密封端盖的冲压工艺及模具设计

-1-密封端盖的冲压工艺及模具设计摘要：本文通过对一个实际的零件－密封端盖的冲压工艺设计和模具设计，说明了常用机械结构设计的一般方法和步骤，并给出了一些在设计过程中所遇到的问题和参加实际设计的感受。说明了在设计过程中应该树立的态度和作风，设计所要达到的目的和需要培养的能力，给出了一般论文的格式和写作方法。关键词：加工工艺；冲压模具；工艺计算；结构设计Abstract：Throughthedesigningofthestampingtechniqueandthedieaboutaactualpart-sealcover.Theauthorinthistextexpressanormalmethodandstep.Evenmore,exposuresomequestionsduringtheprocessofthedesigningandsomefeelingwhenparticipatingtherealdesigning.Introducingtheattitudedealingstylethepurposeofyourdesigningandtheabilityneededtocultivateduringtheprocessofdesigning.Atlastthewritingmethodandstyleofthenormalthesisarealsoincluded!KeyWords：ProcessingtechnologyRammingmoldProcessdesignStructuraldesign文献综述当前，随着世界经济一体化趋势的发展。中国作为一个具有丰富廉价劳动力的国家，正越来越受外国资本的亲睐。制造业作为一种劳动密集型行业正逐渐向中国转移，中国正成为“世界工厂”。中国制造业GDP39%，占工业总产值77.6%，占国家税收总额30%-2-和财政收入27%。占全国工业职工90%；占出口总额90%。当一个国家成为“世界工厂”后，必然是世界数一数二的经济强国。模具以其生产效率高，产品质量好的特点在整个制造业中占有极其重要的位子。而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。一、我国模具的使用历史模具这项在世界上广泛运用的加工手段，正式我们祖先智慧的结晶。是我们中华民族对世界的又一重大贡献。我国使用模具的历史可以追述到商朝。在商朝，青铜器的使用就已经非常的普遍。同时青铜器的制造水平也很高，模具的使用也是非常的普遍。于是才有了“司母戊大方鼎”和“四羊方樽”这样的青铜器精品。到了春秋战国时期，铁器开始出现，并逐渐的取代青铜器。模具的使用技术也更为完善。在秦汉时期，模具技术已非常的完善了，如地动仪的产生，就缺不了模具的功劳。以后的各个朝代，对模具的使用都非常的大。当时中国的模具技术一直走在世界的前列。在这段时间里，模具技术通过各种途径传到了世界各国。并在生产中发挥了极其重要的作用。模具技术也得到了相应的发展。但是在近代，由于封建统治者的政策失误和连年的战争，导致了我国在模具方面的技术远远的落在了其他发达国家的后面。所以，我们现在不得不从国外引进先进的技术来发展本国的模具技术。二、我国模具生产的现状由于历史原因形成的封闭式、“大而全”的企业特征，我国大部分企业均设有模具车间，处于本厂的配套地位，自70年代末才有了模具工业化和生产专业化这个概念。模具工业主要生产能力分散在各部门主要产品厂内的工模具车间，所生产的模具基本自产自用。据粗略估计，产品厂的模具生产能力占全国模具生产能力的75%，他们的装备水平较好，技术力量较强，生产潜力较大，但主要为本厂产品服务，与市场联系较少，经营机制不灵活，不能发挥人力物力的潜力。模具专业厂全国只有二百家左右，商品模具只占总数的20%左右，模具标准件的商品率也不到20%。由于受旧管理体制的影响。模具生产的生产效率不高，经济效益较差。模具生产的专业化、商品化和技术管理水平都比较低。现代工业的发展要求各行各业产品更新换代快，对模具的需求量加大。一般模具国内可以自行制造，但很多大型复杂、精密和长寿命的多工位级进模大型精密塑料模复杂压铸模和汽车覆盖件模等仍需依靠进口。改革开放20多年来，我国的模具工业-3-获得了飞速的发展，设计、制造加工能力和水平、产品档次都有了很大的提高。据不完全统计，全国现有模具专业生产厂、产品厂配套的模具车间(分厂)近17000家，约60万从业人员，年模具总产值达200亿元人民币。但是，我国模具工业现有能力只能满足需求量的60%左右，还不能适应国民经济发展的需要。目前，国内需要的大型、精密、复杂和长寿命的模具还主要依靠进口。1997年中国模具工业协会对下属的209家骨干企业(含产品厂的模具车间)的统计资料表明，其模具总产值13.7亿元人民币，进口模具大约为336万美元。按产值计算，目前我国冲压模占50%左右，我国冲压模大多为简单模、单工序模和符合模等，精冲模，精密多工位级进模还为数不多，模具平均寿命不足100万次，模具最高寿命达到1亿次以上，精度达到3～5μm，有50个以上的级进工位，与国际上最高模具寿命6亿次，平均模具寿命5000万次相比，处于80年代中期国际先进水平。在采用CAD/CAM/CAE/CAPP等技术设计与制造模具方面，无论是应用的广泛性，还是技术水平上都存在很大的差距。在应用CAD技术设计模具方面，仅有约10%的模具在设计中采用了CAD，距抛开绘图板还有漫长的一段路要走；在应用CAE进行模具方案设计和分析计算方面，也才刚刚起步，大多还处于试用和动画游戏阶段；在应用CAM技术制造模具方面，一是缺乏先进适用的制造装备，二是现有的工艺设备(包括近10多年来引进的先进设备)或因计算机制式(IBM微机及其兼容机、HP工作站等)不同，或因字节差异、运算速度差异、抗电磁干扰能力差异等，联网率较低，只有5%左右的模具制造设备近年来才开展这项工作；在应用CAPP技术进行工艺规划方面，基本上处于空白状态，需要进行大量的标准化基础工作；在模具共性工艺技术，如模具快速成型技术、抛光技术、电铸成型技术、表面处理技术等方面的CAD/CAM技术应用在我国才刚起步。我国大部分模具厂、车间的模具加工设备陈旧，在役期长、精度差、效率低，至今仍在使用普通的锻、车、铣、刨、钻、磨设备加工模具，热处理加工仍在使用盐浴、箱式炉，操作凭工人的经验，设备简陋，能耗高。设备更新速度缓慢，技术改造，技术进步力度不大。虽然近年来也引进了不少先进的模具加工设备，但过于分散，或不配套，利用率一般仅有25%左右，设备的一些先进功能也未能得到充分发挥。缺乏技术素质较高的模具设计、制造工艺技术人员和技术工人，尤其缺乏知识面宽、知识结构层次高的复合型人才。中国模具行业中的技术人员，只占从业人员的8%~12%左右，且技术人员和技术工人的总体技术水平也较低。1980年以前从业的技术人员和技术工人知识老化，知识结构不能适应现在的需要；而80年代以后从业的人员，专业知-4-识、经验匮乏，动手能力差，不安心，不愿学技术。近年来人才外流不仅造成人才数量与素质水平下降，而且人才结构也出现了新的断层，青黄不接，使得模具设计、制造的技术水平难以提高。三、模具的发展方向模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展。模具软件功能的集成化要求软件的功能模块比较齐全，同时各功能模块采用同一数据模型，以实现信息的综合管理与共享，从而支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程，达到实现最佳效益的目的。集成化程度较高的软件还包括：Pro/ENGINEER、UG和CATIA等。国内有上海交通大学金属塑性成型有限元分析系统和冲裁模CAD/CAM系统。模具设计、分析、制造的三维化、无纸化要求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CAE分析、模具可制造性评价和数控加工、成形过程模拟及信息的管理与共享。随着世界经济的全球化，各企业竞争的加剧。企业间的交流必然要求模具的设计要有一个方便，快捷的平台可供技术交流。即是模具设计的网络花。模具检测、加工设备向精密、高效和多功能方向发展。精密、复杂、大型模具的发展，对检测设备的要求越来越高。现在精密模具的精度已达2～3μm，目前国内厂家使用较多的有意大利、美国、日本等国的高精度三坐标测量机，并具有数字化扫描功能。缩短产品开发周期是赢得市场竞争的有效手段之一。与传统模具加工技术相比，快速经济制模技术具有制模周期短、成本较低的特点，精度和寿命又能满足生产需求，是综合经济效益比较显著的模具制造技术。在经济全球化的新形势下，随着资本、技术和劳动力市场的重新整合，我国在加入WTO以后，将成为世界制造业的基地。而在现代制造业中，无论哪一行业的工程装备，都越来越多地采用由模具工业提供的产品。而我国的模具技术由于历史的原因，与国外先进的设计制造技术还有很大的距离。为了适应用户对模具制造的高精度、快速生产、低成本的迫切要求，模具工业正广泛应用现代先进制造技术来加速模具工业的技术进步，满足各行各业对模具这一基础工艺装备的迫切需求。-5-1前言在大学的四年里我们学的东西很多，但同时也很分散。很难系统的运用我们所学的各门知识。毕业设计对于我们一个本科生而言要想有什么创新，是非常困难，也不太现实的。我们进行毕业设计的目的就是为了通过毕业设计对大学四年所学习的各门知识进-6-行一个总结，它就是一个融会贯通的过程。比如，在我的毕业设计任务——密封端盖的冲压工艺及模具设计，它虽然只是众多加工工艺中的一种，但在设计的过程里会用到材料、力学、加工方法、制图、计算机等等多门知识。在设计中，主要的是要树立正确的设计思想和严肃认真的科学态度，培养理论联系实际的研究精神。培养自主研究和实事求是的工作作风；培养进行科学研究和产品开发的初步能力。通过本次毕业设计，基本能够综合运用所学知识分析和解决实际工程技术问题；学会收集，查阅和综合分析各种资料，正确运用各种标准手册和工具书籍，进一步提高分析、计算、绘图等基本技能；掌握常用机械结构设计的一般方法和步骤，学会设计说明书、论文摘要、文献综述等的写作，为今后的实际工作打下一定的基础。2零件加工工艺分析2.1冷冲压的定义及特点冲压是建立在金属塑性变形的基础上，利用安装在冲压设备上的模具对材料施加压力，使其产生塑性变形或分离，从而获得所需零件(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的零件，所以，也叫冷冲压或材料冲压。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成了冲压加工的“三要素”。冷冲压工艺是一种先进的金属加工方法，与机械加工及塑性加工的其他方法相比，它具有以下特点：①生产效率高，且操作方便，易于实现机械化和自动化。②产品的尺寸精度稳定，且互换性好。冲压时模具保证了冲压件的尺寸和形状精度，制得的零件一般不进行进一步的加工。③适应性广，冲压可以加工出尺寸范围大，形状复杂的零件。④材料利用率高，一般为70%~80%，一般没的切削碎料生成，材料消耗较少。⑤在大批量生产条件下，生产成本低。2.2零件结构工艺分析对于该密封端盖零件为薄板工件，板料厚度为1.5mm，年产量20万件，属于中批量生产，从以上信息可以考虑用冲压加工来完成。图1零件图-7-如图1所示，该端盖零件4-Φ7孔用于固定，要求位置公差为Φ755.00；中间部分为圆筒，凹下部分为Φ505.00，且中间圆筒部分的公差为IT13；四个固定孔无公差要求，且四个孔对称分布，要求孔无变形；材料为Q235A。中间拉深部分的拉深系数为50/129=0.39。它小于带法兰筒形件首次拉深的极限拉深系数0.49。故可采用冷冲压加工一次拉深完成，又因为Φ7孔边距外轮廓的距离远大于凸凹模允许的最小壁厚。故可考虑采用复合冲压工艺，无凸凹模强度之忧。2.2冲压工序的选择及工艺方案的确定冷冲压工艺大致可以区分为分离工序和成形工序两大类。分离工序是指坯料在模具刃口作用下