1、 上海电机学院毕业设计（论文）开题报告课题名称 隔离罩件的模具结构 及制造工艺设计 学 院 机械学院 专 业 材料成型与控制工程（模具 CAD/CAM） 班 级 BJ1010 学 号 101002061028 姓 名 王彦栋 指导教师 李帼英 定稿日期： 2014 年 02 月 27 日隔离罩件的模具结构及制造工艺设计0隔离罩件的模具结构及制造工艺设计1 课题背景及其意义1.1 课题背景简介：随着工业现代化的发展，我国已成为世界工厂。而模具在机械、运输、电子、通信及家电等工业产品的基础工艺装备，是现代生产中广泛应用的优质、高效、低耗、适应性很强的生产手段，也是技术含量高、附加值高、使用广泛的新
2、技术产品，是价值很高的社会财富。国民经济的高速发展对模具工业提出了愈来愈高的要求，促使模具技术迅速发展，作为生产各种工业产品的重要工业装备，模具已经成为一门产业。20 世纪 80 年代以来，中国模具工业的发展十分迅速。近 20 年来，产值每年以 15%左右的速度增长。2000 年我国模具工业总产值已达 280 亿元人民币。在模具行业的总产值中冲压模占 50%，塑料模具占 33%，压铸模具约占 6%，其他各类模具约占 11%。利用模具来生产零件的方法已经成为工业上进行成批生产或大批生产的主要技术手段，模具对保证产品的一致性和产品质量、缩短试制周期进而争先占领市场，以及产品更新换代和新产品开发都具
3、有决定性意义。一个地方制造业的发展离不开模具制造业的发展，地区模具制造水平的高低，已经成为衡量这个地区制造业水平的重要指标，在很大程度上决定了产品质量、创新能力和地区产业的经济效益。中国是制造业大国，产品是制造业的主体，模具是制造业的灵魂，模具的发展水平决定了制造业的发展水平。在冷冲模方面，主要有单工序模、多工位连续模、复合模等，而多工位连续模和多功能模具是我国重点发展的精密、高效模具品种。目前，国内可以制造具有自动冲切、叠压、铆合、计数、分组、转子铁心扭斜和安全保护等功能的铁心精密自动叠片多功能模具。多工位级进模是在普通级进模的基础上发展而来的一种高精度、高效率的模具。这种模具可以由十几个工
4、位组成，能够将厚度较薄（t=0.12mm）的带料或条料，通过各工位的连续冲压，最终冲裁出合格的工件。本次课题是设计生产隔离罩件的模具，该零件材料为 08 钢，厚度为t=0.2mm，年生产批量为 100 万件。要求所设计的模具能安装在压力机上使用，并能够安全经济的大批量生产合格的隔离罩件。1.2 课题的目的和意义:目的：通过隔离罩件的模具结构及制造工艺设计，培养学生综合运用所学的基础理论、基本知识和基本技能来独立分析、解决实际问题的能力；查阅检索相关文献资料的能力；设计、计算与计算机绘图的能力。在教师的指导下，隔离罩件的模具结构及制造工艺设计1充分发挥个人积极性，独立完成中等复杂程度的模具设计，
5、从而树立正确的设计思想，初步掌握工程设计的一般方法。意义：本次毕业设计，是学生在大学四年学习生涯的总练习。通过对本课题的设计实践，有助于培养学生严谨、科学的工作态度，使学生理论与实践的紧密结合，为早日适应企业工作奠定基础。2 文献综述（国内外研究现状与发展趋势）2.1 国内外研究概况：多工位级进模的种类很多，应用范围较广，如电子、电机、家用电器等行业，各类级进模的发展与它所应用的行业有关。国外级进模 CAD/CAM/CAE 的研究始于上世纪 60 年代末，70 年代开始有初步应用，但是由于技术匮乏，仅限于二维图形的简单冲裁级进模，其主要功能如条料排样、凹模布置和工艺计算等。在 80 年代出现弯
6、曲级进模 CAD/CAM 系统，如日本日立公司和富士通公司的弯曲级进模系统等。富士通系统采用了自动设计和交互设计相结合的办法，使其适应复杂的模具设计，在该系统中毛坯展开、弯曲回弹计算和工步排序为自动处理，其他的均需要设计人员的参与。我国进入 80 年代后才开始研制级进模，尽管经历了近 20 年的努力，经历了从无到有的过程，有了较大的发展，如 80 年代后期的大连电机厂、上海星火模具厂、南京 720 厂和 90 年代中期后来居上的湖南钻石硬质合金有限公司、天水长城精密模具厂、北京市机电研究院精密模具公司，在消化和吸收国外模具技术的基础上，自行研制出了一些中小型的级进模，在生产中获得了较好的效果。
7、在级进模 CAD 方面，许多高等院校做了大量的工作，如浙江大学、上海交通大学等。2.2 发展趋势：目前一方面国内模具市场将继承高速发展，另一方面国际上将模具制造逐步向我国转移的趋势和跨国集团进军我国模具行业的趋势十分明显。以信息技术为代表的现代科学技术的发展对模具行业提出了更高、更新的要求，作为国家经济增长和技术开发的原动力，模具工业将伴随高新技术和新型产业的发展共同进步，如前面介绍的 CAD/CAM/CAE 技术，快速制模技术等将会有更快的发展和提高。3 主要研究内容、问题及难点3.1 主要研究内容：对隔离罩件进行工艺性分析，确定冲压工艺方案，进行冲压工艺设计（如隔离罩件的模具结构及制造工艺
8、设计2毛坯展开尺寸、排样图设计等）和必要的工艺计算（如材料利用率的计算、总的冲压力和压力中心的计算、刃口尺寸计算、弹簧或橡皮的计算和选用等），确定冲压模具的基本结构和基本尺寸、选择模架和压力机，进行模具零件的结构设计，并在必要时进行强度校核。该隔离罩件年生产批量为 100 万件，材料为 08 钢（已退火的 08 钢抗剪强度 255353，抗拉强度 324441，屈服点 196，伸长率 32%，塑性和韧性很好，易冷热加工，冲压性良好），厚度 t=0.2mm，生产该零件需要冲孔、拉深、落料三种基本工艺，为保证产品质量必要时还需要设置工艺孔和修整。级进模（又称连续模、跳步模）是指压力机在一次行程中，
9、依次在几个不同的位置上同时完成多道工序的冲模，冲裁件在连续模中的逐步实现的。因此要控制冲裁件的孔与外形的相对位置精度就必须严格控制送料步距，为此连续模有两种基本结构类型：用导正销定距的级进模和用侧刃定距的级进模。模具的选材：多工位的级进模可以完成冲孔、落料、拉深、弯曲、翻边等冲压工艺，主要受到挤压、冲击、摩擦并伴随有温度的升高，对模具工作零件的强度、耐磨性、韧性和疲劳强度及热稳定性都有一定的要求。为保证模具的寿命、降低模具成本，必须合理的选用模具材料，熟悉各种模具材料的力学性能、加工性能和市场价格，才能合理的选材，制造出高质量的模具，加工出合格的零件。3.2 主要问题及难点：该零件有冲裁和拉深
10、两种基本工艺，主要存在以下问题:合理安排拉深和冲裁工序，保证零件精度；难点：解决拉深时的质量问题；4 冲压的工艺方案4.1 零件的工艺分析：隔离罩件的模具结构及制造工艺设计3图 1 三维零件图图 2 零件图4.1.1 零件的材料分析该零件的材料为 08 钢，厚度为 0.2mm。根据零件的材料查冷冲模设计：已退火的 08 钢抗剪强度 255353 ，抗拉强度 324441 ，屈服点2 MPMP隔离罩件的模具结构及制造工艺设计4196 ，伸长率 32%，塑性和韧性很好，易于冷热加工，冲压性良好，该材料MP适合冲裁和拉深。4.1.2 零件的形状与尺寸如图 2 所示的该零件是有料厚 0.2mm 的 0
11、8 钢带制成，外形为带一对小耳的盒形件，底部有mm2.318.096.014矩形长孔，底部四周用 圆接。从零件的结构上分析，538R5.0既有冲裁又有拉深成形。（1） 冲裁件的工艺性：已退火的 08 钢抗剪强度 255353 ，抗拉强度MP324441 ，屈服点 196 ，伸长率 32%，塑性和韧性很好，易于冷热加工，MPP冲裁性良好。 （2） 拉深的工艺性：在制件的制造过程中，拉深成形是此模具的关键，显然此零件为矩形盒型件；查实用冲模结构设计手册 矩形盒子一次拉深5成型条件：(1)拉深高度 H： B)8.03(即 m5272.（2）盒子转角的圆角半径 r:r)(即 m380.3.1（3）底部
12、圆角半径: tp)42(即 .5.0根据零件图纸可以得出，该零件满足一次拉深成型条件，为了保证零件尺寸的精度，先拉深，再整形。拉深件起皱原因的分析:该零件为盒型件，盒型件拉深时，正确确定毛坯形状和尺寸，不仅能节省材料和得倒口部平齐的零件，而且有利于毛坯的的变形以保证零件的质量。毛坯尺寸过大，会引起危险断面拉应力的无谓增加，对提高变形程度和减少工序不利；毛坯局部尺寸过大，会加剧毛坯周边变形分布的不均程度，造成变形困难，以致在变形过分集中的部位引起局部起皱。盒形件的拉深过程比较复杂，这类零件的成形时简单地将它分为直边和圆角两部分，认为圆角区变形为拉深变形，直边区变形为弯曲变形。盒形件在拉深时，其凸
13、缘部分在切向压应力作用下，使凸缘材料失去稳定而形成起皱。一般来说，切向压应力在凸缘的外边为最大，故起皱也首先在最外边缘出现。同时，材料的相对厚度 越小（即材料越薄），越容易发生起皱。起皱的走向与压应力的dt/隔离罩件的模具结构及制造工艺设计5方向垂直。拉深过程中盒形件是否起皱主要由两方面因素来决定：（1）坯料的相对厚度 。坯料的相对厚度越小，盒形件抗失稳能力越dt/差，越易起皱。（2）拉深系数 m。拉深系数 m 越小，变形程度越大，切向压应力也随之增大。同时 m 小时，凸缘部分的宽度大，其抗失稳的刚度越差，所以坯料的起皱现象越厉害。盒形件在拉深时，是否起皱的极限条件，可按下式计算： )1(5.
14、43(10/dt 即： m902/ m)92.361().01()5.43(t 为坯料厚度；d 为坯料直径；m 为拉深系数。若坯料的相对厚度及拉深系数满足上述条件，盒形件在拉深时不易起皱，否则盒形件起皱极易产生，且 t/d 越小，m 越小，越易发生。所以该盒型件拉深时极易起皱。解决方案：正确计算毛坯尺寸，采用两边切口和工件间切工艺口使毛坯两端受拉来控制材料的流动，避免起皱。4.2 工艺方案该零件主要有冲孔、拉深、落料等基本工序，主要有一下三种方案：方案一：拉深 冲孔 落料，单工序模生产；方案二：拉深、冲孔、落料，级进模生产；方案三：冲孔、拉深、落料，复合模生产；4.3 方案比较方案一：采用单工
15、序模，需要冲孔、拉深、落料三副单工序模，模具结构简单，制造方便，但是生产率低，零件制造误差大，难以保证零件形状精度和尺寸精度。 方案二：采用级进模，模具成本较高，但是能够保证产品质量，生产效率高，易于实现自动化大批量生产。方案三：采用复合模，模具成本最高，制造难度大，模具维修难度高。 综上所述，采用方案二（级进模）最为合理，因此选用方案二。5 排样方案5.1 排样的方式：根据零件的结构特点采用直排方式。5.2 冲裁件面积：40.628.31.658.291.36Am7隔离罩件的模具结构及制造工艺设计65.3 制件展开毛坯尺寸计算：该零件为低矩形盒子拉深件，查实用冲模结构设计手册 ，毛坯为型5带
16、凸缘（带法兰）；直边部分展开长度 ： )(43.0pdFrRHL即： 5.7.2.3m685圆角部分展开圆弧半径： )(14.0)(86.022 pdpdF rrrR即： )49.025(1.0)75.(86.0239Rm7式中 为 凸缘宽度； 为凸缘圆角半径Fprdr调整图形外廓使角部圆滑连接过 BC、DE 两线段中点，分别向 R 圆弧作切线，用圆弧圆滑过渡，使，根据盒子形拉深件几何尺寸的不同， 型毛坯可有下图 3 所示三种角部关系，经作1A图获得如下图 4 所示盒子形拉深件展开平毛坯角部轮廓图。 图 3 毛坯角部关系 图 4 角部轮廓图5.4 条料宽度隔离罩件的模具结构及制造工艺设计7计算
17、条料宽度的公式如下：无侧压时：01)2(baDB5.0.9.5m3取 B=32mm，则=2.55mmB- 条料宽度的基本尺寸D- 零件展开毛坯垂直于送料方向的尺寸- 侧搭边1a- 剪板机剪料的下偏差- 条料与导料板之间的间隙 0b5.5 送料步距：aCDh2.6.17m43取 h=24mm,则 a=2.37mmh- 送料步距D- 零件展开毛坯于送料方向的尺寸a- 工件间搭边C- 工艺孔宽度5.6 材料的利用率：一个步距的材料利用 为：%10/BhnA37.24A - 单个冲裁件的面积n - 一个步距内冲裁件的数目B - 条料宽度h - 送料步距5.7 排样图的确定：隔离罩件的模具结构及制造工艺
18、设计8图 5 排样图5.8 排样分析：工位 1： 侧刃切边（确定送料步距）工位 2： 冲工艺长孔（保证拉深质量）工位 3： 空工位（调整工艺孔位置，使拉深时毛坯两端受拉）工位 4： 第一次拉深（拉深矩形盒子）工位 5： 第二次拉深并整形（保证矩形盒子尺寸精度）工位 6： 冲底部长孔（冲裁底部长孔）工位 7： 落料（完成工件）6 进度计划：2013 年 12 月：对冲件进行工艺性分析，调研、查找、研究相关资料，拟定冲压工艺方案，初步完成排样图；2014 年 01 月：拟定模具总体结构方案；2014 年 02 月：修改、完善开题报告；2014 年 03 月：开题答辩，初选压力机；2014 年 04
19、 月：进行冲压工艺计算，确定冲压模具的基本结构和重要零部件的基本尺寸、选择模架，完善模具装配草图；2014 年 05 月：完成模具总装配图及主要零件图，选定压力机。2014 年 05 月：编制主要零件机械加工工艺过程，修改图纸，撰写设计说明书，准备终期答辩。参考文献：1 朱光力.模具设计与制造实训M.北京：高等教育出版社，2004.8 2 丁松聚 .冷冲模设计M.北京：机械工业出版社，2001.10隔离罩件的模具结构及制造工艺设计93 刘占军，高铁军.冷冲压模具设计难点与技巧M.北京：电子工业出版社，2010.74 杨海鹏.模具设计与制造实训教程M. 北京：清华大学出版社，2011.55 张正
20、修.实用冲模结构设计手册M.北京：化学工业出版社，2009.126 周兆元，李翔英.互换性与测量技术基础M.北京:机械工业出版社，2011.37 郝滨海.冲压模具简明设计手册M.北京：化学工业出版社，20068 薛啟翔.冲压模具设计制造难点与窍门M.北京：机械工业出版社, 20039 王新明.凸缘圆筒件成形工艺分析及模具设计J.科技风，2013年20期10 彭志荣.成形冲孔模具的工艺分析及设计J.科技致富向导,2011年27期11 Schut , Jan H.Air/Water Cooling Die Doubles Output of PE Pipe. Plastics Technology
21、, 2008, Vol.54 (12), pp.36-3712 D.H. Kim , B.M. Kim , C.G. Kang. Estimation of die service life for a die cooling method in a hot forging process .The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2005, Vol.27 (1), pp.33-397 文本框架设计总说明目 录第一章 引 言1.1 级进模的概述1.2 级进模的功能与发展1.2.1 级 进 模 的 功 能1.
22、2.2 级 进 模 的 发 展 状 况第二章 设计题目及要求2.1 设计题目2.2 设计要求第三章 零件方案的确定3.1 零件的工艺分析3.1.1 零 件 的 材 料 分 析3.1.2 零 件 的 形 状 和 尺 寸3.1.3 零 件 的 尺 寸 精 度3.2 冲压工艺方案的确定3.2.1 总 体 的 设 计 方 案3.2.2 确 定 冲 压 方 案隔离罩件的模具结构及制造工艺设计10第四章 模具整体结构设计4.1 模具类型的选择4.2 送料方式的选择4.3 定距方式的选择4.4 定位方式的选择4.5 卸料装置的选择4.6 导料装置的选择第五章 模具工艺的设计与计算5.1 排样方式的确定及其计
23、算5.1.1 排 样 方 式5.1.2 侧 刃 的 选 择5.1.3 步 距 的 确 定5.1.4 材 料 利 用 率 的 计 算5.1.5 排 样 图 的 确 定5.2 冲压力的计算5.3 压力中心的确定及相关计算5.4 压力机公称压力的确定及压力机的初选5.4.1 压 力 机 公 称 压 力 的 确 定5.4.2 压 力 设 备 的 确 定5.5 凸凹模刃口尺寸的计算第六章 主要零部件的设计与计算6.1 主要零部件的结构设计6.2 计算各主要零件的尺寸6.2.1 凸 模 的 结 构 设 计6.2.2 凹 模 的 结 构 设 计6.2.3 模 具 外 形 尺 寸 的 确 定6.2.4 卸 料 板 的 结 构 设 计6.2.5 凸 模 固 定 板 的 结 构 设 计第七章 模具结构图结论参考文献隔离罩件的模具结构及制造工艺设计11王彦栋同学学习态度端正，接到毕业设计任务后，能积极查阅收集相关资料及文献，对选题来源、模具研究现状及发展趋势进行了讨论。该同学能及时与指导老师联系沟通，已经完成了零件三维模型建立，分析了零件的工艺性；确定了本课题工艺方案；通过计算，得到了毛坯的展开尺寸；分析了排样方案，比较了各方案的优劣，确定了合理的排样。研究方向明确，方法可行，按进度完成毕业设计任务，同意开题。指导教师签名： 年 月 日
