油箱蓋拉深模具設計

1、 本 科 畢 業(yè) 設 計題 目 油箱蓋拉深膜設計 學 院 制造科學與工程學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學生姓名 陳童 學 號 0843021196 年級 08級 指導教師 林光春 教務處制表 二 年 月 日油箱蓋拉深模具設計專業(yè)：機械設計及其自動化學生：陳童 指導老師：林光春摘 要模具是制造業(yè)的重要基礎裝備，它是“無以倫比的效益放大器”。沒有高水平的模具，也就沒有高水平的工業(yè)產(chǎn)品，因此模具技術也成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平的重要標志之一，正因為模具的重要性及其在國民經(jīng)濟中重要地位，模具工業(yè)一直被提到很高的位置。在現(xiàn)代工業(yè)中，由于模具能保證較高的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，操作簡單，還能省料、節(jié)能，

2、提高經(jīng)濟效益，因此，模具作為一種重要的成型方法被廣泛應用到實際生產(chǎn)中。由于產(chǎn)品的材料和工藝特性不同，生產(chǎn)的設備各異，因此所采用的模具類型也各不相同。論文主要簡要介紹了模具（包括沖壓模）方面的一些概況和autoCAD技術的情況。重點對油箱蓋生產(chǎn)的拉深膜進行了設計，先后對零件的總體結構設計、工藝設計計算、模具零件的設計和裝配進行了較為詳實的說明。其中還包括了對部分零件的強度校核，如此設計出的結構可確保模具工作運用可靠，保證與其它部件的配合。最后采用atuoCAD畫出一套模具裝配圖和各非標準零件圖。關鍵詞： 模具 拉深 設計 校核Tank cover Blanking mold designMajo

3、r：Machine Design and AutomationStudent: Chen tong Supervisor : Lin guangchunAbstractThe mold is an important foundation for equipment manufacturing, it is unparalleled efficiency amplifier. High levels of mold, there is no high level of industrial products, mold technology has also become an importa

4、nt symbol of one measure of the level of a national manufacturing, because of the importance of the mold and its important position in the national economy, the mold industry has been been referred to the very high position.In modern industry, because mold can ensure high productivity and quality, s

5、imple operation, but also material saving, energy saving, improving economic efficiency, therefore, mold as an important shaping methods have been widely applied to practical production. Due to the characteristics of different materials and processes, production equipment, widely different type

6、s of molds used also vary. Thesis briefly introduces the mold (including stamping mold) some aspects of overview and autoCAD technologies. Focus on the tank cover was designed, has the overall structure of the part design, process design and calculation, mold design and assembly of parts for a

7、more detailed explanation. It also includes some parts of the strength check, so the structure can be designed to ensure reliable use of mold work to ensure coordination with other components. Finally draw in the hope of a mold assembly autoCAD drawings and plans of various non-standard pa

8、rts.Key words: Mold Blanking Design Check目 錄1 緒論211模具工業(yè)的地位及現(xiàn)狀312模具CADCAM技術地位及現(xiàn)狀4模具CAD/CAM技術地位4模具CAD/CAM技術的特點41.2.3 國內(nèi)外CAD/CAM技術的情況41.3 模具的發(fā)展趨勢514沖壓模具簡介5141沖壓成形與沖壓模具的概念5142沖壓模具的分類615本課題研究的意義716本課題研究的內(nèi)容72 沖壓拉深零件的結構設計與工藝分析82.1拉深零件圖分析82.2拉深工藝性分析9 2.3沖壓加工的先進性分析3工藝方案的確定103.1工藝方案分析103.2毛坯直徑計算113.3判斷拉伸次數(shù)123

9、.4工序的組合和順序的確定134模具主要零部件的結構設計144.1落料凹模的結構設計14凹模輪廓尺寸的確定14凹模材料的選用：15凹模強度的校核154.2落料凸模的結構設計16凸模的形式16凸模的長度計算16凸模材料的選用16凸模強度和剛度的校核164.3定位零件的設計18導料銷與擋料銷（定位銷）的選取184.4卸料裝置的設計194.5推件和頂件裝置的設計194.6沖壓模模架的設計20對模架的基本要求：20導柱和導套的設計20上下模座的選取214.7固定零件的設計214.8緊固零件225模具閉合高度的計算和壓力機的校核225.1模具的閉合高度225.2壓力機的校核226模具總裝圖23參考文獻2

10、4致謝24 1緒論在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，模具是生產(chǎn)各種產(chǎn)品的重要工藝裝備。模具行業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎工業(yè)。它是以其特定的形狀通過一定方式將原材料加工成為零件。采用模具成形方法生產(chǎn)零件，具有優(yōu)質(zhì)、高效、省料、低成本等優(yōu)點，因此在國民經(jīng)濟各個部門，尤其是在機械制造、汽車、家用電器、儀器儀表、石油化工、輕工產(chǎn)品等工業(yè)部門得到了極其廣泛的應用。模具設計是隨工業(yè)產(chǎn)品零件的形狀、尺寸及其精度、表面質(zhì)量要求以及成型工藝條件的變化而變化的。所以，每副模具都必須進行創(chuàng)造性的設計。11模具工業(yè)的地位及現(xiàn)狀模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的重要基礎工業(yè)，也稱之為“工業(yè)之母"，幾乎所有的工業(yè)門類均涉及模具技術，約70的工業(yè)制品

11、直接或間接地依靠模具加工成型。同時，模具又是“效益的放大器"，模具生產(chǎn)出來的產(chǎn)品的價值，往往是模具自身價值的幾十倍、上百倍。模具工業(yè)的快速發(fā)展，對模具制造技術不斷提出更高、更新的要求。世界上一些工業(yè)發(fā)達的國家，模具制造技術的發(fā)展非常迅速。模具生產(chǎn)技術水平的高低，已經(jīng)成為衡量一個國家產(chǎn)品制造業(yè)水平高低的重要標志。因為模具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。隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，市場對模具的需求量不斷增長。近年來，模具工業(yè)一直以15%左右的增長速度快速發(fā)展，模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化，除了國有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨資和私營也得到了快速發(fā)展。隨著與國際接

12、軌的腳步不斷加快，市場競爭的日益加劇，人們已經(jīng)越來越認識到產(chǎn)品質(zhì)量、成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性。而模具制造是整個鏈條中最基礎的要素之一。 雖然中國模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與工業(yè)發(fā)達國家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設備在模具加工設備中的比重比較低；CAD/CAE/CAM技術的普及率不高；改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，市場對模具的需求量不斷增長。近年來，模具工業(yè)一直以15%左右的增長速度快速發(fā)展，模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化，除了國有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨資和私營也得到了快速發(fā)展。隨著與國際接軌的腳步不斷加快，市場競爭的日益加劇，人

13、們已經(jīng)越來越認識到產(chǎn)品質(zhì)量、成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性。而模具制造是整個鏈條中最基礎的要素之一。目前，我國某些模具產(chǎn)品已接近或達到國際水平。例如在沖壓模具方面，我國設計和制造的電動機定轉子硅鋼片硬質(zhì)合金多工位自動級進模，電子電器行業(yè)用的50余位的硬質(zhì)合金多工位自動級進模等，都達到了國際同類模具產(chǎn)品的技術水平。雖然我國模具制造技術已取得很大發(fā)展，但是與發(fā)達國家相比還存在較大的差距。我國模具制造的專業(yè)化和標準化程度較低，模具專業(yè)化程度小于20，而標準化程度也只有30左右；模具品種少，生產(chǎn)效率較低，經(jīng)濟效益也不高；模具制造周期長，模具精度不高，與模具制造業(yè)相適應的先進設備相對較少，CADCAM技

14、術的普及率不高。我國生產(chǎn)的模具普遍壽命較短，模具材料和熱處理是非常薄弱的環(huán)節(jié)。12模具CADCAM技術地位及現(xiàn)狀 模具CAD/CAM技術地位自20世紀70年代以來，隨著計算機技術的日益發(fā)展，數(shù)控加工技術的廣泛應用，出現(xiàn)了CADCAM的全新技術。CADCAM技術應用到模具領域后，出現(xiàn)了模具的計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助制造(CAM)。在CADCAM系統(tǒng)中，產(chǎn)品的幾何模型是關于產(chǎn)品的最基本核心數(shù)據(jù)，并作為整個設計、計算、分析過程中最原始的數(shù)據(jù)，其結果可運用數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡技術將其存儲和直接傳送到生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的各有關方面，從而實現(xiàn)設計和制造的一體化。 模具CADCAM技術從根本上改變了設計模具、

15、制造模具時用手工繪圖，憑圖組織整個生產(chǎn)的技術管 理方式，將它變?yōu)樵趫D形工作站上交叉設計，用數(shù)據(jù)文件發(fā)展產(chǎn)品，在統(tǒng)一的數(shù)字化產(chǎn)品模型下進行產(chǎn)品的設計打樣、分析計算、工藝設計、工藝裝備、數(shù)控加工、質(zhì)量控制、編印產(chǎn)品維護手冊等。模具CAD/CAM技術的特點模具CADCAM技術是模具技術發(fā)展的一個重要里程碑。它之所以能很快地得到發(fā)展和廣泛的應用，主要是它具有如下的一些特點：(1)縮短了模具產(chǎn)品的設計與制造周期。 (2)提高了模具精度和設計質(zhì)量。 (3)可以積累模具設計與制造的經(jīng)驗及便于檢索資料。 (4)降低了模具成本。 國內(nèi)外CAD/CAM技術的情況使用模具CADCAM可以大大降低人力、物力的投入，降

16、低了模具成本，同時也增強了企業(yè)競爭能力及應變能力。自20世紀50年代末期，國外一些科研院便開始研究開發(fā)冷沖模CADCAM系統(tǒng)。1971年，美國DieComp公司成功地開發(fā)了級進模CAD系統(tǒng)PDDC，應用該系統(tǒng)可以完成冷沖模設計的全部過程。1977年，捷克金屬加工工業(yè)研究院研制成功AKT系統(tǒng)，它可以用于簡單、復合和連續(xù)沖裁模的設計和制造。20世紀70年代末期，日本機械工程實驗室和日本旭光工業(yè)公司分別開發(fā)的連續(xù)模設計系統(tǒng)MEL和沖孔彎曲模系統(tǒng)PENTAX，1982年日立公司研制了沖裁模系統(tǒng)。使用這些系統(tǒng)進行模具設計制造，大大縮短了模具開發(fā)周期，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率驂峭j。近年來，我國自主

17、開發(fā)的CADCAM系統(tǒng)有了很大發(fā)展，主要有北航華正軟件工程研究所開發(fā)的CAXA系統(tǒng)、華中理工大學開發(fā)的注塑模HSC30系統(tǒng)及CAE軟件、上海交大模具CAD國家工程中心開發(fā)的冷沖模CAD系統(tǒng)等。我國模具CADCAM技術雖然有了一定程度上的推廣應用，但是依然存在著許多不足，概括起來有以下幾點： (1)不少的企業(yè)對CADCAM技術的認識還僅僅停留在繪圖階段，從而使模具CADCAM產(chǎn)生的效益尚未得到充分發(fā)揮。(2)CADCAM軟件應用人員參差不齊，不能讓CAD軟件得到高效率應用。(3)在引進模具技術時存在著盲目性傾向，二次開發(fā)技術跟不上，致使引進軟件的效率不能完全發(fā)揮。(4)國內(nèi)模具CADCAM技術水

18、平還處于高技術集成和向產(chǎn)業(yè)化、商品化過渡的時期，自主開發(fā)的模具CADCAM系統(tǒng)商品化程度不夠高，功能和穩(wěn)定性方面與國外先進軟件還有很大差距。1.3 模具的發(fā)展趨勢（1）模具市場全球化，模具的質(zhì)量、周期、價格、服務四要素中，已有越來越多的用戶將周期放在首位，要求模具盡快交貨，模具生產(chǎn)周期進一步縮短（2）模具CAD/CAM向集成化、智能化和網(wǎng)絡化發(fā)展，快捷高速的信息化時代將帶領模具行業(yè)進入新時代。（3）高速加工、硬銑削和復合加工技術將對模具生產(chǎn)產(chǎn)生重大影響（4）我國的模具產(chǎn)品將向大型、精密、標準化方向發(fā)展（5）熱流道、氣輔模具及適應高壓注塑成型工藝將得到進一步發(fā)展（6）快速經(jīng)濟模具的前景十分廣闊（

19、7）優(yōu)質(zhì)模具材料及先進表面處理技術將進一步受到重視14沖壓模具簡介141沖壓成形與沖壓模具的概念沖壓成形是指利用安裝在壓力機上的模具，對模具里的板料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或變形，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的零件的加工方法。沖壓加工的對象一般為金屬板料(或帶料)、薄壁管、薄型材等，板厚方向的變形一般不側重考慮，因此也稱為板料沖壓，并且通常是在室溫狀態(tài)下進行，所以也稱為冷沖壓。沖壓模具是指在沖壓加工中，將材料(金屬或非金屬)加工成零件(或半成品)的一種特殊工藝裝備，俗稱沖模。沖壓設備沖壓設 備在沖壓零件的生產(chǎn)中，合理的沖壓成形工藝、先進的模具、高效的沖壓設備是必不可少的三要素，如圖所示。 沖壓零

20、件工藝 條件 模具142沖壓模具的分類1根據(jù)工藝性質(zhì)分類(1)沖裁模沿封閉或敞開的輪廓線使材料產(chǎn)生分離的模具。如落料模、沖孔模、切斷模、切口模、切邊模、剖切模等。(2)彎曲模使板料毛坯或其他坯料沿著直線(或彎曲線)產(chǎn)生彎曲變形，從而獲得一定角度和形狀的工件的模具。(3)拉深模是把板料毛坯制成開口空心件，或使空心件進一步改變形狀和尺寸的模具。(4)成形模是將毛坯或半成品工件按照凸、凹模的形狀直接復制成形，而材料本身僅產(chǎn)生局部塑性變形的模具。如脹形模、縮口模、擴口模、起伏成形模、翻邊模、整形模等。2根據(jù)工序組合程度分類(1)單工序模在壓力機的一次行程中，只完成一道沖壓工序的模具。(2)復合模只有一

21、個工位，在壓力機的一次行程中，在同一工位上同時完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具。(3)級進模(也稱為連續(xù)模) 在毛坯的送進方向上，具有兩個或更多的工位，在壓力機的一次行程中，在不同的工位上逐次完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具。15本課題研究的意義由于產(chǎn)品的功能、結構日趨復雜，新產(chǎn)品的更新?lián)Q代周期不斷縮短，設計環(huán)節(jié)在產(chǎn)品的整個生命周期中占據(jù)了越來越重要的地位。事實上，雖然產(chǎn)品開發(fā)中設計本身所花的費用僅占產(chǎn)品成本的5左右，但新產(chǎn)品的開發(fā)費用中的80取決于設計過程，因而產(chǎn)品設計階段已被視為提高整個生產(chǎn)率的瓶頸，對于生產(chǎn)系統(tǒng)的整個生產(chǎn)率起著舉足輕重的作用。目前我國大部分模具企業(yè)采用的仍然是傳統(tǒng)的設計方

22、法，特別是中小型模具企業(yè)，設計人員進行著大量的重復性勞動，造成模具設計的周期長、效率低、耗資大的現(xiàn)狀，這也就影響了企業(yè)的市場競爭力。因此本課題主要是為了通過實踐的過程，希望從中能領悟到如何改進模具，如何設計出一套既能滿足設計要求，又能是設計生產(chǎn)周期最小的方法。 16本課題研究的內(nèi)容（1）運用大學期間所學的專業(yè)課程知識、理論和畢業(yè)實習中學到的實踐知識，正確地解決沖壓模具設計中的工藝分析、工藝方案論證、工藝計算、模具結構設計和零件設計等問題。（2）提高結構設計的能力。通過所給產(chǎn)品進行該產(chǎn)品模具設計，獲得根據(jù)所生產(chǎn)制品來設計出經(jīng)濟高效、省力合理且能保證加工質(zhì)量的模具的能力。（3）進行技術方面和經(jīng)濟方

23、面的工藝分析。(4)確定工序過程安排、排料方案的確定和最佳模具結構的工藝方案。(5) 通過對壓邊力、拉延力，沖模壓力中心的確定，對壓力機公稱壓力的計算，選擇合理的設備。(6)熟練掌握查閱手冊圖表資料文獻。充分利用與本沖壓設計有關的各種資料，做到科學合理地熟練運用。 2. 沖壓拉深零件的結構設計與工藝分析零件圖：2.1、拉深零件圖分析：材料08鋼，材料厚度t=4.5mm，生產(chǎn)為大批量，該件為旋轉體帶筋條淺拉深件，成型簡單對稱，尺寸精度要求不高，IT10，由落料、拉深、翻邊、修邊即可成型，由于是淺拉深件，故屬于不變薄拉深零件。2.2、拉深工藝性分析：該零件為軸對稱旋轉體淺拉深件，變形均勻，模具的加

24、工性良好，工件底部圓角半徑R=3mm，由公式查得：取拉深凹模的圓角半徑Rd=3t=13.5mm，拉深凸模的圓角半徑Rp=(0.61)Rd=8.113.5mm,故取Rp=13.5mm,滿足拉深對圓角半徑的要求。2.3、沖壓加工的先進性： 由于該零件材料厚度為t=4.5mm，厚度較薄，因產(chǎn)品尺寸也不大，08鋼的含碳量較小，材料硬度適中，零件對稱，無尖角，又因該次生產(chǎn)為大批量生產(chǎn)，采用沖壓加工的生產(chǎn)率高，經(jīng)濟效益高。 3.工藝方案的確定3.1、工藝方案分析： 此零件的拉深工序為有凸緣的圓形淺拉深件，各尺寸均無較嚴格的公差要求，又是大批量生產(chǎn)，所以不能用剪切板料的方法進行拉深，固采用沖壓加工的方法。3

25、.2、計算修邊余量和毛坯直徑： 在不變薄的拉深中，材料厚度雖有變化，但其平均值與毛坯原始厚度十分接近。因此，毛坯的展開尺寸可根據(jù)毛坯面積與拉深件面積（加上修邊余量）相等的原則求出。毛坯直徑按下式確定： D=（4）×A0½、計算修邊余量： 在拉深過程中，常因材料機械性能的方向性，模具間隙不均，板料厚度，摩擦阻力不等及定位不準等因素的影響，而使拉深件口部或凸緣周邊不齊，必須進行修邊。故在計算毛坯尺寸時應按加上修邊余量后的零件尺寸進行計算。 d凸=150mm d=120-t=120-4.5=115.5mm d凸d=150115.5=1.29<1.5由沖模設計應用實例查得：修

26、邊余量4.3mm、計算毛坯直徑： 對于常用的拉深件，可選用沖壓手冊表4-7所列公式直接求得其毛坯直徑D。查沖壓手冊表4-7因制件為有凸緣的簡單淺拉深件，所以用如下公式計算毛坯D。D=d42+4d2H-3.44rd2 ½ 其中： d2=d=120-t=120-4.5=115.5mm d4= d凸+=150+4.3=154.3mm H=50-t2=47.75mm 代入數(shù)值，毛坯直徑：D=211.37mm，故取D=212mm3.3、 判斷拉伸次數(shù)：毛坯相對厚度：tD*100=2工件總的拉深系數(shù)：m=d115.5212=0.54由相對厚度可查首次拉深的極限拉深次m1=0.5，因m> m

27、1 ，故工件只需一次拉深即可成型。3.4、判斷是否需要壓邊圈：因m<0.6，通過查閱沖壓手冊，需要添加壓邊圈。壓邊圈與凸模的間隙不能太大，根據(jù)材料的厚度不同，一般壓邊圈與凸模的單面間隙應在0.20.5的范圍內(nèi)。3.5、工序組合和順序確定：制造該油箱蓋零件的全部基本工序為：落料，拉深，翻邊，修邊，據(jù)此可排出以下三種方案：方案一：落料與拉深復合，翻邊，修邊方案二：落料、拉深與翻邊復合，然后修邊 方案三：落料，拉深，翻邊，修邊分開分析比較以上幾種方案，可以看出：方案一，需要一個級進模，結構復雜。方案二，雖然可以一套模具三種工序成型，效率高，但是設計復雜，會給修模帶來一定困難，模具結構復雜。方案

28、三，雖然工序較多，但它的模具結構簡單，制造費用低，生產(chǎn)率高，操作較方便也安全，尺寸和形狀準確，表面不易劃傷，質(zhì)量高。 綜合以上各方案，從保證尺寸精度和經(jīng)濟效益考慮，采用第三種方案。3.6、排樣形式：因為本設計的毛坯是圓形件，形狀簡單，所以排樣初步定為單排，使廢料最少，排樣圖如圖：因為行數(shù)n=1，t=4.5mm，由于搭邊會產(chǎn)生廢料，從節(jié)省材料出發(fā)，搭邊值應愈小愈好，但過小的搭邊值容易擠進凹模，增加刃口磨損，降低模具壽命，也會影響剪切表面質(zhì)量，采用手工送料的方式，查沖壓手冊表2-22得，搭邊值a=4mm,a1=3mm。因此，條料寬：b=212+2a=212+4*2=220mm 進距：h=212+3

29、=215mm3.7、材料利用率的計算： 通過查找相關公式： =0.25D2hd =0.25*3.14*2122220*215 =74.6% 結論：材料利用率較高 4.沖壓拉深工藝計算4.1、計算壓邊力：查沖壓手冊得，單位壓邊力P=2.53.0MPa,取P=3.0MPa根據(jù)公式F壓=0.25dn-12-(dn+2r凹n)2P 計算: F壓=3.14/4×2122 (120+13.5) 2 ×3.0 =63871.72125N4.2、計算拉深力：已知工件材料為08鋼，料厚為4.5mm b=325MPa S=195MPa根據(jù)公式Fmax=dtb K 計算：其中：d=120mm,t

30、=4.5mm, b=325MPa,查沖壓手冊得，K=0.75Fmax =3.14×120×4.5×325×0.75 =413302.5N4.3、壓力機的選擇：拉深模具所需工作壓力：F總= F壓F拉=477.175KN由以上各工序的壓力計算可知：工序中所需要的壓力最大為477.175KN,因此原則上所選壓力機只要能滿足力的要求即可，但考慮到模具的安裝位置，安裝空間，送料方向等因素，可以稍后再做合理選擇. 5.各工序凸、凹模尺寸計算5.1、拉深凸、凹模尺寸計算： 根據(jù)沖壓手冊表4-54得 拉深模工作部分計算公式計算 D凹=（D0.75）+凹 D凸=（D0.752c）-凸 一次拉深成型： D=120mm，查沖壓手冊表4-56得 凹=0.10 凸=+0.06因為該制件公差在IT14級以下，所以拉深模具凸凹模制造公差采用IT10級精度 。 查沖壓手冊表10-8得 : =0.1 查沖壓手冊表4-74得 : 單邊間隙c=1.0t=1.0*4.5=4.5mmD凹=(D0.75) +凹