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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(jì)與制造方面 4
1.2.1 端蓋拉深模具設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)算及壓力機(jī)的選用 12
5.1落料力的計(jì)算 12
5.2拉深力的計(jì)算 13
5.3 壓邊力的計(jì)算 13
5.4 壓力機(jī)的選用 14
6 模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 15
6.1 模具工作部分的工藝計(jì)算 15
6.1.1 凸凹模的設(shè)計(jì)與計(jì)算 15
6.1.2卸料橡膠的設(shè)計(jì)與計(jì)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(jì) 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(jì)
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(gè)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(gè)制造業(yè)大國發(fā)展成為一個(gè)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(jì)、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(huì)——國家的界線，制造業(yè)的國際化已是一個(gè)客觀事實(shí)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2010年我國模具生產(chǎn)廠點(diǎn)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(diǎn)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：
1
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(dòng)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(dòng)地位。我國每個(gè)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(shí)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(huì)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
1
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(dòng)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(jì)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(dòng)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(shí)，從德國工、模具行業(yè)組織--德國機(jī)械制造商聯(lián)合會(huì)（VDMA）工模具協(xié)會(huì)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(huì)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(shí)代的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，國外的一些掌握和能運(yùn)用新技術(shù)的人才如模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具工藝設(shè)計(jì)、高級(jí)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(gè)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(jì)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(jí)以下，不宜高于IT11級(jí)。
本設(shè)計(jì)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(shí)用、方便的計(jì)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(shí)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(gè)低方形拉深和下部的低桶形件拉深，根據(jù)工藝分析及計(jì)算確定它能一次拉深成功。根據(jù)計(jì)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(jì)時(shí)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(shí)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(shí)驗(yàn)的分析得出拉深方形的一些變形特點(diǎn)：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(shí)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(gè)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(shí)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(jì)的設(shè)計(jì)思路
1、明確設(shè)計(jì)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(jì)任務(wù)——方形件拉深以及設(shè)計(jì)進(jìn)度計(jì)劃，并仔細(xì)閱讀《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》教材，了解本設(shè)計(jì)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(jì)手冊等資料；了解本設(shè)計(jì)零件的用途、結(jié)構(gòu)、性能，在整個(gè)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(hào)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(jì)算及設(shè)計(jì)
（1）排樣及材料利用率計(jì)算
（2）刃口尺寸的計(jì)算
（3）沖壓的計(jì)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(jì)算出所需總壓力。待模具總設(shè)計(jì)好后，校核設(shè)備裝模尺寸，最終確定設(shè)備型號(hào)及工藝參數(shù)。
4、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(1)確定凹模尺寸 先計(jì)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(gè)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(jì)的目的是在于鞏固所學(xué)的理論知識(shí)，熟悉了解有關(guān)資料，樹立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握設(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)實(shí)際工作能力，通過沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在沖壓工藝性分析，沖壓工藝方案論證，沖壓工藝計(jì)算，沖模零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(jì)題目為低上盒下圓形件拉深模,但對做畢業(yè)設(shè)計(jì)的畢業(yè)生有一定的設(shè)計(jì)意義，它概括了拉深零件的設(shè)計(jì)要求、內(nèi)容及方向。通過對該零件模具的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步加強(qiáng)了設(shè)計(jì)者沖壓模設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，為設(shè)計(jì)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(yàn)。
拉深件的工藝性是指從沖壓工藝方面來衡量其設(shè)計(jì)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(jí)為IT13級(jí)，滿足拉深工序?qū)ぜ畹燃?jí)的要求。
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(jià)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(gè)方形拉深件下部為一個(gè)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(huì)有累計(jì)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(jì)算
拉深件的工藝計(jì)算是拉深工藝設(shè)計(jì)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，其主要的內(nèi)容包括計(jì)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(huì)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(jì)算毛坯尺寸時(shí)須計(jì)入修邊余量。
2.計(jì)算拉深毛坯尺寸
因?yàn)榘搴駎小于1mm，故可直接用工件圖所注尺寸計(jì)算。
（1）計(jì)算下部筒形部分毛坯
由沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)一書中式4.5計(jì)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(jì)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(jì)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(gè)問題，生產(chǎn)實(shí)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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