盒形外壳成形工艺设计

目 录1 绪论11.1课题研究的意义和目的11.2国内冲压模具制造的现状和发展趋势 12 工艺方案计算 52.1零件工艺性分析52.2 工艺计算 52.3 确定工艺方案63 模具设计83.1 冲裁模设计 83.2 首次拉深模设计123.2.1 拉深模工作部分尺寸确定 123.2.2 计算压边力、拉深力133.2.3 模具的总体设计143.3 成形拉深模设计 163.3.1拉深模工作部分尺寸确定163.3.2 计算压边力、拉深力163.3.3 模具的总体设计164 冲压工艺规程设计185 模具主要零件的工艺设计195.1机械制造工艺设计的一般性原则195.1.1 零件的工艺分析：结构分析与技术要求分析195.1.2 毛坯选择195.1.3 基准选择195.1.4 拟定工艺路线195.1.5 机床和工艺装备的确定195.1.6 工序及加工余量的确定205.1.7 工序尺寸和公差的确定205.1.8 切削参数的计算确定205.1.9 工艺文件的编制205.2首次拉深模凹模加工工艺计算225.2.1零件分析225.2.2 选择毛坯225.2.3 工艺规程设计 236 总结 27参考文献28致谢 291 绪 论1.1 课题研究的意义和目的据不完全统计,飞机、汽车、拖拉机、电机仪器仪表等产品,有60%左右的零件是用模具加工出来的,而自行车手表洗衣机电冰箱及电风扇等轻工业产品有90%左右的零件是用模具加工出来的,至于日用五金,餐具等物品的大批量生产基本上完全靠拉深成形来进行1。金属的拉深或深拉深是这样的一种工艺：凸模迫使金属薄板在其表面和凹模之间流动，平板最终形成了圆柱形、圆锥形或盒形零件。借助这种工艺可以用最少的工序和最少的废料获得最终的工件，且该类工件能直接装配而不再需要附加的工序。但是在此种成形过程中，板料一是由于起皱，塌陷和鼓包等缺陷而不能与模具完全贴合；另一方面因为回弹，造成零件脱模后较大的形状和尺寸误差。本课题即以飞机上常用的盒形外壳为设计对象,进行零件的工艺设计,模具结构设计和计算,确定合理工艺参数,解决拉深成形的盒形件出现的起皱,破裂等问题。此课题中最重要的是对模具参数和工艺的设计。模具是当今工业生产中使用极为广泛的主要工艺装备，是最重要的工业生产手段和工艺发展方向，一个国家工业水平的高低在很大程度上取决于模具工业的发展水平，模具工业的发展水平是一个国家工业水平的重要的标志之一。模具工业称作“黄金工业”5。冲压模具作为模具种类之一，在材料消耗不大（75%85%），节省能源的前提下，制造出的零件机械强度高，精度较高，生产率也较高，况且操作简单，所以得到了广泛的运用6。1.2 国内冲压模具的现状和发展趋势7目前，我国冲压技术与先进工业发达国家相比还相当落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与先进工业发达国家的模具相比差距相当大。但是,我国模具工业从起步到飞跃发展,经历了半个多世纪,近几年来我国模具技术水平有了很大的发展和提高,大型、精密、复杂、高效和长寿命模具又上了一个新台阶,模具质量及寿命明显提高,模具交货期大大缩短。模具CAD/CAE/CAM技术广泛地得到应用,并开发了自主版权的模具CAD/CAE/CAM软件。电加工、数控加工在模具制造技术发展中发挥了重要作用13。随着工业产品质量的不断提高，冲压产品生产正呈现多品种、少批量，复杂、大型、精密，更新换代速度快的变化特点，冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化方向发展。为适应市场变化，随着计算机技术和制造技术的迅速发展，冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术向以计算机辅助设计（CAD）、数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术转变14。冲压模具制造技术发展趋势(一)冲压成形理论及冲压工艺加强冷冲压变形基础理论的研究，以提供更加准确、实用、方便的计算方法，正确地确定冲压工艺参数和模具工作部分的几何形状与尺寸，解决冷冲压变形中出现的各种实际问题，进一步提高冲压件的质量。研究和推广采用新工艺，如精冲工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺、超塑性成形工艺以及其它高效率、经济成形工艺等，进一步提高冷冲压技术水平。值得特别指出的是，随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善，近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术，即利用有限元等数值分析方法模拟金属的塑性成形过程，通过分析数值技术结果，帮助设计人员实现优化设计。(二)模具先进制造工艺及设备模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。随着科学技术的发展，计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正不断向传统制造技术渗透、交叉、融合，对其实施改造，形成先进制造技术。模具先进制造技术的发展主要体现在如下方面：1高速铣削加工普通铣削加工采用低的进给速度和大的切削参数，而高速铣削加工则采用高的进给速度和小的切削参数，高速加工在模具制造中正得到广泛应用，并逐步替代部分磨削加工和电加工。2电火花铣削加工日本三菱公司最近推出的EDSCAN8E电火花创成加工机床，配置有电极损耗自动补偿系统、CAD/CAM集成系统、在线自动测量系统和动态仿真系统，体现了当今电火花创成加工机床的水平。3慢走丝线切割技术最大切割速度已达300mm2/min，加工精度可达到1.5m，加工表面粗糙度Ra0.10.2m。直径0.030.1mm细丝线切割技术的开发，可实现凹凸模的一次切割完成，并可进行0.04mm的窄槽及半径0.02mm内圆角的切割加工。锥度切割技术已能进行30以上锥度的精密加工。4磨削及抛光加工技术5数控测量三坐标数控测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外，其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措施以及简便的操作步骤，使得现场自动化检测成为可能。（三)模具新材料及热、表处理1模具新材料冲压模具使用的材料属于冷作模具钢，目前冷作模具钢的发展趋势是在高合金钢D2（相当于我国Cr12MoV）性能基础上，分为两大分支：一种是降低含碳量和合金元素量，提高钢中碳化物分布均匀度，突出提高模具的韧性。如美国钒合金钢公司的8CrMo2V2Si、日本大同特殊钢公司的DC53(Cr8Mo2SiV)等。另一种是以提高耐磨性为主要目的，以适应高速、自动化、大批量生产而开发的粉末高速钢。如德国的320CrVMo13等。2.热处理、表处理新工艺除人们熟悉的镀硬铬、氮化等表面硬化处理方法外，近年来模具表面性能强化技术发展很快，实际应用效果很好。其中，化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）以及盐浴渗金属（TD）的方法是几种发展较快，应用最广的表面涂覆硬化处理的新技术。它们对提高模具寿命和减少模具昂贵材料的消耗，有着十分重要的意义。(四)模具CAD/CAM技术随着功能强大的专业软件和高效集成制造设备的出现，以三维造型为基础、基于并行工程（CE）的模具CAD/CAM技术正成为发展方向，它能实现面向制造和装配的设计，实现成形过程的模拟和数控加工过程的仿真，使设计、制造一体化。(五)快速经济制模技术目前，快速经济制模技术主要有低熔点合金制模技术、锌基合金制模技术、环氧树脂制模技术、喷涂成形制模技术、叠层钢板制模技术等。应用快速经济制模技术制造模具，能简化模具制造工艺、缩短制造周期（比普通钢模制造周期缩短70%90%）、降低模具生产成本（比普通钢模制造成本降低60%80%），在工业生产中取得了显著的经济效益。(六)先进生产管理模式现代系统管理技术在模具企业正得到逐步应用，主要表现在：应用集成化思想，强调系统集成，实现了资源共享；实现由金字塔式的多层次生产管理结构向扁平的网络结构转变，由传统的顺序工作方式向并行工作方式的转变；实现以技术为中心向以人为中心的转变，强调协同和团队精神。先进生产管理模式的应用使得企业生产实现了低成本、高质量和快速度，提高了企业市场竞争能15。2 工艺方案设计2.1 零件工艺性分析材料：黄铜（H62）图2.1 零件图此黄铜抗剪强度为300MP，抗拉强度380MP，屈服强度为200MP，伸长率20%，说明此材料有很好的力学性能和机械加工性。 本零件因49/461即为深方盒形件，一次成形拉深系数太大容易拉裂，所以采用多次拉深成形，并且为保证拉深顺利进行，提高拉深件质量和模具寿命，润滑，热处理和酸洗等辅助工序是必要的。 又因为是方盒形件，所以采用圆形平板毛坯，先拉成圆桶形件（可为数道），最后拉深成形为矩形盒，工艺完成。2.2 工艺计算零件高：h=49mm零件长和宽：d=46mm由冲压手册187页表4-7查得无凸缘盒形件拉深件的毛坯尺寸的计算公式为：D= 1.13 =116.5mm 因为材料是黄铜。参考冲压工艺与模具设计中表5-8得首次拉深系数为=0.520.54。取0.53。以后各次拉深系数取0.700.72。冲压手册203页公式得=61.745 mm,为便于加工取62，则=0.532符合要求。因为46/62=0.7420.72，满足要求。所以取=d=46mm,=0.742符合要求。根据经验公式取：=3.75t=3mm由经验公式0.88h取mm于是本设计采用两次拉深，圆形毛坯圆筒形方盒形。各工序尺寸为（1） 圆形毛坯D=116.5mm （2） 圆筒 62, mm （3） 464649方盒形2.3 确定工艺方案从所用材料H62，对于多次拉深，应采用合理的中间退火工序与适当的润滑方式以确保拉深性能的稳定、连续是必不可少的。最后确定在每道拉深后辅以退火工序并采用良好的润滑方式，工艺方案如下：（一） 落料：设备型号J28250，工艺简图如下：（二） 退火：设备型号RJX759（三） 首次拉深：设备型号J28250，工艺简图为：（四） 退火：设备型号RJX759（五） 成形拉深：设备型号J28250，工艺简图为：（六） 退火：设备型号RJX759（七） 切边： 3 模具设计3.1 冲裁模设计采用单工序落料模，可采用自然漏料方式，选择标准导柱、导套模架，弹性卸料，便于操作，同时起到冲裁时的压料作用。1 排样为方便操作和定位，采用单排有废料排样方式，如图3.1所示。图3.1 排样图冲压工艺与模具设计41页表3-19查得（冲裁件的面积A为10659.5mm2），最小搭边值：a1=0.8mm.a=1.0mm。考虑到工件的材料、形状、厚度及卸料方式采用无侧压装置。查冲压工艺与模具设计28页，若零件没有标注公差，对圆形件可按IT10精度处理。查互换性与测量技术基础12页表2-2得：=116.5+0.14=116.64mm在排样方案和搭边值确定之后，就可以确定条料的宽度和进距。为保证送料顺利，剪板时宽度公差规定上偏差为零，下偏差为负值。3.2 首次拉深模设计3.2.1 拉深模工作部分尺寸确定1 拉深模的间隙。查冲压工艺与模具设计157页表5-14得拉深模的单边间隙为：=0.88mm，则拉深模的双边间隙为：Z=1.76mm。取中间半成品零件公差等级为IT14级，查互换性与测量技术基础12页表2-2得公差T=0.74mm。查冲压工艺与模具设计158页表5-15得：，.（是零件半成品外形的公称尺寸）凹模尺寸： 凸模尺寸： 凸、凹模的零件图如图3.4、3.5所示3.3 成形拉深模设计3.3.1 拉深模工作部分尺寸确定查冲压工艺与模具设计157页表5-14得拉深模的单边间隙为：=0.8mm，则拉深模的双边间隙为：Z=1.6mm。取零件公差等级为IT7级，查互换性与测量技术基础12页表2-2得公差T=0.03mm。凸、凹模的制造公差，根据工件的材料厚度与工件直径来选定，其数值见于冲压工艺与模具设计158页表5-15得：， 由表5-11查得，凸模的通气孔直径为6.5mm。3.3.2 计算压边力、拉深力（1）压边力由表5-2查得用普通压力机拉深所需单位压力：p=4Mpa.由表5-25知再次拉深压边力的计算公式为：， ，代入上式，得第二次拉深模的压边力为：（2）拉深力 按，查表5-27取，工件直径d=79mm，代入上式，得：（3）压力机的公称压力为：故压力机的公称压力要大于180kN3.3.3 模具的总体设计模具的闭合高度为：模具的闭合高度为：mm。工序10：以端面A为定位基准，粗车端面B至42。工序20：以端面B为定位基准，粗车端面A至39。工序30：以端面B为定位基准，粗车外圆至105。工序40：以端面B为定位基准，半精车、精车外圆至100。工序50：以外圆100为定位基准，粗镗孔至60。工序60：以外圆100为定位基准，半精、精镗孔至62.5。工序70：以外圆100为定位基准，半精车、精车端面B至37.2。工序80：以外圆100为定位基准，半精车、精车端面A至35.4。工序90：以外圆100为定位基准，钻孔610。工序100：以外圆100为定位基准，铰销钉孔212。工序110：以外圆100为定位基准，攻螺纹孔412。工序120：清理去毛刺。工序130：热处理工序140：以端面A为定位基准，精磨端面B至35.2。工序150：以端面B为定位基准，精磨端面A至35。工序160：以端面B为定位基准，精磨孔至62.74。工序170：以端面B为定位基准，粗磨圆角至R2.5。工序180：以端面B为定位基准，精磨圆角至R3。工序190：检验。4、确定机械加工余量及毛坯尺寸，经过工艺分析可确定毛坯尺寸为：如图5.2所示。图5.2 毛坯图5、工序设计（1）选择加工设备与工艺 选择机床。A、工序10、20、30、40、70、80是粗车端面、粗车外圆、半精车、精车外圆、半精车、精车端面。本零件外轮廓尺寸不大。精度要求不高，选用最常用的CA6140型卧式车床即可。B、工序50、60为粗镗孔、半精镗孔。由于加工零件外轮廓尺寸不大，又是回转体，故宜在车床上镗孔，选C616A型。C、工序140、150、160、170是精磨端面、精磨孔和圆角，可选用万能磨床。D、工序90为钻610的孔，可采用专用的分度夹具在立式钻床上加工，可选z518立式钻床。E、工序110为手攻螺纹，故可采用12丝锥和铰杠。 选择夹具本零件除钻小孔需要专用夹具外，其他各工序使用通用夹具即可。选择刀具A、在车床上加工，一般都选用硬质合金车刀。加工合金零件采用YT类硬质合金，粗加工用YT5，半精加工用YT15，精加工用YT30。B、砂轮采用平行砂轮。C、钻小孔10，用10直柄麻花钻。D、扩孔12，用12的扩孔钻。E、在镗床上，用硬质合金镗刀。加工合金零件采用YT类硬质合金，粗加工用YT5，半精加工用YT15，精加工用YT30。 选择量具选择量具的方法有两种：一是按计量器具的不确定度选择；二是按计量器具的测量方法极限误差选择。A、 外圆加工面的量具。工序30、40中粗车、精车外圆，按计量器具的不确定度选择该加工表面时所用量具。因外圆100未标注公差，可按IT9级来选择量具，故选分度值为0.15，测量范围游标卡尺。B、孔用量具。62.74孔经粗镗、半精镗、精磨三次加工。按计量器的测量方法极限选择其量具。（1）因为该零件孔，公差等级为IT14，可选内径百分尺，选分度值0.01mm，测量范围50125mm的内径百分尺即可。（2）确定工序尺寸一般的方法是，由加工表面的最后工序往前推算，最后工序的工序尺寸按零件图样的要求标注。当无基准转换时，同一表面多次加工的工序尺寸与工序的加工余量有关。当有基准转换时，工序尺寸应用工艺尺寸链解算。 确定圆柱面的工序尺寸。因该零件的外圆需进行粗车、半精车、精车，故我们可确定它的工序尺寸为：粗车外圆至105，工序双边余量5mm，公差，表面粗糙度Ra6.3；半精车、精车外圆至100，工序双边余量5mm，公差。 确定端面的工序尺寸。粗车端面工序余量为3mm，公差等级IT11，表面粗糙度Ra6.3。半精车、精车的工序余量为1.8mm，公差等级IT8，表面粗糙度Ra1.6，精磨的工序余量0.2，公差等级IT6，表面粗糙度Ra0.8。 确定孔的工序尺寸。粗镗孔单边工序余量为2mm，公差，表面粗糙度Ra6.3。半精镗、精镗单边工序余量为1.5mm，公差，表面粗糙度Ra3.2。精磨的单边工序余量为0.36mm，公差，表面粗糙度Ra0.4。6 确定切削用量及基本时间按切削用量和加工路线长度计算切削的基本时间，即加工路线长度除以进给速度。 图3.7 成形拉深模总装图1下模座；2，13螺钉；3，16圆柱销；4固定板；5凸模；6导柱；7卸料板；8导套；9凹模；10中垫板；11推件块；12上模座；14模柄；15推杆；17垫板；18限位柱。4 冲压工艺规程设计 冲压工艺规程制定步骤大致如下：（1） 设计准备工作；（2） 零件的工艺性分析；（3） 确定冲压件生产的工艺方案；（4） 确定模具类型及结构形式；（5） 选择冲压设备；（6） 编写冲压工艺卡及设计计算说明书。冲压工艺详见冲压工艺卡片。本团队全部是在读机械类研究生，熟练掌握专业知识，精通各类机械设计，服务质量优秀。可全程辅导毕业设计，知识可贵，带给你的不只是一份设计，更是一种能力。联系方式：QQ712070844，请看QQ资料。6 总结我的毕业设计题目是盒形件成形工艺设计，此设计涉及到了机械制造工程原理、冲压工艺、模具设计、互换性与技术测量、机械加工工艺基础、机械设计手册等基础理论知识。通过这次毕业设计，不仅让我学到很多新的东西，而且还将四年所学的知识进行了一次巩固和整理。巩固了我的专业基础知识，提高了专业能力。参 考 文 献1 美武科塔保贾诺维茨 编著 张国强，董江，吴承格等译.金属板料成型及模具设计实例.北京.化学工业出版社，2006.592 王秀凤，万良辉. 冲压模具设计制造北京：北京航空航天大学出版社，2005.13 李炳.如何利用Fastform正确模拟钣金拉深件的成形4 佘银柱，赵跃文.冲压工艺与模具设计.北京：北京大学出版社，2005.115 李松江. 模具制造技术与发展趋势.模具制造，2006，（7）：366 郑家贤.冲压工艺与模具设计. 机械工业出版社,2005.3113247 冲压模具行业发展现状及技术趋势. 8 李梦群，庞学慧，吴伏家等. 先进制造技术.国防工业出版社，2005.1922029 齐乐华.工程材料及成形工艺基础.西北工业大学出版社，2002.8910 谢建，杜东福. 冲压工艺与模具设计技术问答.上海：上海科学技术出版社，2005.111 郭拉风，张春元. 飞机钣金成形基础.2006.6212 翟平.飞机钣金成形原理与工艺.1995.17413 王孝培 .冲压手册.北京：机械工业出版社，2000.18214 周斌兴.冲压模具设计与制造.北京：国防工业出版社，2006.17115 薛启翔. 冲模制造实用技术. 北京：机械工业出版社，2005.2716 史铁梁.模具设计指导.北京：机械工业出版社，2003.817 庞学慧，武文革.互换性与测试技术基础.北京：兵器工业出版社，2003.719 冯之敬.机械制造工程原理.北京：清华大学出版社，1999.220 刘镇昌.制造工艺实训教程.北京：机械工业出版社，2005.721 模具设计与制造技术教育丛书编委会.模具结构设计.北京：机械工业出版社，2003.10致 谢5 模具主要零件的工艺设计5.1机械制造工艺设计的一般性原则：5.1.1 零件的工艺分析：结构分析与技术要求分析1、分析零件图熟悉零件图，了解零件的用途及工作条件；分析零件图上各项技术要求，确定主要加工面。2、结构工艺性分析机械加工对零件结构的要求；装配、维修对零件结构的要求。3、零件技术要求分析4、加工表面的尺寸精度和形状精度5.1.2 毛坯选择5.1.3 基准选择定位基准的选择对保证加工面的位置精度，确定零件加工顺序具有决定性影响，同时也影响到工序数量、夹具结构等问题，因此必须根据基准选择原则，认真分析思考。粗、细基准选择以后，还应确定各工序加工时工件的夹紧方法、夹紧装置和夹紧作用方向。5.1.4 拟定工艺路线制定工艺路线主要指确定加工方法和划分加工阶段。1、选择加工方法应以零件加工表面的技术条件为依据，主要是加工面的尺寸精度、形状精度、表面粗糙度，并综合考虑各方面工艺因素的影响。一般是根据主要表面的技术条件先确定最终加工方法，接着再确定一系列准备工序的加工方法，然后再确定其他次要表面的加工方法。2、在各表面加工方法选定以后，就需进一步考虑这些加工方法在工艺路线中的大致顺序，以定位基准面的加工为主线，妥善安排热处理工序及其他辅助工序。3、编制加工路线图表。5.1.5 机床和工艺装备的确定第页 共页