防烫水杯外罩工艺设计

毕业设计说明书 学生姓名 邱嘉旭 学 号 20131017 学 院 材料科学与工程学院 专业年级 2013 级森林工程 题 目 防烫水杯外罩工艺设计 指导教师 郑哲文 教授 评阅教师 2017 年 6 月 摘摘要要 随着人类社会的发展 制造业以空前的速度崛起了 人类在享受制造业所 带来的便利与好处的同时也不忘继续优化这 为了用机械更好的服务于人类啊 如今对 金属材料学 的理解与使用尤为重要 种类繁多的金属也已成为社会 发展的重要物质基础 随着生活水平不断提高 全球市场发生了巨大变化 厂 商越来越着眼于布局世界范围内的激烈竞争 众厂商们面对一个变化迅速且无 法预料的市场 企业的竞争优势已由成本 质量 服务变为了时间 因此 先 进制造技术体系中 很多是针对市场反应提出来的 其中就比如 防烫水杯外 罩工艺设计 的产品需求 冲压加工则是金属塑性成形方法之一 具有优质 高效 节能 节材以及成本低等等显著优点 广泛应用于机械 汽车电子和家 电等多个经济领域 具有不可替代的作用 关键词 关键词 防烫水杯 制造 冲压 TitleTitle The hot water bottle cover process design Along with the development of human society manufacturing rise with the unprecedented speed in human enjoy the convenience and benefits brought by the manufacturing also don t forget to continue to optimize this at the same time in order to use mechanical serve human ah now the understanding of the metal material science and the use is particularly important a wide range of metals has also become an important material base of social development As living standards improve great changes have taken place in the global market makers increasingly focus on the layout to the fierce competition in the worldwide All the vendors in the face of a rapidly changing and unpredictable market the competitive advantage of enterprises has changed from cost quality service to the time Therefore advanced manufacturing technology in the system a lot is on the market reaction among them such as hot water bottle cover proof process design product demand Stamping processing is one of the metal plastic forming method with high quality high efficiency energy saving material saving and low cost and so on significant advantages is widely used in machinery auto electronic and electrical appliances and other areas of the economy has an irreplaceable role KeyKey words words The hot water cup Manufacturing stampin 目录 绪论 1 1 1 金属材料的背景 1 1 2 基本工艺的简介 1 1 3 金属材料的优点以及缺点 1 2 防烫水杯不同部位的选材及工艺流程介绍 2 2 1 防烫水杯不同部位的材料选择 2 2 1 1 一般工厂所选用材料的比较 3 2 2 防烫水杯的加工流程图 4 2 2 1 防烫水杯的外罩加工流程 4 2 2 2 防烫水杯的内壁和外罩装配流程 5 3 冲压工序的分类 6 4 防烫水杯外罩工艺设计主要冲压工艺 12 4 14 1 弯曲工艺的介绍 12 4 2 弯曲变形的分析 13 4 3 弯曲变形的变形特点 14 4 3 1 长度方向的变形 14 4 3 2 厚度方向的变形 14 4 3 3 宽度方向的变形 14 4 3 4 弯曲变形时的应力 应变状态 15 4 4 胀形工艺 17 4 4 1 胀形工艺的介绍 17 4 4 2 凸肚胀形工艺的介绍 17 4 4 3 举例说明凸肚胀形工艺在防烫水杯外罩工艺设计上的应用19 结结 论论 20 致 谢 21 参考文献 22 中南林业科技大学本科毕业设计 防烫水杯外罩工艺设计 绪论 绪论 1 11 1 金属材料的背景金属材料的背景 全球的消费者们的需求越来越个性化 而众多制造厂商之间也更看重市场 的激烈竞争 厂商面对一个变化迅速且无法预料的市场 工厂之间的竞争优势 已由成本等等可见可感的资源发展为 时间 时间 则具体可概括为对市场 风向和场频趋势的及时了解 1 21 2 基本工艺的简介基本工艺的简介 冲压工艺呢是工厂里一种基本的加工方法 它是利用模具 在常温下对材 料施加压力 使其变形 其加工对象一般为金属板料 又由于在常温下加工 故也常称为冷冲压 金属材料在生活中使用十分广泛 分为金属和合金 而很多金属也具有特 殊的物理性质 适用于多种不同的条件之下 1 31 3 金属材料的优点以及缺点金属材料的优点以及缺点 优点 1 不易破损或是沾染灰尘及污物 2 强度大 受力极限高 缺点 1 质量一般较重 2 制造成本高 中南林业科技大学本科毕业设计 防烫水杯外罩工艺设计 2 2防烫水杯不同部位的选材及工艺流程介绍防烫水杯不同部位的选材及工艺流程介绍 2 12 1 防烫水杯不同部位的材料选择防烫水杯不同部位的材料选择 图 2 1 中南林业科技大学本科毕业设计 防烫水杯外罩工艺设计 图 2 2 2 1 1 一般工厂所选用材料的比较 表 2 1 名称 0Cr17Ni12M46o1Cr18Ni9T67i0Cr19N6i913Cr 7 7N5i 2C 抗老化中中高中 延展伸缩中高中中 焊接性高高高中 价格低低中高 中南林业科技大学本科毕业设计 防烫水杯外罩工艺设计 2 22 2 防烫水杯的加工流程图防烫水杯的加工流程图 2 2 1 防烫水杯的外罩加工流程 外管领料 割管 胀形 滚中角 缩底 冲底 平上口平底口 清洗烘干 检验敲坑 冲筋 分段 水胀 中南林业科技大学本科毕业设计 防烫水杯外罩工艺设计 2 2 2 防烫水杯的内壁和外罩装配流程 中南林业科技大学本科毕业设计 防烫水杯外罩工艺设计 中南林业科技大学本科毕业设计 防烫水杯外罩工艺设计 3 3冲压工序的分类冲压工序的分类 目前制造业使用的冲压方法可以说是多种多样的 但我们可以根据其成形 特点来将其分为两类 在此列出一些常见的冲压基本工序 表 3 1 中南林业科技大学本科毕业设计 防烫水杯外罩工艺设计 中南林业科技大学本科毕业设计 防烫水杯外罩工艺设计 中南林业科技大学本科毕业设计 防烫水杯外罩工艺设计 中南林业科技大学本科毕业设计 防烫水杯外罩工艺设计 中南林业科技大学本科毕业设计 防烫水杯外罩工艺设计 与其他诸多的加工方法相比 冲压工艺择有以下几个特点 冲压制造的产品与其他工艺制品方法的产品相比较 具有良好的质量 比如尺寸稳定 互换性好 质量轻 刚性好 强度高 冲压工艺还可加工其他 加工方法难以加工的工件 如薄壳零件 带有翻边的工件等 材料利用率高 成本较低 生产效率高 操作简单 装备先进的生产线 可机械化操作 劳动强度 低 一般比较复杂 周期长 成本高 因此多用于批量生产 结论 冲压加工的诸多优点 使其在各行各业中都得到了广泛的认可和使 用 人们日常生活中用的商品 冲压件所占的比例尤为大 已经在许多先进的 工业国家里成为其重要支柱 中南林业科技大学本科毕业设计 防烫水杯外罩工艺设计 4 4防烫水杯外罩工艺设计主要冲压工艺防烫水杯外罩工艺设计主要冲压工艺 4 1弯曲工艺的介绍弯曲工艺的介绍 弯曲是冲压的基本工序之一 在冲压生产中应用很广 按弯曲件的形状可 分为 V 形 L 形 U 形 Z 形 O 形等 如图所示 根据弯曲的条件不同不同 弯曲方法可大致分为四种 压弯 拉弯 折弯 滚弯 而其中最常见的则是在压力机上进行压弯 图 4 1 中南林业科技大学本科毕业设计 防烫水杯外罩工艺设计 4 24 2 弯曲变形的分析弯曲变形的分析 图 4 2 如上图所示表现出了 V 型件的弯曲过程 当我们把奥凸模以及板料这三部分完全的压合以后 如果不额外赋予压力使其形变 则称为自由弯曲 如果额外赋予了一定的压力使其形变 则我们称之为矫正弯曲 中南林业科技大学本科毕业设计 防烫水杯外罩工艺设计 4 34 3 弯曲变形的变形特点弯曲变形的变形特点 如下图所示为弯曲变形前后板料的变形情况 图 4 3 弯曲变形主要发生在弯曲带中心角 对应范围内 中心角以外基本上不变 形 即直边部分基本不变形 弯曲后的工件如图所示 其弯曲角度为 发生变 形的弯曲带中心角为 两者为互补关系 即 180 4 3 1 长度方向的变形 变形区内 网格由变形区前的正方形变成了变形后的扇形 靠近凹模的外 侧 长度伸长 即 bb bb 靠近凸模的内侧 长度缩短 即 aa aa 由内外表面至板料中心 其缩短与伸长的程度逐渐变小 4 3 2 厚度方向的变形 内层长度方向缩短 导致厚度增加 但由于凸模压紧板料 厚度增加不明 显 外层长度伸长 厚度要变薄 在整个厚度上 层厚量小于变薄量 因此 在弯曲变形区内板料有变薄现象 使弹性变形时位于板料厚度中间的中性层 在弯曲变形结束后发生内移 靠近凸模一侧 4 3 3 宽度方向的变形 当内层材料受到压缩时 就会使得其宽度增加 而当外层材料受到拉伸时 中南林业科技大学本科毕业设计 防烫水杯外罩工艺设计 使宽度减小 但无论是增加还是减小 都要受到相邻金属的约束 因此 根据 板料宽度的不同 板料宽度方向的变形分为两种 宽板 板料宽度与厚度之比 b t 3 弯曲 材料在宽度方向的变形会受到很大的相邻金属的限制 横断面 几乎不变 基本保持为矩形 窄板 b t 3 弯曲 宽度方向变形约束较小 断面变成了内宽外窄的扇形 如图依次为弯曲变形时的应力 应变状态弯曲变形时的应力 应变状态 图 4 4 4 3 4 弯曲变形时的应力 应变状态 应变状态 长度方向 外侧为拉伸应变 内侧为压缩应变 无论拉伸还是压缩应变 的绝对 值最大 均为主应变 厚度方向 根据塑性变形体积不变条件可知 板料的宽度和厚度方向必然产生与 1 符号相反的应变 在板料的外侧 长度方向主应变 1 为拉应变 所以厚度方 向的 2 为压应变 使板料增厚 在板料的内侧 长度方向主应变 为拉应变 所以厚度方向的 为压应 变 使板料增厚 在板料的内侧 长度方向主应变 为压应变 所以厚度方向的 为拉应 变 使板料减薄 宽度方向 弯曲窄板 时 材料在宽度方向变形的约束较小 故外侧应 为与长度方向主应变 中南林业科技大学本科毕业设计 防烫水杯外罩工艺设计 符号相反的压应变 内侧为拉应变 弯曲宽板 时 材料之 间宽度方向的变形相互制约 材料的流动受受阻 故外 内侧沿宽度方向的应 变 近似为零 应力状态 长度方向 外侧受拉应力 内侧受压应力 均为绝对值最大的主应力 厚度方向 弯曲过程中 在凸模作用下 变形区内外层材料在厚度方向相互挤压 产生压 应力 宽度方向 弯曲窄板 时 由于材料在宽向的变形不受限制 因此 其内 外侧的应力均为零 弯曲宽板 时 外侧材料在宽度方向的收缩受阻而产生拉应力 内侧宽度方向拉伸受阻而产生压应 板料在弯曲过程中的应力 应变状态如下 图 4 5 中南林业科技大学本科毕业设计 防烫水杯外罩工艺设计 4 44 4 胀形工艺胀形工艺 4 4 1 胀形工艺的介绍 胀形是利用模具强迫坯料产生局部塑性变形 板料厚度减薄 表面积增大 得到所需几何形状和尺寸的制件 胀形时 变形区的材料不向外转移 外部材 料也不进入变形区 而是靠毛坯的局部减薄来实现变形区的表面积增大 从工 件的形状来分 胀形主要有起伏成形和凸肚两类 起伏成形的加工对象为平板 毛坯 凸肚的加工对象为空心毛坯 在此次防烫水杯外罩工艺设计课题中 我们选用凸肚胀形工艺 4 4 2 凸肚胀形工艺的介绍 凸肚胀形工艺是将圆柱形空心毛坯件 依靠材料径向拉伸 在半径方向向 外扩张 形成凸起曲面的冲压方法 这种方法可用来制造波纹管 高压气瓶等 冲压件 也常被用来制作金属水杯外壳 凸肚胀形的变形特点是材料受切向和轴线方向拉伸 拉伸过大而胀裂是其 主要失效形式 因此 凸肚的变形程度受材料的极限伸长率限制 凸肚胀形变形程度用胀形系数 K 表示 即 式中 dmax 胀形后的最大直径 mm d0 空心毛坯的直径 mm 凸肚胀形系数和材料伸长率的关系为 因此 可根据材料的伸长率求出相应的极限胀形系数 而根据凸肚极限胀形系数 可求出毛坯最小直径 即 空心毛坯长度为 中南林业科技大学本科毕业设计 防烫水杯外罩工艺设计 L0 1 0 3 L b 0 4 式中 L 变形区的母线 凸肚长度 mm 制件切向最大伸长率 b 修边余量 一般取 10 20mm 0 3 0 4 考虑切向伸长而引起高度缩小所需的裕量 凸肚胀形时 由于工件口部尺寸小于凸肚部分的尺寸 成形后从凸模和 凹模中取出困难 因此 通常将凹模设计成开合结构 凸模则要求能恢复到成 形前的形状 中南林业科技大学本科毕业设计 防烫水杯外罩工艺设计 4 4 3 举例说明凸肚胀形工艺在防烫水杯外罩工艺设计上的应用 如图所示 图 4 6 这是以橡皮作为凸模 在压力作用下橡胶变形而使工件沿凹模胀出所需的 形状的模具 结构较为简单 近年来 多采用聚氨酯橡胶进行橡胶胀形 因为 它比天然橡胶具有强度高 弹性和耐油性好 寿命长的特点 在胀形作用时 首先施加胀形力 F 工件材料径向拉伸 在半径方向向外 扩张 板料厚度减薄 表面积增大 变形区的材料不向外转移 外部材料也不 进入变形区 而是靠毛坯的局部减薄来实现变形区的表面积增大 利用模具强 迫坯料产生局部塑性变形 在胀形力的不断作用下 得到我们所需防烫水杯外 罩的几何形状和尺寸 中南林业科技大学本科毕业设计 防烫水杯外罩工艺设计 结结 论论 本设计说明书介绍了防烫水杯外罩工艺设计方案 对生产过程中金属材料 及制造工艺的要求做了大致的描述 对本专业前人没有探索过的方向做出谨慎 的探索 本材料可能做的不完美 无法详细列举真实生产过程中可能遇见的问题 对材料的选取尤其是科研技术方面的过程不太详细 但我尽自己能力去寻找最 通用最成熟的工艺方法 在没有条件切身感受的情况下 力求方向不偏 思路 不乱 通过这次设计 不仅让我们掌握了防烫水杯外罩工艺设计的基础知识 夯 实了我们所学的金属材料和制造工艺方面经验