長方形角筒的加工工藝與模具畢業(yè)設計

1、<p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p>　　題 目： 長方形角筒的加工工藝及模具設計</p><p>　　專業(yè)名稱： 機電一體化技術</p><p><b>　　班級學號： </b></p><p><b>　　學生姓名： </b>&l

2、t;/p><p><b>　　指導教師： </b></p><p><b>　　二O一二年六月 </b></p><p>　　畢業(yè)設計（論文）任務書</p><p>　　系（室）主任（簽名）：</p><p>　　附注:任務書應該附在已完成的畢業(yè)設計說明書首頁。</p&g

3、t;<p><b>　　題目：</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1引言</b></p><p>　　日常生產、生活中所使用到的各種工具和產品，大到機床的底座、機身外殼，小到一個胚頭螺絲、紐扣以及各種家用電器的外殼，無不與模具有著密切

4、的關系。模具的形狀決定著這些產品的外形，模具的加工質量與精度也就決定著這些產品的質量。因為各種產品的材質、外觀、規(guī)格及用途的不同，模具分為了鑄造模、鍛造模、壓鑄模、沖壓模等非塑膠模具，以及塑膠模具。</p><p>　　隨著科學技術的進步和工業(yè)生產的迅速發(fā)展，沖壓加工技術的應用愈來愈廣泛，模具成形已成為當代工業(yè)生產的重要手段。</p><p>　　1.2沖壓模地位及我國沖壓技術 <

5、/p><p>　　1.2.1沖壓模相關介紹</p><p>　　冷沖壓:是在常溫下利用沖模在壓力機上對材料施加壓力，使其產生分離或變形，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的零件的加工方法。</p><p>　　沖壓可分為五個基本工序：沖裁、彎曲、拉深、成形和立體壓制。</p><p>　　沖壓模具:在冷沖壓加工中，將材料（金屬或非金屬）加工成零件（或半

6、成品）的一種特殊工藝裝備，稱為冷沖壓模具（俗稱冷沖模）。</p><p>　　沖壓模按照工序組合分為三類：單工序模、復合模和級進模。</p><p>　　復合模與單工序模相比減少了沖壓工藝，其結構緊湊，面積較?。粵_出的制件精度高，工件表面較平直，特別是孔與制件的外形同步精度容易保證；適于沖薄料，可充分利用短料和邊角余料；適合大批量生產，生產率高，所以得到廣泛應用，但模具結構復雜，制造困難。

7、</p><p>　　沖壓模具是沖壓生產必不可少的工藝裝備，是技術密集型產品。沖壓件的質量、生產效率以及生產成本等，與模具設計和制造有直接關系。模具設計與制造技術水平的高低，是衡量一個國家產品制造水平高低的重要標志之一，在很大程度上決定著產品的質量、效益和新產品的開發(fā)能力。 </p><p>　　1.2.2沖模在現(xiàn)代工業(yè)生產中的地位</p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)生

8、產中，沖模約占模具工業(yè)的50%，，在國民經濟各個部門，特別是汽車、航空航天、儀器儀表、機械制造、家用電器、石油化工、輕工日用品等工業(yè)部門得到極其廣泛的應用。據統(tǒng)計，利用沖模制造的零件，在飛機、汽車、電機電器、儀器儀表等機電產品中占60%~70%，在電視機、錄音機、計算機等電子產品中占80%以上，在自行車、手表、洗衣機、電冰箱、電風扇等輕工產品中占85%以上。在各種類型的汽車中，平均一個車型需要沖壓模具2000套，其中大中型覆蓋件模具30

9、0套。</p><p>　　1.2.3我國沖壓模具市場情況 </p><p>　　我國沖壓模具無論在數量上，還是在質量、技術和能力等方面都已有了很大發(fā)展，但與國發(fā)經濟需求和世界先進水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、復雜、長壽命的高檔模具每年仍大量進口，特別是中高檔轎車的覆蓋件模具，目前仍主要依靠進口。一些低檔次的簡單沖模，已趨供過于求，市場竟爭激烈。 </p><p

10、>　　據中國模具工業(yè)協(xié)會發(fā)布的統(tǒng)計材料，2004年我國沖壓模具總產出約為220億元，其中出口0.75億美元,約合6.2億元. </p><p>　　根據我國海關統(tǒng)計資料,2004年我國共進口沖壓模具5.61億美聯(lián)社元,約合46.6億元.從上述數字可以得出2004年我國沖壓模具市場總規(guī)模約為266.6億元.其中國內市場需求為260.4億元,總供應約為213.8億元,市場滿足率為82%.在上述供求總體情況中,有

11、幾個具體情況必須說明:一是進口模具大部分是技術含量高的大型精密模具,而出口模具大部分是技術含量較低中的中低檔模具,因此技術含量高的中高檔模具市場滿足率低于沖壓模具總體滿足率,這些模具的發(fā)展已滯后于沖壓件生產,而技術含量低的中低檔模具市場滿足率要高于沖壓模具市場總體滿足率;二是由于我國的模具價格要比國際市場低格低許多,具有一定的竟爭力,因此其在國際市場前景看好,2005年沖壓模具出口達到1.46億美元,比2004年增長94.7%就可說明這

12、一點;三是近年來港資、臺資、外資企業(yè)在我國發(fā)展迅速，這些企業(yè)中大量的自產自用的沖壓模具無確切的統(tǒng)計資料，因此未能計入上述數字之中。 </p><p>　　我國沖模工業(yè)不能滿足國內經濟需要的原因主要有：</p><p>　　1.專業(yè)化和標準化程度低。</p><p>　　2.模具品種少，效率低，經濟效益也差。</p><p>　　3.制造周期長

13、，模具精度不高，制造技術較落后。</p><p>　　4.模具壽命短，新材料使用量不到10%。</p><p>　　力量分散，管理落后。</p><p>　　但改革開放以來，在國家產業(yè)政策和與之配套的一系列國家經濟政策的支持和引導下，尤其是國民經濟的高速發(fā)展，大大地提高了模具的商品化程度，推動了模具技術和模具工業(yè)的迅速發(fā)展，在CAD/CAM/CAE的運用、加工工藝手

14、段、沖壓件質量及模具性能方面，均已達到或接近國際水平。</p><p>　　1.2.4 沖壓模具水平狀況 </p><p>　　近年來，我國沖壓模具水平已有很大提高。大型沖壓模具已能生產單套重量達50多噸的模具。為中檔轎車配套的覆蓋件模具內也能生產了。精度達到1~2μm，壽命2億次左右的多工位級進模國內已有多家企業(yè)能夠生產。表面粗糙度達到Ra≤1.5μm的精沖模，大尺寸（φ≥300mm）精

15、沖模及中厚板精沖模國內也已達到相當高的水平。 </p><p>　　1. 模具CAD/CAM技術狀況 </p><p>　　我國模具CAD/CAM技術的發(fā)展已有20多年歷史。由原華中工學院和武漢733廠于1984年共同完成的精神模CAD/CAM系統(tǒng)是我國第一個自行開發(fā)的模具CAD/CAM系統(tǒng)。由華中工學院和北京模具廠等于1986年共同完成的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)是我國自行開發(fā)的第一個沖裁

16、模CAD/CAM系統(tǒng)。上海交通大學開發(fā)的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)也于同年完成。20世紀90年代以來，國內汽車行業(yè)的模具設計制造中開始采用CAD/CAM技術。國家科委863計劃將東風汽車公司作為CIMS應用示范工廠，由華中理工大學作為技術依托單位，開發(fā)的汽車車身與覆蓋模具CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)于1996年初通過鑒定。在此期間，一汽和成飛汽車模具中心引進了工作站和CAD/CAM軟件系統(tǒng)，并在模具設計制造中實際應用，取得了顯著效益。

17、1997年一汽引進了板料成型過程計算機模擬CAE軟件并開始用于生產。 </p><p>　　21世紀開始CAD/CAM技術逐漸普及，現(xiàn)在具有一定生產能力的沖壓模具企業(yè)基本都有了CAD/CAM技術。其中部分骨干重點企業(yè)還具備各CAE能力。 </p><p>　　模具CAD/CAM技術能顯著縮短模具設計與制造周期，降低生產成本，提高產品質量，已成為人們的共識。在“八五”、九五“期間，已有一大批

18、模具企業(yè)推廣普及了計算機繪圖技術，數控加工的使用率也越來越高，并陸續(xù)引進了相當數量CAD/CAM系統(tǒng)。如美國EDS的UG，美國Parametric Technology公司 Pro/Engineer，美國CV公司的CADSS，英國DELCAM公司的DOCT5，日本HZS公司的CRADE及space-E, 以色列公司的Cimatron 還引進了AutoCAD CATIA 等軟件及法國Marta-Daravision公司用于汽車及覆蓋件模具

19、的Euclid-IS等專用軟件。國內汽車覆蓋件模具生產企業(yè)普遍采用了CAD/CAM技術/DL圖的設計和模具結構圖的設計均已實現(xiàn)二維CAD，多數企業(yè)已經向三維過渡，總圖生產逐步代替零件圖生產。且模具的參數化設計也開始走向少數模具廠家技術開發(fā)的領域。 </p><p>　　在沖壓成型CAE軟件方面，除了引進的軟件外，華中科技術大學、吉林大學、湖南大學等都已研發(fā)了較高水平的具有自主知識產權的軟件，并已在生實踐中得到成功

20、應用，產生了良好的效益。 </p><p>　　快速原型（RP）傳統(tǒng)的快速經濟模具相結合，快速制造大型汽車覆蓋件模具，解決了原來低熔點合金模具靠樣件澆鑄模具，模具精度低、制件精度低，樣樣制作難等問題，實現(xiàn)了以三維CAD模型作為制模依據的快速模具制造，它標志著RPM應用于汽車身大型覆蓋件試制模具已取得了成功。 </p><p>　　圍繞著汽車車身試制、大型覆蓋件模具的快速制造，近年來也涌現(xiàn)出

21、一些新的快速成型方法，例如目前已開始在生產中應用的無模多點成型及激光沖擊和電磁成型等技術。它們都表現(xiàn)出了降低成本、提高效率等優(yōu)點。 </p><p>　　2. 模具設計與制造能力狀況 </p><p>　　在國家產業(yè)政策的正確引導下，經過幾十年努力，現(xiàn)在我國沖壓模具的設計與制造能力已達到較高水平，包括信息工程和虛擬技術等許多現(xiàn)代設計制造技術已在很多模具企業(yè)得到應用。 </p>

22、<p>　　雖然如此，我國的沖壓模具設計制造能力與市場需要和國際先進水平相比仍有較大差距。這一些主要表現(xiàn)在高檔轎車和大中型汽車覆蓋件模具及高精度沖模方面，無論在設計還是加工工藝和能力方面，都有較大差距。轎車覆蓋件模具，具有設計和制造難度大，質量和精度要求高的特點，可代表覆蓋件模具的水平。雖然在設計制造方法和手段方面基本達到了國際水平，模具結構周期等方面，與國外相比還存在一定的差距。 </p><p>

23、　　標志沖模技術先進水平的多工位級進模和多功能模具，是我國重點發(fā)展的精密模具品種。有代表性的是集機電一體化的鐵芯精密自動閥片多功能模具，已基本達到國際水平。 </p><p>　　但總體上和國外多工位級進模相比，在制造精度、使用壽命、模具結構和功能上，仍存在一定差距。 </p><p>　　汽車覆蓋件模具制造技術正在不斷地提高和完美，高精度、高效益加工設備的使用越來越廣泛。高性能的五軸高速

24、銑床和三軸的高速銑床的應用已越來越多。NC、DNC技術的應用越來越成熟，可以進行傾角加工超精加工。這些都提高了模具面加工精度，提高了模具的質量，縮短了模具的制造周期。 </p><p>　　模具表面強化技術也得到廣泛應用。工藝成熟、無污染、成本適中的離子滲氮技術越來越被認可，碳化物被覆處理（TD處理）及許多鍍（涂）層技術在沖壓模具上的應用日益增多。真空處理技術、實型鑄造技術、刃口堆焊技術等日趨成熟。激光切割和激光

25、焊技術也得到了應用。</p><p>　　1.2.5我國沖模今后發(fā)展趨勢</p><p>　　根據我國沖模技術的發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題，今后應朝著如下幾個方面發(fā)展：</p><p>　　1.開發(fā)、發(fā)展精密、復雜、大型、長壽命模具。</p><p>　　2.加速模具標準化和商品化，以提高模具質量，縮短模具制造周期。</p><

26、p>　　3.大力開發(fā)和推廣應用模具CAD/CAM技術，提高模具制造過程的自動化程度。</p><p>　　4.積極開發(fā)模具新品種、新工藝、新技術和新材料。</p><p>　　5.發(fā)展模具加工成套設備，以滿足高速發(fā)展的模具工業(yè)需要。 </p><p><b>　　1.3總結</b>

27、;</p><p>　　沖壓加工作為一個行業(yè)，在國民經濟的加工工業(yè)中占有重要的地位。近年來，沖壓成型工藝有了很多新的進展，特別是精密沖裁、精密成形、精密剪切、復合材料成形、超塑性成形、軟模成形以及電磁成形等新工藝日新月異，沖壓件的成形精度日趨精確，生產率有了極大的提高，正把沖壓加工提高到高品質、新的發(fā)展水平。由于引入了計算機輔助工程（CAE）沖壓成形已從原來對應力應變進行有限元分析而逐步發(fā)展到采用計算機進行工藝過

28、程的模擬與分析，以實現(xiàn)沖壓過程的優(yōu)化分析設計。計算機在模具領域，包括設計、制造、管理等領域發(fā)揮著越來越重要的作用。 </p><p>　　2 模具設計過程與要點</p><p>　　本課題的主要目的是通過對長方形角筒的設計和加工工藝過程的分析，完成該零件的沖壓模具設計。</p><p>　　2.1沖壓模具設計要點&l

29、t;/p><p>　　2.1.1沖壓模具的功能</p><p>　　沖模的功能是具有制造出一定數量的沖壓產品的能力，且加工還有高效率、高精度、互換性好及節(jié)約原材料等功效。</p><p>　　在此，可以把制造出所需的沖壓產品視之為對沖模的一級功能要求。如圖2.1所示，被加工材料送至固定在沖壓設備上的沖模里，經過沖壓加工，獲得所需形狀、尺寸和性能的產品。在實現(xiàn)沖模的一級功

30、能要求中，即在沖模使材料變成產品的加工過程中，由于除了要保證使材料經受既定的沖壓加工(塑性成形)以外，前后還必須有正確的導向、定位以及方便的卸料與出件等動作所以，沖模實際上是由具有不同功能的零部件組成的一種裝置。</p><p>　　圖2.1 沖模的一級功能要求</p><p>　　由于沖壓產品的生產方式不是單件生產、而是批量生產，因此，為達到所需沖壓產品的數量，還需具有某些二級功能要求。

31、</p><p>　　沖模的二級功能要求是對其一級功能要求的完善、強化或補充。從沖模的使用角度出發(fā)，其二級功能要求主要應包括如圖2-2所示的各項內容。顯然，沖模的二級功能要求愈完善，則沖模的結構可能會愈復雜。</p><p>　　應當指出，沖模功能的各項內容正是沖模設計的依據和條件。</p><p>　　圖2.2 沖模的二級功能要求</p><p

32、>　　2.1.2沖壓模具的一般設計程序</p><p>　　依據沖壓件的產品圖樣進行沖壓工藝過程設計并確定工藝方案后，可進行沖模的設計。在模具設計時，要收集、準備有關的設計參考資料;經過充分理解、研究和確定內容之后，便可著手繪制模具的草圖；在繪制草圖階段，進行討論，以防發(fā)生設計上的重大錯誤；然后，再繪正式圖。</p><p>　　一般模具設計圖可按圖2-3之方框圖的步驟完成。由此方框

33、圖可知：在沖模設計過程中，必定有沖壓工藝方案的分析、確定及工藝計算，從工藝方案分析開始到正式繪制模具圖，中間各種步驟還應有反復分析與交叉進行的過程。</p><p>　　圖2.3 模具設計程序</p><p>　　2.2沖壓模具設計要點</p><p>　　模具總體結構形式的確定是設計時必須首先解決的問題，也是沖模設計的關鍵，它直接影響沖壓件的質量、成本和沖壓生產的

34、水平。模具類型的選定，應以合理的沖壓工藝過程為基礎，根據沖壓件的形狀、尺寸、精度要求、材料性能、生產批量、沖壓設備、模具加工條件等多方面的因素，做綜合的分析研究并考慮綜合經濟效果，在滿足沖壓件質量要求的前提下，達到最大限度地降低沖壓件的成本。確定模具結構形式時，必須解決以下幾方面的問題：</p><p>　　(1)模具類型：單工序模，級進模，復合模等；</p><p>　　(2)操作方式：

35、手工操作，自動化操作，半自動化操作；</p><p>　　(3)進出料方式：根據原材料的型式確定進料方法，取出和整理零件的方法，原材料的定位方法；</p><p>　　(4)壓料與卸料方式：壓料或不壓料，彈性或剛性卸料等；</p><p>　　(5)模具精度：根據沖壓件的特點確定合理的模具加工精度，選取合理的導向方式及模具固定方法等。</p><

36、p>　　同時，在制造模具時，除生產批量、生產成本、沖壓件的質量要求外，在設計沖模時還必須對其維修性能、操作方便、安全性特別是手工操作模的安全方面等予以充分的注意。</p><p>　　2.3.沖壓設備的選擇</p><p>　　2.3.1設備類型的選擇</p><p>　　設備類型的選擇要依據沖壓件的生產批量、工藝方法與性質及沖壓件的尺寸、形狀與精度要求來進行

37、。壓力機原理圖如圖2.5所示。</p><p>　　圖2.5 曲柄壓力機傳動系統(tǒng)</p><p>　　(1) 根據沖壓件的大小進行選擇，參照表2.1。</p><p>　　表2.1 按沖壓件大小選擇設備</p><p>　　(2)考慮精度與剛度：在選用設備類型時，還應充分注意到設備的精度與剛度。壓力機的剛度是由床身剛度、傳動剛度和導向剛度三部

38、分組成，如果剛度較差，負載終了和卸載時模具間隙會發(fā)生很大的變化，影響沖壓件的精度和模具壽命。設備的精度也有類似的問題。尤其是在進行校正彎曲、校形及整修這類工藝時更應選擇剛度與精度較高的壓力機。在這種情況下，板料的規(guī)格應該控制更嚴，否則，因設備過大的剛度和過高的精度反而容易造成模具或設備的超負載損壞。</p><p>　　(3)根據沖壓件的生產批量選擇，參照表2.2。</p><p>　　表

39、2.2 按生產批量選擇設備</p><p>　　(4)考慮生產現(xiàn)場的實際可能：在進行設備選擇時，還應考慮生產現(xiàn)場的實際可能。如果目前還沒有較理想的設備供選擇，則應該設法利用現(xiàn)有設備來完成工藝過程。</p><p>　　(5)考慮技術上的先進性：需要采用先進技術進行沖壓生產時，可以選擇帶有數字顯示的、利用計算機操作的及具有數控加工裝置的各類新設備。</p><p>　

40、　2.3.2設備類型的選擇原則</p><p>　　設備規(guī)格的選擇應根據沖壓件形狀的大小、模具尺寸及工藝變形力等進行。從提高設備的工作剛度、沖壓件的精度及延長設備的壽命觀點出發(fā)，要求設備容量有較大剩余。最新的觀點是使設備留有40～30%的余量，即指使用設備容量的60～70%。還有的建議只使用容量的50%，即取設備的噸位為工藝變形力的2倍。</p><p>　　3 工件工藝性分析及方案確定&

41、lt;/p><p><b>　　零件圖如下</b></p><p><b>　　長方形沖壓角筒</b></p><p>　　生產批量 ：大批量 ；材料 ： Q235 ；材料厚度 ：0.5 mm</p><p>　　3.1 沖裁工藝性分析</p><p>　　3.11 零件材料分析

42、</p><p>　　該零件材料為Q235冷板材料，厚度t=0.5mm。Q235屬于普通碳素鋼，其力學性能如下表：</p><p>　　由上表可知，Q235具有良好的沖壓成形性能，為一般沖壓用鋼，適合沖裁。</p><p><b>　　3.12 零件形狀</b></p><p>　　從零件圖的形狀分析，該零件屬于長方形角

43、筒類零件，壁厚為0.5mm，尺寸精度要求較高+</p><p><b>　　3.13 尺寸分析</b></p><p>　　該工件尺寸有標注公差，查公差表：基本尺寸精度不高，可按GB/T1800.3-1998 IT12級精度確定；個別地方尺寸精度要求較高，可按GB/T1800.3-1998 IT13級精度確定。普通沖裁（經濟精度為IT11）完全能滿足要求。以凹模為基準

44、件凸模根據凹模尺寸進行配制加工。</p><p><b>　　3.14 要求</b></p><p>　　零件表面不允許有劃痕</p><p><b>　　3.15 結論</b></p><p>　　綜上所述，該零件的沖裁工藝性較好，沖裁加工能夠達到設計要求。</p><p>