1、本科毕业设计论文炉体的冲压工艺及模具设计说明书 毕 业 论 文（设 计） 题 目： 炉体的冲压工艺及模具设计 (title）： Furnace body of the stamping technology and die design 系 别： 机电工程系 专 业： 材料成型及控制工程 姓 名： 陈泽林 学 号： 2009030343109 指导教师： 雷敏娟 日 期： 2013年5月22日 炉体的冲压工艺及模具设计摘要 随着工业发展，冲压模具的应用越来越广泛。由于产品更新换代速度的加快，除了要保证模具设计质量以外，对模具设计效率的要求也越来越高。在传统的工业生产中，工人生产的劳动强度大、劳
2、动量大，严重影响生产效率的提高。随着当今科技的发展，工业生产中模具的使用已经越来越引起人们的重视，而被大量应用到工业生产中来。冲压模具的自动送料技术也投入到实际的生产中，冲压模具可以大大的提高劳动生产效率，减轻工人负担，具有重要的技术进步意义和经济价值1。 本文提出采用模具来生产冲压件的新工艺并针对某规格夹具冲压件设计了复合模。该模具设计的难点主要是如何解决好零件中的孔冲裁、确定模具结构、如何进行模具的制造及冲裁方案选定等。本文结合冲压件的特点，具体解决了压力机的选择与校核、凸模和凹模刃口尺寸计算及结构设计、定位方案设计、卸料方式的设计、主要模具零件的加工工艺、标准零件的选用、模具的装配等一系
3、列的设计工作，这些设计可为类似的零件模具设计提供现实的指导意义2。此次模具设计的突出特点是尝试使用复杂的复合模具，解决常规冲压工艺模具套数多、工艺路线长、生产成本高、效率低等缺点,并为以后此类零件冲压工艺的编制及模具设计提供了可靠的依据3。 本文介绍的模具实例结构简单实用，使用方便可靠，对类似工件的大批量生产具有一定的参考作用。关键词：模具；复合冲压模；冲裁力；冲裁间隙 Stamping mold design Abstract With industrial development, stamping dies used more and more widely. At the same t
4、ime due to the accelerated pace of product replacement, in addition to ensure the quality of the mold design, mold design efficiency also getting higher and higher.In the traditional industrial production , the worker work very hard , and there are too much work , so the efficiency is low . With the
5、 development of the science and technology nowadays , the use of punching die in the industrial production gain more attention , and be used in the industrial production more and more . Self-acting feed technology of punching die is also used in production , punching die could increase the efficienc
6、e of production and could alleviate the work burden, so it has significant meaning in technologic progress and economic value . This Article proposes using mold to produce retainer of the new technology , And against a standard fixture retainer design of the compound dies . The main problems of this
7、 mold design is how to solve retainer of punching holes , determine mold structure ,how to manufacturing the mold and selected blanking programs and so on . This Article Combine the characteristics of retainer , concretely solve the choice and verify check of the press machine , the numeration and s
8、tructure design of the point dimension of punch and matrix , the locating project design , the method of stripper , the main mold parts processing , the choice of standard parts , the design of the model assemble . These designs can provide realistic guiding significance for similar mold design . Bu
9、t the characteristics of the design is to try to using the complicate dies . To solve the problem of original process , such as large numbers of die , long process of technology , high production cost , low efficiency , difficulty in keeping symmetry of working parts are solved , and a reliable evid
10、ence for the workout of stamping process and die design of these parts is provided . The dies here discussed can be easily made , conveniently used , and safely operated . And it could be used as the reference in the large scale production of similar workpieces . keywords :the mold; compound stampin
11、g die ; blanking force ; blanking dear ance诚 信 声 明本人声明：1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。作者签名： 日期： 年 月 日1绪论在现代工业生产中，模具是生产各种产品的重要工艺装备。它是以其特定的形状通过一定方式将原材料加工成为零件4。采用模具成形方法生产零件，具有优质、高效、省料、低成本
12、等优点，因此在国民经济各个部门，尤其是在机械制造、汽车、家用电器、仪器仪表、石油化工、轻工产品等工业部门得到了极其广泛的应用。据统计，利用模具制造的零件，在汽车、飞机、电机电器、仪器仪表等机电产品中占70%；在电视机、录音机、计算机等电子产品中占80%以上；在手表、洗衣机、电冰箱等轻工产品中占85%以上5。经过几十年的发展 ,我国的冲压模具总量位居世界第三位 ,加工技术装备基本已与世界先进水平同步。以汽车覆盖件为代表的大型、复杂、精密冲压模。用 CAD/CAM /CAE软件进行三维设计和模拟，靠高速、精密的加工设备生产 ,用新型研磨或抛光代替传统的手工研磨抛光，提高模具质量。这些都代表了冲压模
13、具发展的趋势6。中国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产大屏幕彩电塑壳注射模具、大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。经过多年的努力，在模具CAD/ CAE/CAM技术、模具的电加工和数控加工技术、快速成型与快速制模技术、新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献。进入21世纪，在经济全球化的新形势下，随着资本、技术和劳动力市场的重新整合，中国装备制造业在加入WTO以后，将成为世界装备制造业
14、的基地。而在现代制造业中，无论哪一行业的工程装备，都越来越多采用由模具工业提供的产品7。随着工业发展，工业产品的品种、数量越来越多；对产品质量和外观的要求，更是日趋精美。由于每副模具是特定产品零件生产用的专用工装，因此，模具设计是随工业产品零件的形状、尺寸及其精度，表面质量要求及成型工艺条件的变化而变化的。所以每副模具都必须进行创造性的设计，以提高产品的生产率和质量。一般压力机加工，一台普通压力机设计每分钟可生产零件几件到几十件，高速压力机的生产率已达到每分钟数百件甚至上千件。显而易见，模具作为一种专用的工艺装备，在生产中的决定性作用和重要地位逐渐为人们所共识。1.1冲压模具简介1.1.1冲压
15、成形与冲压模具的概念冲压成形是指利用安装在压力机上的模具，对板料施加压力，使其生产分离或变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件加工方法。冲压加工的对象一般为金属板料、薄壁管、薄壁型材等，板厚方向变形一般不侧重考虑，因此也称为板料冲压，并且通常是在室温状态下进行，所以也称为冷冲压8。冲压模具是指在冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，俗称冲模。在冲压零件的生产中，合理的冲压成形工艺、先进的模具，高效的冲压设备是必不可少的三要素9。如图1.1所示。 图1.1 冲压零件的影响因素1.1.2冲压模具的分类1根据工艺性质分类（1）冲裁模 沿封闭或敞开的轮廓线使材料
16、产生分离的模具。如落料模、模、切断模、切口模、切边模、剖切模等。（2）弯曲模 使板料毛坯或其它坯料沿着直线产品弯曲变形，从而获得一定角度和姓张的工件模具。（3）拉深模 是把板料毛坯制成开口空心件，或使空心件进一步改变形状和尺寸的模具。（4）成形模 是将毛坯或半成品工件按照凸、凹模的形状直接复制成形，而材料本身仅产生局部塑性变形的模具。如胀形模、缩口模、扩口模、起伏成形模、翻边模、整形模等11。2根据工序合程度分类（1）单工序模 在压力机的一次行程中，只完成一道冲压工序的模具。（2）复合模 只有一个工位，在压力机的一次行程中，在同一工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具。（3）级进模 （也称
17、为连续模）在毛坯的送进方向上，具有两个或更多的工位，在压力机的一次行程中，在不同的工位上逐次完成两道或两道以上冲压工序的模具12。1.2本课题主要研究的内容及意义本课题的研究对象是炉体零件的落料拉深模具，做出工艺分析方案，计算出工艺参数，设计模具的总体装配图，从而提高了理论分析能力和解决实际问题的独立工作能力。主要内容具体可以分为以下几个部分：(1)对落料拉深模具进行工艺设计和结构设计。(2)主要工作部分尺寸的计算。(3)主要工艺参数的计算。(4)模具的工作总体设计及装配。(5)设计出模具总装配图。随着科学的飞速发展，冲压模具在各行业中有着较广泛的应用，其组成零件中标准件占有很大比重。而很多冲
18、压制件都是系列化产品，它们的模具可能相同或相似而尺寸不仅相同，在设计过程中，设计人员需要反复查阅手册以确定模具零部件的标准外形与尺寸，重复设计的工作量很大。由于产品的功能、结构日趋复杂，新产品的更新换代周期不断缩短，设计环节在产品的整个生命周期中占据了越来越重要的地位13。国外的模具制造企业，广泛使用先进的高精度、高速度、专业化加工装备，如日本丰田汽车模具公司拥有构造面加工数控铣床39台套、型面加工高速五轴五面铣床15台套、其它新型一体化专门加工设备6台套。加工工艺方法包括等高线加工、最大长度顺向走刀加工等，精加工走刀移行密度仅有0.3mm。同时，可以实现内凹圆角清根、外凸圆角加工到位等，因而
19、可以控制模具配合的不等距间隙、最大可能的缩小型面误差，实现模面的精细加工14。日本、韩国、新加坡、德国、荷兰、美国及我国台湾、香港地区的独资、合资企业很多，民营模具企业很不少；苏州兰佩铸造、远轻模具等企业主要生产汽车发动机及轮毂等部件压铸模和铸模，昆山中大模架等企业专业生产各种大型模架、模具导向件、模具弹簧等标准件。国内的许多模具企业通过引进先进的加工装备，硬件上与国际水平的差距正在快速缩小：上海的汽车模具企业，近年来通过大量购置先进的五轴高速加工机床、大型龙门加工中心和五轴联动数控高速铣床、数控车或模具加工机床、先进的大型测量和调试设备及多轴数控激光切割机等。一汽模具公司已经拥有五轴高速数控
20、铣床等大型高速加工设备；东风汽车模具公司拥有高速的数控铣床。目前，资产过亿，拥有龙门加工中心10台以上的大型汽车模具企业已经达到10多家。外国人都惊呼：怎么两年之间中国大陆的汽车模具规模、数量和制造能力会有如此大的变化。我国冲压模具产品的质量和生产工艺水平，总体上比国际先进水平低许多，而模具生产周期却要比国际先进水平长许多。产品质量水平低主要表现在精度、表面粗糙度、寿命及模具的复杂程度上；生产工艺水平低则主要表现在加工工艺，加工装备等方面。冲压模具加工工艺和装备对提高加工效率、确保模具精度、缩短交货周期有重要影响。过去的中国冲压模具行业，车、刨、铣、磨等传统普通机床和电火花线切割机床，曾经在绝
21、大数冲压模具企业使用。采用加工冲压模具时，通常需要对模具零件反复装夹和定位，因而加工生产效率低。模具产品质量差。模具是机械制造业中技术先进、影响深远的重要工艺装备、具有生产效率高、材料利用率高、制件质量优良、工艺适应性好等特点，被广泛应用与汽车，机械、航天、航空、轻共、电子、电器、仪表等行业。2005年中国模具工业产值达到610亿元，增长率保持在25%的高水平，行业的生产能力约占世界总量的10%，仅次于日本、美国而位列世界第三。目前我国大部分模具企业采用的仍然是传统的设计方法，特别四中小型模具企业，设计人员进行着大量的重复性劳动，在通用零件和标准件的设计过程中，不得不多次重复查阅设计手册，造成
22、模具设计周期长、效率低、耗资大的现状，这也就影响了企业的市场竞争力15。本课题炉体，冲压该零件时，普遍采用落料、拉深、冲孔三道工序，生产效率低，成本也高，为此，设计了冲压该零件的落料、拉深、冲孔，是原三道工序合三为二，大大提高了生产效率。2炉体成型工艺分析2.1炉体的工艺结构分析2.1.1材料炉体的材料为冷轧碳素钢，我们选Q195号钢 （1）特性及适用范围： 为极软的碳素钢，强度、硬度很低，而韧性和塑性极高，具有良好的深冲、拉延、弯曲和镦粗等冷加工性能、焊接性能。但存在时效敏感性，淬硬性及淬透性极低。大多轧制成高精度的薄板或冷轧钢带用以制造易加工成形，强度低的深冲压或深拉延的覆盖零件和焊接构件
23、。 （2）化学成份： 碳 C ：0.060.12 锰 Mn：0.250.5 （3）力学性能： 抗拉强度 b (MPa)：315390 屈服强度 s(MPa)：195 伸长率 5 ()：33 断面收缩率 ()：60 硬度 ：未热处理131HB （4）热处理规范及金相组织： 热处理规范：正火930,45min,空冷。 金相组织：铁素体+极少量珠光体。 (5) 交货状态： 以不热处理或热处理（退火、正火或高温回火）状态交货。要求热处理状态交货的应在合同中注明，未注明者按不热处理交货。2.1.2零件结构 该炉体采用0.8mm的Q195钢板落料、拉深而成，用0.8mm厚的钢材足够保证炉体的强度和刚度。零
24、件机构较为简单，工件表面要求也不太高，故模具的机构也不需要太复杂。图2.1 炉体工件简图2.2冲压零件的结构工艺性分析工件的冲压工艺性是指工件对冲压成型加工工艺的适应性，它是从冲压加工角度对产品设计提出的工艺要求。工艺分析就是要分析判断产品在技术上能否保证质量，产量上能否保证稳定生产，在经济上是否有效益。因此，冲压工艺就是对产品的冲压工艺方案进行技术和经济的可行性分析。良好的工艺性体现在材料消耗少，工序数目少，模具结构简单且寿命长，产品质量稳定，操作简单方便，生产费用低，生产效率高。2.2.1 冲裁件的结构工艺性分析 （1）冲裁件的外形或内角应避免尖锐的清角，在各直线或曲线的连接处，除属于无废
25、料冲裁或采用镶拼模结构外，宜有适当的圆角，其半径的最小值如表2.1所示： 表2.1 冲裁件圆角半径的最小值（2）用普通冲裁模冲制的零件，其断面与零件表面并不垂直，并有明显区域性特征。采用合理使用间隙冲裁模冲制的零件，光亮区域约占断面厚度的30%；凹模侧有明显的塌角，凸模侧有高度不小于0.05mm的毛刺；外形有一定程度的拱曲。冲裁件的这些特征是普通冲裁加工条件决定的。选用冲裁工艺时，必须考虑零件的这些特征。（3）产品图纸上未注公差的尺寸均属于未注公差尺寸。在计算凸模和凹模时，冲压件未注公差尺寸的极限偏差数值通常按GB1800-79IT14级。2.2.2拉深的结构工艺性 （1）拉深件的形状应尽量简
26、单、对称。对称拉深件在圆周方向上的变形是均匀的，模具加工也容易，其工艺性最好。其它形状的拉深件，应尽量避免急剧的轮廓变化。 （2）拉深件各部分尺寸比例要恰当。尽量避免设计宽凸缘和深度大的拉深件，因为这类工件需要较多的拉深次数。如果工件空腔不深，但凸缘直径很大，制造也很费劲。工件凸缘的外廓最好与拉深部分的轮廓形状相似；如果凸缘的宽度不一致，仅拉深困难，还要添加工序，还需放宽切边余量，增加金属消耗。 （3）拉深件的圆角半径要合适。拉深件的圆角半径，应尽量大些，以利于成形和减少拉深次数。拉深件底与壁、凸缘与壁、矩形件的四壁间圆角半径如图3-1应满足R1t，R22t，R33t，（t为料厚）否则，应增加
27、整形工序。如增加一次整形工序，其圆角半径可取R1（0.10.3）t，R2（0.10.3）t。 （4）拉深件厚度的不均匀现象要考虑拉深件由于各处变形不均匀，上下壁厚变化可达1。2t至0.75t （见图2.4）。图2.2 拉深件的圆角半径 （5）拉深件的尺寸精度不宜要求过高拉深件的制造精度包括直径方向的精度和高度方向的精度。在一般情况下，对于圆筒件拉深件的精度不应超过表3.2和表3.3中所列数值。产品图上的尺寸应注明必须保证外部尺寸或是内腔尺寸，不能同时标注内外形尺寸。图2.3 拉深件壁厚变化情况 表2.2 拉深件直径的极限偏差（单位：mm）材料厚度拉深件直径的基本尺寸d材料厚度拉深件直径的基本尺
28、寸d附 图505010010030050501001003000.50.60.81.01.21.50.120.150.200.250.300.350.200.300.300.350.400.300.400.500.602.02.53.04.05.06.00.400.450.500.600.700.800.500.600.700.800.901.000.700.800.901.001.101.20 “注：拉深件外形要求取正偏差，内形要求取负偏差。” （6）拉深件的尺寸精度一般不高于IT13级，如果要求尺寸精度高于IT13级，则需要增加校形工序。表2.3 圆筒拉深件高度的极限偏差（单位：mm）料厚
29、度拉深件高度的基本尺寸h附 图1818303050508080120112233445560.50.60.70.80.60.70.80.90.70.80.91.01.20.91.01.11.21.51.81.11.31.51.82.02.2 （7）本文设计的拉深件为盒形件一次拉深成型，其相关参数如表2.4表2.4 矩形盒一次拉深成型的最大相对高度r/B0.40.30.20.10.01232.844681210152.3工艺方案的确定根据制件的工艺性分析，其基本工序有落料、拉深。现拟定以下几种工艺方案：方案一：先落料，后拉深，采用两套单工序模生产。方案二：落料拉深模具冲压，采用复合模生产。方案三
30、：拉伸、落料级进冲压，采用级进模生产。方案分析：方案一虽然需要两副模具和两道工序，但产品的结构简单，导致模具结构较为简单,制造成本低。方案二的模具结构太复杂，虽然只需要一副模具，但是以后的维修麻烦。方案三的模具造价及设计太过于繁琐。通过对上述三种方案的综合比较，并且考虑模具的制造精度及制件的精度，该冲压工艺方案选用方案一较优。本工件首先需要落料，制成57.834.89mm的铁片，然后以原板料为毛坯进行拉深，拉深成为5027.09mm的工件。根据以上工艺分析，为了提高生产效率，该零件的加工采用落料、拉深、模具一次成型的方式。3主要的工艺参数计算3.1毛坯尺寸的计算无凸缘拉深工件的毛坯尺寸计算公式为： D=(d2 +4dH-1.72rd-0.56r2 )1/2 （3-1）将d=48.4mm，H=h+ h=6.6mm+1mm=7.6mm，r=（2+0.75）mm=2.75mm代入上式，即得毛坯的直径为： D=59.84mm （3-2）3.2排样排样：冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法。合理的排样是提高材料利用率、降低成本，保证冲件质量及模具寿命的有效措施。在排样时应考虑如下原则：同一零件可以采用不同的排样形式，排样方式不同，材料利用率不
