2581 端蓋沖壓成形工藝及模具設計3,沖壓,成形,工藝,模具設計
河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書1目 錄1 緒論1.1 國內模具的現狀和發(fā)展趨勢……………………………………………31.1.1 國內模具的現狀………………………………………………………31.1.2 國內模具的發(fā)展趨勢………………………………………………51.2 國外模具的現狀和發(fā)展趨勢 …………………………………………51.3 端蓋拉深模具設計與制造方面 ………………………………………61.3.1 端蓋拉深模具設計的設計思路 ……………………………………72 端蓋拉深沖壓件的工藝分析 ………………………………………92.1 引言………………………………………………………………………92.2 拉深件工藝分析…………………………………………………………93 確定工藝方案 ………………………………………………………114 主要工藝參數的計算 ………………………………………………124.1 拉深毛坯尺寸計算 …………………………………………………124.2 確定拉深次數………………………………………………………… 144.3 確定是否用壓邊圈及類型…………………………………………… 144.4 排樣方式的確定 …………………………………………………… 145 沖裁壓力、壓力中心計算及壓力機的選用 .………………………165.1 切邊沖裁力的計算 ……………………………………………………165.1.1 切邊力的計算……………………………………………………… 165.2 拉深力的計算 …………………………………………………………165.3 卸料力的計算 …………………………………………………………175.4 壓料力的計算 ………………………………………………………175.5 拉深功的計算 ………………………………………………………185.6 拉深功率的計算………………………………………………………185.7 壓力機的選用…………………………………………………………196 模具的結構設計 ……………………………………………………216.1 模具工作部分的工藝計算 ……………………………………………216.1.1 拉深部分的計算 …………………………………………………21河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書26.1.2 擠切部分的計算… …………………………………………………226.1.3 壓料橡膠的設計與計算 ……………………………………………236.1.4 彈簧的選用 …………………………………………………………256.1.5 選用模架、確定閉合高度及總體尺寸 ……………………………256.2 模具零件的結構設計 …………………………………………………266.2.1 拉深凸模 …………………………………………………………266.2.2 拉深凹模 …………………………………………………………276.2.3 推件塊………………………………………………………………276.2.4 壓邊圈………………………………………………………………286.2.5 導柱、導套…………………………………………………………296.2.6 其他零件 ………………………………………………………… 296.3 模具總裝圖 ……………………………………………………………31結束語 …………………………………………………………………… 33致謝 ……………………………………………………………………… 34參考文獻 ………………………………………………………………… 35河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書31 緒論隨著我國改革開放步伐的進一步加快，中國正逐步成為全球制造業(yè)的基地，特別是加入 WTO 后，作為制造業(yè)基礎的模具行業(yè)近年來得到了迅速發(fā)展。模具是工業(yè)生產的基礎工藝裝備，在電子、汽車、電機、電器、儀表、家電和通信等產品中，60%—80%的零部件都依靠模具成型。國民經濟的五大支柱產業(yè)，即機械、電子、汽車、石化、建筑，都要求模具工業(yè)的發(fā)展與之相適應。模具生產水平的高低，己成為衡量一個國家產品制造水平高低的重要標志，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，我國要從一個制造業(yè)大國發(fā)展成為一個制造業(yè)強國，必須要振興和發(fā)展我國的模具工業(yè)，提高模具工業(yè)的整體技術水平。目前，我國沖壓技術與工業(yè)發(fā)達國家相比還相當的落后，主要原因是我國在沖壓基礎理論及成形工藝、模具標準化、模具設計、模具制造工藝及設備等方面與工業(yè)發(fā)達的國家尚有相當大的差距，導致我國模具在壽命、效率、加工精度、生產周期等方面與工業(yè)發(fā)達國家的模具相比差距相當大。1.1 國內模具的現狀和發(fā)展趨勢1.1.1 國內模具的現狀我國模具近年來發(fā)展很快，目前，我國制造業(yè)的資源已突破了企業(yè)——社會——國家的界線，制造業(yè)的國際化已是一個客觀事實。據不完全統(tǒng)計，2003 年我國模具生產廠點約有 2 萬多家，從業(yè)人員約 50 多萬人，2004 年模具行業(yè)的發(fā)展保持良好勢頭，模具企業(yè)總體上訂單充足，任務飽滿，2004 年模具產值 530 億元。進口模具 18.13 億美元，出口模具 4.91 億美元，分別比 2003 年增長 18%、32.4%和 45.9%。進出口之比2004 年為 3.69:1，進出口相抵后的進凈口達 13.2 億美元，為凈進口量較大的國家。在 2 萬多家生產廠點中，有一半以上是自產自用的。在模具企業(yè)中，產值過億元的模具企業(yè)只有 20 多家，中型企業(yè)幾十家，其余都是小型企業(yè)。 近年來， 模具行業(yè)結構調整和體制改革步伐加快，主要表現為：大型、精密、復雜、長壽命中高檔模具及模具標準件發(fā)展速度快于一般模具產品；專業(yè)模具廠數量增加，能力提高較快；"三資"及私營企業(yè)發(fā)展迅速；國企股份制改造步伐加快等。雖然說我國模具業(yè)發(fā)展迅速，但遠遠不能適應國民經濟發(fā)展的需要。我國尚存在以下幾方面的不足:河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書4第一，體制不順，基礎薄弱。 “三資”企業(yè)雖然已經對中國模具工業(yè)的發(fā)展起了積極的推動作用，私營企業(yè)近年來發(fā)展較快，國企改革也在進行之中，但總體來看，體制和機制尚不適應市場經濟，再加上國內模具工業(yè)基礎薄弱，因此，行業(yè)發(fā)展還不盡如人意，特別是總體水平和高新技術方面。 第二，開發(fā)能力較差，經濟效益欠佳.我國模具企業(yè)技術人員比例低，水平較低，且不重視產品開發(fā)，在市場中經常處于被動地位。我國每個模具職工平均年創(chuàng)造產值約合 1 萬美元，國外模具工業(yè)發(fā)達國家大多是 15～20 萬美元，有的高達 25～30 萬美元，與之相對的是我國相當一部分模具企業(yè)還沿用過去作坊式管理，真正實現現代化企業(yè)管理的企業(yè)較少。 第三，工藝裝備水平低，且配套性不好，利用率低．雖然國內許多企業(yè)采用了先進的加工設備，但總的來看裝備水平仍比國外企業(yè)落后許多，特別是設備數控化率和CAD/CAM 應用覆蓋率要比國外企業(yè)低得多。由于體制和資金等原因，引進設備不配套，設備與附配件不配套現象十分普遍，設備利用率低的問題長期得不到較好解決。裝備水平低，帶來中國模具企業(yè)鉗工比例過高等問題。第四，專業(yè)化、標準化、商品化的程度低、協作差． 由于長期以來受“大而全”“小而全”影響，許多模具企業(yè)觀念落后，模具企業(yè)專業(yè)化生產水平低，專業(yè)化分工不細，商品化程度也低。目前國內每年生產的模具，商品模具只占 45%左右，其馀為自產自用。模具企業(yè)之間協作不好，難以完成較大規(guī)模的模具成套任務，與國際水平相比要落后許多。模具標準化水平低，標準件使用覆蓋率低也對模具質量、成本有較大影響，對模具制造周期影響尤甚。 第五，模具材料及模具相關技術落后．模具材料性能、質量和品種往往會影響模具質量、壽命及成本，國產模具鋼與國外進口鋼相比，無論是質量還是品種規(guī)格，都有較大差距。塑料、板材、設備等性能差，也直接影響模具水平的提高。1.1.2 國內模具的發(fā)展趨勢巨大的市場需求將推動中國模具的工業(yè)調整發(fā)展。雖然我國的模具工業(yè)和技術在過去的十多年得到了快速發(fā)展，但與國外工業(yè)發(fā)達國家相比仍存在較大差距，尚不能完全滿足國民經濟高速發(fā)展的需求。未來的十年，中國模具工業(yè)和技術的主要發(fā)展方向包括以下幾方面: 1） 模具日趨大型化； 2）在模具設計制造中廣泛應用 CAD/CAE/CAM 技術； 河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書53）模具掃描及數字化系統(tǒng)； 4）在塑料模具中推廣應用熱流道技術、氣輔注射成型和高壓注射成型技術； 5）提高模具標準化水平和模具標準件的使用率； 6）發(fā)展優(yōu)質模具材料和先進的表面處理技術； 7）模具的精度將越來越高； 8）模具研磨拋光將自動化、智能化； 9）研究和應用模具的高速測量技術與逆向工程； 10）開發(fā)新的成形工藝和模具。 1.2 國外模具的現狀和發(fā)展趨勢用模具生產制作表現出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清潔環(huán)保的特性，是其他加工制造方法所無法替代的。近幾年，全球模具市場呈現供不應求的局面，世界模具市場年交易總額為 600～650 億美元左右。美國、日本、法國、瑞士等國家年出口模具量約占本國模具年總產值的三分之一。 國外模具總量中,大型、精密、復雜、長壽命模具的比例占到 50%以上；國外模具企業(yè)的組織形式是"大而專"、"大而精"。2004 年中國模協在德國訪問時，從德國工、模具行業(yè)組織--德國機械制造商聯合會（VDMA）工模具協會了解到，德國有模具企業(yè)約 5000 家。2003 年德國模具產值達 48 億歐元。其中（VDMA）會員模具企業(yè)有 90 家，這 90 家骨干模具企業(yè)的產值就占德國模具產值的 90%，可見其規(guī)模效益。 隨著時代的進步和技術的發(fā)展，國外的一些掌握和能運用新技術的人才如模具結構設計、模具工藝設計、高級鉗工及企業(yè)管理人才，他們的技術水平比較高．故人均產值也較高．我國每個職工平均每年創(chuàng)造模具產值約合 1 萬美元左右，而國外模具工業(yè)發(fā)達國家大多 15～20 萬美元，有的達到 25～30 萬美元。國外先進國家模具標準件使用覆蓋率達 70%以上，而我國才達到 45％．1.3 拉深件模具設計與制造方面拉深是沖壓基本工序之一，它是利用拉深模在壓力機作用下，將平板坯料或空心河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書6工序件制成開口空心零件的加工方法。拉深不僅可以加工旋轉體零件，還可以加工盒形零件及其他形狀復雜的薄壁零件，但是，加工出來的制件的精度都很底。一般情況下，拉深件的尺寸精度應在 IT13 級以下，不宜高于 IT11 級。本設計為簡單的拉深件，形狀比較規(guī)則，但底部圓角存在較高的工藝性問題，直邊區(qū)的變形不是簡單的彎曲, 應力分布不均,可以利用塑性加工理論進行定性分析。因此，只有加強拉深變形基礎理論的研究，才能提供更加準確、實用、方便的計算方法，才能正確地確定拉深工藝參數和模具工作部分的幾何形狀與尺寸，解決拉深變形中出現的各種實際問題，從而，進一步提高制件質量。其工作過程較簡單就一個低方形拉深和下部的低桶形件拉深，根據工藝分析及計算確定它能一次拉深成功。根據計算的結果和選用的標準模架。為了保證制件的尺寸精度，設計時可能高度出現誤差，應當邊試沖邊修改高度。其上部方行件是最典型的盒形拉深件，根據盒形件能否一次拉深成形將其分兩類：低盒形件與高盒形件。盒形件在拉深時由于其幾何形狀的非回轉特性，變形沿變形區(qū)周邊的分布是不均的，直邊區(qū)變形小，圓角區(qū)變形大，而且變形是非常的復雜的。通過網格實驗的分析得出拉深方形的一些變形特點：1.直邊區(qū)的變形不是簡單的彎曲，橫向受壓縮，縱向受拉深，越靠近圓角區(qū)變形越大，另外橫向壓縮變形要比相應圓筒形件小。2.應力分布不均，特別是徑向拉應力的分布很不均勻，中間最大，向兩側直邊區(qū)減小。方形件拉深時同樣存在起皺和裂問題，且發(fā)生在圓角區(qū)。在直邊區(qū)還有一個特殊的工藝問題，即所謂“直邊緩松”現象，這是由于拉深過程中圓角區(qū)材料從橫向擠向徑向直邊，使直邊區(qū)材料沿橫向顯得偏多，造成工件的剛性不好，嚴重時可造成工件的形狀不規(guī)則，出現扭曲現象。這是方形件拉深的特殊質量問題，應該引起注意的。1.3.1 端蓋拉深模具設計的設計思路1、明確設計任務書，收集有關資料在指導老師的指導下，擬定設計任務——方形件拉深以及設計進度計劃，并仔細閱讀《沖壓工藝與模具設計》教材，了解本設計的目的、內容、要求和步驟，以及查閱有關模具圖冊、設計手冊等資料；了解本設計零件的用途、結構、性能，在整個產品中的裝配關系、技術要求、生產批量，采用的沖壓設備型號和規(guī)格，模具零件的制造加工工藝及標準化等情況。2、工藝分析及工藝方案的制定河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書7經分析制件的技術要求，結構工藝性及經濟性都符合工藝要求，確定總體工藝方案，填寫工藝卡。3、工藝計算及設計（1） 、排樣及材料利用率計算 （2） 、刃口尺寸的計算（3） 、沖壓的計算，壓力中心的確定，沖壓設備的初選，根據排樣圖和所選的模具結構形式，可以方便計算出所需總壓力。待模具總設計好后，校核設備裝模尺寸，最終確定設備型號及工藝參數。4、模具結構設計(1)、確定凹模尺寸 先計算出凹模的厚度，再根據厚度確定凹模周界尺寸，在此需要考慮的三個問題：第一，要考慮凹模上的螺孔、銷孔的布置；第二，壓力中心一般與凹模的幾何中心重合；第三，凹模外形尺寸盡量按國家標準選取。（2） 、選擇模架并確定其他沖模零件的主要參數 根據凹模周界尺寸大小，從《冷沖模國家標準》中確定模架規(guī)格及主要沖模零件的規(guī)格參數。（3） 、畫沖模裝配圖 裝配圖上零件較多、結構復雜，為準確、迅速地完成畫圖工作，必須掌握正確的畫法。（4） 、畫沖模零件圖（5） 、編寫技術文件 技術文件包括：說明書、沖壓工藝卡和機械加工工藝過程卡。河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書82 沖壓件的工藝分析2.1 引言設計的目的是在于鞏固所學的理論知識，熟悉了解有關資料，樹立正確的設計思想，掌握設計方法，培養(yǎng)實際工作能力，通過沖模結構設計，在沖壓工藝性分析，沖壓工藝方案論證，沖壓工藝計算，沖模零件結構設計，編寫技術文件和查閱技術文獻等方面受到依次綜合訓練。本設計題目為低上盒下圓形件拉深模,但對做畢業(yè)設計的畢業(yè)生有一定的設計意義，它概括了拉深零件的設計要求、內容及方向。通過對該零件模具的設計，進一步加強了設計者沖壓模設計的基礎，為設計更復雜的沖壓模具做好了鋪墊和吸取了更深刻的經驗。拉深件的工藝性是指從沖壓工藝方面來衡量其設計是否合理，一般地講，在滿足工件的使用要求條件下，能以最簡單的最經濟的方法將工件沖制出來。2.2 拉深件工藝分析原始資料：如圖 1 所示河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書9材 料：LY12厚 度： 0.6mm圖 1 制件圖根據零件結構可知：此工件為無凸緣上方下圓形工件，要求內形尺寸，沒有厚度不變的要求。此工件的形狀滿足拉深的工藝要求，可采用拉深工序加工。工件底部圓角半徑 r=3mm,大于三倍的壁厚尺寸，滿足首次拉深工藝要求，因此不需在拉深工序（拉深工序底部圓角半徑 r=0.5mm）后須增加一道整形工序以滿足制件尺寸上質量要求。內形尺寸為 32mm 的公差等級為 IT13 級，滿足拉深工序對工件公差等級的要求。工件的總體高度到最后可由切邊達到要求。用于拉深的材料的一般具有較好的塑性、低的屈強比、大的板厚方向性系數和小的板平面方向性。LY12 是較普遍的材料，價格便宜，資源豐富，其退火后并且滿足拉深件對材料的要求，厚度為 0.6mm。河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書103 確定工藝方案根據制件的工藝分析,知道制件上部是個簡單的方形拉深件下部是個淺筒形件。經制件的工藝性分析，由沖裁工藝可知，該制件可能包括落料、拉深或拉深、切邊基本工序，可以有以下二種工藝方案：方案一：先落料，再拉深。采用單工序模生產。方案二：拉深和切邊復合沖壓。采用復合模生產。方案一、模具結構簡單，但需兩道工序兩副模具，沖件多次定位，加工尺寸積累誤差較大，模具制造成本高而生產率低，難以滿足批量生產要求。方案二、只需一副模具，工件的精度及生產效率都較高，工件平整,同軸度高,對稱度及位置誤差小,由于該沖裁件為方形并且需切邊,落料和拉深幾道工序才可完成,所以對于該工件尺寸較小,同軸度要求較高。因此，根據工件的外形及尺寸關系選擇方案二,為拉深切邊復合模。河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書114 主要工藝參數的計算4. 1 拉深毛坯尺寸拉深件的工藝計算是拉深工藝設計中的一個環(huán)節(jié)，本制件的工藝計算屬于較簡單的。其主要的內容包括計算毛坯直徑、決定拉深次數及確定壓邊裝置等。根據表面積相等原則，用解析法求該零件的毛坯直徑 D?？砂聪旅娴某绦蛴嬎悖?.確定修邊余量在拉深的過程中，由于材料的各向異性，模具間隙不均，摩擦力不均及定位不準等因素的影響，使拉深的口部不齊。為保證制件高度方向的尺寸精度，須進行修邊，在計算毛坯尺寸也須計入修邊余量。2.計算拉深毛坯尺寸由于板厚 t 小于 1mm，故可直接用工件圖所注尺寸計算，不必用中線尺寸計算。(1) 先計算下部筒形部分毛坯由沖壓課本中式 4.5 計算可得， mrdHdD 09.325.60.27.1327456.072.1422 ??????????（2） 、求出盒形彎曲部分的展開長度 L由 r 角/B=3/32=0.094，工件的相對高度 2.2/r=5.2/3=0.73，由式 3.2 計算展開]2[長度為L=H+0.57R 底 式中，H———拉深件高度（mm） ，R 底———底部圓角半徑（mm） ，r 角———轉角圓角半徑（mm）.即 L=2.2+0.57×0.5=2.485mm（3） 、圓角部分展開的圓弧半徑 R河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書12由式 R= ）（ 底角底角角 RrHr16.086.02???= )5..3(5..39???=4.57mm（4） 、作出圓角部分到直邊部分階梯過度的平面毛坯 ABCDEF（5） 、過 BC、DE 中點分別向半徑為 R 的圓弧作切線，并用圓弧圓滑過渡，使f1=f2，最后得角部毛坯輪廓線見下圖：圖 2 毛坯輪廓圖由以上的計算可推算出整體毛坯為圓形，毛坯直徑 D 取 38mm.河 南 機 電 高 等 專 科 學 校 畢 業(yè) 設 計 說 明 書134.2 確定拉深次數利用筒形件相對高度進行判斷, h/d=5.2/27=0.19＜0.6 和盒形件H/B=2.2/32=0.069＜0.3B可知：工件可一次拉成4.3 確定是否用壓邊圈及類型在拉深過程中工件易發(fā)生起皺現象，制件在成形過程中，凸緣的起皺現象主要取決于毛坯的相對厚度、變形程度和凹模的幾何形狀等。為了解決這個問題，生產實際中主要方法是在模具結構上采用壓料裝置。常用的壓料裝置有剛性壓料裝置和彈性壓料裝置兩種。是否采用壓料裝置主要看拉深過程中是否可能發(fā)生起皺現象，可根據坯料相對厚度 來確定，相對厚度 t/D×100=0.6/38×100=1.58，查表得，當Dt1.5
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