某导弹电器舱壳体拉深加工工艺设计

目录1绪论 11.1本课题研究的目的和意义11.2国内外研究现状21.2.1拉深工艺21.2.2模具设计31.2.3未来冲压模具制造技术发展趋势32工艺设计的准备工作52.1生产类型的确定52.2工艺方案的设计62.2.1拉深件的结构工艺性 62.2.2多次拉深的特点72.2.3加工工艺的确定73拉深模具设计 93.1拉深模具结构设计注意事项93.2坯料形状和尺寸的确定103.2.1坯料形状和尺寸确定的依据103.2.2简单旋转体拉深件坯料尺寸的确定113.2.3坯料尺寸的确定113.3确定拉深系数及各次拉深后的尺寸123.4模具尺寸的确定153.4.1落料模具尺寸的确定153.4.2拉深模具尺寸的确定173.4.3冲孔183.4.4翻边193.5其他数据的计算203.5.1确定排样、板材方案203.5.2落料力、压边力、拉深力的计算214拉深中的辅助工序244.1润滑剂244.2热处理254.2.1低温退火254.2.2高温退火254.3酸洗265拉深模具类型及零件的确定265.1拉深模具类型265.2凹模形式265.3凸模形式275.4凸模固定板与垫板275.5螺钉、销钉285.6压边圈的结构形式285.7压力机的选择305.8模架的选择305.9模座325.10导套与导柱326模具的装配与调试337结论35参考文献36致谢 381绪论1.1本课题研究的目的和意义导弹已成为现代战争中首选的重要武器1。当今计算机、电子技术飞速发展，以这些学科为基础，研发出了各种型号、不同功能的导弹。导弹的先进性主要依靠其制导、动力、及其他各种电器设备等要素，这就使得设计和制造舱体的时候，在保证强度的前提下，尽量使用易加工、质量轻、性能好的材料。这样就可以为其他部件提供更大的设计环境。由于导弹从出厂到发射，通常都要经过很长的时间，其间有可能发生腐蚀、变形等情况，这就大大降低了导弹的寿命同时提高了维护成本，严重影响了导弹的正常使用。舱体是导弹各部分中结构最简单但是却又非常重要的基本组成部分。优秀性能的舱体是提高导弹寿命、降低成本的前提。作为导弹各种设备的载体，优良的舱体可以为导弹的其他设备提供更好的储藏条件、更便捷的维护方式、更广阔的设计空间以及更长的寿命。这就使得舱体必须具有良好的防腐性能，同时也要具备足够的刚度一防止变形。导弹在飞行过程中，不仅要做高速飞行，同时还要做各种机动动作。要承受很大的拉伸力、扭距和转弯的的惯性力、减速时的压力产生的各种载荷。特别是在高速机动转弯时，更容易产生解体。在舱体的强度、刚度、稳定性达到导弹基本要求的前提下，只能从其加工工艺和舱体的材料上入手。但是舱体工作的好坏直接影响到导弹的可靠性，可一种好的材料势必引起成本的提高，而且加工性也随着材料的改变发生改变，舱体加工工艺就在舱体生产中显示其必要性了，所以舱体的加工工艺就显得特别重要。工艺技术是导弹工业的两大支柱之一。它工作贯穿于导弹研制的整个过程，是导弹研制生产的重要基础。先进的工艺技术和科学的工艺管理，是提高产品性能和保证产品质量的关键。不断研究新工艺、新技术，充分利用国内外先进技术，不断进行基础工艺设备的技术改造，对于促进导弹技术的发展，提高经济效益和缩短研制周期，无疑具有十分重要的意义2。因此，开展对金属板料成形的理论的和实践研究具有重大的现实意义345。模具是制造业的重要基础装备，它是“无以伦比的效益放大器”，用模具生产的最终产品价格往往是模具本身价格的数倍。没有高水平的模具，也就没有高水平的工业产品，因此模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，因为模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力6。模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗是其他加工制造方法所不能比拟的7。先进的模具设计技术，不但能保证产品质量，提高模具寿命，降低成本产生巨大的经济效益，而且能够促进模具制造业。从而最终促进产品的研制水平。1.2国内外研究现状1.2.1拉深工艺由板料大批量生产筒形件中，拉深成形是一种非常重要的工艺8。但是长期以来，工艺设计是工艺人员靠经验以手工方式来编织，设计方法落后，对拉深系数的处理采取试凑法，需要大量的计算和查表，消耗了大量的时间和精力9。传统的拉深工艺存在许多缺陷。针对筒形件拉深工艺的传统设计方法的缺陷，利用优化设计理论，建立了筒形件拉深工艺的数学模型并编成了一套人机交互式的优化设计程序，从而方便、快捷的确定合理的拉深系数，成功的解决了筒形件拉深工艺设计中拉深系数合理分配的问题10。根据对阶梯拉深件的分析，通过调整工艺参数，先拉深出锥形件，再整形，解决了零件拉深时产生裂纹问题11。随着计算机、电子技术的发展与广泛应用，拉深工艺的研究已经成为设计多个学科的综合性研究问题。利用VBA和AutoCAD2000开发的筒形件拉深计算机辅助工艺系统的构造和功能。使用该系统，只需根据零件的图样输入拉深件的相关参数，系统即可自动生成该零件的所有工艺数据，并自动生成内容详实的工艺卡，包括工件图、工序图等12。 金属板料的普通拉深方法虽然应用较为广泛，但起存在以下缺点：拉深系数大，拉深次数多，模具成本高，拉深零件尺寸精度、表面粗糙度不高，壁厚局部变薄，难以成型复杂形状零件，不能适应多品种小批量生产1314。最近兴起筒形件充液反拉深的工艺。筒形件充液反拉深由两部分组成：即正拉深阶段和充液反拉深阶段。这种工艺轴向推力对反拉深成功起着决定的作用15。1.2.2模具设计我国模具业与国外的差距近几十年，我国模具业发展迅速，但远远不能适应国民经济发展的需要16。低档模具过剩，高档模具供不应求，精密加工设备在模具加工设备中的比重还比较低，CAD/CAE/CAM技术的普及率不高，许多先进的模具技术应用还不够广泛等等。特别在大型、精密、复杂和长寿命模具技术上存在明显差距，这些类型模具的生产能力也不能满足国内需求，因而需要大量从国外进口。甚至有的依赖进口。虽然也采用了计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造技术(CAM)，但依旧停留在引进、消化和吸收阶段，难以形成具有成熟的理论指导和设计体系。近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。1.2.3未来冲压模具制造技术发展趋势模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项：(1)全面推广CAD/CAM/CAE技术模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。(2)高速铣削加工国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。 (3)模具扫描及数字化系统高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。(4)电火花铣削加工 电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。(5)提高模具标准化程度我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右。(6)优质材料及先进表面处理技术 选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积(TiN、TiC等)、等离子喷涂等技术。(7)模具研磨抛光将自动化、智能化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，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。(8)模具自动加工系统的发展 这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；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工艺设计的准备工作2.1生产类型的确定冲模的结构与类型的选择，很大程度上取决于冲压制件生产批量的大小。表2.1和表2.2列出了制件的生产批量的划分和模具结构与生产批量之间的相互关系，表5.3给出了生产精度要求与模具结构之间的关系，表5.4 给出了冲模导向方式的选择原则，供确定模具结构时选择。表2.1 生产批次的划分项目单件小批中批大批大量大 件0.10.10.20.2223030中 件0.10.10.50.555100100小 件0.10.1111010500500表2.2 冲模结构与生产批量的关系项目单件 小批小批 中批中批 大批大批 大量生产类型形状多变，生产时间短、试制虽长期生产，但形状变更可能性较大，不稳定生产形状变化可能性少，长期稳定生产形状基本不变，长期稳定生产模具类型简易模，单工序模单工序模，通用模，成组模具有复杂结构的单工序模，复合模，级进模级进模送料方式手工手工，小件机械送料机械，自动自动模具结构要求结构尽可能简单，成本低，交货期短，一般精度较低结构合简单，制造费用低，交货期短，一般精度较低结构合理，主要尺寸稳定，结构可能复杂，精度较高结构合理完善、生产率高为主要要求，一般精度较高卸料压料可不考虑固定卸料、弹压卸料一般为弹性卸料一般为弹性卸料要求寿命短较长长最长可达亿次压力机普通压力机普通压力机高速自动精密压力机高速自动精密压力机，专用压力机 在这里，要求生产10000件电器舱，可知，该零件的生产类型为大量生产。2.2工艺方案的设计2.2.1拉深件的结构工艺性拉深件的结构工艺性包括：1拉深件形状应尽量简单、对称，尽可能一次拉深成形。2需多次拉深的零件，在保证必要的表面质量前提下，应允许内、外表面存在拉深过程中可能产生的痕迹。3在保证装配要求的前提下，应允许拉深件侧壁有一定的斜度。4拉深件的底或凸缘上的孔边到侧壁的距离应满足：+0.5（或rd + 0.5）。5拉深件的底与壁、凸缘与壁、矩形件四角的圆角半径应满足： rd，2，3。否则，应增加整形工序。 图2.16拉深件不能同时标注内外形尺寸；带台阶的拉深件，其高度方向的尺寸标注一般应以底部为基准。 图2.22.2.2多次拉深的特点 筒形件多次拉深特点：1. 毛坯为筒形件，再拉深过程中变形区保持不变。2. 筒形毛坯由拉深制成，厚度和机械性能都不均匀。3. 毛坯筒壁材料已经硬化，再拉深时又要经过两次弯曲和反弯曲变形后才被拉入凹模。4. 再拉深过程中，凸缘区材料外周有毛坯筒壁支持，不容易起皱。5. 危险断面在各次拉深中不同。前几次拉深的危险断面在当前拉深件的筒壁上。再拉深最大拉力在拉深的结尾阶段，所以破裂也往往出现在拉深的末尾。6. 再拉深时，在毛坯筒口边区域会产生弯曲力矩，由此所引起的弯曲附加力可导致拉深件口部出现竖向裂纹。2.2.3加工工艺的确定导弹电器舱是带有连接部分的阶梯形状的筒形件，生产的质量要求严格控制在允许的范围内。筒形件的加工工艺大体上通常有两种：一种是旋压工艺，另一种就是拉深工艺。由于本课题已经限制是导弹电器舱的拉深成型工艺及其拉深模具设计。故本课题主要研究的就是拉深成型工艺。拉深工艺分两中：一种是不变薄拉深，另一种是变薄拉深。因为舱体的壁厚与连接部分的厚度不一样。故舱体的拉深工艺可以有两种：1. 变薄拉深落料第一次变薄拉深热处理第二次变薄拉深热处理第三次变薄拉深冲孔翻边2. 不变薄拉深然后变薄拉深落料第一次拉深热处理第二次拉深热处理第三次拉深热处理变薄拉深冲孔翻边整形拉深模的特点，结构相对较简单，与冲裁模比较，工作部分有较大的圆角，表面质量要求高，凸、凹模间隙略大于板料厚度。 变薄拉深成形特点是拉深凸模与凹模之间的间隙小于坯料厚度，使坯料在拉深成形过程中厚度得到预计减薄量的方法。不边薄拉深 变薄拉深图2.33拉深模具设计3.1拉深模结构设计注意事项1.拉深系数不能太小，也不能过大。一般第一次拉深系数m1= 0.480.63，以后各次拉深系数取mn=0.730.88；2.修边余量的确认。一般取拉深件高度的3%10%（高度小取大值)；3.內圆角不宜过小,一般r3t,如果r过小，材料通过凹模圆角时，经过反复弯曲侧壁产生过度变薄，容易破裂；4.拉深工序不能忽视压料板；5.拉深模应有气孔，以便卸下工件；要点：a:将气孔设计在成形过程中空气滞留的地方； b:凸模一边的气孔由于易使制品变形，所以要选择在成形中排气没有障碍的地方； c:设在凹模或下模压料垫板上的气孔，一般不会引起变形。6.限位装置 ，弹性压边圈要有限位装置，防止被压材料过分变薄；4拉深中的辅助工序拉深中的辅助工序很多，大致可分为拉深工序前的辅助工序，如材料的软化热处理、清洗、润滑等，拉深工序间的辅助工序，如软化热处理、涂漆、润滑等，拉深后的辅助工序，如消除应力、退火、清洗、打毛刺、表面处理、检验等20。4.1润滑剂表4.1 拉深有色金属、不锈钢及高温合金时用的润滑剂金属材料润滑方式硬铝植物油、乳化液铝植物（豆）油、工业用凡士林黄铜、紫铜、青铜菜油或肥皂与油的乳化液镍及其合金肥皂与油的乳化液 铁素体型不锈钢及奥氏体型不锈钢及高温合金用氯化乙烯漆（G01-4）喷吐板料，表面拉深时，再另涂机油采用润滑剂的目的：1） 减少模具和拉深件之间的有害摩擦系数，提高拉深变形程度和减少拉深次数；2） 提高凸凹模的寿命；3） 减少在危险断面处的变薄；4） 提高冲压零件的表面质量。拉深中使用不同润滑剂的原则：1） 当拉深材料中的应力接近于强度极限时，必须采用含有大量粉状填料（如白垩、石墨、滑石等，含量不大于20%）的润滑剂；2） 当拉深材料中的应力不大时，允许采用不带填料的油剂，润滑剂；3） 当拉深圆锥形类零件时，为了有意增加摩擦应力，以减少毛坯其皱，同时又要求不断通入润滑液进行冷却时，则一般采用乳化液；4） 在变薄拉深时，润滑剂不仅是为了减少摩擦，同时又起冷却模具的作用，因此不可能采用干摩擦，在拉深钢质零件时，往往在毛坯表面进行镀铜或磷化处理，使毛坯表面形成一层与模具的隔离层，它能贮存流体润滑剂和在拉深过程中具有“自润”作用；5） 拉深不锈钢、高温合金等粘膜严重、强化剧烈的材料时，一般也需要对毛坯表面进行“隔离层”处理，目前常用的方法是在金属表面喷涂氯化乙烯漆（G01-4），而在拉深时再另涂机油。4.2热处理用于拉深的材料，为了提高拉深变形程度，一般均应是软化状态。在拉深过程中，材料一般要产生冷作硬化。中间工序的热处理主要有两种：低温退火和高温退火。4.2.1低温退火这种热处理方式重要用于消除硬化和恢复塑性。低温退火规范是：加热至略低于Ac1，然后在空气中冷却。低温退火的结果是引起材料的再结晶，使材料的硬化消除，塑性得到恢复，从而能继续进行拉深。4.2.2高温退火对某些材料或零件，倘若低温退火的结果还不够满意的话，可采用高温退火。其规范是：把材料加热至Ac3以上3040，保温后，按所给速度加以冷却。不论是工序间热处理，还是最后消除应力的热处理，应尽可能立即进行，以免由于长时间的存放，工件在内应力的作用下产生变形或龟裂。表 4.2 低温（再结晶）退火温度材料加热温度附注08、10、15、20号钢600680空气中冷却紫铜T1、T2400450空气中冷却黄铜H62、68500540空气中冷却铝L、铝合金LF2、LF21220250保温4045分钟镁合金MB1、MB8260350保温60分钟工业纯钛650700钛合金TA5550600 由于本课题所用的材料四LF6，故选择工序间低温退火，加热温度在220250，保温4045分钟。 4.3酸洗工件经热处理后，表面有氧化皮及某些其他污物必须进行酸洗处理。酸洗后需进行仔细的表面洗涤，以便将残留在工件表面上的酸液洗掉。起办法是：先在流动的冷水中清洗，然后放在加热至6080的弱碱液中中和，最后用热水洗涤。表4.3 酸洗液中溶液成分铝及锌苛性钠或苛性钾100200克/升食盐13克/升盐酸50100克/升5拉深模具类型及零件的确定5.1拉深模具类型拉深模种类有正装式和倒装式两种。倒装式，压边装置的弹性元件，在下模座底下，拉深工作结束后，压边圈靠工作台下的弹顶器件将包在凸模上的工件顶出。这种形式的模具，工作形成较大，可用于拉深深度较大的零件。结合加工零件的特点，选用倒装式拉深模。6模具的装配与调试模具的装配与调试是模具制造中的最后一道关键性工作。模具装配时的主要技术要求：1） 在装配时，应保证上模座的上平面与下模座的底平面的平行度要求；2） 冲模的逼和高度应符合所选用压力机的装模高度的要求即应符合图纸规定的要求；3） 带导柱、导套的模具，装配时应保证上导柱对下模座底平面，导套对上模座上平面的垂直度要求；4） 应满足板料或半成品在模具上送进方向、定位、送进步距的准确性要求；5） 圆柱形模柄与长模座上平面垂直度应满足规定的要求；6） 凸模与凹模的配合应满足图纸规定的最小间隙值的要求，并使间隙沿周边分布均匀；7） 模具装配时，应考虑易损零件便于更换；8） 模具装配好后，能保证各相关部分能协调地动作并冲出合格的工件。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：QQ，请看QQ资料。7结论本设计主要做了两方面的工作，先介绍如下：1. 设计了某导弹电器舱的拉深工艺本文针对导弹电器舱的特点和加工技术要求，结合我国的生产技术与工艺装备水平，对电器舱的拉深的生产工艺进行了系统的设计。提出了一套较为合理的拉深工艺。其中关键问题是拉深过程中可能产生的各种缺陷如：起皱与拉裂，使得产品能够保证一定的精度、减少废品率，以及使模具具有较长的寿命。同时要使生产工艺尽可能的简单、容易掌握，满足快速装备国防的需求。本设计的解决办法是：合理控制凸模与凹模的间隙，选择合理的拉深速度，并选用正确的润滑剂和设计压边圈。2. 设计了拉深模具根据拉深工艺的需要，选择合理的冲压方式。并选择正确的凸模和凹模形式，根据不同模架的特点，选用合理的冲压模架及拉深模的其他主要零件，具体的以工程图的形式完成。，参考文献1 韩品尧.战术导弹总体设计原理.第二版.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2002.152 沈世锦,高仁,曹文君等.飞航导弹加工工艺.北京：中国宇航出版社,2005.3 杨曦,王东哲,包向军等. 板料拉深成形关键性技术研究.汽车工艺与材料，2000,1: 9124中川威雄.板料冲压加工.天津：天津科学技术出版社,19825肖景容.冲压工艺.北京：机械工艺出版社, 19906 大中华制造网.国内外模具钢生产现状及发展.asp?id=18681，2006-12-057 中华制造网.廉价模具开发倍受关注.17695，2006-118-188 Vedat Savas，Omer Secgin.A new type of deep drawing die design and experimental results. 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