毕业设计（论文）-不锈钢水杯的冲压工艺及模具设计.doc

毕业设计不锈钢水杯的冲压工艺及模具设计学生姓名： 周杰 学号： 112018244 系 部： 机械工程系 专 业： 材料成型及控制工程 指导教师： 韩海军 二零一五 年 六 月诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 不锈钢水杯的冲压工艺及模具设计 系部： 机械工程系 专业： 材料成型机控制工程 学号： 112018244 学生： 周杰 指导教师（含职称）： 韩海军（高工） 1课题意义及目标 （1）意义 以不锈钢水杯为设计课题，一方面让学生对对市场有所了解，另一方面锻炼学生熟练使用Auto CAD绘图软件，让学生在模具设计，模具选材，模具成型工艺分析，以及资料检索方面获得综合训练和提高，为以后工作奠定较扎实的基础。 （2）目标： 以所学专业知识为基础，以实用为目的，通过对不锈钢水杯冲压工艺的分析及相关参数的计算，进一步绘制模具的总装图及零件图，总结出并熟练掌握模具设计的规律和方法。2主要任务1)绘制模具装配图及零件图 2)编制设计说明书一本 3)电子资料一份3主要参考资料1周本凯.冷冲压模具精要.北京:化学工业出版社,2009.2李体彬.冲压成型工艺.北京:机械工业出版社,2008.3刘均良.刘兵.冲压模具设计手册.辽宁:工程学院大连理工大学机械,2008.4向伟.李波.冲压模具设计.湖南:技工学校,2011.5罗百辉.冲压模具技术问答.北京:化学工业出版社20074进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1查阅文献，完成开题报告2014-12-20至2014-12-302完成工艺计算，确定模具结构方案2015-03-03至2015-04-133中期检查2015-04-14至2015-05-044绘制模具图2015-05-05至2015-06-015完善设计内容，准备答辩2015-06-02至2015-06-15审核人： 年 月 日不锈钢水杯的冲压工艺及模具设计摘要：随着人们的生活水品的不断提高，人们对水杯要求也变高了，不再是简单盛水的用具，而需要它向多功能，更健康方向发展。所以对其材质要求高，耐热耐腐蚀且环保，对其功能要求有更好的保温效果，外观简单大方好看。这次不锈钢水杯的设计不仅让我对市场有所了解，另一方面让我熟练使用Auto CAD绘图软件。让我在模具设计，模具选材，模具成型工艺分析，以及资料检索方面获得综合训练和提高，总结出并熟练掌握模具设计的规律和方法，为以后工作奠定较扎实的基础。设计的主要内容包括：(1)本论文对冲压模具的国内外发展现状及发展优势，冲压模具研究的目的及意义进行了叙述。(2)对零件的加工工艺进行了分析和相关尺寸进行计算。(3)模具的设计，主要进行了压力机的选择、落料拉伸凸、凹模的尺寸计算、模架的选用、定位装置、卸料装置的选择。(4)拉伸过程中会遇到的问题既解决办法和它的辅助工序。(5)最终绘制模具的装配图和零件图。关键词：不锈钢水杯，拉伸模Stamping process and die design of stainless steel cupAbstract: With the continuous improvement of peoples living standards, people also have a higher demand for cups , the cup is no longer a simple water containing apparatus, and need it to the multi-function, a more healthy direction of development. Therefore, its material requirements, heat resistance and corrosion and environmental protection, the function of its requirements for better insulation effect, the appearance of simple and elegant. The stainless steel cup design not only exercise me have a good understanding of the market, on the other hand exercise my skilles that using Auto CAD drawing software. It improve me in the mould design, mould material, mould injection molding process analysis and data retrieval and improving access to comprehensive training, summarizes and master the rules and methods of die design.for my future and lay a solid foundation.The main contents of the design include:(1) This paper describes the development status and development advantages of stamping die at home and abroad, the purpose and significance of stamping die research.(2) The machining process of the parts is analyzed and the relevant dimensions are calculated.(3) Mold design, mainly for the choice of the press, fall material drawing convex, concave die size calculation, mold selection, positioning device, unloading feeding device of choice.(4) The problem encountered during the stretching is both the solution and the auxiliary process.(5) The final drawing of the mold assembly drawings and parts diagram.Keywords: stainless steel cup,drawing die 目 录1 前言11.1 冲压工艺的发展优势和现状11.1.1冲压工艺的发展优势11.1.2冲压工艺的发展现状11.2 模具生产中的影响因素和基本步骤21.2.1影响因素21.2.2基本步骤22 零件的工艺分析和相关计算32.1材料的工艺分析32.1.1选择冷冲压材料的要求32.1.2材料的经济效益32.2圆筒成型工艺分析32.2.1圆筒结构形状32.2.2杯子尺寸的设计42.2.3精度与表面粗糙度要求42.2.4工艺方案的确定52.3毛坯的计算和拉伸次数的确定62.3.1毛坯尺寸的计算62.3.2拉伸次数的确定和压边圈的选用72.4排样设计和材料利用率的计算102.4.1拉伸次数的确定和压边圈的选用152.5排样设计和材料利用率的计算172.5.1横裁法材料利用率计算172.5.2纵裁法材料利用率的计算183 落料拉伸模的设计计算203.1工件的拉伸力与压边力的计算203.2拉伸模工作部分结构参数的确定213.2.1设计标准213.2.2凸凹模的圆角半径的确定223.2.3凸凹模拉伸间隙的确定223.2.4拉伸凸模凹模工作部分尺寸及其制造公差的确定233.2.5模具主要零件的结构尺寸的设计7244 外筒的缩口模具的设计计算284.1缩口的方法284.2缩口模具具体参数的确定284.3 生产中出现的问题及解决措施325 结论345.1扎实的基础课，专业课是模具设计的基础345.2对模具设计中的安全性，经济性加深了认识345.3电脑成为设计中重要的辅助工具345.4设计态度直接决定着设计质量35参考文献36致 谢37III太原工业学院毕业设计1 前言1.1 冲压工艺的发展优势和现状1.1.1冲压工艺的发展优势 冲压工艺是一种依靠外在的压力和对模具相关板料施加一定的压力使其板料发生分离或产生塑性变形，获得所需的冲压件的形状或大小。和其他机械加工方法相比较有很多自己的优点8，其特点如下：(1)冲压加工工艺的操作简易,易于工艺自动化。冲压工艺是由冲压模具和冲压设备完成的，而压力机每分钟的行程可以达到几十次，高速压力机可以达到每分钟几百次，且压力机的每一个行程就能获取一个工件，所以冲压加工的生产效率很高8。(2)冲压时模具保证了冲压件的尺寸和形状的精度，表面质量良好，模具寿命较长，所以冲压件的质量稳定互换性好。(3)冲压时一般很少产生碎料，材料利用率高，在加工过程中也不需要其它加热设备，所以是一种高效节能的加工工艺8。1.1.2冲压工艺的发展现状随着现代科学技术的飞速发展,机械化成型技术也取得了长足发展,冲压工艺向集成化、智能化、综合化的方向快速发展。特别是欧美和日韩等发达国家模具发展较早,拥有较先进生产管理技术,充分结合发挥信息技术使模具技术的发展更向前一步。与国际水平相比较而言中国的模具行业的差距不光表现在精度和交货周期长等方面,模具的平均寿命也没有国际水平的50%左右,大型、精密、技术含量高的产品都需要向国外进口。由于模具制造一直被视为生产后方,我国的模具发展一直很缓慢,1984年成立了模具工业协会,1987年模具首次被列入机电产品目录,当时全国共有6000家模具生产制造厂点。随着市场经济的发展,模具及及其标准件、配套件作为产品的制造企业大量出现,模具行业快速发展。在市场中优胜劣汰的竞争中,企业的模具生产技术得到了很快的发展,被普及应用于汽车、航天、航空、轻工业、电子、电器、仪表行业8。 计算机技术的发展，也带动了模具行业的发展，实现了计算机辅助绘图设计1（CAD)、计算机辅助制造（CAM)和计算机辅助工程（CAE），抛弃了传统的手工制图，和绘图板。使用计算机绘图，使生产周期和精度都大大提高，提高了生产效率，促使模具向前发展。国内很多企业通过向国外引进的加工设备，硬件上与国际水平的差距不断缩小8。模具工业的新工艺、新理念和新模式逐步得到认同，在成型工艺方面主要有冲压模具功能复合化，模具加工系统自动化等，模具水平不断提高产生很多新的设计工艺和新的理念模式。1.2 模具生产中的影响因素和基本步骤1.2.1影响因素(1)冲件结构形状、尺寸大小、精度及其他技术要求；(2)冲件材料种类、坯料类型、力学性能及其厚度；(3)产品的生产批量；(4)模具制造的基本条件及制作习惯；(5)模具使用单位的设备状况。1.2.2基本步骤(1)工艺的设计首先我们根据所要设计的零件的形状、尺寸进行分析，确定工艺方案，进行毛坯的计算、材料利用率和压力机的吨位的校核。(2)模具的设计模具设计，是建立在工艺设计的基础上，对压力机的选择、凸凹模的结构设计、零件图装配图的绘制等。2 零件的工艺分析和相关计算2.1材料的工艺分析2.1.1选择冷冲压材料的要求(1)材料具有良好的剪切性能。(2)板料表面要光滑平整厚度均匀。(3)材料具有符合我们要求的硬度，材料所有面积和长度均匀一致。(4)非冲裁成型、冲裁成型的材料都有一定的强度。(5)冲裁成型的零件必须具有良好的塑性和焊接性能。(6)所使用的材料对人体无害。2.1.2材料的经济效益 水杯是人们生活中普遍使用的喝水容器，所以要求它的材料有耐腐蚀耐磨性，使用寿命也要保证，所以从经济和材料的性能出发，杯子的材料选择304不锈钢。它是一种铬鎳不锈钢，具有良好的耐腐蚀耐磨性，是一种食品级不锈钢，既环保又安全。2.2圆筒成型工艺分析2.2.1圆筒结构形状（1） 根据零件的结构和制造的经济性综合考虑内筒外壳均选择拉伸工艺完成。（2） 拉伸件应满足要求，形状简单对称。（3） 由于拉伸件的变形程度有所限制拉伸件可能要进行几次拉伸才能获得所需尺寸的零件。（4） 拉伸件在转角处有足够大小的圆弧半径。 （5）该零件结构简单对称，内外筒均选取t=1mm，底部圆角半径R=2mm。2.2.2杯子尺寸的设计（1）被子的尺寸设计分为内筒和外筒的设计，根据综合考虑内筒的高为170mm、直径为54mm、厚度为1mm。（2）杯子外筒的尺寸设计为高为165mm、直径为64mm、厚度为1mm。（3）内筒和外筒的底部间隙为10mm，周边间隙为5mm，还考虑到最后装配需要缩口5mm,所以外筒高165mm。外筒是进过缩口后，和内筒装配在一起抽掉它们之间的空气，焊接缩口处，打磨抛光而成，再在内筒口滚好螺纹。水杯的尺寸结构如下图2-1。图2-1 水杯结构尺寸图2.2.3精度与表面粗糙度要求要满足在IT13级以下，不宜高于IT11。所以，该拉伸件的公差等级，参照表2-1选择表面粗糙度值。表2-1 公差等级与表面粗糙度数值2（用于通用机械）由于选择公差等级为IT10，零件的直径为54mm,查表可知，表面粗糙度值为Ra=6.3um。2.2.4工艺方案的确定 首先对该工件的形状尺寸分析，考虑该批工件产品的质量和批量，生产效率、模具的寿命等多种因素，不锈钢水杯生产可以采用以下几个方案：方案一：采用落料拉伸复合模、二次拉伸、三次拉伸、四次拉伸、缩口。方案二：采用落料、四次拉伸单工序模、缩口方案三：采用多工位级进模 对以上三种工艺方案分析可以看出：方案一模具简单数量少，冲压经济效益好，适合中批量和大批量生产。方案二模具简单，单工序模，数量较多冲压效率低经济效益较低，适合小批量生产。方案三相比较前面几种方案而言，冲压经济效益较高，但模具结构复杂，适合大批量工件的制造生产 。 综合考虑用方案二落料拉伸复合模冲出的工件精度较高，且经济效益较好，方案二对条料的宽度要求不高，模具结构较简单，所以采用方案二落料拉伸模较合理。 定位方式的确定：该模具采用的是条料用导料板控制条料的送进方向，没有侧压装置。开始工作时条料送进在挡料销的作用下定位完成冲压过程。卸料出件方式的选择：由于工件首次落料拉伸时工件尺寸较大，所以采用固定卸料板的方式。推件方式的选则：由于模具结构采用了倒装复合模，所以推件装置装于上模部分，能保证拉伸凸模的强度和刚度。2.3毛坯的计算和拉伸次数的确定2.3.1毛坯尺寸的计算 内筒毛坯高度计算，根据拉伸件尺寸修边余量表，可取修边余量h=10mm3，所以零件高度为H=180mm。毛坯的直径可以由面积法得： 图2-2工件图a1=3.14502=1962.5mm2a2=3.14/22(3.1450+42)=518.1=301453178=29622.76mm2 2.3.2拉伸次数的确定和压边圈的选用（1）拉伸次数的确定由表2-2确定拉伸系数表2-2 筒形件带压边圈的极限拉伸系数4各次拉伸次数n板坯相对厚度(t/D)10021.51.51.01.50.60.60.30.30.150.150.0810.480.500.500.530.530.550.550.580.580.600.600.6320.730.750.750.760.760.780.780.790.790.800.800.8230.760.780.780.790.790.800.800.810.810.820.820.8440.780.800.810.820.810.820.820.830.830.850.850.8650.800.820.820.850.840.860.850.860.860.870.870.88材料选择304不锈钢，由表查得首次拉伸系数为m1=0.52,以后各次拉伸系数为m2=0.78，m3=0.78，m4=0.8因为51.2554.所以内筒的拉伸次数为4次。（2）确定各次拉伸半成品的尺寸各次半成品直径计算，调整各次拉伸系数，使其数值合适，调整后实际选取m1=0.52，m2=0.8，m3=0.8，m4=0.8各次拉伸直径确定为：经修正后的各次拉伸间的直径为：=105.3mm =84mm =67mm =54mm各次半成品高度计算，取各次的底部圆角半径为r1=4mm r2=3.5mm r3=3mm r4=2mm,确定各次工件拉伸的高度：h1=0.25（202.52/105.3-105.3)+4/105.3(105.3+0.324)=72mmh2=0.25（202.52/84-84)+4/84(84+0.323.5)=102mmh3=0.25（202.52/67-67)+4/67.39(67+0.323)=136mmh4=0.25（202.52/54-54)+4/54(54+0.322)=176mm筒形件的拉伸工序图如下。图2-3拉伸工序图 （3）压边圈的确定根据坯料的相对厚度计算公式2 (2-3) =1/202.5100=0.4938有下表2-2查得表2-2 是否压边的条件表3拉伸方法第一道拉伸以后各道拉伸(t/d)100m1(t/dn-1)m2用压边圈1.50.60.60.8可用压边圈1.52.00.61.50.8不用压边圈2.00.61.50.8由上表可知，零件的相对厚度为0.49381.5时，通过计算比较得知在第一次第二次拉伸时都需要用压边圈；在实际生产过程中，压边圈可以用两种装置，一是刚性压边装置，二是弹性压边装置，根据综合考虑压边圈选用弹性压边圈。2.4排样设计和材料利用率的计算排样方法可以分成以下三种：（1） 有废料排样9，是在冲裁工件件与侧边之间冲裁工件件与冲裁工件件之间都存在工艺余料，材料利用率较低。（2） 少废料排样9，是指在冲裁件与条料侧边之间有余料或冲裁件与冲裁件之间有余料，材料利用率在70%-90%之间，利用率较高。（3） 无废料排样9，是指在冲裁件与冲裁件之间和冲裁件与条料侧边之间都没有废料，对节省材料有重要意义。 根据综合考虑，排样方法采用少废料排样，采用单直排。搭边值的选取：搭边是冲裁件与冲裁件之间，冲裁件与侧边之间留下的工艺余料，起到补偿裁剪等误差。由表2-3查得： 表2-3 冲裁金属材料的搭边值5 单位：mm材料厚度t手动送料圆形非圆形侧搭边a间搭边b侧搭边a间搭边b11.5221.51222.22.52.3232.52.332.53432.53.53454354由表得，工件的工作间隙搭边值为a=0.8mm，侧搭边为a1=1mm.根据送料步距公式：A=D+a条料宽度公式3：B=(D+2a1+）-0mm式中 D-冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸 a-冲裁件之间的搭边值 a1-冲裁件与条料侧边之间的搭边值 -板料剪裁时的下偏差（表2-4）表2-4 龙门剪床剪切条料宽度的最小公差 6 单位：mm条料宽度B最小公差条料厚度0.5条料厚度0.51.0条料厚度1.02.0条料厚度2.03.0条料厚度3.04.0条料厚度4.05.0所以B=（202.5+21+)-0=205.51-mm排样图如下2-4： 图2-4排样图材料利用率的计算：合理的裁剪方法，能提高材料利用率，用横裁、纵裁的方法分别计算材料利用率的进行比较：方法是工件的实际面积和板料总的面积之百分比。根据进距A及料宽B,选择板材的规格为：t=1mm1500mm6000mm（1）横裁法材料利用率的计算，横裁图如下2-5。图2-5横裁图根据材料利用率公式得 (2-9)式中：N每张板料获得的冲零件数 S每个冲件的有效面积， A板料的长度，A B板料的宽度，B 每张板料能获得的条料条数计算结果为：m=6000/205.5=29(条）每条条料所能获得的冲件数为：n=1500/205.5=7(个）每张板料所能获得总零件个数为：N=mn=297=203（个）每个冲件的有效面积为：s=33150.7mm2所以材料利用率为：=20333150.7/60001500100%=74.7%（2）纵裁法材料利用率的计算，纵裁图如2-6： 图2-6纵裁图每张板料能获得的条料数为：m=1500/205.5=7(条）每条条料所能获得的冲件数为：n=6000/205.5=29(个）每张板料所能获得总零件个数为：N=mn=297=203（个）每个冲件的有效面积为：s=33150.7mm2所以材料利用率为：=20333150.7/60001500100%=74.7%综上所述，通过计算比较纵裁法和横裁法利用率一样，所以两种方法都可以。 （3）外筒毛坯高度计算，根据拉伸件尺寸修边余量表，可取修边余量3h=10mm，所以零件高度为H=183mm。毛坯的直径可以由面积法得： a1=3.14602/4=2826mm2a2=3.14/22(3.1460+42)=616.7mm2=3.1463181.3=35211.96mm2 2.4.1拉伸次数的确定和压边圈的选用（1）拉伸次数的确定由表2-2确定拉伸系数。材料选择304不锈钢，由表查得首次拉伸系数为m1=0.55,以后各次拉伸系数为m2=0.78，m3=0.8，m4=0.82因为62.564.所以内筒的拉伸次数为4次。（2）确定各次拉伸半成品的尺寸 各次半成品直径计算，调整各次拉伸系数，使各次拉伸系数均大于表中查的数值，调整后实际选取m1=0.55，m2=0.8，m3=0.8，m4=0.83各次拉伸直径确定为：经修正取各次拉伸件的直径：=122mm =97mm =79mm =64mm各次半成品高度计算，取各次的底部圆角半径为r1=4mm r2=3.5mm r3=3mm r4=2mm,把各次工序件直径和底部圆角半径带入下面公式确定各次工件拉伸的高度：3h1=0.25（222.12/122-122)+4/122(122+0.324)=70mmh2=0.25（222.12/97-97)+4/97(97+0.323.5)=102mmh3=0.25（222.12/79-79)+4/79(79+0.323)=138mmh4=0.25（222.12/64-64)+4/5464(64+0.322)=172mm筒形拉伸件的工序图2-7。 图2-7拉伸工序图（3）压边圈的确定 根据坯料的相对厚度计算公式 3 (2-3)=1/222.16100%=0.45由表2-2可知，零件的相对厚度为0.451.5时，通过计算比较得知在第一次第二次拉伸时都需要用压边圈。2.5排样设计和材料利用率的计算 排样方法采用少废料排样，采用单直排。由表得，工作间隙搭边值为a=0.8mm，搭边为a1=1mm.根据送料步距公式：A=D+a=222.1+0.8=222.9mm条料宽度公式：B=(D+2a1+）-0所以B=（222.1+21+)-0=225.11-mm材料利用率的计算：合理的裁剪方法，能提高材料利用率，对横裁、纵裁的材料利用率的进行计算比较：方法是工件的实际面积和板料的面积百分比。根据进距A及料宽B,选择板材的规格为：t=1mm1500mm6000mm2.5.1横裁法材料利用率计算 横裁图如下2-8： 图2-8橫裁图每张板料能获得的条料数为：m=6000/222.1=27(条）每条条料所能获得的冲件数为：n=1500/222.1=6(个）每张板料所能获得总零件个数为：N=mn=276=162（个）每个冲件的有效面积为：s=38743.7mm2所以材料利用率为：=16238743.7/60001500100%=69.7%2.5.2纵裁法材料利用率的计算 图2-9纵裁图每张板料能获得的条料数为：m=1500/222.1=6(条）每条条料所能获得的冲件数为：n=6000/222.1=27(个）每张板料所能获得总零件个数为：N=mn=276=162（个）每个冲件的有效面积为：s=38743.7mm2所以材料利用率为：=20338743.7/60001500100%=69.7%综上所述，纵裁法横裁法利用率计算结果一样，所以两种方法都可以。383落料拉伸模的设计计算3.1工件的拉伸力与压边力的计算 内筒拉伸力的计算公式12F=：式中 d-拉伸件直径 t-料厚 -材料强度 K-修正系数 第一次拉伸的直径d1=105.3mm第二次拉伸的直径d2=84mm第三次拉伸的直径d3=67mm第四次拉伸的直径d4=54mm304不锈钢的极限强度=650MPa，查表得K1=1(首次） K2=0.8（以后各次）所以第一次拉伸力为：F1=3.14105.365011=214917.3N所以第二次拉伸力为：F2=3.1484.26500.81=137481.7N所以第三次拉伸力为：F3=3.1467.465010.8=110050.7N所以第四次拉伸力为：F4=3.145465010.8=88171.2N压边力的计算：FQ=AP A-压边面积 P-单位面积压边力查表得P=4MPa ，FQ1=93.7KN第二次拉伸时的压边FQ2=9.26KN（1）落料冲裁力F=KLt=1.33.14205.5350=293597.8N（2）卸料力F卸=K卸F=0.03293597.85=88079.63N（3）推件力F推=nK推F=10.05293597.85=146799N（4）F顶=K顶F=0.06*293597.8N 所以第一次的总压力F总=F卸+F推+F顶+FQ1+F1=618.6KN 第一次拉伸选用的压力机F压2*618.6KN=1237.2KN综合考虑选用压力机为公称压力为1600KN的J21-160开式固定台式压力机，具体参数如下：公称压力/KN 1600 滑块行程/mm 160 滑块行程次数/（次/min） 35 最大闭合高度/mm 480 连杆调节长度/mm 120 工作台尺寸前后左右 790710 电动机功率/KW 1压力中心的确定 ：由于该冲裁拉伸件几何形状对称，所以其压力中心为其几何中心。3.2拉伸模工作部分结构参数的确定3.2.1设计标准落料时，落料件尺寸是由凹模确定的，在加工时应以落料凹模为设计标准。 表3-2 冲裁模双面间隙值2 单位：mm材料名称45、锡青铜（硬）、T7、T8（退火）、65Mn（退火）、10、15、30钢板、H62、LY12、硅钢片、冷轧钢板、不锈钢（硬）、Q215、Q235、08、10、15钢板、H68（半硬）、H62、H68（软）、紫铜、LF2（硬）、LY12（退火）硬度/HBS1901401907014070抗拉强度b/MPa600400600300400300厚度tZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax0.30.040.060.030.050.020.040.010.030.50.080.100.060.080.040.060.0250.045由表得Zmin=0.13mm Zmax=0.16mm凸凹模如果是采用单配加工制造的：D凹=（D min-x）D凸=（D凹-Zmin）0.0750.03=Zmax-Zmin（不能满足间隙公差条件）所以凹凸模采用配作加工的计算方法：即：D凹=（Dmax-x）0+1/4=(205.5-0.750.3)0+1/4*0.15=205.27落料凸模基本尺寸与凹模尺寸相同为D凸=205.27，不必注公差，但要保证双边间隙Z=0.130.16mm。3.2.2凸凹模的圆角半径的确定 （1）凹模圆角半径应尽可能大些，但太大会消弱压边圈的作用，容易起皱，因此R凹大小要适当。筒形件首次拉伸时凹模圆角半径为R凹1=C1C2tC1-考虑材料力学性能系数C2-考虑材料厚度与拉伸系数 查表得，C1=1 C2=67.5所以R凹1=C1C2t=117=7mm，以后的各次拉伸凹模圆角半径R凹n逐渐缩小，取R凹n=（0.60.8)R凹n-1但不能小于2t。所以R凹2=0.87=5.6mm R凹3=5.60.7=3.92mmR凹4=3.940.7=2.744mm （2）R凸对拉伸件工作的影响不如R凹显著，凸模圆角半径出最后一次应取零件底部圆角半径相等的数值外，中间数值可以与R凹相等或小，并且各次拉伸凸模圆角半径应逐渐减小，即R凸=（0.71）R凹所以 R凸1=71=7mm R凸2=5.60.8=4.5mm R凸3=3.920.8=3.1mm R凸4=2mm3.2.3凸凹模拉伸间隙的确定 Z；双边间隙用Z表示，单边间隙用Z/2表示，对冲裁件断面质量、冲裁力、模具寿命等影响很多。间隙太小，拉深力大工件容易拉断，模具磨损严重，寿命低；间隙太大，拉深力小模具寿命提高了，但工件易起皱变厚，侧壁不直，口部边线不齐，有回弹，质量不能保证：Z=D凹-D凸/2因此，确定间隙的原则是：既要考虑到板料公差的影响，又要考虑毛坯口部增厚现象，故间隙值一般应比毛坯厚度略大一些11。各次拉伸时间隙Z1=1.2t=1.2mmZ2=1.2t=1.2mmZ3=1.1t=1,1mmZ4=(11.05)t=1mm3.2.4拉伸凸模凹模工作部分尺寸及其制造公差的确定 对最后一道工序的拉伸模，凸凹模的尺寸及其公差应按工件要求确定。由于该零件对内形尺寸要求较高：应以凸模的尺寸为基准进行设计计算。凸模尺寸：d凸=（d+0.4)=（53+0.40.3）=53.12mm凹模尺寸：d凹=（d+0.4+2Z)=(53+0.40.3+21)=55.12中间各道工序的拉伸模，由于毛坯尺寸与公差，没有必要的限制，这时凸凹模尺寸只要取毛坯过渡尺寸即可，若以凹模为基准12时：则 凹模尺寸：D凹=D凸模尺寸：D凸=(D-2Z)所以第一次拉伸D凹1=d1=105.3mm D凸1= （d1-2Z） =102.9mm第二次拉伸时D凹2=d2=84.2mm D凸1= （d2-2Z）=81.8mm第三次拉伸时D凹3=d3=67.3mm D凸3= （d3-2Z）=65.1mm因为本设计的课题主要是针对不锈钢水杯的内筒设计，外筒的设计和计算和内筒相似，可以不用计算，所以主要计算设计内筒的第一次落料拉伸复合模和外筒有最后一道工序缩口的设计计算。3.2.5模具主要零件的结构尺寸的设计 落料凹模的结构尺寸的确定：凹模的外形尺寸应保证凹模有足够的强度和刚度，凹模的厚度还应考虑修模量。凹模的外形选择圆形，通过螺钉销钉与下模座固定。凹模的厚度计算公式：H=kb=205.70.12=24.6mm凹模壁厚c=（1.52)H=36.949.2mm（3040mm）式中b冲裁件的最大外形尺寸k系数，考虑板料厚度的影响根据具体情况选取c=40mm，凹模厚度为24.6mm.凹模直径为B=D+2C=285.27mm。凹模的形孔轴线与顶面应保持垂直，凹模的底面与顶面保持水平。为了提高模具寿命与冲件的精度，凹模底面和形孔的孔壁应光滑，表面粗糙度为Ra=0.40.8um底面与销孔的Ra=1.60.8um材料选择T12钢，热处理硬度为5862HRC.结构形状如下3-1。图3-1凹模结构图凸凹模的模具结构尺寸设计：凸凹模的内外圆均为刃口，内外缘之间的壁厚决定于冲裁件的尺寸。对于倒装复合模来说因为孔内会积存废料，所以最小壁厚要大些12。凸凹模的材料也选用T12号钢，热处理硬度为5862HRC。结构尺寸如下图3-2。 图3-2凸凹模结构图拉伸凸模采用直通式凸模，工作部分和固定部分形状一样。凸模长度一般是通过结构上的需要来确定的，使用固定卸料板的凸模长度可以通过以下公式计算：L=H1+H2+H3+Y=72.7+15+1+5+1=103.7mm式中 H1 -工作部分的长度 H2卸料板的长度 H3导料板的厚度 Y-附加长度凸模材料 模具刃口要有高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力，因此有较高的硬度和适当的韧性选用T12号钢，热处理硬度为5862HRC。结构尺寸如下3-3： 图3-3凸模结构图垫板厚度为10mm，材料用45号钢，热处理硬度为3540HRC。下固定板厚度为28mm，材料为45号钢，热处理硬度为3540HRC. 卸料螺钉为：M12x60 上模座螺钉：M12X100 下模座螺钉：M12X85卸料板厚度为22mm，材料用45号钢，热处理硬度为3540HRC。模架的选择，对模架要求要有足够高的强度和硬度，精度。选择后侧式导柱模架，导柱导套有标准中查找。导套与上模座之间用过盈配合，导柱与下模座也用过盈配合。模柄：一般模具都是通过模柄用螺钉固定在压力机上的滑块上的。 落料拉伸模具总装图如下：1.沉头螺钉 2.内六角螺钉 3.托杆 4.下模座 5.挡料销 6.六角头螺钉 7.支架 8.压边圈9.落料凹模 10.卸料板 11.上模座 12.上模固定板 13.垫板 14.内六角头螺钉 15.落料拉伸凸凹模 16.内六角头螺钉17.横销 18.打杆 19.模柄 20.推件板 21.拉伸凸模 22.23.圆柱销 24.导套 25.套住4 外筒的缩口模具的设计计算4.1缩口方法缩口是将已经拉伸好的筒形件，通过缩口模具将口部直径缩小的一种成型工艺。他们广泛的应用与机械制造业和工业制造业。缩口变形主要是毛坯受切向压缩而使口部直径变小，厚度有所增加。缩口加工有如下几个方法：1冲击缩口 冲击缩口主要是将工件放在专用缩口机上完成的，针对一些细长厚壁的零件经行加工，如大炮管的加工，设备是专用的，有的还需要进口，价格昂贵4。2旋压缩口 旋压缩口是将工件放入旋压模或专用旋压机上经行，由于旋压过程中，缩口形成是慢慢逐渐形成的，提高了稳定性，可以提高每次缩口变形程度。这种方法生产效率较其他方法低。适用大管薄壁零件3。3冲压缩口 冲压缩口是利用专用模具在曲柄压力机上经行加工的。根据缩口情况对毛坯加工可以有三种支撑方式，无支撑、内支撑、外支撑。有支撑缩口增加了毛坯的稳定性和缩口件的质量，提高了生产效率，零件的质量4。4.2缩口模具具体参数的确定缩口变形程度缩口系数：m=式中 d-缩口后的直径 D-缩口前的直径缩口模具的支撑方式选用外支撑的方式，结构简单缩口过程坯料稳定性好许可缩口系数可以取小一些。缩口次数的确定：=0.59所以一次缩口就可以完成成型。毛坯的高度可以按下面的公式计算：=1.05x=183.3mm缩口力的计算：式中 F 缩口 t 缩口前料厚 D 缩口前直径 d 工件缩口部分的直径 u 工件与凹模接触部分摩擦系数 材料的屈服强度 凹模圆锥半锥角 k 速度系数，在压力机上工作时，k=1.5带入数值得;F=30.98NK 根据缩口力确定了选用曲柄压力机的吨位为J23-10A，具体参数如下： 公称压力/KN 100 滑块行程/mm 60 滑块行程次数/（次/min） 145 最大闭合高度/mm 180 连杆调节长度/mm 35 工作台尺寸前后左右 240360 电动机功率/KW 1.1缩口模具的设计主要是以缩口凹模为基准，缩口模材料为Cr12MoV。凹模厚度计算:H=kb=64x0.12=7.68mm凹模壁厚为C=（1.52）xH=11.5215.36mm由于工件是对称的所以压力中心为材料的中心。 回弹量大小取决于缩口直径缩口量，缩口零件壁厚以及零件的机械性能，当缩口直径缩小量越大，缩口零件壁厚越薄则缩口后会弹量越大，计算回弹困难，目前没有精确的计算公式，缩口回弹量可按这个公式近似计算，d= 材料的抗拉强 E 材料的弹性模量 D 缩口后的工件直径d=0.15mm凹模的工作部分的尺寸的计算公式：d1=d-d=53.3mm.缩口下起点的圆角半径r为4mm缩口上起点大于下起点取4.5mm。所以缩口凹模的材料选择Cr12MoV。热处理硬度为5862HRC，结构尺寸如下图4-1。 图4