摘 要

模具工业是国际上公认的关键工业，具有其他成形方式所难以同时拥有的优势，如成形质量好、产品成本低、生产效率高等。本文介绍了近些年来国内外模具行业的研究现状和发展趋势，介绍了模具的基本原理和模具分类，主要以浅拉伸电池盖为研究对象，根据其产品的外观和尺寸要求进行相关的冲压模具设计。该电池盖是由多个不同曲率的曲面组成的不锈钢钢板，成形难度大，回弹补偿难以控制，采用传统的模具设计方法进行设计难度非常大。本次设计在采用传统的设计方法进行设计的同时，利用一些CAE分析软件进行辅助设计，对其冲压过程进行模拟仿真分析，改善料片的毛坯形状和模具结构形式，从而提高模具的设计效率和设计精度。

本文的研究成果，对于类似浅拉伸产品的冲压成型工艺及模具设计有一定的参考价值，也对于中小型的模具企业改进拉伸模具结构设计有一定的意义。

关键词：浅拉伸；模具设计；多曲率；有限元

Abstract

Mold industry is internationally recognized as a key industry, and it has many advantages, such as good forming quality, low product cost, high production efficiency. This paper introduces the research status and development trend of mold industry in recent years, introduces the basic principle and the classification of mold, and designed a set of shallow tensile battery cover drawing die according to its product appearance and the requirements of size .The battery cover is composed of a number of different curvature of the surface of the stainless steel plate,which is difficult to form and hard to control it’s rebound compensation.Using traditional mold design method to design this stretch molds is impossible. So traditional design methods are used to design and some CAE analysis software are used to simulate the stamping process at the same time.The application of CAE analysis software can improve the blank shape and the mold structure form of the blank,and finally we can improve the design efficiency and accuracy of the mold.

The research results have some reference value for stamping molding process and mold design similar to that of shallow drawing products, and also have some significance for improving the design of drawing molds for small and medium mold enterprises.

Key Words：Shallow stretch；Mold design；Multi-curvature；Finite element

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2国内外模具设计的现状和发展动态 1

1.3本文的研究目的及意义 2

第2章 浅拉伸电池盖的工艺分析 3

2.1零件工艺分析 3

2.2拉伸次数的确定 4

2.3冲压工艺方案的选定 4

第3章 落料模工艺计算及模具设计 7

3.1料片尺寸计算 7

3.2毛坯计算、排样及材料利用率计算 8

3.3压力机选择 10

3.4冲裁间隙及模具主要部件设计 10

3.5小结 12

第4章 拉伸模具的主要部件结构设计 13

4.1凸模和凹模设计 13

4.2定位装置 24

4.3限位装置 25

4.4.上夹板 27

4.5上垫板 27

4.6下模板 28

4.7导向零件 29

4.8其他零件 29

4.9防错设计 32

4.10装配图 33

4.11小结 33

第5章 总结与展望 34

参考文献 35

致 谢 36

第1章 绪论

1.1引言

模具成形具有成形质量好、效益好、生产成本低和效率高等优点，已成为当今制造业中十分重要的工艺手段。在日常生产和生活中所使用到的各种产品与各种工具都与模具有着紧密联系，由于模具制造的复杂性、多样性和广泛的适用性，模具工业也被称之为“帝王工业”。模具发展到现在已经形成了固定的类别，根据各种产品的外观、规格、材质及用途的不同，模具可以分为塑胶模具和铸造模、压铸模、锻造模、冲压模等非塑胶模具。模具的形状决定着这些产品或者工具的外形尺寸，模具的加工质量与精度也直接影响着产品的质量和精度。模具已经普遍应用在各个领域，如机械、电子、航天航空、化工等工业领域，模具设计制造水平的高低很大程度上决定着产品的生产质量、生产效率和更新换代速度，从而决定该企业的市场竞争力。各种各样的新型模具不停地涌现，模具制造方法也不断更新着，模具制造精度不断被提高，百花齐放的景像同时也带来了愈加激烈的市场竞争。要想在全球模具行业竞争中立于不败之地，就必须不断更新模具设计理念，不断提高模具设计制造能力，降低生产成本，提高模具生产精度[^[1]]。全世界的工业大国都十分重视模具设计制造技术的提高，模具设计制造水平高低对于一个国家制造技术水平的高低有着不可忽视的影响。

1.2国内外模具设计的现状和发展动态

1.2.1国内模具设计发展

模具工业是我们的国民经济的重要支柱，国民经济高速的发展对国内的模具工业提出了更加高的要求，促使模具技术迅速发展，对我国的经济发展起着极大的作用。20世纪80年代以来，我国的模具工业发展十分迅猛，以产值每年约15%的速度增长，模具产量和销量逐年稳步增长，市场规模不断扩大，行业发展前景广阔[^[2]]。目前，国内绝大部分的模具企业普及了计算机绘图，使用多种CAD/CAE软件进行模具的设计[^[3]]。另外在冲压成型CAE软件方面，国内多所顶尖高校已研发了较高水平的具有完全自主知识产权的CAE软件，并已成功应用到生产实践中，得到了良好的生产效益。快速成形（RP）技术、激光相变硬化技术与硬质化合物涂覆技术、信息工程技术和虚拟技术等多种现代制造技术都已经在模具行业得到了应用。我国的模具总产量位居世界前列，但是我国在模具的生产技术上却落后其它国家很多，大而不强仍是我国模具行业的总体特征，模具总量中精密、复杂、大型、长寿命模具的比例只有大概30%，然而国外模具生产大国的比例则普遍在50%以上，在整个模具设计及制造水平与标准化程度上，与美国、日本、德国等发达模具大国还存在相当大的差距。另外我国模具工业近几年产值增速的下降与产量增速的提高形成鲜明的对比，反映出了我国模具工业的产品附加值较低的实质性问题。机械化、自动化程度低、生产集中度低、优质板材自给率不足、专业人才缺失及先进工艺推广慢等问题严重制约了我国模具行业尤其是冲压模具的发展。

1.2.2国外模具设计现状及发展动态

工业发达国家如美国、德国和日本，在模具加工上已大量应用数控机床，数控编程技术和CAM技术进行加工[^[4]]，极大提高了模具的加工质量和效率，减少了加工周期和加工成本，针对不同制品的要求开发出适应各种不同模具的专用模具钢，并且成功出口到我国，取得了巨大的利润[^[5]]。信息化、数字化和智能化发展使得工业发达国家的模具行业在近些年来取得了巨大的成功，在高精密模具制造方面始终与我国保持着不小的差距。在国外主要是通过在模具设计过程中使用一些CAE软件在模具设计过程进行仿真分析或者利用一些专用模具设计系统如KBS（基于知识库的系统）系统[^[6]]等进行自动设计，成效显著[^[7]]。

1.3本文的研究目的及意义

现如今高新技术依然被国外模具强国垄断的情况下，研究高精密的模具具有非常重要的意义，有助于缩短我国在技术方面与国际水准的差距。近几年金属后盖逐渐取代工程塑料成为手机电池后盖的宠儿，符合人机工程学贴合手掌的浅拉伸金属电池盖更是以其卓越的手感得到各大厂商的青睐，但是浅拉伸模具设计技术在国内并不是十分成熟，存在良品率低、尺寸规格超差、自动化程度低等问题。因此，对浅拉伸电池盖的拉伸模具设计有助于研究浅拉伸模具设计难点以及寻求解决这些设计难点的方法。

第2章 浅拉伸电池盖的工艺分析