说明书-铝盖成型工艺分析与模具三维造型设计

题目：铝盖成型工艺分析与模具三维造型设计姓 名： 学 号： 院 系： 专 业： 指导教师： 65目录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1 课题研究的意义11.1.1铝盖在市场中的作用11.1.2基于Pro/E的铝盖模具三维造型设计的意义11.2 铝盖的市场分析与发展前景21.3 铝盖的研究现状31.4 国内外易拉盖的发展现状61.5课题研究对象的选择71.6易开盖概述7第二章 模具CAD/CAE/CAM技术92.1 CAD/CAE/CAM基本概念92.2 CAD/CAE/CAM 技术在冲压模具行业中的应用92.3 模具CAD/CAE/CAM技术的优点102.4 模具CAD/CAE/CAM技术的特点11第三章 206型铝制易开盖基本盖成型工艺分析及计算123.1 基本盖成型工艺分析123.2 冲压方案的确定133.3 基本盖成型工艺分析133.4 工艺尺寸计算213.4.1基本盖毛坯尺寸计算213.4.2排样设计223.5计算压力中心233.6高速冲床的选择243.7计算刃口尺寸253.8拉深模具工作部分尺寸计算26第四章 206型铝制易开盖成品盖的成型工艺分析及计算284.1成品盖的工艺分析284.2成品盖模具的尺寸及精度要求314.3 拉环成型工艺分析324.4易开盖模具结构分析344.5成品盖的模具结构设计354.6第一站模具的主要零部件设计374.7模具其他工作部位零件设计37第五章 基于PRO/E的206型易开盖模具三维造型设计395.1 基本盖成型模具三维造型395.1.1 上模芯的绘制395.1.2上模芯座的绘制405.1.3 其他模具零件的绘制405.2 成品盖成型模具的三维造型425.2.1 第一站 起泡（BUBBLE）435.2.2 第二站 起钮（BUTTON）465.2.3 第三站 钮整（BUTTON REFORM）465.2.4 第四站 加强梁成型（PANEL）475.2.5 第五站 辅助刻线与止滑点（SCORE）485.2.6 第六站 刻线（PANEL）495.2.7 第七站 拉环组装（TAB STAKING）495.2.8 第八站 整平（DOMING）505.3 模具总装设计51总结54致谢55参考文献56附录58一、基本盖其他成型模具58二、实际生产中的不同工位的基本盖成型模具60三、拉环模64摘要本文以206型铝制易开盖为例研究了铝盖的成型工艺及其模具的三维造型设计，其成型过程分为基本盖成型和成品盖成型，其中基本盖的成型工艺流程为：盖材一次冲压成型卷缘注胶包装；成品盖的工艺流程为：基本盖起泡起钮钮整加强梁成型切线拉环成型刻字拉环组装整平起拱；在成型工艺分析的基础上运用三维造型软件Pro/E对206铝制易开盖的基本盖的模具工作部位及成品盖的八站成型工序分别进行三维造型。本文首先结合大量专业文献就铝盖的市场现状进行了分析并对发展前景进行展望，阐述了到目前为止铝盖的研究现状，并对Pro/E三维造型软件进行了简介。在综合考虑国内生产实际及市场需求的前提下，决定选用206型铝制易开盖作为研究对象研究铝盖的成型工艺，并运用Pro/E对其成型模具进行三维建模；在成型工艺分析中采用冲压拉深的加工方法加工基本盖，并详细计算了毛坯尺寸、冲裁力、压力中心以及模具刃口尺寸等，然后对基本盖的成型模具进行了三维造型设计，并对成品盖第一站模具的各种主要零部件进行了设计和计算。最后，运用Pro/E对成品盖加工成型的八站工序分别进行了三维造型。整个论文内容详尽充实，符合当前国内生产需要，对易开盖及铝盖的研究设计具有一定的指导意义。关键词：铝盖 易开盖 工艺分析 三维造型Abstract The three-dimensional modeling design molding process based on the 206 type aluminum lid is studied and the mold of aluminum cover, The molding process is divided into the basic cover molding and the finished lid forming, The basic cover molding process flow is, Material, Stamping forming, curling, plastic injection, packaging; production process finished cover can be divided into: cover blank, foaming, play button, button setting, strengthening beam forming, Tangent ring forming, Lettering, Ring assembly and Leveling arch. Firstly, this paper analyzes the market status of aluminum cover and prospects for development, The research status of the aluminum cover is described,And the Pro/E 3D modeling software is introduced,In the premise of considering the actual domestic production and market demand, Decided to use the type 206 aluminum lid as molding process study of aluminum cap, And the 3D modeling of its forming die by Pro/E. In the process of forming process analysis, the basic cover of stamping drawing is adopted. And detailed calculation of the blank size, Cutting force, Pressure center, As well as die edge size etc. Then the 3D modeling design of the basic cover molding tool is carried out.And the design and calculate was carried for the first mould of the product lid, The 3D molding of the eight processes of the product lid by Pro/E.The whole thesis is full of details，Meet current domestic production needs,and its a certain guiding significance of the research and development of easy-open-lid and aluminum cover.Key words: Aluminum cover, Easy-open-lid, Process analysis, Three-dimensional modeling第一章 绪论1.1 课题研究的意义1.1.1铝盖在市场中的作用目前流通与市面上的瓶盖及罐盖的种类繁多，应用最多的几种是皇冠盖、塑料盖和铝盖。皇冠盖主要应用与啤酒行业；塑料盖由于密封性差、对环境污染大等缺点正逐渐被市场淘汰。铝盖是由铝合金材料经冲压等工序成型的新型瓶盖种类，具有外形简单，制作精细等优点。与其他材料的瓶盖相比，铝制瓶盖具有以下特点：（1）铝制瓶盖具有明显的价格优势，物美价廉；（2）铝制瓶盖用于包装拥有着营销支持，因为铝制瓶盖具有使用便利，加工相对简单，能够增加包装形式的多元化；（3）铝制瓶盖具有很好的密封性，能够对其包装的产品起到一定的保护作用；（4）铝制瓶盖包装由于其性质和结构的特殊性，能够有效的保护产品不被盗用，从而给伪造造成了障碍，可有效的保证产品的唯一性，保护厂家的利益不受侵害；（5）铝制瓶盖容易加工，可以做成各种具有美观性的形状，能够在产品的包装形式上带给消费者不同的体验；1.1.2基于Pro/E的铝盖模具三维造型设计的意义 作为生产各种工业产品和民用产品的重要基础工艺装备，模具已经发展成一门极其具有发展潜力的新兴产业，已经渗透到机械、汽车、电子、航空、通讯等工业领域，对国民经济的发展有着极其重要的意义，关系到国家制造业的发展前景，关系到国民经济的发展快慢。目前市面上的大部分冲压零件，在相当长的的一段时间内只能通过二维CAD设计平台完成，虽然二维CAD平台在设计方面的发展非常成熟，能够完成绝大多数模具的设计工作，但是随着工业水平的不断发展，工业产品的更新速度不断加快，对模具的设计也提出了更高的要求，主要体现在对精度的要求越来越高，但对设计周期却希望尽量缩短，特别是精密五金产品及航空、汽车等要求精度极高的产业，此时，二维CAD设计平台的不足之处就体现出来：由于是二维图形，不能够直观形象的展现设计产品，国际设计标准不统一，图纸交流容易产生歧义，不能完整的反映出设计意图，无法进行干涉检查，需要大量的后期修改完善等，这些不足在追求效率的现代化工业生产中对企业来说是很致命的。三维CAD技术则可以很好的解决二维CAD所存在的难题，它能够将设计产品以实体的形式展现出来，直观的反映出设计的思路和产品的结构，目前，三维CAD技术已经在很多领域取代了二维CAD技术，成为冲压行业乃至整个工业生产中的首选设计工具。Pro/E就是其中的一款具有领军作用的三维设计软件，PTC是世界上最早将参数化应用到软件设计及使用中的公司，其参数化理念在其作品Pro/E中的到了完美展现，Pro/E具有可视化程度高、形象直观、设计效率高和支持并行工程等特点，不仅在提高模具设计的标准化和通用化方面具有很大的推动作用，而且其参数化的设计模式可大大缩短模具设计周期，成倍提高设计效率，从而为企业打开市场创造更好的条件，创造更多的效益。对铝盖成型模具进行三维造型设计，不仅能加强对铝盖整体结构及成型工艺的理解，而且可以锻炼学生熟练运用Pro/E软件进行模具设计的能力，同时，作为目前具有极大市场前景的铝盖产业，利用Pro/E对其成型模具进行设计，能够极大的提高设计效率，缩短铝盖的生产周期，降低成本。因此，运用Pro/E对铝盖成型模具进行三维造型设计是十分有必要的。1.2 铝盖的市场分析与发展前景铝作为一种相对年轻的金属，直到20世纪初期才形成工业生产规模，由于铝及其合金的优良的物理性能，良好的加工性能以及高的回收再生性等，被广泛用于工业生产及日常生活中1。其中包装容器工业是铝及铝合金材料的三大用户之一，年耗铝量占铝总产量的21%左右2，在包装容器行业中，饮料包装很重要的一部分，而饮料包装又以金属罐使用最为广泛3。从20世纪80年代以来，铝制易拉罐已在包装领域上占据了绝对的优势地位4。易拉罐分为二片罐和三片罐，二片罐是由罐身和罐盖组成，三片罐由罐身、罐底和罐盖组成5，据报道6,截止2006年，全球铝制易拉罐的总产量已达430万t左右。除美国、日本、欧洲等少数国家和地区发展态势已相对稳定外，中国、巴西、印度等大多数国家仍处在高速发展期，据估计，全球的易拉罐年增长率将会在8%左右。巨大的易拉罐市场带动铝合金罐盖的需求量也必将加大，除了用于易拉罐罐盖之外，铝合金罐盖还广泛应用在其他容器如玻璃瓶、马口铁等常见食品包装中，基于其庞大的市场容量，铝盖所具有的发展潜力是十分巨大的。目前，我国每年对铝盖的需求量在以10%的比例增长，随着食品包装样式的增多，尤其是瓶罐类容器的兴盛，铝盖作为最重要的封口装置，其需求量必然会日益加大。由于欧美等发达国家已经将铝盖的规格和生产技术和生产规模提升到能满足自身需要的地步，作为“世界工厂”的中国，目前的研究方向应该是将铝盖的规格进行改造，达到节约成本的目的，同时努力开发价格适中且实用的生产装置，来适应不断发展的工业水平，满足铝盖生产的需要。1.3 铝盖的研究现状目前铝盖用材大多采用5xxx系列，该系列中运用最多的是5182，在加工原材料确定，不可更改的情况下，为了提升产品的质量和降低生产成本，提高生产工艺是研究的重点，同时，对成型模具的改造提高也是研究的主要方向之一。J.K.McBride等7通过回顾铝制饮料罐罐盖的发展过程，分析了从早期使用H19状态的刚性容器板材到开发5182合金的原因，着重说明了5182合金加工硬化及不完全退火性能，并讨论了这一工业中迫使改善产品冶金性能的一些变化。黄瑞银8对5182铝合金罐盖料的化学成分及含Si杂质的控制，生产中熔体处理、铸造、均匀化处理、热轧、冷轧、热处理、表面处理等工艺技术问题进行研究，从各方面评述了目前5182铝合金的生产工艺。文中详细分析了5182化学成分中各元素的作用，得到如下结论：Mg以固溶于-Al基体和析出相（Mg5Al8或Mg2Al3）两种形式存在。其中（Mg2Al3）相为复杂面心立方亚稳定相，有转变为Mg5Al8稳定相的热力学趋势；相在-Al基体具有如下特点：a,析出形核困难、核心少且沉淀相尺寸粗大；b，共晶组织中的相很脆；c，相的电极电位较-Al基体低，即呈阳性存在。上述特点a、b将导致合金塑性下降且易产生应力集中现象；c特点直接导致合金在腐蚀性介质中服役时形成以Al基体为阴极、（Mg5Al8或Mg2Al3）相为阳极的微电池反应，即发生所谓的点腐蚀。故商用5xxx系列合金中的Mg的含量一般不超过w(Mg)=5.5%；Mn含量通常小于1.0%，主要作用是提高再结晶温度、提高合金的抗腐蚀性能、提高强度以及降低脆性；Cr的作用于Mn类似；Ti作为晶粒细化剂，Zn对合金的性能影响很小等结论。同时还分析了各种加工工艺的方法以及优缺点。任允清等人9通过5182铝合金的熔铸试验，得出合理的熔炼和铸造工艺参数，保证了5182铝合金铸锭的化学成分和冶金质量，同时也解决了铸造过程中的锭尾余漏、大面积漏铝和热裂的问题，对铝锭铸造技术的提高具有指导作用。 王文强等人10就5xxx系铝合金罐盖料带材冷轧过程中带材表面产生的质量缺陷进行分析，通过对设备的改造和参数调整，以及对轧制工艺的改善，优化了罐盖带材表面质量。任继嘉10从环保的角度出发，在易拉罐及拉环上试验用水性涂料涂敷，经过大量的试验对比，得出如下结论：罐盖用水性涂料，如选择适宜的烘烤温度，可作罐盖的内涂料。拉环用的水性涂料，具有和当前使用溶剂型涂料同样的涂膜性能，在涂膜工序中也不存在问题，因此，可实用化。吴剑淼等人11分析了金属罐罐盖的冲压工艺性，为了提高加工的效率和加工质量，设计了罩边冲模结构。其结构如图1-1所示 图1-1 冲模结构图1.上压头 2.垫块 3.基座 4.模芯轴 5.上模板 6.罩边凹模垫片 7罩边凹模 8.锁紧螺母 9.上模芯 10.定位模芯 11.定位模芯垫片 12.罩边凸模 13.罩边凸模垫片经过计算，该冲模在保证罐盖加工精度的前提下大大提高了加工效率，减少了罐盖的加工成本，且该模采用罩边技术，罩边模换模方便，适用于各种盖型，具有极强的市场适应性，能够创造实际的价值。孙守业等人12针对铝盖小、薄、软的特性，在工艺分析计算的基础上，对其加工过程中所必须的落料、拉伸、切边、废料退出等多工序采用一次成形模具设计。其模具结构如图1-2所示： 图1-2 一次成形模1顶杆件 2.凸凹模 3.硬橡胶 4.滑杆 5.拉伸凸模 6.切边刀 7.卸料器 8.铝盖零件 9.落料凹模其模具要求结构紧凑，各相关零件尺寸计算精确，弹簧的轻度悬着适中，以保证动作间连续，受力均匀，同时要考虑切边废料的排出问题。蒋友光13对目前市场中常见的铝盖二次拉伸模具进行改造，将二次拉伸改进为一次拉伸。其设计要点为在设计铝盖一次拉伸成型复合模时，必须考虑一次拉伸与二次拉伸的协调性，以保证铝盖能够顺利拉伸；要求受力均匀，以保证动作连续，适合批量生产；要求拉伸模具结构紧凑，以适合于普通冲床能够使用。其模具结构如图1-3所示 图3-3 铝盖一次拉伸型复合模具 1.卸料杆 2.压料圈 3.二次凹模 4.落料凹模 12.凸模 13.一次压边圈 14.二次压边圈 15.落料刀 19.二次压边圈活塞 26.切边刀 这种铝盖复合模具具有裁落料、压料、复合拉伸、切边和卸料功能。二次凹模上平面与上模板下平面留有10mm的垂直空当，以使一次拉伸铝筒达到10mm高度时才开始二次拉伸过程。一次、二次压边圈均采用压缩空气压边方式，以保证单位压边力在拉伸过程中始终保持均匀一致。依稀压边圈与落料刀之间、与二次压边圈之间、二次压边圈与下模板之间均采用密封圈密闭，落料刀与下模板镗孔之间采取过渡配合，下压密封圈，保证一次压边圈下方的密闭空间内压缩空气不泄露，保持一次压边圈压边力可靠。二次压边圈下接活塞，活塞与凸模座之间、活塞与缸体之间采用密封圈密闭，保证活塞下方的密闭空间内压缩空气不泄露，是二次压边圈压边力可靠。 1.4 国内外易拉盖的发展现状 在国外，日本的几家公司开始把旋转式瓶盖武装到易拉罐上，虽然方便的设计受到消费者的欢迎，由于其生产成本过高，为多数生产商所拒绝；2004年8月，Coins包装公司研制成功了“EPOL”(易开启盖)。这种罐盖采用聚合物涂层的钢环和抗腐蚀铝箔片热封，可以用于现有的灌装设备，铝箔盖可以安全开启，更适合于老人和小孩使用。日本一家公司发明了一种可以多次使用的易拉罐方便盖。这种盖成凹形壁有回槽边可以保证盖严饮料不泄漏甚至不气化摇晃或倾倒也不外溢。该产品不附有开罐器使用非常方便。美国镧罐业为了太幅降低成本，不断进行罐口的改进。8O年代后期209罐口改为206罐口，现在206罐口改为204罐口的研究也已成熟，开始推向市场。率先采用的有美国库尔兹制罐厂，斯多里模具设备有限公司及雷诺金属公司等。目前正在研究202罐口的技术。由于罐口的缩小，使之相配的易拉盖直径变小，罐口从209改为206，每个盖用的铝板可减少约27 ；从206改为204，每个盖用的铝板可减少约22；同时罐体的制造成本也相应降低，如206罐口改为204罐口，每个罐体可节约铝板约17 ，从而使整套罐的生产成本大大降低，小罐口相对于大罐口更显得精美别致，这将使制罐企业及饮料啤酒企业双双受益。国内制罐企业可以借鉴国外的生产技术与经验，不断依靠科技进步，取得企业的生存与发展8。中国制盖的总量需求为2000年约400亿只，其中主要是各种金属的易拉盖、防盗盖和旋开盖、皇冠盖。上世纪90年代以来，在啤酒和各种饮料工业迅猛发展的刺激下，瓶盖厂引进大量的瓶盖生产线，目前我国拥有进口的冲压生产线近200条，速度分别为：每小时11万、14万、27万不等。年各类瓶盖生产能力超过700亿只，而实际啤酒用量不足300亿只，饮料50亿只，供大于求。易拉盖主要是铝制易拉盖和马口铁大开口的易拉盖、异形大开口易拉盖等。易拉盖九五期末比八五期末增长了15，十五期末的预测产量是160亿只，比九五期末增长613，到2010年预计能达到259亿只. 马口铁和铝合金是制罐盖的主要金属材料，马口铁制盖与同一厚度的铝制盖相比，强度好，不易造成损伤或出现凹坑，其最大的优点是可用焊锡做整罐的成型加形 。近年来，由于马口铁中的锡资源不足，价格持续上升，不得不尽可能地减少马口铁的用量。铝制盖具有质轻、金属色泽好等优点，但由于整罐无法用焊锡加工成型， 使它不能完全替代马口铁制盖。马口铁铝塑易拉盖既具有马口铁制盖强度好、可以锡焊的特点，又具有铝制易拉盖的质轻、外观美、耐腐蚀的特点，此外，马口铁铝塑易拉盖还具有成本低、易成型等优点。国内目前所使用的复合易拉盖都是进口成品，还未见高校或研究所做相关生产工艺、设备的研究，因此，研制马口铁铝塑复合易拉盖对罐盖生产行业推出新产品、增加行业竞争力有着重要的意义。目前，我国使用铝罐盖的马口铁罐头数量不大，只有少数几种产品如八宝粥、核桃仁、花生仁等。预计，今后每年将以5的速度增长14。1.5课题研究对象的选择铝盖由于其特有的结构及加工特点，被广泛运用于白酒、罐头、饮料等各种食品包装中，由于不同的包装形式对罐盖的性能有不同的要求，因此，在本文中将以目前市面上最为常见的易开盖为对象，对易开盖进行进行工艺分析。鉴于目前国内仍普遍采用206式易开盖，而国外，尤其是欧美等发达国家204罐口易开盖研究已经成熟，202罐口的研究也正在进行中，罐口的改进将减少制罐用材，从根本上节约成本，因此，对目前已有的易开盖进行工艺分析，将为易开盖乃至整个铝盖行业的发展提供积极的指导作用。1.6易开盖概述易开盖即我们所说的易拉盖(Easy Open End),我们习惯简称EOE。常见的有可口可乐、红牛饮料、银露八宝粥、王老吉凉茶等，所用的易开罐盖都是我们说的易开盖。这些都是铝质易开盖，还有铁制易开盖。铁易开盖多用于奶粉、食品罐头，以及比较大的油漆以及涂料的灌装盖，从几十毫米到一百多毫米。1.易开盖名称简介：Easy Open End - 易开盖 简称: EOEBasic Shell - 基本盖 简称: BSRing Pull Type - 拉环型 简称: RPTStay On Tab - 保留型（环保盖） 简称: SOTFull Appearance - 全开型 简称: FA 基本盖：就是易开盖初成型的盖子，即半成品盖（未扣拉环）；拉环盖：即常见的饮料上的可以拉掉的最通用的易开盖；保留盖：为开启后拉环保留在易开盖上，因为丢弃的拉环不好回收，会造成环境污染，因此称为环保盖；全开盖：开启后整个盖面被开启，多用于八宝粥和食品罐头。2.易拉盖的型号分类及尺寸计算如下：113RPT：卷封后罐体上缘外径为113/16英寸的拉环盖；200RPT：卷封后罐体上缘外径为2英寸的拉环盖；206RPT：卷封后罐体上缘外径为26/16英寸的拉环盖；206SOT：卷封后罐体上缘外径为36/16英寸的环保盖（即保留盖）；209FA： 卷封后罐体上缘外径为29/16英寸的全开盖；同时，在还有202、204等型号的易开盖，在国内比较少见。另外在铁盖方面还有许多的异型盖（如正六边形）和300、400等较大规格的铁易开盖。为了更有效的利用铝材，在不影响使用的情况下，罐口的不但减小，是目前的一个国际化趋势。但是对于制罐的技术也要不但的更新和发展，这样才能促进整个易开罐和易开盖行业的整体发展。3.易开盖基本外形的各部分名称如下：图3-3 206铝质拉环盖（206RPT）第二章 模具CAD/CAE/CAM技术 模具作为生产各种工业产品和民用产品的重要基础工艺装备，是将工艺加工从普遍采用切削加工推进发展和实现少无切削加工的主要动力，在目前的的汽车、电子、电器、家电和通讯行业中，超过80%的零部件都需要采用模具加工，可以说离开了模具，上述行业乃至整个贸易市场都会陷入瘫痪，由此可见，模具是一种附加值极高的产品，不仅关系到实际生活的方方面面，更是高新技术产业化进程中的重要一环。模具作为一个国家发展国民经济最重要的基础工业，目前已经被国际社会将其水平高低作为衡量一个国家制造业水平的重要指标，模具按照其成型特点，可分为冲压模具、压铸模具、铸造模具、注塑模具、锻造模具、橡胶模具以及粉末冶金模具等15，其中冲压模具和注塑模具占据了产业的90%左右。随着工业水平的不断发展，企业为了谋求更高的经济效益，对模具设计和制造的要求越来越高，传统的模具加工技术已经显现出能力不足的情况。在发展的前提下，计算机技术被一些先进工业化国家率先运用到工业生产中，计算机具有高速计算能力、巨大存储能力和逻辑判断能力，能够处理一些人工难以甚至是不能处理或计算的工程问题。模具CAD/CAE/CAM技术从20世纪60年代开始研究，仅仅十年就研制出专门系统，推出了面向中小型企业的商业软件，CAD/CAE/CAM技术正式开始应用于模具行业。2.1 CAD/CAE/CAM基本概念CAD/CAE/CAM技术包括计算机辅助设计、计算机辅助制造和计算机辅助工程（Computer Aided Design/ Computer Aided Manufacturing/ Computer Aided Engineering），是计算机技术与制造技术相结合渗透而形成的一门综合应用技术。CAD/CAE/CAM技术的出现从根本上改变了延续了几十年的模具设计和模具制造方式，由于其独特的优越性，现在已经被广泛的应用于各种不同模具的设计与加工中。2.2 CAD/CAE/CAM 技术在冲压模具行业中的应用冲压模具的设计和加工也离不开CAD/CAE/CAM技术，它的应用可归纳为以下六点：1.利用计算机强大的数据处理功能完成复杂模具的几何设计；2.进行工艺分析计算以及辅助成型工艺的设计；3.利用该技术建立起一个包含模具标准零件和标准结构的数据库，在使用时直接调用，从而提高设计效率；4.摆脱手工绘图，通过软件绘制图形，并在绘制完成后直接导出模具图；5.利用计算机软件完成有限元分析，模拟加工过程，优化加工中可能存在的错误；6.可完成加工工艺的设计，并利用计算机语言进行自动数控编程。2.3 模具CAD/CAE/CAM技术的优点相比较于传统的设计加工方法，CAD/CAE/CAM技术具有其明显强于传统工艺的优点，主要有：1. 在优化模具设计方法和提高模具制造水平的基础上提高模具质量计算机中存储的专业技术知识，能够为模具设计和制造工艺的制定提供更科学的依据。设计人员通过与计算机的交互，融合彼此的特长应用于模具开发，使模具设计和工艺更加合理。系统独有的优化设计方法能够有效优化工艺参数和模具结构，CAD/CAE/CAM技术大大地提高了加工能力，一些用传统的车削加工难以加工甚至是根本无法加工的复杂型腔的加工生产成为了可能，这极大的满足了市场对复杂零件的需求，提升了行业的整体水平。2. 提高了生产效率 在市场竞争愈发激烈、产品更新频率更频繁的新形势下，厂家为了提高生产效率不断缩短产品的生产周期。使用传统工艺加工模具的生产周期是以“年”、“月”或“周”计算的，而CAD/CAE/CAM技术的应用将生产周期缩短至以“小时”，甚至“分钟”计算，使得该技术成为企业参与市场竞争的有效武器。正因为如此，汽车工业、家电行业、玩具、钟表、鞋帽、服饰等可用模具生产且竞争激烈的行业，几乎都将模具CAD/CAE/CAM技术的发展应用作为企业发展的基础项目和坚实依靠。3提高计算效率在CAM技术发展之前，设计人员在设计过程中需要进行大量的繁琐的工艺计算、绘制图形和编写程序，浪费了大量的时间，CAM技术将他们从这些工作中解放出来，使其更多地参与到创造性劳动中去，统计显示，在某些设计过程中，设计人员只有10%20%的时间用于设计构思，其余大部分时间则用于查找手册及绘图，效率极低。而通过计算机查阅设计所需数据，不经速度快精度高，而且不易出错，计算机的自动绘图质量好，速度快。此外，运用计算机进行自动编程可节省工艺技术人员大量手工劳动。4. 大幅度降低成本计算机的高速运算优势和自动绘图能力可很大程度上的节省劳动力。模具优化设计可以节省原材料，以冲压件的排样设计为例，通过计算机优化的工艺方案可在原方案的基础上将材料利用率提高6%左右。CAM技术的应用可减少模具在加工和调试过程中的时间消耗，使制造成本降低。由于采用CAD/CAM/CAE技术，产品的设计与生产时间明显缩短，生产周期的压缩增加了单位时间的生产量，这也为高速度的产品更新提供了生产保障。2.4 模具CAD/CAE/CAM技术的特点随着工业产品复杂程度及更新速度的提高，对模具制造设备的要求也相应提高，因此，模具CAD/CAE/CAM系统与其他CAD/CAE/CAM系统相比组成更为复杂，功能更为强大，总结来说具有以下特点：1.强大的几何建模能力产品的几何建模是CAD/CAE/CAM系统的原始依据，目前，工业产品的几何形状由于市场的需要变得越来越复杂且不规则，因此，模具CAD/CAE/CAM系统必须拥有强的几何建模能力才能完成繁杂的模型构建。2.较强的数据管理能力为了方便交流和提高工作效率，模具行业正致力于模具结构标准化的提高，模具结构中将出现大量的标准件，所以，模具CAD/CAE/CAM系统必须具有较强的数据管理能力，能够整合已有的设计经验和行业标准的基础上建立图形库，存储各类标准件，以便设计人员在设计时能够随时调用。3.实用的数据源在模具设计过程中，设计人员需要查阅大量的线图和数表，使用大量的经验公式。因此，模具CAD/CAE/CAM系统不仅要具备大量数据处理的能力，同时还能够将其进行程序化，并建立可调用的程序库。4.丰富的工艺数据库模具制造属于单件生产，其加工说短多样，除常用的切削加工手段外，还采用电火花等特种加工手段，因此，模具CAD/CAE/CAM系统必须建立丰富的工艺数据库。第三章 206型铝制易开盖基本盖成型工艺分析及计算3.1 基本盖成型工艺分析基本盖的结构示意图如图3-1所示 图3-1图中：D1（钩边外径）：64.82mmb （钩边开度）：2.80mmC （埋头度）： 6.30mmH（钩边高度）：2.00mm50.8mm个数：25基本盖零件图如图3-2所示图3-2 基本盖零件图基本盖实体图如图3-3所示图3-3 基本盖实体图基本盖生产工序：盖工件首先经过一次冲压成型，然后进行卷缘和注胶，该过程由三部机器完成，即基本盖成型机、卷缘机和注胶机。由图可知，该工件卷缘部分弯曲近270，一次成型机无法完成卷缘，因此需要卷缘机来实现，注胶机则是将卷缘完成后的基本盖卷缘槽内注入密封胶，通过注入的胶让盖子在封口的时候保证其密封性能。基本盖的材料为5052-H19，厚度为0.254mm。3.2 冲压方案的确定 根据基本盖的制件特性，决定通过一次冲压成型加工基本盖，成型过程是将一整张铝片送入成型模具中，剪切和成型同时进行，其剪切过程通过上冲刀和下冲刀上下挤切铁皮而剪切，使基本盖分离。3.3 基本盖成型工艺分析基本盖的生产工序可分为三步：首先是通过一次冲压成型，再进行卷缘和注胶，整个过程由三部不同的机器完成，分别是基本盖成型机、卷缘机及注胶机。由图3-1可知，基本盖卷缘部分弯曲近270，基本盖成型机不能实现一次卷缘，因此需要通过卷缘机来实现该过程。以卷缘好的基本盖由注胶机在卷缘槽内注入密封胶，以保证盖的密封性能。基本盖的成型是在冲床高速冲压条件下成型的，其工艺流程图如图3-4所示 图3-4 基本盖工艺流程图为了了解它的成型过程，下面将把基本盖的成型过程分为十个工序进行详细说明。工序1：将板料置于模具中，当模具闭合时，基本盖的压料和成形位置如图3-5所示 图3-5 工序1 图3-6 工序2工序2：压料模和切边模在成型力的作用下从铝材板料上剪切下非圆形平面落料，落料被夹在压料模与下活塞之间，形成成形压力，同时可防止卷封平台起皱，上活塞表面接触铝材，从而开始反向压头侧壁的成形过程。如图3-6所示工序3：模具继续闭合，铝材板料从压料模与下活塞之间拔出，上活塞在固定的模具型芯环上成型铝材，同时上活塞与模具型芯环轮廓结合，开始闭模，形成卷封平面的最终形态，继续成形反向压头侧壁，并向保压头区域添加铝材，从而形成耐压性好的盖平面和埋头度。如图3-7所示 图3-7 工序3 图3-8 工序4工序4：当铝材板料被夹紧模具中心和平面冲头表面之间时，反向页头侧壁的成形过程结束。上活塞在上模固定块中的气压闭模作用下，压料模与下活塞之间的铝材板料继续被拔出。如图3-8所示工序5：当反向压头侧壁的成形完成后，模具中心开始在高压气源的作用下向下推动平面冲头，控制盖平面和压头侧壁的成形。随着模具的继续闭合，压料模和上活塞与模具型芯环之间的铝材逐渐形成了基本盖的盖卷封平面和卷封平面边缘。压料模与模具型芯环之间的间隙比铝材厚度小，这为防止卷封平面起皱提供了必要的压力，上活塞依靠上模固定块中的气压继续闭模。如图3-9所示 图3-9 工序5 图3-10 工序6 工序6：压料模，下活塞，模具中心和平面冲头同时向下，基本盖压头侧壁卷封平面及卷封平面边缘继续成形，如图3-10所示，此时，压料模，上活塞和模具型芯环之间的铝材已被完全拉出，上活塞依靠上木固定块中的气压继续闭模。工序7：随后模具闭合，此时耐压基本盖的成形过程全部完成（除最后的卷缘部分），Formatec的基本盖成形方法使得“A”和“B”区的厚度降低，并允许使用更小的强度来成形此区域的半圆形状。由于卷缘过程采用非圆性切边装置，非卷缘卷封平面边缘高度“C”可保持绝对最小尺寸，从而使卷缘过程中有更精确和统一的卷材搭边。如图3-11所示 图3-11工序7 图3-12 工序8 工序8：模具开模，基本盖通过平面冲头和模具中心的向上运动而提升。如图3-12所示工序9：图3-13显示随着平面冲头和模具中心向上运动，基本盖出现离开模具型芯环向上提起的情况，需要注意的是，此时如果上活塞压力太高，基本盖会出现翻转情况，因此，要控制上活塞的压力。 图3-13工序9 图3-14 工序10工序10：图3-14显示平面冲头达到冲程的顶部停下，上活塞的的向下运动恰好使基本盖冲压料模和模具中心冲头处脱模，从模具中排出。气压经过保压头，使得基本盖维持靠住上活塞的状态，最后基本盖离开模具区，由基本盖排盖机送走。 由于铝盖的厚度只有0.254mm，在脱模时肉采用一般冲压模具的顶出机构脱模，会导致基本盖产生一定程度的塑性变形，这会为后续德尔加工工序带来困难，同时也会影响成品盖的质量，故对基本盖采用吹出的方式脱模：即在基本盖加工完成之后，沿模具一侧向基本盖吹风，在风力的作用下使基本盖脱离模具，模具总装及吹风方式示意图如图3-15至3-16所示图3-15 总成型示意图 图3-16 基本盖脱模吹风方向示意图 基本盖在后期的工序中会进行封盖和注胶，上述工序成型完成的基本盖还不能达到封盖和注胶的要求，因此要对其进行卷缘加工，图3-17为卷缘前后的外形对比： 图3-17 卷缘前后外形对比根据工厂生产实际情况，现就实际生产基本盖流程进行简述： 图3-18 上料如图3-18所示，基本盖材由人工堆放在一次成型机进料口处，由分离机将板料分开并输送至下一工步。 图3-19 输送 分离的单一板料由输送板输送到一次成型机进料口处。 图3-20 进料到达进料口的板料进入成型机进行成型加工。 图3-21 冲压成型 图3-22 出料图3-21和3-22所示为经过成型后的板料废料从成型机中排出，落料盖则进入下一道工序。 图3-23 注胶图3-23为经过冲压成型后的基本盖材进行注胶加工。 3.4 工艺尺寸计算基本盖使用的材料为5052-H19，厚度为0.254mm，因为该材料具有良好的冲压性能，是作为冲裁的理想材料。基本盖属于精细类零件，结构看似简单，但加工工艺复杂，对精度要求较高，其具体尺寸要求参考福建鼎盛公司的无汽基本盖厂控技术指标，规格如表3-1所示 表3-1 福建鼎盛公司无汽基本盖厂控要求盖子种类项目206209铝材厚0.245mm铝材厚0.270mm铝材厚0.245mm卷缘外径(mm)64.6764.8764.6764.8771.9572.10卷缘高度(mm)1.902.101.902.101.902.10罐盖深度(mm)6.356.45(RPT)6.326.42(RPT)4.754.85(FA)嵌环深度(mm)1.551.951.702.101.101.30卷缘开度(mm)2.753.70胶重(mg)405052622英寸盖数(Pcs)2526导电值(mA)Max4, Avg1含水量14%说明：胶重：每个易开盖卷缘内附着的密封胶质量，按mg/个计算； 含水量：每个易开盖卷缘内附着的密封胶的含水量； 导电值：易开盖内表面导电能力的大小； 2英寸盖数：每2英寸盖子堆放在一起的个数。3.4.1基本盖毛坯尺寸计算由零件图可知该工件有圆角半径弯曲，因此需要计算其圆角半径。1.拉深件的圆角半径的确定：拉深件底与侧壁件的圆角半径r应满足r t，通常取r （3-5）15；取r=4t=40.254mm=100161.02mm。拉深件凸缘与侧壁件的圆角半径R应满足R 2t，通常取R （4-8）t；取R=6t=60.254=1.5241.5mm。2.修边余量的确定：由表可知，对206型易开盖，拉深前其凸缘直径去64.82mm，即dt=64.82mm，易开盖压头直径取54.50mm，即d=54.50mm。由dt/d=64.82/54.50=1.18931.19，查文献15可知，修边余量应该取3.5mm。修边前凸缘直径应为dt=64.82+（3.52）=71.82mm。查文献15，根据解析法求得毛坯直径D=76.55mm3.判断能否一次拉出由图可知，埋头度h=6.30mmh/d=6.30/54.50=0.11590.116dt/d=71.82/54.50=1.3171.32毛坯相对厚度：t/D100=0.254/76.55100=0.33拉深系数m=d/D=54.50/76.55=0.71查文献15，h/d在0.4至0.8之间，大于制件的h/d=0.116，所以该工件可以一次拉深成型。3.4.2排样设计1.排样方式选择：查文献5，该工件可采用单行直条冲切法，其中D=76.55mm。2.确定搭边值：查文献5，冲裁件与冲裁件之间的搭边值应去a1=1.5mm,冲裁件与条料之间的搭边值应取a2=1.5mm。3.确定材料步距和条料宽度：材料步距h=D+m=77.26mm，条料宽度M=D+2m=77.97mm。4.一个步距内的材料利用效率：公式：=nF0/LB100% 式中 材料利用率,%； F0冲裁件的实际面积, mm2； n该条料上所能冲制出的冲裁件个数； L条料的长度，mm； B条料的宽度，mm。根据AutoCAD绘图得出冲裁件面积F0=4602.36mm2，故=n F0/LB100%=4602.36/（78.0379.55）100%=74.13%设计排样图和生产排样图分别如图3-24,3-25所示 图3-24 设计排样图 图3-25 生产排样图3.5计算压力中心由基本盖零件图可知该工件是中心对称的圆形零件，其压力中心位于圆盖中心。计算冲裁力查文献15可得，5052-H19铝材的抗剪强度=240Mpa，根据板材厚度为t=0.254查表可知推件力系数k1=0.02，顶件力k2=0.03