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Southwest University of Science and Technology 水杯保潔蓋注塑工藝及模具設計
課程設計任務說明書
旋蓋沖壓工藝及模具設計
學 院:
專 業(yè):
學生姓名:
學生學號:
指導教師:
材料成型及控制工程專業(yè)模具課程設計任務書
題目名稱
旋蓋零件沖壓模具設計
學生姓名
制件圖
設計參數(shù)
1、材料：08L鋼
2、生產(chǎn)批量：年產(chǎn)100萬件
3、未注公差：自由公差
工作任務及要求
1、編制沖壓工藝規(guī)程，
2、繪制沖壓?？傃b圖，
3、繪制非標準模具零件圖（1至2個工作零件），
4、編寫設計說明書，說明書格式參照畢業(yè)論文設計說明書要求。
時間安排
1. 接受任務: 年 月 日。
2. 交回設計： 年 月 日。
指導教師
簽 字
學生接受任務簽字
接受任務時間： 年 月 日 學生簽名：
目 錄
摘 要 I
第一章 緒論 1
1.1 課題研究的內(nèi)容 1
1.2 課題研究思路 2
1.3 課題研究應注意的問題 2
第2章 分析零件的工藝性 4
2.1 工藝分析 4
2.2 材料分析 5
2.3 毛坯圖 5
第3章 確定工藝方案和模具總體設計 7
3.1 確定工藝方案 7
3.2 模具類型的選擇 7
3.3 送料方式的選擇 7
3.4 定位方式的選擇 8
3.5 卸料、出件方式的選擇 8
3.6 導向方式的選擇 8
第4章 拉深模主要工藝參數(shù)的計算 9
4.1 拉深模工藝參數(shù)計算 9
4.3.1 拉深工藝 9
4.3.2 初選壓力機 10
4.3.3計算凸、凹模刃口尺寸及公差 10
第5章 模具主要零件的設計 11
5.1主要工作零件的設計 11
5.1.1 凸模的結(jié)構設計 11
5.1.2 凹模的結(jié)構設計 12
5.1.3 定位機構的設計 12
5.2 模柄及固定零件 13
5.3 壓力機技術參數(shù)的校核 15
參考文獻 17
摘 要
隨著中國工業(yè)不斷地發(fā)展，模具行業(yè)也顯得越來越重要。本文針對旋蓋的沖裁工藝性和拉深工藝性，分析比較了成形過程的三種不同沖壓工藝（單工序、復合工序和連續(xù)工序）。介紹了旋蓋冷沖壓成形過程，經(jīng)過對旋蓋的批量生產(chǎn)、零件質(zhì)量、零件結(jié)構以及使用要求的分析、研究，按照不降低使用性能為前提，將其確定為沖壓件，用沖壓方法完成零件的加工，且簡要分析了坯料形狀、尺寸，排樣、裁板方案，拉深次數(shù)，沖壓工序性質(zhì)、數(shù)目和順序的確定。進行了工藝力、壓力中心、模具工作部分尺寸及公差的計算，并設計出模具。還具體分析了模具的主要零部件（如凸凹模、卸料裝置、拉深凸模、墊板、凸模固定板等）的設計與制造，沖壓設備的選用，凸凹模間隙調(diào)整和編制一個重要零件的加工工藝過程。列出了模具所需零件的詳細清單，并給出了合理的裝配圖。通過充分利用現(xiàn)代模具制造技術對傳統(tǒng)機械零件進行結(jié)構改進、優(yōu)化設計、優(yōu)化工藝方法能大幅度提高生產(chǎn)效率，這種方法對類似產(chǎn)品具有一定的借鑒作用。
關鍵詞：旋蓋；模具設計；拉深
第一章 緒論
模具作為中國一個獨立的大產(chǎn)業(yè)，發(fā)展的勢頭逐漸增大，并且現(xiàn)在已經(jīng)逐漸的變成了國家的基礎產(chǎn)業(yè)的支柱。
中國作為為全世界最大的制造業(yè)興盛國家，會有大量的模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展將使國家的經(jīng)濟發(fā)展得到飛躍的提升。因為國家模具工業(yè)開始比較晚，相對來說中國的模具設計技術比較差，在“95”期雖然獲得了快速的發(fā)展，但與那些模具制造比較昌盛國家對比，它們之間還是有很大的差距。為了更快的使我國模具制造業(yè)有飛躍的發(fā)展，要加快的培訓國家人員了解這項基本項目的重要，這也使模具設計制造的高科技技術受到更好的歡迎。
課程設計是我在大學學習的總結(jié)，它不但表達了我對模具設計的觀點，并且對我有著非常關鍵的意義和實踐應用的知識，因此我必須有了解模具設計的整體設計過程和方法過程，才能更好地完成所學的課程設計。
本次設計是基于沖壓工藝的基本理論知識，使用各種類型的沖壓工藝的基本運動的展示，然后總結(jié)在沖壓模具的設計中的基本要求。什么是第一次定義機械運動在沖裁過程，彎曲過程和拉伸過程中，要對某些內(nèi)容進行控制，在模具設計中應特別注意; 其次解釋了怎樣在模具設計方法中使用機械運動和一些實際案例; 最后關鍵是模具制造的設計。按照自己的條件，對生產(chǎn)過程實行明確的分析和加工，使我能夠聯(lián)系，有更多的機械運動見解，當然以后還可以在更多的局面運用，是鞏固模具設計的最佳方式。
1.1 課題研究的內(nèi)容
旋蓋形件是沖壓工件中十分常見的零件，根據(jù)提供的零件圖對其進行零件工藝性分析、成型設備選擇和模具結(jié)構的設計。零件良好的工藝性將會降低材料的消耗定額、提高產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和方便模具結(jié)構的設計。下面就旋蓋形件進行詳細的設計和分析。
模具設計：在設計過程中，首先我們要對工件進行結(jié)構、材料分析，選擇合適的生產(chǎn)方法。材料分析，以確定工件是否適合生產(chǎn)。然后由工件的厚度來確定工件的厚度，然后計算布局的材料利用率。
下一步是計算沖裁力，通過計算沖裁力來選擇合適的沖壓設備。模邊的計算也有其重要的，只有選擇合適的邊才能保證模具的使用壽命，提高模具的使用率。
模具刃口計算后，就是模具的結(jié)構設計，先進行凹模外形尺寸的計算的通過凹模的外形尺寸來得到模具中其他固定板 卸料板等的尺寸，最后選擇模架等一系列標準件，最終完成模具的設計[5]。
模邊計算，是模具的結(jié)構設計，第一尺寸的模具通過模具的尺寸來獲得模具外形尺寸，其他固定板排料板的尺寸，最后選擇一系列標準件，如模具模架導柱導套等，最后完成模具設計
1.2 課題研究思路
旋蓋形件沖壓模具一般的研究思路：
第一步：對旋蓋形件進行沖壓工藝分析，分析其材料精度問題，看看是否能夠使用沖壓工藝來完成生產(chǎn)。
第二步：通過分析來確定旋蓋形件使用何種模具，以及使用這種模具所需要采用那種結(jié)構。
第三步：由于旋蓋形件是落料拉深件，設計模具式需要需要進行一系列的計算，比如排樣圖材料利用率的計算，沖壓力的計算。
第四步：根據(jù)以上的計算，可以知道所需的沖壓力是多少，然后根據(jù)沖壓力的大小還了初步確定所需要的壓力設備。
第五步：刃口計算， 刃口計算的作用就是確定凸模和凹模等工作零件的公差，通過這些公差的設計來確定最終沖壓件的精度，依次來保證旋蓋形件的最終精度。
第六步：工藝參數(shù)計算完畢后，接下來就是對模具的整體設計，首先計算出主要的工作零件的外形尺寸，然后通過這些尺寸，來確定標準件，從而進一步完成模具的整個設計。
第七步：完成cad裝配圖和對應的零件圖的繪制，然后再依次完成標注，通過老師審核后打印裝訂。
第八步：將以上計算和設計進行整理，完成說明書的審核，然后打印裝訂。
1.3 課題研究應注意的問題
設計中我們應該注意哪些問題：
第一：生成率問題，就是同樣的材料，如何來完成更多工件產(chǎn)品的制作，可以通過合理的排樣來考慮。
第二：沖壓力的計算， 通過計算來確定合適的壓力設備，防止壓力機的對于模具來說壓力過大或者過小，還有確定閉合高度是否合適。
第三：刃口計算，合適的刃口可以確保凸模凹模的公差精度滿足合適的要求。通過設計降低次品率。
以上問題都是模具設計中比較重要的問題，要多查詢資料，對于以上問題合理解答，從而完成模具的設計。
第2章 分析零件的工藝性
沖壓件工藝性是指沖壓零件在沖壓加工過程中加工的難易程度。雖然沖壓加工工藝過程包括備料—沖壓加工工序—必要的輔助工序—質(zhì)量檢驗—組合、包裝的全過程，但分析工藝性的重點要在沖壓加工工序這一過程里。而沖壓加工工序很多，各種工序中的工藝性又不盡相同。即使同一個零件，由于生產(chǎn)單位的生產(chǎn)條件、工藝裝備情況及生產(chǎn)的傳統(tǒng)習慣等不同，其工藝性的涵義也不完全一樣。這里我們重點分析零件的結(jié)構工藝性。
該零件是旋蓋，如圖2-1，該零件為旋蓋，料厚t=1mm，拉深后厚度不變；零件底部圓角半徑r=4mm；尺寸公差都為IT14，滿足拉深工藝對精度等級的要求。
圖2-1 工件圖
2.1 工藝分析
工藝性對精度的要求是一般情況下，拉深件的尺寸精度應在IT14級以下，不宜高于IT11級；對于精度要求高的拉深件，應在拉深后增加整形工序，以提高其精度，由于材料各向異性的影響，拉深件的口部一般是不整齊的，為了獲得所需要的旋蓋外形，需要增加修邊工序。
影響拉深件工藝性的因素主要有拉深件的結(jié)構與尺寸、精度和材料。拉深工藝性對結(jié)構與尺寸的要求是拉深件因盡量簡單、對稱，并能一次拉深成形；拉深件的壁厚公差或變薄量一般不應超出拉深工藝壁厚變化規(guī)律；當零件一次拉深的變形程度過大時，為避免拉裂，需采用多次拉深，這時在保證必要的表面質(zhì)量前提下，應允許內(nèi)、外表面存在拉深過程中可能產(chǎn)生的痕跡；在保證裝配要求下，應允許拉深件側(cè)壁有一定的斜度；拉深件的徑向尺寸應只標注外形尺寸或內(nèi)形尺寸，而不能同時標注內(nèi)、外形尺寸。
工藝性要求材料具有良好的塑性，屈強比值越小，一次拉深允許的極限變形程度越大，拉深的性能越好；板厚方向性系數(shù)r和板平面方向性系數(shù)反映了材料的各向異性性能，當r較大或較小時，材料寬度的變形比厚度方向的變形容易，板平面方向性能差異較小，拉深過程中材料不易變薄或拉裂，因而有利于拉深成形。
2.2 材料分析
該零件結(jié)構較簡單、形狀對稱，屬于圓筒形拉深件。零件尺寸公差為IT14，利用普通沖裁方法可以達到零件圖樣要求。工作環(huán)境是耐100℃的高溫，能在堿性的茶水里長時間的浸泡。工件材料為08L，材料的抗剪強度為260-340MPa，抗拉強度為300-440MPa，伸長率為29，屈服極限為210。
2.3 毛坯圖
根據(jù)拉深件尺寸。修邊余量3.0，其零件高度為H=39mm，，d=59mm，，
根據(jù)公式：
如下圖代入數(shù)據(jù)
圖2-2 展開圖
第3章 確定工藝方案和模具總體設計
3.1 確定工藝方案
根據(jù)以上分析和計算，可以進一步明確該零件的沖壓加工需要包括以下基本工序:落料、拉深、沖孔和修邊。
根據(jù)這些基本工序，可以擬出如下幾種工藝方案：
方案一
以上工序過程都采用單工序模加工。用此方案，模具的結(jié)構都比較簡單，制造很容易，成本低廉，但由于結(jié)構簡單定位誤差很大，而且單工序模一般無導向裝置，安裝和調(diào)整不方便，費時間，生產(chǎn)效率低。
方案二
落料與拉深在復合模中加工品。對落料、拉深的精度也有很大的提高。
方案三
采用帶料級進多工位自動壓力機沖壓，可以獲得較高的生產(chǎn)效率，而且操作安全，但這一方案需要專用的壓力機或自動的送料裝置。模具的結(jié)構比較復雜，制造周期長，生產(chǎn)成本高。
根據(jù)設計需要和生產(chǎn)批量，綜合考慮以上方案，采用方案一，落料和拉深分開進行，本次設計只做拉深工序。
3.2 模具類型的選擇
通過工件的工藝分析，以及各個生產(chǎn)方案的對比，決定采用首次拉深模完成工件的生產(chǎn)。
3.3 送料方式的選擇
為了實現(xiàn)工件的自動化生產(chǎn)，工件的送料方式的選擇十分重要，在本次設計中，采用自動送料機構，能夠滿足工件的自動化生產(chǎn)。
3.4 定位方式的選擇
模具采用的是落料的工件，設計中毛坯即為一個旋蓋，所以可以依靠工件的內(nèi)形和定位板進行定位。
3.5 卸料、出件方式的選擇
因為工件料厚為1mm，材料不算太厚，卸料力不大，而且由于需要拉深工序，所以使用彈性卸料板，卸料的同時還可以起到壓料的作用。出件的時候采用上模打件裝置。
3.6 導向方式的選擇
（a） （b） （c） （d）
圖3-1 導柱模架
（a）中間導柱 （b）后側(cè)導柱 （c）對角導柱 （d）四導柱
首先分析工件，由于工件尺寸十分的大，并且生產(chǎn)具有較高的要求，四角導柱的尺寸不合適，對角導柱容易偏移，所以在設計中我們采用導向精度好的中間導柱導向模架。不但能保證工件的正常生產(chǎn)，同時也能保證精度，所以選擇第1個方案最佳。
第4章 拉深模主要工藝參數(shù)的計算
4.1 拉深模工藝參數(shù)計算
4.3.1 拉深工藝
（1）拉深力
一般情況下拉深力隨凸模行程變化而改變，其變化曲線如圖3.1。從圖中可以看出，在拉深開始時，由于凸緣變形區(qū)材料的變形不大，冷作硬化也小，所以雖然變形區(qū)面積較大，但材料變形抗力與變形區(qū)面積相乘所得的拉深力并不大；從初期到中期，材料冷作硬化的增長速度超過了變形區(qū)面積減少速度，拉深力逐漸增大，于前中期拉深力達到最高點位置；拉深到中期以后，變形區(qū)面積減少的速度超過了冷作硬化增加的速度，于是拉深力逐漸下降。零件拉深完以后，由于還要從凹模中推出，曲線出現(xiàn)延緩下降，這是摩擦力作用的結(jié)果，不是拉深變形力。
由于影響拉深力的因素比較復雜，按實際受力和變形情況來準確計算拉深力是筆尖困難的。所以，實際生產(chǎn)中通常是以危險斷面的拉應力不超過其材料抗拉強度為依據(jù)，采用經(jīng)驗公式進行計算。對于凸緣圓筒形零件的拉深力近似計算公式為：
…………………………………………(4-11)
式中 —拉深零件的凸模周邊長度（mm）；
—系數(shù)，這里取1；
—材料的抗拉強度（MPa）；
—材料厚度。
通過CAD測量，拉深凸模周長l=182.2mm。
因此
4.3.2 初選壓力機
壓力機噸位的大小的選擇，首先要以沖壓工藝所需的變形力為前提。要求設備的名義壓力要大于所需的變形力，而且還要有一定的力量儲備，以防萬一。從提高設備的工作剛度、沖壓零件的精度及延長設備的壽命的觀點出發(fā)，要求設備容量有較大的剩余。
因此初選壓力機J23-16。
4.3.3計算凸、凹模刃口尺寸及公差
拉深時，拉深模直徑尺寸的確定的原則，與沖裁模刃口尺寸的確定基本相同，只是具體內(nèi)容不同，這里不在復述。
拉深凸模和凹模的單邊間隙Z=1.1t=1.1mm計算凸凹模制造公差，按IT8級精度選取，對于拉深尺寸，。
因拉深件注外形尺寸，按凹模進行配作：
…………………
式中 d—拉深件外形尺寸：
d—凹模尺寸：
—拉深件尺寸公差。
即有 =59.63
第5章 模具主要零件的設計
5.1主要工作零件的設計
5.1.1 凸模的結(jié)構設計
凸模設計的好壞，有時直接決定了模具壽命和成長工件的，設計過程中要有其注意凸模圓角，以及其表面的粗糙度，使其在工作時能促進坯料的流動。
凸模的機構設計如圖5-1所示。
圖5-1 拉深凸模
5.1.2 凹模的結(jié)構設計
凹模的設計過程中，為了凹模磨損之后方便修模，所以凹模設計成如圖5-2所示的結(jié)構，通過螺釘和圓柱銷連接在上模座上。
圖5-2 凹模
5.1.3 定位機構的設計
為了保證工件的精確定位，設計定位板，定位板的設計結(jié)合工件的內(nèi)形進行定位，沖壓的時候可以依靠其進行定位。
5.2 模柄及固定零件
模具的連接與固定零件有模柄、固定板、墊板、銷釘、螺釘?shù)?。這些零件大多有國家準，設計時可按國家標準選用。
模柄
作用：將上模固定在壓力機的滑塊上。
要求：模具的壓力中心與模柄中心線重合。
應用：常用于1000KN以下的中小型模具上。
類型及應用場合：
旋入式：下圖a）所示，通過螺紋與上模座連接，為防止松動，常用防轉(zhuǎn)螺釘緊固。這種模柄裝拆方便，但模柄軸線與上模座的垂直度較差，多用于有導柱的小型沖模。
壓入式：下圖b）所示，它與模座孔采用過渡配合H7/m6，并加銷釘防轉(zhuǎn)。這種模柄可較好保證軸線與上模座的垂直度。適用于各種中、小型沖模，生產(chǎn)中最常用。
凸緣式：下圖c）所示，用3~ 4個螺釘固定在上模座的窩孔內(nèi)，模柄的凸緣與上模座的窩孔采用H7/js6過渡配合。多用于較大型的模具。
槽型模柄和通用模柄：下圖d）、e）所示，均用于直接固定凸模，也稱為帶模座的模柄，它更換凸模方便，主要用于簡單模。
模柄的選用：首先應根據(jù)模具的大小及零件精度等方面的要求，確定模柄的類型，然后根據(jù)所選壓力機的模柄孔尺寸確定模柄的規(guī)格。選擇模柄時應注意模柄安裝直徑d和長度L應與滑塊模柄孔尺寸相適應。模柄直徑可取與模柄孔相等，采用間隙配合H11/dll，模柄長度應小于模柄孔深度5~l0mm。
固定板
將凸?；虬寄０匆欢ㄏ鄬ξ恢脡喝斯潭ê?，作為一個整體安裝在上模座或下模座的板件上。模具中最常見的是凸模固定板，固定板分為圓形固定板和矩形固定板兩種，主要用于固定小型的凸模和凹模。
固定板的設計應注意以下幾點：
1) 凸模固定板的厚度一般取凹模厚度的0.6~0.8倍，其平面尺寸可與凹模、卸料板外形尺寸相同，但還應考慮緊固螺釘及銷釘?shù)奈恢谩?
2) 固定板上的凸模安裝孔與凸模采用過渡配合H7/m6,凸模壓裝后端面要與固定板一起磨平。
3) 固定板的上、下表面應磨平，并與凸模安裝孔的軸線垂直。固定板基面和壓裝配合面的表面粗糙度為Ral. 6~0.8um,另一非基準面可適當降低要求。．
4) 固定板材料一般采用Q235或45鋼制造，無需熱處理淬硬。
墊板
墊板的作用是直接承受和擴散凸模傳遞的壓力，以降低模座所受的單位壓力，防止模座被局部壓陷。模具中最為常見的是凸模墊板，它被裝于凸模固定板與模座之間。模具是否加裝墊板，要根據(jù)模座所受壓力的大小進行判斷，若模座所受單位壓力大于模座材料的許用壓應力，則需加墊板。
墊板外形尺寸可與固定板相同，其厚度一般取3~20mm。墊板材料為45鋼，淬火硬度為43~48 HRC。墊板上、下表面應磨平，表面粗糙度為Ral.6~0.8um，以保證平行度要求。為了便于模具裝配，墊板上銷釘通過孔直徑可比銷釘直徑增大0.3~0.5mm。螺釘通過孔也類似。
螺釘與銷釘
螺釘與銷釘都是標準件，設計模具時按標準選用即可。螺釘用于固定模具零件，而銷釘則起定位作用。模具中廣泛應用的是內(nèi)六角螺釘和圓柱銷釘，其中M6~M12mm的螺釘和φ4~φ10mm的銷釘最為常用。
在模具設計中，選用螺釘、銷釘應注意以下幾點：
1) 螺釘要均勻布置，盡量置于被固定件的外形輪廓附近。當被固定件為圓形時，一般采用3~4個螺釘，當為矩形時，一般采用4~6個。銷釘一般都用兩個，且盡量遠距離錯開布置，以保證定位可靠。螺釘?shù)拇笮鶕?jù)凹模厚度選用。
2) 螺釘之間、螺釘與銷釘之間的距離，螺釘、銷釘距刃口及外邊緣的距離，均不應過小，以防降低強度。
3) 內(nèi)六角螺釘通過孔及其螺釘裝配尺寸應合理，其具體數(shù)值可由相關資料查得。
4) 圓柱銷孔形式及其裝配尺寸可參考相關資料。連接件的銷孔應配合加工，以保證位置精度，銷釘孔與銷釘采用H7/m6或H7/n6過渡配合。
5) 彈壓卸料板上的卸料螺釘，用于連接卸料板，主要承受拉應力。根據(jù)卸料螺釘?shù)念^部形狀，也可分為內(nèi)六角和圓柱頭兩種。圓形卸料板常用3個卸料螺釘，矩形卸料板一般用4或6個卸料螺釘。由于彈壓卸料板在裝配后應保持水平，故卸料螺釘?shù)拈L度L應控制在一定的公差范圍內(nèi)，裝配時要選用同一長度的螺釘，卸料螺釘孔的裝配尺寸見相關資料。
5.3 壓力機技術參數(shù)的校核
1.模具閉合高度的校核：
模具閉合高度為：H=189.5mm。沖壓機最大封閉高度220mm，能滿足要求，最終確定選擇J23-16。
2.沖壓過程中落料力（F=80.17KN）最大，壓力機的公稱壓力，，且工作時壓力曲線位于壓力機滑塊的許用負荷曲線之下，因此滿足生產(chǎn)要求。
3.模具最大安裝尺寸為375mm×240mm，壓力機工作臺臺面尺寸為450mm×300mm，能滿足模具的正確安裝。
參考文獻
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