汽车发动机罩铰链板冲孔弯曲级进模设计.doc

编号： 毕业设计说明书题 目： 汽车发动机罩铰链板 冲孔弯曲级进模设计 院 （系）： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 莫宗杰 学 号： 1001121321 指导教师： 曹泰山 职 称： 讲 师 题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发2014年 5月 26 日 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸摘 要冲压模具技术是模具制造业中最重要的组成部分，机械、电子、轻工业等制造生产中大量使用了冲压零件。冲压模具技术水平的高低，发展前景的好坏直接影响到整个制造业的发展。随着产品竞争日益激烈，产品更新加速，促使了冲压技术的发展更加快速、更加完善。多工位级进模是在普通级进模的基础上发展起来的精密、高效、高寿命的先进模具。多工位级进模在不同的工位可以连续完成复杂零件的冲裁、弯曲、拉深、翻孔、翻边及其它成形等工序。主要用于生产批量大、材料厚度较薄、形状复杂、精度要求较高的中小型冲压件的生产。本毕业设计以汽车发动机罩铰链板冲孔级进模设计为题，内容包括产品的工艺分析和设计模具的整个冲压模设计的流程。首先，从该产品的特点入手，通过进行工艺分析，确定该制件的加工流程，用一套级进模一次性依次完成冲孔、去除废料、弯曲变形、切断落料。阐述了弯曲级进模具的整体结构特点及工作过程，应注意的问题和装配工艺性。重点分析了弯曲结构的工作原理和旋切过程。弯曲结构以及安全装置是本次毕业设计的难点和创新点，它在未来的模具发展中具有重要的实用性。关键词：冲压；级进模；冲孔；弯曲 AbstractStamping technology is the most important part in mold manufacturing industry, machinery, electronics, light industry and other manufacturing production of stamping parts used a lot of. The level of stamping die technology and the prospect of development has a direct impact on the entire manufacturing industry. With the increasingly fierce competition, product updates faster, the development of stamping technology more quickly, more perfect.Multi-position progressive die is advanced mold development based on common progressive die on the precision, efficiency, high life. Multi position progressive die can continuously complete complex parts in different position of bending, deep drawing, flanging and other forming processes. Mainly used for mass production, material thickness, complex shape, high precision of small stamping parts production.This graduation design in automobile engine hood hinge plate punching progressive die design theme, the stamping die design process includes the process analysis and die design. First of all, starting from the characteristics of the product, through the analysis of the technology, determine the processing flow of the workpiece, using a set of progressive die are completed once punching, blanking, bending deformation. The bending progressive die structure characteristics and working process, should pay attention to the problem and the assembly process. Focus on the analysis of the working principle and structure of rotary bending and cutting process. Bending structure and safety device is the difficulty and the innovation point of this graduation design, it has practical importance in the future development of mold.Keywords: stamping；progressive die；punching；bending 目 录引言11 课题资料收集31.1 论文的选题背景和意义31.2 论文的主要研究内容32 产品分析42.1 冲压成形42.1.1冲压成形工艺特点42.1.2弯曲变形工艺特点42.2 弯曲件工艺分析52.2.1弯曲件材料52.2.2工件生产批量52.2.3弯曲件结构形状52.2.4弯曲件尺寸精度72.2.5 弯曲件工艺性分析73 确定工艺方案83.1 拟定工艺方案83.2 确定最佳工艺方案84 确定冲压模具结构类型84.1 确定冲孔落料模具模结构类型94.1.1模具类型94.1.2操作与定位方式94.1.3卸料与出件方式94.1.4模架类型及精度94.2 确定Z形件弯曲模结构类型94.2.1模具类型104.2.2操作与定位方式104.2.3出件方式104.2.4模架类型及精度105 冲模工艺计算105.1 弯曲件坯料展开尺寸计算105.1.1展开尺寸计算105.1.2制件坯料展开零件图115.2 排样设计计算125.2.1排样原则125.2.2确定排样方法135.2.3搭边设计135.2.4送料步距142.2.5条料宽度145.2.6确定排样图155.3 工艺计算175.3.1冲压力计算175.3.2模具压力中心计算206 模具主要零部件设计与计算216.1 冲孔落料模主要零件设计与计算216.1.1冲孔凸模、落料凹模与凸凹模合理间隙选择216.1.2冲孔凸模、落料凹模、凸凹模工作尺寸计算236.1.3冲孔凸模结构设计及固定方式246.1.4冲孔凸模长度计算256.1.5落料凹模结构设计及固定方式256.1.6冲孔凸模强度校核266.1.7凸凹模结构设计与固定方式276.1.8定位零件选用286.1.9卸料装置及推件装置设计286.2 弯曲模主要零件设计与计算296.2.1凸模的圆角半径296.2.2凹模圆角半径及工作部分深度306.2.3凸模与凹模之间的间隙306.2.4活动凸模、凸、凹模横向尺寸计算316.2.5 凹模结构设计及固定方式326.2.6凸模结构设计及固定方式336.2.7 活动凸模结构设计及固定方式336.2.8凸模固定板结构设计及固定方式346.2.9定位零件选用347 模具总体设计367.1 模具结构形式的选择367.2 选用标准模架，确定闭合高度及模具总体尺寸377.2.1导向零件选用378 模具零件材料的选择及加工工艺398.1 模具零件材料的选择与热处理399 模具的安装及试模与调整42谢 辞46参考文献47桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 47 页 共47 页引 言模具对人们而言将不再陌生。如在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%80%的零部件都要依靠模具成形。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。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。模具是工业生产中使用极为广泛的基础装备。在汽车、电机、仪表、电器、电子、通信、家电和轻工等行业中，60%-80%的零件都要依靠模具成形，并且随着近年来这些行业的迅速发展，对模具的要求越来越迫切，精度要求越来越高，结构要求也越来越复杂。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高生产效率和低消耗，是其他加工方法所不能比拟的。模具生产技术的高低，已成为衡量一个国家产品的制造水平的重要标志。模具是工业生产的主要工艺装备，模具工业是国民经济的基础工业。在现代工业生产中，产品零件广泛采用冲压、锻压成形、压铸成形、挤压成形，塑料注射或其它成形加工方法，与成形模具相配套，是坯料成形加工成符合产品要求的零件，如汽车覆盖件、发动机曲轴、洗衣机内桶的制造，都离不开模具。模具已广泛应用于电机电器产品、电子和计算机产品、仪表、家用电器、汽车、军械、通用机械等产品的生产中。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。目前,从事冷冲压模具技术研究的机构和院校已达30余家,从事冷冲压模具技术教育的培训的院校已超过50余家。其中,获得国家重点资助建设的有华中理工大学冷冲压模具技术国家重点实验室,上海交通大学CAD国家工程研究中心、北京机电研究所精冲技术国家工程研究中心和郑州工业大学橡塑冷冲压模具国家工程研究中心等。经过多年的努力,在冷冲压模具CAD/CAE/CAM技术、冷冲压模具的电加工和数控加工技术、快速成型与快速制模技术、新型冷冲压模具材料等方面取得了显著进步，在提高冷冲压模具质量和缩短冷冲压模具设计制造周期等方面做出了贡献。以汽车覆盖件冷冲压模具为代表的大型冲压冷冲压模具的制造技术已取得很大进步,东风汽车公司冷冲压模具厂、一汽冷冲压模具中心等冷冲压模具厂家已能生产部分轿车覆盖件冷冲压模具。在设计制造方法和技术手段方面不断改善,在轿车冷冲压模具国产化方面迈出了可喜的步伐。自二十世纪以来，我国模具工业已经走过了半个多世纪。改革开放后，我国模具工业发展迅猛，截至2010年底已拥有3万家模具生产企业。近年来，我国模具工业以年均200k的速度持续快速增长。2011年全国模具工业总产值达300亿元人民币，我国模具年产值位居世界第四。至2012年，我国模具销售额达610亿元，同比增长25%，已跃居世界第三，仅次于日本和美国。2012年，我国模具销售额720亿元，直接带动实现工业产值2.4万亿元。当前，中国模具市场容量已达800亿元人民币左右，下一个五年计划，中国模具业市场份额将达1200亿元。（1）行业创新能力薄弱整体效率低我国模具行业产需矛盾突出，无论是数量还是质量都无法满足国内市场的需要，只达到70%左右。模具行业是技术密集、资金密集的产业，随着时代的进步和技术的发展，能掌握和运用新技术的人异常短缺。我国模具企业技术人员比例较低，水平也较低。由于不重视产品开发，在市场中常处于被动地位。我国每个职工平均每年创造模具产值约合1万美元左右，而模具工业发达国家大多是15一20万美元，有的甚至达到25一30万美元。（2）企业组织结构、产品结构、技术结构不合理我国模具生产许多是在各主机厂的模具分厂或车间内，其中一半以上是自产自用，模具的商品化程度低，而国外70%以上都是专业模具厂，且走的是“小而精”的道路。国内模具总量中，属大型、精密、复杂、长寿命模具的比例只有30%左右。欧、美等国家的模具企业，大部分也是30一50人的小企业，但CAD/CAE/CAM的应用水平高，数控加工设备多，模具零部件的精度靠先进的加工设备保证，工人严格按工艺操作，每个模具零件的加工都很到位，最后钳工的装修工作量很小，一个50人左右的模具厂，装配钳工一般只有23人。（3）产品水平和生产工艺水平低产品水平和生产工艺水平总体上比国际先进水平低，而模具生产周期却要比国际先进水平长。产品水平低主要表现在尺寸精度、型腔表面粗糙度、寿命及模具的复杂程度上，这几项指标与国外先进水平相比差距十分明显。工艺水平低主要表现在设计、加工、工艺装备等方面，模具工业的整体装备水平相对落后、利用率低。（4）模具材料技术落后模具材料性能、质量和品种往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢相比还有较大差距。塑料、板材、设备等性能差，也直接影响模具水平的提高。1 课题资料收集1.1 论文的选题背景和意义随着我国汽车集团的快速发展，围绕主机厂的汽车零部件产业集群也得以快速发展。按地区划分，现已基本形成东北、京津、华中、西南、长三角、珠三角六大零部件产业集群。汽车零部件生产企业脱离整车企业并形成专业化零部件集团，正成为一种全球化趋势。国际著名的汽车及零部件企业，几乎都在中国建立了合资或独资企业，引进技术合资企业已超过1000家。国内一批科技含量高、效益好、规模大的汽车及零部件企业逐步成长起来。随着国际上汽车行业开始实行零部件“全球化采购”策略及国际跨国汽车企业推行本土化策略，国内市场将出现巨大的零部件配件缺口。到2010年，中国汽车零部件国内产值将达到7000亿元左右。从2010年110月份的行业运行情况看，汽车零部件行业利润总额仍在增长，但增速放缓；进出口额也双双增长，但进口产品以变速箱及发动机零件等高利润、高附加值、高科技的产品为主，出口产品以轮胎、电子仪器仪表等进入壁垒低、利润薄的劳动密集型和资源消耗型为主。下游整车行业目前产能过剩，虽然2010年在国家的各项刺激政策下出现了非常规的高速增长，但2011年产销增速放缓、产能过剩压力加大，受其影响，零部件行业下半年可能会承受较大利润的压力。行业面临的主要问题上下游两头受挤，行业面临双重压力零部件行业是两头受挤的行业，对上下游缺乏议价能力。上游原材料主要是钢材、橡胶、塑料、织物等，其价格最终由钢铁、石油、天然橡胶等大宗商品价格决定，汽车零部件企业只能通过对上游商品价格走势的判断规避风险。同时，下游整车制造商多为大企业大集团，在与零部件厂商的利益博弈中处于强势地位，谈判能力强，能将成本压力转嫁给汽车零部件行业，因此，零部件实际上处于两头受挤的“三明治”夹心地位。汽车零部件产业集群化，使信息更精细、更专业化、更容易实现规模化，经济效益明显提高。零部件产业是汽车产业发展的基础，是汽车行业中的重要组成部分，无论从应对全球采购挑战还是从壮大汽车工业本身来看，汽车零部件都应该得到更快的发展。1.2 论文的主要研究内容冷冲压模具设计制造难度较大，虽然有许多三维软件、CAD/CAM软件可以利用，但传统的冲压模设计方法和经验，仍然具有决定性的作用。本课题来源企业实际生产，内容基于工厂的生产工程实践，以大量的冲压模设计制造为基础，研究汽车配件冲压模具的设计制造。文章从模具的整体结构设计，到排样设计、卸料机构设计，详细探讨了实际设计制造的方法和关键点，以及实际生产中制件可能出现缺陷的原因和解决方案。2 产品分析2.1 冲压成形2.1.1冲压成形工艺特点冲压是利用冲模在冲压设备上对板料施加压力或拉力，使其产生分离或变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的制件的加工方法。冲压加工的对象一般为金属板料、薄壁管、薄型材等，板厚方向的变形一般不侧重考虑，因此也称为板料冲压，且通常是在温室下进行，故也称为冷冲压。冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。在实际生产中,常常是多种工序综合应用于一个工件。冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。冲压成形的特点有：（1）能冲出其它加工方法难以加工或无法加工的形状复杂的零件。例如，从仪器仪表小型零件到汽车覆盖件，纵梁等大型零件，均由冲压加工完成。（2）冲压件质量稳定，尺寸精度高。由于冲压加工是靠模具完成，模具制造精度高、使用寿命长，故冲压件质量稳定，制件互换性好。尺寸精度一般可达IT10IT14级，最高可达IT6级，有的制件不需再机械加工，就可以满足装配和使用要求。（3）冲压件具有重量轻、强度高、刚性好和表面粗造度小等特点。（4）生产率高。例如，汽车覆盖件这样的大型冲压件的生产效率，可达每分钟数件；高速冲压小型制件，每分钟可达上千件。（5）材料利用率高。一般为70%85%，因此冲压加工能实现少废料，甚至无废料生产。在某些情况下，边角余料也可以充分利用。（6）操作简单，便于组织管理。（7）易于实现机械化与自动化生产。由于冲压加工所用毛坯多为条料或带料，又是冷态加工，大批量生产时易于实现机械化和自动化。2.1.2弯曲变形工艺特点用网格法分析弯曲变形的特点，弯曲变形前后：（1）圆角部分的正方形网格变成扇形，而远离圆角的两直边处的网格没有变化，紧邻区域略受影响，弯曲变形主要发生在弯曲角中心范围内。（2）变形区内，外侧纵向金属纤维层受拉而伸长，内侧纵向金属纤维层受压而缩短，其间必有一金属纤维层变形前后长度不变，这一金属纤维层称为应变中性层。（3）坯料内区材料受压缩，因此厚度应增加，但由于凸模紧压坯料，抑制了厚度方向的增加；而外区材料受拉，厚度要变薄。因此整个坯料厚度方向，增加量少于变薄量，厚度在变形区内有变薄现象，使在弹性变形时位于坯料厚度中间的中性层发生内移。（4）板料弯曲时，分宽板和窄板两种情况，宽板的横截面几乎保持不变，而窄板的横截面则变成扇形。（5）坯料的弯曲变形程度可以用相对弯曲半径r/t来表示，相对弯曲半径越小，表明弯曲变形程度越大。2.2 弯曲件工艺分析2.2.1弯曲件材料弯曲件材料要求具有足够的塑性和较小的屈弹比，以保证弯曲时不开裂，还要具有较小的屈强比，能使弯曲件的形状和尺寸准确。该冲压制件为一汽配Z形弯曲件，其工作条件要求具有良好的机械性能和耐腐蚀性能，由于该制件作为其它零部件的连接件，要求制件具有一定的强度、韧性。该制件的材料选用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235MPa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，有较好的可冲压性能，用途最广泛，大量用作对性能要求不太高的机械零件。2.2.2工件生产批量零件的生产对冲压加工的经济性起着决定性的作用，该Z形弯曲件采用模具冲压成形加工，其生产批量为大批量生产。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。2.2.3弯曲件结构形状零件材料主要参数查表（参考文献11 548页）可得：经退火后，抗剪强度=280400 MPa，抗拉强度b360510MPa，屈服强度s=250MPa，拉伸率s=25%，因此，取=330 MPa，b390 MPa。该材料具有较高的弹性和良好的塑性，其可成形性性能较好。冲裁加工性能好，易于裁切和拉伸成形。该制件形状比较简单，且结构均为对称分布，冲压成形工艺性好，比较适合弯曲。制件图如下图2.2.1所示：图 2.2.1 a实体零件图 2.2.1 b零件图2.2.4弯曲件尺寸精度弯曲件的精度受坯料的定位、偏移、回弹和翘曲等因素的影响，弯曲的工序数目越多精度越低。一般弯曲件的长度精度尺寸公差等级在IT13级以下，角度公差大于15。查文献【2】弯曲件长度尺寸公差如下表1所示：表1 弯曲件尺寸公差表板料厚度t(mm)制件尺寸(mm)331010252563631601604000.50.110.140.200.260.360.420.510.140.200.280.360.480.62130.200.300.400.500.680.88360.380.500.660.881.1060.620.761.001.40由分析Z形弯曲件的厚度为2mm，总体尺寸长度为105mm，孔中心距为70mm，孔径8mm。根据表1可以确定各尺寸的公差：1050.2,700.1，80.15。零件图上所有未注公差的尺寸，为自由公差，可按IT14级确定工件尺寸的公差。2.2.5 弯曲件工艺性分析弯曲件结构形状、尺寸、材料性能对弯曲工艺的适应性称为弯曲件的工艺性。对弯曲件的工艺性分析应遵循弯曲过程变形规律，通常从以下几个方面进行分析：（1）弯曲半径弯曲件的弯曲半径不宜过大或者过小，过大因受回弹影响，弯曲件的精度不易保证；过小则会产生弯裂。一般要求r/trmin/t。经查表，材料Q235最小相对弯曲半径rmin/t=0.5，Z形弯曲件r/t=0.75，所以，弯曲件满足r/trmin/t的工艺要求。（2）直边高度弯曲件的直边高度不宜过小，一般hr+2t,直边高度过小时，弯曲成形时在模具上的支持长度过小，不易形成足够的弯矩，很难得到精确形状的制件。Z形弯曲件h为6mm，r为1.5mm，t为2mm。满足hr+2t的工艺要求。（3）孔边距离孔边到弯曲中心的距离L要保证当t2mm时，Lt；当t2mm时，L2t。分析Z形件，厚度为t=2mm，L=12.5mm，L2t，弯曲件符合工艺要求。 （4）弯曲线与板材扎制方向工件弯曲线与板材扎制方向垂直。可以预防弯裂、减少弯曲件的回弹，弯曲件的工艺达到最佳。 （5）工艺分析分析工件的结构形状，该Z形件结构形状简单，且属于对称形状，竖直边高度h3t，可以一次弯曲成形。对零件图进行分析，可以确定Z形弯曲件的工序数目和工序顺序为冲孔、去除废料、切断前边、弯曲、切断落料五个工序。3 确定工艺方案3.1 拟定工艺方案确定弯曲件的工艺方案就是确定多工序的弯曲工序安排及各工序的模具结构，要合理确定弯曲工艺方案，必须先掌握常用弯曲模结构及工作原理，再根据模具结构、工作原理及特点确定工序安排及工艺方案。通过对冲压件的工艺分析，确定了工件的冲压加工的工序种类和工序数目。该Z形弯曲件由冲孔、去废料、切断前边、弯曲、切断落料五个基本冲压工序完成，可以拟定以下三种工艺方案：方案一：先冲孔，再去废料，最后弯曲切断，采用单工序模生产。方案二、利用一副复合模完成零件的冲孔、弯曲、翻边，然后落料，再通过其他机械加工完成修边使零件断面与侧壁垂直。方案三：采用冲孔、去废料、弯曲、切断级进模生产。3.2 确定最佳工艺方案方案一模具结构简单，但需四道工序、三套模具才能完成零件的加工，生产效率较低，难以满足零件大批量生产的需要。第二种方案，把零件困难的部分与简单部分分开加工，从而简化了模具的结构，方便制造模具，而且加工时模具冲压机的冲压力也较小。但是其缺点也很明显：由于分开加工需要几副模具进行加工，则需要多次进行定位，使得零件由于累计误差的影响，达不到设计的要求。并且用几副模具进行加工使得操作不方便，生产率较低。方案三采用冲孔、落料、弯曲级进模，生产效率高，但是材料利用率低，模具结构复杂，修模困难，模具制造成本高，且安装调试周期长。生产效率比方案一高，适合大批量生产。根据制件的生产纲领属于大批量及尺寸精度要求较高的特点，比较个方案可见，方案三是最佳方案，故选用方案三。4 确定冲压模具结构类型 确定模具总体结构方案，既是模具零部件设计与选用的基础，又是绘制模具总装图的必要准备，因而是模具设计的关键。模具结构的设计必须考虑到所加工零件的质量和技术要求，同时也要考虑到设备的条件和其生产批量的要求，并且要考虑成本。通常要求低成本的模具这样才会获得更大的效益。一般说来，单工序的简单模成本比复合模的要低，而复合模的造价要低于级近模的造价，级近模模具综合技术含量高，模具制造周期较长成本比较高，适合大批量中小型产品零件的生产，冲压精度高。4.1 确定冲孔落料模具模结构类型模具总体结构方案的确定包括以下几个内容：4.1.1模具类型 模具类型主要是指单工序模、复合模、级进模3种。由于确定冲压工艺方案时已经考虑了确定模具类型所需要的因素，因此模具类型确定只需与冲压工艺方案相适应就可以了。由前面工艺方案分析可以知道，该制件采用包括冲孔、去废料、切断前边、弯曲、切断落料五个工序的多工位级进模。4.1.2操作与定位方式根据生产批量生产来确定采用手工操作、半自动化操作还是自动化操作；根据坯料或者工序件的形状、冲压件精度要求、材料厚度、模具类型，以及操作方式来确定坯料的送进导向与送料定距方式或工序件的定位方式。零件生产为大批量生产，如果采用自动化或半自动化操作，生产效率固然可以得到提高，但是生产成本也大大提高，而且自动化设备在出现故障时，维修也耽误时间，延误生产时间。所以，在实际试产过程中采用人工操作。坯料的定位方式采用定位销来定位。4.1.3卸料与出件方式根据材料厚度、冲压件尺寸与质量要求、冲裁工序性质及模具类型等，确定采用哪种卸料方式与出件方式。主要有弹性卸料、固定卸料或废料切刀等卸料方式和弹性顶件、刚性推件或凸模直接推件等出料方式。冲压件的厚度为2mm，其工序性质为冲孔、落料，采用的模具类型为倒装式复合模，故采用弹性卸料方式和刚性推件的出料方式。4.1.4模架类型及精度模架类型及精度等级主要根据冲压件尺寸精度、材料厚度、模具类型等因素来确定对于生产批量较小、冲件精度要求较低，以及材料较厚的单工序冲裁模，可以采用无导向模架。模具可以分为无导向模，导板模，导筒模，导柱模具等。由于该冲压件厚度不大，尺寸精度为IT11级，大批量生产，所以采用导柱模，导向稳定可靠精度较高，使用安装也很方便。导柱模又分为中间导柱模、对角导柱模、后侧导柱模。后侧导柱模具与其他导柱模具相比较，具有送料和出料方便的优点，所以该倒装式冲孔落料复合模结构选用后侧导柱模。4.2 确定Z形件弯曲模结构类型弯曲件的工序安排对弯曲模具的结构、产品的精度影响极大。为了达到工件的质量要求，必须要综合考虑前序的模具设计原则，同时还要考虑一下几点：4.2.1模具类型 模具类型主要是指单工序模、复合模、级进模3种。由于确定冲压工艺方案时已经考虑了确定模具类型所需要的因素，因此模具类型确定只需与冲压工艺方案相适应就可以了。由前面工艺方案分析可以知道，该制件弯曲工序采用单工序弯曲模具完成。4.2.2操作与定位方式零件生产为大批量生产，如果采用自动化或半自动化操作，生产效率固然可以得到提高，但是生产成本也大大提高，而且自动化设备在出现故障时，维修也耽误时间，延误生产时间。所以，在实际试产过程中采用人工操作。在前序中，坯料完成冲孔落料工序，且坯料上的孔不在变形区内，弯曲件可以用这两个孔来定位。4.2.3出件方式根据材料厚度、冲压件尺寸与质量要求、冲裁工序性质及模具类型等，确定采用哪种出件方式。主要弹性顶件、刚性推件或凸模直接推件等出料方式。此工件为Z形弯曲件，厚度为2mm，长度基本尺寸为105mm，其弯曲形式为浮动式，弯曲角为90度，且两端的弯曲方向相反。其工序性质为弯曲，根据弯曲件的尺寸形状，采用的模具类型为单工序弯曲模，方式和弹性顶件的出料方式。4.2.4模架类型及精度模架类型及精度等级主要根据冲压件尺寸精度、材料厚度、模具类型等因素来确定对于生产批量较小、冲件精度要求较低，以及材料较厚的单工序冲裁模，可以采用无导向模架。模具可以分为无导向模，导板模，导筒模，导柱模具等。由于该弯曲件件厚度不大，尺寸精度为IT13级，大批量生产，所以采用导柱模，导向稳定可靠精度较高，使用安装也很方便。导柱模又分为中间导柱模、对角导柱模、后侧导柱模。后侧导柱模具与其他导柱模具相比较，具有送料和出料方便的优点，所以该Z形件弯曲模结构选用后侧导柱模。5 冲模工艺计算5.1 弯曲件坯料展开尺寸计算5.1.1展开尺寸计算由该弯曲件r/t=1.5/2=0.750.5,这类弯曲属于有圆角半径弯曲，其弯曲变薄不严重，且断面畸变较轻，可以按照中性层长度等于坯料展开长度的原则计算，且该弯曲件的弯曲角为90，弯曲件零件图如下图5.1.1所示：图5.1.1所示查文献【2】制件展开长度计算公式为： 式中： L制件展开长度尺寸（mm）； 与变形程度有关的中性层系数，其值见下表2；t 制件厚度（mm）。表2 中性层系数的值r/t0.1 0.20.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1.0 1.20.210.220.230.240.250.260.280.300.320.33该弯曲件的弯曲半径r=1.5mm，坯料厚度t=2.0mm，可知r/t=0.75，由表2可查的取0.29；又由图2.2-1 2D图，可知=19=69-29=40mm，=10mm。将以上数据代入公式得：L=19+40+10+10+23.14(1.5+0.292)/2=85.54根据文献【1】下表3冲裁件一般精度的公差值，取=mm。表3 冲裁件一般精度的公差值板料厚度T制件尺寸10102525636316016040040010000.50.050.070.100.120.180.240.510.070.100.140.180.260.34130.100.140.200.260.360.48360.130.180.260.320.460.625.1.2制件坯料展开零件图 该制件的坯料展开零件图如下图5.1.2所示：图5.1.2该制件展零件，采用级进模中的冲裁模具完成其冲裁过程。该零件零件图上所有未注公差尺寸，属于自由公差，可以按IT14级精度确定工件的尺寸公差。孔中心距的公差为0.2，属于IT11级精度，由上表3可以确定各尺寸公差为：零件外形：mm,mm，mm，mm，mm零件内形：mm孔中心距：mm5.2 排样设计计算5.2.1排样原则 冲裁件在条料上的布置方法称为排样。排样设计工作的主要内容包括选择排样方法、确定搭边数值、计算条料宽度及步距、画出排样图。排样原则有以下几点： （1）在冲压生产中，材料的费用约占制件成本的60%以上，贵重金属占80%以上。提高材料利用率具有重要的经济意义，为此，必须尽量减少废料面积。冲裁中的废料可以分为结构废料和工艺废料两种，结构废料是由制件的形状尺寸而决定的，工艺废料则是由冲裁排样方式决定。要提高材料的利用率主要从减少工艺废料入手，设计出合理的排样方案。 （2）在提高材料利用率的同时，应使模具结构简单、模具寿命高、操作方便安全。尽量减少条料的翻动，在材料利用率相近时，尽可能选择条料宽、进距小的排样方法。 （3）在不影响使用性能的前提下，可以适当的修改制件形状和尺寸，以提高材料的利用率，同时是模具结构简单，操作安全方便。5.2.2确定排样方法 冲裁件的排样方法主要有两种类型：有废料排样，少、无废料排样。 （1）有废料排样 有废料排样是冲裁件与冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间都有工艺余料存在，冲裁件分离轮廓封闭，冲裁件质量好、模具寿命长，但材料利用率较低。 （2）少、无废料排样 少、无废料排样是只有在冲裁件与冲裁件之间或者冲裁件之间留有搭边，这种排样方法的冲裁只沿着冲裁件的部分轮廓进行。少、无废料排样法材料利用率高，且模具结构简单，所需冲裁力小，但是应用范围具有很大定位局限性，模具刃口单面受力，磨损较快，断面质量下降。 无论采用何种排样的方法，根据冲裁件在条料上的不同布置，排样方法又分为直排、斜排、对排、多排等。 从该制件分析，采用冲孔落料复合模具冲裁，要求制件的质量好，模具使用寿命长，如果采用少、无废料排样的方法，材料利用率固然高，但是模具磨损加剧，经常修模，不仅延误了生产时间，还缩短了模具的使用寿命，因此制件采用有废料排样法，使冲裁件质量好，模具使用寿命长。由于该制件结构简单，几何形状简单，类似于矩形，故采用直排形式。综上所述，制件采用有废料直排的排样方法。5.2.3搭边设计排样时冲裁件与冲裁件之间（）以及冲裁件与条料之间（）留下的工艺余料称为搭边。（1）搭边的作用 搭边可以补偿条料的剪裁误差、送料步距误差，补偿由于条料与导料板之间有间隙所造成的送料歪斜误差；使凸、凹模刃口能沿封闭轮廓线冲裁，受力平衡，合理间隙不易破坏，模具寿命与制件质量提高。（2）搭边数值 搭边过大，浪费材料；搭边过小，起不到搭边的作用。搭边的合理数值主要取决于板料的厚度t、材料种类、冲裁件大小以及冲裁件的轮廓形状等。一般来说，材料越厚，材料硬度越低，以及冲裁件尺寸越大，形状越复杂，合理搭边数值越大。查文献【8】搭边数值通常由经验确定，下表4列出的合理搭边数据：表4 合理搭边值板料厚度t/mm矩形或类似矩形冲件长50mm矩形或类似矩形冲件长50mm1.52.01.51.82.03.02.43.4根据制件的具体情况，确定合理搭边值为=3.0mm；=3.4mm。5.2.4送料步距条料在模具上每次送进的距离称为送料步距。每个步距可以冲出一个制件，也可以冲出几个制件。送料步距的大小应为条料上两个对应冲裁件的对应点之间的距离。该冲裁件每次只冲出一个制件，所以，查文献【8】步距的计算公式为： 式中：送料步距（mm）；冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸（mm）；冲裁件之间的搭边（mm）。=85.54+3.4=88.94mm2.2.5条料宽度条料是由板料剪裁下料而得，为保证送料顺利，规定条料宽度的上偏差为0，下偏差为负值。为了准确送进，模具上一般设有导向装置。当使用导料板导向而又无测压装置时，在宽度方向也会产生送料误差。条料宽度的值应保证在这两种误差的影响下，能保证在冲裁件与条料侧面之间有一定的搭边值。查文献【8】该模具的导料板之间有测压装置，条料宽度计算公式为： 式中：条料宽度（mm）；冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸（mm）；冲裁件与条料侧边之间的搭边（mm）；板料剪裁时的下偏差（见文献【8】表5）。表5 剪板机下料精度mm板料厚度 t宽度50501001001501502202203001-0.3-0.4-0.5-0.6-0.612-0.4-0.5-0.6-0.6-0.723-0.6-0.6-0.7-0.7-0.835-0.7-0.7-0.8-0.8-0.9根据板料厚度为2mm与宽度50100的条件，取-0.5，代入公式得： 5.2.6确定排样图排样图是排样设计最终表达形式，也是编制冲压工艺与设计的重要依据。一张完整的排样图应反映出条料的宽度及公差、送料步距及搭边及值、冲裁时各工步先后顺序与位置等。通过上述几小节的分析计算与设计，可以确定冲裁件的排样图，如下图5.2.1所示： 02 冲孔3-4将条料伸入调好的模具，工件保持平整，最后冲孔JFC21系列开式高速高精密压力机级进模（冲孔凸模、凹模）03切两边废料以中间孔定位，切两边废料JFC21系列开式高速高精密压力机 级进模(冲废料凸模2)04切断前端边切断前端与板料相连的边JFC21系列开式高速高精密压力机级进模（冲裁凸模，凹模）05弯曲成型弯曲成型成一端圆弧一端台阶JFC21系列开式高速高精密压力机级进模（弯曲凸模，弯曲凹模）06切断落料切断后端与板料相连的边，完成落料JFC21系列开式高速高精密压力机级进模（切断凸模，切断凹模）5.2.7板料规格、材料利用率 根据冲裁件的形状结构，选用板料规格为2000mm710mm2mm的板料，冲裁用的条料是从板料上裁剪而得，有三种裁剪方法：纵裁、横裁、斜裁。一般情况下纵裁材料利用率高，冲压时调换条料的次数也少。但是在手工送料时，横裁的材料利用率明显高于纵裁时，所以采用横裁的方法下料。 材料利用率通常以百分率表示，查文献【8】计算公式为： 式中：材料利用率； 一个步距内制件的实际面积（mm2）；一个步距内所需毛坯面积（mm2）；送料步距（mm）；条料宽度（mm）。实际材料利用率还要考率板料剪裁时的剩余边料和条料冲裁时的料头料尾消耗，工厂常用以下经验公式估算：式中： 材料实际利用率； 料有料尾消耗系数，横裁时取0.85。5.3 工艺计算5.3.1冲压力计算 冲裁力是选择冲压设备吨位和检验模具强度的一个重要依据。由于冲压加工的复杂性和变形过程的瞬间性，使得建立十分精确的冲裁力理论公式相当困难，通常所说的冲裁力是指作用在凸模上的最大抗力。（1）冲孔落料复合工序查文献【8】落料力的计算公式为： 式中： 落料冲裁力（N）； 冲裁件受剪切周边长度（mm）；冲裁件的料厚（mm）；材料抗剪切强度（MPa），在一般情况下，材料。为计算方便冲裁力也可以用下式计算： 式中： 材料抗拉强度（MPa），其中Q235材料的抗拉强度为（375500）MPa，本式中取中间值，=435MPa。代入公式中：N KN查文献【8】冲孔力的计算公式： 式中： 冲孔冲裁力（N）； 冲裁件受剪切周边长度（mm）；NKN查文献【8】卸料力计算公式： 式中：卸料力（N）；卸料力系数；查文献【8】卸料力、推件力、顶件力系数如下表6所示：表6 卸料力、推件力、顶件力系数板料厚度t/mm 钢0.10.060.090.10 0.140.10.50.040.07 0.065 0.080.52.50.0250.06 0.05 0.062.56.50.020.05 0.045 0.056.50.0150.04 0.025 0.03铝、铝合金0.030.080.030.070.030.07纯铜、黄铜0.020.060.030.090.030.09由表5，可以确定取0.04，代入公式得：NKN由文献【8】推件力计算公式： 式中： 推件力（N）；推件力系数，由表4查得取0.05；梗塞在凹模内的冲件数（）；凹模直壁铜扣的高度（m