北京科技大学天津学院
本科生毕业设计（论文）选题报告
2014 年 1 月 5 日
目 录
1. 文献综述... 1
1.1多工位级进模具概述... 1
1.2多工位级进模具国外研究进展... 2
1.3多工位级进模具题国内研究进展... 3
2. 课题背景及开展研究的意义... 5
2.1课题背景... 5
2.2研究意义... 6
3. 研究方法、内容及预期目的... 7
3.1系统开发方法的选择... 8
3.2研究内容... 8
3.3预期目的... 8
4. 进度安排... 10
参考文献... 11
指导教师意见... 13
1. 文献综述
1.1多工位级进模具概述
多工位级进模具是在普通级进模具的基础上发展起来的，它是一种高精度，高效率，长寿命，有两个或两个以上工位的模具，是模具技术密集的重要代表，也是未来模具发展方向之一。这种模具不仅可以进行冲孔落料还可以根据零件的结构特点和成型性质完成压筋，冲弯，弯曲，拉深等成型工序，甚至还可以在模具上完成装配工序。冲压时将带料或条料由模具入口端送进去后，在严格控制步距精度的条件下，按照成形工艺安排的顺序通过各工位的连续冲压，在最后工位经冲裁过切断后便可冲出符合产品精度要求的冲压件。为了保证多工位级进模的正常工作，模具必须具有高精度的导向和准确的定位系统，配置有自动送料，自动出件，安全检测装置。所以多工位级进模比普通冲模相对较复杂，具有如下特点：
（1） 在衣服模具中可以完成包括冲裁，弯曲，拉升和成形装配等多道工序；减少了使用多副模具的周转和重复定位过程，显著提高了劳动生产率和设备的使用率。
（2） 由于在级进模中工序可以分散在不同的工位上，故不存在符合模具的“最小壁厚”问题，设计时还可以根据模具强度和模具的装配需要留出空位，从而保证模具的强度和装配空间。
（3） 多工位级进模通常具有高精度的内，外导向和准确的定距系统以保证产品零件的加工精度和模具使用寿命。
（4） 多工位级进模常采用高速冲床生产冲压件，模具采用了自动送料，自动出件，安全检测等自动化装置，操作安全具有较高的生产效率。
（5） 多工位级进模结构复杂镶块较多，模具制造精度要求很高，给模快的制造，调试以及维修带来一定的难度。同时要求零件模具具有互换性，在模具磨损或损坏后要求更换迅速，可靠，方便。所以模具工作零件选材要好，必须应用慢走丝线切割加工，成型模削，坐标镗，坐标磨等先进加工方法制造模具。
（6） 多工位级进模主要用于冲制厚度较薄，产量大，形状复杂，精度高的中小行、型零件制造精度可达IT10级。
1.2多工位级进模具国外研究进展
国外级进模CAD/CAE/CAM的研究始于上世纪60年代末，70年代便有初步应用，但仅限于二维图形的简单冲裁级进模，其主要功能如条料排样、凹模布置、工艺计算和NC编程等。弯曲级进模CAD/CAM系统出现在80年代，如日本日立公司和富士通公司的弯曲级进模系统等。为了能够适应复杂模具的设计，富士通系统采用了自动设计和交互设计相结合的方法，在该系统中除毛坯展开、弯曲回弹计算和工步排序为自动处理外，其余均需要设计人员的参与[1-4]。
(1) 在国外CAD/CAE/CAM已成为普遍应用的技术。在CAD的应用方面，已经超越了甩掉图板、二维绘图的初级阶段，目前3D设计已达到了 70 - 89% [5] a PRO/E, UG, CIMATRON等软件的应用很普遍，一些国家还开发了级进模专用的3D设计软件。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。应用3D设计，还可以在设计时进行装配干涉的检查，保证设计和工艺的合理性。此外，CAE技术已经逐渐成熟，应用Dynaform, Autoform等软件，模拟金属变形过程，分析应力应变的分布，预测破裂、起皱、回弹等缺陷。
(2)设计上采用了先进的设计理念。如为了便于模具设计与计算，各道工序均以一个统一的基准点为中心，以坐标尺寸的方式标注尺寸。选定基准点后，产品上任何一个点的坐标尺寸，都能准确地计算出来。各工序的模具尺寸以该基准点为中心，用坐标尺寸标注，给模具设计与制造带来方便。此外，将各工序的加工内容、尺寸要求、加工部位、冲压方向、压力中心及相互关系等，用一张图表示出来，称为加工要领图。有了加工要领图，对各道工序的关系就可一目了然，不仅便于模具设计，而且对模具加工和调整也方便。
(3)各模具生产企业根据自身的生产能力、经验等，制定了自己的标准。它包括设计的标准化，模具零件和模具结构的标准化。模具标准件的采用率一般均在80%以上。模具企业的主要任务是设计模具结构和零件，并加工凸、凹模等主要零件(其制造精度在2μ，寿命可达2亿个冲次)，进行装配调试等。其他模具零件均可作为标准件在市场上采购。有些模具企业，模具零件的粗加工、半精加工，也由相对固定的协作厂家去完成。因此，模具设计、生产周期大大缩短。
1.3本课题国内研究进展
我国是进入80年代后才开始研制级进模的，经历了三十多年的努力，从无
到有，终于有了较大的发展。如80年代后期的大连电机厂、上海星火模具厂、
南京720厂和90年代中期后来居上的湖南钻石硬质合金工具有限公司、天水长
城精密模具厂、北京市机电研究院精密模具公司，在消化吸收国外先进级进模技
术的基础上，自行研制出的一些中小型级进模，在生产中获得了较好的使用效果。
级进模CAD方面，许多高等院校作了大量的工作，如浙江大学、上海交通大学
塑性工程系等。本世纪初，美国UGS公司与我国华中科技大学合作的在UG-2.0 (现为NX)软件平台上开发出的基于三维几何模型的级进模CAD/CAM软件NX-PDW。该软件包括工程初始化、工艺预定义、毛坯展开、毛坯排样、废料设计、条料排样、压力计算和模具结构设计等模块，具有特征识别与重构、全三维结构关联等显著特色，己在20##年作为商品化产品投入市场。与此同时，新加坡、马来西亚、印度及我国台湾、香港有关机构和公司也在开发和试用新一代级进模CAD/CAM系统[6-12]
随着技术的发展，对级进模的成形质量要求越来越高，但传统的级进模设计
中较少考虑到冲压载体的变形对成形精度的影响，从而造成设计、制造的误差，
最终使零件精度下降。由于级进模成形过程中金属的变形行为非常复杂，利用传
统理论手段分析级进模载体的变形问题存在一定困难，迄今国内外相关的研究很
少。
基于有限元法的数值模拟仿真技术(CAE)已有多年的历史，利用该技术不仅能够实时地描述金属塑性成形过程，给出金属的塑性流动模式、各种物理场量
的分布规律、详尽的塑性变形过程的参数，而且还能预测塑性成形过程的缺陷，
优化塑性成形工艺过程。如今，数值模拟已经成为塑性加工领域的一项重要技术，
对金属塑性成形技术的进步产生了巨大的推动作用[13]。
与国外工业发达国家比较，我国的多工位级进模技术仍然存在较大的差距，
主要是表现在以下四个方面:
(1)冲压工序比较单一，多数以冲裁级进模为主，少部分为冲裁拉深级进
模，模具结构比较简单、功能性不强。
(2)模具模板幅面尺寸比较小，一般在1200x600 mm内，一次冲制的产
品数量也在十几件以内，属中小型级进模。
(3)模具精度不高，冲裁间隙误差在0.015 mm以上，制件产品容易产生
毛刺。
(4)模具使用寿命相对较短，一般一次刃磨在50万次以内，模具材料主
要以普通模具钢为主或采用硬质合金。另外，国内很少有人在此领域从事深入系
统的研究[14-16]。
近年来，人们也意识到模具技术是与被加工材料、模具加工设备和模具材料
密切相关的，我国总的工业水平落后于国外工业发达国家，因此，不能完全照搬
国外的模具结构和标准，必须有适用于本国国情的模具设计思想和理论。国内级
进模技术面临如何在消化吸收国外先进模具技术的基础上，结合本国的国情来设
计、制造自己的模具产品这一重大课题。随着我国工业化进程的加速，大型多工
位级进模的需求将会越来越大，在模具设计、制造方面，国内迫切需要有自己的
理论指导和实践经验来实现高品质模具的国产化。
2. 课题的背景及开展研究意义
2.1课题背景
模具在制造业中属于非常重要的基础工艺装备，其技术水平是衡量一个国家制造业发展水平的关键指标之一[17-18]。在汽车、航空和五金家电领域，冲压模具在所有类型的模具中所占的比例最大[19]。近年来，我国冲压模具技术取得了很大的进步，尤其是以汽车覆盖件和航空饭金件模具为代表的大中型模具和以多工位级进模为代表的精密冲压模具，部分企业的某些产品已经达到了世界领先水平。但是，我国模具工业尤其是冲压模具设计与制造的整体水平和工业发达国家相比，仍有很大的差距，高精度的冲压模仍需大量进口，自给率不高[20]
多工位级进模是一种高效率、高精度、长寿命的冲压模具，在汽车结构件、五金家电和电一子仪器等领域应用非常广泛[21-22]。由于级进模可以在压力机的一次行程中完成拉深、成形、弯曲以及冲裁等多个工序，因此可以非常显著地提高机床的利用率，实现产业的自动化生产，减少人工操作和降低生产安全风险[23-26]。所以快速发展及进模具是现代制造业发展的一个趋势，级进模也是衡量一个制造型企业强弱的重要依据和模具制造先进性的标准。
2.2研究意义
随着我国五金家电和电子仪器行业的快速发展，对产品的制造精度和开发周期要求越来越高。此外，企业为了提高效益，对于产品成本的控制越来越严格。因此，为了适应市场的生产需求必将大力发展多工位及进模具，取而代之传统的冲压模具设计大大提高生产效率和生产质量等。抛弃传统的冲压模具不仅可以快速适应社会发展，还可以提高市场的竞争能力从而提高在制造业市场的占有率，创立自己的品牌等。
考虑上述等因素，依靠现代信息技术和先进制造手段为电位器零件级进模具设计制造的创新和发展提供的有利条件，开发电位器零件连续冲压的工艺与模具，大力发展和应用先进的数字化设计制造、先进数控加工及以信息化为基础的模具企业管理技术，解决电位器零件级进模设计制造的关键技术，以缩短产品开发和生产准备时间、提高产品质量、提高生产效率、获取总体效益为目标在级进模具行业起到典型示范作用。
3. 研究方法的内容及预期目的
3.1级进模设计方法
（1）冲压工艺分析与排样设计。
通过制件几何形状和展开形状(见图1)的分析,初步确定制件成形工艺的工序为冲外轮廓、成形、弯曲(多次)、落料。由于工位较多,而且制件的特殊性,只能采用单边带料方式(见图2),因此又增加了料带稳定性的难度。为了保证模具的冲压精度,除了采用双边侧刃定距外, 在每隔1-3个工位采用导正销精定位,而且还采用了单侧导向控制。另外,保证制件加工质量,先进行冲裁工序后进行翻孔、翻边、弯曲等成形工序。该制件有孔但为进一步保证产品质量,又附加使用导正销配合侧刃实现精确位,因此需要冲制工艺孔。对制件进行排样方案比较分析,综合考虑材料利用率、工艺合理性、模具结构稳定性及便于生产过程中模具易于维护性,因而采用横排方案及镶件式快速拆装的模具结构方案。
（2）模具主要零部件机构设计。
根据模具设计原理,结合制件的特点,决定采川刚性和弹性相结合的卸料横向模具结构形式。由于该制件成形极为复杂,造成模具工位较多,为保证模具的冲压精度,级进模采用四导柱滑动导向模架。加之模具采用每隔1-3个工步有精导正销定位,从而可以保证丁.序件在经过多个工位后仍可以得到很高的成形粘度。
为了保证产品的冲裁质量和精度，模具冲裁型孔均采用精密冲裁间隙。模具工作过程为:上模下行，导正销插人料带及凹模精定位孔，卸料装置压紧浮顶抬料钉，同时条料跟着下行。当条料下移到一定距离时，顶料钉、顶料块压死条料，上模继续下行，卸料装置、凹模板压死条料，卸料弹簧继续压缩，此时各成形凸模、切断凸模、冲裁凸模及各成形滑块开始工作。当压力机滑块下行到下死点时，各部成形、切断全部完成。压力机滑块向上移动，浮顶抬料销、抬料块在弹簧的作用下抬着料带同时向上移动，凹模板与各卸料块分离，导正销脱离精定位孔，此时自动送料机进行下一步送料，至此完成一个工作周期。
模具关键结构设计：一弹性卸料装置的设计；二杠杆原理实现箱体成形设计； 三抽芯和斜楔驱动弯曲及整形三项结合的弯曲成形结构设计。
3.2研究内容
本课题主要研究的是级进模的设计。级进模是在压力机一次冲程中，在有规律排列的几个工位上分别完成一部分冲裁工序，在最后工序冲出完整工件。因为级进模是连续冲压，生产过程中相当于每次冲程冲制一个工件，故生产效率高。级进模冲裁可以减少模具数量，操作方便安全，便于实现冲压生产自动化。但它在定位中产生的累计误差会影响工件精度，因此级进模多用于生产批量大，精度要求不高，需要多工序冲裁的小零件加工。
根据零件图的设计要求，进行冲压工艺分析，制定工艺方案，编制零件的加工工艺过程卡。设计内容还包括：排样图设计，总的冲压力计算机压力中心计算，刃口尺寸计算，弹簧、橡胶件的计算和选用，凸、凹模或凸、凹模结构设计以及其他冲模零件的设计，绘制模具装配图和工作零件图。编写毕业设计说明书。
主要内容如下：
1到模具制造相关企业调研，了解模具生产，制造，加工情况。结合本设计课题，查阅相关资料。并完成基本参数的计算及冲压机的选用；
2 确定模具类型及结构，分析设计已知工件级进模具。充分分析工件结构，工艺性，了解级进模机构及工作原理完；
3运用CAD,PRO-E等工具软件辅助设计完成模具整体结构；
4 对模具工作部分尺寸及公差进行设计计算；
5 对模具典型零件需进行选材及工艺路线分析；
6 绘制模具零件图及装配图；
7 编写设计说明书。
该课题是来源于生产实际，零件结构典型，使用量大，难度适中。本课题在分析零件结构特征的基础上，优化设计模具，采用多工序级进模。紧密结合生产实际的课题，对学生了解和掌握冲压模具制品生产过程、模具设计，提高工程设计和解决实际问题的能力，具有很重要的意义。学生经过本模具的设计后，能较好的掌握冲压模具的设计流程和方法，使其具备一定的冲压模具设计能力，为以后走入工厂打下良好的基础。
3.3预期目的
（1）促进技术进步，提高模具的生产效率
系统的使用对象是即使在对计算机不很熟悉的情况下也能很快的接受它。因此完成后的用户界面将具有友好的交互性。在系统的使用过程中，有很大一部分是对基本数据的录入，录入量很大。因此在设计过程中会考虑预先录入部分所需信息提供选择，提高录入效率。由于录入操作比较枯燥，所以界面设计将会达到美观以及舒适。
（2） 对模具行业起到示范作用
在实际管理中，能随时进行各种所需信息的查询、统计以及打印。同时对统计后的结果做出图表效果，直观形象地辅助用户决策。
（3）管理水平上台阶
模具企业是典型的面向订单的单件多品种生产型企业。由于订单的随机性和生产的经验依赖性，使得模具企业的生产过程难以得到有效的控制，经常造成交货延期和质量事故等系列管理问题。要提升模具企业的管理水平，实现信息化管理是企业必然的选择。通过本项目的实施将在公司实现以信息化为基础的模具生产管理，实现模具生产的动态优化调度。使得诚丰公司的生产管理信息化和科学化，同时由于能实时记录企业每台设备应用情况、每个工件的加工情况、每个员工的工作情况、每个物料的使用情况，有利于在企业的经营活动中全面了解企业的生产情况，更有效完成企业管理中的决策。
4. 进度安排
第一周：查阅国内外关于多工位级进模具的情况，完成开题报告前两部分；
第二周：根据之前的了解情况，确定所要研究的多工位级进模具类型，结合所给条件，确定所选冲压模具为多工位级进模具；
第三周：根据任务书要求，完善本次开题报告内容，制作PPT，准备开题报告的答辩；
第四周：进一步收集关于多工位级进模具设计的资料，明确多工位级进模具的组成结构，并完成一篇外文翻译；
第五第六周：设计并完成多工位级进模具各零部件及相关数据的计算，开始进入绘图设计 阶段；
第七周-九周：绘制装配图；
第十周：修改并完善装备图；
第十一周-十二周：绘制零件图；
第十三周：修改并完善零件图；
第十四周：完成计算说明书，并编写论文；
第十五周：检查论文，编写PPT，准备毕业答辩；
第十六周：毕业答辩
参考文献
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指导教师意见
本课题符合专业论文要求，研究内容较为明确，思路清晰，工作量比较适中，通过前期研究，反映出该学生对北京科技大学天津学院后勤报修维修管理的基本流程较为熟悉，对开发管理信息系统所采用的方法也有较好的掌握，具备综合运用所学知识解决具体问题的能力。
开题报告格式规范，研究内容明确，同意继续进行论文写作。
指导教师签字：贾长明
年 月 日