毕业设计（论文）-瓶盖冲压工艺及模具设计.doc

毕业设计瓶盖冲压工艺及模具设计102018133陈景皓机械工程系学生姓名： 学号： 材料成型及控制工程系 部： 韩海军专 业： 指导教师： 二一四年 六月太原工业学院毕业设计诚信声明 本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目：瓶盖冲压工艺及模具设计系部：机械工程系 专业： 材料成型及控制工程 学号： 102018133 学生： 陈景皓 指导教师（含职称）：韩海军（高工）专业负责人：赵跃文 1设计的主要任务及目标 模具装配图及零件图、设计说明书一本、电子资料一份。 以所学专业知识为基础，以实用为目的，通过对瓶盖冲压工艺的分析及相关参数的计算，进行模具的总装图及零件的设计，总结出模具设计的规律和方法。2 设计的基本要求和内容 认真学习相关书籍，查阅中外文资料，制定出合理的设计方案。认真做好各环节计算与分析，使零件的工艺分析正确，模具设计合理。勤于思考，应用所学的专业知识来解决设计中遇到的问题。（1）对瓶盖的工艺性进行科学的分析，对相关参数进行准确的计算。（2）通过查阅相关的模具图册，设计出合理的模具装配图及主要零部件图。3主要参考文献1丁松聚主编，冷冲模设计，北京：机械工业出版社，20012涂光祺主编，冲模技术,北京：机械工业出版社，20023王孝培主编，冲压设计资料,北京：机械工业出版社，19834齐卫东主编，简明冲压模具设计手册,北京：北京理工大学出版社，20105李天佑主编，冲模图册，北京：机械工业出版社，19944进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1资料查阅，完成开题报告2013.12.172014.03.172制定工艺方案，制定模具大体结构2014.03.182014.03.253完成模具的设计与计算2014.03.252014.05.154绘制图纸及编写设计说明书2014.03.252014.05.155撰写毕业设计2014.06.022014.06.126制作答辩PPT，准备毕业设计答辩2014.06.132014.06.175. 附图 材料：软铝 厚度：1mm 瓶盖冲压工艺及模具设计摘要：红酒铝质瓶盖要有好的密封性，同时能够满足高温蒸煮杀菌等特殊要求，因此铝质瓶盖要具有良好的可靠性并对尺寸偏差有严格的要求，故可采用冲压模具进行生产。综合上述，对铝质瓶盖的冲压模具设计是具有现实意义的。本文以铝质瓶盖为对象，分析了瓶盖的冲压工艺，并对模具结构进行了设计和计算。首先对工件进行了工艺分析，确定了最佳工艺方案，并进行工艺计算；然后确定了落料、拉深复合模的结构型式和其余各次拉深模具的结构型式并对主要结构零件进行了分析、设计和计算，合理地选择了压力机。最后对落料、拉深模具进行了模具装配说明。关键词：铝质瓶盖，冲压工艺，模具设计，拉深The stamping process and mold design of capAbstract:The red wine aluminium caps are required to have excellent airproof capability and to meet the demand of high temperature sterilization and other particular ones.Therefore, a good reliability of the aluminium caps is fully expected and the dimensional deviation is severely limited and required. To summarize, it makes a practical sense to produce the aluminium caps by stamping process.This paper which was based on the research on an aluminium cap, focused on the analysis for the stamping process, the structure design and the calculation of the aluminium cap. Firstly, according to the analysis and the calculation of the process, desirable process scheme was determined. Secondly, the blanking and drawing compound tool and the drawing molds for other procedures were analysed, designed and calculated as well as the main structure components.Also,the selection of the appropriate presses are completed. Finally, the illumination of the mold assembly of the blanking and drawing mold was made up.Key words: Aluminium cap, Stamping process, Mold design, Drawing太原工业学院毕业设计目 录 1 前 言12 课题研究的依据和内容32.1本课题的研究目的及意义32.2课题研究的理论依据32.2.1冲裁过程32.2.2拉深过程42.3课题研究的主要内容43 冲压工艺分析53.1工艺分析的概念53.2零件的工艺性分析63.2.1冲裁件的尺寸精度63.2.2冲裁件的形状63.2.3冲裁件的尺寸63.2.4冲裁件的材料63.2.5 结论63.3 冲压工艺方案的确定73.3.1 确定工艺方案的主要原则73.3.2 冲模的典型结构和特点73.3.3 工艺方案的比较83.4拉深件毛坯尺寸的计算83.4.1毛坯直径的计算83.4.2拉深次数的确定93.4.3 计算各次拉深直径93.4.4计算各次拉深的高度103.4.5工序图的确定103.5排样设计与计算113.5.1排样原则113.5.2排样方法113.5.3确定搭边值123.5.4计算送料步距与条料宽度133.5.5排样图144 冲压工艺参数计算154.1计算各工序压力154.1.1拉深力计算154.1.2压边力计算164.1.3冲裁力计算164.1.4卸料力、推件力和顶件力174.2计算模具压力中心184.3初选压力机184.4拉深模工作部分结构参数的确定204.4.1拉深凸、凹模的圆角半径204.4.2拉深凸、凹模间隙214.4.3拉深凸、凹模工作部分的尺寸及其制造公差224.5落料模工作部分结构参数的确定234.5.1冲裁间隙234.5.2尺寸计算原则234.5.3尺寸计算方法和选择244.5.4冲裁凸、 凹模刃口尺寸计算254.6弹性元件的选用与设计254.6.1选用橡胶为弹性元件264.6.2下托杆压边采用橡胶的计算275 模具的主要零部件设计285.1工作零件285.1.1落料凹模设计285.1.2拉深凸模设计295.1.3凸凹模设计305.2.1定位板和定位销335.2.2导料销和导料板335.2.3挡料件335.3压料、卸料及推顶件装置345.3.1压料装置345.3.2卸料及推（顶）件装置345.4模架及其他零部件设计365.4.1模架设计365.4.2模柄设计375.4.3凸模固定板设计375.4.4螺钉与销钉选用386 模具的总体装配39结 论41参考文献42致 谢43431 前 言随着瓶盖在许多领域的广泛应用，瓶盖也越来越体现出其重要性，无论是在饮料、乳品，还是日化、医药，亦或是其他行业，瓶盖的地位日趋突显。瓶盖作为包装中的一个小环节，对于保证产品质量和塑造产品个性至关重要，瓶盖的功能主要有两点：一是密封性，对内装物起保护作用，这是瓶盖的最基本功能，也是生产厂家最容易做到的；二是美观性，作为包装不可分割的一部分，小小瓶盖可以起到画龙点睛的作用。目前，中国红酒瓶盖产业发展出现的问题中，许多情况不容乐观，如产业结构不合理、产业集中于劳动力密集型产品；技术密集型产品明显落后于发达工业国家；生产要素决定性作用正在削弱；产业能源消耗大、产出率低、环境污染严重、对自然资源破坏力大；企业总体规模偏小、技术创新能力薄弱、管理水平落后等。我国白酒、葡萄酒及饮料等包装多数仍以玻璃瓶为主，因而瓶盖有很多是用铝材制造的。目前，我国各种酒类生产厂约3万多家。据轻工总会酿酒协会的统计资料显示，近几年的白酒年产量均在800万吨左右，其中约有50%的酒瓶使用防盗盖。 我国铝质瓶盖生产厂近200家，年设计生产能力约90亿只，其中引进生产线近30条，产量为50多亿只，可生产近百种各类瓶盖。业内有关人士介绍，我国防盗瓶盖将以每年10%的速度增长，2010年约需防盗瓶盖150亿只，铝板带材5.35万-6万吨左右。 近年来，酒类防伪越来越被厂家重视，酒瓶盖作为包装的一部分，其防伪功能和制作形式也朝着多样化、高档化发展，扭断式，开启式，能歌唱，会说话，多重防伪酒瓶盖被厂家广泛应用。尽管防伪瓶盖功能不断变化，但其使用材料主要有两大类，即铝质和塑料两种。国际上，酒类包装瓶盖多数采用铝质瓶盖，外形简单，制作精细，先进的印刷技术使之色泽一致，图案精美，给消费者带来高雅的视觉感受。塑料防伪盖结构复杂，具有防倒灌功能，其表面处理工艺方法多种多样，立体感强，外观造型独特新颖，但本身固有的缺陷却无法忽视。由于玻璃瓶采用热成型工艺，瓶口尺寸误差较大，难以实现较高的密封性。另外，个别塑料瓶盖生产厂家为降低成本，在原料中掺杂使假，卫生状况令人担忧。由于瓶盖有一部分与玻璃瓶口连在一起，不易回收，环保专家认为，它对自然环境的污染是显而易见的。 铝质防盗瓶盖采用优质专用铝合金材料精致加工而成，主要用于酒类、饮料类（含气、不含气）和医药保健品类产品的封装，并可满足高温蒸煮杀菌等特殊要求。铝质瓶盖多在自动化程度相当高的生产线上加工，因此对材料的强度、伸长率和尺寸偏差要求都很严格，否则会在加工时产生破裂或折痕。为保证瓶盖成形后便于印刷，要求瓶盖料板面平坦、无滚痕、划伤和污斑。铝质瓶盖材料的生产可分别采用冲压及热轧供坯或连铸连轧供坯，经冷轧制而成。目前我国防盗盖料的生产厂家多用连铸连轧坯料生产，但根据防盗盖生产厂家反映，在防盗盖料的使用效果上热轧坯料要优于铸轧坯料。 铝质瓶盖与塑料瓶盖两者相比，前者有着比后者更多的优越性，它不仅制作可机械化、大规模，而且成本低、无污染，还可回收利用。因此，在将来的酒用瓶盖上，铝质防盗盖仍将是主流。本次毕业设计目的是通过设计，培养综合运用所学理论知识分析和解决实际问题的能力。使我们获得计算机辅助绘图和手册查阅等方面的一定程度的训练，掌握资料收集、参考及整理的方法，了解模具设计的一般方法、行业标准及规律，培养实际工程设计能力，为以后的设计工作打下良好基础。同时通过设计，了解所设计生产产品的行业形式和特点以及产品行业的发展趋势。 红酒酒瓶盖实例2 课题研究的依据和内容2.1本课题的研究目的及意义冲压工艺具有：1生产率高；2精度高，质量稳定；3材料利用率高；4操作简便等优点。特别适宜于大批量生产和自动化。我国的模具工业的发展，日益受到人们的重视，在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通信等产品中，60%-80%的零部件都要依靠模具成型。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低耗率，是其它加工制造方法所不能比拟的。随着生活水平的提高，人们对于瓶盖的生产也有了较高的要求，目前多为铝制金属瓶盖。随着塑瓶在许多领域的广泛应用，瓶盖也越来越体现出其重要性，无论是在饮料、乳品，还是日化、医药，亦或是其他行业，瓶盖的地位日趋突显。瓶盖作为包装中的一个小环节，对于保证产品质量和塑造产品个性至关重要，随着工艺水平的提高，瓶盖的材料也再多样化，有塑料的，木制的，金属的，水晶的等。酒瓶盖的功能主要有三个：一是密封性；二是美观性；三是防伪功能。所以，本课题研究的金属瓶盖的冲压工艺及模具设计就是要在这些方面对一些探讨和研究。使我们获得计算机辅助绘图和手册查阅等方面的一定程度的训练，掌握资料收集、参考及整理的方法，了解模具设计的一般方法、行业标准及规律，培养实际工程设计能力，为以后的设计工作打下良好基础。2.2课题研究的理论依据冲压工艺大致可分为分离工序与成形工序两个类。分离工序又可分为落料、冲孔、切割等。成形工序则可分为弯曲、拉深、胀形、扩口、等。根据产品零件的形状、尺寸精度和其他技术要求，可分别采用各种工序对板料毛坯进行加工。2.2.1冲裁过程冲裁即是分离工序，工件受力时必须从弹、塑性变形开始，以断裂告终。当凸模下降接触板料，板料即受到凸、凹模压力而产生弹性变形，由于力矩的存在，使板料产生弯曲，即从模具表面上翘起。随着凸模下压，模具刃口压入材料，内应力状态满足塑性条件时，产生塑性变形，不同的凸模行程，其变形程度不同，且凹模刃口附近变形大于凸模刃口附近的变形。由此可知，塑性变形从刃口开始，随着切刃的深入，变形区向板料的深度方向发展、扩大，直到板料的整个厚度方向上塑性变形，板料的一部分相对另一部分移动。力矩将板料压向整个厚度方向上产生塑性变形，板料的一部分相对于另一部分移动。力矩将板料压向切刃的侧表面，故切刃相对于板料移动时，这些力将表面平压，在切口表面上形成光亮带。当切刃附近材料各层中达到极限应变与应力值时，便产生微裂，裂纹产生后，沿着大剪应变速度方向发展，直至上、下裂纹会合，板料就完全分离。【1】2.2.2拉深过程拉深是利用拉深模具将冲裁好的平板毛坯压制成各种开口的空心件，或将已制成的开口空心件加工成其它形状空心件的一种加工方法。其变形过程是：随着凸模的下行，留在凹模端面上的毛坯外径不断缩小，圆形毛坯逐渐被拉进凸模与凹模间的间隙中形成直壁，而处于凸模底面下的材料则成为拉深件的底，当版聊全部拉入凸、凹模间的间隙时，拉深过程结束，平板毛坯就变成具有一定的直径和高度的开口空心件。与冲裁工序相比，拉深凸模和凹模的工作部分不应有锋利的刃口，而应具有一定的圆角，凸模与凹模之间的单边间隙稍大于料厚。用拉深工艺可以成形圆筒形、阶梯形、球形、锥形、抛物线形等非常复杂的零件。拉深的应用非常广泛，是冷冲压的基本成形工序之一。【1】2.3课题研究的主要内容 （1）对瓶盖的工艺性进行科学的分析；对相关参数进行准确的计算。 （2）通过查阅相关的模具图册，设计出合理的模具装配图及主要零部件图（不少于5张）。 （3）探索总结出一套相关的模具设计规律和方法。3 冲压工艺分析3.1工艺分析的概念工艺分析包括技术和经济两方面内容。在技术方面，根据产品图纸，主要分析零件的形状特点、尺寸大小、精度要求和材料性能等因素是否符合冲压工艺的要求；在经济方面，主要根据冲压件的生产批量，分析产品成本，阐明采用冲压生产可以取得的经济效益。因此工艺分析，主要是讨论在不影响零件使用的前担下，能否以最简单最经济的方法冲压出来。影响冲压件工艺性的因素很多，从技术和经济方面考虑，主要因素： （1）冲压件形状和尺寸不同的形状和尺寸的冲压件，有不同的工艺要求。对于冲裁件，要求外形简单对称，应该避免冲裁件上过长的悬臂，其宽度要大于料厚的两倍。一般情况下，冲裁件外形不能有尖角，应采用r2t有圆角，这有利于模具制造和提高模具寿命。 （2）冲裁精度冲压件精度与模具结构形式及其制造精度等因素有关。一般冲裁件内、外形所能达到的经济精度、两孔之间的孔距公差、孔与边距的尺寸公差、冲裁件的角度偏差、以及剪断面的近似粗糙度值分别可由表查得。 （3）生产批量据介绍，模具制造费用很高，约占冲压件总成本的百分之十到百分之三十，因此，生产量小时，采用共他加工方法可能比冲压方法更为经济只有在大批量生产件下，冲压加工才能取得明显的经济效益。一般来说，大批量生产时，可选用连续和高效冲压设备，以提高生产效率；中小批量生产时，常采用简单模或复合模，以降低模具制造费用。冲压件的工艺分析，除考虑上述的形状、尺寸、精度、生产批量等主要因素以外，还应分析冲压件厚度、板料性能以及在基本工序中常见的生产问题对冲压工艺性的影响。通过工艺分析，在不影响冲压件使用要求的条件下，对冲压件形状、尺寸或精度和原材料选用进行必要的修改，用以改善零件冲压工艺性能和提高经济效果。【1】3.2零件的工艺性分析3.2.1冲裁件的尺寸精度 为降低冲压成本，获得最佳的技术经济效果，在不影响冲压件使用要求的前提下，应尽量采用经济精度。所谓经济精度是指模具达到最大许可磨损时，其所完成的冲压加工在技术上可以实现而在经济上又最合理的精度。冲裁件的精度一般满足其经济精度要求。 除20的尺寸精度高于IT10级外，其余尺寸均为IT11级以下可以通过一般冲压加工方法。3.2.2冲裁件的形状冲裁件的形状应该尽量简单、对称，最好是由圆弧和直线组成。应该避免冲裁件上有过长的悬臂和狭槽，其最小宽度要大于料厚t的两倍，即b2t。由工件图看，该工件只有落料和拉深两个工序，形状简单，结构对称，内部有圆角过渡，以便于模具加工，减少热处理或冲压时在尖角处开裂的现象，同时也能防止尖角部位刃口的过快磨损。3.2.3冲裁件的尺寸冲裁时，由于受到凸、凹模强度与模具结构的限制，冲裁件的最小尺寸有一定的限制。如冲孔的最小尺寸、孔距的最小尺寸、孔与边缘的最小孔边距、工件悬臂与窄槽的最小宽度等，都有一定的限制。圆角r2t。3.2.4冲裁件的材料软铝具有良好的冲压性能，适合冲裁，且市场上易购得此种材料，价格适中。3.2.5 结论 可以冲裁。图3-1 工件图3.3 冲压工艺方案的确定3.3.1 确定工艺方案的主要原则 （1）保证冲裁件质量； （2） 经济性原则； （3）安全性原则。 【1】3.3.2 冲模的典型结构和特点 （1）单工序冲模（亦称单冲模） 这种冲模是在压力机的一次行程中只完成一个冲压工艺工序。一般均以其完成的冲压工艺工序的名称来命名：如只进行冲孔的称之为冲孔模；只进行一次弯曲的称为弯曲模。 （2）连续模（亦称多工序连续模）这种模具是在压力机一次行程中，在模具的不同工位上，能同时完成两个或两个以上冲压工序。根据连续完成的冲压工序的工艺作业类别又将连续模分为：多工位连续冲裁模、多工位连续式复合模两种17。连续模只有冲裁工位的，即只进行冲孔、切口、冲槽、落料等属于冲裁作业的工位，称为多工位连续冲裁模。如果连续模诸工位中，除了冲裁作业外，还有拉伸或弯曲、成形：包括翻边、冲挤、压印等属于冲裁式复合模。 （3）复合模该类模具仅一个工位，在压力机的一次行程中能完成两个或两个以上冲压工步，根据这类模具完成的冲压工步的类别，可将其分为：冲裁式复合模、综合式复合模两种。只完成冲裁作业的复合模，最常见的是冲孔落料复合模。如果连续模诸工位中,除了冲裁作业外，还有拉伸或弯曲、成形任意一个或一个以上变形工步的复合模，通称其为综合式复合模、多工位连续式复合模。【1】3.3.3 工艺方案的比较方案一：都采用单工序模进行加工；方案二：采用落料、拉深复合模进行加工。单冲模结构简单，制造成本低，易于加工和模具的维修，适用于小批量或试制件，但需要经过多次定位和变形，产生积累误差大，冲裁件精度较低，而且模具较多，增加了成本。复合模生产效率高，在同一位置一次冲出，不存在定位误差，制件精度高，对于中批大量的冲裁件，采用复合模可降低成本，提高经济效益。经过分析比较，最后确定方案二。3.4拉深件毛坯尺寸的计算3.4.1毛坯直径的计算旋转体零件系采用圆形毛坯，其直径按面积相等的原则计算，即不考虑板料的厚度变化。由于板料具有方向性以及毛坯在拉深过程中的摩擦条件不均匀等因素的影响，拉深后的工件顶端一般都不平齐，需要修边，所以在毛坯尺寸中，应包括修边余量。查表得，修边余量h=3.3mm。（冷冲模设计162页表6-2）故h=H+h=53.3mm毛坯直径为D=68mm1.5查表得首次拉深应采用压边圈。（冷冲模设计176页表6-12）3.4.2拉深次数的确定先判断能否一次拉出。拉深系数 查表，取，。（冷冲模设计169页表6-8）可见，判断一次拉不出，需要多次拉深。由推算法确定拉深次数，由表查得，=0.49，=0.7，=0.73。（冷冲模设计169页表6-6）则各次拉深直径推算为；=0.4968=33.32mm=0.733.32=23.324mm=0.7323.324=17.02mmd=20mm因为=17.02mm已小于d=20mm,不必再推算下去，需3次才能拉出。3.4.3 计算各次拉深直径 因=0.060.04=0.02mm所以不能用分别加工法，故采用单配加工法。4.5.4冲裁凸、 凹模刃口尺寸计算由于复杂形状工件，其各部分尺寸性质不同，凸模与凹模磨损情况也不相同，所以基准件的刃口尺寸要按不同方法计算，如图4-1所示的工件属于落料件，应以凹模为基准件，凹模磨损情况可分成三类： （1）凹模磨损后增大的尺寸； （2）凹模磨损后变小的尺寸； （3）凹模磨损后不变。【5】根据冲裁件图判断出属于第一类尺寸，而这类尺寸它的基本尺寸及制造公差的确定方法如下：第一类尺寸=（冲裁件上该尺寸的最大极限尺寸x）查表得， x=0.5。 （简明冲压模具设计手册55页表2-45）=（680.50.5）=67.75mm则 =67.75mm，以0.040.06mm间隙与落料凹模配制。图4-1 冲裁件4.6弹性元件的选用与设