1、共 29 页 第 1 页油箱盖冷冲模设计1 绪 论目前，我国冲压技术与工业发达国家相比还相当的落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达的国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与工业发达国家的模具相比差距相当大1.1 国内模具的现状和发展趋势1.1.1 国内模具的现状在国民经济快速发展的拉动和国家产业政策的正确引导下，我国模具工业发展很快，部分企业享受增值税先征后返政策极大地促发了行业的发展积极性，使得“十五”期间成为我国模具行业发展进入佳境的时期。从三年多的发展情况来看，我国模具市场总态势是产需两旺
2、。与此同时，行业综合水平落后的面貌仍未得到根本改变，一些深层次的问题尚待进一步解决。“十五”头三年，我国模具行业产值年均增长率为 17.1%，2003 年全国模具总产值已达 450 亿元以上，“十五”规划预定的 2005 年目标有些可提前完成，有些能按时完成，但模具标准件使用覆盖率预计不能如期完成。据不完全统计，全国目前共有生产模具的厂点约 2 万多家，其中一半以上是自产自用的。同时，绝大部分都是小型企业，近年来，模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为：大型、精密、复杂、长寿命等中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品；塑料模和压铸模比例增大；专业模具厂数量增加较快，其能力提高显
3、著；“三资”及私营企业发展迅速，尤其是“三资”企业目前已成为行业的主力军；股份制改造步伐加快等等。从地区分布来说，以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。目前发展最快、模具生产最为集中的省份是广东和浙江，这两个省的模具产值已占全国总量的六成以上。江苏、上海、山东、安徽等地目前发展态势也很好。我国模具年生产总量虽然已位居世界第三。但设共 29 页 第 2 页计制造水平在总体上要比工业发达国家落后许多。其差距主要表现在下列六方面：1）国内自配率不足 80%。其中中低档模具供过于求，中高档模具自配率不足 60%。2）企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口
4、结构都不够合理。我国模具生产厂点中多数是自产自配的工模具车间（分厂），专业模具厂也大多数是“大而全”“小而全”的组织形式。国外模具企业大多是“小而专”，“小而精”；模具自产自配比例高达 50%以上，国外 70%以上是商品模具。国内模具总量中属大型、精密、复杂、长寿命模具的比例只有 30%左右。国外在 50%以上。进出口之比 2003 年为 4.1：1；进出口相抵后净进口为 10.3 亿美元，为净进口量最大的国家。3）模具产品水平和生产工艺水平总体上比国际先进水平低许多，而模具生产周期却要比国际先进水平长许多。产品水平低主要表现在精度、型腔表面粗糙度、寿命及模具的复杂程度；工艺水平低主要表现在设
5、计、加工、工艺装备等方面。4）开发能力弱，经济效益欠佳。我国模具企业技术人员比例较低，水平也较低。不重视产品开发，在市场中常处于被动地位。我国每个职工平均每年创造模具产值约合 1 万美元左右，而模具工业发达国家大多是 15-20 万美元，有的甚至达到 25-30 万美元。由此而来的是我国模具企业经济效益差，大都微利，国有企业总体亏损，缺乏后劲。5）模具标准化水平和模具标准件使用覆盖率低。国外先进国家模具标准件使用覆盖率达 70%以上，国内模具标准件使用覆盖率只有 45%左右。6）与国际先进水平相比，模具企业的管理落后更甚于技术落后。技术落后易被发现，管理落后易被忽视。国内大多数模具企业还沿用过
6、去作坊式管理模式。真正实现现代化企业管理的还不多。造成上述差距的原因很多，除了历史上长期以来未将模具作为产品得到应有的重视之外，还有下列几个主要原因： 1）体制不顺，基础薄弱。“三资”企业虽然已经对我国模具工业的发展起到了积极的推动作用，私营企业近年来也发展较快，国企改革也在进行之中，但总体来看，体制和机制尚不适应市场经济，再加上我国模具工业基础薄弱，因此，行业发展还不尽人意，特别是总体水平和高新技术方面进步缓慢。2）人才严重不足，科研开发及技术攻关方面投入太少。共 29 页 第 3 页模具行业是技术密集、资金密集的产业，随着时代的进步和技术的发展，能掌握和运用新技术的人才异常短缺。高级模具钳
7、工及企业管理人才也非常紧缺。由于模具企业效益欠佳及对科研开发和技术攻关不够重视，因而总体来看模具行业在科研开发和技术攻关方面投入太少。民营企业贷款困难也影响许多企业的技术改造，致使科技进步的步伐不大，进步不快。3）工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低。虽然国内许多企业采用了先进的加工设备，但总的来看装备水平仍比国外企业落后许多，特别是设备数控化率和 CAD/CAM 应用覆盖率要比国外企业低得多。由于体制和资金等方面原因，引进设备不配套、设备与附配件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较好的解决。装备水平低，带来我国模具企业钳工比例过高等问题。4）专业化、标准化、商品化的程度低、协
8、作差。由于长期以来受“大而全、”“小而全”影响，许多模具企业观念落后。模具专业化生产水平低，专业化分工不细，商品化程度也低，目前国内每年生产的模具，商品模具只占 45%左右，其余为自产自用。模具企业之间协作不好，难以完成较大规模的模具成套任务。与国际水平相比要落后许多。模具标准化水平低，标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响。特别是对模具制造周期有很大影响。5）模具材料及模具相关技术落后模具材料性能、质量和品种往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢相比有较大差距。塑料、板材、设备等性能差，也直接影响模具水平的提高。1.1.2 国内模具的发展趋势一是模具日趋大型化。这是由
9、于用模具成形的零件日渐大型化和高生产效率要求而发展的“一模多腔”所造成的 二是模具的精度将越来越高。年前，精密模具的精度一般为微米，现在已达到微米，不久微米精度的模具将上市。这要求超精加工。三是多功能复合模具将进一步发展。新型多功能复合模具除了冲压成形零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，对钢材的性能要求也越来越高。四是热流道模具在塑料模具中的比重将逐渐提高。由于采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节约制作的原材料，因此热流道技术的应用在国外发展很快，许多塑料模具厂所生产的塑料模具一半以上采用了热流道技术，有的厂家使用率达到以上，效果十分明显。热流道模具共 29
10、页 第 4 页在我国也已生产，有些企业使用率上升到。五是随着塑料成形工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将随之发展。这类模具要求刚性好，耐高压，特别是精密模具的型腔应淬火，浇口密封性好，模温能准确控制，所以对模具钢的性能要求很严 六是标准件的应用将日渐广泛。模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期，且还能提高模具的质量和降低模具制造成本。因此。模具标准件的应用在“十五” 期间必将得到较大的发展。七是快速经济模具的前景十分广阔。现在是多品种小批量生产时代，世纪，这种生产方式占工业生产的比例将达到以上。由此，一方面是制品使用周期缩短，另一方面花样变化频繁，要求模
11、具的生产周期愈短愈好。因此，开发快速经济模具将越来越引起人们的重视和关注。八是随着车辆和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例将不断提高，同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求。九是以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快，塑料模具的比例将不断增大。同时，由于机械零件的复杂程度和精度的不断提高，对塑料模具的要求也越来越高。十是模具技术含量将不断提高，中、高档模具比例将不断增大，这也是产品结构调整所导致模具市场走势的变化。根据我国模具市场的发展趋势，国产的模具钢应适应模具产业发展的需求，作为科研和开发的方向。如模具的大型化，就需要大型模块钢；模具的精度提高，模具钢的质量需要进一步提高，尤其是
12、尺寸稳定性要好；塑料模具的快速发展，塑料模具钢和压铸模具钢产量需增加；中高档模具钢产量也需提高等。“十五 ”期间，我国模具市场需求很旺，前景广阔。业内人士认为，在目前国内模具已成为不少行业发展的瓶颈的情况下，如要较好地满足国民经济发展所需，今后的年内，我国模具的产出量每年应以的增长速度才行，而这一增长速度必然拉动模具钢需求的增长，国内冶金行业特别要重视研制和开发高效模具钢、高合金模具钢精品，以提高模具行业的模具钢国产化率。 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，6080的零部件都要依靠模具成型。用模具生产
13、制作表现出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清洁环保的特性，是其他加工制造方法所无法替代的。模具生产技术水平的高低，已成为衡共 29 页 第 5 页量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。近几年，全球模具市场呈现供不应求的局面，世界模具市场年交易总额为 600650 亿美元左右。美国、日本、法国、瑞士等国家年出口模具量约占本国模具年总产值的三分之一。 国外模具总量中,大型、精密、复杂、长寿命模具的比例占到 50%以上；国外模具企业的组织形式是“大而专“、“大而精“。2004 年中国模协在德国访问时，从德国工、模具行业组织-德国机械制造商联合
14、会（VDMA）工模具协会了解到，德国有模具企业约 5000 家。2003 年德国模具产值达 48 亿欧元。其中（VDMA）会员模具企业有 90 家，这 90 家骨干模具企业的产值就占德国模具产值的 90%，可见其规模效益。 随着时代的进步和技术的发展，国外的一些掌握和能运用新技术的人才如模具结构设计、模具工艺设计、高级钳工及企业管理人才，他们的技术水平比较高故人均产值也较高我国每个职工平均每年创造模具产值约合 1 万美元左右，而国外模具工业发达国家大多 1520 万美元，有的达到 2530 万美元。国外先进国家模具标准件使用覆盖率达 70%以上，而我国才达到 452 冲压工艺的分析2.1 油箱
15、盖冲压工艺分析共 29 页 第 6 页技 术 要 求 1.毛 刺 高 度 不 得 大 于 02m未 注 公 差 按 GB/T84-3未 注 形 位 公 差 按 L图 1该工件属于较典型圆筒行件拉深，形状简单对称，主要尺寸公差均已给出对工件厚度变化没有做要求。只是该工件作为油箱盖要与油箱配合要求尺寸精度要达到要求。工件总高度尺寸 19mm 和 7mm 可在拉深后采用修边达到要求。2.2 冲压工艺方案的确定该工件包括落料、拉深、冲孔、翻边四个基本工序，可有以下方案：方案一：先落料，再拉深，再冲孔，后翻边。采用单工序模具。方案二：落料、拉深、冲底孔复合冲制。采用复合模生产。方案三：拉深级进冲压。采用
16、级进模生产。方案一模具结构简单，但是需要四道工序四副模具，生产效率低，难以满足该工件大批量生产的要求。方案二只需要一副模具，生产效率较高，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。方案三也只需要一副模具，生产效率高，但模具结构比较复杂，送进操作不方便，加之工件尺寸偏大。通过对上述三种方案的分析比较，该工件若能一次拉深，则其冲压生产采用方案二为佳。但是采用复合模生产，加工难度大模具模具寿命低。2.3 主要设计计算共 29 页 第 7 页2.3.1 计算毛坯尺寸根据表积面相等原则，用结解析法求该零件的毛坯直径 D：D /4=A1+A2+A32 D1 /4=A1+A2
17、+A32 A1=/4d2 +2d 2h-1.72Rd2-0.56R - /4（d1+2r）2 2 2 A2=/4（d1-2r） +4dError! No bookmark name 2 given.1（h1-2r）+2r(2d1-2r)+4r 2 -/4(d3+2r) 2 A3=/42r(d3+2r)-8r +d3(h1-r)+ d3 /42 2 已知：d1=57mm d 2=78mm d3=43mm R=5mm r=2.5mm h1=7mm h2=12mm查课本 P176 表 4.3.1 得修边余量 h=1.2mmh= h2+h=13.2mm由以上可得:D=93mmD1=58mm2.3.2
18、翻边的工艺计算翻边预制孔直径 d 按弯曲展开的原则求出：d=d3-2(h1-0.43r-0.72t)=43-2(7-0.432.5-0.721)共 29 页 第 8 页=32.59mmd/t=32.59/1=32.59查课本 P219 表 5.3.1 得极限翻边系数 Kmin=0.65hmax=d3/2（1-Kmin）+0.43r+0.72t=43/2(1-0.65)+0.432.5+0.721=9.32mm2.3.3 成形次数的确定该工件有一台阶，低部有一翻，按阶梯行件来计算，求出H/dmin=19/58=0.33，根据毛坯相对厚度 t/D=1/99=1%查课本 P183 表 4.4.3 发
19、现 H/dmin 小于表中数值，能一次拉深成行。可用落料、拉深、切底孔，一次成行。2.3.4 排样冲裁件面积：A=/4（D -d ）2 2 =/4（93 -32.59 ）2 2 =5955.71mm2 条料宽度 B:查课本 P66 表 2.5.2 得：a1=0.8mm,a=1.0mm查 P67 表 2.5.5 得：Cmin=1mm，n=1B=D+2a+C=93+2+1=96mm步距 S：S=D+a1=93+0.8=93.8mm一个步距材料利用率：=nA/BS100%=66%共 29 页 第 9 页2.3.5 冲压工序压力计算1.落料力 F 落料=KLtb b=300Mpa,K=1.3,L=D=
20、3.1493=292.02F 落料=1.3292.021300=113887.8N2.冲孔力 F 冲= KLtb=1.33.1432.591300=39909.7N3.拉深力 F 拉深= d2tbK1 查表 课本 P188 表 4.4.6 K1=0.62，b=350MpaF 拉深=3.14781350=53147.64N4.翻边力 F 翻=1.1（D-d）ts查冲压模具简明设计手册 P404 表 14.1 得 s=190MpaF 翻=1.131.4（43-32.59）1190=6831.7N5.压边力 FY=D -（d2+2ra） P/42 2 初定 ra=6mm，查课本 P188 表 4.4
21、.5 得：P=2.3MpaFY1=3.1493 -（78+12） 2.3/42 2 =991.2NFY2=D1 -（d2+2ra1） P/42 2 共 29 页 第 10 页=3.1458 -（43+12） 2.3/42 2 =612N冲压工艺总力： Fz= F 落料+F 冲+F 翻+F 拉深+FY2+FY1=215380N采用正装复合模具，固定卸料与弹性推件。根据冲压工艺总力计算结果并结合工件高度，初选开式双柱可倾压力机 J23-25.2.3.6 工作部分尺寸计算1.落料查课本 P55 表 2.3.3 得：zmin =0.1，zmax=0.14 尺寸偏差 =0.87 磨耗系数 X=0.5落料时以凹模为设计基准，首先确定凹模尺寸，使凹模的基本尺寸接近或等于工件轮廓的最小极限尺寸；将凹模尺寸减去最小合理间隙 值即得到凸模尺寸。查课本 P58 表 2.4.1 得：T=0.025mm，A=0.035mm 满足： T+A =zmax-zminDA=(Dmax-X) +A 0=（93-0.50.87）0.035 0=92.570.035 0DT=（DA-zmin）0 T=（92.57-0.1）+0 -0.025= 92.47+0 -0.022. 拉深 1零件标注在外形，以凹模为基准。=0.3查课本 P210 表 4.8.3 得：T=0.03，A=0.05
