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模具毕业论文冲压模具设计中对机械运动的控制和运用摘要：在冲压过程中，机械运动贯穿始终。各种冲压工艺的实现都有其基本运动机理，这种运动是与模具密切相关的，各种模具的结构设计和力学设计最终都是为了满足其能够实现特定运动的要求。设计的模具能否严格完成实现冲压工艺所需的运动，直接影响到冲压件的品质，所以在模具设计中应对机械运动进行控制。同时为了达到产品形状尺寸的要求，不能够拘泥或局限于各种工艺基本运动模式中，而应不断发展和创新，在模具设计中对机械运动灵活运用。关键词：冲压模具设计，机械运动，控制，灵活运用1.引言本论文是以冲压工艺学基本理论为依据，通过对各种冲压工艺基本运动的分析，提出了对冲压模具设计的要求。首先阐述冲压过程中，机械运动的基本概念，然后逐项分析了冲裁、弯曲、拉深工艺的基本运动机理，指出模具设计中应着重控制到的内容，并介绍了在模具设计中对机械运动灵活运用的方法和一些实例。最后总结了根据具体情况进行产品工艺运动分析的方法，并强调在模具设计中，对机械运动的控制和灵活运用对提高设计水平和保证冲压件品质的重要意义。2.冲压过程中机械运动的概述冷冲压就是将各种不同规格的板料或坯料，利用模具和冲压设备（压力机，又名冲床）对其施加压力，使之产生变形或分离，获得一定形状、尺寸和性能的零件。一般生产都是采用立式冲床，因而决定了冲压过程的主运动是上下运动，另外，还有模具与板料和模具中各结构件之间的各种相互运动。机械运动可分为滑动、转动和滚动等三种基本运动形式，在冲压过程中都存在，但是各种运动形式的特点不同，对冲压的影响也各不相同。既然冲压过程存在如此多样的运动，在冲压模具设计中就应该对各种运动进行严格控制，以达到模具设计的要求；同时，在设计中还应当根据具体情况，灵活运用各种机械运动，以达到产品的要求。冲压过程的主运动是上下运动，但是在模具中设计斜楔结构、转销结构、滚轴结构和旋切结构等，可以相应把主运动转化为水平运动、模具中的转动和模具中的滚动。在模具设计中这些特殊结构是比较复杂和困难，成本也较高，但是为了达到产品的形状、尺寸要求，却不失为一种有效的解决方法。3.冲裁模具中机械运动的控制和运用冲裁工艺的基本运动是卸料板先与板料接触并压牢，凸模下降至与板料接触并继续下降进入凹模，凸、凹模及板料产生相对运动导致板料分离，然后凸、凹模分开，卸料板把工件或废料从凸模上推落，完成冲裁运动。卸料板的运动是非常关键的，为了保证冲裁的质量，必须控制卸料板的运动，一定要让它先于凸模与板料接触，并且压料力要足够，否则冲裁件切断面质量差，尺寸精度低，平面度不良，甚至模具寿命减少。按通常的方法设计落料冲孔模具，往往冲压后工件与废料边难以分开。在不影响工件质量的前提下，可以采用在凸凹模卸料板上增加一些凸出的限位块，以使落料冲孔运动完成后，凹模卸料板先把工件从凹模中推出，然后凸凹模卸料板再把废料也从凸凹模上推落，这样一来，工件与废料也就自然分开了。对于一些有局部凸起的较大的冲压件，可以在落料冲孔模的凹模卸料板上增加压型凸模，同时施加足够的弹簧力，以保证卸料板上压型凸模与板料接触时先使材料变形达到压型目的，再继续落料冲孔运动，往往可以减少一个工步的模具，降低成本。有些冲孔模具的冲孔数量很多，需要很大冲压力，对冲压生产不利，甚至无足够吨位的冲床，有一个简单的方法，是采用不同长度的2～4批冲头，在冲压时让冲孔运动分时进行，可以有效地减小冲裁力。对那些在弯曲面上有位置精度要求高的孔（例如对侧弯曲上两孔的同心度等）的冲压件，如果先冲孔再弯曲是很难达到孔位要求的，必须设计斜楔结构，在弯曲后再冲孔，利用水平方向的冲孔运动可以达到目的。对那些翻边、拉深高度要求较严需要做修边工序的，也可以采用类似的结构设计。4.弯曲模具中机械运动的控制和运用弯曲工艺的基本运动是卸料板先与板料接触并压死，凸模下降至与板料接触，并继续下降进入凹模，凸、凹模及板料产生相对运动，导致板料变形折弯，然后凸、凹模分开，弯曲凹模上的顶杆（或滑块）把弯曲边推出，完成弯曲运动。卸料板及顶杆的运动是非常关键的，为了保证弯曲的质量或生产效率，必须首先控制卸料板的运动，让它先于凸模与板料接触，并且压料力一定要足够，否则弯曲件尺寸精度差，平面度不良；其次，应确保顶杆力足够，以使它顺利地把弯曲件推出，否则弯曲件变形，生产效率低。对于精度要求较高的弯曲件，应特别注意一点，最好在弯曲运动中，要有一个运动死点，即所有相关结构件能够碰死。有些工件弯曲形状较奇特，或弯曲后不能按正常方式从凹模上脱落，这时，往往需要用到斜楔结构或转销结构，例如，采用斜楔结构，可以完成小于90度或回钩式弯曲，采用转销结构可以实现圆筒件一次成型。值得一提的是，对于有些外壳件，如电脑软驱外壳，因其弯曲边较长，弯头与板料间的滑动，在弯曲时，很容易擦出毛屑，材料镀锌层脱落，频繁抛光弯曲冲头效果也不理想。通常的做法是把弯曲冲头镀钛，提高其光洁度和耐磨性；或者在弯曲冲头R角处嵌入滚轴，把弯头与板料的弯曲滑动转化为滚动，由于滚动比滑动的摩擦力小得多，所以不容易擦伤工件。5.拉深模具中机械运动的控制和运用拉深工艺的基本运动是，卸料板先与板料接触并压牢，凸模下降至与板料接触，并继续下降，进入凹模，凸、凹模及板料产生相对运动，导致板料体积成形，然后凸、凹模分开，凹模滑块把工件推出，完成拉深运动。卸料板和滑块的运动非常关键，为了保证拉深件的质量，必须控制卸料板的运动，让它先于凸模与板料接触，并且压料力要足够，否则拉深件容易起皱，甚至裂开；其次应确保凹模滑块压力足够，以保证拉深件底面的平面度。拉深复合模设计合理，可以很好地控制结构件的运动过程，达到多工序组合的目的。例如典型的落料拉深切边冲孔复合模具的设计。另外，有些装饰品和日用品的拉深件需要有卷边（或滚边）工序，模具设计中也用到了滚轴结构，所以在卷边过程中滚动的摩擦力非常小，不容易擦伤工件表面。对那些需要在马达中旋转的拉深结构件,切边的高度、跳动度等要求相当高，需要在模具中设计特别的旋切结构，利用旋转（切）运动修边，不仅能保证切边的尺寸精度高，甚至切边的毛刺及冲切纹路亦相当美观。值得一提的是，此旋切结构在实际设计改良后，已经非常易于模具加工制作，并且已运用于连续拉深模具当中。6.连续模具中机械运动的控制和运用连续模具中常常同时包括了冲裁、弯曲和拉深等冲压工艺，因而其冲压过程中的机械运动也包括了这三种工艺的基本运动模式，对连续模具中运动的控制，应分成各基本工艺分别进行控制。通常连续模具要求不断加快冲压速度，提高生产效率，有些形状较复杂、较特别的冲压件，其冲压运动较费时，在连续模具设计中可以分解成效率较高的冲压运动。例如，工程膨胀螺钉圆筒件在连续模具设计中即可将其圆筒成型运动分解为两侧90度圆弧弯曲～中间60度圆弧弯曲～整体抱圆～圆度校正四个工序，不仅提高效率，亦能保证冲压件圆度。需要特别指出的是，连续模具因为在实际生产中还牵涉到送料机、吹风装置等，在设计中应充分考虑到这些因素，让冲床、模具、送料机和吹风装置的运动在时间上配合好，连续模具才能真正顺利生产。7.结束语尽管各种工艺的基本运动原理是不同的，但是也有共同点，就是卸料板（或滑块）的运动是重要的控制因素。实际上，在模具设计当中，产品的冲压工艺不可能都象各种工艺的基本运动那样简单，应当要根据具体情况对产品工艺作好运动分析，再据此作进一步的设计。在对产品工艺运动作分析时，应主要考虑其必要性、时间性、可行性，还应具有创造性。必要性是指运用基本运动原理判断需要那些运动来实现产品工艺；时间性是指所需各项运动的先后顺序；可行性是指能否通过结构设计和力学设计来实现所需运动；创造性是指在前述运动无法被实现或运动无法完全实现产品工艺的情况下，要善于大胆采用新方法去努力实现产品工艺，也就是前面所说的对机械运动的灵活运用。冲压过程存在多种多样的机械运动，而各种机械运动对冲压工艺实现与冲压件品质的影响也各不相同，因而在冲压模具设计中对机械运动的控制和灵活运用对提高设计水平和保证冲压件品质具有重要意义。
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摘要
本文讨论分析了模具企业管理信息化的重要性和必要性，指出了信息化在提高模具企业生产率、降低成本以及提高品质等方面所起的作用，并结合案例分析，进一步提出基于专业化管理系统iM3的模具企业信息化解决方案。
引言
一般说来，模具企业都是中小企业，大都是从作坊式的企业成长起来，甚至目前仍有许多模具企业是作坊式的的管理，在模具交货期、成本、质量的控制方面问题层出不断。面对激烈的市场竞争，落后的管理手段和水平，使模具企业中的管理和技术人员只有疲于奔命，企业投巨资引进的CAD/CAM系统和高档数控加工设备也难以发挥出应有的效率和水平，企业缺乏活力和竞争力。这些问题已经引起了许多有志向国际先进水平看齐的模具企业经营者的高度重视，如何提高企业管理水平，增强企业的竞争力已成为我国模具制造行业参与国际市场竞争迫切需要解决的问题。
因此，模具制造企业要提高管理水平，具备快速反应和及时调整的能力，没有一套先进的管理系统实现管理的信息化是很难做到的。通过信息化建设，实现模具制造企业的集成化管理，是促进企业提高经营管理水平的一个有效途径。
本文通过模具企业实际的案例，讨论分析了信息化对提高模具企业管理水平的重要性和必要性，并结合深圳市伟博思网络技术开发有限公司开发的专业化模具企业管理系统iM3(inteMoldMakingManagement)，给出了信息化解决方案。
一、信息化是企业与客户信息交流沟通的桥梁
模具是典型的按定单单件生产的行业，每一个定单都要与客户进行详细的业务和技术方面的沟通，否则将会产生严重的后果。下面是模具企业与客户信息沟通不充分的两个实例：
案例1.某大型模具厂承接了一个日本新客户的模具定单，这个日本客户习惯定单下达后，就与模具厂的设计人员进行详细的技术沟通，对模具提出很细致的设计要求，模具厂按此要求进行设计就可以了，不需要再确认设计图纸。而模具厂设计人员完成设计后，却仍按以往接美国客户定单的习惯，等待客户确认设计后再订购模架和材料，一直等了10天，才知道客户不需要确认图纸。结果，该套模具延期10天，客户很不满意，从此不再下定单，为此失去了一个非常有潜力的客户。
案例2.某模具工厂承接了一个新客户的模具定单，该客户的注塑工厂有一套严格的生产安全标准——多少吨的模具必须使用多大的吊环。由于缺乏详细的技术沟通，这个问题被忽略了。模具设计人员按照本工厂的习惯选用吊环，结果比客户的标准小了一个规格，致使模具交付客户后，才发现不符合要求，只能把模具运回，重新加工吊环孔，整个过程的费用就超过万元，同时还影响了客户的生产。
由此可见，在与客户及企业内部的信息沟通方面即便是一个小小纰漏，都会对企业造成巨大损失。因此，解决好沟通问题，具有如下重要意义：
尽量一次把客户业务与技术方面的要求了解全面，避免多次反复，从而节省费用和时间。
详细了解客户的模具技术要求，避免在试模后修改和返工。
对每一次沟通的内容进行记录和总结，针对每个客户逐步建立客户业务和技术资料知识库，在公司内部共享，以便提高客户服务水平，减少错误。
信息化的管理系统将能够帮助模具企业更好地与客户进行信息沟通。例如，在iM3系统中，提供了详细的模具技术沟通模板，模板整合了国内外多家优秀模具企业的经验，完全与国际模具行业接轨。通过该模板，方便与客户进行详细的技术沟通，减少模具的修改工作。而且通过系统记录的与客户沟通信息，可以总结客户业务和技术方面的习惯，分享给公司内部相关人员，避免犯重复的错误。
二、信息化系统可以帮助企业监控模具进度
客户非常关注模具的试模及交付日期，往往根据模具的试模时间安排试产及生产计划，尤其是海外客户，往往把模具的交付期的重要性放在首位。因此，控制模具的生产制作工期是企业在市场竞争中取胜的一个重要指标。下面的案例可能是许多模具厂都出现过的问题。
案例.某大型模具工厂承接了美国客户的模具定单，由于缺乏有效的模具生产进度监控和管理手段，不能按期试模。生产部门也把这一情况反馈给海外的市场人员，但市场人员由于不能了解生产的实际情况，担心不按期试模客户会不高兴，于是抱着侥幸的心态，认为生产部门能够加班加点抢回时间，仍然承诺客户的既定试模日期。当客户从万里之外来看试模时，发现模具在一周内根本不能试模。客户非常失望，从此不再下定单。
对模具进程监控不力的根源在于：
缺乏有效的模具生产进度监控手段，不能及时发现模具生产过程中出现的问题，及早发现、及早解决。
模具生产过程的状况不能得到有效反馈和记录，往往凭感觉来判断模具的进程，习惯用“差不多、差很远、很快做完”等模糊概念来说明进度，数据不准确及时，往往产生侥幸心理。
公司内部缺乏信息共享的环境与平台。由于每个人的工作性质的不同，对每套模具的实际生产进程的了解程度有很大的差异，而且，通过台阶式的层层信息反馈往往会造成信息失真，再加上人为的因素，问题就出来了。
人们往往比较注意重要和难的问题，忽视小问题，尤其是当企业同时有数十或上百套处于不同阶段的在制模具时，管理人员很难坚持每天不厌其烦地检查每一套模具的每一个任务进程是否在计划之内。
信息化的管理系统将为企业提供共享的、一致的、忠实的进程监控平台。例如，在iM3系统中，通过项目计划与进程控制，可以对模具的整个生命周期（定单确定—设计—采购—生产—首次试模—模具修改—交付）进行管理。生产一线管理人员直接在系统中反馈模具实际进度，系统忠实地监控项目进程的每一个任务，当某一控制点出现延期时，系统会自动发出报警邮件给相关人员，以便及早发现、及早解决。而且，对于一些关键任务，还可以让系统提前预警，以使有关人员及早准备和安排 。
三、有效的模具成本控制利不开信息化
成本控制是模具企业管理上的一个难点，模具企业的成本控制能力越来越突出地体现了企业的核心竞争力。目前，模具行业面临着模具价格越来越低的沉重压力，模具增加几次修改，模具利润就消耗干净，甚至要赔本。企业如果不能从根本上解决这个问题，将面临淘汰出局的危险。
在专业化的模具企业管理系统iM3中，将通过如下途径帮助企业控制成本：
在公司内部下达定单时，以报价的成本估算为基础，为模具制定计划成本；系统中设置成本预警，对模具生产中的成本要素进行监控，从而有效控制各项费用，确保利润目标的顺利达成。
在模具BOM下达时，比较设计物料总成本与计划材料成本的差异，决定是否下达。在采购材料收货时，比较交货价格与计划价格的差异，决定是否收货，从而有效控制采购成本。
系统记录和统计每一工件在每个加工工序中产生的加工工时，自动比较实际加工费用与计划费用的差异，监控制造费用。当实际费用超过计划费用时，系统会自动报警，通知相关管理人员。
案例.某模具厂在设计某客户的电视机前壳模具时，采用四块价格昂贵的铍铜。供应商供货时，将四块铍铜的边角料也一起计价，送货价格超出计划价格6000多元，仓库管理人员在为该物料收货入库时，模具公司采用的iM3管理系统警告此物料入库价格严重超出计划费用，拒绝入库。经过采购主管与供应商交涉后，剔除不合理的6000元费用后，才收货。
四、信息化有助于车间监控和管理
实时车间监控可以帮助生产主管监控每台设备的生产情况及模具的加工进程，提高设备的利用率，控制工件的生产进度。
例如，当公司管理人员需要检查生产车间情况时，可以通过iM3系统查看各加工设备和工作组的的实时生产情况，系统通过不同的颜色标记，清晰反映各设备及加工组正在加工的工件和待加工工件的状态，包括每台机床正在干什么，机床目前的负荷情况，正在加工的工件是否延期，待加工工件是否已移交本工序，上道工序是否延期，物料是否到位等，大大减轻了管理人员的工作强度。
当管理人员需要检查某套模具的生产情况时，可以查看以甘特图形式展示出来的模具加工进度，并通过各工序的计划时间和实际的进程的对比，帮助管理人员跟踪模具的生产进度。
而以往生产管理人员在检查模具进度时，要到车间一个工位一个工位去看，而且只能看到主要的部件，小零件完成情况可能根本无法了解，甚至连车间的班组长也不知道小零件在哪里。或者召开生产会议，把各班组长全部召集起来，花费很长的时间一一汇报模具的进度。由于班组长还不是第一线的加工人员，只能以自己的感觉和经验来判断模具的进度，具有很大误差。对于经验丰富的工人来说，可能判断准确点，但一个工厂没有办法保证每个工人都是很有经验、每时每刻都很有责任心。而只要一个定单中有一套模具不能按期完成，整个定单的交付就有问题，这也是许多模具厂在试模前经常要加班加点，甚至通宵加班赶制模具的一个主要原因。
五、信息化管理系统促进CAD工程数据在企业内部共享
由于工期短，模具企业的设计图纸很难象批量生产模式的企业一样做得很精细，而且由于更改频繁、图纸量大，也不可能把图纸发给许多非生产部门，这为企业内部的设计信息共享带来了障碍。生产或其他业务部门有时希望能够测量一下图纸中未标注的尺寸，有时需要查看一下3D模型以便对复杂的结构有更清楚地了解，这些需求都没必要为此购买昂贵的CAD设计软件，而且对非设计部门的人员来说，使用专业化的CAD软件在操作和查找相关文件方面也很不方便。如果把管理系统与CAD工程数据链接，则会极大地方便生产或其他业务部门，使设计信息真正在全企业共享。
在iM3系统中，根据模具企业的运作特点，集成了设计模型浏览工具，可以在系统中方便浏览2D/3D文档（包括AutoCAD、Pro/E、UG等）。这样，可以在公司内部任何一台电脑中查看CAD模型。例如，工艺人员制订某个工件的生产工艺路线时，可以直接点击查看3D图形按钮，借助浏览工具可以旋转、检查尺寸、做各种剖切面等操作，方便工艺人员制订合理完整的工艺流程；车间工人在加工某一工件时，借助车间生产终端，可以方便浏览正在加工零件的3D图形，通过对比加工工件与3D图形，检查是否加工正确，判断加工是否完全，避免返工和报废。而以往数控和电火花加工操作人员只看2D图形，很难判别工件的最终形状，经常由于CNC程序遗漏或电极漏做而造成工件的返工，既浪费资源，又影响模具工期。此外，这一功能对于市场报价、采购等部门的工作人员也都是非常有用的。
六、信息化在促进信息共享方面的其他作用
通过信息化管理系统提供的信息共享平台，将为企业内部的管理工作提供前所未有的便利，减轻管理人员的工作压力，避免出错，有效的保证模具质量和工期。
案例1.某厂模具装配前，装配钳工经常因外购顶针到货不及时，需要电话询问仓库和采购部门，甚至打电话给供应商，才能确认交付时间，非常麻烦。如果中间某个环节信息出现断路，就无法确定准确的交付日期，那么模具试模时间则因此不能确定。
案例2.某大型模具企业，每天晚上7：30—9：00要召开生产管理骨干人员会议，会议的主要议题是检讨模具的生产情况（进度、质量），当某套模具出现问题时，再研讨如何改进。管理规范的模具企业都会定期组织类似的会议，但这需要很多人员花费大量的精力和时间去了解模具的生产状况，查询和记录全部模具的生产信息，从中筛选出非正常的模具。这样做，无疑将增加管理人员的压力，把宝贵的时间和精力浪费在信息的统计和收集方面，且往往因收集的信息不准确而影响决策。
在一个具有信息化管理系统的模具企业，通过系统与管理流程密切结合，将会为企业的各级管理和工作人员带来信息查询和统计的方便，使其准确的掌握最及时、最准确的各种信息。例如，在iM3系统中，生产管理人员可以通过系统查询生产或采购物料目前所处的实际状态，不必一个一个部门电话查询；当需要了解模具的进度时，除了系统可以自动为异常发出警告外，管理人员也可以主动进入系统，统计其关注的异常问题，如，统计截止目前设计拖期的模具或采购拖期的物料、统计计划下周试模的模具、统计尚未按期付款的客户、统计本月某供应商的应付帐等，这不但可以极大地减轻模具管理人员的工作压力，而且能够帮助管理者正确决策。
当然，管理信息化还可以在更多的方面帮助模具企业改进管理，因篇幅所限，这里不再一一列举了。
结束语
通过管理信息化与管理改进紧密结合，可以促进企业的管理规范化，提高企业的运作效率和市场竞争力，把企业的管理人员从繁杂的、重复性的劳动中解放出来，使高层管理人员可以有更多的时间关注企业的发展方向，加强与客户的沟通，开拓更广泛的市场，市场人员也可以进一步加强客户关系的管理，寻找新的客户资源，技术主管可以有时间关注模具新技术的发展，加强行业内技术的交流，不断提升企业的技术水平，生产主管可以有更多的时间考虑如何进一步提高工效，提升质量和降低成本，做到不断改善。因此，模具企业应该把握住信息化时代带来的机遇，为企业的长远可持续性发展打好坚实的基础。
