盒形外壳成形工艺设计

第Ⅱ页共Ⅱ页目录1绪论……………………………………………………………………………11.1课题研究的意义和目的…………………………………………………………11.2国内冲压模具制造的现状和发展趋势……………………………………12工艺方案计算……………………………………………………………………52.1零件工艺性分析…………………………………………………………………52.2工艺计算……………………………………………………………………52.3确定工艺方案………………………………………………………………63模具设计………………………………………………………………………83.1冲裁模设计…………………………………………………………………83.2首次拉深模设计……………………………………………………………123.2.1拉深模工作部分尺寸确定………………………………………………123.2.2计算压边力、拉深力……………………………………………………133.2.3模具的总体设计…………………………………………………………143.3成形拉深模设计…………………………………………………………163.3.1拉深模工作部分尺寸确定………………………………………………163.3.2计算压边力、拉深力……………………………………………………163.3.3模具的总体设计…………………………………………………………164冲压工艺规程设计……………………………………………………………185模具主要零件的工艺设计……………………………………………………195.1机械制造工艺设计的一般性原则……………………………………………195.1.1零件的工艺分析：结构分析与技术要求分析……………………………195.1.2毛坯选择…………………………………………………………………195.1.3基准选择…………………………………………………………………195.1.4拟定工艺路线……………………………………………………………195.1.5机床和工艺装备的确定…………………………………………………195.1.6工序及加工余量的确定…………………………………………………205.1.7工序尺寸和公差的确定…………………………………………………205.1.8切削参数的计算确定……………………………………………………20第Ⅱ页共Ⅱ页5.1.9工艺文件的编制…………………………………………………………205.2首次拉深模凹模加工工艺计算………………………………………………225.2.1零件分析…………………………………………………………………225.2.2选择毛坯…………………………………………………………………225.2.3工艺规程设计……………………………………………………………236总结…………………………………………………………………………27参考文献…………………………………………………………………………28致谢………………………………………………………………………………291绪论1.1课题研究的意义和目的据不完全统计,飞机、汽车、拖拉机、电机仪器仪表等产品,有60%左右的零件是用模具加工出来的,而自行车手表洗衣机电冰箱及电风扇等轻工业产品有90%左右的零件是用模具加工出来的,至于日用五金,餐具等物品的大批量生产基本上完全靠拉深成形来进行[1]。金属的拉深或深拉深是这样的一种工艺：凸模迫使金属薄板在其表面和凹模之间流动，平板最终形成了圆柱形、圆锥形或盒形零件。借助这种工艺可以用最少的工序和最少的废料获得最终的工件，且该类工件能直接装配而不再需要附加的工序。但是在此种成形过程中，板料一是由于起皱，塌陷和鼓包等缺陷而不能与模具完全贴合；另一方面因为回弹，造成零件脱模后较大的形状和尺寸误差。本课题即以飞机上常用的盒形外壳为设计对象,进行零件的工艺设计,模具结构设计和计算,确定合理工艺参数,解决拉深成形的盒形件出现的起皱,破裂等问题。此课题中最重要的是对模具参数和工艺的设计。模具是当今工业生产中使用极为广泛的主要工艺装备，是最重要的工业生产手段和工艺发展方向，一个国家工业水平的高低在很大程度上取决于模具工业的发展第Ⅱ页共Ⅱ页水平，模具工业的发展水平是一个国家工业水平的重要的标志之一。模具工业称作“黄金工业”[5]。冲压模具作为模具种类之一，在材料消耗不大（75%—85%），节省能源的前提下，制造出的零件机械强度高，精度较高，生产率也较高，况且操作简单，所以得到了广泛的运用[6]。1.2国内冲压模具的现状和发展趋势[7]目前，我国冲压技术与先进工业发达国家相比还相当落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与先进工业发达国家的模具相比差距相当大。但是,我国模具工业从起步到飞跃发展,经历了半个多世纪,近几年来我国模具技术水平有了很大的发展和提高,大型、精密、复杂、高效和长寿命模具又上了一个新台阶,模具质量及寿命明显提高,模具交货期大大缩短。模具CAD/CAE/CAM技术广泛地得到应用,并开发了自主版权的模具CAD/CAE/CAM软件。电加工、数控加工在模具制造技术发展中发挥了重要作用[13]。随着工业产品质量的不断提高，冲压产品生产正呈现多品种、少批量，复杂、大型、精密，更新换代速度快的变化特点，冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化方向发展。为适应市场变化，随着计算机技术和制造技术的迅速发展，冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术向以计算机辅助设计（CAD）、数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术转变[14]。冲压模具制造技术发展趋势(一)冲压成形理论及冲压工艺加强冷冲压变形基础理论的研究，以提供更加准确、实用、方便的计算方法，正确地确定冲压工艺参数和模具工作部分的几何形状与尺寸，解决冷冲压变形中出现的各种实际问题，进一步提高冲压件的质量。研究和推广采用新工艺，如精冲工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺、超塑性成形工艺以及其它高效率、经济成形工艺等，进一步提高冷冲压技术水平。第Ⅱ页共Ⅱ页值得特别指出的是，随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善，近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术，即利用有限元等数值分析方法模拟金属的塑性成形过程，通过分析数值技术结果，帮助设计人员实现优化设计。(二)模具先进制造工艺及设备模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。随着科学技术的发展，计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正不断向传统制造技术渗透、交叉、融合，对其实施改造，形成先进制造技术。模具先进制造技术的发展主要体现在如下方面：1．高速铣削加工普通铣削加工采用低的进给速度和大的切削参数，而高速铣削加工则采用高的进给速度和小的切削参数，高速加工在模具制造中正得到广泛应用，并逐步替代部分磨削加工和电加工。2．电火花铣削加工日本三菱公司最近推出的EDSCAN8E电火花创成加工机床，配置有电极损耗自动补偿系统、CAD/CAM集成系统、在线自动测量系统和动态仿真系统，体现了当今电火花创成加工机床的水平。3．慢走丝线切割技术最大切割速度已达300mm2/min，加工精度可达到±1.5μm，加工表面粗糙度Ra0.1～0.2μm。直径0.03～0.1mm细丝线切割技术的开发，可实现凹凸模的一次切割完成，并可进行0.04mm的窄槽及半径0.02mm内圆角的切割加工。锥度切割技术已能进行30°以上锥度的精密加工。4．磨削及抛光加工技术5．数控测量三坐标数控测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外，其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措施以及简便的操作步骤，使得现场自动化检测成为可能。（三)模具新材料及热、表处理1．模具新材料冲压模具使用的材料属于冷作模具钢，目前冷作模具钢的发展趋势是在高合金第Ⅱ页共Ⅱ页钢D2（相当于我国Cr12MoV）性能基础上，分为两大分支：一种是降低含碳量和合金元素量，提高钢中碳化物分布均匀度，突出提高模具的韧性。如美国钒合金钢公司的8CrMo2V2Si、日本大同特殊钢公司的DC53(Cr8Mo2SiV)等。另一种是以提高耐磨性为主要目的，以适应高速、自动化、大批量生产而开发的粉末高速钢。如德国的320CrVMo13等。2.热处理、表处理新工艺除人们熟悉的镀硬铬、氮化等表面硬化处理方法外，近年来模具表面性能强化技术发展很快，实际应用效果很好。其中，化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）以及盐浴渗金属（TD）的方法是几种发展较快，应用最广的表面涂覆硬化处理的新技术。它们对提高模具寿命和减少模具昂贵材料的消耗，有着十分重要的意义。(四)模具CAD/CAM技术随着功能强大的专业软件和高效集成制造设备的出现，以三维造型为基础、基于并行工程（CE）的模具CAD/CAM技术正成为发展方向，它能实现面向制造和装配的设计，实现成形过程的模拟和数控加工过程的仿真，使设计、制造一体化。(五)快速经济制模技术目前，快速经济制模技术主要有低熔点合金制模技术、锌基合金制模技术、环氧树脂制模技术、喷涂成形制模技术、叠层钢板制模技术等。应用快速经济制模技术制造模具，能简化模具制造工艺、缩短制造周期（比普通钢模制造周期缩短70%～90%）、降低模具生产成本（比普通钢模制造成本降低60%～80%），在工业生产中取得了显著的经济效益。(六)先进生产管理模式现代系统管理技术在模具企业正得到逐步应用，主要表现在：①应用集成化思想，强调系统集成，实现了资源共享；②实现由金字塔式的多层次生产管理结构向扁平的网络结构转变，由传统的顺序工作方式向并行工作方式的转变；③实现以技术为中心向以人为中心的转变，强调协同和团队精神。先进生产管理模式的应用使得企业生产实现了低成本、高质量和快速度，提高了企业市场竞争能15]。第Ⅱ页共Ⅱ页第Ⅱ页共Ⅱ页2工艺方案设计2.1零件工艺性分析材料：黄铜（H62）图2.1零件图此黄铜抗剪强度为300MP，抗拉强度380MP，屈服强度为200MP，伸长率20%，说明此材料有很好的力学性能和机械加工性。本零件因49/46＞1即为深方盒形件，一次成形拉深系数太大容易拉裂，所以采用多次拉深成形，并且为保证拉深顺利进行，提高拉深件质量和模具寿命，润滑，热处理和酸洗等辅助工序是必要的。又因为是方盒形件，所以采用圆形平板毛坯，先拉成圆桶形件（可为数道），最后拉深成形为矩形盒，工艺完成。2.2工艺计算零件高：h=49mm零件长和宽：d=46mm由冲压手册187页表4-7查得无凸缘盒形件拉深件的毛坯尺寸的计算公式为：D=1.1324(0.43)1.72(0.33)bbhrrhr=116.5mm因为材料是黄铜。参考冲压工艺与模具设计中表5-8得首次拉深系数为第Ⅱ页共Ⅱ页1m=0.52~0.54。取0.53。以后各次拉深系数取0.70~0.72。冲压手册203页公式1nnndmd得11dmD=61.745mm,为便于加工取1d62，则1m=0.532符合要求。因为46/62=0.742＞0.72，满足要求。所以取2d=d=46mm,2m=0.742符合要求。根据经验公式取：1r=3.75t=3mm由经验公式1nh0.88h取143hmm于是本设计采用两次拉深，圆形毛坯——圆筒形——方盒形。各工序尺寸为（1）圆形毛坯D=116.5mm（2）圆筒1d62,143hmm（3）46×46×49方盒形2.3确定工艺方案从所用材料H62，对于多次拉深，应采用合理的中间退火工序与适当的润滑方式以确保拉深性能的稳定、连续是必不可少的。最后确定在每道拉深后辅以退火工序并采用良好的润滑方式，工艺方案如下：（一）落料：设备型号J28—250，工艺简图如下：（二）退火：设备型号RJX—75—9（三）首次拉深：设备型号J28—250，工艺简图为：第Ⅱ页共Ⅱ页φ（四）退火：设备型号RJX—75