電池殼的沖壓模具設(shè)計(jì)

湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書題 目： 電池殼的沖壓模具設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)： 2010963108 姓 名： 高偉韜 指導(dǎo)教師： 李玉平 完成日期： 2014.5.29 目 錄摘要.1Abstract.2第1章 緒論.3 1.1沖壓模具簡(jiǎn)介.3 1.2沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀及技術(shù)趨勢(shì).4第2章 沖壓件的工藝性分析及總體方案的設(shè)計(jì).5 2.1沖裁件的工藝性分析.6 2.2沖孔.6 2.3沖裁精度.6 2.4沖裁工藝方案的選擇與確定.7第3章 主要設(shè)計(jì)計(jì)算.8 3.1排樣方式的確定及其計(jì)算.8 3.1.1確定合理的排樣方式.8 3.1.2確定條料寬度和步距.9 3.1.3計(jì)算利用率.9 3.2沖壓力的計(jì)算. 10 3.2.1沖裁力.10 3.3壓力中心的確定與相關(guān)計(jì)算. .11 3.4工作零件刃口尺寸的計(jì)算.14 3.4.1沖孔.15 3.4.2落料.17第4章 電池殼的拉伸工藝及計(jì)算.18 4.1零件的工藝性分析.18 4.2工藝方法的確定.19 4.3零件工藝計(jì)算.19 4.3.1拉伸工藝計(jì)算.19 4.3.2確定拉伸次數(shù).19 4.3.3確定各次拉伸半成品尺寸.19 4.4排樣計(jì)算.21 4.5落料拉伸復(fù)合模工藝計(jì)算.22 4.5.1落料凹凸模刃口尺寸計(jì)算.22 4.5.2首次拉伸凸凹模尺寸計(jì)算.23 4.5.3壓邊力和拉伸力計(jì)算.24 4.6模具零部件結(jié)構(gòu)的確定.24 4.6.1落料、拉伸復(fù)合模零部件設(shè)計(jì).24 4.6.2其他零部件設(shè)計(jì).25 4.7模具閉合高度校核.25第5章 沖床的選用與校核.26 5.1沖床的選用.26 5.2沖床的校核.26第6章 模具的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).27 6.1模具的類型選擇.30 6.2模架的選擇.30 6.2.1模架的形式.30 6.2.2導(dǎo)柱和導(dǎo)套.30 6.2.3模柄的選擇.30 6.3定位零件的選擇.30第7章 工作零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算.31 7.1凸模.31 7.1.1凸模的結(jié)構(gòu)形式.31 7.1.2材料選取.31 7.1.3凸模的固定形式.31 7.2凹模.32 7.3凹凸模.32第8章 模具的裝配與檢測(cè).34 8.1模具的裝配.34 8.2模具的檢測(cè).34 8.3常見的試沖缺陷和調(diào)整方法.34致謝.36參考文獻(xiàn).37摘 要 本設(shè)計(jì)為電池殼的沖壓模具設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)零件的尺寸、材料、批量生產(chǎn)等要求，首先分析零件的工藝性，確定沖裁工藝方案及模具結(jié)構(gòu)方案，然后通過工藝設(shè)計(jì)計(jì)算，確定排樣和搭邊，計(jì)算沖壓力和壓力中心，初選壓力機(jī)，計(jì)算凸、凹模刃口尺寸和公差，最后設(shè)計(jì)選用零、部件，對(duì)壓力機(jī)進(jìn)行校核，繪制模具總裝草圖，以及對(duì)模具主要零件的加工工藝規(guī)程進(jìn)行編制。其中在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，主要對(duì)凸模、凹模、凸凹模、定位零件、卸料與出件裝置、模架、沖壓設(shè)備、緊固件等進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對(duì)于部分零部件選用的是標(biāo)準(zhǔn)件，就沒深入設(shè)計(jì)，并且在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)，對(duì)部分零部件進(jìn)行了加工工藝分析，最終才完成這篇畢業(yè)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：模具；沖裁件；凸模；凹模；凸凹模；AbstractThedesignforaplateofcoldstampingdiedesign,accordingtothesizeofthedesigncomponents,materials,massproduction,etc.,thefirstpartoftheprocessofanalysistodeterminetheblankingprocessplanninganddiestructureoftheprogram,andthenthroughtheprocessdesigncalculations,determinethenestingandcuttingboard,calculatethepressureandpressurewashedcenters,primarypresses,computingconvexandconcaveDieCuttingEdgedimensionsandtolerances,thefinaldesignselectionofpartsandcomponents,topressforchecking,drawingdieassemblydrawings,aswellasMoldprocessingtechnologyofthemainpartstothepreparationprocedures.Inwhichthestructuraldesign,primarilytothepunchanddie,punchanddie,positioningparts,unloadingandoutofpiecesofequipment,mold,pressingequipment,fasteners,etc.hasbeendesigned,fortheselectionofsomecomponentsarestandardparts,thereisnoin-depthdesign,andstructuraldesign,whilesomepartsfortheprocessingprocessanalysisandultimatelytocompletethisgraduationproject.Keywords:mold;stampingparts;punch;die;punchanddie;第1章 緒論1.1沖壓模具簡(jiǎn)介 在現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中，模具是重要的工藝裝備之一，它在鑄造，鍛造，沖壓，塑料，粉末冶金，陶瓷制品等生活生產(chǎn)行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。由于采用模具能提高生產(chǎn)效率、節(jié)約材料、降低成本，并且可以保證一定的加工質(zhì)量要求，所以，汽車，飛機(jī)、拖拉機(jī)電器、儀表、玩具和日常用品等產(chǎn)品的零部件很多都采用模具加工。隨著工業(yè)科學(xué)技術(shù)的，工業(yè)產(chǎn)品的品種和數(shù)量不斷增加，產(chǎn)品的改性換代加快，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、外觀不斷提出新的要求，對(duì)模具質(zhì)量的要求也越來越高。，如果模具設(shè)計(jì)及制造水平落后，產(chǎn)品質(zhì)量低劣，制造周期長(zhǎng)，必將影響產(chǎn)品的更新?lián)Q代，使產(chǎn)品失去競(jìng)爭(zhēng)能力，阻礙生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，模具設(shè)計(jì)及制造技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位是顯而易見的。 沖壓是在室溫下，利用安裝在壓力機(jī)上的模具對(duì)材料施加壓力使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需的零件的一種壓力加工方法。冷沖壓在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛，其加工效率高，且操作方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；沖壓時(shí)模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度，一般不破壞沖壓件的表面質(zhì)量，而且壽命比較長(zhǎng)，所以沖壓件質(zhì)量穩(wěn)定，互換性好具有“一模一樣”的特征；可以加工出尺寸范圍比較大、形狀復(fù)雜的零件，如小到鐘表的秒針，大到汽車縱梁、覆蓋件等，加上沖壓時(shí)材料冷變形硬化效應(yīng)，沖壓件強(qiáng)度和剛度均較高；沖壓沒有切屑廢料的生成，材料的消耗小，且不需要其他的熱設(shè)備，也是一種省料的加工方法；沖壓件陳本較低；但是沖壓一般使用的模具具有專用型，有時(shí)一個(gè)復(fù)雜的零件需要數(shù)套模具才能加工成型，且模具精度較高，技術(shù)要求高，是技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，所以只有在沖壓件生產(chǎn)批量較大杜鋒情況下才能充分的體現(xiàn)從而獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。1.2沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀及技術(shù)趨勢(shì) 改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)模具的需求量不斷增長(zhǎng)。近年來，模具工業(yè)一直以15%左右的增長(zhǎng)速度快速發(fā)展，模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化，除了國有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨(dú)資和私營(yíng)也得到了快速發(fā)展。廣東一些大集團(tuán)公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，科龍、美的、康佳等集團(tuán)紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資和外商獨(dú)資的模具企業(yè)現(xiàn)已有幾千家。 隨著與國際接軌的腳步不斷加快，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，人們已經(jīng)越來越認(rèn)識(shí)到產(chǎn)品質(zhì)量、成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性。而模具制造是整個(gè)鏈條中最基礎(chǔ)的要素之一。近年許多模具企業(yè)加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投資力度，將技術(shù)進(jìn)步視為企業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿ΑＲ恍﹪鴥?nèi)模具企業(yè)已普及了二維CAD，并陸續(xù)開始使用Pro/E、PDX、UG NX、NX Progressive Die Design、I-DEAS、Euclid-IS、Logopress3、3DQuickPress、MoldWorks和Topsolid Progress等國際通用軟件，個(gè)別廠家還引進(jìn)了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件，并成功應(yīng)用于沖壓模的設(shè)計(jì)中。以汽車覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技術(shù)已取得很大進(jìn)步，東風(fēng)汽車公司模具廠、一汽模具中心等模具廠家已能生產(chǎn)部分轎車覆蓋件模具。此外，許多研究機(jī)構(gòu)和大專院校開展模具技術(shù)的研究和開發(fā)。經(jīng)過多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術(shù)方面取得了顯著進(jìn)步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計(jì)制造周期等方面做出了貢獻(xiàn)。 雖然中國模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設(shè)備在模具加工設(shè)備中的比重比較低；CAD/CAE/CAM技術(shù)的普及率不高；許多先進(jìn)的模具技術(shù)應(yīng)用不夠廣泛等等，致使相當(dāng)一部分大型、精密、復(fù)雜和長(zhǎng)壽命模具依賴進(jìn)口。第2章 沖壓件的工藝性分析及總體方案的設(shè)計(jì)下圖2-1所示為沖裁零件的限位板材料：A3(A3為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，具有較好的沖裁成形性能)厚度：3mm生產(chǎn)批量：大批量未標(biāo)注公差：按IT14級(jí)確定 44圖2-1 限位板2.1沖裁件的工藝性分析 沖壓件的工藝性是指沖壓件對(duì)沖壓工藝的適應(yīng)性。沖裁件的工藝性是否合理，對(duì)沖裁件的質(zhì)量、模具壽命和生產(chǎn)率有很大影響，在一般情況下，對(duì)沖壓件工藝性影響最大的幾何形狀尺寸和精度要求。良好的沖壓工藝性應(yīng)能滿足材料較省、工序較少、模具加工較容易、壽命較高、操作方便及產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等要求。2.2沖孔如圖2-1所示，限位板寬b=44mm，厚t=3mm，零件沖孔d=30mm，滿足設(shè)計(jì)要求d2t，且沖裁件外形由直線和圓弧組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無尖角，對(duì)沖裁加工較為有利，且圓角半徑r0.5t，有利于延長(zhǎng)模具壽命。根據(jù)表2-1，已知材料A3屈服點(diǎn)大小為235Mpa，選dt為最小孔，滿足設(shè)計(jì)要求。表2-1 自由凸模沖孔的最小尺寸(mm) 材料圓孔方形孔矩形孔長(zhǎng)圓孔鋼700Mpa鋼=400-700Mpa鋼2t矩形件或邊長(zhǎng)L50或r0.10.50.04500550.0650.080.52.50.040.050.0500.062.56.50.030.040.0400.056.50.020.030.0250.03查表得： K卸=0.035 K推=0.04 K頂=0.05F卸=0.035170408=5964.2N （3-14） F推=0.04170408=6816.3N （3-15） F頂=0.05170408=10224.5N （3-16）總沖壓力：F0 =F +F推+F卸=221531+5964.2+6816.3=234311.5N （3-17）3.3壓力中心的確定與相關(guān)計(jì)算 在設(shè)計(jì)模具時(shí)，要求模具模柄中心（一般情況也是凹模幾何中心）與壓力中心重合。對(duì)要求不高或沖裁力較小或間隙較大的模具，壓力中心也不允許超出模柄投影面積范圍。（a）對(duì)稱形狀的單個(gè)沖裁件，沖模的壓力中心就是沖裁件的幾何中心。（b）工件形狀相同且分布位置對(duì)稱時(shí)，沖模的壓力中心與零件的對(duì)稱中心相重合。（c）形狀復(fù)雜的零件、多凸模的壓力中心可用解析計(jì)算法求出沖模壓力中心。 計(jì)算壓力中心，應(yīng)先畫出凹模型口圖，如圖3.2所示，在圖中將xOy坐標(biāo)系建立在如圖所示的位置上，將沖裁輪廓線按幾何圖形分解成L1L10基本線，每條線都要計(jì)算出線總長(zhǎng)度、力的作用點(diǎn)到x軸的距離及到y(tǒng)軸的距離。L1、L3、L4、L、L、L9是圓弧，其力在x方向的作用點(diǎn)可從有關(guān)手冊(cè)中查出，位于距圓心2R/處；L3、L6、L、L10是直線，力的作用點(diǎn)位于直線中間；L2由1個(gè)30mm的圓組成，力的作用點(diǎn)位于30mm的圓心. 圖3-2壓力中心根據(jù)下表3-3，代入壓力中心計(jì)算公式求得該模具的壓力中心點(diǎn)的坐標(biāo)X0= ( L1x1+L2x2+L10x10)/(L1+L2+L10)=0mm （3-18）Y0=(L1y1+L2y2+L10y10)/(L1+L2+L10)=26.04mm （3-19）表3-3:壓力中心數(shù)據(jù)表壓力中心數(shù)據(jù)表基本要素長(zhǎng)度L/mm各基本要素壓力中心的坐標(biāo)值XYL1=69.115053.34L2=94.2478044L3= 31.15482228.42L4= 6.90123.7110.17L5= 29.664531.820L6=2814-9L7=28-14-9L8=29.6645-32.820L9=6.901-23.7110.17L10=31.1548-2228.42合計(jì)354.8034026.043.4工作零件刃口尺寸的計(jì)算 在沖裁件尺寸的測(cè)量和使用中，都是以光亮面的尺寸為基準(zhǔn)的。落料件的光亮面是因凹模刃口擠切材料產(chǎn)生的，而孔的光亮面是凸模刃口擠切材料產(chǎn)生的，故計(jì)算刃口尺寸時(shí)，應(yīng)按沖孔和落料兩種情況分別進(jìn)行。 已知材料為A3，厚度3mm，沖裁件精度IT14，公差表如表3-4所示: 表3-4 IT12-IT14級(jí)公差標(biāo)準(zhǔn)基本尺寸 IT12(mm)IT13(mm)IT14(mm)3mm0.10.140.253-6mm0.120.180.36-10mm0.150.220.3610-18mm0.180.270.4318-30mm0.210.330.5230-50mm0.250.390.6250-80mm0.30.460.7480-120mm0.350.540.87120-180mm0.40.631180-250mm0.460.721.15250-315mm0.520.811.3315-400mm0.570.891.4400-500mm0.630.971.55按照IT14級(jí)査取沖裁件中未標(biāo)注的尺寸公差： 計(jì)算原則：1.設(shè)計(jì)落料模時(shí)，以凹模為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上。設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，以凸模為基準(zhǔn)，間隙取在凹模上。2.由于沖裁中凸凹模的磨損，設(shè)計(jì)落料模時(shí)，凹模公稱尺寸應(yīng)取工件尺寸公差范圍內(nèi)的較小尺寸；設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，凸模公稱尺寸應(yīng)取工件尺寸公差范圍內(nèi)的較大尺寸。3.4.1沖孔凸模制造偏差取負(fù)偏差，凹模取正偏差，其計(jì)算公式為： （3-20） （3-21）其中T為凸模下偏差，A為凹模上偏差，x為磨損系數(shù)，為工件的公差值沖裁件初始雙面間隙如表3-5所示： 表3-5 沖裁件初始雙面間隙表材料厚度08,10,3516Mn40,5009Mn2,A3t/mmZminZmaxZminZmaxZminZmax0.50.040.060.040.060.040.060.60.0480.0720.0480.0720.0480.0720.70.0640.0920.0640.0920.0640.0920.80.0720.1040.0720.1040.0720.1040.90.090.1260.090.1260.090.12610.10.140.10.140.10.141.20.1260.180.1320.180.1320.181.50.1320.240.170.240.170.241.750.220.320.220.320.220.3220.2460.360.260.380.260.382.10.260.380.280.40.280.42.50.360.50.380.540.380.542.750.40.560.420.60.420.630.460.640.480.660.480.663.50.540.740.580.780.580.78通過查沖裁件初始雙面間隙得：Zmax=0.64mm Zmin=0.46mm Zmax-Zmin=0.18mm （3-22）沖孔部分沖裁凸模，凹模的制作公差如表3-6所示：表3-6 制作公差表基本尺寸凸模偏差凹模偏差基本尺寸凸模偏差凹模偏差1818301830 0.0200.0200.0250.030120180180160 0.0300.0400.045 80120 0.025 0.0351603601360500500300.0350.0400.0500.0500.0600.070查表可得：T=0.02mm A=0.025mm 校核間隙：T+A=0.045mmZmax-Zmin （3-23）所以滿足+的條件，制造公差合適。磨損系數(shù)如表3-7所示：表3-7 磨損系數(shù)表工件精度IT10以上=1工件精度IT11IT13=0.75工件精度IT14=0.5因孔的公差等級(jí)為IT14級(jí)，所以磨損系數(shù)x=0.5表3-8材料厚度材料厚度t()非 圓 形 圓 形 10.750.50.750.5工件公差 4 0.160.200.240.30 0.170.350.210.410.250.440.310.590.360.420.500.60 0.160.200.241mm)，所以所有的計(jì)算以中線為準(zhǔn)。修邊余量的確定 （4-1）零件的相對(duì)高度，經(jīng)查書沖壓工藝及沖壓模設(shè)計(jì)第五章表5-2知修邊余量，故修正后拉深件的總高應(yīng)為 預(yù)算坯料直徑 （4-2）由公式計(jì)算出其中: 代入數(shù)值 算得壓邊圈的選擇零件的相對(duì)厚度，經(jīng)查沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)技術(shù)問答第131面知：壓邊圈為可用可不用的范圍，為了保證零件質(zhì)量，減少拉深次數(shù)，決定采用壓邊圈。4.3.2確定拉深次數(shù) 零件的總拉深系數(shù) 查冷沖模設(shè)計(jì)表6-8，取，由此可知：,故判斷一次拉不出。故可根據(jù)公式求得取較大整數(shù)： （4-3）4.3.3確定各次拉深半成品尺寸調(diào)整各次拉深系數(shù)，使各次拉深后系數(shù)均大于冷沖模具表6-6查得的相應(yīng)極限拉深系數(shù)。調(diào)整后，實(shí)際選取，。所以各次拉深的直徑確定為： （4-4）各次半成品的高度計(jì)算：取各次的分別為： （4-5）則由公式可計(jì)算出各次： 其中，。在將所有已知數(shù)據(jù)帶入可求得: （4-6）下圖4-2所示為拉深工序圖4-2 拉伸工序圖4.4排樣計(jì)算零件采用單直排排樣方式，查得零件間的搭邊值為1.5mm，零件與條料側(cè)邊之間的搭邊值為1.8mm，若模具采用無側(cè)壓裝置的導(dǎo)料板結(jié)構(gòu)，則條料上零件的步距為106.5mm， 條料的寬度應(yīng)為 （4-7）選用規(guī)格為2mm1000mm1500mm的板料，計(jì)算裁料方式如下：裁成寬109.6mm，長(zhǎng)1000mm的條料，則每張板料所出零件數(shù)為裁成寬109.6mm，長(zhǎng)1500mm的條料，則每張板料所出零件數(shù)為經(jīng)比較，應(yīng)采用第二種裁法，零件的排樣圖如下圖4-2所示：圖4-3排樣圖4.5落料拉深復(fù)合模工藝