业发达国家大多是 15 万～20 万美元，有的甚至达到 25 万～30 万美元。

(5) 模具标准化水平和模具标准件使用覆盖率低。国外技术先进国家模具标准件使用

覆盖率达 70%以上，国内模具标准件使用覆盖率只有 45%左右。

(6) 与国际先进水平相比，模具企业的管理落后。

除了上述体制、基础和人才方面的问题以外，还有以下方面的差距。

(1) 工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低。虽然国内许多企业采用了先进的加

工设备，但总的来看装备水平仍比国外企业落后，特别是设备数控化率和 CAD/CAM 应用覆盖率要比国外企业低。

(2) 专业化、标准化、商品化的程度低，协作差。

(3) 模具材料及模具相关技术落后。模具材料性能、质量和品种往往会影响模具质量、

寿命及成本，国产模具钢与国外进口模具钢相比仍有较大差距。

2. 发展环境分析和需求预测

我国国民经济长期持续高速发展，机械行业在信息社会和经济全球化进程中也在不断

发展，模具行业发展趋势是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方向发展；向着信息化、数字化、无图化、精细化、自动化方向发展；向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展。

模具技术的发展趋势主要是：

(1) CAD/CAM/CAE 的广泛应用及其软件的不断改进，CAD/CAM/CAE 技术的进一步

集成化、一体化、智能化。

(2) PDM(产品数据管理)、CAPP(计算机辅助工艺设计管理)、KBE(基于知识工程)、ERP(企业资源管理)、MIS(模具制造管理信息系统)及 Internet 平台等信息网络技术的不断发展和应用。

(3) 高速、高精加工技术的发展与应用。

(4) 超精加工、复合加工、先进表面加工和处理技术的发展与应用。

(5) 快速成形与快速制模(RP/RT)技术的发展与应用。

(6) 热流道技术、精密测量及高速扫描技术、逆向工程及并行工程的发展与应用。

(7) 模具标准化及模具标准件的发展及进一步推广应用。

(8) 优质模具材料的研制及正确选用。

(9) 模具自动加工系统的研制与应用。

(10) 虚拟技术和纳米技术等的逐步应用。

3. 目标

经过“十一五”规划的努力，到 2010 年使我国模具水平进入亚洲先进水平的行列，再经过 10 年的努力，到 2020 年时基本达到国际水平，我国不但成为模具生产大国，而且进入世界模具生产制造强国之列。2010 年时的几项具体目标为

(1) 模具精度达到 0.001mm。

(2) 模具生产周期比现在缩短 30%左右。

(3) 机床数控化率和 CAD/CAM 技术应用率比现在提高 1 倍。

(4) 骨干企业基本实现信息化管理，通过 ISO 9000 等质量管理体系认证。

(5) 高水平模具比例有较大提高，大型、精密、复杂等技术含量高的中高档模具的比

例从目前的 30%提高到 2010 年的 40%和 2020 年的 50%以上。

(6) 国产模具国内市场占有率从目前不足 80%，2010 年要达到 85%以上，2020 年要达

到 90%以上。

(7) 2010 年模具出口实现 10 亿美元，2020 年模具出口实现 25 亿～30 亿美元。

(8) 要扩大模具标准件的品种，提高其精度，提高生产集中度，实现大规模生产。模

具标准件使用覆盖率从目前的 45%提高到 2010 年的 60%，2020 年达到 70%以上。

(9) 模具商品化程度从目前的 45%左右达到 2010 年的 55%和 2020 年时 65%左右。

4. 产品开发重点

(1) 汽车覆盖件模(冲压模占模具总量的 40%以上)。汽车覆盖件模主要为汽车配套，也包括为农用车、工程机械和农机配套，它的冲压模具有很大的代表性，模具大都是大中型，

结构复杂，技术要求高。尤其是为轿车配套的覆盖件模，要求更高，它可以代表冲压模的水平。

(2) 精密冲压模具。多工位级进模和精冲压模具代表了冲压模具的发展方向，精度要求和寿命要求极高，主要为电子信息产业、汽车、仪器仪表、电机电器等配套。

(3) 主要模具标准件。目前国内已有较大产量的模具标准件主要是模架、导向件、椎杆推管、弹性元件等，但质量较差，品种规模较少。

5. 技术发展重点

(1) 开发拥有自主知识产权、适合于我国国情，具有较高水平的模具设计、加工及模具企业管理的软件，不断提高软件的智能化、集成化程度，并推广应用。

(2) 推广应用高速、高精加工技术并研制相应设备，高速高精加工包括高速高精切削加工和高速高精电加工及复合加工等。

(3) 快速原型和快速经济型模具制造新技术的进一步开发、提高和应用。

(4) 大力发展和推广信息化、数字化技术，例如逆向工程、并行工程、敏捷制造技术的研发及推广应用。包括大型级进模及高精密和高复杂性的高技术含量的先进模具三维设

计和制造技术的研发；冲压工艺设计系统、模具型面设计系统、成形分析系统、模具结构设计系统、模具 CAM 系统和冲压专家咨询系统的车身模具数字化设计制造系统的研发；模具的集成、柔性及自动加工技术和网络虚拟技术等。

(5) 模具制造新工艺、新技术。模具制造的节能、节材技术，模具热处理、表面光整加工和表面处理新技术等。

(6) 高性能模具材料的研制、系列化及其正确选用。

模具是制造业的重要基础装备，它是“无以伦比的效益放大器”。没有高水平的模具，也就没有高水平的工业产品，因此模具技术也成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。

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