開水杯脹形模具設計【優(yōu)秀課程畢業(yè)設計含proe三維5張CAD圖紙+帶答辯ppt+外文翻譯】-cymj11

開水杯脹形模具設計【優(yōu)秀課程畢業(yè)設計含proe三維5張CAD圖紙+帶答辯ppt+外文翻譯】-cymj11

開水杯脹形模具設計【含5張CAD圖紙及proe三維】

摘  要

現階段模具設計水平的高低決定了質量和效益，模具也在不斷地標準化，本文通過分析開水杯零件，校核開水杯尺寸形狀及性能，設計了這套開水杯脹形模具。從模具設計的安全角度，到針對開水杯脹形模具各個零件之間的材料，強度，配合進行了計算和校核，通過CREO、CAD的進行沖壓模具的數字化設計與制造，總結了制件的工藝性，沖壓的方案，通過標準化國標制件的尺寸，設計并選用了從模座、墊板，導柱，導套、上下模、模柄等一系列模具構成部分。并解決了模具結構形式的論證，材料的利用等問題。

關鍵詞：開水杯脹形模  零件 校核  沖壓模具的數字化設計與制造 模具構成

ABSTRACT

At present, the level of mold design determines the quality and efficiency of the mold, the mold is also constantly standardized, this paper through the analysis of open cup parts, check the size and performance of open cup, designed the water cup bulge mold. From the safety point of view of the mold design, the material, the strength and the cooperation between the various parts of the water cup bulging mold are calculated and verified. The digital design and manufacture of the stamping die are carried out by CREO and CAD. Process, stamping program, through the standardization of GB size parts, design and selection from the mold base, pad, guide column, guide sleeve, upper and lower mold, die handle and a series of mold components. And solve the mold structure of the form of demonstration, the use of materials and other issues.

Key words ：Open water cup bulging mold   Components   Check   Digital Design and Manufacture of Stamping Die   Mold composition 

目  錄

前  言 1

第一章 脹形零件原理 2

1．1設計安全模具前的準備 2

1．1.1設計安全模具結構的原則 2

1．1.2設計安全模具結構的基本要求 2

1．2開水杯脹形模工作原理 3

1．2.1簡介 3

1．2.2脹形的特點 3

1．2.3脹形極限變形程度 4

1．2.4空心毛坯的脹形 4

1．3壓力機的選擇 4

1．3.1選擇壓力機主要考慮的因素 4

1．3.2類型的選擇 4

1．3.3總結選取壓力機 5

第二章  零件的工藝分析 6

2．1零件的材料分析 6

2．2零件的形狀分析 6

2．3空心毛坯脹形膨脹系數 7

2．4成形工藝力計算 8

第三章  模具所有零件的選擇及設計 11

3．1凸模設計 11

3．2卸料裝置的確定 12

3．2.1卸件塊的設計 12

3．2.2打桿的選擇 12

3．3模柄的選擇 12

3．4卸料螺釘及其余16個螺釘的選擇 13

3．5模架的選擇標準 14

3．6導向裝置的選擇 15

3．7上模下模的制造 16

第四章  模具結構 17

4．1整體模具的構架思路 17

4．2模具的裝配配合及標準件的查找與使用 17

謝  辭 19

參考文獻 22

附  錄 23

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大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計調研報告 1 關于開水壺脹形模的調研報告 前言：本文通過圖書館資料查詢和其他參考文獻，對 沖壓 成 形模具的材料，工藝，使用情況，發(fā)展做了一系列的調查，并且為 接下來的畢業(yè)設計進行了前期鋪墊工作。 一 、 模具的發(fā)展 模具被稱為“工業(yè)之母”，孕育和支撐著各工業(yè)領域的產品創(chuàng)新和大規(guī)模生產；模具又是生產工具，“工欲善其事，必先利其器”，具有很高的專業(yè)技術特性和很高的使用生產效率；因此，模具及其行業(yè)的科技水平決定一個國家或地區(qū)甚至世界的生產力水平。模具按材料和成型特點不同分為沖壓模具、注塑模具、鑄造模具、壓鑄模具和粉末冶金模具等種類，其中沖壓模具數量約占 50%，銷售額約占 37%。據中國模具工業(yè)年鑒， 2011 年中國模具行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)銷售額 1,240 億元，比上年增長 其中沖壓模具約占 37%即 元； 沖壓模具生產數量約 1,050 萬套，消耗模具鋼材約 172 萬噸?，F階段中國模具行業(yè)的生產規(guī)模已位列世界第三，約占全球的 20%，僅次于日、美。因此，在中國及全球提倡可持續(xù)發(fā)展的大趨勢下，模具行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展將變得愈發(fā)重要。 隨著人們對物質生活水平需求的不斷提高和科技進步，產品的升級換代越發(fā)頻繁，相關企業(yè)為了在激烈的市場競爭中搶得先機，不斷追求縮短新產品的開發(fā)周期。許多機電產品單個機種的生產壽命已從上世紀 80、 90 年代的百萬臺以上，如 、 、 和電視機等家電產品，降低到現在的幾萬臺甚至幾千臺，相應地制造產品的模具也會頻繁更新換代；新產品量產導入周期也由以前的 3～ 2個月。按照國際慣例，停止生產的機電產品，其模具需要妥善保存 5~7 年，以備偶爾生產少量維修配件之需，因此，除了模具廢棄數量逐年增加以外，近十多年來相關工廠儲存了大量已停產的模具。由于缺少互換性通用模塊，模具廢棄則意味著模具整體廢棄，而模具的許多功能性元件和模塊仍處于較完好狀態(tài)，造成資源浪費十分嚴重。伴隨著全球范圍低碳經濟和節(jié)能環(huán)保的要求日趨強烈，模具行業(yè)面臨著可 持續(xù)發(fā)展的需求。 二、 設計安全模具結構的原則 （ 1）安全第一。因模具設計是安全的基礎，要把安全作為第一位來考慮。最安全的模具設計基本原則為，所設計的模具應能完全杜絕事故的發(fā)生。 （ 2）不允許出現因模具結構設計缺陷而引起的事故，如廢料排出時飛散落到危險界限內，模具結構部件（尤其是上模）因螺釘松動掉下而造成的事故等。 （ 3）嚴禁操作者向模具內伸手，即模具結構設計將“不允許設計使操作者將身大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計調研報告 2 體的某一部分進入危險境界”為原則。 （ 4）模具結構的設計，不應使操作者有不安全感。 （ 5）在加工時，模具結構要有必要的強度 設 計安全模具結構的基本要求 （ 1）整個框架結構的厚度不要過薄，要均勻。 （ 2）模具工作部分結構的厚度不要過薄。 （ 3）模具結構要滿足承受力的需要。 （ 4）要考慮采用質量平衡的結構。 （ 5）框架結構的材質、工作部分的材質不要選錯，否則會造成異常磨損和浪費，增加采購成本和加工制造成本。 （ 6）緊固螺釘不宜過小，否則在沖壓過程的振動下會引起松動。 （ 7）起吊部件的選擇要準確可靠，否則亦可造成事故。 （ 8）模具結構要滿足承受力的需要。 保證足夠的強度； 使其產生力矩。 （ 9）零部件結構盡量通過計算來設計。 （ 10）原則上，模具不要從沖壓機床的墊板、滑塊上突出來。特別是當突出部分處有導柱等危險部分時，必須設計防護罩并涂漆，以表示危險。 （ 11）在加工制造和使用時，模具的重要部件要使操作者看得清楚，不要有盲點，如模具整體的導向部分、定位部分、工作部分、安全區(qū)處等。 （ 12）在模具上、下本體需要清晰看見模具內 部結構工作狀態(tài)部分處，盡量設計觀察孔 。 （ 13）在容易產生夾住危險的可動部分，留出讓空或安裝安全護板。 （ 14）模具結構設計不允許廢料排出時產生飛散，使操作者有不安全感。 （ 15）模具結構設計時要考慮模具操作高度，以滿足制件送取的可操作性和安全性。 （ 16）要在上、下模具本體設計 4 處安全平臺，以滿足和確保模具調整、使用、存放安全性的安全空間為 100 、 成 形模 具 及脹形模具 1. 成型模 是指用各種不同性質的局部變形來改變毛坯形狀的各種工序。這些局部變形的方法主要有起伏變形，孔的翻邊和外緣翻邊，脹形，縮口，整形等。 2. 脹 形模是指在 使空心毛坯內部在雙向拉應力作用下，產生塑性變形，取得凸肚形制件的沖模。依靠材料的拉伸，將直徑較小的空心零件或者管毛坯，在半徑方向上向外擴張的方法，脹形一般要用可分為凹模，其凸模有以下形式：大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計調研報告 3 （ 1）橡皮凸模（ 2）分塊式凸模（ 3）用液體作為凸模，拉伸成形在實際生產中，往往是通過調整和加大壓邊力來消除包狀皺褶。但當壓力超過最大合理壓力邊時就會出現拉伸破裂。所以拉伸成形可分為兩 個階段，初始的椎體形拉伸和最后的筒形拉伸成形 四 、兩種高新脹形模： （ 1） 聚氨酯橡膠脹形模的結構及工作原理 1. 聚氨酯脹形原理 聚氨酯脹形模采用了具有高強度、高硬度、耐磨、耐油、耐老化、抗撕裂強等性能的聚氨酯橡膠做凸模 ,利用其受壓后橫向膨脹而卸載后自行恢復原狀的特性使零件脹形 ,即利用它的各向流動性質 ,在變形過程中其形狀的變化來成形各種沖壓件 ,所以它具有剛性脹形模那樣易于控制而不易流散、無污染及流體脹形模的貼模性好和表面質量好等優(yōu)點 ,而且又克服了剛性及液體脹形模的缺點。此外 ,聚氨酯脹形模結構簡單、生產 周期短、成本低、易于修復 ,它不僅適合于中小批量和單件生產 ,也適合于大批量生產。 2. 聚氨酯橡膠脹形的力學特性 脹形中壺身變形的應力來自芯模的作用 ,聚氨酯芯模脹形把壓力機的機械能轉變?yōu)樾灸５淖冃文? ,再以芯模的抗變形力對工件施壓 ,變成工件的變形能而使工件變形。 自由狀態(tài)的聚氨酯圓柱體兩端受壓時 ,橡膠體變成鼓形 ,但由于工件材料的強度和剛度高于橡膠 ,所以工件的變形滯后于芯模的變形。因此脹形初期 ,橡膠芯模只能按工件毛坯形狀變形 ,并以體積變形方式把壓力機的作用力轉變成芯模的變形能 ,再轉化為對工件的壓力 。當壓力達到一定值時 ,工件才開始塑性變形。 材料的強度越高 ,開始塑性變形所需的壓力就越大。 在芯模變形開始到工件開始塑性變形的過程中 ,芯模一方面對工件壁施加壓力 ,另一方面與工件側壁產生相對滑動 ,由于橡膠與金屬間的摩擦系數高達 0. 4,產生很大的摩擦力 ,橡膠與毛坯的摩擦作用帶動毛坯向脹形區(qū)流動。 因此 ,考慮橡膠脹形工藝參數要有別于流體脹形。 （ 2） 液壓脹形的基本原理 液壓脹形技術是一種冷壓技術，其工作原理是液體受壓時，體積不變而壓力向各方向均勻傳遞，使材料在最有利的情況下沿模具變形，達到成形的目的 四，脹形模的發(fā)展 隨著改革開放和國民經濟的高速發(fā)展，推動了模具技術和模具工業(yè)的新發(fā)展，在儀器儀表、家用電器、交通、通訊等各行業(yè)中，有 70%以上的產品是使用模具加工成型，模具設計水平的高低、模具制造能力強弱以及模具質量的優(yōu)劣，直接影響各種產品的質量、經濟效益的增長及整體工業(yè)水平的提高，現代大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計調研報告 4 工業(yè)產品的品種發(fā)展和生產效益的提高，在很大程度上取決于模具的發(fā)展和技術經濟水平。模具工業(yè) 已成為高新技術產業(yè)的一個重要組成部分，現代模具是高技術背景下的工藝密集型工業(yè)。模具技術水平的高低，在很大程度上決定著產品的質量、效益和新產品的開發(fā)能力，因此已成為衡量一個國家產品制造水平高低的重要標志。模具產業(yè)帶動作用很強?，F在很多地方開始重視模具行業(yè)的發(fā)展了，他們認識到當地的產業(yè)優(yōu)勢如果要發(fā)展，不發(fā)展相應的模具產業(yè)就沒有后勁。模具是效益放大器，模具是供給制品產業(yè)的，可以使相關工業(yè)的效益比自身增加約一百倍，因此它的帶動作用就大。模具的發(fā)展，不光是帶動了自己行業(yè)的發(fā)展，而且向全國各地方提供模具，實際上是支持了 全國相關行業(yè)的發(fā)展。是高技術背景下的工藝密集型工業(yè)。模具技術水平的高低，在很大程度上決定著產品的質量、效益和新產品的開發(fā)能力，因此已成為衡量一個國家產品制造水平高低的重要標志。 綜上 , 目前針對管材彎曲成形從理論、實驗方面著手研究的較多 , 基于數值模擬研究的較少 ;針對加熱彎曲成形研究的多 , 而對冷彎成形研究的少 ;針對矩形管彎曲研究的多 , 針對圓管彎曲研究的少 ;研究純彎和均勻彎曲的多 , 但針對先進而復雜的數控彎管工藝開展的研究不多 ,相關報道較少。由于影響管材彎曲的因素多而復雜 , 因素之間還存在耦合關系 , 再加 之產品品種繁多 , 此理論解析十分困難 , 長期依靠設計者的經驗和反復試制。 對管材彎曲的計算機輔助設計尚處于初級階段 , 大多僅僅是經驗公式計算機化的工作 , 可靠性低。 而將有限元法這種解決工程技術問題的可靠工具引入管材彎曲的研究 , 可以高效準確地分析成形過程、檢驗工模具模型、設計結果 , 大大降低工模具設計成本和風險。 因此 , 采用有限元法模擬管材彎曲成形過程 , 并與計算機輔助工藝設計相結合構筑基于理論、經驗和數值模擬的穩(wěn)健計算機輔助專家系統(tǒng)是管材彎曲研究發(fā)展的趨勢。 五 、 模具的 可持續(xù) 發(fā)展 展望未來，模具材料多元化以滿足不同的模具要求，新型超硬陶瓷材料和超低摩擦系數的高硬度銅合金材料的廣泛應用使模具的耐用度和工作效率大幅提高；模具的標準化率不斷提高，模具單件生產的工作量逐漸減少，模具制造效率和使用效率大幅提高，模具制造周期大幅縮短，模具制造成本和使用成本大幅降低，模具行業(yè)及沖壓行業(yè)員工的勞動強度大幅降低。 現代模具行業(yè)是技術、資金密集型的行業(yè)。它作為重要的生產裝備行業(yè)在為各行各業(yè)服務的同時，也直接為高新技術產業(yè)服務。由于模具生產要采用一系列高新技術，如 技術 、計算機網絡技術、激光技術、逆向工程和并行工程、快速成型技術及敏捷制造技術、高速加工及超精加工技術等大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計調研報告 5 等。因此，模具工業(yè)已成為高新技術產業(yè)的一個重要組成部分。 依據可持續(xù)發(fā)展的概念論述了沖壓模具的創(chuàng)新體系、創(chuàng)新路徑和發(fā)展趨勢。隨著創(chuàng)新活動的開展和深入，會有不斷的創(chuàng)新成果涌現。 可持續(xù)概念的明確提出最早可追溯至 1980 年由世 界 自 然 保 護 聯 盟（ 聯 合 國 環(huán) 境 規(guī) 劃 署（ 野生動物基金會（ 發(fā)表的《世界自然保護大綱》。至今為止有關可持續(xù)的概念仍存在許多的定義與闡述，影 響力最大、接受最廣泛的還是 1987 年世界環(huán)境與發(fā)展委員會（ 布的布倫蘭特報告（ 我們共同 的 未 來 （ 報告在系統(tǒng)地探討了所面臨的 3 個重大方面（如圖 1 所示）：環(huán)境（ 社會 （ 以 及 經 濟（ 題之后，提出 了 可持續(xù)發(fā)展的概念：既滿足當代人的需求，又不對后代人滿足其自身需求的能力構成危害的發(fā)展。早在 1987 年的布倫蘭特報告（ ， 工業(yè)就作為了獨立的一個章節(jié)進行了探討（第八章 工業(yè)：高產低耗）。其中強調了工業(yè)和工業(yè)過程的幾點發(fā)展方向：①控制工業(yè)有害物、廢物、事故及資源消耗的大量增加；②增強能源和原料的利用；③通過新技術提高生產率、能源和資源效率，以及改善工業(yè)的組織結構。劍橋大學工業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心主任 授主張工業(yè)對社會發(fā)展具有重要且深遠的意義。 2013 年 授在浙江大學管理學院的報告中指出，工業(yè)體系未來創(chuàng)新的關鍵點為：①提升經濟效率；②將高成本外部活動內部化；③利用與合作伙伴的關系實現多元協(xié)作 與配合；④創(chuàng)新的系統(tǒng)設計實現優(yōu)化系統(tǒng)效率。在 1992 年聯合國環(huán)境與發(fā)展會議之后不久，中國政府就組織編制了世界上首部國家級可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略 —— 《中國 21世紀議程 —— 中國 21世紀人口、環(huán)境與發(fā)展白皮書》。在 2002 年十六大會議上把“可持續(xù)發(fā)展能力不斷增強”作為全面建設小康社會的目標之一。 2012 年 6 月，聯合國可持續(xù)發(fā)展大會中國籌委會發(fā)布了《中華人民共和國可持續(xù)發(fā)展國家報告》。報告編寫領導小組的副組長、國家發(fā)改委 副主任杜鷹出席國務院新聞辦舉辦的新聞發(fā)布會并介紹了該報告總體情況，對外正式發(fā)布《報告》并就有關問題回答了記者的提問。在報告中指出：中國工業(yè)應堅持走新型工業(yè)化道路，重視技術創(chuàng)新能力；積極培育發(fā)展戰(zhàn)略性新興產業(yè) —— 在 2010 年 10 月，中國發(fā)布了《國務院關于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產業(yè)的決定》，明確將高端裝備制造業(yè)等七個產業(yè)領域作為戰(zhàn)略新興產業(yè)發(fā)展方向；將資源的可持續(xù)利用、推進節(jié)能降耗作為經濟社會發(fā)展的戰(zhàn)略性任務等 。 六 、 沖壓模具可持續(xù)發(fā)展的創(chuàng)新路徑 圍繞沖壓模具可持續(xù)發(fā)展的創(chuàng)新體系，涉及模具材料創(chuàng)新、沖壓工藝創(chuàng) 新、模具結構創(chuàng)新、模具精度創(chuàng)新、模具制造工藝及裝備創(chuàng)新、模具生產模式創(chuàng)新、大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計調研報告 6 一 體化創(chuàng)新和模具模塊化創(chuàng)新等創(chuàng)新路徑。 （ 1） 模具材料創(chuàng)新。隨著科技進步和各種新產品的不斷發(fā)展，應用于沖壓成型生產的制件新材料日益增多，如高強度合金鋼、不銹鋼、高溫合金鋼、鈦合金鋼、非金屬材料和復合材料等，與普通材料相比，這些制件新材料具有更高的強度、更高的硬度和更高的彈性等特性，這些特性對現有常用模具材料做成的模具構成嚴峻挑戰(zhàn)，使模具易磨損、擦傷、破損和微觀變形，模具耐用度降低，模具工作效率低，制件質量不穩(wěn)定和降低，沖壓生產成本增加 。要解決這些問題，就需要模具材料具有更高的硬度、更高的強度、更高的沖擊韌性和更高的耐磨性，就需要不斷研發(fā)和應用新的模具材料 具材料創(chuàng)新除了傳統(tǒng)合金工具鋼、高速鋼和硬質合金領域外，新型工業(yè)陶瓷材料和銅合金領域也是一個方向。（ 2）沖壓工藝創(chuàng)新。沖壓模具是完成沖壓工藝的載體，沖壓模具決定沖壓工藝，沖壓工藝指導沖壓模具，因此沖壓工藝的創(chuàng)新非常重要。沖壓工藝的創(chuàng)新能夠提高模具效率、提高模具制件質量和降低制件成本，如復合落料模和連續(xù)模就是沖壓工藝創(chuàng)新的典范。復合落料模是將落料和沖孔切邊兩道工序合并成一 道工序用一個模具完成；連續(xù)模是將沖孔、切邊、成型和落料等多個工序并成一道工序用一個模具完成，極大地提高了制件的生產效率，降低了工人的勞動強度。沖壓工藝創(chuàng)新還包括其他沖壓工序的組合，依賴于模具結構創(chuàng)新支持，減少沖壓工序和模具數量，從而降低模具成本和制件成本。沖壓工藝創(chuàng)新的另一條路徑是研究新的沖壓工藝以達到更好的沖壓制件質量，這些質量指標包括端面塌邊小于 20%、端面無塌邊和表面無毛刺等，工藝創(chuàng)新將帶來模具創(chuàng)新。（ 3）模具結構創(chuàng)新。隨著人們審美要求的提高和高科技產品的功能需求，金屬外形和結構零件三維（ 3D）造型 日益增多，如手機、家電、汽車和飛機等，沖床等壓力機標準設備只具備完成往復直線運動，相應地模具上下模開合也是直線運動，因此，要完成三維零件的成型僅僅依靠模具往復直線運動是不夠的，還需要輔助模具里模具零件的機械運動。目前應用于沖壓模具的機械運動有直線 線 曲線等，典型結構有斜楔滑塊運動副、旋轉擺塊運動副和齒輪齒條運動副等。未來模具結構創(chuàng)新就是不斷地將機械原理應用于模具里，以完成各種不同的三維（ 3D）零件沖壓成型。（ 4）模具精度創(chuàng)新。沖壓模具精度決定沖壓制件的精度，是沖壓制件質量的根本保證。為 了滿足通訊、機電、汽車和飛機等精密工業(yè)產品高精度和高外觀質量的要求，對沖壓制件提出了更高的精度和質量要求。未來的沖壓制件，沖裁的毛刺高度小于材料厚度的 3%，沖裁的尺寸和形位公差達到± 型的尺寸和形位公差達到± 裁端面的粗糙度 下，這些技術指標對沖壓模具的精度提出了更高的要求，現有的模具精度難以保證，需要模具精度不斷創(chuàng)新。大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計調研報告 7 （ 5）模具制造工藝及裝備創(chuàng)新。高精度的模具需要相應的模具制造工藝及裝備做保證。目前的沖壓模具制造工藝以切削加工、平面磨削、圓形磨削、線切割和火花放電成型加工 等加工工藝為主，對應的制造裝備主要有加工中心（ 平面磨床、內外圓磨床、線切割機和火花機等。磨削加工工藝可以達到更高的尺寸精度和更低的表面粗糙度，可以滿足精密模具的制造要求，但是目前的磨削設備僅能完成平面和圓形的加工。未來的模具制造裝備創(chuàng)新路徑是精密磨床的數控（ 術升級，更進一步的創(chuàng)新是磨床加工中心，完成模具零件的三維磨削加工。模具制造工藝及裝備創(chuàng)新的另一條路徑是模具零件的熱處理及表面處理，旨在提高模具材料的綜合機械性能。（ 6）模具生產模式創(chuàng)新。模具的生產特點是單件生產，生產效率低，周期長。模具的單件生產由單件設計、單件加工和少量外協(xié)采購等部分構成，各部分工藝流程長。模具單件設計的工藝流程如下：①設計制品展開圖；②設計制品工藝圖；③設計模具裝配圖和平面圖；④設計模具零件圖；⑤材料和零配件清單表；⑥設計審核；⑦標準化審查；⑧批準等。模具單件加工的工藝流程如下：①確定坯料尺寸；②材料采購；③下料；④粗加工；⑤半精加工；⑥熱處理；⑦精加工；⑧線切割；⑨檢驗；⑩裝配；試模等。模具制造周期由以上工藝流程各工序的設計和加工時間累計而成，單件 生產的特點就是生產準備時間長，因此生產效率低，周期長。模具生產模式創(chuàng)新能夠提高生產效率，縮短周期。（ 7）一體化創(chuàng)新。為了滿足人們對高生產效率、高產品質量和低勞動強度的追求，模具已從單純的機械工具向“機液”一體化發(fā)展。例如馬達定轉子疊加連續(xù)沖壓模、多工序聯動沖壓模、多工位傳動沖壓模、連續(xù)拉伸模和連續(xù)沖壓模自動沖壓糾錯保護等，都是將電氣、控制和液壓技術與模具集成為一體。未 來 的 模 具 一 體 化 創(chuàng) 新 將 會 朝 著“ 機電液 體化方向發(fā)展，進一步將 控）、 算機互聯網） 、信息化管理、在線智能化控制技術和物聯網等與模具系統(tǒng)集成為一體，進一步提高生產力水平，為將來模具和沖壓車間無人化打下基礎。（ 8）模具模塊化創(chuàng)新。模具模塊化就是將模具從功能、易損更換和可重復使用等方面對模具進行拆分和組合，具有提高模具制造效率、便于模具維護、節(jié)省模具材料和降低模具成本等優(yōu)點，但模塊化的一個缺點就是會增加模具使用的生產準備時間。目前常用的模塊化品種有凸凹模鑲件、滑塊運動副和墊鐵等，未來將向可持續(xù)使用的功能性組件方向發(fā)展。例如深圳市基石模具科技有限公司研發(fā)的一種具有可持續(xù)性的工藝裝備 — ‘模具平臺’ 即是模具模塊化的創(chuàng)新，它“可以有效地簡化模具設計、降低模具的重量和成本、縮短模具的周期、提高模具的可靠性和安全性以及提升沖壓產品的質量等” 七 、調研總結 大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計調研報告 8 隨著模具企業(yè)結構、產品結構、技術結構和模具進出口結構的不斷向著合理化方向調整與發(fā) 展， 沖壓件模具也必將會不斷提高其綜合水平而進一步適應各種行業(yè)的發(fā)展。預計， 沖壓模具的國內外市場將進一步發(fā)展，近年內仍將維持持續(xù)高速、產需兩旺的景象。在信息化帶動工業(yè)化發(fā)展的今天，在經濟全球化趨向加速的情況下，我國沖壓模具必將盡快提高水平。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不斷提高水平，逐漸縮小與世界先進水平的差距?！笆晃濉逼陂g，在科學發(fā)展觀指導下，不斷提高自主開發(fā)能力、重視創(chuàng)新、堅持改革開放、走新型工業(yè)化道路，將速度效益型的增長模式逐步轉變到質量和水平效益型軌道上來，這些至關重要的事扎扎實實地落實到模具企業(yè)的具體業(yè)務上去，模具企業(yè)就必然會在國內外市場競爭中更具競爭優(yōu)勢，我國沖壓模具的水平也必然會更上一層樓。 大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計調研報告 9 參考文獻 1. 張云亮，張澤號 論沖壓模具的可持續(xù)發(fā)展 《模具制造》 2014 年第 6 期 沖壓模具設計過程中的關鍵要素 《汽車工藝與材料》 2011 年第三期 吳鵠翔 劉斌 孫延明 水壺壺身的脹形工藝及模具 華南理工大學 《新技術新工藝》 1999 年第 3 期 應用液壓脹形技術加工球體形薄壁零件 浙江大學 《機電工程》 1996 年第三期 脹形模 楊合 江志強 管材彎曲成形的國內外研究現狀及發(fā)展趨勢 西北工業(yè)大學材料學院《 機械科學與技術 》 2004 年第 23 卷第 12 期 喬小燕 王軍基于 的沖模 統(tǒng)的開發(fā) 天津科技大學 機械工程學院《機械設計與制造》第 8 期 華 《 沖壓模具設計過程中的關鍵要素 》 張澤浩 《論沖壓模具的可持續(xù)發(fā)展》 《汽車工業(yè)之母》 開水杯脹形模 機械 132班 劉寧 指導教師 湯武初 脹形的優(yōu)點 由于脹形變形時材料板面方向處于雙向拉伸的應力狀態(tài)，所以變形不易產生失穩(wěn)起皺現象，成品零件表面光滑，質量好 。 模具結構如圖所示 模具工作視頻演示 ? 演示視頻 產品 開水杯的材料選擇 304不銹鋼，材料號 1面光滑不容易積累污垢，易于清洗 裝配爆炸圖 謝謝各位老師 大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計（論文）外文翻譯 使用沖壓轉移工藝的直接制造模式與微孔表面上的疏水性納米結構的 具 摘要：轉印沖壓工藝近年來被用來制造薄膜圖案。由于模具和油墨的材料的特性，在模具的空腔和底層上的剩余層上的殘留油墨仍然是一個問題。為了解決這個問題，我們提出了一種在模具微觀結構的空腔上制造疏水性納米結構的概念，可以有效地減少在涂層過程中存在于模具空腔上的凹陷。首先，在陽極氧化鋁（ 制造周期性納米孔。第二， 后，通過將納米結構的 分突出到模具的微孔中，形成突出的凸起微結構的陣列。之后，從壓花 膜鑄造聚二甲基硅氧烷（ 具。納米結構在 具的微腔上的接觸角約為 145°。使用該 具，使用轉印沖壓工藝，在聚對苯二甲酸乙二醇酯（ 材上成功地轉移沒有殘留層的微圖案。 1、介紹 微接觸印刷（μ [1]和納米接觸印刷（ n [2]已經開發(fā)出來，以便直接制造沒有殘留層的微結構。通過這些方法可以將聚二甲基硅氧烷（ 具上微觀結構的浮雕特征的油墨圖案轉移到底物上。還提出了一種轉印印刷工藝，用于制造 于有機薄膜晶體管的應用 [3,4]。該過程主要依賴于轉移界面，油墨 /模具和油墨 /基材的不同粘合力 ，從模具的浮雕特征到基底的轉印圖案。需要 且可以在一步中轉移模式。在理想情況下。如圖 1（ a）所示，轉印沖壓工藝可以直接從沖壓模具轉移微圖案，而沒有殘留層。但是在實際情況下。如圖 1（ b）所示，油墨通常在旋涂時存在于模具結構的空腔中，并且在后續(xù)步驟中引起大量的殘留層。這是因為在沖壓步驟中壓力使模具變形，導致屋頂塌陷（參見圖 1） 2（ a））。為了解決屋頂塌陷，許多模具設計和制造具有高縱橫比。然而，高縱橫比的 具有其他缺陷，如屈曲或側向塌陷 [5]，如圖 1所示。 2（ b）和（ c）分別導 致轉印沖壓工藝失敗。 為了改善這些問題，我們提出了一種制備低縱橫比的模具的新方法，但通過控制微腔表面的潤濕現象，能夠不殘留層的傳輸模式。固體表面潤濕現象近年來已經得到廣泛的研究。在理論領域和實驗 [6,7]中已經研究了諸如蓮花之類的超疏水材料，它們可用于微流體，自清潔涂層，散熱板等。許多方法已經開發(fā)了制造超疏水材料如光刻 [8]，模板方法 [9,10]，離子轟擊 [11,12]，單層自組裝 [13]，化學沉積 [14,15]和光催化 [16 ， 17]。但是，這些方法的費用高昂，費時，復雜或有限。另一方面，由于其獨特的 構，陽極氧化鋁（ 被大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計（論文）外文翻譯 用作納米技術的納米結構模板 [18]。 特點可以通過調節(jié)陽極氧化條件[19,20]來容易地控制，例如陽極電壓，電解液的溫度和陽極氧化時間。 括抗反應和疏水性。 在本文中，我們提出了一種使用 們首先制作 板，然后將該模板用于壓印第一熱壓花工藝中的下來，我們使用這種壓花 后，獲得具有 米 結構的凸起微結構的 后將這種具有納米 /微結構的 膜作為主模鑄造結構由 后，得到了微腔表面疏水性納米結構的 具。完整的加工過程如圖 1 所示。我們還通過測量證明了 米結構的疏水性接觸角（ 不同結構的 具表面。最后，轉移沖壓工藝的結果表明，微孔疏水納米結構表面的 具可以改善殘留層和殘留層的問題。 2、微孔表面疏水納米結構 具有多孔納米結構的 大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計（論文）外文翻譯 圖 1 使用的 度的工業(yè)鋁薄 板， 所示。一開始，將片材在高氯酸和乙醇的混合溶液中電拋光（ 4： 1:4），作為陰極施加碳黑作為陽極。提供 10 V 的恒定電壓 15分鐘。然后，拋光的片材首先在 酸溶液中陽極氧化 5 小時 ;的溫度溶液保持在 4℃，并施加80后將片材浸入 6重量％磷酸的溶液中，以 90速度攪拌32℃溫度 2小時以除去薄片上的氧層。那么那張表 在與氧氣相同的條件下第二次陽極氧化，但只有 10分鐘。接下來，為了擴大 片材在 90攪拌速度和 32℃的溫 度下再次放入 6 重量％的磷酸溶液中 15分鐘。 最終，獲得了具有多孔納米結構的 5顯示了具有納米孔的 像。由于這種鋁材料的雜質， 板上的納米結構是像蓮子葉一樣混雜有微米和納米結構的表面，產生高疏水性。為了制造微結構，我們制造了帶有微孔的不銹鋼模具。首先，一個 50 毫米厚的不銹鋼具有微孔陣列的蔭罩由臺灣科技星科技提供。不銹鋼陰影面具有 300?300孔的陣列，并通過雙面光刻和濕法蝕刻制成。圖 6是不銹鋼模具的光學顯微鏡（ 像。微孔是直徑為 145 距為 200μ m。 圖 2 氣輔熱壓花工藝 圖。 7 是氣輔熱壓花加工方案。 在這個過程中，模具和聚合物基材最終放在熱板上，聚（對苯二甲酸乙二醇酯）（ 膜用作真空薄膜以覆蓋模具和基材。 接下來，房間關閉，并且 體作為壓力吹入室內 ; 在主題中，加熱器將溫度大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計（論文）外文翻譯 升高至或接近 璃化轉變溫度），以軟化聚合物基材。在該步驟中，將模具壓制到軟化的基材上，在其上壓印“負”圖案 基質。 之后，腔室被冷卻，氣體被釋放并且室被打開。 事實上，獲得了具有結構的該 圖 3 壓花基板 。 在微腔表面制 備疏水納米結構的 具的過程如圖 1 所示。第一步是通過將裸露的 膜突出到 板的孔中來制造納米結構的 膜。在第二步中，納米結構的 二步是在這種 有 米結構的凸起的微觀結構是通過在熱壓花過程中在毛細管和表面張力的作用下將軟化膜部分地突出到不銹鋼模具的微孔中而形成的。之后，下面的步驟是使用 種具有納米結構的預制凸型微結構的 膜應用于主模具 ;然后將 合物由基劑和固化劑組成，比 例為 10： 1，然后將其澆注到母模上，將疏水性納米結構的 鑄于微腔表面。在室溫下合適的固化時間后，得到微腔表面疏水性納米結構的 大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計（論文）外文翻譯 圖 4 大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計（論文）外文翻譯 圖 5 圖 6 大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計（論文）外文翻譯 圖 7 納米結構在微結構空腔上的結果和討論 圖 8（ a）顯示了具有納米結構的突出凸型微結構的 膜的 像。該 一次熱壓花的參數為 155℃和20二次壓花過程中參數為 140℃和 25圖顯示了通過第一和第二次氣體輔助熱壓花加工，在壓花 膜上突出的凸出微結構的表面上成功地制造了 后將該 通過 合物復制其結構。固化 合物后，獲得微腔表面上的疏水性納米結構的 具。圖。圖 8（ b）顯示了該微腔的疏水性納米結構表面的 的 像。如圖所示，這些表面微腔充滿 明了 腔表面疏水性納米結構 具的表面結構如圖 1所示。該圖顯示了空腔的深度約為 18 了評估 米結構的疏水性，我們測量了不同 面的接觸角（ 如圖 1 所示。光滑 面無納米結構的 為 110°，如圖 10 所示。恰恰相反圖 10（ b）顯示具有納米結構的 的 署近 145 度。發(fā)現 平滑 面高，這證明納米結構可以有效地改善疏水性。圖 10（ c）顯示了具有納米結構的彎曲 017 屆本科生畢業(yè)設計（論文）外文翻譯 上的 比圖如圖 10（ b）所示，結果表明，在第二次氣體輔助熱壓花加工之后，疏水性仍然保持。 3、疏水納米結構 具在微腔表面的應用 轉印沖壓工藝 如上所述， 圖 1示意性地示出了轉印過程：首先，油墨旋涂在模具上。 接下來，將該模具壓在基板上，以從該模具的特征轉移墨圖案。 接下來的步驟是脫模。最后，獲得轉印圖案。 在我們的實驗中，使用厚度為 180 膜（ A 型， A，臺灣）作為透明透明基材，油墨材料為正性光致抗 蝕劑 10（ 圖 8圖 9 大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計（論文）外文翻譯 圖 10 在 在這項研究中，轉移沖壓過程是在微腔表面的疏水性納米結構的 具以及簡單地具有微腔但沒有疏水性納米結構的 具中進行的。我們分別使用這兩個模具進行轉印沖壓加工。墨水使用的材料是 種正性光致抗蝕劑）。一開始，將適量的 在模具上 ; 1分鐘后，旋涂機以 6000行 20秒。然后，將霉菌壓在 下的 上 1分鐘，將油墨圖案從模具特征轉移到 。之后，釋放壓力，下一步是脫模。最后得到轉印圖案。圖 11 顯示了轉印沖壓工藝的結果。圖 11（ a）顯示了僅具有微腔但沒有疏水性納米結構的 明顯在這些微腔中存在殘留的 被轉移到上，產生大量的殘留物。相反，圖 11（ b）顯示了表面上疏水性納米結構的 具的轉移模式微腔到 膜。轉印圖案中這些圓形的最大直徑為大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計（論文）外文翻譯 模具結構的偏差約為 差為 并且轉移圖案中的這些圓形的平均直徑為 致約 偏差。比較圖圖 11（ a）如圖 11（ b）所示， 圖 11 4、結論 在移印過程中消除殘留油墨和殘留層，在本文中，我們提出了在模具微觀結構的空腔上形成疏水性納米結構的思路。我們還報道了納米結構的新穎制造的陽極氧化鋁（ 板在突出的微觀結構上。在相同的聚碳酸酯（ 膜上按照熱壓花制造納米結構和凸出的微結構。之后， 具被鑄造從壓花 終得到微孔表 面的疏水性納米結構 有納米結構的 的接觸角為 145°，高于光滑 面上的接觸角，無納米結構約為 110°。結果表明，納米結構可以有效地提高疏水性能。而且，具有納米結構的彎曲 接觸角也約為 145°。此外，使用該 具的轉印沖壓工藝已經在 板上成功地轉移了具有無殘留層的微圖案。顯然，微孔表面上疏水性納米結構的 具的制造有助于解決殘留油墨的問題，轉印沖壓過程中的殘留層。 參考文獻 [1] A. 63 (1993) 2002. [2] J. 大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計（論文）外文翻譯 124 (2002) 7654– 7655. [3] J. 19 (2009) 025010 (8 [4] 86 (2009) 586–589. [5] A. 0 (2004) 6430– 6438. [6] X. F. J. Y. Z. J. 18 (2008) 621– 633. [7] C. W. 79 (1997) 667. [8] P. 16 (2004) 561. [9] D. J. W. J. 18 (2008) 015019 (5 [10] C. L. J. G. Y. L. D. (2004) 750– 753. [11] E. A. 540 (2003) 355–362. [12] E. E 67 (2003) 031604. [13] X. F. X. H. Y. L. J. 126 (2004) 3064. [14] H. L. J. L. D. 0 (2004) 5659–5661. [15] J. V. G. M. V. P. P. P. 1 (2005) 10328– 10331. [16] N. T. K. K. T. H. 4 (2004) 723– 727. 大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計（論文）外文翻譯 [17] T. M. A. 4 (2004) 189– 192. [18] (2009). [19] . 19 (3) (2002) 467– 473. [20] S. K. H. T. 7 (3) (2004) 摘 要 現階段模具設計水平的高低決定了質量和效益，模具也在不斷地標準化，本文通過分析開水杯零件，校核開水杯尺寸形狀及性能，設計了這套開水杯脹形模具。從模具設計的安全角度，到針對開水杯脹形模具各個零件之間的材料，強度，配合進行了計算和校核，通過 結了制件的工藝性，沖壓的方案，通過標準化國標制件的尺寸，設計并選用了從模座、墊板，導柱，導套、上下模、模柄等一系列模具構成部分。并解決了模具結構形式的論證，材料的利用等問題。 關鍵詞 ： 開水杯脹形模 零件 校核 沖壓模具的數字化設計與制造 模具構成 t of of is of of of of of of B a of of of of 目 錄 前 言 ............................................................. 1 第一章 脹形零件原理 ................................................ 2 1． 1設計安全模具前的準備 ........................................ 2 1． ................................ 2 1． ............................ 2 1． 2開水杯脹形模工作原理 ........................................ 3 1． .................................................. 3 1． ............................................ 3 1． ...................................... 4 1． ........................................ 4 1． 3壓力機的選擇 ................................................ 4 1． .............................. 4 1． ............................................ 4 1． ........................................ 5 第二章 零件的工藝分析 ............................................. 6 2． 1零件的材料分析 .............................................. 6 2． 2零件的形狀分析 .............................................. 6 2． 3空心毛坯脹形膨脹系數 ........................................ 7 2． 4成形工藝力計算 .............................................. 8 第三章 模具所有零件的選擇及設計 .................................. 11 3． 1凸模設計 ................................................... 11 3． 2卸料裝置的確定 ............................................. 12 3． ......................................... 12 3． ........................................... 12 3． 3模柄的選擇 ................................................. 12 3． 4卸料螺釘及其余 16個螺釘的選擇 .............................. 13 3． 5模架的選擇標準 ............................................. 14 3． 6導向裝置的選擇 ............................................. 15 3． 7上模下模的制造 ............................................. 16 第四章 模具結構 .................................................. 17 4． 1整體模具的構架思路 ......................................... 17 4． 2模具的裝配配合及標準件的查 找與使用 ......................... 17 謝 辭 ............................................................ 19 參考文獻 .......................................................... 22 附 錄 ............................................................ 23 大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 1 前 言 被稱為 “ 工業(yè)之母 ” 的模具是保證工業(yè)領域創(chuàng)新和生產的主要生產工具 ， 生產率高 ， 專業(yè)性強 ， 產量大 。 一個領域的生產力強弱的標準可以用模具水平來進行衡量 。所以模具的重要性不言而喻。模具按材料和特點的不同又分很多種，在此我不贅述，我只針對成形模具涉及到的主要領域進行講解。 其次隨著人們對物質的需求不斷提高，產品需要創(chuàng)新的速度也越來越快，新產品頻繁更新，舊產品根據規(guī)定在 5~7年也不能銷毀 ， 導致資源浪費嚴重 ， 磨具行業(yè)面臨可持續(xù) 發(fā)展。成形模具就是用局部改變來改變毛坯形狀的工序，局變形的方法有外緣翻邊，整形，脹形，起伏變形，孔翻邊，縮口等等，本文的開水杯脹形模就是其中一種。脹形模指在使空心毛坯內部在雙向拉應力作用下，產生塑性變形，取得凸肚形制件的沖模。依靠材料的拉伸，將直徑較小的空心零件或者管毛坯，在半徑方向上向外擴張的方法。這就需要對各種應力達到一定要求，具體條件在正文中有所提及。 改革開放以來 ， 國民經濟 具技術和模具工業(yè)在進行不斷發(fā)展，在大多數領域中都有模具加工成型，設計水平的高低決定了質量和效益模具也在不斷地 標準化，制作效率也在不斷提高，模具除了為企業(yè)服務外，還在直接為高新產業(yè)服務，所以我國的模具行業(yè)需要提高水平，改革加發(fā)展，努力奮斗，提高世界模具產業(yè)競爭力 。 大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 2 第一章 脹形零件原理 1． 1 設計安全模具前的準備 1． 計安全模具結構的原則 （ 1）安全第一。因模具設計是安全的基礎，要把安全作為第一位來考慮。最安全的模具設計基本原則為，所設計的模具應能完全杜絕事故的發(fā)生。 （ 2）不允許出現因模具結構設計缺陷而引起的事故，如廢料排出時飛散落到危險界限內，模具結構部件（尤其是上模）因螺釘松動掉下而造成的事故 等。 （ 3）嚴禁操作者向模具內伸手，即模具結構設計將“不允許設計使操作者將身體的某一部分進入危險境界”為原則。 （ 4）模具結構的設計，不應使操作者有不安全感。 （ 5）在加工時，模具結構要有必要的強度 1． 計安全模具結構的基本要求 （ 1）整個框架結構的厚度不要過薄，要均勻。 （ 2）模具工作部分結構的厚度不要過薄。 （ 3）模具結構要滿足承受力的需要。 （ 4）要考慮采用質量平衡的結構。 （ 5）框架結構的材質、工作部分的材質不要選錯，否則會造成異常磨損和浪費，增加采購成本和加工制造成本。 （ 6）緊固螺釘不宜過小，否則在沖壓過程的振動下會引起松動。 （ 7）起吊部件的選擇要準確可靠，否則亦可造成事故。 （ 8）模具結構要滿足承受力的需要。 保證足夠的強度； 使其產生力矩。 （ 9）零部件結構盡量通過計算來設計。 （ 10）原則上，模具不要從沖壓機床的墊板、滑塊上突出來。特別是當突出部分處有導柱等危險部分時，必須設計防護罩并涂漆，以表示危險。 （ 11）在加工制造和使用時，模具的重要部件要使操作者看得清楚 ，不要有盲點，大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 3 如模具整體的導向部分、定位部分、工作部分、安全區(qū)處等。 （ 12）在模具上、下本體需要清晰看見模具內部結構工作狀態(tài)部分處，盡量設計觀察孔。 （ 13）在容易產生夾住危險的可動部分，留出讓空或安裝安全護板。 （ 14）模具結構設計不允許廢料排出時產生飛散，使操作者有不安全感。 （ 15）模具結構設計時要考慮模具操作高度，以滿足制件送取的可操作性和安全性。 （ 16）要在上、下模具本體設計 4處安全平臺，以滿足和確保模具調整、使用、存放安全性的安全空間為 100 ． 2 開水杯脹形模工作原理 1． 介 成型模是指用各種不同性質的局部變形來改變毛坯形狀的各種工序。這些局部變形的方法主要有起伏變形，孔的翻邊和外緣翻邊，脹形，縮口，整形等。 脹形模是指在使空心毛坯內部在雙向拉應力作用下，產生塑性變形，取得凸肚形制件的沖模。依靠材料的拉伸，將直徑較小的空心零件或者管毛坯，在半徑方向上向外擴張的方法，脹形一般要用可分為凹模，其凸模有以下形式：（ 1）橡皮凸模（ 2）分塊式凸模（ 3）用液體作為凸模，拉伸成形在實際生產中，往往是通過調整和加大壓邊力來消除包狀皺褶。但當壓力超過最大合理壓力邊時就會出現拉伸破裂 。所以拉伸成形可分為兩個階段，初始的椎體形拉伸和最后的筒形拉伸成形。脹形與其他沖壓成形工序的主要不同之處是，脹形時變形區(qū)在板面方面呈雙向拉應力狀態(tài)，在板厚方向上是減薄，即厚度減薄表面積增加。脹形主要用于加強筋、花紋圖案、標記等平板毛蒙皮等薄板的拉張成形。汽車覆蓋件等曲面復雜形狀零件成形時也常常包含脹形成分。 1． 形的特點 切向應力大于 0，徑向應力大于 0，周向應力大于0，徑向應變大于 0，厚向應變小宇 0，且在球頭凸模脹形時的底部切向應力等于徑向應力徑向應變等于厚向應變。所以脹形變 形屬于板平面方向的雙向拉伸應力狀態(tài)，變形主要是由材料厚度方向的減薄量支持面方向的伸長量而完成的，變形后材料厚度減薄，表面積增大。脹形屬伸長變形。 ~4倍 ， 使塑性變形僅局限于一個固定的變形范圍 ， 板料不向變形區(qū)外轉移也不從變形區(qū)外進入變形區(qū) 。 大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 4 3．由于脹形變形時材料板面方向處于雙向拉伸的應力狀態(tài)，所以變形不易產生失穩(wěn)起皺現象，成品零件表面光滑，質量好。成形極限主要受拉伸破裂的限制。 脹形變形時 拉應力沿板厚方向的變化很小 ， 因此當脹形力卸除后回彈小 ， 工件幾何形狀容易固定 ， 尺寸精度容易保證 。 對汽車覆蓋件等較大曲率半徑的零件的成形和有些零件的沖壓校形 ，常采用脹形方法或加大脹形成分的成形方法 。 1． 形極限變形程度 脹形的極限變形程度是零件在脹形時不產生破裂所能達到的最大變形 。 各種脹形的成形極限的表示方法 ， 因不同的變形區(qū)分布及模具結構 、 工件形狀 、 潤滑條件 、 材料性能等因素的影響而各不相同 ， 如脹形系數 、 脹形深度 、 雙向拉應力下的成形極限圖 （ ，管型毛坯脹形時常用的脹形系數表示成形極限，壓凹坑等板料脹形時常用脹形深度表示成形極限。脹形系數、脹形深度等方法是材料發(fā)生破裂時式樣的某些總體尺寸達到的極限值來表示的。 極限脹形變形程度主要取決于材料的塑性和變形的均勻性 ：塑性好，成形極限可提高；應變硬化指數 n 值大，可促使變形均勻，成形極限也可提高；潤滑、制件的幾何形狀、模具結構等，凡是可以使脹形變形均勻的各種因素，均能提高成形極限。如平板毛坯的局部脹形，同條件下圓形比方形或其他形狀的脹形高度要大。此外材料厚度增加，也可以使成形極限提高。 1． 心毛坯的脹形 空心毛坯脹形是將空心件或管狀毛坯料脹出所需曲面的一種加工方法 。 用這種方法可以成形高壓氣瓶 、 球形容器 、 波紋管 、 自行車多通接頭等產品或零件 。 1． 3 壓力機的選擇 1． 擇壓力機主要考慮的因素 選擇壓力機主要考慮的因素有三個：壓力機的類型，能力和規(guī)格。 1． 型的選擇 類型的選擇主要根據沖壓的性質 、 生產批量大小 、 制件的幾何形狀 、 尺寸及精度要求 ， 以及安全操作等因素來確定 ， 在這里我選擇適用與普通的通用壓力機大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 5 中 的開式雙柱可傾斜壓力機。 壓力和扭矩能力 ：在選用壓力機時，應使沖壓變形力和沖壓變形曲線位于滑塊許用負荷曲線之下，當壓力機對坯料施加壓力的形成小于 5%的壓力行程時，壓力機壓力選擇的計算公式為 F≥ F F— 壓力機的公稱壓力 ∑F — 沖壓變形力、推件力、頂件力、卸料力的總和。 1． 結選取壓力機如下表 表 4— 1選取壓力機表 名稱 開式雙柱可傾斜壓力機 型號 0 壓力行程 7 最大公稱壓力 400大閉合高度 300 行程次數 80 最大裝模高度 220 閉合高度調節(jié) 80 立柱間距離 300 大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 6 第二章 零件的工藝分析 如下圖 脹形零件開水杯 ， 生產批量為中批 ， 通過模擬分析 ， 制成開水杯模具為軸向鐓壓脹形模具 圖 5— 1 開水杯零件 2． 1 零件的材料分析 開水杯的材料選擇 304不銹鋼，材料號 1水杯要求 表面光滑， 因為表面光滑不容易積垢 ， 污垢的沉積會使鋼生銹甚至造成腐蝕。表面必須便于每天清洗，而且經常要用化學清洗劑。所以不銹鋼是這方面最佳材料，它的一個重要特性是 可以 經常清洗，這是不銹鋼優(yōu)于鋁的一個顯著特點。其次 ， 不銹鋼強度、硬度適中，而塑性、韌性較高，是良好的沖壓材料 。 2． 2 零件的 形狀分析 大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 7 圖 5— 2 毛坯圖 圖 5— 3 工件圖 得出結論零件外壁脹形為空心毛坯脹形 2． 3 空心毛坯脹形膨脹系數 空心毛坯脹形時 ， 材料受切向拉應力而產生切向伸長 ， 其變形程度用脹形系數來表示 5— 4 毛坯脹形尺寸標注 大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 8 式中 心毛坯直徑 （ 形后零件的最大直徑（ 帶入 K=心毛坯脹形時毛坯兩端一般不固定 ， 允許其自由收縮 ， 有利于零件成形 。毛坯的長度按下式群定 ： [1+（ ]+ Δ h 式中 坯長度（ L=零件變形區(qū)的母線長度（ δ =零件變形區(qū)切向最大伸長率 Δ h=修邊余量，取 20~300=3π[1 +（ 28~34%]+20~30= 0 空心毛坯脹形的脹形系數 表 5— 1 空心毛坯脹形的脹形系數 不銹鋼 1度 形系數 向許用伸長率δ切（％） 26~32 28~34 2． 4 成形工藝力計算 圖 5— 5 工藝分析圖 大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 9 公式如下： P=（ 式中 P=脹形力（ N） D=脹形的最大直徑 （ F=脹形面積（ t=材料厚度（ 料抗拉強度（ 不銹鋼 520=(3/42=(上 ，脹形毛坯脹形區(qū)域 30寸如圖 5— 1，需要脹形力 P 模技術條件 標準 14662— 2006中規(guī)定了沖模的要求、驗收、標志、包裝、運輸和儲存。本標準用于沖模的設計、制造和驗收模具 工作零件常用材料及硬度 。 表 5— 2 沖壓材料數據 模具類型 沖件與沖壓工藝情況 材料 硬度 彎曲模 形狀簡單、中小批量 6~62 5— 3 復合模最小壁厚 制作材料 材料厚度 ≥1 大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 10 表 5— 4推件裝置的形式選擇 類型 特點 剛性推件裝置 一般裝于上模，它是在沖壓結束后上模回程時，利用壓力機滑塊上的橫梁，撞擊上模內的打桿，裝在模柄孔內的打桿在橫梁的阻擋下下落，并通過打料板、打料桿，推下推件器將制件從凹模中推出，因此推件力大，工作可靠。打桿、推板、連接推桿等都已標準化，設計時可根據沖件結構形狀，尺寸及推件裝置的結構要求從標準中選取 大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 11 第三章 模具所有零件的選擇及設計 3． 1 凸模設計 5825— 2008~5829— 2008 標準分別規(guī)定了圓柱頭直桿圓凸模 、 圓柱頭縮桿圓凸模 、 60° 錐頭縮桿圓凸模和球鎖緊圓凸模 。在這里我選用圓柱頭直桿凸模 5825— 2008 標準規(guī)定了沖模圓柱頭直桿圓凸模的尺寸規(guī)格，適用于直徑在 1~36直桿凸模，同時還給出了材料指南和硬度要求，并規(guī)定了圓柱頭直桿圓柱凸模的標記。 經查表計算結果如下表格 表 6— 1 凸模各數據尺寸 +1/0 H + 35 5 40 體參數如圖 6— 1 圖 6— 1 凸模 大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 12 3． 2 卸料裝置的確定 3． 件塊的設計 查資料得出結論：（沖壓模具標準及應用手冊 沖裁件的內形尺寸較小 、外形尺寸較簡單時 ， 推件塊 （頂件塊）外形與凹模為間隙配合 H8/件塊（頂件塊）內控與凸模為非配合關系（外導向） 通過對零件的分析及凸模尺寸的綜合考慮 ， 設計的卸件塊尺寸如圖 6— 2 圖 6— 2 卸件塊 此時卸件快與凸模之間的間隙 ：取 ． 桿的 選擇 查表得知 H=h1+ 頂出狀態(tài)時，打桿在上模座平面以下的長度 壓力機的結構尺寸 C 誤差常數，一般 10 到 15 3． 3 模柄的選擇 中小型模具一般是通過模柄將上模固定在壓力機滑塊上 。 模柄是作為上模與壓力機滑塊連接的零件 。 對它的基本要求是 ： 一要與壓力機滑塊上的模柄孔正確配合 ， 安裝可靠 ； 二要與上模正確而可靠地連接 。 7646— 2008《沖模模柄》大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 13 標準規(guī)定的沖模模柄有壓入式模柄、旋入式模柄、凸模模柄、槽型模柄、浮動式模柄和推入式活動模柄 這里選擇 凸緣 模柄 ， 7646。 3— 2008 標準規(guī)定了沖模凸模模柄的尺寸規(guī)格和標記，適用于沖模凸緣模柄，同時還給出了材料指南和技術要求。用 3~4個螺釘緊固于上模座 ， 模柄的凸緣與上模座的窩孔采用 H7/表 6— 2 凸緣模柄尺寸 d 2 d2 d3 d4 d5 h 20 67 58 18 2 11 44 9 14 9 設計具體尺寸如圖 6— 3 圖 6— 3 模柄 3． 4 卸料螺釘及其余 16 個螺釘的選擇 螺釘是標準件，設計模具時按標準選用即可。螺釘用于固定模具零件，一般選用內六角螺釘。螺釘規(guī)格應根據沖壓力大小、凹模厚度等確。 2008規(guī)定了沖模圓柱頭卸料螺釘的尺寸規(guī)格和標記，適用于沖模圓柱頭卸料螺釘，同時還給出了材料指南和技術要求 表 6— 3 卸料螺釘尺寸 大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 14 d 0 r≤ 0.5 l 8 0.5 5 H 6 C 1.5 t 3 b 2 .2 l 90~100 3． 5 模架的選擇標準 模座一般分為上、下模座，其形狀基本相似。上、下模座的作用是直接或間接地安裝沖模的所有零件，分別與壓力機滑塊和工作臺連接，傳遞壓力。因此，必須十分重視上、下模座的強度和剛度。模座因強度不足會產生破壞；如果剛度不足，工作時會產生較大的彈性變形，導致模具的工作零件和導向零件迅速磨損，這是常見的卻又往往不為人們所重視的現象。 在選用和設計時應注意如下幾點： (1）盡量選用標準模架，而標準模架的型式和規(guī)格就決定了上、下模座的型式和規(guī)格。保證有足夠的強度和剛度。 (2）所選用或設計的模座必須與所選壓力機的工作臺和滑塊的 有關尺寸相適應，并進行必要的校核。比如，下模座的最小輪廓尺寸，應比壓力機工作臺上漏料孔的尺寸每邊至少要大 40~503）模座材料一般選用 可選用 于大型精密模具的模座選用鑄鋼 (4）模座的上、下表面的平行度應達到要求，平行度公差一般為 4級。 (5）上、下模座的導套、導柱安裝孔中心距必須一致，精度一般要求在±下；模座的導柱、導套安裝孔的軸線應與模座的上、下平面垂直，安裝滑動式導柱和導套時，垂直度公差一般為 4級。 (6）模座的上、下表面粗糙度為 保證平行度的前提下，可允許降低為 模座和下模座選擇沖模滑動導向中間導柱模座選取表格 為了縮短模具制造周期 ， 降低成本 ， 我國已制定出模架標準 ， 并有商品模架出售 。根據模架導向用的導柱和導套間的配合性質分為滑動導向模架和滾動導向模架大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 15 兩大類 ， 這里我選用滑動導架 2815— 2008《沖?；瑒訉蚰＜堋窐藴蕰r對1990《沖?；瑒訉蚰＜? 中間導柱模架》，書中規(guī)定了沖模滑動導向模架的結構，尺寸規(guī)定與標記，適用于沖?；瑒訉蜩T鐵模架。 中間導柱模架標準要求導柱 ， 導套安裝在年中心線 上， 左右對稱布置 ， 適用于縱向送料的單工序模 ， 復合模及工步較少的級進模 。 3． 6 導向裝置的選擇 這里采用導柱導套光滑的圓柱導向型式 導向零件是用來保證上模相對于下模的正確運動。對生產批量較大、零件公差要求較高、壽命要求較長的模具，一般都采用導向裝置。模具中應用最廣泛的是導柱和導套。 導柱、導套與模座的裝配方式及要求按標準規(guī)定。但要注意，在選定導向裝置及零件標準之后，根據所設 計模具的實際閉合高度 導柱和導套一般采用過盈配合 H7/別壓入下模座和上模座的安裝孔中。導柱、導套之間采用間隙配合，其配合尺寸必須小于沖裁間隙。 導柱、導套一般選用 20 鋼制造。為了增加表面硬度和耐磨性，應進行表面滲碳處理，滲碳后的淬火硬度為 58~62 上下模的導向在凸凹模與凹模開始作用前或壓料板接觸到制件前就應該充分合上，以確保導向在沖壓工作開始時即以發(fā)揮正常的作用，導柱的長度應保證沖模在最低位置時導柱的上端面與上模座頂面的距離不小于 10— 15下模座頂面與導柱底面的距離不小于 5 2008標準分別規(guī)定了沖模導向裝置的 A 型小導柱、 導套、壓板固定式導套、壓板、導柱座和導套座這里我選用 表 6— 4 沖模導向裝置 D d L H 20 32 45 50 65 70 23 25 23 28 表 6— 5 沖模導向裝置 d l 20 20 100 30 大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 16 3． 7 上模下模的制造 由于本模具沒有凹模，可以把下模理解為凹模來設計，我選擇了兩個梯形體扣在一起，中間挖出需要脹形的弧度，方便開合模具，方便毛坯的放入和取出，并節(jié)省了加工步驟。在接觸部位表面粗糙度需求較高，選擇 其余部位 大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 17 第 四 章 模具結構 4． 1 整體模具的構架思路 整體模具從下到上依次是下模座、墊板、下模、凸模、包在凸模里面的卸件塊、上模、上模座、模柄、卸料螺釘，因為采用中間導柱的設計，一共有兩套導柱和兩套導套連接在上下模座的兩側，然后分別用四個螺釘固定模柄和上模座， 4套螺釘連接上模和上模座， 4套螺釘連接固定下模和下模座，墊板嵌在下模座上和下模之間，卸件塊間隙配合在凸模內并由卸料螺釘固定在壓力機上，與上面的凸模、上模座、模柄共同構成動模。反之，下半部分的下模、墊板、下模座共同構成定模。模具爆炸圖如圖 7— 1 圖 7— 1 爆炸圖 4． 2 模具的裝配配合及標準件的查找與使用 如圖 7— 2是模具裝配的三視圖，實際裝配時，導套和模座，導套和導柱，導柱和模座，模柄和模座都是配合關系，在這里，根據裝配及其他條件，經查表得出導套上模座配合尺寸 32（ 導柱導套配合尺寸 20（ 導柱下模座配合尺寸 20（ 模柄上模座配合尺寸 67（ 在模座的選擇上經過查表 B/柄查表 料螺釘查表 柱導套查表B/頂板查表 柄選擇大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 18 的內六角平圓頭螺釘查表 其余用內六角圓柱頭螺釘查表配完成的三視圖如圖 7— 2. 圖 7— 2 裝配三視圖 大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 19 謝 辭 本論文在湯武初老師的悉心指導下完成的。老師淵博的專業(yè)知識、嚴謹的治學態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴于律己、寬以待人的崇高風范，樸實無法、平易近人的人格魅力對本人影響深遠。不僅使本人樹立了遠大的學習目標、掌握了基本的研究方法，還使本人明白了許多為人處事的道理。本次 畢業(yè)設計 從選題到完成，每一步都是在老師的悉心指導下完成的，傾注了老師大量的心血。在此，謹向老師表示崇高的敬意和衷心的感謝 !在寫論文的過程中，遇到了很多的問題，在老師的耐心指導下，問題都得以解決。所以在此，再次對老師道一聲：老師，謝謝 您 ! 時光匆匆如流水，轉眼便是大學畢業(yè)時節(jié)，春夢秋云，聚散真容易。離校日期已日趨漸進，畢業(yè)設計的完成也隨之進入了尾聲。從開始進入課題到論文的順利完成，一直都離不開老師、同學、朋友給我熱情的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意 !在此我向 大連交通 大學機械工程專業(yè)的所有老師表示衷心的感謝，謝謝你們四年的辛勤栽培，謝謝你們在教學的同時更多的是傳授我們做人的道理，謝謝四年里面你們孜孜不倦的教誨 ! 四年寒窗，所收獲的不僅僅是愈加豐厚的知識，更重要的是在閱讀、實踐中所培養(yǎng)的思維方式、表達能力和廣闊視野。很慶幸這四年來我遇到了如 此多的良師益友，無論在學習上、生活上，還是工作上，都給予了我無私的幫助和熱心的照顧，讓我在一個充滿溫馨的環(huán)境中度過四年的大學生活。感恩之情難以用言語量度，謹以最樸實的話語致以最崇高的敬意。 最后要感謝的是我的父母，他們不僅培養(yǎng)了我對中國傳統(tǒng)文化的濃厚的興趣，讓我在漫長的人生旅途中使心靈有了虔敬的歸依，而且也為我能夠順利的完成 畢業(yè)設計 提供了巨大的支持與幫助。在未來的日子里，我會更加努力的學習和工作，不辜負父母對我的殷殷期望 !我一定會好好孝敬他們，報答他們 !爸媽，我愛你們 ! 隨著畢業(yè)的日子臨近， 畢業(yè)設計 也隨著接 近了尾聲，經過三個月的奮戰(zhàn)，設計終于完成了。這次的畢業(yè)設計相對于以前的課程設計，多了很多思考，也鍛煉了我的組織能力和對一些知識的深刻認識，使我受益匪淺。畢業(yè)設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設計，使我明白了自己原來的知識比較欠缺，自己要 學習 的東西還很多。以前老師覺得自己什么都懂了，有點眼高手低的感覺。通過這次畢業(yè)設計，我才明白學習是一大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 20 個不斷積累的過程，我以前所懂的都只是停留在表面，并讓我知道，在以后的工作和生活中都應該不斷的學習，努力的充實自己的大腦。 這次畢業(yè)設 計要求設計 整套 開水杯脹形模具，自行設計對于我來說是非常困難的，只能借助查閱的有限資料進行想象，并且在此基礎上近一步突破， 這 對于我來說是一種挑戰(zhàn)，同時也是一種考驗，于是本次設計過程中需要按照設計步驟的要求來進行，從而進一步掌握設計操作流程，使自己達到學習的目的。 首先，我從這次設計中發(fā)現了很多以前從沒的問題，比如，壓力機的選擇，型號有很多種，要根據所需計算它的額定功率，并查處它的作用等。同時，我對上下模座 ， 導套導柱 ， 螺釘等的選擇，也需要經過一定的篩選，進一步考慮才選定的。這樣很多都是在我們平時的課本上找不到的 ，要經過查閱很多的資料，可是資料上也不一定齊全，還需要老師的參與和指導，最終才能查到，因為每一個選擇量在應用中都有所不同，它是根據作用的不同選定的，具有針對性。同時，我也 鞏固了 且學會了處理廢邊，看上去整潔了許多。最重要的是 關于三視圖的處理 ， 開始以為直接投影就可以 ， 經過老師的指導 ， 我知道了剖面線需要改變 ， 還有些粗細實線需要調整。這些都使我在學習中不斷的進步。 其次，在用 圖的過程中，也出現了很多的問題，以前上 只知道把圖完整的畫在圖紙范圍內就算完成任務，所以就照本先科的畫，忽略了比例設計，結果畫出來的圖又丑又難看，因為沒考慮打印的需要，結果字母太靠近線，節(jié)點與線條的比例也不對稱，最重要的是各連接線的間距太大，而期間又畫得太小，看上去整體比例相當不協(xié)調，經過老師的指導，我加以改正，最終又學會了很多的東西。 在設計中用到了成形中的脹形技術，平時的課本中找不到一點點得相關資料，通過老師提供的資以及網上和圖書館收集的資料，讓我了解了各種方向應力均衡的原 理，導柱等配合的問題等。這些都告訴我們要注重理論和實踐的結合。書本知識是理論基礎，打好基礎是做好本職工作的基本條件。但實踐 經驗 同樣至關重要。理論是實踐的基礎，同時動手實踐可以豐富理論，兩者相輔相成。在設計中有很多的基本知識我都還沒有弄明白，這是缺乏實踐經驗的結果。這就要求我掌握一些相關信息和常規(guī)知識，以便于我以后的應用中及時發(fā)現問題和解決問題。 在這次畢業(yè)設計中不僅增進了我們同學之間的關系，也使我從他們身上學會了很多東西。在設計過程中總會出現這樣那樣的問題，而我又解決不了時，我總會請教其它同學，他們也都會給 我耐心的解答。有些問題拿捏不準時，我們也會互相商量，積極地參與討論，是問題逐漸的明了化。同學們的關系也在這次設計中更加的親近，彼此之間的友誼也是更近一步。 一句老話說的：萬事開頭難。的確是這樣的，不過在經過三個多月的努力終大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 21 于完成了，有種如釋重負的感覺。此外，還得出一個結論：知識必須通過應用才能真正實現其價值 !有些東西以為學會了，但真正到要用的時候才發(fā)現是兩回事，所以我認為只有到真正用得時候才是真正的學會了，理論和時間是不能分開的兩兄弟。 “ 崢嶸赤云溪 ， 日腳下平地。 ” 就用這話作為這篇論文的一個結尾，也是一段生 活的結束。希望自己能夠 不忘 初心 ， 向著目標前行 。 大連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 22 參考文獻 澤號 論沖壓模具的可持續(xù)發(fā)展 模具制造 2014年第 6期 2．史茂華 沖壓模具設計過程中的關鍵要素 汽車工藝與材料 2011年第三期 吳鵠翔 劉斌 孫延明 水壺壺身的脹形工藝及模具 華南理工大學 新技術新工藝 1999年第 3期 應用液壓脹形技術加工球體形薄壁零件 浙江大學 機電工程 1996年第三期 脹形模 楊合 江志強 管材彎曲成形的國內外研究現狀及發(fā)展趨勢 西北工業(yè)大學材料學院 機械科學與技術 2004年第 23卷第 12期 喬小燕 王軍基于 的沖模 統(tǒng)的開發(fā) 天津科技大學 機械工程學院 機械設計與制造 第 8期 華 沖壓模具設計過程中的關鍵要素 張澤浩 論沖壓模具的可持續(xù)發(fā)展 汽車工業(yè)之母 肖詩綱 機械工業(yè)出版社 切削用量簡明手冊 華南理工大學 模具實用技術設計綜合手冊 化學工業(yè)出版社 沖壓模具標準及應用手冊 u, of on of 連交通大學 2017 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 23 附 錄