開(kāi)題報(bào)告---筒型件熱沖壓數(shù)值模擬及模具設(shè)計(jì)

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開(kāi) 題 報(bào) 告</p><p>　　筒型件熱沖壓數(shù)值模擬及模具設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 </p><p>　　班 級(jí)： </p><p>　　學(xué)生姓名：

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　職 稱(chēng)： </p><p>　　2011 年 11 月 21 日 </p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告</b></p&

3、gt;<p><b>　　一、課題簡(jiǎn)介</b></p><p>　　在筒型件熱沖壓模具設(shè)計(jì)中，通過(guò)對(duì)零件的對(duì)稱(chēng)部分采用不對(duì)稱(chēng)的冷卻管路，實(shí)現(xiàn)對(duì)稱(chēng)零件的不同冷卻效果。應(yīng)用成形分析軟件（dynaform或autoform）,對(duì)筒型件的熱拉深過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，設(shè)計(jì)需要完成以下工作：熟悉仿真軟件，探索模內(nèi)淬火模擬方法，探索冷卻分析方法，實(shí)現(xiàn)筒型板料模具熱成形過(guò)程。</p&g

4、t;<p><b>　　二、現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)</b></p><p>　　隨著能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題的加劇，整個(gè)社會(huì)對(duì)汽車(chē)輕量化有著緊迫的要求。汽車(chē)的油耗主要取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的排量和汽車(chē)的總重量，在保持汽車(chē)整體品質(zhì)、性能和造價(jià)不變的前提下，通過(guò)減低汽車(chē)的自身重量來(lái)提高輸出功率、減低噪聲、提升操縱性、可靠性，提高車(chē)速、將低油耗、減少?gòu)U氣排放量、提升安全性是汽車(chē)輕量化的最終目標(biāo)。所以節(jié)能和安

5、全已經(jīng)成為汽車(chē)制造業(yè)最重要的出發(fā)點(diǎn)。</p><p>　　為了達(dá)到上述目的，減輕車(chē)重是非常有效的方法，而要減輕車(chē)身重量有兩種途徑：一是優(yōu)化、更改汽車(chē)結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)整零部件尺寸和數(shù)量，來(lái)降低零部件的重量；二是：使用輕量化材料來(lái)代替原來(lái)的低碳鋼等低強(qiáng)度鋼材，例如采用超高強(qiáng)度鋼板、鎂合金、鋁合金、復(fù)合材料等輕質(zhì)材料來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼鐵材料。相比而言，采用輕量化材料更能滿(mǎn)足不同的需求，適合重點(diǎn)發(fā)展。</p><

6、p>　　節(jié)能減排和提高安全性能是汽車(chē)制造業(yè)亟待解決的問(wèn)題，也是未來(lái)汽車(chē)研發(fā)的方向。超高強(qiáng)度鋼板熱沖壓件已經(jīng)在減輕車(chē)身重量和提高汽車(chē)安全性能方面表現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢(shì)，其在未來(lái)汽車(chē)車(chē)身零件中的應(yīng)用潛力也毋庸置疑。國(guó)外在熱沖壓成形技術(shù)的研究及應(yīng)用方面已經(jīng)先行多年，并且取得了巨大的成績(jī)，但是仍然存在許多問(wèn)題，例如熱沖壓成形模具的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，板材在高溫下的氧化防護(hù)等，限制了熱沖壓成形技術(shù)的廣泛應(yīng)用。而國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域的研究剛剛開(kāi)始，不具備相關(guān)產(chǎn)品和設(shè)

7、備的研發(fā)和生產(chǎn)能力，僅有的幾條生產(chǎn)線(xiàn)也是斥巨資從國(guó)外引進(jìn)。國(guó)內(nèi)的汽車(chē)越來(lái)越多的使用熱沖壓件，以提高汽車(chē)的碰撞安全性能，保護(hù)駕乘人員的安全，從而滿(mǎn)足國(guó)外嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，打開(kāi)國(guó)際市場(chǎng)。</p><p><b>　　熱沖壓技術(shù)的優(yōu)勢(shì)</b></p><p>　　提高車(chē)型的碰撞性能；</p><p>　　實(shí)現(xiàn)更大程度的車(chē)身輕量化；</p>

8、<p>　　減小油耗和CO2排放；</p><p>　　零件成形性相對(duì)較好；</p><p><b>　　零件尺寸精度好；</b></p><p>　　車(chē)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，加強(qiáng)板數(shù)量有效減少；</p><p><b>　　降低壓機(jī)噸位要求；</b></p><p>

9、　　有效提高零件的表面硬度及其耐磨性；</p><p><b>　　降低沖壓噪聲；</b></p><p>　　通過(guò)車(chē)身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以有效控制綜合制造成本。</p><p><b>　　熱沖壓技術(shù)的缺點(diǎn)</b></p><p>　　生產(chǎn)節(jié)拍慢（3沖程/分鐘）；</p><p&

10、gt;　　需要激光切割進(jìn)行切邊、沖孔；</p><p>　　工藝影響因素比冷沖壓復(fù)雜得多；</p><p>　　無(wú)鍍層板熱沖壓過(guò)程會(huì)產(chǎn)生氧化皮，需要定期清理；</p><p>　　固有廢品率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于冷沖壓；</p><p><b>　　單件成本高；</b></p><p>　　工作環(huán)境比冷沖壓差；

11、</p><p>　　技術(shù)門(mén)檻和投資門(mén)檻比較高（VOLKSWAGEN、FIAT）；</p><p>　　業(yè)內(nèi)技術(shù)落后于實(shí)驗(yàn)；</p><p>　　熱沖壓仿真精度相對(duì)較差（熱脹冷縮、組織轉(zhuǎn)變及其回彈CAE非常難）、調(diào)試周期相對(duì)較長(zhǎng)。</p><p><b>　　三、主要研究?jī)?nèi)容</b></p><p&g

12、t;　　本文以典型熱沖壓筒型件為研究對(duì)象，用UG軟件對(duì)筒型件進(jìn)行設(shè)計(jì)，而后導(dǎo)入到Dynaform軟件中對(duì)筒型件進(jìn)行網(wǎng)格劃分、定義毛坯材料及性能、建立（凸模、凹模、壓邊圈）模型、設(shè)置熱沖壓參數(shù)、模型沖壓過(guò)程參數(shù)設(shè)置、提交進(jìn)行數(shù)值模擬。最后用不同方案對(duì)筒型件進(jìn)行數(shù)值模擬，并對(duì)模擬的結(jié)果從溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、有效塑性應(yīng)變場(chǎng)、成形后板料厚度的分布規(guī)律幾個(gè)方面對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，來(lái)確定板料在不同冷卻條件下對(duì)熱沖壓成型過(guò)程的影響。</p>&

13、lt;p>　　模具設(shè)計(jì)是熱沖壓成形工藝的關(guān)鍵技術(shù)，熱沖壓模具集成了零件的成形及淬火兩項(xiàng)功能，因此其模具結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，對(duì)模具材料選擇、模具設(shè)計(jì)等方面提出了更加嚴(yán)格的要求。在國(guó)外，一些企業(yè)經(jīng)過(guò)多年的探索和大量的研究，已經(jīng)基本掌握了熱沖壓模具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，并且具備熱沖壓模具及相關(guān)設(shè)備的生產(chǎn)供貨能力。例如舒勒公司已經(jīng)為德國(guó)一家汽車(chē)制造廠(chǎng)提供6條熱沖壓成形全自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)。但是由于技術(shù)保密等原因，關(guān)于熱沖壓模具設(shè)計(jì)方面能見(jiàn)到的資料少之又少。國(guó)

14、內(nèi)目前還沒(méi)有企業(yè)和單位具有熱沖壓模具的較為成熟的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，甚至真正見(jiàn)到過(guò)模具結(jié)構(gòu)的人員都非常少。</p><p>　　因此本文針對(duì)熱沖壓成形模具的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了深入研究，總結(jié)了熱沖壓模具關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和基本原則，并運(yùn)用數(shù)值模擬手段對(duì)模具參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)于推動(dòng)國(guó)內(nèi)熱沖壓成形技術(shù)的研究進(jìn)展，打破國(guó)外的技術(shù)壟斷具有積極意義。</p><p><b>　　a、模具設(shè)計(jì)</b&g

15、t;</p><p>　　簡(jiǎn)而言之，模具是用來(lái)成型物品的工具，這種工具由各種零件構(gòu)成，不同的模具由不同的零件構(gòu)成。它主要通過(guò)所成型材料物理狀態(tài)的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)物品外形的加工。</p><p><b>　　b、設(shè)計(jì)步驟</b></p><p><b>　　熱成型模具設(shè)計(jì)</b></p><p>　　在熱成

16、型過(guò)程中， 鋼板及模具都要經(jīng)過(guò)從室溫到900 ℃以上的溫度變化， 并且模具集板料成型與冷卻淬火過(guò)程于一身， 所以模具設(shè)計(jì)是熱成型技術(shù)的另一個(gè)難點(diǎn)，其主要技術(shù)包括模具表面設(shè)計(jì)、模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等， 可利ABAQUS、LS-DYNA 等軟件進(jìn)行成型模擬和冷卻過(guò)程模擬。利用材料的高溫性能，如流變曲線(xiàn)、摩擦因數(shù)、FLD 等參量進(jìn)行成型模擬， 同時(shí)進(jìn)行熱傳遞模擬，這一過(guò)程實(shí)際是熱力學(xué)、機(jī)械學(xué)耦合模擬過(guò)程。模擬結(jié)果將作為模具設(shè)計(jì)的重要

17、依據(jù)， 并據(jù)此進(jìn)行試生產(chǎn)或批量生產(chǎn)。</p><p><b>　　模具材料的選擇</b></p><p>　　熱成型的模具材料不僅要求其具有良好的熱強(qiáng)度、熱硬度、高的耐磨性和疲勞性能，而且要能保證成型件的尺寸精度，同時(shí)要能夠抵抗高溫板料對(duì)模具產(chǎn)生的強(qiáng)大熱摩擦、脫落的氧化層碎片及顆粒在高溫下對(duì)模具表面的磨損效應(yīng)， 并且能夠穩(wěn)定地在劇烈的冷熱交替環(huán)境下工作。根據(jù)模具需要的

18、加熱溫度，參考熱鍛用熱作模具鋼，選用合理的模具材料。如蒂森的熱沖壓模具就采用了一種具有很高熱傳導(dǎo)系數(shù)的Al2O3/Cu 復(fù)合材料。</p><p><b>　　模具凸、凹模設(shè)計(jì)</b></p><p>　　由于熱脹冷縮的影響， 零件最終尺寸與沖壓成型時(shí)的尺寸存在一定誤差， 因此為保證零件的尺寸精度，在確定凸、凹模尺寸時(shí)必須考慮熱脹冷縮效應(yīng)。</p>&l

19、t;p><b>　　冷卻機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　對(duì)于熱成型零件冷卻機(jī)構(gòu)的選擇不僅要保證零件的冷卻速度足夠快， 而且還要避免零件和模具因冷卻速度過(guò)快而引起的開(kāi)裂。通常采用在模具內(nèi)通冷卻水的方式對(duì)成型后的零件進(jìn)行冷卻。</p><p><b>　　四、預(yù)期效果</b></p><p>　　1．外文翻譯50

20、00字以上</p><p><b>　　2．開(kāi)題報(bào)告一份</b></p><p>　　3．畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份</p><p><b>　　4．畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙</b></p><p>　　五、課題的準(zhǔn)備情況和進(jìn)度計(jì)劃</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b&

21、gt;</p><p>　　[1]李碩本等編著.沖壓工藝?yán)碚撆c新技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.11</p><p>　　[2]中國(guó)模具工業(yè)協(xié)會(huì).模具行業(yè)“十一五”規(guī)劃[J].模具工業(yè)，2005（7）：3-8</p><p>　　[3]姜奎華主編.沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.5</p><p>　　[

22、4]模具實(shí)用技術(shù)叢書(shū)編委會(huì)編.沖模設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.6</p><p>　　[5]鄭家賢遍著.沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)實(shí)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.1</p><p>　　[6]《沖模設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫(xiě)組編著.沖模設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.6</p><p>　　[7]劉惠海.大型管件封頭的熱沖壓模設(shè)計(jì)

23、[J ].機(jī)械工藝師 ,1999, 9:16~18.</p><p>　　[8]林建平, 田浩彬等.超高強(qiáng)度鋼板熱沖壓成形研究與進(jìn)展 [J ].熱加工工藝, 2008 , 37(21) :140~144.</p><p>　　[9]趙清雨.橋殼熱沖壓工藝分析及其應(yīng)用 [J ].鍛壓機(jī)械,2002, 3:28~29.</p><p>　　[10]牛濟(jì)泰.材料和熱加工領(lǐng)

24、域的物理模擬技術(shù).北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1999:194～199.</p><p>　　[11]林建平, 孫國(guó)華等.超高強(qiáng)度鋼板熱成形板料溫度的解析模型研究 [J ].鍛壓技術(shù), 2009 , 34 (1):20~23. </p><p>　　[12]王洪俊，范海雁.轎車(chē)車(chē)身零件制造中的熱成形技術(shù)[J].模具制造，2005, (4 ):32~34.</p><p&g

25、t;　　[13]陳欣如，胡忠民.塑性有限元及其在金屬成形領(lǐng)域中的應(yīng)用[M].重慶:重慶大學(xué)出版社, 1989.</p><p>　　[14] S.Kok and N.Stander. Optimization of a sheet metal forming process using successive multipoint approximations[J].999:40~42.</p>&l