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任務(wù)書
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目
水壺殼體成型工藝及模具設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作內(nèi)容與基本要求（目標(biāo)、任務(wù)、途徑、方法，應(yīng)掌握的原始資料（數(shù)據(jù)）、參考資料（文獻(xiàn)）以及設(shè)計(jì)技術(shù)要求、注意事項(xiàng)等）（紙張不夠可加頁）
1.設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)：
零件材料：1Cr13Mo，退火態(tài)；料厚t=3mm；精度：IT12；大批量生產(chǎn)；沖壓件圖另附。
2.目標(biāo)：
通過本設(shè)計(jì)，綜合訓(xùn)練所學(xué)知識(shí)，全面掌握沖壓模具設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)全過程；使學(xué)生利用既有文獻(xiàn)和參考資料獨(dú)立進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)，從而具有查閱和檢索文獻(xiàn)的能力；理論聯(lián)系實(shí)際，使學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力得到一定的鍛煉。訓(xùn)練應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行綜合工程設(shè)計(jì)的能力。
3.設(shè)計(jì)要求：1)完成沖壓件的工藝設(shè)計(jì)(工藝分析、工藝方案確定、工藝計(jì)算等)；
2)進(jìn)行沖壓模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算(主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)模具工作部分尺寸計(jì)算等)；
3)完成模具總裝配圖和模具主要零件圖；
4)編寫設(shè)計(jì)說明書及進(jìn)行畢業(yè)答辯。
4.設(shè)計(jì)內(nèi)容：
1)與設(shè)計(jì)相關(guān)的文獻(xiàn)綜述1篇(不少于3000字)；
2)與專業(yè)相關(guān)的文獻(xiàn)翻譯1篇(不少于3000字)；
3)模具總裝配圖1套；
4)模具零件圖1套；
5)設(shè)計(jì)計(jì)算說明書1份(不少于8000字)；
6)包含本次設(shè)計(jì)的所有內(nèi)容的光盤一張。
5.主要參考資料：
[1]李奇涵主編. 沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì). 科學(xué)技術(shù)出版社，2007.
[2]湯酞?jiǎng)t主編. 冷沖模課程設(shè)計(jì)與畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo).湖南大學(xué)出版社，2008.
[3]肖祥芷等.中國模具設(shè)計(jì)大典第3卷.江西科學(xué)技術(shù)出版社，2003.
[4]羅益旋主編.最新沖壓新工藝新技術(shù)機(jī)模具設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè).銀聲音像出版社，2004.
6.時(shí)間進(jìn)度安排：
第1周：對(duì)課題進(jìn)行調(diào)研、完成開題報(bào)告；
第2-4周：完成文獻(xiàn)綜述與專業(yè)相關(guān)的文獻(xiàn)翻譯；
第5-10周：完成工藝和結(jié)構(gòu)分析、工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算、裝配圖和零件圖；
第11周：完成設(shè)計(jì)說明書的編制；
第12-13周：修改論文與圖紙，準(zhǔn)備答辯；
第14周：答辯。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間： 20xx 年 2 月 13日至 20xx年 5月 15日
計(jì) 劃 答 辯 時(shí) 間： 20xx 年 5 月 19 日
工作任務(wù)與工作量要求：原則上查閱文獻(xiàn)資料不少于12篇，其中外文資料不少于2篇；文獻(xiàn)綜述不少于3000字；文獻(xiàn)翻譯不少于3000字；畢業(yè)論文或設(shè)計(jì)說明書不少于8000字（同時(shí)提交有關(guān)圖紙和附件）。 提交相關(guān)圖紙、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、調(diào)研報(bào)告、譯文等其它形式的成果。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）撰寫規(guī)范及有關(guān)要求，請(qǐng)查閱《黃河科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)手冊(cè)》。
專業(yè)（教研室）審批意見：
審批人（簽字）：
單位代碼
學(xué) 號(hào)
分 類 號(hào)
密 級(jí)
XX大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
水壺殼體成型工藝及模具設(shè)計(jì)
院（系）名稱
工學(xué)院機(jī)械系
專業(yè)名稱
材料成型及控制工程
學(xué)生姓名
指導(dǎo)教師
20xx年5月10日
開題報(bào)告表
課題名稱
水壺殼體成型工藝及模具設(shè)計(jì)
課題來源
教師擬定
課題類型
AY
指導(dǎo)教師
學(xué)生姓名
專 業(yè)
材料成型及控制工程
學(xué) 號(hào)
開題報(bào)告內(nèi)容：（調(diào)研資料的準(zhǔn)備，設(shè)計(jì)/論文的目的、要求、思路與預(yù)期成果；任務(wù)完成的階段內(nèi)容及時(shí)間安排；完成設(shè)計(jì)（論文）所具備的條件因素等。）
設(shè)計(jì)目的：
1）綜合運(yùn)用大學(xué)期間所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，對(duì)模具設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)和CAD課程等做一個(gè)綜合的訓(xùn)煉。
2）掌握沖壓模具工藝分析、模具總體結(jié)構(gòu)方案論證與設(shè)計(jì)、模具零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算、編寫技術(shù)文件等模具設(shè)計(jì)過程，鍛煉查閱文獻(xiàn)和軟件繪圖的能力。
要求：1）完成沖壓件的工藝設(shè)計(jì)（工藝分析、工藝方案的確定、工藝計(jì)算等）；
2）進(jìn)行沖壓模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算（主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)模具工作部分尺寸計(jì)算等）；
3）完成模具總裝配圖和模具主要零件圖；
4）編寫設(shè)計(jì)說明書及進(jìn)行畢業(yè)答辯。
思路：1）查找相關(guān)資料，了解國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)；
2）對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分析，確定最佳工藝方案（如工件有落料、沖孔、拉伸等步驟），構(gòu)思模具總體結(jié)構(gòu)方案；
3）確定模具結(jié)構(gòu)和沖壓機(jī)規(guī)格并設(shè)計(jì)；
4）繪制模具裝配圖、部分零件圖。
預(yù)期成果：1）與設(shè)計(jì)相關(guān)的文獻(xiàn)綜述1篇（不少于3000字）；
2）與專業(yè)相關(guān)的文獻(xiàn)翻譯1篇（不少于3000字）；
3）模具總裝配圖1套；
4）模具零件圖1套；
5）設(shè)計(jì)計(jì)算說明書1份（不少于8000字）；
6）包含本次設(shè)計(jì)的所有內(nèi)容的光盤一張。
進(jìn)度安排：1）第1周：對(duì)課題進(jìn)行調(diào)研、完成開題報(bào)告。
2）第2-4周：完成文獻(xiàn)綜述與專業(yè)相關(guān)的文獻(xiàn)翻譯。
3）第5-10周：完成工藝和結(jié)構(gòu)分析、工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算、裝配圖和零件圖。
4）第11周：完成設(shè)計(jì)說明是的編制。
5）第12-13周：修改論文與圖紙，準(zhǔn)備答辯。
所具備的條件因素：由于條件有限,只能利用自己平時(shí)所學(xué)的相關(guān)知識(shí)，以及到圖書館查閱有關(guān)的圖書資料和利用網(wǎng)絡(luò)上的相關(guān)知識(shí)來幫助自己完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。
指導(dǎo)教師簽名：
日期：
課題來源：（1）教師擬訂；（2）學(xué)生建議；（3）企業(yè)和社會(huì)征集；（4）科研單位提供
課題類型：（1）A—工程設(shè)計(jì)（藝術(shù)設(shè)計(jì)）；B—技術(shù)開發(fā)；C—軟件工程；D—理論研究；E—調(diào)研報(bào)告 （2）X—真實(shí)課題；Y—模擬課題；Z—虛擬課題
要求（1）、（2）均要填，如AY、BX等。
水壺殼體成型工藝及模具設(shè)計(jì)
摘 要
本次設(shè)計(jì)了一套水壺殼體落料、拉深、脹形的模具。經(jīng)過查閱資料，首先要對(duì)零件進(jìn)行工藝分析，經(jīng)過工藝分析和對(duì)比，采用落料、拉深脹形，通過沖裁力、頂件力、卸料力等計(jì)算，確定壓力機(jī)的型號(hào)。再分析對(duì)沖壓件加工的模具適用類型選擇所需設(shè)計(jì)的模具。得出將設(shè)計(jì)的模具類型后將模具的各工作零部件設(shè)計(jì)過程表達(dá)出來。
在文檔中第一部分，主要敘述了沖壓模具的發(fā)展?fàn)顩r，說明了沖壓模具的重要性與本次設(shè)計(jì)的意義，接著是對(duì)沖壓件的工藝分析，完成了水壺殼體工藝方案的確定。第二部分，對(duì)零件排樣圖的設(shè)計(jì)，完成了材料利用率的計(jì)算。再進(jìn)行沖裁工藝力的計(jì)算和沖裁模工作部分的設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)選擇沖壓設(shè)備提供依據(jù)。最后對(duì)主要零部件的設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)件的選擇，為本次設(shè)計(jì)模具的繪制和模具的成形提供依據(jù)，以及為裝配圖各尺寸提供依據(jù)。通過前面的設(shè)計(jì)方案畫出模具各零件圖和裝配圖。
本次設(shè)計(jì)闡述了沖壓倒裝復(fù)合模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作過程。本模具性能可靠，運(yùn)行平穩(wěn)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本。
關(guān)鍵詞：水壺殼體、落料，沖孔，模具，模具間隙
The molding process and mold design of Kettle shell
Abstract
The design of a set of blanking,punching mold of kettle shell . through access to information, the first parts to the process analysis, through process analysis and comparison, the use of blanking, punching process, through the blanking force, the top piece, and in terms of discharge power to determine the model press. Further analysis of the stamping dies for processing the application to select the desired type of mold design. The mold will be designed to draw upon the type of mold parts of the work expressed in the design process.
In the first part of the document mainly describes the development of stamping die, stamping die illustrate the importance and significance of this design, and then stamping parts of the process analysis, completed a process to identify programs. The second part of the nesting parts of the design plans to complete the calculation of the utilization of the material further edge blanking process of calculation and Die Design and Calculation of the work of some of the stamping equipment to provide a basis to choose. Finally, the main components of standard design and the choice of design-based mapping tool and provide a basis for forming mold, as well as the assembly drawing to provide the basis of the size. Through the draw in front of mold design and assembly of the parts diagram Fig.
The design of the flip-stamping the structure of compound mold design and working process. Reliable performance of the mold, smooth running, improved product quality and production efficiency, reduce labor intensity and production costs.
Key words: Kettle shell, Blanking, Punching, Mold, Mold gap
XX大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)
文獻(xiàn)綜述
院（系）名稱
工學(xué)院機(jī)械系
專業(yè)名稱
材料成型及控制工程
學(xué)生姓名
指導(dǎo)教師
20xx年3月10日
沖壓模具的發(fā)展歷史及趨勢(shì)
1 引言
沖壓模具是沖壓生產(chǎn)必不可少的工藝裝備，是技術(shù)密集型產(chǎn)品。沖壓件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)成本等，與模具設(shè)計(jì)和制造有直接關(guān)系。模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)水平的高低，是衡量一個(gè)國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志之一，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。
2005年—2008年，我國沖壓模具產(chǎn)品均出口較大幅度的增長(zhǎng)。2009年在全球高壓鍋爐管市場(chǎng)總需求量下降的情況下，國際采購商通過國內(nèi)某網(wǎng)站采購沖壓模具的數(shù)量仍逆勢(shì)上揚(yáng)。我國沖壓模具的國際競(jìng)爭(zhēng)力正在不斷提升。
根據(jù)我國海關(guān)統(tǒng)計(jì)資料顯示，2005年—2008年，我國沖壓模具產(chǎn)品均出口較大幅度的增長(zhǎng)。2008年，即使遭受全球金融危機(jī)，我們沖壓模具出口金額達(dá)4.11億美元，比2007年的3.26億美元增長(zhǎng)了26%。
另外，2009年在全球高壓鍋爐管市場(chǎng)總需求量下降的情況下，國際采購商通過國內(nèi)某網(wǎng)站采購沖壓模具的數(shù)量仍逆勢(shì)上揚(yáng)。從全年采購情況來看，總體趨于上漲的趨勢(shì)。其中，2009年下半年回暖明顯，國際采購商借此網(wǎng)站采購頻次約616頻次，比上半年的288頻次增長(zhǎng)了114％。
雖然近年來我國模具行業(yè)發(fā)展迅速，但是離國內(nèi)的需要和國際水平還有很大的差距。差距較大主要表現(xiàn)在：
（1）標(biāo)準(zhǔn)化程度低。
（2）模具制造精度低、周期長(zhǎng)。
解決這些問題主要體現(xiàn)在模具設(shè)計(jì)上，故改善模具設(shè)計(jì)的水平成為拉近差距的關(guān)鍵性問題。若要很好的設(shè)計(jì)出一副沖壓模具，就必須去了解沖壓模具的歷史、現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)。
2 主體
2.1 沖壓模具的發(fā)展歷史
我國考古發(fā)現(xiàn)，早在2000多年前，我國已有沖壓模具被用于制造銅器，證明了中國古代沖壓成型和沖壓模具方面的成就就在世界領(lǐng)先。1953年，長(zhǎng)春第一汽車制造廠在中國首次建立了沖模車間，該廠于1958年開始制造汽車覆蓋件模具。我國于20世紀(jì)60年代開始生產(chǎn)精沖模具。在走過了溫長(zhǎng)的發(fā)展道路之后，目前我國已形成了300多億元（未包括港、澳、臺(tái)的統(tǒng)計(jì)數(shù)字，下同）各類沖壓模具的生產(chǎn)能力。浙江寧波和黃巖地區(qū)的“模具之鄉(xiāng)”；廣東一些大集團(tuán)公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，科龍、美的、康佳等集團(tuán)紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資和外商獨(dú)資的模具企業(yè)現(xiàn)已有幾千家。
2.2 沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀
由于沖壓工藝具有生產(chǎn)率、生產(chǎn)成本低、材料利用率高、能成形復(fù)雜零件、適合大批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，在某些領(lǐng)域已取代機(jī)械加工，并正逐步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。據(jù)國際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，到本世紀(jì)中，機(jī)械零部件中60%的粗加工、80%的精加工要由模具來完成。因此，沖壓技術(shù)對(duì)發(fā)展生產(chǎn)、增加效益、更新產(chǎn)品等方面具有重要作用。
市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)劇烈，加速了產(chǎn)品的更新?lián)Q代，加快了模具制造的發(fā)展。
近年來，我國沖壓模具水平已有很大提高。大型沖壓模具已能生產(chǎn)單套重量達(dá)50多噸的模具。為中檔轎車配套的覆蓋件模具國內(nèi)也能生產(chǎn)了。精度達(dá)1-2μm，壽命2億次左右的多工位級(jí)進(jìn)模國內(nèi)已有多家企業(yè)能夠生產(chǎn)。表面粗糙度達(dá)到Ra≤1.5μm的精沖模，大尺寸（φ≥300mm）精沖模及中厚板精沖模國內(nèi)也已達(dá)到相當(dāng)高的水平。
（1）模具DBD/DBM技術(shù)狀況
我國模具DBD/DBM技術(shù)的發(fā)展已有20多年歷史。由原華中工學(xué)院和武漢733廠于1984年共同完成的精沖模DBD/DBM系統(tǒng)是我國第一個(gè)自行開發(fā)的模具DBD/DBM系統(tǒng)。由華中工學(xué)院和北京模具廠等于1986年共同完成的冷沖模DBD/DBM系統(tǒng)是我國自行開發(fā)的第一個(gè)沖載模DBD/DBM系統(tǒng)。上海交通大學(xué)開發(fā)的冷沖模DBD/DBM系統(tǒng)也于同年完成。20世界90年代以來，國內(nèi)汽車行業(yè)的模具設(shè)計(jì)制造中開始采用DBD/DBM技術(shù)。國家科委863計(jì)劃將東風(fēng)汽車公司作為DIMS應(yīng)用示范工廠，由華中理工大學(xué)作為技術(shù)依托單位，開發(fā)的汽車車身與覆蓋件模具DBD/DBPP/DBM集成系統(tǒng)于1996年初通過鑒定。在此期間，一汽和成飛汽車模具中心引進(jìn)了工作站和DBD/DBM軟件系統(tǒng)，并在模具設(shè)計(jì)制造中實(shí)際應(yīng)用，取得了顯著效益。1997年一汽引進(jìn)了板料成型過程計(jì)算機(jī)模擬DBE軟件并開始用于生產(chǎn)。21世紀(jì)開始DBD/DBM技術(shù)逐漸普及，現(xiàn)在具有一定生產(chǎn)能力的沖壓模具企業(yè)基本都有了DBD/DBM技術(shù)。其中部分骨干重點(diǎn)企業(yè)還具備各DBE能力。
模具DBD/DBM技術(shù)能顯著縮短模具設(shè)計(jì)與制作周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，已成為人們的共識(shí)。在“八五”、“九五”期間，已有大批模具企業(yè)推廣普及了計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)，數(shù)控加工的使用率也越來越高，并陸續(xù)引進(jìn)了相當(dāng)數(shù)量的DBD/DBM系統(tǒng)。如美國EDS的UG，美國Parametric Technology公司的Pro/Engineer，美國DV公司的DBDSS，英國DELDBM公司的DODT5，日本HZS公司的DRBDE及space-E,以色列公司的Dimatron，還引進(jìn)了ButoDBD、DBTIB等軟件及法國Marta-Daravision公司用于汽車及覆蓋件模具的Euclid-IS等專用軟件。國內(nèi)汽車覆蓋件模具生產(chǎn)企業(yè)普遍采用了DBD/DBM技術(shù)。DL圖的設(shè)計(jì)和模具結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計(jì)均已實(shí)現(xiàn)二維DBD，多數(shù)企業(yè)已經(jīng)向三維過渡，總圖生產(chǎn)逐步代替零件圖生產(chǎn)。且模具的參數(shù)化設(shè)計(jì)也開始走向少數(shù)模具廠家技術(shù)開發(fā)的領(lǐng)域。在沖壓成型DBE軟件方面，除了引進(jìn)的軟件外，華中科技大學(xué)、吉林大學(xué)、湖南大學(xué)等都已研發(fā)了較高水平的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的軟件，并已在生產(chǎn)實(shí)踐中得到成功應(yīng)用，產(chǎn)生了良好的效益?？焖僭停≧P）與傳統(tǒng)的快速經(jīng)濟(jì)模具相結(jié)合，快速制造大型汽車覆蓋件模具，解決了原來低熔點(diǎn)合金模具靠樣件澆鑄模具，模具精度低、制件精度低，樣件制作難等問題，實(shí)現(xiàn)了以三維DBD模型作為制模依據(jù)的快速模具制造，并且保證了制件的精度，為汽車行業(yè)新車型的開發(fā)、車身快速試制提供了覆蓋件制作的保證，它標(biāo)志著RPM應(yīng)用于汽車車身大型覆蓋件試制模具已取得了成功。圍繞著汽車車身試制、大型覆蓋件模具的快速制造，今年來也涌現(xiàn)出一些新的快速成型方法，例如目前已開始在生產(chǎn)中應(yīng)用俄無模多點(diǎn)成型及激光沖擊和電磁成型等技術(shù)。它們都表現(xiàn)出了降低成本、提高效率等優(yōu)點(diǎn)。
（2）模具設(shè)計(jì)與制造能力狀況
_H.zEeg{0泊頭鑄造工業(yè)網(wǎng)HA4ZNdr2R9Cr在國家產(chǎn)業(yè)政策的正確引導(dǎo)下，經(jīng)過幾十年努力，現(xiàn)在我國沖壓模具的設(shè)計(jì)與制造能力已達(dá)到較高水平，包括信息工程和虛擬技術(shù)等許多現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造技術(shù)已在很多模具企業(yè)得到應(yīng)用。雖然如此，我國的沖壓模具設(shè)計(jì)制造能力與市場(chǎng)需要和國際先進(jìn)水平相比仍有較大差距。這些主要表現(xiàn)在高檔轎車和大中型汽車覆蓋件模具及高精度沖模方面，無論在設(shè)計(jì)還是加工工藝和能力反面，都有較大差距。轎車覆蓋件模具，具有設(shè)計(jì)和制造難度大，質(zhì)量和精度要求高的特點(diǎn)，可代表覆蓋件模具的水平。雖然在設(shè)計(jì)制造方面和手段方面已基本達(dá)到了國際水平，模具結(jié)構(gòu)功能方面也接近國際水平，在轎車模具國產(chǎn)化進(jìn)程中前進(jìn)了一大步，但在制造質(zhì)量、進(jìn)度、制造周期等方面，與國外相比還存在一定的差距。標(biāo)志沖模技術(shù)先進(jìn)水平的多工位級(jí)進(jìn)模和多功能模具，是我國重點(diǎn)發(fā)展的精密模具品種。有代表性的是集機(jī)電一體化的鐵芯精密自動(dòng)閥片多功能模具，已基本達(dá)到國際水平。但總體上和國外多工位級(jí)進(jìn)模相比，在制造精度、使用壽命、模具結(jié)構(gòu)和功能上，仍存在一定差距。汽車覆蓋件模具制造技術(shù)正在不斷地提高和完善，高精度、高效益加工設(shè)備的使用越來越廣泛。高性能的五軸高速銑床和三軸的高速銑床的應(yīng)用已越來越多。ND、DND技術(shù)的應(yīng)用越來越成熟，可以進(jìn)行傾角加工和超精加工。這些都提高了模具型面加工精度，提高了模具的質(zhì)量，縮短了模具的制造周期。模具表面強(qiáng)化技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。工藝成熟、無污染、成本適中的離子滲氮技術(shù)越來越被認(rèn)可，碳化物被覆處理（TD處理）及許多鍍（涂）層技術(shù)在沖壓模具上的應(yīng)用日益增多。真空處理技術(shù)、實(shí)型鑄造技術(shù)、刃口堆焊技術(shù)等日趨成熟。激光切割和激光焊接技術(shù)也得到了應(yīng)用。
（3）專業(yè)化程度及分布狀況
我國模具行業(yè)專業(yè)化程度還比較低，模具自產(chǎn)自配比例過高。國外模具自產(chǎn)自配比例一般為30%，我國沖壓模具自產(chǎn)自配比例為60%。這就對(duì)專業(yè)化產(chǎn)生了很多不利影響?，F(xiàn)在，技術(shù)要求高、投入大的模具，其專業(yè)化程度較高，例如覆蓋件模具、多工位級(jí)進(jìn)模和精沖模等。而一般沖模專業(yè)化程度就較低。由于自配比例高，所以沖壓模具生產(chǎn)能力的分布基本上跟隨沖壓件生產(chǎn)能力的分布。但是專業(yè)化程度較高的汽車覆蓋件模具和多工位、多功能精密沖模的專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的分布有不少并不跟隨沖壓件能力分布而分布，而往往取決于主要投資者的決策。例如四川 有較大的汽車覆蓋件模具的能力，江蘇有較強(qiáng)的精密沖模的能力，而模具的用戶都不在本地。
目前全世界模具總產(chǎn)值約為680億美元，中國只占8%左右，自2002年以來，貿(mào)易逆差均在10億美元以上，致使我國仍為世界上模具進(jìn)口量較大的國家。我國目前的模具產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)還需要進(jìn)一步調(diào)整，增長(zhǎng)方式也需要進(jìn)一步轉(zhuǎn)變。泊頭鑄造工業(yè)網(wǎng) ]2^/yt}5E
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2.3 沖壓模具的發(fā)展趨勢(shì)
模具技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該為適應(yīng)模具產(chǎn)品“交貨期短” 、“精度高” 、“質(zhì)量好” 、“價(jià)格低”的要求服務(wù)。達(dá)到這一要求急需發(fā)展如下幾項(xiàng)：
（1）全面推廣CAD/CAM/CAE技術(shù) 模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計(jì)制造的發(fā)展方向。隨著微機(jī)軟件的發(fā)展和進(jìn)步，普及CAD/CAM/CAE技術(shù)的條件已基本成熟，各企業(yè)將加大CAD/CAM技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)的力度；進(jìn)一步擴(kuò)大CAE技術(shù)的應(yīng)用范圍。計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展正使CAD/CAM/CAE技術(shù)跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所地在整個(gè)行業(yè)中推廣成為可能，實(shí)現(xiàn)技術(shù)資源的重新整合，使虛擬制造成為可能。
（2）高速銑削加工 國外近年來發(fā)展的高速銑削加工，大幅度提高了加工效率，并可獲得極高的表面光潔度。另外，還可加工高硬度模塊，還具有溫升低、熱變形小等優(yōu)點(diǎn)。高速銑削加工技術(shù)的發(fā)展，對(duì)汽車、家電行業(yè)中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向發(fā)展。
（3）模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng) 高速掃描機(jī)和模具掃描系統(tǒng)提供了從模型或?qū)嵨飹呙璧郊庸こ銎谕哪Ｐ退璧闹T多功能，大大縮短了模具的在研制制造周期。有些快速掃描系統(tǒng)，可快速安裝在已有的數(shù)控銑床及加工中心上，實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)生成各種不同數(shù)控系統(tǒng)的加工程序、不同格式的CAD數(shù)據(jù)，用于模具制造業(yè)的“逆向工程”。
（4）電火花銑削加工 電火花銑削加工技術(shù)也稱為電火花創(chuàng)成加工技術(shù)，這是一種替代傳統(tǒng)的用成型電極加工型腔的新技術(shù)，它是有高速旋轉(zhuǎn)的簡(jiǎn)單的管狀電極作三維或二維輪廓加工(像數(shù)控銑一樣)，因此不再需要制造復(fù)雜的成型電極，這顯然是電火花成形加工領(lǐng)域的重大發(fā)展。國外已有使用這種技術(shù)的機(jī)床在模具加工中應(yīng)用。預(yù)計(jì)這一技術(shù)將得到發(fā)展。
（5）提高模具標(biāo)準(zhǔn)化程度 我國模具標(biāo)準(zhǔn)化程度正在不斷提高，估計(jì)目前我國模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率已達(dá)到30%左右。國外發(fā)達(dá)國家一般為80%左右。
（6）優(yōu)質(zhì)材料及先進(jìn)表面處理技術(shù) 選用優(yōu)質(zhì)鋼材和應(yīng)用相應(yīng)的表面處理技術(shù)來提高模具的壽命就顯得十分必要。
（7）模具研磨拋光 模具表面的質(zhì)量對(duì)模具使用壽命、制件外觀質(zhì)量等方面均有較大的影響，研究自動(dòng)化、智能化的研磨與拋光方法替代現(xiàn)有手工操作，以提高模具表面質(zhì)量是重要的發(fā)展趨勢(shì)。
（8）模具自動(dòng)加工系統(tǒng)的發(fā)展 這是我國長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的目標(biāo)。模具自動(dòng)加工系統(tǒng)應(yīng)有多臺(tái)機(jī)床合理組合；配有隨行定位夾具或定位盤；有完整的機(jī)具、刀具數(shù)控庫；有完整的數(shù)控柔性同步系統(tǒng)；有質(zhì)量監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。CNC雕刻機(jī)在國內(nèi)的發(fā)展上從最近的一兩年才有較大的發(fā)展，相關(guān)加工廠和使用單位時(shí)刻以敏銳的眼光盯著廠家的動(dòng)向，這也是身為雕銑機(jī)主機(jī)生產(chǎn)廠一點(diǎn)也不敢松懈的真正原因所在。作為用戶當(dāng)然要選合適的設(shè)備，如果選型不當(dāng)，不但不能賺錢反而令陷入為機(jī)器打工的苦澀局面。那么什么樣的機(jī)床才是好機(jī)床？我們認(rèn)為好機(jī)床的定義是這樣的：能夠在短期內(nèi)收回投資的機(jī)床才是好機(jī)床。數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)使用壽命一般為7年，主要是數(shù)控方面的使用壽命為準(zhǔn)，這樣花錢和掙錢的比例關(guān)系將直接影響您的生意，所以仔細(xì)分析功能進(jìn)行選型是有效投資的必要條件。在國外很早就有雕銑機(jī)的名詞(CNC engraving and milling machine)，嚴(yán)格地講雕是銑的一部分，是購買雕刻機(jī)還是購買數(shù)控銑式加工中心是經(jīng)常要問自己的問題。另外，還有目前盛行的高速切削機(jī)床(HSC MACHINE)。三個(gè)機(jī)型主要區(qū)別是：數(shù)控銑和加工中心用于完成較大銑削量的工件的加工設(shè)備；數(shù)控雕銑機(jī)用于完成較小銑削量，或軟金屬的加工設(shè)備；高速切削機(jī)床用于完成中等銑削量，并且把銑削后的打磨量降為最低的加工設(shè)備。
模具技術(shù)未來發(fā)展趨勢(shì)主要是朝信息化、高速化生產(chǎn)與高精度化發(fā)展。因此從設(shè)計(jì)技術(shù)來說，發(fā)展重點(diǎn)在于大力推廣CAD/CAE/CAM技術(shù)的應(yīng)用，并持續(xù)提高效率，特別是板材成型過程的計(jì)算機(jī)模擬分析技術(shù)。模具CAD、CAE技術(shù)應(yīng)向宣人化、集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，并提高模具CAD、CAM系統(tǒng)專用化程度。為了提高CAD、CAE、CAM技術(shù)的應(yīng)用水平，建立完整的模具資料庫及開發(fā)專家系統(tǒng)和提高軟件的實(shí)用性 十分重要。從加工技術(shù)來說，發(fā)展重點(diǎn)在于高速加工和高精度加工。高度加工目前主要是發(fā)展高速銑削、高速研拋和高速電 加工及快速制模技術(shù)。高精度加工目前主要是發(fā)展模具零件精度1μm以下和表面粗糙度Pa≤0.1μm的各種精密加工。提高模具標(biāo)準(zhǔn)化程度，搞好模具標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)供應(yīng)也是沖壓模具技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)之一。為了提高沖壓模具的壽命，模具表面的各種強(qiáng)化超硬處理等技術(shù)也是發(fā)展重點(diǎn)。對(duì)于模具數(shù)字化制造、系統(tǒng)集成、逆向工程、快速原型/模具制造及計(jì)算機(jī)輔助應(yīng)用技術(shù)等方面形成全方位解決方案，提供模具開發(fā)與工程服務(wù)，全面提高企業(yè)水平和模具質(zhì)量，這更是沖壓模具技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。
3 總結(jié)
目前我國模具工業(yè)的發(fā)展步伐日益加快，但在整個(gè)模具設(shè)計(jì)制造水平和標(biāo)準(zhǔn)化程度上，與德國、美國、日本的發(fā)達(dá)國家相比還存在相當(dāng)大的差距。存在的問題和差距主要表現(xiàn)在下列5個(gè)方面：（1）總量供不應(yīng)求。（2）企業(yè)組織結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術(shù)結(jié)構(gòu)和進(jìn)出口結(jié)構(gòu)都不合理。（3）模具產(chǎn)品水平低很多，生產(chǎn)周期長(zhǎng)。（4）開發(fā)能力較差，經(jīng)濟(jì)效益較差。（5）與國際水平相比，模具企業(yè)的管理落后。
根據(jù)國際生產(chǎn)技術(shù)學(xué)會(huì)提供的資料顯示，機(jī)械零件粗加工的75%和精加工的50%都將由模具成形來完成。因此模具被譽(yù)為“金屬加工中的帝王”，是“進(jìn)入富裕社會(huì)的原動(dòng)力”、“模具就是黃金”。
在信息化帶動(dòng)工業(yè)化發(fā)展的今天，在經(jīng)濟(jì)全球化趨向日漸加速的情況下，我國沖壓模具必須盡快提高水平。通過改革與發(fā)展，采取各種有效措施，在沖壓模具行業(yè)全體職工的共同努力奮斗之下，我國沖壓模具也一定會(huì)不斷提高水平，逐漸縮小與世界先進(jìn)水平的差距。“十一五”期間，在科學(xué)發(fā)展觀指導(dǎo)下，不斷提高自主開發(fā)能力、重視創(chuàng)新、堅(jiān)持改革開放、走新型工業(yè)化道路，將速度效益型的增長(zhǎng)模式逐步轉(zhuǎn)變到質(zhì)量和水平效益型軌道上來，我國的沖壓模具的水平也必然會(huì)更上一層樓。
本次參與的墊圈沖壓模具設(shè)計(jì)包含了產(chǎn)品的工藝分析、模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、零部件尺寸的計(jì)算以及大量CAD制圖任務(wù)等，可以讓人更深入的了解整個(gè)設(shè)計(jì)過程。雖然不會(huì)給模具業(yè)帶來什么影響，但對(duì)于我來說是一次不錯(cuò)的體驗(yàn)，希望能有更深的認(rèn)識(shí)和發(fā)現(xiàn)。
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XX大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)
文獻(xiàn)翻譯
院（系）名稱
工學(xué)院機(jī)械系
專業(yè)名稱
材料成型及控制工程
學(xué)生姓名
指導(dǎo)教師
20xx年3月10日
有限元方法在PDC模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
摘要:本文介紹了聚晶金剛石復(fù)合片（ PDC ）鉆頭的模具結(jié)構(gòu)。通過使用有限元方法設(shè)計(jì)出模具形狀，并和分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。基于有限元分析的結(jié)果，確定應(yīng)力集中的一些地區(qū)，并對(duì)PDC （聚晶金剛石）模具作出修改。列出了位移圖和幾個(gè)應(yīng)力等高線圖并對(duì)模具設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行了討論。
關(guān)鍵詞：有限元方法，PDC，模具，設(shè)計(jì)。
1.前言
自從PDC鉆頭在20世紀(jì)70年代初推出以來，它因使用性能柔和、耐磨性能較好已幾乎完全取代三牙輪鉆頭。如果統(tǒng)一劃分的話，它們有時(shí)也會(huì)替換更硬或轉(zhuǎn)速較慢鉆孔中的三牙輪鉆頭。然而，公平地說，鉆機(jī)即使是在軟地層中通常也不會(huì)考慮選擇PDC鉆頭去鉆一些難以形成的或不經(jīng)常用的的硬斑，這是因?yàn)殂@頭使用壽命過短。一個(gè)PDC鉆頭包括一頂冠包，柄和針。冠包含有必要的結(jié)構(gòu)組件來構(gòu)成鉆(Gaddy ，1999年),耐久性高的關(guān)鍵組件需要用鉆頭聚晶金剛石(復(fù)合片)(圖1 ，來源于Gaddy，1999年)。
圖1聚晶金剛石
金剛石復(fù)合片生產(chǎn)廠家必須用玩具和汽車行業(yè)生產(chǎn)過程中使用的類似壓鑄或注塑成型程序進(jìn)行生產(chǎn)。
圖2 PDC模具(1-模具，2-鋼帶)
PDC 模具設(shè)計(jì)是非常重要的。具有更高壓力和溫度的 PDC的制造需要設(shè)計(jì)生產(chǎn)出非常錯(cuò)綜復(fù)雜的模具(圖 2)。
特殊合金和復(fù)雜幾何形狀的使用需要先進(jìn)的分析方法來優(yōu)化模具設(shè)計(jì)?；谧钚?shì)能原理的有限元分析已成為廣為接受的一個(gè)強(qiáng)大的設(shè)計(jì)工具。這種技術(shù)被成功的用于消除多余的重量和準(zhǔn)確預(yù)測(cè)應(yīng)力。
2 三維有限元分析理論
理論簡(jiǎn)要總結(jié)如下。詳細(xì)信息請(qǐng)參閱附錄（欽科維奇，1971）。有限元方法是求解
[k]{δ}={R} (1)
括號(hào)內(nèi)所有變量的矩陣。[k]代表一個(gè)含有×矩陣剛度常數(shù)為每個(gè)變量的線性方程系統(tǒng)。{δ}是模具有限元素的所有節(jié)點(diǎn)劃分后的節(jié)點(diǎn)位移矩陣。矩陣{R} 是代表反應(yīng)或負(fù)載系統(tǒng)的1×n列矩陣。求解方程（1），可以得到位移和應(yīng)力。該element-stiffness矩陣的三維元素是
這里：
x,y,z—為統(tǒng)一坐標(biāo)
ξ，η，ζ—為局部坐標(biāo)
J—為雅可比矩陣
[D]—為彈性矩陣
[B]—為應(yīng)變矩陣
3 有限元建模
圖2顯示了沒有任何修改的聚晶金剛石模。在此配置基礎(chǔ)上一個(gè)三維模型可以被建立。
圖3已經(jīng)建立（1/4）了一個(gè)完整的網(wǎng)格，并且，為更好的角度觀察，圖4顯示了一個(gè)隱藏的線圖。在有限元模型，三維等參8節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元已經(jīng)被應(yīng)用。（Fluggé，1960；周，1997；1998）。節(jié)點(diǎn)元素的總數(shù)由308個(gè)減少到了180個(gè)。
圖3 PDC模具的網(wǎng)格生成圖 圖4 模具的隱藏線圖
4 應(yīng)力分析
結(jié)合測(cè)試的有限元分析可以計(jì)算出PDC復(fù)合模具內(nèi)部和外部表面的壓力分布。圖5顯示了壓力分布。
圖6和圖7是切向應(yīng)力和徑向應(yīng)力輪廓分布圖。最大應(yīng)力值顯示在圖6中。如圖6和圖7所示：
圖5 壓力分布圖 圖6 切應(yīng)力輪廓圖
圖7徑向應(yīng)力輪廓圖
圖8是一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)＞叩奈灰茍D，圖9顯示了一個(gè)隱藏的初始幾何圖。
圖8 位移圖 圖9 隱藏的初始幾何圖
表1包含了在重要點(diǎn)的分析結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。圖10顯示了測(cè)量點(diǎn)的位置。
表1 關(guān)鍵點(diǎn)的分析結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
圖10 關(guān)鍵測(cè)量點(diǎn)的位置
表中的σ是基于有限元分析的主應(yīng)力，σ1基于實(shí)
驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量應(yīng)力。方程的測(cè)量應(yīng)力可以表示為：
式中，E 和μ是用于PDC復(fù)合模具的彈性系數(shù)，其中
E=597.8 GPa, μ=0.215
5 模具設(shè)計(jì)
根據(jù)彈性理論，如果單層缸的內(nèi)外半徑比率（k）
超過4（k>4），增加外半徑不能改善缸的使用價(jià)值。在
今天金剛石模具制造合成中K的使用等于3.27，接近臨界值。
模具制造中的金剛石是由碳化鎢合成的。制造人造金剛石時(shí)的壓力要超過60000個(gè)大氣壓力。碳化鎢的極限抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度是不同的。它的可用壓縮強(qiáng)度極限是6200mpa。但在工作狀態(tài)值時(shí)不能達(dá)到?？捎玫睦鞆?qiáng)度極限約1000至1200兆帕，這是模具設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵值。
模具設(shè)計(jì)中的主要內(nèi)容是確定壓力（內(nèi)部和外部的壓力）和模具內(nèi)部的切向應(yīng)力
之間的關(guān)系。有限元模型是根據(jù)模具結(jié)構(gòu)而發(fā)展的（Zienkiewicz, 1971；Fluggé，1960）。作用于模具表面的各種可用的壓力（內(nèi)部表面的壓力）有：4000，4500，5000，5500，6000，6500mpa，外表面的壓力有：1700，1750，1800，1850，1900，1950，2000，2050，2100，2200 MPa。模具設(shè)計(jì)計(jì)算的重點(diǎn)在每個(gè)組內(nèi)部和外部表面壓力的計(jì)算。表2顯示了計(jì)算的結(jié)果。
圖11顯示了模具外部和內(nèi)部表面的切向應(yīng)力。本圖中線一，二，三，四表示內(nèi)表面的壓力分別為4000，4500，5000，5500mpa。
表2 模具內(nèi)壁的切應(yīng)力（不同內(nèi)部和外部表面壓力情況下）
圖11 外表面壓力和內(nèi)壁切向應(yīng)力之間的關(guān)系
從表2和圖11中，我們可以看到一個(gè)特殊的內(nèi)部壓力關(guān)系，外表面壓力和內(nèi)部的切向應(yīng)力大致成線性關(guān)系。在模具設(shè)計(jì)時(shí)，壓力值作用于邊的模具可根據(jù)需要確定一個(gè)低切應(yīng)力（或1000 MPa級(jí)）。內(nèi)壁的切應(yīng)力將直接影響模具壽命。
表3和表4表明了在不同的的內(nèi)部切向應(yīng)力下內(nèi)部壓力和外部壓力之間的關(guān)系。
表3 內(nèi)壁切應(yīng)力為600MPa時(shí)
表4 內(nèi)壁切應(yīng)力為1000MPa時(shí)
在模具內(nèi)壁有特殊切應(yīng)力時(shí)內(nèi)部壓力和外部壓力呈線性關(guān)系，如圖12和圖13所示。當(dāng)內(nèi)部工作壓力6000mpa時(shí)，作用于模具的外部壓力應(yīng)為1915.66mpa，內(nèi)壁相應(yīng)的切壓力為1748.53mpa到1000 mpa。圖2所示為這些外部壓力值。
圖12 內(nèi)部壓力和外部壓力之間的關(guān)系 圖13內(nèi)部壓力和外部壓力之間的關(guān)系
（內(nèi)壁切向應(yīng)力為600 MPa） （內(nèi)壁切向應(yīng)力為1000 MPa）
6 結(jié)論
用于多晶金剛石（PDC）鉆頭模具的機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算模型已開發(fā)。利用該模型產(chǎn)生的交互作用和效應(yīng)變化研究修改校準(zhǔn)模具。一旦校準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)，有限元方法將被證明在許多原型測(cè)試中非常節(jié)省經(jīng)濟(jì)成本。有限元的應(yīng)力分析提供了一個(gè)全面的位移和應(yīng)力的圖片和輪廓。根據(jù)應(yīng)力輪廓識(shí)別領(lǐng)域的濃度進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷募纯?。這些都是在工業(yè)應(yīng)用中的一些有用方法。
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