雕刻机进气门外壳落料正反拉深复合模设计（有cad图+文献翻译）.doc
CM012-雕刻机进气门外壳落料正反拉深复合模设计【11张CAD图】
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11
十一
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1英 文 说 明 H K K m m nt,m 40%,nt,e,m am m orm m H m 00000m/1)0m/2)2m m 000m em im )0mm BN)BN) em m 30),im H es,m nt,建立健全的防振动研究 ,南安普敦大学 ,介绍了高速铣削在模具加工中的应用以及影响 ， 并简要的介绍了高速铣削机床的结构、控制系统和刀具。对高速加工的工艺进行了简单的分析。 关键词 高速铣削；模具加工一、 前言在现代模具生产中，随着对塑件的美观度及功能要求得越来越高，塑件内部结构设计得越来越复杂，模具的外形设计也日趋复杂，自由曲面所占比例不断增加，相应 的模具结构也设计得越来越复杂。这些都对模具加工技术提出了更高要求，不仅应保 证高的制造精度和表面质量，而且要追求加工表面的美观。随着对高速加工技术研究 的 不 断 深 入 ， 尤 其 在 加 工 机 床2011 届毕业设计（论文）课题任务书 院 (系 )： 机械工程 系 专业： 材料成型与控制工程 指导教师 厉 春元 学生姓名 阳章立 课题名称 雕刻机进气门外 壳 正反拉伸复合模 设计 内 容 及 任 务 这次设计的任务是设计制造隔板的一副模具，并绘出 模具装配图、模具零件图 以及编写设计 说明书。 首先我们需要知道模具在加工中的作用和设计的基本要求。模具的作用是将压力机的作用力通过模具传递给金属板料，在其内部产 生使之变形的内力，使板料毛坯发生变形，从而获得满足一定性能要求的及符合所需尺寸及形状的制品。在生产实际中。模具的作用在于保证冲件的质量、提高生产率和降低成本等。为此除了采用行之有效的工艺手段、进行正确的模具设计及选择合理的模具结构之外，还必须满足以下几个要求：制造精度高 操作性能良好 使用寿命长 制造周期短 模具成本低。 对于 雕刻机进气门外 壳，它属于带凸缘圆筒型件，从结构上我们可以得知需要落料、正拉深和反拉深三个工序过程。从零件的工艺性分析可以看出此零件对落料是很适合的。但从拉深方面考虑就需要计算 出拉深系数，判断能否一次拉深成功，这也是本设计中需要重点分析的地方。再有对模具结构和压力机的选择也是重点。在模具零件的结构设计上，也需要注意很多细小而不可忽视的问题。 对于整个设计过程可以按以下的方法来设计计算。 取得必要的资料 ， 确定工艺方案 ， 进行必要的工艺计算 ， 模具的总体设计 ，模具主要零部件的结构设计 ， 绘图 ， 分析一个主要零件的加工工艺路线。 1、 取得必要的资料 取得注明具体技术要求的产品零件图。 收集工件加工的工艺工艺过程卡片。 了解工件的生产批量。 确认工件原材料的规格及毛坯情况。 熟悉冲压车间的设备和情况 。 2、 确定工艺方案 对零件进行工艺性分析。 根据工艺计算，确定工序数目。 计算拉深系数，确定拉深次数。 根据生产批量、尺寸大小、精度要求选择合理的加工方案。 3、 进行必要的工艺计算。 设计材料的排样和计算毛坯尺寸。 计算落料力、卸料力、压边力、拉深力和顶件力等。 计算或估算模具各主要零件的厚度。 计算凸、凹模的工作部分尺寸。 4、 模具的总体设计 在上述分析计算的基础上，进行模具的结构的总体设计，估算出外形尺寸。 5、 模具主要零部件的结构设计 工作部分零件的设计。（凸模、凹模、凸凹模等） 定位零件的设计。（挡料销） 卸 料零件的设计。（卸料板） 导向零件的设计。（导柱、导套） 6、 选定冲压设备 压力机的标称压力必须大于冲压的工艺力。 压力机的装模高度必须符合模具的闭合高度的要求。 压力机的行程要符合要求。 7、 绘制模具总图 主视图 俯视图 工件图 排样图 列出明细表 技术要求及说明 8、 绘制各非标准件的零件图 9、 分析一个主要零件的加工工艺路线。 拟 达 到 的 要 求 或 技 术 指 标 完成本次设计后将会对我大学所学的知识进行巩固，使我所学的各种专业知识在实践中得以应用，在设计过程中也将会对绘图的能力的 提高有很大的帮助，还能使我的 的应用能力加强，设计的成果可以供其它同类零件的模具设计参考和借鉴。 进 度 安 排 起止日期 工作内容 成毕业设计的选题和开题报告。 设计的相关资料进行整理。 行设计的初期计算。 计模具的结构。 制装配图和零件图。 整个设计进行合理性检查。 计说明书的输入以及毕业答辩的准备。 业设计答辩。 主 要 参 考 资 料 1、卢吉连著，我国模具应用技术现状与发展，模具技术， 2000 年， 第六期 90、胡石玉 龚光容著，模具制造技术，南京 东南大学出版社， 1997 年 12 月 1、黄毅宏著，模具知道工艺， 北京 机械工业出版社， 2000 年， 1、李发致著，模具先进制造技术，北京 机械工业出版社， 2003 年， 1、陈良杰著，国外模具技术发展动态，模具工业， 2005 年，第一期， 1、高佩福著，实用模具制造技术，第二版，北京 中国轻工业出版社， 2000 年 7、万战胜著，冲压工艺及模具设计，北京 中国铁道出版社， 1995 年 8、模具实际与制造技术教育丛书编委会编，模具结构设计，机械工业出版社， 2004 年 9、王树勋著，模具实用技术设计综合手册，广州 华南理工大学出版社， 1995 年 10、冯晓曾 王家瑛 何世禹著，模具寿命指南，机械工业出版社， 1994 年 11、周永泰著， 改革开放以来我国模具工业发展主要成就，模具工业， 2005 年，第三期 12、郭广兴著， U 型弯曲模具磨耗分析及解决，天津汽车， 2002 年，第一期 13、程西智，郝永辉著，中厚板弯曲的最高效工艺设计及最优化模具设计的研究探讨，机电信息， 2005 年，第十三期 14、 山东大学材料学院 高 军 张国强 吴恩启 赵振铎 济南历下高信模具厂 董云青 张凤文， 弯曲件成形工艺及其模具设计，航空制造技术， 2002 年 第八期 15、 王德俊著，板料弯 曲的新工艺与新模具，机电工程技术 2005 年 第 34 卷 第 5 期 16、 史建国 , 胡志越 , 徐 刚著， V、 U 形件弯曲时坯料的偏移原因及控制方法， 轻工机械 2005 年 第 2 期 教研室 意见 签名： 年 月 日 院 (系 )主管领导意见 签名： 年 月 日 湖南工学院毕业设计 (论文 )开题报告 题 目 雕刻机进气门外壳盖落料正反拉深复合模 学生姓名 阳章立 班级学号 212070319 专业 材料成型及控制工程 题目： 雕刻机进气门 外 壳 盖 正反拉伸复合模 设计 1. 结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写 1500 2000 字左右的文献综述。 模具被称为工业产品之母。 所以 工业的高速发展也离不开模具工业的不断进步。中国模具巿场规模巨大，随着国内模具工业高速发展，技术也获得了较大的飞跃，但是，仍然面对高档模具以进口为主的尴尬局面。提升技术实力，乃是中国模具工业发展的前途所在。随着 冲压金属 制品在机械、电子、交通、国防、建筑、农业等各行业 的 广泛应用，对 冷冲压 模具的需求日益增加， 冲压 模在国民经济中的重要性也日益突出。模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其 技术水平的高低已经成为一个国家制造业水平的重要标志之一。因此我选择了模具 设计 的课题，即设计 一副能够生产所给 隔板冲槽、冲孔、落料 的模具，并且 结构合理、能保证制品的精度、表面质量 。 在设计中 能熟练使用 、 机械、模具相关 绘图软件。 现代模具行业是技术、资金密集型的行业。它作为重要的生产装备行业在为各行各业服务的同时，也直接为高新技术产业服务。由于模具生产要采用一系列高新技术，如技术、计算机网络技术、激光技术、逆向工程和并行工程、快速成型技术及敏捷制造 技术、高速加工及超精加工技术等等，因此，模具工业已成为高新技术产业的一个重要组成部分，有人说，现代模具是高技术背景下的工艺密集型工业。模具技术水平的高低，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，因此已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。 模具工业是无以伦比的 效益放大器 。用模具加工产品大大提高了生产效率，而且还具有节约原材料、降低能耗和成本、保持产品高一致性等特点。因此模具被称为 效益放大器 ，在国外，模具被称为 金钥匙 、 进入富裕社会的原动力 等等。从另一个角度上看，模 具是人性化、时代化、个性化、创造性的产品。更重要的是模具发展了，使用模具的产业其产品的国际竞争力也提高了。据国外统计资料，模具可带动其相关产业的比例大约是 1:100，即模具发展 1 亿元，可带动相关产业 100 亿元。 模具不是批量生产的产品。它具有单件生产和对特定用户的依赖特性。就模具行业来说，引进国外先进技术，不能采用通常的引进产品许可证和技术转让等方式，而主要是引进已经商品化了的 件和精密加工设备等。模具的 及面广、集多种学科与工程技术于一体，是综合型 、技术密集型产品。如塑料模具的 术要利用高分子材料学、流变学、传热学、计算力学、计算机图形学等知识，涉及的领域还包括声波及电磁场、温度场等各类物理场，通过工程分析、来建立塑料成型的数学和物理模型，构造有效的数值计算方法，实现成型过程的动态仿真分析。现代化的模具要实现数字化设计、数字化制造、数字化管理、数字化生产流程。这些模具的数字化代表了现代模具的一个方面，没有模具的数字化，就没有现代模具。模具的 术日新月异，重要的工作是后续对人员的培训和对于引进的软件进行二次开发。像我们熟知的司不但在塑料模具的 件上在中国保持其市场占有率并且在扩大，而且在冲压模具、多成份橡胶制鞋模具等领域开拓，也将大显身手；开发 准模架数据库的工作也已提上日程。这是为模具行业服务的具体体现。 1我国模具工业基本状况简介 我国模具工业近年来发展很快，据不完全统计， 2003 年我国模具生产厂点约有万多家，从业人员约 50 多万人， 2004 年模具行业的发展保持良好势头，模具企业总体上订单充足，任务饱满， 2004 年模具产值 530 亿元。 进口模具 美元，出口模具 别比 2003 年增长 18%、 进出口之比 2004 年为 ，进出口相抵后的进净口达 美元，为净进口量较大的国家。 在万多家生产厂点中，有一半以上是自产自用的。在模具企业中，产值过亿元的模具企业只有 20 多家，中型企业几十家，其余都是小型企业，多数只有几十名职工，百十万产值，自有资金有限，靠自我发展很困难。 近年来， 模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为：大型、精密、复杂、长寿命中高档模具及模具标准件发 展速度快于一般模具产品；塑料模和压铸模比例增大；专业模具厂数量增加，能力提高较快； 三资 及私营企业发展迅速；国企股份制改造步伐加快等。 2004 年模具行业还显现另外两个特点，一是各地政府对模具工业的发展进一步关注。许多地方政府进一步认识到模具工业对发展制造业的重要意义，因此加强了模具工业园区的建设。已有的园区进一步扩大，如宁波余姚、宁海和苏州昆山等模具园区都有所扩大；新的模具工业园区正在加紧建设，如重庆、大连、深圳市等已建立模具园区；另外沈阳、西安、成都、上海、宁波北仑、浙江黄岩等地都在积极筹备 建立模具园区，以利带动地区模具及相关产业链乃至制造业的发展，有些高科园内模具企业已占有相当的份量，像天津高新区就有 40 多家模具企业。是外资及社会投资模具产业增长显著。许多地方加强了吸引外资及合资投入模具工业的工作，特别是在高新 技术园区和工业园区，外资、合资模具企业进一步增加，如苏州昆山模具园区， 60%以上是外资企业。大连模具园区到日本、韩国招商。而有些地区高科技园内模具企业已占有相当的份量，像天津高新区有 40 多家模具企业。由于汽车产业发展的拉动，社会投资模具产业有所加强，如五粮液集团投资 5亿元建立汽车模具生产厂，比亚迪公司投资 2 亿元建立了北京汽车模具公司，等等。 从地区分布来说，以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区（模具产值已占全国总量的 70%左右）发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。目前发展最快、模具生产 较为集中的省份是广东和浙江。我国模具总量虽然已位居日、美、德之后，但设计制造水平在总体上要比德、美、日、法、意等发达国家落后许多，也要比英国、加拿大、西班牙、葡萄牙、韩国、新加坡等有差距。 2落后和差距主要表现在下列几方面 （ 1）总量供不应求、产品结构不够合理。 其中中低档模具供过于求，中高档模具自配率严重不足，大量进口。国内模具总量中属大型、精密、复杂、长寿命模具的比例不足 30%，国外在 50%以上。 （ 2）企业组织结构都不够合理。 我国模具生产厂点中多数是自产自 配的工模具车间（分厂），自产自配比例高达60%左右，国外 70%以上是商品模具；专业模具厂也大多数是 大而全 、 小而全 的组织形式，国外模具企业是 大而专 、 大而精 。 2004 年中国模协在德国访问时，从德国工、模具行业组织 模具协会了解到，德国有模具企业约 5000家。 2003 年德国模具产值达 48 亿欧元。其中（ 员模具企业有 90 家，这 90 家骨干模具企业的产值就占德国模具产值的 90%，可见其规模效益。 （ 3） 工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低，技术结构、模 具产品水平比国际水平低许多。而模具生产周期却要比国际水平长许多。 产品水平低主要表现在对后续使用模具制造制件的工艺（如冲压工艺）理解上，在模具设计上；在加工中精度、型腔表面粗糙度、寿命及模具的复杂程度上等。现代模具行业是技术密集型、资金密集型的产业，由于模具行业是微利行业，因而总体来看模具行业在科研开发和技术攻关方面投入太少，至使科技进步的步伐跟不上模具市场的需要。虽然国内许多企业已引进了不少国外先进设备，但总的来看装备水平仍比国外企业落后许多，特别是设备数控率和 用覆盖率要比国外企 业低得多。由于体制和资金等方面原因，引进设备不配套、设备与附配件不配套现象十分普遍，设备利用率低，开发能力较差，科研开发及技术攻关方面投入太少。不重视产品开发，在市场经济中常处于被动地位。 （ 4）技术人才严重不足，经济效益欠佳。随着时代的进步和技术的发展，能掌握和运用新技术的人才如模具结构设计、模具工艺设计异常短缺，高级钳工及企业管理人才也非常紧缺。我国模具企业技术人员比例低，水平也较低，我国每个职工平均每年创造模具产值约合 1 万美元左右，国外模具工业发达国家大多 15 20 万美元，有的达到 2530 万美元。我国模具企业大都微利，缺乏后劲。 （ 5）与国际水平相比，模具企业的管理落后更甚于技术落后。技术落后易被发现，管理落后易被忽视。国内大多数模具企业还沿用过去作坊式管理模式，真正实现现代化企业管理的还不多。信息化、数字化管理在模具企业应用现在刚刚开始。 （ 6）专业化、标准化、商品化的程度低，协作差。 由于长期以来受 大而全 小而全 影响，模具专业化生产水平低，专业化分工不细，商品化程度也低。目前国内每年生产的模具，商品模具只占 40%左右，其余为自产自用。模具企业之间协 作不好，难以完成较大规模的模具成套任务。与国际水平相 比要落后许多。模具标准化水平低， 模具标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响，特别是对模具制造周期有很大影响。 20 年来我国模具制造水平有了很大的提高，模具的 很普遍， 今我国生产的模具精度已达到微米级，与 20 年前相比，模具寿命提高了几十倍，模具生产周期缩短了约 3/4，模具的标准件使用覆盖率从几乎是零，达到 45%左右。 20 年来我国模具人才的培养也上了一个很大的台阶。 20 年前我国大 专院校都没有设立模具专业的，而如今，已有六、七十所大专院校设立了模具专业。中国模协在全国建有 38 个模具人才培训基地 。 上述情况正是我们模具 行业和模具相关行业要一同努力，使之发展的领域，在这里 也希望有越来越多的人加入到模具的行列中。 要研究内容、研究思路及方案。 这次设计的任务是设计制造一副模具，并绘出 模具装配图、模具零件图 以及编写设计说明书。 首先我们需要知道模具在加工中的作用和设计的基本要求。模具的作用是将压力机的作用力通过模具传递给金属板料，在其内部产生使之变形的内力，使板料毛 坯发生变形，从而获得满足一定性能要求的及符合所需尺寸及形状的制品。在生产实际中。模具的作用在于保证冲件的质量、提高生产率和降低成本等。为此除了采用行之有效的工艺手段、进行正确的模具设计及选择合理的模具结构之外，还必须满足以下几个要求：制造精度高 操作性能良好 使用寿命长 制造周期短 模具成本低。 对于隔板，它属于圆板带槽孔，从结构上我们可以得知需要落料、冲孔槽两个工 序过程。从零件的工艺性分析可以看出此零件对落料、冲孔槽是很适合的。再有对模具结构和压力机的选择也是重点。在模具零件的结构设计上，也需 要注意很多细小而不可忽视的问题。 对于整个设计过程可以按以下的方法来设计计算。 取得必要的资料 分析冲压零件的工艺性 分析确定工艺方案 主要工艺参数计算模具工作部分尺寸计算及强度校核 选用模架，确定闭合高度 模具的主要零部件结构设计 模具的装配、工作原理和安全技术 分析一个主要零件的加工工艺路线。 成毕业设计的选题和开题报告。 设计的相关资料进行整理。 行设计的初期计算。 计模具的结构。 制装配图和零件图。 整个设计进行合理性检查。 计说明书的输入以及毕业答辩的准备。 业设计答辩。 指导教师批阅意见 指导教师 (签名 )： 年 月 日 说明：开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，此报告应在导师指导下，由学生填写，将作为毕业设计（论文）成绩考查的重要依据，经导师审查后签署意见生效。 本科毕业设计（论文）中期报告 填表日期： 2011 年 5 月 20 日 院（系） 机械工程 系 班级 成型 0703 学生姓名 阳章立 课题名称： 雕刻机进气门外 壳 盖 正反拉伸复合模 设计 课题主要任务： 根据零件给出的尺寸、材料、精度要求和生产批量设计出加工空气滤清器壳的复合模， 保证规定的生产率和高质量的冲压件的同时，力求成本低、模具寿命长，安全可靠。 并绘制出模具的总装配图和主要非标准零件的零件图。编写完整详细设计说明书。 1、简述开题以来所做的具体工作和取得的进展或成果 课题选定以后，我搜集了许多关于此次设计得资料，并进行了整理。在明确了设计路线后，开始进行设计得一些初期工作。 首先对加工 零件进行了加工工艺和结构工艺的分析，发现此零件很适合进行落料、拉深工序。 通过 用“形心法” 计 算 出 毛坯尺寸 ，并且求出了 拉深系数 ，得出只需要拉深一次就能成功的结论。同时 提出了四种 加工此零件的 方案，最后确定采用落料、正反拉深复合模。 应为这个方案不仅可以提高生产效率而且加工出的零件精度也比较高。接下来 对模具的排样做出了合理的布置，使材料利用率达到较高的水平。计算了冲压过程中所需要的各种冲压工艺力，包括落料力、卸料力、压边力、拉深力、顶料力等，并对压力机进行了合理的吨位初选。 选择压力机的时候运用了选压力机的通用法则，对其进行了正确的选取。 复合模在结构上采用了正装的形式， 这样更有利于拉深件的顺利成型。 2、 下一步的主要研究任务，具体设想与安排 在进行了上述的设计工作以后，接下来需要计算出 落料、正拉深和反拉深工作部分的尺寸。 并确定模具的闭合高度。还需要 设计出模具的主要零件 的具体结构，包括 落料凹模、凸凹模、反拉深凸模、反拉深凹模、凹模固定板等。 绘制模具 的装配图 ，并列出 模具所需零件的详细清单 和技术要求 。 所有的非标准零件需要绘制出零件图。由于拉深的深度较大，对压力机的电机也需要进行功率校核 ，并提出了润滑的附加工序 。最后 需要 对模具的一个主要零件导套进行了简单的加工工艺路线的制定。 3、存在的具体问题 在设计中遇到了一 些需要仔细考虑的问题，如下： 总工艺力与压力机的选取。 主要零件的结构设计。 长行程拉深对压力机电机的要求。 防止拉深过程中出现裂纹等现象的处理办法。 4、指导教师对该生前期研究工作的评价 指导教师签名： 日 期： 毕业设计（论文）指导教师评阅表 院（系）： 机械工程 系 学生姓名 阳章立 学 号 212070319 班 级 成型 0703 专 业 材料成型与 控制工程 指导教师 姓 名 厉 春元 课题名称 雕刻机进气门外 壳 盖 正反拉伸复合模 设计 评语： （包括以下方面，学习态度、工作量完成情况；检索和利用文献能力、计算机应用能力；学术水平或设计水平、综合运用知识能力和创新能力；） 是否同意参加答辩： 是 否 指导教师评定成绩 分值： 指导教师签字： 年 月 日 毕业设计（论文）评阅教 师评阅表 院、系： 机械工程学院 学生姓名 阳章立 学 号 212070319 班 级 成型 0703 专 业 材料成型与控制工程 课题名称 雕刻机进气门外 壳 盖 正反拉伸复合模 设计 评语：（对论文学术评语，包括选题意义；文献利用能力；所用资料可靠性；创新成果及写作规范化和逻辑性） 针对课题内容给设计者（作者）提出 3 个问题，作为答辩时参考。 1. 2. 3. 评 分： 是否同意参加答辩 是 否 评阅人签名： 年 月 日 雕 刻机进气门外壳落料正反 拉深 复合模 设计 摘 要 随着中国工业不断地发展，模具行业也显得越来越重要 。首先对加工零件进行了加工工艺和结构工艺的分析。通过计算毛坯尺寸和拉深系数提出了四种方案，最后确定采用落料、正反拉深复合模。对模具的排样做出了合理的布置，使材料利用率达到较高的水平。计算了冲压过程中所需要的各种冲压工艺力，包括落料力、卸料力、压边力、拉深力、顶料力等，并对压力机进行了合理的吨位初选。复合模在结构上采用了正装的形式，计算出了落料 、正拉深和反拉深工作部分的尺寸。对模具的闭合高度进行了合理的确定，还设计出模具的主要零件落料凹模、凸凹模、反拉深凸模、反拉深凹模、凹模固定板等。列出了模具所需零件的详细清单，并给出了合理的装配图。由于拉深的深度较大，对压力机的电机也进行了功率校核并提出了润滑的附加工序，能使拉深顺利完成。最后对模具的一个主要零件导套进行了简单的加工工艺路线的制定。本设计对于采用单动压力机进行正反拉深具有一定的参考作用。 关键词 毕业论文 ； 模具设计 ；复合模；正反 拉深 on to of to to in so on to in on to to so to is on to to to to to to on to on to 目录 1 绪论 . 1 2 分析零件的工艺性 . 2 3 确定工艺方案 . 4 计算毛坯尺寸 . 4 正拉深 . 6 反拉深 . 7 确定工艺方案 . 7 4 主要工艺参数的计算 . 9 确定排样、裁板方案 . 9 确定各中间工序尺寸 . 10 计算工艺力、初选设备 . 11 落料、正拉深过程 . 11 反拉深过程 . 13 拉深功的计算 . 14 初选压力机 . 14 5 模具的结构设计 . 16 模具结构形式的选择 . 16 模具工作部分尺寸计算 . 16 落料 . 16 正拉深 . 18 反拉深 . 18 6 选用模架、确定闭合高度 . 20 模架的选用 . 20 模具的闭合高度 . 20 压力中心 . 21 7 模具的主要零部件结构设 计 . 22 落料凹模 . 22 凸凹模 . 23 反拉深凸模 . 24 反拉深凹模 . 25 上垫板 . 28 凹模固定板 . 29 8 模具的整体安装 . 30 模具的总装配 . 30 模具零件 . 31 9 选 定冲压设备 . 33 压力机的规格 . 33 电动机功率的校核 . 33 10 附加工序 . 35 11 主要零件的加工 . 36 12 总结 . 38 13 附录 . 39 考文献 . 39 致 谢 . 40 1 1 绪论 模具被称为工业产品之母。 所以 工业的高速发展也离不开模具工业的不断进步。中国 模具巿场规模巨大，随着国内模具工业高速发展，技术也获得了较大的飞跃，但是，仍然面对高档模具以进口为主的尴尬局面。提升技术实力，乃是中国模具工业发展的前途所在。 随着 冲压金属 制品在机械、电子 、交通、国防、建筑、农业等各行业的 广泛应用，对 冷冲压 模具的需求日益增加， 冲压 模在国民经济中的重要性也日益突出。模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已经成为一个国家制造业水平的重要标志之一。 因此我选择了模具 设计 的课题，即设计 一副能够生产所给 空气滤清器壳的模具，并且 结构合理、能保证制品的精度、表面质量 。 在设计中 能熟练使用 、 机械、模具相关 绘图软件。 2 2 分析零件的工艺性 冲压件工艺性是指冲压零件在冲压加工过程中加工的难易程度。虽然冲压加工工艺过程包括备料 冲压加工工序 必要的辅助工序 质量检验 组合、包装的全过程，但分析工艺性的重点要在冲压加工工序这一过程里。而冲压加工工序很多，各种工序中的工艺性又不尽相同。即使同一个零件，由于生产单位的生产条件、工艺装备情况及生产的传统习惯等不同，其工艺性的涵义也不完全一样。这里我们重点分析零件的结构工艺性。 该零件是 雕刻机进气门外 壳 盖 ，从图 我们可以看出该零件的精度要求不是很高，但要求有较高的钢度和强度。在零件图中，尺寸 01102 为 余尺寸未标注公差，可以按自由公差计算和处理。零件的外形尺寸为 102 ，属于中小型零件，料厚为 图 1 雕刻机进气门外 壳盖 3 下面分析结构工艺性。因为该零件为轴对称旋转体，故落料片肯定是圆形，其冲裁的工艺性很好。零件为带法兰边圆筒形件，且 不太大，拉深工艺性较好，圆角半径 倍料厚，对于拉深都很适合。 因此，该壳体零件的冲压生产要用到的冲压加工基本工序有：落料、拉深（拉深的次数可能为多次）。用这些工序的组合可以提出多种不同的工艺方案。 4 3 确定工艺方案 计算毛坯尺寸 由于板料在扎压或退火时所产生的聚合组织而使材料引起残存的方向性，反映到拉深过程中，就使桶形拉深件的口部形成明显的突耳。此外，如果板料本身的金属结构组织不均匀、模具间隙不均匀、润滑的不均匀等等，也 都会引起冲件口高低不齐的现象，因此就必需在拉深厚的零件口部和外缘进行修边处理。这样在计算毛坯尺寸的时候就必需加上修边余量然后再进行毛坯的展开尺寸计算。 根据零件的尺寸取修边余量的值为 4 在拉深时，虽然拉深件的各部分厚度要求发生一些变化，但如果采用适当的工艺措施，则其厚度的变化量还是并不太大。在设计工艺过程时，可以不考虑毛坯厚度的变化。同时由于金属在塑性变形过程中保持体积不变，因而，在计算拉深件的的毛坯展开尺寸时，可以认为 在变形前后的毛坯和拉深间的表面积相等。 因为此旋转体零件不是简单结构，我们可以用“形心法”来求得。根据久里金法则，对于任何形状的母线 轴线 Y Y 旋转所得到的旋转体面积等于母线长度 L 与其重心轴线旋转所得周长 2 旋转体面积 F=2 （ 1） 因为表面 积拉深不变薄，所以面积相等，则 20 4 即 04 （ 2） 因为 76543210 （ 3） 2121 )2( （ 4） )22( 11122 （ 5） 5 )( 21113 （ 6） )22( 122224 （ 7） 2212325 )2()2( （ 8） )22( 332326 （ 9） )( 3227 （ 10） 由零件给出的尺寸可知： 1 2 3 所以可以计算出 D=164由于设计的零件要在一个复合模中完成正反拉深，因此中间有一个正拉深转反拉深的过程，我们可以把这两步分开来计算中间尺寸。 因为 )(12221122 （ 12） 其中 64 1 2 则 152 中间过 程的零件如图 2所示。 6 图 2 计算拉深次数 在考虑拉深的变形程度时，必需保证使毛坯在变形过程中的应力既不超过材料的变形极限，同时还能充分利用材料的塑性。也就是说，对于每道拉深工序，应在毛坯侧壁强度允许的条件下，采用最大的变形程度，即极限变形程度。 极限拉深系数值可以用理论计算的方法确定。即使得在 传力区的最大拉应力与在危险断面上的抗拉强度相等，便可求出最小拉深系数的理论值，此值即为极限拉深系数。但在实际生产过程中，极限拉深系数值一般是在一定的拉深条件下用实验的方法得出的，我们可以通过查表来取值。 该 冲压 工件需要正反拉深两个过程，因此可以分别计算其拉深系数来确定拉深次数。 正拉深 对于正拉深其实际拉深系数为 ： （ 12） 且材料的相对厚度为 （ 13） 凸缘的相对直径为 （ 14） 7 凸缘的相对高度为 （ 15） 由此可以查出 m 因为凸缘的相对高度 于最大相对高度 实际拉深系数 于最小极限拉深系数 以正拉深过程可以一次拉深成功。 反拉深 对于反拉深其实际拉深系数为： （ 16） 且材料的相对厚度为 11 （ 17） 凸缘的相对直径为 （ 18） 凸缘的相对高度为 （ 19） 由此可以查出 m 因为凸缘的相对高度 实际拉深系数 以反拉深过程也可以一次拉深成功。 确定工艺方案 根据以上分析和计算，可以进一步明确该零件的冲压加工需要包括以下基本工序 :落料、正向拉深和反向拉深。 根据这些基本工序，可以拟出如下几种工艺方案： 方案一 先进行落料，再正拉深，最后进行反拉深，以上工序过程都采用单工序模加工。 8 方案二 落料与正拉深在复合模中加工成半成品，再在单工序模上进行反拉深。 方案三 落料、正拉深和反拉深全都在同一个复合模中一次加工成型。 方案四 采用带料连续拉深，或在多工位自动压力机上冲压成型。 分析比较上 述四种方案，可以看出： 方案一 用此方案，模具的结构都比较简单，制造很容易，成本低廉，但由于结构简单定位误差很大，而且单工序模一般无导向装置，安装和调整不方便，费时间，生产效率低。 方案二 采用了落料与正拉深的复合模，提高了生产率。对落料以及正拉深的精度也有很大的提高。由于最后一道反拉深工序是在单工序模中完成，使得最后一步反拉深工序的精度降低，影响了整个零件的精度，而且中间过程序要取件，生产效率不高。 方案三 此方案把三个工序集中在一副复合模中完成，使得生产率有了很大的提升。没有中间的取放件过程，一次冲压成型，而且精度也比 较高，能保证加工要求，在冲裁时材料处于受压状态，零件表面平整。模具的结构也非常的紧凑，外廓尺寸比较小，但模具的结构和装配复杂。 方案四 采用带料连续拉深或多工位自动压力机冲压，可以获得较高的生产效率，而且操作安全，但这一方案需要专用的压力机或自动的送料装置。模具的结构比较复杂，制造周期长，生产成本高。 根据设计需要和生产批量，综合考虑以上方案，方案三最适合。即落料、正反拉深在同一复合模中完成。这样既能保证大批量生产的高效率又能保证加工精度，而且成本不高，经济合理。 9 4 主要工艺参数的计算 确定排样、裁板方案 加工此零件为大批大量生产，冲压件的材料费用约占总成本的 60%80%之多。因此，材料利用率每提高 1%，则可以使冲件的成本降低 在冲压工作中，节约金属和减少废料具有非常 重要的意义，特别是在大批量的生产中，较好的确定冲件的形状尺寸和合理的排样的降低成本的有效措施之一。 由于材料的经济利用直接决定于冲压件的制造方法和排样方式，所以在冲压生产中，可以按工件在板料上排样的合理程度即冲制某一工件的有用面积与所用板料的总面积的百分比来作为衡量排样合理性的指标。 同时属于工艺废料的搭边对冲压工艺也有很大的作用。通常，搭边的作用是为了补充送料是的定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料时的步距误差以 及送料歪斜误差等原因而冲出残缺的废品，从而确保冲件的切口表面质量，冲制出合格的工件。同时，搭边还使条料保持有一定的刚度，保证条料的顺利行进，提高了生产率。搭边值得大小要合理选取。根据此零件的尺寸通过查表取 搭边值为 进距方向 于是有 进距 41 （ 20） 条料宽度 6 8221 6 42 （ 21） 板料规格拟用 8001600由于毛坯面积较大所以横裁和纵裁的利用率相同，从送料方便考虑，我们可以采用横裁。 裁板条数 16816001 0 （ 22） 每条个数 h （ 23） 10 每板 总个数 369421 材料利用率 %100)(4 22 （ 24） %1001600800)16164(432 22 % 计算零件的净重 G （ 25） 1024(161644 1222 式中 密度，低碳钢取 385.7 。 内的第一项为毛坯面积，第二项为底孔废料面积，第三项（）内为切边废料面积。 确定各中间工序尺寸 整个冲压过程包括落料、正拉深以及反拉深三个过程，在正反拉深过程中，由于是一次冲压成型，所以各次拉深的凸、凹模圆角尺寸必需与零件要求相一致，则 正拉深凸模圆角为 3拉深凹模圆角为 3拉深高度为 46拉深凸模圆角为 6拉深凹模圆角为 3拉深高度为 20一个过程为落料正向拉深，成型后如图 示。 11 图 3 第二个过程为反向拉深，成型后如图 示。 图 4 计算工艺力、初选设备 落料、正拉深过程 (1) 落料力 平刃凸模落料力的计算公式为 （ 26） 12 式中 P 冲裁力（ N） L 冲件的周边长度（ t 板料厚度（ 材料的抗冲剪强度（ K 修正系数。它与冲裁间隙、冲件形状、冲裁速度、板料厚度、润滑情况等多种因素有关。其影响范围的最小值和最大值在（ 般 k 取为 在实际应用中，抗冲剪强度 的值一般取材料抗拉强度b的 便于估算，通常取抗冲剪强度等于该材料抗拉强度b的 80%。即 b （ 27） 因此，该冲件的落料力的计算公式为 （ 28） (2) 卸料力 一般情况下，冲裁件从板料切下以后受弹性变形及收缩影响。会使落料件梗塞在凹模内，而冲裁后剩下的板料则箍紧在凸模上。从凸模上将冲件或废料卸下来所需的力称卸料力。影响这个力的因素较多，主要有材料力学性能、模具间隙、材料厚度、零件形状尺寸以及润滑情况等。所以要 精确地计算这些力是困难的，一般用下列经验公式计算： 卸料力 卸 （ 29） 式中 F 冲裁力 (N) 1K 顶件力及卸料力系数，其值可查表。 这里取 1K 为 因此 4825卸 (3) 拉深力 带凸缘圆筒形零件的拉深力近似 计算公式为 拉 （ 30） 式中 圆筒形零件的凸模直径（ 系数，这里取 13 b 材料的抗拉强度（ 因此 84608拉(4) 压 边力 压边力的大小对拉深件的质量是有一定影响的，如果过大，就要增加拉深力，因而会使制件拉裂，而压边圈的压力过小就会使工件的边壁或凸缘起皱，所以压边圈的压力必须适当。合适的压边力范围一般应以冲件既不起皱、又使得冲件的侧壁和口部不致产生显著的变薄为原则。压边力的大小和很多因素有关，所以在实际生产中，可以根据近似的经验公式进行计算。 (4 220 （ 31） 式中 D 毛坯直径（ d 冲件的外径（ q 单位压边力（ 这里 q 的值取 所以 644 22 （ 32） 反拉深过程 (1) 反拉深力 通常反拉深力要比正常拉深力大 20%。 即 拉反 （ 33） 所以有 b反 （ 34） (2) 顶料力 逆着冲裁方向顶出卡在凹模里的料所需要的力叫顶料力，顶料力的 经验 计算公式为： （ 35） 式中 F 冲裁力（ N） 顶料力系数，这里查表取 所以有 14 4824拉深 功的计算 拉深所需的功可按下式计算 1000 （ 36） 式中 最大拉深力（ N） h 拉深深度（ W 拉深功（ N m） C 修正系数，一般取为 C= 所以 67941000 W N m （ 37） 初选压力机 压力机吨位的大小的选择，首先要以冲压工艺所需的变形力为前提。要求设备的名义压力要大于所需的变形力，而且还要有一定的力量储备，以防万一。从提高设备的工作刚度、冲压零件的精度及延长设备的寿命的观点出发，要求设备容量有较大的剩余。最新的观点认为，我们只需要使用设备的 60%容量，甚至 50%，即取工艺变形力的 2倍。 上述设备吨位的选择原则，对于冲裁、弯曲等工序已不存在什么问题。但对于本设计所使用的拉深，可能还不保险。因为拉深与冲裁不同，最大变形力不是发生在冲床名义压力的位置，而是发生在拉深成型的中前期，这时 虽然最大变形力小于压力机的名义压力，但最大变形力发生的位置远离名义压力的位置而不保险。于是就需要用到压力机的许用力行程曲线。本次设计的工艺力行程曲线图如图 15 图 5 图中零点为滑块的下死点，滑块在距下死点 86线 1为落料力的负荷曲线，曲线 2 为正拉深力的负荷曲线，曲线 3 为压边力的负荷曲线，曲线 4为反拉深力的负荷曲线。曲线 5为 1250 行程曲线 ， 余卸料力和顶料力由于力不大，可以放在压力机预留力中考虑。 从图中我们可以看出冲压的最大总压力，出现在离下死点 86于这种落料拉深复合工序，选择设备吨位尺寸时既不能把以上几个力加起来 (再乘个系数值 )作为设备的吨位、也不能仅把 落料力或拉深力 加起来 (再乘个系数 )作为设备吨位。而应该根据压力机说明书中所给出的允许工作负荷曲线作出判断和选择。 对于本次设计的复合模，根据工艺力的大小和出现的位置，查表初选吨位为1250 16 5 模具的结构设计 模具结构形式的选择 采用落料、拉深复合模，首先要考虑落料凸模（兼拉深凹模）的壁厚是否过薄。本次设计中凸凹模的壁厚为 12 10 216 4 能够保证足够的强度，故采用复合模。 模具的落料部分可以采用正装式，正拉深部分采用倒装式，反拉深部分采用正装式。模座下的缓冲器兼作压边与顶件，另外还设有弹性卸料装置的弹性顶件装置。这种结 构的优点是操作方便，出件畅通无阻，生产效率高，缺点是弹性卸料板使模具的结构变复杂 ,要简化可以采用刚性卸料板，其缺点是拉深件留在刚性卸料板中不易取出，带来操作上的不便，结合本次设计综合考虑，采用弹性卸料板。 从导向的精度和运动的平稳以及具体规格方面考虑，可以采用中间导柱模架（ 1990）。 模具工作部分尺寸计算 落料 虫裁模刃口是尖锐锋利的，多为直角，故冲裁模刃口尺寸是指光而得到 的平滑面，所以落料件的外径尺寸应等于凹模内径尺寸，冲孔件的内径尺寸应等于冲头的外径尺寸。 模具两刃口尺寸中总有一个基准尺寸，设计和制造模具时，可分别根据工件的精度要求，决定第一件为基准件，把间隙取在另一件上。故落料件以凹模为基准，冲孔以凸模为基准。 模具工作部分加工时要注意经济上的合理性，精度太高，则制造困难、成本高；精度太低，则又可能加工不出合格的产品。因此，模具的精度应随工件的精度要求而定，这样才会有好的经济性。 冲裁件的尺寸精度取决于凸、凹模刃口部分的尺寸。冲裁间隙的合理也要靠凸、凹模刃口部分的尺寸来实现和保证。所以正确确定刃口部分的尺寸是相当重要的。在决定模具刃口尺寸及制造公差时，需考虑 以下原则： 裁件的尺寸取决于凸模尺寸。 b 考虑到冲裁时凸、凹模的磨损，在设计凸、凹模刃口尺寸时，对基准件刃口尺 17 寸在磨损后增大的，其刃口公称尺寸应取工件尺寸范围内较小的数值。对基准件刃口尺寸在磨损后减小的，其刃口公称尺寸应取工件尺寸范围内较大的数值。这样，在凸模磨损到一定程度的情况下，能冲出合格的零件。 c 在确定模具刃口制造公差时，要既能保证工件的精度要求，又要保证合理的间隙数值。一般模具制造精度比工件精度高 2 4 级 。 对于落料 0)( （ 38） 0m 2( （ 39） 式中 落料凸模直径（ 落料凹模直径（ D 工件外径的公称尺寸（ 冲裁工件要求的公差 X 系数，为避免多数冲裁件尺寸都偏向于极限尺寸，此处可取X= d、p 凹、凸模制造偏差，这里可以按 选取， 实用间隙最小值，可以通过查表选取 C 为拉深的坯料）按未注公差的自由尺寸 落料件的尺寸取为 ，还必须满足下列公式 m a x 22 （ 40） 有 所以满足条件。 0)(（ 41） 4( 0m 2( p （ 42） 3 4( 18 落料凹模的外形尺寸的确定 凹模厚度 （ 43） 凹模壁厚 （ 44） 式中 b 冲裁件最大外形尺寸 K 系数，考虑坯料厚度 t 的影响，其值可查表取， K= 所以有 7050( 调整到符合标准，凹模外径设计尺寸为 360 正拉深 拉深模直径尺寸的确定的原则，与冲裁模刃口尺寸的确定基本相同，只是具体内容不
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