冲压成型开题报告

中 北 大 学

毕业论文开题报告

学 生 姓 名：

郜瑞

学 号： 0505040104

学 院、系： 材料科学与工程学院、材料加工工程系 专 业：

材料成型与控制工程

论 文 题 目： 弯支座冲压成形工艺制定及其模具设计 指导教师:

2009 年 3 月 6 日

薛勇

毕 业 论 文 开 题 报 告

1．结合毕业论文情况，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 1、研究冲压成形工艺的目的和意义 冲压成形工艺除在机械、航空、汽车、仪表等部门的生产中占有重要地位外，在其他生产中（如钟表、自行车、照相机、小五金、日用器皿等）也已广泛采用。由于冲压工艺具有生产率高、适合大批量生产等优点，所以冲压工艺的进一步推广在我国四化建设中有着广阔前景。[1][2]从精细的电子元件、仪表指针到汽车的覆盖件、高压容器封头以及航空航天器的蒙头、机身等均需冲压加工。据粗略统计，在汽车制造业中，有60%-70%的零件是采用冲压工艺制成的，冷冲压生产所占劳动量为整个汽车工业劳动量25%-30%。在机电及仪器、仪表生产中有60%-70%的零件是采用冷冲压工艺来完成的。在电子产品中，冲压件的数量约占零件总数量的80%以上。在飞机、导弹、各种枪弹与炮弹的生产中，冲压件所占的比例也相当大。人们日常生产中所用的金属制品，冲压件所占的比例更大，如铝锅、不锈钢餐具等都是冲压产品。占世界钢产量的60%-70%以上的板材、管材及型材，其中大部分是通过冲压制成成品的。在许多先进的工业国家里，冲压生产与模具工业得到高度的重视，例如美国和日本，模具工业的产量已超过机床工业，模具工业已成为重要的产业部门，而冲压生产则成为生产优质先进机电产品的重要手段。随着工业产品的不断发展和生产技术水平的不断提高，不少过去用铸造、锻造、切削加工方法制造的零件，一杯质量轻、刚度好的冲压件所代替。可以说冲压加工已成为现在工业生产的重要手段和发展方向，是提高生产率、提高产品质量、降低生产成本、进行产品更新替代的重要保证。[3]～[5]

2、冲压工艺的发展历史与发展趋势 近几十年来，冲压技术有了飞速的发展，它不仅表现在许多新工艺和新技术的生产中的广泛应用上，更重要的是人们对冲压技术认识与掌握的程序有了质的飞跃。[6]在20世纪50年代，冲压技术还处于主要依靠从实践中总结出来的冲压工艺方法和工艺参数，能够制造出具有典型特征与规则形状的冲压件。但是对所应用的冲压成形方法的变形处理和冲压成形的规律并不十分了解，缺少必要的理论基础知识作为实践工作的指导。因

此，当冲压生产中遇到与变形机理有关较为复杂的问题时，就会感到束手无策，无从下手，只是问题长时间的不到解决。[7]到20世纪末，冲压技术有了很大的进步，人们已经对常用的各种方法的成形机理有了基本的了解，也总结出一些可以作为冲压成形理论内容的冲压变形规律，可以在对冲压成形机理深入了解的基础上开发更为先进的冲压工艺方法和改进冲压工艺过程。即使遇到复杂的与变形机理有关的难题也知道用什么方法解决。目前，冲压技术已经很成熟了，在各个领域上都有了广泛的应用，相信在以后会发展得更好。[8] 3、冲压成形的特点 由于冲压成形中的毛坯是厚度远小于板平面尺寸的板料以及由此决定的外力作用方式与大小等原因，致使冲压成形具有如下几个非常突出的特点。 （1）由于垂直于板面方向的单位压力的数值远小于板面方向上的内应力，所以大多数的冲压变形都可以近似的当作平面应力状态来处理，是变形力学的分析和工艺参数的计算等工作，都得到很大的简化。 （2） 在各种冲压成形方法中，以拉应力作用为主的伸长类冲压成型过程多于以压应力为主的压缩类成形过程。[9] （3） 在冲压成形时，板料毛坯离得内应力数值接近或等于材料的屈服应力，有时甚至小于板料的屈服应力。而在模锻和挤压时，有时毛坯的内应力可能超过其屈服应力许多倍。 （4） 在冲压成形中，大多数情况下，板料毛坯都有某种程度的自由度，常常是只有一个表面与模具接触，而另侧表面是非接触的自由表面，甚至有时存在板料两侧表面都不与模具接触的变形部分。[10] 由于冲压成形具有上述一些在变形与力学方面的特点，致使冲压技术也形成了自己的一些与一般塑性加工不同的特点。 A. 由于不需要在板料毛坯的表面作用数值很大的单位压力即可使其变形，所以在冲压技术中关于模具强度与刚度的研究并不十分重要，相反的却发展了很多简易的模具技术。[11] B. 现在不仅采用合理设计的冲模工作部分几何形状与尺寸以控制冲压变形过程，以获得高质量冲压件的传统技术方法，而且运用压边力与变压边力对冲压技术的控制技术，甚至借助于电子计算机与当今的测试手段，在对板料性能与冲压变形参数

进行适时测量与分析的基础上，实现冲压过程智能控制的研究工作也在开展。 C. 对板料冲压性能的研究工作不仅是冲压技术发展的需要，而且也促进了钢铁工业制造技术的发展，为其提高板材的质量提供了一个基础与依据。[12] 4、冲压工艺的基本工序与分类 由于冲压件的形状、尺寸、精度要求、原材料性能等的不同。目前在生产中所采用的冲压工艺方法是多种多样的。概括起来可以分为分离工序与成型工序。分离工序又可分为落料、冲孔和剪切等。目的是在冲压过程中，使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离。成型工序可分为弯曲、拉伸、翻孔、翻边、胀形、缩口、旋压等。目的是使冲压毛坯在不破裂的条件下，产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件。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。[13][14] 冲压工艺可分为冷冲压工艺和热冲压工艺。 其中冷冲压工艺是用压力机通过麽据对金属毛坯加压，使其产生塑性变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件。它是机械制造中重要的加工方法之一，应用范围十分广泛。不仅可以加工金属板料、棒料，也可以加工非金属材料。由于通常是在常温下加工所以称为冷加工。[15] 利用冷加工生产的零件种类繁多，其成形方法也多种多样，概括起来可分为分离工序和成型工序两大类。分离工序是将冲压件或毛坯沾一定轮廓相互分离。成型工序是在不破坏的条件下是毛坯发生塑性变形，成为所需形状及尺寸的制件。 冲压成型时，变形区内的受力情况和变形性质是十分复杂的。若从变形力学方面对弯曲、拉延、翻边、膨胀登记本工序按毛坯变形区的应力状态和变形特点进行分类，则能更本质的揭示冲压成型的规律，更好的指导生产实践。[16]

参考文献： [1]湖南省机械工程学会锻压分会.冲压工艺[M].湖南科学技术出版社.1983.4 [2]肖景容,姜奎华.冲压工艺学[M].机械工业出版社.1988.87 [3]佘银柱,赵跃文.冲压工艺与模具设计[M].北京大学出版社.2005.23 [4]柴惠芬，石德珂.工程材料的性能、设计及选材[M].北京：机械工业出版社.2000.103 [5]Pempsey J P，zhao Z G and Li H．Axisymmetric indentation of an elastic layer supported by a winker foundation［J］.Int. J .Solids Structures，1991，27(1)：73-87． [6]李硕本.冲压工艺理论与新技术[M].机械工业出版社.2002.31 [7]赵震，彭颖红．KBE在冲压工艺设计中的应用．模具技术，2001(4)：59—61,64． [8]Geiger M，Engel V and Vom Ende A Investigations on the sheet bending process with elastic tools[J]．J．Mat .Processing Tech．1991，27：265—277 [9］Lei Jun—xiang．The Stress Distribution Calcu1ati0n 0f the Flange. Deformation Region on Regular Polygon Box Parts Stamping Forming[J].Journal of Plasticity Engineering，2002，9(3)：39-42 (in Chinese)． [10]陈长江，熊承刚.工程材料及成型工艺[M].北京：中国人民大学出版社.2000. [11]马忠臣，李强，杨秀琳; 现代模具工业发展述评．机械工程师，2006年03期. [12]齐克敏、丁桦.材料成型工艺学.北京：冶金工业出版社.2006.1. [13]陈禹六．IDEF建模分析和设计方法．北京：清华大学出版社，1999． ［14］王卫卫.材料成型设备，机械工业出版社.2005.58-81 [15]Chinese Mechanical Engineering Society．Forging and Stamping Handbook[M]．Beijing：China Machine Press，2002(in Chinese)． [16]Wang Xiaopei．Stamping Handbook[M]．Revised ed．Beijing：China Machine Press，l990 (in Chinese) ．

毕 业 论 文 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）： 2.1研究内容 本零件所提供的材料为2A12，2A12为铝－铜－镁系中的典型硬铝合金，其成份比较合理，综合性能较好，是硬铝中用量最大。该合金的特点是：强度高，有一定的耐热性，可用作150°C以下的工作零件。温度高于125°C，2024合金的强度比7075合金的还高。热状态、退火和新淬火状态下成形性能都比较好，热处理强化效果显著，但热处理工艺要求严格。抗蚀性较差，但用纯铝包覆可以得到有效保护;焊接时易产生裂纹，但采用特殊工艺可以焊接，也可以铆接。广泛用于飞机结构、铆钉、卡车轮毂、螺旋桨元件及其他种种结构件。 2A12合金的机械及物理性能： 抗拉强度MPa 0.2%屈服强度MPa 伸长率％ 疲劳强度 硬度HB 电导率20°C 20°C电阻率n.m 弹性模量 密度KG.m-3 本零件为轴对称件，需多次弯曲和翻边。弯曲时有回弹，也可能弯裂；翻边时，可能翻裂和起皱，还会有残余应力。尽量选取合适的参数并校核，避免这些缺陷的发生。 本零件可以采用落料、翻边、弯曲、切口和切边等工序组合完成。 2.2拟采用的研究手段 首先在设计前了解弯支座零件的性能和使用要求，并对零件的结构、形状、尺寸、公差和采用原料进行全面的冲压工艺性分析，看其是否符合冲压工艺要求。结合弯支座470 325 10 105 120 30 48 68 2770

毛坯成型时各变形区的应力应变特点，对该零件结构进行优化，使其具有良好的工艺性，并且能够利用最少工序经济而高质量的制造。

在弯支座冲压件工艺性分析的基础上，以极限的变形参数、变形的趋向性分析及生产的批量为依据，提出各种可能的冲压工艺方案设计：

方案一：全部按基本工序；

方案二：落料与冲孔复合，其余按基本工序；

方案三：落料与冲孔复合，首次弯曲和二次弯曲同时进行，其余按基本工序； 方案四：落料与冲孔复合，三次弯曲同时进行，其余按基本工序； 方案五：三次弯曲同时进行，其余按基本工序； 分析比较上述五种工艺方案，可以看到：

方案一，从生产效率、模具结构和寿命方面考虑，这种方案有利于降低冲裁力合提高模具寿命，同时模具结构比较简单，操作比较方便。但工序复合程度低，生产率低，单工序模具结构简单，制造费用低，只适合小批量生产；

方案二，相比方案一节省了一道工序，但模具结构比方案一复杂，而且三次弯曲均安排在冲孔以后进行，弯曲回弹后孔距不易保证，影响零件精度；

方案三，落料和零件上的孔采用复合模组合冲压，优点是节省了工序和设备，可以提高生产效率，但模具结构复杂且两次弯曲工序均在冲孔后进行，产生与方案二相同的缺点；

方案四，提高了生产率，但会产生与方案二和方案三相同的缺点；

方案五，冲孔工序安排在弯曲成形后进行，可以保证零件的各孔距尺寸，缺点是成形后冲孔，模具结构复杂。

通过以上的方案分析，可以看出，在一定的生产批量条件下，选用方案五是比较合理的。

然后，选择该方案中的各个工序所用的冲模类型及结构形式、选择冲压设备、编制工艺流程和构思模具结构，同时进行全面工艺评价和核算技术、经济指标。

将该弯支座零件各工序的冲压模具设计分为产品分析阶段、工艺计算阶段、草图构思阶段和正式设计阶段四个阶段。在构思草图时，将基本上确定所选的各道工序的模具结构和主要零、部件的形状和尺寸，以及在什么样的设备上进行加工等问题。在正式设计阶段，首先绘制所选工序的模具总图，列出零件明细表，编写模具技术条件及冲压工

艺卡等。之后，根据模具总图设计、绘制零件图。按主要零件图和一般零件图的顺序绘制零件图，在零件图上注明尺寸、加工符号与制造公差，必要时进行有关工艺尺寸及结构参数的计算校核，例如凸模长度、凹模强度等。模具总图与零件图设计完成后，再对照产品图和设计说明书，进行检查和校核。根据设计制造出模具，并通过后期试验对模具进行检验。

2.3 毕业设计课题工作进度计划

起 讫 日 期 2月23日～3月26日 3月27日～4月15日 4月16日～5月10日 5月11日～5月20日 5月21日～5月27日 5月28日～ 6月6日 6月7日～6月17日 6月17日～6月19日 工 作 内 容 查阅文献、外文资料翻译，撰写开题报告； 工艺方案制定； 模具草图绘制； CAD绘图； 完成模具设计说明书； 说明书、图纸修改； 叫评阅人评阅； 答辩。

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指导教师意见： 指导教师： 年 月 日 所在系审查意见： 系主任： 年 月 日