凸肚杯零件的冲压工艺和模具设计要点包括：介绍冲压成型原理和模具制造方法，说明冲压工艺的当前状况和未来趋势。研究零件的物理属性，推算冲压件的关键工艺数据，选定加工步骤的搭配方式以及模具的种类和构造特点。规划排样方案，估算加工时的动力需求，对模具的核心部件和整体构造进行细致规划。冲压成型技术要点，模具构造规划，以及凸形杯件布局方案，由学生易比鹏完成，导师为李明，该导师来自湖南农业大学东方科技学院，工作地点在长沙市。
本文简要介绍了冲压工艺与模具技术,展示其呈现状态和运行动态。分析构件特征,计算冲压出主要技术。工作组确定模具形式和结构模式。进行切割设计,
挤压压力，用于制作主要部件的详细设计和结构。关键词：压制工艺；模具设计；排样设计前言1.1 本设计研究的目标和作用完成毕业设计《凸肚杯零件冲压工艺与模具设计》，旨在巩固大学四年所学的专业基础和专业知识，并运用所掌握的模具设计制造知识，处理冲压模具设计制造过程中的难题，增强分析问题、解决实际工程问题的本领。毕业设计旨在提升综合运用知识的能力，独立分析、设计并解决实际生产问题，同时锻炼其它综合技能，尤其注重培养工作能力，并养成良好习惯
工作态度和做事方式。此外，可以继续学习相关规范和标准，能够熟练运用相关设计手册，并掌握编写技术文件和设计说明书的技巧，从而进一步提升科技写作水平。冲压成形是指借助模具对原始材料施加作用力，促使材料发生可塑性改变或断裂，进而得到特定规格、形态及功能的零件的一种制造手段。这类工艺用途广泛，不仅能够处理金属薄板、金属圆棒等金属材料，还能加工多种非金属物料。因为多数加工过程在常温状态下实施，所以也称作常温冲压技术。冷冲压加工时，需要使用一种专用工具，把金属或非金属材料，制作成零件或半成品，这种工具叫做冷冲压模具，也叫冷冲模。冷冲压模具是冷冲压加工中，不可或缺的设备，缺少了先进的
没有模具工艺，精密的冲压技术便无法施展。冲压制造在汽车制造、农机制造、电机制造、电器制造、仪表制造以及民用产品的生产制造环节，已经占据了举足轻重的位置。作为当代先进技术手段的一种，它具备以下特点：首先，能够制造出其他加工方式难以成型或者根本无法成型的具有复杂外形的零件。从细小的仪表零件到汽车车身板件、骨架等大型构件，全都通过冲压成型实现。这种工艺生产的产品品质十分可靠，规格精确度极高。因为冲压是借助模具来塑造，模具本身的制造水准很高，而且能用上很久，所以加工出的产品品质稳定，零件之间可以互换。规格精确度通常能达到IT10到IT14的标准，最好的能到IT6级别，有些零件直接用冲压成型就能符合组装和使用的条件，完全不需要再进行额外的机械加工。c）压制成品重量较轻，其抗压能力很强，结构稳定性好，并且外表的平整度较高。d）制造效率很高。比如汽车
大型冲压件的生产速度很快，每分钟能制造出好几件；而高速冲压制造小型零件，每分钟可以生产出上千件。这种工艺的材料使用效率非常高，通常能达到百分之七十到百分之八十五，所以冲压加工能够做到几乎没有废料，甚至完全不产生废料。有时候，边角料也能得到充分的利用。操作起来比较方便，也容易安排生产活动。而且，这种工艺很适合进行机械化和自动化生产。冲压加工通常采用条状或带状原材料，并且是在冷态下进行的，因此在大规模生产时，比较容易实现机械化运作和自动化控制。然而，冷冲压的一个不足之处在于模具的设计周期相对较长，制作费用也较高，所以它不太适合用于小规模或个别产品的生产。此外，冷冲压制造常使用机械式压机，因为滑块来回速度很快，人工操作时，体力消耗大，容易造成伤害，所以必须格外关注安全作业，管理安全事务，并且使用必要的安全防护手段，冲压工艺的用途非常广，不
只能加工金属板材，亦能加工非金属板材，在汽车、拖拉机、电机、电器、仪表、玩具及日常用品制造领域，都占据着关键角色。此外，在国防工业制造中，如飞机、导弹、各类枪弹与炮弹的生产，冲压工艺也占据着显著份额。工业先进国家十分看重冷冲压生产的进步，由于汽车和家电等产业迅猛提升。统计显示，美国、日本等国模具产业年产值，已达到机床产业年产值六成以上。冷冲压模具应用历史久远，功能多样，工艺完善，在各类模具中占比最高。汽车、摩托车及家电产业，是模具需求最大的领域，其市场占有率超过六成。因此冲压工艺在我国现代化建设中的发展潜力巨大。冲压技术目前正处于一个关键阶段，它的发展态势良好。
改革开放以来，国民经济迅猛提升，市场对模具的需求数量持续攀升。近些年，模具产业以年均约15%的速度迅速扩张，产业构成也经历了显著转变，国有专业模具厂之外，集体、合资、独资及私营企业同样实现了快速成长。浙江宁波与黄岩一带被誉为“模具产业重镇”；广东省内众多大型企业集团及新兴的乡镇公司，如科龙、美的、康佳等纷纷设立专属模具生产机构；国内外合资及外商独立创办的模具公司目前已有数千家。随着不断融入国际体系，市场竞争愈发激烈，大家逐渐意识到产品质量、生产成本及新产品研制水平的关键作用。模具加工是整个流程里非常关键的环节，模具加工工艺如今已作为评估一个国家工业能力的重要标准
衡量优劣的关键标准，并且对公司的经营领域有着决定性影响。近些年，众多模具制造公司增加了在技术革新方面的资金投入，把技术革新当作公司成长的核心驱动力。部分国内模具制造公司已广泛采用平面计算机辅助设计技术，同时逐步开始运用通用性强的国际软件，例如UG、Pro/Engineer、I-DEAS和Euclid-IS等，少数企业还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris以及MAGMASOFT这类计算机辅助工程软件，并且已经成功将其应用于冲压模具的设计过程。国内大型冲压模具有显著发展，汽车覆盖件模具技术已大幅提升，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等企业已能制造部分轿车覆盖件模具，同时，众多研究机构与高等院校也在积极进行模具技术的研发工作，经过长期探索已取得一定成果
在模具计算机辅助设计、分析及制造领域获得了明显提升，对于提升模具性能和压缩模具研发生产时间起到了积极作用。尽管中国模具产业在最近十余年里实现了引人注目的增长，不过不少环节与工业领先国家之间还存在相当大的距离。精密加工机器在模具制造机器中的占比相对较小，CAD/CAE/CAM这些技术的应用程度不深，诸多前沿的模具制造方法推广范围有限，这些情况造成了很多大型、精密、结构复杂且需要长久使用的模具必须从国外采购。（二）发展现状模具制造技术的进步应当满足模具产品“交付时间短”、“精确度高”、“品质优良”、“成本实惠”这些需求。实现这一目标迫切需要推进以下方面：首先，普及应用CAD/CAM/CAE技术，其次，模具CAD/CAM/CAE技术关乎模具的设计与制造过程
该领域的前进路径。运用此方法，模具的构思与加工能力通常能增长二十余倍，产品的制造时间能够减少至原先的二十分之一或三分之二。由于计算机辅助软件的持续演进，实施CAD/CAM/CAE技术的环境已具备，各公司会增强对这些技术的教学与支持，同时拓展CAE技术的使用范畴。信息技术进步推动CAD/CAM/CAE技术在行业内外广泛普及，促成技术资源优化配置，为虚拟生产创造条件。高速铣削工艺近年国外取得显著进展，极大提升加工效能，同时保证优异的工件表面质量。该工艺还能处理高硬度材料，具备升温轻微、热变形微小的优势特点。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
注入了新的生机。现阶段它正朝着更快的灵活度、更高的智慧化、更强的融合化趋势前进。c)模具扫描及数字化系统 高速扫描设备和模具扫描系统涵盖了从模型或实物扫描到加工目标模型的全过程所需的功能，显著缩短了模具的研发制造时间。部分自动化检测设备，能够便捷地配置于既有数控铣床和加工中心，用以高效获取信息，自动编制适用于多种数控系统的指令文件，以及转换不同规格的计算机辅助设计图纸，这些功能主要服务于模具行业的模型重构过程。制定常规冲压流程时，可以参考相关文献资料来实施工艺规划与运算；然而针对汽车覆盖件这类复杂曲面成型，以往主要依赖设计人员的实践经验，通过相互参照来初步拟定工艺路径及关键数值，随后制作试验用模具开展试模工作。这种老办法导致耗时较多、投入成本高且潜在风险不容忽视。近年来
现在，国内外已经运用弹塑性有限元技术，研制出板料成型过程的仿真软件，供设计者调整和确定工艺参数，用以评估某个工艺流程对零件成型能否实现以及可能出现的不良问题。这种虚拟成型方法，既能够节省高额的模具试验开支，也能显著减少试制时间并提升成型产品的品质。该系统在汽车制造、摩托车生产、家用电器等领域展现出显著成效，预计在下一个五年计划中将取得更卓越的成就。电火花铣削加工，又称为电火花创成加工技术，是一种革新性的加工方式，用以取代传统通过成型电极加工型腔的方法，它借助高速旋转的简易管状电极，实现三维或二维轮廓的塑造，类似于数控铣削的操作，因此无需再制作精密的成型电极，这无疑是电火花成形加工领域的显著进步，在国外已有应用
机床在模具制造领域发挥作用。这一技术有潜力持续进步。模具的标准化水平国内正逐步增强，估计当前国内模具标准件的使用比例已接近三十个百分点。相比之下，国际上的先进经济体通常能达到八十个百分点左右。选用性能优良的钢材，并且配合恰当的表面处理工艺，对于延长模具的使用周期非常关键。模具的加工工艺和表层加工，对于充分展现模具钢材的物理特性至关重要。模具的加工工艺正朝着真空加工的方向进步。表面整饰工艺需进步推广精密的气相沉积法，例如TiN、TiC等材料的应用，以及等离子喷涂工艺等先进技术，g)模具的打磨与抛光工作将逐步实现自动化和智能化，模具外表状态关乎其使用时长和成品外观，因此探索自动化、智能化的打磨抛光手段至关重要
取代传统手工加工，改善模具表层品质，是当前一项关键的发展方向，模具自动化加工体系的建设，关乎国家长远规划。这套自动化系统，需要将多台设备科学搭配，配备专用的行进定位工具或定位装置，建立完备的机具与刀具数字化资源库，运用完整的数控柔性同步机制，并设有质量监督调控装置。工艺研究及模具规划准备工作，需预先汇集、整理、熟悉各类资讯与文献，涵盖冲压制品的生产规划、图样及相关技术文档，所用基础材料的规格、力学特征、模具的加工条件与技术能力，备选设备的型号、规格、核心技术指标和使用指南，各类相关技术规范、设计参考资料等，并需了解先进技术及工艺文献以供参考选用。分析该零件的属性，首先看它的材质，这种部件选用的原料是Q235，这种材料具备
材料含碳量不高，具备一定的抗压能力、变形能力、抗断裂能力。其冲压加工性能优异，适宜进行冲切作业。零件构造如图1所示，整体构造不复杂，板厚为1.5毫米，适合冲压成型。其倒角R2的尺寸稍小，不过仍能满足要求，可以进行冲压。图1是制件的示意图，图2.2.3标明了零件的尺寸规格，该工件所有尺寸均未标注公差，按照IT14级标准进行评估，结果是符合要求的，因此，可以认为这种冲压件的加工性能相当不错。冲压零件的核心工艺数据推算，毛坯规格的确定并明确切边预留量与拉延次数，首先挑选基础工序，依据零件轮廓判断属于普通无凸缘圆柱体拉延件，能够直接辨识出必须包含以下基础工序：初次裁切，深度拉延，边缘修整，体积扩张。接着决定冲压轮次与操作流程，其中拉延轮次及各阶段拉延直径的选定，从初步推算毛坯直径开始着手。
按中性面测算规格，零件的高度差异，切割预留量：参照3表获知毫米数，采用简便公式（2-1）和（2-2）计算宽度值，判定是否需加压边装置，依据坯料厚度比例查3可知须使用压边装置，判定是否需加压边装置，整体拉延系数，坯料厚度比例，查3得需进行两次拉伸。各次拉伸直径需根据毛坯相对厚度1.76在3中查找初步确定，具体为（2-3）和（2-4）；各次拉伸半成品圆角需计算得出，其中最终一道拉伸工序的凸模圆角半径应与工件底部圆角半径相等；前一道工序的圆角半径需大于后一道工序的圆角半径，遵循这一原则，本例中已确定。计算每次拉伸的高度，将对应数值代入高度公式，得到结果如下：2.3.2 冲压工艺方案和模具结构类型步骤
组合方式的选择：本例针对三种情形展开探讨，首先，依据工序分布理念，各项基础流程独立执行，不进行整合，其优势在于模具构造简便，制造便捷且费用低廉，故障率较低，然而弊端是流程数量繁杂，生产效能不高，主要适用于小规模生产场景；其次，实现工序深度合并，将所有基础流程统一处理，具体方法是运用连续拉深冲压成型技术，配合多工位自动化模具。长处在于产出效率高，短处在于模具构造繁杂，体积庞大，加工难度高，开销巨大，运作时易出问题，仅适用于大批量制造。个别流程可以合并，其他则依照标准流程操作。这种处理方式对本案例较为适宜。不过具体哪些流程合并，哪些分离，需要仔细研究。例如，剪切和初次拉延合并使用（如图2所示），这种工序搭配比较合理，是一种普遍采用的做法。图2是落料拉伸模具，用于进行冲压成型工艺
第二次拉伸和切边结合的方式，考虑到这个零件是直筒形状，切边通常在水平方向进行，而拉伸一般垂直设置，导致结构安排比较困难，所以不选择这种组合方式，切边和胀形结合同样存在结构布置上的难题，也不采用这种方案，综合来看，这个案例决定采用落料和首次拉深合并处理，其他工序按照单独步骤进行，具体顺序是落料-拉伸-拉伸-切边-胀形。第二次拉深同时具备整形效果。模具种类通常分为基础模，流水模或整体模。前一步在制定工艺流程时，已经基本选定第一道是整体模，其他部分采用基础模。模具构造主要包含，工作零件的构造和固定方式，定位及挡料零件的构造，卸料，推顶件和压料装置的构造，导向装置的构造等，此设计针对落料
20、-拉伸复合模与胀形模。排样设计需根据毛坯直径查表5确定条料宽度，并参考公式（2-6）计算布距，如图3所示，图3为排样图，即安排材料的示意图，通过调整步进距，可以提升材料利用率，其计算公式为公式（2-9）,2.3.4部分涉及工序压力的计算，2.3.4.1节具体说明落料-拉伸复合模工序压力的计算方法，完成该工序需要施加的冲压力由冲裁力、拉伸力、压边力以及顶件力共同构成，但这些力并非同时作用，因此必须按照它们出现的时间顺序和组合方式，计算出最大力或力的组合值，以此作为选择压力机的参考依据。明显地，顶件力在其余几个力施加之后，并且所需力度并不强。将另外三个力的叠加效果视为最大合力。了解到Q235的拉伸极限。a 计算冲裁力； （2-10）b 进行拉伸
21、施加作用力； （2-11）c 确定侧向约束力后，得出： （2-12）；根据表格可知顶件力系数为0.06，因此：； （2-13）=冲裁所需力+拉伸所需力+侧向约束力。 （2-14） 2.3.4.2 胀形模工序中压力的确定 凸肚系数 （2-15）得出最大胀形系数为1.24，所以符合胀形条件。2.4 核心部件的规格确定与选取2.4.1 落料-拉深模具关键部件的规格核算2.4.1.1 落料模口规格的核算零件公差等级为IT14级，据此从8中检索出落料凹凸模双边间隙值，同时明确尺寸误差范围及磨损系数模具间隙公差范围是 （2-16），冲头间隙公差范围是 （2-17），凹模开口大小规格为 （2-18），冲头开口大小规格为 （2-19），2.4.1.2 拉深模具开口尺寸的确定 需要参考表格获取
间隙数值 规格误差 凹模规格： （2-20） 凸模规格： （2-21）2.4.2 胀形模作业部分规格的核算制品公差等级为IT14级，公差程度不高，因此决定采用制品公差等级作为凸凹模作业规格。根据表格数据可知；则凸模作业规格； （2-22）凹模作业规格。模具关键部件及构造规划，2.5 模具主要零件和构造设计，2.5.1 落料-拉伸复合模具工作部分尺寸的确定，2.5.1.1 弹性元件的规划计算，由于该模具工作行程相对较长，因此选用承载能力较强的弹簧作为弹性元件，用于将工件与凸模一同从下模中顶出，计划采用六个弹簧，那么每个弹簧需要承受的载荷为。根据表格信息，并结合模具构造的尺寸要求，初步选定弹簧的规格为：弹簧的性能曲线如图所示：图4 弹簧性能曲线 Figu
23、re4弹簧的特性曲线，如图2-25所示，检查弹簧的最大压缩量，确认符合要求，如图2-26所示，因此选用的弹簧是恰当的，2.5.1.2主要零部件的结构设计，考虑到拉伸的深度，将落料凹模的高度设定为60毫米，外径为，那么落料凹模的结构如图6所示，将凸模固定板的厚度设定为20毫米要达成先坠落再延展的效果，安装模具时，必须让延展凸模的顶端低于落料凹模的顶端，因此参照图示的延展凸模，其长度L需要依据公式（2-27）进行确定，具体结构展示于图5之中图五为落料凹模，图六为拉伸凸模，两者共同构成加工组件，包含工装夹具等配件
确定部分尺寸后，可以设定凸凹模的规格，其构造如图7所示，图7为凸凹模结构，模架采用后侧导柱式，这种设计方便操作。导柱规格为，导套规格为，上模座厚度确定为，上模垫板厚度确定为20毫米，固定卸料板厚度确定为15毫米，下模垫板厚度确定为10毫米，下模座厚度确定为60毫米，模具闭合高度依据公式计算，选择开式双柱可倾式压力机，设备型号为JG23-40，设备工程压力为400千牛，设备最大闭合高度为300毫米。模柄采用带凸缘的结构，通过螺栓进行固定，确定位置。模柄的规格参数明确，螺栓规格为M10。2.5.2 胀形模的工作部分尺寸需要计算。2.5.2.1 主要零部件的设计 凸模的设计
计算厚度规格：凸模的构造和大小须依据工件的外形、规格以及模具的整体布局来决定，既要确保模具能够顺畅地嵌入原料，又需有助于压力的均衡散布，以便工件的各个部分都能紧密贴合凹模的内部轮廓。该模具的凸部呈中空圆柱体形态，凸模的外围直径与杯状零件的内径相吻合。依照同等标准，若模具精度属于IT14类别，则应将凸模加工容差设定为IT10级别，通过表格查询可确定凸模的具体规格，以其中内径即卸载部件的直径为准，该数值为。关于高度规格，考虑到在胀形工艺完成后凸模轮廓需与工件形态相匹配，因此凸模的尺寸应等于工件尺寸加上装配间隙，据此将凸模的高度值确定为。胀形凸模构造如图8所示，图8为凸模，图8凸模，凹模的设计：凹模构造分为整体构造和分瓣构造两种类型，构造形态由零件外形与大小决定，在确保零件顺利取出的条件下，分瓣数量
数量务必压缩到最低限度，凹模各片在合拢时，分型面必须严丝合缝，内部轮廓平滑形成一个整体封闭腔体，该制件属于凸起式旋转体，因此决定采用可拆分的凹模设计，凹模由上下两个部分构成，分型面选择最大横截面也就是圆弧所在位置，设定凸模与凹模的厚度分别为某个数值，由此得出相应结果。结构如图9,10呈现：图9展示上凹模，图10展示下凹模。模具选用后侧导柱模架，这样操作更加方便。导柱是那个部件，导套是那个部件，上模座厚度确定为，下模座厚度确定为；也就是说模具的闭合高度为（2-29），这个尺寸是根据以及闭合高度来选择开式双柱可倾式压力机的，选用的型号是JG23-160，这台压力机的工程压力是，最大闭合高度是，模柄选用了凸缘模柄，这个模柄是用
27、螺钉安装定位。模柄规格为.螺钉为M10。图10展示落料拉伸模具结构，图11呈现胀形模具构造，两者均收录于模架总装图中，编号为2.6，具体细节可参考相关文献资料，其中重要文献包括李硕本所著的《冲压工艺理论与新技术》，该书由机械工业出版社于2002年出版，马正元等人编写的《冲压工艺与模具设计》，由机械工业出版社于2000年发行，郑家贤的《冲压工艺与模具设计》，由机械工艺出版社在2005年推出，此外还有夏巨的相关资料可供查阅
谌等人编撰的《中国模具设计大典》电子版本，由中国模具设计大典编委会于2003年出版发行，文献编号为36；黄费哲等人编写的《冷冲压工艺与模具设计指导》，由湖南文理学院于2005年在常德地区出版，文献编号为37；周风云撰写的《工程材料运用》，由华中科技大学出版社于2002年在武汉地区出版，文献编号为118；孔庆华等人主编的《极限配合与测量技术基础》，由同济大学出版社于2002年在上海地区出版，文献编号为29；司徒忠等人主编的《机械工程专业英语》，由武汉理工大学出版社于2002年在武汉地区出版，文献编号为29；刘跃南主编的《机械系统设计》，由机械工业出版社于1998年在北京地区出版，文献编号为20；刘潭玉编写的《画法几何及机械制图》，由湖南大学出版社于1998年在长沙地区出版，文献编号为11；王文广和田雁主编的《塑料配方设计第二版》，由化学工业出版社于2007年在北京地区出版，文献编号为12；詹友刚编著的《PRO/ENGINEER中文野火版2.0基础教程》，由北京地区出版社出版，文献编号为13。
清华大学出版社，2007年，李预斌撰写了《精通PRO/ENGINEER中文野火版》，该书由北京中国青年出版社出版，2008年，张沛颀等人合著了《PRO/ENGINEER野火版进阶设计》，由北京人民邮电出版社发行，2007年，李世国等人合编了《PEO/ENGINEER WILDFIRE中文版范例教程》，由北京机械工业出版社发行，2009年，姜俊杰等人合编了《PRO/ENGINEER WILDFIRE高级事例教程》，由北京中国水利水电出版社发行，2008年，张祥杰等人合编了《PRO/ENGINEER 模具设计WILDFIRE》，由北京中国铁道出版社发行，2009年，塑料模具技术手册编委会撰写了《塑料模具技术手册》，由北京机械工业出版社发行，2005年，大连理工大学工程画教研室撰写了《机械制图（第四版）》，由北京高等教育出版社发行，致谢，不知不觉，大学已经接近结束，在最后一个学期，我们进行了最后一次的校内系统学习毕业设计。这次毕业设计让我收获颇丰：它涵盖了众多领域，促使我回顾了过往所学；它具有广泛的影响力，帮助我丰富了各领域的认知；它兼具实践价值，让我领悟了许多书本之外的真知；通过毕业调研，我接触到了实际生产环节，为日后的职业生涯奠定了基础。这次毕业设计期间，导师李明给予了很多支持，他工作非常繁忙，却总能抽空指导我们，对此深表感激，内心十分触动。这次经历也让我看到了自己的短板，今后要更加努力，在实践中不断完善，使自己更加成熟。
