圓桶件沖壓工藝及模具設計_畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 設計（論文）專用紙 第 10 頁 （ 3） 沖壓設備和沖壓生產自動化方面 性能良好的沖壓設備是提高沖壓生產技術水平的基本條件，高精度、高壽命、高效率的沖模需要高精度、高自動化的沖壓設備相匹配。為了滿足大批量高速生產的需要目前沖壓設備也由單工位、單功能、低速壓力機朝著多工位、多功能、高速和數控方向發展，加之機械乃至機器人的大量使用，使沖壓生產效率得到大幅度提高，各式各樣的沖壓自動線和高速自動壓力機紛紛投入使用。如在數控四邊彎折機中送入板料毛坯后，在計算機程序控制下便可依次完成四邊彎曲，從而大幅 度提高精度和生產率，在高速自動壓力機上沖壓電機定轉字沖片時，一分鐘可沖幾百片，并能自動疊成定、轉子鐵芯，生產效率比普通壓力機提高幾十倍，材料利用率高達 97%，公稱壓力為 250KN 的高速壓力機的滑塊行程次數已達 2020次 /min 以上。在多功能壓力機方面，日本田公司生產的 2020KN“沖壓中心”采用CNC 控制，只需 5min 時間就可完成自動換模、換料和調整工藝參數等工作，美國惠特尼公司生產的 CNC 金屬板材加工中心，在相同的時間內，加工沖壓件的數量為普通沖壓機的 4~10 倍，并能進行沖孔、分段沖裁、彎曲和拉深等多種作 業。 我國模具行業前景 出過國的人都會有一種體會，就是國外的 產品 比較精美，特別是日本、德國的產品，大到機械、小到文具，都給人一種精美絕倫的感覺，好像是一件件做工精湛的工藝品，這就是模具的功勞。我們要想成為世界制造業大國，沒有先進的模具工業是不行的。在這方面我們還有很長的路要走，還有很多東西要學。首要的一條是要重視模具行業的發展，不但要有先進的技術，更要重視模具行業的商品化，讓模具行業從企業中走出來，成為一個具有市場競爭力的新興行業。 模具 ，是工業生產的基礎工藝裝備，在電子、汽車、電機、電器、儀表、家電和通訊等產品中， 60%80%的零部件都依靠模具成形，模具質量的高低決定著產品質量的高低，因此，模具被稱之為 “ 百業之母 ” 。模具又是 “ 效益放大器 ” ，用模具生產的最終產品的價值，往往是模具自身價值的幾十倍、上百倍。模具生產的 設計（論文）專用紙 第 11 頁 工藝水平及科技含量的高低，已成為衡量一個國家科技與產品制造水平的重要標志，它在很大程度上決定著產品的質量、效益、新產品的開發能力，決定著 一個國家制造業的國際競爭力。 改革開放以來，我國模具工業發展迅猛。 1996 至 2020 年間，我國模具工業的產值年平均增長 14%左右。目前，全國共有模具生產廠點 萬個，從業人員50 多萬人。 2020 年全國模具工業總產值達 300 億元人民幣，我國模具年產值已 位居世界第四。 我國模具工業的技術水平近年來也取得了長足的進步。大型、精密、復雜、高效和長壽命模具上了一個新臺階。大型復雜沖模以汽車覆蓋件模具為代表，已能生產部分新型轎車的覆蓋件模具。體現高水平制造技術的多工位級進模的覆蓋面，已從電機、電器鐵芯片模具，擴展到接 插件、電子槍零件、空調器散熱片等家電零件模具。在大型塑料模具方面，已能生產 48 英寸電視的塑殼模具、 大容量洗衣機全套塑料模具，以及汽車保險杠、整體儀表板等模具。在精密塑料模具方面，已能生產照相機塑料模具、多型腔小模數齒輪模具及塑封模具等。在大型精密復雜壓鑄模方面，國內已能生產自動扶梯整體踏板壓鑄模及汽車后橋齒輪箱壓鑄模。其他類型的模具，例如子午線輪胎活絡模具、鋁合金和塑料門窗異型材擠出模等，也都達到了較高的水平，并可替代進口模具。但是，我國模具工業無論是在數量還是質量上，與工業發達國家存在著很大的差 距，滿足不了工 業發展的需要，目前國內市場的滿足率僅在 70%左右。 我國大部分模具是企業自產自用，真正作為商品流通的模具僅占 1/3。所產模具基本上以中低檔為主，一些大型、精密、復雜和長壽命的高檔模具，在技術上無法與發達國家相比，生產能力也遠遠不能滿足國民經濟發展的需要。近五年來，我國平均每年進口模具 億美元， 2020 年進口模具 億美元 (出口模具僅 億美元 )，這還不包括隨進口設備和生產線作為附件帶來的模具。根 據海關統計，近幾年進出口相抵，我國已成為世界最大的模具進口國。 我國模具產品的結構很 不合理。我國模具產品結構中沖壓模具約占 50%，塑 設計（論文）專用紙 第 12 頁 料模具約占 34%，壓鑄模具約占 6%，其它各類模具約占 10%；發達國家對發展塑料模普遍比較重視，塑料模所占比例一般在 40%左右；大型、精密、長壽命模具所占比例為 50%以上，而我國僅為 25%左右；我國主要模具生產能力集中在各主機廠的模具分廠 (或車間 )內，所產模具商品化率很低，模具自產自銷比例高達60%70%，而國外 70%以上是商品模具；即使是專業模具廠，我國也大多數是 “ 大而全 ”“ 小而全 ” ，國外則大多是 “ 小而專 ”“ 小而精 ” ，生產效率和經濟效益俱佳。 國內外模具的質 量水平不可同日而語，開發能力和經濟效益仍有差距。發達國家一個模具職工平均創造產值 15萬 20 萬美元，我國只有 4萬 5萬元人民幣。國外企業大都有一定利潤，而我國模具企業大多是微利甚至虧損。據統計 ， 2020年我國大陸制造工業對模具的市場需求量約為 400億元，今后幾年仍將以每年 10%以上的速度增長。大型、精密、復雜、長壽命模具需求的增長還將遠遠超過 每年10%的增幅。 汽車、摩托車行業的模具需求將占國內模具市場的一半左右。預計到 2020年汽車年產量將達 320 萬輛，保有量將達到 3000 萬輛。這將需要各種塑料制件36 萬 噸，而目前的生產能力僅為 20 多萬噸，發展空間十分廣闊。家用電器，如彩電、冰箱、洗衣機、空調等，在國內的市場也很大。目前，我國彩電年產量已超過 3200 萬臺，電冰箱、洗衣機和空調的年產量均超過了 1000 萬臺。 “ 十五 ”期間家電市場預計年增輻將超過 10%，家電行業的發展對模具的需求量將會很大。其他發展較快的行業，如電子、通訊和建筑材料等行業對模具的需求，都將 對中國模具工業和技術的發展產生巨大的推動作用。 另外，從國際市場來看，目前世界模具市場仍然是供不應求。近幾年，世界模具市場總量一直保持在 600 億 650 億美元之 間。美、日、法、瑞等國每年出口模具約占其本國模具總產值的 1/3，我國模具的出口量還不到總產值的 5%，我國模具出口可以發展的空間非常廣闊。根據國內和國際模具市場的發展狀況，有關專家預測，未來我國的模具經過行業結構調整后，將呈現十大發展趨勢：一是模 設計（論文）專用紙 第 13 頁 具日趨大型化；二是模具的精度將越來越高；三是多功能復合模具將進一步發展；四是熱流道模具在塑料模具中的比重將逐漸提高；五是氣輔模具及適應高壓注射成型等工藝的模具將有較大發展；六是模具標準化和模具標準件的應用將日漸廣泛；七是快速經濟模具的前景十分廣闊；八是壓鑄模的比例將不 斷提高，同時對壓鑄模的壽命和復雜程度也將提出越來越高的要求；九是塑料模具的比例將不斷增大；十是模具技術含量將不斷提高，中高檔模具比例將不斷增大，這也是 產品結構調整所導致的模具市場未來走勢的變化。 設計（論文）專用紙 第 14 頁 第 2 章 零件的工藝性分析 分析沖壓零件的工藝性包括技術和經濟兩個方面。在技術方面根據產品圖紙，主要分析沖壓件的形狀特點、尺寸大小、尺寸標注方法、表面質量要求和材料性能等因素是否符合沖壓工藝要求；在經濟方面，主要根據沖壓件的生產批量分析產品成本，闡明采用沖壓生產可 取得的經濟效益。因此，沖壓件的工藝性好與差，主要是指在不影響使用要求的前提下，能否用最簡單、最經濟的方法沖壓出來。能做到的話表明該沖壓件的工藝好；反之，工藝性差。 該零件為無凸緣圓桶，采用 的鋼板沖壓而成。要保證足夠的剛度與強度（零件圖 ）。該沖壓工作時受力不大，對其強度和剛度的要求不太高。該沖壓件，產量屬于中批量生產，外形較為復雜但分布對稱，這次涉及的材料為優質炭素工具鋼 08ZF 鋼，采用沖壓加工經濟型良好。 查《沖壓手冊》 [1] 表 85，可知 08F 鋼的機械性能如下表所示： 表 21 鋼號 拉深級別 鋼板厚度（ mm） 機械性能 σb /MPa) σ10 100,不小于 08F Z ≤ 4 275~392 32 S ≤ 4 275~412 20 P ≤ 4 275~412 28 查《沖壓手冊》 [1] 表 82，可知 08F 鋼的化學成分如下表所示： 表 22 鋼號 ω C 100 ω Si 100 ω Mn 100 ω P 100 ω S 100 ω Ni 100 ω Cr 100 ω Cu 100 08 ～ ～ ～ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ 設計（論文）專用紙 第 15 頁 查《沖壓手冊》 [1] 表 83，可知主要元素對 08F 鋼沖壓性能的影響： 表 23 元素名稱 對沖壓性能的影響 C 增加 Fe3C 的數量，提高鋼板的抗拉強度和屈服強度，降低塑形，使沖壓性能惡化，特別是當 Fe3C 出現于晶界時，不利于沖壓成型 Si Si 溶于鐵素體中，強化鐵素體的作用很大，增加強度，降低塑形，含硅量越低越好，深沖鋼壓板不能用硅脫氧 Mn 錳的直接影響不大，錳和硫形成 MnS 夾雜物，其數量和形態對沖壓性能有影響 P 磷顯著地增加強度和 脆性，并有偏析傾向，易于形成帶狀組織，對沖壓性能不利 S 形成硫化物，其數量、形狀和分布對沖壓性能有很大影響，數量多且呈細長條狀分布的硫化物對沖壓性能最不利 零件的工藝性分析 ① 外形尺寸：零件輪廓結構簡單、形狀對稱， 外形無尖角有利于提高模具壽命，為無凸緣圓桶件； ② 沖裁件的精度：沖裁件的精度與粗糙度： 未標注公差尺寸，屬于自由尺寸，可按 IT14 級確定工件尺寸的公差，查 《沖壓手冊》表 2— 5可得，工件基本尺寸：mmd ??? , mmh ?? ， mmR ?? , mmt ?? ； ③ 材料：零件材料為 08F 鋼，它的強度、硬度很低，而塑性、韌性極高，具有良好的沖壓成形性能，主要用來制造冷沖壓件； ④ 屬中批量生產。因此，可以采用沖壓方法生產。 設計（論文）專用紙 第 16 頁 圖 21 圓桶平面零件圖 圖 22 三維立體零件圖 設計（論文）專用紙 第 17 頁 確定工藝方案 ． 1 毛 坯 尺寸的計算 查《沖壓工藝學》 [2]公式（ 454） D = )(48)2(2)2( 122 rhdrrdrrd ?????? ? 式中 mmd ? ， mmr ? 查表 44 得： mmh 6~2?? ， 取 mmh 5?? mmhhh ???? 得 mmD 201? ． 2 確定拉深次數 圓桶件的拉深系數為 : 4 4 0 ][ ??? Ddm 由 2 4 0 0 0 0 ????Dt ，查《沖壓工藝學》表 45得 ][ 1 ?m , ][ 2 ?m , ][ 3 ?m 由于 ][][ 1mm ? ，所以需要多次拉深。 ][]][[ 21 mmm ?? ； ][3 9 ]][][[ 321 mmmm ?? 因此需要三次拉深。 ． 3 凸凹模工作部分的尺寸 （ 1）凹模圓角半徑 查《沖壓手冊》 [1]表 478得，第一次拉深凹模圓角半徑 mmrd 121 ? ； 設計（論文）專用紙