分享冲压模具CAD

小黄豆 · 发表于 2010-12-24 08:26

各种模具中以塑料注射模具及金属冷冲压模具居多，这两类模具大约占到模具总量的90%，所以模具CAD系统的研发和推广大都围绕塑料注射模具和金属冷冲压模具展开。
　　第一节冲压模具基础知识
　　对应于各种冷冲压加工工艺，存在着各种类型的冷冲压模具，如冲孔模、落料模、切边模、剖切模、弯曲模、拉深模、等等。
　　按照模具的导向方法分类，冷冲压模具又可以分成为无导向模、导柱模、导板模和导筒模等。
　　按照模具的卸料方法分类，有刚性卸料模和弹性卸料模。
　　对模具CAD有重要影响的分类特征是冲压零件的空间特征，依此可分成二维类冲压模具、三维类冲压模具以及介于其中的二维半冲压模具。二维类冲压模具包括了弯曲模具和大部分冲裁模具；三维类冲压模具包括各种除轴对称外的空间成形及冲裁模具；二维半冲压模具包括各种轴对称空间成形模具，如大部分拉深模、挤压模、翻边模等。
　　根据冷冲压零件图样设计冷冲压模具时，首先要分析该零件的冲压工艺性。只有适合用冷冲压工艺生产的零件才需要进行冷冲压模具设计，否则需改用其他工艺生产，或者修改零件设计，使其适合用冷冲压方法加工。
　　如果一个零件适合用冲压方法加工，那么就需要确定一种合理的冲压加工方案。
　　设计冷冲压模具过程中还需要进行各种工艺计算。
　　为了选择冲压设备和设计模具往往需要计算冲压力。
　　计算压力中心就是要求出冲压力合力的作用点，该合力作用点应该尽量安排在压力机滑块中心处。
　　为了提高材料利用率，节省宝贵的金属板料资源，应该对冲压件作出合理的排样。
　　为了提高模具抗磨损性以及提高冲压件的制造精度，需要合理计算模具工作部分的尺寸和制造公差。
　　模具间隙是一个重要的工艺参数，合理的模具间隙对于模具寿命和冲压件的质量都是至关重要的。
　　在绘制模具图样之前，还需要先确定好模具的结构型式：如送料方向是采用直向送料还是横向送料，是否采用导柱导向，采用何种型式的模架，是否采用弹性卸料装置，采用简单模、复合模还是连续模，等等。
　　确定好模具的结构型式之后就可以绘制冷冲压模具装配图样，当然在绘图过程中，对模具的某些结构还可能作变动，变动时还需要进行必要的计算工作。完成了装配图样，再分拆绘制各个零件图样。整套图样绘制完成之后，为了保证能够加工出合用的模具，对全套图样还必须进行认真地校核。
　　第二节冲裁模CAD系统的特点
　　根据冷冲压模具的分类，弯曲模及大部分冲裁模可以归属到二维CAD范畴；轴对称类型的拉深模、挤压模、翻边模等可归属到二维半CAD范畴；其他模具均可归入三维CAD范畴。二维半指其加工零件的变形是空间三维形式，但该变形可以用径向和轴向两个参数进行数学描述，二维半可以简化成二维CAD进行处理。二维CAD和三维CAD存在较大的差异。
　　DCAD冲裁模系统是一个可用于教学的冷冲压模具计算机辅助设计和辅助制造系统，目前主要用在冲裁模具的设计和制造。DCAD冲裁模系统以通用计算机辅助设计软件AutoCAD为基础软件，采用AutoCAD内嵌语言AutoLISP进行开发。
　　由于DCAD系统采用了通用计算机辅助设计软件AutoCAD作为基础软件，因此在计算机硬件平台方面的选择余地相当大。可以运行DCAD冲裁模系统的计算机包括了大多数个人电脑和CAD工作站。美国苹果电脑公司的个人电脑以及一些专用的CAD图形工作站也是通用计算机辅助设计软件AutoCAD的运行平台，因此在这些计算机硬件平台上也可以运行DCAD冲裁模系统。同样，DCAD冲裁模系统可以采用的计算机外部设备的种类和品种也非常丰富，如各种型号的鼠标器、数字化仪、打印机硬件绘图仪等。硬件设备的灵活配置为DCAD冲裁模系统的灵活配置带来了极大的便利，工厂企业可以根据资金情况进行恰当的硬件配置，也可以分阶段添置硬件设备，或者对计算机实行升级，提高系统的综合性能。
　　DCAD冲裁模系统是一个能够不断开发和完善，提高系统性能的冷冲压模具设计系统。目前DCAD冲裁模系统已经建成的部分能够完成冲裁件简单模、复合模以及连续模的大部分设计，另有少量设计可以通过人机交互方式在计算机上完成或进行修改。在系统的发展过程中，也可以派生出一些专门系统，如大规模集成电路引线框架精密级进模CAD系统、数控冲床CAM系统等。
　　在工艺设计方面，冲裁模系统能够完成：计算模具刃口尺寸、计算冲压力和压力中心、计算模具间隙、选择模具典型组合、确定模具标准零件的规格和数量、进行冲裁件排样、等等。
　　在冲压模具的制造和加工方面，冲裁模系统能够完成二轴数控机床加工指令的自动编制，如生成数控线切割机床的3B或４Ｂ加工指令，坐标磨床或数控铣床的ISO标准数控加工指令。
　　冲裁模系统能够直接绘制出工程图样的模具标准件有：导柱、导套、卸料螺钉、橡皮、固定挡料销、承料板、导料板、模柄等。另外一些模具零件可以经过少量的人机对话方式绘制出工程图样，这样的模具零件有上模座、下模座、凸模、凹模、凸模固定板、卸料板、（复合模）下垫板、（复合模）空心垫板、（复合模）凸凹模等。对于冲裁模系统没有涉及到的，形状非常特殊的零件，则完全可以用AutoCAD图形软件直接绘制出工程图样。
　　在冲裁模系统中，将冲裁件零件图样输入计算机并不是一项复杂的工作，其输入方法简便，容易学习和掌握，在输入过程中可以随时纠正输入操作错误。
　　冲裁模系统以AutoCAD通用图形软件作为基础软件，以AutoCAD图形软件的内嵌式语言AutoLISP作为主要的程序编制语言。除了基础软件以外，整个冲裁模系统的软件部分由程序库、数据库、图形库和副资源库构成（图4-1）。程序库是整套系统的核心部分，程序库中的程序从数据库内调用需要的数据进行计算，根据计算结果从图库中调用图形，绘制图样。
　　冲裁模系统中的数据库中包含了国家标准中有关冲压模具设计的标准以及《冲压设计资料》中的一些相关数据。在系统程序运行过程中，数据库提供一切必要的数据。更换数据库中的数据可以使冲裁模系统满足具体使用单位的工厂标准或其他标准，无需改变冲裁模系统的结构框架和运行程序。
　　冲压模具设计标准及设计资料中包含的数据主要以表格的形式出现，在人工设计模具时，需要大量地查找表格来获得必要的数据。在模具计算机辅助设计时，这个过程将由计算机自动完成。模具设计所使用的表格数据输入计算机后，利用LISP语言可以编写出简单实用的数据查询程序。下面四个小函数可以应付有关表格类数据查阅的问题。
　　(DEFUN cb (f u v / l i) ；表格查询函数
　　(SETQ f (OPEN (FINDFILE (IF f (STRCAT f ".DAT") name)) "r") ；打开表格数据文件
　　i (s-column v (readl f) 1) ；查列
　　l (s-line u (readl f) 0) ；查行
　　)
　　(CLOSE f) ；关闭文件
　　(NTH i l) ；函数返回查找到的数据
　　)
　　(DEFUN s-column (v l i / c) ；列查询函数，v为查询变量，l为表，i为起始查询列
　　(SETQ c (NTH i l)) ；从第i列开始查询
　　(WHILE (IF (EQ (TYPE v) str) (/= v c) (> v c)) ；查询项有字符串或数之分
　　(SETQ c (NTH (SETQ i (1+ i)) l)) ；不符合查询条件时，列数增加1
　　(IF (> i 20) (*ERROR* "N")) ；列数超过20，退出循环，显示出错信息
　　)
　　i ；函数返回列数
　　)
　　(defun s-line (u b i / c) ；行查询函数，u为查询变量，b为表，i为列数
　　(SETQ c (NTH i b)) ；表b中第i个数据
　　(WHILE (IF (EQ (TYPE u) str) (/= u c) (> u c)) ；查询项有字符串或数之分
　　(SETQ c (NTH i (SETQ b (readl f)))) ；不符合查询条件时，查找下一行
　　)
　　b ；函数返回符合查询要求的行（表的形式）
　　)
　　(DEFUN readl (f) ；读记录函数
　　(READ (STRCAT "(" (READ-LINE f) ")")) ；函数以表的形式返回读取的一行数据
　　)
　　例如，确定凹模尺寸的数据存放在数据文件中B2-40.DAT中，其内容如下
　　0 0.8 1.5 3 5 8 12
　　75 (26 20) (30 22) (34 25) (40 28) (47 30) (55 35)
　　150 (32 22) (36 25) (40 28) (46 32) (55 35) (65 40)
　　200 (38 25) (42 28) (46 32) (52 36) (60 40) (75 45)
　　1000 (44 28) (48 30) (52 35) (60 40) (68 45) (85 50)
　　其中第一行数据表示冲裁件板料的厚度，第一列数据表示冲裁件的长度，根据板料厚度和冲裁件长度可以查找到一个含有两个数据的表，表中前面的数据表示冲裁型腔至凹模边缘的最小距离，表中后面的数据表示凹模的厚度。我们调用查表函数（CB “B2-40” 180 2）查找数据，函数返回的数据为(46 32)，说明冲裁型腔至凹模边缘的最小距离为46，凹模厚度为32。
　　冲裁模系统中的图形库由一系列图形构成，其中包含一些标准模具零件哑图和基本图元。利用哑图输出工程图样非常方便，而且图样中的图形布置恰当，无需作任何改动即可迅速由绘图仪绘出图样，或者存入磁盘归档。利用哑图输出工程图样的缺点是，图形与标注尺寸不成一定比例，因此冲裁模系统中只对一些简单的零件（如圆凸模、顶杆等）采用哑图方法。对于这些简单零件，图形与尺寸的不成比例并不会构成工程图样理解方面的误解。对于模板类零件，采用哑图方案则不够理想，在读图时可能会引起误解。对此，冲裁模系统采用了图元镶拼方法，产生出标注尺寸与图线完全一致的图形。这种方法的优点是图样直观，比例准确，能够避免产生设计和加工中可能出现的误解。但是为这种设计编写程序的开发工作量较大，在输出模板零件图样以前还需要作少量的准备工作，以便使图样布置得恰当合理。
　　冲裁模系统中的副资源库由各类磁盘文件组成，它们可以提供各项支援工作。如冲裁模系统专用的字形文件、各种专用符号，菜单类文件提供各类菜单功能和数字化仪菜单图形，另外还有一些文本文件能提供冲裁模系统软件的使用说明，等等。
　　冲裁模系统是一个灵活的CAD/CAM系统，它的程序库由六个功能模块组成。六个功能模块是：输入模块（i）、工艺性判别模块(ii)、排样模块(iii)、CAM模块(iv)、模具设计模块(v)和绘图模块(vi)。各个功能模块中都使用大量LISP函数来实现系统的各项功能，程序库中各模块之间的关系如图4-2所示。图4-2中，第一个模块主要解决冲裁件尺寸输入问题，该模块输出根据计算得到的冲裁模刃口尺寸以及模具的冲裁间隙，然后通过AutoCAD输入冲裁模刃口图形，随后第二、第三、第四和第五个模块处于并行的地位。一般按其排列顺序依次运行模块，但是如果冲裁件比较简单时，往往无需进行冲裁件工艺性判别，那么就可以跳过工艺性判别模块（ii)，直接运行后面的模块；如果冲裁件为规则形状，不需要在计算机上进行排样，那么就可以跳过排样模块(iii)；如果模具不需要采用计算机辅助制造（CAM）技术，那么就可以跳过CAM模块(iv)，直接进行模具设计（模块v）工作。最后通过绘图模块(vi)绘制出模具图样。
　　在冲裁模系统的六个功能模块中，排样模块（iii）和CAM模块（iv）具有相对独立性，它们既可以融合于整个系统中为系统增添功能，也可以作为具备单一功能的软件包进行冲裁零件的排样或者完成计算机辅助制造工作。这样的安排有利于工厂企业逐步接受CAD/CAM技术，也有利于工厂中的各个部门迅速掌握冲裁模系统。
　　冲裁模系统中的程序均采用模块结构组成，这样可以避免修改程序中的某一部分而影响到系统中的其他部分。甚至还可以通过更换模块和添加模块的方法来扩展系统的功能。例如，通过在系统中添加一个模具报价模块，可以使系统具备模具报价功能，从而使模具制造者能够在模具市场竞争中处于有利地位。CAM模块的更换可以使系统针对不同型号的数控机床，编制出不同类型的结构指令。
　　第三节冲裁零件的输入和计算机处理
　　冲裁件图样是进行冲压模具设计的原始依据。在计算机上进行CAD/CAM工作的第一个步骤是解决如何将冲裁件图样包含的技术信息输入计算机。在冲裁件图样中实际上包含了两部分信息：符号信息和图形信息。符号信息包括零件尺寸、尺寸公差、板料厚度、零件材料以及零件名称、图号、设计日期等包括文字和数字在内的信息。AutoLISP中的输入函数和输入对话框可以被用来方便地输入文字或数字。图形信息包括了零件几何形状方面的信息，可以用DCAD冲裁模系统的基础图形软件AutoCAD直接输入图形的信息。
　　利用基础图形软件AutoCAD输入的冲裁件图形是以后CAD/CAM技术开展的基础，我们希望冲裁模系统后面的各个功能模块都能够使用这个已经建立好的图形。传统的手工绘图方式不可能绘制出精确的图形，在机械制图中是以精确的尺寸标注和制造公差来明确零件的实际尺寸，在图形方面略有差异是被允许的。而在数控机床加工时，机床的加工是严格按照加工指令进行的，数控机床的加工指令在冲裁模系统中是直接根据计算机产生的图形生成的。因此我们应该按照冲裁模系统中CAM模块的要求绘制出准确的模具刃口形状。为了绘制准确的模具刃口形状，在绘制模具刃口之前必须计算出模具的刃口尺寸和模具间隙。
　　模具刃口尺寸计算中要解决的问题是确定基准模具和冲裁件尺寸类型。
　　根据冲压加工工艺知识，冲裁件中落料件的尺寸取决于凹模，而冲孔件的尺寸取决于凸模。我们把落料时的凹模和冲孔时的凸模都称之为基准模，把与基准模相配的模具（即落料凸模和冲孔凹模）称之为配合模。绘制图形时只需要绘制出基准模刃口图形，然后调用AutoCAD图形软件的实用命令，建立偏距等于模具最小单边间隙（Zmin/2）的等距曲线，即得到了配合模的刃口图形。基准模和配合模的刃口图形都可以直接应用于模具的计算机辅助制造。
　　关于冲裁件零件尺寸类型，冲裁模系统中把冲裁件的尺寸分成为三大类。第一类是轴类尺寸，定为A类尺寸，这类尺寸的特点是：冲裁件尺寸将随冲裁模具的磨损而增大。第二类尺寸是孔类尺寸，定为B类尺寸，这类尺寸的特点是：冲裁件尺寸将随冲裁模具的磨损而减小。第三类尺寸是长度类尺寸，定为C类尺寸，这种长度类尺寸的特点是：冲裁件尺寸大小基本上不受冲裁模具的磨损而发生变化。
　　对于冲裁件不同类型的尺寸，基准模具刃口尺寸的计算公式也不相同。
　　轴类（A类）尺寸随模具的磨损而增大，因此在模具制造时希望能够将冲裁件尺寸控制在接近尺寸的下限，基准模具刃口尺寸计算公式为
　　Ｄj ＝〔D+Tl +(1－X)(Tu –Tl)〕
　　式中 Dj ——基准模刃口尺寸；
　　D ──冲裁件基本尺寸；
　　Tu ──冲裁件上偏差；
　　Tl ──冲裁件下偏差；
　　X ──冲模磨损系数。
　　制造上偏差为d，下偏差为0。d的计算公式为d＝(1/3～1/4)(Tu－Tl)。
　　孔类（B类）尺寸随模具磨损而减小，因此希望在模具制造时希望能够将冲裁件尺寸控制在接近尺寸上限，基准模具刃口尺寸计算公式为
　　Ｄj ＝〔D+Tu +(1－X)(Tl –Tu)〕
　　式中符号含义同前。制造上偏差为0，下偏差为－d。
　　长度类（C类）尺寸的大小基本上不随模具磨损发生变化，因此将模具的制造尺寸控制在上下限尺寸的中间，基准模刃口尺寸计算公式为
　　Ｄj ＝〔D+0.5 (Tl+ Tu)〕
　　式中符号含义同前，制造上下偏差为±0.5d。
　　模具间隙是根据冲裁件材料和板料厚度确定的，《冲压设计资料》中列出了汽车行业和电子行业中所使用的模具间隙值，可以根据需要选定某一种标准来确定模具间隙。
　　图4-3所示冲裁件中，属于A类尺寸的有20、50、30、10，属于B类尺寸的有12、φ3，属于C类尺寸的有11、40。
　　图4-4是冲裁零件的输入界面。
　　该零件输出结果如下：
　　("T" 1)
　　("MATERIAL" ("A3" 373 2))
　　("Z" (0.05 0.07))
　　冲裁件基准模 CAM
　　序号类型尺寸下差上差精度尺寸下差上差尺寸
　　1 A 50.0 -0.2 0.1 13 49.83 0 0.075 49.868
　　2 B 30.0 -0.2 0.0 12 29.98 -0.05 0 29.955
　　3 A 12.0 0.0 0.1 11 12.01 0 0.025 12.023
　　4 C 11.0 -0.215 0.215 14 11 -0.054 0.054 11.0
　　5 A 20.0 -0.52 0.0 14 19.532 0 0.13 19.597
　　6 C 40.0 -0.1 0.1 12 40 -0.025 0.025 40.0
　　7 B 3.0 0.0 0.22 14 3.198 -0.055 0 3.171
　　8 A 10.0 -0.36 0.0 14 9.676 0 0.09 9.721
　　输出结果中("T" 1)表示冲裁零件板料厚度为1毫米；("MATERIAL" ("A3" 373 2))表示冲裁零件材料为A3钢，其后的参数表示A3钢材料的性能，其极限强度为373kg/mm2，，属于第2类冲压材料； ("Z" (0.05 0.07))表示冲裁间隙为0.05～0.07。这些数据将被后面的程序调用。随后是经过程序处理的冲裁件尺寸，经过程序计算得到的冲裁基准模刃口尺寸和采用数控机床加工基准模具刃口的CAM尺寸。
　　冲裁件尺寸数据包括序号、类型、尺寸、上差、下差和精度。序号列数据表示冲裁件尺寸输入顺序，类型列数据表示输入的冲裁件尺寸类型，尺寸表示输入零件的基本尺寸，上差表示输入零件制造公差中的上偏差，下差则表示下偏差，精度表示冲裁件的制造精度。自由公差的冲裁件尺寸按照IT14级精度处理，输入时无需考虑尺寸的上偏差和下偏差，输出时程序按照其精度自动找出公差值。冲裁件尺寸输入时给出公差值的，系统程序则找出对应的尺寸精度值。冲裁件的尺寸精度能够反映出它的冲裁工艺性。
　　冲裁基准模刃口尺寸包括刃口基本尺寸、刃口制造公差的上偏差和下偏差。这些数据用来检验制造的模具刃口是否合格。
　　CAM尺寸被用来产生模具刃口的数控加工指令。如前所述，数控加工指令产生于AutoCAD图形，因此CAM尺寸又被用于产生冲裁零件图形。CAM尺寸取在刃口尺寸公差带中间。图4-5是根据CAM尺寸绘制的冲裁模刃口图形，该图形用AutoCAD直接绘制。冲裁模刃口图形和前面输入的数据奠定了冲裁模系统后续模块的工作基础，以后的模具设计和制造工作将在此基础上逐步开展。
　　第四节冲裁零件的工艺性判别
　　冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲压工艺的适应性。主要包括冲裁件在形状和尺寸方面以及在精度和表面质量方面的一些指标。
　　在形状和尺寸方面，冲裁件的外形或者内孔应该避免尖锐的清角，在各条直线或曲线的连接处宜有适当的圆角半径。冲裁件的凸出悬臂和凹槽宽度不宜过小。冲孔时孔的直径也不宜过小。最小冲孔直径与孔的形状、材料的机械性能、材料的厚度等因素有关。冲孔件在孔与孔之间、孔与冲裁件边缘之间的距离不应过小。
　　在精度和表面质量方面，冲裁件内外形的经济精度不高于GB1800－79 IT11级。冲裁件的断面粗糙度一般在25微米以上。本章前节叙述如何处理零件输入尺寸时，我们看到输出的处理结果已经给出了冲裁件的尺寸精度，从而可以直接做出这方面的工艺性判断。
　　冲裁件工艺性判别需要考虑到许多方面，但是往往只对少数形状特殊的冲裁件才需要作出这种判别。例如一个冲裁件不具有小孔时就不需要进行最小冲孔直径的判别。在程序设计方面，只在需要进行某方面冲裁件工艺性判别时才调用功能模块中的判别程序。判别冲裁件工艺性的过程采用人机交互方式，大大简化了程序结构。
　　图4-6是冲裁零件工艺性判别菜单界面。
　　如对于图4-7所示冲裁零件，仅需判断其凸臂特征。在工艺性判别菜单（图4-7）中点取凸臂菜单项，根据程序提示输入两点，标示出凸臂最窄处，程序即计算出两点距离，并与数据库中相关工艺数据比较，得出工艺性结论。判断凸臂和窄槽冲裁工艺性的LISP程序如下：
　　(DEFUN C:MINB (/ p d v c) ；判别程序，表中变量为局部变量
　　(SETQ p (GETPOINT “第一点： ”) ；输入第一点
　　v (GETDIST p1 “第二点： ”) ；输入第二点，得到两点间距离
　　d (1 (0.8 0.9) (1.0 1.2) (1.5 2.0) (1.5 2.0)) ；判断用临界数据的系数
　　c (NTH mat d) ；mat为全局变量，表示材料类型，在冲裁零件输入时已定
　　c (IF (> thk 1) (CAR c) (CADR c))；thk为全局变量，表示板料厚度，在冲裁零件输入时已定
　　c (* thk c) ；得到工艺性判断数据
　　)
　　(IF (>= v c) ；判断工艺性
　　(princ "该凸壁或窄槽可冲出") ；工艺性判断结论1
　　(princ "该凸壁或窄槽不可冲出") ；工艺性判断结论2
　　)
　　(princ) ；不显示函数返回值
　　)
　　冲裁件其他类型特征的工艺性判别方法也大致如此。如果冲裁零件存在多处工艺性疑问点，那么可以多次重复调用工艺性判别程序来排除疑问，明确该零件的冲压工艺性。
　　第五节冲裁零件的排样
　　排样是指冲裁件在条料、带料或板料上布置的方法。排样包括确定搭边数据和排样方案。
　　搭边能够保证冲裁件准确的冲切及条料的刚性。搭边可以进一步被分成为相邻冲裁件之间的搭边，以及冲裁件与条料边缘之间的延边，搭边和延边的数值是根据冲裁件的形状、大小、材料、送料方式、板料厚度确定，延边值的大小还与是否采用侧刀有关。在冲压设计资料中可以找到有关的搭边数据和计算公式。
　　冲裁件的合理布置（即材料的经济利用）与零件的形状密切相连。按零件的不同几何形状，常见的排样方式有单排排样、多排排样（包括双排排样）、调头排样、混合排样（指几种不同的零件混在一起的排样方式）等。
　　为了简化分析排样问题，只考虑同一种冲裁件在“无限长”条料上的排样，所以材料利用率
　　η＝n×A／(S×W)×100%
　　式中 S——进给步距；
　　W——料宽；
　　n——一个步距内的冲裁件毛坯数；
　　A——单个冲裁件的面积。
　　在选用排样算法时，应充分考虑以下工程约束条件：
　　(1) 具有较高的材料利用率；
　　(2) 考虑材料的各向异性，要求弯曲线与条料纤维方向交角在一定的角度范围内；
　　(3) 对于窄长型冲压件，应使其方位角在一定范围内以保证条料的平整度；
　　(4) 考虑料宽约束(给定最大／最小料宽)以满足用户特定的材料宽度要求；
　　(5) 模具结构设计的合理性；
　　(6) 步距与料宽计算应该准确（在误差范围内）。
　　因此，优化排样以提高材料利用率作为优化的目标函数，但不能只考虑利用率因素，应同时结合各约束条件，选择确定最佳方案。
　　在确定材料利用率最高的排样方案时，还要考虑到某些限制因素。如多排排样方案往往比单排排样方案的材料利用率高，但是采纳多排排样方案需要使用更大规格和更昂贵的模具及冲压设备。调头排样方案对具有明显大小头形状的零件很有效果，但是会给冲压工人增添操作方面的麻烦。对于大小头形状特征不是很明显的冲裁件，就要仔细斟酌是否要采用调头排样。
　　以送料方向为横轴方向，取冲裁件外轮廓曲线在纵轴方向上最高和最低的两个极限位置Ymax和Ymin，若沿边值为a1，则条料宽度W＝Ymax－Ymin＋2a1 。不同排样方案中的送料方向不同，其冲裁件轮廓曲线在纵轴方向上的极限位置值也不相同，因此得到的条料宽度是不一样的。
　　为了求得冲裁件在送料方向上的送进步距，可以设想利用AutoCAD的等距曲线功能，将冲裁零件的轮廓向外扩放半个搭边距离。逐渐移动向外扩放了半个搭边距离的冲裁零件轮廓图形，使之与原来位置的图形相切，那么两个图形之间的距离就是送进步距。采用这种方法需要逐步移动一个比较复杂的图形，每一次移动图形后都需要判别移动后图形与原图形的关系：相交、相离或相切。当两图形相交时需要加大移动距离，反之则需要减小移动距离，只有在达到相切点时才可以确定出送进步距。另外一种求步距的方法称为平行线分割一步平移法。平行线分割一步平移法的原理为，在冲裁件轮廓扩放半个搭边距离后的曲线中划出一系列平行线，平行线方向与送料方向一致，然后计算每一根平行线的长度，其中最长一根平行线的长度就是送进步距。与移动图形方法相比，一步法大大压缩了计算量，因此在冲裁件排样中得到了实际应用。
　　设材料利用率为h，单排排样方向为a。随着排样方向a取值的改变，条料宽度和排样步距都发生了变化，材料利用率h也随之而变。用数学式 h＝f (a)可以表示这种关系，其中分析参数a的取值范围为[0，p）。得到最高的材料利用率hmax的过程称为优化。过程优化是一个专门的研究领域，现在已经研究出各种各样的优化方法，如黄金分割法就是其中的一种。黄金分割法的原理是将a的可能取值范围定为搜索区间，每搜索一次就将搜索区间减小为原来区间长度的0.618，因此黄金分割法又被称为0.618法。通过逐步减小搜索区间的方法，直至搜索区间缩小到一个预定的许可范围，从而得到最优值。
　　多排排样时，用二个参数（a）和（b）来确定排样方案。材料利用率h和这二个参数的关系是
　　h＝f (a, b)
　　这种类型的优化问题被称为二维优化。二维优化耗费的计算时间远远超过了一维优化计算。
　　多排自动排样的计算工作量是非常大的，往往需要耗费大量的计算时间。对于调头排样和混合排样，如果采取自动方式则需要采用相当复杂的算法，耗费更多的计算时间，得到的结果并不一定理想。在实际生产中调头排样和混合排样方式都是针对冲裁零件图形特征非常明显的冲裁件，如具有明显大小头特征的零件适合调头排样，而混合排样则往往是在一个零件的空档中插入另一个零件。可以对这两类排样方式采用人机交互和自动排样相结合的方式，即先用人机交互方式调整好调头排样或混合排样的位置，构成一个表示调头排样或混合排样的复合图形，然后再对此复合图形进行上述的冲裁件单排或多排的自动排样。
　　对于图4-7所示零件，排样模块计算出搭边值为1.2，延边值为1.5；图4-8是该零件顺排排样的结果，图4-9是调头排样的结果。
　　第六节冲裁模系统中的计算机辅助制造
　　冲裁模制造中经常用到线切割加工，其中尤以国产数控线切割电火花加工机床的使用为多。冲裁模系统中很好地融入了国产数控线切割机床的CAM处理部分。国产数控线切割机床的加工指令大多采用3B指令系统。3B指令系统可以控制机床走出直线和圆弧加工轨迹，机床顺序执行3B指令就可以加工出由直线和圆弧组成的具有复杂形状的零件。3B指令的格式为
　　Bx By Bj G Z
　　指令格式中共有３个Ｂ符号，所以被称之为３B指令。其中Ｂ为分割符号，ｘ定义X坐标值，ｙ定义Y坐标值，ｊ表示计数长度，Ｇ表示计数方向，Ｚ规定了加工轨迹的加工指令。
　　当数控线切割机床的线电极走直线轨迹时，3B指令系统以直线的起点为坐标原点。ｘ和ｙ是直线的起点与终点之间的线段在Ｘ方向和Ｙ方向的投影长度。计数长度ｊ是直线段在计数方向上的投影长度。ｘ、ｙ和ｊ的计量单位均为微米，其数值均大于或等于零。其中ｊ如不足6位数字，则需要用0补足至6位。计数方向Ｇ的取值由直线的矢量方向决定。直线矢量方向在－45度至45度之间以及135度至225度之间时，计数方向定为Ｘ方向，否则计数方向就定为Ｙ方向。线电极走直线轨迹时，加工指令Ｚ的取值为L1、L2、L3和Ｌ4，它规定出直线的终点在以直线起点为原点的直角坐标系中所处的象限。
　　例如，有一直线段的起点为(0，5)，终点为(-15，-15)，单位为毫米。则该对应直线段的3Ｂ指令为：
　　B15000 B20000 B020000 GY L3
　　当数控线切割机床的线电极走圆弧轨迹时，3B指令系统以该圆弧的圆心为坐标系原点。ｘ和ｙ分别表示圆弧起点与坐标系原点间线段在Ｘ方向和Ｙ方向上的投影长度。计数长度ｊ是该圆弧在计数方向上的投影长度的总和。ｘ、ｙ和ｊ的计量单位均为微米，其数值均大于或等于零。计数方向G由圆心点至圆弧终点的矢量方向定义，该矢量方向的角度在－45度至45度之间以及135度至225度之间时，计数方向定为Y方向，否则计数方向就定为X方向。当数控线切割机床的线电极走圆弧轨迹时，加工指令Ｚ的取值分别为NR1、NR2、NR3、NR4、SR1、SR2、SR3和SR4，其中的数字表示圆弧起点在以圆弧圆心点为坐标系原点的直角坐标系中所处的象限，NR表示沿着逆时针方向加工圆弧线段，SR表示沿着顺时针方向加工圆弧线段。
　　设某一圆弧段的圆弧中心坐标值为（０，０），圆弧起点的坐标值为（０，１），圆弧终点的坐标值为（１，０），圆弧的方向是沿着逆时针方向，单位为毫米。则对应该圆弧段的3B指令为：
　　B0 B1000 B003000 GY NR2
　　或者
　　B0 B1000 B003000 GY NR3
　　在这个例子中，圆弧的起点在直角坐标系的纵轴上，其ｘ值为０，所以坐标系象限取２和３都是被允许的，因此相应的加工指令即可以用NR2，也可以用NR3，其加工结果是相同的。
　　对于某一条直线线段，如果已知直线线段的两个端点的坐标值，那么根据前面所述，很容易编写出该直线线段的3B格式的线切割加工指令。同样，对于某一条圆弧线段，如果已知圆弧线段的圆心坐标值、圆弧起点坐标值以及圆弧终点坐标值，那么根据前面所介绍的方法，也不难编写出该圆弧线段的3B格式的线切割加工指令。
　　然而对于一般的冲裁模具的刃口曲线，许多直线线段或者圆弧线段的有关坐标数据都没有直接给出，求这些端点坐标值和相关数据的过程非常繁琐，而且常常容易产生计算错误而导致加工零件的报废。从理论上看，要找出两条直线的交点，需要求解一个二元一次方程组；要找出直线和圆弧的交点或者切点，需要求解由一元二次方程和二元二次方程构成的二元二次方程组；要找出圆弧和圆弧的交点或者切点，需要求解由二个二元二次方程构成的二元二次方程组。对于实际的冲裁模具刃口曲线，往往需要求解几十、几百甚至成千上万个二元二次方程组才能够得到编写数控加工指令所需要的坐标数据。从中我们可以看到，编写实际加工零件数控指令所涉及的计算量是非常庞大的，而且往往超出了人力所能胜任的程度。
　　另外，数控线切割机床线电极的加工轨迹和实际加工的轮廓曲线并非是同一根曲线，这两根曲线组成一对等距曲线，两根曲线之间的偏移距离为数控线切割机床线电极半径与放电火花间隙之和。由于以上因素，就更加增添了编制数控加工指令的难度。
　　CAM模块的任务就是要自动完成上述工作，从已经建立好的冲裁模具刃口图形输出数控线切割机床能够接受的3B格式的加工指令。线切割3B加工指令可以通过打印机打印输出，也可以通过纸带穿孔机输出穿孔纸带。CAM模块可以为数控线切割加工提供编写加工指令的服务，所以它不仅仅可以用于冷冲压模具制造，也可以用于其他用数控线切割加工方法制造的机械零件，如注射模具零件、挤塑模具零件、粉末冶金模具零件、压铸模具零件、机床夹具零件、等等。
　　在模具零件的加工和检验过程中，有些时候还会用到其他一些数控加工机床和检验设备，如进口慢走丝高精度线切割机床、数控铣床、数控车床、数控钻床、数控镗床、连续轨迹坐标磨床、三坐标测量机、等等。这些数控机床基本上都采用符合ISO国际标准的数控加工G指令系统。与3B指令的情况相类似，如果已知直线线段的两个端点的坐标数据，或者已知圆弧线段的圆心及两个端点的坐标数据，很容易根据G指令系统的指令编写规则编制出加工指令。但是，如同3B加工指令编写，在求解端点和圆心坐标数据的过程中，往往涉及到非常庞大的计算工作量，给予人工编写数控加工指令极大的困难。很容易通过修改或者增添CAM模块的功能，使其能够输出相应的数控加工指令。
　　CAM模块使用步骤如下：
　　1) 用AutoCAD中的FILLET命令在模具刃口图形尖角处添加过渡圆角；
　　2) 用AutoCAD中的PEDIT命令将所绘制的直线和圆弧连接成为首尾相连的多段连线（Polyline）；
　　3) 用OFFSET命令进行间隙补偿，将新产生的图线作为线切割加工轨迹线；
　　4) 点取DCAD菜单相关项调用CAM模块；
　　5) 选取前面生成的线切割加工轨迹线；
　　6) 确定起始加工位置；
　　7) 打印3B加工指令单；
　　8) 输出3B指令穿孔纸带或直接将指令传送到加工机床。
　　例如，对于图4-7所示零件，经排样后的图形方位如图4-8所示，CAM模块处理过程如下：
　　用AutoCAD中的FILLET命令在模具刃口图形尖角处添加过渡圆角，然后用PEDIT命令连线，多段连线起点为该零件左下角圆弧的上端，连线方向为逆时针方向。间隙补偿值为0.075毫米。起始加工位置为多段连线起点下方5毫米处。CAM模块调用后即产生下面的数控线切割3B加工指令程序。
　　1: B0 B0 B005000 GY L2
　　2: B5451 B2682 B008133 GX NR3
　　3: B14356 B7064 B014356 GX L1
　　4: B14356 B7064 B014356 GX L1
　　5: B2682 B5451 B008133 GY NR4
　　6: B2649 B5384 B005384 GY L2
　　7: B2759 B1358 B004763 GX NR1
　　8: B8714 B7489 B008714 GX L3
　　9: B16 B19 B000020 GY SR4
　　10: B7404 B15048 B015048 GY L2
　　11: B22 B11 B000017 GX SR3
　　12: B14266 B7020 B014266 GX L1
　　13: B11071 B22499 B035469 GX NR4
　　14: B101565 B14778 B101565 GX L2
　　15: B659 B4527 B009041 GX NR1
　　16: B94889 B16151 B094889 GX L4
　　17: B2672 B15699 B022147 GX SR1
　　18: B54643 B26888 B054643 GX L3
　　19: B77 B157 B000234 GY NR2
　　20: B5648 B11478 B011478 GY L4
　　21: B157 B77 B000246 GX NR3
　　22: B32585 B19358 B032585 GX L1
　　23: B13 B21 B000017 GY SR2
　　24: B7842 B15938 B015938 GY L4
　　25: B22 B11 B000022 GX SR1
　　26: B11250 B2334 B011250 GX L3
　　27: B625 B3011 B004368 GY NR2
　　28: B2649 B5384 B005384 GY L4
　　29: D
　　将上述数控线切割3B加工指令程序输入机床，考虑加工补偿及模具间隙等因素，即可加工出图4-7所示零件的模具工作部分。
　　第七节冲裁工艺参数计算和冲模结构设计
　　在CAM模块的后面是模具设计模块。在DCAD冲裁模系统的程序结构框图（图4-2）中，模具设计模块（v）的位置处于输入模块（i）和绘图模块（vi）之间。在一些特殊的情况下，如果冲裁件不具有需要进行工艺性判别的特征，那么就不需要运行工艺性判别模块（ii）。与此类似，在一些工厂中排样工作和CAM工作是在模具设计部门以外的其他部门完成，如果这些工作在其他部门已经由人工或者别的计算机系统完成，那么在设计部门中就不必再运行排样模块（iii）和CAM模块（iv)。在由计算机产生模具特征之前，先要运行模具设计模块。模具设计模块为正式绘制模具图样完成必要的准备工作：计算冲压力，计算压力中心，选择模具典型结构，确定模具标准件规格等。
　　冲压力是冲裁力、推件力、卸料力等的总和，其中冲裁力是冲压力的主要组成部分。
　　如果设计的冲裁模模块中心和压力中心不重合，冲模工作时就会存在一个偏心力矩，这个偏心力矩被认为是有害的，它会影响到冲模工作的平稳性，对冲裁件的精度、冲模和冲床的寿命都是不利的。然而一味追求消除偏心力矩，有时会造成模块体积的增大，增加模具的制造成本。偏心力矩是压力中心至模块中心的距离与冲压力的乘积。当冲裁薄板时，冲压力较小，偏心力矩也较小，往往可以忽略偏心力矩的影响。图4-10表示冲模刃口在模块上的布置，图中F点为压力中心。图4-10a表示模块中心和压力中心重合，采用较大的模块；图4-10b中的模块中心和压力中心不重合，存在着偏心力矩，但在保证模具刃口与模块边缘间距离的条件下，可以采用较小的模块。
　　图4-11表示模具设计模块的工作界面，从中可以看到模块中心和压力中心的重合是可以选择的。
　　在选择模具的典型组合时要确定材料的送料方向、卸料方式、模具类型等。送料方式有纵向送料和横向送料之分。卸料方式分为弹性卸料和刚性卸料二种。模具类型可以选择复合模或者简单模和连续模。选择模具的典型组合采用人机交互方式，设计师可以充分参与电脑的设计过程。
　　选择模具标准件包括选择模架和确定模具标准件的种类、数量和规格。模架的种类较多，有对角导柱模架、中间导柱模架、后侧导柱模架以及四导柱模架等。选择模架也采用人机交互方式，设计师可以根据习惯和冲裁件特点等因素选择所需要的模架类型。模架类型确定以后，所有模具标准件的种类、数量和规格均由计算机自动确定，绘图模块将利用确定的信息绘制出有关的模具图样。
　　第八节冲模图样绘制
　　绘图模块的任务是绘制模具标准件零件图和模具装配图。在模具设计模块中已经确定了模具的典型组合以及模具标准件的数量即规格，与此有关的信息都已经储存在计算机的磁盘文件中。利用储存在计算机中磁盘文件内的信息，点取菜单（图4-12）中有关项目即可绘制出相应的模具图样。DCAD冲裁模系统绘制的图样有两种类型：由哑图构成的图样和由图元构成的图样。
　　哑图类型图样是储存在图形库中的事先画好的模具标准件图样。全部图形事先已经完成，并储存为AutoCAD的图形文件，图样中与模具规格相关的尺寸均定义为属性（attribute）。在绘制模具标准件图样时，将哑图图形文件作为图块插入。同时，程序从数据库中调用该标准件已经确定的模具零件规格的各项尺寸数据，用以替代图块中需要加以确定的表示尺寸的属性值，即得到完整的模具零件图。整个过程简单、迅速，图面布置也可以事先安排得比较妥当，缺点是图线和标注尺寸不成比例。因此，冲裁模系统中只对一些简单而不致于引起误解的标准件采用哑图方法。用哑图方法绘制零件图样的程序非常简单，一个绘制固定挡料销零件图样的程序如下：
　　(DEFUN C:GDDLX (/ d h f l) ；定义绘制固定挡料销的函数
　　(COMMAND "ZOOM" "W" "0,0" "210,297") ；定义显示区域
　　(SETQ d (GETINT "\n请选择以下规格固定挡料销\nD=4,6,8,10\nD=") ；输入挡料销直径
　　h (/ (CB nil "DLB" 2) 2) ；查找板料厚度
　　f (OPEN (FINDFILE "GB286611.DAT") "r") ；打开数据文件，查找相关尺寸
　　l (REPEAT 2 (readl f))
　　l (s-line d l 0) ；查找相关尺寸
　　l (MAPCAR RTOS l (2 2 2 2 2 2) (0 3 0 3 3 0))；确定尺寸输出格式
　　l (MAPCAR STRCAT ("%%c" "" "%%c" "+" "+" "") l)；添加尺寸前缀
　　l (APPEND ("INSERT" "GB286611" "0,0" 1 1 0) l (list h)) ；组织插入图块命令
　　)
　　(CLOSE f) ；关闭数据文件
　　(APPLY COMMAND l) ；插入哑图图块
　　)
　　上述程序中cb和s-line为查表函数，在本章第二节中已作介绍。数据文件GB286611.DAT的内容如下：
　　"D" "Dt" "d" "dtu" "dtl" "L"
　　4 -0.075 3 0.008 0.002 8
　　6 -0.075 4 0.012 0.004 10
　　8 -0.090 4 0.012 0.004 10
　　10 -0.090 6 0.012 0.004 14
　　数据文件中“D”列数据为挡料销直径，“Dt”列数据为“D”尺寸的下偏差，“d”列数据为挡料销的装配尺寸，“dtu”和“dtl”两列数据为“d”的制造公差，“L”为挡料销的长度。GB286611.DWG是事先画好的哑图，与数据文件中相对应的尺寸和公差均为文字可变的属性。程序执行时插入哑图图块，并用查找出数据文件中8开头的一行数据作为属性赋值，绘制的挡料销图样如图4-13所示。
　　图元类型图样是采用图元拼凑方法构成的模具零件图样。所谓图元是图形库中事先画好的一些基本图形形状，如矩形、螺钉孔、销钉孔等。由于哑图尺寸和图形不成比例的缺陷，在绘制模板类零件时，可能会造成设计和制造方面的误解，因此冲裁模系统采用拼凑图元的方法来得到图形和标注尺寸完全成比例的图形。用图元拼凑图形方法绘制零件图的过程是由程序安排好自动进行的，只是在最后输出图形前需要对输出图形的比例以及位置作一些调整工作，使整张图样的图面安排显得比较协调。这种图样处理方式的程序开发工作量较大，使用过程中，在输出图样前还需作少量的调整工作，以使图样布置恰当。这种方法的优点是图样直观，比例准确，能够避免设计和加工中可能出现的误解。
　　对于模具装配图，除了图样在绘制图形方面有一定的要求外，还需要根据设计信息完成模具装配图的零件明细表。
　　由于DCAD冲裁模系统是在AutoCAD环境中工作，所产生的图形都是AutoCAD的图形实体，可以方便地进行各项CAD作业，如可以将图样存储在计算机的磁盘内，也可以用计算机输出设备输出图样硬拷贝──图纸。打印机可以用较快的速度打印出图样，但是能够获得的图样幅面较小。绘图仪是专用的图样输出设备，可以输出高质量的大幅面图样。绘图仪中，笔式绘图仪输出图样的速度较慢，而且对绘图笔和绘图墨水的要求都比较高，笔的维护保养也比较讲究；喷墨式绘图仪可以高速地输出图样，是一种理想的工程图纸输出设备。
　　第九节其他专用冲模CAD技术
　　冲压模具CAD将走向更加专业化的道路。一些通用的软件由于其功能繁多，专业性较差，已不能满足专业模具厂在CAD／CAM方面的需要。专业模具厂越来越倾向于使用专用性很强的模具CAD软件，汽车覆盖件冲压成形模具和集成电路引线框架精密级进冷冲压模具是这方面两个非常典型的实例。
　　一、汽车覆盖件模具CAD技术
　　早在60年代初期，国外一些汽车制造公司就开始了模具CAD的研究。这一研究始于汽车车身的设计，在此基础上复杂曲面的设计方法得到了发展，各大汽车公司都先后建立了自己的CAD/CAM系统，并将其应用于模具设计与制造。计算机软、硬件技术的迅猛发展，为模具CAD/CAM的开发应用向更高层次的拓展创造了条件。
　　在几何造型方面，基于线框模型的CAD系统率先由飞机和汽车制造商开发并应用。例如：美国Lockhead飞机公司、McDonnell Douglas飞机公司、General Motor汽车公司的CAD系统、CADD系统、AD2000系统等，均推动了模具CAD技术的发展。
　　70年代以来，曲面造型与实体造型技术发展迅速，新一代的CAD软件均是实体造型与曲面造型兼备的系统，能适用于复杂模具的设计和制造，在模具界得到了广泛的应用。象美国Ford汽车公司的CAD/CAM系统中所包括的模具CAD/CAM部分，取代了人工设计与制造，设计方面采用人机交互进行三维图形处理、工艺分析与设计计算等工作，完成二维绘图，生成生产零件图、材料表以及工序、定额、成本等文件。系统还包括一些专业软件，如工艺补充面的设计、弹塑性变形的分析、回弹控制与曲面零件外形的展开等等，部分已用于生产，部分还在研究、完善当中。日本TOYOTA汽车公司从1980年开始研制汽车覆盖件模具CAD/CAM系统，此系统包括处理覆盖件模面的Die-Face软件和加工凸、凹模的TINCA软件等。由三坐标测量机将实物模型测量后所获得的数据送入计算机，经处理后再把这些数据用于汽车覆盖件设计、模具设计和制造。该系统的三维图形功能较强，能在屏幕上反复修改曲面形状，使工件在冲压成形时不至于产生各种工艺缺陷，从而保证工件质量；DIECOMP公司研制成功的模具CAD系统，使整个生产准备周期由18周缩短为6周。
　　与此同时，欧洲的一些国家在冲模CAD/CAM研究和应用方面也取得了很大进展，例如法国雷诺汽车公司应用Euclid软件系统作为CAD/CAM的主导软件，目前已有95%的设计工作量用该软件完成，而且雷诺汽车公司在Euclid主导软件的基础上还开发出了许多适合汽车工业需求的模块，如用于干涉检查的Megavision和用于板金成形分析的OPTRIS等。
　　一般汽车覆盖件成形都要依次经过拉延、切边、整形、翻边和冲孔等几道工序。第一道工序，即拉延工序中最重要的是工艺补充面的设计。工艺补充面设计得好坏直接影响到所设计的模具能否拉出合格的零件，能否减少调试模具的时间，缩短整个模具的生产周期。
　　另外，大型汽车覆盖件模具结构一般都比较复杂，一副大型覆盖件模具有上百个零件，模具的外形尺寸也比较大。
　　车身覆盖件在汽车整车中占据着重要的位置，而覆盖件模具是生产覆盖件的主要工艺装备，对车身质量的好坏起着决定性的作用。目前国外汽车覆盖件模具CAD/CAM技术的发展已进入实质性的应用阶段，不仅全面提高了模具设计的质量，而且大大缩短了模具的生产周期。近些年来，我国在汽车覆盖件模具CAD技术的应用方面也取得了显著的进步，但目前依然存在着一些问题：诸如设计效率低，标准化程度低，现有CAD软件专用性差等。
　　未来的汽车覆盖件模具CAD将走向更加专业化的道路，较好的方法是软件公司与专业模具厂密切合作，开发专用性很强的模具CAD软件，如美国PTC软件公司与日本TOYOTA汽车公司在PRO/E软件基础上开发的模具型面设计模块PRO/DIEFACE等。
　　二、集成电路引线框架多工位精密级进模CAD技术
　　集成电路是信息技术产业群的核心和基础。建立在集成电路技术进步基础上的全球信息化、网络化和知识经济浪潮，使集成电路产业的战略地位越来越重要，对国民经济、国防建设和人民生活的影响也越来越大。
　　近年来，世界信息产业得到高速发展。据统计，1998年世界电子产品市场销售额突破了10000亿美元大关，超过了汽车、钢铁、石化等产业。作为信息产品核心的集成电路，受电子产品市场发展的拉动，也将保持稳定的增长。多年来，世界集成电路产业一直以3~4倍于国民经济增长速度迅猛发展，新技术、新产品不断涌现。
　　我国集成电路产业经过30多年的发展，初步形成了由芯片生产骨干企业、封装厂、设计公司（中心），以及关键专用材料和设备制造厂构成的产业群体。2000年，我国集成电路年需求量240亿块，国内总产量为58.8亿块，销售额近200亿元。
　　模具在集成电路制造过程中起了重要的作用，图4-14反映了在集成电路生产过程中存在四种类型的模具，包括封装模具两种（引线框架多工位精密级进模和塑封模），后封装模具两种（切筋模具和打弯模具）。其中精密级进模、切筋模具和打弯模具均属冲压模具范围。尤其是集成电路引线框架多工位精密级进模，以其技术含量高，设计和制造难度大，成为业界普遍关注的对象，并且从中发展出一类专用的模具CAD技术。
　　集成电路引线框架多工位精密级进模具有以下特点：
　　1) 冲切精度高。现代大规模集成电路的集成程度越来越高，其内部结构越来越复杂，由此产生了更多的引线脚，引线脚之间的间隔距离则越来越小，对冲压精度的要求也就更高了。
　　2) 冲压工位多。普通的集成电路引线框架模具工位数多在二十以上，复杂的引线框架模具工位数甚至可以超过六十。
　　3) 模具设计和加工精度高。由于前两项特点，使得对集成电路引线框架模具的精度要求特别高，一般均达到微米级加工。
　　4) 大批量生产。由于对集成电路的需求极大，集成电路引线框架的生产批量常常达到几千万，甚至几亿、几十亿，这就对模具的寿命提出了很高的要求。
　　5) 高速生产。集成电路引线框架的生产一般都安排在高速自动冲床上进行，每分钟冲压次数可以超过一千次。
　　由于集成电路引线框架生产模具的上述特点，使其在模具材料、结构、加工等方面均与普通冲压模具有很大的差别。如为了保证模具寿命，集成电路引线框架多工位精密级进模具必须采用硬质合金制造凸模和凹模。
　　集成电路引线框架多工位精密级进模CAD技术的关键在于工位的安排。工位安排的顺序一般为先冲制内引线脚，后冲制外引线脚，最后对内引线脚进行压印工序，使内引线脚焊接区域平整度达到0.1毫米之内。
　　为了达到高速作业状态下的平稳工作，延长模具使用寿命并提高冲制件的精度，力的平衡非常重要。不仅冲压力合力点要和模块中心重合，压板的弹簧力合力与卸料力合力也要处于同一位置。这对集成电路引线框架多工位精密级进模CAD技术提出了新的要求。
　　与普通冲压模具相比较，集成电路引线框架多工位精密级进模具有很多不同之处，普通冲模CAD技术并不能直接应用于集成电路引线框架多工位精密级进模，在该领域必须使用集成电路引线框架多工位精密级进模专用CAD技术。

07366612732 · 发表于 2012-7-5 21:00

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