1、壸形零件冲压模具毕业设计湖南文理学院芙蓉学院本科生毕业设计题 目 一种壸形零件的冲压工艺与模具设计学生姓名 学 号 专业班级 指导老师 2011年12月22日摘 要分析了壸形零件产品的结构和成形工艺，计算了毛坯尺寸和冲压力。为了提高壸形零件产品的生产效率，设计了拉深和胀形工序模具的结构，经过工艺分析、结构设计，论证了其可能性，保证了制品的质量。 在模具设计中,为了提高速度和效率,充分利用已经掌握的知识和资源。利用solidworks曲面设计功能快速求出曲面的面积。利用冲模设计手册软件版快速设计冲压模具,并对模具的强度进行检验。实践证明,确实提高了设计的速度和效率。关键词：拉深；工艺分析；工艺计
2、算；模具结构；模具造型AbstractThe structure and processing property of the product A were analyzed. The blank dimensions and pressing force were calculated. The single operation die of drawing is designed in order to improve the production A. The article proves its availability through technological analysis a
3、nd structural design to guarantee products quality .In mold design, in order to improve pace and efficiency, fully utilize knowledge and resource that has already been grasped. Utilize solidworks curved surface design function ask , produce area of curved surface fast , utilize the design manual sof
4、tware edition of the trimming die to design and press the mould fast, and the intensity to the mould is examined. Practice has proved , have really improved pace and efficiency designed.Key words: tandem；property analyzed;property account; die structure;die sculpt 1 绪 论作为一个即将毕业的机电系学生来说，4年专业知识的学习，为以后
5、从事机械加工打下了基础。同时在校时了解模具的设计、模具行业的发展趋势也是很有必要的,它有助于我们把握自己的学习方向，不断提高自己的专业素养。近年中国经济高速增长。各行各业高速发展，带动了模具市场的持续高速发展。模具市场中最大的板块是汽车。汽车工业经历了2002年和2003年连续两年“井喷式”发展之后，2004年产量和销售量分别增长14.11%和15.5%，发展仍很快，模具市场中第二大板块是电子及信息产业。该产业今年来一直高速运营，年增长率达20%以上。中国的玩具、自行车、微波炉分别占全世界市场份额的70%、60%和50%。中国的影印机、个人电脑、电视机和空调器分别占全世界市场份额的2/3、2/
6、5和1/3。冰箱也已占了20%。这些产品制造业都是模具的大用户。在此形势之下，中国的模具工业高速发展是必然所趋。 随着中国加入WTO，在机遇与挑战并存中，中国模具工业面临的形势是机遇大于挑战。因而，一方面是模具的进出口高速发展，另一方面是外资大量涌入中国的模具行业。外资大量涌入中国模具行业产生两方面效应。一是外资不仅带来资金，也带来了技术与市场；二是外资企业在市场中处于优势地位，给国内民族工业带来了很大的竞争压力。这两方面效应都促使中国模具工业的快速发展，包括模具产品的数量、质量、品种和水平。近年来，国家产业政策也一直把模具列为支持的产品，把模具工业列为需要扶持的行业。正确的产业政策产生了正确
7、的引导作用，也促进模具工业的快速发展和模具市场的繁荣昌盛。1.1 我国模具市场的发展趋势现代模具工业有“不衰亡工业”之称。世界模具市场总体上供不应求，市场需求量维持在600亿至650亿美元，同时，我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。近几年，我国模具产业总产值保持13%的年增长率（据不完全统计，2004年国内模具进口总值达到600多亿，同时，有近200个亿的出口），2005年模具产值超过600亿元，模具及模具标准件出口将从现在的每年9000多万美元增长到2005年的2亿美元左右。单就汽车产业而言，一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元，而当汽车更换车型时约有80%的模具需要更换。另外，电
8、子和通讯产品对模具的需求也非常大，在发达国家往往占到模具市场总量的20%之多。 模具的服务面非常广阔，因此模具的品种也十分繁杂。由于用户对产品质量和美观的要求，近年来随着塑料制品和压铸件使用越来越多，塑料模和压铸模的产量也一年大于一年，其在模具总量中的比例也在逐年提高。2001年至2004年四年间，塑料模和压铸模在模具总量中的比例分别提高了约2个和约0.6个百分点。由于高速公路的快速发展，橡胶轮胎的子午化率不断提高，因而近年来子午线轮胎模具发展很快。广东揭阳和胶东半岛是子午线轮胎模具最为集中的地区，一些企业的子午线轮胎模具年销售额已超过1亿元，有的已超过2亿元，形成了一定的规模效应。 模具标准
9、件是模具的基础，可缩短生产周期、降低成本和提高质量，因此近年来模具标准件使用覆盖率不断提高，产量也就不断增加。现在，年销售额亿元以上的模具标准件生产企业已有不少，最大的已超过10亿元。模具标准件的品种也不断增加，质量也进一步提高。但是由于生产模具标准件的门坎较低，因而小规模的私营企业很多，其中有些企业生产条件十分简陋，原材料采购也不把关，过多地在成本和价格上打算盘，致使产品质量下降，既影响模具质量，又对市场造成冲击，在模具市场上发出了一些不协调的音符。 质量、周期、价格、服务，是模具销售的四大要素。在目前的模具市场中，周期越来越重要。模具材料不断涨价，工资不断上升，模具价格总体上却是不涨反降，
10、因此模具生产企业利润空间被压缩。为了生存与发展，近年模具企业更加注重技术进步和管理改善。这些也都促进了模具市场的健康发展。由于中低档模具竞争加剧，中高档模具市场空间相对较大，因此，不断提高模具产品的技术含量，已是许多模具企业的共同目标。这样，大型、精密、复杂、长寿命等技术含量高的中高档模具的发展速度自然也就快于模具行业的总体发展速度。从而促进了模具市场的产品和技术结构向着合理化方向发展，致使模具市场更加繁荣。广东省是我国目前的模具第一大省，以三资企业为主体的广东模具市场，目前约占我国模具产值的四成以上。以私营企业为主体的浙江省模具生产名列我国第二。江苏和上海，近年来模具生产发展相当快，市场份额
11、正逐年增长。山东、安徽、福建、天津、辽宁近年的发展情况也比较好，而西部和中部地区的大多数省份，其发展速度就相对慢一些。总起来说，珠江三角洲和长江三角洲是我国模具市场发展最为集中的两大地区。2005年我国经济总体上仍保持着高速发展的走势，模具主要用户行业的发展速度大都能达到15%以上。因此，2005年我国模具市场的增长率也在15%以上，也就是说，2005年我国模具的总产值超过600亿元人民币。用一句话来概括我国模具市场的近况，那就是“平稳向上，产需两旺”。“十一五”期间（20062010年）我国模具市场的发展速度可能比“十五”期间慢一些，但预计年平均增长率也会达到两位数，其最大可能是10%12%
12、，这一预计速度应该说是比较保守的。在我国模具行业的“十一五”规划中，还有几个项目的具体发展目标如下：骨干企业基本实现信息化管理，通过ISO9000等质量管理体系认证；大型、精密、复杂等技术含量高的中高档模具的比例从目前的约30%提高到2010年的40%；国产模具国内市场占有率目前不足80%，2010年时要达到85%以上；模具出口额2010年时以10亿美元为目标；模具标准件使用覆盖率从目前的45%提高到2010年时的60%、模具的商品化程度从目前的45%左右提高到2010年时的55%。1.2 模具技术的发展趋势1.2.1 模具产品发展将大型化精密化 模具产品成形零件的日渐大型化，以及由于高效率生
13、产要求的一模多腔(如塑封模已达到一模几百腔)使模具日趋大型化。随着零件微型化，以及模具结构发展的要求(如多工位级进模工位数的增加，其步距精度的提高)精密模具精度已由原来的5m提高到23m，今后有些模具加工精度公差要求 在1m以下，这就要求发展超精加工。1.2.2 快速经济模具的前景十分广阔 现在是多品种、少批量生产的时代，到下一个世纪，这种生产方式占工业生产的比例将达75%以上。一方面是制品使用周期短，品种更新快，另一方面制品的花样变化频繁，均 要求模具的生产周期越快越好。因此，开发快速经济具越来越引起人们的重视。例如，研制 各种超塑性材料(环氧、聚脂等)制作或其中填充金属粉末、玻璃纤维等的简
14、易模具；中、低 熔点合金模具、喷涂成型模具、快速电铸模、陶瓷型精铸模、陶瓷型吸塑模、叠层模及快速 原型制造模具等快速经济模具将进一步发展。快换模架、快换冲头等也将日益发展。另外， 采用计算机控制和机械手操作的快速换模装置、快速试模技术也会得到发展和提高。1.2.3 模具标准件的应用将日渐广泛 使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，而且能提高模具质量和降低模具制造成本。因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产，提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件规格品种，发展和完善联销网，保证供货迅速。1.2.4 在模具设计制造中
15、将全面推广CAD/CAM/CAE技术模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明，模具CAD/CAM/CAE 技术是模具设计制造的发展方向。现在，全面普及CAD/CAM/CAE技术已基本成熟。由于模具 CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，特别是微机的普及应用，更为广大模具企业普及模具CAD/CAM技术创造了良好的条件。随着微机软件的发展和进步，技术培训工作也日趋简化。在普及推广模具CAD/CAM技术的过程中，应抓住机遇，重点扶持国产模具软件的开发 和应用。 加大技术培训和技
16、术服务的力度。应进一步扩大CAE技术的应用范围。对于已普及了模具CAD/CAM技术的一批以家电行业代表的企业来说，应积极做好模具CAD/CAM技术的深化应用工作，即开展企业信息化工程，可从CAPP,PDM， CIMS,VR逐步深化和提高。1.2.5 模具高速扫描及数字化系统将发挥更大的作用 英国雷尼绍公司的模具扫描系统，已在我国200多家模具厂点得到应用，取得良好效果。该系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的的模型所需的诸多功能，大大缩短的研制制造周期。如RENSCAN200快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上， 用雷尼绍的SP2-1扫描测头实现快速数据采集，控制核心是雷尼绍
17、TRACECUT软件，可自动生成各种不同数控系统的加工等程序及不同格式的CAD数据。用于模具制造业的“逆向工程”。该公司又推出了CYCLON高速扫描机，这是一台独立工作的专门用来扫描的设备，不占用加工机床的工作时间。其扫描速度最高可达3m/min，大大缩短了模具制造周期，另外，其数据采集速度比RENSCAN200快，定时探针接触力小，因此可以用非常细的探针，用来扫描细小的模具和细微的特征表面 ，扩大模具生产的品种范围。由于模具扫描系统已在汽车、摩托车、定电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大作用。 1.2.6 模具研磨抛光将向自动化、智能化方向发展 模具表面的精加工是模具加工中未能
18、很好解决的难题之一。模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，我国目前仍以手工研磨抛光为主，不仅效率低(约占整个模具制造周期的1/3)，且工人劳动强度大，质量不稳定，制约了我国模具加工 向更高层次发展。因此，研究抛光的自动化、智能化是重要的发展趋势。日本已研制了数控 研磨机，可实现三维曲面模具研磨抛光的自动化、智能化是重要的发展趋势。日本已研制了 数控研磨机，可实现三给曲面模具研磨抛光的自动化。另外，由于模具型腔形状复杂，任何 一种研磨抛光方法都有一定局限性。应注意发展特种研磨与抛光、如挤压衍磨、电化学抛光、超声抛光以及复合抛光工艺与装备，以提高模具表面质量。 随着各种新
19、技术的迅速发展，国外已出现了模具自动加工系统。这也是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有如下特征：多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。 2 设计题目我的题目是一种壸形零件的冲压工艺与模具设计；在机床加工过程中，由于加工对象复杂多样，特别是轮廓曲线的形状及位置千变万化，加上材料不同、批量不同等多方面因素的影响，需要对零件制定合理的加工工艺路线，从而达到质量优、效率高和成本低的目的其产品图二维CAD图如图1： 材料08，厚度t=0.5mm。 图1 空调压缩机外壳附件零件图3 工艺分析工件的工艺性是指工件对冲压加工工
20、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。工艺分析就是要判断产品在技术上能否保质，保量地稳定生产，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，模具结构简单而寿命长，产品质量稳定，操作简单方便。3.1 技术分析3.1.1 拉深的结构工艺性（1）拉深件的形状应尽量简单、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
21、，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）应满足R1t，R22t，R33t，否则，应增加整形工序。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4）。多次拉深的工件内外壁上或带凸缘拉深件的凸缘表面，应允许
22、有拉深过程中所产生的印痕。除非工件有特殊要求时才采用整形或赶形的方法来消除这些印痕。 图3 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，拉深件的精度不应超过表（3）、表（4）和表（5）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。（6）拉深件上的孔位布置拉深件上的孔位布置要合理，应设置在与主要结构面 (凸缘面) 同一平面上，或使孔壁垂直于该平面，以便冲孔与修边同时在一道工序中完成。 图4 拉深件壁厚变化情况表3 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
23、拉深件直径的基本尺寸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。（7）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。3.2 经济分析所谓经济性，就是以最小的
24、耗费取得最大的经济效果。也就是生产中的“最小最大”原则。在冲压生产中，保证产品质量，完成产品数量、品种计划的前提下，产品成本越低，说明企业经济效果越大。表4 圆筒拉深件高度的极限偏差（单位：mm）料厚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 表5 带凸缘拉深件高度的极限偏差（单位：mm）材料厚度拉深件高度的基本尺寸h附 图1818303050508080120112233445560.30.40.
25、50.60.40.50.60.70.50.60.70.80.80.60.70.80.91.01.10.70.80.91.01.11.2 3.2.1 冲压件成本分析产品成本受产量的影响较大，特别是冲压生产尤为突出。在一定条件下，企业生产产品数量的增减，将会引起成本中某些费用的变化，其结果使得成本发生波动。为此可将产品成本分为固定费用和变动费用两部分。固定费用是指在一定时期和一定产量范围内，它的总额不随产量变动而变动，它是维持生产能力而基本不变的费用。例如模具、设备折旧费，加工费中的固定工资部分和各种经费等。但是单位固定费用，也就是分摊在每个产品上的固定费用却是可变的。即单位固定费用与产量成反比例
26、变化。变动费用是指它的总额随产量的增减而成比例增减。例如产品直接耗用的原材料费、外购件费、外协件加工费等等。但就产品单位费用而言，变动费用则基本不变。上述可知，冲压件生产成本是由固定费和可变费这两部分组成的，所以只要设法降低固定费用或可变费用，都能使生产成本降低，利润增加。可见企业要提高经济效益，就要在降低成本上下功夫。3.2.2 降低制造成本的措施降低产品成本，包括增产、节约两个方面。增产可降低产品成本中的固定费用，相对地减少消耗，节约便能直接降低消耗，它们都是降低成本的重要途径。冲压件的成本包括材料费、加工费、模具费等项。因此，降低成本，就是要降低以上各项费用。以下讨论降低成本的措施。3.
27、2.2.1 工艺合理化冲压生产中，工艺合理化是降低成本的有力手段，一般在制定新产品工艺时进行。当产量发生变化，模具寿命短或因事故发生损坏时，由于更改产品设计而改变模具时，以及变更设备等生产条件发生变化时，要重新讨论（研究）产品工艺。由于工艺的合理化能降低模具费、节约加工工时降低材料费等，所以必然降低零件总成本。在制定工艺时，工序的分散与集中是比较复杂的问题。它取决于零件的批量、结构（形状）、质量要求、工艺特点等。对于板材冲压件，一般说来，在大批量生产情况下，应当尽量把工序集中起来，采用复合或连续模进行冲压，很小的零件，适合于复合或连续冲压加工，这样既提高了生产率，又能安全生产。复合模对于大的零
28、件也是适合的，因为一副大的复合模，有时比两副同样大小的单工序模的费用低，而小批量生产时，则以采用单工序模分散冲压为宜。根据实践经验，集中到一副模具上的工序数量不宜太多，对于复合模，一般为23个工序，最多4个工序，对于连续模，集中的工序数可以多些。3.3 产品的工艺分析3.3.1 材料壸形零件的材料08钢，属于普通碳素钢，品名热轧优碳钢板。具有较好的可冲压性能。08的力学性能如下： 强度极限为299.5Mpa屈服强度为173.0Mpa加工硬化指数n=0.198厚向各向异性系数为1.566硬化系数K503.1Mpa3.3.2 零件结构本产品采用0.5mm 08钢板拉深而成，可保证足够的强度和刚度。
29、3.3.3 尺寸精度零件图上所有未标注公差的尺寸，属于自由尺寸，可按IT14确定工件尺寸的公差。零件外形直径1：130 +0.30 零件外形直径2：90 +0.30 零件外形直径3：75 +0.30 零件外形直径4：60 -0.20 厚度 t = 2 -0.20 4 制定工艺方案工艺方案的内容是确定冲裁件的工艺方案，主要包括确定工序数，工序组合和工序顺序的安排，应在工艺分析的基础上制定几种可能的方案，再根据工件的批量、形状等多方面的因素全面考虑，综合分析，选取一种较为合理的冲压方案。4.1 工艺方案的分析壸形零件的形状表明，它为拉深件，所以拉深为基本工序。拉深件的毛坯尺寸与拉深次数，通过计算来
30、确定。4.1.1 修边余量 在不变薄的拉深中，材料厚度虽有变化，但其平均直径与毛坯原始厚度十分接近。因此毛坯展开尺寸可根据毛坯面积等于拉深件面积的原则来确定。由于材料的各项异性以及拉深时金属流动条件的差异，为了保证A产品的尺寸，必须留出修边余量，在计算毛坯尺寸时，必须计入修边余量，修边余量的数值可查表6。拉深件直径D=156mm，零件的相对直径D/d=156mm/130mm=1.2，查表6知修边余量，h=5.0mm,D=156+2h=166mm。 表6 有凸缘圆筒形拉深件的修边余量（单位：mm）凸缘直径D凸缘相对直径D/d附 图1.5以下1.52.02.02.52.5252550501001001501502002002502501.82.53.54.35.05.56.01.62.03.03.64.24.65.01.41.82.53.03.53.84.01.21.62.22.52
