冲压模具设计1.doc

毕业论文 0 目录 摘 要 3 abstract .4 前 言 5 1 绪论 .6 1.1 冲压技术概论.6 1.2 我国模具技术的发展趋势 7 1.3 本课题的来源及主要任务 12 第 1 章 冲裁件的工艺分析.13 1.3 工件尺寸精度 .15 1.4 工件展开长度计算.16 第 2 章 冲裁工艺方案的确定17 第 3 章 模具结构形式的确定18 第 4 章 模具总体设计 .18 4.1 模具类型的选择18 4.2 操作方式19 4.3 卸料、出件方式19 4.4 确定送料方式 .20 4.5 确定导向方式 .20 论文 1 第 5 章 模具设计计算 .20 5.1 排样、步距和材料利用率计算 .20 5.2 冲压力的计算 .24 5.3 压力中心的确定26 5.4 模具刃口尺寸的计算27 5.5 模具弯曲部分工作尺寸计算 28 第 6 章 主要零部件设计 31 6.1 工作零部件的结构设计.31 7 模具辅助零件设计.34 7.1 卸料板 .34 7.2 导向零件 34 7.3 连接与固定零件.35 8 模具闭合高度及冲压设备的选择 36 8.1 模具闭合高度计算的意义.36 8.2 计算模具的闭合高度36 8.3 选择冲压设备 .36 8.4 校核模具闭合高度.38 9 设计并绘制模具总装图及选取标准件 .38 10 模具的安装调试39 毕业论文 2 10.1 模具的安装调试39 参考文献.41 致 谢.42 论文 3 摘摘 要要 金属板料冲压是一种在工业生产中应用广泛的加工方法。随着现代各行各业突 飞猛进的发展，金属件的结构复杂，精度高，需求量多，加上对生产的安全性、操 作的方便性，加工的经济性等要求也日益提高，采用单工位模具已经无法满足生产 的需要，许多制造商均采用多工位级进模进行生产。因此，多工位级进模在国内外 模具制造业中应用日趋广泛。多工位级进模是在普通级进模的基础上发展起来的一 种模具，是当代所有模具中冲压功能最多、结构最复杂、生产效率和自动化程度最 高的一种冲模。在多工位级进模结构设计过程中，首先必须设计级进模的总装结构， 然后再在此基础上进行模具其他零部件的设计。本论文分析了合页连接片的工艺性, 介绍了合页连接片多工位级进模总体结构设计，对工件进行了展开计算，确定了工 件加工成型的工艺方案和排样方案,对模具进行了工艺计算，根据计算结果进行了凸 模、凹模、垫板、导料板、卸料板等主要零部件的设计，还根据各标准对模具中用 到的其他标准件，如模架、导柱导套等，进行了选择与设计。实践证明：该模具结 构合理、可靠,并能保证产品质量,对此类零件的级进模设计有参考价值。 关键词关键词：级进模；排样设计；模具设计 毕业论文 4 abstract sheet metal stamping is a widely used method in industrial production. with the rapid development of modern businesses，the structure of the metal pieces becomes more and more complex. the metal pieces also need to have high accuracy. at the same time, the demands of the production security, the ease of operation, the economy of processing are increasing. single-stage molds cant meet the the needs of production. many manufacturers use the multi-position progressive die in production. therefore, multi-position progressive dies are used increasingly widespread in the die manufacturing at home and abroad. multi-position progressive die is developed basing on the general progressive die. it has the most pressing function, the most complex structure, productivity and the highest degree of automation. in the design of the multi-position progressive die, we must design the assembly structure of the progressive die. and then, we design other components of it. in this page, i analyzed the manufacturability of a hinge gasket piece, as well as design of the overall structure. i also did the calculation of the workpiece, determined the workpieces forming process and the nesting program and did a calculation of the mold process. after that, i designed the die in all aspects. the application shows that the die is feasible and reliable in structure and can ensure the quality of the products. key words: progressive die; hinge gasket piece; layout design 论文 5 前前 言言 为了更进一步加强我们的设计能力，巩固所学的专业知识，在毕业之际，特安 排了此次的毕业设计。毕业计也是我们专业在学完基础理论课，技术基础课和专业 课的基础上，所设置的一个重要的实践性教学环节。 本次设计的目的： 一、综合运用本专业所学的理论与生产实际知识，进行一次冲压模设计的实际 训练，从而提高我们独立工作能力。 二、巩固复习三年以来所学的各门学科的知识，以致能融贯通，进一步了解从 模具设计到模具制造整个工艺流程。 三、掌握模具设计的基本技能，如计算、绘图、查阅设计资料和手册，熟悉标 准和规范等。 由于本人设计水平有限，经验不足，错误难免，敬请老师批评、指导，不胜感 激。 毕业论文 6 1 绪论 1.1 冲压技术概论 日常生产、生活中所使用到的各种工具和产品，大到机床的底座、机身外壳， 小到一个胚头螺丝、纽扣以及各种家用电器的外壳，无不与模具有着密切的关系。 模具的形状决定着这些产品的外形，模具的加工质量与精度也就决定着这些产品的 质量。因为各种产品的材质、外观、规格及用途的不同，模具分为了铸造模、锻造 模、压铸模、冲压模等非塑胶模具，以及塑胶模具。 模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又 是高新技术产业的重要领域，在欧美等工业发达国家被称为“点铁成金”的“磁力 工业” ；美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”;德国则认为是所有工业 中的“关键工业” ;日本模具协会也认为“模具是促进社会繁荣富裕的动力” ，同 时也是“整个工业发展的秘密” ，是“进入富裕社会的原动力” 。日本模具产业年 产值达到 13000 亿日元，远远超过日本机床总产值 9000 亿日元。如今，世界模具工 业的发展甚至己超过了新兴的电子工业。在模具工业的总产值中，冲压模具约占 50%， 塑料模具约占 33%，压铸模具约占 6%，其它各类模具约占 11% 随着科学技术的进步和工业生产的迅速发展，冲压加工技术的应用愈来愈广泛， 模具成形已成为当代工业生产的重要手段。 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（俗称冲压件或冲件）的一种压力加工方法。 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。冲压是一种先进的 金属加工方法，在国民经济的加工工业中占有重要的地位。与机械加工及塑性加工 和其它方法相比，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： (1) 冲压一般没有切削碎料产生，材料的消耗较少利用率高，一般为 70%85%，易实现机械化和自动化； (2) 在形状和尺寸精度方面的互换性较好。一般情况下可直接满足装配和使用 要求； (3) 冲压可加工的尺寸范围大、形状复杂的零件，而这些零件用其它方法是不 论文 7 可能或很难得到的，如薄壳件； (4) 被加工的金属在冲压加工过程中产生加工硬化，金属内部组织得到改善， 机械强度有所提高，所以冲压件刚度强度较好； (5) 冲压时由模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压材料的 表面质量，而模具的寿命一般较长，所以冲压件的质量稳定，互换性好，具有“一 模一样”的特征； (6) 在大量生产的条件下，产品的成本低，经济效益较高； (7) 冲裁过程能耗较低。 由此可见冲压制得的零件具有表面质量好重最轻成本低的优点。所以冲压在现 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的 采用冲压方法加工产品零件，如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天、家 电及轻工业等行业。在这些工业部门中，冲压件所占的比重相当的大，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。有些机械设备往往以冲压件所占比例的大小 作为评价结构是否先进的指标之一2。 工业发达国家对冷冲压生产工工艺的发展是很重视的.不少国家(如美国、日本 等)模具工业产值己超过机床工业。从这些国家钢材构成可以看出冷冲压的发展趋势。 钢带和钢板占全部品种的67%，充分说明冲压这种加工方法己成为现代工业生产的 重要手段和发展方向。 冲压技术的发展特征是： (1)冲压成形科学化、数字化和可控化； (2)突出“精、省、净“三大优势； (3)冲压成形可以实现全过程控制； (4)产品从设计开始即进入控制，考虑工艺； (5)冲压生产的灵活性和柔性。 1.2 我国模具技术的发展趋势 当前，我国工业生产的特点是产品品种多、更新快和市场竞争激烈。在这种情 况下， 用户对模具制造的要求是交货期短、精度高、质理好、价格低。因此，模具 毕业论文 8 工业的发展的趋势是非常明显的。 （1）模具产品发展将大型化精密化 模具产品成形零件的日渐大型化，以及由于高效率生产要求的一模多腔(如塑封 模已达 到一模几百腔)使模具日趋大型化。随着零件微型化，以及模具结构发展的 要求(如多工位级进模工位数的增加，其步距精 度的提高)精密模具精度已由原来的 5m 提高到 23m，今后有些模具加工精度公差要求 在 1m 以下，这就要求发 展超精加工。 （2）多功能复合模具将进一步发展 新型多功能复合具是在多工位级进模基础上开发出来的。一套多功能模具除了 冲压成 形零件外，还可担负转位、叠压、攻丝、铆接、锁紧等组装任务。通过这种 多劝能模具生产 出来的不再是单个零件，而是成批的组件。如触头与支座的组件， 各种小型电机、电器及仪 表的铁芯组件等。 （3）热流道模具在塑料模具中的比重将逐步提高 由于采用热流道技术的模具可提高制作的生产率和质量，并能大幅度节省制作 的原材料和节 约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。国外热流道 模具已有一半用上了热 流道技术，有的厂甚至已达 80%以上，效果十分明显。国内 近几年已开始推广应用，但总体 还达不到 10%，个别企业已达到 20%30%。制订热 流道元器件的国家标准，积极生产价廉高 质量的元器件，是发展热流道模具的关键。 （4）气体辅助注射模具和适应高压注射成形等工艺的模具将积极发展 气体辅助注射成形是一种塑料成形的新工艺，它具有注射压力低、制品翘曲变 形少、 表面好以及易于成形壁厚差异较大的制品等优点，可在保证产品质量的前提 下，大幅度降低 成本。国外，已经较成熟。国内目前在汽车和家电行业中正逐步推 广使用。气体辅助注射成 形包括塑料熔体注射和气体(一般均采用氮气)注射成形两 面部份，比传统的普通注射工艺有 更多的工艺参数需要确定和控制，而且气体辅助 注射常用于较复杂的大型制品，模具设计和 控制的难度较大，因此，开发气体辅助 成型流动分析软件，显得十分重要。为了确保塑料件精度，将继续研究发展高压注 射成型工艺与模具以及注射压缩成型工艺与模具。在注射成形中，影响成型件精度 的最大因素是成型收缩，高压注射成型可强制树 脂收缩率，增加塑件尺寸的稳定性。 模具要求刚性好、耐高压。特别是精密模具的型腔应淬 火，浇口密封性好，模具能 论文 9 准确控制。注射压缩成型技术，是在模具预先半开模状态或者在 锁模力保持中压或 低压，模具在设定的打开量下，注射溶融树脂，然后以最大的锁模力进行 压缩成型， 其效果是：(1)成型件局部内应力小；(2)可得到缩孔少的厚壁成型件；(3)对于塑件 狭窄的部件也可注入树脂；(4)用小注射力能得到优良制品。该类模具的理想结构是： (1) 注射时树脂以低的流动阻力迅速充填型腔；(2)充填完后能立即遮断浇口部；(3)压 缩作用应 仅限于型腔部。 （5）快速经济模具的前景十分广阔 现在是多品种、少批量生产的时代，到下一个世纪，这种生产方式占工业生产 的比例 将达 75%以上。一方面是制品使用周期短，品种更新快，另一方面制品的花 样变化频繁，均 要求模具的生产周期越快越好。因此，开发快速经济具越来越引起 人们的重视。例如，研制 各种超塑性材料(环氧、聚脂等)制作或其中填充金属粉末、 玻璃纤维等的简易模具：中、低 熔点合金模具、喷涂成型模具、快速电铸模、陶瓷 型精铸模、陶瓷型吸塑模、叠层模及快速 原型制造模具等快速经济模具将进一步发 展。快换模架、快换冲头等也将日益发展。另外，采用计算机控制和机械手操作的 快速换模装置、快速试模技术也会得到发展和提高。 （6）模具标准件的应用将日渐广泛 使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，而且能提高模具质量和降低模具制 造成本。 因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。为此，首先要制订统一的国家标 准，并严格按标准 生产；其次要逐步形成规模生产，提高标准件质量、降低成本； 再次是要进一步增加标准件 规格品种，发展和完善联销网，保证供货迅速。 （7）模具使用优质材料及应用 先进的表面处理技术将进一步受重视在整个模具价格构成中，材料所占比重不 大，一般在 20%30%之间，因此选用优质钢材和应用的表面处理技术来提高模具的 寿命就显得十分必要。对于模具钢来说，要采用电渣 重熔工艺，努力提高钢的纯净 度、等向性、致密度和均匀性及研制更高性能或有特殊性能的模具钢。如采用粉末 冶金工艺制作的粉末高速钢等。粉末高速钢解决了原来高速钢冶炼过程中产生的一 次碳化物粗大和偏析，从而影响材质的问题。其碳化物微细，组织均匀，没有材 料 方向性，因此它具有韧性高、磨削工艺性好、耐磨性高、长年使用尺寸稳定等特点， 是一种很有发展前途的钢材。特别对形状复杂的冲件及高速冲压的模具，其优越性 毕业论文 10 更加突出。这种钢材还适用于注射成型漆加玻璃纤维或金属粉末的增强塑料的模具， 如型腔、形芯、浇口 等主要部件。另外，模具钢品种规格多样化、产品精料化、制 品化，尽量缩短供货时间亦是 重要方向。模具热处理和表面处理是能否充分发挥模 具钢材性能的关键环节。模具热处理的发展 方向是采用真空热处理。模具表面处理 除完善普及常用表面处理方法，即扩渗如：渗碳、渗 氮、渗硼、渗铬、渗钒外，应 发展设备昴贵、工艺先进的气相沉积(tin、tic 等)、等离子 喷涂等技术。 （8）在模具设计制造中将全面推广 cad/cam/cae 技术 模具 cad/cam/cae 技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明，模具 cad/cam/cae 技术是模具设计制造的发展方向。现在，全面普及 cad/cam/cae 技术 已基本成熟。由于模具 cad/cam 技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来 模具 cad/cam 技术的硬件与软件 价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，特别 是微机的普及应用，更为广大模具企业普 及模具 cad/cam 技术创造了良好的条伯。 随着微机软件的发展和进步，技术培训工作也日趋 简化。在普及推广模具 cad/cam 技术的过程中，应抓住机遇，重点扶持国产模具软件的开发 和应用。 加大技术培训和技术服务的力度。应时一步扩大 cae 技术的应用范围。对于已 普及了 模具 cad/cam 技术的一批以家电行业代表的企业来说，应积极做好模具 cad/cam 技术的深化 应用工作，即开展企业信息化工程，可从 capp,pdm，cims,vr，逐步深化和提高。 （10）快速原型制造(rpm)技术得到更好的发展 快速原型制造(rpm)技术是美国首先推出的。它是伴随着计算机技术、激光成形 技术和 新材料技术的发展而产生的，是一种全新的制造技术，是基于新颖的离散/ 堆积(即材料累加) 成形思想，根据零件 cad 模型、快速自动完成复杂的三维实体 (原型)制造。rpm 技术是集精 密机械制造、计算机、nc 技术、激光成形技术和材料 科学最新发展的高科技技术，被公认为是继 nc 技术之后的一次技术革命。 rpm 技术可直接或间接用于模具制造。首先是通过立体光固化(sla)叠层实体制 造(lom) 激光选区烧结(sls)、三维打印(3d-p)熔融沉积成形(fdm)等不同方法得到 制件原型。然后通 过一些传统的快速制模方法，获得长寿命的金属模具或非金属的 低寿命模具。主要有精密铸 造、粉末冶金、电铸和熔射(热喷涂)等方法。这种方法 制模，具有技术先进、成本较低、设 计制造周期短、精度适中等特点。从模具的概 论文 11 念设计到制造完成仅为传统加工方法所需时间 的 1/3 和成本的 1/4 左右。因此，快 速制模技术与快速原型制造技术的结合，将是传统快速 制模技术，进一步深入发展 的方向。rpm 技术还可以解决石墨电极压力振动(研磨)成形法中母模(电极研具)制 造困难问题，使该法获得新生。青岛海尔模具有限公司还构建了基于 re(逆向工程 技术)/rpm 的模具并行 开发系统，具有开发质量高、开发成本低及开发周期短等优 点。 （11）高速铣削加工将得到更广泛的应用 国外近年来发展的高速铣削加工 ，主轴转速可达到 40000100000r/min,快速 进给速 度可达到 3040m/min，换刀时间可提高到 13s。这样就大幅度提高了加 工效率，如在加工压铸模时，可提高 78 倍，并可获得 ra10um 的加工表面粗糙 度。形状精度可达 10um。 另外，还可加工硬度达 60hrc 的模块，形成了对电火花 成形加工的挑战。因此，高速铣削加工技术的发展，促进了模具加工的发展，特别 是对汽车、家电行业中大型腔模具制造方面注入了新的活力。 （12）模具高速扫描及数字化系统将发挥更大的作用 英国雷尼绍公司的模具扫描系统，已在我国 200 多家模具厂点得到应用，取得 良好效 果。该系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的的模型所需的诸多功能， 大大缩短的研 制制造周期。如 renscan200 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， 用雷尼绍的 sp2-1 扫描测头实现快速数据采集，控制核心是 雷尼绍 tracecut 软件，可自动 生成各种不同数控系统的加工等程序及不同格式的 cad 数据。用于模具制造业的“逆向工 程” 。该公司又推出了 cyclon 高速扫描机， 这是一台独立工作的专门用来扫描的设备，不占用加工机床的工作时间。其扫描速 度最高可达 3m/min，大大缩短了模具制造周期，另外，其数据采集速度比 renscan200 快，定时探针接触力小，因此可以用非常细的探针，用来扫描细小的模 具和细微的特征表面，扩大模具生产的品种范围。由于模具扫描系统已在汽车、摩 托车、定电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大作用。 （13）模具研磨抛光将向自动化、智能化方向发展 模具表面的精加工是模具加工中未能很好解决的难题之一。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，我国目前仍以手工研磨抛光 为主，不仅效率 低(约占整个模具制造周期的 1/3)，且工人劳动强度大，质量不稳 毕业论文 12 定，制约了我国模具加工 向更高层次发展。因此，研究抛光的自动化、智能化是重 要的发展趋势。日本已研制了数控研磨机，可实现三维曲面模具研磨抛光的自动化、 智能化是重要的发展趋势。日本已研制了数控研磨机，可实现三给曲面模具研磨抛 光的自动化。另外，由于模具型腔形状复杂，任何一种研磨抛光方法都有一定局限 性。应注意发展特种研磨与抛光、如挤压衍磨、电化学抛光、 超声抛光以及复合抛 光工艺与装备，以提高模具表面质量。 （14）模具自动加工系统的研制和发展 随着各种新技术的迅速发展，国外已出现了模具自动加工系统。这也是我国长 远发展 的目标。模具自动加工系统应有如下特征：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。 1.3 本课题的来源及主要任务 本课题主要任务就是设计一落料拉深复合模和冲孔模，绘制出模具装配图和大 部分零件图，熟悉复合模设计步骤，并与课程设计过的弯曲模和级进模作个比较， 了解复合模的结构特点。 本课题任务主要有两个特点： (1) 涉及冲压模具方面的知识； (2) 涉及机械制造方面的知识。 从上述任务特点可以知道，本课题知识的综合性较强，涉及的知识面较广。冷冲压: 是在常温下利用冲模在压力机上对材料施加压力，使其产生分离或变形，从而获得 一定形状、尺寸和性能的零件的加工方法。 冲压模按照工序组合分为三类：单工序模、复合模和级进模。 复合模与单工序模相比减少了冲压工艺，其结构紧凑，面积较小；冲出的制件 精度高，工件表面较平直，特别是孔与制件的外形同步精度容易保证；适于冲薄料， 可充分利用短料和边角余料；适合大批量生产，生产率高，所以得到广泛应用，但 模具结构复杂，制造困难。 冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备，是技术密集型产品。冲压件的质量、 论文 13 生产效率以及生产成本等，与模具设计和制造有直接关系。模具设计与制造技术水 平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，在很大程度上决定 着产品的质量、效益和新产品的开发能力。 冲压加工作为一个行业，在国民经济的加工工业中占有重要的地位。近年来， 冲压成型工艺有了很多新的进展，特别是精密冲裁、精密成形、精密剪切、复合材 料成形、超塑性成形、软模成形以及电磁成形等新工艺日新月异，冲压件的成形精 度日趋精确，生产率有了极大的提高，正把冲压加工提高到高品质、新的发展水平。 由于引入了计算机辅助工程（cae）冲压成形已从原来对应力应变进行有限元分析而 逐步发展到采用计算机进行工艺过程的模拟与分析，以实现冲压过程的优化分析设 计。计算机在模具领域，包括设计、制造、管理等领域发挥着越来越重要的作用。 第第 1 1 章章冲裁件的工艺分析冲裁件的工艺分析 本次设计冲压工件材料为 q235-b，厚度为 1.2mm。尺寸公差采用 it12 级，工 件大批量生产，工件图如图 1-1 所示： 图 1-1 工件图 毕业论文 14 1.11.1 工件材料工件材料 由图 1-1 分析可知，本次设计工件材料为 q235-b，厚度为 1.2mm。q235 是一 种钢材的材质。q 代表的是这种材质的屈服度，后面的 235，就是指这种材质的屈服 值，在 235mp 左右。并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小。由于含碳适中， 综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛。常轧制成盘 条或圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢、槽钢、窗框钢等型钢，中厚钢板。大量应 用于建筑及工程结构。用以制作钢筋或建造厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车辆、 锅 炉、容器、船舶等，也大量用作对性能要求不太高的机械零件。 q235 的机械性能: 抗拉强度（b/mpa）：375-500 伸长率（5/%）： 26（a1.6mm） 25（a1.6-4.0mm） 24（a4.0-6.0mm） 23（a6.0-10.0mm） 22（a10.0-15.0mm） 21（a15.0mm） 其中 a 为钢材厚度或直径。 此工件材料采用 q235-b，生产批量为大批量生产，需要用模具进行生产。从材 质上看，冲裁材料为镀锌铁片钢，属低强度、高延伸性、高延伸率、塑性及流动性 好的软材料，有利于成型，总体来说，强度硬度不高，塑性纫性很好。 1.2 工件结构形状工件结构形状 此工件材料采用 q235-b，生产批量为大批量生产，需要用模具进行生产。由于 该零件有 2 个 3.2mm 和 1 个 4mm 孔，另外还有几字形的弯曲，因而模具包含有 冲孔、落料、弯曲工序。对于孔，由于孔径于大料厚，不属于深孔冲裁，因此在模 具设计时不必对冲孔凸模采取适当保护措施加以保护，也不必对凸模进行强度校验。 从材质上看，冲裁材料为镀锌铁片钢，属低强度、高延伸性、高延伸率、塑性及流 动性好的软材料，有利于成型，总体来说，强度硬度不高，塑性韧性很好。 论文 15 1.31.3 工件尺寸精度工件尺寸精度 根据零件图上所注尺寸，工件要求不高，尺寸精度要求较低，采用 it12 级精度， 普通冲裁完全可以满足要求。 根据以上分析：该零件冲裁工艺性较好，综合评比适宜冲裁加工。 1.41.4 工件展开长度计算工件展开长度计算 中性层的确定 由于中性层的长度在弯曲变形前后不变，其长度就是弯曲件坯料展开尺寸的长 度。而欲求中性层长度就必须找到其位置，用曲率半径表示。中性层位置与板料 0 厚度 t、弯曲半径 r、变薄系数等因素有关，在实际生产中为了使用方便，通常采 用下面的经验公式来确定中性层的位置： 0 rxt 式中：中性层半径；r弯曲件内弯半径； 0 x 为中性层位移系数，其值件下表：表-2 表表 2 2 板料弯曲中性层系数板料弯曲中性层系数 r/t0.10.20.250.30.40.50.60.81.o k1(v ) 0.300.330.350.360.370.380.390.410.42 k2(u ) 0.230.290.310.320.350.370.380.400.41 k3(o ) 0.720.700.670.63 r/t1.21.51.8234568 k1(v ) 0.430.450.460.460.470.480.480.490.50 k2(u0.420.440.450.450.460.470.480.490.50 毕业论文 16 ) k3(o ) 0.490.560.520.50 从弯曲件图可以看到：圆角半径都为 r=1mm，板料厚度 t=1.2mm，查表 2 得 k1=0.41，k2=0.40，则中性层半径为： mm ktr 492 . 1 2 . 141 . 0 10 mm ktr 48 . 1 2 . 140 . 0 10 2、毛坯展开尺寸的计算 由于圆角半径 r0.5t，所以毛坯展开长度等于弯曲件直线部分长度与弯曲部分 中性层展开长度的总和，即。弯曲件有 2 个弯曲部分，代入 0 () 180 i iii llrxt 数据计算得： mml48. 1492. 12326 . 323 . 5 1 =50.13mm 所以工件展开长度 l 取整数，l=50mm。 画出工件展开图如图 1.5： 论文 17 图 1.4 工件展开图 第第 2 2 章章冲裁工艺方案的确定冲裁工艺方案的确定 因该工件属大批量生产，根据零件的生产批量，尺寸精度和材料种类与厚度， 选择模具的导向方式与精度，定距方式及卸料方式等，现有如下两种模具结构方案： 2 方案一：采用复合模结构。 即：在压力机滑块一次行程中、在模具同一工位同时完成冲孔和拉深。 复合模有如下特点： 1、冲裁出来的产品精度高，不受送料误差的影响，内外形相对位置一致性好。 2、冲件表面较为平整。 3、适宜冲薄料，也适宜冲脆性或软质材料。 4、冲模面积较少。 方案二：采用级进模结构。 即：在压力机滑块的一次行程、在模具不同工位分别进行工件的内形 和外形冲裁，而在最后工位才制成工件。 级进模有如下特点： 1、材料利用率较高。 2、凸模形状简单，提高模具使用寿命。 3、工作效率比较高。 方案三：先冲孔，再落料，后折弯。单工序模生产。 该工件材料为 q235-b，厚度为 1.2mm。大批量生产，精度要求不高，it12 级即 可，对比以上三种方案决定采用级进模结构。 通过到工厂的调研，了解到其工件包括下料、落料、冲孔、折弯几个工序。经 过研究可设计一套级进模具进行加工。 毕业论文 18 第第 3 3 章章 模具结构形式的确定模具结构形式的确定 级进模是指在条料的送料方向上，具有两个以上的工位，并在压力机的一次行 程中，在不同的工位上同时完成两道或两道以上的冲压工序的冲模。级进模的定距 方式有两种：导正销定距和侧刃定距。 本模具采用侧刃粗定距，导正销精确定位的方式定距。侧刃代替了挡料销控制 条料送进距离（步距） ，侧刃是特殊功用的凸模，其作用是在压力机每次冲压行程中， 沿条料边缘切下一块长度等于送料近距的料边。在条料送进过程中，切下的缺口向 前送进被侧刃挡块挡住，送进的距离即等于步距。再通过导正销对工件进行精确定 距。 第第 4 4 章章 模具总体设计模具总体设计 4.14.1 模具类型的选择模具类型的选择 由冲压工艺分析可知，采用级进模方式冲压，所以模具类型为级进模。 4.2 操作方式操作方式 零件的生产批量为大批量，但合理安排生产可用手动送料方式，既能满足生产 要求，又可以降低生产成本，提高经济效益。 4.34.3 卸料、出件方式卸料、出件方式 4.3.14.3.1 卸料方式卸料方式 刚性卸料与弹性卸料的比较： 刚性卸料是采用固定卸料板结构。常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲 裁后卸料。当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大，单边 论文 19 间隙取（0.20.5）t。当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸料板与 凸模 的配合间隙应该小于冲裁间隙。此时要求凸模卸料时不能完全脱离卸料板。主要用 于卸料力较大、材料厚度大于 2mm 且模具结构为倒装的场合。 弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于料厚小于或等于 2mm 的板料 由于有压料作用，冲件比较平整。卸料板与凸模之间的单边间隙选择（0.10.2）t,若 弹压卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙应小于冲裁间隙。常用作落 料模、冲孔模、正装复合模的卸料装置。 工件平直度较高，料厚为 1.2mm 相对较薄，卸料力较小，弹压卸料模具比刚性 卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进动态，且弹性卸料板对工件施 加的是柔性力，不会损伤工件表面，可采用弹性卸料。 4.3.24.3.2 出件方式出件方式 因采用连续模生产，故采用向下落料出件。 4.44.4 确定送料方式确定送料方式 因选用的冲压设备为开式压力机且垂直于送料方向的凹模宽度 b 小于送料方向 的凹模长度 l 故采用横向送料方式，即由右向左（或由左向右）送料。 4.54.5 确定导向方式确定导向方式 方案一：采用对角导柱模架。由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上， 所以上模座在导柱上滑动平稳。常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合 模。 方案二：采用后侧导柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方 便。因为导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导套导柱单边磨损，严重影响模 具使用寿命，且不能使用浮动模柄。 方案三：四导柱模架。具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。常用于 毕业论文 20 冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件，以及大量生产用的自动冲压模架。 方案四：中间导柱模架。导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。但只 能一个方向送料。 根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为达到导向平稳、准确， 该级进模采用对角导柱模架的导向方式，即方案一最佳。 第第 5 5 章章 模具设计计算模具设计计算 5.15.1 排样排样、步距和材料利用率计算、步距和材料利用率计算 5.1.15.1.1 排样方式的选择排样方式的选择 冲裁件在条料、带料或板料上布置的方法称为排样，冲件的合理布置与冲件的 外形有很大的关系。按材料的经济利用程度或废料的多少，排样可分为有废料排样 与少、无废料排样两大类。按零件在条料上的布置形式，排样又可分直排、斜排、 对排、对头斜排、多排、混合排等形式。无废料排样是指工件与工件之间、工件与 条料侧边之间均无废料。少废料排样是指沿工件的部分外形切断或冲裁，而废料只 有冲裁刃之间的搭边或侧搭边。无废料排样是全部沿工件外形冲裁，在冲裁刃之间， 工件与条料之间均无搭边。 根据以上叙述可见，采用少，无废料排样要求工件的相应无搭边部分公差等级 于板材一致或根本上无公差要求。鉴于图示工件的尺寸、外形及公差等级，采用少、 无废料排样均不能满足要求，因此选用有废料排样，且为直排法。 排样时工件与工件之间及工件与条料侧边之间留下的余料称为搭边及侧搭边。 搭边值的合理确定关系到工件的质量及模具的寿命。 搭边的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。搭边过大，浪费材料。搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲 件毛刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。 论文 21 5.1.25.1.2 计算条料宽度计算条料宽度 搭边的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。搭边过大，浪费材料。搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲 件毛刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。 搭边值通常由表 4 所列搭边值和侧搭边值确定。 根据零件形状，查表 4，并考虑到工件的切边，工件之间搭边值 a=1.5mm, 工件 与侧边之间搭边值不取搭边, 条料是有板料裁剪下料而得，为保证送料顺利，规定 其上偏差为零，下偏差为负值 b0=（dmax2b1）0 公式（5-1） 式中 dmax条料宽度方向冲裁件的最大尺寸； b1-侧刃冲切得料边定距宽度；（其值查冲压模具手册表 6）可得 =1.5mm。 板料剪裁下的偏差；（其值查冲压模具手册表 5）可得=0.5mm。 b05021.5 =530-0.50mm 故条料宽度为 53mm。 5.1.35.1.3 确定步距确定步距 送料步距 s：条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，每个步距可冲一个 或多个零件。进距与排样方式有关，是决定侧刃长度的依据。条料宽度的确定与模 具的结构有关。 进距确定的原则是，最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值；最 大条料宽度能在冲裁时顺利的在导料板之间送进条料，并有一定的间隙。 级进模送料步距 s s=dmax+a1 公式（5-2） dmax零件横向最大尺寸，a1搭边 毕业论文 22 s121.5 13.5mm 排样图如图 5-1 所示。 图 5-1 排样图 5.1.45.1.4 计算材料利用率计算材料利用率 冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利 用材料的重要指标。 一个步距内的材料利用率 /bs100% 公式（5-2） 式中 a一个步距内冲裁件的实际面积； b条料宽度； s步距； 由此可之， 值越大，材料的利用率就越高，废料越少。废料分为工艺废料和 结构废料，结构废料是由本身形状决定的，一般是固定不变的，工艺废料的多少决 定于搭边和余量的大小，也决定于排样的形式和冲压方式。因此，要提高材料利用 率，就要合理排样，减少工艺废料。 论文 23 排样合理与否不但影响材料的经济和利用，还影响到制件的质量、模具的的结 构和寿命、制件的生产率和模具的成本等指标。因此，排样时应考虑如下原则： 1） 、提高材料利用率（不影响制件使用性能的前提下，还可以适当改变制件的形状） 。 2) 、排样方法使应操作方便，劳动强度小且安全。 3) 、 模具结构简单、寿命高。 4) 、保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求。 一个步距内冲裁件的实际面积，根据 cad 软件-工具-查询-面积： a=529.3mm2 所以一个步距内的材料利用率 =bs100% 公式（5-2） =529.35313.5100% =74% 根据计算结果知道选用直排材料利用率可达 74%，满足要求。 5.25.2 冲压力的计算冲压力的计算 5.2.15.2.1 冲裁力和弯曲力的计算冲裁力和弯曲力的计算 在冲裁过程中，冲裁力是随凸模进入凹模材料的深度而变化的。通常说的冲裁 力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具重要依据之一。 用平刃冲裁时，其冲裁力一般按下式计算： f=kltb 公式（5-4） 式中 f冲裁力； l冲裁周边长度； t材料厚度； b材料抗剪强度； 系数； 毕业论文 24 根据 cad 软件-工具-查询-长度： l=125.7+102+12.6=158.3mm 系数是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀，刃口磨损、板料力 学性能和厚度波动等原因的影响而给出修正系数，一般取=1.3。 b的值查表 2 为 b=380mpa 所以 f=kltb =1.3158.31.2380/1000 =93.8kn 根据计算，模具冲裁力为 93.8kn。 弯曲力是指弯曲件在完成预定弯曲时所需要的压力机施加的压力，是设计冲压 工艺过程和选择设备的重要依据之一。弯曲力的大小与毛坯尺寸、零件形状、材料 的机械性能、弯曲方法和模具结构等多种因素有关，理论分析方法很难精确计算， 在实际生产中常按经验公式进行计算。 1）自由弯曲时的弯曲力公式 v 形弯曲件： ； u 形弯曲件：； 2 0.6 b vz kbt f rt 2 0.7 b uz kbt f rt 式中：、自由弯曲力；b弯曲件的宽度；t弯曲件厚度；r vz f uz f 内圆弯曲半径；弯曲材料的抗拉强度；k安全系数，一般取 1.3。 b 2） 、校正弯曲力公式 jq ff a 式中：校正力；单位面积上的校正力，mpa，见表-3；a弯曲 j f q f 件被校正部分的投影面积，mm2。 表-3 单位校正弯曲力 单位（mpa） 论文 25 3）计算 本弯曲件弯曲部分，只有 1 处 u 形弯曲和 2 处 v 形弯曲。q235 号钢的 mpa b 500 u 形弯曲力： 2 0.7 b uz kbt f rt = 12 . 1 5002 . 12 . 1123 . 17 . 0 =3573.8n v 形弯曲件： 2 0.6 b vz kbt f rt =2 12 . 1 5002 . 12 . 1123 . 16 . 0 =6126.5n 所以： 取 f 弯=3.6kn+6.1kn=9.7kn。 5.2.2