鉤釘塊厚板的沖小孔模具設(shè)計及有限元模擬【含全套CAD圖紙】

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購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 畢業(yè)設(shè)計說明書 題 目 厚板料沖小孔模具設(shè)計及有限元模擬 系 、 部： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職稱 專 業(yè)： 班 級： 完成時間： 畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務(wù)書 系： 專業(yè)： 指導(dǎo)教師 學(xué)生姓名 課題名稱 厚板沖小孔模具設(shè)計及有限元模擬 內(nèi)容及任務(wù) 根據(jù)所給定的沖壓零件產(chǎn)品（如左圖所示），設(shè)計出沖壓模具。主要內(nèi)容如下： 1、繪制產(chǎn)品零件圖。 2、繪制模具裝配圖。 3、繪制整套模具零件圖，標(biāo)準(zhǔn)件除外。 4、編寫設(shè)計說明書。 5、自選一個重要模具零件編制加工工藝路線，進行相關(guān)計算，并編制加工工藝卡和工序卡。 擬達到的要求或技術(shù)指標(biāo) 按照“湖南工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）工作管理 規(guī)定”，本課題設(shè)計要求及技術(shù)指標(biāo)如下： （一）模具 1、保證規(guī)定的生產(chǎn)率和高質(zhì)量產(chǎn)品的同時，力求成本低、壽命長。 2、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，工藝性好，具有一定的創(chuàng)新性。 3、操作安全、方便，易于維修，便于管理。 4、在保證模具強度前提下，注意外形美觀，各部分比例協(xié)調(diào)。 （二）設(shè)計圖紙 1、模具繪圖布局合理，視圖完整、清晰，各項內(nèi)容符合標(biāo)準(zhǔn)要求。 2、設(shè)計圖紙應(yīng)符合學(xué)校的要求，不少于 3 張零號圖紙的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖、裝配圖和零件圖，其中應(yīng)包含一張以上用計算機繪制的具有中等難度的 1 號圖紙，同時至少有折合 1 號圖幅以上的圖紙用 手工繪制。 （三）設(shè)計說明書 1、資料數(shù)據(jù)充分，并標(biāo)明數(shù)據(jù)出處。 2、計算過程詳細(xì)、完全。 3、公式的字母含義應(yīng)標(biāo)明，有時還應(yīng)標(biāo)注公式的出處。 4、內(nèi)容條理清楚，按步驟書寫。 5、說明書按照學(xué)校的有關(guān)規(guī)定，編寫不少于 12000 字的設(shè)計說明書，同時上交電子文檔。 （四）其他要求 1、查閱到 10 篇以上與題目相關(guān)的文獻 2、翻譯一篇本專業(yè)外文文獻（ 10000 個以上印刷符號），并附譯文。 進度安排 起止日期 工作內(nèi)容 備注 2011 年 3 月 21 日 3 月 28 日 3 月 29 日 4 月 10 日 4 月 11 日 4 月 30 日 5 月 4 日 5 月 8 日 5 月 9 日 5 月 12 日 5 月 15 日 5 月 30 日 6 月 1 日 6 月 10 日 完成畢業(yè)設(shè)計的選題和開題報告； 進行畢業(yè)實習(xí)及調(diào)研； 進行工藝及結(jié)構(gòu)設(shè)計； 繪制裝配圖和零件圖； 對整個設(shè)計進行合理性檢查； 撰寫設(shè)計說明書及畢業(yè)答辯的準(zhǔn)備； 畢業(yè)設(shè)計答辯。 主要參考資料 1陳旭娟 . 淺析沖壓模具制造技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 J. 內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟 . 2005,(17) 2 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社 . 中國機械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匯編沖壓模具卷 M中國標(biāo)準(zhǔn)出版社 ,1998,12. 3 王立人 ,張輝 M. 北京 :北京理工大學(xué)出版社 , 2009,8. 4張成愛 . 我國模具技術(shù)與市場淺析 . 湖南冶金 3） 5 牟林、魏崢 第 2 版 )M清華大學(xué)出版社 ,2009,7. 6 肖景容 ,姜奎華 M機械工業(yè)出版社 ,2006,3. 7 梁炳文 M機械工業(yè)出版社， 2003,8. 8 沖模設(shè)計手冊編寫組 M機械工業(yè)版社 ,2007,3. 9 of a by 2007)150教研室 意見 年 月 日 系主管領(lǐng)導(dǎo)意見 年 月 日 畢業(yè) 設(shè)計 (論文 )開題報告 題 目 厚板料沖小孔模具設(shè)計及有限元模擬 學(xué)生姓名 班級學(xué)號 專業(yè) 一、課題的目的和意義： 隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展 ,市場對模具的需求量不斷增長。人們已經(jīng)越來越認(rèn)識到產(chǎn)品質(zhì)量、成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性 ,而模具制造是整個鏈條中最基礎(chǔ)的要素之一 ,模具制造技術(shù)現(xiàn)已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志 ,并在很大程度上決定企業(yè)的生存空間。 為 迎接未來的無限挑戰(zhàn)，在畢業(yè)之際選擇一個沖壓模具方面的設(shè)計論文，目的是想豐盈自己的翅膀，為將來在工作崗位上有更好的發(fā)展而搶得先機 而又重要的十幾周里 ,通過老師指導(dǎo)和自學(xué)有關(guān)書籍，查閱期刊，完成畢業(yè)設(shè)計。從而能夠?qū)δ＞哂辛艘粋€更深刻地認(rèn)識對其工藝分析分類結(jié)構(gòu)名稱以及作用等方面有個嶄新的詮釋。初步達到了獨立完成簡單模具設(shè)計的目的及對模具的自我理解。 二、 文獻綜述（相關(guān)課題國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀） 從 1839 年英國成立的 司算起現(xiàn)代沖壓模具制造技術(shù)已有 168 年的歷史，但我國的沖壓技術(shù)卻一直是發(fā)展緩慢。 1984 中國才成立模具工業(yè)協(xié)會， 1986 年中國模具工業(yè)產(chǎn)值僅有 29 億元。當(dāng)時生產(chǎn)模具的企業(yè)也只有幾千家而已。 1993 年 3 月 國務(wù)院頒布了關(guān)于當(dāng)前產(chǎn)業(yè)的改革政策要點的決定，把模具擺在了機械工業(yè)技術(shù)改造序列的第一位，確立了發(fā)展模具工業(yè)是國家的一個產(chǎn)業(yè)政策。 2005 年中國模具工業(yè)產(chǎn)值達到 610 億元 ,增長率保持在 25%的高水平。除了國有專業(yè)模具廠外 ,廣東的中外合資和外商獨資模具企業(yè)現(xiàn)有幾千家 ,鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)也快速崛起 ;江蘇昆山建成了模具工業(yè)群 ;浙江寧波和黃巖被譽為“模具之鄉(xiāng)”。在激烈的競爭中模具的生產(chǎn)技術(shù)及規(guī)模也不斷提高。 改革開放使得我國的經(jīng)濟進入高速發(fā)展的時期，模具的市場的需求量也進一步的增加。模具行業(yè)也一直以 15%左右的增速再發(fā)展。 因此帶來的模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分的巨大變化，一些國有專業(yè)模具廠也如雨后春筍般的建立起來，同時也帶來了以集體、獨資、私營和合資等形式的快速發(fā)展。 2006年吉林大學(xué)汽車覆蓋件成型技術(shù)所獨立研制的汽車覆蓋件沖壓成型分析 中理工大學(xué)模具技術(shù)國家重點實驗室開發(fā)的汽車覆蓋件模具和級進模 海交通大學(xué)模具 內(nèi)的模具企業(yè)也在充分抓住汽車工業(yè)所帶來的發(fā)展契機 ,加大設(shè)備、產(chǎn)品、生產(chǎn)規(guī)模的升級步伐 ,積極 開拓國內(nèi)外市場。 然而 ,與國際先進水平相比 ,中國的模具行業(yè)的差距不僅表現(xiàn)在精度差距大、交貨周期長等方面 ,模具壽命也只有國際先進水平的 50%左右 ,大型、精密、技術(shù)含量高的轎車覆蓋件沖壓模具和精密沖裁模具 ,每年都需要花費大量資金進口，具體如下： 1 沖壓模具 術(shù)的開發(fā)手段比較落后、技術(shù)的普及率不高 ,應(yīng)用不夠廣泛，僅有約 10%的模具在設(shè)計中采用了 術(shù) ,距拋開繪圖板還有漫長的一段路要走 ;在應(yīng)用也才剛剛起步 ,在應(yīng)用 由于缺乏先進適用 的制造裝備和工藝設(shè)備 ,只有 5%左右的模具制造設(shè)備被應(yīng)用于這項工作。 2 精密加工設(shè)備在模具加工設(shè)備中所占比重較低，工藝設(shè)備落后 ,直接影響國產(chǎn)模具質(zhì)量的提高。由于現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展使產(chǎn)品更新?lián)Q代加快 ,對模具的需求量加大。但是 ,我國模具工業(yè)現(xiàn)有生產(chǎn)能力只能滿足需求量的 60%左右 ,大部分模具廠的模具加工設(shè)備陳舊 ,在役期長、精度差、效率低 ,還不能適應(yīng)國民經(jīng)濟發(fā)展的需要。 3 生產(chǎn)沖壓模具的專用技術(shù)尚未成熟 ,大多仍還處于試驗摸索階段如模具的表面涂層、表面熱處理技術(shù)、導(dǎo)向副潤滑技術(shù)、型腔傳感及潤滑技術(shù)、去應(yīng)力技術(shù)、抗疲勞及防腐 技術(shù)等未完全形成生產(chǎn)能力 ,走向商品化。一些關(guān)鍵、重要的技術(shù)缺少知識產(chǎn)權(quán)的保護。 4模具標(biāo)準(zhǔn)件標(biāo)準(zhǔn)化程度及使用覆蓋率較低在汽車制造業(yè)中被大量使用的模具是沖壓模。5年來 ,汽車模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用覆蓋率盡管有了較大增長 ,已從 20世紀(jì)末的 25%30%提高到目前的 45%左右。但這種增長距國際先進水平 (一般在 70%以上 ,中小模具在 80%以上 )差距還很大。這是汽車模具交貨期長 ,也是我國成為模具進口大國的重要原因之一。 為了促進我國沖壓模具技術(shù)的發(fā)展 ,從計算機技術(shù)、先進加工技術(shù)及裝備、其它新技術(shù)與沖壓模等方面分析了我國沖壓模 具的技術(shù)現(xiàn)狀。結(jié)果表明 :經(jīng)過幾十年的發(fā)展 ,我國的沖壓模具總量位居世界第三位 ,加工技術(shù)裝備基本已與世界先進水平同步。以汽車覆蓋件為代表的大型、復(fù)雜、精密沖壓模 ,用 靠高速、精密的加工設(shè)備生產(chǎn) ,用新型研磨或拋光代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工研磨拋光 ,提高模具質(zhì)量。這些都代表了沖壓模具發(fā)展的趨勢。 總之，我國將成為世界裝備制造業(yè)的基地。而在現(xiàn)代制造業(yè)中 ,無論哪一行業(yè)的工程裝備 ,都越來越多地采用由模具工業(yè)提供的產(chǎn)品。尤其近年來我國汽車工業(yè)的超高速發(fā)展 ,給模具行業(yè)帶來了無限商機。為了適應(yīng)用 戶對模具制造的高精度、短交貨期、低成本的迫切要求 ,模具制造企業(yè)正廣泛應(yīng)用現(xiàn)代先進制造技術(shù)來提升競爭實力 ,來滿足各行各業(yè)對模具這一基礎(chǔ)工藝裝備的迫切需求。展望未來 ,趕超世界模具制造技術(shù)的先進水平尚需我們做出不懈的努力 ! 三、采用的設(shè)計方案（基本理論）與技術(shù)路線 1、設(shè)計方案（基本理論） 這次設(shè)計該零件加工主要涉及到了沖孔工序內(nèi)容，所以我們必須設(shè)計一個沖孔模。由于該零件屬于大批量生產(chǎn)，工藝性較好并且需要一次沖出一個小孔。這里主要采用多孔沖裁壓角復(fù)合模，并配有自動送出件杠桿機構(gòu)以提高生產(chǎn)效率。最后 為了避免自動送 出件機構(gòu)運動過程中與模具發(fā)生干涉，可在三維軟件 和 后模擬其運動過程，觀察二者是否相互干涉，如果有干涉現(xiàn)象發(fā)生應(yīng)該及時更改，精確完成設(shè)計任務(wù)。 因給定的設(shè)計參數(shù)中對零件尺寸公差沒有什么特殊的要求，故此可按 工件外形規(guī)則很適應(yīng)沖裁加工。由于該模具為多凸模沖孔模，所以將凸模設(shè)計為階梯形布局，即將凸模做成不同高度，使各凸模沖裁力的最大值不同時出現(xiàn)，從而減少總沖裁力。當(dāng)幾個凸模直徑相差懸殊，而相距又很近時，為了提高模具壽命，避免小直徑凸模由于承受材料流動 擠壓力的作用而產(chǎn)生折斷或傾斜，一般把小凸模做短些。階梯形布局的凸模高度差取決于材料厚度。 此外，壓角力較大，壓角與沖孔工序也應(yīng)階梯式?jīng)_出。 該零件屬于大批量生產(chǎn)，工藝性較好。 為了提高生產(chǎn)效率可以設(shè)計安裝一個自動送出件機構(gòu)。 在自動送出件機構(gòu)設(shè)計當(dāng)中，要求所設(shè)計的平面連桿機構(gòu)不僅能實現(xiàn)預(yù)定的運動，而且還要使傳遞的動力盡可能發(fā)揮有效的作用。一般情況下，壓力角越小，對機構(gòu)工作越有利 。機構(gòu)運動中，在某一特定點，整個機構(gòu)處于靜止?fàn)顟B(tài)這種位置成為機構(gòu)的死點，一般應(yīng)避免但也可以利用它實現(xiàn)一定的工作要求。同時，使機構(gòu)與壓力機 滑塊的聯(lián)接容易，機構(gòu)調(diào)整較方便。應(yīng)用平面連桿機構(gòu)以及推板裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)較大的送料行程，該機構(gòu)的運動特性與壓力機滑塊的運動特性相關(guān)，送進的初始與結(jié)束階段速度較慢，符合沖壓生產(chǎn)的需要。適于大批量生產(chǎn)。此設(shè)計應(yīng)該先確定自動機構(gòu)的工作過程。其工作過程如下：當(dāng)壓床滑塊上行時， 制件被凸模帶起。出件機構(gòu)在上底板和連桿的帶動下向沖模中心移動，同時送件機構(gòu)在上底板和連桿的帶動下繞軸向上轉(zhuǎn)動，預(yù)先放置在其上面的工件就向沖模中心滑動，直到碰到限位角鋼時為止。當(dāng)壓床滑塊接近上死點時，制件被由退料板、推銷、推板、推桿組成的退料機構(gòu)推 下后沿出件機構(gòu)滑出。出件機構(gòu)側(cè)面由導(dǎo)輪導(dǎo)正，并在導(dǎo)輪上滑動。退件機構(gòu)也自沖模中心位置退出，當(dāng)壓床滑塊到下死點時，完成對工序件的沖孔和壓角工作。此過程是送出件的關(guān)鍵。 2、可能存在的問題 第一，因為此模具帶有自動送出件機構(gòu)，則自動送出件機構(gòu)與模具各自設(shè)計的尺寸誤差，可能造成干涉現(xiàn)象。 第二，由于工件較厚（ t=在沖孔過程中凸模可能在下壓過程或者沖孔完畢卸料時失效發(fā)生斷裂。 四、設(shè)計任務(wù)書 1、課題名稱 厚板沖小孔模具設(shè)計及有限元模擬 工件成形后的形狀如圖 : 材料為普通碳素鋼 厚 寸精度要求為 狀精度要求高。 2、 設(shè)計內(nèi)容與步驟 1) 根據(jù)題目要求，分析沖壓件的形狀特點、盡寸大小、精度要求及所用材料是否符合沖壓工藝要求，然后確定適合于 工廠具體生產(chǎn)條件的最經(jīng)濟合理的工藝方案。 2) 根據(jù)所確定的工藝方案和沖壓件的形狀特點、精度要求、生產(chǎn)批量、模具制造條件、 操 作方便及安全的要求，以及利用現(xiàn)有通用機械化、自動化裝置的可能，選定沖模類型及結(jié)構(gòu)型式，繪制模具結(jié)構(gòu)草圖。 3) 在最經(jīng)濟的原則下，決定毛坯的形狀、尺寸和下料方式。 4) 計算沖壓力、模具壓力中心、模具各主要零件 (凹模、凸模固定板、墊板、凸模 )的 外形尺寸，凸、凹模工作部分尺寸和間隙，以及卸料橡膠或彈簧的自由高度等。 5) 選擇壓力機并把所選用的壓力機的類型、型號、規(guī)格確定下來。 6) 根據(jù)上述分析、計算及方案論證后，繪制模具總裝配圖及零件圖。 7) 通過 析材料變形過程中的變形行為與工藝參數(shù)。 8) 撰寫設(shè)計說明書； 9) 所有設(shè)計文檔、資料的整理、收尾、答辯。 3、繪圖任務(wù) （ 1） 模具總裝配圖 （ 2） 模具零件圖 （ 3） 模具總成三維圖（可選） （ 4） 模具主要零件三維圖（可選） 五、設(shè)計過程進度計劃 （ 1）第五周：完成以上設(shè)計內(nèi)容中的“ 1” （ 2）第六周：完成以上設(shè)計內(nèi)容的“ 2” （ 3）第七八周：完成以上設(shè)計內(nèi)容的“ 3” （ 4）第九十周：完成以上設(shè)計內(nèi)容的“ 4 （ 5）第十一、十二周：完成以上設(shè)計內(nèi)容中的“ 6 （ 6）第十三、十四周：完成以上設(shè)計內(nèi)容中的“ 8” （ 6）第十五周：完成以上設(shè)計內(nèi)容中的“ 9” 指導(dǎo)教師批閱意見 指導(dǎo)教師 (簽名 )： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )工作中期檢查表 題目 厚板料沖小孔模具設(shè)計及有限元模擬 學(xué)生姓名 班級學(xué)號 專業(yè) 指 導(dǎo) 教 師 填 寫 學(xué)生開題情況 學(xué)生調(diào)研及查閱文獻情況 畢業(yè)設(shè)計（論文）原計劃有無調(diào)整 學(xué)生是否按計劃執(zhí)行工作進度 學(xué)生是否能獨立完成工作任務(wù) 學(xué)生的英文翻譯情況 學(xué)生每周接受指導(dǎo)的次數(shù)及時間 畢業(yè)設(shè)計（論文）過程檢查記錄情況 學(xué)生的工作態(tài)度在相應(yīng)選項劃“ ” 認(rèn)真 一般 較差 尚存在的問題及采取的措施： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 系部意見： 負(fù)責(zé)人簽字： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）指導(dǎo)教師 審 閱表 系： 專業(yè)： 學(xué)生姓名 學(xué) 號 班 級 專 業(yè) 指導(dǎo)教師姓名 課題名稱 厚板料沖小孔模具設(shè)計及有限元模擬 是否同意參加答辯： 是 否 指導(dǎo)教師評定成績 分值： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）評閱 教師評閱 表 題 目 組合按鍵注塑模設(shè)計 學(xué)生姓名 班級學(xué)號 專業(yè) 評閱 教師姓名 職稱 工作單位 評分內(nèi)容 具 體 要 求 總分 評分 開題情況 調(diào)研論證 能獨立查閱文獻資料及從事其他形式的調(diào)研，能較好地理解課題任務(wù)并提出實施方案，有分析整理各類信息并從中獲取新知識的能力。 10 外文翻譯 摘要及外文資料翻譯準(zhǔn)確，文字流暢，符合規(guī)定內(nèi)容及字?jǐn)?shù)要求。 10 設(shè)計質(zhì)量 論證、分析、設(shè)計、計算、結(jié)構(gòu)、建模、實驗正確合理。 35 創(chuàng)新 工作中有創(chuàng)新意識，有重大改進或獨特見解，有一定實用價值。 10 撰寫質(zhì)量 結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，文字通順，用語符合技術(shù)規(guī)范，圖表清楚，書寫格式規(guī)范，符合規(guī)定字?jǐn)?shù)要求。 15 綜合能力 能綜合運 用所學(xué)知識和技能發(fā)現(xiàn)與解決實際問題。 20 總評分 評閱教師 評閱意見 評閱成績 總評分 20% 評閱教師簽名 日期 畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯資格審查表 題 目 厚板料沖小孔模具設(shè)計及有限元模擬 學(xué)生姓名 學(xué) 號 專 業(yè) 指導(dǎo)教師 內(nèi)容綜述 ： 一、 設(shè)計步驟與方法 二、 （ 1）研究意義：查找相關(guān)資料了解厚板材料沖小孔研究； （ 2）實驗準(zhǔn)備：實驗所用材料及尺寸，實驗所用裝置； （ 3）對模具設(shè)計進行工藝分析 （ 4）實驗?zāi)＞咴O(shè)計：凹、凸模間隙，凹、凸模工作部 分尺寸及公差，凹凸模圓角半徑，凹、 凸模厚度及凹模外徑； （ 5）繪制二維模具圖； （ 6）用 設(shè)置三維圖，導(dǎo)入 進行數(shù)值模擬并進行分析； （ 7）撰寫設(shè)計說明書； （ 8）所有設(shè)計文檔、資料的整理、收尾、答辯。 二、 主要研究內(nèi)容 基本工序只有沖孔一道，即沖小孔，但是材料厚度較厚，這種沖孔已不是一個簡單的剪切過程，而是通過凸模將材料擠壓到凹?？變?nèi)再剪切的過程。在擠壓開始時，沖孔廢料部分被擠向孔的周邊，開模后，被擠向周邊的材料回彈將凸模咬死；另外，由于孔的形狀，大小及周邊孔的影響，使 得孔邊沿部分材料變形不一致，或者孔沖穿后，壓力機機身回彈產(chǎn)生的橫向力迫使上下模錯動而導(dǎo)致凸模折斷。因此，要保證厚料沖小孔過程的連續(xù)進行，就必須提高凸模工作時的強度和剛性，同時還要保證整個模具的剛性和穩(wěn)定性。 模具設(shè)計完畢后用 其進行數(shù)值模擬，更好的了解工件加工過程中各種參數(shù)的變化。 綜合各方面因素，本人認(rèn)為，整個畢業(yè)設(shè)計工作已基本完成，也較好地吻合畢業(yè)設(shè)計要求。因此，我鄭重地向各位老師提出答辯申請，懇請各位老師對我的答辯申請予以批準(zhǔn)，并批評指正我畢業(yè)設(shè)計中的不足，謝謝。 申請人簽名： 日期：年 月 日 資 格 審 查 項 目 是 否 01 工作量是否達到所規(guī)定要求 02 文檔資料是否齊全（任務(wù)書、開題報告、外文資料翻譯、定稿論文及其相關(guān)附件資料等） 03 是否完成任務(wù)書規(guī)定的任務(wù) 04 完成的成果是否達到驗收要求 05 是否剽竊他人成果或者直接照抄他人設(shè)計（論文） 指 導(dǎo)教師簽名： 畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯資格審查小組意見： 符合答辯資格，同意答辯 不符合答辯資格，不同意答辯 審查小組成員簽名： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯及最終成績評定表 系： 專業(yè)： 學(xué)生姓名 學(xué)號 班級 答辯 日期 課題名稱 厚板料沖小孔模具設(shè)計及有限元模擬 指導(dǎo) 教師 成 績 評 定 分值 評 定 小計 教師 1 教師 2 教師 3 教師 4 教師 5 課題介紹 思路清晰，語言表達準(zhǔn)確，概念清楚，論點正確，實驗方法科學(xué)，分析歸納合理，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)，設(shè)計（論文）有應(yīng)用價值。 30 答辯 表現(xiàn) 思維敏捷 ,回答問題有理論根據(jù)，基本概念清楚，主要問題回答準(zhǔn)確大、深入 ,知識面寬。 必 答 題 40 自 由 提 問 30 合 計 100 答 辯 評 分 分值： 答辯小組長簽名： 答辯成績 a： 40 指導(dǎo)教師評分 分值： 指導(dǎo)教師評定成績 b： 40 評閱教師評分 分值： 評閱教師評定成績 c： 20 最終評定成績： 分?jǐn)?shù)： 等級： 答辯委員會主任簽名： 年 月 日 說明：最終評定成績 a+b+c，三個成績的百分比由各系自己確定，但應(yīng)控制在給定標(biāo)準(zhǔn)的 10左右。 I 摘 要 本文詳細(xì)地闡述了 厚板料沖小孔 模具的設(shè)計及有限元模擬過程。首先 簡明敘述了現(xiàn)代國內(nèi)外模具發(fā)展概況， 通過有限元模擬分析模具可能出現(xiàn)的問題 ， 然后重點設(shè)計了沖裁模具中相關(guān)部件，如凹凸模、模架設(shè)計以及壓力機選擇，并對沖壓材料性能進行了分析。 最后 根據(jù)沖裁件的產(chǎn)品數(shù)量要求，以及結(jié)構(gòu)要求，設(shè)計出來整套模具。整個設(shè)計過程都是用 整個模具設(shè)計過程簡單明了。 利用 模具設(shè)計和成型工藝的指定提供參照依據(jù)。 在設(shè)計過程中首先使用 后在后導(dǎo)入 析工件上選取點的應(yīng)力、應(yīng)變以及應(yīng)變速率等相關(guān)因素，從而完成模具的整體設(shè)計以及有限元模擬，對直接指導(dǎo)生產(chǎn)有一定的意義。 關(guān)鍵詞 ： 厚板料 ；沖小孔；參數(shù)化設(shè)計 ；有限元模擬 he of a on in by to on of in as of to of of we of We AD in of to we to of AD in D D to of be to 目 錄 摘要 前 言 . 1 具行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀 . 1 國模具發(fā)展的現(xiàn)狀 . 1 數(shù)化技術(shù)及有限元模擬慨述 . 2 2 工件成型工藝性分析 . 5 釘塊二維圖 . 5 構(gòu)特征分析及成型工藝性分析 . 5 構(gòu)特性分析 . 5 型工藝性分析 . 6 裁件材料的基本性能 . 6 3 厚板沖小孔有限元模擬及其相關(guān)分析 . 8 限元模擬及厚板沖小孔概述 . 8 限元模擬 . 8 板沖裁模擬概述 . 8 屬彈塑性大變形的有限元模擬 . 9 料斷裂準(zhǔn)則及斷裂模擬 . 10 限元網(wǎng)格重劃分 . 11 入 相關(guān)準(zhǔn)備 . 11 裁加工模擬的建模 . 12 處理 . 13 擬過程線框圖 . 15 處理器 . 15 擬結(jié)果及討論 . 17 結(jié)論 . 18 4 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 19 算沖壓力 . 19 裁力 . 19 料力及推料力 . 19 沖壓力 . 20 裁間隙 . 20 凹模工作部分尺寸與公差 . 20 孔凸模的結(jié)構(gòu)設(shè) 計 . 22 孔凸模的長度尺寸 . 22 孔凸模工作部分結(jié)構(gòu)如下圖 . 22 孔凸模的強度校核 . 23 模的結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 23 模板的材料，外形和尺寸 . 23 模板的厚度 . 23 模板上孔壁的最小尺寸 . 23 模工作部分結(jié)構(gòu)圖 . 24 5 沖壓成形工藝與設(shè)備 . 25 壓工藝方案及模具形式的確定 . 25 序的確定 . 25 具形式的確定 . 25 壓設(shè)備的確定 . 25 格選用原則 . 25 備及相關(guān)模架確定 . 26 力機確定及 其參數(shù) . 26 架相關(guān)確定 . 27 具整體設(shè)計形式 . 32 6 填寫沖壓工藝卡和編寫技術(shù)文件 . 35 參考文獻 . 37 致 謝 . 38 1 1 前 言 具行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀 模具行業(yè)是制造業(yè)中的一項基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是技術(shù)成果轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)，同時本身又是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要領(lǐng)域。模具技術(shù)水平的高低，決定 著 產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn) 品開發(fā)能力，它已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志 。 現(xiàn)代模具工業(yè)有“不衰亡工業(yè)”之稱。世界模具市場總體上供不應(yīng)求， 市場需求量維持在每年 600 億至 650 億美元， 同時， 我國的模具產(chǎn)業(yè)也迎來了新一輪的發(fā)展機遇。近幾年， 我國模具產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值保持 13%的年增長率 ( 據(jù)不完全統(tǒng)計， 2004 年國內(nèi)模具進口總值達到 600 多億， 同時， 有近 200 個億的出口 ) ， 到 2005 年模具產(chǎn)值已達 650 億元， 模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件出口 2005 已達到 2 億美元左右。單就汽車產(chǎn)業(yè)而言， 一個型 號的汽車所需模具達幾千副， 價值上億元， 而當(dāng)汽車更換車型時約有 80%的模具需要更換。 2003 年我國汽車產(chǎn)銷量均突破 400 萬輛， 2004 年產(chǎn)銷量各突破 500 萬輛， 轎車產(chǎn)量將達到 260 萬輛。另外， 電子和通訊產(chǎn)品對模具的需求也非常大， 在發(fā)達國家往往占到模具市場總量的 20%之多。目前， 電子、汽車、電機、電器、儀器、儀表、家電、通訊和軍工等產(chǎn)品中， 60%- 80%的零部件， 都要依靠模具成型。用模具成型的制件所表現(xiàn)出來的高精度、高復(fù)雜性、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗， 是其他加工制造方法所無法比擬 。模具在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和開發(fā)能力。日前， 據(jù)第十一屆中國國際模具技術(shù)和設(shè)備展覽會主辦方之一的中國模具工業(yè)協(xié)會透露，我國模具行業(yè)的生產(chǎn)企業(yè)和職工總數(shù)在世界上的排名已躍居第一， 生產(chǎn)銷量排名世界第三。有關(guān)資料顯示， 在我國， 模具直到 1987 年才正式成為一個行業(yè)，與世界發(fā)達工業(yè)國家的模具業(yè)相比， 我國模具業(yè)的起步要晚幾十年，但近 20 年的努力發(fā)展取得了長足的進步。 國模具發(fā)展的現(xiàn)狀 改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，市場對模具的需求量不斷增長。近年來，模具工業(yè)一直以 15%左右的增 長速度快速發(fā)展，模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化，除了國有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨資和私營也得 2 到了快速發(fā)展。浙江寧波和黃巖地區(qū)的“模具之鄉(xiāng)”；廣東一些大集團公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，科龍、美的、康佳等集團紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資和外商獨資的模具企業(yè)現(xiàn)已有幾千家。 隨著與國際接軌的腳步不斷加快，市場競爭的日益加劇，人們已經(jīng)越來越認(rèn)識到產(chǎn)品質(zhì)量、成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性。而模具制造是整個鏈條中最基礎(chǔ)的要素之一，模具制造技術(shù)現(xiàn)已成為衡量一國產(chǎn)品制造水平的重要標(biāo)志和發(fā)展程度的標(biāo)志之一 。 目前，我國的模具技術(shù)有了很大發(fā)展，模具的精密度、復(fù)雜程度和壽命都有很大提高。如，主要的汽車模具企業(yè)已能生產(chǎn)大型、精密的轎車覆蓋件模具；體現(xiàn)高水平制造技術(shù)的多工位級進模的覆蓋面增加；塑料模熱流道技術(shù)日漸成熟，氣體輔助注射技術(shù)開始采用；壓鑄工藝得到發(fā)展。此外， 術(shù)得到廣泛應(yīng)用，高速加工、復(fù)合加工等先進的加工技術(shù)也得到進一步推廣；快速原型進展很快；模具的標(biāo)準(zhǔn)化程度也有一定提高。但是，由于我國的模具行業(yè)起步較晚，與國外相比差距任然不小。 在總量供不應(yīng)求的同時，一些低檔塑料模具已供過于求，市場 競爭激烈；一些技術(shù)含量不太高的中檔塑料模具也有一些趨向于供過于求，然而 精密加工設(shè)備還很少， 一些大型、精密、復(fù)雜、長壽命的中高檔塑料模具每年仍大量進口。 許多先進的技術(shù)如技術(shù)的普及率還不高， 我國塑料模具行業(yè)與其發(fā)展需要和國外先進水平相比，還存在很多方面的問題。 現(xiàn)在國外發(fā)達國家模具標(biāo)準(zhǔn)化程度為 70 80，而我國只有 30左右。如能廣泛應(yīng)用模具標(biāo)準(zhǔn)件，將會縮短模具設(shè)計制造周期 25 40，并可減少由于使用者自制模具件而造成的工時浪費。現(xiàn)在應(yīng)用模具 術(shù)設(shè)計模具已較為普遍，隨著 通用機械 料注射模 上世紀(jì) 60 年代基于線框模型的 統(tǒng)開始， 到 70 年代以曲面造型為核心的 統(tǒng)， 80 年代實體造型技術(shù)的成功應(yīng)用， 90 年代基于特徵的參數(shù)化實體 /曲面造型技術(shù)的完善，為塑料注射模采用 術(shù)提供了可靠的保證。目前在國內(nèi)外巿場已涌現(xiàn)出一批成功應(yīng)用于塑料注射模的 且通過推廣使用模具標(biāo)準(zhǔn)件，實現(xiàn)了部分資源共享，這樣就大大減少模具設(shè)計的工作量和工作時間，對于發(fā)展 術(shù)、提高 模具的精密度有重要意義。 因此， 模具成為 國家重點鼓勵與支持發(fā)展的技術(shù)和產(chǎn)品 。 現(xiàn)代模具是多學(xué)科知識集聚的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一部分，是國民經(jīng)濟的裝備產(chǎn)業(yè)，其技術(shù)、資金與勞動相對密集。 數(shù)化技術(shù)及有限元模擬慨述 參數(shù)化技術(shù) 是當(dāng)前 術(shù)重要的研究領(lǐng)域之一，通過改動圖形某一部分或某幾部分的尺寸，自動完成對圖形中相關(guān)部分的改動，從而實現(xiàn)尺寸對圖形的驅(qū) 3 動。在設(shè)計過程中，系統(tǒng)自動地捕獲用戶的設(shè)計意圖，并把各個設(shè)計對象以及對象之間的關(guān)系記錄下來，當(dāng)用戶修改圖紙中的設(shè)計參數(shù)時，系統(tǒng)能夠自動地更新圖紙，使圖紙中反映用戶設(shè)計 意圖的設(shè)計對象之間的關(guān)系依舊可以維持。參數(shù)化設(shè)計技術(shù)以其強有力的草圖設(shè)計 、尺寸驅(qū)動修改圖形功能，極大地改善了圖形的修改手段，提高了設(shè)計的柔性，在慨念設(shè)計、初始設(shè)計、產(chǎn)品建模及修改系列設(shè)計、多方案比較、動態(tài)設(shè)計、實體造型、裝配、公差分析與綜合、機構(gòu)仿真、優(yōu)化設(shè)計等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越大的作用，并體現(xiàn)出很高的應(yīng)用價值，能否實現(xiàn)參數(shù)化目前已成為評價 合了零件設(shè)計、產(chǎn)品組合、模具開發(fā)、 金件設(shè)計、鑄造件設(shè)計、自動量測、機構(gòu)仿真、應(yīng)力分析等功能于一體。是 塑料模具實現(xiàn)參數(shù)化的一個必備的軟件。 E 是 門用來建立各種標(biāo)準(zhǔn)模架及模具標(biāo)準(zhǔn)件和滑塊、斜銷等附件，能夠建立冷卻水管，能夠自動產(chǎn)生模具工程圖和明細(xì)表，還可以模擬模具開模過程進行動態(tài)仿真和干涉檢查，并可將仿真結(jié)果輸出成視頻文件，是個功能非常強大且使用非常方便的模具設(shè)計工具。 建模、成形、熱傳導(dǎo)和成形設(shè)備特性進行模擬仿真分析 ， 適用于熱、冷、溫成形 ， 并提供極有價值的工藝分析數(shù)據(jù)。如 :材料流動、模具填充、鍛造負(fù)荷、模具應(yīng)力、晶粒流動、金屬微結(jié)構(gòu)和缺陷產(chǎn)生發(fā)展情況等。 不需要人工干預(yù) ， 全自動網(wǎng)格再剖分 ;前處理中自動生成邊界條件 ， 確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)備快速可靠 ;單步模具應(yīng)力分析方便快捷 ， 適用于多個變形體、組合模具、帶有預(yù)應(yīng)力環(huán)時的成形過程分析 ;材料模型有彈性、剛塑性、熱彈塑性、熱剛粘塑性、粉末材料、剛性材料及自定義類型 ;實體之間或?qū)嶓w內(nèi)部的熱交換分析既可以單獨求解 ， 也可以耦合在成形模擬中進行分析。這些特點使 3 擬處理器和后處理器三大模塊組成。 前處理器 前處理器包括三個子模塊數(shù)據(jù)輸入模塊 ， 便于數(shù)據(jù)的交互式輸入 ， 如 : 初始速度場、溫度場、邊界條件、沖頭行程以及摩擦系數(shù)等初始條件。網(wǎng)格的自動劃分與自動再劃分模塊。數(shù)據(jù)傳遞模塊 ， 當(dāng)網(wǎng)格重劃分后 ， 能夠在新舊網(wǎng)格之間實現(xiàn)應(yīng)力、應(yīng)變、速度場、邊界條件等數(shù)據(jù)的傳遞 ， 從而保證計算的連續(xù)性。 模擬處理器 4 真正的有限元分析過程是在模擬處理器中完成的 ， 行時 ， 首先通過有限元離散化將平衡方程、本構(gòu)關(guān)系和邊界條件轉(zhuǎn)化為非線形方程組 ， 然后通過直接迭代法和 求解的結(jié)果以二進制的形式進行保存 ， 用戶可在后處理器中獲取所需要的結(jié)果。 后處理器 后處理器用于顯示計算結(jié)果 ， 結(jié)果可以是圖形形式 ， 也可以是數(shù)字、文字混編的形式?？色@取的結(jié)果可為每一步的有限元網(wǎng)格 ; 等效應(yīng)力、等效應(yīng)變以及破壞程度的等高線和等色圖 ;速度場 ; 溫度場 ; 行程載荷曲線等。此 外用戶還可以列點進行定點跟蹤 ， 對個別點的軌跡、應(yīng)力、應(yīng)變、溫度等進行跟蹤觀察 ，并可根據(jù)需要抽取數(shù)據(jù)。 5 2 工件成型工藝性分析 釘塊二維圖 圖 1 鉤錠塊二維圖 構(gòu)特征分析及成型工藝性分析 構(gòu)特性分析 該塑件為鉤錠塊，其二維圖尺寸如圖 示，工件的壁厚為 大批量生產(chǎn)，材料為 型工藝性一般，尺寸較小，厚度較厚，批量較小，屬普通沖壓件。 6 型工藝性分析 沖壓件的工藝性是指沖壓件對沖壓工藝的適應(yīng)性。沖裁件的工藝性是否合理，對沖 裁件的質(zhì)量、模具壽命和生產(chǎn)率有很大影響，在一般情況下，對沖壓件工藝性影響最大的幾何形狀尺寸和精度要求。良好的沖壓工藝性應(yīng)能滿足材料較省、工序較少、模具加工較容易、壽命較高、操作方便及產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等要求。 該沖裁件工藝性分析如下： （ 1） 此沖裁件的形狀不規(guī)則，尺寸較小，厚度較厚，批量較小，屬普通沖壓件； （ 2） 此沖裁件的外形轉(zhuǎn)角處都有適當(dāng)?shù)膱A角，這樣可以延長模具壽命，此沖裁件標(biāo)出了沖裁邊的交角； （ 3） 此沖裁件孔到零件邊緣的距離都符合要求，能夠使模具強度和制件質(zhì)量達到要求 ； （ 4） 此沖裁件孔 R= 頭須有一定的凸模強度和穩(wěn)定性； （ 5） 此沖裁件精度采用 （ 6） 此沖裁件的平面度和直線度的公差等于被測表面最大輪廓尺寸的 （ 7） 此普通沖裁件的孔壁的表面粗糙度值為 刺高度要求不大于 許有嚴(yán)重開裂； （ 8） 由于沖切對象上一道的落料工序為了延長模具壽命，采用大間隙，會使得工件邊緣的塌角較大。這樣一來，在沖孔時，容易使得沖頭在接觸工件塌角表面后打滑，顯著降低沖頭的穩(wěn)定性。 綜上所述，該錠鉤塊沖小孔工序的工藝性較差，在模具結(jié)構(gòu)上應(yīng)該盡量保證模具的結(jié)構(gòu)剛性、模具工作部件的夾裝牢 固，同時應(yīng)該允許一定的沖頭的報廢率。 裁件材料的基本性能 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 ，屈服極限 235右， 并會隨著材質(zhì)的厚度的增加而使其屈服值減小。由于含碳適中，綜合性能較好，強度、塑性和焊接等性能得到較好配合，用途最廣泛。常軋制成盤條或圓鋼、方鋼、扁鋼、角鋼 、 工字鋼 、 槽鋼 、窗框鋼等 型鋼 ，中厚鋼板。大量應(yīng)用于建筑及工程結(jié)構(gòu)。用以制作鋼筋或建造廠房房架、高壓輸電鐵塔、橋梁、車輛、鍋 爐、容器、船舶等，也大量用作對性能要求不太高的機械零件。 C、 D 級鋼還可作某些專業(yè)用鋼使 用。 （ 1） 下面是在對應(yīng)條件下 的化學(xué)成分，力學(xué)性能以及許用應(yīng)力 7 表 1 鋼的化學(xué)化學(xué)成分 (%) C P S 表 2 鋼板的力學(xué)性 能 板厚（ b( s( s(%) 2 3 375 500 235 20 3 21 4 22 4 16 375 500 235 25 表 3 鋼板在下列溫度下的許用應(yīng)力（ 板厚（ 20 () 100() 150() 200() 250() 3 4 113 113 113 105 94 16 113 113 113 105 94 8 3 厚板沖小孔有限元模擬及其相關(guān)分析 限元模擬及厚板沖小孔概述 限元模擬 隨著沖壓技術(shù)的快速發(fā)展及其應(yīng)用范圍的不斷擴大，許多結(jié)構(gòu)零件、受力構(gòu)件等采用厚鋼板沖制而成 降低生產(chǎn)成本。但是厚鋼板沖裁 時，特別是 t4， d/t 沖孔，由于沖頭受力條件惡劣，在設(shè)計、制造、使用過程中的各種原因都可能導(dǎo)致沖頭彎曲、崩刃、折斷、磨損嚴(yán)重使模具壽命過低以致于無法實施生產(chǎn)，模具壽命是衡量模具技術(shù)和經(jīng)濟水平的重要指標(biāo)，大幅度提高模具壽命是我國模具工業(yè)發(fā)展中的一個重要內(nèi)容。綜合借鑒國內(nèi)外大量技術(shù)資料的基礎(chǔ)上，針對工廠中常用的厚板材條件下(41930 3080 80120 120180 180260 260360 050 360500 500 表 6得 0 . 0 2 0 ; 0 . 0 2 0m m m校核間隙 因為 ,i nm a x 說明所取凸，凹模公差滿足 ,m a x 這個條件 查表 1得 X=沖孔計算公式如下： 0m i n() （ 10） m i n 0()d z （ 11） 式中 沖孔凸模刃口設(shè)計尺寸 );(d 沖孔凹模刃口設(shè)計尺寸 );( 2