开题报告—中北大学

1、中 北 大 学毕业设计任务书学 院：机电工程学院专 业：学 生 姓 名：学 号：设计题目： 起 迄 日 期:设计地点:指 导 教 师:负 责 人:发任务书日期: 2016 年3 月9 日毕 业 设 计 开 题 报 告1.选题依据：1.1研究背景及目的 近年来，随着对先进制造技术的发展的重要性共识的形成，将其特征与现代化高新技术相结合，冲压工艺在其深度和广度上都取得了突飞猛进的进展。冲压工艺在汽车、飞机等工业产品上得到了很大的应用。就产品的冲压工艺性及经济性而言，冲压加工工艺的的叙述是用以平衡其工艺水平的重要标志，是决定冲压件加工制造成本，投资规模的关键因素。 在实际工作过程当中，为最大限度地保

2、障冲压件尺寸，形状以及精度等方面的要求能够得到满足，就设计对多种类型冲压加工工艺的应用。一般而言，可将冲压工艺简单划分为两种类型：成形工艺，分离工艺。其中，对于成形工艺，此项工艺技术主要是指，在不会对毛胚体产生破坏性影响的前提条件下，是代加工板料能够产生塑形变形，进而获取相应规格的冲压加工工艺。对于成形工艺而言，所对应工序可进一步划分为以下九种类型：（1）弯曲工序；（2）拉伸工序；（3）翻边工序；（4）胀形工序；（5）缩口工序；（6）挤压工序；（7）卷圆工序；（8）扩口工序；（9）校形工序。 制作一些形状复杂的冲压件时，常常需要多个弯曲工序。同时需要多套弯曲成形模具才能完成。若能把两个或两个以

3、上弯曲工序复合到一套模具上完成，这样既降低了成本，又减少了成形工序数，提高了生产效率。该装置结构简单，安装方便，可靠性高，成本较低。顺应时代发展和社会需求，具有很高的实用价值和深远的研究意义。1.2国外冲压工艺研究现状 高强度钢板热冲压成形技术已经成为汽车车身制造技术中的焦点，受到越来越的关注。 国外众多汽车生产公司和科技人员都对热冲压钢板的基本力学，热学性能以及热冲压成形工艺优化和应用进行了相关研究。Akrstrom P 和 Oldenburg通过实验研究了热冲压钢板的高温膨胀效应，并且通过有限元仿真研究了高温钢板的冷却过程。得到了22MnB5钢板热力学和力学性能等基础数据，考察了该材料的硬

4、度分析、厚度分布，获得了板料在热冲压过程中受到了成形力。结果表示，高强度钢板的热冲压成型过程中，板料的流变应力受到应变速率的影响，而且应变速率对流变应力的影响随着成形温度的变化而变化。 Merkleinl M 和Lechler J 等人对热冲压成形进行了基础研究，利JJGleeblelSOO热模拟实验机对板料进行等温拉伸实验，获得了时间和温度对22MnB5流变特性的影响规律。结果比奥斯，应变速率对材料流变应力有重要影响，材料流变定力随着应变速率的增加而增加；材料奥氏体状态下的流变特性不受乳制方向的影响；温度对材料流变应力有较大影响，材料的流变应力和加工硬化随着温度的升高而显著减小。Mori K

5、和 Akita K 等人使用计算机数控伺服压机控制条件，研究了超高强度干板弯曲的回弹性能。测试了材料、最终减薄量、成形速度和在底部死点保压时间对V形弯曲回弹量的影响。超高强度钢板V型玩去的回弹量比低碳钢大很多，最终减薄使回弹量降低，成型速度和保压时间的影响很小。 Yanagimoto J 和Oyamada 等人研究了高强度钢板的温和非等温弯曲，得到了加热了加热温度对V形、U形和帽形件回弹的影响规律，并给出了高强度钢板热成形的回弹机理。Naderi M 和mori K 等人研究了热冲压钢板加热温度和保温时间对氧化皮产生的影响，防氧化涂层可以显著减少氧化。开展了高温单项压缩实验和高温膨胀实验，分析

6、了热变形条件对马氏体转变的影响，获得了变形变量、应变速率和初始温度对马氏体转变起始温度、马氏体含量的影响规律。1.3国内冲压工艺研究现状 近年来，大众、通用、丰田等国外各大汽车生产公司己经广泛使用热冲压成形技术制造汽车安全零部件和加强件，有效地降 低了成本、提高了产品的市场竞争力，但是热冲压成形技术基本上处于国外技术封锁和垄断状态，国内汽车公司对高强度热冲压车身零部件有巨大需求。目前，国内众多汽车公司和科研单位日益重视热冲压技术和热冲压生产线的研究和开发。哈尔滨工业大学的邪忠文、刘红生、包军等人建立超高强钢板热冲压三维弹塑性热-力糊合的有限元模型和热成形下的材料模型，基于 U形件冲压实验和有限

7、元仿真，研宄了压边力、模具间隙和凹模圆角半径等工艺参数对热冲压件温度分布、冷却速率等的影响规律。基于非等温度和等温度数值模拟和实验，研宄了压边力、热成形终了温度和变形温度对热冲压零件回弹的影响规律，给出了热冲压中产生回弹的机理，引起回弹的主要因素是热效应，螺变应变对热冲压后回弹量有抵消作用。大连理工大学的胡平、马宁、盈亮等人建立高强度钢板热成形热、力、相变多场耦合本构模型，在自主开发的金属板材成形有限元商业软件 KMAS（King-MeshAnalysis System）基础上，根据虚功率方程及持续平衡方程建立了热冲压成形热、力、相变耦合的非线性、大变形静力显式数值模拟模块，钢板等效应力和微观

8、组织相变分布变化规律。基于理论分析、数值模拟、实验研究对汽车车身零部件超高强度硼钢热成形技术进行研宄，以某汽车门内防撞梁和B柱内板热成形为例，分析高温下热成形硼钢的成形性能影响因素及其规律，对新型金属复合材料的微观结构、硬度、强度及塑性变化规律进行了研宄，围绕提高最终热冲压产品质量的角度，提出了适合水冷模具的设计方法及技术要点。 同济大学的林建平、王立影、谭志耀等人根据热冲压工艺的 时间-温度特征，采用 Gleeble 热模拟实验系统，在温度 60rC80rC 和材料应变率 0.01/s0.5/s 下，对热冲压高强度钢板进行高温拉伸实验，获得了不同温度和应变率下的应力-应变曲线，并利用最小二乘

9、法进行多元线性回归，建立了热冲压高强度钢板的热变形抗力模型。建立了高温下方盒形件非等温拉深成形的有限元模型，利用正交实验研究了热冲压成形过程中模具温度对22MnB5钢板的不等温拉深成形能力的影响规律，并分析零件几何参数对22MnB5钢板的不等温成形能力的影响规律。为保证热冲压过程中模具具有良好散热效果，优化高强度钢板热冲压成形模具水冷管道设计，采用数值模拟和解析法建立热冲压模具水冷管道和冷却 水流之间的传热模型，得到了临界水流速度的数值模拟结果和解析公式，对于热冲压模具水冷管道的优化设计具有重要意义。进行了热冲压工艺参数改进实验研宄。 （一）对于水冷、强风萍火等实验，研究了奥氏体化参数加 热温

10、度、保温时间以及冷却速率等对热冲压成形后材料微观组织 和机械性能的影响规律，获得了制造兼具高强度和良好塑性热冲压零件的最佳加热温度、保温时间和浮火速率范围。 （二）基于 U 形热冲压实验和 ABAQUS 有限元仿真、复杂形状零件热冲压实验和 Dynaform 有限元仿真，进行了热冲压关键工艺改进研究。获得了改进工艺对热冲压件浮火速率、浮火均匀性、微观组织、机械性能、回弹和成形性能等的影响规律。采用快速急冷工艺，将高温板料快速急冷至合适温度再热冲压成形，改善浮火均句性和成形性能，同时提高板料的浮火速率、获得满足机 械性能和形状精度要求的热冲压件。 （三）根据改进工艺制造了热冲压车门防撞梁，研宄了

11、其材料性能和成形性能等基本性能，进行了准静态弯曲实验和动态冲击仿真测试了其抗弯和吸能等使用性能。采用热冲压车门防撞梁和B柱对车身侧围结构进行改进设计，并基于 LS-DYNA 进行了整车侧碰仿真优化分析，对比不同方案的车体能量、变形、加速度、B 柱侵入速度和侵入量等，获得最优改进方案，在保证碰撞安全性 的同时实现轻量化。 1.4冲压工艺的发展方向 在现代化科学技术持续发展、机械化成形技术高速发展进步的背景作用之下，现代意义上的冲压工艺技术势必会呈现出极为显著与蓬勃的发展趋势。冲压工艺的发展呈现出极为突出的集成化、综合化、智能化以及复合化发展趋势。具体而言，可将现代技术条件支持下的冲压工艺发展方向

12、归纳为以下三个方面： （1）冲压成形工艺技术的发展在数字化以及可控化方向取得了极为长足的发展与进步。与此同时，受到现代计算机技术的影响，冲压成形工艺实施过程中，对数字模拟技术的应用可显著提高冲压工艺所产出成品的实用性特征。同时，这种数字模拟技术的应用能够与数字化的制造系统实现高度的集成与统一。不但如此，配合对智能化技术以及控制技术的综合应用，冲压成形技术不单单能够使用于简单形状零件的成形操作，同时也可作用于对诸如覆盖件一类零件的成形操作。 （2)对冲压产品制造全过程加以了特别重视，单一性的成形化解逐步向着全过程性乃至全生命性的整体性系统方向发展。借助于此种方式，可实现在冲压工艺实施过程中多目标

13、、全局性的综合优化。 （3）冲压工艺技术在灵活性反面取得了长效的发展。在冲压成形技术的发展过程中，对于符合工艺技术的应用使得冲压工艺所生成产品不单单表现为毛坯模式，同时也可以直接完成对零件的制造。与此同时，单个零件的冲压制造工艺也逐步向着整体性结构冲压制造工方向发展。借助于此种方式，也可显著提高冲压工艺技术的柔性优势。1.5主要研究内容及重难点分析： 毕业设计的重点是设计一套简单实用的冲压模具装置，并且选择合适的冲压工序，实现相关的功能。难点是对软件的学习和应用能力要求较高，同时用到了多个大型软件，包括用AutoCAD绘制二维零件图，用CATIA软件绘制三维实体图。参考文献 1李润泉.国内外冲

14、压工艺现状分析J Cutting Edge Education 2015(4) 2赵建伟我国环境影响评价研究综述J 中国科技 ， 2012,(5) 3李维积累环境影响评价研究J环境科学进展 ，2010， (11) 4闫蕴琪，陈琦，翁文凭，等AZ31合金板材的显微组要应用计算机辅助软件，将其转换成为相应的工程图 (组织、拉伸性能与冲压工艺探索J稀有金属材料与工 艺所转换工程图当中应当涵盖与之相对应的展开图)，2008，37(4)，670673 5刘伟，杨玉英，邢忠文，等.冲压工艺多目标优化系统的集成与应用J计算机集成制造系统，2006，12(6)：888892 6王昆，郭为忠，高峰，等伺服冲压工

15、艺拟NURBS曲线建模的权 因子优化调节J东华大学学报 (自然科学版)，2011，37(6)：755760 7余德泉 ，张瑞，陈军，等基于知识系统 (KBS)的 智能冲压工艺设计与应用J上海交通大学学报 ，2004，38(9)：14381441、1452 8李彦波，刘荣丰，刘红武，等基于JSTAMPNV和 HEEDS的汽车前纵梁冲压工艺优化分析J计算机辅助工程，2012，21(2)：72-75 9刘成军，阮锋，邓玉泉，等两向同步进料精密级进冲压工艺在生产 中的应用A泛珠三角第四届塑性工程 (锻压)学术年会论文集C2009 10张春元，阎宏伟.复式弯曲模在生产中的应用一例J.机械制造.1999（

16、7） 11Li Heng, Yang He, Zhan Mei，et al. A review of re search on wrinkling in thin-walled parts plastic form-ing processes J. Journal of Mechanical Science andTechnology 2004, 23(7): 837-841 (in Chinese). 毕 业 设 计 开 题 报 告 设计方案：2.1 本课题要研究并解决的问题根据相关学科所学知识，对弯曲零件进行工艺性分析，结合冲压工艺学原理，利用CAD软件分析计算，制作一些形状复杂的冲压件时

17、，常常需要多个弯曲工序。同时需要多套弯曲成形模具才能完成。若能把两个或两个以上弯曲工序复合到一套模具上完成，这样既降低了成本，又减少了成形工序数，提高了生产效率。一套冲压模具冲压出一个弯曲件可以分为以下几个过程：1.首先两边支耳在定位销和弯曲凹模的作用下进行弯曲，带弯曲凹模压到一定程度再依次将前后角度分层次弯曲成形。2.定位销、定位块被连在弯曲凹模上，毛坯能平展放置，使定位迅速、准确。 3.在弯曲成形过程中，坯料各部分都处于自由端，这样既有利于弯曲成形，又节省了设备功率消耗，使变形力最为合理。 4.在零件成形到位后，该模具又使工件各部分进行强制校正，尽量减少回弹时零件成形准确、工整。 5.弯曲

18、成形后，由打料杆把零件从弯曲凹模中打下来，边去零件拿取，使操作安全，效率高。2.2 拟采用的研究手段2.2.1 文献资料法 通过查阅冲压工艺及模具设计等书籍以及各种文献，获取模具设计的相关信息，对零件进行工艺性分析，明确原复式弯曲模成形过程，结合近年来的研究成果，对设计的模具进行优化。2.2.2 明确复式弯曲模的使用方法及优点模具在50t冲床上进行操作，使用时利用下模座上的螺孔，利用橡皮弹性预紧力顶在顶杆上吧弯曲的凸模顶出。当弯曲凹模向下压时，首先两边支耳在弯曲凹模的作用下被弯曲，在完成该过程时，要调整橡皮已尽力使之既能弯出两边支耳被压下时橡皮变形力尽量小。在弯曲凹模继续往下压得过程中。将工件

19、下面的Z字形和上面的25度角成。当橡皮弹性力合适时，既能使工件完全变形。该模具的优点如下：1） 充分考虑了零件形状特点，保证了坯料各部分的材料变形一致，尽可能做到用一套模具完成较多成形工序。2） 定位销、定位块被连在弯曲凹模上，毛坯能平展放置，使定位迅速、准确。3） 在弯曲成形过程中，坯料各部分都处于自由端，这样既有利于弯曲成形，又节省了设备功率消耗，使变形力最为合理。4） 在零件成形到位后，该模具又使工件各部分进行强制校正，尽量减少回弹时零件成形准确、工整。5） 弯曲成形后，由打料杆把零件从弯曲凹模中打下来，边去零件拿取，使操作安全，效率高。6） 整套模具从零件定位、弯曲、拿去、简介紧凑，是弯曲模具中典型的结构形式。2.2.3 弯曲零件示意图 如图所示，若要弯曲需使用两套弯曲模具才能完成。在第一套弯曲模具上弯出两边支耳，而后在第二套弯曲模具上才能弯出下年的Z字形和上面的25度斜边生产效率较低，我们可以采用在整套模具中弯曲分层次进行，首先两边支耳在定位销和弯曲凹模的作用下进行弯曲，带弯曲凹模压到一定程度再依次将前后角度分层次弯曲成形。2.2.4 本毕业设计主要针对弯曲连接件复式弯曲模具设计，其设计方案如下 根据弯曲件的使用要求，查阅机械原理、机械设计、互换性与测量技术