一、 课题来源、目的、意义

1．课题的来源

本课题将针对三一重工公司制造车间实际的离合器支架，设计某车型的离合器支架落料冲孔模具，要对其进行计算机辅助设计及计算机辅助制造相关步骤，最终形成所需的离合器支架模具的三维数字化设计与装备仿真。

2．本课题研究目的

现如今市场竞争激烈，要增强企业竞争力就要做到高效率、低成本、高质量这“两高一低”。本课题通过对三一重工某车型离合制动支架的研究试验，设计出合理的离合器支架落料冲孔模具，为了能保证“两高一低”，以及减轻工人劳动强度、保证安全操作等方面，此次的设计必须满足省时省力，效率精度高，生产周期短，制造成本低，获取更大的经济利益等要求。

3．本课题研究的意义

模具设计在当今社会被广泛的应用，无论是汽车行业还是电机电器和IT产品，都离不开模具设计，由于模具设计的产品有着高精度、高一致性及美观的外形，受到广大消费者的喜爱。所以模具的设计技术水平已经成为衡量国家制造水平的重要标志，因此我们研究模具具有非常深远的意义。

我就三一重工公司某车型离合器支架设计成型模具，通过了解发现存在如下问题：标准化及系列化程度低；模具的制造周期长；精度不能够完全达标；模具品种少且加工效率低；使用寿命较短，材料的利用率低；模具品种更新换代不够迅速；先进模具制造技术运用范围不够广泛。

基于以上原因，对该模具的研究已势在必行。通过对离合器支架模具的全新设计，要能够达到缩短生产周期，降低成本，提高精度，延长刀具寿命等要求，而且可以建立或者完善整个管理系统，从而最大程度提高自动化水平，以获取更大的经济利益。

本课题的研究将涉及到二维和三维的软件的应用，如AUTO CAD，PRO/E，UG等，以及有限元的应用。这将会提升我运用这些软件的能力，对我走向工作岗位有着重大意义。

二、 国内外概况、预测和文献综述

1.    课题的国内外研究概况

1.1     我国模具行业的总体状况

近几年来，我国轿车市场发展十分迅猛，20##年在轿车销售超过100万辆的基础上，20##年则向200万辆大关迈进，达到了197万辆。然而，在轿车热迅速升温的同时，不得不尴尬地面对这样的现实——市场上热销的绝大多数车型是直接从国外引进的。由于国内轿车覆盖件模具设计制造能力从总体上看还比较薄弱，为了生产这些车型，各大汽车公司不得不耗资几亿、十几亿元采购海外模具。与国外大汽车公司相比，由于生产规模比较小，这就造成单车均摊的模具成本远高于国外车，这也是造成国产车整车制造成本居高不下的主要原因之一。

因此我国政府对模具工业和模具技术发展非常重视，特别是在改革开放以来，充分肯定了模具工业和技术在制造业和国民经济中的重要基础地位。国家投入大量资金，已取得不少技术成果，大大缩短了我国与世界发达国家的技术差距。概括起来主要有以下几个方面：

1.我国模具工业从基本上是以企业内部自产自配为主的、附属于产品生产的工装行业，发展成了有相当规模的，具有高技术行业特征的资金密集型、技术密集型装备制造产业。

2.模具的生产从主要以传统的、钳工师傅为主导的技艺型手工生产方式，进入到了普遍采用数字化、信息化设计生产技术的现代化工业生产的时代。

3.我国模具行业已从单一的公有制企业形式，发展成为以民营企业为主、多种所有制企业形式共存的新格局。

4.制造业的发展拉动了模具工业的发展，模具业的发展给予制造业以有力的支撑。 现在，我国已成为制造业的大国，也是模具生产大国。

5.模具产品结构更趋合理。重点骨干模具企业队伍已经形成。一批企业的生产能力和技术水平有了大幅的提高。企业装备水平普遍提高，加工中心等数控机床、CAD／CAM技术普遍采用，CAE技术也逐渐被采用。现在国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了CAD/CAM技术/DL图的设计和模具结构图的设计均已实现二维CAD，多数企业已经向三维过渡，总图生产逐步代替零件图生产。

6.企业研发，创新能力有所提高，新技术得到推广应用。如三维设计技术的研发和应用，信息化管理技术的研发应用，双料(色)注塑技术的研发与应用，高光无痕注塑技术的研发与应用，以塑代钢产品的成型技术的开发、应用，高强板、不等厚焊接板的冲压成形技术、高强板热压成形技术、氮气弹簧的研发应用，等等。

7.为模具制造配套服务的体系日趋完善，我国模具工业体系基本完整。模具产业布局有所改善。但与发达国家相比，我国模具工业还有较大差距，主要是，我国还处于全球产业链分工的中低端，模具产品也处于中低档。

1.2国外模具制造业的现状

目前，国外汽车公司为了降低模具开发、制造成本，缩短生产周期，将除轿车外覆盖件之外的人部分轿车冲压件的模具都交由专业模具公司设计和制造，这些公司都有很强的开发能力，并在某些零件的模具制造方面拥有独到的优势。但作为整车厂，考虑到新车型开发过程中的 保密，对诸如翼子板、行李箱盖、车门、侧围、车顶、前盖等敏感零部件的模具，则都由自己的模具制造部门来设计和制造。

1、在组织模具开发、生产方面，发达国家普遍采用并行工程和项目管理等技术和管理方法，加强了对工作流的控制，缩短了模具开发周期，保证了质量；在专业化生产方面，发达国家更加普遍。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产品质量的必然发展趋势，它有利于突出自己的核心业务，有利于积累产品开发、生产管理及服务的经验，以在短期内提供高质量、低威本模具;

2、在高新技术的应用方面，发达国家对各种高新技术的应用更加广泛，更加深入，水平也较高，包括数字化模具技术(三维设计、CAPP、CAM、CAT……)、成形过程模拟(CAE)技术、高速加工技术、自动化加工技术、新材料成形技术、表面处理技术、新型模具技术、信息化管理技术等等。高新技术的不断开发和广泛应用使得模具的设计制造水平达到空前的高度.目前3D设计已达到了70%～89%。PRO/E、UG、CIMATRON等软件的应用很普遍。应用这些软件不仅可完成2D设计，同时可获得3D模型，为NC编程和CAD/CAM的集成提供了保证。

3、在新技术研发创新方面，包括威形方法的创新，成形品质改善的创新，新材科成形技术的创新等．

1.3我国模具行业的发展方向

模具工业是国民经济的基础工业，是高技术行业。模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一。冲压技术发展方向满足产品开发在T(Time)、Q(Quality)、 C(Cost)、S(Service)、E(Environment)的要求。

(1)冲压成形理论及冲压工艺：加强理论研究，开展CAE技术应用。开发和应用冲压新工艺。

(2)模具先进制造工艺及设备：数控化、高速化、复合化加工技术、先进特种加工技术、精密磨削、微细加工技术、先进工艺装备技术、数控测量；

(3)模具新材料及热、表处理：提高使用性能,改善加工性能 ，提高寿命。

(4)模具CAD/CAM技术：二、三维相结合的数字化设计技术与数字化制造技术。

(5)快速经济制模技术：加快模具的制造速度，降低模具生产成本。适应小批量试制。

(6)先进生产管理模式：并行工程思想、标准化、专业化生产。

2.    课题的研究趋势预测

1).冲压成形理论及冲压工艺方面

 冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。目前，国内外对冲压成形理论的研究非常重视，在材料冲压性能研究、冲压成形过程应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展。特别是随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善，近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术，即利用有限元（FEM）等有值分析方法模拟金属的塑性成形过程，根据分析结果，设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题，并通过在计算机上选择修改相关参数，可实现工艺及模具的优化设计。这样既节省了昂贵的试模费用，也缩短了制模具周期。

  研究推广能提高生产率及产品质量、降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种压新工艺，也是冲压技术的发展方向之一。目前，国内外相继涌现出精密冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺及无模多点成形工艺等精密、高效、经济的冲压新工艺。其中，精密冲裁是提高冲裁件质量的有效方法，它扩大了冲压加工范围，目前精密冲裁加工零件的厚度可达25mm，精度可达IT16~17级；用液体、橡胶、聚氨酯等作柔性凸模或凹模的软模成形工艺，能加工出用普通加工方法难以加工的材料和复杂形状的零件，在特定生产条件下具有明显的经济效果；采用爆炸等高能效成形方法对于加工各种尺寸在、形状复杂、批量小、强度高和精度要求较高的板料零件，具有很重要的实用意义；利用金属材料的超塑性进行超塑成形，可以用一次成形代替多道普通的冲压成形工序，这对于加工形状复杂和大型板料零件具有突出的优越性；无模多点成形工序是用高度可调的凸模群体代替传统模具进行板料曲面成形的一种先进技术，我国已自主设计制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备，解决了多点压机成形法，从而可随意改变变形路径与受力状态，提高了材料的成形极限，同时利用反复成形技术可消除材料内残余应力，实现无回弹成形。无模多点成形系统以CAD/CAM/CAE技术为主要手段，能快速经济地实现三维曲面的自动化成形。

2).冲模制造方面

冲模是实现冲压生产的基本条件.在冲模的设计制造上,目前正朝着以下两方面发展:一方面,为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需要，冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向发展，与此相比适应的新型模具材料及其热处理技术，各种高效、精密、数控自动化的模具加工机床和检测设备以及模具CAD/CAM技术也在迅速发展；另一方面，为了适应产品更新换代和试制或小批量生产的需要，锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展。

  精密、高效的多工位及多功能级进模和大型复杂的汽车覆盖件冲模代表了现代冲模的技术水平。目前，50个工位以上的级进模进距精度可达到2微米，多功能级进模不仅可以完成冲压全过程，还可完成焊接、装配等工序。我国已能自行设计制造出达到国际水平的精度达2~5微米，进距精度2~3微米，总寿命达1亿次。我国主要汽车模具企业，已能生产成套轿车覆盖件模具，在设计制造方法、手段方面已基本达到了国际水平，但在制造方法手段方面已基本达到了国际水平，模具结构、功能方面也接近国际水平，但在制造质量、精度、制造周期和成本方面与国外相比还存在一定差距。

  模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正在不断向传统制造技术渗透、交叉、融合形成了现代模具制造技术。其中高速铣削加工、电火花铣削加工、慢走丝切割加工、精密磨削及抛光技术、数控测量等代表了现代冲模制造的技术水平。高速铣削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面质量（主轴转速一般为15000~40000r/min）,加工精度一般可达10微米，最好的表面粗糙度Ra≤1微米），而且与传统切削加工相比具有温升低（工件只升高3摄氏度）、切削力小，因而可加工热敏材料和刚性差的零件，合理选择刀具和切削用量还可实现硬材料（60HRC）加工；电火花铣削加工（又称电火花创成加工）是以高速旋转的简单管状电极作三维或二维轮廓加工（像数控铣一样），因此不再需要制造昂贵的成形电极，如日本三菱公司生产的EDSCAN8E电火花铣削加工机床，配置有电极损耗自动补偿系统、CAD/CAM集成系统、在线自动测量系统和动态仿真系统，体现了当今电火花加工机床的技术水平；慢走丝线切割技术的发展水平已相当高，功能也相当完善，自动化程度已达到无人看管运行的程度，目前切割速度已达到300mm/min,加工精度可达±1.5微米，表面粗糙度达Ra=01~0.2微米;精度磨削及抛光已开始使用数控成形磨床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光等先进设备和技术;模具加工过程中的检测技术也取得了很大的发展,现在三坐标测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外,其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措施及简单操作步骤，使得现场自动化检测成为可能。此外，激光快速成形技术（RPM）与树脂浇注技术在快速经济制模技术中得到了成功的应用。利用RPM技术快速成形三维原型后，通过陶瓷精铸、电弧涂喷、消失模、熔模等技术可快速制造各种成形模。如清华大学开发研制的“M-RPMS-Ⅱ型多功能快速原型制造系统”是我国自主知识产权的世界惟一拥有两种快速成形工艺（分层实体制造SSM和熔融挤压成形MEM）的系统，它基于“模块化技术集成”之概念而设计和制造，具有较好的价格性能比。一汽模具制造公司在以CAD/CAM加工的主模型为基础，采用瑞士汽巴精化的高强度树脂浇注成形的树脂冲模应用在国产轿车试制和小批量生产开辟了新的途径。

3). 冲压设备和冲压生产自动化方面

  性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件，高精度、高寿命、高效率的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备相匹配。为了满足大批量高速生产的需要，目前冲压设备也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多功能、高速和数控方向发展，加之机械乃至机器人的大量使用，使冲压生产效率得到大幅度提高，各式各样的冲压自动线和高速自动压力机纷纷投入使用。如在数控四边折弯机中送入板料毛坯后，在计算机程序控制下便可依次完成四边弯曲，从而大幅度提高精度和生产率；在高速自动压力机上冲压电机定转子冲片时，一分钟可冲几百片，并能自动叠成定、转子铁芯，生产效率比普通压力机提高几十倍，材料利用率高达97%；公称压力为250KN的高速压力机的滑块行程次数已达2000次/min以上。在多功能压力机方面，日本田公司生产的2000KN“冲压中心”采用CNC控制，只需5min时间就可完成自动换模、换料和调整工艺参数等工作；美国惠特尼公司生产的CNC金属板材加工中心，在相同的时间内，加工冲压件的数量为普通压力机的4~10倍，并能进行冲孔、分段冲裁、弯曲和拉深等多种作业。

  近年来，为了适应市场的激烈竞争，对产品质量的要求越来越高，且其更新换代的周期大为缩短。冲压生产为适应这一新的要求，开发了多种适合不同批量生产的工艺、设备和模具。其中，无需设计专用模具、性能先进的转塔数控多工位压力机、激光切割和成形机、CNC万能折弯机等新设备已投入使用。特别是近几年来在国外已经发展起来、国内亦开始使用的冲压柔性制造单元（FMC）和冲压柔性制造系统（FMS）代表了冲压生产新的发展趋势。FMS系统以数控冲压设备为主体，包括板料、模具、冲压件分类存放系统、自动上料与下料系统，生产过程完全由计算机控制，车间实现24小时无人控制生产。同时，根据不同使用要求，可以完成各种冲压工序，甚至焊接、装配等工序，更换新产品方便迅速，冲压件精度也高。

4).冲压标准化及专业化生产方面

  模具的标准化及专业化生产，已得到模具行业和广泛重视。因为冲模属单件小批量生产，冲模零件既具的一定的复杂性和精密性，又具有一定的结构典型性。因此，只有实现了冲模的标准化，才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化、商品化，从而降低模具的成本，提高模具的质量和缩短制造周期。目前，国外先进工业国家模具标准化生产程度已达70%~80%，模具厂只需设计制造工作零件，大部分模具零件均从标准件厂购买，使生产率大幅度提高。模具制造厂专业化程度越不定期越高，分工越来越细，如目前有模架厂、顶杆厂、热处理厂等，甚至某些模具厂仅专业化制造某类产品的冲裁模或弯曲模，这样更有利于制造水平的提高和制造周期的缩短。我国冲模标准化与专业化生产近年来也有较大发展，除反映在标准件专业化生产厂家有较多增加外，标准件品种也有扩展，精度亦有提高。但总体情况还满足不了模具工业发展的要求，主要体现在标准化程度还不高（一般在40%以下），标准件的品种和规格较少，大多数标准件厂家未形成规模化生产，标准件质量也还存在较多问题。另外，标准件生产的销售、供货、服务等都还有待于进一步提高。

三、   系统设计方案及可行性分析

1．系统设计方案

某车型离合器支架如下图1：

 

                     图1  某车型离合器支架

根据公司生产加工实际情况，分为五道工序：1.落料冲孔 2.翻边压筋 3.冲孔 4.压弯成型 5.翻舌

本课题研究第一序：落料冲孔。

加工该道工序的模具只有一道工序为单工序模，结构简单，加工相对方便，制造周期短，工艺成本低；要求能够自动排除冲件、自动润滑，大批量生产，生产效率高，制造方便，模具寿命长。

由于正装不易取件，实际生产中均使用倒装型式。

凸凹模的材料选用T10A（已退火碳素工具钢）凸凹模采用镶块形式节省工具钢，加工简便，保证模具质量，可分别调整，便于模具的维修和更换。

2．方案设计

1)方案一：

导柱导套导向，选用倒装式结构,凹模安装在上模板上,凸模安装在下模板上, 采用托杆卸料，如图2所示：

图2  方案一

             1—上模板   2—导套   3—凹模   4—圆冲头   5—顶出器   6—方冲头

             7—卸料板   8—推销   9—卸料螺钉   10—退料板  11—弹簧    12—凸模

             13—下模板   14—导柱

优点：采用导柱导套导向可靠，制件精度及质量较高；托杆卸料安全可靠。缺点：不便于加工和装配。导套导柱抗侧压力能力较差。

2)方案二：

导板导向，选用倒装式结构,凸模安装在下工作台,凹模安装在上模板上,托杆卸料。如图3所示：

图3  方案二

1—导板   2—上模板   3—凹模   4—圆冲头   5—顶出器   6—方冲头

             7—卸料板   8—推销    9—卸料螺钉    10—退料板   11—弹簧

             12—凸模   13—下模板

优点：采用导板导向，抗侧压力能力高，便于成型。

缺点：导板导向精度不高，加工和热处理困难。

3)方案三：

导套导柱导向，采用弹簧卸料装置，如图4所示：

图4  方案三

1—导套   2—上模板   3—圆冲头   4—方冲头  5—顶出器   6—卸料螺钉

              7—凹模   8—导柱     9—退料板   10—凸模   11—下模板

优点：导柱导套导向可靠，精度高，弹簧卸料装置结构简单；

缺点：弹簧易于疲劳，需要定期更换，且可靠性无法保证。

3．可行性分析

方案一与方案二比较：方案二采用导板导向，虽然成本低，但导向精度不高，一般用于精度不高的场合，另外它的加工比较困难，而且必须采用行程可调压力机；方案一用导柱导套导向，其导向比导板可靠，精度高，寿命长，使用安装方便，广泛用于生产批量大，精度要求高的冲裁件。故方案一较好。

方案一与方案三比较：方案三采用弹簧卸料装置，易疲劳，可靠性差。

所以综合考虑采用方案一。

四、预计达到的要求及预计的关键技术

1.预计需达到要求、技术指标

1）功能要求

（1）.凸、凹模是模具上的关键零件，精密而且复杂，它应有足够的强度和硬度，不能在冲压过程中断裂或破坏。

（2）.模具要有恰当的闭合高度，应满足用户冲床要求，为使模具正常工作，闭合高度必须与冲床的闭合高度相适应，应介于最大与最小闭合高度之间。

（3）. 定位零件定位块是确定坯料安装位置的零件，设计时应考虑操作方便，不应有过定位。

（4）.螺钉、螺母、弹簧、等紧固弹性零件采用标准件，选用时在保证紧固和弹性顶出功能同时，为避免碰伤人手和妨碍操作，应避免紧固件暴露在外表面操作位置上。

（5）.导向零件的作用是保证凸凹模在冲压工作时有精确的配合间隙。导柱设在下模座，应安排在远离模块和压料板的部位，保证在冲程下死点时导柱的上端面在上模板顶面以下最少5至10毫米。

（6）.冲头要满足强度要求，不能在冲压过程中折断或破坏。

（7）.上、下模板是冲模的基础零件，其他各种零件都分别安装固定在其上面，其平面尺寸，尤其是前后方向应与制件相适应，过大或过小均不便操作。

2）技术指标

（1）、落料精度±0.5mm，孔位精度±0.3mm。

（2）、上、下模板材料HT250，其上未注明圆角半径尺寸为R3~5mm；装配前倒去除工作零件的工作部分外所有棱边；

（3）、凸、凹模材料T10A,HRC58-62,其上未注倒角（刃口除外）2Х45°，倒圆角R1mm；未注公差尺寸的极限偏差按GB1804—79规定的IT14级，孔尺寸为H14，轴尺寸为h14，长度尺寸为JS14；

（4）、导柱和导套材料20#,HRC58-62；

（5）、上下模座、凸凹模块的两平面的平行度应符合公差要求；

（6）、对铸造和锻造零件加工前应分别进行时效处理和退火处理，凸凹模修整前要热处理达到硬度要求；

（7）、模具涂绿色防锈漆，限位部分涂安全漆。

2.预计的关键技术

1）、凸、凹模设计、尺寸的确定，零件尺寸的展开和压力中心的计算；

2）、凸模设计、凹摸镶块的设计；

3）、应用三维软件实现模具的三维实体建模；

4）、应用三维软件进行装配仿真、装配分析，干涉检验。

五、 课题研究进展计划

毕业设计具体进度安排见表1。

表1  毕业设计具体进度安排表

六、 现有的条件及设备

实际生产中使用的是J31-250号压力机。

七、参考文献

[1] 张鼎承主编. 冲模设计手册.北京: 机械工业出版社，1988

[2] 王孝培主编. 冲压手册(第二版). 北京: 机械工业出版社，1999

[3] 陈锡栋等编. 冲模设计应用实例. 北京: 机械工业出版社，1999

[4] 胡灿如等编. 汽车冲压标准汇编. 北京. 中国汽车工业总公司，1993

[5] 袁定福编著 .Pro/ENGINEER Wildfire2.0模具设计. 北京: 清华大学出版社，2003

[6] 杨占尧编著. 冲压模具图册. 北京：高等教育出版社，2004

[7] 李发致编. 模具先进制造技术.北京：机械工业出版社,2003

[8] 赵振译等编著. 实用冲裁技术 北京： 化学工业出版社， 2004

开 题 报 告 要 求

1、   开题报告必须在收集和阅读有关资料，考查生产现场，参考类似产品，进行分析、对比、论证的基础上进行撰写。

2、       开题报告的内容一般包括：课题的来源、目的、意义、国内外的现状及发展；进行可行性分析及系统设计方案；系统达到的功能要求、技术指标；所应用的新技术、新工艺、新装置等及关键技术；系统研究的重点和难点；预测课题的经济效益和社会效益以及可能取得的成果等。

3、       开题报告不得少于3000汉字，并附有毕业设计计划安排。

4、       开题报告要求在毕业设计前四周内完成。

导师评语（应根据“开题报告要求”，组织所指导的学生进行交流，对学生开题报告的内容、设计方案、应用技术以及预测成果等进行综合评价。）

                          导师签名：           

                        200    年    月   日