论文总字数：14400字

摘 要

本设计采用AutoCAD2014软件对联合收割机轴承盖进行了拉深模具设计。本设计共三章，主要论述了冲压技术概念、课题研究方法、课题特征分析、课题设计过程、课题部件设计等问题。

在进行计算时发现并不能一次拉深成产品需要的形状，需要进行两次拉深成形。在第一次拉深时，板料被拉深成带凸缘的大圆角筒形件，在第二次拉深时，采用正拉深使板料被你拉深成锥形件。因此采用2副模具完成零件的制造，将落料和首次拉深工作复合安排在第一幅模具中成形，而锥形拉深工作则在第二幅模具中成形。

由拉深成型的产品，大大提高生产效率，提高了零件合格率，减少定位误差，能够满足现代化大规模生产要求。

关键词：复合模；工艺计算；结构设计；模具总装

Abstract

This design uses the AutoCAD2014 software to carry on the drawing die design to the Combine Harvester bearing cover. This design is divided into three chapters, mainly discusses the concept of stamping technology, research methods, project characteristics analysis, project design process, project components design and other issues.

During the calculation, it is found that the deep drawing can not be done once, but needs to be done twice. The first drawing is a large cylindrical part with flange and the second drawing is a conical part. Therefore, two sets of dies are used to complete the parts, and the blanking and first drawing are arranged in the first die, while the conical drawing is formed in the second die.

The products formed by deep drawing can greatly improve the production efficiency, improve the qualified rate of parts, reduce positioning errors, and meet the requirements of modern large-scale production.

Keywords：Compound die; process calculation; Structure Design; Final Assembly of die

目录

第1章 绪论 1

1.1 冲压的概念、特点及应用 1

1.2 冲压的工序和模具 2

1.3 冲压技术的现状及发展方向 2

第2章 工艺的选择 6

2.1 工艺分析 6

2.2 拉深次数的确定 6

2.3工艺方案 6

第3章 模具总体结构设计 8

3.1 模具类型 8

3.2 送料与定位方式 8

3.3 卸料方式 8

第4章 模具工艺与设计计算 9

4.1 计算工件尺寸 9

4.2 排样方案 10

4.3 力的计算 10

4.3.1 第一套模具力的计算 10

4.3.2 第二套模具力的计算 11

4.4 选压力机型号 11

4.5 工作部分尺寸计算 12

4.5.1落料部分刃口尺寸计算 12

4.5.2拉深部分尺寸计算 13

第5章 模具零部件的设计 14

5.1 落料凹模的设计与强度校核 14

5.2 模架的设计 14

5.3 模座的设计 14

5.4 导向装置的设计 15

5.5 模柄的设计 15

5.6 垫板的设计 15

5.7 固定板的设计 15

5.8 通用标准件的设计 16

第1章 绪论

模具是指在外力作用下使坯料成为有特定形状和性能的制件的工具。广泛用于冲裁、模锻、冷镦、挤压、粉末冶金件压制、压力铸造，以及工程塑料、橡胶、陶瓷等制品的压塑或注塑的成形加工中。因此在各领域中有着广泛的应用，与日常生活中所使用的各种产品有着密切的联系，包含但不限于机械、电子、汽车、信息、航空、航天、轻工、军工、交通、建材、医疗、生物、能源等行业，上述行业中约60%-80%的零部件都需要依靠模具加工成型。模具是重要的工艺设备，模具的加工质量和精度影响着产品的好坏。对模具的使用使得产品能够大规模生产，通过更少的人力产出更多的产品用以满足市场需求，这是现代化工业生产的重要组成部分。

1.1 冲压的概念、特点及应用

通过力传递，将压力由压力机施加在模具上进而作用在材料上，使得材料按模具的工作零件的形状放生改变而得到需要的工件，这种加工方法称为冲压。大部分冲压在室温环境下进行，而所使用的原材料通常为薄板材料，所以冲压也称冷冲压或板料冲压。

由于各加工工艺都会用到模具，为了区分，习惯上将冲压模具称为冲模。冲模是冲压加工用以对所需工件进行批量生产的工具。冲模设计的好与坏直接关系到工件能否批量生产，对与先进的冲压工艺的使用需要先进的冲模作为基础。相比于锻压、注塑、切削等其他加工方式，冲压加工在许多的加工情况下更便于操作且性价比更高。主要表现如下：

冲压加工生产效率高，能实现批量生产。压力设备的往复高速运作，带动模具加工出成品，人力占比低，操作简便，压力机行程次数高，可在每分钟内生产出成百上千个零件。

冲压加工所得冲压件成品率高。因为模具在冲压加工时一般受力较均匀，冲压件的质量稳定，所以合格的成品模具使用寿命极长。因此在试模合格后，在大批量的生产中出现废品的概率极低，模具的加工公差小于工件公差，这保证了成品尺寸在许可偏差之内。

冲压可加工工件尺寸集合的跨度大，外形崎岖程度高。如汽车轴瓦，车床外壳等，材料冷变形产生的硬化效应能够提高材料强度与刚度，加工成品能够适用于更极端的环境。

冲压加工对材料的利用率很高，对能源的使用量很少。除冲裁加工产生的工艺废料与结构废料，冲压的其他工艺基本没有废料的产生，而冲压加工一般不需要对材料进行加热，能源一般用于供给压力机和自动化传输设备的运作。

冲压也存在着一些缺点，在面对于小批量的复杂工件时，由于模具的制造周期长，制造成本高且具备专一性，不适于单件小批量生产，使用冲压加工的经济效益较低；由于当前冲压设备与加工工艺的落后，对于冲压加工中的噪声和振动问题难以解决；冲压加工多用机械压力机，由于滑块往复运动快，大量手工操作，劳动强度较大，易发生安全事故，安全生产与管理要求高，须采用必要的安全技术措施来保证。

当今时代，冲压技术普遍用于各种领域以节省人力，大批量自动化生产是主要应用。无论是军用还是民用产品的生产，各行业产品零部件的生产诸如医疗器具、汽车、家电、交通、轻工等，在汽车的生产中，冲压件的占比在85%以上。冲压加工甚至在许多零件的制造上取代了锻造和锻造等方法。

1.2 冲压的工序和模具

虽然冲压可以加工多种多样的零件，并且各种零件的冲压工艺各不相同，但是概括来说可以分为两种工序。一种是使坯料以设定好的形状发生分离的工序，一种是使坯料在不发生失效的情况下产生塑性变形的的工序。

这两种工序，以变形方式进行细分，则有属于分离类的冲裁和成形类的弯曲与拉深，对于这三种细分之外的工艺在归类为特种成形。

当冲压工厂在实际生产所需要的冲压件时，对于形状简单、许可误差较大、产量较高的零件，相比于单一工序冲压，以一副复合模模具完成多个单一工序，既能够满足生产要求，还更加经济实惠。

冲模的结构类型也很多。通常按工序性质划分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式划分为单工序模、复合模和级进模等。但各类模具都可简单的分为两部分，一部分是与压力设备固定的的上摸，另一部分是通过导向装置连接的下模。生产工作时，原材料通过人力或自动化设备送入模具，通过导料板或销钉等装置在下模面上定位，压力设备下压使得与压力设备固定的上摸同向移动，模具的主要工作零件与原材料在力的作用下产生分离或塑性变形，从而得到半成品或成品件。压力设备回升，模具从闭合状态打开，安置在上模或下模的杆件或板件使工件或废料从主要工作零件上脱离，一次冲压完成，重复过程构成冲压循环。

1.3 冲压技术的现状及发展方向

国外工业发达的国家对冲压技术是十分重视的，在冲压技术的研究上属于科技前沿，随着生产过程中的技术与经验积累，高自动化生产逐步取代了人力生产，在冲压生产中的人力占比逐步降低。

在国外，已经出现了全自动化的生产流水线，全生产人力占比极低；柔性制造技术与冲压技术结合且逐步完善；新型材料投入使用，能够生产出适用性更高的产品；模具精度很高，模具的制造精度、工作时的冲压准确性精度、易损零部件的互换性精度都属于微米级；模具寿命长，用以大批量生产钢质冲压件的级进模使用寿命可达千万次。

近年来，模具设计与制造的智能一体化及模具系统参数化等先进技术的进一步研究和实际使用，大型集成化数字系统的投入使用，进一步提高了软、硬件的性价比。

在长久的发展时间里，国内的模具工业从无到有，工业指数成倍增长，有了不错的发展，在曲面零件的翻边、弯曲回弹、板料成形性能、成形极限图、盒型件毛坯计算、液压胀形、冲压件工艺缺陷的分析等方面的研究及应用都颇有建树。

国内模具制造行业的发展历程基本分为以下阶段：

在上世纪五十年代，行业还处在于手工业作坊时期。

在上世纪六十年代，行业处于通用机械时期，这时开始使用车、磨、铣、刨等机床工具进行生产活动。

在上世纪七十年代，处于仿形机械时期，这时生产工具融入了仿形设计。

在上世纪八十年代，处于数控机械时期，这时生产工具由输入的NC代码操作，新出现了电火花加工机床和电火花线切割机床等。

在上世纪九十年代，处于计算机数控机械及CAD/CAM应用时代，这时生产工具由计算机操作，设计从纸质图纸的手工绘图转变为开始使用计算机CAD软件制图，出现柔性自动化、加工中心等。

在上世纪七十年代末，在冲压技术和模具生产领域内，由于国内经济发展相较于其他国家仍处于落后阶段，各产业百废待兴，生产主要以机床加工为主，模具工业没有得到足够的重视与发展。到20世纪80年代，国内经济回暖，工业逐渐崛起，汽车、家电、轻工生产线对模具有了大量的需求却基本依赖于昂贵的进口，国内迫切需要自主生产的模具以缓解进口压力，在一批现代化加工机床的引进后，以进口模具为参照，一些复制品模具出现在国内市场。到1990年，国内制造生产的多工位级进模已经可以有57个工位进行工作，精度达微米级，可以使用上千万次，与国外的差距进行了大幅的缩小。

随着我国汽车工业、电子信息、家电、建材及机械行业等的高速发展，模具行业实现了迅猛发展。据国家统计局数据显示，我国模具行业工业总产值已从2010年的1367.31亿元上升到2016年的2400.91亿元，2017年再上一个新的台阶达到2509.9亿元，支撑起了27万亿元的产品制造业。随着模具行业工业总产值持续增长，目前我国模具生产总量已经处于世界前列，拥有众多模具企业。随着国家的政策导向和科学技术的发展进步，目前国内在冲压模具的设计与制造方面有了一定的进步。一部分模具企业由国家持有转变为自负盈亏的私人持有，国内竞争逐步加剧，刺激了模具行业的进步，模具工业增长指数逐年提高。

近年来，模具企业提高了对科技创新的重视，加大了研发收入。已经有模具企业开始重视CAD/CAE/CAM等技术的投入和推广使用，开始使用Pro/E、PDX、UGNX等国际通用工业软件。自研的CAD/CAE/CAM技术开始出现并投入使用，缓解了国外的技术垄断所带来的影响。例如：吉林大学汽车覆盖件成型技术所研制的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS软件、华中理工大学模具技术国家重点实验室研发的汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM软件。

国内模具行业虽然已取得较为明显的进步，但相较于发达国家仍然还有很多不足之处，在设计制造水平上比德、美等发达国家还有很大的距离，具体表现有：

技术含量低的模具已供过于求，而技术含量较高的中、高档模具还远不能适应国民经济发展的需要，诸如精密、复杂的冲压模具和塑料模具、轿车覆盖件模具、电子接插件等电子产品模具等高档模具仍有很大一部分依靠进口；

并且行业进出口贸易逆差大，2017年中国模具进出口总额为75.42亿美元，其中进口总额为20.51亿美元，出口总额为54.90亿美元。

国内模具制造业在以下几点不足：

模具精度不足。在模具覆盖率高，各行业零件加工对模具的使用率高的现在，由于加工设备精度的不足，对于较高精度模具的加工仍需要花费较高的成本，相比于国外，国内模具精度普遍较低。

模具寿命短、材料利用率低。对于模具结构的设计不够严谨，在选择模具材料，确定加工工艺及使用条件方面的经验积累不足，热处理失误率较高。

对模具CAD/CAE/CAM技术的开发方面需要提高。大量企业在模具的设计中所使用的是国外的工业软件，模具设计所使用的CAD工业软件，如：AutoCAD、CATIA、UG NX等，在模具有限元分析中所使用的是国外的CAE软件，如ANSYS、DEFORM等，模具加工所使用的数控机床加载的是国外的数控系统，如：西门子、海德汉、法拉克等，国内缺少能够抢占市场的自研软件。

国内今后冲压技术的发展方向主要有一下几方面：

基本理论方面。加强对冲压变形的微观体系研究、加强数字化设计与优化方法的研究、加强有限元模拟的数值分析方法的研究，进一步提高理论的准确性，进而提高冲压件的质量。

材料方面。应加强研制适用于不同生产需要的新材料，研究提高材料的适应性极限的方法。

工艺方面。加强对冲压新工艺的研究，加强工艺模块化与系统化研究，进一步提高工艺使用的简便性。

模具方面。提高标准化程度，加强通用型模具的研究以适应更加复杂的零件，实现模具设计、分析、制造一体化以缩短模具的制造周期，进一步提高模具的使用寿命。

冲压设备方面。改进压力机结构以降低噪声与振动，进一步提高多工位压力机的体积、行程次数，加强通用压力机的实用性，研究三维多工位压力机以提高加工能力。

第2章 工艺的选择

2.1 工艺分析

该联合收割机的轴承盖是带有凸缘的锥形拉深件，而且有三个孔均匀分布在凸缘上。由于在计算板料尺寸的时候会计入修边余量，所以在加工后需要进行切边处理。因此需要有落料、矫平、拉深、冲孔、切边等工序将原材料加工成型。

其中最重要的是拉深工序，决定了产品质量的好坏。一旦产生颈缩、断裂和起皱等现象就会导致产品无法正常使用，不能对产品组对部件有良好的密封,就会导致降低了产品的合格率，升高了原材料的需求量，导致成本升高，而且影响了生产秩序，降低了生产效率和增加了处理废料的工作量。

由于工件所有尺寸都没有要求具体的公差等级，并且工件不需要高精度配合使用，所以可作IT11级计算公差。

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