油箱盖拉深模具设计.docx

本 科 毕 业 设 计题 目 油箱盖拉深膜设计 学 院 制造科学与工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 陈童 学 号 0843021196 年级 08级 指导教师 林光春 教务处制表 二 年 月 日油箱盖拉深模具设计专业：机械设计及其自动化学生：陈童 指导老师：林光春摘 要模具是制造业的重要基础装备，它是“无以伦比的效益放大器”。没有高水平的模具，也就没有高水平的工业产品，因此模具技术也成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一，正因为模具的重要性及其在国民经济中重要地位，模具工业一直被提到很高的位置。在现代工业中，由于模具能保证较高的生产效率和质量，操作简单，还能省料、节能，提高经济效益，因此，模具作为一种重要的成型方法被广泛应用到实际生产中。由于产品的材料和工艺特性不同，生产的设备各异，因此所采用的模具类型也各不相同。论文主要简要介绍了模具（包括冲压模）方面的一些概况和autoCAD技术的情况。重点对油箱盖生产的拉深膜进行了设计，先后对零件的总体结构设计、工艺设计计算、模具零件的设计和装配进行了较为详实的说明。其中还包括了对部分零件的强度校核，如此设计出的结构可确保模具工作运用可靠，保证与其它部件的配合。最后采用atuoCAD画出一套模具装配图和各非标准零件图。关键词： 模具 拉深 设计 校核Tank cover Blanking mold designMajor：Machine Design and AutomationStudent: Chen tong Supervisor : Lin guangchunAbstractThe mold is an important foundation for equipment manufacturing, it is unparalleled efficiency amplifier. High levels of mold, there is no high level of industrial products, mold technology has also become an important symbol of one measure of the level of a national manufacturing, because of the importance of the mold and its important position in the national economy, the mold industry has been been referred to the very high position.In modern industry, because mold can ensure high productivity and quality, simple operation, but also material saving, energy saving, improving economic efficiency, therefore, mold as an important shaping methods have been widely applied to practical production.Due to the characteristics of different materials and processes, production equipment, widely different types of molds used also vary. Thesis briefly introduces the mold (including stamping mold) some aspects of overview and autoCAD technologies.Focus on the tank cover was designed, has the overall structure of the part design, process design and calculation, mold design and assembly of parts for a more detailed explanation.It also includes some parts of the strength check, so the structure can be designed to ensure reliable use of mold work to ensure coordination with other components.Finally draw in the hope of a mold assembly autoCAD drawings and plans of various non-standard parts.Key words: Mold Blanking Design Check目 录1 绪论211模具工业的地位及现状312模具CADCAM技术地位及现状41.2.1模具CAD/CAM技术地位41.2.2模具CAD/CAM技术的特点41.2.3 国内外CAD/CAM技术的情况41.3 模具的发展趋势514冲压模具简介5141冲压成形与冲压模具的概念5142冲压模具的分类615本课题研究的意义716本课题研究的内容72 冲压拉深零件的结构设计与工艺分析82.1拉深零件图分析82.2拉深工艺性分析9 2.3冲压加工的先进性分析3工艺方案的确定103.1工艺方案分析103.2毛坯直径计算113.3判断拉伸次数123.4工序的组合和顺序的确定134模具主要零部件的结构设计144.1落料凹模的结构设计144.1.1凹模轮廓尺寸的确定144.1.2凹模材料的选用：154.1.3凹模强度的校核154.2落料凸模的结构设计164.2.1凸模的形式164.2.2凸模的长度计算164.2.3凸模材料的选用164.2.4凸模强度和刚度的校核164.3定位零件的设计18导料销与挡料销（定位销）的选取184.4卸料装置的设计194.5推件和顶件装置的设计194.6冲压模模架的设计204.6.1对模架的基本要求：204.6.2导柱和导套的设计204.6.3上下模座的选取214.7固定零件的设计214.8紧固零件225模具闭合高度的计算和压力机的校核225.1模具的闭合高度225.2压力机的校核226模具总装图23参考文献24致谢24 1绪论在现代工业生产中，模具是生产各种产品的重要工艺装备。模具行业是国民经济的基础工业。它是以其特定的形状通过一定方式将原材料加工成为零件。采用模具成形方法生产零件，具有优质、高效、省料、低成本等优点，因此在国民经济各个部门，尤其是在机械制造、汽车、家用电器、仪器仪表、石油化工、轻工产品等工业部门得到了极其广泛的应用。模具设计是随工业产品零件的形状、尺寸及其精度、表面质量要求以及成型工艺条件的变化而变化的。所以，每副模具都必须进行创造性的设计。11模具工业的地位及现状模具工业是国民经济的重要基础工业，也称之为“工业之母，几乎所有的工业门类均涉及模具技术，约70的工业制品直接或间接地依靠模具加工成型。同时，模具又是“效益的放大器，模具生产出来的产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。模具工业的快速发展，对模具制造技术不断提出更高、更新的要求。世界上一些工业发达的国家，模具制造技术的发展非常迅速。模具生产技术水平的高低，已经成为衡量一个国家产品制造业水平高低的重要标志。因为模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。随着经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一。 虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一。目前，我国某些模具产品已接近或达到国际水平。例如在冲压模具方面，我国设计和制造的电动机定转子硅钢片硬质合金多工位自动级进模，电子电器行业用的50余位的硬质合金多工位自动级进模等，都达到了国际同类模具产品的技术水平。虽然我国模具制造技术已取得很大发展，但是与发达国家相比还存在较大的差距。我国模具制造的专业化和标准化程度较低，模具专业化程度小于20，而标准化程度也只有30左右；模具品种少，生产效率较低，经济效益也不高；模具制造周期长，模具精度不高，与模具制造业相适应的先进设备相对较少，CADCAM技术的普及率不高。我国生产的模具普遍寿命较短，模具材料和热处理是非常薄弱的环节。12模具CADCAM技术地位及现状 1.2.1模具CAD/CAM技术地位自20世纪70年代以来，随着计算机技术的日益发展，数控加工技术的广泛应用，出现了CADCAM的全新技术。CADCAM技术应用到模具领域后，出现了模具的计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)。在CADCAM系统中，产品的几何模型是关于产品的最基本核心数据，并作为整个设计、计算、分析过程中最原始的数据，其结果可运用数据库和网络技术将其存储和直接传送到生产制造环节的各有关方面，从而实现设计和制造的一体化。 模具CADCAM技术从根本上改变了设计模具、制造模具时用手工绘图，凭图组织整个生产的技术管 理方式，将它变为在图形工作站上交叉设计，用数据文件发展产品，在统一的数字化产品模型下进行产品的设计打样、分析计算、工艺设计、工艺装备、数控加工、质量控制、编印产品维护手册等。1.2.2模具CAD/CAM技术的特点模具CADCAM技术是模具技术发展的一个重要里程碑。它之所以能很快地得到发展和广泛的应用，主要是它具有如下的一些特点：(1)缩短了模具产品的设计与制造周期。 (2)提高了模具精度和设计质量。 (3)可以积累模具设计与制造的经验及便于检索资料。 (4)降低了模具成本。1.2.3 国内外CAD/CAM技术的情况使用模具CADCAM可以大大降低人力、物力的投入，降低了模具成本，同时也增强了企业竞争能力及应变能力。自20世纪50年代末期，国外一些科研院便开始研究开发冷冲模CADCAM系统。1971年，美国DieComp公司成功地开发了级进模CAD系统PDDC，应用该系统可以完成冷冲模设计的全部过程。1977年，捷克金属加工工业研究院研制成功AKT系统，它可以用于简单、复合和连续冲裁模的设计和制造。20世纪70年代末期，日本机械工程实验室和日本旭光工业公司分别开发的连续模设计系统MEL和冲孔弯曲模系统PENTAX，1982年日立公司研制了冲裁模系统。使用这些系统进行模具设计制造，大大缩短了模具开发周期，降低了生产成本，提高了生产效率骖峭j。近年来，我国自主开发的CADCAM系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中理工大学开发的注塑模HSC30系统及CAE软件、上海交大模具CAD国家工程中心开发的冷冲模CAD系统等。我国模具CADCAM技术虽然有了一定程度上的推广应用，但是依然存在着许多不足，概括起来有以下几点： (1)不少的企业对CADCAM技术的认识还仅仅停留在绘图阶段，从而使模具CADCAM产生的效益尚未得到充分发挥。(2)CADCAM软件应用人员参差不齐，不能让CAD软件得到高效率应用。(3)在引进模具技术时存在着盲目性倾向，二次开发技术跟不上，致使引进软件的效率不能完全发挥。(4)国内模具CADCAM技术水平还处于高技术集成和向产业化、商品化过渡的时期，自主开发的模具CADCAM系统商品化程度不够高，功能和稳定性方面与国外先进软件还有很大差距。1.3 模具的发展趋势（1）模具市场全球化，模具的质量、周期、价格、服务四要素中，已有越来越多的用户将周期放在首位，要求模具尽快交货，模具生产周期进一步缩短（2）模具CAD/CAM向集成化、智能化和网络化发展，快捷高速的信息化时代将带领模具行业进入新时代。（3）高速加工、硬铣削和复合加工技术将对模具生产产生重大影响（4）我国的模具产品将向大型、精密、标准化方向发展（5）热流道、气辅模具及适应高压注塑成型工艺将得到进一步发展（6）快速经济模具的前景十分广阔（7）优质模具材料及先进表面处理技术将进一步受到重视14冲压模具简介141冲压成形与冲压模具的概念冲压成形是指利用安装在压力机上的模具，对模具里的板料施加压力，使其产生分离或变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件的加工方法。冲压加工的对象一般为金属板料(或带料)、薄壁管、薄型材等，板厚方向的变形一般不侧重考虑，因此也称为板料冲压，并且通常是在室温状态下进行，所以也称为冷冲压。冲压模具是指在冲压加工中，将材料(金属或非金属)加工成零件(或半成品)的一种特殊工艺装备，俗称冲模。冲压设备冲压设 备在冲压零件的生产中，合理的冲压成形工艺、先进的模具、高效的冲压设备是必不可少的三要素，如图所示。 冲压零件工艺 条件 模具142冲压模具的分类1根据工艺性质分类(1)冲裁模沿封闭或敞开的轮廓线使材料产生分离的模具。如落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模、剖切模等。(2)弯曲模使板料毛坯或其他坯料沿着直线(或弯曲线)产生弯曲变形，从而获得一定角度和形状的工件的模具。(3)拉深模是把板料毛坯制成开口空心件，或使空心件进一步改变形状和尺寸的模具。(4)成形模是将毛坯或半成品工件按照凸、凹模的形状直接复制成形，而材料本身仅产生局部塑性变形的模具。如胀形模、缩口模、扩口模、起伏成形模、翻边模、整形模等。2根据工序组合程度分类(1)单工序模在压力机的一次行程中，只完成一道冲压工序的模具。(2)复合模只有一个工位，在压力机的一次行程中，在同一工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具。(3)级进模(也称为连续模) 在毛坯的送进方向上，具有两个或更多的工位，在压力机的一次行程中，在不同的工位上逐次完成两道或两道以上冲压工序的模具。15本课题研究的意义由于产品的功能、结构日趋复杂，新产品的更新换代周期不断缩短，设计环节在产品的整个生命周期中占据了越来越重要的地位。事实上，虽然产品开发中设计本身所花的费用仅占产品成本的5左右，但新产品的开发费用中的80取决于设计过程，因而产品设计阶段已被视为提高整个生产率的瓶颈，对于生产系统的整个生产率起着举足轻重的作用。目前我国大部分模具企业采用的仍然是传统的设计方法，特别是中小型模具企业，设计人员进行着大量的重复性劳动，造成模具设计的周期长、效率低、耗资大的现状，这也就影响了企业的市场竞争力。因此本课题主要是为了通过实践的过程，希望从中能领悟到如何改进模具，如何设计出一套既能满足设计要求，又能是设计生产周期最小的方法。 16本课题研究的内容（1）运用大学期间所学的专业课程知识、理论和毕业实习中学到的实践知识，正确地解决冲压模具设计中的工艺分析、工艺方案论证、工艺计算、模具结构设计和零件设计等问题。（2）提高结构设计的能力。通过所给产品进行该产品模具设计，获得根据所生产制品来设计出经济高效、省力合理且能保证加工质量的模具的能力。（3）进行技术方面和经济方面的工艺分析。(4)确定工序过程安排、排料方案的确定和最佳模具结构的工艺方案。(5) 通过对压边力、拉延力，冲模压力中心的确定，对压力机公称压力的计算，选择合理的设备。(6)熟练掌握查阅手册图表资料文献。充分利用与本冲压设计有关的各种资料，做到科学合理地熟练运用。 2. 冲压拉深零件的结构设计与工艺分析零件图：2.1、拉深零件图分析：材料08钢，材料厚度t=4.5mm，生产为大批量，该件为旋转体带筋条浅拉深件，成型简单对称，尺寸精度要求不高，IT10，由落料、拉深、翻边、修边即可成型，由于是浅拉深件，故属于不变薄拉深零件。2.2、拉深工艺性分析：该零件为轴对称旋转体浅拉深件，变形均匀，模具的加工性良好，工件底部圆角半径R=3mm，由公式查得：取拉深凹模的圆角半径Rd=3t=13.5mm，拉深凸模的圆角半径Rp=(0.61)Rd=8.113.5mm,故取Rp=13.5mm,满足拉深对圆角半径的要求。2.3、冲压加工的先进性： 由于该零件材料厚度为t=4.5mm，厚度较薄，因产品尺寸也不大，08钢的含碳量较小，材料硬度适中，零件对称，无尖角，又因该次生产为大批量生产，采用冲压加工的生产率高，经济效益高。 3.工艺方案的确定3.1、工艺方案分析： 此零件的拉深工序为有凸缘的圆形浅拉深件，各尺寸均无较严格的公差要求，又是大批量生产，所以不能用剪切板料的方法进行拉深，固采用冲压加工的方法。3.2、计算修边余量和毛坯直径： 在不变薄的拉深中，材料厚度虽有变化，但其平均值与毛坯原始厚度十分接近。因此，毛坯的展开尺寸可根据毛坯面积与拉深件面积（加上修边余量）相等的原则求出。毛坯直径按下式确定： D=（4）A03.2.1、计算修边余量： 在拉深过程中，常因材料机械性能的方向性，模具间隙不均，板料厚度，摩擦阻力不等及定位不准等因素的影响，而使拉深件口部或凸缘周边不齐，必须进行修边。故在计算毛坯尺寸时应按加上修边余量后的零件尺寸进行计算。 d凸=150mm d=120-t=120-4.5=115.5mm d凸d=150115.5=1.29 m1 ，故工件只需一次拉深即可成型。3.4、判断是否需要压边圈：因m0.6，通过查阅冲压手册，需要添加压边圈。压边圈与凸模的间隙不能太大，根据材料的厚度不同，一般压边圈与凸模的单面间隙应在0.20.5的范围内。3.5、工序组合和顺序确定：制造该油箱盖零件的全部基本工序为：落料，拉深，翻边，修边，据此可排出以下三种方案：方案一：落料与拉深复合，翻边，修边方案二：落料、拉深与翻边复合，然后修边 方案三：落料，拉深，翻边，修边分开分析比较以上几种方案，可以看出：方案一，需要一个级进模，结构复杂。方案二，虽然可以一套模具三种工序成型，效率高，但是设计复杂，会给修模带来一定困难，模具结构复杂。方案三，虽然工序较多，但它的模具结构简单，制造费用低，生产率高，操作较方便也安全，尺寸和形状准确，表面不易划伤，质量高。 综合以上各方案，从保证尺寸精度和经济效益考虑，采用第三种方案。3.6、排样形式：因为本设计的毛坯是圆形件，形状简单，所以排样初步定为单排，使废料最少，排样图如图：因为行数n=1，t=4.5mm，由于搭边会产生废料，从节省材料出发，搭边值应愈小愈好，但过小的搭边值容易挤进凹模，增加刃口磨损，降低模具寿命，也会影响剪切表面质量，采用手工送料的方式，查冲压手册表2-22得，搭边值a=4mm,a1=3mm。因此，条料宽：b=212+2a=212+4*2=220mm 进距：h=212+3=215mm3.7、材料利用率的计算： 通过查找相关公式： =0.25D2hd =0.25*3.14*2122220*215 =74.6% 结论：材料利用率较高 4.冲压拉深工艺计算4.1、计算压边力：查冲压手册得，单位压边力P=2.53.0MPa,取P=3.0MPa根据公式F压=0.25dn-12-(dn+2r凹n)2P 计算: F压=3.14/42122 (120+13.5) 2 3.0 =63871.72125N4.2、计算拉深力：已知工件材料为08钢，料厚为4.5mm b=325MPa S=195MPa根据公式Fmax=dtb K 计算：其中：d=120mm,t=4.5mm, b=325MPa,查冲压手册得，K=0.75Fmax =3.141204.53250.75 =413302.5N4.3、压力机的选择：拉深模具所需工作压力：F总= F压F拉=477.175KN由以上各工序的压力计算可知：工序中所需要的压力最大为477.175KN,因此原则上所选压力机只要能满足力的要求即可，但考虑到模具的安装位置，安装空间，送料方向等因素，可以稍后再做合理选择. 5.各工序凸、凹模尺寸计算5.1、拉深凸、凹模尺寸计算： 根据冲压手册表4-54得 拉深模工作部分计算公式计算 D凹=（D0.75）+凹 D凸=（D0.752c）-凸 一次拉深成型： D=120mm，查冲压手册表4-56得 凹=0.10 凸=+0.06因为该制件公差在IT14级以下，所以拉深模具凸凹模制造公差采用IT10级精度 。 查冲压手册表10-8得 : =0.1 查冲压手册表4-74得 : 单边间隙c=1.0t=1.0*4.5=4.5mmD凹=(D0.75) +凹=(1200.750.