外壳模具设计

1 绪论模具是大批量生产同形产品的工具，是工业生产的主要工艺装备。

模具工业是国民经济的基础工业。

现代模具工业有“不衰亡工业”之称。

世界模具市场总体上供不应求，市场需求量维持在700亿至850亿美元，同时，我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。

模具可保证冲压产品的尺寸精度，使产品质量稳定，而且在加工中不破坏产品表面。

用模具生产零部件可以采用冶金厂大量生产的廉价的轧制钢板或钢带为坯料，且生产中不需要加热，具有生产效率高，质量好，质量高，成本低且节约能源和原材料等一系列有点，是其他加工方法所不能比拟的，使用模具已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。

现代制造工业的发展和技术水平的提高，很大程度上取决于模具工业的发展。

目前，工业生产中普遍采用模具成形工艺方法，以提高产品的生产率和质量。

一般压力机加工，一台普通压力机每分钟可以生产零件几件到几百件，高速压力机的生产效率已达到每分钟数百件甚至上千件。

显而易见，模具作为一种专用的工艺装备，在生产中的决定性作用和重要地位逐渐为人们所共识。

1.1国内模具的现状和发展趋势1.1.1国内模具的现状模具的发展是体现一个国家现代化水平高低的一个重要标志。

就我国而言，经过了这几十年曲折的发展，模具行业也初具规模，从当初只能靠进口到现在部分进口已经跨了一大步，但还有一些精密的冲模自己还不能生产只能通过进口来满足生产需要。

随着各种加工工艺和多种设计软件的应用使的模具的应用和设计更为方便。

随着信息产业的不断发展，模具的设计和制造也越来越趋近于国际化。

现在模具的计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）技术的研究和应用，大大提搞了模具设计和制造的效率，减短了生产周期。

采用模具CAD/CAM技术，还可提高模具质量，大大减少设计和制造人员的重复劳动，使设计者有可能把精力用在创新和开发上。

尤其是pro/E和UG等软件的应用更进一步推动了模具产业的发展，数控技术的发展使模具工作零件的加工趋进于自动化，电火花和线切割技术的广泛应用也对模具行业起到了飞越发展。

模具的标准化程度在国内外现在也比较明显，特别是对一些通用件的使用应用的越来越多。

其大大的提高了它们的互换性，加强了各个地区的合作，对整个模具的行业水平的提高也起到了重要的作用。

1.1.2国内模具的发展趋势巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。

虽然我国的模具工业和技术在过去的十多年得到了快速发展，我国先后引进了一批现代化的模具加工机床。

在此基础上，参照已有的进口模具，我国成功地复制了一批替代品，如汽车覆盖件模具等。

模具国产化使我国模具制造水平逐渐赶上了国际先进水平，但计算机应用方面仍然存在很大差距。

在我国产业政策和与之配套的一系列经济政策的支持和引导下，“九五”期间我国模具工业发展迅速，模具行业产品结构有了较大改善，模具商业化水平提高了尽10%，中高档模具占模具总量的比例有了明显提高，模具进出口比例也逐步趋向合理。

相信在政府的大力支持下，通过本行业和相关行业企业以及广大模具工作者的共同努力，我国模具工业水平必将大大提高，为国家经济建设作出更大的贡献。

1.2国外模具的现状和发展趋势模具是工业生产关键的工艺装备，在电子、建材、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯器材等产品中，60％～80％的零部件都要依靠模具成型；而自行车，手表，洗衣机，电冰箱及电风扇等轻工业产品，由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模具来进行。

从 20世纪70年代至今，计算机逐渐进入模具生产的设计，制图，管理等各个领域；辅助进行零件图纸输入，毛坯展开。

条料的排样，确定模座尺寸和标准，绘制装配图和零件图，输入NC（用于数控加工中心和线切割编程）等工作，使得模具设计、加工精度与复杂性不断提高，模具制造周期不断缩短。

当前国际上计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）的发展趋势是：继续发展几何图形系统，以满足复杂零件和模具的要求；在CAD和CAM的基础上建立集成系统(CIMS);开展塑性成形模拟技术（包括物理模拟和数字模拟）的研究，以提高工艺分析和模具CAD的理论水平和实用性；开发智能数据库和分布式数据库，发展专家系统和智能CAD等。

1.3 外壳模具设计与制造方面1.3.1外壳模具设计的进度1.了解目前国内外冲压模具的发展现状，所用时间20天；2.确定加工方案，所用时间6天；3.模具的设计，所用时间30天；4.模具的调试．所用时间5天。

在设计中，深刻的体会到了自己知识的有限，得到了身边同学的热情帮助，尤其是知道老师的大力帮助下才能完成此次毕业设计，在此表示衷心感谢！本次设计中，由于学生水平有限，而且缺乏经验，设计中难免存在多处不足之处，恳请各位老师指正。

2 落料拉深冲孔复合模产品图如下图工件：名称：外壳材料：08钢板厚：t=2.0mm生产批量：大批量图-12.1冲裁工艺分析冲压工序性质的确定主要取决于冲压件的形状尺寸和精度要求。

同时还应考虑冲压变形规律及某些具体条件的限制。

通常在确定工序性质时应当考虑以下几个方面：1）从零件图上直观的确定工序性质。

2）对零件图进行计算分析，比较后确定工序性质。

3）为改善冲压变形条件，方便工序定位，增加附加工序。

根据零件图，该冲压件为底部带孔的圆筒形拉深件，拉深高度不高，冲压件材料为08钢，拉深成形性能较好，又由于产品批量较大，工序分散的单一工序生产不能满足生产要求需要，应考虑工序集中的工艺方法。

经综合分析论证，采用落料、拉深、冲孔复合模，既能满足生产量的要求，又能保证产品质量和模具的合理性。

2.2工序数量的确定确定工序数量的基本原则是：在保证工件质量，生产效率和经济性要求的前提下，工序数量应尽可能的减少。

2.3工序顺序和组合2.3.1工序顺序各工序的安排主要取决于冲压变形规律和零件的质量要求。

工序顺序的安排一般应注意以下几个方面：1）所有的孔只要其尺寸和形状不受后续工序的影响，都应在平板坯料上冲。

2)所在位置会受到以后某工序变形的影响的孔，一般都应在有关的成型工序完成后再冲孔。

2.3.2工序组合方式的选择冲压工序的组合是将两个或两个以上的工序分析合并在一道工序内完成。

减少工序及占用的模具设备和数量，提高效率和冲压件的精度，在确定工序组合时，首先应考虑组合的必要性和可行性，然后再决定是否组合。

1）工序组合的必要行主要取决于冲压件的生产批量。

2）工序组合的可行性受到多种因素的限制，应保证能冲出形状、尺寸和精度均符合要求的图样，实现其所需动作保证有足够的强度与现有的冲裁设备条件相适应。

在工艺性分析的基础上，列出各种可能的冲压工艺方案，包括工序性质，工序数目，工序顺序及组合方式等，并对各种可能工艺方案从产品质量、生产效率、模具制造成本、安全性、经济性等方面进行综合分析论证，选出最佳冲压工艺方案。

此次设计的产品为冲压件，材料为08钢板，优质碳素结构钢，具有良好的可冲裁性能，冲裁件结构简单，内、外行无尖锐清角，零件表面粗糙度无特殊要求，对零件图上有尺寸未标注公差，属于自由尺寸，可以按IT14级确定。

2.4工艺方案的确定该零件所需的冲压工序为落料、拉深、冲孔和修边，可拟定出以下三种工艺方案：方案一：先落料、再拉深,切边和冲孔,采用单工序模具生产。

方案二：落料-拉深-冲孔-切边复合冲压。

采用复合模生产。

方案三：落料-拉深-冲孔-切边连续冲压。

采用连续模生产。

方案一模具结构，但是需要四到工序，即需要落料模，拉深模，冲孔模，切边模四副模具，生产成本高，生产效率低，只能满足小批量生产。

方案二只需一幅模具，冲压件的形位精度和尺寸精度易保证，且生产效率也高。

尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状简单对称，模具制造并不困难。

方案三也只需一幅模具，生产效率也很高，但零件的冲压精度稍差。

欲保证冲压件的形位精度，须在模具上导正销导正，故其模具制造，安装较复合模复杂。

综上分析，冲裁件的尺寸精度要求不高，形状不大。

根据材料厚度（2.0mm），又通过以上3个方案的比较，采用方案2较佳。

3必要的工艺计算3.1坯料尺寸的计算：=101±0.25mm,d=(80-2)mm=78mm.有凸缘筒形件的相对直由工件图可知，d凸‘径dt/d=101/78=1.29。

因为带凸缘筒形件可分为窄凸缘筒形件dt/d=1.1～1.4和宽凸缘筒形件（dt/d＞1.4），所以由上述数据dt/d=101/78=1.29判断该件为窄凸缘筒形件，窄凸缘筒形件拉深时的工艺计算完全按一般无凸缘筒形件的工艺计算方法。

（1）确定修边余量由H=40-2=38mm, H/d=0.49,查教材表 4.1得修边余量 =2mm，则拉深件的总高度H为H=(38+2)mm=40mm。

h（2） 求出毛坯直径D 尺寸 D= 2256.072.14d r dr dH --+≈133mm3.2判断是否用压边圈因为t/D ×100≈1.5, m 1=0.50 ,由教材表4.7查得采用压料装置。

首次拉深 再次拉深图-2 压边圈各次拉深采用形式 3.3判断能否一次拉深：工件的总拉深系数m 总=d/D=78/133=0.59,工件总的拉深相对高度H/d=38/78=0.49,由dt/d=101/78=1.29,t/D ×100=2/133×100≈1.5，查教材表4.3得窄凸缘筒形件第一次拉深的极限拉深系数m 1=（0.50～0.53）由教材表 4.5查得，窄凸缘筒形首次拉深的极限相对高度h1/d1=(0.94～1.54)，由于m 总=0.59＞m 1=（0.50～0.53），H/d=0.49＜h1/d1=(0.94～1.54)故此工件可一次拉深成形。

3.4 排样设计3.4.1确定零件排样方案：设计复合模时，首先要设计条料排样图。

常见的排样方法有：A：根据零件图可选用少废料的利用率情况，排样有三种：a、有废料排样b、少废料排样c、无废料排样根据零件图可选用少废料排样。

沿冲件部分外形切断或冲裁，只有在冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间留有搭边。

这种排样利用率高，用于某些精度要求不是很高的冲裁件排样。

B:排样的形式分为直排式，斜排式，直对排，斜对排，混合排等。

根据零件形状和排样方法确定单直排排样方式。

该工件具有圆形的特点，采用直对排的排样方案可以提高材料的利用率，减少废料。

3.4.2 确定搭边与搭肩值：查教材表2.9取得搭边值为工件间a=1.2mm和侧面a=1.5mm3.4.3 计算送料步距和条料的宽度：条料宽度：B＝（133+2×1.5）mm＝136mm步距：S＝133mm+1.2mm＝134.2mm图-33.4.4 计算材料的利用率:计算冲压件毛坯的面积：A=π（D/2）2=3.14×（133/2）2=13885.865mm 2一个步距的材料利用率：η=NA/BS ×100%=(1×13885.865)/( 136×134.2) ×100%≈76.1%η=76.1%3.5 计算冲压力为了解决拉深过程中的起皱问题，生产实际中的主要方法是在模具的结构上采用压料装置。