前灯反光碗的冲压工艺及模具设计.docx

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前灯反光碗的冲压工艺及模具设计

1前言

作为一名即将毕业的机械专业学生来说，4年专业知识的学习，为以后从事机械设计打下了基础。

同时在学校时了解模具的相关设计、模具行业的发展趋势也是很有必要的,它有助于我们把握自己将来从事机械行业的发展方向，不断提高自己的专业素养。

近年中国经济高速增长。

各行各业高速发展，带动了模具市场的持续高速发展。

模具市场中最大的板块是汽车。

汽车工业经历了2002年和2003年连续两年“井喷式”发展之后，2004年产量和销售量分别增长14.11%和15.5%，发展仍很快，模具市场中第二大板块是电子及信息产业。

该产业今年来一直高速运营，年增长率达20%以上。

中国的玩具、自行车、微波炉分别占全世界市场份额的70%、60%和50%。

中国的影印

机、个人电脑、电视机和空调器分别占全世界市场份额的2/3、2/5和1/3。

冰箱也

已占了20%。

这些产品制造业都是模具的大用户。

在此形势之下，中国的模具工业高速发展是必然所趋。

中国的经济连续保持8%的增长率，其中很大一部分是制造业的带动发展。

世界上任何一个发达国家的经济都是靠制造业来支撑的，美国的通用、福特、摩托罗拉，德国的大众、西门子，日本的松下、索尼……这都是世界知名企业，而这些知名企业背后也带动了这些国家的经济发展，所以这些国家的经济实力一直处于相当有竞争力的地位。

模具在制造业中发挥的作用越来越明显，他拥有其他加工制造无法比拟的优越性。

1.1我国冲压模具市场的发展趋势

世界模具市场供不应求，市场需求量维持在600亿到650亿美元。

同时为我国的模具市场发展提供了全所未有的机遇，“十二五”期间，我国模具业将进一步调整结构，开拓市场，苦练内功，提升水平，使中国模具业在整体上再上一个新的台阶，而这并不是模具业“一家之事”。

模具业与其他行业的发展可以用唇齿相依来形容，因而模具业整体水平的提升与相关行业的发展息息相关。

目前中国模具产品主要还是以中低档为主，技术含量较低，高中档模具多数要依靠进口，其中一个原因就是因相关行业缺失核心技术。

如在IC封装模具业难以高起点发展。

因而，在IT业、汽车业带动模具产品需求增长的同时，提升在IT业、汽车业的整体实是双赢所不可或缺的。

中国的模具业虽然有了长足的发展，取得了巨大的进步，，但在模具业的下游配套环节中，加工设备大都依靠进口，而机床就是一薄弱环节。

据罗百辉了解，2004年进口加工设备中机床约60亿美元，而其中模具业应用机床占据了大部分，这也反应国内在这一领域还待加油。

2009年受金融危机影响，模具发展受阻，全年模具总销售额接近1000亿元，比2008年略有增长。

经历了一年多金融危机之后，模具工业发展趋势主要模具产品向着更大型、更精密、更复杂及跟经济快捷的方向发展。

伴随着产品技术含量的不断提高，模具生产向着信息化、数字化、无图化、精细化、自动化方面发展；模具企业向着技术集成化、产品品牌化、治理信息化、经营国际化方向发展。

我国模具工业正进入重要发展时期。

汽车制造业发展，促使模具市场不断扩大，国外用户到我国采购模具数量不断增加，国际模具制造逐渐向我国内地转移趋势十分明显。

模具城建设加速产业升级，实力国际地位有了明显提高，模具产品呈现出快速发展态势，进入产业升级“要害阶段”，模具企业所有制开始转变为以民营为主，企业所在地开始向广东、浙江、江苏、上海、山东等市场经济发展较早的地区集中。

生产能力方面全面提升，从产品水平上来说，为B级及以下档次轿车及其他乘用车商务车等配套全套模具，微电子行业配套精度达到2^m寿命达2亿次以上精密高速多工位级进模，单套模具重量超过100吨巨型模具，长达6米大型多工位级进模，导光板模具、光盘模具、生物芯片模具等许多高水平模具已都能生产。

1.2模具的发展趋势

用信息技术带动提升模具制造业水平，推动模具工业技术进步要害环节。

CAD/CAE/CA技术模具工业应用，快速原型技术的应用，是模具设计制造技术发生了重大变革。

许多新领域、新兴产业、新制件个性化要求也会对模具不断提出新要求，模具向着新材料、新工艺、新技术、网络化、信息化、低碳化方向发展，罗百辉（罗百辉,70年代人,出生湖南衡阳,企博网优秀职业博客,价值中国首届最具影响力专家百强,模具专家论坛版主，多家工业媒体专家顾问，清华大学盛景商学院MBA制造业资深职业经理人，国际模协秘书长）表示，模具行业将积极优化产品设计，节约用材，如空橡塑制品通过优化设计壁厚控制，以及鼓励国产机械相关企业加大节能降耗产品的开发，使橡塑业可持续发展。

科技软件应用方面发展趋势业不断深化，例如CAD/CAE一体化，软件集成化、智能化、网络化、计算进仿真模拟技术进一步发展三维设计全面推广应用，高速与超高速加工、精与超精细微加工复合加工及五轴加工等。

现在是多品种、少批量生产的时代，到下一十个世纪，这种生产方式占工业生产的比例将达75%以上。

一方面是制品使用周期短，品种更新快，另一方面制品的花样变化频繁，均要求模具的生产周期越快越好。

因此，开发快速经济模具越来越引起人们的重视。

例如，研制各种超塑性材料（环氧、聚脂等）制作或其中填充金属粉末、玻璃纤维等的简易模具；中、低熔点合金模具、喷涂成型模具、快速电铸模、陶瓷型精铸模、陶瓷型吸塑模、叠层模及快速原型制造模具等快速经济模具将进一步发展。

快换模架、快换冲头等也将日益发展。

另外，采用计算机控制和机械手操作的快速换模装置、快速试模技术也会得到发展和提高。

1.3模具标准化应用日益广泛

使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，而且能提高模具质量和降低模具制造成本。

因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。

为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产，提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件规格品种，发展和完善联销网，保证供货迅速。

随着国际交往的增多、进口模具国产化工作的发展以及三资企业对其配套模具的国际标准要求的提出，一方面在标准制订方面注意了尽量采纳国际标准或国外先进国家标准，包括采纳先进企业的标准；另一方面许多模具标准件生产企业根据市场需要，除按中国标准生产模具标准件外，同时也按国外先进企业的标准生产模具标准件。

例如日本“富特巴”、美国“DME、德国“哈斯考”等公司的标准已在中国广为流行。

由于中国模具标准化工作起步较晚，模具标准件生产、销售、推广和应用工作也比较落后，因此，模具标准件品种规格少、供应不及时、配套性差等问题长期存在，从而使模具标准件使用覆盖率一直较低。

近年来虽然由于外资企业的介入，比例已有较大提高，但总的来说还很低。

1.4CAD/CAE/CAM技术在模具设计制造方面应用越来越广泛

（1）模具CAD/CAM/CA技术是模具技术发展的一个重要里程碑。

实践证明，模

具CAD/CAM/CA技术是模具设计制造的发展方向。

现在，全面普及CAD/CAM/CA技术已基本成熟。

由于模具CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具CAD/CA技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，特别

是微机的普及应用，更为广大模具企业普及模具CAD/CAMfe术创造了良好的条件。

随着微机软件的发展和进步，技术培训工作也日趋简化。

在普及推广模具CAD/CA技术的过程中，应抓住机遇，重点扶持国产模具软件的开发和应用。

（2）加大技术培训和技术服务的力度。

应进一步扩大CAE技术的应用范围。

对于已普及了模具CAD/CAMft术的一批以家电行业代表的企业来说，应积极做好模具CAD/CAMfe术的深化应用工作，即开展企业信息化工程，可从CAPP,PD，CIMS,VR逐步深化和提高。

（3）随着我国低成本人力资源难以为继和科学技术水平的不断发展，自动化和智

能化制造必然要成为现代制造业的重要发展方向，智能模具也必将随之快速发展。

用

智能模具生产产品可使产品质量和生产效率进一步提高，更加节材、实现自动化生产

和绿色制造。

因此，智能模具虽然目前总量还不多，但却代表着模具技术新的发展方向，在行业产品结构调整和发展方式转变方面将会起到越来越重要的作用。

2反光碗冲压工艺方案设计

前灯灯反光碗，是在夜间行车时，将前车灯汇聚的光线反射出去的装置，呈抛物面状,集中光线反射可以使光线更亮，照射的距离更远，这些功能都是通过反光碗来实现的。

数据：

依照下图给出的零件图纸参数。

材料：

紫铜；板厚：

0.3mm

2.1冲裁件的工艺分析

工件的工艺性是指工件对冲压加工工艺的适应性，它是从冲压加工角度对产品设计提出的工艺要求。

工艺分析就是要判断产品在技术上能否保质，保量地稳

定生产，在经济上是否有效益。

因此，冲压工艺就是对产品的冲压工艺方案进行技术和经济的可行性分析。

良好的工艺性体现在材料消耗少，工序数目少，模具结构简单而寿命长，产品质量稳定，操作简单方便。

紫铜具有良好的延伸性，适合冲压和拉深，可以进行批量生产。

尺寸精度：

零件图上口径①750.4-0.0，口径尺寸完全可以由模具的尺寸公差和选择合理的间隙值来保证。

高度尺寸6和高度尺寸220.0-0.3为关联尺寸可以在翻边时加以适

当调整来保证高度公差。

其他的尺寸①20和①70未标注尺寸偏差，为自由尺寸，IT14级处理，查阅《互换性与测量技术》公差表得到：

①200-0.25,①700.740.00

工件的结构形状分析：

根据所给的零件图可以大体确定，此零件的完成需要经过落料、拉深、冲孔、翻边四道，表面质量要求不高，前道工序须为后工序留足够的余量，本方案材料为紫铜厚度0.3mm较薄，拉深高度为19.12mm属于浅拉深，可以一次性拉深成型。

翻边（孔）的主要变形是变形区内材料受切向和径向拉伸，愈接近预冲孔边缘变形愈大，因此翻孔的失败往往是边缘拉裂，但拉裂与否取决于拉深变形的大小，翻孔的变形程度，一般用坯料的预冲孔直径d。

与翻孔后的平均直径D的比值K,称为翻孔系数

K=do/D（2-I）

平板预冲孔直径d,可以近似地按照弯曲展开尺寸计算

预冲孔直径

d0=D-2（h-0.43r-0.725）（2-II）

根据零件图的几何计算翻孔高度h=2.87mmD=20mm则d0二所以K=2O-2（2.78-0.43X1-0.72X0.3）=15.55mm

K=15.55/20=0.78

表（1-1）金属材料的极限翻边系数

经退火的毛毛坯材料

极限翻边系数

Kt

Kmin

白铁皮

0.70

0.65

黄铜H62,t=0.5-0.6mm

0.68

0.62

铝t=0.5-5

0.70

0.64

硬铝合金

0.89

0.80

翻孔示意如图1-1

图（2-1）

查金属材料的极限翻边系数表K=0.68,0.78>0.68,所以可以进行翻边，翻孔时不会出现拉裂现象

另外翻边高度不高，翻边后端面不会因材料轧制方向性而产生凸耳，只有微小的凸耳，并且高度未标注尺寸IT14=0.36，可以达到此精度。

拉深是将板料拉深成带有筒状的零件的过程，由于板料的各向异性和模具间隙的

不均匀性等因素的影响，拉深后的零件边缘不整齐，甚至出现凸耳，需在拉深后进行修边。

拉深最常见的缺陷就是拉裂，即在拉深过程中板料变薄的最激烈处。

若径向力

大于板料的抗拉强度Sb,便会在此处产生拉裂。

能否进行拉深成形的影响因素是拉深系数，在拉伸系数大于极限拉伸系数时不会出现拉裂现象。

对于零件中要求的抛物

面与一般的拉深不同，可根据相对深度进行判断能否一次拉深成形，相对深度

H=h/tX100（2-IH）

h-拉深高度

t-材料厚度

所以H=（22-6-2.87）/70=0.27

当相对深度v0.5-0.6时，成形与球面件相似，可以进行一次性拉深成形，为了使毛坯中部紧贴凸模而不起皱，需加大压边力，将此拉深视为宽凸缘锥形拉深件。

工艺分析：

根据零件图，确定四道工序落料、拉深、冲孔、翻边，可能的组合方

案有以下几种：

（1）

落料拉深冲孔翻边

单工序模冲压

（2）

落料冲孔拉深翻边

单工序模冲压

（3）

落料冲孔拉深翻边

复合工序模与单工序模组合冲压

（4）

落料拉深冲孔翻边

复合工序模冲压

方案

（1）、

（2）单工序模冲裁工序模指在压力机的一次行程内完成一个冲压工序的冲裁模。

反光碗属于大批量生产，而且尺寸不是太小，用但工序模生产效率低，操作不安全，劳动强度大，而且多次定位产生的定位误差会加大，故不宜采用。

方案（3）冲孔在拉深之前，孔径的尺寸不能保证，而且冲孔之后再拉深容易使孔的边缘拉裂，即使不会拉裂，由于受到径向的拉应力，后道工序的翻边再加上相同方向的作用力，会影响零件的使用寿命。

方案（4）落料拉深为一套复合模，冲孔翻边为一套复合模，这样的两套复合模结构不是很复杂，加工出的制件业不会因为受到内应力而影响使用寿命，而且复合模具只需要两次定位，产生的误差也不会很大。

故可以采用此方案

根据以上分析可以看出方案（4）是最佳方案

方案示意图如下：

排样

落料拉深件

冲孔翻边

图（2-2）

2.2模具的设计工艺与计算

根据以确定的加工工艺，计算毛坯尺寸，冲压力的总体计算，压力机的选用，材料的排样，利用率的计算，模具凸凹模尺寸，主要工作零件的设计以及模具的总体结构结构设计

2.2.1计算毛坯尺寸

（1）拉深与翻边可以看做无法兰的拉深件，根据零件图计算拉深高度为19.12mm确定修边余量。

（2-1）圆筒件的拉深修边余量厶h（mm）

零件高度

修边余量

10〜50

1〜4

50〜100

2〜6

100〜200

3〜10

200〜300

5〜12

查表格选择修边余量为△h=1.2mm

2.2.1.1翻边毛坯尺寸

以上已经计算出预冲孔直径d°=15.55mm由几何关系得到翻边圆角高度

h1=502-20.592-.512-112=1.02mm

材料的厚度只有0.3mm,可以直接按照零件的表面尺寸进行计算，与按照中径计算相差不大，面积可以分成三部分（图1-3）:

A翻沿高度B半边圆角

0.3卜|

F

0

1

R1

<

1

C冲孔部分

15.55

图（2-3）

SA=n（h-h1）=3.14X20（2.87-1.02）=116.18mM

SB=4dl-8rh=（4X22X3.14X1X77.58）-8X1X1.02=100.94

SC=n（d20/2）=3.14（15.552/4）=189.81mm2

2.2.1.2冲孔毛坯尺寸

d=1.13X、、、•Si（2-IV）

=1.13X.SaSb-Sc=1.13.116.18100.94189.94=23.07mm

2.2.1.3拉深毛坯尺寸

拉深部分的面积分成四部分，如图（2-4）

AB

75

I

6

70

s50

■70

23.02

R1.5

CD

图（2-4）

SA=（h+△h）Xnd=7.2X3.14X75=695.6mm2

SB=n「2nX1（75-2）+8X1」=366.16mm2

SC+D=8hr=8X（48.82-29.7-6）X50=5248mm2总的拉深毛坯直径

D=1.13.Ls：

（2-V）

=.SaSb-Scd=1.13.1695366.165248416.93=99.32mm落料的总面积刀S=7726.69

mm2

2.2.2排样、计算板料宽度与步矩

（1）搭边值的确定

排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下的余料叫搭边。

搭边的作用是补偿

定位误差，保证冲出合格的零件，搭边还可以使条料具有一定的刚度，便于送料。

理论上搭边值越小越好，但搭边值小于一定的数值之后，对模具寿命和剪切表面质量不利。

搭边值过小，作用在凸模侧表面上的法向应力沿着落料毛坯周长的分布不均

搭边值与材料的机械性能，工件的形状与尺寸，材料的厚度，送料及挡料方式有关，一般根据经验值确定，其值如下表（2-2）：

表（2-2）冲裁搭边值

工件及圆角半径

r>2t的

材料厚度t/mm

-ar

a

—a二

1

jr

工件间a1

沿边a

0.25〜0.50

1.2

1.5

对于紫铜需要乘以系数1.2

所以a1=1.2X1.2=1.44，a1=1.5X1.2=1.8

（2）板料宽度的宽度的确定

有侧压装置的模具，使板料始终沿着倒料板进

带宽公式：

B=（Dmax+2a）0-△（2-1）

D为毛坯直径

a为搭边值

△为条料宽度的单向偏差，查《冷冲压成形工艺与模具设计制造》P73表4-20,△=0.6

B=（99.32+2X1.8）0-0.6=102.920-0.6mm

（2）导板间距的确定

导板间距公式：

A=B+Z（2-2）

Z导料板与板料之间的最小间隙，如下表（2-3）