1. 研究目的与意义
1、选题背景 模具专业学生在校期间开设了塑料成型工艺及模具设计，模具制造工艺，模具专业英语，机械设计基础，机械制图等课程，并开设了相关软件的培训和应用练习，掌握了基本的模具知识，但是与实际运用还有一定的差距。通过毕业设计，可以将理论与实际相结合，使学生对模具设计有更深入的了解和认识，使所学知识得到更好的融会贯通，拓展了学生的知识面，掌握了模具设计的基本步骤和技巧，提高了学生运用计算机进行绘图的能力，为将来更好的走上工作岗位奠定了坚实的基础。 2、选题意义 （1）毕业设计的意义 毕业设计是对即将步入社会的我们设计能力的一次全面考核，是从学习书本知识向实际操作过渡的一个重要阶段，目的在于培养我们独立思考、动手以及解决问题的能力。从选定的课题入手，首先要仔细分析产品零件图，只有对产品结构、材料性能有了透彻的了解，才能进行初步设计，并逐层展开。最重要的是我们能够独立思考与设计，在老师的指导与工具资料的帮助下，能够有更多的创造、更多属于自己的成果。四年中我们所学的一切专业知识都将在这里得到运用，这将是我们踏上工作道路的最后一次演练，更是理论与实际相结合的实战演练。 （2）本课题的意义 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，具有很多独特的优势，其成形零件具有自重轻、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、国防工业和日常生活的生产之中。因此，我们只有真正的了解和掌握冲压知识才能够将模具设计应用到以后的制造中去。 |
2. 课题关键问题和重难点
1) 本题目采用工程实际零件，料厚较薄，需要落料、拉深、起伏、切边、冲孔等多道工序完成。 2) 此零件成形需用复合模，复合模存在一定的缺点。凸凹模壁厚受到限制，尺寸不能太小，否则影响模具强度，制件不能从压力机工作台孔中漏出，必须解决出件问题，复合模复合的工序内容多时，特别既有冲裁工序又有成形工序时，会对模具刃口的刃磨带来不便，需要在设计时解决这些问题。 3) 为了简化上模部分，可采用刚性卸料板，其缺点是拉深件留在刚性卸料板内，不易出件，带来操作上的不便，对于本零件，由于拉深深度不算大，材料也不厚，因此采用弹性卸料较合适。 4) 考虑到装模方便，模具采用后侧布置的导柱、导套模架。 5) 该零件存在起伏成形的问题，要在设计时注意。 6) 该零件在设计时需要考虑到拉深过程中可能出现的失稳起皱现象。 |
3. 国内外研究现状（文献综述）
冲压是金属塑性成形的基本方法之一，它是利用冲模在压床上对金属（非金属）板料施加压力使其分离或变形，从而得到一定形状，并且满足一定使用要求零件的加工方法。由于通常是在常温（冷态）下进行的，所以又称为冷冲压。[1]复合模也是在单工序模的基础上发展起来的一种较先进的冲模，在一副冲模中一次送料定位可以同时完成几个工序。与级进模比较，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度较高，条料的定位精度要求较低，冲模轮廓尺寸较小。复合模的生产效率较高，结构较复杂，制造精度要求高。复合模适用于生产批量大、精度要求高的冲裁件。相对于其他冷冲压模具结构而言，它具有以下一些优点：①工件同轴度较好，表面平直，尺寸精度较高；②生产效率高，且不受条料外形尺寸的精度限制，有时废角料也可用以再生产。它的缺点是：模具零部件加工制造比较困难，成本较高，并且凸凹模容易受到最小壁厚的限制，而使得一些内孔间距、内孔与边缘间距较小的下件不宜采用。由于复合模本身所具有的一些优点较明显，故模具企业在条件允许的情况下，一般倾向于选择复合模结构。本题目采用工程实际零件，料厚较薄，需要落料、拉深、起伏、切边、冲孔等多道工序完成。在设计时需要考虑起伏问题和拉裂拉深问题。[2] 在起伏成形过程中，为了使材料流动均匀流畅，变形充分而又不出现起皱和拉裂，传统的加工时在油压机上压制。油压机压制速度慢、压力均匀、，适合压制形状复杂、型面较多的工件。在冲压中采用的措施基本原则是开流和限流。开流就是在需要材料流动的地方减小阻力，使其顺利流动，以避免材料变薄甚至破裂。限流就是在不需要材料流动的地方加大阻力，限制其流动，以避免多余的金属产生波浪而发生起皱。[3] 对于深度不大的局部拉深，材料主要承受拉应力，对于塑性较差的工件或变形较大时，可能产生裂纹。因此，一次压型所能得到的凸起或凹下的尺寸是有一定的限制的。[4] 冲床速度快，冲力不均匀，材料流动瞬间完成，容易产生颈缩现象，甚至局部出现裂纹、裂缝，因此要针对工件压型后的实际情况，采取不同的模具调整方法：如果发现压型后工件制品产生凸缘折皱和铜壁折皱，主要是拉伸时平面材料受压缩变形而引起，通常采用提高板内径向拉应力来消除皱纹，如增大模具压边力的大小、适当减小凹模的圆角半径、适当调整减小模具间隙，改善润滑条件等；如果发现压型后工件制品产生裂纹，可以通过调整减小压料力，使压料力均匀、调整增大模具间隙、适当增大凹模和凸模的圆角半径，改善润滑条件等不同方法加以解决。[5] 冲压工艺应用十分广泛，拉深是一种常规的冲压工艺方法。失稳起皱是拉深过程中的主要障碍，而压边力是板料成形过程中的重要参数之一。[6] 当毛料直径很小，拉深系数很大时，毛料的变形程度很小，在拉深过程中，突缘能够顺利地转化为筒壁。但是当毛料直径加大，拉深系数减小到一定数值以后，毛料突缘出现皱折，产生了废品。[7]如果增加压边装置，压住毛料突缘，防止起皱现象以后，再进一步加大毛料直径，减小拉深系数，拉深过程又可以顺利进行，直到当毛料直径加大、拉深系数减小到一定数值后时，才出现了筒壁拉断现象，拉深过程被迫中断。由此可见突缘起皱和筒壁拉断乃是拉深过程顺利进行的两种主要障碍。筒壁拉断主要受材料本身的机械性能所限制，是外力所不能改变的；而起皱通过采取必要的措施是可以预防的。[8] 拉深时，突缘起皱与板条的受压失稳相似。突缘是否发生起皱现象，不仅取决于突缘变形区切向压应力的大小，而且取决于突缘变形区抵抗失稳起皱的能力材料的机械性质与突缘变形区的相对厚度。拉深过程中，导致突缘失稳起皱的切向压应力与突缘抵抗失稳起皱的能力都是变化的。随着拉深过程的不断进行，切向压应力不断增加。[9]同时，突缘变形区不断缩小，厚度增加，因而突缘变形区的相对厚度也不断增加。切向压应力的增加必将增强失稳起皱的趋势，相对厚度的增加却有利于提高抵抗失稳起皱的能力。由于各个相反作用的因素互相消长的结果，在拉深的全过程中必有某一阶段，突缘失稳起皱的趋势最为强烈。理论与试验研究表明：这一阶段要比（σr)max的最大值出现的阶段迟，发生在突缘宽度缩至一半左右时，亦即大约发生在拉深过程的中间阶段。最易失稳起皱的时刻比（σr)max的最大值发生的时刻为晚，使我们有可能利用压边力的合理控制以提高拉深效率。[10] 参考文献：[1] 高锦张.塑性成形工艺与模具设计[M].北京：机械工业出版社，2007.5[2] 贾俐俐.冲压工艺与模具设计[M].北京：人民邮电出版社，2008.2[3] 陈传胜.盒形件拉深角部变形区的应力解析[J].机电工程，2007.3[4] 王良新.方盒形件拉深成形工艺分析及变压边力预测[J].南京理工大学，2007.6[5] 郭朝晖.薄板起伏成型的快速加工方法[J].工艺与检测，2011.5[6] 多珀斯.关于金属加工冲压的起伏成形[J].模具工业，2014.5[7] 雷伟利.拉深后切边零件的工艺性分析[J].科学创新与应用，2013 [8] 李秀华.薄板拉深过程中的起皱与防皱的探讨[J]沈阳航空工业学院学报，2005 [9] 卢险峰.拉深变形力理论计算模型研究[J].中国机械工程,2008 [10]郑少梅.典型盒形件的成形工艺及模具设计[J].煤矿机械,2008.12 [11] Faiez Gassara Ridha Hambli Tarak Bouraoui Foued E1 Halouani DamienSoulat. Optiamiazation of springback in L-bending process using a coupled Abaqus/ Python algorithm [J] Int J Adv Manuf Technol DOI 10.1007/s00170-008-1819-4 [12] Daw-Kwei Leua, Tsung-Chia Chenb, You-Min Huangc.Influence of punch shapes on the collar-drawing process of sheet steel [J]Journal of Materials Processing Technology 88 (1999) 134-146 |
4. 研究方案
一、设计、研究思路： 1、工艺性分析 2、工艺方案的拟订 冲制该零件需要的基本工序是：落料、拉深、起伏，切边，冲顶孔，冲侧孔。 （1）求出毛坯展开图。注意由于该零件材料厚度较小，计算时可不考虑弯曲中性层。 （2）拟订两种工艺方案。 3、模具设计 二、课题研究的主要内容 1、零件三维图造型 2、工艺分析 (1)材料分析 该零件的材料为ST12，ST12钢是德国标准钢材，相当于EN10130的DC01。ST12冷轧钢是最常见和最常用的冷轧产品。其被广泛地应用在汽车制造、电气产品、机车车辆、航空、精密仪表、食品罐头等。ST12钢的屈服强度、抗拉强度和延伸率均很好地满足技术标准要求，各力学性能值都基本呈正态分布。 (2)形状分析 该零件是一个盒型件，有三角形起伏和半圆形起伏，有4个φ4的顶孔和5个φ5.5、3个φ4的侧孔。 (3)尺寸分析 该盒形件厚度t=1.2mm，最小孔尺寸为φ4mm，最小半径为2mm。满足强度要求。 (4)精度等级分析 IT10或IT11，符合精度等级要求。 (5)粗糙度分析 该零件光洁度为六级，粗糙度Ra=3.2。满足粗糙度要求。 3、工艺方案的拟订 方案一：落料单工序模，拉深单工序模，起伏单工序模，切边单工序模，冲顶孔单工序模，冲侧孔单工序模。 方案二：落料单工序模，拉深单工序模，切边单工序模，起伏单工序模，冲侧孔单工序模，冲顶孔单工序模。 方案三：落料拉深复合模，切边单工序模，起伏单工序模，冲顶孔单工序模，冲侧孔单工序模。 方案一和方案二需要采用的模具数量比较多，所以最终方案采用方案三。 |
5. 工作计划
第1周 完成英文翻译，提交英文翻译给指导老师批阅，完成产品三维造型。 第2周 英文翻译经知道老师批阅合格并确认后，上传至毕业设计管理系统。译文封面用标准模版。确定设计方案，初步完成开题报告。 第3周 熟悉AutoCAD、UG或Pro/E等绘图软件。查阅文献资料，修整开题报告。 第4周 完成开题报告，经指导老师批阅合格并确认后，上传之毕业设计管理系统。开题报告封面用标准模版。 第5周 绘制模具装配草图 第6周 计算机绘制模具装配总图。 第7周 中期检查，在毕业设计管理系统上完成中期检查报告的填写。 第8周 修改模具装配总图。 第9周 计算机绘制模具主要成型零件图。 第10周 修改模具主要成型零件图，准备撰写毕业设计论文。 第11周 完成毕业设计报告（论文）的撰写，并提交给指导老师批阅和确认。 第12周 上传毕业设计报告（论文）的附件至毕业设计管理系统。论文封面用标准模版。 第13周 评阅、成果验收，规范化检查。 第14周 答辩评分 |
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