付耳盖子的加工工艺及模具设计.docx
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付耳盖子的加工工艺及模具设计
高职学院
毕业设计（论文）
题目：
付耳盖子的加工工艺及模具设计
专业名称：
机电一体化技术
班级学号：
09902116
学生姓名：
魏吉义
指导教师：
柴京富
二O一二年六月
南昌航空大学高职学院毕业设计（论文）任务书
I、毕业设计（论文）题目：
付耳盖子的加工工艺及模具设计
II、毕业设计（论文）使用的原始资料（数据）及设计技术要求：
1.付耳盖子零件图
2.材料为Q235钢板
3.零件设计和加工工艺规程编制合理
4.模具设计要求满足加工工艺，并且结构紧凑，重量轻，便于移动，操作简
单，安全．
III、毕业设计（论文）工作内容及完成时间：
1.收集有关资料，写出开题报告（2周）2月13日-2月26日
2．进行工艺方案设计并编制加工工艺规程 （2周）2月27日-3月11日
3．进行模具设计方案的选择及设计计算（3周）3月12日-4月01日
4．绘制模具装配图及其部分零件图 （4周）4月02日-4月29日
5.外文资料翻译（不少于6000实词） （1周）4月30日-5月06日
6．撰写毕业论文 （3周）5月07日-5月27日
7．准备毕业答辩 （2周）5月28日-6月08日
Ⅳ、主要参考资料：
【1】濮良贵等主编.机械设计.高等教育出版社，2001
【2】翁其金等主编.冲压工艺及冲模设计.机械工业出版社，2004
【3】模具实用技术丛书编委会编.冲模设计应用实例.机械工业出版社，2004
【4】王先逵主编.机械制造工艺学.机械工业出版社，2001
【5】AHBURR.MECHANICALANALYSISANDDESIGN.1981,ELSEVIER
高等职业技术学院机电一体化专业099021班
学生（签名）：
魏吉义
日期：
自2012年2月13日至2012年6月8日
指导教师（签名）：
柴京富
助理指导教师（并指出所负责的部分）：
系（室）主任（签名）：
附注:
任务书应该附在已完成的毕业设计说明书首页。
付耳盖子的加工工艺及模具设计
学生姓名：
魏吉义班级：
099021
指导老师：
柴京富
摘要：
通过分析付耳盖子的结构特点和冲压工艺性,设计了制件的凹模、凸模及凹凸模。
设计采用由圆形筒进行翻边工序，为下一道工序冲孔及翻孔扫清障碍，最后，通过整修工序，使得生产的完全的成型。
利用拉深与挤压相结合的方法以及合理选择制件材料和拉深系数,成功地解决了付耳盖子过渡圆角起皱及长宽比容易拉裂等问题。
模具在连续生产中,制件质量稳定,模具寿命高。
论文是由翻边设计、冲孔模设计组成，冲压模具主要是将板料分离或成形而得到制件的加工方法。
因为模具的生产主要是大批量的生产，而且模具可以保证冲压产品的尺寸精度和产品质量，模具的设计与制造主要考虑到模具的设计能否满足工件的工艺性设计，能否加工出合格的零件，以及后来的维修和存放是否合理等。
在本次设计中的取暖器主机连接座中，不仅要考虑要使做出的零件能满足工作要求，还要保证它的使用寿命。
其次设计中还要考虑到它的实际工作环境和必须完成的设计任务，两套模具的模架分别采用后置和中间形式，凹模采用整体凹模，这样可以采用线切割等数控设备来一次完成全部的工序加工，在设计中我要考虑到很多关于我所设计模具的知识，包括它的使用场合、外观要求等，从这里可以知道模具设计是一项很复杂的工作，所以在设计要不断的改进直到符合要求。
关键词：
拉深冲孔翻孔加工工艺
指导老师签名：
柴京福
2.1.1冲压模具的功能.......................................-10-
1绪论
1.1引言
日常生产、生活中所使用到的各种工具和产品，大到机床的底座、机身外壳，小到一个胚头螺丝、纽扣以及各种家用电器的外壳，无不与模具有着密切的关系。
模具的形状决定着这些产品的外形，模具的加工质量与精度也就决定着这些产品的质量。
因为各种产品的材质、外观、规格及用途的不同，模具分为了铸造模、锻造模、压铸模、冲压模等非塑胶模具，以及塑胶模具。
随着科学技术的进步和工业生产的迅速发展，冲压加工技术的应用愈来愈广泛，模具成形已成为当代工业生产的重要手段。
1.2我国冲压技术现状
1.2.1冲压模相关介绍
冷冲压:
是在常温下利用冲模在压力机上对材料施加压力，使其产生分离或变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件的加工方法。
冲压可分为五个基本工序：
冲裁、弯曲、拉深、成形和立体压制。
冲压模具:
在冷冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冷冲压模具（俗称冷冲模）。
冲压模按照工序组合分为三类：
单工序模、复合模和级进模。
复合模与单工序模相比减少了冲压工艺，其结构紧凑，面积较小；冲出的制件精度高，工件表面较平直，特别是孔与制件的外形同步精度容易保证；适于冲薄料，可充分利用短料和边角余料；适合大批量生产，生产率高，所以得到广泛应用，但模具结构复杂，制造困难。
冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备，是技术密集型产品。
冲压件的质量、生产效率以及生产成本等，与模具设计和制造有直接关系。
模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，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。
1.2.2冲模在制造业中的地位
在现代工业生产中，冲模约占模具工业的50%，，在国民经济各个部门，特别是汽车、航空航天、仪器仪表、机械制造、家用电器、石油化工、轻工日用品等工业部门得到极其广泛的应用。
据统计，利用冲模制造的零件，在飞机、汽车、电机电器、仪器仪表等机电产品中占60%~70%，在电视机、录音机、计算机等电子产品中占80%以上，在自行车、手表、洗衣机、电冰箱、电风扇等轻工产品中占85%以上。
在各种类型的汽车中，平均一个车型需要冲压模具2000套，其中大中型覆盖件模具300套。
1.2.3冲压技术的发展方向与发展重点
根据我国冲模技术的发展现状及存在的问题，今后应朝着如下几个方面发展：
1.开发、发展精密、复杂、大型、长寿命模具。
2.加速模具标准化和商品化，以提高模具质量，缩短模具制造周期。
3.大力开发和推广应用模具CAD/CAM技术，提高模具制造过程的自动化程度。
4.积极开发模具新品种、新工艺、新技术和新材料。
5.发展模具加工成套设备，以满足高速发展的模具工业需要。
6．重点发展模具表面的各种强化超硬处理等技术提高模具使用寿命。
1.3总结
冲压加工作为一个行业，在国民经济的加工工业中占有重要的地位。
近年来，冲压成型工艺有了很多新的进展，特别是精密冲裁、精密成形、精密剪切、复合材料成形、超塑性成形、软模成形以及电磁成形等新工艺日新月异，冲压件的成形精度日趋精确，生产率有了极大的提高，正把冲压加工提高到高品质、新的发展水平。
由于引入了计算机辅助工程（CAE）冲压成形已从原来对应力应变进行有限元分析而逐步发展到采用计算机进行工艺过程的模拟与分析，以实现冲压过程的优化分析设计。
计算机在模具领域，包括设计、制造、管理等领域发挥着越来越重要的作用。
2模具设计过程与要点
本课题的主要目的是通过对付耳盖子的设计和加工工艺过程的分析，完成该零件的冲压模具设计。
该零件需通过
落料--
拉深--
冲孔--
平面翻孔--
整修五道工序完成。
2.1冲压模具设计要点
2.1.1冲压模具的功能
冲模的功能是具有制造出一定数量的冲压产品的能力，且加工还有高效率、高精度、互换性好及节约原材料等功效。
在此，可以把制造出所需的冲压产品视之为对冲模的一级功能要求。
如图2.1所示，被加工材料送至固定在冲压设备上的冲模里，经过冲压加工，获得所需形状、尺寸和性能的产品。
在实现冲模的一级功能要求中，即在冲模使材料变成产品的加工过程中，由于除了要保证使材料经受既定的冲压加工（塑性成形）以外，前后还必须有正确的导向、定位以及方便的卸料与出件等动作所以，冲模实际上是由具有不同功能的零部件组成的一种装置。
图2.1冲模的一级功能要求
由于冲压产品的生产方式不是单件生产、而是批量生产，因此，为达到所需冲压产品的数量，还需具有某些二级功能要求。
冲模的二级功能要求是对其一级功能要求的完善、强化或补充。
从冲模的使用角度出发，其二级功能要求主要应包括如图2-2所示的各项内容。
显然，冲模的二级功能要求愈完善，则冲模的结构可能会愈复杂。
应当指出，冲模功能的各项内容正是冲模设计的依据和条件。
图2.2冲模的二级功能要求
2.1.2冲压模具的一般设计程序
依据冲压件的产品图样进行冲压工艺过程设计并确定工艺方案后，可进行冲模的设计。
在模具设计时，要收集、准备有关的设计参考资料;经过充分理解、研究和确定内容之后，便可着手绘制模具的草图；在绘制草图阶段，进行讨论，以防发生设计上的重大错误；然后，再绘正式图。
一般模具设计图可按图2-3之方框图的步骤完成。
由此方框图可知：
在冲模设计过程中，必定有冲压工艺方案的分析、确定及工艺计算，从工艺方案分析开始到正式绘制模具图，中间各种步骤还应有反复分析与交叉进行的过程。
图2.3模具设计程序
2.2冲压模具设计要点
模具总体结构形式的确定是设计时必须首先解决的问题，也是冲模设计的关键，它直接影响冲压件的质量、成本和冲压生产的水平。
模具类型的选定，应以合理的冲压工艺过程为基础，根据冲压件的形状、尺寸、精度要求、材料性能、生产批量、冲压设备、模具加工条件等多方面的因素，做综合的分析研究并考虑综合经济效果，在满足冲压件质量要求的前提下，达到最大限度地降低冲压件的成本。
确定模具结构形式时，必须解决以下几方面的问题：
（1）模具类型：
单工序模，级进模，复合模等；
（2）操作方式：
手工操作，自动化操作，半自动化操作；
（3）进出料方式：
根据原材料的型式确定进料方法，取出和整理零件的方法，原材料的定位方法；
（4）压料与卸料方式：
压料或不压料，弹性或刚性卸料等；
（5）模具精度：
根据冲压件的特点确定合理的模具加工精度，选取合理的导向方式及模具固定方法等。
同时，在制造模具时，除生产批量、生产成本、冲压件的质量要求外，在设计冲模时还必须对其维修性能、操作方便、安全性特别是手工操作模的安全方面等予以充分的注意。
2.3.冲压设备的选择
2.3.1设备类型的选择
设备类型的选择要依据冲压件的生产批量、工艺方法与性质及冲压件的尺寸、形状与精度要求来进行。
压力机原理图如图2.4所示。
图2.4曲柄压力机传动系统
（1）根据冲压件的大小进行选择，参照表2-3-11。
表2-3-11按冲压件大小选择设备
零件大小
选用类型
特点
适用工序
小型或中小型
开式机械压力机
有一定的精度和刚度，操作方便
分离及成形
（深度浅的成形件）
大中型
闭式机械压力机
精度与刚度更高，结构紧凑，工作平稳
分离、成形
（深度大的成形件）
（2）考虑精度与刚度：
在选用设备类型时，还应充分注意到设备的精度与刚度。
压力机的刚度是由床身刚度、传动刚度和导向刚度三部分组成，如果刚度较差，负载终了和卸载时模具间隙会发生很大的变化，影响冲压件的精度和模具寿命。
设备的精度也有类似的问题。
尤其是在进行校正弯曲、校形及整修这类工艺时更应选择刚度与精度较高的压力机。
在这种情况下，板料的规格应该控制更严，否则，因设备过大的刚度和过高的精度反而容易造成模具或设备的超负载损坏。
（3）根据冲压件的生产批量选择，参照表2-3-12。
表2-3-12按生产批量选择设备
冲压件批量
设备类型
特点
适用工序
小批量
薄板
通用机械压力机
速度快、生产效率高质量较稳定
各种工序
厚板
液压机
行程不固定，不会因超载损坏设备
拉深、弯曲、胀形
大中批量
高速压力机
高效率
冲裁
多工位自动压力机
高效率，消除了半成品堆储问题
各种工序
（4）考虑生产现场的实际可能：
在进行设备选择时，还应考虑生产现场的实际可能。
如果目前还没有较理想的设备供选择，则应该设法利用现有设备来完成工艺过程。
（5）考虑技术上的先进性：
需要采用先进技术进行冲压生产时，可以选择带有数字显示的、利用计算机操作的及具有数控加工装置的各类新设备。
2.3.2设备类型的选择原则
设备规格的选择应根据冲压件形状的大小、模具尺寸及工艺变形力等进行。
从提高设备的工作刚度、冲压件的精度及延长设备的寿命观点出发，要求设备容量有较大剩余。
最新的观点是使设备留有40～30%的余量，即指使用设备容量的60～70%。
还有的建议只使用容量的50%，即取设备的吨位为工艺变形力的2倍。
3工件工艺性分析及方案确定
零件图如下图3
图3付耳盖子零件图
生产批量：
大批量；材料：
Q235；材料厚度：
0.25mm；制造精度：
IT13
3.1冲裁工艺性分析
3.1.1零件材料分析
该零件材料为Q235冷板材料，厚度t=0.25mm。
Q235属于普通碳素钢，其力学性能如表3-3-1
表3-1-1Q235力学性能
抗剪强度τ
304-374MPa
抗拉强度σb
375-460MPa
屈服点σs
235MPa
伸长率δ
28%
由上表可知，Q235具有良好的冲压成形性能，为一般冲压用钢，适合冲裁。
3.1.2结论
综上所述，该零件的冲裁工艺性较好，冲裁加工能够达到设计要求。
3.2拉深工艺性分析
该工件的材料是Q235，厚度t=0.25，具有良好的可拉伸性，要将工件拉深成付耳盖子，观察其形状及尺寸，可知道，该工件可以通过拉深的校核。
详细计算见后文。
3.3冲孔工艺性分析
该工件经拉深翻边后，已基本成型，还缺少的是冲孔的工序。
为了更好地使零件符合标准，需通过冲孔这步骤。
已知零件材料为Q235，厚度t=0.25，由Q235力学性能可见，该材料完全符合冲孔工艺。
详细计算见后文。
3.4翻孔工艺性分析
该工件材料为Q235，由其力学性能得知，该材料可以进行翻孔工艺。
详细计算见后文。
3.5冲压件冲压工艺方案确定
3.5.1方案种类
根据工件形状，从零件的结构特征可以看出，冲压所需的基本工序包括落料、拉深、冲孔、翻孔和整修等工序，现确定以下方案：
方案一：
落料、拉深单工序模、冲孔级进模、翻孔单工序模、整修单工序模
方案二：
落料、拉深单工序模、冲孔单工序模、翻孔级进模、整修单工序模
方案三：
落料、拉深单工序模、冲孔单工序模、翻孔单工序模、整修单工序模
单工序模、连续模和复合模的相互比较见表3-5-1
表3-5-1单工序模、连续模和复合模的性能比较
项目
单工序模
级进模
复合模
工作情况
工件尺寸精度
较低
一般IT11级以下
较高，IT9级以下
工件形状
易加工简单件
可加工复杂零件，如宽度极小的异形件、特殊形件
形状与尺寸要受模具结构与强度的限制
孔与外形的位置精度
较高
较差
较高
工件平整性
推板上落料，平整
较差，易弯曲
推板上落料，平整
工件尺寸
一般不受限制
宜较小零件
可加工较大零件
工件料厚
一般不受限制
0.6～6mm
0.05～3mm
工艺性能
操作性能
方便
方便
不方便，要手动进行卸料
安全性
比较安全
比较安全
不太安全
生产率
低，压力机一次行程只能完成一道工序，但在多工位压力机使用多副模具时，生产率高
高，压力机一次行程内可完成多道工序
较高，压力机一次行程内能完成两道以上工序
条料宽度
要求不严格
要求严格
要求不严格
模具制造
结构简单，制造周期短
结构复杂，制造和调整难度大
结构复杂，制造难度大
3.5.2方案分析
分析比较上述三种方案，可以看到：
各工序分别进行虽然模具简单，但是生产周期长。
方案一、二中，使用连续模具，精度不能保证，因此方案一、二被排除；对于方案三，没有上述的缺点，因其工序复合程度比较高，生产率比较高，结构简单，制造费用低。
因此最终确定第三种方案。
本设计主要设计落料单工序模、拉深单工序模。
3.5.3方案确定
综合考虑采用方案三，再来确定采用正装复合模还是采用倒装复合模。
正装复合模和倒装复合模的比较见下表3-5-3
表3-5-3正装复合模和倒装复合模的比较
序号
正装
倒装
1
对于薄冲件能达到平整要求
不能达到平整要求
2
操作不方便，不安全，孔的废料由打棒打出
操作方便，能装自动拔料装置，能提高生产效率又能保证安全生产，孔的废料通过凸凹模的孔往下漏掉
3
废料不会在凸凹模孔内积聚，每次由打棒打出，可减少孔内废料的胀力，有利于凸凹模减少最小壁厚
废料在凸凹模孔内积聚，凸凹模要求有较大的壁厚以增加强度
4
装凹模的面积较大，有利于复杂制件拼快结构
如凸凹模较大，可直接将凸凹模固定在底座上省去固定板
从表3-6-3中可以看出：
正装对于薄冲件能达到平整要求，且废料不会在凸凹模孔内积聚，有利于凸凹模减少最小壁厚。
而倒装不能达到平整要求，而且废料在凸凹模孔内积聚，凸凹模要求有较大的壁厚以增加强度。
从保证冲裁件质量、经济性和安全性前提下，综合考虑采用正装复合模，即模具结构为落料、拉深、冲孔和翻孔正装复合模。
4排样及计算材料利用率
4.1确定排样方式
冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法叫排样。
排样方案对材料利用率、冲件质量、生产率、模具结构与寿命都有重要的影响。
根据零件形状，为了不增加模具的制造难度，考虑采用有废料排样方式。
如图4-1
采用有废料和少废料排样，排样图分别如图4-1-1和图4-1-2
图4-1-1有废料排样
图4-1-2无废料排样
少废料排样虽然材料利用率有所提高，但由于条料本身的宽度公差，以及条料导向与定位所产生的误差会直接影响冲裁件尺寸而使冲裁件的精度降低，也降低了模具寿命，结合各自的优缺点，综合考虑采用有废料排样法。
4.2计算材料利用率
4.2.1.计算制件的面积A
制件面积A的计算公式：
A=
402（3-2）
=
*40*40
=1256（mm2）式中D—毛坯外径（mm）
4.2.2.确定搭边a与a1的值
查《冷冲模设计》表3-10搭边a与a1数值
取a=1.2mma1=1.5mm
于是条料宽度:
b=40+2a1=43mm
进距:
l=40+a=41.2mm
4.2.3.材料利用率计算
查《中国模具设计大典》第3卷冲压模具设计。
表18.3-24轧制薄钢板的尺寸（GB/T708-1988）
板料规格选用0.25mm×700mm×1000mm（tmm×Bmm×Lmm）
1）若采用纵裁：
裁板条数n1=B/b=700/43=16条余11.99mm
每条个数n2=（
L-a）/l=（1000-1.2）/41.2
=24个余9.99mm
每板总个数n总=n1*n2
=16*24
=384（个）
材料利用率η总=[
n总*A/（L*B）]*100%（4-2-3-1）
=[384*1256/（700*1000）]*100%
=68.9%
2）若采用横裁：
裁板条数n1=L/b=1000/43=23个余10.99mm
每条个数n2=（B-a）/l=（700-1.2）/41.2=16个余39.55mm
每板总个数n总=n1*n2
=23*16
=368（个）
材料利用率η总=[
n总*A/（L*B）]*100%（4-2-3-2）
=[368*1256（700*1000）]*100%
=66.03%
显然纵裁的材料利用率要高些，因此选用纵裁。
5冲裁压力及压力中心计算
5.1落料力F落
查《冷冲模设计》第54页，落料力F落公式为
F落=KLtτ（5-1）
式中F落—落料力（N）
L—冲裁件周长（mm）
t—材料厚度（mm）
τ—材料的抗剪强度（MPa）
K—系数，常取K=1.3
这里L=2*（40+30）=140，t=0.25mm取τ=350MPa
则F落=1.3*140*0.25*350
=15925.0（N）
5.2卸料力F卸
查《冷冲模设计》表3-8卸料力、推件力和顶件力系数
取K卸=0.035
F卸=K卸.F落（5-2）
=0.035*1592
=557.38（N）
5.3拉深力F拉
查《冷冲模设计》表3-8卸料力、推件力和顶件力系数
取K=0.32，τ=400MPa
F拉=KLtτ
=0.32*140*0.25*400
=4480（N）
5.4冲孔力F冲
查《冷冲模设计》第54页，落料力F冲公式为
F冲=KLtτ（5-4）
式中F冲—落料力（N）
L—冲裁件周长（mm）
t—材料厚度（mm）
τ—材料的抗剪强度（MPa）
K—系数，常取K=1.1
这里L=π*40*0.25mmt=0.25mm取τ=450MPa
于是F冲=1.1*π*40*0.25*0.25*450
=3885.75（N）
5.5顶件力F顶
查《冷冲模设计》表3-8卸料力、推件力和顶件力系数
取K顶=0.72
F顶=K顶.F冲（5-5）
=0.72×3885.75
=2797.74（N）
5.6翻孔力F翻
图5-6平板毛坯上直接翻孔
查《冷冲模设计》表3-8卸料力、推件力和顶件力系数
F翻=1.1π（D-d）tσ
式中D为翻孔后直径（mm）
d为翻孔预冲孔直径（mm）
T为材料厚度（mm）
σ为材料的屈服极限（Mpa）
这里D=5.8，d=D-2（H-0.43r-0.72t）=3.05-2*（1.6-0.43*0.4-0.72*0.25）=0.965
F翻=1.1*π*（5.8-0.965）*0.25*450
=1878.76（N）
5.7总冲压力F总
F总=F落+F冲+F卸+F顶+F拉+F翻（5-7）
=15925+557.38+4480+3885.75+2797.74+1878.76
=29524.63（N）
5.8压力中心的确定
计算压力中心的目的是使模柄轴线和压力机滑块的中心线重合，避免滑块受偏心载荷的影响而导致滑块轨道和模具的不正常磨损，降低模具寿命甚至损坏模具。
从制件的形状可以看出，该制件是长方体结构，形状对称，故模具压力中心就在圆心部位，即无须再来计算了。
冲压力的作用点称为模具的压力中心。
模具的压力中心应该通过压力机滑块的中心线。
对于有模柄的模具来说，须使压力中心通过模柄的中心线。
否则，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块和模具导向部分不正常的磨损，还会使合理间隙得不到保证，从而影响制件质量和降低模具寿命甚至损坏模具。
本零件属于复杂形状的多凸模冲裁，计算压力中心时，先选定
和
轴，然后根据公式（2.7）和（2.8）来计算。
（5.8.1）
（5.8.2）
对于使用AutoCAD绘制的零件图，将选定的原点移动到与图纸坐标原点重合的位置，在零件图上创建域，通过查询面域特性便可获得零件的压力中心。
按上述方法获得压力中心（31,15）。
6主要工作部分尺寸计算
6.1凸、凹模刃口尺寸计算的依据和计算原则
在冲裁件尺寸的测量和使用中，都是以光面
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