罩类零件成形工艺设计.doc

目录
1 文献综述 1
1.1 课题研究的目的和意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 拉深的难点及解决方法 3
1.3.1 表面粗糙度 3
1.3.2 不均匀拉深褶皱 4
2 模具的分析及设计过程 6
2.1 分析零件的冲压工艺性 6
2.2 大量生产类型的工艺特点 6
2.3 分析比较和确定工艺方案 7
2.3.1 理念基础——先进制造 7
2.3.2 计算毛坯尺寸 8
2.3.3 计算拉深次数 8
2.3.4 确定半成品的直径 9
2.3.5 确定半成品高度 10
2.4 工艺方案确定 12
2.4.1 落料拉深 12
2.4.2 拉深 13
2.4.3 再拉深 13
2.4.4 侧冲 14
2.4.5 检验 15
2.5 主要工艺参数的计算 15
2.5.1 工序方案 15
2.5.2确定排样、裁板方案 15
2.5.3 计算各工序冲压力和确定压力机吨位 16
2.6 模具结构设计 22
2.6.1 落料拉深模 22
2.6.2 拉深模 28
2.7 其他工序的安排 32
2.7.1 磁性探伤、调质及喷丸 32
2.7.2 抛光工序 32
2.7.3 清洗工序 33
2.7.4 检验工序 33
3． 模具主要零件的工艺设计 34
3.1机械制造工艺设计的一般性原则 34
3.1.1 零件的工艺分析：结构分析与技术要求分析 34
3.1.2 基准选择 34
3.1.3 拟定工艺路线 34
3.1.4 机床和工艺装备的确定 35
3.1.5 工序尺寸和公差的确定 35
3.1.6 切削参数的计算确定 35
3.1.7 工艺文件的编制 35
3.2.2 工艺规程设计 37
3.2.3 选择加工设备和工艺 39
4 模具零件材料的选择及热处理 41
5 结论 43
参考文献 44
致谢 46
1 文献综述
1.1 课题研究的目的和意义
拉深成形是板材立体成形中最重要的方法，因此往往使用拉深这个名称做为板金成形的总称，近来才将胀形、延伸、翻边等与拉深成形明确的加以区分。用拉深方法可以制成筒形、阶梯形、锥形、球形和其他不规则形状的薄壁零件。 如果和其他冲压成形工艺配合，还可以制造形状极为复杂的工件。用拉深方法来制造薄壁空心件生产效率高，材料消耗少，零件的强度刚度高，而且工件的精度高，因此在汽车、拖拉机、飞机、电器、仪表电子等工业部门以及日常用品的生产中，拉深工艺占据相当重要的地位。
近来，由于板金成形技术的发展和它的高生产率，所以切削加工件。铸件等有明显的向板金件转化的趋向，这对板金成型技术提出了越来越高的要求，其中心就是拉深成型。
所谓拉深成形就是利用板面内材料的移动，从平板形成容器状零件的成形方法。
拉深成形和胀形不同，后者是由于壁厚的减少和表面面积的增加而形成立体状的零件，但在拉深成形中，壁厚的减小不是变形的本质。因此深的立体状零件有肯能成型，这就是它被称为拉深成形的原因。而且用多次拉深法，不管是多深的立体状零件都可能成形。从成形的角度，可以把拉深成形的立体状零件分为三部分：a.底部-受到凸模力作用的部分 b.侧壁部-传递凸模力的部分 c.法兰部-切向（圆周方向）受压缩，同时流入凹模洞口的部分。
拉深成形的实质就在于法兰部分的变形。如果从法兰上取出一个小单元体来分析，起材料在切向上受压缩的同时向楔状的窄边方向流动。如果从变形时力的产生情况来看，随着材料向凹模洞口方向的移动，使材料切向受压缩，即有切向压缩力的作用。在整个法兰区里上述这种阻力的总和，即为总变形阻力，这就是拉深力产生的根源。其次，作为拉深成形的特征，在法兰上，由于切向压应力的存在，所以有产生皱纹的危险，为了防止起皱，需加压边力。此压边力又成为法兰移动的阻力，此力与材料自身的变形阻力合在一起即为总拉深阻力。
在拉深成形零件中，另一个部分是传递和支撑拉深力的部分。对于在法兰上产生的拉深阻力，如果不施加与之相平衡的拉深力，则成形是无法实现的，此拉深力由凸模给出，它经过侧壁传给法兰。侧壁为了传递此力，就必须经受它的作用，侧壁强度最弱处为凸模圆角部（即侧壁与底部转角处）附近，所以此处承载能力大小就成了决定拉深成型可否取得成功的重要因素。
1.2 国内外研究现状
由于拉深技术的普遍应用，促使国内外企业对它的研究。
尽管受到投资成本、工艺的可靠性等因素的困扰，在国内一些中、小企业还是把优化现有生产工艺作为企业发展策略的首选，但在国外以及国内的一些大型企业中已开始广泛研究和开发板材成形新技术、新工艺，如液力拉深、内高压成形、热成形等。采用新工艺有很多技术上的优势，可以提高材料利用率、减少零件制造工序和降低成本。
在传统的拉深过程中，极限拉深系数主要受到筒壁传递拉应力能力的限制。当拉深时筒壁所受拉应力超过筒壁传递拉应力的能力时，将会产生拉裂现象。此外，传统的刚性拉深工艺在减少拉深工序、降低模具成本、提高拉深件尺寸精度和表面质量以及适应多品种小批量生产等问题上受到一定限制。近些年来，国外已广泛开展可以应用液压成形法对板材零件进行成形加工的研究，这种工艺方法对传统的工艺技术进行了重要改进，综合了胀形与拉深两种变形方式，凹模可以根据坯料尺寸形状进行更换，凹模与坯料贴合后可以移动。用这种方法可以成形非常复杂的中小批量板材零件，成形后零件回弹少、精度高，不仅可以节省后续的加工及组装费用，而且可将原来需要多个零件组合的部件改成单个零件，既减少了零件组合工作，又节省模具投资和研制周期。液力拉深技术包括液力深拉深和液力正拉深两种。所谓液力深拉深就是利用压力介质（大多是油水乳剂）进行成形，主要应用在双动液压机上完成。液体介质一般为油或水。在下模设置压力介质容器，作为液压腔，并用于紧固凹模。液压容器与压机的压力调节装置相连，用一个夹紧环将凹模固定在液压容器上，同时在环上开有槽，将泄漏的液体排放出去。上模则由拉深凸模和压边圈构成，压边圈上装有一个溅油环，用来收集泄漏的液体。液力拉深模具结构如图1所示。

图1.1 液力深拉模具结构图
除此之外，还有很多先进的拉深方法，比如弹性凹模拉深，差温拉深，深冷拉深等。
1.3 拉深的难点及解决方法
1.3.1 表面粗糙度
冲压加工时，变形部分表面出现象桔子皮那样的凹凸状，就是表面粗糙。表面粗糙度达到十几微米以上时，一般要油漆2—4次才能复盖住，但是，油漆面的光洁度也不好，因此仍难弥补表面粗糙。从而，当产生表面粗糙时，或者喷上一层雾化油灰，或者根据情况需要，用打磨器将其去除。因此，对于表面粗糙问题，必须特别注意。
原因及消除方法：表面粗糙缺陷可分为冶金方面的原因及加工方面的原因。它们的特征是：前者引起的表面粗糙，发生在制品的整个表面；而后者引起的表面粗糙，发生在加工超限的地方，也就是说是局部发生。
(1)冶金方面的原因及消除方法。
一般人认为，表面粗糙与材料的晶粒大小有密切关系。对压延材料进行退火处理，可改变晶粒的大小。一般情况下，结晶温度越高，压延率越小，而处理时间越长，晶粒越大。如果晶粒变粗（大），拉伸强度就会降低，而延伸率提高，硬度降低。因此，当进行rp比较大的成形或者以胀形为主的成形时，晶粒粗大，其成形性、形状稳定性能也好。但是，胀形太厉害，晶粒粗大，会引起表面粗糙。另外，当进行深拉深时，选择强度极限大，即晶粒较小的材料较好。例如，不锈钢板，市场出售的晶粒度代号在NO  5.5～9.0的范围之内（数字越小，晶粒越大）。一般认为，铝板从400粒/mm2开始，就有发生表面粗糙的危险。用户使用不易产生表面粗糙的材料，或者即使表面粗糙多少发生一些，但不会引起大问题的材料更好，但在使用容易发生表面粗糙的材料，又必须进行条件要求高的加工时，就需要和材料生产厂方事先达成协议，使生产时不发生事故。从钢种来看，全脱氧钢（镇静钢）比沸腾钢好，因前者产生的表面粗糙较小，但成本高。
(2)加工方面的原因及消除方法。
由加工引起的表面粗糙，其特征是局限在超过加工极限的部位。当表面粗糙进一步发展，就会出现“凹槽”，即该部位的板厚局部变薄，条件如再进一步恶化，就会破裂。 防止这种表面粗糙的措施，是要找到产生的原因，最必要的处置办法是使表面粗糙部分的变形量减小。
a  改变成形条件。
b  改变成形形状。
c  将工序分开进行，使变形分散。
d  严格执行中间退火工艺规范。
1.3.2 不均匀拉深褶皱
像下图方锥台的棱线部位，由于形状急剧变化，不均匀拉伸力及其正交的压缩应力剪切应力，从而引起褶皱。角部R越小，褶皱越大。薄板方锥台的棱线下部发生褶皱的状况。棱线下部发生的凸起缺陷。

图1.2 方棱台褶皱示意图
消除方法：
(1)制品形状
①避免形状急剧变化。
②将角部R增大。
③将棱线R增大。
④将制品深度降低。
⑤设计成垂直壁。
(2)冲压作业
①调整压边圈压力的均衡度。
靠近棱线的材料，必须斤可能限制其流入，为此，主要应很好地研磨压紧面，以加强角部周围的接触。同时，还应当用提高压边力的方法进行拉深。
②寻求最佳毛坯形状
如果压边力不强，rp部下部会发生破裂，如果压边力太弱，凸缘面和角部则会发生褶皱。因此，能形成的范围很小。在这种情况下，应根据压边力，拉深筋，接触状态，毛坯形状等多方面因素进行综合判断。
③模具结构
在成形薄板方锥台时，除四周用封闭的拉深栏外，角部还加深筋成形实例。极薄板材，如果安装拉深筋，就会完全裂开，因此，必须通过调整压边力和接触状态来成形。
用拉深筋防止不均匀拉深褶皱是一个重要方法，所以必须检查其配制和形状。
④材料
如果不能制止褶皱，就需要将板材增厚，并改成n值，r值大的材料。

2 模具的分析及设计过程
2.1 分析零件的冲压工艺性
零件材料为T3，厚度为1.5毫米，形状简单，大批量生产，属阶梯形拉深。该零件为未注公差，侧壁带有小孔，尺寸要求不高，根据零件的要求，进行冲压工艺性分析，该零件为旋转阶梯零件，结构对称，其变形特点与圆筒形件的拉深基本相同，但由于接替零件拉深比较复杂，拉深系数有其自己的判断方法。该零件所用的材料是T3，其拉深性能很好，所以不需要采用特殊的工艺措施。零件厚度为1.5毫米，尺寸精度要求不高，故利用一般工艺完全可以满足其他要求。
同一个零件可以有多种加工方法。我们寻求一个最优的加工方法，无非是为了在自足实际生产条件的前提下，是所生产的产品达到质量、效率、效益的最优结合点。各种加工方法所能达到的加工经济精度不同，加工方法要立足于本厂实际，有要在达到加工要求的前提下提高效率，给工厂实际的效益[1]。
由于该零件为阶梯形有侧孔，基本工序：第一种：落料、拉深、再拉深、第三次拉深、切边、冲侧孔；第二种：落料拉深、再拉深、第二次拉深、切边、冲侧孔。由于模具精度要求不高，且制件的高度比较高，如果选用第一种方案，就必须多做一套模具，从而增加了成本。同时也不利于提高生产率，所以选用第二种方案
.7 其他工序的安排
其他工序的安排是为了完成产品加工的必不可少的部分，他能有效的降低废品率，延长产品使用寿命。
2.7.1 磁性探伤、调质及喷丸
在机械加工之前安排了磁性探伤，该工序可以检查出毛坯件存在的微裂纹，减少废品的产生。再如，我们在毛坯件生产出后安排了调质，用来获得高的韧度和足够的强度，在完成机械加工后安排喷丸处理，为表面强化工艺，利用压缩空气或离心力将大量珠丸(0.4mm)的告诉打击被加工零件表面，使表面产生冷硬层和残余压应力。可以显著提高零件的疲劳强度。设备为压缩空气喷丸装置或机械离心力喷丸装置，这些装置使珠丸以的速度喷出。零件经喷丸强化后，硬化层深度达0.7mm，表面粗糙度Ra值可由3.2um减小到0.4um，使用寿命提到几倍到几十倍。
2.7.2 抛光工序
抛光可以降低表面粗糙度，但不能提高工件的形状精度和尺寸精度，普通抛光工件表面粗糙度可达Ra0.4um。抛光工艺参数，一般抛光的线速度为2000m/min左右，抛光压力随抛光轮的刚性不同而不同，最高不大于1KPa，如果过大会引起抛光轮变形。一般在抛光10S后，可将前加工表面粗糙度减小，减小程度随不同磨粒种类不同而不同。查表抛光轮材料的选用，选抛光轮材料为棉布和毛毡，由于其柔软性较好对抛光剂保持性好。另查表软磨料的种类和特性，由工件材料和磨料特性(较硬，切削力强)选氧化烙(Cr2O3)作为软磨料。
2.7.3 清洗工序
抛光结束后安排清洗，来清洗精加工后半固态污染和抛光后的油泥，查表可得水剂金属清洗液配方、工艺参数和使用范围：
表 2.1 清洗工艺参数表
配比
质量分数%
工艺参数
6503清洗剂
0.2
常温
6501清洗剂
0.2
超声波清洗，
三乙醇胺油酸皂
0.2
清洗时间
水
余量

清洗后去毛刺，进一步提高已加工表面的表面质量。
2.7.4 检验工序
零件在机械加工中要进行多次中间检验，加工完毕后，还要进行最终检验。检验标准按图纸要求进行，一般分为下述3类：
观察外表缺陷及目测表面粗糙度；
检验主要表面的尺寸精度，例如用千分尺对零件的孔径进行测量；
检验主要表面的位置精度，例如侧孔的位置等。

2.6 模具结构设计
由于制件是一件小型制件，且精度要求不高，因此选用开式可倾力机。它具有工作台三面敞开，操作方便，成本低廉的优点[18]。选用拉深压力机应该对拉深功进行核算，否则会出现压力机在力的大小满足要求，但是功率有可能出现过载，飞轮转速降低，从而引起电动机转速降低太大，损坏电动机[19]。因此精确确定压力机压力应该根据压力机说明书中给出的允许工作负荷曲线，并校核功率。但是早一般条件下，可以根据生产车间的实际条件，在现有压力机中选取。
2.6.1 落料拉深模
(1) 模具结构形式的选择
因本拉深件的高度较高，故可采用落料拉深复合模，因为浅拉深件若采用复合模，则落料凸模(兼拉深凹模)的壁厚过薄，强度不足。本件凸凹模壁厚 b=123-64/2=29.5，能保证做的强度[20]。故采用复合模的结构形式是合理的。
(2) 模具工作部分尺寸和公差的确定
模具工作部分尺寸公差是影响冲裁件尺寸公差等级的首要因素，模具的合理间隙值也要靠模具工作部分尺寸及其公差来保证。因此，在确定凸凹模工作部分尺寸及其制造公差时，必须考虑到冲裁变形规律，冲裁件公差等级，模具磨损和制造的特点[21]。
实践证明，落料件尺寸由凹模刃口尺寸决定，而冲孔件尺寸由凸模刃口尺寸决定。所以，在计算凸凹模工作部分尺寸时，应按落料和冲孔两种情况分别考虑。在生产过程中，凸凹模刃口尺寸又因磨损而发生变化。凸模越磨越小，凹模越磨越大，结果使间隙越用越大。因此，在设计和制造模具时，取最小合理间隙。落料时，先确定凹模工作部分尺寸，其大小应取接近于或等于工件的最小极限尺寸，以保证凹模磨损到一定尺寸范围内，扔能冲出合格工件。凸模公称尺寸应比凹模工程尺寸小一个合理间隙值；冲孔时，先确定凸模工作部分尺寸，其大小应取接近于或等于孔的最大极限尺寸，以保证凸模磨损到一定尺寸范围内，仍能冲出合格的冲孔件。凹模公称尺寸应比凸模公称尺寸大一个合理间隙值。
对于落料件一般标注单向负公差。假定工件的尺寸为D，工件公差为，则工件尺寸就是：D 。冲孔件的公差一般为单向正公差，假定冲孔件的公称尺寸为d，工件公差为，则冲孔件尺寸为：d 。若工件尺寸标注有正负偏差，则应将正负偏差换算成上述要求的正偏差或者负偏差，若工件没有标注公差，则工件公差按国家标准非配合尺寸的IT14级来处理[22]。
1）计算落料凸、凹模刃口尺寸
本制件为简单轴对称图形，可用线切割法加工，故按配做法计算凸凹模刃口尺寸。根据凸、凹模刃口尺寸计算公式，先计算出落料凹模刃口尺寸。

--磨损系数 查表得=0.5
--工件公差 查表得=0.87
--凹模制造公差 查表得 =0.063
又查表可得 =0.09，则凸模刃口尺寸可按凹模配作，保证最小的间隙
2）计算拉深凸、凹模拉深部分尺寸
由于筒部尺寸为标注内形尺寸，则拉深凸、凹模工作部分应按以下公式计算：
凹模尺寸： D=
C—单边拉深间隙值，查表得[23]：c=1.2t
--工件公差。
则 D=
=
=67.948
凸模尺寸：
=(64+0.40.87)
=64.348
由于这是第一次拉深，属于工序间加工，拉深模的尺寸可取整数，即：

3）模具结构设计
①凹模厚度尺寸的计算
凹模厚度的计算公式为：
=

又因为冲裁轮廓全长为L=118.76mm，远超过了50mm，故应乘以修正系数K，由表可查得凹模厚度的修正系数为 K=1.6

3． 模具主要零件的工艺设计
3.1机械制造工艺设计的一般性原则
3.1.1 零件的工艺分析：结构分析与技术要求分析
(1)、分析零件图
熟悉零件图，了解零件的用途及工作条件；分析零件图上各项技术要求，确定主要加工面。
(2)、结构工艺性分析
机械加工对零件结构的要求；装配、维修对零件结构的要求。
(3)、零件技术要求分析
(4)、加工表面的尺寸精度和形状精度
3.1.2 基准选择
定位基准的选择对保证加工面的位置精度，确定零件加工顺序具有决定性影响，同时也影响到工序数量、夹具结构等问题，因此必须根据基准选择原则，认真分析思考。
粗、细基准选择以后，还应确定各工序加工时工件的夹紧方法、夹紧装置和夹紧作用方向。
3.1.3 拟定工艺路线
制定工艺路线主要指确定加工方法和划分加工阶段。
(1) 选择加工方法应以零件加工表面的技术条件为依据，主要是加工面的尺寸精度、形状精度、表面粗糙度，并综合考虑各方面工艺因素的影响。一般是根据主要表面的技术条件先确定最终加工方法，接着再确定一系列准备工序的加工方法，然后再确定其他次要表面的加工方法。
(2) 在各表面加工方法选定以后，就需进一步考虑这些加工方法在工艺路线模具零件材料的选择及热处理
冲模所用材料有很多种类，包括金属材料与非金属材料，但是模具零件主要使用的是各种黑色金属(铁金属)材料，其中，模具工作零件如何选用工具钢最为重要。
由于模具中的各种零部件的功能不同，所以对其材料的要求和选用的原则不同。因此，合理选用模具材料也是冲压设计中一项十分重要的工作。
显然，模具的工作零件所用材料要比其他零件所用材料好。一般来说，对于形状简单，冲压件尺寸不大的模具工作零件，常用碳素工具钢制制造；对于形状复杂，冲压件尺寸较大的模具工作零件，常用合金工具钢或高速工具钢；对于冲压件精度或模具寿命要求较高的模具工作零件，常用硬质合金或钢结硬质合金。
模具工作零件的材料选用是最重要和严格的，还包括对其热处理工艺的要求必须合理。所以工程习惯上所谓的冷冲模具钢是针对模具工作零件而言的。
模具零件材料选用中，出了工作零件选用最为重要外，较为突出的是导柱、导套零件。一般选用优质碳素钢中的低碳钢渗碳淬火或选用轴承钢制造。
表3.1 落料拉深模各部分材料的选用及热处理
零件名称
材料
热处理及硬度
上、下模座
HT200
时效、调质处理28-32
模柄
A3

导柱、导套
20(导柱渗碳淬火)
HRC60
螺钉、销
Q235、45
(对45钢)
凹模板
T8A
HRC
凸模
T10A
淬硬
顶杆、垫板、推件块
40、50

表3.2 二次拉深模各零件材料的选取及热处理
上、下模座
HT200
时效、调质处理
螺钉、螺栓、横销
45

压边圈、凸凹模
T8A
淬硬
固定板、推件块、顶杆
45

表3.3 侧冲模各零件材料的选取及热处理
上、下模座
HT200
时效、调质处理
顶杆、螺钉、螺栓、横销
45

凸、凹模，压边圈
T8A
淬硬HRC
模柄
A3

导柱、导套
20

本团队全部是在读机械类研究生，熟练掌握专业知识，精通各类机械设计，服务质量优秀。可全程辅导毕业设计，知识可贵，带给你的不只是一份设计，更是一种能力。联系方式：QQ712070844，请看QQ资料。
5 结论
我在查阅了大量的工艺方面文献的基础上，对罩类零件的加工工艺进行了设计，完成了该零件工艺设计的相关计算，并画出了装配图。
罩类零件是飞行器上不可缺少的零件，其工艺设计很重要。但工艺设计本身是具体的、实际的。在设计过程中，我遇到了不少困难，但在老师和同学们的帮助下，顺利的克服了这些困难，最终完成了本次设计。同时也学到了很多新东西，包括书本上以前模糊的，其他资料上的新东西。学会了和他人团结合作，也明白了很多处事的道理。更可贵的是锻炼了自己的心境，如何尽自己的力量、发挥自己的潜力保质保量的完成工作。
本次设计中我获益匪浅。无论是对资料的查阅，对资料的运用，借鉴，还是对所学知识的运用，使我深刻的体会到：做为一个设计人员在设计过程中应做到科学、严谨、仔细、认真。
一句话，本次设计任务，即是对所学知识的巩固和提高，也是对新知识的探讨，更是我走向实际工作岗位前的第一步。

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