文献综述-支架冲压工艺及模具设计

毕业设计文献综述院（系）名称工学院机械系专业名称材料成型及控制工程2012年3月14日一、前言本人毕业设计的课题为支架冲压工艺及模具设计。板料冲压是在常温下利用冲模在压力机上对材料施加压力，使其产生分离或变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件加工方法。它是一种压力加工方法，是机械制造中的先进加工方法之一。冲压模具成形作为现代工业中一种十分重要的加工方法，用以生产各种板料零件，具有很强的独特的优势，其成形具有自重轻、刚度大、强度高、互换性好、成本低、生产过程便于实现机械自动化及生产效率高等优点，是一种其他加工方法所不能相比和不可替代的先进制造技术，在制造业中具有很强的竞争力，被广泛应用于汽车、能源、机械、信息、航天工程、国防工业和日常生活的生产之中。本文将以冲压模具设计与制造技术为研究背景，探讨模具设计与制造的关键技术问题及其解决方法，为完成本次毕业设计提供思路。二、文献综述1、冲压模具市场情况我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国民经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精密、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。一些低档次的简单冲模，已趋供过于求，市场竞争激烈。2、冲压模具水平状况近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具国内也能生产了。精度达到12M，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到RA15M的精冲模，大尺寸精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。3、冲压模具的发展重点与展望发展重点的选取应根据市场需求、发展趋势和目前状况来确定。可按产品重点、技术重点和其他重点分别叙述。1冲压模具产品发展重点。冲压模具共有7小类，并有一些按其服务对象来称呼的一些种类。目前急需发展的是汽车覆盖件模具，多功能、多工位级进模和精冲模。这些模具现在产需矛盾大，发展前景好。汽车覆盖件模具中发展重点是技术要求高的中高档轿车大中型覆盖件模具，尤其是外覆盖件模具。高强度板和不等厚板的冲压模具及大型多工位级进模、连续模今后将会有较快的发展。多功能、多工位级进模中发展重点是高精度、高效率和大型、高寿命的级进模。精冲模中发展重点是厚板精冲模大型精冲模，并不断提高其精度。2冲压模具技术发展重点。模具技术未来发展趋势主要是朝信息化、高速化生产与高精度化发展。因此从设计技术来说，发展重点在于大力推广CAD/CAE/CAM技术的应用，并持续提高效率，特别是板材成型过程的计算机模拟分析技术。模具CAD、CAM技术应向宜人化、集成化、智能化和网络化方向发展，并提高模具CAD、CAM系统专用化程度。3其他发展重点及展望。其他发展重点及展望的内涵十分丰富，这里只就管理、专业化与标准化及行业调整三个方面作一些分析。企业管理是一个系统工程，是一门学问，是科学技术。与工业发达国家模具企业相比，在某种意义上说，我们的管理落后更甚于技术落后。因此改进管理十分重要，且任务繁重，目前模具企业的管理有许多形式，各有其适应对象，但搞好信息化建设，逐步实现信息化管理已成为发展方向，行业也对此有共识。从国内目前对冲压工艺的研究现状来看，已经有很多专家学者对其做了非常深入的研究。姜奎华（1998）在冲压工艺与模具设计中介绍冲压是通过模具对板材施加压力或拉力，使板材塑形成形，有时对板料施加剪切力而使板材分离，从而获得一定尺寸、形状和性能的一种零件加工方法。由于冲压加工经常在材料冷状态下进行，因此也称冷冲压。冲压成型加工必须具备相应的模具，而模具是技术密集型的产品，其制造属单件小批量生产，具有加工难、精度高、技术要求高的特点。高军（2010）在冲压工艺及模具设计中指出冲压加工因制件的形状、尺寸和精度的不同,所采用的工序也不同。根据材料的变形情况可将冷冲压工序分为分离工序和成型工序两大类。分离工序是指毛坯在冲压力作用下，变形部分的应力达到屈服极限以后，是毛坯发生断裂而产生分离，包括落料、冲孔等。成型工序是指毛坯在冲压力作用下，变形部分的应力达到屈服极限，但尚未达到强度极限，使毛坯产生塑性变形，成为具有一定形状、尺寸与精度制件的加工工序，主要有弯曲、拉深等。文献2中指出冲压模设计内容包括分析产品制作图、安排冲压工艺方案、确定坯料选用设备、模具设计。以上内容中模具设计是核心。文献3中指出冲压工艺规划了一个冲压件（产品）用几道工序（模具）来冲压完成及每道工序的基本内容，对冲模设计、制造、调试影响很大，在缩短模具制造周期、降低模具价格、保证冲压件质量这三大目标中起着重要的作用，良好的冲压工艺应保证材料消耗少、工序数目少、模具结构简单、操作方便、寿命长，产品质量稳定等等。从某种意义上讲，冲压工艺的质量就决定了模具的质量。冲模是实践产品设计和冲压工艺的具体手段，也是检验冲压工艺是否合理的标准。主要体现在模具设计阶段和模具调试阶段。模具设计阶段是对冲压工艺的补充和完善，冲模调试阶段与冲压工艺密切相连。总之，冲压工艺与模具设计、制造、调试是相辅相成的关系，只有根据合理的冲压工艺，设计、制造相应的模具，才能调试出合格的制件。文献4中指出合理的排样是提高材料利用率、降低成本，保证冲件质量及模具寿命的有效措施。设计合理的排样方案，选择合适的板料规格和合理的裁板法（减少料头、料尾和边余料），或利用废料作小零件等。对一定形状的冲件，结构废料是不可避免的，但充分利用结构废料是可能的。当两个不同冲件的材料和厚度相同时，在尺寸允许的情况下，较小尺寸的冲件可在较大尺寸冲件的废料中冲制出来。另外，在不影响使用功能的前提下，也可通过改变零件的结构形状，提高材料的利用率。文献5中指出为了能保证零件在尺寸和形位误差方面有较好的一致性，要求材料有较高的厚度精度和较为均匀的机械性能。尤其对于有压弯和成形的零件，如果材料厚度误差大，材料的软硬状态从料头到料尾、边缘和中间都不均匀，相对轧制方向的各向异性较大，则弯曲成型后角疲误差，弯曲边长度误差等都会很大。而且许多零件由于排样上的困难，不得不将压弯线与轧制方向平行，从而在压弯线上容易出现裂纹。文献6根据支架零件的多向弯曲特征，确定了级进模冲压生产工艺，设计了合理的排样方案，介绍了模具结构设计，与传统的模具结构设计相比较，提高了模具的可靠性，降低了开发成本，可供类似零件的级进模设计作参考。文献7指出级进模冲件的排样设计是级进模结构设计的基础及重要组成部分，影响到级进模结构选型及制模工艺性，制模周期与模具费、冲件质量及材料利用率以及冲件生产成本，并且通过实例论述级进模冲压排样的类型，方法及排样要点。在文献8中，作者认为发展网络化模具设计是必然的趋势,以工作站及INTERNET为主的网络化模具设计和制造是实现模具快速开发,实现生产过程智能化及模具设备的智能化的首要条件系统提供了异地设计人员在同一时间对时间的概念、评价和修改,实现异地操作与数据交换文献9模具CAD系统应是一个完备的系统,系统应具有在3D模式下支持模具的零件设计与装配设计,在2D模式下支持模具零件工程图及装配图的生成并自动生成图框、比例、标题栏和明细表,采用交互的方式进行尺寸标注、各类公差标注、装配图零件序号的标注和编辑等功能在设计中,系统可以利用交互方式查询模具设计参数及约束信息,小至一点,大至整个零件、装配体,都要求能查询其各种信息同时由于模具设计的复杂性,就要求有方便的坐标操作功能,以便于模具的几何建模工作同时,模具CAD系统还应具有完备的数据库的支持,标准零件数据库、模具参数数据库及曲面造型数据库都是必备的支持工具,拥有完备的数据库支持将起到事半功倍的效果文献10在继承前人大量的排样设计理论和制图经验的基础上，系统研究总结了级进模冲件在条料上排列与连接的关键技术，包括连接方式、连接位置、载体、连接桥的数目与连接方向及冲件在条料上排列方向，对指导级进模排样设计具有重要现实意义。在文献11中指出模具装配精度是确定模具加工精度的依据，一般是根据零件的技术要求，生产批量等因素确定的。装配精度包括定位销孔与型孔的位置精度；上、下模之间，动、定模之间的位置精度；凸模、凹模，型腔、型孔与型芯之间的位置精度等。另外还有相互配合零件的间隙或过盈量符合技术要求。文献12指出金属板材在弯曲成型过程中,获得塑性变形的同时总是伴随着弹性变形。当弯曲成型加工结束后,卸掉冲压载荷时,取出弯曲件会发现产生弹性恢复,其弯曲角度和外形尺寸都发生与施加载荷时变形方向相反的变化,使弯曲件的几何精度受到损害,形成U形弯曲件生产中较难解决的问题。该文献通过分析金属板材弯曲回弹的表现形式、影响因素,总结了控制弯曲回弹的具体措施包括1选用合适的材料及设计合理的工件形状；2利用热处理的方法解决板料弯曲时的回弹值；3采用校正弯曲方式。在文献13中，考虑到弯曲变形与其它冲压成形基本工序一样,均具有加工硬化效应,以及变形区材料厚度有变化的特点,提出了利用金属塑性变形中幂函数加工硬化的规律与变形力理论求解法中的主应力法,推导出了U形件弯曲力理论计算的新公式。文献14根据回弹理论,推导了小型U形件弯曲时,模具补偿半径与弯曲凸模圆角半径之间近似的计算公式,并且运用商业有限元分析软件DYNAFORM对该公式进行了可行性分析。分析结果表明所介绍的计算公式合理,对实际生产具有一定的指导作用。三、结论通过以上文献综述，不难发现采用冲压模具生产零部件，具有生产效率高、质量好、成本低、节约能源和原材料等一系列优点，其生产的制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低耗能，是其他加工工业所不能比拟的，它已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。现代冲压模具生产是一种大规模继续作业的制造方式，由于高新技术的参与和介入，冲压生产方式由初期的手工操作逐步进化为集成制造。生产过程逐步实现机械化、自动化、并且正在向智能化、集成化的方向发展。实现自动化冲压作业，体现安全、高效、节材等优点，已经是冲压模具生产的发展方向。四、参考文献1姜奎华冲压工艺与模具设计J机械工业出版社，1998,122高军冲压工艺与模具设计J化学工业出版社，2010，233涂序斌冲压模设计中的五要素J九江职业技术学院学报，2005，（3）17184苏秀荣浅谈冲压工艺与冲压模具的关系J模具制造，2001，（4）39415李奇涵冲压成型工艺与模具设计J工科出版社，34366欧阳波仪多向弯曲制件级进模的优化设计J模具工业，2007，（5）22257张正修,张镇,赵向珍级进模排样设计J冲模技术，2004，（12）26298马颖模具CAD/CAM技术的发展状况J甘肃工业大学学报，1999，25（2）28329任志宇模具CAD/CAM技术的现状与发展趋势J机电工程，2001，（5）