1、 毕业设计开题报告 机械设计制造及自动化 集成吊顶取暖模块冲压模设计 一、前言 （说明设计或论文的目的、意义，介绍有关概念） 本次毕业设计为集成吊顶取暖模块的冲压模具设计。 本课题要求对给定零件吊顶取暖模块 进行落料、冲孔、翻边、成形复合冲压模设计，通过对零件进行详细的工艺分析确定零件的冲压工艺方案并制定部分零件的制造工艺，如：凸模、凹模、凸凹模、凸模固定板、垫板、凹模固定板、卸料板、导尺、挡料销、导正销等。通过该课题能够让 我 掌握中等复杂程度零件冲压模具设计与制造的一般方法，对零件冲压工艺方案的制定、工艺计算及模具 设计有了更深层次的认识，并学会对模具设计材料的检索与整合以及对已有材料的充
2、分合理的使用，该实践性课题是对学生理论学习水平的实践和检验，可对以后从事类似的工作有一定的指导性与实践性意义。 设计中也有很多困难要克服，比如 冲压模具设计中的侧壁起皱问题，起皱是在金属板料成形中主要的缺陷之一 1。 模具是用来成型物品的工具，这种工具有许多种。模具有多个形式复杂的型腔，工作条件恶劣， 1000以上炽红的钢在模具型腔内变形和流动冲刷，镦、挤压、粉末冶金件压制、压力铸造，以及模具要承受锻锤的高速冲击或重负载的压力，在使用过 程中常处于急冷、急热和冷热交变状态。模具材料应具有很高的强度、韧性和耐磨性，热锻时还须有高的温度强度和硬度，并经过强韧化热处理。并且 随着淬火温度的增加，钢的
3、硬度有所增加 , 渗碳 ,硬化 ,回火对钢 均 硬度 有不同 的影响 如图 2。 渗碳（ a），硬化（ b）和回火（ c）温度对钢硬度的影响 30Kh7MT和 25Kh12M2VFT： 1） =2 小时， 2） =5 小时， 3） =8 小时 模具的应用极为广泛。大量生产的机电产品，如汽车、自行车、缝纫机、照相机、电机、电器、仪表等，以及日用器具的制造都应用大量模具。模具基本上是 单件生产的，其形状复杂，对结构强度、刚度、表面硬度、表面粗糙度和加工精度都有很高的要求，所以模具生产需要有很高的技术水平。模具的及时供应及其质量会直接影响到产品的质量、成本和新产品研制。 模具设计制作的要求是尺寸精确
4、、表面光洁、结构合理、生产效率高、易于自动化、制造容易、寿命高、成本低、设计符合工艺需要，经济合理。 模具结构设计和参数选择须考虑刚性、导向性、卸料机构、定位方法、间隙大小等因素。模具上的易损件应容易更换。 冷冲模具是模具类别中应用最广泛的一种，通过模具对金属的直接加压使其产生塑性变形 ,金属材料 分离 ,以获得一定尺寸和性能的金属零件。模具的设计过程是和生产实际分不开的。所以设计的方法是要在深入学习机械设计、机械 CAD/CAM、 冷冲压技术等相关在课题研究中需要掌握的理论知识 ,发挥 Solidworks 这一三维设计软件在模具设计与制造中的作用 冲压模应采用多工位级进模 3，可采用硬质合
5、金镶块级进模，以提高寿命。在小批量生产和新产品试制中，应采用结构简单、制造快、成本低的简易模具 4，如组合冲模、薄板冲模、聚氨酯橡胶模、低熔点合金模、锌合金模、超塑性合金模等。模具已开始采用计算机辅助设计 (CAD)，即通 过以计算机为中心的一整套系统对模具进行最优化设计。这是模具设计的发展方向。 模具制造按结构特点，分为平面的冲裁模和具有空间的型腔模。冲裁模利用凸模与凹模的尺寸精确配合，有的甚至是无间隙配合。其他锻模如冷挤压模、压铸模、粉末冶金模、塑料模、橡胶模等都属于型腔模，用于成形立体形状的工件。型腔模在长、宽、高 3 个方向都有尺寸要求，形状复杂，制造困难。模具生产一般为单件、小批生产
6、，制造要求严格、精确，多采用精密的加工设备和测量装置。 在冷冲压加 工 中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备 ，称为冷冲压模具（俗称冷冲模） 5。冲压，是在室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。 冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备，是技术密集型产品。冲压件的质量、生产效率以及生产成本等，与模具设计和制造有直接关系。模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一 6，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。 二、主题 （阐明有关主题的背景、现状和发展方向
7、，以及对这些问题的评述） 根据考古发现，早在 2000 多年前，我国已有冲压模被用于制造铜器，证明了中国古代冲压成型和冲压模方面的成就在世界领先。 1953 年，长春第一汽车制造厂在中国首次建立了冲模车间，该厂于 1958 年开始制造汽车覆盖件模具。我国于 20 世纪 60 年代开始生产精冲模具。在走过了漫长的发展道路之后，目前我国已形成了 300 多亿元（未包括港、澳、台的统计数字，下同。）各类冲压模的生产能力 7。我国冲压模无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国民经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精密、复杂、长寿命的高档模具每年仍 大量进口，特别
8、是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。一些低档次的简单冲模，已趋供过于求，市场竞争激烈。 据中国模具工业协会发布的统计材料， 2004 年我国冲压模总产出约为220 亿元，其中出口 0.75 亿美元，约合 6.2 亿元。 根据我国海关统计资料， 2004 年我国共进口冲压模 5.61 亿美元，约合46.6 亿元。从上述数字可以得出 2004 年我国冲压模市场总规模约为 266.6亿元。其中国内市场总需求为 260.4 亿元，总供应约为 213.8 亿元，市场满足率为 82%。在上述供求总体情况中，有几个具体情况必须说 明：一是进口模具大部分是技术含量高的大型精密模具，而出口模具大部分是
9、技术含量较低的中低档模具，因此技术含量高的中高档模具市场满足率低于冲压模总体满足率，这些模具的发展已滞后于冲压件生产，而技术含量低的中低档模具市场满足率要高于冲压模市场总体满足率；二是由于我国的模具价格要比国际市场低格低许多，具有一定的竞争力，因此其在国际市场的前景看好， 2005 年冲压模出口达到 1.46 亿美元，比 2004 年增长 94.7%就可说明这一点；三是近年来港资、台资、外资企业在我国发展迅速，这些企业中大量的自产自用的冲压模无确切的统计 资料，因此未能计入上述数字之中。 近年来，我国冲压模水平已有很大提高 8。大型冲压模已能生产单套重量达 50 多吨的模具。为中档轿车配套的覆
10、盖件模具国内也能生产了。精度达到 12m ，寿命 2 亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到 Ra1.5m 的精冲模，大尺寸（ 300mm ）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。 模具技术未来发展趋势主要是朝信息化、高速化生产与高精度化发展9。因此从设计技术来说，发展重点在于大力推广 CAD/CAE/CAM 技术的应用10 ，并持续提高效 率，特别是板材成型过程的计算机模拟分析技术。模具CAD、 CAM 技术应向宜人化、集成化、智能化和网络化方向发展 11，并提高模具 CAD、 CAM 系统专用化程度 12。 为了提高 CAD、 CAE、 CAM 技术的应用水
11、平，建立完整的模具资料库及开发专家系统和提高软件的实用性十分重要。从加工技术来说，发展重点在于高速加工和高精度加工。高速加工目前主要是发展高速铣削 13、高速研抛和高速电加工及快速制模技术。高精度加工目前主要是发展模具零件精度 1m 以下和表面粗糙度 Ra0.1m 的各种精密加工。提高模具标准化程度，搞好模具标准件生产供应也是冲压模技术发展重 点之一。 随着科学技术的不断发展，先进制造对冲压工艺和模具技术提出了许多新的要求，以适应频繁变化的经济市场需求。从冲压工艺及模具生产现状和未来发展来看，需要集中发展金属塑性成形理论与工艺研究、冲压工艺过程的计算机辅助分析、成形新工艺及新型模具的开发研制及
12、冲压生产自动化等。 (1)金属塑性成形理论与工艺研究金属塑性成形已有几千年的历史，但许多成形机理问题没有得到很好的解决，因而严重桎梏了冲压工艺技术的快速发展。例如只有确立金属板料冲裁的变形机理，才有可能采用理论 计算方法确定凸、凹模合理间隙，从而使冲裁工艺和冲裁模具设计与制造进入科学化程序。又如，在金属板料非回转对称成形拉深中，不能正确认识和理解法兰材料的流动变形规律，就无法真正实现最佳补充压料面、最佳压料力控制的先进成形工艺等。也就是说，实现冲压工艺和模具设计制造科学化的前提是必须有一个正确的理论指导，否则生产中仍然难免因局限于经验而造成大量的试错和模具试制费用及周期的浪费。因此，需要发展一
13、个坚实的塑性成形理论，以指导先进冲压工艺和模 具设计制造技术向更高层次发展。 (2)冲压加工过程的计算机辅助分析冲压加工中，对 金属材料变形过程的正确分析对于制订合理的冲压工艺和模具设计与制造具有非常重要的指导性意义。但由于这一变形过程的复杂性和物理实验的繁琐性，使得过去的冲压工艺只能依靠经验或凭直觉来制定。而随着计算机技术的飞速发展，人们发现利用计算机技术对金属变形过程进行有限元计算分析，能够较好地逼近真实的变形过程，这就可以减少大量的物理实验次数，而在较短时间内获得金属变形的过程模拟结果，为制订合理的冲压工艺提供有力依据。但这项技术还需要相应的理论指导和必要的经验性赋值，以指导建立正确的数
14、学模型和输入合理的边界参数，而这三者的有 机结合也是促进塑性成形理论发展并逐步实现正确指导生产实践的重要保障。 (3)开发研制成形新工艺及新型模具在现有金属塑性成形工艺的基础上，有机地吸收其他先进科学技术的长处，不断开发研制新的成形方法，以扩展金属塑性成形工艺领域。比如，研究如何将快速原形制造技术的新概念运用于金属快速成形新工艺的开发研制；研究金属超塑性的成形机理，将其用于超薄壁件、超细杆类件的成形工艺中；研究高能高速成形中能量和速度的有效控制等。同其他制造工艺一样，只有为冲压工艺注入新的内容，才能使它更完美，更具生命力。模具作为实现冲压加工的有效 装备，不仅需要实现冲压工艺过程，还需要针对冲
15、压工艺需求，创造巧妙的结构和动作去弥补工艺尚不完善的缺陷。因此，必须开发研制新型模具，比如在现有开花模具 (双向斜楔模 )、大型斜楔模具的基础上，开发多向冲压模具、转轴模具等，为冲压工艺提供供必应求的工装条件。 (4)冲压生产自动化及柔性化多工位级进模的出现，加快了冲压生产机械化与自动化的步伐。为适应大批量、高效率冲压生产的需求，在冲压设备和模具结构中，也出现了多种自动化进、出料机构以及各种辅助机械手装置。在今后的冲压生产中，为了进一步提高生产效率和工作安全性，还需要开 发研制更精确的自动化辅助装置，促进冲压生产自动化。冲压加工的一个显著特点是适用于大批量生产，但由于市场经济化所带来的少量多样
16、化需求，则要求冲压3n-C 必须适应这一市场发展过程。因此，冲压加工也必须向柔性化生产方式发展，这首先要求冲模制造柔性化。因此，需要在已有低熔点合金模、树脂模等设计制造的基础之上，利用快速原形技术的有力支持，大力开发快速模具制造技术。 三、总结 （将有关主题进行扼要总结，提出自己的见解并对其发展方向做一定的展望） 由于历史和体制上的原因，我国模具专业化和标准化水平一直很低，其中冲压模的专业 化比塑料模和压铸模更低。这在一定程度上妨碍了冲压模的发展，根据国内外模具专业化情况来看 1）模具生产独立于其他产品生产，专业生产模具外供； 2）按模具种类划分，专门从事某一类模具（如冲压模）生产； 3）在某
17、一类模具中，按其服务对象或模具工艺及尺寸大小，选取该类模具中的某种模具（例如汽车覆盖件模具、多工位级进模具、精冲模具等等）进行专业化生产； 4）专业生产模具中的某一些零件（如模架、冲头、弹性元件等）供给模具生产企业； 5）按工序开展专业化协作。例如目前社会上专门从事模具设计的公司 、专门进行型腔加工或电加工协作的企业、专门接受测量或热处理委托业务的企业及专业从事抛光业务的企业等等，这种多层次的专业化促进了模具行业的发展。但专业化的路途仍旧遥远，必须加快进程才能适应形势。因此，这也是发展重点。 为了提高冲压模的寿命，模具表面的各种强化超硬处理等技术也是发展重点。 对于模具数字化制造 14、系统集
18、成、逆向工程 15、快速原型 /模具制造及计算机辅助应用技术等方面形成全方位解决方案，提供模具开发与工程服务，全面提高企业水平和模具质量，这更是冲压模技术发展的重点。 再次，模具设计同样是 随着社会的发展而逐渐更新的，我们在模具设计的过程中要坚持不懈的努力，不能有松懈的想法，因为社会是发展的大家都在努力的探索研究，如果我们松懈下来就会被别人甩在身后面，那么我们与别人的距离就会差的更远，相反只要我们坚持不懈的努力，相信有一天我国的模具行业可以达到世界的先进水平行列。 四、参考文献 （根据文中参阅和引用的先后次序按序编排） 1 F.-k. Chen and Y.-C. Lia.An Analysi
19、s of Draw-Wall Wrinkling in a Stamping Die Design.Department of Mechanical Engineering, National Taiwan University, Taipei.Taiwan2002： 1-3 2 M. Yu. Akhmedpashae.A Study Of Heat-Treated Carburized Alloyed Steels For Blanking Dies.Translatedfrom MetallovedenieiTermicheskaya ObrabotkaMetallov,No.11, pp
20、.4446,November,2007.:3-4 3曾霞文 .胡彦辉 .介绍一种多位级进模的设计 .湖南：湖南工业职业技术学院 .2003,01 4罗启全 , 简易模具设计与制造 . 广东 科技出版社 ,2004(9) 5李奇 .朱江峰 .江莹 .模具构造与制造 .清华大学出版社 ,2004-9. 6姜奎华 .冲压工艺与模具设计 .北京 :机械工业出版社 .1998 7申开智 .塑料成型模具 M.北京：中国轻工业出版社， 2002 8中国模具工业协会 .模具行业“十一五 ” 规划 J.模具工业， 2005（ 7） 9 李 大 鑫 . 张 秀棉 . 模 具 技 术 现 状 与 发 展 趋 势 综
21、 述 J. 模 具 制造 .2005(02):34-35 10曾霞文 .徐政坤 .冷冲压工艺及模具设计 M.长沙 :中南大学出版社 .2006 11李德群 .肖祥芷 .模具 CAD/CAE/CAM 发展状况及趋势 J.模具工业 .2005（ 7） 12莫建华 .快速成形及快速制模 .电子工业出版社 .2006（ 1） 13李亮 .何宁 .何磊 .王珉 .高速铣削铝合金时切削力和表面质量影响因素的试验研究 -工具技术 .南京航空航天大学 .2002 14王华侨 . 数 字 化 设 计 制 造 仿 真 与 模 拟 . 北 京 ： 机 械 工 业 出 版社 .2007:110-111 15伟军刘 , 玉文孙 .逆向工程原理、方法及应用 .北京： 机械工业出版社 , 2008
