757 厚板料沖小孔模具設(shè)計(jì)及有限元模擬【全套16張CAD圖+PROE模型+文獻(xiàn)翻譯+說(shuō)明書(shū)】
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開(kāi)題報(bào)告
題 目
厚板料沖小孔模具設(shè)計(jì)及有限元模擬
學(xué)生姓名
班級(jí)學(xué)號(hào)
專業(yè)
一、課題的目的和意義：
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,市場(chǎng)對(duì)模具的需求量不斷增長(zhǎng)。人們已經(jīng)越來(lái)越認(rèn)識(shí)到產(chǎn)品質(zhì)量、成本和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力的重要性,而模具制造是整個(gè)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(gè)國(guó)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(lái)的無(wú)限挑戰(zhàn)，在畢業(yè)之際選擇一個(gè)沖壓模具方面的設(shè)計(jì)論文，目的是想豐盈自己的翅膀，為將來(lái)在工作崗位上有更好的發(fā)展而搶得先機(jī).在短暫而又重要的十幾周里,通過(guò)老師指導(dǎo)和自學(xué)有關(guān)書(shū)籍，查閱期刊，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。從而能夠?qū)δ＞哂辛艘粋€(gè)更深刻地認(rèn)識(shí)?對(duì)其工藝分析?分類(lèi)?結(jié)構(gòu)名稱以及作用等方面有個(gè)嶄新的詮釋。初步達(dá)到了獨(dú)立完成簡(jiǎn)單模具設(shè)計(jì)的目的及對(duì)模具的自我理解。
二、文獻(xiàn)綜述（相關(guān)課題國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀）
從1839年英國(guó)成立的schuler公司算起現(xiàn)代沖壓模具制造技術(shù)已有168年的歷史，但我國(guó)的沖壓技術(shù)卻一直是發(fā)展緩慢。1984中國(guó)才成立模具工業(yè)協(xié)會(huì)，1986年中國(guó)模具工業(yè)產(chǎn)值僅有29億元。當(dāng)時(shí)生產(chǎn)模具的企業(yè)也只有幾千家而已。1993年3月國(guó)務(wù)院頒布了《關(guān)于當(dāng)前產(chǎn)業(yè)的改革政策要點(diǎn)的決定》，把模具擺在了機(jī)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(guó)家的一個(gè)產(chǎn)業(yè)政策。2005年中國(guó)模具工業(yè)產(chǎn)值達(dá)到610億元,增長(zhǎng)率保持在25%的高水平。除了國(guó)有專業(yè)模具廠外,廣東的中外合資和外商獨(dú)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(yù)為“模具之鄉(xiāng)”。在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中模具的生產(chǎn)技術(shù)及規(guī)模也不斷提高。
改革開(kāi)放使得我國(guó)的經(jīng)濟(jì)進(jìn)入高速發(fā)展的時(shí)期，模具的市場(chǎng)的需求量也進(jìn)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(lái)的模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分的巨大變化，一些國(guó)有專業(yè)模具廠也如雨后春筍般的建立起來(lái)，同時(shí)也帶來(lái)了以集體、獨(dú)資、私營(yíng)和合資等形式的快速發(fā)展。
2006年吉林大學(xué)汽車(chē)覆蓋件成型技術(shù)所獨(dú)立研制的汽車(chē)覆蓋件沖壓成型分析KMAS軟件、華中理工大學(xué)模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的汽車(chē)覆蓋件模具和級(jí)進(jìn)模CAD/CAE/CAM軟件、上海交通大學(xué)模具CAD國(guó)家工程研究中心開(kāi)發(fā)的冷沖模和精沖模CAD軟件等在國(guó)內(nèi)模具行業(yè)擁有不少的用戶。國(guó)內(nèi)的模具企業(yè)也在充分抓住汽車(chē)工業(yè)所帶來(lái)的發(fā)展契機(jī),加大設(shè)備、產(chǎn)品、生產(chǎn)規(guī)模的升級(jí)步伐,積極開(kāi)拓國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)。
然而,與國(guó)際先進(jìn)水平相比,中國(guó)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(zhǎng)等方面,模具壽命也只有國(guó)際先進(jìn)水平的50%左右,大型、精密、技術(shù)含量高的轎車(chē)覆蓋件沖壓模具和精密沖裁模具,每年都需要花費(fèi)大量資金進(jìn)口，具體如下：
1沖壓模具CAD/CAE/CAM技術(shù)的開(kāi)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(jì)中采用了CAD技術(shù),距拋開(kāi)繪圖板還有漫長(zhǎng)的一段路要走;在應(yīng)用CAE進(jìn)行模具方案設(shè)計(jì)和分析計(jì)算方面,也才剛剛起步,在應(yīng)用CAM技術(shù)制造模具方面,由于缺乏先進(jìn)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(xiàng)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(guó)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(duì)模具的需求量加大。但是,我國(guó)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(zhǎng)、精度差、效率低,還不能適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(yàn)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(rùn)滑技術(shù)、型腔傳感及潤(rùn)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(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)。
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(chē)制造業(yè)中被大量使用的模具是沖壓模。5年來(lái),汽車(chē)模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用覆蓋率盡管有了較大增長(zhǎng),已從20世紀(jì)末的25%~30%提高到目前的45%左右。但這種增長(zhǎng)距國(guó)際先進(jìn)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(chē)模具交貨期長(zhǎng),也是我國(guó)成為模具進(jìn)口大國(guó)的重要原因之一。
為了促進(jìn)我國(guó)沖壓模具技術(shù)的發(fā)展,從計(jì)算機(jī)技術(shù)、先進(jìn)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(guó)沖壓模具的技術(shù)現(xiàn)狀。結(jié)果表明:經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,我國(guó)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(jìn)水平同步。以汽車(chē)覆蓋件為代表的大型、復(fù)雜、精密沖壓模,用CAD/CAM/CAE軟件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)和模擬,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(shì)。
總之，我國(guó)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(wú)論哪一行業(yè)的工程裝備,都越來(lái)越多地采用由模具工業(yè)提供的產(chǎn)品。尤其近年來(lái)我國(guó)汽車(chē)工業(yè)的超高速發(fā)展,給模具行業(yè)帶來(lái)了無(wú)限商機(jī)。為了適應(yīng)用戶對(duì)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(jìn)制造技術(shù)來(lái)提升競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力,來(lái)滿足各行各業(yè)對(duì)模具這一基礎(chǔ)工藝裝備的迫切需求。展望未來(lái),趕超世界模具制造技術(shù)的先進(jìn)水平尚需我們做出不懈的努力!
三、采用的設(shè)計(jì)方案（基本理論）與技術(shù)路線
1、設(shè)計(jì)方案（基本理論）
這次設(shè)計(jì)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(jì)一個(gè)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(gè)小孔。這里主要采用多孔沖裁壓角復(fù)合模，并配有自動(dòng)送出件杠桿機(jī)構(gòu)以提高生產(chǎn)效率。最后為了避免自動(dòng)送出件機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與模具發(fā)生干涉，可在三維軟件Pro/E和deform軟件中設(shè)計(jì)自動(dòng)送出件機(jī)構(gòu)，然后模擬其運(yùn)動(dòng)過(guò)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(shí)更改，精確完成設(shè)計(jì)任務(wù)。
因給定的設(shè)計(jì)參數(shù)中對(duì)零件尺寸公差沒(méi)有什么特殊的要求，故此可按TI12級(jí)選擇，該工件外形規(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(jì)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(shí)出現(xiàn)，從而減少總沖裁力。當(dāng)幾個(gè)凸模直徑相差懸殊，而相距又很近時(shí)，為了提高模具壽命，避免小直徑凸模由于承受材料流動(dòng)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Ｈ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(jì)安裝一個(gè)自動(dòng)送出件機(jī)構(gòu)。
在自動(dòng)送出件機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，要求所設(shè)計(jì)的平面連桿機(jī)構(gòu)不僅能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)，而且還要使傳遞的動(dòng)力盡可能發(fā)揮有效的作用。一般情況下，壓力角越小，對(duì)機(jī)構(gòu)工作越有利。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中，在某一特定點(diǎn)，整個(gè)機(jī)構(gòu)處于靜止?fàn)顟B(tài)這種位置成為機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)，一般應(yīng)避免但也可以利用它實(shí)現(xiàn)一定的工作要求。同時(shí)，使機(jī)構(gòu)與壓力機(jī)滑塊的聯(lián)接容易，機(jī)構(gòu)調(diào)整較方便。應(yīng)用平面連桿機(jī)構(gòu)以及推板裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)較大的送料行程，該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性與壓力機(jī)滑塊的運(yùn)動(dòng)特性相關(guān)，送進(jìn)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(jì)應(yīng)該先確定自動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作過(guò)程。其工作過(guò)程如下：當(dāng)壓床滑塊上行時(shí)，制件被凸模帶起。出件機(jī)構(gòu)在上底板和連桿的帶動(dòng)下向沖模中心移動(dòng)，同時(shí)送件機(jī)構(gòu)在上底板和連桿的帶動(dòng)下繞軸向上轉(zhuǎn)動(dòng)，預(yù)先放置在其上面的工件就向沖模中心滑動(dòng)，直到碰到限位角鋼時(shí)為止。當(dāng)壓床滑塊接近上死點(diǎn)時(shí)，制件被由退料板、推銷(xiāo)、推板、推桿組成的退料機(jī)構(gòu)推下后沿出件機(jī)構(gòu)滑出。出件機(jī)構(gòu)側(cè)面由導(dǎo)輪導(dǎo)正，并在導(dǎo)輪上滑動(dòng)。退件機(jī)構(gòu)也自沖模中心位置退出，當(dāng)壓床滑塊到下死點(diǎn)時(shí)，完成對(duì)工序件的沖孔和壓角工作。此過(guò)程是送出件的關(guān)鍵。
2、可能存在的問(wèn)題
第一，因?yàn)榇四＞邘в凶詣?dòng)送出件機(jī)構(gòu)，則自動(dòng)送出件機(jī)構(gòu)與模具各自設(shè)計(jì)的尺寸誤差，可能造成干涉現(xiàn)象。
第二，由于工件較厚（t=4.5），在沖孔過(guò)程中凸?？赡茉谙聣哼^(guò)程或者沖孔完畢卸料時(shí)失效發(fā)生斷裂。
四、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)
1、課題名稱
厚板沖小孔模具設(shè)計(jì)及有限元模擬
工件成形后的形狀如圖:
材料為普通碳素鋼Q235，料厚4.5mm,尺寸精度要求為IT12級(jí)，形狀精度要求高。
2、 設(shè)計(jì)內(nèi)容與步驟
1) 根據(jù)題目要求，分析沖壓件的形狀特點(diǎn)、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(jì)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(diǎn)、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(jī)械化、自動(dòng)化裝置的可能，選定沖模類(lèi)型及結(jié)構(gòu)型式，繪制模具結(jié)構(gòu)草圖。
3) 在最經(jīng)濟(jì)的原則下，決定毛坯的形狀、尺寸和下料方式。
4) 計(jì)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(jī)并把所選用的壓力機(jī)的類(lèi)型、型號(hào)、規(guī)格確定下來(lái)。
6) 根據(jù)上述分析、計(jì)算及方案論證后，繪制模具總裝配圖及零件圖。
7) 通過(guò)Deform-3D軟件對(duì)工件加工過(guò)程中一些參數(shù)進(jìn)行模擬，分析材料變形過(guò)程中的變形行為與工藝參數(shù)。
8) 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；
9) 所有設(shè)計(jì)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(jì)過(guò)程進(jìn)度計(jì)劃
（1）第五周：完成以上設(shè)計(jì)內(nèi)容中的“1”
（2）第六周：完成以上設(shè)計(jì)內(nèi)容的“2”
（3）第七八周：完成以上設(shè)計(jì)內(nèi)容的“3”
（4）第九十周：完成以上設(shè)計(jì)內(nèi)容的“4-5”
（5）第十一、十二周：完成以上設(shè)計(jì)內(nèi)容中的“6-7”
（6）第十三、十四周：完成以上設(shè)計(jì)內(nèi)容中的“8”
（6）第十五周：完成以上設(shè)計(jì)內(nèi)容中的“9”
指導(dǎo)教師批閱意見(jiàn)
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