快餐盒成型工艺及模具设计.docx

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快餐盒成型工艺及模具设计

毕业设计说明书

快餐盒成型工艺及模具设计

院（系）名称

工学院机械系

专业名称

材料成型及控制工程

快餐盒成型工艺及模具设计

摘要

冲压模具是冲压生产的主要工艺装备，其设计的是否合理对冲压件的表面质量、尺寸精度、生产率以及经济效益等影响很大。

本次任务是设计一个冲裁形状简单，精度要求不高的落料拉深模。

在设计过程中先对产品的工艺性进行研究,从而拟定正确、合理的工艺方案；然后进行落料拉深模的结构设计与计算；其中包括对冲裁件的排样的选择、冲裁力的计算及凸、凹模相关设计与计算，并对冲裁模的模架进行正确的选择和各个相关零部件的选取。

在凹模设计方面,在确定凹模壁厚时要考虑凹模上螺孔,销孔的定位布置，还对卸料装置进行结构设计与计算和某些部件之间的配合尺寸，在凸模设计时，先要确定卸料板、凸模固定板和导料板的高度，以便凸模总体长度的计算。

根据计算得到了凸凹模的刃口尺寸和冲裁力，确定了凸,凹模的尺寸和形状并依次查出了相关主要零部件的结构和尺寸，确定了卸料装置的设计。

本文介绍的模具实例结构简单实用，使用方便可靠，对类似工件的大批量生产具有一定的参考作用。

关键词：

落料模,设计计算,冲裁工艺，配合尺寸，定位

TheFast-foodFormingTechnologyandDieDesign

Abstract

Stampingmouldisthemainstampingtechnologyandequipment,itsdesignisreasonableforstampingsurfacequality,sizeaccuracy,theproductivityandeconomicbenefitsofinfluence.

Thistaskistodesignasimplecuttingshape,theprecisionrequirementnothighblankingmode.Inthedesignprocessofthetechnologyoffirstproductconductedastudytodeveloptheprocessingplanofthecorrectandrational;Thendroppingmaterialstructureofmoulddesignandcalculation;Includinghedgecuttingalayoutselection,cuttingforcecalculationandconvex,concavedierelateddesignandcalculation,andhedgedieofformworkfortherightchoiceandallrelatedpartsselection.Intheconcavediedesign,indeterminingtheconcavediewallthicknessshallbetakenintoconsiderationwhentheconcavediescrewholes,pinholeofpositioningarrangement,unloaderdeviceforstructuredesignandcalculationandsomepartsthecoordinationofsize,thepunchinadesign,thefirsttodeterminethestripperplateandprotrudingmodelsfixedboardandguidethedischeight,sothatthepunch.

Inthispaper,thediestructureoftheexampleissimple,practical,andeasytouseandreliable,similartothemassproductiontohavethecertainreferencefunction.

Keywords:

Blankingmodel,designcalculationandthecuttingprocess,withsize,location

1绪论………………………………………………………………………………………1

1.1课题的提出……………………………………………………………………………11.2冲压技术的现状和发展方向………………………………………………………….1

1.3本课题解决的主要问题………………………………………………………………6

2冲压零件的工艺分析………………………………………………………………………7

2.1冲压零件的工艺分析…………………………………………………………………7

2.2冲压零件的精度与粗糙度的要求……………………………………………………8

2.3冲压零件工艺方案的制定…………………………………….……………………..8

3冲压模具的结构设计....……………………………………………………………………9

3.1冲压模具的总体结构设计……………………………………………………………9

3.2排样设计与计算………………………………………………………………………9

3.3冲压力与冲压中心的设计…………………………………………………………...10

4冲压模具各个零件的设计………………………………………………………………11

4.1凹模的设计…………………………………………………………………………12

4.2凸模的设计…………………………………………………………………………13

4.3定位零件的设计……………………………………………………………………15

4.4常用紧固件的设计…………………………………………………………………15

4.5卸料板的设计………………………………………………………………………16

4.6模架、模柄等其他零件的设计……………………………………………………17

4.7压力机的校核………………………………………………………………………21

结论…………………………………………………………………………………………22

致谢…………………………………………………………………………………………23

参考文献……………………………………………………………………………………24

快餐盒成型工艺及模具设计

1.绪论

1.1课题的提出

现代工业的迅猛发展使冲压技术得到越来越广泛的应用，随之而来的是对冲压模具的设计和制造的要求的越来越高，同时也为其发展提供了巨大的动力。

冲压模具是冲压生产的主要工艺装备，冲压是利用模具在压力机的作用下，使金属板料产生分离和变形，以获得一定形状和尺寸的零件的加工方法。

在冲压件的生产中，合理的冲压成型工艺、先进的模具、高效的冲压设备是必不可少的三要素。

冲压与其他机械加工方法相比，在技术和经济方面的的特点：

（1）冲压加工的生产效率高，且操作方便，对工人的要求也不高，易于实

现机械化与自动化。

（2）冲压件的尺寸精度由模具来保证，所以质量稳定、互换性好。

（3）冲压可以加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件。

（4）冲压加工一般不需要加热毛料，也不像切削交工那样，大量切削金属，

所以它不但节约金属，冲压件的成本较低。

其设计是否合理对冲压件的表面质量、尺寸精度、生产率以及经济效益等影响很大，研究冲压模具的设计对工业发展起到很大的作用，因此我选择了快餐盒冲压模具的设计这一毕业课题。

1.2冲压技术的现状和发展方向

目前，在汽车、电子、通信和日用品等行业中，有80%左右的产品是需要模具来加工成型的。

近几年世界模具市场总体上供不应求，市场的需求量已超过700美元，我国的模具产业总产值则保持了13%的年增长率。

由此可见，模具工业在各国国民经济中的重要地位。

由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。

概括起来，可分为分离

工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。

上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。

在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。

这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不同，又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。

复合冲压——在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。

级进冲压——在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。

复合-级进——在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。

冲模的结构类型也很多。

通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。

但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。

工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。

上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。

随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新和发展。

其主要表现和发展方向如下。

（1）.冲压成形理论及冲压工艺方面

冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。

目前，国内外对冲压成形理论的研究非常重视，在材料冲压性能研究、冲压成形过程应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展。

特别是随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善，近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术，即利用有限元（FEM）等有值分析方法模拟金属的塑性成形过程，根据分析结果，设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题，并通过在计算机上选择修改相关参数，可实现工艺及模具的优化设计。

这样既节省了昂贵的试模费用，也缩短了制模具周期。

研究推广能提高生产率及产品质量、降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种压新工艺，也是冲压技术的发展方向之一。

目前，国内外相继涌现出精密冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺及无模多点成形工艺等精密、高效、经济的冲压新工艺。

其中，精密冲裁是提高冲裁件质量的有效方法，它扩大了冲压加工范围，目前精密冲裁加工零件的厚度可达25mm，精度可达IT16~17级；用液体、橡胶、聚氨酯等作柔性凸模或凹模的软模成形工艺，能加工出用普通加工方法难以加工的材料和复杂形状的零件，在特定生产条件下具有明显的经济效果；采用爆炸等高能效成形方法对于加工各种尺寸在、形状复杂、批量小、强度高和精度要求较高的板料零件，具有很重要的实用意义；利用金属材料的超塑性进行超塑成形，可以用一次成形代替多道普通的冲压成形工序，这对于加工形状复杂和大型板料零件具有突出的优越性；无模多点成形工序是用高度可调的凸模群体代替传统模具进行板料曲面成形的一种先进技术，我国已自主设计制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备，解决了多点压机成形法，从而可随意改变变形路径与受力状态，提高了材料的成形极限，同时利用反复成形技术可消除材料内残余应力，实现无回弹成形。

无模多点成形系统以CAD/CAM/CAE技术为主要手段，能快速经济地实现三维曲面的自动化成形。

（2）冲模是实现冲压生产的基本条件.在冲模的设计制造上,目前正朝着以下两方面发展:

一方面,为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需要，冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向发展，与此相比适应的新型模具材料及其热处理技术，各种高效、精密、数控自动化的模具加工机床和检测设备以及模具CAD/CAM技术也在迅速发展；另一方面，为了适应产品更新换代和试制或小批量生产的需要，锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展。

精密、高效的多工位及多功能级进模和大型复杂的汽车覆盖件冲模代表了现代冲模的技术水平。

目前，50个工位以上的级进模进距精度可达到2微米，多功能级进模不仅可以完成冲压全过程，还可完成焊接、装配等工序。

我国已能自行设计制造出达到国际水平的精度达2

~5微米，进距精度2~3微米，总寿命达1亿次。

我国主要汽车模具企业，已能生产成套轿车覆盖件模具，在设计制造方法、手段方面已基本达到了国际水平，但在制造方法手段方面已基本达到了国际水平，模具结构、功能方面也接近国际水平，但在制造质量、精度、制造周期和成本方面与国外相比还存在一定差距。

模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。

计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正在不断向传统制造技术渗透、交叉、融合形成了现代模具制造技术。

其中高速铣削加工、电火花铣削加工、慢走丝切割加工、精密磨削及抛光技术、数控测量等代表了现代冲模制造的技术水平。

高速铣削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面质量（主轴转速一般为15000~40000r/min）,加工精度一般可达10微米，最好的表面粗糙度Ra≤1微米），而且与传统切削加工相比具有温升低（工件只升高3摄氏度）、切削力小，因而可加工热敏材料和刚性差的零件，合理选择刀具和切削用量还可实现硬材料（60HRC）加工；电火花铣削加工（又称电火花创成加工）是以高速旋转的简单管状电极作三维或二维轮廓加工（像数控铣一样），因此不再需要制造昂贵的成形电极，如日本三菱公司生产的EDSCAN8E电火花铣削加工机床，配置有电极损耗自动补偿系统、CAD/CAM集成系统、在线自动测量系统和动态仿真系统，体现了当今电火花加工机床的技术水平；慢走丝线切割技术的发展水平已相当高，功能也相当完善，自动化程度已达到无人看管运行的程度，目前切割速度已达到300mm

/min,加工精度可达±1.5微米，表面粗糙度达Ra=01~0.2微米;精度磨削及抛光已开始使用数控成形磨床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光等先进设备和技术;模具加工过程中的检测技术也取得了很大的发展,现在三坐标测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外,其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措施及简单操作步骤，使得现场自动化检测成为可能。

此外，激光快速成形技术（RPM）与树脂浇注技术在快速经济制模技术中得到了成功的应用。

利用RPM技术快速成形三维原型后，通过陶瓷精铸、电弧涂喷、消失模、熔模等技术可快速制造各种成形模。

如清华大学开发研制的“M-RPMS-Ⅱ型多功能快速原型制造系统”是我国自主知识产权的世界惟一拥有两种快速成形工艺（分层实体制造SSM和熔融挤压成形MEM）的系统，它基于“模块化技术集成”之概念而设计和制造，具有较好的价格性能比。

一汽模具制造公司在以CAD/CAM加工的主模型为基础，采用瑞士汽巴精化的高强度树脂浇注成形的树脂冲模应用在国产轿车试制和小批量生产开辟了新的途径。

（3）冲压设备和冲压生产自动化方面

性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件，高精度、高寿命、高效率的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备相匹配。

为了满足大批量高速生产的需要，目前冲压设备也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多功能、高速和数控方向发展，加之机械乃至机器人的大量使用，使冲压生产效率得到大幅度提高，各式各样的冲压自动线和高速自动压力机纷纷投入使用。

如在数控四边折弯机中送入板料毛坯后，在计算机程序控制下便可依次完成四边弯曲，从而大幅度提高精度和生产率；在高速自动压力机上冲压电机定转子冲片时，一分钟可冲几百片，并能自动叠成定、转子铁芯，生产效率比普通压力机提高几十倍，材料利用率高达97%；公称压力为250KN的高速压力机的滑块行程次数已达2000次/min以上。

在多功能压力机方面，日本田公司生产的2000KN“冲压中心”采用CNC控制，只需5min时间就可完成自动换模、换料和调整工艺参数等工作；美国惠特尼公司生产的CNC金属板材加工中心，在相同的时间内，加工冲压件的数量为普通压力机的4~10倍，并能进行冲孔、分段冲裁、弯曲和拉深等多种作业。

近年来，为了适应市场的激烈竞争，对产品质量的要求越来越高，且其更新换代的周期大为缩短。

冲压生产为适应这一新的要求，开发了多种适合不同批量生产的工艺、设备和模具。

其中，无需设计专用模具、性能先进的转塔数控多工位压力机、激光切割和成形机、CNC万能折弯机等新设备已投入使用。

特别是近几年来在国外已经发展起来、国内亦开始使用的冲压柔性制造单元（FMC）和冲压柔性制造系统（FMS）代表了冲压生产新的发展趋势。

FMS系统以数控冲压设备为主体，包括板料、模具、冲压件分类存放系统、自动上料与下料系统，生产过程完全由计算机控制，车间实现24小时无人控制生产。

同时，根据不同使用要求，可以完成各种冲压工序，甚至焊接、装配等工序，更换新产品方便迅速，冲压件精度也高。

（4）冲压标准化及专业化生产方面

模具的标准化及专业化生产，已得到模具行业和广泛重视。

因为冲模属单件小批量生产，冲模零件既具的一定的复杂性和精密性，又具有一定的结构典型性。

因此，只有实现了冲模的标准化，才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化、商品化，从而降低模具的成本，提高模具的质量和缩短制造周期。

目前，国外先进工业国家模具标准化生产程度已达70%~80%，模具厂只需设计制造工作零件，大部分模具零件均从标准件厂购买，使生产率大幅度提高。

模具制造厂专业化程度越不定期越高，分工越来越细，如目前有模架厂、顶杆厂、热处理厂等，甚至某些模具厂仅专业化制造某类产品的冲裁模或弯曲模，这样更有利于制造水平的提高和制造周期的缩短。

我国冲模标准化与专业化生产近年来也有较大发展，除反映在标准件专业化生产厂家有较多增加外，标准件品种也有扩展，精度亦有提高。

但总体情况还满足不了模具工业发展的要求，主要体现在标准化程度还不高（一般在40%以下），标准件的品种和规格较少，大多数标准件厂家未形成规模化生产，标准件质量也还存在较多问题。

另外，标准件生产的销售、供货、服务等都还有待于进一步提高。

随着模具生产的产品种类不断增多、质量要求越来越高，对模具的设计水平、制造水平以及选材等方面提出越来越高的要求。

在模具的设计、制造和模具的选材等方面的发展趋势：

（1）模具CAD/CAE/CAM技术的广泛应用

（2）模具制造技术的高效、快速化

（3）模具的精密化、微型化和大型化

（4）逆向工程技术

（5）优质模具材料的研发和先进热处理技术的应用

（6）提高模具标准水平

1.3本课题解决的主要问题

在设计过程中有很多的问题，设计包括：

分析新产品的工艺性，拟定工艺方案，工艺的计算及设计，级进模的结构设计，总装图的绘制，编制技术文件。

在这些设计中不仅要计算，还需要查大量的手册和书籍，通过计算结果查出模具各个部件的尺寸，最后把计算结果和查表所得的数据结合起来完成装配图。

在本课题设计中解决的主要问题有以下几个：

（1）排样，选择合理的排样方式。

（2）刃口尺寸的计算，确定出凸、凹模的加工方法。

（3）模架的设计。

（4）确定凹模尺寸、凸模尺寸。

2.冲压零件的工艺性分析

2.1冲压零件的工艺分析

图2-1零件图

（1）结构和尺寸

该零件结构比较简单，形状对称尺寸较小，长度478mm，宽度250mm，深度30mm，厚度2mm适宜于冲裁加工。

（2）加工精度

零件要求加工精度IT14，精度较高，尺寸易加工，亦无其他特殊要求。

通过查阅冲裁件尺寸公差表可知，利用普通冲裁方式可以达到零件图样要求。

（3）材料

零件材料4Cr13是一种钢材的材质。

由于含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛。

2.2冲压零件的精度与粗糙度的要求

冲裁零件的加工精度除加工精度IT14较高以外，其他尺寸精度均容易保证，通过普通加工方式就可以实现。

表面粗糙度没有要求，一般就不需其他加工方式对表面进行加工。

2.3冲压零件工艺方案的拟定

该零件包括落料，拉伸，翻边三个基本工序，可采用的冲裁工艺方案有：

单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁三种。

单工序冲裁模冲裁精度较低，冲裁件尺寸大多不受限制，生产率地，成本低适应于中小批量生产安全系数低。

复合冲裁模的冲裁精度一般可达IT10～IT8，适应冲裁件的最大尺寸为300mm，厚度在0.05～3之间，工作时需清理废料生产率较低，用于大批量生产。

级进模冲压模的冲裁件的精度在IT14～IT10之间，冲裁件最大尺寸不宜超过2500mm，厚度在0.1～6之间工序间可自动送料，冲裁件和废料一般从下模漏下，生产效率较高可使用高速压力机，应用于大批量生产比较安全。

由于零件属于大批量生产，尺寸又较大，因此采用单工序冲裁效率太低，且不便操作。

若采用复合冲裁，虽然冲出的零件精度和平直度较高，但因为复合冲裁的材料加工精度一般可达IT10～IT8，而此次设计的零件加工精度IT14，而且冲裁件的最大尺寸为478，所以采用复合冲裁。

根据以上分析，该零件采用复合冲裁工艺方案较优。

3.冲压模具的结构设计

3.1冲压模具的总体结构设计

（1）模具结构类型

根据零件的冲裁工艺方案，采用级进冲裁模。

（2）操作和定位方式

虽零件的生产批量较大，但只要合理安排生产，用手工送料方式能够达到批量生产的要求，且能降低成本，因此采用手工送料方式。

考虑零件尺寸较小材料尺寸较小，材料厚度较薄，为了便于操作和保证零件的精度，宜采用导料板导向、侧刃定距的定位方式。

为了减少料头和料尾的材料消耗和提高定距的可靠性，采用双侧刃前后对角布置。

（3）卸料和出件方式

考虑零件厚度薄，采用弹性卸料方式。

为了便于操作、提高生产率，冲裁件和废料采用由凸模直接从凹模洞口推下的下出件方式。

（4）模架类型及精度

冲裁间隙很小，又是级进模，可采用导向平稳的中间导柱模架。

考虑零件精度要求高，但冲裁间隙较小，因此采用Ⅰ级模架精度。

3.2排样设计与计算

（1）该零件材料厚度较薄，尺寸近似矩形，因此可采用直排排样。

（2）计算凸、凹模刃口尺寸及公差

由于模具间隙较小，采用凸，凹模配作加工为宜。

又根据凹模加工较凸模困难，要求级进模所有凹模型孔在同一凹模板上，因此，选用凹模为制造基准件。

故不论冲孔、落料，只计算凹模刃口尺寸及公差，并将计算值标注在凹模图样上，各凹模仅按凹模各对应尺寸标注其基本尺寸，并注明按凹模实际刃口尺寸配双面间隙0.88mm。

侧刃按侧刃孔配间隙0.44mm。

落料凹模刃口尺寸

按磨损情况分类计算。

以下公式中的x查《冷冲压及塑料模具设计与制造》表2-13。

凹模磨损后增

大的尺寸，按公式A凹=（Amax-xΔ）+Δ/40计算：

2500