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连接板冲压工艺分析及模具毕业设计 - 图文 

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1 序言

1.1国内外汽车模具行业发展状况及趋势

1.1.1 国外汽车模具行业的发展状况

国外各大汽车公司都对汽车模具的设计和制造技术的发展极为重视,各大汽车公司都有自己的模具制造厂,生产汽车关键零件的模具,特别是主要外观件所用的模具。例如,日本丰田公司的冲压模具工厂就是世界上最大、最先进的汽车模具制造厂之一。虽然该工厂的模具制造能力很强,但并不生产丰田公司所需的全部模具,主要负责整车零件的冲压工艺和整车模具的协调和设计制造车身内外覆盖件等主要零部件的模具,而地板和骨架等零件的模具全部外协制造,其模具自制率约为60%。

除了汽车生产厂家的模具厂外,还有大批的汽车模具专业公司为汽车制造业服务,其中知名的如同本的获原、富士、宫津,美国的COMAU公司等等,在国际汽车模具制造业都具有很高的地位。例如COMAU汽车模具公司就具有每年开发10个车型模具的能力,其制造的模具包括多工位传递模、多工位级进模(连续模)、液压成形模、金属热成形模和原型模具等。为了缩短模具的设计制造时间和降低成本,COMAU公司的许多模具设计制造工作都外包给外面的公司完成。因此,其周边产生了许多为其服务和协作的模具设计公司和机械加工公司,使其能更好地利用相关的资源。该公司大型覆盖件模具的交货期为4—6个月。

专业化生产是汽车模具行业的一个显著特点,专业化分工是提高生产效率、缩短模具设计制造周期和保证模具产品质量的必然发展趋势。例如,有的企业仅制造整体侧围、前翼子板、发动机罩内外板、车门内外板、行李箱内外板等主要覆盖件模具,其余均由外围协作厂完成。又如,西班牙的DOVER公司专门制造车门模具,以生产四门模具而著称。有的厂家专门制造地板及结构件模具,还有的模具厂家专门制造多工位自动化模具。

经济全球化对国际汽车模具制造业产生了深刻的影响,近年来工业发达国家将中低档模具的生产不断地向包括中国在内的发展中国家转移,并且也越来越多地到这些国家采购模具,以降低其汽车生产成本。尽管如此,我们还是应该清醒地看到,工业发达国家汽车模具行业依然保持着其核心竞争力,在大型、精密、复杂模具的设计制造技术方面仍有着明显的优势,特别在高档轿车模具技术方面还占据着不可替代的位置。

1.1.2 国内汽车模具行业的发展状况

自2000年以来,我国汽车行业快速发展,2010年汽车总产量已超过1800万辆,

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新能源汽车也被国家列为战略性新兴产业,在国家政策的引导下将会快速发展。在节能减排政策推动下,汽车轻量化技术将越来越受到重视。我国汽车工业的高速发展,为汽车模具提供了旺盛的市场需求,推动了汽车模具行业的快速发展,使汽车模具行业的整体水平也得到迅速提升。十年前,我国的汽车冲压模具行业还只限于一汽、东风、天汽、成飞、南汽等为数不多的几家骨干企业,现在己发展到200家左右。大批民营企业快速发展,并已具有相当规模,已经成为我国汽车模具行业的重要组成部分。

近5年来,在我国上市的数十款自主开发及合资生产的汽车中,其生产所需的模具和夹具有50%以上是由国内汽车模具企业制造的。我国汽车模具行业现已具备了生产中档轿车整车模具的能力。有的轿车0EM厂商已经将B级轿车的整车模具交由我国模具企业制造,这体现了我国汽车模具行业设计制造水平的快速提升。多功能模具、高效多件冲压模具、多工位模具、大中型骨架件级进模等新型模具开始起步,拼焊板和高强度板模具的开发水平稳步提升,870MP甚至更高的高强度板和不等厚激光拼焊板模具国内已经可以生产。作为部分企业的新产品,这些类型的模具己开始逐步占领国内市场,有的甚至进入了国际市场。

我国汽车模具行业近年来发展的一个趋势是,一些个业除了发展自身的生产能力外,还加强了企业之间的联合、协调与协作。国内汽车模具界已对组成战略联盟、共同面向市场方面达成了共识,而且已经开始了各种形式的合作。如“龙头”模具企业在承接了整车模具的任务后,除了自己完成整体协调和关键模具外,还按模具制造的复杂性、难易程度、企业的专业化分工及其能力和特长,把部分模具交给多家企业制造。由于这种企业问的联合可以使各企业间相互配套,优势互补,可合理配置资源,发挥群体优势,达到互利互惠、合作双赢、共同发展的目的,汽车模具企业问的合作、联合或联盟,已成为我国汽车模具行业发展的重要趋势。

我国汽车模具行业发展的另一个显著特点是高新技术普遍应用,技术水平迅速提升,自主创新能力不断增强。目前,CAD/CAE/CAM技术己在我国汽车模具行业普遍应用,大部分企业可应用CAD设计软件进行二维或三维模具设计,并实现了模具的数控加丁。除了应用商品化的CAD软件进行模具设计外,不少企业还进行了CAD软件的二次开发。例如,一汽模具制造公司研发了冲压模具知识模板,实现了拉延模、压合模的模块化设计和参数化设计。天津汽车模具公司等企业建立了模具标准件库,实现了模具的三维设计的全面应用。现在,许多模具企业已能够运用CAE技术分析冲压成形过程,预测成形缺陷,优化冲压工艺和模具结构;部分企业在高强度板CAE成形分析和自身经验数据库方面还做了许多卓有成效的工作。这些都对缩短模具开发周期和提高模具质量有良好效果。模具企业设计、制造的软件条件已基本达到或接近国际水平。

近年来,国内汽车模具企业的管理水平和能力也在不断提升,不少企业为了改变不规范、落后的管理方式,结合企业的实际情况,正逐步建立起适合自身特点并能

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满足市场需求的管理模式。许多企业实施了信息化管理系统,在产品设计和技术管理中,实施了PDM系统;在文档管理、知识管理、工作流管理、项目管理和权限管理等方面实现了信息化管理,从而提高了设计效率和管理水平,取得了良好效果。与此同时,人才管理也已越来越受到企业的重视。一些大型骨干模具企业还建立了以项目为基础、贯穿生产全过程的信息管理系统,包括项目计划、工作量分配、计划执行过程跟踪、质量状态监控等功能。在汽车模具企业的发展壮大过程中,人们已深刻地认识到“技术是企业发展的动力,管理是企业发展的灵魂”。

1.1.3 汽车冲压模具技术的发展趋势

当前,冲压技术正向精密、多功能、高效节能、安全清洁和智能化的生产方向发展。车身冲压技术还呈现出模块化、自动化、毫米冲压和特种成型技术等新趋势。汽车冲压模具有很好的发展前景,其发展趋势当与冲压技术的发展方向相吻合,多工位自动化智能模具和为智能生产服务的高性能模具将逐步成为今后技术发展的重点。在国内外汽车模具行业的发展中,除了生产专业化、设备精良化、经营国际化、以及行业战略联盟的发展等成为重要的特点外,模具技术的发展呈现出以下趋势:包括三维设计技术、冲压成形过程的模拟(CAE)技术、可制造性设计(DFM)技术、智能化型面设计技术、制造过程的CAPP、CAM、CAT技术、并行工程和协同设计以及虚拟制造等内容的模具数字化技术;包含模具型面和结构面的加工、高速加工、一体化加工中心、光电控制系统、工件在线测量系统等内容的各种模具加工自动化技术;高强度板冲压技术和与高强度钢板应用相关的激光拼焊板的冲压技术;发展包括多工位自动化模具、级进模、多功能模、热压成形模、液压成形模、轻金属和复合材料成形模等的新型模具以及模夹一体化产品;发展特殊铸铁和高性能模具材料及与此相关的材料处理和各种表面强化技术;包括精益生产流程及ERP、CRM、SCM、PM、PDM、PLM、MES等先进信息化管理工具及系统的发展与应用等内容的管理科学化与信息化技术;模具的精细化制造和标准化设计与生产,等等。

1.2冲压工艺的发展趋势

冲压是一种传统生产技术,可考历史已超过千年。传统冲压技术主要是模具和工艺设计问题,工艺性分析主要依靠个人的经验, 通过粗略分析零件的几何特点、材料特性等, 做出定性分析结论。传统冲压主要以铜及铜合金、钢铁、铝和铝合金为材料。

近年来,随着汽车、航空航天等工业的发展,很多新材料得到越来越多的应用,例如一些难变形冲压材料:钛合金、镁合金、复合材料和高强铝合金等。材料科学和

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塑性力学的发展带动了冲压技术的进步,计算机技术和控制技术的发展,也使过去难以实现的工艺成为可能。进入21世纪以来,冲压技术逐渐发展为一门技术科学,呈现出工艺、材料、控制一体化的发展特点。这就要求通过物理测试、模拟和数值模拟掌握材料与工艺的优化匹配,并根据具体工艺要求实现工艺控制或在线测控。如材料性能量化控制,冲压生产智能控制技术,科学的冲压生产技术是多种场量的耦合控制等等。

计算机技术的融入, 提出了力学模拟、几何模拟、专家系( 等方法, 借助计算机辅助分析的方法, 在一定程度、一定范围内做出了一些定量的分析结论。随着零件信息模型从几何模型到特征模型的发展, 出现了将产品可成形性分析按特征分解细化。近年来,知识模型的出现, 人工智能技术的发展, 出现了基于知识的冲压件产品可成形性分析。基于知识工程的可成形性分析是建立在零件知识模型基础上的工艺性推理过程。目前, 计算机辅助工艺智能化设计是冲压件工艺设计的主要研究方向。

1.3本课题研究的目的及意义

1.3.1 本课题研究的目的

(1) 针对题目使学生得到机械设计、模具设计、cad画图等课程的综合训练。 (2) 针对题目使学生获得机构的整体方案确定、方案论证、资料的检索、绘制工程图、编制说明书等主要方面的训练。

(3) 培养学生机构设计、校核计算、文字运用、资料收集、按标准绘图等方面的能力。

1.3.2 本课题研究的意义

让学生对冲压工艺及模具设计达到一定的了解,熟悉运用AUTOCAD及CATIA等常用软件看图、制图,对今后的走上社会工作或继续深造学习起到帮助。 使学生能够更加熟悉的理解和掌握冲压设计的过程,并运用所学的知识进行冲压模具的设计,选取相应的标准件将模具安装起来,并选用相应的压力机进行生产。在设计过程中可以熟悉模具的设计流程,掌握如何按照国家标准进行模具设计并选择标准件进行安装,提高学生将所学专业知识运用到生产实际中的能力。

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2 零件工艺性分析

该工件材料为B250P1、t=1.2mm的钢板,拥有较好的冲压性能,适合冲裁,弯曲、胀形。观察零件的三维模型图(图2-1),从零件结构可以看出,该零件所需坯料为复杂形状的板料,故需进行落料工序,零件弯曲角度不大,为大于90度弯曲,在弯横向曲的基础上进行一次纵向弯曲成型,均可一次弯曲成型。零件的胀形形状不大,故只需要在一次工序中来完全成型。零件有圆孔,因此,需要设计圆形冲孔模,综上我们可以知道该零件加工需落料、冲孔、弯曲、胀形。

图2-1 零件三维模型图

2.1设计方案

该工件包括弯曲、胀形、冲孔、切边四个基本工序,可以设计以下三种工艺方案:

方案一:落料 →冲孔→弯曲→胀形 方案二: 落料 → 弯曲胀形 → 冲孔 方案三:落料冲孔 → 弯曲胀形。

2.2设计方案比较

方案一:模具结构简单,制造方便,但需用四套单工序模完成,工序较多,操作不

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