【冲压模具设计】空气滤清器壳正反拉深冲孔复合模设计【复合模】【14张CAD图纸】
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【冲压模具设计】空气滤清器壳正反拉深冲孔复合模设计【复合模】【14张CAD图纸】,冲压,模具设计,空气滤清器,正反,冲孔,复合,设计,14,cad,图纸
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湖南工学院 2011 届毕业设计（论文）课题任务书 系： 机械工程系 专业： 材料成型及控制工程 指导教师 刘春林 学生姓名 李政 课题名称 空气滤清器壳 正、 反拉深、冲孔 复合模设计 内容及任务 根据所给定的 冲压零件 产品，设计出 冲压 模具。主要内容如下： 1、绘制产品零件图。 2、绘制模具装配图。 3、绘制整套模具零件图，标准件除外。 4、编写设计说明书。 5、自选一个重要模具零件编制加工工艺路线，进行相关的计算，并编制加工工艺卡和工序卡。 拟达到的要求或技术指标 按照“湖南工学院毕业设计（论文）工作管理规定”，本课题设计要求及技术指标如下： （一）模具 1、保证规定的生产率和高质量产品的同时，力求成本低、寿命长。 2、模具结构设计合理，工艺性好，具有一定的创新性。 3、操作安全、方便，易于维修，便于管理。 4、在保证模具强度前提下，注意外形美观，各部分比例协调。 （二）设计图纸 1、模具绘图布局合理，视图完整、清晰，各项内容符合标准要求。 2、设计图纸应符合学校的要求，不少于 3 张零号图纸的结构设计图、装配图和零件图，其中应包含一张以上用计算 机绘制的具有中等难度的 1 号图纸，同时至少有折合 1 号图幅以上的图纸用手工绘制。 （三）设计说明书 1、资料数据充分，并标明数据出处。 2、计算过程详细、完全。 3、公式的字母含义应标明，有时还应标注公式的出处。 4、内容条理清楚，按步骤书写。 5、说明书按照学校的有关规定，编写不少于 12000 字的设计说明书，同时上交电子文档。 （四）其他要求 1、查阅到 10 篇以上与题目相关的文献 2、翻译一篇本专业外文文献（ 10000 个以上印刷符号），并附译文。 进度安排 起止日期 工作内容 备注 4 月 2 号至 4 月 15 号 4 月 15 号至 4 月 25号 4 月 25 号至 4 月 30号 5 月 2 号至 5 月 10 号 5 月 10 号至 5 月 15号 5 月 15 至 25 号 5 月 25 至 5 月 30 号 6 月 1 号至 10 号 英文文献翻译 收集资料 分析零件的工艺性 确定工艺方案 计算主要的工艺参数 模具的结构设计 编写毕业设计说明书 绘制机械结构零件图及装配图 整理毕业设计 上交毕业设计 准备毕业答辩 主要参考资料 1刘心治主编 冷冲压工艺及模具设计 重庆大学出版社 2006 2模具制造手册编写组 模具制造手册 机械工业出版社 1990 3吴宗泽主编 机械设计手册（上册 下册） 机械工业出版社 1998 4肖景容主编 冲压工艺学 机械工业出版社 5模具制造手册 机械工业出版社 1992 6郑家贤主编 冲压工艺与模具设计实用技术 机械工业出版社 2005 7郑家贤 M机械工业出版社 ,2005. 8冲模设计手册编写组 M机械工业版社 ,2007 9周兆元主编 互换性与测量技术基础 机械工业出版社 2005 10王新华 袁联富 编 冲模结构图册 机械工业出版社 2003 教研室 意见 年 月 日 系主管领导意见 年 月 日 实习总结 2009 年 11 月我到 金工实习工厂 实习 ，实习目的是通过理论联系实际，巩固所学的知识，提高处理实际问题的能力，为毕业设计的顺利进行做好充分的准备，并为自己能顺利与社会环境接轨做好准备。下面是本人对这次毕业实习的总结： 首先，在工作中要有良好的学习能力，要有一套学习知识的系统，遇到问题自己能通过相关途径自行解决能力。 因为在工作中遇到问题各种各样，并不是每一种情况都能把握。在这个时候要想把工作做好一定要有良好的学习能力，通过不断的学习从而掌握相应技术，来解决工来中遇到的每一个问题。这样的学习能力，一 方面来自向师傅们的学习，向工作经验丰富的人学习。另一方面就是自学的能力，在没有另人帮助的情况下自己也能通过努力，寻找相关途径来解决问题。 其次、良好的人际关系是我们顺利工作的保障。在工作之中不只是同技术、同设备打交道，更重要的是同人的交往。所以一定要掌握好同事之间的交往原则和社交礼仪。这也是我们平时要注意的。我在这方面得益于在学校学生会的长期的锻炼，使我有一个比较和谐的人际关系，为顺利工作创造了良好的人际氛围。 另外在工作之中自己也有很多不足的地方。例如：缺乏实践经验，缺乏对相关行业的标准掌握等。所在我常提醒自己一定不要怕苦怕累，在掌握扎实的理论知识的同时加强实践，做到理论联系实际。另一方面要不断的加强学习，学习新知识、新技术更好的为人民服务。 通过这次毕业实习，把自己在学校学习的到理论知识运用到社会的实践中去。一方面巩固所学知识，提高处理实际问题的能力。另一方面为顺利进行毕业设计做好准备，并为自己能顺利与社会接轨做好准备。毕业实习是我们从学校走向社会的一个过渡，它为我们顺利的走出校园，走向社会为国家、为人民更好服务做好了准备。 湖南工学院毕业设计 (论文 )工作中期检查表 题目 空气滤清器壳正、反拉深、冲孔复合模设计 学生姓名 李政 班级学号 212070219 专业 材料成型及控制工程 指 导 教 师 填 写 学生开题情况 已开题 学生调研及查阅文献情况 已进行 毕业设计（论文）原计划有无调整 无 学生是否按计划执行工作进度 是 学生是否能独立完成工作任务 能 学生的英文翻译情况 较好 学生每周接受指导的次数及时间 2 次 4 小时 毕业设计（论文）过程检查记录情况 较好 学生的工作态度在相应选项划“ ” 认真 一般 较差 尚存在的问题及采取的措施： 对于冲孔凸模的设计 考虑到模具的设计难易程度，将反拉深凸模与冲孔凸模分开设计，然后将冲孔凸模嵌套在反拉深凸模上。 指导教师签字： 年 月 日 系部意见： 负责人签字： 年 月 日 湖南工学院 2011 届毕业设计（论文）指导教师评阅表 系：机械工程系 专业：材料成型及控制工程 学生姓名 李政 学 号 212070219 班 级 0702 专 业 材料成型及控制工程 指导教师姓名 刘春林 课题名称 空气滤清器壳正、反拉深、冲孔复合模设计 评语：（包括以下方面，学习态度、工作量完成情况、材料的完整性和规范性；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 湖南工学院毕业设计（论文）评阅评语表 题 目 空气滤清器壳正、反拉深、冲孔复合模设计 学生姓名 李政 班级学号 212070219 专业 材料成型及控制工程 评阅 教师姓名 职称 工作单位 评分内容 具 体 要 求 总分 评分 开题情况 调研论证 能独立查阅文献资料及从事其他形式的调研，能较好地理解课题任务并提出实施方案，有分析 整理各类信息并从中获取新知识的能力。 10 外文翻译 摘要及外文资料翻译准确，文字流畅，符合规定内容及字数要求。 10 设计质量 论证、分析、设计、计算、结构、建模、实验正确合理。 35 创新 工作中有创新意识，有重大改进或独特见解，有一定实用价值。 10 撰写质量 结构严谨，文字通顺，用语符合技术规范，图表清楚，书写格式规范， 符合规定字数要求。 15 综合能力 能综合运用所学知识和技能发现与解决实际问题。 20 总评分 评阅教师 评阅意见 评阅成绩 总评分 20% 评阅教师签名 日期 湖南工学院 毕业设计（论文）答辩资格审查表 题 目 空气滤清器壳正、反拉深、冲孔复合模设计 学生姓名 李政 学 号 212070219 专 业 材料成型及控制工程 指导教师 刘春林 内容综述 （对毕业设计或论文的研究步骤和方法、主要内容及创新之处进行综述，提出答辩申请） ： 申请人签名： 日期： 资 格 审 查 项 目 是 否 01 工作量是否达到所规定要求 02 文档资料是否齐全（任务书、开题报告、外文资料翻译、定稿论文及其相关附件资料等） 03 是否完成任务书规定的任务 04 完成的成果是否达到验收要求 05 是否剽窃他人成果或者直接照抄他人设计（论文） 指导教师签名： 毕业设计（论文）答辩资格审查小组意见： 符合答辩资格，同意答辩 不符合答辩资格，不同意答辩 审查小组成员签名： 年 月 日 注：此表中内容综述由学生填写，资格审查项目由指导教师填写。 湖南工学院 2011 届毕业设计（论文）答辩及最终成绩评定表 系： 专业： 学生姓名 学号 班级 答辩 日期 课题名称 指导 教师 成 绩 评 定 分值 评 定 小计 教师 1 教师 2 教师 3 教师 4 教 师 5 课题介绍 思路清晰，语言表达准确，概念清楚，论点正确，实验方法科学，分析归纳合理，结论严谨，设计（论文）有应用价值。 30 答辩 表现 思维敏捷 ,回答问题有理论根据，基本概念清楚，主要问题回答准确大、深入 , 知 识 面宽。 必 答 题 40 自 由 提 问 30 合 计 100 答 辩 评 分 分值： 答辩小组长签名： 答辩成绩 a： 40 指导教师评分 分值： 指导教师评定成绩 b： 40 评阅教师评分 分值： 评阅教师评定成绩 c： 20 最终评定成绩： 分数： 等级： 答辩委员会主任签名： 年 月 日 湖南工学院毕业设计 (论文 )开题报告 题 目 空气滤清器壳正、反拉深、冲孔 复合模设计 学生姓名 班级学号 专业 材料成型及控制工程 一、 选题的目的和意义： 冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件 (冲压件 )的成形加工方法。冲压和锻造同属塑性加工 (或称压力加工 )，合称锻压。冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。 全世界的钢材中，有 60 70%是板材，其中大部分是经过冲压制成成品。汽车的车身、底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包、容器的壳 体、电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中，也有大量冲压件。 冲压件与铸件、锻件相比，具有薄、匀、轻、强的特点。冲压可制出其他方法难于制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件，以提高其刚性。由于采用精密模具，工件精度可达微米级，且重复精度高、规格一致，可以冲压出孔窝、凸台等。 冷冲压件一般不再经切削加工，或仅需要少量的切削加工。热冲压件精度和表面状态低于冷冲压件，但仍优于铸件、锻件，切削加工量少。 冲压是高效的生产方法，采用 复合模，尤其是多工位级进模，可在一台压力机上完成多道冲压工序，实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。生产效率高，劳动条件好，生产成本低，一般每分钟可生产数百件。 冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。分离工序也称冲裁，其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的工件。在实际生产中，常常是多种工序综合应用于一个工件。冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工 艺。 冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大，要求冲压材料厚度精确、均匀；表面光洁，无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等；屈服强度均匀，无明显方向性；均匀延伸率高；屈强比低；加工硬化性低。 在实际生产中，常用与冲压过程近似的工艺性试验，如拉深性能试验、胀形性能试验等检验材料的冲压性能，以保证成品质量和高的合格率。 模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度。模具制造成本和寿命则是影响冲压件成本和质量的重要因素。模具设计和制造需要较多的时间，这就延长了新冲压件的生产准备时 间。 模座、模架、导向件的标准化和发展简易模具 (供小批量生产 )、复合模、多工位级进模 (供大量生产 )，以及研制快速换模装置，可减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于大批量生产的先进冲压技术合理地应用于小批量多品种生产。 冲压设备除了厚板用水压机成形外，一般都采用机械压力机。以现代高速多工位机械压力机为中心，配置开卷、矫平、成品收集、输送等机械以及模具库和快速换模装置，并利用计算机程序控制，可组成高生产率的自动冲压生产线。 在每分钟生产数十、数 百件冲压件的情况下，在短暂时间内完成送料、冲压、出件、排废料等工序，常常发生人身、设备和质量事故。因此，冲压中的安全生产是一个非常重要的问题。 二、 冲压技术的发展趋势 进入 90 年代以来，高新技术全面促进了传统成形技术的改造及先进成形技术的形成和发展。 21 世纪的冲压技术将以更快的速度持续发展，发展的方向将更加突出“精、省、净”的需求。 冲压成形技术将更加科学化、数字化、可控化。科学化主要体现在对成形过程、产品质量、成本、效益的预测和可控程度。成形过程的数值模拟技术将在实用化方面取得很大发展，并与数字化制造系统很好地集成。人工智能技术、智能化控制将从简单形状零件成形发展到覆盖件等复杂形状零件成形，从而真正进入实用阶段。 在模具设计与制造中，开发并应用计算机辅助设计和制造系统（ 发展高精度、高寿命模具和简易模具（软模、低熔点金模具等）制造技术以及通用组合模具、成组模具、快速换模装置等，以适应冲压产品的更新换代和各种生产批量的要求。 推广应用数控冲压设备、冲压柔性加工系统（ 多工位高速自动冲压机以及智能机器人送料取件，进行机械化与自动化的流水线冲压生产。 精冲与半精冲、液压成形、旋压成形、爆 炸成形、电水成形、电磁成形、超塑成形等技术得到不断发展和应用，某些传统的冲压加工方法将被它们所取代，产品的冲压加工趋于更合理、更经济。 三、 毕业设计（论文）所用的主要技术与方法： 随着计算机技术的发展， 冲压 模具的设计方法已经由传统的手工绘图设计逐步向计算机辅助设计（ 向发展，给模具生产带来了深刻的变革。 此次毕业设计题目主要是基于 技术与方法进行设计。 1、调研滤清器壳模具的造型结构特征及对冲压零件的工艺性分析。 2、冲压工艺的总体方案的分析和确定，然后进行排样设计和工艺计算。 3、进行 模具关键结构的方案设计，制定初步模具关键结构设计方案，绘制产品草图。 4、进行滤清器壳冲模结构设计，绘制模具零件设计图纸。 5、选择合理的冲压设备，并对设备进行校核。 6、编制模具中主要零件的制造工艺方案和加工方法。 7、撰写设计说明书，所有设计文档、资料的整理、收尾、答辩。 主要参考文献及资料获得情况 1刘心治主编 冷冲压工艺及模具设计 重庆大学出版社 2006 2模具制造手册编写组 模具制造手册 机械工业出版社 1990 3吴宗泽主编 机械设计手册（上册 下册） 机械工业出版社 1998 4肖景容主编 冲压工艺学 机械工业出版社 5模具制造手册 机械工业出版社 1992 6郑家贤主编 冲压工艺与模具设计实用技术 机械工业出版社 2005 7郑家贤 M机械工业出版社 ,2005. 8冲模设计手册编写组 M机械工业版社 ,2007 9周兆元主编 互换性与测量技术基础 机械工业出版社 2005 10王新华 袁联富 编 冲模结构图册 机械工业出版社 2003 五、毕业设计（论文）进度安排（按周说明） 4 月 2 号至 4 月 15 号英文文献翻译 4 月 15 号至 4 月 25 号 收集资料 4 月 25 号至 4 月 30 号 分析零件的工艺性 确定工艺方案 计算主要的工艺参数 5 月 2 号至 5 月 10 号 模具的结构设计 5 月 10 号至 5 月 15 号 编写毕业设计说明书 5 月 15 至 25 号 绘制机械结构零件图及装配图 5 月 25 至 5 月 30 号整理毕业设计 上交毕业设计 6 月 1 号至 10 号 准备毕业答辩 指导教师批阅意见 指导教师 (签名 )： 年 月 日 2011 届毕业设计 空气滤清器壳正、反拉深、冲孔复合模设计 系 、 部： 机械工程系 学生姓名： 指导教师： 职 称： 讲 师 专 业： 材料成型及控制工程 班 级： 学 号： 2011年 6 月 1 摘 要 模具是制造业的重要工艺基础，在我国模具制造属于专用设备制造业。本设计是空气滤清器壳反拉深、冲孔复合模设计 ，冲模的结构性能直接反映了冲压技术水平的高低。选用材料时应考虑模具的工作特性，受力情况，冲压件材料性能，冲压件的精度，生产批量以及模具材料的加工工艺性能和工厂现有条件等因素。冲床的选用主要是确定冲床的类型和吨位。 板料冷冲压加工是机械加工的一个重要组成部分。它应用十分广泛。但由于传统的加工存在着冲压工艺方案选择不合理、冲压间隙选择过大，压力机不相匹配等问题。 本文就以 空气滤清器壳反拉深、冲孔复合模 设计 主要介绍了冲压模具设计的全过程： 1. 经工艺分析工艺计算，间隙值的选择，确定了该设计工艺流程及冲模结构形式。 2. 同时对所设计的模具分别进行了分析说明， 3. 对压力机做出了合理的选择， 4. 整个过程采用 关键字 ：冲压模；冲裁间隙；冲压工艺 2 to it to be It is it is is of of he of to 1. by by of of 2. to at 3. to 4. to of of 3 目 录 1 前言 . 5 1 1 冲压技术概述 . 5 1 2 冲压技术的发展趋势 . 6 2 冲压工艺分析 . 7 2 1 零件材料的分析 . 7 件工艺性的分析 . 8 定工艺方案和模具形式 . 8 2 4 冲压工序数确定 . 10 2 5 模具类型的确定 . 10 2 6 工艺方案分析 . 11 3 模具结构型式的确定 . 11 4 部分工艺参数计算 . 11 4 1 毛坯尺寸计算： . 12 4 2 计算反拉深次数 . 12 5 各部分工艺力计算 . 12 5 1 落料、正拉深力过程 . 12 拉深过程 . 14 拉深功的计算 . 14 6 凸、凹模结构及工作部分主要尺寸计算 . 15 6 1 反拉深凸、凹模刃口尺寸及公差的计算 . 15 6 2 冲孔凸、凹模刃口尺寸及公差的计算 . 15 孔凸模的设计 . 16 深凹模的设计 . 18 凹模（拉深凸模和冲孔凹模）设计 . 20 . 23 具结构的设计 . 23 具的闭合高度 . 24 9 模具其它零件设计及计算 . 24 4 模的导向装置 . 25 架的类型及应用 . 26 位装置 . 28 料装置 . 28 件装置的设计 . 28 柄的类型及选择 . 30 模固定板 . 31 板 . 31 固件 . 32 位销 . 32 . 32 合模的装配 . 32 、凹模间隙的调整 . 32 11. 模具零件 . 33 . 34 . 37 . 37 . 38 5 1 前言 1 1 冲压技术概述 冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件 (冲压件 )的成形加工方法。冲压和锻造同属塑性加工 (或称压力加工 )，合称锻压。冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。 全世界的钢材中，有 60 70%是板材，其中大部分是经过冲压制成成品。汽车的车身、底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包、容器的壳体、电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中，也有大量冲压件。 冲压件与铸件、锻件相比，具有薄、匀、轻、强的特点。冲压可制出其他方法难于制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件，以提高其刚性。由于采用精密模具，工件精度可达微米级，且重复精度高、规格一致，可以冲压出孔窝、凸台等。 冷冲压件一般不再经切削加工，或仅需要少量的切削加工。热冲压件精度和表面状态低于冷冲压件，但仍优于铸件、锻件，切削加工量少。 冲压是高效的生产方法，采用复合模，尤其是多工位级进模，可在一台压力机上完成多道冲压工序，实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。生产效率 高，劳动条件好，生产成本低，一般每分钟可生产数百件。 冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。分离工序也称冲裁，其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的工件。在实际生产中，常常是多种工序综合应用于一个工件。冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。 冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大，要求冲压材料厚度精确、均匀；表面光洁，无斑、无疤、无擦 伤、无表面裂纹等；屈服强度均匀，无明显方向性；均匀延伸率高；屈强比低；加工硬化性低。 在实际生产中，常用与冲压过程近似的工艺性试验，如拉深性能试验、胀形性能试验等检验材料的冲压性能，以保证成品质量和高的合格率。 模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度。模具制造成本和寿命则是影响冲压件成本和质量的重要因素。模具设计和制造需要较多的时间，这就延长了新冲压件的生产准备时间。 模座、模架、导向件的标准化和发展简易模具 (供小批量生产 )、复合模、多工位级进模 (供大量生产 )，以及研制快速换模装置， 可减少冲压生产准备工作量和缩短准 6 备时间，能使适用于减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于大批量生产的先进冲压技术合理地应用于小批量多品种生产。 冲压设备除了厚板用水压机成形外，一般都采用机械压力机。以现代高速多工位机械压力机为中心，配置开卷、矫平、成品收集、输送等机械以及模具库和快速换模装置，并利用计算机程序控制，可组成高生产率的自动冲压生产线。 在每分钟生产数十、数百件冲压件的情况下，在短暂时间内完成送料、冲压、出件、排废料等工序，常常发生人身、设备和质量事故。因此，冲压中的安全生产是 一个非常重要的问题。 1 2 冲压技术的发展趋势 进入 90 年代以来，高新技术全面促进了传统成形技术的改造及先进成形技术的形成和发展。 21 世纪的冲压技术将以更快的速度持续发展，发展的方向将更加突出“精、省、净”的需求。 冲压成形技术将更加科学化、数字化、可控化。科学化主要体现在对成形过程、产品质量、成本、效益的预测和可控程度。成形过程的数值模拟技术将在实用化方面取得很大发展，并与数字化制造系统很好地集成。人工智能技术、智能化控制将从简单形状零件成形发展到覆盖件等复杂形状零件成形，从而真正进入实用阶段。 注重 产品制造全过程，最大程度地实现多目标全局综合优化。优化将从传统的单一成形环节向产品制造全过程及全生命期的系统整体发展。 对产品可制造性和成形工艺的快速分析与评估能力将有大的发展。以便从产品初步设计甚至构思时起，就能针对零件的可成形性及所需性能的保证度，作出快速分析评估。 冲压技术将具有更大的灵活性或柔性，以适应未来小指量多品种混流生产模式及市场多样化、个性化需求的发展趋势，加强企业对市场变化的快速响应能力。 重视复合化成形技术的发展。以复合工艺为基础的先进成形技术不仅正在从制造毛坯向直接制造零件方向发展，也 正在从制造单个零件向直接制造结构整体的方向发展。 深入研究冲压变形的基本规律、各种冲压工艺的变形理论、失稳理论与极限变形程度等；应用有限元、边界元等技术，对冲压过程进行数字模拟分析，以预测某一工艺过程中坯料对冲压的适应性及可能出现的质量问题，从而优化冲压工艺方案，使塑性变形理论逐步起到对生产过程的直接指导作用。 制造冲压件用的传统金属材料，正逐步被高强钢板、涂敷镀层钢板、塑料夹层钢板和其他复合材料或高分子材料替代。随着材料科学的发展，加强研究各种新材料的冲压成形性能，不断发展和改善冲压成形技术。 在模具设计 与制造中，开发并应用计算机辅助设计和制造系统（ 发 7 展高精度、高寿命模具和简易模具（软模、低熔点金模具等）制造技术以及通用组合模具、成组模具、快速换模装置等，以适应冲压产品的更新换代和各种生产批量的要求。 推广应用数控冲压设备、冲压柔性加工系统（ 多工位高速自动冲压机以及智能机器人送料取件，进行机械化与自动化的流水线冲压生产。 精冲与半精冲、液压成形、旋压成形、爆炸成形、电水成形、电磁成形、超塑成形等技术得到不断发展和应用，某些传统的冲压加工方法将被它们所取代，产品的冲压加工趋于更合理 、更经济。 2 冲压工艺分析 2 1 零件材料的分析 冷冲压模具包括冲裁、弯曲、拉深、成形等各种单工序模和由这些基本工序组成的复合模、级进模等各种模具。设计这些模具时，首先要了解被加工材料的力学性能。材料的力学性能是进行模具设计时各种计算的主要依据。故在分析零件冲压成形工艺，设计冲压模具前，必须要了解和掌握材料的一些力学性能，以便设计。现将 空气滤清器壳 零件材料为 10号钢的力学性能主要参数及其概念叙述如下： （ 1）应力：材料单位面积上所受的内力，单位是 N/ ，用 106 1N/； 109 1 （ 2）屈服强度 s：材料开始产生塑性变形时的应力值，单位是 N/ 。弯曲、拉深、成形等工序中，材料都是在达到屈服强度时进行塑性变形而完成该工序的成形的。经查 表取 s = 210 （ 3）抗拉强度 b。材料受到拉深作用，开始产生断裂时的应力值，单位是 b = 340 （ 4）抗剪强度 b。材料受到剪切作用，开始产生断裂时的应力值，单位是 b = 255 333 （ 5）弹性模量 E。材料在弹性范围内，表示受力与变形的指标，弹性模量大，表示材料受力后变形较小，或者说，产生一定的变形需要较大的力。 E = 194 x 103 （ 6）屈服比 s/ b。是材料的屈服强度 与抗拉强度之比，其值越小，表示材料允许的塑性变形区越大，在拉深工序中，材料的屈服比较小时，所需的压边力和所需克服的摩擦力相应的减小，有利于提高成形极限。 （ 7）伸长率。在材料性能实验时，试件由拉伸试验机拉断后，对接起来测量长度，其伸长量与原长度之比称为伸长率，其数值用“”表示，其数值越大表示材料的塑 8 性越好。经查表可得，材料为 10号钢的伸长率 =31。 综上所述，对 空气滤清器壳 零件材料 10号钢的力学性能分析，主要是为了便于模具设计中各参数的计算，故在后序的模具设计中各参数的计算均以上面所取的数值进行计算 。 件工艺性的分析 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。 该零件为 空气滤清器壳 ，结构简单，对称，是典型的冲压件。在冲压过程中要注意控制冲载程度，加工时，根据零件 的结构，形状等一些技术要求，应考虑以下几点： （ 1）凸、凹模间隙的确定：对于断面垂直度、尺寸精度要求不高的零件，在保证零件要求的前提下，应以降低冲载力，提高模具寿命为主，采用大间隙；对于断面垂直度、尺寸精度要求较高的零件，应选用较小的间隙值。间隙 Z=2t(1-h/t) （ 2）考虑模具刃口钝利情况：当模具刃口磨损成圆角变钝时，刃口与材料接触面积增加，应力集中效应减轻，挤压作用大，延缓了裂纹的产生，制件圆角大，光亮带宽，但裂纹发生点要由刃口侧面向上移动，毛刺高度加大，即使间隙合理，也仍会产生毛刺。 根据零件图，初步分析可以知道 空气滤清器壳 零件的冲压成形需要多道工序才能完成，进行反拉深，形成外形尺寸形状，其次冲孔。 综上所述， 空气滤清器壳 由原始毛坯冲压成形应包括的基本工序有：反拉深，冲孔复合模等。 定工艺方案和模具形式 在冲压分析的基础上，找出工艺与模具设计的特点与难点，根据实际情况提出各种可能的冲压工艺方案，内容包括工序性质，工序数目，工序顺序及组合方式等，有时同一种 冲压零件也可能存在多个可行的方案，通常每种方案各有优缺点，应从产品质量生产效率，设备占用情况，模具制造的难易程度和模具的使用寿命的高低，生产成本，操作方便与安全程度等方面进行综合分析、比较，确定出适合于现有生产条件的最佳方案，故在一定的条件下，以最简单的方法，最快的速度，最少的劳动量，最少的费用，可靠的加工出符合图样各项要求的零件，在保证加工质量的前提下，选择经济合理的工艺方案。 9 确定工艺方案及模具形式： 1、根据对冲压零件的形状、尺寸、精度及表面质量要求的分析结果，确定冲压所需的基本的工序，反拉深，冲孔复 合。 2、根据初步工艺计算，确定工艺数目，如冲压次数等。 3、根据个别工序的变形特点、质量要求等确定工序顺序。 一般可按照下列原则进行： 1）、对冲带孔的或有缺口的冲裁件，如选用简单模，一般先落料，再冲孔或切口，使用级进模，则先冲空孔或切口后落料 2）、对于到孔的拉深件，一般先拉深，后冲孔，但孔的位置在零件底部且孔径尺寸要求不高时，也可先冲孔后拉深。 3）、对于形状复杂的拉深件，为便于材料变形和流动，应先形成内部形状，再拉深外部形状。 4）、整形或校平工序，应在冲压件基本成型以后进行。 4、根 据生产批量和条件（冲压加工条件和模具制造条件）确定工序组合。生产批量大时，冲压工序应尽可能组合在一起，用复合模具；小批量生产用单工序简单模。 由于 离合器 冲压成形需要的多道工序完成，因此选择合理的成形工艺方案十分重要，考虑到生产批量大，应在生产合格零件的基础上尽量提高生产效率，降低生产成本。 要提高生产成本，应该尽量选择合理的工艺方案，选择复合能复合的工序，但复合程度太高，模具的结构复杂，安装调试困难，模具成本高，同时可能降低模具的强度，缩短模具寿命。 根据零件形状确定冲压工序类型和选择工序顺序，为了 提高生产率，保证模具结构简单，冲压件尺寸稳定、精度高，冲压该零件的基本工序为反拉深，冲孔复合模。 图 气滤清器壳 零件，材料为 10号钢，厚度为 t=2批量生产。而冷冲压是一种先进的金属加工方法，这是建立在金属塑性变形的基础上，利用模具与冲压设备对板料金属进行加工，以获得所需要的零件形状和尺寸。冷冲压和切削加工相比较，具有生产率高，加工成本低，材料利用率高，产品尺寸精度稳定，操作简单，容易实现机械化和自动化等一系列优点，特别适合大批量生产，因此，此零件的生产选用冲压加工较为经济合理。 10 图 1 空气滤清器壳 2 4 冲压工序数确定 由零件图（ 冲压开始，毛坯材料应先进行落料工序，通过计算初步确定毛坯的外形尺寸，落料件为圆形，压力中心在圆心上，为典型的落料；落料之后包括了正拉深、反拉深、冲孔、等工序；进行拉深时，须用经验公式计算拉深系数 m，判断是否可以一次拉深成形，通过验算可知此零件可以一次拉深成形；然后在冲中心 孔，综上可知，冲压此零件主要有以下几个基本工序： （ 1） 落料； （ 2） 正拉深； （ 3） 反拉深； （ 4） 冲中间孔； 2 5 模具类型的确定 冲压生产的模具制造费用比较高，占冲压件总成本的 10%30%，甚至更高，所以采用冲压加工的生产方式，必须视生产批量决定采用何种模具形式，由表 2：生产批量与模具形式之间的关系，参考知，此工件为大批量生产，如果采用单工序模，虽然单工序模具有结构简单，操作安全方便，模具使用寿命高，成本低等优点，但最主要是工序数较大，生产批量大，形状较为复杂，采用单 工序模很难达到精度要求，且生产率低，位置误差较大，故不采用单工序模；所以模具形式采用级进模与复合模较为合理，显然此工件满足冲压工艺的要求，成形时包括了落料、反拉深、冲孔、压筋等工序，整形与车边采用专用模具与车床进行，且工件体积较大，拉深与压筋都比较容易实现，但由此工件的形状分析知不适合采用级进模。通过表 2单工序模、级进模与复合模的比较，综合考虑各种生产成本和经济性，确定此工件的冲压成形模具采用复合模具。 11 2 6 工艺方案分析 采用落料拉深冲孔复合模 ,把三个工序集中在一副复合模中完成，没有中间取 放件过程，一次冲压成形，能保证加工要求，且精度较高。 3 模具结构型式的确定 通过以上工艺分析与工艺方案的确定，选定模具种类：落料模，拉深模，冲孔模等，而落料与正拉深复合，反拉深与冲孔复合，整形为一套模具，总共为二套模具，综合上面的分析，画出模具的结构草图： 图 2 总装配图 4 部分工艺参数计算 12 4 1 毛坯尺寸计算： 由于拉深时材料厚度不均匀，机械性能有方向性，模具的间隙不均匀以及毛坯定位不准确等原因，拉深后 工件的口部是不平齐的。为使工件整齐，应切去不平的部分。因而计算毛坯时应在工件高度方向上加一修边量。根据零件的尺寸取修边余量的值为 2表 5 7，冲压工艺与模具设计实用技术 在拉深时，虽然拉深件的各部分厚度会发生一些变化，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，为了便于计算把零件和毛坯分解成若干个简单几何体，分别求出其面积后相加。 毛坯的外径与零件的外径相等，都为 225，根据面积相等法可以算出平板材料第一次正拉深之后毛坯的高度 度为 102. 4 2 计算反拉深次数 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。 该工 件反拉深为工件第 2次拉伸，因此可以计算其拉深系数来确定拉深次数。 其反拉深系数为： 0/83/ 查表 4间，而 m 以反拉深过程可以一次拉深成功。 5 各部分工艺力计算 5 1 落料、正拉深力过程 料力 平刃凸模落料力的计算公式为 （ 1） 式中 P 冲裁力（ N） L 冲件的周边长度（ t 板料厚度（ 13 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 （ 2） 因此，该冲件的落料力的计算公式为 （ 3） 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 （ 4） 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 深力 带凸缘圆筒形零件的拉深力近似计算公式为 拉 （ 5） 式中 圆筒形零件的凸模直径（ 系数，这里取 b 材料的抗拉强度（ 因此 84608边力 14 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 （ 6） 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 4 0 944 22 （ 7） 拉深过程 拉深力 通常反拉深力要比正常拉深力大 20%。 即 拉反 （ 8） 所以有 b反 （ 9） 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： （ 10） 式中 F 冲裁力（ N） 顶料力系数，这里查表取 所以有 4824拉深功的计算 拉深所需的功可按下式计算 15 1000 （ 11） 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 （ 12） 6 凸、凹模结构及工作部分主要尺寸计算 6 1 反拉深凸、凹模刃口尺寸及公差的计算 ： 由式 0)（ 13） 0)275.0(p （ 14） 依据（ 冲压工艺模具学） 以上各式中，查表可知 、分别为 +隙 C 查表（表 2 10） ，冲压工艺模具学） 有 )( （ 15） 6 2 冲孔凸、凹模刃口尺寸及公差的计算 对于圆行或 采用凸凹模分别加工的方法 ,冲孔时 ,由于零件孔尺寸为 16,根据冲孔时间隙取在凹模上 ,则首先确定基准件凸模刃口尺寸加上 是凹模刃口尺寸。 0)( p （ 16） 16 0)( m （ 17） 式中 冲孔凸、凹模刃口尺寸 d 零件孔径公称尺寸（ 零件制造公差 ( =d0 最小合理间隙 ( d、p 凹、凸模制造偏差 ,查冲压工艺学表 2值分别为 +入数值可以算出6002.0d=用凸凹模分别加工法 ,需要分别标注凸凹模刃口尺寸及公差 ,为了保证合理间隙 , 必须满足下列条件 : |p|+|d|Z 。带入数值校核间隙可知满足要求 . 孔凸模的设计 模的结构设计的三原则 为了保证凸模能够正常工作，设计任何结构形式的凸模都满足如下三原则。 精确定位 凸模安装到固定板上以后，在工作过程中其轴线或母线不允许发生任何方向的移位否则将 造成冲裁间隙不均匀，降低模具寿命，严重时可造成啃模。 防止拔出 回程时，卸料力对凸模产生拉伸作用。凸模的结构应能防止凸模从固定板中拔出来。 防止转动 对于工作段截面为圆形的凸模，当然不存在防转的问题。可是对于一些截面比较简单的凸模，例如长圆形、半圆形、矩形等，为了使凸模固定板上安装凸模的型孔加工容易，常常将凸模固定段简化为圆形。这时就必须保证凸模在工作过程中不发生转动，否则将啃模。 以上三条原则主要是从凸模安装固定方法考虑的。在设计各种凸模的时，应注意都要满足 这三条原则。 模的尺寸计算 凸模工作部分的尺寸计算，参见前面的主要工艺参数的计算。其他部分结构寸的计算如下： （ 1）凸模长度 L 凸模长度 用固定卸料板和导尺时，凸模长度应该为： L=h3+h 17 式中 h 主要考虑凸模进入凹模的深度，模具闭合状态下，卸料板到凸模固定板间的安全距离（ 1520及总修磨量（ 46因素后确定。而本冲孔凸模为下固定板加上外出部分。 一般情况下，凸模的强度是足够的，不必作强度效核，但是，在凸模特别细长或凸模的断面尺寸很小而坯料厚度较大的情况下，必须进行效核，对于本题的凸模，凸模并不特别细长，所以不须进行强度效核。 凸模外形尺寸形状如下图所示 : 图 3 凸模外形尺寸图 凸模的外形尺寸已标准化，用以上方法求得的外形尺寸应向接近的标准尺寸靠拢。故凸模尺寸、强度和刚度足够，一般不再进行强度和刚度的核算。 模的结构形式 当冲裁形状复杂，公差等级高，尺寸大或尺寸较小的零件时，可以采用镶拼式凹模，但对于此零件的冲裁其凹模结构简单，故采用整体式结构。其凸模结构图如下图所示： 18 图 4 冲 孔凸模结构形式图 凸模的固定方法用过盈配合与下固定板固定，采用台肩形式放入下固定板，且同时用下模板顶住，具体的固定方法见装配图。 深凹模的设计 计算 拉深凹模的工作尺寸的计算参见前面的主要工艺参数计算。现将其它参数的计算介绍如下： 深模的凹模圆角半径 拉深时，材料只有经过凹模圆角流入洞口内才能形成工件的筒壁，所以 r 的大小对拉深工作的影响非常大。 R 小时，材料流过它就困难，弯曲变形阻力，摩擦力，反向弯曲的校直力都大，从而使拉深力增加，工件筒壁容易刮伤，变薄严重，甚至在危险断面处拉破，同时 ，材料对凹模的压力增加，磨损增大，使模具的寿命降低。这样，材料变形受限制，必须采用较大的拉深系数。在生产上一般应尽量避免采用过小的凹模圆角半径。 深初期不与模具表面接触的毛坯宽度加大，由于这部分材料不受压边力作用，因而容易起皱。在拉深后期毛坯外缘也会早脱离压边作用而起皱，使拉深件质量不好，在侧壁下部和口部都形成皱折。尤其当毛坯的相对厚度小时，这个现象更严重。 在不产生起皱的前提下，凹模圆角半径越大越好。可按下面公式计算 .8 ( 式中 19 以后各次拉深时， r 应逐步减小，其值可按关系式 ) 式中 1 拉深的凹模圆角半径。 经计算反拉深凹模圆角半径为 8 拉深凸模的圆角半径 角部弯曲变形大，危险断面容易拉断。当 r 凸过大时，则毛坯底部的承压面积减小，悬空部分加大，容易产生底部的局部变薄和内皱。 除最后一次拉深，凸模的圆角半径 ： r 凸 =（ 1）r 凹，最后一次拉深时，凸模的 r 凸应等于零件的内圆半径，但不得小于材料厚度。如工件的内圆角半径要求小于料厚，则要有整形工序来完成。故在此设计中取 r 凸=6 拉深间隙指拉 深凸模与凹模之间的单面间隙，用 （ 1） 模具间隙对拉深过程的影响 拉深模的凸模与凹模之间的单边间隙 Z/2，影响拉深力与拉深件的质量。 拉深模的凸、凹模间隙 Z/2 大，则摩擦小，能减小拉深力。但如果间隙过大，拉深件的精度将不易控制，拉深后零件的高度将小于所要求的高度，零件成桶形。 拉深模的凸、凹模间隙 Z/2 小，则摩擦大，将增加拉深力，造成许用拉深系数 果凸、凹模间隙 Z/2小于拉深件的材料厚度，则将产生变薄拉深的效果，使得拉深件的精度降低。 （ 2）拉 深模具间隙的取向 A）除最后一道工序外，间隙的取向不作规定。 B）对于最后一道工序，当工件外形尺寸要求一定时，以凹模为基准，凸模尺寸按凹模减小以取得间隙。当工件内形尺寸要求一定时，以凸模为基准，凹模尺寸按凸模放大以取得间隙。 C）浅拉深时，拉深间隙可取小些，深拉深时，则应取大些。这是因为变形程度越大，板厚的增厚量也越大。 D）多次拉深时，前几次拉深可取较大的拉深间隙，以便使拉深顺利进行。最后一次拉深则取较小的拉深间隙，以便获得尺寸精度较高的拉深件。 E）在整形拉深时， 如果要求工件的精度较高，例如 12 级，可取拉深间隙稍小于板料厚度，常取 Z/2=（ t。如果整形时只要求减小圆角半径，拉深间隙可稍大于板料厚度，例如取 Z/2=（ t。 F）板料较软时，可取较小的拉深间隙，因为软料在凸模与凹模之间容易被挤薄， 20 可消除拉深过程已出现的微小皱折。相反，硬度则应取较大的拉深间隙。 G）实际供应的板料厚度可能与其公称值相比较有较大的误差，甚至超出板厚的公差范围。因此，如果成批生产拉深件的板料已经购入，最好依据实测的板料厚度参考上述原 则确定合适的拉深间隙值。 （ 3） 拉深模具间隙的确定 根据以上对拉深间隙的取向原则和拉深间隙对拉深件的影响我们得知，拉深时，不用压边圈拉深时，考虑到起皱的可能性，取间隙值为： Z=（ 1 凹模（拉深凸模和冲孔凹模）设计 模的结构设计 （ 1） 凸模的结构设计的三原则 为了保证凸模能够正常工作，设计任何结构形式的凸模都满足如下三原则。 精确定位 凸模安装到固定板上以后，在工作过程中其轴线或母线不 允许发生任何方向的移位否则将造成冲裁间隙不均匀，降低模具寿命，严重时可造成啃模。 防止拔出 回程时，卸料力对凸模产生拉伸作用。凸模的结构应能防止凸模从固定板中拔出来。 防止转动 对于工作段截面为圆形的凸模，当然不存在防转的问题。可是对于一些截面比较简单的凸模，例如长圆形、半圆形、矩形等，为了使凸模固定板上安装凸模的型孔加工容易，常常将凸模固定段简化为圆形。这时就必须保证凸模在工作过程中不发生转动，否则将啃模。 以上三条原则主要是从凸模安装固定方法考虑的。在设计 各种凸模的时，应注意都要满足这三条原则。 深凸模结构 根据以上凸模设计的三个原则，在设计拉深凸模时应满足这三个原则。在学习拉深成形这一章节时我们知道，拉深凸模结构比较简单，可参见设计模具装配图，在此仅就其结构设计的一些要点作一简要的介绍。首先每个拉深凸模需钻一通气孔，以防当工件脱离凸模时在凸模端头与工件底之间的空间形成真空，增加额外的卸件力，严重时会将工件底部抽瘪。通气孔直径一般可在 3 8设计取 钻头长度限制，一般很难从凸模工件端钻通至固定端，这时可自
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