汽车刮水器电机固定支架落料、压型冲压模具设计开题报告

1 一 课题研究的目的及意义 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 通过对此课题的研究主要掌握机械工艺 模具设计的一般方法及基本工序 巩固模具设计和模具制造工艺等专业理论知识在 生产中的应用 并灵活运用 CAD 绘图技术来进行模具设计 懂得如何获得资料 手 册查阅 培养自己综合运用理论知识去解决分析实际问题 提高自己的创造力 使 我们学生能找到自己的不足 同时在检索资料时了解到本国模具行业与国外发达国 家之间的差距 从而找到努力方向 以此激励自己努力学习历向上 为自己所从事 的行业做出贡献 冲压加工是现代机械制造业中先进高效的加工方法之一 它是利用安装在压力 机上的模具 在常温或加热的条件下对板材施加压力使其变形和分解 从而获得一 定形状 尺寸的零件的加工方法 因为它主要用于加工板料零件 所以又称板料冲 压 冲压加工的特点如下 1 借助压力机的压力 利用模具能获得壁薄 质量轻 刚性好 形状复杂的 零件 这些零件用其他的方法难以加工甚至无法加工 2 冲压加工的零件精度高 尺寸稳定 具有良好的互换性 3 冲压加工是少 无切削加工的一种 部分零件冲压直接成形 大部分无需 任何再加工 材料利用率高 达 85 以上 4 生产效率高 生产过程容易实现机械化和自动化 适合于大批大量生产 5 操作简单 便于组织生产和管理 冲压加工的缺点是模具制造的周期长 制造成本高 不适于单件小批量生产 其次 冲压加工多用机械压力机 由于滑块往复运动快 大量手工操作 劳动强度 较大 易发生事故 安全生产与管理要求高 须采用必要的安全技术措施来保证 冲压加工的应用十分广泛 不仅可以加工金属材料 而且可以加工非金属材料 在现代制造业 比如汽车 拖拉机 农业机械 电机 电器 仪表 化工容器 玩 具以及日常生活用品的生产方面 都占有十分重要的地位 冲压加工在国民经济各个领域应用范围相当广泛 例如 在宇航 航空 军工 机械 农机 电子 信息 铁道 邮电 交通 化工 医疗器具 日用电器及轻工 等部门里都有冲压加工 不但整个产业界都用到它 而且每个人都直接与冲压产品 发生联系 像飞机 火车 汽车 拖拉机上就有许多大 中 小型冲压件 小轿车 的车身 车架及车圈等零部件都是冲压加工出来的 据有关调查统计 自行车 缝 2 纫机 手表里有 80 是冲压件 电视机 收录机 摄像机里有 90 是冲压件 还有 食品金属罐壳 钢精锅炉 搪瓷盆碗及不锈钢餐具 全都是使用模具的冲压加工产 品 就连电脑的硬件中也缺少不了冲压件 但是 冲压加工所使用的模具一般具有专用性 有时一个复杂零件需要数套模 具才能加工成形 且模具制造的精度高 技术要求高 是技术密集形产品 所以 只有在冲压件生产批量较大的情况下 冲压加工的优点才能充分体现 从而获得较 好的经济效益的 当然 冲压加工也存在着一些问题和缺点 主要表现在冲压加工时产生的噪音 和振动两种公害 而且操作者的安全事故时有发生 不过 这些问题并不完全是由 于冲压加工工艺及模具本身带来的 而主要是由于传统的冲压设备及落后的手工操 作造成的 随着科学技术的进步 特别是计算机技术的发展 随着机电一体化技术 的进步 这些问题一定会尽快二完善的得到解决 二 现状及国内外研究概况 1 国内模具发展概况 1 我国模具技术状况 我国模具 CAD CAM 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 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 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具企业基本都有了 CAD CAM 技术 其中部分骨干重 点企业还具备各 CAE 能力 国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了 CAD CAM 技术 多数企业已经向三维过渡 总图生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 在冲压成型 CAE 软件方面 除了引 进的软件外 华中科技大学 吉林大学 湖南大学等都已研发了较高水平的具有自 主知识产权的软件 并已在生产实践中得到成功应用 产生了良好的效益 快速原 型与传统的快速经济模具相结合 围绕着汽车车身试制 大型覆盖件模具的快速制 造 近年来也涌现出一些新的快速成型方法 例如目前已开始在生产中应用的无模 多点成型及激光冲击和电磁成型等技术 它们都表现出了降低成本 提高效率等优 点 2 模具设计与制造能力状况 现在我国冲压模具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 3 术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用 我国的冲压模具设计制造 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 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 汽车覆盖件模具制造技术正在不断地提高和完善 高精度 高效益加 工设备的使用越来越广泛 高性能的五轴高速铣床和三轴的高速铣床的应用已越来 越多 据统计 2003 年我国生产汽车冲压件约 240 万吨 8 亿件 摩托车冲压件约 28 万吨 19 亿件 拖拉机 农用车冲压件约 96 万吨 7 1 亿件 家用空调和冰箱冲压件 100 万吨 12 8 亿件 业内专家预计 随着冲压成形行业最大用户市场 汽车行业今 后继续迅猛发展 中国冲压行业已迎来了一个快速发展机遇期 但能否抓住机遇获 得新的更快的发展 前进的道路上尚有许多阻力和障碍需要克服与突破 1 机械化 自动化程度低 美国 680 条冲压线中有 70 为多工位压力机 日本国内 250 条生产线有 32 为 多工位压力机 而这种代表当今国际水平的大型多工位压力机在我国的应用却为数 不多 中小企业设备普遍较落后 耗能耗材高 环境污染严重 封头成形设备简陋 手工操作比重大 精冲机价格昂贵 是普通压力机的 5 10 倍 多数企业无力投资阻 碍了精冲技术在我国的推广应用 液压成形 尤其是内高压成形 设备投资大 国 内难以起步 2 生产集中度低 许多汽车集团大而全 形成封闭内部配套 导致各企业的冲压件种类多 生产 集中度低 规模小 易造成低水平的重复建设 难以满足专业化分工生产 市场竞 争力弱 摩托车冲压行业面临激烈的市场竞争 处于 优而不胜 劣而不汰 的状 态 封头制造企业小而散 集中度仅 39 2 3 冲压板材自给率不足 品种规格不配套 目前 我国汽车薄板只能满足 60 左右 而高档轿车用钢板 如高强度板 合 金化镀锌板 超宽板 1650mm 以上 等都依赖进口 4 科技成果转化慢先进工艺推广慢 在我国 许多冲压新技术起步并不晚 有些还达到了国际先进水平 但常常很 4 难形成生产力 先进冲压工艺应用不多 有的仅处于试用阶段 吸收 转化 推广 速度慢 技术开发费用投入少 导致企业对先进技术的掌握应用慢 开发创新能力 不足 中小企业在这方面的差距更甚 目前 国内企业大部分仍采用传统冲压技术 对下一代轻量化汽车结构和用材所需的成形技术缺少研究与技术储备 5 大 精模具依赖进口 当前 冲压模具的材料 设计 制作均满足不了国内汽车发展的需要 而且标 准化程度尚低 大约为 40 45 而国际上一般在 70 左右 6 专业人才缺乏 业内掌握先进设计分析技术和数字化技术的高素质人才远远不能满足冲压行业 飞速发展的需要 尤其是摩托车行业中具备冲压知识和技术和技能的专业人才更为 缺乏且大量外流 另外 众多合资公司由外方进行工程设计 掌握设计权 投资权 我方冲压技术人员难以真正掌握冲压工艺的真谛 冲压成形用户市场的迅猛发展为冲压行业带来了全新的发展机遇 虽然在冲压 业发展的道路上还存在着各种各样的阻力与障碍 但我们始终相信 这些都阻挡不 了冲压行业前进的步伐 科学技术的迅猛发展 尤其是在现有资源及环境不可过分乐观的形势下 对冲 压加工乃至整个塑性加工业等都提出了严重的挑战 减轻重量 节省材料 降低能 耗 开拓创新已成为塑性加工业等面临的一个极其重要的课题 不可否认在金属加 工中 冲压是成形效率和材料利用率最高的加工方式之一 其具有自己独特的优势 与特点 面对严重挑战 冲压加工正以新的姿态 向铸造 锻压 焊接和机械加 工等领域开拓 已经并正在生产出许多具有时代特点的产品 展现了冲压加工广阔 的天地 例如冲压发动机壳体 冲压摇臂 冲压摇臂座 冲压排气管 冲压焊 接成形的离心泵 冲压托架 冲压焊接成形的汽车后轿壳 冲压离合器壳体 冲压变速箱壳体 冲压皮带轮等等 所有这些不仅一改过去工件由铸造 焊接生 产而呈现的粗笨外表 许多冲压件的精度也毫不逊色于机械加工的产品 其结构合 理性甚至要超过某些机械加工产品 尤其是其生产率又远非机械加工所能比拟 而 复合冲压 微细冲压 智能化冲压 绿色冲压等高新技术又向我们展示了冲压加 工极具魅力的新领域 可以说冲压加工不论从深度 还是从广度上都大有作为 前 景美好 2 国外模具发展概况 1 国外模具技术状况 在国际上 美国福特汽车公司在 CAD CAM 技术方面处于领先地位 早在 80 年代初 福特公司就着手 CAD CAM 系统的规划 建成了以工作站为主体的环形网 5 络系统 1985 年已经有一半以上的产品设计工作使用图形终端实现 1986 年新开发 的 TAURUS 和 SABLE 轿车 大约 70 的外板件采用 CAD CAM 90 年代初全面实 行产品开发的 CAD CAM 应用率可达 100 福特公司 1990 年工作站已达 2000 台 以 FGS 工作站 约占 70 和 CV 工作台 约占 18 为主 其应用软件主要为自 行开发的 PDGS 和 CAD CAM 1993 年以后 福特汽车公司对从设计到制作的各项 工程踏踏实实地进行了改革 至今 已形成了从车型款式设计到车身组装的新车型 开发的完整的 CAD CAE CAM 系统 法国雷诺汽车公司应用 Euclid 软件作为 CAD CAM 的主导软件 目前已有 95 的设计工作量用该软件完成 并开发出很多 适合汽车工业需求的模块 如用于干涉检查的 Megavision 用于钣金成形分析的 OPTRIS 等 德国各大汽车公司普遍采用 CATIA 作为其 CAD CAM 系统的主导软 件 1994 年 德国大众集团决定用 CATIA 和 Pro Engineer 作为其将来开发新车型的 主导 CAD 系统 2 模具设计与制造能力状况 随着高新技术的发展 国外涌现出大量的制造工艺技术 1 高速铣削加工 采 用此技术不仅可以提高切削加工效率 还可以提高模具加工质量 其转数在 10000r min 以上 该技术已经在发达国家的模具制造中得到普遍应用了 2 多轴连 动加工 3 精密电火花加工 4 快速制模 5 研磨抛光最近开发出通过磁力和磁 性磨粒子对模具表面进行技工的磁研磨技术 在实现抛光自动化方面迈出了一大步 三 课题的研究内容 1 设计如图 3 1 所示汽车零件的落料与压型模具 设计要有创新性 结构设计 合理 图 3 1 设计三维图 6 2 图纸要详细 要符合制图标准 3 要提出两种以上设计方案 进行方案论证 确定最佳方案 4 要使用三维建模软件 建立三维实体模型 完成装配 5 完成汽车零件冲压模具设计 四 课题设计方案和设计方法 1 方案的设计 该零件为汽车刮水器电机固定支架 材料较薄 其主要作用是用于汽车刮水器 电机的固定 零件外形无尖角 凹陷或其他形状突变 系典型的板料冲压件 零件 的六个圆孔和一个键槽孔分布在零件表面上 通过上述工艺分析 可以看出该零件 为普通的薄板冲压件 可以用冲压方法生产 方案一 a 落料 b 冲孔 c 压型 d 翻边 方案二 a 落料和冲预孔 b 压型 c 翻边 d 冲孔 方案三 a 压型 b 冲孔 c 切边 d 翻边 对以上三种方案进行比较 可以看出 方案一 该方案的压型安排冲孔以后进行 弯曲回弹后孔距不易保证 会影响 零件精度 方案二 落料和冲预孔一起完成 模具结构比方案一较复杂 同时零件是薄板 落料组合冲孔模容易磨损 刃磨次数增多 模具寿命低 冲预孔是为了为后面的工 序提供定位 但这样使模具变得更复杂 方案三 压型在冲孔之前 可以保证了孔间尺寸 提高了零件精度 同时 压 型在前面 可以为后面的程序提供定位 模具结构比较简单 容易维修 切边在冲 孔后进行 可以减少冲孔时所产生的毛刺 通过以上的方案分析 可以看出 在一定的生产批量条件下 选用方案三是比 较合理的 确定了工艺方案以后 就可以进行该方案的模具结构形式的确定 各工 序的冲压力计算和冲压设备的选用 2 设计的方法 7 我在本次设计中 设计的是落料 切边 和压型模具 我设计的模具示意图和 工作过程如下 1 压型模具如图 4 1 所示 图 4 1 压型模具二维图 图 4 1 为压型模具的二维图 上模带动凸模向下移动 把料板压成所需形状 然后上模下模分开 完成压型过程 2 切边模具如图 4 2 所示 图 4 2 切边模具二维图 8 图 4 2 为切边的模具二维图 工作时 上模具向下运动使凸模压缩橡胶压入凹 模中完成落料 切边完成后 上模下模分开 橡胶回弹 由退料托和退料板推出零 件和废料 切边过程完成 五 预期成果 1 图纸量 A0 号图纸 2 5 张 2 毕业设计说明书统一提交电子文档 字数不少于 15000 字 3 外文翻译 3000 字以上 4 使用三维软件完成模具的设计 并进行装配 5 作出全部的工程图 总图纸量不少于三张 A0 号图纸 6 图纸 说明书 光碟 六 进度安排 表 6 1 进度安排表 序号设计各阶段名称日期备注 1 通过网络 图书馆等 途径完成资料收集 2011 12 5 2012 1 10准备阶段 2 整理相关背景资料 提出设计方案 开题 完成英文翻译 2012 3 22 2012 4 1开题阶段 3方案论证 初步设计2012 4 2 2012 4 16 设计方案论证 及初步设计 4绘制草图2012 4 17 2012 4 30绘制草图 5 利用 UG 进行三维造型及模具设计 绘制模具装配图和零件图 2012 5 1 2012 5 21 零件图及装配 图绘制 6撰写毕业设计说明书2012 5 22 2012 5 28 撰写设计说明 书 7 打印图纸和毕业设计 说明书 刻录光盘 2012 5 29 2012 6 6答辩准备 9 七 参考文献 1 李洪 机械加工工艺手册 北京 北京出版社 1990 2 成大先 机械设计手册 第四版 化学工业出版社 1993 3 赵程 机械工程材料 北京 机械工业出版社 1983 4 王孝培 冲压手册 北京 机械工业出版社 1990 5