不锈钢水杯的冲压工艺及模具设计

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AutoCAD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IStampingprocessanddiedesignofstainlesssteelcupAbstract:Withthecontinuousimprovementofpeopleslivingstandards,peoplealsohaveahigherdemandforcups,thecupisnolongerasimplewatercontainingapparatus,andneedittothemulti-function,amorehealthydirectionofdevelopment.Therefore,itsmaterialrequirements,heatresistanceandcorrosionandenvironmentalprotection,thefunctionofitsrequirementsforbetterinsulationeffect,theappearanceofsimpleandelegant.Thestainlesssteelcupdesignnotonlyexercisemehaveagoodunderstandingofthemarket,ontheotherhandexercisemyskillesthatusingAutoCADdrawingsoftware.Itimprovemeinthemoulddesign,mouldmaterial,mouldinjectionmoldingprocessanalysisanddataretrievalandimprovingaccesstocomprehensivetraining,summarizesandmastertherulesandmethodsofdiedesign.formyfutureandlayasolidfoundation.Themaincontentsofthedesigninclude:(1)Thispaperdescribesthedevelopmentstatusanddevelopmentadvantagesofstampingdieathomeandabroad,thepurposeandsignificanceofstampingdieresearch.(2)Themachiningprocessofthepartsisanalyzedandtherelevantdimensionsarecalculated.(3)Molddesign,mainlyforthechoiceofthepress,fallmaterialdrawingconvex,concavediesizecalculation,moldselection,positioningdevice,unloadingfeedingdeviceofchoice.(4)Theproblemencounteredduringthestretchingisboththesolutionandtheauxiliaryprocess.(5)Thefinaldrawingofthemoldassemblydrawingsandpartsdiagram.Keywords:stainlesssteelcup,drawingdieII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.21III3.2.2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7.244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.3701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1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2（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。32零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。42.2.2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。5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，6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：拉伸件）毛坯(4)(2ADA321a7图2-2工件图a1=3.14502=1962.5mm242da2=3.14/22(3.1450+42)=518.1rr1=301453178=29622.76mm2hd3毛环直径）所以(5.013.4m361729658.96ADA2.3.2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8表2-2筒形件带压边圈的极限拉伸系数4板坯相对厚度(t/D)100各次拉伸次数n21.51.51.01.50.60.60.30.30.150.150.0810.480.500.500.530.530.550.550.580.580.600.600.6320.730.750.750.760.760.780.780.790.790.800.800.8230.760.780.780.790.790.800.800.810.810.820.820.8440.780.800.810.820.810.820.820.830.830.850.850.8650.800.820.820.850.840.860.850.860.860.870.870.88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=0.8dD25.18.06464733.5.4231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：9mdmD548.039672.131.4321经修正后的各次拉伸间的直径为：=105.3mm=84mm=67mm=54mm1d2d34d各次半成品高度计算，取各次的底部圆角半径为r1=4mmr2=3.5mmr3=3mmr4=2mm,确定各次工件拉伸的高度：4232.04.5.0nnnnrdrdDhh1=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)10=1/202.5100=0.493810tTD相对有下表2-2查得表2-2是否压边的条件表3第一道拉伸以后各道拉伸拉伸方法(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：11表2-3冲裁金属材料的搭边值5单位：mm手动送料圆形非圆形材料厚度t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）12表2-4龙门剪床剪切条料宽度的最小公差6单位：mm最小公差条料宽度B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。13图2-5横裁图根据材料利用率公式得(2-9)01ABNS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，AB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=33150.7mm242D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2-6：14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=33150.7mm242D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：拉伸件）毛坯(4)(2ADA154AD321aAa1=3.14602/4=2826mm242da2=3.14/22(3.1460+42)=616.7mm2rr1=3.1463181.3=35211.96mm2hd3毛环直径）所以(1.213.4m36079658.962ADA2.4.1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=0.82dD5.628.0,723953.9.11.432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：mdmD6483.097.7.2.53412经修正取各次拉伸件的直径：=122mm=97mm=79mm=64mm1d23d416各次半成品高度计算，取各次的底部圆角半径为r1=4mmr2=3.5mmr3=3mmr4=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：3)32.0(43.0)(25.0nnnnrdrdDhh1=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%=0.4510tTD相对由表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17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）18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=38743.7mm242D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：19n=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=38743.7mm242D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。203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bdtKd-拉伸件直径t-料厚-材料强度bK-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）b所以第一次拉伸力为：F1=3.14105.365011=214917.3Nbtd所以第二次拉伸力为：F2=3.1484.26500.81=137481.7N2所以第三次拉伸力为：F3=3.1467.465010.8=110050.7Nbt3所以第四次拉伸力为：F4=3.145465010.8=88171.2NdK4压边力的计算：FQ=APA-压边面积P-单位面积压边力查表得P=4MPa，FQ1=93.7KNPRD212凹432.05.2第二次拉伸时的压边FQ2=9.26KNd24凹（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/KN1600滑块行程/mm16021滑块行程次数/（次/min）35最大闭合高度/mm480连杆调节长度/mm120工作台尺寸前后左右790710电动机功率/KW1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tZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax0.30.040.060.030.050.020.040.010.030.50.080.100.060.080.040.060.0250.04522由表得Zmin=0.13mmZmax=0.16mm凸凹模如果是采用单配加工制造的：D凹=（Dmin-x）凹0D凸=（D凹-Zmin）凸0.0750.03=Zmax-Zmin（不能满足间隙公差条件）凸凹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=205.2737.0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=1C2=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=5.6mmR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=7mmR凸2=5.60.8=4.5mmR凸3=3.920.8=3.1mmR凸4=2mm233.2.3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）=53.12mm0凸05.05.凹模尺寸：d凹=（d+0.4+2Z)=(53+0.40.3+21)=55.12凹.0.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凹0凸模尺寸：D凸=(D-2Z)凸所以第一次拉伸D凹1=d1=105.3mm凹008.D凸1=（d1-2Z）=102.9mm凸05.第二次拉伸时D凹2=d2=84.2mm凹005.D凸1=（d2-2Z）=81.8mm凸03.第三次拉伸时D凹3=d3=67.3mm凹005.24D凸3=（d3-2Z）=65.1mm0凸03.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。25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。26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3-3：27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。28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294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=Dd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：=0.590lgmdn75.lg64所以一次缩口就可以完成成型。30毛坯的高度可以按下面的公式计算：=1.05x=183.3mm)1(sin8(*05.121dDhH54612*86415缩口力的计算：cos.utgtkFs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s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/KN100滑块行程/mm60滑块行程次数/（次/min）145最大闭合高度/mm180连杆调节长度/mm35工作台尺寸前后左右240360电动机功率/KW1.1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=dEb31材料的抗拉强bE材料的弹性模量D缩口后的工件直径d=0.15mm54*1902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4-1缩口凹模结构图支撑套的尺寸结构如下4-2：32图4-2支撑套结构图模具的模架的选择原则1（1）应尽可能选择标准模架如果满足使用，因为标准模架可以快速采购，方便缩短了制造周期，质量精度能得到保证，成本较低。（2）应尽可能使用中间导柱模架，他的稳定性较好，应尽可能避免使用后侧导柱，应为他的重心偏离中心，操作复杂。（3）选择模架的大小应复合实际情况，合适就行。通过比较综合考虑选择后侧式导柱，提高模具寿命和工作质量，保证送料方便。导柱d/mmL/mm均选用25x125；导套d/mmL/mm均选用32x75；上模座厚度为40mm，下模座厚度50mm上固定板厚度为25mm垫板厚度为10mm334.3生产中出现的问题及解决措施问题：口裂与折皱主要是由缩口前毛坯端面发生口裂、毛坯内外表面有严重的印痕、变薄拉伸时，毛坯壁厚差过大、多次缩口时，毛坯排气孔堵塞的因素引起的。解决措施：（1）控制好毛坯缩口前的质量，防止口部发生裂纹的毛坯流入缩口工序。（2）控制好变薄拉伸时的毛坯厚度差。（3）如有多次缩口时，防止气孔被堵塞。（4）控制好变薄拉伸凸凹模的表面质量，防止拉伸时内外产生划痕。产生缩口尺寸超差的原因：变薄拉伸毛坯口部壁厚过厚或过薄、缩口凹模缩口起始点的圆角半径过大或过小、缩口凹模工作部分产生磨损解决措施9：（1）修改变薄拉伸时的凸凹模，使其符合要求。（2）更换已磨损的凸凹模。（3）修改凸凹模缩口起始点的圆角半径使其合适。拉伸模和缩口模都设计制造成功后，将水杯外筒套在不锈钢水杯内筒上，抽掉其中的空气使其变成真空，再将内外筒密合焊接在一起。再放到打磨机把焊接的地方打磨光滑，用抛光机抛光，在滚上螺纹就完成了制造。34缩口模具总装图如下：1.顶杆2.下模板3.14.螺栓4.销钉5.下固定板6.垫块7.外支撑套8.缩口凹模9.顶出器10.上模板11.销钉12.打料杆13.模柄15.螺栓16.导套17.导柱355结论这次的毕业设计对我来说意义很重，是对我们四年来综合知识的一个考察和检测，使我们每个人都能运用所学的知识进行设计计算查漏补缺，学更多的知识。就我个人而言，通过这次毕业设计，使我学习到了许多知识，对模具的设计，制造技术有了极为深刻的认识，让我感慨颇深，主要体会有以下几点：5.1扎实的基础课，专业课是模具设计的基础由于以前所学的课程难免有些理解不深，遗忘等，这次的毕业设计又要用到很多所学的知识，从而迫使我再次回顾以前的课程，并加深了对这些课