支撐板沖壓工藝與模具設計【含CAD圖紙+文檔】

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XX大學 畢業(yè)設計 文獻綜述 院（系）名稱 工學院機械系 專業(yè)名稱 材料成型及控制工程 學生姓名 指導教師 20xx年 03 月 10 日 1前言 本人畢業(yè)設計的課題為《支撐板沖壓工藝及模具設計》。板料沖壓成形是最重要的金屬成形方法之一，廣泛應用于工業(yè)領域。因此，成形制造技術及裝備水平已成為衡量一個國家制造水平的重要標志，在很大程度上決定產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和開發(fā)能力，決定著一個國家制造業(yè)的國際競爭力。沖壓模具隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，近年許多模具企業(yè)加大了用于技術進步的投資力度，將技術進步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力。近年來，以汽車覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技術已取得很大進步，東風汽車公司模具廠、一汽模具中心等摸具廠家已能生產(chǎn)部分轎車覆蓋{牛模具。此外，許多研究機構和大專院校開展模具技術的研究和開發(fā)。經(jīng)過多年的努力，在模其CAD／CAE／CAM技術方面取得了顯著進步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具設計制造周期等方面做出了貢獻。 本文將以沖壓模具設計與制造技術為研究背景，探討模具設計與制造的關鍵技術問題及其解決方法，為完成本次畢業(yè)設計提供思路。 2文獻綜述 從國內(nèi)目前對沖壓工藝的研究現(xiàn)狀來看，已經(jīng)有很多專家學者對其做了非常深入的研究。 文獻[1]指出, 在現(xiàn)代沖壓工藝分析中，更加注意以經(jīng)濟化的觀點編制工藝。利用工藝過程復雜化分析，減少沖壓零件工序，即減少模具套數(shù)。在工藝分析中更加注重開卷過程中減少廢料和廢料再利用方法。隨著沖壓自動生產(chǎn)水平的不斷提高，生產(chǎn)過程較以前己大大復雜，所需生產(chǎn)人員數(shù)量大量減少，對人員素質(zhì)提出了較高要求。為加快新車型的投產(chǎn)，提高沖壓生產(chǎn)的勞動生產(chǎn)率，機械手、機械化裝置的軌跡研究、機器人的軌跡編程、各種零件端拾器的制作、壓力機與機械化裝置的曲線優(yōu)化等都成為沖壓工藝分析的重要內(nèi)容。沖壓工藝正在朝著更加快捷，集成化的角度發(fā)展。 涂序斌（2005）在《沖壓模設計中的五要素》中指出沖壓模設計內(nèi)容包括: 分析產(chǎn)品制作圖、安排沖壓工藝方案、確定坯料選用設備、模具設計。以上內(nèi)容中模具設計是核心。 蘇秀榮（2001）在《淺談沖壓工藝與沖壓模具的關系》中指出沖壓工藝規(guī)劃了一個沖壓件（產(chǎn)品）用幾道工序（模具）來沖壓完成及每道工序的基本內(nèi)容，對沖模設計、制造、調(diào)試影響很大，在縮短模具制造周期、降低模具價格、保證沖壓件質(zhì)量這三大目標中起著重要的作用，良好的沖壓工藝應保證材料消耗少、工序數(shù)目少、模具結構簡單、操作方便、壽命長，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等等。從某種意義上講，沖壓工藝的質(zhì)量就決定了模具的質(zhì)量。沖模是實踐產(chǎn)品設計和沖壓工藝的具體手段，也是檢驗沖壓工藝是否合理的標準。主要體現(xiàn)在模具設計階段和模具調(diào)試階段。模具設計階段是對沖壓工藝的補充和完善，沖模調(diào)試階段與沖壓工藝密切相連?？傊?，沖壓工藝與模具設計、制造、調(diào)試是相輔相成的關系，只有根據(jù)合理的沖壓工藝，設計、制造相應的模具，才能調(diào)試出合格的制件。 文獻[4]指出，在沖模國家標準中。模架有許多種，但常用的沖模模架都是一個由上模座、下模座、導柱、導套四個部分組合而成的組合體。由于上、下模座和導柱、導套都已標準化，所以沖模模架的設計，實際上是根據(jù)凸、凹模塊的尺寸和開模要求對上述四個部件進行的選擇和裝配。因此，在模架庫設計中首先要實現(xiàn)模架標準件庫的快速設計與裝配，而模架標準件庫是卸料裝置輔助卸料。 在文獻[5]中，作者在過對不銹鋼水杯的工藝分析的基礎上，對不銹鋼沖壓成型模具進行了數(shù)字化設計，包括采用I－DEAS軟件進行模具強度與位移分析及數(shù)控編程，采用UG軟件進行模具設計等內(nèi)容。在該設計中，考慮到模具使用過程中再沖壓力的作用下可能發(fā)生因強度不夠而失效或因模具變形影響工件尺寸精度的情況，因此在模具設計過程中對模具設計部分進行了有限元分析以及仿真模擬，并且采用實體網(wǎng)格劃分。設計過程充分發(fā)揮CAD/CAE/CAM技術的優(yōu)勢，極大地縮短了模具設計周期，降低了設計成本。為以后模具設計的發(fā)展方向提供了思路。 在文獻[6]中，主要介紹了一套復合膜完成落料、拉伸、沖孔、翻邊四道工序，結構較為復雜。在設計的過程中對工序的排布以及樣圖排布做了詳細的介紹，同時也深入分析了復合膜在完成四道工序時可能帶來的引起后續(xù)工序的精度無法保證以及涉及模具在裝配的過程中可能引起配合等問題，并且對這些問題都一一做了詳細的解決方案。該設計固然復雜，但是設計成本較低，要求技術水平高，為我們進行復雜模具的設計提供了很好的借鑒。 文獻[7]指出，級進模設計過程中，合理安排工序和排樣設計是級進模設計的基礎和重要組成部分，級進模的設計主要也是為了減少多套模具所帶來的較高費用，盡量通過一套模具來完成所需的工序。該文中主要介紹了沖孔落料彎曲的反頂設計以及合理的選擇工序的順序的方法和實例。 文獻[8]指出，對于彎曲模而言，其加工工藝主要是先使板料和卸料板相互接觸并且壓實，然后再讓凸模和板料接觸，要達到這一目的，凸模下降即可。在接觸后還要讓其進入到凹?？冢缓笤偈雇?、凹模及板料進行相對運動，板料在相對運動下就會發(fā)生彎曲和變形，然后再讓凸凹模分離開來，彎曲凹模的頂桿會將曲邊推出，這樣就完成了整個的彎曲運動，在這個過程中，頂桿和卸料板的相對運動至關重要，和上述的沖裁運動一樣，在整個過程中嚴格控制卸料板的運動。如果順序發(fā)生改變，就會使得彎曲件的精度和尺寸收到明顯的影響、彎曲件也極有可能出現(xiàn)過度的變形。嚴重時會使彎曲件偏離設計的要求。另外再整個過程中要控制好頂桿的力量，這樣就會使彎曲件能夠順利從模具中推出而不發(fā)生過大的變形，生產(chǎn)效率也可以有效地保證。對于精度要求比較高的彎曲件而言，尤其需要注意在彎曲運動的過程中，必須要有一個運動死點。在機械運動控制的過程中，要是不同工藝的模具達到產(chǎn)品所需的要求，需要對工藝不同的運動形式進行控制，并且在實踐中不斷的創(chuàng)新和發(fā)展，只有這樣，才能實現(xiàn)模具設計過程中對機械運動的靈活控制和運用。 文獻[9]指出：金屬板材在彎曲成型過程中 ,獲得塑性變形的同時總是伴隨著彈性變形 。當彎曲成型加工結束后 ,卸掉沖壓載荷時 , 取出彎曲件會發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生彈性恢復 , 其彎曲角度和外形尺寸都發(fā)生與施加載荷時變形方向相反的變化 ,使彎曲件的幾何精度受到損害 ,形成 U 形彎曲件生產(chǎn)中較難解決的問題 。該文獻通過分析金屬板材彎曲回彈的表現(xiàn)形式 、影響因素 ,總結了控制彎曲回彈的具體措施 ：包括：1選用合適的材料及設計合理的工件形狀；2 利用熱處理的方法解決板料彎曲時的回彈值；3 采用校正彎曲方式。 文獻[10]根據(jù)回彈理論 ,推導了小型 U 形件彎曲時 ,模具補償半徑與彎曲凸模圓角半徑之間近似的計算公式 ,并且運用商業(yè)有限元分析軟件 Dynaform 對該公式進行了可行性分析 。分析結果表明所介紹的計算公式合理 ,對實際生產(chǎn)具有一定的指導作用 。 在文獻[11]中，對支撐板在彎曲時出現(xiàn)的彎曲回彈、彎裂等質(zhì)量問題進行了研究，提出了解決辦法，制定了改進措施；特別分析了彎曲高度較小的厚板料在彎曲時因受凸模的擠壓力作用，會在工件表面產(chǎn)生壓痕的問題，從而闡述所采取的工藝方法；針對性地描述了如何對模具的彎曲凸模、彎曲凹模等主要工作部件進行結構改進，從而解決了支撐板彎曲的先后順序問題，保證了支撐板的表面質(zhì)量。該文中提出了彎曲時可能出現(xiàn)的問題以及解決辦法，為我們再設計彎曲模具是提供了參考。 文獻[12]指出，CAD 是一項劃時代的新技術，而模具技術是本世紀下半葉制造業(yè)中發(fā)展最快的技術之一。要想提高覆蓋件的制造質(zhì)量及設計效率，就必須改變落后的模具制造方法。采用 CAD/CAM 技術是解決問題的關鍵。該文獻主要介紹了CAD如何使得模具結構通用化以及模具零件標準化，以及如何由CAD完成設計到實際的模具實現(xiàn)。同時也指出了CAD在模具設計中的智能化，專業(yè)化，以及參數(shù)標準化，逐步推廣CAD在現(xiàn)代汽車覆蓋件生產(chǎn)中的應用。 文獻[13]指出，在零件加工的過程中，產(chǎn)生的毛刺，對零件的加工精度，裝配精度，使用要求，再加工定位，操作安全與外觀質(zhì)量等許多方面都會產(chǎn)生不良影響，對去毛刺的工藝的要求越來越高，使用去毛刺的技術也越來越得到重視。可以通過抑制材料的延展性，選擇合理的間隙值，控制模具刃口的磨損程度，選擇合適的加工條件等來減少毛刺的產(chǎn)生。 在文獻[14]中，講到當凸模截面尺寸很小而被沖板料厚度較大，或根據(jù)結構需要設計的沖裁凸模比較細長時，應對這種桿形件凸模進行承壓能力和抗縱向彎曲能力兩個方面的校核，以檢查其危險截面尺寸和自由長度是否滿足強度要求。根據(jù)沖裁凸模抗壓彎強度校核公式我們可以很容易的對我們已設計的模具進行校核，以求設計更加精確。 文獻[15]指出，數(shù)控沖壓加工的整張板料混合排樣連續(xù)沖壓方法，主要對所排樣零件之間以“微連接”連接，工藝試驗參數(shù)為：寬度0．6mm，間距不大于200mm。改變原壓凸模高度，使凸模上平面與托料板上平面處于同一平面，解決了連續(xù)送料中的碰掛，實現(xiàn)了數(shù)控沖壓整張板料混合排樣連續(xù)沖壓加工。加工結果顯示，該方法使材料利用率提高約15％，加工所用時間下降約30％，沖壓件質(zhì)量得到提高。 文獻[16]指出，主要介紹了利用沖壓件在形狀上的互補性，通過對兩個不同形狀的沖壓件進行組合排樣，可進一步提高材料利用率。提出了一種基于區(qū)間法的組合排樣算法，包括毛坯零件的旋轉(zhuǎn)、平行線分割、高度區(qū)間表的建立和移動位置計算等4個步驟。通過比較不同旋轉(zhuǎn)角度、高度偏移情況下的材料利用率，可獲得最優(yōu)的排樣方案。在此算法的基礎上，作者開發(fā)了一個基于AutoCAD平臺的沖壓件毛坯優(yōu)化排樣軟件。實際應用顯示，利用本算法在兩種零件形狀具有互補性的情況下．可獲得比單種零件排樣更高的材料利用率。 在文獻[17]中,主要介紹了運用動畫模擬軟件制作模具裝配過程的動畫。對于結構比較復雜的模具 實現(xiàn)模具裝配過程的動態(tài)模擬可以更好地展示模具的內(nèi)部結構，有助于我們直觀感受模具設計模型，從而進一步完善模具設計。 3結論 通過以上文獻綜述，可以看出沖壓模具設計不僅需要足夠的信心，同時它需要我們要有足夠的專業(yè)基礎知識，需要我們認真的進行工藝分析，選擇合適的工藝流程，選擇合適的模具，對可能出現(xiàn)的變形，毛刺等問題要有充分的考慮，更要有相對完美的解決辦法。同時，他需要我們熟練掌握一些基本的制圖軟件，并且要求我們能夠?qū)ψ约涸O計的模具進行必要的校核和維護。雖然許多成型件的制備可以通過制造相對簡單的模具加工完成，但是在當今模具行業(yè)迅速發(fā)展的時代，我們必須注意我們設計的模具要盡量能夠容納多的工序，盡可能的減少模具的數(shù)量，降低成本，這樣才能在模具行業(yè)立足?？傊?，我們應該努力的去學習和實踐，從而培養(yǎng)自己設計模具的能力。 參考文獻 [1] 周丹薇. 冷沖壓模具設計中合理工序安排與模具結構分析[J]. 哈 爾 濱 職 業(yè) 技 術 學 院 學 報，2007，（3）：4～6 [2] 涂序斌. 沖壓模設計中的五要素[J]. 九江職業(yè)技術學院學報，2005，（3）：17～18 [3] 蘇秀榮. 淺談沖壓工藝與沖壓模具的關系[J].模具制造， 2001，（4）：39～41 [4] 金捷.基于Pr柵的沖模標準架庫的建立[J] .計算機應用，2010,(7):31～43 [5] 高懷善，張俊平，王星等. 不銹鋼水杯沖壓模具的數(shù)字化設計[J].科技創(chuàng)新導報，2007，（12）：17～18 [6] 辛舟,龔俊，趙學等. 落料拉伸沖孔翻邊復合模設計[J].模具技術，2002，（3）：42～46 [7] 謝文玲，梁佳佳,周順勇等. 彈簧片沖孔落料彎曲級進模設計[J].工具技術，2009，（11）：32～48 [8] 張振揚.淺談沖壓模具設計中對機械運動的控制和運用[J].技術與市場，2011，（11）：17～23 [9] 蔣浙，成紅忠，徐愷東. 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