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冲压成形毕业设计开题报告
毕业设计开题报告
1.结合毕业设计情况,根据所查阅的文献资料,撰写2000字左右的文献综述:
文献综述
一、冲压工艺的特点
冲压即在室温下,利用安装在压力机上的冲压模具对材料施加压力,使其产生分离或发生塑性变形,从而获得所需形状和尺寸,具有一定力学性能的零件的一种压力加工方法[1]。
冲压所使用的模具称为冲压模具,简称冲模。
冲模是将材料批量加工成所需冲件的专用工具.冲模在冲压中至关重要,没有符合要求的冲模,批量冲压生产就难以进行;没有先进的冲模,先进的冲压工艺就无法实现。
冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素[2].
由于冲压加工的冲压件的形状、尺寸和表面质量是由模具保证的,所以在大量生产中可以获得稳定的加工质量,可以满足一般的装配和使用要求。
此外,冲压加工具有很高的生产率。
一般在一台冲压设备上每分钟可以生产中小尺寸工件几件到几十件,高速冲床可达几百件,这是其他任何加工方法都无法实现的。
冲压加工所用坯料是板材或卷料,通常又是在常温下加工,故易于实现机械化与自动化,可大幅度地提高生产率,这对于我国大力发展的航空业具有积极作用。
由于某些弯曲件形状不规则,利用一般的冲压技术成形困难,可以采用杠杆块冲压成形工艺。
由于弯曲件形状多样,弯曲方向变换多端,当弯曲方向与冲压设备中滑块的运动方向垂直或成一定角度时,常采用一些机构把滑块的向下运动转变为所需要方向的运动,从而实现工件的成形。
常采用的机构有:
斜楔滑块机构、杠杆块机构、齿轮齿条机构等。
通过这些机构的巧妙动作,可实现多种复杂弯曲件的成形[3]。
二、冲压成形工艺发展历史
冲压加工工艺在我国已有悠久的历史。
据文献记载:
我国劳动人民远在青铜时期就发现了金属具有锤击变形的性能,到了战国时代(公元前403~前221年)已经能炼剑淬火.我们的祖先在2300年前已掌握了锤击金属制造兵器和各种日用品技术。
在漫长的封建社会时期,我国劳动人民在金、银、铜装饰品和日用品的制作中,更是显示出了精巧的工艺技术和高超的艺术水平【4】,令人叹为观止。
冲压技术的真正发展,始于汽车的产业化生产。
20世纪初,美国福特汽车的产业化生产大大推动了冲术的研究和发展【5】.研究工作基本上在板料成形技术和成形性两方面同时展开,关键题目是破裂、起皱与回弹,涉及可成形性预估、成形方法的创新,以及成形过程的分析与控制【6】。
但在20世纪的大部分时间里,对冲压技术的把握基本上是经验形的.分析工具是经典的成形力学理论,能求解的题目十分有限。
研究的重点是板材冲压性能及成形力学,远不能满足汽车产业的需求【7】。
60年代是冲压技术发展的重要时期,各种新的成形技术相继出现.尤其是成形极限图的提出,推动了板材性能、成形理论、成形工艺和质量控制的协调发展,成为冲压技术发展史上的一个里程碑【8】。
由于80年代有限元方法及CAD技术的先期发展,使90年代以数值模拟仿真为中心的计算机应用技术在冲压领域得以迅速发展并走向实用化,成为材料变形行为研究和工艺过程设计的有力工具。
冲压技术真正进入了分析阶段,传统的成形技术开始从经验走向科学化。
纵观上世纪的发展历程可见:
(1)冲压性能的研究和改进是与冲压技术的发展相辅相承的。
(2)汽车、飞机等产业的飞速发展,以及能源因素都是冲压技术发展的主要推动力。
进入新世纪,环境因素及相关的法律约束日益突出,轻量化设计和制造成为当前的重要课题【9】.
(3)成形过程数字化仿真技术的发展,推动传统冲压技术走向科学化,进入先进制造技术行列。
(4)冲压技术的发展涉及材料、能源、模具、设备等各方面。
工艺方法的创新及其过程的科学分析与控制是技术发展的核心;模具技术是冲压技术发展的体现,是决定产品制造周期、本钱、质量的重要因素【10】。
三、冲压成形工艺现状
1。
先进冲压成形技术
先进成形技术是在传统成形技术的基础上,以计算机为支柱,综合利用信息、电子、材料、能源、环境工程等各项高新技术及现代治理技术,有利于终极实现产品全生命期综合优化的冲压成形技术,是能越大程度地达到“精、省、净”目标,获得高综合效益的成形技术。
发展先进成形技术的关键在于:
(1)大力发展冲压成形过程的计算机分析仿真技术(CAE).
(2)并行工程(CE)、并行工作模式逐步取代传统的串行顺序式工作模式。
计算机辅助过程分析仿真(CAE)是20世纪后期对于金属成形最具重大意义的技术进步之一,其核心是有限元分析技术。
以有限元法为基础的冲压成形过程中计算机仿真技术或数值模拟技术,为冲压模具设计、冲压过程设计与工艺参数优化提供了科学的新途径,是解决复杂冲压过程设计和模具设计的最有效手段。
应用此种技术模具设计和试模的时间减少50%以上。
目前,板料冲压成形过程的计算机仿真已经走出理论研究及软件开发阶段,正进入实用化阶段。
在世界范围内,美、法、德顺序处于该技术的领先地位,已经推出了商品软件.这些软件都采用弹塑性有限元方法,在大型计算机或工作站上运行.在美国,三大汽车公司都已采用了冲压成形过程仿真技术。
德国巴伐里亚汽车厂1993年引入该项技术,在两年多时间内每项工作的平均时间从四周左右缩短到少于两周【11】。
1991年末日本钣金成形工业面临需求短缺.日本模具工业很发达,但迄今很少有通用目的程序被开发出来,正在使用的都是引进软件。
周边国家韩国、新加坡等也在越来越多地采用板料冲压成形仿真技术。
该技术在我国仍属起步阶段,研究工作主要在少数重点大学如北京航空航天大学、吉林大学、华中理工大学、湖南大学、哈尔滨工业大学、北京理工大学、上海交通大学等高校进行。
少数企业如一汽、上汽、嘉陵及研究所等开始引进国外软件.由于缺乏售后服务支持,更多地靠自己在实践中探索试用。
2.冲压模具的发展
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。
提高冲压模具制造效率,提高模具表面质量,延长模具使用寿命是模具制造领域的主要课题。
为此,对模具加工装备、模具制造技术的革新是模具制造业发展的两大方向.
过去的中国冲压模具行业,车、刨、铣、钻、磨等传统普通机床和电火花线切割机床,曾经在绝大多数冲压模具企业使用,进口的数控龙门仿形铣床由于没有采用CAD/CAM技术,也只能当作靠模仿形铣床使用,采用这些装备加工冲压模具时,通常需要对模具零件反复装夹和定位,因而加工生产效率低、模具产品质量差【12】。
在2002年12月德国法兰克福举办的EuroMold展会上的1493个参展厂商中,约有30%是机床和刀具厂商,展出高速加工机床的最高转速在25000~30000r/min之间,这是对传统切削加工的非常显著的变革,体现了模具加工技术装备高速化、集成化趋势【13】。
国外的模具制造企业,广泛使用先进的高精度、高速度、专业化加工装备,如日本丰田汽车模具公司【14】拥有构造面加工数控铣床39台套、型面加工高速五轴五面铣床15台套、其它新型一体化专门加工设备6台套。
加工工艺方法包括等高线加工、最大长度顺向走刀加工等,精加工走刀移行密度仅有0.3mm。
同时,可以实现内凹圆角清根、外凸圆角加工到位等,因而可以控制模具配合的不等距间隙、最大可能的缩小型面误差,实现模面的精细加工。
为提高模具制造效率可采用快速成型技术。
快速成型(RapidPrototyping,简称RP)技术是指在计算机控制与管理下,由零件实物或模型直接驱动,采用材料精确堆积成复杂三维实体的原型或零件制造技术,是一种集计算机(包括CAD/CAM/CAE等)、光学扫描、新型材料、数控、激光等技术于一体的新型高新制造技术.主要用于零件设计的快速检验以及各种模具模型的快速制造。
快速模具(Rapidtooling,筒称RT)技术是利用RP技术成型功能零件尤其是金属模具或零件的一种方法。
可以克服传统模具制作过程复杂、耗时长、费用高等缺点,应用RP技术制造快速、经济模具成为RP技术发展的主要推动力之一.
RP和RT技术集成的快速制造精密模具的方法,被称为先进的“柔性工具”方法,适应了现代工业向着多品种、变批量发展的趋势,为冲压模具的多品种、小批量、快速生产奠定了技术基础。
模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响,研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作,以提高模具表面质量,同样也是重要的发展趋势。
这方面的研究工作十分活跃,张学良【15】在数控铣床上研究了利用直流电进行磁性抛光的情况,精铣加工后表面粗糙度1.0微米的试样只需研抛3.2min,可获得表面粗糙度为0.1微米的高质量表面,显示了高精度、高效率和高可靠性。
日本冈山大学的宇野羲幸【16】等人,采用直径达60rm的大面积脉冲电子束,研究了能量密度、照射次数、粗加工质量等因素对模具精整加工质量的影响,得出“大面积脉冲电子束照射有望代替传统精整抛光”的可喜结论。
3.先进冲压材料
冲压技术的发展与材料和结构密切相关。
预计未来10—15年,环境要求和日益严格的环保法律,将促使汽车材料和结构发生很大变化。
为了减少城市CO2的排放量,汽车力求轻量化,其最突出的发展方向是提高所用材料的比强度和比刚度及发展高效的轻量化结构。
现代车身结构中,高强度钢约占25%。
目前在继续开发超高强度钢的同时,结合发展新的“高效结构”和制造技术,争取使车身重量减少20%以上。
但更引人关注的努力方向是扩大铝、镁等低密度合金材料在汽车上的应用。
欧美正在研究开发未来的铝车身家用小汽车,可使重量减轻40—50%,耗油仅为现行小汽车均匀值的三分之一.目前的主要题目是开发低本钱铝合金,发展新结构和高效制造方法,以及改进回收技术.一旦本钱题目解决了,铝合金可能成为汽车的主要结构材料。
80年代,欧美研究镀锌板的冲压技术;90年代,重点研究激光拼焊板的冲压及各种挤压管坯形材的精密成形技术。
铝形材骨架件的用量也在不断增加.
结构整体化是重要的发展趋势,对于飞机将扩大应用。
随着新材料和新结构的扩大应用,迫切需要发展相应的低本钱冲压成形技术。
当前的研究重点:
(1)铝合金覆盖件等机身零件的冲压技术.
(2)多种厚度激光拼焊板坯的冲压技术。
(3)挤压管坯的内高压成形技术。
(4)复合板的成形技术等。
对于飞机产业来说,钛合金、铝锂合金复杂外形零件及铝合金特殊结构件的成形技术是当前的研究重点。
四、冲压成形技术的发展趋势
进入90年代以来,高新技术全面促进了传统成形技术的改造及先进成形技术的形成和发展.以后冲压技术将以更快的速度持续发展,发展的方向将更加突出“精、省、净"的需求。
达到这些要求急需发展如下几项:
(1)冲压成形技术将更加科学化、数字化、可控化.科学化主要体现在对成形过程、产品质量、成本、效益的预测和可控程度。
成形过程的数值模拟技术将在实用化方面取得很大发展,并与数字化制造系统很好地集成.人工智能技术、智能化控制将从简单形状零件成形发展到覆盖件等复杂形状零件成形,从而真正进入实用阶段【17】。
(2)注重产品制造全过程,最大程度地实现多目标全局综合优化.优化将从传统的单一成形环节向产品制造全过程及全生命期的系统整体发展。
(3)对产品可制造性和成形工艺的快速分析与评估能力将有大的发展。
以便从产品初步设计甚至构思时起,就能针对零件的可成形性及所需性能的保证度,作出快速分析评估。
(4)冲压技术将具有更大的灵活性或柔性,以适应未来小指量多品种混流生产模式及市场多样化、个性化需求的发展趋势,加强企业对市场变化的快速响应能力。
(5)重视复合化成形技术的发展。
以复合工艺为基础的先进成形技术不仅正在从制造毛坯向直接制造零件方向发展,也正在从制造单个零件向直接制造结构整体的方向发展【18】.
五、本课题研究的目的和意义
本研究课题零件杠杆块采用08F材料,08F由于具有较高的疲劳强度和抗拉强度,塑性与耐蚀性高,通过冲压的冷作加工还可提高其机械性能,所以是比较理想的冲压材料。
对于杠杆块的加工,如果零件采用机加工艺成形,由于材料利用率低,工装夹具复杂,加工难度大,实施较为困难。
如果采用冲压工艺成形该产品,工序简单,生产效率高,制品的再现性好,且质量稳定,材料利用率高、成本低、易实现自动化,尺寸精度容易保证,是一种较为理想的加工方法。
杠杆块主要运用落料、冲孔、弯曲、拉深等成形工艺.在冲压过程中,主要通过计算其落料、冲孔力、拉深系数和压边力来确定其合理的成形参数以保证其成形质量。
最终保证该零件成形的质量可靠,生产效率高,生产成本在加工领域达到最低,对实际生产具有一定的参考价值。
参考文献:
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9
毕业设计开题报告
2.本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段(途径):
一、本课题要研究或解决的问题
本课题研究的是关于杠杆块的冲压工艺及模具设计,零件材料为08F,厚度为0。
5mm,且其刚度相对不高,易变形.O8F具有良好的冲压性能,适合冲裁弯曲和拉深。
在冲压过程中模具的尺寸设计要求非常高,其首先要解决的问题是对该零件的冲压工艺性进行分析,并在此基础上制定出合理的冲压工艺方案.在工艺方案制定好后,要进行工艺计算,包括计算毛坯尺寸、制定排样与裁板方案、计算材料利用率、计算工序尺寸、确定压力中心,并选择设备.
通过对零件的整体分析,制造此零件需要落料、冲孔、弯曲、拉深等冲压工序,其中最主要的工序就是弯曲。
因而本课题所要解决的难题就是如何计算并控制弯曲过程中的合理参数,使得冲压成形达到我们所要求的质量.
二、拟采用的方法和手段
经过分析,提出如下成形方案:
下料→落料→冲孔→双角弯曲→整体拉弯→拉深→整形→检验。
拟采用的研究手段:
2。
1分析零件的冲压工艺性
(1)分析产品零件图。
(2)根据工件的形状、尺寸精度、表面质量要求进行工艺分析。
(3)了解工件的生产批量(决定模具的形状、结构、材料等)。
(4)了解工件原材料的规格与毛坯情况。
(5)分析冲压车间的规格或情况。
(6)分析车间制造模具的技术能力和设备条件以及可采用的模具标准件情况.
2。
2确定具体的工艺方案及模具的结构形式
(1)根据图纸要求确定需要冲孔、弯曲、拉深等基本工序.
(2)根据工艺计算,确定工序数目。
(3)根据工序的变形特点和尺寸要求确定工序排列顺序。
(4)根据生产批量和条件,确定工序的组合.
2。
3进行必要的工艺计算
(1)设计材料的排样,计算毛坯尺寸。
(2)计算冲压力,必要时还要计算冲压功和功率。
(3)计算模具的压力中心。
(4)计算或估算模具各主要零件的厚度。
(5)确定凸、凹模间隙,计算凸、凹模工作部分尺寸。
(6)对拉深工序,需要决定拉深方式(压边或不压边),计算拉深次数及中间工序的半成品尺寸.
2。
4选择压力机
2。
5模具主要零部件的选择与确定
(1)工作部分零件,如凸模、凹模等的结构形式的设计和固定形式的选择。
(2)选择定位装置的形式。
(3)选择卸料和推件装置。
(4)选择导向零件,如选用导柱、导套导向还是导板导向等。
(5)选择安装、紧固零件,如模柄,上下模座的结构形式的选择等.
2。
6绘图模具总图和零件图。
毕业设计开题报告
指导教师意见:
指导教师:
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所在系审查意见:
系主任:
年月日
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