冲压模具毕业设计开题报告

冲压模具毕业设计开题

报告

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浙江理工大学本科毕业设计（论文）开题报告

灯罩拉深成形分析及模具设计

1 课题研究意义

全国数家家具企业在灯罩的加工中还是采用传统的以塑料位原材料的工艺进行生产，存在着“三低”(材料利用率低、设备效率低及生产率低)和“二高”(劳动强度高及制品成本高)等严重缺点。人们逐渐走上了健康、快乐、充满新意的现代化室内装潢，铝制灯罩代替塑料灯罩明显不断扩大，与塑料灯罩相比，铝制灯罩不仅是使用寿命长，还具有自身重量轻及外形色泽美观等特点。

在我国已加入世界贸易组织的形势下，各种型号铝制灯罩的产量及价格不能满足灯具行业中剧烈竞争的要求，为了提高制品质量及生产效率，改善工人的劳动条件及降低制品成本，经研究表明，铝制灯罩采用冷挤压方法是一种行之有效的、具

有高质量、高精度、高产量、低消耗、低投资及低成本等优点。该冷挤压技术的出现，对灯具行业的大批量生产是一场革命[1]。

随着科学技术的发展，对压铸件产品的安全性和造型美观的要求不断提高。根据使用的不同，对零件的质量的评价有所不同。具体来说，若零件在力学性能、几何形状、尺寸精度、缩孔、气孔、粗糙度等方面满足使用要求，就是合格品；零件比图纸要求质量稍差些，但还能勉强使用，该零件就是次品。如果完全不符合使用要求，该零件就是废品[2]。如何生产出高质量的零件，对节约材料、能源和缩短制造工时，提高经济效益都有很大的意义[3]。

通过生产试制，可以证实铝制灯罩采用合理的冷挤压工艺，与其它成形工艺相比，它具有如下优点：1)提高制件质量。冷挤压工艺可获得铝制灯罩凸缘与杯部的连续金属流线，大大增加了强度，从而提高了制件质量[4]。2)提高制件精度。通过冷挤压工艺，使铝制灯罩能达到较精确的形状及较高的尺寸精度。3)节约金属材料。由于采用少、无切屑的冷挤压技术，能达到铝制灯罩所要求的形状及尺寸，从而大大降低金属消耗量，故显着提高材料利用率。4)提高生产率。与其它成形方法相比，制件只需一次反挤压成形，减少了生产工序，从而大大提高了生产率。

冷挤压技术是一项少、无切屑的金属塑性成形工艺。生产实践表明，采用冷挤压工艺代替其它加工方法，可以明显提高制件的表面质量，机加工工时节约材料，大大提高了生产率，达到降低制品成本的目的[1]。

目前，中国铝挤压工业中小的挤压企业还是多了些，单位企业的生产能力比大多数工业发达国家的小得多，还有相当大的调整空间。尽管国外铝挤压生产能力大

量过剩，但中国铝挤压材还是有相当大的国外市场待开发。中国挤压材有很强的市场竞争力，2005年出口，出口到153个地区与国家，也就是说哪里用挤压铝材哪里就有“Made in China”的这类材料。当然在出口中还有一些有待改进之处，如材料性能的均匀性与稳定性差一些，交货期不能完全得到保证，运输过程中破损率大一些，高附加值产品比例较小[5]。

可见铝材板料拉伸成型行业还有很大的提升和发展空间，需要更多的科学技术和实践试验，对此方面的课题研究是相当有意义的。越来越多的生活用品考虑到使用铝板冲压成形，铝制用品也受到人们的喜好，可见灯罩选用铝材冲压成型是很好的选择，这样更加具有经济性。

2 研究的基本内容与拟解决的主要问题

研究的初始数据和要求

2.1.1 灯罩的尺寸模型和设计要求

灯罩零件尺寸示意图如图1所示：

图1 灯罩零件尺寸示意图

模具要求：

1)此模具属于灯罩成型模，要求是液压成型模；

2)模具必须具有一般成型模具的典型结构，包括材料定位，送进、卸料、导

向等装置；

3)模具制造精度高，表面光洁度好；

4)模具适合材料是纯铝材料；

5)材料厚度为0.8mm的板材。

2.1.2 灯罩的材料选择

因铝制灯罩的力学性能要求不高，为易于塑性成形，选用l060纯铝材料。它属面心立方晶格的纯金属，共有4x3=12个滑移系，是一种很理想的冷挤压材料。该材料不仅变形抗力小，塑性好，且变形时几乎不产生加工硬化，因此模具的使用寿命较长，是一种冷挤压性能良好的材料。1060纯铝退火后的力学性能是：抗拉强度

100 b MPa

σ=，伸长率35%

δ=。断面收缩率80%

ψ=，布氏硬度20HBS[1]。

拟解决的主要问题

根据灯罩这种形状复杂、壁薄的结构特点，如果通过一副复合模具来实现整个零件的一次加工成型具有一定的难度。即使可以的话，其复合模具的结构是比较复杂的，同时模具的加工要求和操作要求是比较高的。考虑到压铸、拉深中壁薄零件易形成裂纹、拉深不足等缺陷特点，则需要采用多种模具结构来完成对零件的加工成型，这样模具的结构会比复合模简单很多。根据上图1所示的零件结构，拉深成形具有难度的主要部分在于零件的中间凸起和边缘的翻卷形状的成型，故本人设计的模具将主要解决这两部分的难题。

2.2.1 对零件的凸起部分的解决分析

在解决零件凸起部分的成型之前，首先要预定坯料的外形和尺寸，同时要对零件外形的约束尺寸做一个大概的规定，这样有助于方便模具的设计。在确定尺寸方面，运用Solidworks软件进行三维实体造型，并对未知的尺寸进行规定。然后利用软件对这个三维实体零件的质量进行计算，在Solidworks软件中根据零件的质量互等原理来设计出预定厚度的圆形坯料板材的直径。根据所得的直径来确定原始坯料的一些尺寸，为后续的设计和研究提供一定的依据[6]。

在确定零件坯料尺寸以后，可以通过落料冲裁模得到圆形的板裁坯料，因此需要对落料模进行设计和计算。在得到圆形坯料以后，就要考虑对零件中部凸起部分的成型设计，本人打算用液压拉深模来实现此功能。液压拉深模来实现零件的球形凸起和圆柱形凸起，至于零件的凸起部分的尺寸确定可以参考于手册里的要求规定。

2.2.2 对零件的边缘卷边部分的解决分析

根据零件的结构特点，如果对液压拉深后的零件进行一次卷边成形，则成型后的零件就无法从模具上取出，因为卷边后的零件的边缘可能会钩住模具型腔。对于这个难题，本人打算把卷边的形状分两部分工序完成，即翻边和卷边两道工序，因此需要设计翻边模和卷边模。翻边模具和卷边模具的内部型腔结构形状根据所要设计的零件外形来确定，同时在翻边模具和卷边模具中添加夹紧、定位、卸料等装置来完善模具设计。

根据以上所述，完成铝制灯罩模型的加工成型需要四副模具（落料模、液压拉深模、翻边模、卷边模），从毛坯原材料到所要求的灯罩模型需要分别通过这四副

模具加工成型后基本上没有太大问题了。在模具的设计中，利用Solidworks软件对模型和模具进行可行性分析和设计，利用软件的其它功能来完成灯罩成型的相关模具设计[7-8]。

采用了以上的四副模具，就需要对模具的结构和功能进行全面的设计和分析，而每一副模具可按一般的模具设计思路和步骤来进行。

3 总体研究思路及预期研究成果

研究的基本思路

3.1.1 成形方法的选用

课题要求通过液压模来实现加工出图1所示的零件，由于灯照外形结构比较复杂，需要多道工序才能完成加工出来。本人采用多副模具分别实现部分加工工序，最终得到灯罩零件，其工艺过程如图2（a、b、c、d）。

图2 工艺过程图（a）落料图2 工艺过程图（b）拉深图2 工艺过程图（c）翻边图2 工艺过程图（d）卷边根据以上的示意图，其生产工艺流程是：冲下圆形纯铝材料（落料）——液压拉深——翻边——卷边整形——后续处理。

3.1.2 设计的思路及步骤

1)设计冷挤压件。拉深毛坯展开计算：为了减少金属塑性变形程度及方便定位，应根据铝制灯罩的形状及尺寸，选用与铝制灯罩毛坯展开后凸缘外径相同的尺寸，其具体数据可通过软件计算得到。

2)确定毛坯形状及计算毛坯尺寸。毛坯形状及尺寸对冷挤压件的充填性能和模具寿命影响很大。根据铝制灯罩的形状特点，同时为了便于放料以及有利于毛坯在模腔中的定位，选用圆形坯料（相关数据可参考于在软件的所得数据）[6]。

3)验算许可变形程度。冷挤压变形时，必须要进行材料的许可变形程度，否则，将得到破碎外形的制件。同时，根据灯罩外形对板材的冲压次数进行预算[9]。

4)计算冷挤压变形力。冷挤压的变形力是设计模具的基础，选择设备的依据，并可借以衡量挤压变形的难易程度，分别对所许拉深力和冲裁力以及相关的其它力进行计算[10]。在考虑应变力的情况下，同时要考虑半成品件的回弹变形，因此要对冷挤压变形力进行综合考虑[11]。

5)模具结构设计。根据灯罩的形状、尺寸及加工工艺的要求，设计出完成其相关功能的模具结构。根据以上选用的成型方法，分别要设计四副模具结构来完成其主要功能，这需要借助软件对其模具进行实体造型[12]。

6)对设计出来的模具的经济和使用性进行分析探讨，考虑其可否用于工业生产。

预期研究成果

从材料厚度为0.8mm的板材到图1所示的成型灯罩，其设计的主要思路：冲下圆形铝材料（落料）——液压拉深——翻边——卷边整形。在此过成中，要分别对其相关的多副模具的主要结构进行设计（通过Solidworks软件来得到模具模型和相关的数据：包括材料定位，送进、卸料、导向等装置），并得到相关的二维CAD 图。根据本人以上的设计分析，需要通过四副模具来完成整个流程的加工，因此，最终要得到四副模具模型和相关的尺寸图。跟据加工流程，如果达到预期效果，所得的资料技术有利于工业生产，对工厂的生产效率的提高具有促进作用。

面对现有的技术条件和铝制灯罩市场在中国的不断扩大，根据在文献综述上对铝材板料的冲压成型的理论研究，用纯铝材料厚度为0.8mm的板材通过液压拉深成型制造出的铝制灯罩具有精度高和表面光洁度好等效果。通过该技术的成熟深化和广泛推广，有利于众多家用产品走向铝制化，同时更加确定此课题的研究意义。

4 研究工作计划

表1研究工作计划表

参考文献

[1]洪慎章.铝锅冷挤压工艺及模具设计.《模具制造》，2008年，第10期，62-64.

[2]张卫民.铝合金压铸件质量与模具设计的关系.甘肃天水：天水风动机械有限公司，2008年2月.

[3]唐德修. 薄壁金属冲压拉深成型工艺的研究.西南师范大学学报，2008年6月（第3期）.

[4]Tiegang Fang*,Ji exact solutions of MHD viscous flow over a shrinking Nonlinear Sci Numer Simulat, 14(2009): 2853-2857.

[5]刘静安，谭炽东，曾杰. 铝合金挤压工模具技术的现状与发展趋势.《铝加工》，2008年，第4期，4-9.

[6]季忠，王晓丽，刘韧.冲压模具设计自动化及实例—Solid Works应用.第1版.北京：化学工业出版社，2007：101-107.

[7]王华，尚振国.Solid Works在冲压模具设计中的应用，中国科技信息2008年，第15期：141-142.

[8]王华，郭莹.Pro/E在铝合金灯罩压铸模设计中的应用.特种铸造及有色合金，2007年第27卷，第2期，115-117.

[9]聂兰启，聂伯扬. 薄壁深锥零件的拉伸成形.《模具制造》，2008年，第8期，29-32.

[10]邓明，吕琳.冲压成形工艺及模具.第1版.北京：化学工业出版社，2006年：117-125.

[11] ZHOU Li-Qun,LI Yu-Ping,ZHOU Mechanics Model for Stamping a Sheet on Elastic Die with Large of Shanghai Uniwersity(English

Edition),2002,6(2):130-135.

[12]彭建声.冷冲压技术问答（上册）.第3版.北京：机械工业出版社，2006年：336-340.