開(kāi)題報(bào)告—中北大學(xué)

1、中 北 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué) 院：機(jī)電工程學(xué)院專(zhuān) 業(yè)：學(xué) 生 姓 名：學(xué) 號(hào)：設(shè)計(jì)題目： 起 迄 日 期:設(shè)計(jì)地點(diǎn):指 導(dǎo) 教 師:負(fù) 責(zé) 人:發(fā)任務(wù)書(shū)日期: 2016 年3 月9 日畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開(kāi) 題 報(bào) 告1.選題依據(jù)：1.1研究背景及目的 近年來(lái)，隨著對(duì)先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展的重要性共識(shí)的形成，將其特征與現(xiàn)代化高新技術(shù)相結(jié)合，沖壓工藝在其深度和廣度上都取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展。沖壓工藝在汽車(chē)、飛機(jī)等工業(yè)產(chǎn)品上得到了很大的應(yīng)用。就產(chǎn)品的沖壓工藝性及經(jīng)濟(jì)性而言，沖壓加工工藝的的敘述是用以平衡其工藝水平的重要標(biāo)志，是決定沖壓件加工制造成本，投資規(guī)模的關(guān)鍵因素。 在實(shí)際工作過(guò)程當(dāng)中，為最大限度地保

2、障沖壓件尺寸，形狀以及精度等方面的要求能夠得到滿足，就設(shè)計(jì)對(duì)多種類(lèi)型沖壓加工工藝的應(yīng)用。一般而言，可將沖壓工藝簡(jiǎn)單劃分為兩種類(lèi)型：成形工藝，分離工藝。其中，對(duì)于成形工藝，此項(xiàng)工藝技術(shù)主要是指，在不會(huì)對(duì)毛胚體產(chǎn)生破壞性影響的前提條件下，是代加工板料能夠產(chǎn)生塑形變形，進(jìn)而獲取相應(yīng)規(guī)格的沖壓加工工藝。對(duì)于成形工藝而言，所對(duì)應(yīng)工序可進(jìn)一步劃分為以下九種類(lèi)型：（1）彎曲工序；（2）拉伸工序；（3）翻邊工序；（4）脹形工序；（5）縮口工序；（6）擠壓工序；（7）卷圓工序；（8）擴(kuò)口工序；（9）校形工序。 制作一些形狀復(fù)雜的沖壓件時(shí)，常常需要多個(gè)彎曲工序。同時(shí)需要多套彎曲成形模具才能完成。若能把兩個(gè)或兩個(gè)以

3、上彎曲工序復(fù)合到一套模具上完成，這樣既降低了成本，又減少了成形工序數(shù)，提高了生產(chǎn)效率。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，可靠性高，成本較低。順應(yīng)時(shí)代發(fā)展和社會(huì)需求，具有很高的實(shí)用價(jià)值和深遠(yuǎn)的研究意義。1.2國(guó)外沖壓工藝研究現(xiàn)狀 高強(qiáng)度鋼板熱沖壓成形技術(shù)已經(jīng)成為汽車(chē)車(chē)身制造技術(shù)中的焦點(diǎn)，受到越來(lái)越的關(guān)注。 國(guó)外眾多汽車(chē)生產(chǎn)公司和科技人員都對(duì)熱沖壓鋼板的基本力學(xué)，熱學(xué)性能以及熱沖壓成形工藝優(yōu)化和應(yīng)用進(jìn)行了相關(guān)研究。Akrstrom P 和 Oldenburg通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了熱沖壓鋼板的高溫膨脹效應(yīng)，并且通過(guò)有限元仿真研究了高溫鋼板的冷卻過(guò)程。得到了22MnB5鋼板熱力學(xué)和力學(xué)性能等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，考察了該材料的硬

4、度分析、厚度分布，獲得了板料在熱沖壓過(guò)程中受到了成形力。結(jié)果表示，高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓成型過(guò)程中，板料的流變應(yīng)力受到應(yīng)變速率的影響，而且應(yīng)變速率對(duì)流變應(yīng)力的影響隨著成形溫度的變化而變化。 Merkleinl M 和Lechler J 等人對(duì)熱沖壓成形進(jìn)行了基礎(chǔ)研究，利JJGleeblelSOO熱模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)對(duì)板料進(jìn)行等溫拉伸實(shí)驗(yàn)，獲得了時(shí)間和溫度對(duì)22MnB5流變特性的影響規(guī)律。結(jié)果比奧斯，應(yīng)變速率對(duì)材料流變應(yīng)力有重要影響，材料流變定力隨著應(yīng)變速率的增加而增加；材料奧氏體狀態(tài)下的流變特性不受乳制方向的影響；溫度對(duì)材料流變應(yīng)力有較大影響，材料的流變應(yīng)力和加工硬化隨著溫度的升高而顯著減小。Mori K

5、和 Akita K 等人使用計(jì)算機(jī)數(shù)控伺服壓機(jī)控制條件，研究了超高強(qiáng)度干板彎曲的回彈性能。測(cè)試了材料、最終減薄量、成形速度和在底部死點(diǎn)保壓時(shí)間對(duì)V形彎曲回彈量的影響。超高強(qiáng)度鋼板V型玩去的回彈量比低碳鋼大很多，最終減薄使回彈量降低，成型速度和保壓時(shí)間的影響很小。 Yanagimoto J 和Oyamada 等人研究了高強(qiáng)度鋼板的溫和非等溫彎曲，得到了加熱了加熱溫度對(duì)V形、U形和帽形件回彈的影響規(guī)律，并給出了高強(qiáng)度鋼板熱成形的回彈機(jī)理。Naderi M 和mori K 等人研究了熱沖壓鋼板加熱溫度和保溫時(shí)間對(duì)氧化皮產(chǎn)生的影響，防氧化涂層可以顯著減少氧化。開(kāi)展了高溫單項(xiàng)壓縮實(shí)驗(yàn)和高溫膨脹實(shí)驗(yàn)，分析

6、了熱變形條件對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變的影響，獲得了變形變量、應(yīng)變速率和初始溫度對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變起始溫度、馬氏體含量的影響規(guī)律。1.3國(guó)內(nèi)沖壓工藝研究現(xiàn)狀 近年來(lái)，大眾、通用、豐田等國(guó)外各大汽車(chē)生產(chǎn)公司己經(jīng)廣泛使用熱沖壓成形技術(shù)制造汽車(chē)安全零部件和加強(qiáng)件，有效地降 低了成本、提高了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，但是熱沖壓成形技術(shù)基本上處于國(guó)外技術(shù)封鎖和壟斷狀態(tài)，國(guó)內(nèi)汽車(chē)公司對(duì)高強(qiáng)度熱沖壓車(chē)身零部件有巨大需求。目前，國(guó)內(nèi)眾多汽車(chē)公司和科研單位日益重視熱沖壓技術(shù)和熱沖壓生產(chǎn)線的研究和開(kāi)發(fā)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的邪忠文、劉紅生、包軍等人建立超高強(qiáng)鋼板熱沖壓三維彈塑性熱-力糊合的有限元模型和熱成形下的材料模型，基于 U形件沖壓實(shí)驗(yàn)和有限

7、元仿真，研宄了壓邊力、模具間隙和凹模圓角半徑等工藝參數(shù)對(duì)熱沖壓件溫度分布、冷卻速率等的影響規(guī)律。基于非等溫度和等溫度數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)，研宄了壓邊力、熱成形終了溫度和變形溫度對(duì)熱沖壓零件回彈的影響規(guī)律，給出了熱沖壓中產(chǎn)生回彈的機(jī)理，引起回彈的主要因素是熱效應(yīng)，螺變應(yīng)變對(duì)熱沖壓后回彈量有抵消作用。大連理工大學(xué)的胡平、馬寧、盈亮等人建立高強(qiáng)度鋼板熱成形熱、力、相變多場(chǎng)耦合本構(gòu)模型，在自主開(kāi)發(fā)的金屬板材成形有限元商業(yè)軟件 KMAS（King-MeshAnalysis System）基礎(chǔ)上，根據(jù)虛功率方程及持續(xù)平衡方程建立了熱沖壓成形熱、力、相變耦合的非線性、大變形靜力顯式數(shù)值模擬模塊，鋼板等效應(yīng)力和微觀

8、組織相變分布變化規(guī)律?；诶碚摲治觥?shù)值模擬、實(shí)驗(yàn)研究對(duì)汽車(chē)車(chē)身零部件超高強(qiáng)度硼鋼熱成形技術(shù)進(jìn)行研宄，以某汽車(chē)門(mén)內(nèi)防撞梁和B柱內(nèi)板熱成形為例，分析高溫下熱成形硼鋼的成形性能影響因素及其規(guī)律，對(duì)新型金屬?gòu)?fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)、硬度、強(qiáng)度及塑性變化規(guī)律進(jìn)行了研宄，圍繞提高最終熱沖壓產(chǎn)品質(zhì)量的角度，提出了適合水冷模具的設(shè)計(jì)方法及技術(shù)要點(diǎn)。 同濟(jì)大學(xué)的林建平、王立影、譚志耀等人根據(jù)熱沖壓工藝的 時(shí)間-溫度特征，采用 Gleeble 熱模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，在溫度 60rC80rC 和材料應(yīng)變率 0.01/s0.5/s 下，對(duì)熱沖壓高強(qiáng)度鋼板進(jìn)行高溫拉伸實(shí)驗(yàn)，獲得了不同溫度和應(yīng)變率下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，并利用最小二乘

9、法進(jìn)行多元線性回歸，建立了熱沖壓高強(qiáng)度鋼板的熱變形抗力模型。建立了高溫下方盒形件非等溫拉深成形的有限元模型，利用正交實(shí)驗(yàn)研究了熱沖壓成形過(guò)程中模具溫度對(duì)22MnB5鋼板的不等溫拉深成形能力的影響規(guī)律，并分析零件幾何參數(shù)對(duì)22MnB5鋼板的不等溫成形能力的影響規(guī)律。為保證熱沖壓過(guò)程中模具具有良好散熱效果，優(yōu)化高強(qiáng)度鋼板熱沖壓成形模具水冷管道設(shè)計(jì)，采用數(shù)值模擬和解析法建立熱沖壓模具水冷管道和冷卻 水流之間的傳熱模型，得到了臨界水流速度的數(shù)值模擬結(jié)果和解析公式，對(duì)于熱沖壓模具水冷管道的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要意義。進(jìn)行了熱沖壓工藝參數(shù)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)研宄。 （一）對(duì)于水冷、強(qiáng)風(fēng)萍火等實(shí)驗(yàn)，研究了奧氏體化參數(shù)加 熱溫

10、度、保溫時(shí)間以及冷卻速率等對(duì)熱沖壓成形后材料微觀組織 和機(jī)械性能的影響規(guī)律，獲得了制造兼具高強(qiáng)度和良好塑性熱沖壓零件的最佳加熱溫度、保溫時(shí)間和浮火速率范圍。 （二）基于 U 形熱沖壓實(shí)驗(yàn)和 ABAQUS 有限元仿真、復(fù)雜形狀零件熱沖壓實(shí)驗(yàn)和 Dynaform 有限元仿真，進(jìn)行了熱沖壓關(guān)鍵工藝改進(jìn)研究。獲得了改進(jìn)工藝對(duì)熱沖壓件浮火速率、浮火均勻性、微觀組織、機(jī)械性能、回彈和成形性能等的影響規(guī)律。采用快速急冷工藝，將高溫板料快速急冷至合適溫度再熱沖壓成形，改善浮火均句性和成形性能，同時(shí)提高板料的浮火速率、獲得滿足機(jī) 械性能和形狀精度要求的熱沖壓件。 （三）根據(jù)改進(jìn)工藝制造了熱沖壓車(chē)門(mén)防撞梁，研宄了

11、其材料性能和成形性能等基本性能，進(jìn)行了準(zhǔn)靜態(tài)彎曲實(shí)驗(yàn)和動(dòng)態(tài)沖擊仿真測(cè)試了其抗彎和吸能等使用性能。采用熱沖壓車(chē)門(mén)防撞梁和B柱對(duì)車(chē)身側(cè)圍結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，并基于 LS-DYNA 進(jìn)行了整車(chē)側(cè)碰仿真優(yōu)化分析，對(duì)比不同方案的車(chē)體能量、變形、加速度、B 柱侵入速度和侵入量等，獲得最優(yōu)改進(jìn)方案，在保證碰撞安全性 的同時(shí)實(shí)現(xiàn)輕量化。 1.4沖壓工藝的發(fā)展方向 在現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)持續(xù)發(fā)展、機(jī)械化成形技術(shù)高速發(fā)展進(jìn)步的背景作用之下，現(xiàn)代意義上的沖壓工藝技術(shù)勢(shì)必會(huì)呈現(xiàn)出極為顯著與蓬勃的發(fā)展趨勢(shì)。沖壓工藝的發(fā)展呈現(xiàn)出極為突出的集成化、綜合化、智能化以及復(fù)合化發(fā)展趨勢(shì)。具體而言，可將現(xiàn)代技術(shù)條件支持下的沖壓工藝發(fā)展方向

12、歸納為以下三個(gè)方面： （1）沖壓成形工藝技術(shù)的發(fā)展在數(shù)字化以及可控化方向取得了極為長(zhǎng)足的發(fā)展與進(jìn)步。與此同時(shí)，受到現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的影響，沖壓成形工藝實(shí)施過(guò)程中，對(duì)數(shù)字模擬技術(shù)的應(yīng)用可顯著提高沖壓工藝所產(chǎn)出成品的實(shí)用性特征。同時(shí)，這種數(shù)字模擬技術(shù)的應(yīng)用能夠與數(shù)字化的制造系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高度的集成與統(tǒng)一。不但如此，配合對(duì)智能化技術(shù)以及控制技術(shù)的綜合應(yīng)用，沖壓成形技術(shù)不單單能夠使用于簡(jiǎn)單形狀零件的成形操作，同時(shí)也可作用于對(duì)諸如覆蓋件一類(lèi)零件的成形操作。 （2)對(duì)沖壓產(chǎn)品制造全過(guò)程加以了特別重視，單一性的成形化解逐步向著全過(guò)程性乃至全生命性的整體性系統(tǒng)方向發(fā)展。借助于此種方式，可實(shí)現(xiàn)在沖壓工藝實(shí)施過(guò)程中多目標(biāo)

13、、全局性的綜合優(yōu)化。 （3）沖壓工藝技術(shù)在靈活性反面取得了長(zhǎng)效的發(fā)展。在沖壓成形技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，對(duì)于符合工藝技術(shù)的應(yīng)用使得沖壓工藝所生成產(chǎn)品不單單表現(xiàn)為毛坯模式，同時(shí)也可以直接完成對(duì)零件的制造。與此同時(shí)，單個(gè)零件的沖壓制造工藝也逐步向著整體性結(jié)構(gòu)沖壓制造工方向發(fā)展。借助于此種方式，也可顯著提高沖壓工藝技術(shù)的柔性優(yōu)勢(shì)。1.5主要研究?jī)?nèi)容及重難點(diǎn)分析： 畢業(yè)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是設(shè)計(jì)一套簡(jiǎn)單實(shí)用的沖壓模具裝置，并且選擇合適的沖壓工序，實(shí)現(xiàn)相關(guān)的功能。難點(diǎn)是對(duì)軟件的學(xué)習(xí)和應(yīng)用能力要求較高，同時(shí)用到了多個(gè)大型軟件，包括用AutoCAD繪制二維零件圖，用CATIA軟件繪制三維實(shí)體圖。參考文獻(xiàn) 1李潤(rùn)泉.國(guó)內(nèi)外沖

14、壓工藝現(xiàn)狀分析J Cutting Edge Education 2015(4) 2趙建偉我國(guó)環(huán)境影響評(píng)價(jià)研究綜述J 中國(guó)科技 ， 2012,(5) 3李維積累環(huán)境影響評(píng)價(jià)研究J環(huán)境科學(xué)進(jìn)展 ，2010， (11) 4閆蘊(yùn)琪，陳琦，翁文憑，等AZ31合金板材的顯微組要應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助軟件，將其轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的工程圖 (組織、拉伸性能與沖壓工藝探索J稀有金屬材料與工 藝所轉(zhuǎn)換工程圖當(dāng)中應(yīng)當(dāng)涵蓋與之相對(duì)應(yīng)的展開(kāi)圖)，2008，37(4)，670673 5劉偉，楊玉英，邢忠文，等.沖壓工藝多目標(biāo)優(yōu)化系統(tǒng)的集成與應(yīng)用J計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2006，12(6)：888892 6王昆，郭為忠，高峰，等伺服沖壓工

15、藝擬NURBS曲線建模的權(quán) 因子優(yōu)化調(diào)節(jié)J東華大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版)，2011，37(6)：755760 7余德泉 ，張瑞，陳軍，等基于知識(shí)系統(tǒng) (KBS)的 智能沖壓工藝設(shè)計(jì)與應(yīng)用J上海交通大學(xué)學(xué)報(bào) ，2004，38(9)：14381441、1452 8李彥波，劉榮豐，劉紅武，等基于JSTAMPNV和 HEEDS的汽車(chē)前縱梁沖壓工藝優(yōu)化分析J計(jì)算機(jī)輔助工程，2012，21(2)：72-75 9劉成軍，阮鋒，鄧玉泉，等兩向同步進(jìn)料精密級(jí)進(jìn)沖壓工藝在生產(chǎn) 中的應(yīng)用A泛珠三角第四屆塑性工程 (鍛壓)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集C2009 10張春元，閻宏偉.復(fù)式彎曲模在生產(chǎn)中的應(yīng)用一例J.機(jī)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). 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開(kāi) 題 報(bào) 告 設(shè)計(jì)方案：2.1 本課題要研究并解決的問(wèn)題根據(jù)相關(guān)學(xué)科所學(xué)知識(shí)，對(duì)彎曲零件進(jìn)行工藝性分析，結(jié)合沖壓工藝學(xué)原理，利用CAD軟件分析計(jì)算，制作一些形狀復(fù)雜的沖壓件時(shí)

17、，常常需要多個(gè)彎曲工序。同時(shí)需要多套彎曲成形模具才能完成。若能把兩個(gè)或兩個(gè)以上彎曲工序復(fù)合到一套模具上完成，這樣既降低了成本，又減少了成形工序數(shù)，提高了生產(chǎn)效率。一套沖壓模具沖壓出一個(gè)彎曲件可以分為以下幾個(gè)過(guò)程：1.首先兩邊支耳在定位銷(xiāo)和彎曲凹模的作用下進(jìn)行彎曲，帶彎曲凹模壓到一定程度再依次將前后角度分層次彎曲成形。2.定位銷(xiāo)、定位塊被連在彎曲凹模上，毛坯能平展放置，使定位迅速、準(zhǔn)確。 3.在彎曲成形過(guò)程中，坯料各部分都處于自由端，這樣既有利于彎曲成形，又節(jié)省了設(shè)備功率消耗，使變形力最為合理。 4.在零件成形到位后，該模具又使工件各部分進(jìn)行強(qiáng)制校正，盡量減少回彈時(shí)零件成形準(zhǔn)確、工整。 5.彎曲

18、成形后，由打料桿把零件從彎曲凹模中打下來(lái)，邊去零件拿取，使操作安全，效率高。2.2 擬采用的研究手段2.2.1 文獻(xiàn)資料法 通過(guò)查閱沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)等書(shū)籍以及各種文獻(xiàn)，獲取模具設(shè)計(jì)的相關(guān)信息，對(duì)零件進(jìn)行工藝性分析，明確原復(fù)式彎曲模成形過(guò)程，結(jié)合近年來(lái)的研究成果，對(duì)設(shè)計(jì)的模具進(jìn)行優(yōu)化。2.2.2 明確復(fù)式彎曲模的使用方法及優(yōu)點(diǎn)模具在50t沖床上進(jìn)行操作，使用時(shí)利用下模座上的螺孔，利用橡皮彈性預(yù)緊力頂在頂桿上吧彎曲的凸模頂出。當(dāng)彎曲凹模向下壓時(shí)，首先兩邊支耳在彎曲凹模的作用下被彎曲，在完成該過(guò)程時(shí)，要調(diào)整橡皮已盡力使之既能彎出兩邊支耳被壓下時(shí)橡皮變形力盡量小。在彎曲凹模繼續(xù)往下壓得過(guò)程中。將工件

19、下面的Z字形和上面的25度角成。當(dāng)橡皮彈性力合適時(shí)，既能使工件完全變形。該模具的優(yōu)點(diǎn)如下：1） 充分考慮了零件形狀特點(diǎn)，保證了坯料各部分的材料變形一致，盡可能做到用一套模具完成較多成形工序。2） 定位銷(xiāo)、定位塊被連在彎曲凹模上，毛坯能平展放置，使定位迅速、準(zhǔn)確。3） 在彎曲成形過(guò)程中，坯料各部分都處于自由端，這樣既有利于彎曲成形，又節(jié)省了設(shè)備功率消耗，使變形力最為合理。4） 在零件成形到位后，該模具又使工件各部分進(jìn)行強(qiáng)制校正，盡量減少回彈時(shí)零件成形準(zhǔn)確、工整。5） 彎曲成形后，由打料桿把零件從彎曲凹模中打下來(lái)，邊去零件拿取，使操作安全，效率高。6） 整套模具從零件定位、彎曲、拿去、簡(jiǎn)介緊湊，是彎曲模具中典型的結(jié)構(gòu)形式。2.2.3 彎曲零件示意圖 如圖所示，若要彎曲需使用兩套彎曲模具才能完成。在第一套彎曲模具上彎出兩邊支耳，而后在第二套彎曲模具上才能彎出下年的Z字形和上面的25度斜邊生產(chǎn)效率較低，我們可以采用在整套模具中彎曲分層次進(jìn)行，首先兩邊支耳在定位銷(xiāo)和彎曲凹模的作用下進(jìn)行彎曲，帶彎曲凹模壓到一定程度再依次將前后角度分層次彎曲成形。2.2.4 本畢業(yè)設(shè)計(jì)主要針對(duì)彎曲連接件復(fù)式彎曲模具設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)方案如下 根據(jù)彎曲件的使用要求，查閱機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、互換性與測(cè)量技術(shù)