精品毕业论文--汽车电器支架多工位级进模设计.doc

摘 要 本设计进行了冲孔、压弯、切断连续模的设计。文中简要概述了冲压模具目前的发展状况和趋势。对产品进行了详细工艺分析和工艺方案的确定。按照冲压模具设计的一般步骤，计算并设计了本套模具上的主要零部件，如：凸模、凹模、凸模固定板、垫板、卸料板、拉簧、挡料销、导正销、导料板等。模架采用标准模架，选用了合适的冲压设备。设计中对工作零件和压力机规格均进行了必要的校核计算。本模具采用了少废料排样，有自动定心装置。关键词：级进模；冲压设备；冲孔；压弯；切断ABSTRACTThe design of punching, bending, cutting off consecutive modulus design. This paper briefly outlined the Stamping Die current development status and trends. The product of a detailed analysis and the identification process. Stamping die design in accordance with the general steps to calculate and design the sets on the main mold parts, such as : punch and die. Punch plate, plate and dump plate, coil, behind the marketing, and sales are guided I. information board. Die-standard model planes, to choose a suitable stamping equipment. Design work on the parts and specifications will press for the necessary checking calculation. The mold used for a small scrap layout, automatic centering device.Keywords : Progressive dies; Stamping equipment; Punching; Bending; Cut.I 目 录摘 要ABSTRACT 第一章 绪 论21.1冷冲裁与模具设计简介21.2冷冲裁与模具技术现状31.3 冲裁模具市场情况51.4 未来冲压模具制造技术发展趋势6第二章 冲裁件工艺性分析及冲裁方案的确定82.1冲裁件材料分析、工艺性82.2冲裁件尺寸精度和表面粗糙度要求102.3冲裁件的尺寸基准112.4 冲裁件经济性分析112.5冲裁方案的确定11第三章 排样图的设计及材料利用率的计算133.1排样的设计133.2搭边的选取153.3材料利用率的计算19第四章 冲裁工艺力的计算204.1冲裁力的计算204.1.1冲裁力的行程曲线204.1.2冲裁力的计算公式2142压力中心计算22第五章 冲压设备的选择245.1冲压设备类型的选择245.2确定设备的规格24第六章 冲裁模工作部分设计计算266.1冲裁间隙266.1.1对冲裁件质量的影响266.1.2 对模具寿命的影响276.1.3 对冲裁力、卸料力的影响286.2合理间隙的选用296.3 模具刃口尺寸的计算306.3.1落料部分刃口设计计算326.3.2冲孔部分刃口设计计算336.3.3孔心距的计算34第七章 模具总体设计357.2确定送料方式357.3定位方式的选择357.4卸料、出件方式的选择357.5导向方式的选择35第八章 卸料零件计算378.1卸料弹簧的选择378.2顶板弹顶装置橡胶的设计37第九章 主要零部件设计399.1模具材料的选择399.1.1模具材料与热处理399.1.2 CrWMn 钢的性能399.2落料凹模设计409.2.1落料凹模刃口形式409.2.2落料凹模外形和尺寸的确定419.2.3落料凹模的结构形式419.2.4 凹模框的设计439.3凸凹模设计449.3.1模具的结构形式和固定方法449.3.2凸凹模长度的确定459.3.3凸凹模结构设计469.4冲孔凸模469.4.1冲孔凸模的固定形式479.4.2冲孔凸模长度的确定479.4.3凸模强度校核479.4.4 冲孔凸模的结构49第十章 标准件的选择5010.1模架及模柄的选择5010.2凸模固定板及垫板的选择5010.3 导尺的选择5110.4模具闭合高度的校核5110.5 导柱、导套的选择5110.6卸料螺钉5210.7推杆的选择5310.8挡料销的选择5310.9螺钉及销钉的选择53第十一章 绘制模具装配图、及零件图及编写设计说明书54第十二章 结 论55参考文献56致 谢57附录A：冲裁零件的材料58附录B：冲裁常用公差配合60附录C：文献综述61 2第一章 绪 论1.1冷冲裁与模具设计简介冲裁是通过模具对板材施加压力或拉力,使板材塑性成型,有时对板材施加剪切力而使板材分离,从而获得一定尺寸、形状和性能的一种零件加工方法。由于冲压加工经常在材料冷状态下进行，因此也称冷冲压。冲裁加工的原材料一般为板材或带材，故也称板材冲压。冲压加工需要研究冲压工艺与模具两个方面的问题。冲裁工艺可以分为分离工序和成形工序。而分离工序又有落料、冲孔、切断、切边、剖切等工序；成型工序又包括卷圆、扭曲、拉深、变薄拉深、翻孔、翻边、拉弯、胀形、起伏、扩口、缩口、旋压、校形等。冲裁加工作为一个行业，在国民经济的加工业中占有重要的地位。根据统计，冲压件在各个行业中均占相当大的比重，尤其在汽车、电机、仪表、军工、家用电器等方面所占的比重更大。冲压加工的应用范围极广，从精细的电子元件、仪表指针到重型汽车的覆盖件和大梁、高压容器封头以及航天器的蒙皮、机身等均需冲压加工。冲裁件在形状和尺寸精度方面的互换性较好，一般情况下，可以直接满足装配和使用要求。此外，在冲压过程中由于材料经过塑性变形，金属内部组织得到改善，机械强度有所提高，所以，冲裁件具有质量轻、刚度好、精度高和外表光滑、美观等特点。冲裁加工是一种套高生产率的加工方法，如汽车等大型零件每分钟可生产几件，而小零件的高速冲裁则每分钟可生产千件以上。由于冲裁加工的毛坯是板材或卷材，一般又在冷状态下加工，因此轻易实现机械化和自动化，比较适宜配置机械人而实现无人化生产。特别是适用于定型产品的中大批生产。“冲裁要发展，模具是关键”，提高模具的效率需从冲模设计和制造开始。冲裁加工的材料利用率较高，一般可达70%85%，冲裁加工的能耗低，由于冲裁生产具有节材、节能和高生产率等特点，所以冲裁件呈批量生产时，其成本比较低，经济效益较高。当然，冲裁加工与其他加工方法一样，也有其自身的局限性，例如，冲模的结构比较复杂，模具价格偏高。因此，对小批量、多品种生产时采用昂贵的冲模，经济上不合算，目前为了解决这方面的问题，正在努力发展某些简易冲模，如聚氨脂橡胶冲模、低合金冲模以及采用通用组合冲模、钢皮模等，同时也在进行冲裁加工中心等新型设备与工艺的研究。1.2冷冲裁与模具技术现状 我国考古发现，早在2000多年前，我国已有冲裁模具被用于制造铜器，证明了中国古代冲裁成型和冲裁模具方面的成就就在世界领先。1953年，长春第一汽车制造厂在中国首次建立了冲模车间，该厂于1958年开始制造汽车覆盖件模具。我国于20世纪60年代开始生产精冲模具。在走过了漫长的发展道路之后，目前我国已形成了300多亿元（未包括港、澳、台的统计数字，下同。）各类冲压模具生产能力。改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS软件，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM软件，上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件等在国内模具行业拥有不少的用户。虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具内也能生产了。精度达到12m，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到Ra1.5m的精冲模，大尺寸（300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。1、具CAD/CAM技术状况我国模具CAD/CAM技术的发展已有20多年历史。由原华中工学院和武汉733厂于1984年共同完成的精神模CAD/CAM系统是我国第一个自行开发的模具CAD/CAM系统。由华中工学院和北京模具厂等于1986年共同完成的冷冲模CAD/CAM系统是我国自行开发的第一个冲裁模CAD/CAM系统。上海交通大学开发的冷冲模CAD/CAM系统也于同年完成。20世纪90年代以来，国内汽车行业的模具设计制造中开始采用CAD/CAM技术。国家科委863计划将东风汽车公司作为CIMS应用示范工厂，由华中理工大学作为技术依托单位，开发的汽车车身与覆盖模具CAD/CAPP/CAM集成系统于1996年初通过鉴定。在此期间，一汽和成飞汽车模具中心引进了工作站和CAD/CAM软件系统，并在模具设计制造中实际应用，取得了显著效益。1997年一汽引进了板料成型过程计算机模拟CAE软件并开始用于生产。21世纪开始CAD/CAM技术逐渐普及，现在具有一定生产能力的冲压模具企业基本都有了CAD/CAM技术。其中部分骨干重点企业还具备各CAE能力。模具CAD/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量，已成为人们的共识。在“八五”、九五“期间，已有一大批模具企业推广普及了计算机绘图技术，数控加工的使用率也越来越高，并陆续引进了相当数量CAD/CAM系统。如美国EDS的UG，美国Parametric Technology公司 Pro/Engineer，美国CV公司的CADSS，英国DELCAM公司的DOCT5，日本HZS公司的CRADE及space-E, 以色列公司的Cimatron 还引进了AutoCAD CATIA 等软件及法国Marta-Daravision公司用于汽车及覆盖件模具的Euclid-IS等专用软件。国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了CAD/CAM技术/DL图的设计和模具结构图的设计均已实现二维CAD，多数企业已经向三维过渡，总图生产逐步代替零件图生产。且模具的参数化设计也开始走向少数模具厂家技术开发的领域。在冲压成型CAE软件方面，除了引进的软件外，华中科技术大学、吉林大学、湖南大学等都已研发了较高水平的具有自主知识产权的软件，并已在生实践中得到成功应用，产生了良好的效益。快速原型（RP）传统的快速经济模具相结合，快速制造大型汽车覆盖件模具，解决了原来低熔点合金模具靠样件浇铸模具，模具精度低、制件精度低，样样制作难等问题，实现了以三维CAD模型作为制模依据的快速模具制造，它标志着RPM应用于汽车身大型覆盖件试制模具已取得了成功。围绕着汽车车身试制、大型覆盖件模具的快速制造，近年来也涌现出一些新的快速成型方法，例如目前已开始在生产中应用的无模多点成型及激光冲击和电磁成型等技术。它们都表现出了降低成本、提高效率等优点。2、模具设计与制造能力状况在国家产业政策的正确引导下，经过几十年努力，现在我国冲裁模具的设计与制造能力已达到较高水平，包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。虽然如此，我国的冲裁模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。这一些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都有较大差距。轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。虽然在设计制造方法和手段方面基本达到了国际水平，模具结构周期等方面，与国外相比还存在一定的差距。标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种。有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具，已基本达到国际水平。但总体上和国外多工位级进模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，仍存在一定差距。 从技术角度来看，模具制造（包括设计和加工）技术大致可分为五个发展阶段：手工操作阶段、手工操作加机械化（普通通用机床与工具）阶段、数字控制阶段、计算机化阶段和CAD/CAE/CAM信息网络技术一体化，我国目前主要以数字控制阶段为主。就冲模的结构和类型而言，目前国内在定型的机电产品生产中，至今仍然是单工序冲模多，复合模与多工位连续模、复合模占的比例很小，多工位连续模则更少见。近年来在仪表行业的调研统计表明：在较先进、经营形式良好的企业中，按冲模分类具有套数比，只能达到单工序模：复合模：多工位连续模=5.5:3:1.5,沿海乡镇企业仅为:7.2:2:0.8,内地决大多数企业只用单工序模,多数为没有模架的的敞开模。1.3 冲裁模具市场情况 我国冲裁模具无论在数量上，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。现将2004年我国冲压模具市场情况简介如下： 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。1.4 未来冲压模具制造技术发展趋势虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低CADCAECAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。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：（）全面推广CADCAMCAM技术模具CADCAMCAE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CADCAMCAE技术的条件已基本成熟。计算机和网络的发展正使CADCAMCAE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。（）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。（）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”。（）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或二维轮廓加工（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。（）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左右。国外发达国家一般为左右。（）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。（）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。（）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65第二章 冲裁件工艺性分析及冲裁方案的确定冲裁件的工艺性，是指冲裁件对冲裁工艺的适应性,即冲裁件的形状结构、尺寸大小、尺寸偏差、形位公差与尺寸基准等是否符合冲裁工艺的要求。冲裁件的工艺性对冲裁工件的质量、材料利用率、生产率、模具制造难易、模具寿命、操作方式及冲压设备的选用等都有很大的影响。一般情况下，对冲裁件工艺性影响最大是几何形状、尺寸、精度要求。良好的冲裁件工艺性能满足材料省、工序少、产品质量稳定、模具较易加工、操作方便且寿命较高等要求，从而显著降低冲裁件的制造成本。2.1冲裁件材料分析、工艺性汽车支架材料为H62，查文献1 ： P3-196表3-2-14有色金属，该材料为黄铜，其铜的含量为百分数是60.5%63.5，抗拉强度 b=290Mpa，延伸率不小于35，具有良好的力学性能，用于各种深引伸和弯拆制受力零件。冲裁件的结构形状应尽可能简单、对称、避免复杂形状的曲线，在许可的情况下，把冲裁件设计成少、无废料排样的形状，以减少废料，矩形孔两端宜用圆弧连接，以利于模具加工。该工件结构简单，也无复杂形状的曲线。冲裁件各直线或曲线的连接处，尽量避免锐角，严禁尖角如图2-1。除在少、无废料排样或采用镶拼模结构时，都应有适当的圆角相连，以利于模具制造和提高模具寿命。该工件直线连接处是直角，并非圆角。故在此拟采用镶拼模结构，以利于模具制造和提高寿命。冲裁件凸出或凹进的部分不能太窄，尽可能避免过长的悬臂和窄槽，如图2-2所示。最小宽度b一般不小于1.5t，若冲裁材料为高碳钢，b2t, ，当材料厚度t1mm时，按1mm计算。该工件凸出部分的宽度为7mm和6.5mm。最小宽度b=(3.5-1.6)mm=1.9mm1.5t=1.51.2=1.8mm。满足条件。 图2-2 冲裁件凸出的悬臂和凹槽 冲裁件的孔径因受冲孔凸模和刚度的现在，不宜太小，否则容易折断和压弯，冲孔的最小尺寸取决于冲压材料的力学性能，凸模强度和模具结构。该冲裁件的孔径d=3.2mm1.5t=1.51.2=1.8mm，查文献2：P75表2-18，用无保护套凸模冲孔。 冲孔件上孔与孔、孔与边缘间的距离不能过小，以避免工件变形、模壁过薄或材料易被拉入凹模而影响模具寿命。一般孔边距取：对圆孔为（11.5）t。对矩形孔为（1.52）t，如图2-3。该工件所需冲的4个孔中上面2孔的孔边距为1.9mm，大于（11.5）t=1.21.8mm，下面两孔的空边距为2.4mm，同样大于1.21.8mm。上面一对孔的孔间距为42.5mm，远大于文献2P76表2.20提供的最小孔间距3.1t=3.11.2=3.72mm，下面一对孔的孔间距为31mm，也满足条件。 图2-3 最小孔边距离的确定 表2-1最小孔间距孔 形圆 孔方 孔厚料t（mm）1.552.3最小孔距（mm）3.1t2t4.6t2t 在弯曲件或拉深件上冲孔时，为避免凸模受水平推力而折断，孔壁与工件直壁之间应保持一定距离，如图2-4示使LR+0.5t。 图2-4 弯曲件或拉深件冲孔位置2.2冲裁件尺寸精度和表面粗糙度要求 表2-2 冲裁件孔中心距公差 （mm）材料厚度t普通冲孔公差高级冲孔公差孔距中心尺寸5050150150300505015015030010.10.150.20.030.050.08120.120.20.30.040.060.1240.150.250.350.060.080.12460.20.30.400.080.100.15上表引自文献2P77表2-22。冲裁件的精度要求，应在经济精度的范围内，对于普通冲裁件，其经济精度不高于IT11级，冲孔件比落料件高一级。冲裁外形与内孔尺寸工差有一定的要求。查文献2P76表2-11：落料外形公差为0.18mm，内孔公差为0.06mm，该工件并无外形和内孔公差，故普通冲裁应该能满足要求。由表2-2查得：冲裁件能获得的孔中心距的公差为0.12mm，该工件要求的孔心距的公差为0.15mm。因此该要求普通冲裁可以满足。另外，冲裁件的断面的表面粗糙度和容许的毛刺高度都没有具体要求。2.3冲裁件的尺寸基准冲裁件的尺寸基准应尽可能和制模具时的定位基准重合，以避免产生基准不重合误差。孔位尺寸基准应尽量选择在冲裁过程中始终不参加变形的面上，切不要与参加变形的部位联系起来。如图，a)图尺寸不合理，图b)的标注，两孔的孔心距才不会受磨损的影响，比较合理。本次设计的工件图标注符合这点要求，所以尺寸基准合理。2.4 冲裁件经济性分析 所谓经济性，就是以尽可能少的生产消费获得尽可能大的经济效益，在进行冲压工艺设计时，应该运用经济分析的方法找到降低成本，取得优异经济效果的工艺途径。冲裁件的制造成本 C总材工模 式中 C材：材料费；C工加工费(工人工资、设备折旧费、管理费等 )；C模：模具费。上述成本中，模具费、设备折旧费一般与产量无关，加工费中的工人工资和其它经费只要在一定时间内，基本上也是不变的，因此，叫做固定费用。 而材料费、外购件费等，将随生产量大小而变化，属可变费用。这样，产品制造成本由固定费用和可变费用两部分组成。设法降低固定费用或可变费用，都能使成本降低、利润增加并积累资金。本设计所用的工件材料是10钢,属于常见钢种,价格便宜。由此，可变费用将得到有效降低。结论：冲裁件的经济性比较好。2.5冲裁方案的确定工艺方案的内容是确定冲裁件的工艺路线，主要包括确定工序数、工序的组合和工序的顺序安排等，应在工艺分析的基础上制定几种可能的方案，再根据工件的批量、形状、尺寸等多方面的因素，全面考虑、综合分析，选取一个较为合理的方案。冲裁工序按工序的组合程度可分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁。复合冲裁是在压力机的一次行程中，在模具的同一位置同时完成两个或两个以上的工序；级进冲裁是把一个冲裁件的几个工序，排列成一定顺序，组成级进模，在压力机的一次行程中，模具的不同位置同时完成两个或两个以上的工序，除最初几次冲程外，每次冲程都可完成一个冲裁件。该工件包括落料、冲孔、拆弯三个基本工序，可以有以下五种工艺方案：方案一：先落料、再冲孔、后拆弯。采用单工序模生产。方案二：先落料、再冲孔、后拆弯复合冲压。采用正装复合模生产。方案三：先落料、再冲孔、后拆弯复合冲压。采用倒装复合模生产。方案四：先落料、再冲孔、后拆弯级进冲压。采用级进模生产。方案五：先冲孔、再落料、后拆弯级进冲压。采用级进模生产。方案一结构简单，但需三道工序、三副模具才能完成，成品率低，浪费了人力、物力、财力，劳动强度大，难以满足大批量的生产要求。方案二采用正装复合模具生产，适合大批量生产。制件质量由于压料冲裁同时得到校平，制件平正不弯曲，且有较好的剪切断面，但是，制件相对位置精度低。方案三采用倒装复合模生产，与方案二相比，倒装复合模具把凸凹模放在下模，虽然模具结构较方案二简单，可冲工件的孔边距也较大，工人清扫废料是不安全，而且工件的精度性较方案五差。方案四采用落冲孔、拆弯级进模具生产，也只需要一副模具，制造精度高，先落料后冲孔，但是不能保证零件的相对位置精度。方案五采用冲孔、落料、拆弯级进模冲压模具生产提高生产率、降低成本、提高质量和实现冲压自动化等方面有着非常现实的意义它可以对各种冲压件进行冲裁、弯曲、拉深、成形等加工。对一些形状特别复杂，或者孔边距较小的冲压件，若采用单工序模或复合模冲制有困难时，则可用级进模对冲压件采取分段的方法逐步冲出。在现代冲压技术中，发展级进模占有重要地位，特别是对大批量生产的冲压件尤其应当采用多工位的级进模适合于复杂冲压件的大批量生产通过上述五种方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案五为佳。第三章 排样图的设计及材料利用率的计算3.1排样的设计冲裁件在板、条等材料上的布置方法称为排样。排样的合理与否，影响到材料的经济利用率，还会影响到模具结构、生产率、制件质量、生产操作方便与安全等，因此，排样是冲裁工艺与模具设计中一项很重要的工作。冲压件大批量生产成本中，毛坯材料费用占60%以上，排样的目的就在于合理利用原材料。衡量排样经济性、合理性的指标是材料利用率。要提高材料利用率，就必须减少废料面积，冲裁过程中所产生的废料，可分为两种情况。如图3-1所示。图3-1 废料种类1-料头（搭边） 2-侧搭边 3-搭边 4-结构废料1 结构废料 由于工件结构形状的需要，如工件内孔的存在而产生的废料称为结构废料，它取决于工件的形状，一般不能够改变。2 工艺废料 工件之间和工件与条料边缘之间存在的搭边，定位需要切去的料边与定位孔，不可避免的料头和料尾废料称为工艺废料，它决定于冲压方式和排样方式。因此，提高材料利用率要从减少工艺废料着手，同一个工件，可以有几种不同的排样方法。根据材料的利用情况，排样的方法可以有三种：（一）有废料排样沿工件的全部外形冲裁，工件与工件之间，工件与条料侧边之间都有工艺余料（搭边）存在，冲裁后搭边成为废料，如图3-2a所示。（二）少废料排样 沿工件的部分外形轮廓切断或冲裁，只在工件之间或是工件与条料侧边之间有搭边存在，如图3-2b所示。（三）无废料排样工件与工件之间。工件与条料侧边之间均无搭边存在，条料沿直线或曲线切断而得工件。如图3-2c所示。 图3-2排样方法 a) 有废料排样 b) 少废料排样 c)无废料排样有废料的排样法材料利用率较低，但制件的质量和冲模寿命较高，常用于工件形状复杂、尺寸精度要求较高的排样。少、无废料排样法的材料利用率较高，在无废料排样时只有料头、料尾损失，材料利用率可达85%95%，少废料排样法也可达70%90%。少、无废料排样法有利于一次冲裁多个工件，可以提高生产率。由于这种排样法冲切周边减少，所以还可以简化模具结构，降低冲裁力。但是，少、无废料排样的应用范围有一定的局限性，受到工件形状结构的限制，且由于条料本身的宽度公差，条料导向与定位所产生的误差，会直接影响工件尺寸而使工件的精度降低。在几个工件的汇合点容易产生毛刺。由于采用单边剪切，也会加快模具磨损而降低冲模寿命，并直接影响工件的断面质量，所以少、无废料排样常用于精度要求不高的工件排样。有废料、少废料或无废料排样。按工件的外形特征、排样的形式又可分为直排、斜排、对排、混合排、多排和裁搭边等。对于简单形状的工件，可以用就算方法选择合理的排样方式，而对于形状复杂的工件要作出正确判断则比较困难，通常用放样的方法，即用厚纸片剪35个样件，摆出各种可能的排样方案，从中选择一个比较合理的方案。合理的排样方法，应是将工艺废料减到最少。考虑到该工件的外形特征和材料的利用情况，此采用双排斜排中间载体排样方式，如图3-3所示： 图3-3冲裁件的排样3.2搭边的选取（一）搭边排样中相邻两工件之间的余料或工件与条料边缘间的余料称为搭边。其作用是补偿定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料步距误差、送料歪误差等原因而冲裁出残缺的废品。此外，还应保持条料有一定的强度和刚度，保证送料的顺利进行，从而提高制件质量，使凸、凹模刃口沿整个封闭轮廓线冲裁，使受力平衡，提高模具寿命和工件的断面质量。搭边值的选取关系到送料的顺利进行、制件的质量、材料的利用率、模具寿命。搭边值要合理确定。搭边值过大，材料利用率低。搭边值小，材料利用率虽高，但过小就不能发挥搭边的作用，在冲裁过程中会被拉断，造成送料困难，使工件产生毛刺，有时还会被拉入凸模和凹模间隙，损坏模具刃口，降低模具寿命。搭边值过小，会使作用在凸模侧面上的法向应力沿着落料毛坯周长的分布不均匀，引起模具刃口的磨损。搭边值一般由经验确定，根据工件宽和材料厚度，由文献2 P72表2-13，选工件间搭边值a=1.5 mm,侧面搭边a1=2mm。（二）条料宽度的确定排样方案和搭边数值确定后，即可确定条料或带料的宽度和进距。条料宽度的确定原则是：最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值，最大条料宽度要能在冲裁时顺利地在导料板之间送进，并与导料板之间有一定的间隙。因此，在确定条料宽度时必须考虑到模具的结构中是否采用侧压装置和侧刃，根据不同结构分别计算。当条料在无侧压装置的导料板之间送料时（图3-4），条料宽度按下式计算 （3-1）上式引自文献2P72。式中 B条料标称宽度（mm）；D工件垂直于送料方向的最大尺寸（mm）；侧搭边（mm）；条料宽度的公差（mm），见表3-1。条料与导料板之间的的间隙（mm），见表3-2。 当导料板之间有侧压装置时（图3-5），条料宽度按下式计算 （3-2） 式中各符号意义同上。导料板之间的距离： 图3-5 有侧压装置条料宽度的确定表3-1 剪切条料宽度的公差 （mm）条料宽度B材 料 厚 度 t112233550501001001501502202203000.40.50.60.70.80.50.60.70.80.90.70.80.91.01.10.91.01.11.21.3表3-2 条料与导料板之间的间隙 （mm）条 料 厚 度无 侧 压 装 置有 侧 压 装 置条 料 宽 度 1001002002003001001001150.50.50.51115588表3-1、表3-2引自文献2P73表2-14和表2-15.当模具有侧刃时，条料宽度按下式计算（图3-6） （3-3）式中 n侧刃数； C侧刃冲切的料边宽度（mm），见表3-2。其余符号意义同前。导料板间的距离： 式中 冲切后条料宽度与导料板间的间隙。见表3-3。 图3-6 有侧刃时条料宽度的确定 表3-3 和C值 (mm)材料厚度C1.51.52.52.531.52.02.50.100.150.20上表引自文献2P74表2-16.进距是指条料在模具上每次送进的距离，进距的计算与排样方式有关，每个进距可以冲出一个零件，也可以冲出几个零件。进距是决定挡料销位置的依据。每次只冲一个零件的进距的计算公式为 （3-4）式中 B平行于送料方向工件的宽度； a冲件之间的搭边值。考虑到工件形状的特殊性，此工件在生产的过程中送料时将使用导料板，如图3-4：条料宽度 B=D+2（a1+）+C1 0 =101+2(2+0.6)+1.5 0 -0.6 =106.8 0 -0.6 mm条料与导料板之间的间隙查表3-1得=0.6mm,条料与导板间的间隙查表3-2得C1=0.5mm。 3.3材料利用率的计算一个步距的材料利用率h为 h= nA/Bh100% (3-5)上式引自文献2P67式2-21.式中 A冲裁件面积（包括冲出的小孔在内）（mm2）；N一个布距内冲裁件数目；B条料宽度（mm）； H进距（mm）；冲裁件的面积A=62.188+（21.8-8）12+3.1462-3.141.52=769.015mm2进距S=B+a=101+1.5=102.5mm故一个进距内的材料利用率为: =nA/Bh100%=2769.015/102.534.5100%=43.5%按照下面二种方案排列，分别计算其材料利用率为方案1(B=43.3)：h总1=1769.015/43.334.5100%=26.8%方案2(B=61.5)：h总2=1769.015/61.534.5100%=33.6% 经过比较，B=102.5mm及内冲件数目为2的材料利用率提高到40%。第四章 冲裁工艺力的计算4.1冲裁力的计算冲裁力计算包括冲裁力、卸料力、推件力、顶件力的计算。冲裁力是凸模与凹模相对运动使工件与板料分离的力，其大小主要与材料力学性能、厚度及冲裁件分离的轮廓长度等参数有关。冲裁力是设计模具、选择压力机的重要参数。计算冲裁力的目的是为了合理的选用冲压设备和设计模具。选用冲压设备的标称压力必须大于所计算的冲裁力，所设计的模具必须能传递和承受所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。 4.1.1冲裁力的行程曲线图4-1 冲裁力-凸模行程曲线在冲裁过程中，冲裁力的大小是不段变化的，图4-1为冲裁时冲裁力-凸模行程曲线。图中AB段相当于冲裁的弹性阶段，凸模进入材料后，载荷急剧上升，但当凸模刃口一旦挤入材料，即进入塑性变形阶段，载荷的上升就缓慢下来，如BC段所示。虽然由于凸模挤入材料使承受冲裁力的材料面积秒减小，但只要材料加工硬化的影响超过受剪切面积小的影响，冲裁力就继续上升，当两者达到相当的影响的瞬间，冲裁力达最大值，即图中C点。此后，受剪面积的减少超过硬化的影响，于是冲裁力下降。凸模再继续下压，材料内部产生裂纹并迅速扩张，冲裁力急剧下降，如图中CD段所示，此为冲裁的断裂阶段。此后所用的力仅是克服摩擦阻力,推出已分离的料。4.1.2冲裁力的计算公式冲裁力的大小主要与材料力学性能、厚度及冲裁件分离的轮廓长度有关。考虑到成本和冲裁件的质量要求，此用平刃口模具冲裁，冲裁力F（N）： （4-1）上式引自文献2P50式（2-1）。式中 L冲裁件周边长度（mm）； t材料厚度（mm）；材料抗剪强度（MPa）；K0系数。考虑到模具刃口的磨损，模具间隙的波动，材料力学性能的变化及材料厚度偏差等因素，一般取系数K=1.3。材料的抗剪强度（MPa）查文献1P3-196表3-2-14：取b=290 MPa一般情况下，材料的b=1.3，故F =L T bF 冲孔=L 冲孔T b=3.1431290=2733.25N F卸料=0.05 F 冲孔=0.052733.25=136.66N F 侧刃=L 侧刃T b=(34+19.5+17.2+8+2)1290=23403N F 侧卸料=0.05 F 侧刃=0.05200158=1170.15NFU=LU T b=(20+3+14+16.6+13.2+4+20+16)1290=30972NF U卸料=0.05 FU=0.0518716.6=1548.6NF异=L异 T b=(32+20+17+7.6+3+6.5+74+20+8+9+18+3.2)1290=63162NF 异卸料=0.05 F异=0.0563162=3158.1NF 顶件= （0.30.8）F 落料取F 顶件=0.6F 落料F顶件=0.6F落料=0.63158.1=157.91N由自由公式：得F 弯曲1=0.512 12290=1740NF 弯曲2=0.512 8290=1160NF长=L长 T b=(40+20)1290=17400NF 长卸料=0.05 F长=0.0517400=870N式中：L 冲孔、L 侧刃冲裁件周边长度（mm）； t材料厚度（mm）； 材料抗剪强度（MPa）； b 材料抗拉强度（MPa）； K-对U形件K取(0.30.6)； BU弯曲件宽度； K 1卸料力系数（0.020.06）（查表，姜奎华主编。冲压工艺与模具设计）。如下所示： 表4-1 卸料力、推件力和顶件力系数料厚（mm）K卸K推K顶钢0.10.10.50.52.52.56.5 6.50.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.060.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03铝 铝合金紫铜 黄铜0.0250.080.020.060.030.070.030.09 注：表