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河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
課題
名稱
前板連續(xù)模設(shè)計及沖壓工藝分析
院 別： 機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
班 級： 機(jī) 094
學(xué)生姓名： 劉 松
學(xué) 號： 2009307408
指導(dǎo)教師： 孫 長 山
課題來源
導(dǎo)師課題
課題類別
畢業(yè)論文
一、論文資料的準(zhǔn)備
1、研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
1.1沖壓技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)日益復(fù)雜與多樣化，產(chǎn)品性能和質(zhì)量也在不斷提高，因而對冷沖壓技術(shù)提出了更高的要求。沖壓技術(shù)自身也在不斷地創(chuàng)新和發(fā)展。沖壓技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀主要可以歸納為以下幾個方面：
(1)沖壓加工自動化與柔性化
為了適應(yīng)大批量高、高效率生產(chǎn)的需要，在沖壓模具和設(shè)備上廣泛應(yīng)用了各種自動化的進(jìn)、出料機(jī)構(gòu)。對于大型沖壓件，例如汽車覆蓋件，專門配置了機(jī)械手或機(jī)器人。這不僅僅大大提高了沖壓件的生產(chǎn)品質(zhì)和生產(chǎn)率，而且也增加了沖壓工作的安全性。在中、小件的大批量生產(chǎn)方面，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用多工位級模、多工位壓力機(jī)或高速壓力機(jī)。在中、小批量多品種生產(chǎn)方面，正在發(fā)展柔性制造系統(tǒng)。為了適應(yīng)多品種生產(chǎn)時不斷更換模具的需要，已成功地開發(fā)出快速換模系統(tǒng)。
(2)塑性成形的基礎(chǔ)理論已基本形成
沖壓成形工藝近年來有很多新的發(fā)展，在精密沖裁、精密成形、精密剪切、復(fù)合材料成形、超塑性成形、軟模成形以及電磁成形等方面取得很大的進(jìn)展。沖壓件的成形精度、生產(chǎn)率越來越高。精密沖壓的范圍越來廣，由平板零件精密沖裁拓寬到精密彎曲、精密拉深及立方體精密成形等。
計算機(jī)輔助工程在沖壓領(lǐng)域得到較好的應(yīng)用，可進(jìn)行應(yīng)力、應(yīng)變等的分析，排樣、毛坯的優(yōu)化設(shè)計及工藝過程的模擬與分析等，實現(xiàn)沖壓過程的優(yōu)化設(shè)計。
此外，沖壓成形性能和成形極限的研究，沖壓件成形難度的判定以及成形預(yù)報等技術(shù)的發(fā)展，均標(biāo)志著沖壓成形已從原來的經(jīng)驗、實驗分析開始走上由沖壓理論指導(dǎo)的科學(xué)聯(lián)系使沖壓成形趲計算機(jī)輔助工程化和智能化的發(fā)展道路。
(3)以有限元為核心的塑性成形數(shù)值仿真技術(shù)日趨成熟,為人們認(rèn)識成形過程的本質(zhì)規(guī)律提供了新途徑。
以有限元為核心的塑性成形數(shù)值仿真技術(shù)可以用于沖壓成形過程的分析、優(yōu)化和模具設(shè)計，能顯著減少模具和調(diào)試周期，降低生產(chǎn)成本提高產(chǎn)品質(zhì)量。在國外已得到廣泛的應(yīng)用，在我國隨著產(chǎn)品更新?lián)Q代的頻繁化，模具設(shè)計與制造工作量急劇加大，對沖壓成形的分析及模具CAD/CAE/CAM現(xiàn)代化設(shè)計手段的需求也急劇增加，CAE技術(shù)正在得到普遍重視并將得到更廣泛的應(yīng)用。沖壓企業(yè)要從整體上提高效率、改進(jìn)技術(shù)、優(yōu)化管理、降低成本，還必須將計算機(jī)輔助技術(shù)集成運用。企業(yè)信息集成系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，將從根本上改變現(xiàn)有企業(yè)生產(chǎn)管理的低效率，促進(jìn)企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步及人員素質(zhì)的提高，會產(chǎn)生明顯的社會效益。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來，高新技術(shù)全面促進(jìn)了傳統(tǒng)成形技術(shù)的改進(jìn)及先進(jìn)成形技術(shù)的形成與發(fā)展，同時沖壓技術(shù)也取得了長足的發(fā)展。
(4)CAD/CAE/CAM等技術(shù)的不斷深入應(yīng)用,使模具質(zhì)量提高、制造周期下降。
先進(jìn)沖壓技術(shù)是指導(dǎo)信息技術(shù)\新材料\新工藝與傳統(tǒng)沖壓成形技術(shù)的結(jié)合。前,沖壓行業(yè)的技術(shù)水平和先進(jìn)性，要表現(xiàn)在以CAD/CAE/CAPP/CAM技術(shù)為代表的數(shù)字化與信息化程度，及企業(yè)中信息集成和管理網(wǎng)絡(luò)程度。目前，國內(nèi)汽車覆蓋件模具生產(chǎn)企業(yè)普遍采用了CAD/CAM技術(shù)，CAPP和技術(shù)也已開始使用。
隨著計算機(jī)的深入應(yīng)用，我國不少企業(yè)已經(jīng)在嘗試或開展計算機(jī)輔助沖壓工藝設(shè)計CAPP系統(tǒng)的應(yīng)用。沖壓CAPP系統(tǒng)已從工藝設(shè)計發(fā)展到工藝信息的管理，設(shè)計方法也從派生式、創(chuàng)成式、混合式三種CAPP系統(tǒng)并舉的局面向智能化的混合式CAPP系統(tǒng)方向發(fā)展。但很多地方仍需要設(shè)計人員的決策與經(jīng)驗，真正實用的基于知識的大型復(fù)雜沖壓件CAPP系統(tǒng)尚未建立。由于沖壓工藝設(shè)計過程的復(fù)雜性和模糊性，要想全面有效地解決問題，需要一種新型智能型工程設(shè)計方法，即基于知識的工程的KBE技術(shù)及信息管理技術(shù)綜合應(yīng)用到?jīng)_壓件工藝設(shè)計中，建立智能型的優(yōu)化CAPP系統(tǒng)，并實現(xiàn)與CAK/CAE/CAM及管理的集成化，將是該領(lǐng)域未來發(fā)展的方向。
(5)新的成形方法不斷出現(xiàn)并得到成功應(yīng)用。
隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和普及，沖壓模具也基本實現(xiàn)了計算機(jī)化，其中有代表性的是計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）、計算機(jī)輔助制造（CAM）和計算機(jī)輔助工程（CAE），有些企業(yè)還在AutoCAD平臺上進(jìn)行了二次開發(fā)，形成了具有自己特色的、針對性非常強(qiáng)的沖壓模CAD軟件。目前，我國以汽車覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技術(shù)已取得很大進(jìn)步。幾大汽車模具廠由于采用了國際上先進(jìn)的模具加工設(shè)備、制造技術(shù)和軟件，實現(xiàn)了CAD/CAE/CAM一體化，如今的國內(nèi)沖壓模具企業(yè)幾乎全部甩掉了傳統(tǒng)的繪圖板，摒棄了落后的手工繪圖方式，大大提高了沖壓模具的設(shè)計開發(fā)和制造能力，縮短了模具的生產(chǎn)周期。例如捷達(dá)、富康、夏利等轎車的大型件模具均為國內(nèi)設(shè)計制造，再如一汽模具公司和美國福特汽車公司聯(lián)合設(shè)計了大紅旗轎車發(fā)動機(jī)罩的內(nèi)外板和左右前翼子板等高檔模具。近年來，我國沖壓模具行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整取得不小的成績，無論是企業(yè)組織結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術(shù)結(jié)構(gòu)和進(jìn)出口結(jié)構(gòu)，都在向著合理化的方向發(fā)展。目前全世界模具總產(chǎn)值約為680億美元，中國只占8%左右，為更新和提高裝備水平，沖壓模具企業(yè)每年都需進(jìn)口設(shè)備。在創(chuàng)新開發(fā)方向的投入仍顯不足，沖壓模具行業(yè)內(nèi)綜合開發(fā)能力的提升已嚴(yán)重滯后于生產(chǎn)能力的提高，主要問題體現(xiàn)在以下幾個方面：
(1)各層次的沖壓模具技術(shù)人才資源不足，尤其是高級模具設(shè)計人員、CNC數(shù)控機(jī)床操作工等，需求缺口較大。
(2)模具標(biāo)準(zhǔn)化程度不高，模具及其零件部件的商品率偏低。
(3)模具制造的專業(yè)化程度和集中化程度待進(jìn)一步提高。
(4)模具修理機(jī)制不健全，因拖延修理期影響生產(chǎn)的事時有發(fā)生。
(5)模具壽命偏低，使模具費占產(chǎn)品成本比率過高且長期居高不下。
(6)模具及零部件市場價偏低，模具修理費用更低，而且沒有市場指導(dǎo)價，完全靠購銷雙方“議價”，地區(qū)與廠際之間價差懸殊。
(7)模具新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新材料推廣應(yīng)用緩慢，特別是國內(nèi)自行開發(fā)的模具新材料大多至今未能推廣應(yīng)用。
上述一系列問題表明，中國目前的模具結(jié)構(gòu)還需要進(jìn)一步調(diào)整，增長方式也需要進(jìn)一步轉(zhuǎn)變，必須從量的擴(kuò)張逐漸轉(zhuǎn)變到以質(zhì)為先的軌道上來。只有這樣，我國模具產(chǎn)品的質(zhì)量與水平才能真正提升，才能的擁有國際市場的競爭力，才能使模具產(chǎn)品的出口量的增長與質(zhì)的提升相結(jié)合。
1.2沖壓技術(shù)的發(fā)展趨勢
21世紀(jì)的今天,中國憑借豐富且廉價的人力資源、龐大的市場及其它許多有利條件，已成為承接工業(yè)發(fā)達(dá)國家模具業(yè)轉(zhuǎn)移的良好目的地。隨著國際交往的日益增多和外資在中國模具行業(yè)的投入日漸增加，中國模具已經(jīng)與世界模具密不可分，中國模具在世界模具中的地位和影響越業(yè)越重要。據(jù)相關(guān)專業(yè)人士分析，未來十年，中國模具工業(yè)和技術(shù)的主要發(fā)展方向?qū)⒅饕性谝韵聨讉€方面：
(1)模具結(jié)構(gòu)日趨大型、精密、復(fù)雜及壽命日益提高。由于成型零件日趨大型及高效率生產(chǎn)所要求的一模多腔，使模具日趨大型化；隨著零件微型化和模具結(jié)構(gòu)發(fā)展的要求，今后模具加工的精度將更小，這必將促進(jìn)超精密加工的發(fā)展。
(2)CAD/CAE/CAM 技術(shù)在模具設(shè)計制造中的廣泛應(yīng)用。在模具設(shè)計與制造中，開發(fā)并應(yīng)用計算機(jī)輔助設(shè)計的制造系統(tǒng)(CAD/CAE/CAM)，發(fā)展高精度、高壽命模具和簡易模具(軟模、低熔點合金模具等)制造技術(shù)以及通用組合模具、成組模具、快速換模裝置等，以適應(yīng)沖壓產(chǎn)品的更新?lián)Q代和各種生產(chǎn)批量的要求。模具制造是設(shè)計的延續(xù)，推行模具設(shè)計與制造一體化可達(dá)到優(yōu)化設(shè)計的要求。實踐證明，模具CAD/CAE/CAM技術(shù)是當(dāng)代最合理的模具生產(chǎn)方式，既可用于建模、為數(shù)控加工提供NC程序，也可針對不同的模具類型，以相應(yīng)的基礎(chǔ)理論，通過數(shù)值模擬方法達(dá)到預(yù)測產(chǎn)品成型過程的目的，改善模具結(jié)構(gòu)。從CAD/CAE/CAM一體化的角度分析，其發(fā)展趨勢是集成化、三維化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化，其中心思想是讓用戶在統(tǒng)一的環(huán)境中實現(xiàn)CAD/CAE/CAM協(xié)同作業(yè)，以充分發(fā)揮各單元的優(yōu)勢和功效。因此，應(yīng)大力進(jìn)行高端輔助設(shè)計制造軟件的培訓(xùn)、推廣和應(yīng)用。
(3)快速經(jīng)濟(jì)模具技術(shù)的推廣應(yīng)用?？焖倌＞咧圃旒翱焖俪尚图夹g(shù)是在近兩來迅速發(fā)展起來的，并正向著高精度、更快捷的方向發(fā)展。與傳統(tǒng)的模具技術(shù)相比，該技術(shù)具有制模周期短、成本特點，是綜合經(jīng)濟(jì)效益較顯著的模具制造技術(shù)。近年來快速模具制造商投入了很大的人力和物力，對各種模具的快速制造工藝進(jìn)行研發(fā)，對傳統(tǒng)的快速模具制造技術(shù)進(jìn)行改造，嫁接了先進(jìn)的RP及NC技術(shù)，有效滿足一些高精度、高壽命模具的生產(chǎn)需求。
(4)提高模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率。模具標(biāo)準(zhǔn)化及模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將極大地影響模具制造周期，還能提高模具的質(zhì)量和降低模具制造成本。模具標(biāo)準(zhǔn)件應(yīng)進(jìn)一步增加規(guī)格、品種、發(fā)展和完善銷售網(wǎng)絡(luò)，保證供貨速度，為客戶提供交貨期短、精度高、生產(chǎn)工藝性好、使用壽命長、價格低的優(yōu)質(zhì)模具標(biāo)準(zhǔn)件。
(5)開發(fā)優(yōu)質(zhì)模具材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù)。模具材料是模具工業(yè)的基礎(chǔ)，制造沖壓件用的傳統(tǒng)金屬材料，正逐步被高強(qiáng)鋼板、涂敷鍍層鋼板、塑料夾層鋼板和其他復(fù)合材料或高分子材料替代。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，加強(qiáng)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)。當(dāng)前，國外模具材料系列日趨完善與細(xì)化，國內(nèi)開發(fā)的高級優(yōu)質(zhì)模具鋼品種雖然不少，但推廣應(yīng)用不足，每年所需約70萬噸模具鋼還要有相當(dāng)一分進(jìn)口。
(6)沖壓成形技術(shù)將更加科學(xué)化、數(shù)字化，可控化?？茖W(xué)化主要體現(xiàn)深入研究沖壓變形的基本規(guī)律、各種沖壓工藝的變形理念、失穩(wěn)理論與變形程度等對成形過程、產(chǎn)品質(zhì)量、成本、效益的預(yù)測和可控程序。數(shù)字化主要體現(xiàn)在應(yīng)用有限元、邊界元等技術(shù)，對沖壓過程進(jìn)行數(shù)字模擬分析，以預(yù)測某一工藝過程中坯料對沖壓的適應(yīng)性及可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題，從而優(yōu)化沖壓方案。
(7)成形過程的數(shù)值模擬技術(shù)將在實用化方向取得很大的發(fā)展，并與化制造系統(tǒng)很好地集成。人工智能技術(shù)、智能化控制將從簡單形狀零件成形發(fā)展到覆蓋件等復(fù)雜開關(guān)零件成形，從而真正進(jìn)入實用階段。(8)注重產(chǎn)品制造全過程，最大程度地實現(xiàn)多目標(biāo)全局優(yōu)化。優(yōu)化將從傳統(tǒng)的單一成形環(huán)節(jié)向產(chǎn)品制造全過程及全生命期的系統(tǒng)整體發(fā)展。
(9)對產(chǎn)品可制造性和成形工藝的快速分析與評估能力將有大的發(fā)展。以便宜從產(chǎn)品初步設(shè)計甚至構(gòu)思時起，就能針對零件的可成形性及所需性能的保證度，作出快速分析評估。
(10)沖壓技術(shù)將具有更大的靈活性或柔性，以適應(yīng)未來小指量多品種混流生產(chǎn)模式及市場多樣化、修改化需求的發(fā)展趨勢，加強(qiáng)企業(yè)對市場變化的快速響應(yīng)能力。推廣應(yīng)用數(shù)控沖壓設(shè)備、沖壓柔性加工系統(tǒng)(FMS)、多工位高速自動沖壓機(jī)以及智能機(jī)器人送料取件，進(jìn)行機(jī)械化與自動化的流水線沖壓生產(chǎn)。
二、本課題的目的（重點及擬解決的關(guān)鍵問題）
本課題要求對給定零件前板進(jìn)行落料、沖孔、翻邊、成形復(fù)合沖壓模設(shè)計，通過對零件進(jìn)行詳細(xì)的工藝分析確定零件的沖壓工藝方案并制定部分零件的制造工藝，如：凸模、凹模、凸凹模、凸模固定板、墊板、凹模固定板、卸料板、導(dǎo)尺、擋料銷、導(dǎo)正銷等。通過該課題能夠讓學(xué)生了解并掌握中等復(fù)雜程度零件沖壓模具設(shè)計與制造的一般方法，對零件沖壓工藝方案的制定、工藝計算及模具設(shè)計有了更深層次的認(rèn)識，并學(xué)會對模具設(shè)計資料的檢索與整合以及對已有資料的充分合理的使用，該實踐性課題也對學(xué)生了解和掌握連續(xù)模沖壓成型這種金屬板材的重要成型方法及模具設(shè)計，既可以適應(yīng)就業(yè)市場的需要，也為今后步入社會、走上工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。
三、主要內(nèi)容、研究方法、研究思路
(1)通過對前板工件的工藝分析，確定工作的重點主要集中在模具工作部分零件的設(shè)計（比如：凸模、凹模、凸凹模），各種固定板的設(shè)計和相關(guān)尺寸計算和校核。
(2)設(shè)計時前后工序的關(guān)聯(lián)性以及模具的關(guān)聯(lián)性，合理安排工序，盡量使模具的結(jié)構(gòu)更緊密。同時在設(shè)計的過程中還要考慮到所設(shè)計零件的可加工性，要盡可能多的選用標(biāo)準(zhǔn)零件，達(dá)到規(guī)范化設(shè)計的要求成為此畢業(yè)設(shè)計的難點。
(3)針對此次模具設(shè)計工作量大，工作難度大的特點，擬采用計算機(jī)輔助設(shè)計AutoCAD、UG等相關(guān)專業(yè)軟件來完成模具的設(shè)計，從而來節(jié)省時間和精力；收集相關(guān)文獻(xiàn)、期刊論文來加以輔助設(shè)計；針對自身理論方面的不足，將更多地向指導(dǎo)老師請教學(xué)習(xí)；當(dāng)然，在具體的設(shè)計中也要不斷地去實踐設(shè)計的模具的實用性與經(jīng)濟(jì)性，使設(shè)計更趨于精確化，規(guī)范化，系統(tǒng)化。
四、總體安排和進(jìn)度（包括階段性工作內(nèi)容及完成日期）
2013.3.11-2013.3.22 熟悉整理資料（12天）
2013.3.23-2013.4.06 方案選擇及總體設(shè)計計算（15天）
2013.4.07-2013.4.19 確定計算草圖（12天）
2013.4.20-2013.5.10 完成相關(guān)的分析、計算（20天）
2013.5.11-2013.5.25 完成設(shè)計圖紙（15天）
2013.5.26-2013.6.08 完成畢業(yè)設(shè)計說明書（14天）
2013.6.09-2013.6.15 準(zhǔn)備論文及答辯（7天）
2013.6.16-2013.6.21 成果修改上交（6天）
五、主要參考文獻(xiàn)
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指導(dǎo)教師意見：
指導(dǎo)教師簽名： 日期：
教研室意見：
教研室主任簽名： 日期：
系意見：
系領(lǐng)導(dǎo)簽名： 日期：
系蓋章
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