序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇沖壓工藝論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

2實施項目化教學

在對《沖壓工藝與模具設計》課程實施項目化教學的過程中，教師主要起指導作用，由小組的學生自主安排、組織工作，工作中學生獨立分析并解決遇到的問題與困難，這極大地調動了學生探索新知識的積極性，他們的學習興趣有了提高，不但對書中的知識點有了更好的理解與深化，而且學生的溝通合作能力與創新思維同時得到了良好的發展，下面通過引入一個工作任務去說明本門課程實施項目化教學的步驟:

2.1引入教學案例

此零件結構簡單且對稱、無尖角，這對沖裁加工比較有利。零件中部有一異形孔，孔的最小尺寸為6mm，滿足沖裁最小孔徑的要求。另外，經計算異形孔距零件外形之間的最小孔邊距為5.5mm，滿足沖裁件最小孔邊距的要求，因而此零件的結構滿足沖裁要求。

2.2分析工作任務

任務的目標為設計落料沖孔復合模，要求運用AutoCAD軟件繪制模具的零件圖與裝配圖，并且編寫出計算說明書。此工件材料為Q235鋼，厚度是2mm，生產批量為大批量，工件上有4個尺寸標注了公差要求，從公差表查得其公差要求都屬IT13，因而普通沖裁即可達到零件的精度要求，對于未注公差尺寸按IT14精度等級查補。

2.3任務相關知識

為使學生能夠圓滿地完成任務，他們應先了解與復合模有關的理論知識、落料沖孔復合模的結構設計規范等內容，在此階段對于有難度的內容，應發揮教師的引導作用，達到學生掌握與任務有關的理論知識的目的，同時摒棄傳統教學中按章節講授的方法。

2.4實施工作任務

首先對工件確定沖裁工藝方案，文中零件為落料沖孔件，提出3種加工方案:①先落料，后沖孔，采用兩套單工序模生產;②落料－沖孔復合沖壓，采用復合模生產;③沖孔－落料連續沖壓，采用級進模生產，通過對3種方案進行分析比較，確定采用方案②。其次進行零件工藝計算，例如刃口尺寸計算、排樣計算、沖壓力計算等等，最后進行模具零部件結構的確定，繪制模具裝配圖與模具零件圖。此道工序需要學生的溝通與合作，既發展每個人的實踐能力與創新能力，又使他們的團隊協作精神得到加強。

2.5結果考核評價

“項目化教學法”的考核評價是一種對學生能力、素質綜合且全方位的評估，也是對項目化教學實施效果的檢驗。它是一種過程評價，包含教師點評、小組間相互評價及組內自評三個方面，主要考慮學生在教學過程中所表現出的分析問題與解決問題的能力、專業知識應用能力及思維創新能力等幾個方面，教師可通過預先公布評分的要求及注意事項，以期達到學生全身心投入到鉆研項目之中的效果。

2.6拓展學生思維

在工作任務已經完成的情況下，教師要求學生進一步、更深層次地去思考與本次工作任務相關的一些問題，這樣不僅使學生的思維得到了開發性的拓展，而且他們的工程意識也可得到加強。

3項目化教學效果

3.1提高了學生的學習興趣

在傳統的教法中，教師作為教學的中心控制著整個課堂，學生的學習行為消極被動，造成學生的潛在能力與學習主動性得不到充分發揮，教學效果不良。通過對《沖壓工藝與模具設計》課程實施項目化教學，學生會發現一些問題，通過查閱有關資料、與同學共同商討研究等手段使問題得到解決，他們的潛能與學習興趣都得到了提高。

3.2提高了學生的綜合素質

通過對《沖壓工藝與模具設計》課程實施項目化教學，可使學生自我去探索新知識與新技能的能力得到提高，進一步達到理論與實踐較好的結合，磨練了他們持之以恒的毅力與恒心。同時，在做項目的過程當中學生還學會了如何與他人溝通與協作，綜合素質得到了全面提高。

3.3使學生體驗到了成就感

學生在做項目的過程當中不辭辛苦直至最后完成設計，這有效地提高了他們分析問題、解決問題的能力，挖掘出他們的潛能，使學生不但體驗到了成功的辛苦，而且也體驗到了辛苦當中的樂趣，從而使他們對于取得成就的滿足感有了較深的體會。

3.4使學生體會到工作崗位

通過對《沖壓工藝與模具設計》課程實施項目化教學可以使學生將理論知識與工作技能更好地融為一體，培養了他們對于日后工作的責任心、細心以及耐心，使學生的工作態度與工程意識在校期間就得到了培訓，為日后到工廠去工作打下基礎。

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DesignoftheStampingDiefortheMagnesiumAZ31

OuterShelloftheNotebookPC

Author:BoFengxia

Tutor:HuangChanging

Abstract

ThestampingprocessfortheoutershellofthenotebookPCisanalyzedandasetofsimplyconstructedformingdieusedonliquid-presswasdesigned.Thearticleintroducesthestructureandworkingprocessofthedieoneachoperationfromthestructureandthefunctionoftheproduct.Andthepointsforattentioninthedesignandmanufactureofthediesarelisted.TheefficiencyofmagnesiumAZ31isanalyzedinsheetmetalformingandthatitcan’tdrawinnormaltemperature.Theproblemisresolvedbyheatingthedieandworkpieceduringdrawing,afterdetailedanalyzingandrelativetechnicaldataconsulting.Theproducthastobetrimmedintwodirections.Afteranalyzingthetechnicoftheproduct,weknow:Ifthetwodirectionsarecarriedoutatonetime,itishardtomakesuretheprecision.Onthecontrary,ifwemakeonedirectionatonetime,itiseasytosatisfythetechnicalrequirementoftheproduct.

Keywords:theoutershellofthenotebookPC,stampingprocess,drawingdie,

trimmingdie

論文構成

(1)選題背景和研究方法和。

(2)沖壓工藝規程通過對工件的工藝分析和工藝計算，考慮經濟性和可行性的前提下，確定工藝方案。

(3)進行模具設計拉深模設計和修邊模設計。

(4)設計總結總結本次設計之后所得到的收獲和改進意見。

金屬鎂及其合金是迄今在工程應用的最輕的結構材料，常規鎂合金比鋁合金輕30%~50%，比鋼鐵輕70%以上，應用在工程中可大大減輕結構件質量。同時鎂合金具有高的比強度和比剛度，尺寸穩定性高，阻尼減震性好，機械加工方便，尤其易于回收利用，具有環保特性。20世紀80年代以來鎂合金的研究得到飛速發展，隨著鎂合金應用面的不斷擴大鎂合金的研究和開發也進入了新時代。然而鎂合金的研究和發展還很不充分，很多工作還處于摸索階段，很多有關鎂合金性能的研究還沒有得到完全發展。對鎂合金的成型技術的研究目前主要在金屬型鑄造，砂型鑄造，低壓鑄造，差壓鑄造，熔模鑄造，壓力鑄造和技壓鑄造等方面，對鎂合金的沖壓工藝研究較少。但是，鎂合金沖壓方面的應用前景較好，除了可以減輕質量，外觀漂亮外，特別是電磁屏蔽能力好。

本文結合省自然科學基金項目—鎂合金深加工研究，主要進行變形鎂合金的板材成型性分析設計。

鎂合金在常溫下的塑性很低，因此不適于常溫下沖壓成形。鎂合金在熱態下具有較好的塑性，甚至在一些不利于其他材料成形的應力-應變狀態下也可以成形，但變形速度不宜太大。鎂合金板材在250℃左右拉深時其拉深比超過鋁合金和低碳鋼板的常溫拉深成形極限。在175℃鎂合金板形件拉深的拉深比可達2.0，225℃可達3.0。

本次設計主要是根據鎂合金AZ31板材加熱時的拉深性能來進行模具設計，鎂合金AZ31板材拉深成形時主要工藝參數有拉深力、成形速度、坯料溫度、模具預熱溫度、方式、模具圓角、模具間隙、壓邊力等，這些因素對坯料的拉深成形結果均有不同程度的影響。

目錄

1緒論……………………………….…………………………………………….…1

1.1選題背景及目的…………………………………….……..…………………1

1.2國內外研究狀況…………………………………….………………………..1

1.3課題研究方法………………………………….……………………………..2

1.4論文構成………………………………….…………...……………………...2

2沖壓工藝規程的編制………………………………….……………………..3

2.1沖壓件的工藝分析…………………………………………………………3

2.1.1材料………………………………………………………………….4

2.1.2結構工藝性分析……………………………………………………5

2.2毛坯形狀、尺寸的確定……………………………………………………6

2.2.1盒形件的修邊余量………………………………….………………6

2.2.2盒形件毛坯尺寸計算……………………………………………….7

2.3排樣設計及材料利用率計算……….………………………………….…..8

2.3.1排樣方式……………….………………….………………………...8

2.3.2材料利用率計算……….…………………………………………...9

2.4確定工藝方案……………………………………………………………….9

2.4.1基本工序的確定………………………………….…………………9

2.4.2不同工藝方案的比較……………………………………………….9

2.5工藝計算……………………………………………………………………10

2.5.1落料工序…………………………………………………………...10

2.5.2拉深工序…………………………………………………………...11

2.5.3沖孔工序……………………………………………………………12

2.5.4修邊工序……………………………………………………………13

2.6沖壓工藝過程卡片………………………………………………………...14

3拉深模設計……………………………………….…………………………..17

3.1模具的結構形式……………………………………….………………….17

3.2模具刃口尺寸計算…………………………………….…………………18

3.2.1上下模刃口尺寸計算…………………….……………………….18

3.2.2壓力中心計算……………………………………………………..19

3.3零件設計及標準件選擇…………………………………………………..19

3.3.1凸模的設計…………………………..……………………………19

3.3.2凹模的設計…………………………………..….………………….21

3.3.3定位板的計………………………………...……………………...21

3.3.4彈性壓圈的設計…………………………...………………………21

3.3.5拉深筋的設計……………………………………………………….22

3.3.6上下模座、導柱導套的設計…………………….……………….22

3.3.7出件裝置的設計…………………………………………………..22

3.4模具閉合高度的計算……………………………………………………...23

3.5繪制裝配圖及零件圖……………………………….……………………..23

3.6壓力機校核………………………………………….……………………..23

4修邊模設計……………………………………….…………………………...24

4.1模具的結構形式………………………………………..…………………24

4.2壓力中心計算…………………………………….……………………….25

4.3零件設計及標準件選擇…………………………….………………………25

4.3.1斜楔和滑塊的設計………………………………………………..25

4.3.2滑塊返回行程的復位機構………………….…………………….27

4.3.3出件裝置的設計……………………………….…………………..27

4.3.4上模座的設計……………………………………………………...28

4.3.5下模座的設計………………………………………………………28

4.3.6壓料板的設計………………………………………………………28

4.3.7防磨板的設計…………………………….….…………………….29

4.3.8導板的設計………………………………….………………………29

4.4模具閉合高度的計算…………………………………………………….…29

4.5裝配圖及零件圖的繪制………………………………………………….….30

4.6壓力機校核…………………………………………………………………..30

篇（3）

    由于沖壓工藝具有生產效率高、質量穩定、成本低以及可加工復雜形狀等一系列優點,在機械行業的應用非常廣泛,占有十分重要的地位[1]。但是沖壓模具的設計主要依據工程師長期積累的經驗。對于復雜的成形工藝和模具,設計質量難以得到保證;一些關鍵性的設計參數要在模具制造出來之后,通過反復的調試、修改才能確定。這樣就浪費了大量的人力、物力和時問[2-3]。隨著有限元技術和計算機技術的發展,數值模擬已逐漸成為工藝分析及優化設計的有效工具。

    1. 有限元模型的建立和參數設定

    一般汽車覆蓋件工藝設計流程具體分析如下: (1) 根據產品圖及產品沖壓工藝設計,進行詳細的車身產品工藝性分析。為了實現拉延或創造良好的拉延條件,必須合理考慮沖壓方向、工藝補充部分形狀以及壓料面形式、拉延筋布置等重要工藝因素。其中包括利用計算機進行的工藝補充面三維設計。(2) 在滿足產品使用的前提下,將過剩的質量要求及時反饋給產品設計部門,進行研討,力爭把產品完善到最簡單、最合理的工藝要求,以克服產品的過剩質量,減少不必要的工裝投入。(3) 利用計算機進行車身產品的沖壓工藝性分析,進行圖面形狀的分析探討和尺寸公差的分析研究,在充分理解、把握產品使用性能要求的前提下,考慮用戶使用和維修,利用塑性加工原理、沖壓工藝知識和模具設計結構的有關知識,設計沖壓工藝過程圖。在設計過程中,同時要分析沖壓工藝方案,發現不足之處,進行必要的修正。(4) 模具設計人員按照沖壓工藝過程圖的基本要求進行模具設計,模具CAD設計包括上、下模座,工作部分零件,導向部件,定位零件和進出料裝置等設計。數控編程和模型人員按照沖壓工藝過程圖和模具圖進行數控編程和模型制造,最后按照沖壓工藝過程模具圖要求進行機械加工和模具裝配調試,最終調試出合格的產品。

    選用某轎車內部地板零件產品圖,此零件是一個比較復雜的中小型車身結構件。由于零件拉延深度深,并且具有局部反拉延,因此成形過程估計會出現問題,為了驗證問題所在我們利用CAE軟件進行模擬成形計算。對于復雜沖壓零件的成形過程,不但同一時刻不同位置的板坯所承受的變形方式和變形程度不同,而且不同時刻同一位置的板坯所承受的變形方式和變形程度也不同;另外,沖壓工藝邊界條件的設定對變形路徑和各部分的變形程度的影響也非常明顯。

    一般劃分網格時,首先建立一個拓撲結構模型。這一步驟是連接分離的型面,使你可以在網格劃分的時候得到連續的網格(兩個相連的元素在分界線之問共同享用相同的節點)。系統能通過你所定義的公差自動辨認普通表面之問的分界線,以建立我們所說的拓撲模型。建立好拓撲結構以后,應定義網格劃分的參數,并進行網格的自動劃分。一般情況下要求用戶最少確定四個參數,包括最小元素大小,最大元素大小,兩個相連的元素之問的法向夾角,網格的弦高。最小元素的大小影響著網格劃分中最小元素的尺寸。當模型的型面比較平坦時它最大元素的大小則受最大元素參數的影響。兩個相連的元素之問的法向夾角所起的作用是規定了兩個相連元素之問的最大法向夾角,即當兩個元素的夾角大于用戶給定的值時,這兩個元素會分裂為更多的元素,故它影響著倒角和小圓角部分的網格密度,它的值越小網格則越密。例如:一般我們在劃分模具網格時,它的拉延圓角最好有五行元素,這時調整法向夾角的參數就可以達到目的。弦高的大小則影響著大網格半徑表面上的網格密度,它的值越大,則網格越少。在汽車覆蓋件模擬中,板料數據一般都是曲線,因此板料的網格劃分與模具的劃分不一樣。

    根據實際需要確定板料特性,應力應變關系=537(0.0102+)0.23MPa,法向各項異性系數為1.8。其他參數如下:揚氏模量2.07E+5 MPa;屈服極限210 MPa;泊松比0.28;板材厚度0.8mm;板料質量密度7.83E-9;r0=1.87, r45=1.27,r90=2.17。由于摩擦系數必須有實驗得出,特別是幾種常用材料在工業生產中的實際摩擦系數。考慮到汽車覆蓋件生產廠家和模具生產廠家的實際,一般不考慮使用油,在拉延前要使用清潔防銹油清理兼。因此我們必須通過試驗來得出在幾種不同條件下的摩擦系數,例如干摩擦和加清潔防銹油后的摩擦。還有就是拉延筋的拉延阻力在不同形狀拉延筋情況下的取值。測定為此我們設計了覆蓋件模具的摩擦系數和實際拉延筋拉延阻力的測定的試驗,詳細試驗結果在第六章中。摩擦系數根據測量結果給定0.175 ,拉延筋選取單圓筋,拉延阻力為0.178KN/mm。

    2. 汽車覆蓋件沖壓的有限元模擬結果分析

    經過計算后,板料的FLD如圖2所示。在FLD圖中,紅色表示破裂,粉紅色表示起皺,而在應變云圖中紅色表示正應變,深藍表示副應變。從FLD圖中我們可以看出四處破裂,分別是大鼓包處,凹坑底部,最下方的小鼓包處,右上方的直壁處。通過主應變和次應變云圖可以看出在突起的鼓包頂端處為雙向拉應變發生破裂,并目_從板料輪廓的變化發現在有拉延筋的地方板料兒乎沒有流動,形成過度脹形,凹坑底部破裂處也同樣出現脹形過度問題。而模具拉延直壁處的破裂卻是不同形式的,該處的主應變為拉應變,次應變為壓應變,為明顯的拉深破裂狀態。之所以只有這個直壁角破裂是因為這個角離大鼓包最近,并且通過成形過程的模擬我們發現這個直角壁首先成形,從而在凹坑成形前破裂。其它四個角由于拉延高度低并且沒有復雜的凸凹變形,都有足夠的板料流動量,板料的流動情況良好,所以沒有破裂。

    3. 汽車覆蓋件沖壓工藝改進方案

    在去掉拉延筋,變化壓邊力后還是無法緩解,于是決定改變模型,我們把拉延直壁消除降低了模具拉延高度;把型面中那一個接近大直角型面過渡改為一個小緩坡,減緩了陡峭程度;由于模具進料困難,所以去掉拉延筋,然后設定壓邊力為400KN,摩擦系數為0.12,進行模擬后如圖4所示。可以看出與未改前的情況有很大的不同,破裂情況明顯改善,尤其是右上角直壁處的破裂變得很小,這是由于降低了它的拉延高度。

    4. 結論

    世界上每年的鋼材有半數以上被軋制成板料和管料。金屬板、管的成形和加工在航空、航天、汽車、船舶及許多民用工業中都占有相當重的比例。因此,提高相應的成形技術和制造水平是一個具有普遍意義的大課題。因此,文章在汽車覆蓋件數值模擬和試驗研究的基礎上,采用有限元的數值模擬及試驗研究的方法,對汽車覆蓋件拉延過程中的成形進行了數值模擬和試驗研究。

    參考文獻

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中圖分類號：TG38文獻標識碼：A文章編號：1006-0278(2012)03-124-01

一、引言

本論文是以沖壓工藝學基本理論為依據，通過對各種沖壓工藝基本運動的分析，提出了對沖壓模具設計的要求。首先闡述沖壓過程中，機械運動的基本概念，然后逐項分析了沖裁、彎曲、拉深工藝的基本運動機理，指出模具設計中應著重控制到的內容，并介紹了在模具設計中對機械運動靈活運用的方法和一些實例。最后總結了根據具體情況進行產品工藝運動分析的方法，并強調在模具設計中，對機械運動的控制和靈活運用對提高設計水平和保證沖壓件品質的重要意義。

二、沖壓過程中機械運動的概述

冷沖壓就是將各種不同規格的板料或坯料，利用模具和沖壓設備（壓力機，又名沖床）對其施加壓力，使之產生變形或分離，獲得一定形狀、尺寸和性能的零件。一般生產都是采用立式沖床，因而決定了沖壓過程的主運動是上下運動，另外，還有模具與板料和模具中各結構件之間的各種相互運動。機械運動可分為滑動、轉動和滾動等三種基本運動形式，在沖壓過程中都存在，但是各種運動形式的特點不同，對沖壓的影響也各不相同。

沖壓過程的主運動是上下運動，但是在模具中設計斜楔結構、轉銷結構、滾軸結構和旋切結構等，可以相應把主運動轉化為水平運動、模具中的轉動和模具中的滾動。在模具設計中這些特殊結構是比較復雜和困難，成本也較高，但是為了達到產品的形狀、尺寸要求，卻不失為一種有效的解決方法。

三、沖裁模具中機械運動的控制和運用

沖裁工藝的基本運動是卸料板先與板料接觸并壓牢，凸模下降至與板料接觸并繼續下降進入凹模，凸、凹模及板料產生相對運動導致板料分離，然后凸、凹模分開，卸料板把工件或廢料從凸模上推落，完成沖裁運動。卸料板的運動是非常關鍵的，為了保證沖裁的質量，必須控制卸料板的運動，一定要讓它先于凸模與板料接觸，并且壓料力要足夠，否則沖裁件切斷面質量差，尺寸精度低，平面度不良，甚至模具壽命減少。

按通常的方法設計落料沖孔模具，往往沖壓后工件與廢料邊難以分開。在不影響工件質量的前提下，可以采用在凸凹模卸料板上增加一些凸出的限位塊，以使落料沖孔運動完成后，凹模卸料板先把工件從凹模中推出，然后凸凹模卸料板再把廢料也從凸凹模上推落，這樣一來，工件與廢料也就自然分開了。

對于一些有局部凸起的較大的沖壓件，可以在落料沖孔模的凹模卸料板上增加壓型凸模，同時施加足夠的彈簧力，以保證卸料板上壓型凸模與板料接觸時先使材料變形達到壓型目的，再繼續落料沖孔運動，往有些沖孔模具的沖孔數量很多，需要很大沖壓力，對沖壓生產不利，甚至無足夠噸位的沖床，有一個簡單的方法，是采用不同長度的2～4批沖頭，在沖壓時讓沖孔運動分時進行，可以有效地減小沖裁力。

四、彎曲模具中機械運動的控制和運用

彎曲工藝的基本運動是卸料板先與板料接觸并壓死，凸模下降至與板料接觸，并繼續下降進入凹模，凸、凹模及板料產生相對運動，導致板料變形折彎，然后凸、凹模分開，彎曲凹模上的頂桿（或滑塊）把彎曲邊推出，完成彎曲運動。卸料板及頂桿的運動是非常關鍵的，為了保證彎曲的質量或生產效率，必須首先控制卸料板的運動，讓它先于凸模與板料接觸，并且壓料力一定要足夠，否則彎曲件尺寸精度差，平面度不良；其次，應確保頂桿力足夠，以使它順利地把彎曲件推出，否則彎曲件變形，生產效率低。對于精度要求較高的彎曲件，應特別注意一點，最好在彎曲運動中，要有一個運動死點，即所有相關結構件能夠碰死。

有些工件彎曲形狀較奇特，或彎曲后不能按正常方式從凹模上脫落，這時，往往需要用到斜楔結構或轉銷結構，例如，采用斜楔結構，可以完成小于90度或回鉤式彎曲，采用轉銷結構可以實現圓筒件一次成型。

值得一提的是，對于有些外殼件，如電腦軟驅外殼，因其彎曲邊較長，彎頭與板料間的滑動，在彎曲時，很容易擦出毛屑，材料鍍鋅層脫落，頻繁拋光彎曲沖頭效果也不理想。通常的做法是把彎曲沖頭鍍鈦，提高其光潔度和耐磨性；或者在彎曲沖頭R角處嵌入滾軸，把彎頭與板料的彎曲滑動轉化為滾動，由于滾動比滑動的摩擦力小得多，所以不容易擦傷工件。

參考文獻：

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1.引言

本論文是以沖壓工藝學基本理論為依據，通過對各種沖壓工藝基本運動的分析，提出了對沖壓模具設計的要求。首先闡述沖壓過程中，機械運動的基本概念，然后逐項分析了沖裁、彎曲、拉深工藝的基本運動機理，指出模具設計中應著重控制到的內容，并介紹了在模具設計中對機械運動靈活運用的方法和一些實例。最后總結了根據具體情況進行產品工藝運動分析的方法，并強調在模具設計中，對機械運動的控制和靈活運用對提高設計水平和保證沖壓件品質的重要意義。

2.沖壓過程中機械運動的概述 中國塑料模具網

冷沖壓就是將各種不同規格的板料或坯料，利用模具和沖壓設備（壓力機，又名沖床）對其施加壓力，使之產生變形或分離，獲得一定形狀、尺寸和性能的零件。一般生產都是采用立式沖床，因而決定了沖壓過程的主運動是上下運動，另外，還有模具與板料和模具中各結構件之間的各種相互運動。

機械運動可分為滑動、轉動和滾動等三種基本運動形式，在沖壓過程中都存在，但是各種運動形式的特點不同，對沖壓的影響也各不相同。

既然沖壓過程存在如此多樣的運動，在沖壓模具設計中就應該對各種運動進行嚴格控制，以達到模具設計的要求；同時，在設計中還應當根據具體情況，靈活運用各種機械運動，以達到產品的要求。

沖壓過程的主運動是上下運動，但是在模具中設計斜楔結構、轉銷結構、滾軸結構和旋切結構等，可以相應把主運動轉化為水平運動、模具中的轉動和模具中的滾動。在模具設計中這些特殊結構是比較復雜和困難，成本也較高，但是為了達到產品的形狀、尺寸要求，卻不失為一種有效的解決方法。

3.沖裁模具中機械運動的控制和運用

沖裁工藝的基本運動是卸料板先與板料接觸并壓牢，凸模下降至與板料接觸并繼續下降進入凹模，凸、凹模及板料產生相對運動導致板料分離，然后凸、凹模分開，卸料板把工件或廢料從凸模上推落，完成沖裁運動。卸料板的運動是非常關鍵的，為了保證沖裁的質量，必須控制卸料板的運動，一定要讓它先于凸模與板料接觸，并且壓料力要足夠，否則沖裁件切斷面質量差，尺寸精度低，平面度不良，甚至模具壽命減少。

按通常的方法設計落料沖孔模具，往往沖壓后工件與廢料邊難以分開。在不影響工件質量的前提下，可以采用在凸凹模卸料板上增加一些凸出的限位塊，以使落料沖孔運動完成后，凹模卸料板先把工件從凹模中推出，然后凸凹模卸料板再把廢料也從凸凹模上推落，這樣一來，工件與廢料也就自然分開了。

對于一些有局部凸起的較大的沖壓件，可以在落料沖孔模的凹模卸料板上增加壓型凸模，同時施加足夠的彈簧力，以保證卸料板上壓型凸模與板料接觸時先使材料變形達到壓型目的，再繼續落料沖孔運動，往往可以減少一個工步的模具，降低成本。

有些沖孔模具的沖孔數量很多，需要很大沖壓力，對沖壓生產不利，甚至無足夠噸位的沖床，有一個簡單的方法，是采用不同長度的2～4批沖頭，在沖壓時讓沖孔運動分時進行，可以有效地減小沖裁力。

對那些在彎曲面上有位置精度要求高的孔（例如對側彎曲上兩孔的同心度等）的沖壓件，如果先沖孔再彎曲是很難達到孔位要求的，必須設計斜楔結構，在彎曲后再沖孔，利用水平方向的沖孔運動可以達到目的。對那些翻邊、拉深高度要求較嚴需要做修邊工序的，也可以采用類似的結構設計。

4.彎曲模具中機械運動的控制和運用

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1.沖壓過程中機械運動的概述

冷沖壓就是將各種不同規格的板料或坯料，利用模具和沖壓設備（壓力機，又名沖床）對其施加壓力，使之產生變形或分離，獲得一定形狀、尺寸和性能的零件。一般生產都是采用立式沖床，因而決定了沖壓過程的主運動是上下運動，另外，還有模具與板料和模具中各結構件之間的各種相互運動。

機械運動可分為滑動、轉動和滾動等三種基本運動形式，在沖壓過程中都存在，但是各種運動形式的特點不同，對沖壓的影響也各不相同。

既然沖壓過程存在如此多樣的運動，在沖壓模具設計中就應該對各種運動進行嚴格控制，以達到模具設計的要求；同時，在設計中還應當根據具體情況，靈活運用各種機械運動，以達到產品的要求。

沖壓過程的主運動是上下運動，但是在模具中設計斜楔結構、轉銷結構、滾軸結構和旋切結構等，可以相應把主運動轉化為水平運動、模具中的轉動和模具中的滾動。在模具設計中這些特殊結構是比較復雜和困難，成本也較高，但是為了達到產品的形狀、尺寸要求，卻不失為一種有效的解決方法。

2.沖裁模具中機械運動的控制和運用

沖裁工藝的基本運動是卸料板先與板料接觸并壓牢，凸模下降至與板料接觸并繼續下降進入凹模，凸、凹模及板料產生相對運動導致板料分離，然后凸、凹模分開，卸料板把工件或廢料從凸模上推落，完成沖裁運動。卸料板的運動是非常關鍵的，為了保證沖裁的質量，必須控制卸料板的運動，一定要讓它先于凸模與板料接觸，并且壓料力要足夠，否則沖裁件切斷面質量差，尺寸精度低，平面度不良，甚至模具壽命減少。

按通常的方法設計落料沖孔模具，往往沖壓后工件與廢料邊難以分開。在不影響工件質量的前提下，可以采用在凸凹模卸料板上增加一些凸出的限位塊，以使落料沖孔運動完成后，凹模卸料板先把工件從凹模中推出，然后凸凹模卸料板再把廢料也從凸凹模上推落，這樣一來，工件與廢料也就自然分開了。

對于一些有局部凸起的較大的沖壓件，可以在落料沖孔模的凹模卸料板上增加壓型凸模，同時施加足夠的彈簧力，以保證卸料板上壓型凸模與板料接觸時先使材料變形達到壓型目的，再繼續落料沖孔運動，往往可以減少一個工步的模具，降低成本。

有些沖孔模具的沖孔數量很多，需要很大沖壓力，對沖壓生產不利，甚至無足夠噸位的沖床，有一個簡單的方法，是采用不同長度的2～4批沖頭，在沖壓時讓沖孔運動分時進行，可以有效地減小沖裁力。

3.彎曲模具中機械運動的控制和運用

彎曲工藝的基本運動是卸料板先與板料接觸并壓死，凸模下降至與板料接觸，并繼續下降進入凹模，凸、凹模及板料產生相對運動，導致板料變形折彎，然后凸、凹模分開，彎曲凹模上的頂桿（或滑塊）把彎曲邊推出，完成彎曲運動。卸料板及頂桿的運動是非常關鍵的，為了保證彎曲的質量或生產效率，必須首先控制卸料板的運動，讓它先于凸模與板料接觸，并且壓料力一定要足夠，否則彎曲件尺寸精度差，平面度不良；其次，應確保頂桿力足夠，以使它順利地把彎曲件推出，否則彎曲件變形，生產效率低。對于精度要求較高的彎曲件，應特別注意一點，最好在彎曲運動中，要有一個運動死點，即所有相關結構件能夠碰死。

有些工件彎曲形狀較奇特，或彎曲后不能按正常方式從凹模上脫落，這時，往往需要用到斜楔結構或轉銷結構，例如，采用斜楔結構，可以完成小于90度或回鉤式彎曲，采用轉銷結構可以實現圓筒件一次成型。

值得一提的是，對于有些外殼件，如電腦軟驅外殼，因其彎曲邊較長，彎頭與板料間的滑動，在彎曲時，很容易擦出毛屑，材料鍍鋅層脫落，頻繁拋光彎曲沖頭效果也不理想。通常的做法是把彎曲沖頭鍍鈦，提高其光潔度和耐磨性；或者在彎曲沖頭R角處嵌入滾軸，把彎頭與板料的彎曲滑動轉化為滾動，由于滾動比滑動的摩擦力小得多，所以不容易擦傷工件。

4.拉深模具中機械運動的控制和運用

拉深工藝的基本運動是，卸料板先與板料接觸并壓牢，凸模下降至與板料接觸，并繼續下降，進入凹模，凸、凹模及板料產生相對運動，導致板料體積成形，然后凸、凹模分開，凹模滑塊把工件推出，完成拉深運動。卸料板和滑塊的運動非常關鍵，為了保證拉深件的質量，必須控制卸料板的運動，讓它先于凸模與板料接觸，并且壓料力要足夠，否則拉深件容易起皺，甚至裂開；其次應確保凹模滑塊壓力足夠，以保證拉深件底面的平面度。拉深復合模設計合理，可以很好地控制結構件的運動過程，達到多工序組合的目的。例如典型的落料拉深切邊沖孔復合模具的設計。

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產品分析：汽車連桿油封蓋如圖1所示,材料為08Al,料厚1.5mm。零件尺寸精度高,為保證密封,內表面要求光亮平整,為方便裝配,端口內外均倒角。對于倒角國內廠家大都采用金屬切削加工成形,生產效率和經濟效益低,不利于降低生產成本。本設計采用沖壓成形。

圖1汽車連桿油封蓋

2工藝分析及計算

2.1沖壓工藝分析

(1)制件材料塑性較好

對拉伸、成形比較合適。

(2)對于制件端口倒角,從工藝上首次提出利用沖壓成形。如果坯件端口平齊,端口倒角可以利用沖模鐓角成形,但由于板料具有方向性和凸、凹模之間的間隙不均等原因,拉伸后的工件頂端一般都不平齊,為保證端口平齊需要增加修邊工序。

鐓角采用冷鐓擠壓成形,而工件端口內外都需鐓角,如在同一道工序上實現則出件困難,需分成兩道鐓角工序。

(3)從制件形狀看,屬階梯形拉伸件。階梯形件的拉伸與圓筒形件的拉伸基本相同,其主要考慮的問題是階梯件是否可以一次拉成。

毛坯尺寸計算采用一種新的方法,按拉伸件體積不變原則,毛坯直徑D按如下公式計算:

式中:T———材料體積

t———材料厚度。

按圖1可計算得:D=70.9mm,毛坯相對厚度為t/D×100=(1.5/70.9)×100=2.1,按小階梯直徑得拉伸系數為m=(24+1.5)/70.9=0.36,查表得相應筒形件極限拉伸系數為0.50,前者小于后者,可以判斷不能一次拉伸成形。

小階梯直徑與大階梯直徑之比d2/d1=24/49=0.49,接近極限拉伸系數0.5,按階梯形件的多次拉伸原則,先拉出小階梯法蘭件。考慮到直接在壁部修邊會使模具結構復雜,成本高,不易操作,在小階梯法蘭件上修邊,然后將法蘭翻邊拉伸大臺階,以保證端口平齊。

(4)制件尺寸精度、同軸度要求高,內表面要求光亮平整,且圓角R0.5、

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中圖分類號：F407文獻標識碼： A

一．前言

隨著計算機在制造型企業中的應用，通過計算機進行工藝的輔助設計已成為可能。CAPP 技術的應用為提高工藝文件的質量，縮短生產準備周期，提高信息處理能力和企業各部門間信息的交流能力，并為廣大工藝人員從繁瑣、重復的勞動中解放出來提供一條切實可行的途徑。應用 CAPP 技術將縮短設計周期，對修改和變更設計能快速做出響應；工藝人員的經驗能夠得到充分的積累和繼承，減小編制工藝文件的工作量和產生錯誤的可能性。應用計算機輔助工藝設計的必要性已被越來越多的企業所認識。

二．汽車覆蓋件模具結構特征及加工工藝

1、汽車覆蓋件模具結構特征

由于汽車覆蓋件模具結構的多樣性和復雜性，不同部位的加工面和加工方式均不相同。針對汽車覆蓋件模具加工工藝性的區別，汽車覆蓋件模具可以分為不同的結構特征，不同的結構特征常有其特定的相似加工方法、走刀路線、工藝流程和工藝參數。對于大中型汽車覆蓋件模具來說，由于常見的沖壓件沖壓工藝主要有拉深、修邊、翻邊、整形等幾種沖壓工序，則相應的模具類型也主要以拉延模、修邊模、整形模等幾種主要類型及其復合模具為主。這些大中型模具中，同一類模具的結構大同小異，而同一種結構特征的加工工藝大致相似。

2、結構特征加工工藝性

在制定該類型面結構特征加工工藝時，主要考慮如下： 在完成模具的定位和夾緊后，首先要對工件進行試加工，以檢測毛坯各加工部位的切削余量是否均勻。因為大型模具型面毛坯體積均較大且以鑄件為主，加工余量常不夠均勻，直接對模具型面進行整個表面粗加工，會使刀具載荷變化較大，引起機床振動。檢測后，對模具型面毛坯進行粗加工。之后，進行清角加工，習慣上把這道工序稱為粗清角加工。主要是為了去除粗加工后毛坯角落處刀具未能加工到的材料，保證在半精加工過程中，加工量比較均勻，有利于提高半精加工的速度，達到提高效率的目的。而半精加工則是把前道工序加工后的殘留加工變得平滑，同時去除拐角處的多余材料，在工件加工面上留下一層比較均勻的余量，為精加工做準備。半精加工后仍需進行清角加工，稱為半精清角加工，主要是為去除半精加工后刀具未能加工到的殘留余量，為精加工做準備；精加工的目的是按照零件的設計要求，達到較好的表面質量和輪廓精度，是實現模具型面最終形狀最關鍵的一步。最后，對于某些型面曲率半徑小于精加工刀具半徑的地方，還需進行清角加工，去除精加工后刀具未能加工到的殘留余量，使模具型面的表面質量和輪廓精度符合設計要求。

三．汽車覆蓋件模具加工工藝模板的開發

為了實施工藝模版的開發，以 PowerMILL 軟件為開發平臺，利用其方便的工藝模版開發接口，可以靈活、快捷地開發出汽車覆蓋件模具加工工藝模版 工藝模版的開發，根據每種結構特征的加工工藝性，首先確定它們的加工工藝流程，根據每一步加工工藝的特點，結合 PowerMILL 軟件豐富的加工策略，找到與之相匹配的加工策略，并定義合理的加工工藝參數，以模版形式保存在 PowerMILL 軟件的加工策略中。把每種結構特征合理的工藝流程所對應的加工策略和工藝參數以上述方式保存在相同的工藝模版中，即可完成汽車覆蓋件模具加工工藝模的開發。 由于每種汽車覆蓋件模具結構特征的工藝模版開發過程相同，現以上節所提及的拉延模模具型面加工工藝模版的開發為例，來詳述工藝模版的開發。 首先，根據拉延模模具型面加工工藝的特點，在 PowerMILL 軟件環境中，定義每一步工藝流程的加工策略及其合理的工藝參數。然后，將每一步的加工策略與工藝參數以模版的形式保存在 PowerMILL 軟件加工策略的同一個模版目錄中，即可完成汽車覆蓋件拉延模模具型面加工工藝模版的開發。為汽車覆蓋件拉延模模具型面每一步工藝流程對應的加工策略及加工工藝參數情況。

四．數控加工工藝方案

1、金屬模具

大中型模具型面的數控加工，模具表面所留的加工余量較大，所以型面分粗加工、半精加工、精加工3道工序完成。為了提高編程效率，粗加工和半精加工一般采用多曲面連續加工刀具運動軌跡的生成方法，精加工可根據實際加工要求，采用單曲面刀具運動軌跡的生成方法或多曲面連續加工刀具運動軌跡的生成方法。

2、主模型

汽車主模型的數控加工，由于采用了可加工塑料作為原料，使這種主模型具有變形小、便于保存、切削加工性能好等特點。為了確保主模型的加工質量，主模型一般采用粗、精加工兩道工序完成。

3、泡沫塑料模型

由于泡沫塑料模型精度要求低，而且泡沫材質松軟，泡沫塑料模型可采用一次成形的加工方法。

五．數控加工工藝參數的設定

為了生成加工所需的刀具運動軌跡，必須首先弄清楚與此有關的一些概念，并在此基礎上，合理地確定加工工藝參數。

1、刀具

在數控編程中，刀具各部分的幾何參數可用兩個選項來設定。第一選項用來確定刀體類型，包括圓柱形和圓錐形刀具;第二個選項用來確定刀頭類型，包括平頭、球形和圓角。定義刀具幾何形狀的參數包括如下幾項：

(1)刀錐角度：用于定義圓錐刀具的刀具軸線與刀具斜側刃的夾角，用角度表示。當角度為零時，就表示圓柱銑刀。

(2)刀具半徑：對圓柱銑刀而言，指刀具圓柱形工作截面的半徑;對圓錐銑刀而言，指圓錐刀體部分與刀頭相接處的圓的半徑。

(3)圓角半徑：對具有球頭的圓角頭的刀具來說，它是指球的半徑或圓角半徑。

(4)刀具高度：用來表示刀具切削部分的高度值。在生成刀具運動軌跡的編程中，刀具選擇合理與否，關系到零件的加工精度、效率及刀具的使用壽命。刀具應根據被加工零件的幾何形狀特性、材料的機械加工性能、切削余量、現存刀具的規格等進行綜合考慮。

2、切削容差

對曲面的三軸數控加工而言，刀具的運動是通過對3個坐標軸進行線性插補來完成的，這意味著，刀具運動軌跡是由相應的直線段組成。為了確保被加工零件的加工精度，必須根據實際加工要求，由編程人員給定合理的加工容差值。該值表示實際切削軌跡偏離理論軌跡的量。有下列3種定義容差的方式可供編程人員選用:

(1)指定內容差值，它表示可被接受的表面切過量。

(2)指定外容差值，它表示由誤差所產生的剩余材料被留在零件表面上作余量。

(3)同時指定內、外容差值。

3、切削間距

在數控編程中，切削間距的選擇是非常重要的，它關系到被加工零件的精度和加工費用。切削間距小，則加工精度高，鉗工的研修工作量小，但所需加工時間長;切削間距大，則加工精度低，鉗工的研修工作量大，研修后模具型面失真性較大，難以保證模具的加工精度，但所需加工時間短。由此可見，切削間距必須根據加工精度要求及占用數控機床的機時來綜合考慮。對于手工勞動費用昂貴的發達國家來說，切削間距可以選得很小。例如采用直徑為20mm的刀具進行模具表面的數控加工，間距可選為0.5mm，甚至更小一些，此時留在模具表面的手工研修量僅0.005mm左右，只需對模具表面稍加拋光即可。但其數控加工的時間很長，這對數控加工費用相對較昂貴的我國來說，顯然是不合理的。因此，切削間距必須根據國情和廠情來合理地選擇。

六．結束語

近年來，模具制造業在我國迅速發展，汽車模具制造需求量也隨之增加，所以，汽車模具制作是汽車制造的重要階段，希望通過這篇論文的講解，給汽車生產商和制造商有所幫助。

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中圖分類號：TG386 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）34-0034-02

1.緒論

在金屬薄板成形中，建模與仿真可用于許多的領域，例如，預測測量流、分析應力、應變分布與溫度分布、確定成形力、預測潛在的缺陷與失效根源、改善零件品質與復雜性，以及降低制造費用。現今，常常將建模與仿真作為集成制造環境中，產品和過程設計的整體部分。在決定整個制造費用的早期階段做出重大決策時，雖然設計費用通常僅在總生產費用的5%與15%之間，但設計階段中采用建模與仿真，卻是至關重要的。因此，金屬薄板成形的新近研究均側重于應用建模和過程仿真。在仿真中，應考慮若干參數和影響因素。材料特性和組成律以及摩擦條件具有顯著重要性，而且，為了在金屬薄板成形中節約成本，提升可靠進行，建模與仿真時還應考慮幾何表示法和計算時間。

2.仿真方法及其主要特征

金屬薄板成形中采用的有限元仿真，正在迅猛發展。早期的沖壓件數字仿真僅利用計算機了解如何改善成形過程，主要側重于嘗試不同的方法。中期，已推廣了相當多的有限元法成功，可達到足以用于解決普通的復雜工業問題。今天，已獲得了若干用于成形仿真的商業編碼軟件。近來，除利用諸如MARC、COSMOS或ABAQUS之類通用軟件之外，還更廣泛和更經常采用專門針對金屬薄板成形的專用軟件。在這些專用軟件中，PAM-STAMP、AutoFORM、DYNA3D、ITS-3D、OPTRIS、FAST FORM3D是主要工具。

關于幾何復雜性，就金屬薄板成形工藝而言，在有些情況下，可按二維軸對稱問題予以仿真，但在大多數情況下，要求三維解。由于零部件在成形過程中，通常會經歷不小的塑性變形，隨著仿真繼續進行，網格的變形也十分顯著，因此，必須重新劃分網格，并在舊網格與新網格之間內插數據，以獲得精確的結果。該特點使仿真軟件不可或缺的自動及自適應重劃網格能力，成為其內置技術。目前，在金屬薄板成形中所用到商業軟件包內，包括了該內置技術。在這方面，自動重劃網格應完成以下兩個基本任務：（1） 確定符合零件幾何特點和復雜性的最佳網格密度分布；（2） 按照該點以前獲得的變形生成新網格。

3.有限元仿真在沖壓工藝中的預期作用

設計和制造復雜金屬薄板件通常非常耗時費錢。傳統制造方式是通過實驗方法或根據設計人員的實踐經驗，確定各種零件的可成形性，這樣做也會導致可成形性的問題。當引入新材料或制造一款全新零件時，設計人員沒有任何經驗可資依賴。對于這些零件，要基于工裝設計工程師的經驗，制造其原型模具。在加工出合格的優質零件之前，需測試原型模具和零件。這樣做，需要進行大量變更和調整，以提供硬模具，同樣，在生產出優質成品之前，硬模具應經歷包括次要（或在許多情況下為主要）調整的一系列試驗。這種方法在沖制實踐中，會導致研制周期長且研制期費用高。

大多數工業企業迫切希望縮短新制造沖壓成套模具的時間，以便在后來節約費用和資源，有限元仿真就能滿足這些要去，達到預期目的。在不同的設計和制造階段，均可有效進行仿真，用以支持決策。在設計階段需要進行首次仿真。該階段的仿真旨在大致估計可成形還是不可成形待制造零件。如果答案為“不能”，則必須修改設計。但是，在此階段，尚未用CAD系統充分描述零件的幾何形狀，且無工裝資料，因而，不可能進行完整仿真。所謂的一步仿真法特別適合這些用途，這是因為產品分析不需要聯編程序、補充約定，乃至許多工藝參數和條件。一步有限元法仿真還易于使用和快速提供結果，從而讓產品設計人員在正確的時間進行必要變更。

當已設計產品，并確認其“可成形”時，開發循環便進入了需要更精確仿真的過程和模具設計階段。在此階段，必須確定沖制步驟（工步）數，例如，第一次拉伸、第二次拉伸、修整、折邊，以及設計各沖制工步所用模具的幾何形狀。在該階段，通過CAD表面描述對模具幾何形狀建模，便可依照仿真結果修改模具數據。整合CAD和仿真系統，在有限的生產工裝設計時間內，充分獲得最佳沖制工步和模具幾何形狀，是至關重要的。此類分析需要考慮聯編程序、補充約定和工藝條件等因素，而有限元仿真適用于必要變更，乃至優化工藝參數，可以確保工藝的可行性以及產品質量的合格率。

有限元仿真在過程控制和過程優化中，也起到了十分重要的作用。例如，許多研究論文均涉及了在伸拉工藝中通過控制壓邊力，進行過程優化。利用過程仿真，以及通過控制壓邊力所做過程優化的結果，可提供進一步設計更主動成形工藝的可能性，從而提高產品質量和增強工藝穩健性。

在試驗階段，為了找到解決避免成形缺陷的方案，也需要進行仿真。為了探究缺陷的起始和發展機理，應進行一系列系統性仿真，所獲信息應有效地用于下一新模型的制造。不斷加強有限元仿真的功能，使之足以預測所有成形缺陷，提供最佳沖制模具和條件，則完全可以從設計與制作程序中取消原型工裝，且試驗和修改次數可顯著減少。從而可大大縮短該過程。這是工業上金屬薄板成形中最理想的有限元仿真方案。

4.金屬薄板成形仿真的新要求和新近發展

傳統的沖壓仿真的應用，主要集中于應變預測和推廣沖壓件的相關技能，是通過“單純應用”有限元仿真，幫助了用戶降低費用和縮短各種零部件的研制期。在現今，也還有無數這方面的實例。仿真不僅能夠利用上述方法預測后續問題的費用，而且還容許減少實際測試。

4.1 零件幾何形狀

如前所述，根據幾何復雜性，在有些情況下可按二維仿真金屬薄板成形，而在大多數情況下，則需要解三維軸對稱的問題。為了進行有效仿真，常可能（及在某些情況下必須）忽略對金屬流沒有顯著影響的所有次要幾何特點。不過，在某些特殊問題中，如液壓成形，或在許多伸拉工藝中，應考慮尺寸影響。在既定工業中，零件件設計已發生急劇變化。零件幾何形狀明顯受到美學設計的影響。大多數傳統形狀已為具有混合掃掠曲線和銳角的未來派設計所取代。因而，須引入具有更廣泛派生品種和延伸定制化的模型。由于零件幾何形狀對于任何進一步的設計與仿真具有基準作用，所以，還需要更復雜的零件幾何描述。

4.2 工件材料與模具材料

未來精確預測材料流和成形載荷，必須利用可靠數據。在大多數仿真中，均認為模具是剛性的，因而忽略了模具變形和應力。但是，在許多情況下，尤其是在某些薄板成形過程中，相對不大的模具彈性變形，可影響模具―工件接觸面處的接觸應力分布。因此，只要條件需要，就必須考慮模具的彈性變形。

隨著我國高效節能等需求日漸增加，制造廠家必須評估并采用用于結構件的新材料。基于這些需求，已開發了新鋁合金和新鋼種，例如，超高強鋼和雙向鋼，以及TRIP （相變誘導塑性）鋼，可增加先前利用傳統鋼種的可能約束。采用這些新材料就必須研究材料的特性，利用這些新材料的主要優點是，有助于減輕重量等。對于擬有效制造的零部件，這些新材料需要更高的精確度和參數化程度，以滿足成形仿真的需求。保持零件材料歷史和參數（例如，應變率、硬化等）溯源的可定制模型，已成為基本要求。

模具與工件之間接觸面處的摩擦（及此處的適當傳熱條件），可顯著影響材料流和生產零部件所需的成形載荷。因此，對于大多數金屬薄板成形操作而言，從可靠仿真的觀點來看，可靠的接觸面條件和參數非常重要。

4.3 制造過程

在最近數年里，已發明和引進了加速生產的新設備及新成形機。同樣，在最近十年間，成功引入了若干新創新的成形方法，例如，成形修正坯料等的液壓成形。這些新研究的目的始終是為了減少零部件數，而同時優化成形工步數。從可行性階段到最終確認，對于聚集材料供應商和設備供應商而言，仿真都是必不可少的。新設備已改善了生產過程本身，于是又產生了新的問題，坯料傳送、定位和坯料修整以及廢料處置（圖1）。

根據焊接技術的發展，可看到仿真新要求的另一個實例。隨著利用激光焊接的增多，要求更復雜的合模方式和極小的翻邊公差。該技術對公差控制的確有極大影響，從而，仿真轉變為成形階段零件的回跳問題。過程中的這種演變，再次說明必須提高沖制仿真期間的精度和更加嚴格的控制。

4.4 協作環境方面的不斷改進

前面的章節已闡明了成形過程發展的一些實例，根據新設計，改善了材料、更新了設備和先進工藝。因而，成形仿真已變得并不完善。側重點已從初始目標（可成形性分析）轉移到了全面質量的控制和整合。成形仿真必須適應這些新要求。這些要求中的最重要之處在于：

（i）提供圍繞從早期可行性到最終確認每一步過程中的可伸縮革新環境；

（ii）提高評估新工藝和新材料及其特性，以及精確預測回彈性能與表面質量問題的整個模型參數化精度；

（iii）無縫傳送與管理仿真數據，保持過程中每階段溯源零件歷史，以便核查產品性能和穩健性，也檢查其一致性；

（iv）在可定制的延伸協作環境中，優化開發可利用的計算機資源。

5.結束語

篇（10）

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2013）16-0076-02

創新教育是一種全新的教育理念，主要是樹立以學生為中心的觀念，通過調動學生的學習積極性，教給學生創造性的思維方式，培養學生的創新精神和創造能力。“材料加工過程中的物理場”是材料加工專業的學科基礎理論課，該課程理論性強，且涉及的學科基礎理論課程多，曾經是該專業本科生和碩士研究生比較頭疼的課程之一。但由于該專業在產品開發及工藝設計階段普遍采用計算機仿真技術，該課程作為計算機仿真的理論基礎對提高仿真的技術水平具有重要的價值，開展該課程的教學和研究又是非常必要的。下面就推進該課程的教學改革，提高培養工程應用創新人才的質量談一些體會。

一、因材施教，抓好教材建設是推進課程教學改革的突破口

“材料加工過程中的物理場”是材料成形計算機仿真的基礎理論課程，教學目標是讓學生學習材料成形的數值分析理論基礎，預先需要開設的課程有高等數學、線性代數、材料力學、彈性力學理論基礎及金屬塑性成形原理等，是一門教學起點高、理論性很強的課程。雖然國內已經有不少通用數值分析理論書籍及材料成形數值分析教材，但多數教材太注重自身理論體系的嚴密性和完整性，不太注重學生的知識基礎及認知規律，因而往往起點太高并不適合作為我校本科生及碩士研究生的教材。鑒于此，我們結合當前應用型大學材料加工工程專業本科及碩士研究生教育專業知識背景的實際情況，并著眼于未來市場對工程創新人才的需要，編寫了《材料成形的數值分析理論基礎及軟件應用講義》供內部使用，作為推進該課程教學改革的突破口，取得了良好效果。在課程教材建設的過程中，主要基于以下思考：

1.教材內容及課程設置一定要符合學生的認知規律。

對于本科生，考慮到對預先開設的理論課程的要求，該課程應設置在專業基礎課講授完成以后為好。在教材內容上，要做到循序漸進、由淺入深、量體裁衣、因材施教。

2.教材內容總體把握分為兩大部分，即線性有限元分析理論基礎和非線性有限元及其在金屬塑性加工中的應用。

第一部分側重于基本概念、基本知識、基本理論的學習，第二部分在線性有限元分析理論的基礎上，側重于金屬塑性加工非線性有限元理論體系的構建，并理論聯系實際落實到應用實例。

3.在具體章節內容的安排上，不追求理論體系的嚴密性和完整性，但要符合學生的認知規律，由淺入深、循序漸進、量體裁衣，并在一定程度上注重知識的系統性。

譬如，第一章緒論主要介紹了工程上常用的幾種數值分析方法及其適用的應用領域，有限元法作為最重要的一種數值分析方法做了詳細介紹，并介紹了工程上常用的通用有限元分析軟件及材料成形專用有限元分析軟件。使學生對開設該課程的背景有一個直觀的認識，該課程離現實并不遙遠，對于將來的工程應用或理論研究都具有重要價值。

考慮到我校材料加工專業及多數高校工程專業在本科課程中并未開設彈性力學理論課程，而彈性力學的基礎理論及變分原理又是學習數值分析理論必須要掌握的內容，因此在教材的第二章對彈性力學的基本方程及變分原理做了系統介紹。第三章介紹了桿梁系結構有限元分析的一般過程，以桿單元分析為主，并簡要介紹梁單元的概念。桿單元是有限元分析中最簡單的一種單元，但桿系結構的有限元分析卻能反映有限元分析的一般流程和有限元法最本質的東西，并且學生容易接受，所以本章安排了一個一般桿系結構的有限元分析實例，使學生對有限元分析的整個過程有一個清晰的認識。第四章介紹了連續體結構有限元分析的基礎理論，重點介紹二維平面問題、軸對稱問題及三維連續體問題單元模型的構造方法，并簡要介紹板殼單元的基本理論。第五章介紹等參元的概念及計算、二維及三維連續體等參元的構造方法、三維一般殼體單元的構造方法，并介紹數值積分的概念及計算方法。

金屬的塑性成形主要是通過鍛造、擠壓、拉拔、軋制、沖壓等工藝把金屬加工成所需零件形狀的一種方法，反映金屬塑性加工的有限元法主要是指剛（粘）塑性有限元理論及大變形彈塑性有限元理論。所以第二部分針對鍛造、擠壓等工藝著重介紹指剛（粘）塑性有限元理論體系及應用，而針對沖壓工藝著重介紹大變形彈塑性有限元理論體系及應用。

4.教材力求語言精辟、通俗易懂，并把知識的系統性和應用性相結合。

教材在編寫過程中，要注意把握知識理論的邏輯性，并用精辟和通俗易懂的語言敘述出來。由于該課程最后要體現為金屬塑性加工數值仿真的基礎理論課，在第一部分線性有限元理論內容的設置上，要注意把握知識的系統性和應用性的結合，譬如軸對稱體單元及三維一般殼單元等理論知識的介紹。

5.教材建設要在實踐中不斷充實、完善和提高。

針對每次的教學實踐，都應該和學生和有關專家及時進行溝通交流，了解哪些地方需要補充，哪些地方需要改進，力求教材在教學實踐中不斷完善和提高，更好地為我校和其他高等院校工程專業提供服務。

二、更新教育理念，改革課堂教學方式是推進課程教學改革的重要內容

1.積極推進主動式學習方式，發揮學生學習的創造性。

在研究生該課程的課堂教學中，針對非線性有限元理論的學習，由于該部分內容多且理論深度較深，總學時有限，以前采用灌輸式的教學方式并沒有取得好的教學效果。我們采用了以下教學改革方式，結合筆者在非線性有限元理論以往豐富的研究經驗，首先從總體上概括性地分別向學生講授剛塑性及大變形彈塑性有限元理論體系，然后針對每一部分分別推薦有效的參考資料，并布置若干研究專題。學生在分組獲得一個研究專題后，到圖書館或通過網絡主動查閱資料，首先對每一部分進行系統學習，然后針對自己的研究專題深入研究，撰寫研究論文和PPT。在以后的課堂教學中，各個同學分別用PPT講解自己的研究內容，并在課堂交流中和老師、同學一起討論，共同促進研究專題的學習。

2.采用多媒體教學方式，改進課堂教學效果。

事實證明，采用多媒體教學并和板書方式相結合，能夠做到言簡意賅，重點突出，科學知識的邏輯性和結果的形象性相結合，改進了教學效果，提高了工作效率。

三、加強課堂實踐教學，是推進課程教學改革的重要環節

理論學習和軟件應用相結合，一方面可以加深對理論學習抽象概念和嚴密知識的理解，對金屬塑性成形仿真過程有一個比較直觀的認識，是課堂教學知識性和趣味性一個比較好的結合；另一方面，軟件應用本身不單純是對學生一門操作技能的訓練，更重要的是通過實踐教學對學生創新能力的一種培養。我們采取了以下方式加強了課堂實踐教學：

1.優選出一種金屬塑性加工仿真軟件，拿出一定的學時上機講授該軟件的具體操作方法。

2.精選出一個金屬塑性加工實例，應用該軟件向學生講授實例的建模、運算和后處理整個操作過程。結合已經學習的仿真基礎理論知識，詳細講授實例建模過程中一些技術參數、工藝參數的設置方法，并學會運用理論知識查閱軟件理論手冊，讓學生真正理解理論知識和軟件應用相結合，并終生受益。

3.讓學生獨立操作一個工程實例，作為培養其工程創新能力的一個訓練和該課程的一個考核指標。

四、改革課程評價指標，是推進課程教學改革的保障

課程教學效果科學的評價指標，不但是對課程教學效果的檢驗，而且是對推進課程教學改革的一個保障。由于該課程是由理論知識講授、師生互動學習及課堂實踐教學有機結合的整體，因此該課程的科學評價指標應反映這三方面的實際教學效果。學生該課程的最終考核成績是由三方面綜合確定的：一是理論考核筆試成績，二是平時作業及專題研究論文成績，三是工程實例仿真研究成績。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 王祖源，嚴導淦.工科物理課程改革與教材建設[J].中國大學教學，2011，（12）：36-38.