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畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 題目 中頁板零件沖壓工藝及模具設(shè)計 專 業(yè) 名 稱 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 學 號 學 生 姓 名 指 導 教 師 填 表 日 期 2011 年 3 月 29 日 一、選題的依據(jù)及意義： 設(shè)計的主要目的是：通過對產(chǎn)品的分析設(shè)計適合的模具，利用安裝在壓力機上的沖模對金屬板材進行塑性變形加工以得到符合設(shè)計要求和使用要求的產(chǎn)品零件；檢驗對所學相關(guān)課程理論、技能的理解程度；培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的良好作風。 設(shè)計的主要意義是：通過此次設(shè)計了解設(shè)計沖壓模的一般程序，了解相關(guān)的理論知識并加以應用和鞏固；熟練的運用有關(guān)技術(shù)資料，如《冷沖模國家標準》、《模具設(shè)計與制造簡明手冊》、《冷沖壓模具結(jié)構(gòu)圖冊》及其他有關(guān)規(guī)范等；初步的掌握設(shè)計冷沖壓模具的能力，為將來的工作打下初步的基礎(chǔ)。 二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）： 隨著制造行業(yè)的發(fā)展，材料加工方法也隨著發(fā)展，其中冷沖壓加工方法在制造行業(yè)得到了廣泛的發(fā)展，特別在汽車制造行業(yè)。隨著冷沖壓加工方法的應用，許多汽車零件的外形和精度得到了改善。側(cè)減震片的加工方法也得到了發(fā)展，最后由冷沖壓加工而成。最近的幾年里，冷沖壓加工方法得到了廣泛的發(fā)展。 冷沖壓（cold pressing）是建立在金屬塑性變形的基礎(chǔ)上，在常溫下利用安裝在壓力機上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的零件的一種加工方法。 在冷加工中，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）。冷沖模在實現(xiàn)冷沖壓加工中是必不可少的工藝裝備，沒有先進的模具技術(shù)，先進的沖壓工藝就無法實現(xiàn)。隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展、沖壓技術(shù)的發(fā)展和新型模具材料的不斷研究開發(fā)，市場對模具的需求量不斷增長，模具的結(jié)構(gòu)也發(fā)生了一定的變化，對模具的制造，裝配等都有了很大的影響。近年來，模具工業(yè)一直以15%左右的增長速度快速發(fā)展。模具是機械制造業(yè)中技術(shù)先進、影響深遠的重要工藝裝備,具有生產(chǎn)效率高、材料利用率高、制件質(zhì)量優(yōu)良、工藝適應性好等特點,被廣泛應用于汽車、機械、航天、航空、輕工、電子、電器、儀表等行業(yè)。中國模具的“珠江三角洲、長江三角洲和以成都/重慶為代表的西部模具”三足鼎立局面已經(jīng)基本形成，然而與國際先進水平相比,中國的模具行業(yè)的差距不僅表現(xiàn)在精度差距大、交貨周期長等方面,模具壽命也只有國際先進水平的50%左右,大型、精密、技術(shù)含量高的轎車覆蓋件沖壓模具和精密沖裁模具,每年都需要花費大量資金進口。 一、經(jīng)過幾十年的發(fā)展,我國的沖壓模具行業(yè)獲得了飛速發(fā)展,具體體現(xiàn)在： (1)輔助設(shè)計/加工/工程技術(shù)得到廣泛使用,模具總量名列世界第三位。 (2)大型模具企業(yè)擁有高速數(shù)控加工/加工中心/數(shù)控機床等先進的加工工藝與裝備,可以開展RP/RT或模具逆向工程工作,硬件裝備已經(jīng)站在了與世界基本同步的水平線上。 (3)在沖模的表面精整加工技術(shù)方面,開展了積極探索、積累了一些經(jīng)驗。 （4）以汽車覆蓋件為代表的大型、復雜、精密沖壓模具,采用CAD /CAM /CAE軟件進行三維設(shè)計和模擬,減少試模時間和縮短周期。借助高速、精密的加工設(shè)備加工生產(chǎn),獲得良好的尺寸精度和表面粗糙度,用新型的研磨或拋光方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工研磨拋光,提高模具質(zhì)量[1]。這些都代表了沖壓模具發(fā)展的趨勢。例如，吉林大學汽車覆蓋件成型技術(shù)所獨立研制的汽車覆蓋件沖壓成型分析KMAS軟件，華中理工大學模具技術(shù)國家重點實驗室開發(fā)的注塑模、汽車覆蓋件模具和級進模CAD/CAE/CAM軟件，上海交通大學模具CAD國家工程研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖模CAD軟件等在國內(nèi)模具行業(yè)擁有不少的用戶。 二、國際模具制造業(yè)的技術(shù)特點如下： （1）產(chǎn)品專業(yè)化車身模具企業(yè)向?qū)I(yè)化發(fā)展，如德國大眾公司模具廠、奧迪公司模具廠、SCHULLER公司，意大利COMAU公司，美國AUTODIE、SECKLY，日本豐田公司模具廠、荻原公司、富士公司，韓國現(xiàn)代汽車模具中心等。有的專業(yè)制造整體側(cè)圍模具，有的專業(yè)生產(chǎn)四門模具，有的專門生產(chǎn)地板及結(jié)構(gòu)件模具。模具向多工位自動化以及級進模方向發(fā)展。 （2）制造數(shù)字化三維實體設(shè)計廣泛應用于模具制造中，二維DL圖轉(zhuǎn)為三維DL圖后可直接用于有限元分析和數(shù)控編程，百分之百采用CAE分析。模具設(shè)計采用3D參數(shù)化設(shè)計。實現(xiàn)了不等厚板成形模具設(shè)計，將同模模具推向生產(chǎn)。模具數(shù)控加工技術(shù)包括實型鑄造技術(shù)、精細化編程、高速加工技術(shù)、型面數(shù)控強化和修補技術(shù)[2]。 三、沖壓模具制造技術(shù)發(fā)展趨勢： （1）制造沖壓件用的傳統(tǒng)金屬材料，正逐步被高強鋼板、涂敷鍍層鋼板、塑料夾層鋼板和其他復合材料或高分子材料替代。隨著材料科學的發(fā)展，加強研究各種新材料的沖壓成形性能，不斷發(fā)展和改善沖壓成形技術(shù)。 ? （2）精沖與半精沖、液壓成形、旋壓成形、爆炸成形、電水成形、電磁成形、超塑成形等技術(shù)得到不斷發(fā)展和應用，某些傳統(tǒng)的沖壓加工方法將被它們所取代，產(chǎn)品的沖壓加工趨于更合理、更經(jīng)濟。其中精密沖裁技術(shù)得到了較快發(fā)展，精密沖裁是一種先進制造技術(shù)，可取代某些零件的切削加工，具有優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、應用廣的特點。以齒圈壓板精沖而論，在普通液壓機上進行精沖，工藝裝備簡單而工件精密[3]。它以金屬板材為原料，采用少無切削的塑性加工方法，一次成形即可得到尺寸精度高、剪切面粗糙度低的零件，采用精沖技術(shù)生產(chǎn)的零件稱為精沖、件[4]。 (3) 隨著計算機圖形技術(shù)的發(fā)展成熟，近年來在沖壓成形領(lǐng)域興起了計算機輔助設(shè)計(CAD)、計算機輔助工程(CAE)和計算機輔助制造(CAM)技術(shù)。該技術(shù)的出現(xiàn)對傳統(tǒng)沖壓技術(shù)的變革產(chǎn)生了重要的影響。尤其是板料成形數(shù)值模擬技術(shù)的出現(xiàn)，使板料沖壓成形技術(shù)徹底擺脫了“經(jīng)驗”和“定性”的水平，進入了“科學”和“定量”的發(fā)展階段。采用這一技術(shù)進行板材沖壓成形工藝過程的模擬，可以預知沖壓成形過程中金屬的流動、應力應變及厚度場的分布、模具受力及皺曲、破裂、沖擊線等可能的缺陷及失效形式。這為優(yōu)化工藝參數(shù)和模具結(jié)構(gòu)提供了極為有效的工具，在減少甚至取消試模過程，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低產(chǎn)品開發(fā)成本方面發(fā)揮著越來越重要的作用，已逐漸成為指導模具設(shè)計和優(yōu)化的重要手段[5]。 (4)高速銑削加工，國外近年來發(fā)展的高速銑削加工，大幅度提高了加工效率，并可獲得極高的表面光潔度。另外，還可加工高硬度模塊，還具有溫升低、熱變形小等優(yōu)點。高速銑削加工技術(shù)的發(fā)展，對汽車、家電行業(yè)中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向發(fā)展。 (5)模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)，高速掃描機和模具掃描系統(tǒng)提供了從模型或?qū)嵨飹呙璧郊庸こ銎谕哪Ｐ退璧闹T多功能，大大縮短了模具的在研制制造周期。有些快速掃描系統(tǒng)，可快速安裝在已有的數(shù)控銑床及加工中心上，實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集、自動生成各種不同數(shù)控系統(tǒng)的加工程序、不同格式的CAD數(shù)據(jù)，用于模具制造業(yè)的“逆向工程”。模具掃描系統(tǒng)已在汽車、摩托車、家電等行業(yè)得到成功應用，相信在“十五”期間將發(fā)揮更大的作用。 (6)優(yōu)質(zhì)材料及先進表面處理技術(shù)，選用優(yōu)質(zhì)鋼材和應用相應的表面處理技術(shù)來提高模具的壽命就顯得十分必要。模具熱處理和表面處理是否能充分發(fā)揮模具鋼材料性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。模具熱處理的發(fā)展方向是采用真空熱處理。模具表面處理除完善應發(fā)展工藝先進的氣相沉積、等離子噴涂等技術(shù)。 四、沖壓在機械制造中的地位及特點： 沖壓既能夠制造尺寸很小的儀表零件，又能夠制造諸如汽車大梁、壓力容器封頭一類的大型零件；既能夠制造一般尺寸公差等級和形狀的零件，又能夠制造精密（公差在微米級）和復雜形狀的零件。占全世界鋼產(chǎn)60%～70%以上的板材、管材及其他型材，其中大部分經(jīng)過沖壓制成成品。沖壓在汽車、機械、家用電器、電機、儀表、航空航天、兵器等制造中，具有十分重要的地位。 ??? 沖壓件的重量輕、厚度薄、剛度好。它的尺寸公差是由模具保證的，所以質(zhì)量穩(wěn)定，一般不需再經(jīng)機械切削即可使用。冷沖壓件的金屬組織與力學性能優(yōu)于原始坯料，表面光滑美觀。冷沖壓件的公差等級和表面狀態(tài)優(yōu)于熱沖壓件[6]。 ??? 沖壓生產(chǎn)的工藝和設(shè)備正在不斷發(fā)展，除傳統(tǒng)的使用壓力機和鋼制模具制造沖壓件外，液壓成形以及旋壓成形、超塑成形、爆炸成形、電水成形、電磁成形等各種特種沖壓成形工藝亦迅速發(fā)展，把沖壓的技術(shù)水平提高到了一個新的高度。特種沖壓成形工藝尤其適合多品種的中小批量（甚至是數(shù)十件）零件的生產(chǎn)。對于普通沖壓工藝，可采用簡易模具、低熔點合金模具、成組模具和沖壓柔性制造系統(tǒng)等，組織多品種的中小批量零件的沖壓加工。 ??? 總之，沖壓模具具有生產(chǎn)率高、加工成本低、材料利用率高、操作簡單、便于實現(xiàn)機械化與自動化等一系列優(yōu)點。采用沖壓與焊接、膠接等復合工藝，使零件結(jié)構(gòu)更趨合理，加工更為方便，可以用較簡單的工藝制造出更復雜的結(jié)構(gòu)件。 三、研究內(nèi)容及實驗方案： 研究內(nèi)容： 1了解模具的工作過程； 2懂得利用工具手冊查找模具的標準； 3自主設(shè)計中頁板卷圓成型模具； 4擬寫設(shè)計說明明書； 采用的設(shè)計方案及技術(shù)路線有： 1、根據(jù)圖紙對“中頁板”進行工藝分析； 2、對零件材料進行彎曲性能分析并確定毛坯形狀，尺寸和下料方式； 3、審查制件是否符合沖壓結(jié)構(gòu)工藝性以及沖壓的經(jīng)濟性； 4、擬定工藝方案，在分析工藝性的基礎(chǔ)上，確定沖壓件的總體工藝方案，然后確定沖壓加工工藝方案； 5、根據(jù)零件在生產(chǎn)中的具體要求合理地確定沖裁間隙； 6、沖壓工藝計算及設(shè)計：（1）排樣及材料利用率的計算，選擇合理的排樣方式，決定出搭邊值，并確定出條料的寬度，并力求取得最佳的材料利用率；（2）沖壓力，沖壓中心計算及沖壓設(shè)備初步選擇； 7、分析沖壓工序所的沖壓件的沖壓成形的工藝性能并在此基礎(chǔ)上制定沖壓成形工藝方案； 8、進行主要參數(shù)計算：（1）毛坯尺寸計算；（2）壓力中心計算；（3）彎曲力計算； 9、彎曲模結(jié)構(gòu)設(shè)計：（1）確定模具類型；（2）工作零件設(shè)計；（3）定位零件設(shè)計；（4）卸料，出件及壓料零，部件設(shè)計；（5）彈簧和橡膠零件設(shè)計；（6）導向及支承固定零件設(shè)計；（7）確定模具的閉合高度；（8）對以上設(shè)計零件進行組裝并檢驗和修改零，部件結(jié)構(gòu)；（9）最后確定模具的整體結(jié)構(gòu)； 13、繪制彎曲模裝配圖； 14、繪制彎曲模零件圖 15、編寫技術(shù)文件及說明書。 四、目標、主要特色及工作進度 工作內(nèi)容及完成時間： 1. 查閱相關(guān)資料，外文資料翻譯（6000字符以上），撰寫開題報告。 第1周—第2周 2. 繪制中葉板沖件圖，分析沖件成形工藝及坯料展開 第3周—第6周 3. 編制中葉板沖壓成形工藝規(guī)程； 第7周—第8周 4. 繪制吊中葉板卷圓成形模總裝圖及零件圖； 第9周—第13周 5. 撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第14周—第16周 6. 畢業(yè)設(shè)計審查，畢業(yè)答辯。 第17周 模具的設(shè)計中可能存在的問題： 1、沖壓模的間隙選擇不當，進而影響沖裁件斷面質(zhì)量，沖裁件尺寸精度，沖裁力，卸料力，推料力，頂料力，模具的壽命； 2、模具壓力中心確定不當，模具在工作中產(chǎn)生偏彎距，使沖模發(fā)生歪斜，從而會加速模具磨損，影響模具的壽命； 3、沖裁件的質(zhì)量及影響因素； 4、排樣方式選擇不當，影響材料利用率； 5、沖裁尺寸的計算和確定的誤差分析； 6、模邊值確定不當，進而影響制件的合格性； 7、彎曲力不適當，進而造成彎曲變形的回彈或出彎曲缺陷； 8、沖裁件與彎曲件之間計算不當造成尺寸精度低。 五、參考文獻 [1]、劉勝國，《我國沖壓模具技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展》，黃石理工學院機電工程學院，黃石理工學院學報，2007年1期； [2]、朱偉成，《沖壓技術(shù)發(fā)展趨勢》，中國第一汽車集團公司，汽車工藝與材料，2007年1期； [3]、《沖模設(shè)計手冊》編寫組.沖模設(shè)計手冊.北京：沖模設(shè)計手冊，1995 [4]、陳為國. 鉸鏈卷圓成形工藝及模具設(shè)計.模具工業(yè)，1998.7 [5]、王新華，袁聯(lián)富編.沖模結(jié)構(gòu)圖冊.北京：機械工業(yè)出版社，2003 [6]、羅益旋.沖壓新工藝新技術(shù)及模具設(shè)計實用手冊. 銀聲音像出版社，2004 [7]、GB2851～2875《冷沖?！穱覙藴?