1、 毕业设计开题报告 机械设计制造及自动化 集成吊顶板外轮廓冲裁模具的设计 1 集成吊顶板外轮廓冲裁模具设计的背景和意义 随着现代家庭厨卫空间的不断增大，传统的“扣板 +电器”已不再能满足人们对个性和美的追求，集成吊顶应运而生。所谓集成吊顶就是照明、换气、取暖、吊顶一体化，将吊顶模块与电器模块，均制作成标准规格的可组合式模块，安装时集成在一起，从而完美地解决了吊顶装修存在的诸多弊病。相对传统的吊顶，既实现了照明、换气、取暖的功能优化，又实现家居装饰的美学优化，技术、艺术的双重升华，模块化 DIY 的自组魅力，使得其旋即 风靡中国家居建材市场。 而集成吊顶隶属于冲压模具下属范畴 。何为冲压？冲压是
2、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）。 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，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 1。 冲压模具的形式很多，一般可按以下几个主要特征分类： 根据工艺性质分类： 1）冲裁模：沿封闭或敞开的轮廓线使材
3、料产生分离的模具。如落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模、剖切模等。 2）弯曲模：使板料毛坯或其他坯料沿著直线（弯曲线）产生弯曲变形，从而获得一定角度和形状的工件的模具。 3）拉深模：是把板料毛坯制成开口空心件，或使空心件进一步改变形状和尺寸的模具。 4）成形模：是将毛坯或半成品工件按图凸、凹模的形状直接复制成形，而材料本身仅产生局部 塑性变形的模具。如胀形模、缩口模、扩口模、起伏成形模、翻边模、整形模等。 根据工序组合程度分类： 1）单工序模：在压力机的一次行程中，只完成一道冲压工序的模具。 2）复合模：只有一个工位，在压力机的一次行程中，在同一工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具。
4、 3）级进模（也称连续模）：在毛坯的送进方向上，具有两个或更多的工位，在压力机的一次行程中，在不同的工位上逐次完成两道或两道以上冲压工序的模具。 4）传递模：综合了单工序模和级进模的特点，利用机械手传递系统，实现产品的模内快速传递，可 以大大提高产品的生产效率，减低产品的生产成本，节俭材料成本，并且质量稳定可靠。 根据产品的加工方法分类： 1） 冲剪模具：是以剪切作用完成工作的，常用的情势有剪断冲模、下料冲模、冲孔冲模、修边冲模、整缘冲模、拉孔冲模和冲切模具。 2）曲折模具：是将平整的毛胚弯成一个角度的外形，视零件的外形、精度及生产量的多寡，乃有多种不同情势的模具，如普通曲折冲模、凸轮曲折冲模
5、、卷边冲模、圆弧曲折冲模、折弯冲缝冲模与扭曲冲模等。 3）抽制模具：抽制模具是将平面毛胚制成有底无缝容器。 4）成形模具：指用各种局部变形的方法来转 变毛胚的外形，其情势有凸张成形冲模、卷缘成形冲模、颈缩成形冲模、孔凸缘成形冲模、圆缘成形冲模。 5）压缩模具：是利用强盛的压力，使金属毛胚运动变形，成为所需的外形，其种类有挤制冲模、压花冲模、压印冲模、端压冲模 234。 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，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经普及了二维 CAD，并陆续开始使用 UG,
6、Pro/E， I-DEAS 等国际通用软件，个别厂家还引进了 Moldflow 等CAE 软件，并成功运用于冲压模的设计。伴随着这些软件的加入，模具设计行业已经越来越向尖端化，高科技化迈进。这些软件的应用不仅可以大大缩短产品设计的时间，而且可以极大的提高产品模具的精确度和质量，以使产品满足客户的要求 5。 2 冲压技术及冲裁模具设计的发展现状和发展方向 2.1 冲压模市场状况 我国考古发现，早在 2000多年前，我国已有冲压模具被用于制造铜器，证明了中国古代冲压成型和冲压模具方面的成就就在世界领先。 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
7、模具。我国于 20世纪 60年代开始生产精冲模具。在走过了温长的发展道路之后，目前我国已形成了 300多亿元各类冲压模具的生产能力。 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
8、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 1.4
9、6亿美元，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。 2.2 冲压模当前的水平状况 近年来，我国冲压模水平已有很大提高。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盖件模具国内也能生产了。精度达到 12 m，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Ra 1.5 m 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 78。 2.3 我国 CAD/CAM 技术的发展水平 我国模具 CAD/CA
10、M 技术的发展已有 20 多年历史。由原华中工学院和武汉 733厂于 1984 年共同完成的精冲模 CAD/CAM 系统是我国第一个自行开发的模具CAD/CAM 系统。由华中工学院和北京模具厂等于 1986 年共同完成的冷冲模CAD/CAM 系统是我国自行开发的第一个冲裁模 CAD/CAM 系统。上海交通大学开发的冷冲模 CAD/CAM 系统也于同年完成。 20 世纪 90 年代以来，国内汽车行业的模具设计制造中开始采用 CAD/CAM 技术。国家科委 863 计划将东风汽车公司作为CIMS 应用示范工厂，由华中理工大学作为技术依托单位，开发的汽车车身与覆盖件模具 CAD/CAPP/CAM 集
11、成系统于 1996 年初通过鉴定。在此期间，一汽和成飞汽车模具中心引进了工作站和 CAD/CAM 软件系统，并在模具设计制造中实际应用，取得了显著效益。 1997 年一汽引进了板料成型过程计算机模拟 CAE 软件并开始用于生产 5。 21 世纪开始 CAD/CAM 技术逐 渐普及，现在具有一定生产能力的冲压模企业基本都有了 CAD/CAM 技术。其中部分骨干重点企业还具备各 CAE 能力。 模具 CAD/CAM 技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量，已成为人们的共识。在“八五”、“九五”期间，已有一大批模具企业推广普及了计算机绘图技术，数控加工的使用率也越来越高，并陆续
12、引进了相当数量的 CAD/CAM 系统。如美国 EDS 的 UG，美国 Parametric Technology 公司的Pro/Engineer，美国 CV 公司的 CADS5，英国 DELCAM 公司的 DOCT5，日本 HZS 公司的 CRADE 及 space-E，以色列公司的 Cimatron，还引进了 AutoCAD、 CATIA 等软件及法国 Marta-Daravision 公司用于汽车及覆盖件模具的 Euclid-IS 等专用软件。国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了 CAD/CAM 技术。 DL 图的设计和模具结构图的设计均已实现二维 CAD，多数企业已经向三维过渡，总图生
13、产逐步代替零件图生产。且模具的参数化设计也开始走向少数模具厂家技术开发的领域1。 2.4 冲压模具设计与制造能力状况 在国家产业政策的正确引导下，经过几十年努力，现在我国 冲压模的设计与制造能力已达到较高水平，包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。 虽然如此，我国的冲压模设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。这些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都有较大差距。轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。虽然在设计制造方法和手段方面已基本达到了国际水
14、平，模具结构功能方面也接近国际水平，在轿车模具国产化进程中前进了一大步，但在制造质量 、精度、制造周期等方面，与国外相比还存在一定的差距 1。 标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种。有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具，已基本达到国际水平。但总体上和国外多工位级进模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，仍存在一定差距 1。 模具表面强化技术也得到广泛应用。工艺成熟、无污染、成本适中的离子渗氮技术越来越被认可，碳化物被覆处理（ TD 处理）及许多镀（涂）层技术在冲压模上的应用日益增多。真空处理技术、实型铸造技术、刃口堆焊技术等日趋
15、成熟。激光切割和激光焊接技术也得到了应用 5。 2.5 冲压模具当前存在的问题 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
16、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 5。 2.6 冲压模具的发展研究方向 近几年来，绿色设计已延伸到机械制造业当中。而模具是工业生产的基础工艺装备，它的生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水 平高低的重要标志，因而在模具行业中提倡绿色设计应更为重要。 “绿色模具”不仅仅指在使用时对环境的影响小，还应是从制造到报废的整个生命周期内对环境的破坏是最小的。 绿色模具的生
17、命周期与环境相关的有如下几个阶段：设计、制造、销售、使用、维护与服务和报废回收。绿色设计就是要在产品开发设计时就充分关注在这几个阶段中如何减轻其对环境的影响： 1）原材料的选择。模具材料选择是产品设计的第一步，因此，其绿色程度对产品的绿色性能有着极为重要的影响。绿色模具设计的材料选择对最终产品的“绿色程度”具有重要意义。绿色设计的材料选 择必须建立在绿色材料的基础上。 2）原材料的回收。绿色模具设计首先要考虑的是制造模具的原材料的回收问题，这是因为模具造价昂贵，它的回收利用可以大大节约资金和能源。 3）模具的可拆卸性设计。对于模具设计来说，可拆卸性就显得尤为重要，因为有实质要更换凸、凹模就可实
18、现一种新产品的生产。不可拆卸不仅造成大量可重复零部件材料的浪费，而且因废弃物不好处置，还会严重污染环境。可拆卸设计要求所设计的结构易于拆卸、维护方便，并在产品报废后可重复使用。 4）采用模具先进制造技术。在制造过程中选用生产浪费最小、能量消耗最低的制造 工艺也是非常重要的。 3 总结 结合上文我们知道，冲压模具行业正在朝尖端化和高科技化方向发展。任何有利于该方向发展的设计方法都将被人们大力开发和应用。因为，毕竟冲压模具行业是一个竞争力度比较大的行业，而且，随着时代的进步，冲压模具正在往各行业的领头水平前进。正因如此，谁能够掌握这个行业的先进技术，谁就能获得更多的客源，更快更好的生产产品，提高产
19、品质量，使企业处于不败地位。相较于其他各类技术，绿色设计优于传统的设计方法，虽然在短期内，它的投资略大于传统的设计，但从长远看来，如果我们采用绿色设计，那么在节能、降耗 、增效益方面将会得到成倍的收获。可以这样说，绿色设计将是 21 世纪产品的主要特点之一，谁能向市场提供绿色产品，谁就能在市场竞争中占据有利位置。因此，企业无论从自身的长远发展角度，还是从人类的可持续发展战略角度，都应扬弃传统的设计方法，而大力加强对绿色设计的研究与应用。 4 参考文献 1 夏巨谌 ,李志刚等 . 中国模具工程大典（模具制造） M. 电子工业出版社，2007（ 9） . 2 杨立平主编 . 模具制造基础 M. 化
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