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附件二：  浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文）任務書 趙天星同學  （專業(yè) / 班級：09 機械設計制造及其自動化（4）班  ） 現下達畢業(yè)設計（論文）課題任務書，望能保質保量地認真按時完成。 1課題名稱 汽車剎車片模具設計 主要任務 與 目標 1）汽車剎車片成形方案設計分析汽車剎車片的結構特點、尺寸精度，利用 CAD 和 Pro/E 繪制二維圖、三維圖，最終確定汽車剎車片的工藝成型方案和模具結構設計； 2)根據汽車剎車片的工藝方案，結合汽車剎車片的公差等級、制 作模具的成本、精度要求和生產效率等因素，確定模具總體結構形式，完成模具的結構設 計。 3）零件設計和相關計算； 目標： 得出相關二維零件圖，裝配圖，三維零件，裝配圖，仿真相關動畫及相關分析圖，寫出設 計論文。 主要內容 與基本要 求 主要設計內容有： 1）測繪模型零件，并繪制零件的二維圖和三維造型； 2）用 pro/e 軟件對制件進行成形工藝性分析，確定最佳成形工藝方案； 3）沖壓模具設計，完成三維、二維圖紙； 基本要求： 零件三維造型結構合理，連接位置的形狀和尺寸正確，能夠進行裝配，完成注塑模具 的總體結構方案，完成三維、二維裝配圖和零件圖，總計不少于 5 張圖紙； 完成畢業(yè)設計要求的各種文檔，包括文獻綜述、開題報告、外文翻譯及畢業(yè)設計論文 等。 嚴格按照進度安排，保質保量完成所承擔的任務；遵守實驗室規(guī)定。 [1] 牟紅霞．模具材料的發(fā)展與動向現代制造技術與裝備，2006，4：83—84 [2]劉全坤，王成勇，劉傳經．模具技術的現狀與未來發(fā)展重點模具工業(yè)，2011，37(5) 1—4 [3]馬超，淺談我國沖壓模具的發(fā)展趨勢，2012,35； [4]孔炎，梁辰。趙蒙，聶愛琴，汽車端蓋零件的沖壓模具設計，文章編號：1674— 6457(2012)06—0129—03 [5] 洪慎章，曾振鵬．密封蓋落料拉伸沖孔切邊復合模設計[J]．模具工業(yè)，2OOl(11)：23 —26． [6] 郝濱海．沖壓模具簡明設計手冊(第 2 版)[M]．北京：化學工業(yè)出社，2009：19—44， 165—182． [7] 朱家誠．機械設計課程設計[M]．合肥：合肥工業(yè)大學出版社，2005：250—251． [8] 周淑容．沖裁間隙對沖裁件質量的影響及其選擇方法[J]．科技信息，2009(12)：22 —25． 主要參考 資料及文 獻閱讀任 務  [9]崔令江.汽車覆蓋件沖壓成形技術[M].機械工業(yè)出版社，2003. [10]劉緒功.基于特征的汽車覆蓋件沖壓成形性研究[D]. 南京:南京航空航天大學，2005. [11] 朱 東 波 ， 王 伊 卿 等 . 電 弧 噴 涂 汽 車 覆 蓋 件 沖 壓 模 具 快 速 制 造 方 法 [P]. 中 國 專 利:03134500，2004.4. [12]程應潮，范國輝.國內外橋車覆蓋件沖壓模具設計概括.1672-0121（2004）04-0026-04 [13]李體彬.沖壓成型工藝. 化學工業(yè)出版社. 2008. 023458 號：1~198 [14]李德群，肖祥芷.模具 CAD/CAE/CAM 的發(fā)展概況及趨勢[J].模具工業(yè)，2005（7）：9-12 [15]中國模具工業(yè)協會.模具行業(yè)“十一五”規(guī)劃[J].模具工業(yè)，2005（7）：3-8 [16]李大鑫，張秀錦.模具技術現狀與發(fā)展趨勢綜述[J].模具制造，2005 （2）：1-4 [17]張春水. 國內外冷沖模技術現狀及發(fā)展趨勢，1991，第 1 期 [18]Richard W.Sorenson . Push button switch with compound contac lever action. Ameica:4640998，1987-02-03. [19]王華，尚振國.Solid Works 在沖壓模具設計中的應用，中國科技信息 2008 年，第 15 期：141-142. [20]聶蘭啟，聶伯揚. 薄壁深錐零件的拉伸成形.《模具制造》，2008 年，第 8 期，29-32. [21]鄧明，呂琳.沖壓成形工藝及模具.第 1 版.北京：化學工業(yè)出版社，2006 年：117-125. 2 3 [22] ZHOU Li-Qun,LI Yu-Ping,ZHOU Yi-Chun.A Mechanics Model for Stamping a Sheet on Elastic Die with Large Deformation.Journal of Shanghai Uniwersity(English Edition),2002,6(2):130-135. [23]彭建聲.冷沖壓技術問答（上冊）.第 3 版.北京：機械工業(yè)出版社，2006 年：336-340. 外文 翻譯任務 閱讀 10000 字符以上的外文文獻，并至少翻譯 5000 漢字的兩篇外文文獻，若一篇篇幅較長， 則另一篇只需翻譯開頭部分。 計劃進度： 起止時間 內容 2013.2.1~2013.2.25 前期資料準備、畢業(yè)設計任務書、文獻綜述、外文翻譯布置。 2013.2.25~2013.3.3 查閱資料(包括外文資料)，撰寫文獻綜述、開題報告及外文資料翻譯。 2013.3.3~2013.3.8 完成開題報告。開題報告答辯。 2013.3.9~2013.4.5 總體方案設計，分析計算，結構設計。 2013.4.5~2013.4.12 方案設計，分析計算，結構設計，圖紙繪制，撰寫說明書。 2013.4.13~2013.4.18 畢業(yè)設計中期檢查完成情況及表格與記錄的填寫。 2013.4.18~2013.5.10 完成圖紙繪制，說明書撰寫。提交畢業(yè)設計（論文）。 2013.5.11~2013.5.18 畢業(yè)設計（論文）的審閱；評議小組分組審閱。 2013.5.19~2013.5.30 畢業(yè)設計答辯。 實習地 點 指導教師 簽 名 年 月 日 系 意 見 系主任簽名： 年 月 日 學院 蓋章 主管院長簽名： 年 月 日 浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文）開題報告 1班 級 機械與自動控制學院 09 機械類（4）班 姓 名 趙天星 課題名稱 汽車剎車片模具設計 開題報告（包括選題意義、研究的基本內容與擬解決的主要問題、總體研究思路與可行性分析，預 期研究成果、研究工作計劃等內容，非藝術類不少于 3000 字） 目 錄 1 選題的背景與意義 1.1.1 國內外研究現狀和發(fā)展趨勢 1.1.2 沖壓工藝的發(fā)展優(yōu)勢 1.1.3 國內外現狀 1.1.4 技術的發(fā)展方向 2 研究的基本內容與擬解決的主要問題 2.1 基本內容 2.2 擬解決的主要問題 3 總體研究思路及預期研究成果 3.1 總體研究思路 3.2 可行性分析 3.3 預期研究成果 4 研究工作計劃 參考文獻 （開題報告全文附后） 成績： （從選題、任務工作量、質量預期、可行性等 幾個方面）  系 主 任 審 答 意 辯 見  答辯組長簽名： 核 意 見  簽名： 年 月 日 年 月 日 汽車剎車片模具設計 趙天星 機械與自動控制學院 09 機械類（4）班 B09300426 1 選題的背景與意義 汽車剎車片是汽車制動的一個重要零件，對汽車的安全性能和質量都有重要 影響，通過對生產實際中鈑金件零部件的設計，可以掌握工程設計的一般程序規(guī) 范和方法，培養(yǎng)綜合分析和解決專業(yè)的一般工程技術問題的獨立工作能力，對于 了解掌握沖壓成形技術和設計制造沖壓模具有很大的幫助。 目前隨著汽車模具行業(yè)的快速發(fā)展，沖壓成形技術不斷應用于汽車覆蓋件、 汽車側圍等方面，同時也被廣泛應用于能源、機械、信息、航空航天、國防工業(yè) [1] 要方法，與切削加工相比，具有材料利用率高、能耗低、產品性能好、生產效率 高和成本低等顯著特點。所以熟練掌握沖壓成形技術對于個人以后發(fā)展和從事機 械制造業(yè)至關重要，為以后順利的走向工作崗位做準備。 1.1 國內外研究現狀和發(fā)展趨勢 1.1.1 沖壓成形技術介紹 沖壓，是在室溫下，利用安裝在壓力機上的模具對材料施加壓力，使其產生 分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。沖壓模具，是在冷沖 2和日常生活的生產之中。采用模具生產毛坯或產品零件，是材料成型的一種重 壓加工中，將材料(金屬或非金屬)加工成零件(或半成品)的一種特殊工藝裝備， 稱為冷沖壓模具(俗稱冷沖模)。一般冷沖壓的基本工序分為兩大類分離工序：沖 壓工件與板料沿要求的輪廓線相互分離。如切斷、中裁、切舌、切邊、剖切、整 修、精中。成形工序毛坯在不被壞的條件下發(fā)生塑性變形，獲得防需形狀，尺寸 和精度的 30T 方法。如彎曲、卷邊、拉彎、扭彎、拉深、變薄拉深、翻邊、翻孔、 卷緣、脹形、起伏、擴口、縮口、縮徑、旋壓、校平整形，冷擠壓、冷鐓、壓花。 沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡稱沖模。沖模是將材料(金屬或非金屬)批量 生產成所需沖件的專用工具。沖模在沖壓中至關重要，沒有符合要求的沖模，批 量沖壓生產就難以進行,沒有先進的沖模，先進的沖壓工藝就無法實現。沖壓工 藝與模具、沖壓設備和沖壓材料構成沖壓加工的三要素，只有它們相互結合才能 得出沖壓件。 1.1.2 沖壓工藝的發(fā)展優(yōu)勢 沖壓工藝是一種成形加工方法，通常依靠外在壓力和模具對相關的板料施加 力，使其板料發(fā)生分離或塑性變形，從而實現所需形狀和尺寸的沖壓件的有效獲 取。與其他的機械、塑性等加工方法比較而言，沖壓加工工藝在其技術上和經濟 上具備了諸多的獨特優(yōu)勢，具體表現在以下幾個方面。 1)沖壓加工工藝的操作便利，易于實現工藝的機械自動化。由于沖壓加工工藝 的實現是通過沖壓模具、沖壓設備而完成的，而普通壓力機每分鐘的行程量可達 到幾十次，若是高速的壓力機每分鐘的行程量則可為上百至千次，并且壓力機的 每次行程都有可能獲取一個沖件，從而使其加工工藝的生產效率得到了大大的提 高。 2)沖壓工藝的質量穩(wěn)定，具有良好的互換性。這是因為在進行沖壓加工時，沖 壓模具使其沖壓件的形狀尺寸的精度得到了良好的保證，沖壓件的表面質量通常 都會受到較好的保護，再加之所使用的沖壓模具的使用壽命較長，從而使得同一 沖壓模具制成的沖壓件具有一模一樣的特點。 3)小到秒表大到汽車覆蓋，沖壓加工工藝可加工出形狀復雜、尺寸跨度大的零 件，再加上板料在沖壓加工工藝過程中的冷變形硬化效應，使其所得沖壓件的剛 強度較高。 4)沖壓加工工藝是一種省料、節(jié)能的加工方法，在其沖壓加工過程中幾乎沒有 碎料的產生，使得材料的利用率較高，并且在此過程中無需外來其他的加熱設備， 3 因而所得沖壓件的成本也較低。 由于沖壓加工工藝中所用的模具具有一定的專業(yè)性，沖壓模具是一種制造精 度、技術要求都較高的技術密集型產品，而加工成形一個復雜零件時所需要的模 具也較多，因此， 沖壓工藝的優(yōu)越性只有在沖壓件大量生產的情況下也會得到 充分的體現，其所獲取的經濟效益也會隨之體現的更為突出。 1.1.3 國內外現狀 隨著與國際接軌的腳步不斷加快，市場競爭的日益加劇，人們已經越來越認識 到產品質量、成本和新產品的開發(fā)能力的重要性。而模具制造是整個鏈條中最基 礎的要素之一，模具制造技術現已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標 志。 模具的精度和結構直接影響沖壓件的成形和精度。模具制造成本和壽命則是影 響沖壓件成本和質量的重要因素。模具設計和制造需要較多的時間，這就延長了 新沖壓件的生產準備時間。模座、模架、導向件的標準化和發(fā)展簡易模具(供小 批量生產)、復合模、多工位級進模(供大量生產)，以及研制快速換模裝置，可 減少沖壓生產；隹備工作量和縮短準備時間，能使適用于大批量生產的先進沖壓 技術合理地應用于小批量多品種生產。模具制造技術的發(fā)展應該為適應模具產品 “交貨期短”、“精度高”、“質量好”、“價格低”的要求服務。為滿足這一要求， 模具制造沖壓成型技術的發(fā)展趨勢 21 世紀的沖壓技術將以更快的速度持續(xù)展， 模具技術的發(fā)展應該為適應模具產品“交貨期短”、“精度高”、“質量好”、“價格 低”的要求服務。沖壓成型技術將更加科學化、數字化、可控化。注重產品制造 全過程，最大程度的實現多目標全局綜合優(yōu)化，優(yōu)化將從傳統的單一成型環(huán)節(jié)向 產品制造全過程及生命期的系統整體發(fā)展，汽車模具行業(yè)的發(fā)展，沖壓成型工藝 在汽車覆蓋件、側圍等方面應用越來越多。隨著模具 CAD/CAM 技術的不斷發(fā)展， 作為改造傳統模具生產方式的關鍵技術，模具 CAD/CAM 技術將會越來越多的應用 于沖壓成型工藝。 1.1.4 技術的發(fā)展方向 沖壓模具數字化設計制造技術 沖壓模具數字化設計制造技術是國際公認的提高模具整體水平的有效手段。該 技術包括模具優(yōu)化設計與CAD／CAM／CAE一體化技術，尤其是三維技術和計算機 4 仿真模擬分析技術、模具模塊化、集成化、協同化設計技術；模具企業(yè)ERP、PDM、 PLM 、MES等信息化管理技術；快速成型與快速制模技術：虛擬網絡技術及公共 服務平臺的建立等。 沖壓模具大型化和精密化制造技術沖壓模具大型化和精密化一直是模具的重 要發(fā)展趨勢。該技術包括汽車大型覆蓋件模具生產技術；汽車零部件大型多工位 級進模生產技術；高強度板及不等厚焊接板冷沖模生產技術；高強度板熱壓成形 及模具生產技術；厚板精沖模具生產技術等。 沖壓模具標準件制造技術模具標準件是模具的重要組成部分，是模具基礎。模 具標準化程度和應用水平是衡量模具工業(yè)水平的重要標志。該技術包括：球鎖式 快換凸模及固定板、固體潤滑導板和導套、斜楔機構及其零部件，氨氣主彈簧等 技術含量高、結構先進、性能優(yōu)異、質量上乘、更換便捷的具有個性化的產品。 2 研究的基本內容與擬解決的主要問題 2.1 基本內容 本次畢業(yè)設計中主要完成的內容包括： 1）汽車剎車片成形方案設計； 分析汽車剎車片的結構特點、尺寸精度，利用 CAD 和 Pro/E 繪制二維圖、三 維圖，最終確定汽車剎車片的工藝成型方案。 2）模具結構設計； 根據汽車剎車片的工藝方案，結合汽車剎車片的公差等級、制作模具的成本、 精度要求和生產效率等因素，確定模具總體結構形式，完成模具的結構設計。 3）零件設計和相關計算； 2.2 擬解決的主要問題 1) 汽車剎車片尺寸結構的解決分析 2)汽車剎車片模具的設計 3)該模具的制作剎車片工藝過程過程 2.3 解決方案 1）根據已知的剎車片背板的圖紙，仔細研究剎車片的工作原理，配合公差尺寸 等，設計出相對應的剎車片，確定相應的尺寸和公差標準。 5 2）畫出摩擦片的三維圖并加以修正。 3）根據所確定的剎車片模具的尺寸。 4）確定模具所用的材料為常用的模具鋼，使用的模具為壓制模。 5）設計出剎車片模具的三維圖。 6）對所設計的模具進行強度和壽命校核與計算。 3 總體研究思路及預期研究成果 本畢業(yè)設計擬采用理論分析與三維建模與仿真實驗的方法，在前人的基礎 上，通過三維 Pro/E 環(huán)境完成汽車剎車片的三維成型，并對其進行初步的沖壓模 具設計。 3.1 總體研究思路 3.1.1 成形方法的選用 根基零件的結構特點和設計要求，選擇使用沖壓模，考慮到人工成本、生產效 率等因素，可以選用壓制模。 3.1.2 設計的思路及步驟 1)設計沖壓件。拉深毛坯展開計算：為了減少鈑金件變形程度及方便定位， 應根據汽車剎車片的形狀及尺寸，選用與汽車剎車片毛坯展開后相同的尺寸，其 具體數據可通過軟件計算得到。 2)確定毛坯形狀及兩孔尺寸距離。毛坯形狀及尺寸對沖壓件的充填性能和模 具壽命影響很大。根據汽車剎車片的形狀特點，計算孔間距離和汽車剎車片的外 形尺寸。 3)驗算許可變形程度。沖壓變形時，必須要進行材料的許可變形程度，否則， 將得到破碎外形的制件。同時，根據汽車剎車片外形對板材的沖壓次數進行預算。 4)計算沖壓變形力。沖壓的變形力是設計模具的基礎，選擇設備的依據，并 可借以衡量擠壓變形的難易程度，分別對所許拉深力和沖裁力以及相關的其它力 進行計算。在考慮應變力的情況下，同時要考慮半成品件的回彈變形，因此要對 沖壓變形力進行綜合考慮。 5)模具結構設計。根據汽車剎車片的形狀、尺寸及加工工藝的要求，設計出 完成其相關功能的模具結構。根據以上選用的成型方法，要設計級進模具結構來 完成其主要功能，這需要借助軟件對其模具進行實體造型。 6 6)對設計出來的模具的經濟和使用性進行分析探討，考慮其可否用于工業(yè)生 產。 3.2 可行性分析 汽車剎車片是 汽車制動中的一個重要零件，對汽車安全性、質量都有重要 影響，是使用沖壓模具加工生產出的一種零件。經過國內外的研究與發(fā)展，沖壓 成形技術取得很大的進展且日漸成熟，被廣泛應用于汽車、能源、機械、信息、 航空航天、國防工業(yè)和日常生活的生產之中。在前人研究工作基礎上，本設計論 文進行汽車剎車片模具設計，在基本原理上是可行的。 指導老師曾教學我們沖壓成形工藝，并在沖壓成形技術相關研究方面具有很 多成功的經驗，本設計的研究方法思路經過深思熟慮，切實可行，能夠確保畢業(yè) 設計的順利完成并取得預期的研究成果。 3.3 預期研究成果 設計出汽車剎車片的沖壓模具，完成三維建模。通過 pro/E 鈑金件設計分析， 保證設計能較好的滿足設計要求。 4 研究工作計劃 參考文獻 7 [1] 牟紅霞．模具材料的發(fā)展與動向現代制造技術與裝備，2006，4：83—84 [2]劉全坤，王成勇，劉傳經．模具技術的現狀與未來發(fā)展重點模具工業(yè)，2011，37(5) 1—4 [3]馬超，淺談我國沖壓模具的發(fā)展趨勢，2012,35； [4]孔炎，梁辰，趙蒙，聶愛琴.汽車端蓋零件的沖壓模具設計，文章編號：1674—6457(2012)06 —0129—03 [5] 洪慎章，曾振鵬．密封蓋落料拉伸沖孔切邊復合模設計[J]．模具工業(yè)，2OOl(11)：23 —26． [6] 郝濱海．沖壓模具簡明設計手冊(第 2 版)[M]．北京：化學工業(yè)出社，2009：19—44， 165—182． [7] 朱家誠．機械設計課程設計[M]．合肥：合肥工業(yè)大學出版社，2005：250—251． [8] 周淑容．沖裁間隙對沖裁件質量的影響及其選擇方法[J]．科技信息，2009(12)：22— 25． [9]崔令江.汽車覆蓋件沖壓成形技術[M].機械工業(yè)出版社，2003. [10]劉緒功.基于特征的汽車覆蓋件沖壓成形性研究[D]. 南京:南京航空航天大學，2005. [11] 朱 東 波 ， 王 伊 卿 等 . 電 弧 噴 涂 汽 車 覆 蓋 件 沖 壓 模 具 快 速 制 造 方 法 [P]. 中 國 專 利:03134500，2004.4. [12]程應潮，范國輝.國內外橋車覆蓋件沖壓模具設計概括.1672-0121（2004）04-0026-04 [13]李體彬.沖壓成型工藝. 化學工業(yè)出版社. 2008. 023458 號：1~198 [14]李德群，肖祥芷.模具 CAD/CAE/CAM 的發(fā)展概況及趨勢[J].模具工業(yè)，2005（7）：9-12 [15]中國模具工業(yè)協會.模具行業(yè)“十一五”規(guī)劃[J].模具工業(yè)，2005（7）：3-8 [16]李大鑫，張秀錦.模具技術現狀與發(fā)展趨勢綜述[J].模具制造，2005 （2）：1-4 [17]張春水. 國內外冷沖模技術現狀及發(fā)展趨勢，1991，第 1 期 [18]Richard W.Sorenson . Push button switch with compound contac lever action. Ameica:4640998，1987-02-03. [9]王華，尚振國.Solid Works 在沖壓模具設計中的應用，中國科技信息 2008 年，第 15 期： 141-142. [20]聶蘭啟，聶伯揚. 薄壁深錐零件的拉伸成形.《模具制造》，2008 年，第 8 期，29-32. [21]鄧明，呂琳.沖壓成形工藝及模具.第 1 版.北京：化學工業(yè)出版社，2006 年：117-125. [22] ZHOU Li-Qun,LI Yu-Ping,ZHOU Yi-Chun.A Mechanics Model for Stamping a Sheet on 8 Elastic Die with Large Deformation.Journal of Shanghai Uniwersity(English Edition),2002,6(2):130-135. [23]彭建聲.冷沖壓技術問答（上冊）.第 3 版.北京：機械工業(yè)出版社，2006 年：336-340. 9 1班 級 09 機械設計制造及其自動化（4）班 姓 名 趙天星 課題名稱 汽車摩擦片模具設計 目錄 1.前言 2.國產轎車覆蓋件模具開發(fā)能力 3.覆蓋件模具設計及技術 3．1 軟件環(huán)境 3．2 修正回彈的對策 3．3 新斜楔機構在外覆蓋件模具上的應用 3..4 汽車覆蓋件沖壓模具的制造技術 4.總結 參考文獻 指導教師 審批意見 簽名： 年  月  日 汽車摩擦片沖壓模具設計 趙天星 (機械設計制造及其自動化 09(4)班 B09300426) 1.前言 近幾年來，我國轎車市場發(fā)展十分迅猛，2002 年在轎車銷售超過 100 萬輛的基 礎上，2003 年則向 200 萬輛大關邁進，達到了 197 萬輛。然而，在轎車熱迅速升溫 的同時，不得不尷尬地面對這樣的現實——市場上熱銷的絕大多數車型是直接從國 外引進的。由手國內轎車覆蓋件模具設計制造能力從總體上看還比較薄弱，為了生 產這些車型，各大汽車公司不得不耗資幾億、十幾億元采購海外模具。與國外大汽 車公司相比，由于生產規(guī)模比較小，這就造成單車均攤的模具成本遠高于國外車， 這也是造成國產車整車制造成本居高不下的主要原因之一[1]。 2.國產轎車覆蓋件模具開發(fā)能力 國內主要的轎車模具制造商有：一汽模具制造有限公司、東風汽車模具廠、天 津汽車模具有限公司、成飛集成科技股份有限公司、南京模具裝備有限公司、上海 千緣汽車車身模具有限公司等等。作為國內最大轎車生產銷售商——上海大眾汽車 有限公司，也有自己的模具設計制造部門(TMM部)。目前，雖然國內模具商在轎車內 覆蓋件模具設計制造方面已小有能力，并可承接整車廠的部分模具開發(fā)項目，但對 于有很高型面精度和表面質量要求的外覆蓋件，特別是中高檔轎車的外覆蓋件，整 車廠很少會將這類模具交由國內開發(fā)。 上海大眾汽車有限公司為了降低整車生產成本，同時也為了提高公司的核心 技術能力，從2001年開始，涉足轎車沖壓模具設計制造領域。2001年～2002年完成 2 了POL0轎車在手動壓機線上生產的10只簡單零件的模具，通過了公司質保部門驗收 并投產。2002年開始向大型化、復雜化、自動化發(fā)展，設計制造了6000kN自動線上 生產的POLO轎車備胎座模具(該零件外形尺寸大、拉深深度深、形狀復雜)。2003年， 為進一步提高模具設計制造的能力和水平， 他們涉足20000kN多工位壓力機和 10000kN自動線生產使用的模具設計。過去上海大眾在20000kN多工位壓力機上使用 的模具，全部需進口，國內模具商還沒有能力設計制造這樣的模具。為此，他們選 擇了POLO轎車中柱內板的模具進行設計。10000kN多工位壓力機是世界上最先進的壓 力機之一，集成化自動化程度非常高，當然這對模具設計的要求也相應地提高。零 件的送料高度、步距、機械手的位置有嚴格的要求，還要保證機械手在運動過程中 與模具無干涉，這樣給予模具設計的空間就小了很多。在考慮諸多因素之后，他們 最終完成了整套模具的設計。另外，他們還完成了PoLo轎車在10000kN自動線上生產 的后輪罩的模具設計，在去年的基礎上更進一步。這些工作的順利完成，標志著上 海大眾模具設計能力已經達到了國內先進水平，從而為今后上海大眾汽車模具國產 化 打 下 了 堅 實 的 基 礎 。 盡 管 如 此 ， 與 國 際 先 進 水 平 比 較 ， 圖1 內板模具裝配示意圖 仍有較大差距，比如在轎車外覆蓋件具設計方面還是空白。 POLO轎車中柱內板模 具裝配示意圖(a)上模裝配示意圖(b)下模裝配示意圖在轎車沖模中，難度最大的是外 覆蓋件模具設計，主要表現在以下兩個方面： （1)克服由回彈造成的零件型面偏差破裂、起皺、回彈是轎車沖壓件成形過程中的 3 主要缺陷。 由于轎車外覆蓋件外形尺寸大、拉深深度淺、塑性變形程度低，一般不易拉裂， 因而回彈就成為該類零件制造過程中的主要問題，它將嚴重影響零件間的相互配合 關系。有限元模擬軟件在沖壓模具設計中得到普遍應用，已經能夠比較準確地預測 破裂和起皺，從而有助于設計合適的工藝補充面來改善拉深過程中材料的流動狀況， 提高零件的成形性。然而，迄今為止，大多數有限元軟件還不能精確地預測沖壓件 從模具當中取出后的回彈變形。因此，對外覆蓋件回彈問題的處理，主要還是依靠 經驗來修改模具型面，使沖壓件過正成形，來抵消由于回彈導致的變形[2]。 (2)沖壓件的取件 由于外覆蓋件(如前蓋外板、車頂、翼子板)都需進行復雜的翻邊整形或預卷邊 工藝，這就使得在模具結構設計時，必須考慮沖壓件成形后的取件問題，目前，大 都依靠復雜的多斜楔機構聯動來實現模具工作部分對零件讓位，以實現方便取件， 由此造成整個模具的結構十分復雜[3]。 3.覆蓋件模具設計及技術 目前，國外大汽車公司為了降低模具開發(fā)、制造成本，縮短生產周期，將除 轎車外覆蓋件之外的大部分轎車沖壓件的模具都交由專業(yè)模具公司 (如Fontana Pietro、Kuka、Laepple、Schuler Cartec、Ogi—hala、Fuji Techniaca等等)設計 和制造，這些公司都有很強的開發(fā)能力，并在某些零件的模具制造方面擁有獨到的 優(yōu)勢。但作為整車廠，考慮到新車型開發(fā)過程中的保密，對諸如翼子板、行李箱蓋、 車門、側圍、車頂、前蓋等敏感零部件的模具，則都由自己的模具制造部門來設計 和制造[4]。 3．1軟件環(huán)境 沖壓模具設計，除了必要的CAD軟件之外，還大量應用了有限元模擬軟件，如 AutoForm、PamStamp、DynaForm、Indeed等，來輔助沖壓工藝設計。下面，以AutoForm 為例，說明如何利用CAE軟件來設計拉深I序工藝補充面。AutoForm是一款由瑞士開 發(fā)的專業(yè)薄板成形快速模擬軟件，可以用于薄板、拼焊板的沖壓成形、液壓脹形等 過程的模擬，配合不同的功能模塊，還可以進行沖壓件單步法成形模擬以及拉深工 序工藝補充面(Addendum)的設計。轎車沖壓件中，約有2／3可以利用AutoForm的 Diedesigner Module模塊設計Addendum，該模塊根據由設計者指定的或由軟件自動 4 產生的壓邊圈型面，以及工藝補充面的多條截面線(Profile)，能夠快速地生成工藝 補充面，用于拉深工序的模擬，如圖2所示。壓邊圈型面、Profile均可進行參數化 式的調整。這種快速設計是建立在對Addendum曲面的粗略構造上的，即曲面面片本 身以及曲面面片之間的連續(xù)并非十分光順，盡管這種曲面不能夠直接用于模具表面 的機械加工，但是對于模擬精度的影響卻不是很大。根據模擬結果，設計者可以很 方便地對工藝補充面進行調整，直到模擬結果滿足設計要求。最后，將壓邊圈、 Addendum曲面和Profile以中性數據格式IGS或VDA輸出，在CAD軟件中進行曲面重構， 并結合產品數模，就能夠得到機加工可以使用的拉深工序模具數模[5]。 圖2 AutoForm設計工藝補充面示意 沖壓工藝傳統設計方法：首先，在經驗基礎上，利用CAD設計工藝補充面；其次， 將CAD數模傳遞給AutoForm等CAE軟件進行拉深過程模擬；根據模擬結果，在CAD中對 工藝補充面進行調整，并將新的CAD數模傳遞給CAE，開始新的模擬，直到滿足要求 為止。這是一個從CAD到CAE再回到CAD的不斷反復的過程。由于每次在CAD中構造曲 5 面都遠較在AutoForm中復雜，因此，整個過程所花費的時間就多得多。而新方法在 沖壓工藝設計初期，就用Diedesigner Module在AutoForm軟件中設計并調整拉深工 藝補充面，與傳統的設計方法相比，就能夠大大提高設計效率[6]。 由于AutoForm是一款快速模擬軟件，為了在較短的時間內對復雜沖壓件的成 形過程進行評價，采用了膜單元來離散幾何模型，必然要降低模擬精度，因此，有 些汽車公司在模具設計開始之前還要利用模擬精度高的CAE軟件，如德國大眾就采用 了Indeed軟件，對拉深工序進行再次模擬(Indeed軟件的計算是基于帶厚度的殼單元 的，能夠得到更為準確的計算結果，但是其計算所花費的時間通常是AutoForm的幾 到十幾倍，該軟件比較適用于最終驗證 [7]，所有拉深工藝必須通過Indeed模擬并驗 證為是可行的，才可用于模具設計。 模具設計完備，應通過圖紙結合泡沫模型進行驗收(圖3)，各道工序用不同顏 色的線條標記在泡沫模型上，這樣做直觀而清晰。還應組織包括工藝設計者、項目 規(guī)劃員、模具調試人員、模具操作者等相關人員進行討論驗收。對于在沖壓工藝上 難以解決的成形問題，還應邀請產品開發(fā)人員一同討論，尋求對產品進行更改設計 的n-I能性[8]。 圖 3 沖壓工藝泡沫模型 3．2 修正回彈的對策 由前已知，回彈是轎車外覆蓋件成形過程中的主要問題，現以前蓋外板為例， 對此進行詳細分析。 通常外覆蓋件的回彈有以下兩類： 6 ①大片平坦曲面由彈性回復造成的拱起或塌陷，如圖 4 中 C 部放大所示，虛線 表示零件從模具中取出并發(fā)生回彈后的位置。這類問題，工藝設計時通常不加以考 慮，工藝數模中產品型面部分的數據與來自于產品開發(fā)部門的數據相一致，并用于 模具制造。待試模之后，將試件與檢具進行對比測量，根據偏差對拉深模型面進行 修正。如果設計人員對于這類問題的控制擁有非常豐富經驗的話，也可以事先估計 出曲面彈性回復的方向以及偏移量，并將其反向疊加到產品數模上去，求得考慮回 彈變形的拉深工藝曲面，這個計算過程需要由專門的計算機軟件來完成，在德國大 眾，采用的是 ICEM。 ②翻邊整形部分由彎曲變形回彈造成的折邊轉 圖 4 平坦曲面由彈性示意圖 角變化，如圖 4 中 B 部放大所示。對于這類問題，該處除拉深和剪邊外，還包括翻 邊和斜楔整形，整形工藝需過正成形 2°——3°，以抵消彎曲回彈。該工藝由工藝 設計完成，并體現在工藝方案的數模中[9]。 3.3 新斜楔機構在外覆蓋件模具上的應用 目前，新車型的很多外覆蓋件，如翼子板前蓋外板、車頂等的翻邊整形工序 中，采用了一種稱之為“旋轉斜楔”的新工藝[16]。其工作原理為旋轉進程。斜楔上 的凹槽部分是沖壓件需整形的區(qū)域，當整形過程完成后，氣缸驅動的托架推動旋轉 斜楔繞滾筒轉動，從而達到對零件讓位的目的，方便整形后的零件從模具上取出。 7 旋轉斜楔的優(yōu)點是：因整形部分與沖壓件托料部分的拼接處非常光順，故零件上無 明顯壓痕；模具結構簡單；維修保養(yǎng)簡便且費用低。 3.4 汽車覆蓋件沖壓模具的制造技術 汽車覆蓋件沖壓模具的制造技術方法有很多，具體用那種方法要看汽車覆蓋 件沖壓模具的難易程度和制造精度。 3.4.1 快速成型技術 快速成型技術是基于離散、堆積成形思想的新型成形技術，即由三維 CAD 模 型直接驅動的快速制造復雜形狀三維物理實體的技術，這是繼數字驅動設計（CAD） 和數字驅動制造（CAM）之后的又一項為制造業(yè)帶來巨大變革的數字化制造技術[10]。 快速成型技術中，三維形體在離散過程中被沿著一至三個方向分解，生成形體的各 個離散面、離散線和離散點，將這些離散體（面、線和點）轉換成實體，并將它們 依照原先的順序堆積還原成三維形體的實體形狀[15]。通過離散獲得材料堆積的路徑、 順序和方式，生成一系列二維層面數據，再將分層后的數據進行處理，加入加工參 數，生成數控代碼，在數控系統控制下將材料逐層“迭加”起來形成三維實體，實 現數字化成形，構成三維物理實體?？焖俪尚渭夹g的特點有： （1）高度柔性。不需要傳統的專用工具和生產裝備，而利用信息技術把生產加 工的重組集成到制造系統中； （2）各種先進技術的高度集成； （3）快速性。傳統加工方式開發(fā)一個復雜形狀的產品，從設計、工藝規(guī)劃到加 工完成，可能需要幾天、幾個月甚至上年的時間，而采用快速成形技術，從實體建 模到原型或零件加工完成，可以在幾十小時或幾個小時內完成； （4）自由成形性。因此能夠制造特別復雜的實體； （5）材料的廣泛性。不同的工藝可制造樹脂、塑料、紙、石蠟、復合材料、金 屬材料、陶瓷等原型。采用分層實體制造工藝。分層實體制造將激光用于箔材（主 要是涂敷紙）的切割，逐層粘切完成后，清除被切割的廢料，就獲得了所需要的原 型。該技術可保證原型件精度；能制造出大型甚至超大型的設備，得到最大尺寸， 運行費用設備中為最低。 3.4.2.電磁成型技術 電磁成型技術最先起源于美國。隨著科學技術的進步和制造業(yè)的發(fā)展，電磁 8 成型技術逐漸發(fā)展成為制造業(yè)中一種新型的金屬塑性加工方法。它是利用瞬間的高 壓脈沖磁場迫使金屬產生塑性變形達到成型金屬零件的目的。電磁成型加工是一種 高速能的工藝，目前，電磁成型技術已廣泛應用于航空航天、原子能、汽車、儀器 儀表、電子以及玩具等領域[11]，主要是金屬板材的沖孔、壓印或壓花以及管材的脹 形、縮頸、沖孔、翻邊等。電磁成型的理論基礎是物理學中的電磁感應定律，在電 場周圍會產生變化的磁場，而隨時間變化的磁場在其周圍空間激發(fā)渦旋電場，所以 當有導體處于此電場中時就會產生感應電流(渦流)。在電磁成形過程中，磁場力是 工件成型的動力。電磁成型是利用脈沖磁場力來使金屬坯料變形的，脈沖磁場力是 由電容器通過工作線圈瞬間放電所產生的。脈沖磁場里是磁場間相互排斥或相互吸 引的作用。 電磁成型加工的工藝特點：非機械接觸性加工，電磁力是工件變形的動力，它 不同于一般的機械力，工件變形時施力設備無需與工件進行直接接觸，因此工件表 面無機械擦痕，也無需添加潤滑劑，工件表面質量較好；工件變形源于工件內部帶 電粒子受磁場力的作用[14]。因此，工件變形受力均勻，殘余應力小，疲勞強度高， 使用壽命長，加工后不影響零件的力學、物理、化學性能，也不需要熱處理；施力 元件(線圈)相對壓力機尺寸小，易在真空和氣保下進行，將感應加壓一次完成；由 電磁力的控制精度其誤差可在 0.5%以內，因此加工精度高；加工效率高、時間短、 成本低，便于實現生產的自動化；電磁成型設備可實現工件的多步、多點、多工位 成型，有助于實現生產的柔性化；污染較輕，有利于環(huán)境的保護。電磁成型加工作 為一種新型的金屬塑性加工技術，不同于傳統的冷鍛、溫鍛和熱鍛等加工方法，它 以其獨特的加工特點展現出巨大的發(fā)展?jié)摿12]。 3.4.3.無模多點成形 無模多點成形就是將多點成形技術和計算機技術結合為一體的先進制造技 術。該技術利用一系列規(guī)則排列的、高度可調的基本體，通過對各基本體運動的實 時控制，自由地構造出成形面，實現板材的三維曲面成形。它是對三維曲面扳類件 傳統生產方式的重大創(chuàng)新。實現無模成形：取代傳統的整體模具，節(jié)省模具設計、 制造、調試和保存所需人力、物力和財力，顯著地縮短產品生產周期，降低生產成 本，提高產品的競爭力。與模具成形法相比，不但節(jié)省巨額加工、制造模具的費用， 而且節(jié)省大量的修模與調模時間，與手工成形方法相比，成形的產品精度高、質量 9 好，并且顯著提高生產效率。優(yōu)化變形路徑：通過基本體調整，實時控制變形曲面， 隨意改變板材的變形路徑和受力狀態(tài)，提高材料成形極限，實現難加工材料的塑性 變形，擴大加工范圍。實現無回彈成形：可采用反復成形新技術，消除材料內部的 殘余應力，并實現少無回彈成形、保證工件的成形精度。小設備成形大型件：采用 分段成形新技術，連續(xù)逐次成形超過設備工作臺尺寸數倍的大型工件。易于實現自 動化：曲面造型、工藝計算。壓力機控制、工件測試等整個過程全部采用計算機技 術，實現 cad ／ cam ／ cat 一體化生產，工作效率高，勞動強度小，極大地改善 勞動者作業(yè)環(huán)境[13]。 3.4.4.其它技術 采用低熔點合金澆鑄，快速制造汽車蓋件試制模具。合金的熔點低至，且凝 固時幾乎沒收縮，是其兩個明顯的特點。提出工藝路線為：根據模型制造原型，再 將翻制為具有足夠尺寸精度的陶瓷型，對陶瓷型進特殊處理后，在接近的溫度下， 澆鑄出低熔點合金汽車覆蓋件拉延模具。此拉延模具以制造件汽車覆蓋件零件，完 全滿足試制模具的需要。主要應注意：低熔點合金的設計；低熔點合金的澆鑄工藝； 低熔點合金模具的試模與調試。采用等離子噴涂技術，也可快速制造汽車車身試制 模具。在電弧噴涂研究的基礎上，進行的主要研究與開發(fā)技術為采用原型制造汽車 噴涂模具的工裝[8]；紙原型與工藝轉化原型的設計與制造；噴涂工藝參數的選擇； 噴涂型殼與紙原型的分離；噴涂模具背襯材料的選擇與制備；噴涂模具背襯的制造 及后處理；噴涂模具的試模與調試。 4.總結 近年來，通過不懈的努力，國內轎車沖壓模具的設計制造能力取得了顯著的進 步。但是，在轎車特別是中高檔轎車外覆蓋件模具的開發(fā)上，我們與國際水平仍有 較大差距。不過，這種差距并非不能縮小，只要我們多加強國際交流，多吸取國外 同行的設計制造經驗，一定能夠加快轎車覆蓋件模具的國產化進程。 10 5.參考文獻 [1]陳炎嗣.郭景儀.沖壓模具設計與制造技術.北京：北京出版社，1991—04 [2]郭春生.湯寶駿.孫繼明.汽車大型覆蓋件模具.北京：國防工業(yè)出版社，1993—10 [3]楊玉英.大型薄板成型技術.北京：國防工業(yè)出版社，1996—02 [4]鄧仕珍.汽車車身制造工藝學.北京：北京理工大學出版社，1997-09． [5]Gang Liu，Zhongqin Liu，Youxia gao．Optimization desing of drawbead in drawing tools of autobody cover paneljournal of Engineering mateials and Technology． [6]劉罡.基手回彈控翩的提高轎車沖壓成形精度方法研究．上海交通大學博士論文．2001． [7]程迎潮,劉罡,范國輝.國內外轎車覆蓋件沖壓模具設計概況，(上海大眾汽車有限公司，上海 201805) [8]樊小年，試談汽車覆蓋件沖壓模具的制造技術，岳陽職業(yè)技術學院，湖南岳陽 414000 [9]崔令江.汽車覆蓋件沖壓成形技術[M].機械工業(yè)出版社，2003. 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