端蓋沖壓成形工藝及模具設(shè)計【落料拉深復(fù)合?！?落料拉深復(fù)合模,端蓋沖壓成形工藝及模具設(shè)計【落料拉深復(fù)合?！?沖壓,成形,工藝,模具設(shè)計,落料拉深,復(fù)合
目 錄
1緒論 1
1.1 國內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1
1.1.1國內(nèi)模具的現(xiàn)狀 1
1.1.2 國內(nèi)模具的發(fā)展趨勢 3
1.1.3國外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 3
1.2 拉深件模具設(shè)計與制造方面 4
1.2.1 端蓋拉深模具設(shè)計的設(shè)計思路 5
2 沖壓件的工藝分析 7
2.1 引言 7
2.2拉深件工藝分析 7
3 確定工藝方案 8
4 主要工藝參數(shù)的計算 9
4. 1 拉深毛坯尺寸 9
4.2 確定拉深次數(shù) 10
4.3確定是否用壓邊圈及類型 11
4.4排樣方式的確定 11
5 沖壓力計算及壓力機(jī)的選用 12
5.1落料力的計算 12
5.2拉深力的計算 13
5.3 壓邊力的計算 13
5.4 壓力機(jī)的選用 14
6 模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算 15
6.1 模具工作部分的工藝計算 15
6.1.1 凸凹模的設(shè)計與計算 15
6.1.2卸料橡膠的設(shè)計與計算 16
6.1.3選用模架、確定閉合高度及總體尺寸 18
6.2 模具零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 19
6.2.1 拉深凸模 19
6.2.2 凸凹模 20
6.2.3上墊板 20
6.2.4 導(dǎo)柱、導(dǎo)套 21
6.2.5 其他零件 21
6.3 模具總裝圖 23
7 總結(jié) 25
致 謝 26
參考文獻(xiàn) 27
端蓋沖壓成形工藝及其模具設(shè)計
1緒論
隨著我國改革開放步伐的進(jìn)一步加快，中國正逐步成為全球制造業(yè)的基地，特別是加入WTO后，作為制造業(yè)基礎(chǔ)的模具行業(yè)近年來得到了迅速發(fā)展。模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備，在電子、汽車、電機(jī)、電器、儀表、家電和通信等產(chǎn)品中，60%—80%的零部件都依靠模具成型。國民經(jīng)濟(jì)的五大支柱產(chǎn)業(yè)，即機(jī)械、電子、汽車、石化、建筑，都要求模具工業(yè)的發(fā)展與之相適應(yīng)。模具生產(chǎn)水平的高低，己成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。因此，我國要從一個制造業(yè)大國發(fā)展成為一個制造業(yè)強(qiáng)國，必須要振興和發(fā)展我國的模具工業(yè)，提高模具工業(yè)的整體技術(shù)水平。目前，我國沖壓技術(shù)與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比還相當(dāng)?shù)穆浜螅饕蚴俏覈跊_壓基礎(chǔ)理論及成形工藝、模具標(biāo)準(zhǔn)化、模具設(shè)計、模具制造工藝及設(shè)備等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)的國家尚有相當(dāng)大的差距，導(dǎo)致我國模具在壽命、效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國家的模具相比差距相當(dāng)大。
1.1 國內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
1.1.1國內(nèi)模具的現(xiàn)狀
我國模具近年來發(fā)展很快，目前，我國制造業(yè)的資源已突破了企業(yè)——社會——國家的界線，制造業(yè)的國際化已是一個客觀事實。據(jù)不完全統(tǒng)計，2010年我國模具生產(chǎn)廠點約有2萬多家，從業(yè)人員約50多萬人，2011年模具行業(yè)的發(fā)展保持良好勢頭，模具企業(yè)總體上訂單充足，任務(wù)飽滿，2011年模具產(chǎn)值530億元。進(jìn)口模具18.13億?美元，出口模具4.91億美元，分別比2010年增長18%、32.4%和45.9%。進(jìn)出口之比2004年為3.69:1，進(jìn)出口相抵后的進(jìn)凈口達(dá)13.2億美元，為凈進(jìn)口量較大的國家。
在2萬多家生產(chǎn)廠點中，有一半以上是自產(chǎn)自用的。在模具企業(yè)中，產(chǎn)值過億元的模具企業(yè)只有20多家，中型企業(yè)幾十家，其余都是小型企業(yè)。?近年來，?模具行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和體制改革步伐加快，主要表現(xiàn)為：
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大型、精密、復(fù)雜、長壽命中高檔模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件發(fā)展速度快于一般模具產(chǎn)品；專業(yè)模具廠數(shù)量增加，能力提高較快；"三資"及私營企業(yè)發(fā)展迅速；國企股份制改造步伐加快等。
雖然說我國模具業(yè)發(fā)展迅速，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。我國尚存在以下幾方面的不足:
第一，體制不順，基礎(chǔ)薄弱。 “三資”企業(yè)雖然已經(jīng)對中國模具工業(yè)的發(fā)展起了積極的推動作用，私營企業(yè)近年來發(fā)展較快，國企改革也在進(jìn)行之中，但總體來看，體制和機(jī)制尚不適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)，再加上國內(nèi)模具工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，因此，行業(yè)發(fā)展還不盡如人意，特別是總體水平和高新技術(shù)方面。
第二，開發(fā)能力較差，經(jīng)濟(jì)效益欠佳.我國模具企業(yè)技術(shù)人員比例低，水平較低，且不重視產(chǎn)品開發(fā)，在市場中經(jīng)常處于被動地位。我國每個模具職工平均年創(chuàng)造產(chǎn)值約合1萬美元，國外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國家大多是15～20萬美元，有的高達(dá)25～30萬美元，與之相對的是我國相當(dāng)一部分模具企業(yè)還沿用過去作坊式管理，真正實現(xiàn)現(xiàn)代化企業(yè)管理的企業(yè)較少。
第三，工藝裝備水平低，且配套性不好，利用率低．雖然國內(nèi)許多企業(yè)采用了先進(jìn)的加工設(shè)備，但總的來看裝備水平仍比國外企業(yè)落后許多，特別是設(shè)備數(shù)控化率和CAD/CAM應(yīng)用覆蓋率要比國外企業(yè)低得多。由于體制和資金等原因，引進(jìn)設(shè)備不配套，設(shè)備與附配件不配套現(xiàn)象十分普遍，設(shè)備利用率低的問題長期得不到較好解決。裝備水平低，帶來中國模具企業(yè)鉗工比例過高等問題。
第四，專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、商品化的程度低、協(xié)作差． 由于長期以來受“大而全”“小而全”影響，許多模具企業(yè)觀念落后，模具企業(yè)專業(yè)化生產(chǎn)水平低，專業(yè)化分工不細(xì)，商品化程度也低。目前國內(nèi)每年生產(chǎn)的模具，商品模具只占45%左右，其馀為自產(chǎn)自用。模具企業(yè)之間協(xié)作不好，難以完成較大規(guī)模的模具成套任務(wù)，與國際水平相比要落后許多。模具標(biāo)準(zhǔn)化水平低，標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率低也對模具質(zhì)量、成本有較大影響，對模具制造周期影響尤甚。
第五，模具材料及模具相關(guān)技術(shù)落后．模具材料性能、質(zhì)量和品種往往會影響模具質(zhì)量、壽命及成本，國產(chǎn)模具鋼與國外進(jìn)口鋼相比，無
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論是質(zhì)量還是品種規(guī)格，都有較大差距。塑料、板材、設(shè)備等性能差，也直接影響模具水平的提高。
1.1.2 國內(nèi)模具的發(fā)展趨勢
巨大的市場需求將推動中國模具的工業(yè)調(diào)整發(fā)展。雖然我國的模具工業(yè)和技術(shù)在過去的十多年得到了快速發(fā)展，但與國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比仍存在較大差距，尚不能完全滿足國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需求。未來的十年，中國模具工業(yè)和技術(shù)的主要發(fā)展方向包括以下幾方面:????
（1） 模具日趨大型化；???
（2）在模具設(shè)計制造中廣泛應(yīng)用CAD/CAE/CAM技術(shù)；??
（3）模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)；???
（4）在塑料模具中推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型和高壓注射成型技術(shù)；?
（5）提高模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率；???
（6）發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù)；???
（7）模具的精度將越來越高；?
（8）模具研磨拋光將自動化、智能化；??
（9）研究和應(yīng)用模具的高速測量技術(shù)與逆向工程；??
（10）開發(fā)新的成形工藝和模具。
1.1.3國外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
用模具生產(chǎn)制作表現(xiàn)出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清潔環(huán)保的特性，是其他加工制造方法所無法替代的。近幾年，全球模具市場呈現(xiàn)供不應(yīng)求的局面，世界模具市場年交易總額為600～650億美元左右。美國、日本、法國、瑞士等國家年出口模具量約占本國模具年總產(chǎn)值的三分之一。?
國外模具總量中,大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具的比例占到50%以上；國外模具企業(yè)的組織形式是"大而專"、"大而精"。2011年中國模協(xié)在德國訪問時，從德國工、模具行業(yè)組織--德國機(jī)械制造商聯(lián)合會（VDMA）工模具協(xié)會了解到，德國有模具企業(yè)約5000家。2010年德國模具產(chǎn)值達(dá)48億歐元。其中（VDMA）會員模具企業(yè)有90家，這90家骨干模具企業(yè)的產(chǎn)值就占德國模具產(chǎn)值的90%，可見其規(guī)模效益。
隨著時代的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，國外的一些掌握和能運用新技術(shù)的人才如模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、模具工藝設(shè)計、高級鉗工及企業(yè)管理人才，他們的技術(shù)水平比較高．故人均產(chǎn)值也較高．我國每個職工平均每年創(chuàng)造模具產(chǎn)值約合1萬美元左右，而國外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國家大多15～20萬美元，有的達(dá)到 25～30萬美元。
國外先進(jìn)國模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率達(dá)70%以上，而我國才達(dá)到45％．
1.2 拉深件模具設(shè)計與制造方面
拉深是沖壓基本工序之一，它是利用拉深模在壓力機(jī)作用下，將平板坯料或空心工序件制成開口空心零件的加工方法。拉深不僅可以加工旋轉(zhuǎn)體零件，還可以加工盒形零件及其他形狀復(fù)雜的薄壁零件，但是，加工出來的制件的精度都很底。一般情況下，拉深件的尺寸精度應(yīng)在IT13級以下，不宜高于IT11級。
本設(shè)計為簡單的拉深件，形狀比較規(guī)則，但底部圓角存在較高的工藝性問題，直邊區(qū)的變形不是簡單的彎曲, 應(yīng)力分布不均,可以利用塑性加工理論進(jìn)行定性分析。因此，只有加強(qiáng)拉深變形基礎(chǔ)理論的研究，才能提供更加準(zhǔn)確、實用、方便的計算方法，才能正確地確定拉深工藝參數(shù)和模具工作部分的幾何形狀與尺寸，解決拉深變形中出現(xiàn)的各種實際問題，從而，進(jìn)一步提高制件質(zhì)量。其工作過程較簡單就一個低方形拉深和下部的低桶形件拉深，根據(jù)工藝分析及計算確定它能一次拉深成功。根據(jù)計算的結(jié)果和選用的標(biāo)準(zhǔn)模架。為了保證制件的尺寸精度，設(shè)計時可能高度出現(xiàn)誤差，應(yīng)當(dāng)邊試沖邊修改高度。
其上部方行件是最典型的盒形拉深件，根據(jù)盒形件能否一次拉深成形將其分兩類：低盒形件與高盒形件。盒形件在拉深時由于其幾何形狀的非回轉(zhuǎn)特性，變形沿變形區(qū)周邊的分布是不均的，直邊區(qū)變形小，圓角區(qū)變形大，而且變形是非常的復(fù)雜的。通過網(wǎng)格實驗的分析得出拉深方形的一些變形特點：1.直邊區(qū)的變形不是簡單的彎曲，橫向受壓縮，縱向受拉深，越靠近圓角區(qū)變形越大，另外橫向壓縮變形要比相應(yīng)圓筒形件小。2.應(yīng)力分布不均，特別是徑向拉應(yīng)力的分布很不均勻，中間最大，向兩側(cè)直邊區(qū)減小。方形件拉深時同樣存在起皺和裂問題，且發(fā)生在圓角區(qū)。在直邊區(qū)還有一個特殊的工藝問題，即所謂“直邊緩松”現(xiàn)象，這是由于拉深過程中圓角區(qū)材料從橫向擠向徑向直邊，使直邊區(qū)材料沿橫向顯得偏多，造成工件的剛性不好，嚴(yán)重時可造成工件的形狀不規(guī)則，出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象。這是方形件拉深的特殊質(zhì)量問題，應(yīng)該引起注意的。
1.2.1 端蓋拉深模具設(shè)計的設(shè)計思路
1、明確設(shè)計任務(wù)書，收集有關(guān)資料
在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，擬定設(shè)計任務(wù)——方形件拉深以及設(shè)計進(jìn)度計劃，并仔細(xì)閱讀《沖壓工藝與模具設(shè)計》教材，了解本設(shè)計的目的、內(nèi)容、要求和步驟，以及查閱有關(guān)模具圖冊、設(shè)計手冊等資料；了解本設(shè)計零件的用途、結(jié)構(gòu)、性能，在整個產(chǎn)品中的裝配關(guān)系、技術(shù)要求、生產(chǎn)批量，采用的沖壓設(shè)備型號和規(guī)格，模具零件的制造加工工藝及標(biāo)準(zhǔn)化等情況。
2、工藝分析及工藝方案的制定
經(jīng)分析制件的技術(shù)要求，結(jié)構(gòu)工藝性及經(jīng)濟(jì)性都符合工藝要求，確定總體工藝方案，填寫工藝卡。
3、工藝計算及設(shè)計
（1）排樣及材料利用率計算
（2）刃口尺寸的計算
（3）沖壓的計算，壓力中心的確定，沖壓設(shè)備的初選，根據(jù)排樣圖和所選的模具結(jié)構(gòu)形式，可以方便計算出所需總壓力。待模具總設(shè)計好后，校核設(shè)備裝模尺寸，最終確定設(shè)備型號及工藝參數(shù)。
4、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計
(1)確定凹模尺寸 先計算出凹模的厚度，再根據(jù)厚度確定凹模周界尺寸，在此需要考慮的三個問題：第一，要考慮凹模上的螺孔、銷孔的布置；第二，壓力中心一般與凹模的幾何中心重合；第三，凹模外形尺寸盡量按國家標(biāo)準(zhǔn)選取。
（2）選擇模架并確定其他沖模零件的主要參數(shù) 根據(jù)凹模周界尺寸大小，從《冷沖模國家標(biāo)準(zhǔn)》中確定模架規(guī)格及主要沖模零件的規(guī)格參數(shù)。
（3）畫沖模裝配圖 裝配圖上零件較多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為準(zhǔn)確、迅速地完成畫圖工作，必須掌握正確的畫法。
（4）畫沖模零件圖
（5）編寫技術(shù)文件 技術(shù)文件包括：說明書、沖壓工藝卡和機(jī)械加工工藝過程卡。
2 沖壓件的工藝分析
2.1 引言
設(shè)計的目的是在于鞏固所學(xué)的理論知識，熟悉了解有關(guān)資料，樹立正確的設(shè)計思想，掌握設(shè)計方法，培養(yǎng)實際工作能力，通過沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計，在沖壓工藝性分析，沖壓工藝方案論證，沖壓工藝計算，沖模零件結(jié)構(gòu)設(shè)計，編寫技術(shù)文件和查閱技術(shù)文獻(xiàn)等方面受到依次綜合訓(xùn)練。
本設(shè)計題目為低上盒下圓形件拉深模,但對做畢業(yè)設(shè)計的畢業(yè)生有一定的設(shè)計意義，它概括了拉深零件的設(shè)計要求、內(nèi)容及方向。通過對該零件模具的設(shè)計，進(jìn)一步加強(qiáng)了設(shè)計者沖壓模設(shè)計的基礎(chǔ)，為設(shè)計更復(fù)雜的沖壓模具做好了鋪墊和吸取了更深刻的經(jīng)驗。
拉深件的工藝性是指從沖壓工藝方面來衡量其設(shè)計是否合理，一般地講，在滿足工件的使用要求條件下，能以最簡單的最經(jīng)濟(jì)的方法將工件沖制出來。
2.2拉深件工藝分析
原始資料：如圖1所示
材 料：LY12
厚 度： 0.6mm
圖1 制件圖
由零件結(jié)構(gòu)可知：此工件為無凸緣上方下圓形工件，沒有厚度不變的要求。此工件的形狀滿足拉深的工藝要求，可采用拉深工序加工。工件底部圓角半徑r=3mm,大于三倍的壁厚尺寸，滿足首次拉深工藝要求，因此不需在拉深工序（拉深工序底部圓角半徑r=0.5mm）后須增加一道整形工序以滿足制件尺寸上質(zhì)量要求。內(nèi)形尺寸為32mm的公差等級為IT13級，滿足拉深工序?qū)ぜ畹燃壍囊蟆?
用于拉深的材料的一般具有較好的塑性、低的屈強(qiáng)比、大的板厚方向性系數(shù)和小的板平面方向性。LY12是較普遍的材料，價格便宜，資源豐富，厚度為0.6mm。
3 確定工藝方案
由制件工藝性分析可知,制件上部為一個方形拉深件下部為一個筒形件。經(jīng)制件的工藝性分析，由沖裁工藝可知，該制件可能包括落料、拉深工序，可以有以下二種工藝方案：
方案一：先落料，再拉深。采用單工序模生產(chǎn)。
方案二：落料和拉深復(fù)合沖壓。采用復(fù)合模生產(chǎn)。
方案一、雖然模具結(jié)構(gòu)簡單，但需兩道工序兩副模具，制件要多次定位，比較麻煩，而且加工尺寸積累誤差較大，模具制造成本偏高生產(chǎn)率低，不能滿足大批量生產(chǎn)要求。
方案二、只需一副模具，工件的精度及生產(chǎn)效率都較高，工件平整,對稱度及位置誤差小,不會有累計誤差，模具制造成本低且能滿足大批量生產(chǎn)要求。
綜合以上考慮方案二為最佳。
4 主要工藝參數(shù)的計算
拉深件的工藝計算是拉深工藝設(shè)計中的一個環(huán)節(jié)，其主要的內(nèi)容包括計算毛坯、決定拉深次數(shù)及確定壓邊裝置等。
4. 1 拉深毛坯尺寸
根據(jù)表面積相等原則，用解析法求該零件的毛坯。
1.確定修邊余量
在拉深的過程中，由于各種因素會使拉深的口部不齊。為了確保制件高度方向的尺寸精度，須進(jìn)行修邊，計算毛坯尺寸時須計入修邊余量。
2.計算拉深毛坯尺寸
因為板厚t小于1mm，故可直接用工件圖所注尺寸計算。
（1）計算下部筒形部分毛坯
由沖壓工藝與模具設(shè)計一書中式4.5計算可得，
（2）盒形彎曲部分的展開長度L
由r角/B=3/32=0.094，工件的相對高度H/r=2.2/3=0.73，由式3.2 計算展開長度為
式中，
H———拉深件高度（mm），
R底———底部圓角半徑（mm），
r角———轉(zhuǎn)角圓角半徑（mm）.
即 L=2.2+0.57×0.5=2.485mm
（3）圓角部分展開的圓弧半徑R
由式
=
=4.57mm
圓角與直邊部分以圓弧過渡。
由以上的計算可推算出整體毛坯為方形邊長取38mm。
4.2 確定拉深次數(shù)
利用筒形件相對高度進(jìn)行判斷, h/d=5.2/26=0.2＜0.6和盒形件H/B=2.2/32=0.069＜0.3B
可知工件可一次拉成
4.3確定是否用壓邊圈及類型
在拉深過程中工件易發(fā)生起皺現(xiàn)象，制件在成形過程中，凸緣的起皺現(xiàn)象主要取決于毛坯的相對厚度、變形程度和凹模的幾何形狀等。為了解決這個問題，生產(chǎn)實際中主要方法是在模具結(jié)構(gòu)上采用壓料裝置。常用的壓料裝置有剛性壓料裝置和彈性壓料裝置兩種。是否采用壓料裝置主要看拉深過程中是否可能發(fā)生起皺現(xiàn)象，可根據(jù)坯料相對厚度來確定，相對厚度t/D×100=0.6/38×100=1.58，查表得，當(dāng)1.5
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