毕业设计（论文）空气滤清器外壳模具设计(含全套CAD图纸） .doc

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1、全套CAD图纸，联系qq 695132052湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计空气滤清器外壳模具设计THE DESIGN OF THE AIR FILTER SHELL MOULD学生姓名：李 卓学 号：200841914401年级专业及班级：2008级机械设计制造及其自动化（4）班指导老师及职称：陈志亮 副教授学 部：理工学部湖南长沙提交日期：2012年5月 湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体

2、已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。同时，本论文的著作权由本人与湖南农业大学东方科技学院、指导教师共同拥有。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业设计作者签名： 年 月 日目 录摘要1关键词11 前言21.1 零件材料的分析2 1.2 冲压技术的发展32 冲压工艺分析42.1 零件材料的分析42.2 零件工艺性能分析53 确定工艺方案63.1 计算毛坯尺寸63.2 计算拉伸次数93.2.1 正拉伸93.2.2 反拉伸93.3 确定工艺方案与模具形式104 主要工艺参数计算114.1 确定排样冲裁方案114.2 确定各中间

3、工序尺寸124.3 计算工艺力、初选设备144.3.1 落料、正拉伸过程144.3.2 反拉伸、冲孔过程顶件力154.3.3 拉伸功的计算164.3.4 初选压力机165 模具的结构设计175.1 模具结构形式的选择175.2 模具工作部分尺寸的计算185.2.1 落料185.2.2 正拉伸205.2.3 反拉伸205.2.4 冲孔206 主要零部件的设计及计算216.1 落料凹模216.2 凸凹模226.3 反拉伸凸凹模（拉伸凸模和冲孔凹模）236.3.1 凸模的结构设计236.3.2 拉伸凸模结构246.4 反拉伸凹模256.5 冲孔凸模266.6 弹性卸料板276.7 上垫板296.8

4、凹模固定板307 选定冲压设备307.1 压力机的规格307.2 电动机功率的校核318 选用模架，确定闭合高度328.1 模架的选用328.2 模具的闭合高度328.3 压力中心339 模具的装配339.1 复合模的装配339.2 凸、凹模间隙的调整3310 模具的整体安装3410.1 模具的总装配3410.2 模具零件3411 主要零件的工艺加工过程3612 结论37参考文献38致谢 38空气滤清器外壳模具设计学 生：李 卓指导老师：陈志亮(湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128)摘 要：该零件来源于生产实际。通过对零件的工艺分析，提出了落料正反拉伸冲孔复合模成形工艺。其次我还对对模

5、具的排样做了精确分析，很好的提高了材料利用率和生产效率。本复合模采用正装形式，通过对毛坯和零件外形尺寸的计算，我得出模具各部分刃口尺寸，并以此设计计算出各主要零部件外形尺寸。其次还列出了模具所需零件的详细清单，并对模具闭合高度进行了合理的确定，设计出了装配图。通过对各工艺力的计算初步选定了压力机并进行了闭合高度校核和功率校核。最后对模具的一个主要零部件反拉伸凸凹模进行了简单的加工工艺路线制定，并制作了工序卡片。关键字：复合模；空气滤清器外壳；冲压工艺。The Design of the Air Filter Shell MouldAuthor:Li Zhuo Tutor:Chen Zhi-li

6、ang(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128) Abstract: The parts come from the practice production. Through the analysis of the technology of spare parts, the blanking tensile punching composite die and forming process was put forward. Further I make an

7、exact analysis to the blank layouts; which improve the material utilization and production efficiency. This composite mould adopt a formal assembling form, through the blank and parts size calculation, I get the mold size of cutting edge. And through it the boundary dimension of the main parts was d

8、esign out. Further I make a detail list of the needed components, and fix the die shut height reasonably; draft the assembly drawing .The press machine is selected through the technology force calculation, and the shut height as well as power is checked. Finally one of the major components of the mo

9、uld-the anti-drawing die have been simply formulated the routing,and produced the process card.Key words：Composite die; The air filter shell; Stamping process.1 前言1.1 冲压技术概述冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的成形加工方法。冲压和锻造同属塑性加工(或称压力加工)，合称锻压。冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。全世界的钢材中，有6070%是

10、板材，其中大部分是经过冲压制成成品。汽车的车身、底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包、容器的壳体、电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中，也有大量冲裁件。 冲压件与铸件、锻件相比，具有薄、匀、轻、强的特点。冲压可制出其他方法难于制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件，以提高其刚性。由于采用精密模具，工件精度可达微米级，且重复精度高、规格一致，可以冲压出孔窝、凸台等。 冷冲压件一般不再经切削加工，或仅需要少量的切削加工。热冲压件精度和表面状态低于冷冲压件，但仍优于铸件、锻件，切削加工量少。 冲压是高效的生产方法，采用复合模，尤其是多工位级进模，

11、可在一台压力机上完成多道冲压工序，实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。生产效率高，劳动条件好，生产成本低，一般每分钟可生产数百件。 冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。分离工序也称冲裁，其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的工件。在实际生产中，常常是多种工序综合应用于一个工件。冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。 冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大，要求冲压材料厚度精确、均匀；表面光洁，无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹

12、等；屈服强度均匀，无明显方向性；均匀延伸率高；屈强比低；加工硬化性低。 在实际生产中，常用与冲压过程近似的工艺性试验，如拉深性能试验、胀形性能试验等检验材料的冲压性能，以保证成品质量和高的合格率。 模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度。模具制造成本和寿命则是影响冲压件成本和质量的重要因素。模具设计和制造需要较多的时间，这就延长了新冲压件的生产准备时间。模座、模架、导向件的标准化和发展简易模具(供小批量生产)、复合模、多工位级进模(供大量生产)，以及研制快速换模装置，可减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于大批量生产的先进冲压技术合

13、理地应用于小批量多品种生产。冲压设备除了厚板用水压机成形外，一般都采用机械压力机。以现代高速多工位机械压力机为中心，配置开卷、矫平、成品收集、输送等机械以及模具库和快速换模装置，并利用计算机程序控制，可组成高生产率的自动冲压生产线。 在每分钟生产数十、数百件冲压件的情况下，在短暂时间内完成送料、冲压、出件、排废料等工序，常常发生人身、设备和质量事故。因此，冲压中的安全生产是一个非常重要的问题。11.2 冲压技术的发展趋势进入90年代以来，高新技术全面促进了传统成形技术的改造及先进成形技术的形成和发展。21世纪的冲压技术将以更快的速度持续发展，发展的方向将更加突出“精、省、净”的需求。冲压成形技

14、术将更加科学化、数字化、可控化。科学化主要体现在对成形过程、产品质量、成本、效益的预测和可控程度。成形过程的数值模拟技术将在实用化方面取得很大发展，并与数字化制造系统很好地集成。人工智能技术、智能化控制将从简单形状零件成形发展到覆盖件等复杂形状零件成形，从而真正进入实用阶段。注重产品制造全过程，最大程度地实现多目标全局综合优化。优化将从传统的单一成形环节向产品制造全过程及全生命期的系统整体发展。对产品可制造性和成形工艺的快速分析与评估能力将有大的发展。以便从产品初步设计甚至构思时起，就能针对零件的可成形性及所需性能的保证度，作出快速分析评估。冲压技术将具有更大的灵活性或柔性，以适应未来小指量多

15、品种混流生产模式及市场多样化、个性化需求的发展趋势，加强企业对市场变化的快速响应能力。重视复合化成形技术的发展。以复合工艺为基础的先进成形技术不仅正在从制造毛坯向直接制造零件方向发展，也正在从制造单个零件向直接制造结构整体的方向发展。深入研究冲压变形的基本规律、各种冲压工艺的变形理论、失稳理论与极限变形程度等；应用有限元、边界元等技术，对冲压过程进行数字模拟分析，以预测某一工艺过程中坯料对冲压的适应性及可能出现的质量问题，从而优化冲压工艺方案，使塑性变形理论逐步起到对生产过程的直接指导作用。制造冲压件用的传统金属材料，正逐步被高强钢板、涂敷镀层钢板、塑料夹层钢板和其他复合材料或高分子材料替代。

16、随着材料科学的发展，加强研究各种新材料的冲压成形性能，不断发展和改善冲压成形技术。在模具设计与制造中，开发并应用计算机辅助设计和制造系统（CAD/CAM），发展高精度、高寿命模具和简易模具（软模、低熔点金模具等）制造技术以及通用组合模具、成组模具、快速换模装置等，以适应冲压产品的更新换代和各种生产批量的要求。推广应用数控冲压设备、冲压柔性加工系统（FMS）、多工位高速自动冲压机以及智能机器人送料取件，进行机械化与自动化的流水线冲压生产。精冲与半精冲、液压成形、旋压成形、爆炸成形、电水成形、电磁成形、超塑成形等技术得到不断发展和应用，某些传统的冲压加工方法将被它们所取代，产品的冲压加工趋于更合理

17、、更经济。12 冲压工艺分析2.1 零件材料的分析冷冲压模具包括冲裁、弯曲、拉深、成形等各种单工序模和由这些基本工序组成的复合模、级进模等各种模具。设计这些模具时，首先要了解被加工材料的力学性能。材料的力学性能是进行模具设计时各种计算的主要依据。故在分析零件冲压成形工艺，设计冲压模具前，必须要了解和掌握材料的一些力学性能，以便设计。现将空气滤清器外壳零件材料为10号钢的力学性能主要参数及其概念叙述如下：（1）应力。材料单位面积上所受的内力，单位是N/mm，用Pa表示。10Pa=1MPa；1MPa = 1N/mm；10Pa = 1GPa。（2）屈服点s。材料开始产生塑性变形时的应力值，单位是N/

18、mm。弯曲、拉深、成形等工序中，材料都是在达到屈服强度时进行塑性变形而完成该工序的成形的。经查表取s = 210 MPa。（3）抗拉强度b。材料受到拉深作用，开始产生断裂时的应力值，单位是MPa。b = 340MPa。（4）抗剪强度b。材料受到剪切作用，开始产生断裂时的应力值，单位是MPa。取b = 255333MPa。（5）弹性模量E。材料在弹性范围内，表示受力与变形的指标，弹性模量大，表示材料受力后变形较小，或者说，产生一定的变形需要较大的力。E = 194 x 10MPa。（6）屈服比s/b。是材料的屈服强度与抗拉强度之比，其值越小，表示材料允许的塑性变形区越大，在拉深工序中，材料的屈服

19、比较小时，所需的压边力和所需克服的摩擦力相应的减小，有利于提高成形极限。（7）伸长率。在材料性能实验时，试件由拉伸试验机拉断后，对接起来测量长度，其伸长量与原长度之比称为伸长率，其数值用“”表示，其数值越大表示材料的塑性越好。经查表可得，材料为10号钢的伸长率=31。综上所述，对空气滤清器壳零件材料10号钢的力学性能分析，主要是为了便于模具设计中各参数的计算，故在后序的模具设计中各参数的计算均以上面所取的数值进行计算。22.2 零件工艺性的分析该零件为空气滤清器壳，结构简单，对称，是典型的冲压件。在冲压过程中要注意控制冲载程度，加工时，根据零件的结构，形状等一些技术要求，应考虑以下几点：（1）

20、凸、凹模间隙的决定。对于断面垂直度、尺寸精度要求不高的零件，在保证零件要求的前提下，应以降低冲载力，提高模具寿命为主，采用大间隙；对于断面垂直度、尺寸精度要求较高的零件，应选用较小的间隙值。间隙Z=2t(1-h/t)tan。（2）考虑模具刃口钝利情况。当模具刃口磨损成圆角变钝时，刃口与材料接触面积增加，应力集中效应减轻，挤压作用大，延缓了裂纹的产生，制件圆角大，光亮带宽，但裂纹发生点要由刃口侧面向上移动，毛刺高度加大，即使间隙合理，也仍会产生毛刺。 根据零件图，初步分析可以知道空气滤清器外壳零件的冲压成形需要多道工序才能完成，进行正反拉深，形成外形尺寸形状，其次冲孔。综上所述，空气滤清器外壳由

21、原始毛坯冲压成形应包括的基本工序有：落料，正反拉深，冲孔等。 图1所示为空气滤清器外壳零件，材料为10号钢，该零件的精度要求不是很高，但要求有较高的钢度和强度。在零件图中，尺寸为IT14级，其余尺寸未标注公差，可以按自由公差计算和处理。零件的外形尺寸为，属于中小型零件厚度为t=2mm，大批量生产。而冷冲压是一种先进的金属加工方法，这是建立在金属塑性变形的基础上，利用模具与冲压设备对板料金属进行加工，以获得所需要的零件形状和尺寸。冷冲压和切削加工相比较，具有生产率高，加工成本低，材料利用率高，产品尺寸精度稳定，操作简单，容易实现机械化和自动化等一系列优点，特别适合大批量生产，因此，此零件的生产选

22、用冲压加工较为经济合理。图1 空气滤清器外壳Fig.1 The air filter shell下面分析结构工艺性。因为该零件为轴对称旋转体，故落料片肯定是圆形，其冲裁的工艺性很好。零件为带法兰边圆筒形件，且、都不太大，拉深工艺性较好，圆角半径R3、R6都大于等于2倍料厚，对于拉深都很适合。因此，该壳体零件的冲压生产要用到的冲压加工基本工序有：落料、拉深（拉深的次数可能为多次）、冲孔。用这些工序的组合可以提出多种不同的工艺方案。3 确定工艺方案3.1 计算毛坯尺寸由于板料在扎压或退火时所产生的聚合组织而使材料引起残存的方向性，反映到拉深过程中，就使桶形拉深件的口部形成明显的突耳。此外，如果板料

23、本身的金属结构组织不均匀、模具间隙不均匀、润滑的不均匀等等，也都会引起冲件口高低不齐的现象，因此就必需在拉深厚的零件口部和外缘进行修边处理。这样在计算毛坯尺寸的时候就必需加上修边余量然后再进行毛坯的展开尺寸计算。 根据零件的尺寸取修边余量的值为4mm。查表4.4。3 在拉深时，虽然拉深件的各部分厚度要求发生一些变化，但如果采用适当的工艺措施，则其厚度的变化量还是并不太大。在设计工艺过程时，可以不考虑毛坯厚度的变化。同时由于金属在塑性变形过程中保持体积不变，因而，在计算拉深件的的毛坯展开尺寸时，可以认为在变形前后的毛坯和拉深间的表面积相等。3 因为此旋转体零件不是简单结构，我们可以用“形心法”来

24、求得。根据久里金法则，对于任何形状的母线AB绕轴线YY旋转所得到的旋转体面积等于母线长度L与其重心轴线旋转所得周长2x的乘积。即旋转体面积 F=2 lx (1)因为表面积拉深不变薄，所以面积相等，则即 (2)因为 (3)3957(4)=2504(5)=7558(6)=1215(7)719 (8)=1491(9)=3.14x100 (33-3)=9420(10)由零件给出的尺寸可知： 所以可以计算出 D=185mm由于设计的零件要在一个复合模中完成正反拉深，因此中间有一个正拉深转反拉深的过程，我们可以把这两步分开来计算中间尺寸。因为 (11)其中 则 计算拉伸高度：(12)式中： D坯料直径d凸

25、凸缘直径(包括修边余量)dn第n次拉伸后筒壁直径rn凸缘根部圆角半径Rn底部圆角半径Hn各次拉伸高度中间过程的零件如图2所示。 图2 正拉伸后零件图Fig.2 Stretching parts diagram 3.2 计算拉深次数在考虑拉深的变形程度时，必需保证使毛坯在变形过程中的应力既不超过材料的变形极限，同时还能充分利用材料的塑性。也就是说，对于每道拉深工序，应在毛坯侧壁强度允许的条件下，采用最大的变形程度，即极限变形程度。极限拉深系数值可以用理论计算的方法确定。即使得在传力区的最大拉应力与在危险断面上的抗拉强度相等，便可求出最小拉深系数的理论值，此值即为极限拉深系数。但在实际生产过程中，

26、极限拉深系数值一般是在一定的拉深条件下用实验的方法得出的，我们可以通过查表来取值。 该冲压工件需要正反拉深两个过程，因此可以分别计算其拉深系数来确定拉深次数。33.2.1 正拉深对于正拉深其实际拉深系数为： (13)且材料的相对厚度为 (14) 凸缘的相对直径为 (15)凸缘的相对高度为 (16)由此可以查出 因为凸缘的相对高度0.44小于最大相对高度0.6，且实际拉深系数0.54大于最小极限拉深系数0.52，所以正拉深过程可以一次拉深成功。3.2.2 反拉深对于反拉深其实际拉深系数为： (17)且材料的相对厚度为 (18)凸缘的相对直径为 (19)凸缘的相对高度为 (20)由此可以查出 因为

27、凸缘的相对高度0.48小于最大相对高度0.65，且实际拉深系数0.79大于最小极限拉深系数0.51，所以反拉深过程也可以一次拉深成功。3.3 确定工艺方案与模具形式根据以上分析和计算，可以进一步明确该零件的冲压加工需要包括以下基本工序:落料、正向拉深和反向拉深。 根据这些基本工序，可以拟出如下几种工艺方案： 方案一 先进行落料，再正拉深，后进行反拉深，最后再冲孔，以上工序过程都采用单工序模加工。方案二 落料与正拉深在复合模中加工成半成品，再在单工序模上进行反拉深和冲孔。方案三 落料、正拉深和反拉深冲孔全都在同一个复合模中一次加工成型。方案四 采用带料连续拉深，或在多工位自动压力机上冲压成型。分

28、析比较上述四种方案，可以看出：方案一 用此方案，模具的结构都比较简单，制造很容易，成本低廉，但由于结构简单定位误差很大，而且单工序模一般无导向装置，安装和调整不方便，费时间，生产效率低。 方案二 采用了落料与正拉深的复合模，提高了生产率。对落料以及正拉深的精度也有很大的提高。由于最后一道反拉深工序是在单工序模中完成，使得最后一步反拉深工序的精度降低，影响了整个零件的精度，而且中间过程序要取件，生产效率不高。方案三 此方案把三个工序集中在一副复合模中完成，使得生产率有了很大的提升。没有中间的取放件过程，一次冲压成型，而且精度也比较高，能保证加工要求，在冲裁时材料处于受压状态，零件表面平整。模具的

29、结构也非常的紧凑，外廓尺寸比较小，但模具的结构和装配复杂。方案四 采用带料连续拉深或多工位自动压力机冲压，可以获得较高的生产效率，而且操作安全，但这一方案需要专用的压力机或自动的送料装置。模具的结构比较复杂，制造周期长，生产成本高。 根据设计需要和生产批量，综合考虑以上方案，方案三最适合。即落料、正反拉深、冲孔在同一复合模中完成。这样既能保证大批量生产的高效率又能保证加工精度，而且成本不高，经济合理。 4 主要工艺参数的计算4.1 确定排样、裁板方案加工此零件为大批大量生产，冲压件的材料费用约占总成本的60%80%之多。因此，材料利用率每提高1%，则可以使冲件的成本降低0.4%0.5%。在冲压

30、工作中，节约金属和减少废料具有非常重要的意义，特别是在大批量的生产中，较好的确定冲件的形状尺寸和合理的排样的降低成本的有效措施之一。 由于材料的经济利用直接决定于冲压件的制造方法和排样方式，所以在冲压生产中，可以按工件在板料上排样的合理程度即冲制某一工件的有用面积与所用板料的总面积的百分比来作为衡量排样合理性的指标。 同时属于工艺废料的搭边对冲压工艺也有很大的作用。通常，搭边的作用是为了补充送料是的定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料时的步距误差以及送料歪斜误差等原因而冲出残缺的废品，从而确保冲件的切口表面质量，冲制出合格的工件。同时，搭边还使条料保持有一定的刚度，保证条料的顺利行进，提高了

31、生产率。搭边值得大小要合理选取。根据此零件的尺寸通过查表取4搭边值为 进距方向 于是有 进距 (21) 条料宽度 (22) 板料规格拟用1.5mm1500mm1900mm热轧钢板。由于毛坯面积较大所以横裁和纵裁的利用率相同，从送料方便考虑，我们可以采用横裁。5裁板条数 10条余10mm(23)每条个数 8个余6.5mm(24)每板总个数 材料利用率(25) 计算零件的净重G (26) 式中 密度，低碳钢取。内的第一项为毛坯面积，第二项为底孔废料面积，第三项（）内为切边废料面积。 4.2 确定各中间工序尺寸整个冲压过程包括落料、正拉深以及反拉深、冲孔四个过程，在正反拉深过程中，由于是一次冲压成型

32、，所以各次拉深的凸、凹模圆角尺寸必需与零件要求相一致，则正拉深凸模圆角为 3mm正拉深凹模圆角为 3mm正拉深高度为 44mm反拉深凸模圆角为 6mm反拉深凹模圆角为 3mm反拉深高度为 40mm第一个过程为落料正向拉深，成型后如图3所示。 图3 落料正拉伸成型零件图Fig.3 Blanking stretch forming parts diagram 第二个过程为反向拉深，成型后如图4所示。 图4 反拉伸冲孔零件图Fig.4 Punching the drawing of the tensile4.3 计算工艺力、初选设备4.3.1 落料、正拉深过程(1) 落料力。平刃凸模落料力的计算公式

33、为3 (27) 式中 P 冲裁力（N） L 冲件的周边长度（mm） t 板料厚度（mm） 材料的抗冲剪强度（MPa）K 修正系数。它与冲裁间隙、冲件形状、冲裁速度、板料厚度、润滑情况等多种因素有关。其影响范围的最小值和最大值在（1.01.3）P的范围内，一般k取为1.251.3。在实际应用中，抗冲剪强度的值一般取材料抗拉强度的0.70.85。为便于估算，通常取抗冲剪强度等于该材料抗拉强度的80%。即 (28)因此，该冲件的落料力的计算公式为 (29) (2) 卸料力。一般情况下，冲裁件从板料切下以后受弹性变形及收缩影响。会使落料件梗塞在凹模内，而冲裁后剩下的板料则箍紧在凸模上。从凸模上将冲件或

34、废料卸下来所需的力称卸料力。影响这个力的因素较多，主要有材料力学性能、模具间隙、材料厚度、零件形状尺寸以及润滑情况等。所以要精确地计算这些力是困难的，一般用下列经验公式计算：3卸料力 (30)式中 F 冲裁力(N) 顶件力及卸料力系数，其值可查表。 这里取为0.04。因此 (3) 拉深力。带凸缘圆筒形零件的拉深力近似计算公式为3(31) 式中 圆筒形零件的凸模直径（mm） 系数，这里取1.0。 材料的抗拉强度（MPa）因此 (4) 压边力。压边力的大小对拉深件的质量是有一定影响的，如果过大，就要增加拉深力，因而会使制件拉裂，而压边圈的压力过小就会使工件的边壁或凸缘起皱，所以压边圈的压力必须适当。合适的压边力范围一般应以冲件既不起皱、又使得冲件的侧壁和口部不致产生显著的变薄为原则。压边力的大小和很多因素有关，所以在实际生产中，可以根据近似的经验公式进