1. 研究目的与意义（文献综述）

一.设计的内容、要求

根据所给工件，设计一壳体拉深模，查阅相关文献资料，明确研究内容，确定方案；设计方案拟定、计算、完成结构的装配草图；运用计算机绘图，绘制装配图及其主要零件图（图纸量折合不少于5张1-2号图纸）；撰写设计说明书。

零件图

材料：2Al2

毛坯厚度t=3mm

二.模具设计的目的及意义

模具的设计与制造过程实际上就是模具的生产过程，同时也是将原材料通过某些加工方法转变成模具的过程。其主要流程有：模具结构方案的确定，模具设计，制定工艺流程，组织生产零部件，模具装配，试模与调整，检验与包装。

壳体拉深模设计是一个传统的设计题目，主要考查学生对模具设计尤其是对冲压模设计基本原则的运用和熟练掌握程度，是对基本功的一个训练。该壳体零件设计主要包括落料，多次拉伸，切边，整形几个工序，可以设计成复合模，也可以分步设计出几个单工序模具。

三．模具工业的现状

1.模具工业在国民经济中的重要地位和作用

模具技术的水平高低已经成为了衡量一个国家制造业水平的重要衡量标准。

第一、模具工业是高新技术产业中的组成部分，又是高新技术产业化的重要领域。伴随模具复杂程度的提高以及CAD/CAE技术的发展，模具设计经历了从依靠人的经验和手工绘图到计算机辅助和自动决策设计的过程。CAD/CAE技术的应用对缩短模具制造周期及提高模具质量有着显著的作用，例如，在航空发动机叶片锻造模具的发展中，随着技术的不断发展，叶片精锻技术得到不断发展并大量运用，面向叶片精锻的锻压模具设计与锻件设计CAD系统逐渐得到应用，这对于缩短设计制造周期，实现设计制造数据共享和信息集成，提高工作效率，有着重要作用。

第二、模具工业是装备工业的一个组成部分，工业和信息化部等十二部门近日印发《增材制造产业发展行动计划（2017-2020）》，明确提出到2020年，我国增材制造产业销售收入超过200亿元，年均增速在30%以上。关键技术达到国际同步发展水平，工艺装备基本满足行业应用需求，其中，模具方面，应用增材制造技术实现模具优化制造设计、原型制造等，推进复杂精密结构模具的一体化成型，缩短研发周期；应用金属增材制造技术直接制造复杂型腔模具等。

2.我国模具工业的规模

从产业布局来看，长江三角洲、珠江三角洲是我国模具企业最为集中的区域，绝大多数模具企业都是针对特定用户而生存，因此模具企业与一般工业产品企业相比，规模小、数量多，多数为中小企业。全国截至2014年12月共有模具生产企业1893家，主营业务收入累计2474.19亿元，总资产累计2230.39亿元。从行业内企业单位数来看，2004到2010年、2011年至今行业内企业单位数均呈现上升的态势，体现出行业处于上升发展的特点。2010到2011年行业内模具企业大幅度减少，主要是由于全球金融危机导致终端市场需求减少。

我国模具行业虽然起步较早，但行业发展初期模具企业一直处于下游生产企业的附属企业的地位，因此发展受到限制。直至1987年，模具才作为产品被列入机电产品目录。经过近30年的发展，中国模具行业已有了重大的进步。近年来，随着我国国民经济的迅速发展以及人民收入水平的提高，人们对汽车、家电、电子产品等需求的不断增加，使得这些行业进入高速发展阶段，这也成为我国模具行业迅速发展的重要原因。近年来我国模具行业市场规模不断扩大，主营业务收入增长迅速，已经从2004年底的230.64亿元增长到2014年底的2,474.19亿元。

3. 我国模具技术的发展趋势

“工业 4.0”是制造业的重要发展方向，《中国制造 2025》也已成为我国制造业未来十年发展的重要纲领。“工业 4.0”的核心就是将互联网与物联网技术应用于制造业，使制造业由出售产品向出售服务转变，同时也将导致制造业的价值创造、商业模式、服务和生产组织及工作模式等发生根本性改变。 在此背景下，我国模具技术的发展体现出以下趋势：

（1）模具的智能化水平上了一个新台阶，在塑料模具和压铸模具行业，已出现模具型腔的压力、温度、流量、冷却过程的智能控制模具，模具智能化已开始进入发展的快车道。

（2）模具集成制造单元与技术开始普及由于客户对模具制件的需求从单个零件转向多零件、多工序的组合越来越多，具有各种新型功能的模具集成制造单元纷纷涌现。

（3）轻量化新材料给汽车覆盖件模具与大型塑料模具带来了新的机遇与挑战。

（4）大型级进冲模技术日趋成熟，高速、高可靠性成为精密级进冲模的重要特征。

（5）商业互联网向模具及其产业链延伸。

（6）3D 打印在模具制造中的应用将更广泛。

4.国外模具技术发展状况

模具的设计与制造与高新技术相结合，CAD/CAE/CAM的广泛应用显示了用信息技术带动模具产业的先进性，与传统设计不同，计算机的运用减轻了设计难度，缩短了设计周期，同时也降低了设计成本；高速切削加工技术的运用，缩短了制模周期，提高了市场竞争力。

总结起来：模具的设计与制造向着信息化，数字化，无图画，精细化，自动化方向发展；模具产业向着技术集成化，设备精良化方向发展。

2. 研究的基本内容与方案

四．模具设计
锥形件的拉深次数以及拉伸方法取决于锥形件的几何参数，即：相对高度h/d2，锥角α和相对料厚t/d。一般，当相对高度较大，锥角较大，而相对料厚又较小时，变形困难需多次拉深。
经过粗略计算相对高度为2.38，锥角14.33度，属于高锥形件，因大小直径相差很小，变形程度更大，很容易产生变薄严重而拉裂和起皱，因此需采取必要的措施。
（1）拉伸过程中的缺陷
拉深件常见的缺陷是起皱和拉裂，残余应力。
①起皱是由于当凸缘材料在转变为筒壁时要受到很大的切向压力，在此压力下，凸缘材料失去稳定而形成皱折
t/dgt;=0.03(1-d/d），式中，d，d为毛坯的直径和工件的直径；t为板料的厚度
如果不能满足上述式子的要求，就要起皱。在这种情况下，必须采取措施防止起皱发生。最简单的方法(也是实际生产中最常用的方法)是采用压边圈。经过计算理论毛坯的直径224.3mm，取d=225mm，上述的公式不满足，所以需要采取措施预防起皱。
②拉裂则是由于凸缘材料的变形抗力超过了材料本身的极限强度而造成的。为防止拉裂，可根据板材的成形性能，采用适当的拉深比和压边力，增加凸模的表面粗糙度，改善凸缘部分变形材料的润滑条件，合理设计模具工作部分的形状，选用拉深性能好的材料等材施。

③残余应力可以退火处理。
（2）拉深次数的确定
①有色金属薄壁深锥零件确定坯料直径时，要增加一定数值，一般按下式计算：
d坯=（1.05-1.16）d
因此d坯=1.08*224.3=242.244mm，取落料毛坯直径243mm。
②圆筒形过渡毛坯拉深次数的确定
第一次极限拉伸系数m1=（0.50-0.53），m2=（0.75-0.76），m3=（0.78-0.79），取第一次拉深系数0.51，第二次拉深系数0.75。
第一次拉深直径：d1=0.51×243=123.93
第二次拉深直径：d2=123.93×0.75=92.94，
调整第二次拉深系数m2=0.758
③圆筒形过渡到锥形拉深次数
拉深次数n=1 （lg46.05-lg91.5）/lg0.78=3.76
取n=4
因此拉深次数为6次
（3）工艺分析及工艺方案的确定
①零件材料分析
2a12铝板为一种高强度硬铝，可进行热处理强化，在退火、刚淬火和热状态下可塑性中等。
②结构分析
零件相对高度h/dgt;gt;0.8，是一典型的薄壁深锥零件，零件各部分壁厚均不相等，对于尺寸精度要求较高，对该类零件的拉伸一般采用圆筒过渡法。
③加工方案的确定
零件涉及到的加工工艺：落料，多次变薄拉深，整形，切边。
方案一：将模具设计成级进模，一次完成生产。
方案二，将前两次的圆筒变薄拉深设计成级进模，剩下的锥部拉深设计成单工序模
方案一模具的数量明显减少，加工效率高，所需要的人工成本低，减轻了工人劳动强度，但是对于模具的结构复杂，精度要求高，模具的制造、维修费用高；方案二所需的模具结构简单，但是所需的模具多，每一次拉深后需要退火处理，成本增加，但是考虑到材料属于硬铝，在退火后的塑性较好，因此选择方案二。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，确定方案，完成外文资料翻译和开题报告；

第4-7周：设计方案拟定、计算、完成结构的装配草图；

第8-10周：绘制工程图；

4. 参考文献（12篇以上）

参考文献：

［1］中国模具工业协会2016模具技术和设备评述专家组， 第十六届中国国际模具技术和设备展览会模具水平评述， 《电加工与模具》2017 年第 1 期.

［2］南长峰，模具设计与制造技术的发展趋势［j］，航空制造技术，2015.