开题报告-某直升机内部托架冲压成形工艺分析及模具设计.doc

毕业设计（论文）开题报告题 目 某直升机内部托架冲压成形工艺 分析及模具设计 学 院 名 称 航空制造工程学院 专 业 名 称 机械设计制造及其自动化班 级 学 号 学 生 姓 名 指 导 教 师 二O一五年 三月 9一、选题的依据及意义冲压加工在现代工业生产中，尤其是大批量生产中应用十分广泛。不少过去用锻造、铸造和切削加工方法制造的零件，现在大多数也被质量轻、刚度好的冲压件所代替。所以本次毕业设计的“某直升机内部托架冲压成形工艺分析及模具设计”选题具有较强的实际应用和研究价值。冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）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（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程术。冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。模具是高新技术产业的一个组成部分，是工业生产的重要基础装备，用模具生产的产品，其价值往往是模具价值的几十倍。模具技术是一门技术综合性强的精密基础工艺装备技术，涉及新技术、新工艺、新材料、新设备的开发与推广应用，是冶金、材料、计量、机电一体化、计算机等多门学科以及铸、锻、热处理、机加工、检测等诸多工种共同打造的系统工程。用模具生产制品具有高效率、低消耗、高一致性、高精度和高复杂程度等特点，这是其他任何加工制造方法所不及的。模具很大程度上决定产品的质量、效益和新产品的开发能力。模具制造的质量将直接影响产品性能水平的高低，在大批量生产背景下，模具设计有着重大的意义。 二、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）冲压加工工艺在我国已有悠久的历史。据文献记载：我国劳动人民远在青铜时期就发现了金属具有锤击变形的性能，到了战国时代（公元前403 前221 年）已经能炼剑淬火。我们的祖先在2300 年前已掌握了锤击金属制造兵器和各种日用品技术。在漫长的封建社会时期，我国劳动人民在金、银、铜装饰品和日用品的制作中，更是显示出了精巧的工艺技术和高超的艺术水平，令人叹为观止。近代，从上个世纪20 年代开始，金属制品、玩具和小五金等行业就开始使用冲床、压力机等简易机械设备及相应的模具加工产品的毛坯或某些零部件，其中的“刀口模子”专门用于落料、冲孔，“坞工模子”可用于金属拉伸。由于生产力较为低下，技术水平不够，当时各厂使用的冲压设备功率都不大，甚至大多还是手扳脚踏。模具加工业以手工为主，故而模具的精度不高，损坏率大。直到20 世纪40 年代初，出现水压机冷冲模具。50 年代公私合营后，增添了磨床、铣床和锯床等设备，又配上硬度计、外径内径测定器和块规等较为精密的测量设备，冷冲模具的精度得以提高。六七十年代，随着产品生产大量使用冲压机床，冷冲模具已从原来单冲落料、单冲孔模具发展为落料、冲孔复合模。同时由于冷冲模架标准件的出现，使模具设计结构形式多样化，精度也由此提高。与此同时，随着热处理技术的进步和检测手段的完善，冷冲模具使用寿命提高5 7 倍。这一时期，还由于成型磨削、电脉冲和线切割机等机床相继使用，又采用硬质合金为模具材料，冷冲模具的制作工艺有了新的发展。设计人员改进制模工艺，具有自动送料、自动理片和接料装置的复合模具大量问世。靠模铣床引进后，用石膏、木模或实物即可翻制出相同形状的模芯，使复合拉深模具的制作方便了许多，确保了精度。70 年代以后，使用斜度线切割机加工冷冲模具，其凸模（冲头）和凹模可先淬火处理再切割装配，取代了原来冲模具制作需要热处理装配变形修正的繁琐工艺，模具的精度可达到0.01mm。可以说这段时间我国的模具产业发展日新月异。到了21 世纪，随着计算机软件的发展和进步，CAD/CAE/CAM 技术日臻成熟，其现代模具中的应用越来越广泛。1模具CAD/CAE/CAM技术的集成及其特点 现代化的模具制造加工业，应以使用模具CAD/CAE/CAM技术来实现优质、高效、低成本的产品生产为目标以适应用户对产品个性化的追求。在我国，有许多模具企业大都凭经验或已经在设计、制造等方面分散使用CAD/CAE/CAM单项技术来实现生产， 这种“自动化孤岛”的方法使整个生产过程资源共享率低、信息不流畅，导致研制产品周期长、更新换代慢，难以在国际竞争中生存和发展。国外推广CAD/CAE/CAM技术成功的经验表明：企业取得显著效益，很多是从集成应用中得到的，而不是单项应用的结果。从CAD/CAE/CAM一体化的角度来说，其发展趋势是集成化、三维化、智能化和网络化，其中心思想是让用户在统一的环境中实现CAD/CAE/CAM协同作业，以便充分发挥各单元的优势和功效。1.1模具软件功能集成化模具软件功能的集成化要求软件的功能模块比较齐全，同时各功能模块采用同一数据模型，以实现信息的综合管理与共享，从而支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程，达到实现最佳效益之目的。如英国Delcam公司的系列化软件就包括了曲面/实体几何造型、复杂形体工程制图、工业设计高级渲染、塑料模设计专家系统、复杂形体CAM、艺术造型及雕刻自动编程系统、逆向工程系统及复杂形体在线测量系统等；以色列Cimatron公司的Cimatron系统中包括几何造型、模具专家、逆向工程、模架库、NC加工及产品数据管理系统；澳大利亚Moldflow公司注塑成型系列分析软件MPA（塑件顾问）、MPX（注塑专家）、MPI（流动、冷却、翘曲等）以及模具设计系统等；美国PTC公司CAD/CAE/CAM集成软件系统Pyo/E；美国EDS公司的UG；美国SDRC公司的I-DEAS集成化CAD/CAE/CAM软件，该软件在曲面设计、实体造型、仿真分析、制造、测试和并行工程等方面具有强大的功能，国际上有福特等许多汽车公司将它作为主流软件；美国Solidworks公司的Solidworks软件、C-mold公司的注塑模CAE分析软件C-mold具备复杂曲面设计和数据仿真功能的法国Dassault公司CATIA软件的曲面造型功能较强；法国Missler公司的Tpsolid系统提供了注射模Mold和级进模Progress完全集成的CAD/CAM全面解决方案； 德国MAGMA公司的铸造过程流动与凝固分析软件MAGAMASOFT及IKV研究所的CAD MOULD；国外使用较多的还有外型设计的Alias/ICEM、实物造型的Surface、板料冲压仿真的LS-DYNA、DYNAFORM模具设计的VAMOS及制造系统仿真的SIMPLE+等。国内有上海交通大学金属塑性成型有限元分析系统和冲裁模CAD/CAM系统；北京北航海尔软件有限公司的CAXA系列软件；吉林金网格模具工程研究中心的冲压模CAD/CAE/CAM系统，其主要功能有板料冲压过程模拟、预示成形缺陷、压机速度分析、坯料形状优化和各向异性、回弹预测等。1.2 模具设计、分析及制造的三维化传统的二维模具结构设计已越来越不适应现代化生产和集成化技术要求。模具设计、分析、制造的三维化、无纸化要求新一代模具软件以立体的、直观的感觉来设计模具，所采用的三维数字化模型能方便地用于产品结构的CAE分析、模具可制造性评价和数控加工、成形（型）过程模拟及信息的管理与共享。如Pro/E、UG、I-DEAS、CATIA等软件具备参数化、基于特征、全相关等特点，从而使模具并行工程成为可能。另外，Cimatron公司的Moldexpert、Delcam公司的Ps-mold及日立造船的Space-E/mold均采用了3D专业注射模设计软件，可进行交互式3D型腔、型芯设计、模架配置及典型结构设计。澳大利亚Moldflow 公司三维真实感流动模拟软件MoldflowAdvisers 受到用户广泛的应用和好评。美国C-mold公司3D Quickfill也有类似功能。 国内有华中科技大学研制的同类软件HSC3D4.5F及郑州工业大学Z-mold软件。上海交通大学开发了金属塑性成形三维有限元仿真系统。北航海尔软件公司的CAXA 三维电子图板2000 和制造工程师2000能进行3D 零件设计和NC 加工，其特点是基于3D参数化特征设计，实现了实体、曲面和NC加工的协调统一。1.3 模具软件的智能化趋势新一代模具软件要求模具CAD不再是对传统设计与计算方法的模仿，而是在先进设计理论指导下，充分运用模具专家的丰富知识和成功经验，来克服具体设计、工艺人员的经验局限，通过人工智能CAI等方法，实现设计的合理性和先进性，逐步达到从设计、分析评估到制造过程的完全自动化。面向制造、基于知识的智能化功能是衡量模具软件先进性和实用性的重要标志之一。如Cimatron公司的注射模专家软件能根据脱模方向自动产生分型线和分型面，生成与制品相对应的型芯和型腔，实现模架零件的全相关，自动产生材料明细表和供NC加工的钻孔表格，并能进行智能化加工参数设定、加工结果校验等。2现代模具加工技术2.1 高速铣削技术早在20世纪30年代， 德国切削物理学家CarlSalomon根据一些实验曲线，即现在被称为“Salomon曲线”，提出了高速切削（High Speed Cutting，简称HSC）的概念。铣削加工是型腔模具加工的重要手段。而高速铣削具有工件温升低、切削力小，加工平稳、加工质量良好、加工效率高（为普通铣削加工的5-10倍）及可加工硬材料（60HRC）等诸多优点，因而在模具的加工中日益受到重视。2.2 电火花加工技术和绿色产品技术电火花加工是在一定的液体介质中，利用脉冲放电对导电材料的电蚀现象来蚀除材料，从而使零件的尺寸、形状和表面质量达到预定技术要求的一种加工方法。在特种加工中，电火花加工的应用最为广泛。从国外的电加工机床来看，不论从性能、工艺指标、智能化、自动化程度都已达到了相当高的水平，目前国外的新动向是进行电火花铣削加工技术（电火花创成加工技术）的研究开发，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是用高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工（像数控铣一样），因此，不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。2.3 基于RPM快速经济制模技术快速原型/零件制造（Rapid Prototype/Part Manufacturing，简称RPM）技术就是20世纪后期起源于美国，并很快发展起来的一种先进制造技术RPM技术是近20年来制造技术领域的一次重大突破。它是综合利用CAD技术、数控技术、材料科学、机械工程、电子技术及激光技术的技术集成以实现从零件设计到三维实体原型制造一体化的系统技术。3模具材料及表面工程技术的发展模具材料是模具工业的基础，表面工程技术可在一定程度上使模具材料满足模具较高综合性能的要求。随着模具工业的快速发展，对模具材料的数量、质量、品种和性能等方面提出了更高更新的要求。模具工业要上水平，材料应用是关键。据统计，因选材和用材不当，致使模具过早失效，大约占失效模具的45%以上。在模具制造成本中，虽然材料费用往往只占模具成本的20%左右，但模具工业的竞争就是模具使用效率的竞争，而不是以模具材料低价位来取胜，因此，对于要求较高的长寿命模具，在选用模具材料时往往要精益求精。4模具高速测量及其逆向工程技术随着三坐标测量机、扫描仪、便携式扫描仪、激光跟踪仪的技术不断发展与进步，检测技术向高速度、高精度、高适应性、数字化、自动化方向发展，使得现代测量技术不断融入模具产品逆向工程设计中，进一步推动模具制造产品快速制造的响应能力。逆向工程（Reveres Engineering，RE）也称反向工程或反求工程，是相对于传统的产品设计流程即所谓的正向工程（Forword Engineering，FE）而提出的。其基本思想是：通过对实物或零件进行扫描测量以及各种先进的数据处理手段获得产品的几何信息，然后充分利用CAD/CAM技术快速、准确地建立产品的数学几何模型，进行数据重构设计，最后经过适当的工程分析、结构设计和CAM编程，就可以加工出产品模具。逆向工程是以设计方法学为指导，以现代化设计理论、方法、技术为基础，运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，对已有产品进行解剖、深化和再创造。5模具的发展方向 发展模具工业的关键是制造模具的技术、相关人才以及模具材料。模具技术的发展是模具工业发展最关键的一个因素，其发展方向应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、质量好”和“价格低”的要求服务。为此，急需发展如下几项： 1全面推广模具CAD/CAM/CAE 技术：随着微机软件发展和进步，普及CAD/CAM/CAE 技术的条件已基本成熟，各企业需要加大CAD/CAM 技术培训和技术服务的力度，同时进一步扩大CAE 技术的应用范围。计算机和网络的发展可以促进CAD/CAM/CAE 技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广，实现技术资源重新整合，使虚拟制造成为可能。 2模具扫描及数字化系统：高速扫描机和模具扫描系统具备从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，这样可以大大缩短模具研制制造周期。将快速扫描系统安装在已有的数控铣床及加工中心上，可以实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。 3电火花加工：电火花加工（EDM）虽然已受到高速铣削的严峻挑战，但其固有特性和独特的加工方法是高速铣削所不能完全替代的。例如对模具的复杂型面、深窄小型腔、尖角、窄缝、沟槽、深坑等处的加工，EDM 有其无可比拟的优点。复杂、精密小型腔及微细型腔和去除刀痕、完成尖角、窄缝、沟槽、深坑加工及花纹加工等，将是今后EDM 应用的重点。为了在模具加工中进一步发挥其独特的作用，今后将不断提高EDM 的效率、自动化程度、加工的表面完整性和设备的精密化和大型化，作为可持续发展战略，绿色EDM 新技术是未来重要发展趋势。 4优质材料及先进表面处理技术：选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就