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1 智能冲压工艺规划系统的研究 摘要： 本文对建立 一个智能冲压工艺设计知识为基础 的 系统 给出了一个简单的介绍 。研究该系统的框架， 对 模型和知识推理模式进行了介绍。 对 有 些 关键技术 如 冲压工艺的可行性 、排样的 最佳算法 、 智能地带的布局和内力计算进行了研究。 该 系统 可以改善工艺规划效率。 关键词 ： 排样 知识模型 带状排样法 1 简介 冲压 工艺规划是冲压 产品开发 的 一个核心项目。 它 是金属成型应用的一个重要组成部分 ，它与生产质量、成本、生产率和工具寿命有直接的影响。现代制造业的快速发展对冲压提出了更高的要 求，尤其是在冲压工艺方面。 多年来，相关研究已就如何 在创新的环境 加强 工艺规划的 集成化 和智能化程度 进行研究 。近年来， 通过 生产金属成形智能设计系统 、自动化 技术， 整和了工艺规划的原则。 智能工艺规划方法可以 有效地提高设计效率与质量、创新设计能力。 1C 的专家系统，该系统采用基于塑性理论和实际考虑的规则。在美国俄亥俄州立大学一个称作 规则系统被 他的同事们写入多级冷锻的工艺规划程序语言中。 23 实施以知识为本的冷成 形序列设计系统，采用设计规则确定建立一个可行的序列，然后使用有限元分析优化这个序列。一个以知识为基础的模具设计自动化系统被他的同事精心设计出来。 4 在新加坡国立大学。一些零件表象技术、冲压零件识别和模具构成也存在于这项工作中。在中国，华中科技大学的科学技术研究者们也开发出了基于知识系统的用于对小型金属件冲压级进模的程序包。 5户可以在 3D 立体构架下设计产品。在手工设置排样后，用户可以使用交互命令来开发带装布局设计。来自利物浦大学工业研究部门的研究者们也在研究冲压工艺和冲裁模的 专用系统。 67在上海冲压模具和工具技术研究所的研究者们也开发出了级进模的 统。他们研究的该系统依靠特殊的相关数据来描绘工件和模具结构。 上述研究的研究工作的目的是为了促进金属成形的发展。从金属智能成型的回顾和分析中，使用智能设计的理论和方法来研究冲压工艺规划的步骤。在本文中介绍了应用于冲压工艺规划的智能的系统。该智能系统在处理一些复杂的设计问题时是种强有力的工具。由专门知识构成的智能系统可以用一种交互的方式协助用户解决各种各样的 问题或疑问。 8试图代表人类知识和专业知识 , 以一种实际和有效的途径提供快捷、方便的知识。智能系统能够完成一般需要专家才能完成的任务。它能自动化实时利用现有的专业知识 ,并解释它的推理过程。冲压工艺规划是一个含有丰 2 富知识的复杂设计过程。整合在冲压工艺规划设计中智能系统的关键技术是至关重要的。使用智能理论的冲压工艺规划智能系统被提出来。对一些关键技术 ,如集成产品知识建模和战略规划的综合冲压成形过程进行了研究。在冲压设计中包括各种各样的知识，如专业领域知识、多任务知识、非标准知识。 每一种知识都需要集成到该系统中。冲压模具的核心是冲压工艺。必须考虑到多种因素 ,如几何形状、技术要求、材料性能、冲压件的可行性、工作程序安排、模具工具的结构。冲压工艺规划是一种基于专家知识的创造性程序。智能系统技术可以改善制定冲压工艺规划的效率。 2 系统构架和框架 智能系统的关键技术是建立和应用的信息化模型制作。该产品信息模型 ,包括三个阶段：一种基于几何的模型、一种基于特征的模型、一种基于智能的模型。基于几何的模型描述零件的几何拓扑信息。由于零件的数据信息不能被完整的描述、数据分离水平太低，几何模型被特征模 型取代。这个信息模型包括一组几何实体。依靠此模型的工程语义模型，许多与设计相关的功能可以被实现。随着人工智能的发展，智能模型开始被应用。专业知识、设计过程的知识 ,和相关的知识都包含在知识模型中 9、 10。智能模型支持表达和传递有用的信息。 本文主要概括了一种冲压工艺规划的智能系统。该智能系统对产品的定义有效且完整。它几何了不同模型的优点且能满足几何设计和推理过程。面向对象技术应用到整合各种各样的知识。此集成的知识系统模型可被共享和用于智能设计和产品信息沟通。 这个关于冲压模具工艺规划的智能系统构架已经被设 计出来。这个零件的结构设计 ,包括一个图形用户界面 ,一个应用程序系统、设计资源、知识工具 ,混合推理机制、基础模型。在这个构架中知识模型有不同的分类。知识模型从设计资源中获取有用的信息，支持知识获取和知识表达的程序。这个模型把有用信息转移到知识库。知识库由 计结果以 3D 模型、图画和资料库的形式保存在知识库中，它对在知识库中不同零件的知识传递来说非常的重要。 3 实施方法和应用 压智能模型的可行性论证 智能系统对冲压工件的质量、成本、模具寿命进行评价。该评价基于成熟的智能模型。此 模型集成了规则库、零件信息和结论库。系数根据知识规则推理在知识库得出。冲压成型可行性可以从信息库中零件信息和相关系数推出。在设计过程中被新结论扩大的结果保存在结论库中。 模型的智能推理过程和零件的规格相比有一定限度范围的工艺参数。此规格 包括输入输出半径、孔径、孔板、孔网、槽、槽网。结果来证实零件的形状是否符合模 3 具工具加工。智能推理用于自动和交互的方式。这样做的目的是来研究冲压该产品的可行性。智能推理的关键是确定基于零件厚度和相关系数的加工极限值。图二所示为产品可行性论证模型的流程图。 知识规则和设 计结果保存在机械推理的数据库中。零件的形状可以在知识模型中修改。 由知识模型决定的冲压工艺规划是非常重要的一步，它同时也提供了选择一个单步工序刀具或是复合工具或是一个改进工具的方法。各种不同领域的知识、经验和专业知识都被保存在工艺规划专业系统中。 知识库的发展是基于规则表达的共同原则。这一步的目的是集成专业经验和零件 的形状 于优化算法的智能排样模型 为了达到较高的材料利用率，空白的知识模型被建立，保存在知识库中的结果是其他模块建立的基础。 在知识库中有四种排样类型： 一排列布局模式 与一排列相 对 的 模式 两排列布局模式 与两排列布局相 对 的模式 建立 这 个知 识 模型的目的是改善材料的利用。由知 识库 提供的限制情况可以由人 类专 家来 选择 。 这 个知 识 模型控制着整个排 样 的 设计过 程。 图 三所示 为 平面布局的等 级 体系 结 构 第一种模式的作用是 选择 粗略数 值 和 计 算工作区域的 总 体 轮 廓。此模式提供了原始参数。粗略数 值 的全部信息都由此得到，不管 这 个数字是否被概略画出或是被 选 中。 第二种模式用来确定布局 类 型、角度范 围 、布局大小和条 带 区的 宽 度。 第三种模式中 应 用了 优 化算法。 设计结 果包括材料利用率、材料 宽 度和每步 间 隙都被保存在此模式中，不同布 局的 绘图 也同 时 生成。 在第四种模式中可以修改布局 规 划的 结 果。最 终 参数包括每步 间 隙、材料 宽 度、各类 网格和 转换 能力。当参数有所改 变时 ，布局 规 划 图 可以被更新。 该 知 识 的主要作用是布局 规 划的算法 优 化。 该 算法共有六步。 制件和原件之间的距离是包含在接洽网中的。图四说明了此种算法。 两个环形分解成线和圆弧的单元。每对元素中间的距离需要重新补偿。然后就可以找到最短的距离。 4 出的最小 值 和所要求的 值 之 间 的差异就是 误 差。当 误 差小于允 许 值时 ，排 样规 划就可以完成。另外，布局 图 形需要沿着 视 野的方向移 动 。 转中心是矩形中心点附近的粗略数值。材料利用率在当前角度下被计算出来。 复第三部的的步骤，直到角度达到 180 度。 状布局的开发 带状布局的工序规则被集成于知识基础级进刀具设计。该智能模型的功能是：选择零件位置，设计方位和安排带状工步距离。为了解决运行程序，该规则应该被制定的合理和有效。 自动设计模块是智能模型中最重 要的模块。人工智能技术被应用于此模块中。此模型中的预处理模块，包括定位产品模块和从产品模块中提取精确的信息。为了在修改模块中生成一个模型，最初的设计工程被修改 11。被修改的模块代替了处理模块。 动带状布局设计的预处理 1）确定零件的位置和排列。用户可以用界面来确定预处理模块中的一些参数。确定位置的过程可以和其他元素一起来做，例如：零件形状、尺寸精度、和用户要求。 零件的形状也在智能模型中定义，结果被保存在知识库中。 2）获取零件精确信息。此精确信息应该在带状布局知识库中得到。有用的信息包括 冲孔的精确信息和相对位置信息。由此种类型信息组成的知识模型将会决定零件的冲压顺序。这个设计过程的主要要求是为位置精度开发一种知识模型 12。首先，零件的形状被分成封闭的轮廓。轮廓的数目为 n K = . . ., . . ., (1) 这里 示零件的第 i 个轮廓。所有轮廓间的相对关系包含在关系 P 中。如果在轮廓 间要求精准，这里存在 ( p。 p = . . ., ( . . . K, 1 i, j n(i _= j). (2) 每种类型的精确信息通过相关矩阵被保存在知识模型中。 状布局自动设计 带状布局的自动设计模块在知识模型中是最重要的一个。在知识模型中包含很多重要的规则，例如在一次单冲程中冲压所有内轮廓比较好。在下一个阶段这个部分被切断。有时候，如果冲压点之间的距离非常小，一些内轮廓就要被搬到下一阶段进行加工。如果冲压点离分馏点太近的话，分馏点就需要被更改到下一阶段。如果这里仍然有不合适的尺寸，一些点可以被移动到下一阶段。重复整个过程直到矩阵点间的 每个尺寸都可以被接受。布局智能设计的核心是开发干涉点的智能模型 13。 零件坯料被分成许多点的形式。这些点的名字是 . . ., 这里 5 是 间最小的距离。矩阵的临界值是 S。如果 ， 能在相同的步骤中得出。这种情况是智能模型中两个点的冲突。开发干涉点的智能模型的目的是确定冲突点的存在。此矩阵是一个系统矩阵。为了使设计过程更方便，可以把矩阵中的上半部分元素置零。 此处， 关联系数，它表示了每对点之间的不同关系。如果两个点之间有 冲突，它们中的一个则要被移到下一步。在每一步中重复上述步骤直到冲突点消失。最后矩阵M 成为空矩阵。 带状布局结果的处理 带状布局的子处理知识模型中有两部分：修改结果和创建布局图形。从带状布局自动设计模型中得出的结果是惯用的。它们可能满足不了用户的所有要求。依靠知识模型的数据结构，通过移动点和改变步骤，增加空步和删除空步的目的可以被实现。我们能够通过处理步骤的数据结果来修改带状布局的设计结果。工步改变可以通过交换两个位置的编码来实现，工步增加或减少可以通过插入或移除编码的操作来完成。当我们想移动一些 点时，我们可以从第一步到最后一步转移链表中相当的点。 定冲压中心和力计算的智能模型。 冲压中心设计模型的目的是建立组合力的工作点 11。模具工具中心和冲压中心的一致非常重要，只有那样冲压工具才能在一起正常的工作。冲压中心从知识模型的每一个轮廓位置的计算中得出。设计的第一部是得到工具的工作区域。 台上的零件图形的轮廓提供了零件的外矩形。依靠冲压中心和外矩形之间的关系可以生成工作区域。因为不平衡力的结果的可能性，同时也提供了冲压中心的再生成。再生成的步骤由人机接口软件来完成。图八所示为复合模打孔 机工 作区域的设计结果。 保存在知识库中的内容包括模具工具的每种类型、零件落料、废料移除等等。不同情况下的力计算的方法是不同的。力方程是由知识规则库的推理得到的。首先，加工力和切削力是基于零件的轮廓长度和知识库中的知识规则得到的。然后，通过设计结果和合零件情况，可以得到脱离力、阻力和推件力。总的力按照知识库中的导向一步一步计算。 4 结论和进一步工作 计算机辅助设计工具的应用在金属成型中的应用，节省了大量的时间和金钱。由于复杂零件冲压工艺设计的复杂性，开发一种自动生成工艺步骤的系统非常重要。这个研究开发 了一个集成的 统，该系统开发了一种工艺规划系统使对不规则零件在高速下进精密加工得以实现。该系统有一下特点： 1. 在设计过程中不断改变的数据以不同的方式保存，包括数字形式和图片形式的。用户在设计过程中可以自由使用它们作为参考。 6 2. 加工可行性检查模型检查冲压的可行性，同时能对复杂零件的冲压工艺规划提供一些建议。 3. 排样模块生成最佳排样图以到达材料的最大利用率。产品成本的减少取决于排样最优化计算。不仅最佳规划而且每个合理的规划被保存在知识库中。用户可以选择任意一个作为它们的最终设计结果。 4. 带状排样模块生成自动工艺规 划图。根据用户的要求带状排样的结果可以在设计过程的任意时期修改。 在工艺规划中协助设计者的此系统将会是一种有用的工具。它将会足够的灵活允许设计者具有创造性，同时用计算机来执行几何计算和自动得到设计结果。它提供了一个非常灵活的设计环境，用户可以完全掌握即使是复杂零件的冲压工艺规划设计。该系统拥有图形交互界面，用户可以在设计过程中交互式地改变各种设计参数。 进一步的工作将会集中在排样优化的效率改善上，优化用时将会减少。为排样规划，更多的设计方案的类型应该被添加到知识模型中。根据冲压工艺规划的结果，冲压模具设计应 用也将会在进一步的工作中被研究。 7 to a a of as of of is a is of It is an of it of in in to In of 1. of a of C, on At a 2. It on a of 3 to a A 4 in in of on 5. D In to s 6. of in 7 of 8 AM on to of is to of of of to In in of in is a By an to of or 8. is a it to to a to to It is a of in of of is of of as In of as of to be is of as of is a of on of 2 is of a of on on on on of be is a of on of be of to be of 9 in 9, 10. of a of It of is to of in of of a an In to is to AD as a 3D is in it in of is 3 3.1 of is on of in to a of In of of in of to of is in Its is to of on is to of 10 of in of in by is it to a or or a of of in of on of is of is to 3.2 on of In to in In an of is to by to of is is no or to of in In of to be 11 is of to 1. in is in 2. of is a is to 3. of is be In to of : A B of 4. in s of is 5. is in 6. to of 80 is : of .3 of in In to be is in in In to a is 11. of of 1) he to of to do 12 in of in a 2) in of of is to a 12. of of n K = ., ., (1) ki an in . If in kj ki (p. 目 录 内容摘要 4 关 键 词 4 4 5 前 言 6 一、冲裁件工艺性分析 7 1、材料选择 7 2、工件结构形状 7 3、尺寸精度 8 4、冲裁工艺方案的确定 9 二、工艺与设计计算 11 1、排样设计与计算 11 2、计算冲压力与初选压力机 15 3、压力中心计算及 确定 18 4、计算凸凹模刃口尺寸及公差 19 三、模具的总体设计 27 1、模具类型的选择 28 2、操作与定位方式的选择 28 3、卸料方式的选择 28 4、出件与送料方式的选择 28 5、导向方式的选择 28 四、模具零件的设计 29 1、定位零件的设计 29 2、卸料部件的设计 33 3、工作零件的设计 34 4、模架的设计 38 5、其他零部件的设计 40 五、制定模具零件加工工艺过程 42 1、凹模加工工艺过程 42 2、落料凸模加工工艺过程 42 3、凸模固定板加工工艺过程 43 六、模具图纸绘制 43 1、模具装配图的设计绘制 44 2、模具零件图 的设计绘制 46 七、冲压设备的选定 47 八、模具的装配 49 设计总结 50 参考文献 51 致 谢 52 内容摘要： 目前机械厂普遍采用线切割加工制造专用 钥匙的工艺，该生产工艺效率低，成本高；本文提出采用模具来生产垫片的新工艺，并针对某机械厂一规格钥匙设计了级进模，该模具冲裁的设计难点主要是如何解决好零件中的小孔冲裁、确定模具结构、如何进行模具的制造及冲裁方案选定等。 在模具制造过程中，为了提高凸模的韧性防止在使用过程中折断，采用 12 2采用真空热处理，硬度取 57 59 ；在装配过程中为了 提高凸模的稳定性，凸模与凸模固定板的装配采用厌氧胶固定等措施，较好的解决了冲裁方案的确定、模具结构选择、压力机头的选择与校核、凸、凹模刃口尺寸计算及结构设计、定位方案设计、卸料方式的设计、模架的确定及模具设计制造困难等问题。 目前该模具已经制造试冲完毕，交付工厂使用且已经制造出上万个钥匙，零件尺寸精度比较高，效果良好，生产效率提高 10 倍以上，成本降低 5倍以上，完全符合要求。 关键词： 冲孔 落料 级进模 is in is is a a to a a a of if to of to In in to of to in to in in to of of At to of of is is is by 0 is by in 前 言 模具，是工 业生产的基础工艺装备，在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通讯等产品中， 60 80的零部件都依靠 模具成形 ，模具质量的高低决定着产品质量的高低，因此，模具被称之为 “ 百业之母 ” 。模具又是 “ 效益放大器 ” ，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。 模具生产的工艺水平及科技含量的高低，已成为衡量一个国家科技与产品制造水平的重要标志，它在很大程度上决定着产品的质量、效益、新产品的开发能力，决定着一个国家制造业的国际竞争力。 我国模具工业的技术水平近年来也取得了长足的 进步。大型、精密、复杂、高效和长寿命模具上了一个新台阶。大型复杂冲模以汽车覆盖件模具为代表，已能生产部分新型轿车的覆盖件模具。体现高水平制造技术的多工位级进模的覆盖面，已从电机、电器铁芯片模具，扩展到接插件、电子枪零件、空调器散热片等家电零件模具。在精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具等。在大型精密复杂压铸模方面，国内已能生产自动扶梯整体踏板压铸模 和 及汽车后桥齿轮箱压铸模 及 其他类型的模具，例如子午线轮胎活络模具、铝合金和塑料门窗异型材挤出模等，也都达到了较高的水平，并可替 代进口模具。 虽然如此，我国的冲压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已基本达到了国际水平，模具结构功能方面也接近国际水平，在轿车模具国产化进程中前进了一大步，但在制造质量、精度、制造周期等方面，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 ，这说明我们 还有相当长的一段路要走，同时也要求我们模具设计人员在工作中要刻苦努力，不断创新，打造属于自己的品牌，所以需要我们更努力的去奋斗！ 一、冲裁件工艺性分析 工件名称：钥匙 工件简图：如图 1生产批量：大批量 材料： 08F 工件长度： 75 件厚度： 1件简图 1、 材料选择 根据表 1 108有良好的塑性、焊接性以及压力加工性，主要用于工程结构和受力较小的机械零件。综合评比均适合冲裁加工 。 2、 工件结构形状 工件结构形状相对简单，属轴对称结构，除有一个 12的孔 ,其余皆为直线，孔与边缘之间的距离也满足要求，可以冲裁。 3、 尺寸精度 根据冲压工艺与模具设计表 具精度与冲裁件精度的关系可知，查得冲裁件精度为 具精 度为 根据以上分析：该零件冲裁工艺性较好，适宜冲裁加工。 查公差表可得各尺寸公差为： 零件外形： 75+0 30+0 12+0 9+0 45+0 件内形： 12+0 表 1素结构钢的力学性能表 材料名称 材料牌号 材料状态 极限强度 伸长率(%) 屈服强度弹性 模量E/剪 抗拉 碳素结构钢 05 已 退火的 200 230 28 - 05F 210602 - 08F 220802 180 08 260302 200 190000 10F 220800 190 10 260009 210 198000 15F 250208 - 15 270406 230 202000 20F 280406 230 200000 2O 280605 250 210000 25 320004 280 202000 30 360502 300 201000 35 400000 320 201000 40 420208 340 213500 45 440506 360 204000 表 1分碳素钢抗剪性能 材料名称 牌号 材料状态 抗剪强度 抗拉强度 伸长率 屈服强 度 普通碳素钢 退火 260 320 320 400 28 33 200 退火 310 380 380 470 21 25 240 退火 400 500 500 620 15 19 280 优质碳素结构钢 08F 已退火 220 310 280 390 32 180 08 已退火 260 360 330 450 32 200 10 已退火 260 340 300 440 29 210 20 已退火 280 400 360 410 25 250 45 已退火 440 560 550 700 16 360 表 1分标准公差值（ 1998） 公差等级 本尺寸 /m / 3 6 18 30 48 75 6 10 22 36 58 90 10 18 27 43 70 110 18 30 33 52 84 130 30 50 39 62 100 160 50 80 46 74 120 190 80 120 54 87 140 220 表 1 18F 抗拉强度： =280 390剪强度： =220 310长率： =32% 屈服强度：s=180析其力学性能较好，故选择 08 4、 冲裁工艺方案的确定 该制件的冲裁工序包括落料和冲孔，其冲裁加工有以下三种方案： 方案一：先冲孔，后落料。单工序模生产。 方案二：冲孔 落料复合冲压。复合模生产。 方案三：冲孔 落料级进冲压。级进 模生产。 表 1类模具结构及特点比较 模具种类 比较项目 单工序模 级进模 复合模 无导向 有导向 零件公差等级 低 一般 可达 可达 零件特点 尺寸不受限制厚度不受限制 中小型尺寸厚度较厚 小零件厚度 6宽度极小的异形件 形状与尺寸受模具结构与强度限制，尺寸可以较大，厚度可达 3件平面度 低 一般 中小型件不平直，高质 量制件需较平 由于压料冲件的同时得到了较平的制件，制件平直度好且具有良好的剪切断面 生产效率 低 较低 工序间自动送料，可以自动排除制件，生产效率高 冲件被顶到模具工作表面上，必须手动或机械排除，生产效率较低 安全性 不安全，需采取安全措施 比较安全 不安全，需采取安全措施 模具制造工作量和成本 低 比无导向的稍高 冲裁简单的零件时，比复合模低 冲裁较复杂零件时，比级进模低 适用场合 料厚精度要求低的小批 量冲件的生产 大批量小型冲压件的 生产 形状复杂，精度要求较高，平直度要求高的中小型制件的大批量生产 方案一模具结构简单，投资少，且每次冲裁所需的冲裁力较小，可以解决冲压设备吨位不够的问题。其缺点 在于零件的精度难于保证，并且零件比较小，在第二次冲孔时，准确定位不宜，容易使人受伤，生产率低。 方案二也只需一副模具，制件精度和生产效率都较高，且工件最小壁厚大于凸凹模许用最小壁厚，模具强度也能满足要求。冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高，板料的定位精度比方案三低，模具轮廓尺寸较小，制造比方案三简单。 方案三只需一副模具，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，但模具轮廓尺寸较大，制造复杂，成本较高。 通过对上述三种方案的分析比较 ,采用级进模较合理，精度较高。 二、工艺与设计计算 1、排样设计与计算 冲裁件在板料、带料或条料上的布置方法称为排样。 排样的意义在于减小材料消耗、提高生产率和延长模具寿命，排样是否合理将影响到材料的合理利用、冲件质量、生产率、模具结构与寿命。 根据材料经济利用程度，排样方法可以分为有废料、少废料和无废料排样三种，根据制件在条料上的布置形式，排样有可以分为直排、斜排、对排、混合排、多排等多重形式。 因此有下列三种方案： 方案一：有废料排样 沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。冲件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。 方案二：少废料排样 因 受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。 方案三：无废料排样 冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。 通过上述三种方案的分析比较，综合考虑模具寿命和冲件质量，该冲件的排样方式选择方案一为佳。考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最佳 。 1）搭边值得确定 排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下的工艺余料，称为搭边。 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 会 拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。或 影响送料工作。 根据制件厚度与制件的排样方法查表 2 两制件之间搭边值 1a =侧搭边值 a =表 2边值和侧边值 材料厚度 t 圆件及 r 2t 圆角 矩形边长 l 50 矩形边长 l 50 或圆角 r 2 工件间1a 侧边 a 工件间 a 侧边 1a 工件间 1a 侧边 a 下 2 ）送料进距 条料在模具上每次送进的距离称为送料进距，每个进距可冲出一个或多个零件。 A=D+ 1a 式中 D 平行于送料方向的冲裁件宽度 1a 冲裁件之间搭边值 根据公式： A= D+ 1a =75+具相对于模架是采用从前往后的纵向送料方式 ,还是采用从右往左的横向送料方式，这主要取决于凹模的周界尺寸。如： L B 时，采用纵向送料方式； L B 时，则采用横向送料方式； L=B 时，纵向或横向均可。就本模具而 言，采用横向送料方式。（注： L 为送料方向的凹模长度； B 为垂直于送料方向的凹模宽度）。 图 2样图 3）条料宽度确定 排样方式和搭边值确定以后，条料的宽度也就可以设计出。计算条料宽度有三种情况需要考虑： （ 1）有侧压装置时条料的宽度。 （ 2）无侧压装置时条料的宽度。 （ 3）有定距侧刃时条料的宽度。 图 2测压装置时条料宽度确定 本设计采用的是无侧压装置的模具。 无测压装置的模具，其 条料宽度应考虑在送料过程中因条料的摆动而使侧面搭边减小。为了补偿侧面搭边的减小部分，条料宽度应增加一个可能摆动量。即： B=D+2（ a + ） +c0 式中 B 条料宽度基本尺寸； D 条料宽度方向零件轮廓的最大尺寸； a 侧搭边值； 条料下料剪切公差 c 条料与导板之间的间隙 表 2切公差及条料与导料板之间间隙 条料宽度B 条料厚度 t 1 1 2 3 c c c c 根据零件图查表 2定剪料公差及条料与导板之间的间隙 =c= 根据公式： B=D+2（ a + ） +c0 =30+2（ 2+20 ）材料利用率 在冲压零件的成本中，材料费用约占 60%以上，因此材料的经济利用具有非常重要的意义。衡量排样经济性的重要指标是材料的利用率。 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。 材料利用率通常以一个进距内制件的实际面积与所用毛坯面积的百分率表示： =( S/100% 式中 材料利用率 （ %）； S 工件的实际面积； B 板料宽度 ( A 送料进距。 根据公式： =（ =49% 由此可之，值越大，材料的利用率就越高，废料越少。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。 2、计算冲压力与初选压力机 50 50 100 150 220算冲裁力是为了选择合适的压力机，设计模具和检验模具的强度，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适宜冲裁的要求，普通平刃冲裁模，其冲裁力 般 可以按下式计算： PK t 式中 材料抗剪强度（ L 冲裁周边总长（ t 材料厚度（ ; 系数 考虑到冲裁模刃口的磨损，凸模与凹模间隙之波动（数值的变化或分布不均），润滑情况，材料力学性能与厚度公差的变化等因数而设置的安全系数 一 般取 13。当查不到抗剪强度 以用抗拉强度b代替，而取 1的近似计算法计算。 查表可知材料 08220 310取其抗剪强度 =260( 1) 冲裁力的计算 据图 1料 L=冲孔 L=据公式： 落料 PK =1 260 =N) 冲孔 PK t =1 260 =) 2）推料力的计算 n F 值为 料取大值，厚料取小值） n=h/t， 根据公式： n F =10 3）总的冲压力计算 根据模具结构总的冲压力 F= 4）压力机的选用 冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等 于冲裁各工艺力的总和。 冲压设备属锻压机械。常见的冷冲压设备有机械压力机（以 示其型号）和液压机（以 示其型号）。 常用冷冲压设备的工作原理和特点如表 2 2常用冷冲压设备的工作原理和特点 类型 设备名 称 工作原理 特点 机械式 压力机 摩擦压力机 利用摩擦盘与飞轮之间相互接触传递动力，皆助螺杆与螺母相对运动原理而工作。 结构简单，当超负荷时，只会引起飞轮与摩擦盘之间的滑动，而不致损坏机件。但飞轮轮缘 摩擦损坏大，生产率低。适用于中小件的冲压加工， 曲柄式压力机 利用曲柄连杆机构进行工作，电机通过皮带轮及齿轮带动曲轴传动，经连杆使滑块作直线往复运动。 生产率高，适用于各类冲压加工。 高速压力机 工作原理与曲柄压力机相同，但其刚度、精度、行程次数都比较高，一般带有自动送料装置、安全检测装置等辅助装置。 生产率很高，适用于大批量生产，模具一般采用多工为级进模。 液压机 油压机 水压机 利用帕斯卡原理，以水或油为工作介质，采用静压力传递进行工作，使滑块上、下往复运动。 压力大，而且是静压力，但生产率低 。适用于拉深、挤压等成形工序。 表 2列开式双柱可倾压力机主要技术参数 技术参数 代号 单位 型号 2323232323块公称压力 P e K N 3 100 160 250 350 400 滑块行程 S 5 35 45 55 65 100 100 封闭高度 2H 20 150 180 220 270 290 330 连杆 调节量 1M 5 30 35 45 55 60 65 滑块中心线至机身距离 1C 0 110 130 160 200 200 250 滑块地面尺寸 左右 a 00 140 170 200 250 250 300 前后 b 0 120 150 180 220 220 260 模柄孔尺直径 d 5 30 30 40 40 40 50 寸 深度 l 0 55 55 60 60 60 70 垫块厚度 1H 0 30 35 40 50 65 65 最大倾斜角 45 45 35 35 30 30 30 工作台尺寸 左右 a 50 310 370 450 560 610 700 前后 b 60 200 240 300 370 380 460 根据冲压力的计算和压力中心的计算，选择 开式双柱可倾压力机 的型号为 、压力中心的计算 模具压力中心是指诸冲压合力的作用点位置，为了确保压力机和模 具正常工作，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。否则，会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨间产生过大磨损，模具导向零件加速磨损，降低了模具和压力机的使用寿命。 模具的压力中心，可按以下原则来确定： （ 1）对称零件的单个冲裁件，冲模的压力中心为冲裁件的几何中心。 （ 2）工件形状相同且分布对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。 （ 3）各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴的 力矩。求出合力作用点的坐标位置 0， 0（ x=0,y=0） ，即为所求模具的压力中心。 其中 1L 、 2L 、3L 图 2力中心 按比例画出零件形状，选定坐标系 计算出零件压力中心为 （ 0） 5、 计算 凸凹模刃口尺寸及公差 1) 冲裁间隙的确定 图 2裁间隙 间隙对冲裁件尺寸精度的影响 冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小，则精度越高，这个差值包括两方面的偏差，一是冲裁件相对于凸模或凹模的偏差，二是模具本身的制造偏差。 间隙对模具寿命的影响 模具寿命受各种因素的综合影响，间隙是也许模具寿命诸因数中最主要的因数之一，冲裁过程中，凸模与被冲的孔之间，凹模与落料 件之间均有摩擦，而且间隙越小，模具作用的压应力越大，摩擦也越严重，所以过小的间隙对模具寿命极为不利。 间隙对冲裁工艺力的影响 随着间隙的增大，材料所受的拉应力增大，材料容易断裂分离，因此冲裁力减小。通常冲裁力的降低并不显著，当单边间隙在材料厚度的 520%左右时，冲裁力的降低不超过 510%。间隙对卸料力推料力的影响比较显著。间隙增大后，从凸模里卸料和从凹模里推料都省力，当单边间隙达到材料厚度的 1525%左右时的卸料力几乎为零。但间隙继续增大，因为毛刺增大，又将引起卸料力、顶件力迅速增大。 间隙值的确 定 由以上分析可见，凸、凹模间隙对冲裁件质量、冲裁工艺力、模具寿命都有很大的影响。因此，设计模具时一定要选择合理的间隙，以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求，所需冲裁力小、模具寿命高，但分别从质量，冲裁力、模具寿命等方面的要求确定的合理间隙并不是同一个数值，只是彼此接近。考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损、生产中通常只选择一个适当的范围作为合理间隙，只要间隙在这个范围内，就可以冲出良好的制件，这个范围的最小值称为最小合理间隙 最大值称为最大合 理间隙虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计与制造新模具时要采用最小合理间隙值 确定合理间隙的方法有经验法、理论确定法和查表法。 根据近年的研究与使用的经验，在确定间隙值时要按要求分类选用。对于尺寸精度，断面垂直度要求高的制件应选用较小的间隙值，对于垂直度与尺寸精度要求不高的制件，应以降冲裁力、提高模具寿命为主，可采用较大的间隙值。由于理论法在生产中使用不方便，所以常采用查表法来确定间隙值。 根据间隙表 查 得 (冲压工艺与模具设计表 料 08大双面间隙 22）刃口尺寸计算的基本原则 冲裁件的尺寸精度主要取决于模具刃口的尺寸的精度，模具的合理间隙也要靠模具刃口尺寸及制造精度来保证。正确确定模具刃口尺寸及制造公差，是设计冲裁模主要任务之一。从生产实践中可以发现： （ 1）由于凸、凹模之间存在间隙，使落下的料和冲出的孔都带有锥度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸， 冲孔件的小端尺寸等于凸模的尺寸。 （ 2）在测量与使用中，落料件是以大端尺寸为基准，冲孔孔径是以小端尺寸为基准。 （ 3）冲裁时，凸、凹模要与冲裁件或废料发生摩擦，凸模越磨愈小，凹模越磨愈大，结果使间隙越来越大。 由此在决定模具刃口尺寸及其制造公差时需要考虑以下原则： （ 1）落料件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔尺寸由凸模尺寸决定。故设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上；设计冲孔模时，以凸模尺寸为基准，间隙取在凹模上。 （ 2）考虑到冲裁中凸、凹模的磨损，设计落料凹模时，凹模 基本尺寸应取尺寸公差范围的较小尺寸；设计冲孔模时，凹模基本尺寸应取工件孔尺寸公差范围的较大尺寸。这样在凸凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格的制件。凸凹模间隙则取最小合理间隙值。 （ 3）确定冲模刃口制造公差时，应考虑制件的公差要求。如果对刃口精度要求过高（即制造公差过小），会使模具制造困难，增加成本，延长生产周期；如果对刃口精度要求过低（即制造公差过大）则生产出来的制件有可能不合格，会使模具的寿命降低。若工件没有标注公差，则对于非圆形工件按国家“配合尺寸的公差数值” 模则可按 于圆形工件可按 压件的尺寸公差应按“入体”原则标注单项公差，落料件上偏差为零，下偏差为负；冲孔件上偏差为正，下偏差为零。 3）刃口尺寸的计算 由于模具的加工方法不同
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