端盖零件冲压工艺分析与模具设计

太原科技大学毕业设计说明书 I目 录一.文献综述 .IV二.选题依据、主要研究内容、研究思路及方案 VI第 1 章 绪论 .- 3 -1.1 冲压技术概念 - 3 -1.2 我国模具技术的发展趋势 .- 4 -1.3 冲压模的主要特点 - 5 -1.4 模具 CAD 技术 - 6 -1.5 本课题的来源及主要任务 .- 9 -第 2 章 冲压件的工艺分析 .- 11 -2.1 工艺方案的分析及 确定 - 11 -2.1.1 毛坯直径 D 的计算. - 11 -2.1.2 拉深次数 n 的确定. - 12 -2.2 工艺方案的确定 .- 12 -第 3 章 落料-拉深-冲孔复合模的设计 - 13 -3.1 搭边和条料的宽度计算 - 13 -3.1.1 搭边. - 13 -3.1.2 条料宽度和导尺间距计算. - 13 -3.2 冲压件的排样 .- 14 -3.3 冲模的压力中心 .- 15 -3.4 冲裁力的计算 .- 15 -3.4.1 落料. - 16 -3.4.2 冲孔. - 16 -3.4.3 拉深力计算. - 16 -太原科技大学毕业设计说明书 II3.5 初选压力机 - 17 -3.6 凸凹模间隙、工作部分尺寸和公差计算 - 17 -3.6.1 落料和冲孔（凸凹模分开加工）. - 18 -3.6.2 拉深模的凸凹模尺寸及间隙. - 19 -3.7 主要零件尺寸的确定 - 20 -3.7.1 落料-外锥拉深凸凹模. - 20 -3.7.2 锥面-筒形凸凹模. - 20 -3.7.3 落料凹模. - 21 -3.7.4 弹性元件的选用. - 21 -3.8 模具草图的绘制 .- 24 -3.9 压力机的选择 .- 25 -3.10 模具总装配图的设计 .- 25 -3.11 绘制模具零件图 - 25 -第 4 章 整形-切边复合模设计 - 26 -4.1 工序力的计算 - 26 -4.2 凸、凹模间隙及工作部分尺寸的确定 - 26 -4.3 主要零件尺寸的确定 - 27 -4.3.1 整形凸凹模. - 27 -4.3.2 整形内筒凸模. - 28 -4.3.3 整形凸台凸模. - 28 -4.3.4 切边凹模 .- 29 -4.3.5 整形橡胶. - 29 -4.3.6 顶件橡胶. - 29 -4.3.7 模架. - 30 -4.4 设计并绘制模具总设计草图 .- 31 -4.5 选择冲压设备 .- 31 -太原科技大学毕业设计说明书 III4.6 绘制模具总装配图 .- 32 -4.7 绘制零件图 - 32 -第 5 章 经济性分析. - 33 -总结 - 33 -参考文献 - 35 -附录 - 36 -附录 1 英文文献 - 36 -附录 2 文献翻译 - 42 -太原科技大学毕业设计说明书 IV端盖零件冲压工艺分析与模具设计一.文献综述本次的毕业设计是桶形件的设计，课题的目的是让我们在以往对模具设计学习的基础上熟悉冲压模具的设计流程；它既是一次检阅，也是一次锻炼，使我们系统地掌握冲压模具设计的技术，并与 Auto CAD，Pro/E 等模具设计软件相结合，提高了我们的模具设计能力。模具是现代工业的重要工艺设备，随着科学技术的不断进步，它在国民经济中占有越来越重要的地位，发展前景十分广阔。模具工业是技术密集型、资本密集型和投资密集型的产业，就冷冲模具而言，在冲模设计与制造上，模具结构与精度正朝着两个方面发展：一是为了适应高速、自动、精密、安全等大批量自动化生产的需要，冲模正向高效、精密、长寿命、多工位、多功能方向发展；另一方面，为适应市场上产品更新换代迅速的要求，各种快速成形方法和简易经济冲模的设计与制造也得到了迅速的发展。同 时，计算机技术、信息技术等先进技术在模具技术中得到广泛的应用，使模具设计与制造水平发生了深刻的革命性的变化。目前最为突出的是模具 CAD/CAE/CAM。在这方面，在这方面，国际上有许多应用成熟的计算机软件，我们不但能消化，应用国外的有关软件，少数单位还能自行开发或正在开发模具软件，尽管其总体水平与国际上的还有差距，但它代表了我国模具技术的发展成果与发展方向。模具是工业生产的基础工艺装备，模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。冲压模具是其中重要的一种。模具的标准化和专业化生产，已得到模具行业的广泛重视。这是由于模具标准化是组织模具专业化生产的前提，而模具的专业化生产是提高模具质量、缩短模具制造周期、降低成本的关键。我国已经颁布了冷冲压术语、冷冲模零部件的国家标准。冲模的模架等基础零部件已专业化，商品化。但总的来说，我国冲模的标准化和专业化还是比较低的。主要是模具制造商对模具制造的认识还不够，对模具新技术的应用力度不大，对在模具制造过程中模具标准设计还没有足够的认识，还停留在老的手工制作又一有经验的模具师傅带队的水平线上，试观国外发达国家模具制太原科技大学毕业设计说明书 V造，把标准化的模具设计放在了最重要的位置上，其次是设备问题。性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件。高效率、高精度、长寿命的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备与之相匹配；为了适应冲压新工艺的需要，研制了许多新型结构的冲压设备；为了满足新产品少批量生产的需要，冲压设备朝多功能、数控方向发展；为提高生产率和安全生产，应用各种自动化装置以及冲压自动化生产线。在桶形件的设计中，拉深是最重要的模具工序，它是把把剪裁或冲裁成一定形状的平板毛坯利用某种特定的模具在拉应力的作用下，使金属板料变成杯形零件；拉深零件的尺寸精度一般可达 IT911 级，利用拉深方法可以制成筒形、阶梯形、锥形、方盒形以及其他不规则形状的薄壁形零件，这次设计的桶形件，其实就是一个内直外锥桶形零件。就该形状零件的拉深来说，在变形性质上与筒形零件的拉深是相同的，区别就在于锥形拉深件的回弹。在实际的拉深过程中，简单弯曲只是在直边中部占很小的部分，而纯粹的拉深只是集中于圆角分角线的附近很小的区域。在二者中间的金属变形情况则是相当复杂的。它包括周边的压缩、竖向的伸长和零件上面壁部的略为变厚。在拉深该零件的时候，为了使得毛坯的变形过程进行顺利，得到口部平整的零件、保证零件的质量，以及节省板料，就必需正确地确定毛坯的形状和尺寸。如果毛坯的尺寸过大，则能使危险断面上的拉应力无谓地增大。这对提高变形程度和减少工序都不利；即使是毛坯的局部尺寸过大，这在拉深过程中，过大的部分也会从变形区突出出去。不但使突出部分的变形减小，而且也使其临近部分的板料变形比较困难。毛坯尺寸过大部分的变形程度减小必然使拉深变形较多地集中到其余的部分上去。于是增加了沿毛坯周边变形分布的不均匀程度，最后造成零件的壁厚不均匀，而且也容易引起变形过分集中部位的材料局部起皱，降低了冲件的质量。该零件拉深时，确定毛坯的原则也是根据变形前后毛坯的面积等于零件的表面积。但是，毛坯的形状必修保证材料在整个周边上的分布恰好在零件周边每个点上都形成等高的侧壁的需要。由于在零件周边上各个点金属的切向压缩变形和纵向拉深变形的数值都不同，其毛坯的形状和尺寸的计算对于不同的锥形尺寸比例时有很大的不同。在拉深此形状零件时，冲件的口部同样也会出现高低不齐的现象。因此，在计算零件的毛坯尺寸时，同样也必须要加入修边余量。太原科技大学毕业设计说明书 VI自从 2001年加入世贸组织以来，我国经济发展迅速步入快车道阶段，其中制造业的发展更是迅速。为此，世界着名的制造业跨国企业集团纷纷落户中国，不断将中国发展成自己的研发和制造基地，提高自身产品的综合竞争力，以角逐全球市场，致使中国的传统制造业面临前所未有的生存挑战和发展机遇。中国的模具行业产值跻身于世界的第三位，但中国模具行业的质量并不是世界上最好的，目前还赶不上德国和日本。但我们相信，中国不会因此而停顿，中国模具的发展，不仅仅是要量上考虑，更应该要从质上考虑，中国模具行业大有发展的空间。参考文献1.模具设计与加工速查手册/彭建声.北京：机械工业出版社，2005.62.模具实用技术设计综合手册.第 2版/王树勋，苏树珊.-广州：华南理工大学出版社， 2003.63.互换性与测量技术基础.第 2版./王伯平主编.-北京.机械工业出版社，2004.44.冲压工艺模具设计实用技术/郑家贤编着.北京：机械工业出版社，2005.15.冲压工艺及冲模设计/翁其金，徐新成主编.北京：机械工业出版社，2004.76.冷冲压模具设计指导/王芳编着北京：机械工业出版社，19987.模具实用技术丛书编委会.冲模设计应用实例北京：机械工业出版社，2000二.选题依据、主要研究内容、研究思路及方案(1)选题依据：用拉深的方法来制造薄壁空心件，生产效率高，省材料，零件的强度和刚度好，精度较高，拉深可加工范围非常广泛，直径从几毫米的小零件直至 23m 的大型零件。因此，拉深在汽车、航空航天、国防、电器和电子等工业部门以及日用品生产中，占据相当重要的地位。本毕业设计是对内直外锥桶形件的设计，是对冲裁模的一次综合学习。（2）主要研究内容、研究思路及方案：太原科技大学毕业设计说明书 VII制件图由于该冲裁件是内直外锥桶形件,不但要冲孔-落料,还要拉深,由于精度等级为 IT12-IT13,无需切边，所以选取的方案如下：方案一：落料 拉深 冲孔 切边方案二：落料拉深锥面复合模 内筒拉深冲孔复合模 切边 方案三：落料拉深冲孔复合模 整形切边模三种方案的比较:方案一:优点:较易实现操作化,通用性好,适合中小批量生产,冲模结构简单,重量较轻,尺寸较小,制造周期短,价格低,成本低廉.缺点:冲压生产效率较低,工人的劳动强度大,冲载件的累计误差大,精度较低,因模具数量多,所需的冲压设备也多,压力机一次行程内只能完成一个工序.模具的寿命低,操作不够安全.方案二:优点:使用复合模进行落料拉深,然后再拉深冲孔和切边，压力机一次行程内可完成多个工序,生产效率较高,冲载件的精度也较高,不受送料误差影响,内外形相对位置一致性好,冲件表面较为平整,适宜冲薄料,也适宜冲脆性或软质材料,可充分利用短料和边角条料,冲模的面积小.缺点:复合模难以实现操作机械化和自动化,工人的劳动强度较单工序低,制件废料排除较复杂,冲件不能自动漏下,存在出件问题,可实现部分机械化,但通用性差,仅适用于大批量生产,且模具制造较复杂,价格较高.方案三: 优点:该模具在压力机的一次行程内能完成多个工序(包括冲孔,落料,拉深),所以生产效率高,并容易容易实现操作机械化和自动化,尤其适用于单机上实现现代化,太原科技大学毕业设计说明书 VIII可采用高速压力机生产,操作安全,工人的劳动强度低,模具强度较高,寿命较长.缺点:通用性较差,仅适用于中小型零件的大批量生产,模具制造与价格都较高,要求冲床的运动精度高,刚度好,振动小,对冲压的运动精度高,板料的要求高,模具结构复杂,制造精度高,调试,维修困难,价格昂贵.综合考虑，由于该零件要大批量生产，为了提高工效，采用第三种方案。3.工作进度及具体安排：2010.3.215.3 完成开题报告工艺计算翻译稿2010.5.45.25 完成模具图纸，小论文2010.5.265.31 整理全部毕业设计资料2010.6.16.5 准备答辩4.指导教师意见:指导教师： 年 月 日说明：开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，此报告应在导师指导下，由学生填写，将作为毕业设计（论文）成绩考查的重要依据，经导师审查后签署意见生效太原科技大学毕业设计说明书 - 1 -端盖零件冲压工艺分析与模具设计材料科学与工程学院 成型 061404 杜 伟 指导老师：曹建新摘 要本次设计了一套落料-拉深-冲孔复合模具和一套整形-切边复合模。经过查阅资料，首先要对零件进行工艺分析，经过工艺分析和对比，采用冲孔落料工序，通过冲裁力、顶件力、卸料力等计算，确定压力机的型号。再分析对冲压件加工的模具适用类型选择所需设计的模具。得出将设计的模具类型后将模具的各工作零部件设计过程表达出来。 在文档中第一部分，主要叙述了冲压模具的发展状况，说明了冲压模具的重要性与本次设计的意义，接着是对冲压件的工艺分析，完成了工艺方案的确定。第二部分，对零件排样图的设计，完成了材料利用率的计算。再进行冲裁工艺力的计算和冲裁模工作部分的设计计算，对选择冲压设备提供依据。最后对主要零部件的设计和标准件的选择，为本次设计模具的绘制和模具的成形提供依据，以及为装配图各尺寸提供依据。通过前面的设计方案画出模具各零件图和装配图。 本次设计阐述了冲压正装复合模的结构设计及工作过程。本模具性能可靠，运行平稳，提高了产品质量和生产效率，降低劳动强度和生产成本。 关键字：冲压，冲压模，标准模架，压力设备太原科技大学毕业设计说明书 - 2 -Internal external conical straight bucket of punch die designCollege of Material Science and Engineering Material Forming The piercing matrix and blanking matrix are fixed by the overall plate.Fell in the blanking punch is loaded by pilot pin, guarante the relative position of the hole and the contour , increase the processing precision.This structure may guarantee the die move reliably and the request of mass production. KEY WORDS: stamping， press mold， standard die sets， press equipment 太原科技大学毕业设计说明书 - 3 -第 1 章 绪论1.1 冲压技术概念冲压加工是借助于常规或专用冲压设备的动力，使板料在模具里直接受到变形力并进行变形，从而获得一定形状,尺寸和性能的产品零件的生产技术。板料，模具和设备是冲压加工的三要素。冲压加工是一种金属冷变形加工方法。所以，被称之为冷冲压或板料冲压，简称冲压。它是金属塑性加工（或压力加工）的主要方法之一，也隶属于材料成型工程技术。冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。 冲压的优势与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。(1) 冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。（2） 冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。（3） 冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。太原科技大学毕业设计说明书 - 4 -（4） 冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。由于冲压具有如此优越性，冲压加工在国民经济各个领域应用范围相当广泛。例如，在宇航，航空，军工，机械，农机，电子，信息，铁道，邮电，交通，化工，医疗器具，日用电器及轻工等部门里都有冲压加工。不但整个产业界都用到它，而且每个人都直接与冲压产品发生联系。像飞机，火车，汽车，拖拉机上就有许多大，中，小型冲压件。小轿车的车身，车架及车圈等零部件都是冲压加工出来的。据有关调查统计，自行车，缝纫机，手表里有80%是冲压件；电视机，收录机，摄像机里有90%是冲压件；还有食品金属罐壳，钢精锅炉，搪瓷盆碗及不锈钢餐具，全都是使用模具的冲压加工产品；就连电脑的硬件中也缺少不了冲压件。但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品。所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益的。当然，冲压加工也存在着一些问题和缺点。主要表现在冲压加工时产生的噪音和振动两种公害，而且操作者的安全事故时有发生。不过，这些问题并不完全是由于冲压加工工艺及模具本身带来的，而主要是由于传统的冲压设备及落后的手工操作造成的。随着科学技术的进步，特别是计算机技术的发展，随着机电一体化技术的进步，这些问题一定会尽快而完善的得到解决。1.2 我国模具技术的发展趋势随着电子、信息等高新技术的不断发展，模具技术的发展呈现以下趋势。模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展。模具CAD/CAE/CAM技术是模具设计、制造技术的发展方向，模具和工件的检测数字、模具软件功能集成化、模具设计、分析及制造的三维化、模具产业的逆向工程以及模具软件应用的网络化是主趋势。新一代模具软件以立体的、直观的感觉来设计模具，所采用的三维数字化模型能方便地用于产品结构的分析、模具可制造性评价和数控加工、成形过程模拟（CAE）及信息的管理与共享。值得强调的是，模具数字化不是孤立的计算机辅助功能或数太原科技大学毕业设计说明书 - 5 -控技术的集合，其关键是它们与人工智能的有机集成，不仅可以整理知识、保存知识，还可以挖掘知识、繁衍知识。新一代的模具数字化将是一个集工程师的智慧和经验、计算机的硬件和软件、数值模拟和数控技术、工艺及工程管理为一体的模具优化的开发、设计和认证的系统工程。模具制造向精密、高效、复合和多功能方向发展精密数控电火花加工机床（电火花成形机床、快走丝线切割和慢走丝线切割机床）不断在加工效率、精度和复合加工上取得突破，国外已经将电火花铣削用于模具加工。加工精度误差小于1m的超精加工技术和集电、化学、超声波、激光等技术综合在一起的复合加工将得到发展。国外近年来发展的高速铣削技术和机床（HSM）开始在国内应用，将大幅提高加工效率。模具抛光的自动化、智能化也是发展趋势之一，日本已研制了数控研磨机，可实现三维曲面模具的自动化研磨抛光。此外，特种研磨方法如挤压研磨、电化学抛光、超声抛光也应是发展趋势。其他方面，如采用氮气弹簧压边、卸料、快速换模技术、冲压单元组合技术、刃口堆焊技术及实型铸造冲模刃口镶块技术等。1.3 冲压模的主要特点冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程术。冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。太原科技大学毕业设计说明书 - 6 -与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多 独特的优点。主要表现如下：1:冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。2:冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。3:冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。4:压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品。所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益。1.4 模具 CAD 技术随着科学技术的不断进步和社会的高速发展，产品更新换代越来越快。无论是工业产品还是家电产品，大多数应用模具成型。因此，产品对模具的精度要求越来越高、越来越普及。由于模具是典型的技术密集型产品，为了表达清楚设计意图，设计人员必须花费大量的时间来绘制模架、顶杆、滑块等结构相对固定的零部件。目前，CAD的发展，为广大模具设计人员提供了方便。特别是近几年来，模具CAD技术发展很快，应用范围日益扩大，并取得了可观的经济效益。(一)模具CAD的基本概念CAD（Computer Aided Design）是利用计算机硬、软件系统辅助人们对产品或工程进行总体设计、绘图、工程分析与技术文档等设计活动的总称，是一项综合性技术。太原科技大学毕业设计说明书 - 7 -(二)CAD技术的发展过程第一，20世纪50年代后期至70年代初期，此阶段为初级阶段线框造型技术。第二，20世纪70年代初期至80年代初，此阶段是第一次CAD技术革命曲面（表面）造型技术。第三，20世纪80年代中期至90年代初期，此阶段是第三次CAD技术革命参数化技术。参数化设计是用几何约束、工程方程与关系来定义产品模型的形状特征，也就是对零件上的各种特征施加各种约束形式，从而达到设计一组在形状或功能上具有相似性的设计方案。目前能处理的几何约束类型基本上是组成产品形体的几何实体公称尺寸关系和尺寸之间的工程关系，故参数化技术又称为尺寸驱动几何技术。(三)CAD技术和模具结构设计模具机构设计应用相应的CAD软件，根据要实现的功能、外观和结构要求，先设计草图，然后生成相应的实体，接着子装配和总体装配，仿真模具开模过程，检查干涉情况，并进行真实渲染。整个过程也可以从上到下进行修改，每个过程的参数都可以改变，并可以设定参数间的关联性。（1）草图重建技术草图设计是整个模具设计的基础。现在的草图重建技术已经发展的非常成熟，这种技术是模具设计人员用二维和三维设计草图进行三维建模的关键技术。这种技术能够对草图的各个尺寸和相关的约束进行修改和重建。目前草图重建技术已经比较成熟，一些大型的CAD软件系统如Pro/Engineer、UG等都提供草图设计模块。（2）曲面特征设计随着人们对产品质量和美观性要求的不断提高，又由于曲面特征具有的诸多有点，在产品外形设计重，曲面特征设计成为模具设计的一个重要部分。目前CAD业界涌现出一批像EDS的UG、PTC的Pro/Engineer等等一系列的优秀的CAD软件，它们的三维实体建模、参数建模及复合建模技术，实体与曲面相结合的造型方法，以及自由形式特征技术为模具设计提供了强有力的工具。（3）变量装配设计技术装配设计建模的方法主要有自底向上、概念设计、自顶向下等三种方法。自底太原科技大学毕业设计说明书 - 8 -向上方法是先设计出详细零件，再拼装产品。而自顶向下是先有产品的整个外形和功能设想，再在整个外形里一级一级地划分出产品的部件、子部件，一直到底层粗糙的零件。在模具中，由于有些模具的结构非常的复杂，在模具设计时只有采用自顶向下的设计方法，变量装配设计才支持自顶向下的设计。（四）CAD技术在模具设计中的发展方向模具CAD技术在传统的应用基础上还要不断的适应新的环境和新的挑战，寻求新的发展。（1）逐步提高CAD系统的智能化程度人工智能是计算机的几大功能之一，将人工智能引入CAD系统，使其具有专家的经验和知识，具有学习、推理、联想和判断的能力，从而达到设计自动化的目的。目前提高智能化程度的路径有两条：一是继续研究专家系统技术的应用；二是开展KBE（基于知识工程）技术的研究，主要是开发基于KBE的专用工具，如UGII中的KF（KnowledgeFusion） 。（2）研究模具的运动仿真技术，即冲模的冲压过程与注射模的运动仿真因为冲模与注射模的结构复杂，在冲压与注射过程中，一些模具零件的运动难免产生干涉现象，特别是级进模还可能存在条料运动与模具运动的干涉，而在设计中这些现象难以发现，故只有采用仿真技术在计算机上显示其运动状态，即时改正错误的设计，以避免生产中出现问题。（3）协同创新设计将成为模具设计的主要方向制造业垂直整合的模式使得世界范围内的产品销售、产品设计、产品生产和模具制造分工更明确。模具企业间通过Internet网络进行异地协同设计和制造。根据企业自身的信息化程度和企业间合作的层次不同，采用的技术手段和方案有很大不同。随着科技的不断进步，制造业正向数字化、全球化、网络化的方向发展，产品的生命周期越来越短，新产品的上市速度越来越快。模具是制造业的基本工艺设备，模具设计的、制造的效率对产品的开发效率有决定性影响。因此在模具设计的过程中，利用先进的 CAD技术进行模具设计省事、省力，而且最为重要的是保证了成型后制品的准确性，减少了试模的次数，缩短了模具的设计及生产的周期。模具 CAD技术发展的几种趋势：太原科技大学毕业设计说明书 - 9 -1模具 CAD的参数化参数化造型方法是 CAD技术中较先进的造型方法，也是提高 CAD工作效率的有效手段。它是针对各种冲压模具总体结构一般均具有较规范形式的特点，为各个零件的基本尺寸建立相应的参变量，在实际的几何和拓扑的基础上建立各零件要素之间的相互关系。当由于模具结构不同而导致模具零件尺寸发生变化时，改变参数文件中有关变量的取值，则与之相关的零件模型中的相应尺寸标注值亦发生变化，通过尺寸驱动模块处理后即可生成大小符合实际尺寸标注的零件。2模具 CAD的智能化冲压件模具设计的难度主要表现在设计理论的不完备性以及只能意会而难以言传的专家经验表达和利用上。同手工设计一样，在利用通用 CAD软件（包括新型集成化 CAD软件）进行覆盖件模具设计时，在很大程度上必须依赖于模具专家的干预。为了实现模具结构设计的自动化，减少对模具专家的依赖性，必须开发专用的汽车覆盖件模具结构设计智能化软件，把总结出来的以往设计、制造中的成功经验应用到模具设计中去，形成计算机里的知识库和智能库，生成专家系统，从而使 CAD系统能够胜任模具设计专家的工作，设计出符合要求的汽车覆盖件模具，这也就是所谓的模具 CAD的智能化。智能 CAD以人类思维的认识理论为基础，将设计人员擅长的逻辑判断、综合推理、形象思维能力与计算机的高速、精确计算能力相结合，从而使 CAD系统能够胜任模具设计专家的工作，设计出符合要求的冲压件模具。3模具 CAD的一体化模具 CAD的一体化就是从传统的设计方式向 CAD/CAE/CAM一体化方向发展。模具设计过程是一个信息处理、交换流通和管理的过程，采用弹塑性大变形有限元模拟技术可以分析材料的塑性成形过程，提高工艺分析和模具 CAD/CAM系统的功能，有利于创造更高级的 CAD/CAM系统，因而，CAD/CAE /CAM一体化能够对设计和制造过程中信息的产生、转换、存储、流通管理进行分析和控制，将它们有机地“集成”在一起，这样有利于取得最佳效益。4模具 CAD的专业化未来的模具 CAD将走向更加专业化的道路。一些通用的软件由于其功能繁多，专业性较差，已不能满足大型模具 CAD的需要，更好的方法是软件公司与专业模具太原科技大学毕业设计说明书 - 10 -厂密切合作，开发专用性很强的模具 CAD软件，如美国 PTC软件公司与日本 TOYOTA汽车公司在 PRO/E软件基础上开发的模具型面设计模块 PRO/DIEFACE等，这也是模具 CAD的一个发展方向，对于国内的模具厂家来说，在引进国外先进 CAD软件（如UG、Pro/E 等）的基础上，利用二次开发技术，针对本部门产品的特点，开发专用的模具 CAD系统是一条可行和经济之路.1.5 本课题的来源及主要任务1)选题依据：用拉深的方法来制造薄壁空心件，生产效率高，省材料，零件的强度和刚度好，精度较高，拉深可加工范围非常广泛，直径从几毫米的小零件直至 23m 的大型零件。因此，拉深在汽车、航空航天、国防、电器和电子等工业部门以及日用品生产中，占据相当重要的地位。本毕业设计是对内直外锥桶形件的设计，是对拉深的一次综合学习。（2）主要研究内容、研究思路及方案：制件图图示零件，材料为电镀锌钢板，料厚 t=0.5mm，大批量生产。零件为浅拉深内筒外锥形件，圆筒底部中间有一凸台及 17mm的孔。由于该冲裁件是内直外锥桶形件,不但要冲孔-落料,还要拉深,由于精度等级为 IT12-IT13,需切边。太原科技大学毕业设计说明书 - 11 -第 2 章 冲压件的工艺分析2.1 工艺方案的分析及确定2.1.1 毛坯直径 D 的计算图（1）通过 CAD面积测量功能测得：f1=4303.82mm2, f2=2419.68mm2, f3=3454.43mm2, f4=415.48mm2, 太原科技大学毕业设计说明书 - 12 -f5=4726.13mm2, f6=18.77mm2, f7=272.94mm2, f8=37.71mm2, f9=430.01mm2, f10=226.97mm2, 凸缘的相对直径 d 凸/ d =98.2/87=1.13,由凸缘的相对直径 d 凸/ d 和 d 凸 查表 1-3-5得修边余量 =3.5mm。 【2】2f4凸 凸修 边=3.144(98.2+23.5)2-98.22=1117.68mm毛坯表面积10F=if修 边=4303.98+2419.68+3454.43+415.48+4726.13+18.77+272.94+37.71+430.01+226.97+1117.68=17423.62 mm毛坯直径 4D=F17423.6.441723.6DF=148.98 mm2.1.2 拉深次数 n 的确定a.87mm圆筒的计算图形简化为带凸缘筒形件拉深毛坯相对厚度10D凸缘相对直径 d 凸 / d=1.13，由此两数据查表 1-3-13得，h 1/ d1=0.450.53. 【4】h/d=0.2, h1/d1h1/d1，故能一次拉成。b.凸台的拉深按锥形件进行工艺计算，h/ d=2.1/35=0.060.1,因此属于浅锥形且又有压边，能一次拉深成形。 【10】太原科技大学毕业设计说明书 - 13 -c. 外锥形的拉深h/ d=17.5/104.76=0.17,其值介于 0.10.25,属于浅锥形。由于制件精度等级 IT12IT13,故无需加工艺凸缘，可以一次拉成 。2.2 工艺方案的确定 综合以上分析，考虑采用落料-拉深-冲孔复合模一套和整形-切边复合模一套。第 3 章 落料-拉深-冲孔复合模的设计3.1 搭边和条料的宽度计算3.1.1 搭边 次模具采用手工送料且制件毛坯直径 D=148.98mm，料厚 t=0.5mm。查表 1.1，得a=1.5mm，a 1=1.5mm. 【2】表 1.1 搭边值和侧边值的数值圆件及 r2t 圆角 矩形边长 l50 矩形边长 l50 或圆角 r2材料厚度t工件间a1侧边 a 工件间 a1 侧边 a 工件间 a1 侧边 a0.25 以下 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.00.250.5 1.2 1.5 1.8 2.0 2.2 2.50.50.8 1.0 1.2 1.5 1.8 1.8 2.00.81.2 0.8 1.0 1.2 1.5 1.5 1.81.21.5 1.0 1.2 1.5 1.8 1.9 2.01.62.0 1.2 1.5 2.0 2.2 2.0 2.2太原科技大学毕业设计说明书 - 14 -3.1.2 条料宽度和导尺间距计算条料宽度 ： 导尺间距离：00(2)BDaz2ABzDaz式中：D-冲裁件垂直于送料方向的尺寸a-侧搭边最小值 -条料宽度的单向偏差Z-导尺与最宽条料之间的最小间隙查表 1.2，得 z=8mm，查表 1-2，得 =-0.7 ，用龙门剪床下料。 【2】表 1.2 剪裁下的下偏差（mm）条料宽度(mm)条料厚度(mm)50 50100 100200 200 0.5 0.5 0.7 1.0 0.5 1.0 1.0 1.03 1.0 1.0 1.0 1.54 1.0 1.0 1.0 2.0则 0 0.7(148.92.58)B159.8A0.75m67m太原科技大学毕业设计说明书 - 15 -3.2 冲压件的排样排样图一个进距内的材料利用率 10nFBh式中 F-冲裁件面积n-一个进距内冲裁件数目B-条料宽度h-进距（步距）17423.61059.8()【8】3.3 冲模的压力中心冲压力合力的作用点称为冲模压力中心。冲模压力中心应尽可能和模柄轴线以及压力机滑块中心线重合，以使冲模平稳地工作，减少导向件的磨损，提高模具及压力机的寿命。此冲压件为回转体，其冲裁时的压力中心与工件的几何中心重合。 【14】太原科技大学毕业设计说明书 - 16 -3.4 冲裁力的计算冲用平刃冲裁时，其冲裁力 F 一般按下式计算：F=KLt 式中 F 冲裁力(N)；L冲裁周边长度(mm)；t材料厚度(mm)； b材料抗剪强度（ MPa)； K系数，系数是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀，刃口磨损、板料力学性能和厚度波动等原因的影响而给出修正系数，一般取=1.3 。料厚为 1 mm，查表得镀锌钢板的抗剪强度 =400Mpa裁力的计算。 【12】3.4.1 落料 Dt=3.148.9054562NP落 料QK卸 卸 落 料 QKP顶 顶 落 料查表 1-1-25 ,K 卸 = 0.055，K 顶=0.08。 【5】Q 卸 =0.05554966.2 =3023.14N3.4.2 冲孔1Dt=3.470.562NP冲 孔由于采用刚性卸料，故不用计算卸料力。太原科技大学毕业设计说明书 - 17 -3.4.3 拉深力计算a) 凸台 Pdbtk凸拉3.140.5230.4569Nb)内筒 1Pdbtk拉 筒3.4870.523.8269Nc) 外锥Pdbtk拉 锥 小3.1498.2053.626N1QK顶 顶 落 料查表 2-31,得 K 顶 1=0.14。 【6】10.4596.2顶=7N3.5 初选压力机由于凸台采用刚性卸料，卸料力不加入计算。由于落料、拉深、冲孔，有先后之分，故只需计算其中较大的一项。P拉 拉 凸 拉 筒 拉 锥 +53798.冲 孔 拉 落 料取 P 落料 =54966.2N带入计算：太原科技大学毕业设计说明书 - 18 -PQ =5496.2+30.147695.28N y顶 顶落 料因而，压力机应选用大于或等于 100KN压力机。 【6】3.6 凸凹模间隙、工作部分尺寸和公差计算凸、凹模间隙对冲裁件质量、冲裁工艺力、模具寿命都有很大的影响。因此，设计模具时一定要选择合理的间隙，以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求，所需冲裁力小、模具寿命高，但分别从质量，冲裁力、模具寿命等方面的要求确定的合理间隙并不是同一个数值，只是彼此接近。考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损、生产中通常只选择一个适当的范围作为合理间隙，只要间隙在这个范围内，就可以冲出良好的制件，这个范围的最小值称为最小合理间隙 Zmin，最大值称为最大合理间隙 Zmax。考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计与制造新模具时要采用最小合理间隙值 Zmin。确定合理间隙的方法有经验法、理论确定法和查表法。根据近年的研究与使用的经验，在确定间隙值时要按要求分类选用。对于尺寸精度，断面垂直度要求高的制件应选用较小的间隙值，对于垂直度与尺寸精度要求不高的制件，应以降冲裁力、提高模具寿命为主，可采用较大的间隙值。由于理论法在生产中使用不方便，所以常采用查表法来确定间隙值。经验公式；软材料： t1mm，Z=(3%4%)tt=13mm，Z=(5% 8%)tt=35mm，Z=(8% 1%)t硬材料： t1mm，Z=(4%5%)tt=13mm，Z=(6% 8%)tt=38mm，Z=(8% 13%)t零件材料为镀锌钢板，料厚为 0.5mm，凸凹模间隙为 0.0400.060mm。 【13】太原科技大学毕业设计说明书 - 19 -3.6.1 落料和冲孔（凸凹模分开加工）a)落料 工作尺寸：00.14Dmb)冲孔 工作尺寸：0d查表 1-2-26, 得Zmax=0.060 Zmin=0.040 【7】ZmaxZmin=0.0600.040=0.020 0.14m对 落 料 尺 寸 的 凹 凸 模 偏 差 查 表 -32得凹 0.凸maxin.7Z凹 凸(图纸只在凸模或凹模一个零件上标注偏差，而另一个则说明配作间隙）查表 1-1-34得，磨损系数 X=0.75 【2】maxin1320.4Z+.8凹 凸对 冲 孔 尺 寸 17的 凸 凹 模 偏 差 查 表 得(图纸只在凸模或凹模一个零件上标注偏差，而另一个则说明配作间隙）查表 1-1-34得，磨损系数 X=0.75 【2】尺寸计算如下： mm冲裁种类工件尺寸 凸模尺寸 凹模尺寸落 料00-.14D=890minD-xZ凸-凸 （ ） 0-.30-.3(8975.142)60D-x凹凹 （ ） +0.4+0.4(189751)0D-x凹min凸 （ Z）太原科技大学毕业设计说明书 - 20 -3.6.2 拉深模的凸凹模尺寸及间隙查表 1-3-42得，有压边圈拉深时单边间隙值 Z=t=0.5mm【15】工作部分尺寸计算如下： mm3.7 主要零件尺寸的确定3.7.1 落料-外锥拉深凸凹模查表 3-75得，凸凹模最小壁厚 1.6mm，落料直径 D=15mm，该模具 D=148.98mm，最小壁厚 20.1mm，凹模圆角半径 R=3mm，其高度 H应该大于 22mm，故 H=40mm，强度满足冲 孔.00d0d+x凸-凸 （ ）0.20.2(1758)6- min0.2.20d+x178Z凹凹 （ ）（ 5）尺寸标注方法工件尺寸 凹模尺寸 凸模尺寸+0.5+0.5Dd.42Z(867)9凹凹 0（ ） 0.030.3d.4(867)9凸-凸 -（ ）标注内形尺寸+0.4+0.4d.2Z(3765)59凹凹 0（ ） 0.030.3d.4(76)9凸-凸 -（ ）标注外形尺寸0.3.69825+0.5+0.5D-.(876)9凹凹 0（ ） 0-0.30-.3dD.52Z(87.65)9凹凸 （ ）太原科技大学毕业设计说明书 - 21 -要求。材料选择 CrWMn，热处理 5862HRC。 【16】3.7.2 锥面-筒形凸凹模查表 3-75得，最小壁厚 1.6mm，取壁厚 5.76mm，高度取 50mm，圆角半径和粗糙度如图，未注粗糙度 12.5。材料选用 CrWMn，热处理 5862HRC。 【16】太原科技大学毕业设计说明书 - 22 -3.7.3 落料凹模料厚 1.5mm，故 h取 10mm，H=53mm，D=230mm，锥角 a=40【12】,具体细节见零件图。材料选用 T10A，内壁热处理 5256HRC。 【16】3.7.4 弹性元件的选用a. 压边卸料用橡胶