沖壓模具設(shè)計
一、課題的來源
課題來源于生產(chǎn)實際，探討沖壓加工中較常見零件的工藝方法和結(jié)構(gòu)設(shè)計。課題涉及知識面較廣，且設(shè)計要求較高，對學生的設(shè)計能力，特別是思考能力是一個很好的鍛煉。課題研究內(nèi)容包括機械工程學科的力學，材料學，機械原理，機械設(shè)計，公差與互換性，機械制造工藝等知識，特別鍛煉學生規(guī)范性設(shè)計的能力。使學生能得到全面的鍛煉。課題要求學生具備較強的機構(gòu)設(shè)計能力和創(chuàng)新能力，對學生是一個挑戰(zhàn)。課題為典型的機械設(shè)計類課題，涉及機械知識全面，與工程機械專業(yè)方向結(jié)合緊密。
二、選題的現(xiàn)實意義和理論意義
沖壓加工是現(xiàn)代機械制造業(yè)中先進高效的加工方法之一。它是利用安裝在壓力機上的模具，在常溫或加熱的條件下對板材施加壓力使其變形和分解，從而獲得一定形狀、尺寸的零件的加工方法。因為它主要用于加工板料零件，所以又稱板料沖壓。
沖壓加工的特點如下：
�。�1）. 借助壓力機的壓力，利用模具能獲得壁薄、質(zhì)量輕、剛性好、形狀復雜的零件，這些零件用其他的方法難以加工甚至無法加工；
�。�2）. 沖壓加工的零件精度高、尺寸穩(wěn)定，具有良好的互換性；
�。�3）.沖壓加工是少、無切削加工的一種，部分零件沖壓直接成形，大部分無需任何再加工，材料利用率高，達85%以上；
�。�4）.生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)過程容易實現(xiàn)機械化和自動化，適合于大批大量生產(chǎn)；
�。�5.）操作簡單，便于組織生產(chǎn)和管理。
沖壓加工的缺點是模具制造的周期長，制造成本高，不適于單件小批量生產(chǎn)；其次，沖壓加工多用機械壓力機，由于滑塊往復運動快，大量手工操作，勞動強度較大，易發(fā)生事故，安全生產(chǎn)與管理要求高，須采用必要的安全技術(shù)措施來保證。
沖壓加工的應用十分廣泛，不僅可以加工金屬材料，而且可以加工非金屬材料。在現(xiàn)代制造業(yè)，比如汽車、拖拉機、農(nóng)業(yè)機械、電機、電器、儀表、化工容器、玩具以及日常生活用品的生產(chǎn)方面，都占有十分重要的地位。
沖壓加工在國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域應用范圍相當廣泛。例如，在宇航，航空，軍工，機械，農(nóng)機，電子，信息，鐵道，郵電，交通，化工，醫(yī)療器具，日用電器及輕工等部門里都有沖壓加工。不但整個產(chǎn)業(yè)界都用到它，而且每個人都直接與沖壓產(chǎn)品發(fā)生聯(lián)系。像飛機，火車，汽車，拖拉機上就有許多大，中，小型沖壓件。小轎車的車身，車架及
車圈等零部件都是沖壓加工出來的。據(jù)有關(guān)調(diào)查統(tǒng)計，自行車，縫紉機，手表里有80%是沖壓件；電視機，收錄機，攝像機里有90%是沖壓件；還有食品金屬罐殼，鋼精鍋爐，搪瓷盆碗及不銹鋼餐具，全都是使用模具的沖壓加工產(chǎn)品；就連電腦的硬件中也缺少不了沖壓件。
但是，沖壓加工所使用的模具一般具有專用性，有時一個復雜零件需要數(shù)套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技術(shù)要求高，是技術(shù)密集形產(chǎn)品。所以，只有在沖壓件生產(chǎn)批量較大的情況下，沖壓加工的優(yōu)點才能充分體現(xiàn)，從而獲得較好的經(jīng)濟效益的。
當然，沖壓加工也存在著一些問題和缺點。主要表現(xiàn)在沖壓加工時產(chǎn)生的噪音和振動兩種公害，而且操作者的安全事故時有發(fā)生。不過，這些問題并不完全是由于沖壓加工工藝及模具本身帶來的，而主要是由于傳統(tǒng)的沖壓設(shè)備及落后的手工操作造成的。隨著科學技術(shù)的進步，特別是計算機技術(shù)的發(fā)展，隨著機電一體化技術(shù)的進步，這些問題一定會盡快二完善的得到解決。
三、國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及分析
據(jù)統(tǒng)計，20xx年我國生產(chǎn)汽車沖壓件約240萬噸/8億件，摩托車沖壓件約28萬噸/19億件，拖拉機、農(nóng)用車沖壓件約96萬噸/7.1億件，家用空調(diào)和冰箱沖壓件100萬噸/12.8億件。業(yè)內(nèi)專家預計，隨著沖壓成形行業(yè)最大用戶市場--汽車行業(yè)今后繼續(xù)迅猛發(fā)展，中國沖壓行業(yè)已迎來了一個快速發(fā)展機遇期，但能否抓住機遇獲得新的更快的發(fā)展，前進的道路上尚有許多阻力和障礙需要克服與突破。
�。�1）機械化、自動化程度低
美國680條沖壓線中有70%為多工位壓力機，日本國內(nèi)250條生產(chǎn)線有32%為多工位壓力機，而這種代表當今國際水平的大型多工位壓力機在我國的應用卻為數(shù)不多；中小企業(yè)設(shè)備普遍較落后，耗能耗材高，環(huán)境污染嚴重；封頭成形設(shè)備簡陋，手工操作比重大；精沖機價格昂貴，是普通壓力機的5~10倍，多數(shù)企業(yè)無力投資阻礙了精沖技術(shù)在我國的推廣應用；液壓成形，尤其是內(nèi)高壓成形，設(shè)備投資大，國內(nèi)難以起步。
�。�2）生產(chǎn)集中度低
許多汽車集團大而全，形成封閉內(nèi)部配套，導致各企業(yè)的沖壓件種類多，生產(chǎn)集中度低，規(guī)模小，易造成低水平的重復建設(shè)，難以滿足專業(yè)化分工生產(chǎn)，市場競爭力弱；摩托車沖壓行業(yè)面臨激烈的市場競爭，處于“優(yōu)而不勝，劣而不汰”的狀態(tài)；封頭制造企業(yè)小而散，集中度僅39.2%。
�。�3）沖壓板材自給率不足，品種規(guī)格不配套
目前，我國汽車薄板只能滿足60%左右，而高檔轎車用鋼板，如高強度板、合金化鍍鋅
板、超寬板(1650mm以上)等都依賴進口。
（4）科技成果轉(zhuǎn)化慢先進工藝推廣慢
在我國，許多沖壓新技術(shù)起步并不晚，有些還達到了國際先進水平，但常常很難形成生產(chǎn)力。先進沖壓工藝應用不多，有的僅處于試用階段，吸收、轉(zhuǎn)化、推廣速度慢。技術(shù)開發(fā)費用投入少，導致企業(yè)對先進技術(shù)的掌握應用慢，開發(fā)創(chuàng)新能力不足，中小企業(yè)在這方面的差距更甚。目前，國內(nèi)企業(yè)大部分仍采用傳統(tǒng)沖壓技術(shù)，對下一代輕量化汽車結(jié)構(gòu)和用材所需的成形技術(shù)缺少研究與技術(shù)儲備。
�。�5）大、精模具依賴進口
當前，沖壓模具的材料、設(shè)計、制作均滿足不了國內(nèi)汽車發(fā)展的需要，而且標準化程度尚低，大約為40%~45%，而國際上一般在70%左右。
�。�6）專業(yè)人才缺乏
業(yè)內(nèi)掌握先進設(shè)計分析技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)的高素質(zhì)人才遠遠不能滿足沖壓行業(yè)飛速發(fā)展的需要，尤其是摩托車行業(yè)中具備沖壓知識和技術(shù)和技能的專業(yè)人才更為缺乏且大量外流。另外，眾多合資公司由外方進行工程設(shè)計，掌握設(shè)計權(quán)、投資權(quán)，我方?jīng)_壓技術(shù)人員難以真正掌握沖壓工藝的真諦。
沖壓成形用戶市場的迅猛發(fā)展為沖壓行業(yè)帶來了全新的發(fā)展機遇，雖然在沖壓業(yè)發(fā)展的道路上還存在著各種各樣的阻力與障礙，但我們始終相信，這些都阻擋不了沖壓行業(yè)前進的步伐。
科學技術(shù)的迅猛發(fā)展, 尤其是在現(xiàn)有資源及環(huán)境不可過分樂觀的形勢下, 對沖壓加工乃至整個塑性加工業(yè)等都提出了嚴重的挑戰(zhàn)。 減輕重量, 節(jié)省材料, 降低能耗, 開拓創(chuàng)新已成為塑性加工業(yè)等面臨的一個極其重要的課題。 不可否認在金屬加工中, 沖壓是成形效率和材料利用率最高的加工方式之一, 其具有自己獨特的優(yōu)勢與特點。 面對嚴重挑戰(zhàn), 沖壓加工正以新的姿態(tài), 向鑄造、 鍛壓、 焊接和機械加工等領(lǐng)域開拓, 已經(jīng)并正在生產(chǎn)出許多具有時代特點的產(chǎn)品, 展現(xiàn)了沖壓加工廣闊的天地。 例如沖壓發(fā)動機殼體、 沖壓搖臂、 沖壓搖臂座、 沖壓排氣管、 沖壓焊接成形的離心泵、 沖壓托架、 沖壓焊接成形的汽車后轎殼、 沖壓離合器殼體、 沖壓變速箱殼體、 沖壓皮帶輪等等, 所有這些不僅一改過去工件由鑄造、 焊接生產(chǎn)而呈現(xiàn)的粗笨外表, 許多沖壓件的精度也毫不遜色于機械加工的產(chǎn)品, 其結(jié)構(gòu)合理性甚至要超過某些機械加工產(chǎn)品, 尤其是其生產(chǎn)率又遠非機械加工所能比擬。 而復合沖壓、 微細沖壓、 智能化沖壓、 綠色沖壓等高新技術(shù)又向我們展示了沖壓加工極具魅力的新領(lǐng)域, 可以說沖壓加工不論從深度, 還是從廣度上都大有作為, 前景美好。
四、設(shè)計的目的、要求和規(guī)劃
1、設(shè)計的目的
總結(jié)和鞏固基礎(chǔ)技術(shù)課程和專業(yè)課程中所獲得的知識，綜合應用這些知識，并將理論知識用于解決生產(chǎn)實際問題；通過設(shè)計使學生獲得課堂講授不易掌握的沖模結(jié)構(gòu)知識；培養(yǎng)學生的設(shè)計、計算和繪圖能力，培養(yǎng)學生獨立解決沖壓范圍內(nèi)工程問題的能力。 2、設(shè)計的要求
1) 鞏固和擴大本課程所學的理論知識。
2) 綜合運用本課程和其它課程的知識，能夠設(shè)計一般沖壓零件的工藝過程和模具。
3) 進一步提高設(shè)計、計算和繪圖能力，熟悉工程計算方法和技巧，正確繪制裝配圖和零件工作圖，要求做到 ：字體端正，圖面整潔。通過編寫計算說明書，提高總結(jié)技術(shù)問題與編寫報告的能力。
4) 熟悉使用機械零件手冊、沖壓設(shè)計資料（如《模具設(shè)計與制造簡明手冊》、《冷沖壓模具結(jié)構(gòu)圖冊》）、技術(shù)規(guī)范、國家標準(如《冷沖模國家標準》)以及其它技術(shù)資料。
5) 樹立正確的設(shè)計思想，設(shè)計必須從實際出發(fā)，在設(shè)計中培養(yǎng)學生認真踏實的工作態(tài)度和工作作風。
3、設(shè)計的工作規(guī)劃
應充分研究設(shè)計任務書，了解產(chǎn)品用途，并進行沖壓件的工藝性及尺寸公差等級分析，對于一些沖壓件結(jié)構(gòu)不合理或工藝性不好的，必須征詢指導教師的意見后進行改進。在初步明確設(shè)計要求的基礎(chǔ)上，可按以下步驟進行沖壓總體方案的論證。
1) 醞釀沖壓模具設(shè)計安排的初步方案，并畫出各步的沖壓工序草圖；
2) 通過工序安排計算及《沖壓模具結(jié)構(gòu)圖冊》等技術(shù)資料，驗證各步的沖壓模具設(shè)計方案是否可行，構(gòu)畫該道工序的模具結(jié)構(gòu)草圖。
3) 構(gòu)畫其它模具的結(jié)構(gòu)草圖，進一步推敲上述沖壓工序安排方案是否合理可行。
4) 沖壓工序安排方案經(jīng)指導教師過目后，即可正式繪制各步的沖壓工序圖，并著手按照“任務書”上的要求進行課程設(shè)計。
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