冷沖壓技術在模具設計中的應用開題報告

一、背景、意義

模具是機械制造業(yè)中技術先進、影響深遠的重要工藝裝備，具有生產(chǎn)效率高、材料利用率高、制件質量優(yōu)良、工藝適應性好等特點，被廣泛應用于汽車、機械、航天、航空、輕工、電子、電器、儀表等行業(yè) 。20xx年中國模具工業(yè)產(chǎn)值達到610億元，增長率保持在25%的高水平，行業(yè)的生產(chǎn)能力約占世界總量的10%，僅次于日本、美國而位列世界第三 。我國沖壓模具產(chǎn)品的質量和生產(chǎn)工藝水平，總體上比國際先進水平低許多，而模具生產(chǎn)周期卻要比國際先進水平長許多[1]。

冷沖壓是在常溫下，利用沖模在壓力機上對板料或坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形或分離，從而獲得零件所需的形狀、尺寸的一種壓力加工的方法[2]。利用沖壓模具生產(chǎn)可以保證產(chǎn)品的尺寸精度，使產(chǎn)品質量穩(wěn)定，而且在加工中不破壞產(chǎn)品表面 。用模具生產(chǎn)零部件可以采用冶金廠大量生產(chǎn)的廉價的軋制港胞或鋼帶為配料，且在生產(chǎn)中不需要加熱，具有生產(chǎn)效率高、質量好、重量輕、成本低且節(jié)約能源和材料等一系列優(yōu)點[3]。而模具則是大批量生產(chǎn)同形產(chǎn)品的工具，是生產(chǎn)各種工業(yè)產(chǎn)品的重要工藝裝備 。模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎工業(yè) 。目前，工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用模具成形工藝方法，以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)率和質量 。冷沖壓技術的發(fā)展和模具技術的發(fā)展是相互促進，共同發(fā)展的 。應該說，冷沖模具的研究和創(chuàng)新對于現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展具有積極意義 。隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，產(chǎn)品對模具的要求越來越高，傳統(tǒng)的模具設計方法已無法適應產(chǎn)品更新?lián)Q代和質量提高的要求 。三維CAD/CAM系統(tǒng)的成功應用，使得計算機不再僅僅是設計過程中的繪圖工具，也是設計者進行空間思維的輔助工具 。三維設計，已成為產(chǎn)品開發(fā)、模具設計及產(chǎn)品加工中這些薄弱環(huán)節(jié)的最有效的途經(jīng) 。

本課題以XXX廠產(chǎn)品的生產(chǎn)過程為案例，以Solidworks為工具，進行沖裁模、彎曲模和成形模的設計研究工作 。以冷沖壓技術結合先進的CAD/CAM技術，進而提高提高生產(chǎn)率、減輕勞動強度和縮短模具的設計制造周期，進行壓力容器沖壓模具設計 。具備了如下優(yōu)點：

（1）冷沖壓技術與其他加工方法相比具有：冷沖壓操作工藝方便，便于組織生產(chǎn)，是一種高效低耗的加工方法，適合大批量生產(chǎn) 。而且沖壓出的零件制品一般不需要進一步機械加工，互換性好，在耗費不大的情況下能獲得強度高、剛度大而重量輕的零件 。

（2）課題結合模具CAD/CAM技術，產(chǎn)品的設計過程中直接由三維模型轉為二維圖，可大大縮短設計時間，提高設計效率和設計質量，且能夠較好地完成研制設計任務 。同傳統(tǒng)的模具設計相比，它在提高生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質量，還是在降低成本、減輕勞動強度等方面，都具有很大優(yōu)越性 。

（3）隨著計算機技術的發(fā)展，計算機不再僅僅是設計過程中的繪圖工具，也是設計者進行空間思維的輔助工具 。課題結合三維技術并且使計算機運用到了生產(chǎn)設計的實踐中，有一定的創(chuàng)新性 。

二、相關的最新成果及動態(tài)

從20世紀70年代至今，計算機逐漸進入了模具生產(chǎn)的設計、制造、管理等各個領域；輔助進行零件圖形輸入、毛胚展開、調料排樣、確定模具尺寸和標準、繪制裝配圖和零件圖、輸出NC程序等工作，使得模具設計、加工精度與復雜性不斷提高，模具制造周期不斷縮短 。當前國際上計算機（CAD）和計算機輔助制造（CAM）的發(fā)展趨勢是：繼續(xù)發(fā)展幾何圖形系統(tǒng)以滿足復雜零件和模具的要求；在CAD和CAM的基礎上建立生產(chǎn)集成系統(tǒng)（CIMS）；開展塑性成形模擬技術的研究，以提高工藝分析和模具CAD的理論水平和實用性；開發(fā)智能數(shù)據(jù)庫和分布式數(shù)據(jù)庫，開發(fā)專家系統(tǒng)和智能CAD等[4]。 隨著工業(yè)技術和科學技術的發(fā)展和快速適應工業(yè)產(chǎn)品更新?lián)Q代和提高質量的要求，發(fā)達國家從20世紀50年代就開始了模具CAD/CAM技術的研究 。如美國通用汽車公司早在20世紀50年代就將CAD/CAM技術應用于汽車覆蓋件的設計與制造；20世紀70年代日本機械工程實驗室和日本旭光學工業(yè)公司分別開發(fā)了連續(xù)模設計系統(tǒng)MEL和沖空彎曲模系統(tǒng)PENTAX；1982年，日立公司研制了沖裁模CAD系統(tǒng) 。到20世紀80年代，模具CAD/CAM技術已廣泛應用于冷沖模具的設計與制造[5]。

來源于 ：注塑財富網(wǎng)http://

CAD集成技術在塑料模具設計中的應用塑料模具CAD集成技術

塑料模具CAD集成技術是一項先進的模具制造技術，它的制造包括塑料產(chǎn)品的造型設計、模具的結構 設計及分析、模具的數(shù)控加工、拋光和配試模以及快速成形制造等，各個環(huán)節(jié)所涉及的CAD單元技術又包括產(chǎn)品外形的快速反求、結構分析與優(yōu)化設計、輔助制 造、加工過程虛擬仿真、產(chǎn)品及模具的快速成形、輔助工藝過程和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術等。塑料模具CAD集成技術，就是把塑料模具在制造過程中所涉及的各項單元 技術集成起來，統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫和文件傳輸格式，實現(xiàn)信息集成和數(shù)據(jù)資源共享，從而大大縮短模具設計的制造周期，提高制模質量。塑料產(chǎn)品的CAD與外形的快速反求

進行塑料模具設計制造的第一步是塑料產(chǎn)品的設計?，F(xiàn)代設計方法是設計者在電腦上直接建立產(chǎn)品的三維模型，根據(jù)產(chǎn)品的三維模型進行模具結構設計及優(yōu)化設 計，再根據(jù)模具結構設計三維模型進行加工編程及編制工藝計劃。這種方法使產(chǎn)品模型、模具結構、加工編程及工藝設計都以3D數(shù)據(jù)為基礎，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，不僅 能快速提高設計效率，還能保證質量，降低成本。

利用CAD系統(tǒng)軟件進行產(chǎn)品模型設計，其技術主要包括二維幾何圖形、二維參數(shù)化圖形、三維實體造型、三維特征造型、三維參數(shù)化實體造型、三維曲面造型、空間自由造型、產(chǎn)品的外觀渲染和產(chǎn)品的動態(tài)廣告設計等。

三維造型設計是對數(shù)字化產(chǎn)品的真實形狀設計.它完全表達了產(chǎn)品能夠進一步為模具設計、分析和加工提供數(shù)學模型;空間自由造型設計是產(chǎn)品外形的藝術設計，使產(chǎn)品不僅是功能產(chǎn)品，也是藝術品;產(chǎn)品的外觀渲染是產(chǎn)品的效果設計，使產(chǎn)品更加美觀、顏色更能迎合人們的需求;產(chǎn)品的動態(tài)廣告設計是將產(chǎn)品設計的結果直 接制作成宜傳廣告，進行市場推廣。利用實物測量進行快速反求建模是目前研究的熱點之一，它是在產(chǎn)品仿型基礎上進行產(chǎn)品修改設計的重要技術，它通過三坐標測 量機和激光測量機對實物進行掃描，把測量所獲得的數(shù)字化的大量數(shù)據(jù)點送人高級CAD軟件的反求模塊或專用的反求軟件中，反求軟件可直接讀取點數(shù)據(jù)群，并對 點數(shù)據(jù)群進行編輯、過濾、整理、求精、排序、局部修改與重組，然后自動生成曲面，最終獲得同實物一致的或經(jīng)改造的電腦塑件模型。CAD對模具的設計與分析

CAD對模具的設計與分析，包括根據(jù)產(chǎn)品模型進行模具分型面的設計、確定型腔和型芯、模具結構的詳細設計、塑料充填過程分析等幾個方面。利用先進的特征 造型軟件，如，PRONE和UGII等很容易地確定分型面，生成上下模腔和模芯，再進行流道、澆口以及冷卻水管的布置等。確定了這些設計數(shù)據(jù)以后，再利用 MOLDFLOW和CFLOW軟件進行塑料的成形過程分析。根據(jù)MOLDFOLM軟件和它的豐富材料、工藝數(shù)據(jù)庫，通過輸人成形

工藝參數(shù)，可動態(tài)仿真地分 析塑料在注塑模腔內的注射過程、分析溫度壓力變化情況、分析注塑件殘余應力等，并根據(jù)分析情況來檢查模具結構的合理性、流動狀態(tài)的合理性、產(chǎn)品的質量問題 等。比如，是否存在澆注系統(tǒng)不合理，出現(xiàn)流道和澆口位置尺寸不當，無法平衡充滿型腔;是否存在產(chǎn)品結構不合理或模具結構不合理，出現(xiàn)產(chǎn)品充不滿(即短射現(xiàn)象);是否冷卻不均勻，影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質量;是否存在注塑工藝不對，出現(xiàn)產(chǎn)品的翹曲變形等。模具通過CAD的分析，就可以將錯誤消除在設計 階段，提高一次試模成功率。

在塑料模具設計和分析這一階段應用了許多新的電腦輔助技術，如，參數(shù)化技術、特征造型技術和數(shù)據(jù)庫技 術等。塑料模具中有許多標準件，如，標準模架、頂出機構、澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)等都可以采用基于數(shù)據(jù)庫管理的參數(shù)化特征造型設計方法進行設計或建立標準件 庫，這樣既可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，又可以滿足用戶對設計的隨時修改，使模具的設計分析快速、準確和高效。參數(shù)化特征造型不僅可以完整地描述產(chǎn)品的幾何圖形信 息，也可以獲得產(chǎn)品的精度、材料及裝配等信息，其所建立的產(chǎn)品模型是一種易于處理、能反映設計意圖和加工特征的模型。因此，參數(shù)化特征造型技術是模具制造 過程中最重要的技術之一。結束語

目前，塑料模具的設計和制造一般采用通用機械的CAD或CAM軟件 與專用塑料模CAE軟件相結合。現(xiàn)在，面臨的一個課題是開發(fā)與推廣專用模具CAD軟件。CAE軟件只能在設定條件下對塑料成型過程進行模擬分析，還不能對 分析結果進行優(yōu)化，更不能對設計過程做指導?？傊?，集成專用的塑料模具CAD或CAE軟件，提高其智能化程度，是塑料模CAD或CAE技術發(fā)展的趨勢。