不锈钢水杯落料拉深复合模具设计毕业设计文档格式.docx
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Thedesigndrawingblankingdescribedthestructureofcompounddiedesign.Reliableperformanceofthemold,smoothoperation,improvedproductqualityandproductionefficiency,reduceproductioncosts.
Keywords：
Stamping;
MoldStructure;
CompoundDieforBlanking-Drawing
第1章绪论
1.1冲压的概念、特点及应用
冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。
冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。
冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程术。
冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。
冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。
冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；
没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。
冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。
与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。
主要表现如下：
（1）冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。
这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。
（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。
（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。
（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。
但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品。
所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益。
冲压在现代工业生产中，尤其是大批量生产中应用十分广泛。
相当多的工业部门越来越多地采用冲压法加工产品零部件，如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天、家电及轻工等行业。
在这些工业部门中，冲压件所占的比重都相当的大，少则60%以上，多则90%以上。
不少过去用锻造=铸造和切削加工方法制造的零件，现在大多数也被质量轻、刚度好的冲压件所代替。
因此可以说，如果生产中不采用冲压工艺，许多工业部门要提高生产效率和产品质量、降低生产成本、快速进行产品更新换代等都是难以实现的。
1.2
冲模分类
根据工艺性质分类
（1）冲裁模
沿封闭或敞开的轮廓线使材料产生分离的模具。
如落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模、剖切模等。
（2）弯曲模
使板料毛坯或其他坯料沿着直线（弯曲线）产生弯曲变形，从而获得一定角度和形状的工件的模具。
（3）拉深模
是把板料毛坯制成开口空心件，或使空心件进一步改变形状和尺寸的模具。
（4）成形模
是将毛坯或半成品工件按图凸、凹模的形状直接复制成形，而材料本身仅产生局部塑性变形的模具。
如胀形模、缩口模、扩口模、起伏成形模、翻边模、整形模等。
1.2.2根据工序组合程度分类
（1）单工序模
在压力机的一次行程中，只完成一道冲压工序的模具。
（2）复合模
只有一个工位，在压力机的一次行程中，在同一工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具。
（3）级进模（也称连续模）
在毛坯的送进方向上，具有两个或更多的工位，在压力机的一次行程中，在不同的工位上逐次完成两道或两道以上冲压工序的模具。
1.2.3依产品加工方法分类
（1）冲剪模具：
是以剪切作用完成工作的，常用的形式有剪断冲模、下料冲模、冲孔冲模、修边冲模、整缘冲模、拉孔冲模和冲切模具。
（2）弯曲模具：
是将平整的毛胚弯成一个角度的形状，视零件的形状、精度及生产量的多寡，乃有多种不同形式的模具，如普通弯曲冲模、凸轮弯曲冲模、卷边冲模、圆弧弯曲冲模、折弯冲缝冲模与扭曲冲模等。
（3）抽制模具：
抽制模具是将平面毛胚制成有底无缝容器。
（4）成形模具：
指用各种局部变形的方法来改变毛胚的形状，其形式有凸张成形冲模、卷缘成形冲模、颈缩成形冲模、孔凸缘成形冲模、圆缘成形冲模。
（5）压缩模具：
是利用强大的压力，使金属毛胚流动变形，成为所需的形状，其种类有挤制冲模、压花冲模、压印冲模、端压冲模。
1.3
我国冲压现状与发展方向
1.3.1冲压模具市场情况
我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国发经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。
一些低档次的简单冲模，已趋供过于求，市场竟争激烈。
根据中国模具工业协会发布的统计材料，2004年我国冲压模具总产出约为220亿元，其中出口0.75亿美元,约合6.2亿元。
根据我国海关统计资料,2004年我国共进口冲压模具5.61亿美联社元,约合46.6亿元.从上述数字可以得出2004年我国冲压模具市场总规模约为266.6亿元.其中国内市场需求为260.4亿元,总供应约为213.8亿元,市场满足率为82%.在上述供求总体情况中,有几个具体情况必须说明:
一是进口模具大部分是技术含量高的大型精密模具,而出口模具大部分是技术含量较低中的中低档模具,因此技术含量高的中高档模具市场满足率低于冲压模具总体满足率,这些模具的发展已滞后于冲压件生产,而技术含量低的中低档模具市场满足率要高于冲压模具市场总体满足率;
二是由于我国的模具价格要比国际市场低格低许多,具有一定的竟争力,因此其在国际市场前景看好,2005年冲压模具出口达到1.46亿美元,比2004年增长94.7%就可说明这一点;
三是近年来港资、台资、外资企业在我国发展迅速，这些企业中大量的自产自用的冲压模具无确切的统计资料，因此未能计入上述数字之中。
1.3.2冲压模具技术状况
随着工业产品质量的不断提高，冲压产品生产正呈现多品种、少批量，复杂、大型、精密，更新换代速度快的变化特点，冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化方向发展。
为适应市场变化，随着计算机技术和制造技术的迅速发展，冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术向以计算机辅助设计（CAD）、数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术转变。
至今，我国模具制造行业的产值已经超过机床工业。
有关板料冲压技术方面的问
题愈来愈为人们所关注，相应的冲压工艺理论的研究及冲压加工机理的探讨也随之不断深化，如何从冲压工序基本应力与变形状态的分析着手，改善冲件的质量精度，并提高模具的使用寿命也就显得愈为重要。
1.3.3我国冲压模具的发展方向
模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。
达到这一要求急需发展如下几项：
（1）全面推广CAD/CAM/CAE技术模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。
随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；
进一步扩大CAE技术的应用范围。
计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。
（2）高速铣削加工国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。
另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。
高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。
目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。
（3）模具扫描及数字化系统高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。
有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。
模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。
（4）电火花铣削加工电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维二维轮廓加工（像数控铣一样），因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。
国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。
预计这一技术将得到发展。
（5）提高模具标准化程度我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。
国外发达国家一般为80%左右。
（6）优质材料及先进表面处理技术选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。
模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。
模具热处理的发展方向是采用真空热处理。
模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积（TiN、TiC等）、等离子喷涂等技术。
（7）模具研磨抛光将自动化、智能化模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。
（8）模具自动加工系统的发展这是我国长远发展的目标。
模具自动加工系统应有多台机床合理组合；
配有随行定位夹具或定位盘；
有完整的机具、刀具数控库；
有完整的数控柔性同步系统；
有质量监测控制系统。
我国冲压模具与发达国家企业之间的差距不小，因此要发挥整体优势和综合竞争力，要加强统筹协调、完善合作机制，创造性地工作。
也需要加大对模具相关专业人才的综合素质培训投入。
1.4
国外模具发展趋势及行业特点
1.4.1国外模具发展趋势
1988年美国日本,西德的模具产值分别达到62亿美元,83亿美元,4亿美元,比1957年增长了约100倍,并超过了这些国家机床工业的产值。
据有关资料介绍,工业发达国家的工业产品生产中。
对模具的需求量日益增多,美国,日本约有4050的工业产品的生产需用模具国际市场中模具的贸易量十分可观.近年来,由于工业发达国家的工费用增加,模具生产有向东南亚国家转移的趋势。
日本的生产以高,精模具为主,需要人工劳动量大的模具则依靠进口解决.以模具出口大国日本为例,其间提高了5.3倍由此可见,中低档模具的国际市场潜力十分巨大,只要我国模具的质量能有提高,交货期能有保证,模具出口的前景是十分乐观的.此外,国际市场对塑料模具模架及模具标准件的需求量也很大,目前我国只有塑料模具模架有少量出口。
1.4.2模具行业特点
（1）随着科学技术的发展,模具行业已由劳动密集型逐步3转化为技术劳动密集型。
（2）尽管模具行业已应用了先进的数控设备,检验仪器和计算机辅助设计/分析/制造软件,但仍然需要高技艺的劳动。
所以,模具行业又是高技术和高技艺紧密结合的一门行业。
（3）为适应不同制品的需要,模具的种类繁多,从设计,制造工艺,装备以至原材料都各不都各不相同所以企业生产的模具宜专而不宜全,规模宜小而不宜大。
（4）模具基本上是单件生产。
即使是生产专业化的模具企业,在生产同一类模具时,也会由于不同模具的精度要求,复杂程度,加工难度等的不同而需要变化设备的配置和工程的安排。
因此,模具企业还应在专业化的基础上实现生产的素性化三,市场分析据国际生产协会预测,到2009年工业品零件粗加工的75%,精加工的5%将由模具成型,可见模具在工业生产中的作用将日益重要.工业发达国家的模具行业在近四十年来取得了异常迅速的发展,已摆脱了属地位而成为独立的行业,并成为基础工业的重要组成部分。
1.5
模具设计及加工技术的现状
1.5.1
模具设计技术
（1）工业发达国家在模具设计上已经大量使用计算机辅助设计软件进行模具的结构设计,并普及了计算机绘图。
据有差资料介绍,美国和日本75的模具厂已使用了该项技术,香港的模具厂也开始采用这项技术。
（2）在注塑模具设计中,已开始普及应用计算机辅助工程分析软件,对塑料的流动填充,冷却情况及模具的浇口配置,浇道大小,冷却加热系统和模具的刚度,强度等进行科学的分析和计算,从而保证注塑制品的质量与合理的生产节拍。
（3）国外的注塑模具中,多型腔,多层,大型精密模具已占50%,不仅提高了生产效率,而且节省了大量塑料原料。
1.5.2.模具加工技术
（1）国外已大量使用数控机床,应用计算机辅助加工软件和数控编程技术对模具,特别是对具有复杂型腔（三维曲面）的模具进行加工,使模具的质量和附加值大为提高。
模具的加工周期减少6以上,成本降低3以上,生产效率提高60以上为了提高加工效率及满足各种复杂曲面加工的要求,国外已开发出四轴和五轴的数控自动编程软件并且进了实用阶段。
（2）模具标准化程度日益提高,模具标准模架及模具标准件的应用日益普及,已实现商品化。
（3）模具结构更多地采用新技术,如注塑模具的热流道技术等。
（4）针对不同制品的要求,开发出适用于各种不同模具的专用模具钢,并实现商品化。
韩国有1570家模具企业仅占总数的9%；
新加坡有460家模具企业仅占总数的3香港有6500家模具企业也占总数的0.46%。
第2章零件尺寸
材料0Cr18Ni9
壁厚t=0.5mm
中间直径d=60mm
杯高h=70mm
底部圆角半径r=5mm
图1-1工件模型图
第3章零件工艺性分析
3.1零件的工艺性分析
（1）该零件为无凸缘筒形零件，结构简单、对称；
底部圆角半径r=5mm>
t，满足拉深工艺要求；
（2）没有厚度不变要求；
零件形状简单，对精度要求不高。
根据零件尺寸查表5-4、表5-5得零件拉深直径d公差±
0.4mm，拉深件的高度公差为±
1.0mm；
（3）该零件材料为304不锈钢（0Cr18Ni9），适用于食品用设备。
具有良好的冲压性能，易于拉深成形。
3.2冲压工艺方案的确定
为了确定零件的工艺方案，先应计算拉伸次数以及有关工序尺寸。
板料厚t=1.5mm。
3.2.1计算毛坯直径D
根据零件尺寸，查表5-8得修边余量Δh=4mm拉深件的毛坯尺寸以最后一次拉深成形的工件尺寸为基础，按照“拉深前毛坯面积等于拉深后工件面积”求出。
查表5-12，得毛坯尺寸：
D=
=145.9mm
取毛坯直径为146mm。
3.2.2确定拉深次数
每次拉深后的直径与拉深前毛坯（或半成品）的直径之比称为拉深系数。
拉深系数用来表示拉深过程中的变形程度。
拉深系数越小，说明拉深前后直径差别越大，即变形程度越大；
拉伸系数越大，则变形程度越小，且其值总是小于1。
由于拉深的高度与其直径的比值不同，有的拉深件可以用一次拉深完成，而有的高度大的拉深件，则需要多次拉深才能完成。
在多次拉深工艺计算中，只要知道每道工序的拉伸系数值，就可以计算出各道工序中工件的尺寸，各次拉深系数可表示如下：
第1次拉深系数m1=d1/D
第2次拉深系数m2=d2/d1
……
第n次拉深系数mn=dn/dn-1
式中
m1、m2、……mn----各次拉深系数
d1、d2、……dn----各次半成品（或工件）的直径，mm
图2-1工件拉深示意图
工序件直径，从前面介绍中已知，各次工序件直径可依据各次的拉深系数算出，即
d1=m1D
d2=m2d1
d3=m3d2
…
dn=mndn-1
此时计算所得的最后一次拉深直径dn必须是零件直径d，如果计算所得的dn小于零件直径d，应调整各次拉伸系数，使dn=d，所以上式中的是在查表所得的基础上调整后的实际拉深系数，调整时依照的原则为：
实际拉深系数大于查表所得的极限拉深系数并且后继拉深系数应逐次递增。
毛坯相对厚度D/T=1.5/146*100%=0.69%<
1.5%需要使用压边圈
该零件拉深系数
m=d/D=60/146=0.41
查表5-15得
m1=0.55
m2=0.75
m3=0.80
m4=0.82
…….
因m<
m1，该零件不能一次拉深成形，需多次拉深。
拉深件相对高度h/d=1.17查表5-20得拉伸次数为2
3.2.3确定首次拉深工序件尺寸
根据表5-15确定拉深系数
m1=d1/D=0.55
d1=80mm
m2=d2/d1=0.75
d2=60mm
工序件的拉深高度在设计和制造拉深模具及选用合适的压力机时，还必须知道各次工序的拉深高度，因此，在工艺计算中尚应包括高度计算一项。
查表5，知各次工序件的高度
h1=0.25（Dk1-d1）+0.43r1（d1+0.32r1）/d1
=44.7mm
h2=0.25（Dk1k2-d2）+0.43r2（d2+0.32r2）/d2
=25.3mm
式中：
D--毛坯直径，mm；
d1、d2—第1、2工序拉深的工件直径，mm；
k1、k2—第1、2工序拉深的拉深比（k1=1/m1,k2=1/m2）；
r1、r2—第1、2工序拉深件底部圆角半径，mm；
h1、h2—第1、2工序拉深的拉深高度，mm。
将上述按中线尺寸计算的工序件尺寸换算成与零件图相同的标注形式后，得各工序件尺寸。
根据上述计算结果，此零件需要落料（圆形坯料）、两次拉深和切边（达到零件要求直径Φ110mm）共三道冲压工序。
因此，生产该零件可能的工艺方案有：
（1）方案一，单工序模生产：
落料-首次拉深-二次拉深-切边；
（2）方案二，复合模生产：
落料、首次拉深复合-二次拉深-切边；
（3）方案三，复合模生产：
落料、首次拉深、二次拉深、切边复合；
各方案特点分析：
（1）方案一的单工序模，模具结构简单，但需要两道工序才能完成，生产效率低，工件精度低，不适合大批量生产；
（2）方案二同一副模具完成两道不同的工序，大大减小了模具规模，降低了模具成本，提高生产效率，操作简单、方便；
（3）方案三同一副模具完成四道不同的工序，生产效率高，但结构太复杂，成本高，维修起来不方便。
结合本课题要求，决定采用方案二，落料与首次拉深复合，其生产效率高，适用于大批量生产。
第4章排样及相关计算
4.1排样方法
冲裁件在板料，带料或条料上的不知方法称为拍样。
合理的拍样是将低成本和保证冲件质量及模具寿命的有效措施。
应考虑以下原则：
（1）提高材料的使用率（不影响冲件的使用性能的前提下可适当改变冲件形状）。
合理排样可使操作方便，劳动强度低。
模具结构简单寿命长。
（2）保证冲压质量和冲件对板料纤维方向的要求。
（3）选用少废料排样，直排排样。
4.2搭边与料宽
4.2.1搭边
排样中相邻两个零件之间的余量或零件与条料边缘件的余量称为搭边。
其作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。
如图3，取搭边值a=b=2mm
a为侧面搭边值，b为冲件之间的搭边值。
4.2.2送料步距和条料宽度的确定
条料在模具上每次送进的距离称为送料步距（简称步距或进距），其大小应为条料上两个对应冲裁件的对应点之间的距离。
条料宽度的确定原则：
最小条料宽度要保证冲裁件零件周围有足够的搭边值。
最大条料宽度要能在冲裁时顺利在导料板之间送行并与导料板之间有一定的间隙。
送料进距：
S=D+b
=146+1.5
=147.5mm
条料宽度：
B=D+2a
=146+2x1.5
=149mm
排样方式如下图：
图4
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