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内容简介：

1 智能冲压工艺规划系统的研究 摘要： 本文对建立 一个智能冲压工艺设计知识为基础 的 系统 给出了一个简单的介绍 。研究该系统的框架， 对 模型和知识推理模式进行了介绍。 对 有 些 关键技术 如 冲压工艺的可行性 、排样的 最佳算法 、 智能地带的布局和内力计算进行了研究。 该 系统 可以改善工艺规划效率。 关键词 ： 排样 知识模型 带状排样法 1 简介 冲压 工艺规划是冲压 产品开发 的 一个核心项目。 它 是金属成型应用的一个重要组成部分 ，它与生产质量、成本、生产率和工具寿命有直接的影响。现代制造业的快速发展对冲压提出了更高的要 求，尤其是在冲压工艺方面。 多年来，相关研究已就如何 在创新的环境 加强 工艺规划的 集成化 和智能化程度 进行研究 。近年来， 通过 生产金属成形智能设计系统 、自动化 技术， 整和了工艺规划的原则。 智能工艺规划方法可以 有效地提高设计效率与质量、创新设计能力。 1C 的专家系统，该系统采用基于塑性理论和实际考虑的规则。在美国俄亥俄州立大学一个称作 规则系统被 他的同事们写入多级冷锻的工艺规划程序语言中。 23 实施以知识为本的冷成 形序列设计系统，采用设计规则确定建立一个可行的序列，然后使用有限元分析优化这个序列。一个以知识为基础的模具设计自动化系统被他的同事精心设计出来。 4 在新加坡国立大学。一些零件表象技术、冲压零件识别和模具构成也存在于这项工作中。在中国，华中科技大学的科学技术研究者们也开发出了基于知识系统的用于对小型金属件冲压级进模的程序包。 5户可以在 3D 立体构架下设计产品。在手工设置排样后，用户可以使用交互命令来开发带装布局设计。来自利物浦大学工业研究部门的研究者们也在研究冲压工艺和冲裁模的 专用系统。 67在上海冲压模具和工具技术研究所的研究者们也开发出了级进模的 统。他们研究的该系统依靠特殊的相关数据来描绘工件和模具结构。 上述研究的研究工作的目的是为了促进金属成形的发展。从金属智能成型的回顾和分析中，使用智能设计的理论和方法来研究冲压工艺规划的步骤。在本文中介绍了应用于冲压工艺规划的智能的系统。该智能系统在处理一些复杂的设计问题时是种强有力的工具。由专门知识构成的智能系统可以用一种交互的方式协助用户解决各种各样的 问题或疑问。 8试图代表人类知识和专业知识 , 以一种实际和有效的途径提供快捷、方便的知识。智能系统能够完成一般需要专家才能完成的任务。它能自动化实时利用现有的专业知识 ,并解释它的推理过程。冲压工艺规划是一个含有丰 2 富知识的复杂设计过程。整合在冲压工艺规划设计中智能系统的关键技术是至关重要的。使用智能理论的冲压工艺规划智能系统被提出来。对一些关键技术 ,如集成产品知识建模和战略规划的综合冲压成形过程进行了研究。在冲压设计中包括各种各样的知识，如专业领域知识、多任务知识、非标准知识。 每一种知识都需要集成到该系统中。冲压模具的核心是冲压工艺。必须考虑到多种因素 ,如几何形状、技术要求、材料性能、冲压件的可行性、工作程序安排、模具工具的结构。冲压工艺规划是一种基于专家知识的创造性程序。智能系统技术可以改善制定冲压工艺规划的效率。 2 系统构架和框架 智能系统的关键技术是建立和应用的信息化模型制作。该产品信息模型 ,包括三个阶段：一种基于几何的模型、一种基于特征的模型、一种基于智能的模型。基于几何的模型描述零件的几何拓扑信息。由于零件的数据信息不能被完整的描述、数据分离水平太低，几何模型被特征模 型取代。这个信息模型包括一组几何实体。依靠此模型的工程语义模型，许多与设计相关的功能可以被实现。随着人工智能的发展，智能模型开始被应用。专业知识、设计过程的知识 ,和相关的知识都包含在知识模型中 9、 10。智能模型支持表达和传递有用的信息。 本文主要概括了一种冲压工艺规划的智能系统。该智能系统对产品的定义有效且完整。它几何了不同模型的优点且能满足几何设计和推理过程。面向对象技术应用到整合各种各样的知识。此集成的知识系统模型可被共享和用于智能设计和产品信息沟通。 这个关于冲压模具工艺规划的智能系统构架已经被设 计出来。这个零件的结构设计 ,包括一个图形用户界面 ,一个应用程序系统、设计资源、知识工具 ,混合推理机制、基础模型。在这个构架中知识模型有不同的分类。知识模型从设计资源中获取有用的信息，支持知识获取和知识表达的程序。这个模型把有用信息转移到知识库。知识库由 计结果以 3D 模型、图画和资料库的形式保存在知识库中，它对在知识库中不同零件的知识传递来说非常的重要。 3 实施方法和应用 压智能模型的可行性论证 智能系统对冲压工件的质量、成本、模具寿命进行评价。该评价基于成熟的智能模型。此 模型集成了规则库、零件信息和结论库。系数根据知识规则推理在知识库得出。冲压成型可行性可以从信息库中零件信息和相关系数推出。在设计过程中被新结论扩大的结果保存在结论库中。 模型的智能推理过程和零件的规格相比有一定限度范围的工艺参数。此规格 包括输入输出半径、孔径、孔板、孔网、槽、槽网。结果来证实零件的形状是否符合模 3 具工具加工。智能推理用于自动和交互的方式。这样做的目的是来研究冲压该产品的可行性。智能推理的关键是确定基于零件厚度和相关系数的加工极限值。图二所示为产品可行性论证模型的流程图。 知识规则和设 计结果保存在机械推理的数据库中。零件的形状可以在知识模型中修改。 由知识模型决定的冲压工艺规划是非常重要的一步，它同时也提供了选择一个单步工序刀具或是复合工具或是一个改进工具的方法。各种不同领域的知识、经验和专业知识都被保存在工艺规划专业系统中。 知识库的发展是基于规则表达的共同原则。这一步的目的是集成专业经验和零件 的形状 于优化算法的智能排样模型 为了达到较高的材料利用率，空白的知识模型被建立，保存在知识库中的结果是其他模块建立的基础。 在知识库中有四种排样类型： 一排列布局模式 与一排列相 对 的 模式 两排列布局模式 与两排列布局相 对 的模式 建立 这 个知 识 模型的目的是改善材料的利用。由知 识库 提供的限制情况可以由人 类专 家来 选择 。 这 个知 识 模型控制着整个排 样 的 设计过 程。 图 三所示 为 平面布局的等 级 体系 结 构 第一种模式的作用是 选择 粗略数 值 和 计 算工作区域的 总 体 轮 廓。此模式提供了原始参数。粗略数 值 的全部信息都由此得到，不管 这 个数字是否被概略画出或是被 选 中。 第二种模式用来确定布局 类 型、角度范 围 、布局大小和条 带 区的 宽 度。 第三种模式中 应 用了 优 化算法。 设计结 果包括材料利用率、材料 宽 度和每步 间 隙都被保存在此模式中，不同布 局的 绘图 也同 时 生成。 在第四种模式中可以修改布局 规 划的 结 果。最 终 参数包括每步 间 隙、材料 宽 度、各类 网格和 转换 能力。当参数有所改 变时 ，布局 规 划 图 可以被更新。 该 知 识 的主要作用是布局 规 划的算法 优 化。 该 算法共有六步。 制件和原件之间的距离是包含在接洽网中的。图四说明了此种算法。 两个环形分解成线和圆弧的单元。每对元素中间的距离需要重新补偿。然后就可以找到最短的距离。 4 出的最小 值 和所要求的 值 之 间 的差异就是 误 差。当 误 差小于允 许 值时 ，排 样规 划就可以完成。另外，布局 图 形需要沿着 视 野的方向移 动 。 转中心是矩形中心点附近的粗略数值。材料利用率在当前角度下被计算出来。 复第三部的的步骤，直到角度达到 180 度。 状布局的开发 带状布局的工序规则被集成于知识基础级进刀具设计。该智能模型的功能是：选择零件位置，设计方位和安排带状工步距离。为了解决运行程序，该规则应该被制定的合理和有效。 自动设计模块是智能模型中最重 要的模块。人工智能技术被应用于此模块中。此模型中的预处理模块，包括定位产品模块和从产品模块中提取精确的信息。为了在修改模块中生成一个模型，最初的设计工程被修改 11。被修改的模块代替了处理模块。 动带状布局设计的预处理 1）确定零件的位置和排列。用户可以用界面来确定预处理模块中的一些参数。确定位置的过程可以和其他元素一起来做，例如：零件形状、尺寸精度、和用户要求。 零件的形状也在智能模型中定义，结果被保存在知识库中。 2）获取零件精确信息。此精确信息应该在带状布局知识库中得到。有用的信息包括 冲孔的精确信息和相对位置信息。由此种类型信息组成的知识模型将会决定零件的冲压顺序。这个设计过程的主要要求是为位置精度开发一种知识模型 12。首先，零件的形状被分成封闭的轮廓。轮廓的数目为 n K = . . ., . . ., (1) 这里 示零件的第 i 个轮廓。所有轮廓间的相对关系包含在关系 P 中。如果在轮廓 间要求精准，这里存在 ( p。 p = . . ., ( . . . K, 1 i, j n(i _= j). (2) 每种类型的精确信息通过相关矩阵被保存在知识模型中。 状布局自动设计 带状布局的自动设计模块在知识模型中是最重要的一个。在知识模型中包含很多重要的规则，例如在一次单冲程中冲压所有内轮廓比较好。在下一个阶段这个部分被切断。有时候，如果冲压点之间的距离非常小，一些内轮廓就要被搬到下一阶段进行加工。如果冲压点离分馏点太近的话，分馏点就需要被更改到下一阶段。如果这里仍然有不合适的尺寸，一些点可以被移动到下一阶段。重复整个过程直到矩阵点间的 每个尺寸都可以被接受。布局智能设计的核心是开发干涉点的智能模型 13。 零件坯料被分成许多点的形式。这些点的名字是 . . ., 这里 5 是 间最小的距离。矩阵的临界值是 S。如果 ， 能在相同的步骤中得出。这种情况是智能模型中两个点的冲突。开发干涉点的智能模型的目的是确定冲突点的存在。此矩阵是一个系统矩阵。为了使设计过程更方便，可以把矩阵中的上半部分元素置零。 此处， 关联系数，它表示了每对点之间的不同关系。如果两个点之间有 冲突，它们中的一个则要被移到下一步。在每一步中重复上述步骤直到冲突点消失。最后矩阵M 成为空矩阵。 带状布局结果的处理 带状布局的子处理知识模型中有两部分：修改结果和创建布局图形。从带状布局自动设计模型中得出的结果是惯用的。它们可能满足不了用户的所有要求。依靠知识模型的数据结构，通过移动点和改变步骤，增加空步和删除空步的目的可以被实现。我们能够通过处理步骤的数据结果来修改带状布局的设计结果。工步改变可以通过交换两个位置的编码来实现，工步增加或减少可以通过插入或移除编码的操作来完成。当我们想移动一些 点时，我们可以从第一步到最后一步转移链表中相当的点。 定冲压中心和力计算的智能模型。 冲压中心设计模型的目的是建立组合力的工作点 11。模具工具中心和冲压中心的一致非常重要，只有那样冲压工具才能在一起正常的工作。冲压中心从知识模型的每一个轮廓位置的计算中得出。设计的第一部是得到工具的工作区域。 台上的零件图形的轮廓提供了零件的外矩形。依靠冲压中心和外矩形之间的关系可以生成工作区域。因为不平衡力的结果的可能性，同时也提供了冲压中心的再生成。再生成的步骤由人机接口软件来完成。图八所示为复合模打孔 机工 作区域的设计结果。 保存在知识库中的内容包括模具工具的每种类型、零件落料、废料移除等等。不同情况下的力计算的方法是不同的。力方程是由知识规则库的推理得到的。首先，加工力和切削力是基于零件的轮廓长度和知识库中的知识规则得到的。然后，通过设计结果和合零件情况，可以得到脱离力、阻力和推件力。总的力按照知识库中的导向一步一步计算。 4 结论和进一步工作 计算机辅助设计工具的应用在金属成型中的应用，节省了大量的时间和金钱。由于复杂零件冲压工艺设计的复杂性，开发一种自动生成工艺步骤的系统非常重要。这个研究开发 了一个集成的 统，该系统开发了一种工艺规划系统使对不规则零件在高速下进精密加工得以实现。该系统有一下特点： 1. 在设计过程中不断改变的数据以不同的方式保存，包括数字形式和图片形式的。用户在设计过程中可以自由使用它们作为参考。 6 2. 加工可行性检查模型检查冲压的可行性，同时能对复杂零件的冲压工艺规划提供一些建议。 3. 排样模块生成最佳排样图以到达材料的最大利用率。产品成本的减少取决于排样最优化计算。不仅最佳规划而且每个合理的规划被保存在知识库中。用户可以选择任意一个作为它们的最终设计结果。 4. 带状排样模块生成自动工艺规 划图。根据用户的要求带状排样的结果可以在设计过程的任意时期修改。 在工艺规划中协助设计者的此系统将会是一种有用的工具。它将会足够的灵活允许设计者具有创造性，同时用计算机来执行几何计算和自动得到设计结果。它提供了一个非常灵活的设计环境，用户可以完全掌握即使是复杂零件的冲压工艺规划设计。该系统拥有图形交互界面，用户可以在设计过程中交互式地改变各种设计参数。 进一步的工作将会集中在排样优化的效率改善上，优化用时将会减少。为排样规划，更多的设计方案的类型应该被添加到知识模型中。根据冲压工艺规划的结果，冲压模具设计应 用也将会在进一步的工作中被研究。 7 to a a of as of of is a is of It is an of it of in in to In of 1. of a of C, on At a 2. It on a of 3 to a A 4 in in of on 5. D In to s 6. of in 7 of 8 AM on to of is to of of of to In in of in is a By an to of or 8. is a it to to a to to It is a of in of of is of of as In of as of to be is of as of is a of on of 2 is of a of on on on on of be is a of on of be of to be of 9 in 9, 10. of a of It of is to of in of of a an In to is to AD as a 3D is in it in of is 3 3.1 of is on of in to a of In of of in of to of is in Its is to of on is to of 10 of in of in by is it to a or or a of of in of on of is of is to 3.2 on of In to in In an of is to by to of is is no or to of in In of to be 11 is of to 1. in is in 2. of is a is to 3. of is be In to of : A B of 4. in s of is 5. is in 6. to of 80 is : of .3 of in In to be is in in In to a is 11. of of 1) he to of to do 12 in of in a 2) in of of is to a 12. of of n K = ., ., (1) ki an in . If in kj ki (p. 毕业设计（论文）任务书 I、毕业设计 (论文 )题目： 吊耳加强板零件冲压工艺与冲模设计 业设计 (论文 )使用的原始资料 (数据 )及设计技术要求： 等批量 1) 分析 冲件 成形工艺及坯料展开 2） 编 制 吊耳加强板零件冲压工艺 3）完成吊耳加强板 冲裁 模设计 业设计 (论文 )工作内容及完成时间： 1. 查阅相关资料，外文资料翻译（ 6000 字符以上） ，撰写开题报 告 。 第 1 周 第 2 周 析 冲件 成形工艺及坯料展开 第 3 周 第 6 周 第 7 周 第 8 周 裁模 总装图及零件图； 第 9 周 第 13 周 文） 第 14 周 第 16 周 业答辩。 第 17 周 、主 要参考资料： 1.冲模设计手册编写组 北京：冲模设计手册， 1995 吊耳加强板冲压工艺及冲模设计 袁联富编 北京：机械工业出版社， 2003 冲压新工艺新技术及模具设计实用手册 . 银声音像出版社， 2004 5. 2875冷冲模国家标准 航空与机械工程 系 机械设计制造及其自动 化 专业类 0781053 班 学生（签名）： 填写日期： 2011 年 01 月 03 日 指导教师（签名）： 助理指导教师 (并指出所负责的部分 )： 机械设计制造及其自动化 系主任（签名）： 附注 :任务书应该附在已完成的毕业设计说明书首页。 厚 度 : 2 mm 学士学位论文原创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果 ,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 作者签名： 日期： 导师签名： 日期： 吊耳加强板零件冲压工艺与冲模设计 学生姓名： 任云 班级： 0781053 指导老师： 陈为国 摘要 ： 随着科学技术的进步和工业生产的迅速发展，冲压加工技术的应用越来越广泛，模具成形已成为当代工业生产的重要手段。 本设计以吊耳加强板零件冲压工艺与冲模设计的全过程，通过审查及工艺分析确定其为单工序模。然后再对此单工序模进行整体设计，在此过程中， 凸凹模的设计为一难点，主要的是刃口的计算及定位方式的选择问题，然后再利用得出的数据结合有关的参考资料和图表，对模具的主要零件进行结构设计 ，最后根据全部零件的结构设计选用合适的模座和模柄，并选用合适的冲压设备，最后，画出 冲裁 模的总装图和零件图，在绘图过程中，使用的软件为 关键词 ： 冲压工艺 冲模设计 冲裁模 指导老师签名： s 0781053 : of of an of to of a in of a is of of by of to of in a a of 毕业设计（论文）开题报告 题目 吊耳加强板零件冲压工艺与冲模设计 专 业 名 称 航空与机械工程系 班 级 学 号 078105320 学 生 姓 名 任云 指 导 教 师 陈为国 填 表 日 期 年 月 日 说 明 开题报告应结合自己课题而作，一般包括：课题依据及课题的意义、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）、研究内容及实 验方案、目标、主要特色及工作进度、参考文献等内容。 以下填写内容 各专业 可根据具体情况适当 修改 。但每个专业填写内容应保持一致。 说 明 开题报告应结合自己课题而作，一般包括：课题依据及课题的意义、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）、研究内容及实验方案、目标、主要特色及工作进度、参考文献等内容。 以下填写内容 各专业 可根据具体情况适当 修改 。但每个专业填写内容应保持一致。 一、 选题的依据及意义 ： 目的：以社会实际产品为课题，真题假做，设计一副能够生产所给塑件、结构合理 、能保证制品的精度、表面质量的模具，能熟练使用 图软件。使学生在塑件结构设计、成型工艺分析、模具数字化设计、模具零件的选材、热处理、模具零件的制造，以及资料检索、英文翻译等方面获得综合训练，为缩短工作适应期奠定坚实的基础。 意义：随着塑料制品在机械、电子、交通、国防、建筑、农业等各行业 广泛应用，对模具的需求日益增加， 模具 在国民经济中的重要性也日益突出。模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已经成为一个国家制造业水平的重要标志之一。 二、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述） ： 二、国内外发展情况 (文献综述 ) 1、国内方面： 一、我国模具工业的研究现状 80 年代以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速，年均增速均为 13%， 1999 年我国模具工业产值为 245亿，至 2002 年我国模具总产值约为 360 亿元，其中塑料模约 30%左右。在未来的模具市场中，塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。 我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产 48 英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、 容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。如天津津荣天和机电有限公司和烟台北极星 具有限公司制造多腔 轮模具，所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品的水平，而且还采用最新的齿轮设计软件，纠正了由于成型收缩造成齿形误差，达到了标准渐开线齿形要求。还能生产厚度仅为 一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等等 。注塑模型腔制造精度可达 面粗糙度 m，模具质量、寿命明显提高了，非淬火钢模寿命可达 10 30 万次，淬火钢模达 50 1000 万次，交货期较以前缩短，但和国外相比仍有较大差距。 成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结 构和抽芯脱模机构的创新方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在 29 34 英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了 辅软件，取得较好的效果。如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。热流道模具开始推广，有的厂采用率达 20%以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。但总体上热流道的采用率达不到10%，与国外的 50% 80%相比，差距较 大。 在制造技术方面， 术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的 统，如美国 美国司的 国 司的 国 本 司的 色列公司的 国 司的澳大利亚 司的 模分析软件等等。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在 我国模具行业中，实现了 集成，并能支持 术对成型过程，如充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具 术的发展。 近年来，我国自主开发的塑料模 统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的 统、华中理工大学开发的注塑模 统及 些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格低等特点，为进一步普及模具 术创造了良好条件。 近年来，国内已较广泛地采用一些 新的塑料模具钢，如： 3M、 ，对模具的质量和使用寿命有着直接的重大影响，但总体使用量仍较少。塑料模具标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛得到应用，并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。 二、 研究内容及实验方案： 1、内容： 吊耳加强板零件图，吊耳加强板毛坯展开图，吊耳加强板冲裁模总 装配图、模具零件图、说明书。 2、拟解决的关键问题： 设计吊耳加强板的冲裁模 四、目标、主要特色及工作进度 1. 查阅相关资料， 外文资料翻译（ 6000 字符以上） ，撰写开题报告 。 第 1 周 第 2 周 析 冲件 成形工艺及坯料展开 第 3 周 第 6 周 第 7 周 第 8 周 裁模 总装图及零件图； 第 9 周 第 13 周 文） 第 14 周 第 16 周 业答辩。 第 17 周 五、参考文献 1.冲模设计手册编写组 北京：冲模设计手册， 1995 吊耳加强板冲压工艺及冲模设计 联富编 北京：机械工业出版社， 2003 冲压新工艺新技术及模具设计实用手册 . 银声音像出版社， 2004 5. 2875冷冲模国家标准 南昌航空大学科技学院学士学位论文 1 目 录 1. 前言 械与模具制造业在国民经济中的地位 2 前国际模具发展现状及其特点 2 国模具发展现状及其特点 3 压的基本工序及模具 4 耳加强板零件的简单介绍 5 件结构的分析 6 6 6 定工艺方案 6 3. 冲 裁 模的设计 8 件工艺计算 8 10 口的计算 12 具零部件结构的确定 12 14 16 17 4 冷冲模零件的制造工艺 统模具制造向现代模具制造的过渡 19 模零件的 加工工艺 20 21 22 23 南昌航空大学科技学院学士学位论文 2 1 前言 械与模具制造业在国民经济中的地位 利用模具成型零件，是一种少切削、无切削、多工序重合的生产方法。采用模具成型的工艺代替传统的切削加工工艺，可以提高生产效率、保证零件质量、 节约材料、降低生产成本，从而取得很高的经济效益。因此，模具在现代工业的主要部门，如机械、电子、轻工、交通和国防工业中得到了极其广泛的应用。例如： 70以上的汽车、拖拉机、电机、电器、仪表零件， 80以上的塑料制品， 70以上的日用五金及耐用消费品零件，都采用模具来生产。 由此可见，利用模具生产零件的方法已成为工业上进行成批或大批生产的主要技术手段，它对于保证制品质量，缩短试制周期，进而争先占领市场，以及产品更新换代和新产品开发都具有决定性意义。因此德国把模具称为 “ 金属加工中的帝王 ” ，把模具工业视为 “ 关键工业 ” ；美国把模具称为 “ 美国工业的基石 ” ，把模具工业视为“ 不可估其力量的工业 ” ；日本把模具说成是 “ 促进社会富裕繁荣的动力 ” ，把模具工业视为 “ 整个工业发展的秘密 ” 。我国将模具工业视为整个制造业的 “ 加速器 ” 。 从另一方面来看，机床、刀具工业素有 “ 工业之母 ” 之称，在各个工业发达国家中都占有非常重要的地位。由于模具工业的重要性，模具成型工艺在各个工业部门得到了广泛的应用，使得模具行业的产值已经大大超过机床、刀具工业的产值。这一情况充分说明了在国民经济蓬勃发展的过程中，在各个工业发达国家对世界市场进行激烈争夺的过程中，愈 来愈多的国家采用模具来进行生产，模具工业明显地成为技术、经济和国力发展的关键。 从我国的情况来看，不少工业产品质量上不去，新产品开发不出来，老产品更新速度慢，能源消耗指标高，材料消耗量大，这都与我国模具生产技术落后，没有一个强大的、先进的模具工业密切相关。因此，要使国民经济各个部门获得高速发展，尽快缩短和发达国家之间的差距，加速实现社会主义现代化步伐，惟一的出路就是必须尽快将模具工业搞上去，使模具生产形成一个独立的工业部门，从而充分发挥模具在国民经济中的关键作用 。 当 今世界正进行着新一轮的产业调整一些模具制造逐渐向发展中国家转移，中国正成为世界模具大国。近年来，外资对我国模具行业投入量增大，工业发达国家将南昌航空大学科技学院学士学位论文 3 模具向我国转移的趋势进一步明朗化。 日本的模具产能约占全球的 40%，居世界第一位，每年向国外出口大量模具。现在模具市场竞争日趋激烈，因此日本模具业也在努力降低生产成本。模具行业是人力成本较高的行业，日本的人力成本是中国及东南亚地区的十几倍，而人力成本中有70%以上是非核心技术人员。因此，现在日本模具业正逐渐将技术含量不高的模具转向人力成本低的地区生产，只在本国生产 技术含量较高的产品。其次是日本使用模具的主要企业有加快向国外转移的趋势，这使日本本国模具使用量减少。 随着模具工业全球化布局的发展，模具行业在美国工业总产值中所占的比重呈现出不断下降的态势，但是美国模具在全球模具的高端产品仍然占据着重要地位。 德国主要世界上主要的制造大国之一，在模具制造方面具有领先的技术。德国拥有世界领先的汽车、船舶等制造技术，受上游行业需求影响，德国模具在世界上具有较为重要的地位。由于德国将将技术含量较高的制造业作为其立国之本，预计未来德国不会放弃模具制造领域，相反会加强技术含量 较高的模具的研究和开发 。 国模具发展现状 我国政府对模具工业和模具技术发展非常重视，特别是在改革开放以来，充分肯定了模具工业和技术在制造业和国民经济中的重要基础地位。 1984 年成立了中国模具工业协会（由原机械工业部主管），并在 六五 、 七五 计划中专项支持， 八五 科技 开发计划中，先进制造技术列在第一位，而模具设计制造技术又列在先进制造技术的第一位。在此期间，国家投入数千 万元的研发费用（加上地方和企业自筹，研发经费超过 1 亿元），形成近百项技术成果，大大缩短了我国与世界发达国家的技术差距。模具制造在制造业中的重要性逐渐被人们所认识，也引起各级政府领导的重视。国家采取了扶持 政策 。一些地方政府也从各方面大力扶持。 与发达国家相比，我国模具工业还有较大差距，主要是： 我国还处于全球产业链分工的中低端，产品处于中低档；模具也是如此。 在组织模具开发、生 产方面，发达国家普遍采用并行工程和项目管理等技术和管理方法，加强了对工作流的控制，缩短了模具开发周期，保证了质量； 在专业化生产方面，发达国家更加普遍。专业化分工是提高生产效率，缩短模具设计制造周期和保证产品质量的必然发展趋势，它有利于突出自己的核心业务，有利于积累产品开发、生产管理及服务的经验，以在短期内提供高质量、低成本模具； 在高新技术的应用方面，发达国家对各种高新技术的应用更加广泛，更加深入，南昌航空大学科技学院学士学位论文 4 水平也较高，包括数字化模具技术（三维设计、可制造性设计（ ）、成形过程模 拟（ 术、高速加工技术、自动化加工技术、新材料成形技术、表面处理技术、新型（多功能复合）模具技术、信息化管理技术等等。高新技术的不断开发和广泛应用使得模具的设计制造水平达到空前的高度。 在新技术研发创新方面，包括成形方法的创新，成形品质改善的创新，新材料成形技术的创新等，我国还没有掌握主动权，基本上是在跟踪发达国家技术发展的进程。 总体上，我们与发达国家还有 10 15年的差距，我们仍要发奋图强，加油追赶，以实现模具强国之梦想。 压的基本工序及模具 由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的 形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。 上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。 在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济 甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不同，又可将其分为复合 级进三种组合方式。 复合冲压 在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。 级进冲压 在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。 复合 在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。 冲模的结构类型也很多。通常按工 序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分 组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回南昌航空大学科技学院学士学位论文 5 升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。 耳加强板零件的简单 介绍 图所示为某车型 上的吊耳加强板零件，材料为钢，料厚。该零件为一浅的无凸缘拉伸件。其拉伸高度仅，基本与圆弧重合，其 拉伸高度无特别要求。零件中间有一个 48 的圆孔，其精度要求不 算高，直接冲压即能够满足要求。该零件的生产纲领不多 ，决定用通用的曲柄压力机加工，其冲压工艺为：落料、冲孔拉伸成形。 设计要求 :设计该零件的冲裁模 冲压件图如下图所示 （ a） （ b） 图 1 吊耳加强板零件图 冲压技术要求 : 1. 材料 :35号钢 2. 材料厚度 :2. 生产批量 :中批量 4. 未注公差 :按 确定 . 南昌航空大学科技学院学士学位论文 6 2 吊耳加强板冲压工艺 性 分析 压工艺分析 该零件材料为 35号钢 结构简单 ,形状对称 ,冲孔 的孔 尺寸 为 48 已知 冲孔时 ,因受凸模强度的限制 ,孔的尺寸不应太小 凸模的强度 和模具结构等 孔尺寸不小，满足工艺性能要求。 由于该零件的拉伸高度较小，因此，只需一次拉伸即可成形。为保证拉伸件直壁部分与孔的相对位置关系，拉伸工艺中将以中间的 48 的孔定位，配以外形上的直边的角向定位进行拉伸。同时，中间 48 孔的精度要求并不太高，且拉伸件的直壁部分较短，拉伸成形时直壁部分的变形不会 对中间孔的尺寸产生任何影响。故在落料、冲孔工序可直接将孔冲到尺寸且后续也不需增加孔的修正工序。 冲裁件的经济公差等级不高于 一般落料公差等级最好低于 冲孔件公差等级最好低于 ,由表 3冲孔公差分别为 冲件落料公差 ,最高精度冲孔公差分别为 冲件孔中心距最高精度公差为 此可用于一般精度的冲裁 ,普通冲裁可以达到要求 . 由于冲裁件没有断面粗糙度的要求 ,不必考虑 . 45号钢 ,抗剪强度 =400 520 断后伸长率 16%,此材料具有良好的塑性 ,冲裁性较好 ,可以冲裁加工 . 定工艺方案 零件为一落料冲孔件，可提出的加工方案如下： 方案一：先落料，后冲孔。采用两套单工序模生产。 方案二：落料 冲孔复合冲压，采用复合模生产。 方案三：冲孔 落料连续冲压，采用级进模生产。 方案一模具结构简单，但需两道工序、两副模具，生产效率低，零件精度较差，在生产批量较大的情况下不适用。方案二只需一副模具，冲压件的形位精度和尺寸精南昌航空大学科技学院学士学位论文 7 度易保证，且生产效率高。尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状 较简单，模具制造并不困难。方案三也只需一副模具，生产效率也很高，但与方案二比生产的零件精度稍差。欲保证冲压件的形位精度，需在模具上设置导正销导正，模具制造、装配较复合模略复杂。 所以，比较三个方案欲采用方案二生产。现对复合模中凸凹模壁厚进行校核，当材料厚度为 2查得凸凹模最小壁厚为 零件上的孔边距为 足冲裁件最小孔边距 t 要求，所以可以采用复合模生产，即采用方案二。 南昌航空大学科技学院学士学位论文 8 模的设计 具类型 根据零件的冲裁工艺方案 ,采用 落料冲孔复合 冲裁模 . 操作与定位方式 零件中批量生产 ,安排生产可采用手工送料方式能够达到批量生产 ,且能降低模具成本 ,因此采用手工送料方式 保证孔的精度及较好的定位，为了提高材料利用率采用固定挡料销。 料与出件方式 考虑零件尺寸较大，厚度不大 ，采用 弹性卸料方式，为了便于操作，提高生产率，冲件 废料采用凸模直接从凹模洞口推下的下出件方式。 由于零件材料 不厚 ，尺寸较大，冲裁间隙较小， 采用对角导柱模架，方便横向纵向送料 ，考虑零件精度要求不是很高，冲裁间隙较小，因此采用级模架精度。 对于非圆形的拉伸件，其坯料展开的计算一般分两部分处理。直线部分按弯曲成形处理， 接过渡部分采取均匀过渡的原则。故坯料展开计算的方法如下： 首先，对个圆弧部分的处理。将其按高为，内径为，筒底圆角半径 2的筒 形拉伸处理，如图 展开后毛坯的直径为 : （ +4d2 h+8 （ 162 +4 22 1+3 16+8 32 ）= a） （ b） 图 坯料展开工艺计算图 南昌航空大学科技学院学士学位论文 9 式中各符号的意义见图。圆弧部分展开后的半径差 1 为： 1 2 12 =次，对段直壁部分进行计算。将其按 90弯曲处理，如图所示。其计算过程为： 中形层半径的计算： 2+2 其中，为弯曲件内圆弧半径，为中性层系数，按查表可知。所以，圆弧部分的展开长度 2 为： 图 a。圆弧部分展开后的半径差 1 为： 42+1= 4 +1=中， 为 1 4 圆弧的展开长度， 弯曲边的直壁部分的长度，如图所示。 本例中，由于拉伸高度较短，使得圆弧展开和直角弯曲处展开轮廓非常接近（图中的 1 2 ），差值仅为 2 1 ）。故在轮廓展开时可忽略这个差值，均按图所示的零件的外轮廓均匀 的向外偏移 具体展开时，可利用 “偏移”功能完成。展开的毛坯图如图中的实线所示。 图 毛坯展开图 南昌航空大学科技学院学士学位论文 10 零件外轮廓， 内孔轮廓， 外轮廓 点 毛坯内、外廓的质心，点 零件外轮廓质心 毛坯展开图确定以后，即可计算冲裁力。冲裁力的计算公式为： 冲 其中，为板料厚度（ 为冲件材料的抗剪强度（ 本例中 400520 为冲裁件的轮廓长度（ 因本例为落料、冲孔复合，故轮廓长度为内孔与外廓周长之和。由于该冲件的外轮廓不规则，若按常规的手工计算较复杂。这里采用了 询”功能可方便的计算出轮廓长度。具体方法为，首先将外廓与内孔之间的区域构造成一个“面域”。在构造面域之前，最好将面域的边界轮廓线转化为“多义线”，以方便操作。面域的构造可从 图边界或面域”菜单进入，按其提示构造两个 中的外轮廓内部的区域和内孔内部的区域）。在构造面域之前，最好将面域的边界轮廓线转化为“多义线”，以便于操作。然后对这两个面域进行布尔“差”运算，可从菜单“修改”实体编辑差集”操作进行，差运算后即可得到内、外轮廓间的“面域”；然后，再单击“工具查询质量特性”菜单，用鼠标选取面域，按回车，会弹出一个对应面域对象的“ 显示出要查询项目的相关信息。如“面积”、“周长”和“质心”等。有关 料 2。图中查询的总周长（内、外廓周长之和） 已知冲裁力基本计算公式为 已知冲裁力基本计算公式为 此例中零件的周长为 料厚度 235钢的抗剪强度取 400520冲裁该零件所需冲裁力为 19476(6 1 9 8 4 0 . 6 24 7 6 8 0 0 . 4 8N)520400(24 5 8 . 4 6 模具采用弹性卸料装置和推件结构，所以所需卸料力 推件力 19476( 3 2 1 94 7 6(0 5 南昌航空大学科技学院学士学位论文 11 则零件所需得冲压力为 2 3 9( 初选设备为开式压力机 100。 考虑到卸料力等因素的影响，落料、冲孔工序选用 1000（ 100）的冲床加工。 压力中心是冲裁力合力的作用点，其与轮廓线的重心重合。故仍然可按以上查询信息的方法查询质心坐标，只是这时所构造的面域不同。这是先将毛坯内、外轮廓同时向内、外偏移（图中的双点划线）；然后，将这两对偏 移线中间的区域构造成“面域”，在对这两个面域查询其质心坐标。具体步骤可参阅资料 3 。图中的点便是内、外廓的质心，其坐标值为 就是内、外廓复合冲裁的压力中心。在质心坐标的查询过程中，为读数方便，应先将用户坐标系（ 原点移至冲件上的某个基准点，如图中的孔的中心 拉伸工序压力中心的计算，是假定拉伸模的凸、凹模间隙均匀，且拉伸件各处直壁高度相等为前提条件。这时，可认为拉伸力沿整个轮廓线均匀分布。故仍按以上介绍的冲裁压力中心的求解方法进 行，只是这时的面域为图所示的零件外轮廓线内、外偏移后两偏移线（图中未示出）之间的区域。查询后的拉伸压力中心如图中的点坐标（其值为 根据冲压力的大小，选取开式可倾压力机 100，其主要技术参数如下： 公称压力： 1000块行程： 130大闭合高度： 400 合高度调节量： 100 块中心线到床身距离： 300作台尺寸： 580 590 作台孔尺寸： 200 340 50柄孔尺寸： 60 80 垫板厚度： 100 昌航空大学科技学院学士学位论文 12 口尺寸计算 由于零件尺寸没有标注公差，则对于非圆形件按国家标准 模按 根据零件形状特点，刃口尺寸计算采用分开制造法 。 （ 1） 落料件尺寸的基本计算公式为 a ( X 0m i nm a i T )()( 尺寸 可查得凸、凹模最小间隙 大间隙 凹 模制造公差 。即 ）（凹D ）（凸D （ 2）冲孔基本公式为 0m )( X ( 孔 R，查得其凸模制造公差 ，凹模制造公差 ，凸、凹模最小间隙 大间隙 凹d 具零部件结构的确定 标准模架的选用依据为凹模的外形尺寸，所 以应首先计算凹模周界的大小。由凹模高度和壁厚的计算公式得， 凹模厚 度 凹模壁厚 所以，凹模的总长为 8328 5 L 凹模的宽度为 B 模架及其它零部件设计以凹模周界尺寸为依据，选择模架规格。 模具采用 对角 导柱模架， 凹模轮廓尺寸为 17817425根据以上计算结南昌航空大学科技学院学士学位论文 13 果，可查得模架规格为上模座 20020045模座 20020050柱 32190351900105433510543模座厚度 5模垫板厚度 0定板厚度 模座厚度 0么，该模具的闭合高度： 凹模固定板 +下模板 （ 45+10+5+10+40+0 2） 13中 凸模冲裁后进入凹模的深度， 校核模具闭合高度 200213在范围之内，故可以选用。 中弹性元件的计算 模具采用弹性卸料装置，弹性元件选用橡胶，其尺寸计算如下： （ 1）确定橡胶的自由高度0 12()105(1 磨工作工 由以上两个公式，取 橡胶自由高度 H。 橡胶垫的高径比在 以选用的橡胶垫规格合理。橡胶的装模高度约为 40 34 （ 1） 模 固定板 凸凹模 由凸 凹 模固 定板固定，两者采用过渡配合关系 ， 凸 凹 模固定板的厚度：根据 （ 凹 ， 得 凸 凹 模 固 定板 高度 =25= 凸 凹 模固定板的尺寸 与凹模长度宽度相同为 178174凹凸模固定板要固定在下模板上，采用 4 个螺钉固定，钻孔直径为 5定板 采用 45号钢制造 ,淬火硬度为 45 （ 2） 凸模固定板 凸模固定板的外形尺寸与凹模的外形尺寸一致 ,厚度为凹模的 h 为凹模的厚度 ,这里取 据核准选取板的规格 为178174模与凸模固定板的配合为 H7/配可通过个销钉定位 ,4个螺钉与上模座连接固定 ,各形孔的位置尺寸与凹模的保持一致 ,顶部与凸模铆接 ,因此必须倒角 , 南昌航空大学科技学院学士学位论文 14 （ 4） 挡料销 弹性 挡料销 由表 3挡料销高度 h=8,直径 为 5 根据表 8取材料为 45钢 ,数量为 3,查标准 5） 模柄 由压力机的型号 0,深度为 80,由装配要求 ,模柄与模柄孔配合为 H7/加销钉防转 ,模柄长度比模柄孔深度小 510于采 用 弹性卸料，上模座回程时受力较大，因此选用压入式模柄较合理 。 （ 6） 垫板 垫板的作用是承受并扩散凸模传递的压力 ,以防止模座被挤压损伤 ,因此在与模座接触面之间加上一块淬硬磨平的垫板 厚度可取310里设计时 ,由于压力较大 ,根据 度为17817410料选取 35号钢。 （ 1） 螺钉规格的选用 根据表 3凹模板的厚度可选用 根据实际要求 ,查标准选用 05里要 8个 ,凸凹模固定板 的螺钉选用 05里要 1个 取材料为 45钢 . （ 2） 销钉规格的选用 销钉的公称直径可取与螺钉大径相同或小一个规格 ,因此根据标准选用 19 根据表 8取材料为 45钢 8。 力机的校核 根据公称压力的选取压力机型号为 的压力为 1000752,所以压力得以校核 ; 滑块行程应保证坯料能顺利地放入模具和冲压能顺利地 从模具中取出 t=2,凸模冲入凹模的最大深度 2,即 +12+14=30S=130,所以得以校核 . 行程次数为 45/又是手工送料 ,不能太快 ,因此是得南昌航空大学科技学院学士学位论文 15 以校核 . 根据下模座 00200,且每边留出 60100,即 1=260压力机的工作台面 2=580 590 压件和废料从下模漏出 , 漏料尺寸 直径 250压力机的孔尺寸为 200 340 符合 要求 ,得以校核 ; 滑块上模柄孔的直径为 60,模柄孔深度为 80,而所选的模柄夹持部分直径为 60,长度为 70故符合要求 ,得以校核 ; 由压力机型号知 00 M=100 00 M=40000 (1为垫板厚度 /由式 (1( 5 H ( 10,得 (400 100)213 (290 100)+10 即 300 213 200 ,所以所选压力机合适 ,即压力机得以校核 卸料板 : 卸料 板 以 弹性 卸料 ,出件是以凸模往下冲即可 ,因此不用设计出件零件 其厚度可取凹模厚度的 倍 ,所以卸料板的卸料板在此仅起卸料作用 ,凸模与卸料板间的双边间隙一般取 据表 8料为 般 卸料板的厚度为 10寸取与凹模相同的178174料板上装 3个弹性挡料销，一个卸料螺钉孔， 采用 45号钢制造 ,淬火硬度为 45卸料板与凸模的间隙取为 如前所述，吊耳加强板的冲压工艺为：落料、冲孔 拉伸成形。图所示为吊耳加强板落料、冲孔复合模的结构示意图。该模具在 100型的曲柄压力机上工作，采用了应用广泛的倒装式结构，使得冲孔废料能从下部漏出，方便生产。由于该零件材料较厚，考虑到卸料力较大，为保证工作可靠，上模采用了刚性打料的结构形式。下模仍采用弹性卸料，在卸料板上安装了三个弹性挡料销，用于冲裁条料的定位。由于凸凹模横截面积较大，故其下部未采用垫板，而是用螺钉直接紧固。凸凹模的定位由凸凹模固定板上的定位销定位，固定 板同时兼起挂住