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1、目录第一章 绪论11.1 概述11.2 冲压技术的进步11.3 模具的发展与现状11.4 模具CAD/CAE/CAM技术21.5 课题的主要特点及意义3第二章 冲裁变形过程分析42.1 冲裁变形时板材变形区受力情况分析42.2 冲裁变形过程42.2.1 弹性变形阶段42.2.2 塑性变形阶段52.2.3 断裂分离阶段52.3 冲裁件质量及其影响因素52.3.1 冲裁变形特点52.3.2 影响断面质量的因素6第三章 冲压工艺方案的制定83.1 零件工艺分析83.2 模具分类及特点83.3 确定模具类型9第四章 模具零件结构设计104.1 凸、凹模刃口尺寸的计算原则104.1.1 确定刃口模基准尺
2、寸104.1.2 遵循冲模在使用过程中的磨损规律104.1.3 工件精度与模具精度的关系104.1.4 公差标注遵循“入体”原则104.2 计算凸、凹模刃口尺寸104.2 凸、凹模的设计124.2.1凸模的结构和固定形式124.2.2凸模长度计算134.2.3 凹模结构形式设计144.2.4定位板设计154.3模架设计15第五章 冲压设备选择165.1 冲裁力计算165.1.1 相关力的解释165.1.2 相关力的计算165.2选择压力机18第六章 压力中心的确定19结论20致谢21参考文献22英文摘要23附录典型冲孔模具设计摘要 本设计主要阐述了冲压工艺的基本原理、特点及应用。本设计首先从冲
3、压件形状、尺寸、材料等进行可行性分析；然后对成型工序进行确认，根据分析结果展开一系列工艺参数的计算。通过以上计算结果设计出凸模、凹模等零件。最后根据计算出的参数和模具结构选择相应的冲压设备。本设计是一个典型的单工序冲孔模设计，在实际生产中解决半成品的后续加工问题。关键词 冲压 成型 凸模 2010届 机械设计制造及其自动化毕业设计 第一章 绪论1.1 概述 冲压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,具有很多独特的优势，其成形件具有自重轻、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，是一种其它加工方法所不能相比和不可替代的先进制造技术
4、，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、航空航天、国防工业和日常生活的生产之中。 在吸收了力学、数学、金属材料学、机械科学以及控制、计算机技术等方面的知识后，已经形成了冲压学科的成形基本理论。以冲压产品为龙头，以模具为中心，结合现代先进技术的应用，在产品的巨大市场需求刺激和推动下，冲压成形技术在国民经济发展、实现现代化和提高人民生活水平方面发挥着越来越重要的作用。1.2 冲压技术的进步 进几十年来，冲压技术有了飞速的发展，它不仅表现在许多新工艺与新技术在生产的广泛应用上，如：旋压成形、软模具成形、高能率成形等，更重要的是人们对冲压技术的认识与掌握的程度有了质的飞跃。现
5、代冲压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，已经是冲压生产的发展方向。冲压自动化生产的实现使冲压制造的概念有了本质的飞跃。结合现代技术信息系统和现代化管理信息系统的成果，由这三方面组合又形成现代冲压新的生产模式计算机集成制造系统CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）。把产品概念形成、设计、开发、生产、销售、售后服务全过程通过计算机等技术融为一体，将会给冲压
6、制造业带来更好的经济效益，使现代冲压技术水平提高到一个新的高度。1.3 模具的发展与现状 模具是工业生产中的基础工艺装备，是一种高附加值的高技术密集型产品，也是高新技术产业的重要领域，其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志。随着国民经济总量和工业产品技术的不断发展，各行各业对模具的需求量越来越大，技术要求也越来越高。目前我国模具工业的发展步伐日益加快，“十一五期间”产品发展重点主要应表现在：（1）汽车覆盖件模；（2）精密冲模；（3）大型及精密塑料模；（4）主要模具标准件；（5）其它高技术含量的模具。 目前我国模具年生产总量虽然已位居世界第三，其中，冲压模占模具总量的40%以上，但
7、在整个模具设计制造水平和标准化程度上，与德国、美国、日本等发达国家相比还存在相当大的差距。以大型覆盖件冲模为代表，我国已能生产部分轿车覆盖件模具。轿车覆盖件模具设计和制造难度大，质量和精度要求高，代表覆盖件模具的水平。在设计制造方法、手段上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、制造周期和成本方面，以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，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，与国外多工位级进模和多功能模具相比，存在一定差距。1.4 模具CAD/CAE/CAM
8、技术 冲压技术的进步首先通过模具技术的进步来体现出来。对冲模技术性能的研究已经成为发展冲压成形技术的中心和关键。 20世纪60年代初期，国外飞机、汽车制造公司开始研究计算机在模具设计与制造中的应用。通过以计算机为主要技术手段，以数学模型为中心，采用人机互相结合、各尽所长的方式，把模具的设计、分析、计算、制造、检验、生产过程连成一个有机整体，使模具技术进入到综合应用计算机进行设计、制造的新阶段。模具的高精度、高寿命、高效率成为模具技术进步的特征。 CAD/CAE/CAM是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工程。它以计算机软件的形式，为企业提供一种有效的辅助工具，使工程技术
9、人员借助于计算机对产品性能、模具结构、成形工艺、数控加工及生产管理进行设计和优化。模具CAD/CAE/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本和提高产品质量已成为模具界的共识。 模具CAD/CAE/CAM在近20年中经历了从简单到复杂，从试点到普及的过程。进入本世纪以来，模具CAD/CAE/CAM技术发展速度更快，应用范围更广。 在级进模CAD/CAE/CAM发展应用方面，本世纪初，美国UGS公司与我国华中科技大学合作在UG-II（现为NX）软件平台上开发出基于三维几何模型的级进模CAD/CAM软件NX-PDW。该软件包括工程初始化、工艺预定义、毛坯展开、毛坯排样、废料设计、条料排
10、样、压力计算和模具结构设计等模块。具有特征识别与重构、全三维结构关联等显著特色，已在2003年作为商品化产品投入市场。与此同时，新加波、马来西亚、印度及我国台湾、香港有关机构和公司也在开发和试用新一代级进模CAD/CAM系统。我国从上世纪90年代开始，华中科技大学、上海交通大学、西安交通大学和北京机电研究院等相继开展了级进模CAD/CAM系统的研究和开发。如华中科技大学模具技术国家重点实验室在AutoCAD软件平台上开发出基于特征的级进模CAD/CAM系统HMJC，包括板金零件特征造型、基于特征的冲压工艺设计、模具结构设计、标准件及典型结构建库工具和线切割自动编程5个模块。上海交通大学为瑞士法
11、因托（Finetool）精冲公司开发成功精密冲裁级进模CAC/CAM系统。西安交通大学开发出多工位弯曲级进模CAD系统等。近年来，国内一些软件公司也竞相加入了级进模CAD/CAM系统的开发行列，如深圳雅明软件制作室开发的级进模系统CmCAD、富士康公司开发的用于单冲模与复合模的CAD系统Fox-CAD等。展望国内外模具CAD/CAE/CAM技术的发展，本世纪的科学技术正处于日新月异的变革之中，通过与计算机技术的紧密结合，人工智能技术、并行工程、面向装配、参数化特征建模以及关联设计等一系列与模具工业相关的技术发展之快，学科领域交叉之广前所未见。今后10年新一代模具CAD/CAE/CAM系统必然是
12、当今最好的设计理念、最新的成形理论和最高水平的制造方法相结合的产物，其特点将反映在专业化、网络化、集成化、智能化四个方面。主要表现在：（1）模具CAD/CAM的专业化程度不断提高；（2）基于网络的CAD/CAE/CAM一体化系统结构初见端倪；（3）模具CAD/CAE/CAM的智能化引人注目；（4）与先进制造技术的结合日益紧密。1.5 课题的主要特点及意义 该课题主要针对垫片冲孔做了详细介绍，主要目的是介绍单工序模在实际生产制造中的作用，主要突出了单工序模可以根据实际要求灵活设计并且造价成本低广泛应用于实际生产。 本课题涉及的知识面广，综合性较强，在巩固大学所学知识的同时，对自身的创新能力、协调
13、能力，开阔设计思路等方面都得到提高。第二章 冲裁变形过程分析2.1冲裁变形时板材变形区受力情况分析 图21所示是无压边装置的模具对板料进行冲裁时的情形。凸模与凹模都具有与制件轮廓一样形状的锋利刃口，凸凹模之间存在一定间隙。当凸模下降至与板料接触时，板料就受到凸、凹模的作用力，其中：F1、F2 凸、凹模对板料的垂直作用力；F3、F4凸、凹模对板料的侧压力；F1、F2凸、凹模端面与板料间的摩擦力，其方向与间隙大小有关，一般从模具刃口指向外；F3、F4凸、凹模侧面与板料间的摩擦力 从图21中可看出，由于凸、凹模之间存在间隙，F1、F2不在同一垂直线上，故板料受到弯矩MF1Z/2作用，由于M使板料弯曲
14、并从模具表面上翘起，使模具表面和板料的接触面仅限在刃口附近的狭小区域，其接触面宽度约为板厚的0.20.4。接触面间相互作用的垂直压力并不均匀，随着向模具刃口的逼近而急剧增大。 图21冲裁时作用于板料上的力 1-凸模 2-板料 3-凹模2.2 冲裁变形过程2.2.1 弹性变形阶段(图22) 在凸模压力下，材料产生弹性压缩、拉伸和弯曲变形，凹模上的板料则向上翘曲，间隙越大，弯曲和上翘越严重。同时，凸模稍许挤入板料上部，板料的下部则略挤入凹模洞口，但材料内的应力末超过材料的弹性极限。2.2.2 塑性变形阶段(图22) 因板料发生弯曲，凸模沿宽度为b的环形带继续加压，当材料内的应力达到屈服强度时便开始进入塑性变形阶段。凸模挤入板料上部，同时板料下部挤入凹模洞口，形成光亮的塑性剪切面。随凸模挤入板料深度的增大，塑性变形程度增大，变形区材料硬化加剧，冲裁变形抗力不断增大，直到刃口附近侧面的材料由于拉应力的作用出现微裂纹时，塑性变形阶段便告终，此时冲裁变形抗力达到最大值。由于凸、凹模间存在有间隙，故在这个
