1、 毕业设计文献综述 机械设计制造及其自动化 复杂钣金件成型模具设计 一、前言 随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。近年来，模具工业一直以 15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展许多模具企业因此加大了用于技术进步的投资力度，一些国内模具企业已普及了二维 CAD,并陆续开始使用 UG、 Pro/Engineer、 l-DEAS 等国际通用软件，目前，以汽车 覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步。此外，许多研究机构
2、和大专院校开展模具技术的研究和开发，在模具 CAD/CAE/CAN 技术方面取得了显著进步。而模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求。 二、 课题研究的背景 钣金件成型模具作为模具工业里的一个分支，可谓一枝独秀。钣金件的用途广泛，这意味这其背后附带着高利润的收益，从另一个角度看，这其中更是附带着激烈的竞争，谁更快速、谁更优质、谁更低廉，谁就能生存和收益。所以钣金件成型模具的生产技术必须不断提高 。 对于我国，钣金件成型模具工业从起步比较晚，才历经了半个多世纪，虽然我国模具总量虽已位居世界第三，但设计制造水平总体上比德、美、日、法、意等发达国家落后
3、许多，模具商品化和标准化程度比国际水平低许多。发达国家从 30 世纪 80 年代中期就已广泛吃用计算机对钣金件成型模具进行辅助设计和辅助制造，并对模具设计各个环节进行定量计算和数值模拟分析，藉此缩短塑料模具设计。因此我国与外国相比，在模具工业上的路，还有很长一段路要走。 发达国家之所以采用 pro-E 来设计钣金件成型模具，是因为有以下几个方面的优点： 1） Pro-E 为钣 金件设计环境提供了特殊的特征类型，他们包括下列内容：钣金件切割、切口、冲孔、折弯、展平、折弯回去、成形、薄壁。通过考虑钣金件的厚度、弯曲半径、弯曲角度和 其它材料属性， Pro-E 会自动补偿在弯曲区域所发生的拉伸，这样
4、就允许通过创建已成形的钣金件模型来体现设计意图，也允许制造者创建模型的平整形状以用于制作实际模型。 2） 将钣金件的 Pro-E 展开方法与传统展开方法进行比较，可以看出 Pro-E 具有明显的优势，可归纳为以下几点： （ 1）展开实现了参数化，提高了展开效率； （ 2）展开精度高，展开尺寸便于验证； （ 3）能直接生成折弯顺序表，与数控折弯进行数据连接； （ 4）从展开的立体模型可以直接生产数控切割设备需要的二位图形格式，从而能够实现钣金件的无纸加工 3） 降低成本。计算机和绘图仪的自动化工作节省大量的劳动力， Pro-E 的辅助分析减少了修模和试模时间，生产周期缩短，同时大大增加了产品的市
5、场竞争能力。 由此可得到，计算机对钣金件模具进行辅助设计和辅助制造对钣金件能够快速成型起到了很大的作用，对于提高我国复杂钣金件成型模具设计和制造的能力，具有重要意义。 三、国内外研究现状 钣金件 成型 最重要的三个步骤是剪 、冲 /切、折。 钣金件模具在 折弯工艺常与切割及焊接工艺组合运用，即切割 +折弯 +焊接工艺。在这组工艺中，折弯是核心工艺，而切割和焊接可认为是辅助工艺。 钣金件模具中， 拉深工艺是冲压工艺的一种，是指将平板毛坯或杯形毛坯在凸模作用下拉入凹模型腔形成开口空心零件的成形工艺方法 。 折弯和拉深是两种十分传统的钣金工艺。独立地看，此一种工艺所成型的产品的外观造型均具各自鲜明的
6、特征，同时又均具显著的局限性。但若将此二种传统而普通的工艺组合运用，则可取得 1+12 的造型效果，而这种造型效果的改善所付出的成本代价很小，一般企业都是完全能够承受的，有较大的推广应用价值 钣金件模具在钣金件的冲压成形过程中起着举足轻重的作用。模具在金属成形过程中的塑性变形通常被忽略 ,然而有些钣金件加工精密程度要求较高 ,模具变形成为影响工件成形质量的重要因素。基于拉格朗日的弹塑性本构方程建立有限元模型 ,对模具在工件挤压过程中的变形进行有限元数值仿真 ,结果表明 ,在要求精度不高的金属塑性成形中 ,模具冲头可以按照刚体处理 ,而在精密成形中必须考虑模具变形对成形件质量的影响 ,选择的模具
7、冲头材料应具有较大的刚度。为实际生产工艺的制定和模具设计等提供重要的理论参考 依据。 在实际工作中，钣金件的展开计算对于工艺人员来说是一项很重要的工作。工艺人员在计算时，要根据不同的情况，如：在折弯时是否有压板，折弯内经与板材厚度比的大小等来查表确定中性折弯线的位移系数，然后根据位移系数确定中性折弯线半径，最后将中性折弯线半径代人公式计算出折弯处的展开长度。整个计算过程繁琐、效率低且容易出错。 钣金件运用的非常广泛，电力，电信，设备外壳，桥梁，建筑，汽车等各行各业都要用到钣金件，所以各地的钣金厂也很多，当然越发达的城市钣金厂也就越多。，随着越来越多的领域展开对钣金件的研究。近几年， 随着我国机
8、架钣金件半成品行业的发展，机架钣金件半成品生产核心技术应用与研发成为业内企业关注的重点。技术的优劣直接决定企业机架钣金件半成品产品的市场竞争力。了解国内外机架钣金件半成品生产核心技术的研发动向、工艺设备、技术应用对于企业提升产品技术规格提高市场竞争力十分关键。 在模具软件方面， 以基于特征、参数化和全相关而著称的 Pro/ENGINEER(简称 Pro/E)软件，它不仅拥有灵活多变的钣金件特征构建方法，也提供了 2 种计算钣金件折弯处展平长度的方法，同时还为用户进行二次开发提供了用户化工具箱 Pro/TOOLKIT。该工具箱为用户程序、软件及第三方程序提供了与 Pro/E 的无缝连接。选择 P
9、ro/E 作为钣金件的设计和展开计算的平台，可以大大提高工作效率、简化计算过程、提高计算的准确度。 如今更多的利用了 pro/E 的有限元模拟元件分析来解决钣金件成型中的应用。 用 “有限元法 ”对设计产品进行强度计算，并通过计算结果对设计产品进行优化改进是新产品研发过程中不可缺少的环节，随着 CAD/CAE/CAM 等技术的普及，这种方法在缩短新品开发周期及节约成本方面的作用更为凸显。 “有限元法 ”的有效性不仅体现在有限元应用软件本身，更体现在对实际模型进行抽象、简化的过程及结果中，即分析模型的 “边界条件 ”。 美国参数技术公司（ PTC） 的软件是优秀的高端 MCAD 设计软件之一，基
10、于特征的全参数化及全相关 技术极大地 提高了设计效 率和质量。 其中， CAE 专用 分析模块 Pro/MECHANIC 实现了与 Pro/ENGINEER 的完全无缝集成，由于 Pro/MECHANIC 采用高阶次单元（ P 单元），使分析模型的网格生成变得简单容易，无需对原模型结构进行大量的简化处理。 Pro/MECHANICA 实现了与其他 PTC 产品、数据管理工具及其他 CAD 工具的真正交互性。参数化优化结合了 Pro/ENGINEER 的全部功能后， Pro/MECHANICA 可以提供真正的参数化 分析，使用相关 仿真 特征，因为与后续产品（ 模具 、刀路轨迹等）完全相关，即使
11、设计更改后，也不需要重新定义分析。 四、课题拟解决的关键问题 产品的设计绝大多数是在 CAD 环境中进行的，考虑到与 CAD 系统的接口、产品数据交换、开发用时和效果等，在这里研究的是 Pro/E 环境下 的设计以及钣金件成型中的过程，其实现是基于现有的 CAD 环境，尽量利用现有的 CAD 环境提供的功能，加上新的功能开发实现系统要求。采用这一先进技术利用三维 CAD Pro/E 软件、数据库技术和钣金件进行了 Pro/E 环境下的设计建模方面的探索。本课题主要拟解决的关键问题如下： 1） 利用 CAD 进行产品设计 2） 钣金件在 剪、冲 /切、折 中的处理 。 3） 利用 Pro-E 软
12、件拥有的有限元处理模块，根据反馈信息进行优化设计，缩短产品的开发设计。 五、研究的主要内容 了解 钣金件的常用成型工艺 ， 一般包括以下几类 :折弯、拉深、旋压、特种成型 。 调 查研究钣金件成型模具设计方法，针对特定的钣金件资料，设计钣金件的成型模具。希望在具备详细的设计过程的同时，有自己的进一步创新。在此过程中包括：学习研究 产品设计 -坯料尺寸成本核算以及成形可行性预估 -模具设计 -模具试制 -试模 -调整成型参数 -试模 -不断重复 的过程。 参考文献 1 钟毓斌主编 .冲压工艺与模具设计 M.北京：机械工业出版社， 2004. 2 丁德全主编 .金属工艺学 M.北京：机械工业出版社
13、， 2000. 3 赵跃文等编 .冲压工艺与模具设计 M.北京：北京大学出版 ， 2005. 4 模具实用技术丛书编委会 .冲模设计应用实例 M.北京 :机械工业出版社， 1999. 5 付宏生主编 .冷冲压成形工艺与模具设计制造 M.北京 :化学工业出版社， 2005. 6 贾崇田，李名望主编 .冲压工艺与模具设计 M.北京 :人民邮电出版社， 2006. 7 肖乾，周慧兰主编 .pro/Engineer Wildfire 3.0M.中国电力出版社， 2008. 8 梁玉 主编 . 模具加工的现状及其发展趋势 J机电工程技术 ， 2004(5):16-18. 9 张能武，李树 军主编 .模具
14、技术实用手册 M .安徽科学技术出版社， 2009. 10 汪建平 .计算机辅助冲压钣金件展开及辅助设计 J.组合机床与自动化加工技术， 2008(5):66-68. 11 刘光伟，万世明主编 .论航空钣金模具数字化设计制造技术的发展 J， 2009(9): 33-38. 12 杨兰峰，王兴勉 .冲裁模（冷）合理间隙的研究与应用 J，高压电器技术 .1992（ 4） :28-34. 13 张德芳 .冲裁模刃口尺寸的计算原则及方法 J，重庆工业高等专科学校学报，2004(3):33-34. 14 Yi-Hao Huang, Jing-Tang Wu and Sen-Yeu Yang. Direc
15、t fabricating patterns using stamping transfer process with PDMS mold of hydrophobic nanostructures on surface of micro-cavityJ. Microelectronic Engineering, 2011,88(6)： 849-854. 15 B.T.Cheok and A.Y.C.Nee, Trends and development in the automation of design and manufacture of tools for metal stampingsJ. Journal of Materials Processing Technology, 1998,32(3):240-252.
