毕业设计（论文）-HS笔记本电脑转轴长支架连续冲压模具设计.docx

天津科技大学2014届本科生毕业设计第一章 概 述 “冷冲压是利用安装在压力机上的冲模对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需要零件（俗称冲压件或冲件）的一种压力加工方法1”；质量轻，刚度大，高强度，互换性好，大批量生产以及高机械自动化，这是冷冲压成形具有的优点；这使得其在制造业中具有顽强的生命力和竞争力，使用范围覆盖汽车、电子产品、机械零部件、日用零部件等各个领域。本次设计选择的是广泛普及的高端电子产品笔记本电脑之零部件。长支架是笔记本转轴的重要组成部件，而整个转轴用于笔记本电脑显示屏与主机底板间的连接，实现显示屏开合动作。转轴还通过阻力设计，实现显示屏在0至150的任意角度调节。笔记本转轴长支架都采用金属材质，本制件主要涉及冲孔、弯曲、压凸、落料等工艺，采用级进模，代表了冷冲压的典型工序，尤其是保证重要表面相互平行的要求带给设计的难度。支架与其他零部件组成的转轴不仅要满足固定、角度调节等功能；其尺寸、外形大小更要合理，不影响塑料外壳的安装、不损伤显示屏内部线缆及不占用后盖空间，能够满足笔记本追求机型轻薄的市场消费趋势。第一节 设计目的及要求一、毕业设计目的 本科毕业设计是对专业知识学习及运用，以及是否具备实际生产设计工作能力的综合性检评。本科生在大学的循序渐进的学习过程，包括基础学科的知识学习，逐步深入到专业性极强的专业骨干课程的学习，这个过程不仅是知识的获取，同时也是各种能力和经验的积累，最终达到具有专业知识功底，职业素养，能符合工作生产需求的高素质人才。毕业设计既是检测，亦是训练，其具体有以下几个目的：（一） 借助设计课题，把课堂学到的知识运用到解决实际工程中的问题中来，并且打破课程教学方向的限制，灵活使用各学科知识，形成专业知识网链，使其系统化。（二） 培养处理实际问题的能力。剖析问题，从书本找到问题的关键，又运用相关理论来解决问题。（三） 培养良好的职业素质。在毕业设计中体现出严肃认真、实事求是的务实精神以及严谨的设计思维。（四） 锻炼课题研究的能力及兴趣，练习收集和整理与设计相关的文献和资料的能力，熟练运用文献检索查找国内外期刊文献。（五） 在正确合理的要求和参考下，培养自主创新设计的技能。（六） 提高使用辅助工具的能力，熟练运用AutoCAD、UG8.0等绘图制作软件，帮助顺利完成设计工作，使用Office等办公软件编写相关文献。二、毕业设计内容（一）根据毕业设计任务，查阅整理相关资料并调研，完成开题报告撰写任务。（二）分析制件的工艺性。从形状、结构、成形难易程度、批量等方面进行分析，制定三种工艺方案，并优选最佳结果。（三）作必要的设计计算，按照国家制图标准与设计规范绘制模具装配图及关键部件零件图。（四）编写零件制造工艺卡。（五）根据设计内容和设计要求撰写设计说明书。三、毕业设计要求（一）完成一份字数在2500以上的毕业实习报告。（二）完成与课题有关的汉字字数不少于5000汉字的外文资料的翻译工作。（三）设计图纸总量不少于三张零号图纸，手绘一张A0图纸量。（四）编写字数在二万字以上的说明书，其中引用的参考文献15篇以上，外文引用数量不得少于3篇。第二节 设计任务一、 课题设计名称HS笔记本电脑转轴长支架连续冲压模具设计二、 材料 0Cr19Ni9三、 厚度 0.8mm四、 制件技术要求（一） 大批量生产。（二） 锐角倒钝，未注明圆角R0.10.4。（三） 其它未注公差等级为ST5或FT9。（四） 精度等级为IT12。五、 制件图图1-1 产品原型图 图1-2 制件图第二章 工艺分析 第一节 产品分析一、结构分析 （一）长支架与笔记本电脑、转轴间的安装连接关系长支架是笔记本电脑转轴的部件之一，其整个外形被安装在显示屏部分，下端与转轴其它部件铆接，上端与电脑显示屏内部支撑件铆接。因此铆接孔不宜过大，但同时满足强度需要，按照实际经验，其被设计为上端3个铆接孔，下端2个铆接孔，直径都为3mm，间距5mm。(c)(b)(a)图2-1 （a）下铆接孔；（b）制件三维实体图；（c）上铆接孔长支架被横向垂直于显示屏而固定，其宽度直接影响笔记本电脑后盖的厚度，也会影响塑料外壳能否顺利闭合，或是缝隙能否通过检测。在调研中，多数笔记本电脑显示屏厚度在10mm至14mm之间，因此，长支架的身宽设计为8mm，数据表明，此数值满足使用强度。其次，上端的连接部分理论上会影响电脑液晶屏的尺寸，但是在实际设计中并未对其作过多的要求，其宽度为10mm，不管在强度，还是自身尺寸上都是符合要求的。（二）长支架的表面与电脑部件的联系长支架是被完全安装在显示屏塑料外壳内部，其还会与内部的电线等其它精密电子器件接触，这要求制件的外形轮廓无明显毛刺，成形后的表面光洁度要比较高，在成形前后无凹凸等缺陷。（三）长支架的结构优化在整体尺寸上，此制件属于狭长的特点；又由于制件厚度仅为0.8mm，不论在成形过程中还是在装配电脑后的使用期间，很有必要通过一些手段来增加其强度。由此，我们在制件的中间部分设计两个凹凸以增加其强度。凹凸外形设计为矩形，长宽分别为5mm、4mm，深度为0.5mm。此结构由成形工艺完成，并设计相应的凸凹模。(a)(c)（b）图2-2 （a）压凸结构；（b）压凸成形参数；（c）压凸凸模二、经济性分析（一）加工的经济性 此制件属于中度偏薄型钣金件，常规采用冲压加工制造。由于是大批量生产，这可以降低模具制造成本在平均每个制件上的花费。冲压成形本身具有材料利用率高，机械化、自动化程度高等优点，能够满足大批量生产的需求；因此，这就实现了制件的廉价生产和很好的综合经济效益。对于长支架的加工，其涉及了冲孔、落料、弯曲以及整形弯曲和压凸等浅成形。整个制件的要求较高，所以在设计和制造模具时要保证有足够的修改余量和处理策略，能够实现模具达到一定使用寿命时还能正常生产出合格的制件。由此，尽管加工的工序较多，但通过恰当的措施，也可以实现经济实惠的生产制造。（二）材料的经济性由于此产品是用于电脑零部件，这要求原材料具有质量轻、强度大、不易被腐蚀，较好的抗冲击和挤压等性能特点，同时要廉价和容易获取，环保等。综合考虑，最终选择0Cr19Ni9。0Cr19Ni9属于不锈耐热钢，具有良好的耐腐蚀性和机械特性，无热处理硬化缺陷，综合加工性能好。综上所述，产品的工艺性还会根据进一步设计的需要而做适当的完善和改进。三、材料性能料带是以冷压优质不锈钢板0Cr19Ni9裁剪而来，较高精度，料厚0.8mm，查阅相关设计手册2，取料厚允许偏差值0.08mm。以下是0Cr19Ni9的相关机械性能及化学成分：抗剪强度b=850MPa；屈服强度s=205MPa；抗拉强度b=520 MPa；主要成分及所占百分比如下：碳C0.08%，硅Si1.00%，锰Mn2.00% ,磷P0.035%，硫S0.030%，镍Ni8.00%-10.50%, 铬Cr18.00%-20.00%。第二节 冲裁工艺分析一、长支架的公差等级和断面粗糙度按照GB/T 139142002规定1，长支架的外形尺寸和内形尺寸公差等级取ST4，孔边距、孔中心距尺寸公差等级取ST5，其它未注公差等级取ST5。该制件厚度为0.8mm，其断面粗糙度Ra可达到3.2um。因为是用在高端电子产品，而且对制件的断面质量要求较高，所以Ra取3.2um。二、长支架的结构形状与尺寸(b)（a）图2-3 （a）制件毛坯；（b）制件孔边距尺寸；1长支架的形状较为简单、规则，在排样时可以减少工艺废料。2在外形转角处都设计有过渡圆弧，半径为0.5mm，其它未注半径在R0.10.4范围。采用过渡圆弧，能够减少热处理开裂；同时对凸凹模也有利，减少崩刃和过快磨损。3冲裁件整体上没有过长的突出悬臂或是过窄的凹槽，这使得制件具有良好的冲裁工艺性，对凸模的制造和维护带来很大便利。4根据相关资料1，孔边距应满足公式：（2-1）对于厚度为0.8mm，其范围为0.81.2mm，而实际孔边距为22.5mm，因此是满足工艺性的。对于孔中心距亦采用式（2-1），实际取值为5mm，亦满足工艺性要求。5冲孔时，采用有导向的凸模，查阅相关资料1，凸模能够冲制的最小孔径d1.3t，即d1mm，而实际最小孔直径为3mm，满足工艺性要求。第三节 弯曲工艺分析一、弯曲件的精度按照GB/T 139142002规定1，成形冲压尺寸公差取FT7，未注公差等级为FT9。二、弯曲件的结构工艺性1弯曲半径“弯曲件的弯曲半径不能小于该工件材料的最小弯曲半径1”，查阅相关资料，对于0Cr19Ni9不锈钢，按最不利因素考虑，即压弯线与轧制纹向平行，应取最小弯曲半径rmin为2t，即1.6mm。而实际中，最小的弯曲半径在150弯曲处取得最小值1.6mm，因此，整个制件的弯曲工艺性是满足的。2弯曲件的形状“弯曲件的形状应对称，弯曲半径应左右一致1”，所以，对于两个150的“Z”弯采取了相同的弯曲半径。同时，弯曲件越简单越有利，长支架只存在一个90折弯及一对“Z”弯，相对而言，是简单而且很好弯曲成形的。3弯曲件上孔的位置制件是按照先冲孔后弯曲的工序加工毛坯的，查阅相关资料1，对于t=0.8mm，孔边距离Lt，即L0.8mm，而实际中其值为1.3mm，因此是满足工艺性要求的。图2-4 弯曲件上的孔边距离4添加工艺孔考虑到在90折弯尺寸突变处因尖角而出现撕裂，在冲裁工序时冲加工艺孔，避免撕裂的出现，工艺孔的半径按经验值取2mm。工艺孔R=2mm图2-5 防止尖角处撕裂的措施第三章 工件的加工工艺方案 第一节 制定工艺方案一、HS笔记本电脑转轴长支架冲压模具总体方案的确定 在前一章节系统地对产品以及各成形工序的工艺性进行了分析，同时借助调查研究、相关收集到的资料文献，将从细节上确定工序及模具结构，从提出的多种工艺方案中优选最佳方案，并开始着手绘制装配草图。工艺方案的确定包括冲裁、弯曲等工序的先后顺序的安排，工序之间的联系，采用何种冲压模具，工序的如何组合等等。这是一个比较的过程，同时也搭建了这个设计的框架，给了后续设计的方向和整体思路，在后面的各部分工作中都将在此基础上逐步完善。因此，模具总体方案尤其重要。二、工艺方案的提出与筛选 （一）冲压模具按工序组合程度大致可以分为以下三种方案：方案一：单工序模方案二：复合模方案三：级进模（二）方案分析方案一：对于单工序模，结构简单，不论是制造还是制造周期都比复合模，级进模要容易，维修和调试方便。然而，其生产效率低，一般的工件都会有多道工序，这就要相应地单独地制造多套模具，这是不经济和不可行的，也不适合大批量生产。方案二：复合模是多工序模。其冲压精度是三种冲模中最高的，这是由于它的凸凹模在冲裁时可以起压料的作用。但是复合模往往结构过于复杂，制造困难，而且要求制造精度高，这就增加了制模的成本。所以，复合模主要用于大批量生产，高精度的冲裁件。方案三：级进模生产效率高。其自身结构特点可以减少模具和设备的数量。但缺点是其结构复杂，在制造模具时也很困难。级进模加工的零件一般具有件小，批量大，精度较高，需要多个工序加工完成的特点。对于长支架，其展开后的毛坯最大尺寸数值不超过60mm，并涉及了冲孔、落料、弯曲、压凸多个工序，因此是不适合单工序冲裁模加工，复合模也不易实现，且精度没有过分要求，而从级进模的加工特点可以看出，采用级进模冲裁加工时最适合长支架的加工制造的。第二节 工序与排样一、工序的安排 在级进模中，我们需要合理安排冲孔、弯曲、浅成形、落料等工序的先后顺序。因为前一道工序安排的不合理，往往会影响下一道工序加工的质量，甚至会损坏工件。对于长支架，主要的工序包括冲内形的铆接孔、工艺孔，压凸，90弯曲，一对150的“Z”弯，以及冲导正空，冲掉与弯曲部位连接的废料，最后的落料等。考虑到弯曲的回弹以及“Z”弯后的平面平行度要求较高，在每一次弯曲后还要设计预折弯及整形工序。对于90弯曲，其实际结构比较简单，只安排弯曲后紧加一道整形工序，而不采用45预折弯。对于150的“Z”弯，同样添加整形弯曲，由此来保证弯曲角度的合格及达到平面要求。而在实际的模具设计中，是根据弯曲结果弯不到位还是回弹而修改弯曲凸凹模的弯曲角度，实现整形目的。通过对凸凹模的修模，是能过达到整形效果的，而且也容易被实现。（一）按照设计要求，可以有以下几种工序安排：方案一：冲铆接孔及导正孔90弯曲周边废料除料“Z”弯周边废料除料90折弯90整形折弯“Z”弯整形“Z”弯压凸落料出件方案二：冲铆接孔及导正孔压凸“Z”弯及90折弯周边废料除料“Z”弯90折弯整形“Z”弯90整形折弯落料出件方案三：冲铆接孔及导正孔压凸90弯曲周边废料除料90折弯90整形弯曲“Z”弯周边废料除料“Z”弯整形“Z”弯落料出件（二）方案比较与分析1相比折弯而言，应把冲孔安排在弯曲工件的前面。因为弯曲之后往往会使内形孔所在的制件平面与料带平面不在同一水平面了，或垂直或倾斜，这使得后续的冲孔凸凹模安装或是冲裁都难以实现。如果孔径离折弯中心非常近，甚至折弯会使前一道冲孔工序的孔径发生变形，这时就需要把该孔安排到弯曲之后冲裁。而对于长支架，通过前一章节的工艺分析，不存在上述情况的发生，所以，应在弯曲前，完成所有冲孔看、工艺，包括内形孔、工艺孔、导正孔。而且，导正孔最好安排在第一工步或是第二工步，这样可以更准确的定位。在上述三种方案中，冲孔都安排在弯曲工艺之前，这都是恰当的。290折弯应安排在“Z”弯之前完成。从图3-1所示的制件分析，在安排弯曲时，应是选取长支架中间部分为固定面，从两边往上或是往下折弯30。这样，上端的90折弯底部平面会跟着“Z”弯而向上或是向下位移，这对后续的弯曲精确定位或是弯曲凸凹模的设计与安装带来困难。所以方案二中弯曲工序的安排是不合理的，方案一、方案三的弯曲工序的安排是合理的。图3-1 折弯固定面的选取3整形弯曲或是校形须紧跟上一弯曲工序。处于弯曲定位及误差的考虑，弯曲和整形弯曲前后两工步应衔接。因此方案二的整形安排是不合理的。4每一弯曲部位周边废料的冲裁工步紧紧安排在弯曲前。在下一工步还没有安排折弯的情况下，弯曲周边工艺废料不能过早去除或是全部去除。这是因为条料被冲除弯曲工艺废料后剩下用作弯曲固定面的部分太少，甚至无法固定或是承接，从而导致料带断裂或是无法精确定位。由此，方案一与方案二的工序安排是不合理的，而方案三最为合理。通过分析比较，方案三安排的工序最为合理，并把它作为最终工艺方案。二、计算展开后毛坯尺寸把工件展平从而得到毛坯件。毛坯尺寸的计算，主要是对弯曲部位展平后的尺寸计算，而对于压凸或一般的冲裁，不需要作过多的计算。图3-2 弯曲件毛坯长度的计算表3-2 V形压弯90时中性层位移系数K值参阅相关资料1，按弯曲半径r0.5t，即r0.4时，弯曲变形曲不存在变薄、断面畸形等不良现象。此时用应变中性层与毛坯长度相等的原则计算毛坯长度。1对于90折弯，有以下计算： （3-1）从表3-2中取K值为0.48，则90折弯毛坯长度L1为：（3-2） 2对于150的“Z”弯，有以下计算：（3-3）从表3-2中取K1值为0.40；（3-4）从表3-2中取K2值为0.46；则“Z”弯毛坯长度L2为：（3-5）对于压凸，其通过冲凸凸模挤压毛坯成形，展开后尺寸、面积还是原毛坯表面的的数值，因此不需计算展开尺寸，而冲孔、落料尺寸则展开前后没有发生改变，所以最终展开后毛坯相关参数如图3-3。图3-3 制件展开图 三、计算毛坯面积借助AotuCAD绘图软件计算毛坯的实际面积。图3-4 毛坯面积及周长用域面积查询得到“L”部分面积S1为676.5680mm2，周长L1为177.1194mm，取S1=676.57 mm2，L1=177.12 mm。另5个直径为3mm的圆孔面积及周长的计算如下：L2=d=33.14=9.42mm2 (3-6)S2=d22=3223.14=7.07mm2 (3-7)于是展开毛坯的面积S及周长L分别为：(3-8)(3-9)所以，毛坯的面积为641 mm2，周长为130mm。四、排样对于已确定的多工位级进模的设计，其料带的设计尤为重要。一方面，它体现出设计者的设计水平和设计理念；另一方面，料带的结构直接影响接下来的模具的结构，凸凹模在模架中的相对位置，冲裁加工的难易等等。排样即是毛坯在带料上的布置方法，排样占了料带设计的很大一部分。在本节的前面已就工序进行了工艺分析，接下来的排样方案提出与确定最终排样方案都应体现出工序工艺分析的思想。因此，从工序前后的顺序安排，凸凹模加工制造与安装的可行性，材料经济利用程度等角度，现提出以下排样方案并加以分析。（一）提出方案在提出条料设计方案时，我们查阅及参考了相关手册和资料，对于冲裁凸模，弯曲、成形凸模等凸模设计的专业常识和基础加以学习和了解，；推广凸模设计规范。同时，根据长支架的毛坯外形及工序、工艺等结合实际，自主创兴地提出以下几种排样方案。在可行性上，其都能可以用于最终方案，我们需要从中优选最佳方案，并通过比较对照，整合结构有点，改进和完善料带排样设计。方案1：如图3-5图3-5 排样方案1方案2：如图3-6图3-6 排样方案2方案3：如图3-7图3-7 排样方案3（二）排样方案分析与制定在设计工步的过程中，各种工艺废料的设计以及相对应的凸凹模设计是一项非常复杂、非常困难的任务。对于总的设计思路，此长支架的各种排样方案中，冲裁凸模多数用设计为“L”形，一方面是由于排样中工艺废料的布置特点，另一方面，通过调研，在工厂实际生产中“L”形凸模也用得非常普遍。其次，所拟定的排样方案中都体现出对冲裁凸模实际制造加工可行性的考虑。在去除废料时，并不是一次性按废料外形设计相应凸模，很高程度地避免工作轮廓过于复杂的缺点。外形复杂的凸模，不仅制造困难，加工成本高，而且在使用中容易磨损，维护和修模难度大。所有冲孔凸模也同时回避了带回字形的外形设计，避免在开模过程中，废料或料带卡在凸模内而撕裂或扯断已成形的条料。再之，以上方案中同时具备的另一设计共同点是考虑了凸模在模架上的安装空间，选择性分散凸模，合理布局，把中心距过小的孔分散到多个工步中。下面依次是对每个方案的具体分析：方案1：采用对排，对排方向与送料方向垂直。采用一对侧刃定步距，斜对角布置，切除搭边值为2.1mm。导正销成倾斜一定角度布置在料带两侧。连料方式为两边连料，整个料带方便固定及定位。整个排样11个工步，步长74.2mm，料宽50mm。1至3个工步为冲孔及压凸，除去90弯曲部位连接的工艺废料；4、5工步是90折弯及整形弯曲；5、6、7工步是除去150“Z”弯部位连接的工艺废料；8、9工步是“Z”弯及整形弯曲；10、11工步是切除废料及落料出件。90折弯设计为自下向上弯曲，实现方式为合模时卸料板压着料带与凹模板一同下沉，弯曲凸模固定不动，卸料板上的弯曲凹模与其闭合，完成弯曲工艺。这需要在后续工步对卸料板的对应位置设计避位孔，这个凹模板向下沉。关于压凸，设计为自下而上冲突，在卸料板上设计对应凹模以及在后续公布中设计避位槽。“Z”弯设计为向下弯曲，需要设计浮顶销以方便送料。各个工步中的“L”形冲孔凸模的宽度不应设计过窄，防止凸模弯曲变形或折断，而实际设计最小值为3mm，其凸模强度是否满足要求将在后面进行校核。总体上布局均称合理，工艺废料少，材料利用率高，结构紧凑。参照相关资料的计算公式1，采用方案1的一个步距内的材料利用率计算见式（3-10）：(3-10)方案2：采用单排，制件方向沿着送料方向，这是为了方便用中间部分做载体连料。采用单边侧刃定距，步长60.2mm，料宽44mm。条料被设计为单边搭边，单边冲导正孔导正。排样的各个工步都比较简单，工步少，这使得制模比较方便，也容易实现。但是采用单边连料及导正，这对冲裁及弯曲工序的固定料带和精确定位十分的不利。更重要的是，若采用此种排样，工艺废料所占条料面积过大，材料利用率太低，造成许多浪费。采用方案2的一个步距内的材料利用率计算见式（3-11）：(3-11)方案3：采用对排，对排方向沿送料方向。其也是采用单边侧刃定距，步长32mm，料宽77.7mm。虽然工步数和方案1一样为11个工步，但是整个排样长度短，结构紧凑，这可以减小整个模架的外形尺寸。若考虑到凸模的固定，对于2、3工步间以及5、6、7工步间的冲裁凸模布置过于密集，对应在凸模固定板上的安装空间不够而致使凸模无法安装。冲裁凸模以及弯曲凸模可能发生的干涉是此排样最大的缺陷和隐患。对于导向和固定，此方案亦不可采取。其为中间安置导正销导正，由于布置在一条直线上，料带在受冲裁凸模以及弯曲凸模的横向挤压力下会发生偏转的可能性，这使导正销的导正精度大为降低。在后面的的几个工步中，仅有中间极少部分料带作为连接载体，在弯曲成形及整形工序中会因固定面过小或压料力不够而发生条料大幅度的滑移。，这是对弯曲成形是十分不利的。方案3会因结构的紧凑而使得工艺废料面积比上两个方案少许多，材料利用率大幅增加，具体数值计算见式（3-12）：(3-12)下面是三种方案的对比：1对于多工位级进模，采用侧刃定位比较合适，而且最好采用一对侧刃对称布置或斜对角布置在料带的两侧。这是因为，在送料的末尾阶段，后续没有料条，侧刃已没有冲裁定步距了，那么在送料方向前面的最后几个工步的条料送进的距离就不能被控制，工步内安排的工艺也无法完成。结果，每条料带的最后几个工步的制件都将浪费，这大为降低了材料利用率，经济效应性也受此影响。因此，对于方案2及方案3比不上方案1的排样效果好。2料带采用两边连料要优于单边连料或是中间连料。条料的两边留取足够的搭边值，并把导正销对称布置，这能够使料带在冲裁过程中定位精准，冲压精度能提高许多，而单边连料及中间载体就差了许多。因此，在载体设计上方案1要优胜于方案2及方案3。3对于送进步长，应是数值不宜过大。步距越长，工步间的冲裁精度就会下降。所以，应沿着制件长度尺寸小的方法设为送料方向。上述三种方案中，方案3最佳，方案2次之，方案1则有所不及。4通过比较材料利用率，方案3是材料利用率最高，经济效益最好的，方案1次之，方案2最后。料带的材料利用率是我们比较排样方案时需要重要考虑的因素，在尽可能下，选取高利用率的方案为最终方案。然而，也不尽是只看材料利用率，不能把其作为唯一区分方案好坏的标准，应该考虑工艺性等其它相关因素。所以，从这个角度，方案1的材料利用率是可以接受的。经过上述综合因素的比较和考虑，方案1的排样设计是最佳的。因此，把方案1作为最终排样方案。（三）工步的校正与优化在排样方案确定之后，我们还需要对各个工步进行校核和改进，降低不安全因素，减少其对后续设计工作的不良影响。1凸模的强度校核（1）圆凸模的强度校核。参考相关设计手册2，当直径dt时，凸模强度按照式（3-13）进行校核。(3-13)式中t为料厚，d为孔径，为料带的抗剪强度，对于0Cr19Ni9不锈钢其值为850 N/mm2，K为凸模刃口的接触应力，为凸模材料许用压应力，按手册推荐的经验值，常用的合金模具钢可取18002200N/mm2。在排样的各个工步中，最小圆凸模直径为3mm，料厚为0.8mm，条料的抗剪前度为850 N/mm2，数值计算见式（3-14）：(3-14)从式（3-14）的计算结果可以得出，该圆凸模是满强度要求的。而对于其它直径更大的凸模，其强度也相应都满足。（2）异形凸模强度校核。排样图中系列的冲裁凸模，其强度跟其长宽比值的大小有很直接的关系。对于刃口一定长度的凸模，其宽度不应太窄，否者会因强度不够而折断。据此，在一系列的“L”形冲裁凸模中，工步1中的“L”形凸模是长度最大，长宽比最大的一个，如图3-8，应选取其作为强度校核的对象。图3-8 工步1中“L”形冲裁凸模参考设计手册2相关内容，在校核刃口接触应力时，按式（3-15）计算平均压应力来核算凸模强度。(3-15)F为冲裁件表面面积，L为冲裁件轮廓长度，借助CAD域的面积查询功能，上述参数值F为126mm2，L为89.8mm，t为料带厚度，值为0.8mm，值取850 N/mm2，值在18002200N/mm2范围。数值计算见式（3-16）：(3-16)从式（3-16）的计算结果可以得出，该“L”形凸模是满足强度的。因此，对于其它凸模，其刃口强度相应满足。而对于其它压凸凸模、弯曲凸模以及整形弯曲凸模，在排样设计时，按经验值确定工作界面长宽参数，保证有足够的刃口强度。而事实上，排样图中的上述凸模对应的条料冲压轮廓没有相当复杂或是尺寸过小过窄的，在设计中能够容易使其满足工作需要的强度。因此，上述凸模不需要再进行强度校核。2出件方式。正如排样图中设计的工步及工序，在工步10冲除与制件相连的工艺废料，工步11单边冲除与制件相连的搭边。在冲除这两个工步的废料时，其轮廓是不封闭的，而且仅是两条直线轮廓与工艺废料及制件相连。在设计工序时，不能将其作为切断或是切边处理。因为在实际中，由于凸模力和速度的因素，在没有对应的凹模而是悬空的情况下，很有可能是沿着冲裁直线轮廓发生弯曲而非冲裁。如图3-9，以黑色线条为切断轮廓可能发生弯曲。为解决这个问题，应在凹模板对应冲裁凸模处设计封闭轮廓的凹模。同时凹模的设计还要考虑工艺废料的顺利掉落，制件的顺利掉落。如图3-10，黑色粗线条表示凹模板凹模及避位槽轮廓，蓝色封闭线框是在凹模板上开的空孔，用来出废料及制件（外形轮廓用红色线条表示），从图3-10中可以看出，两个工步的矩形冲裁凸模都有封闭轮廓的凹模，且凹模距孔边有足够的安全距离，能够保证凹模壁厚强度。这就实现了一般冲孔工序，而不是简单的切断，制件对应部位的外形轮廓断面质量能够被保证。图3-9 切断时会发生弯曲的冲裁方式图3-10 凹模封闭轮廓冲裁与出件方式同时能够发现，被标红的制件及废料才冲裁时，有一半是被卸料板压在凹模板表面，另一半左右是悬空的，这是为了在完成向下合模冲裁后，制件与废料已已被切断，当卸料板向上抬起时，由于自身重力及重心位置的关系，制件会向中间倾斜翻落出件，10工步的冲裁废料会沿着左端斜坡向空孔滑落掉出。同时在10工步的右侧设计了浮顶销，使废料向左边倾斜滑落更容易实现；而实际上，送料时，料带也会带着矩形废料向左移动而落向空孔。因此，工步10及工步11仅需在凹模板开一个通孔用来出件，减少了凹模板机械车削量，使其强度强度更加有保证。（四）搭边与条料宽度在排样设计中，我们设计了双侧搭边，这样可以增加条料的刚度、补偿定位误差等。参考设计手册相关资料2，对于料厚为0.8mm的条料，工件间距a1取1.8mm，侧面a取2.0mm；而实际设计中，a1取3mm，侧面a取8.5mm。侧刃切去部分宽度为2.1mm。如图3-11。条料宽度B为50-0.30mm。图3-11 条料的搭边值（五）条料规格与材料利用率参考相关设计手册2，按步长及工步数，选择冷轧薄钢板规格为1800mm750mm。由于步长为74.2mm，所以把薄钢板裁剪成750 mm50mm的料带，每条料带出件20个。于是，一张薄钢板总的材料利用率Z按式（3-17）计算：(3-17)所以，最终的材料利用率为34.2。第四章 初步确定模具结构 第一节 选用模架一、确定凹模板的规格 在最终排样方案设计并改进后，即可确定凹模的大致长度尺寸，各种凸凹模的安装位置需待进一步分析确定。凹模板的即待选取的上下模座的凹模周界应该要安全安置所有工步内的冲压成形凸凹模，并且还要留取一定长度空间安置其它模具零部件。当已设计好工步的条料在凹模板上定位了，那么，相应的凸凹模位置也就被固定下来。所以，首要的工作就是确定条料在凹模板上的相对位置。其中一种好的解决方法是借助AutoCAD绘图软件，通过对凹模板的左右移动来选取条料放置的最佳位置。具体操作如下。首先，在未计算料条压力中心之前，在垂直送料方向，把料条的中心线固定在凹模板的宽度中心线上。对于步距数为74.2mm，工步数为11，凹模板的长度应至少大于步距与工步数的乘积值，即74.211=816.2mm。查阅相关模具设计汇编3，凹模板的最大规格尺寸为315mm250mm。于是将选取3块315mm250mm规格的凹模板拼排选用，其板间间距取2mm。于是整个凹模长度为3153+22=949mm。用CAD画出凹模周界线框，并选定后在排样图上来回移动，选取最佳位置。由于是三块凹模板拼组在一起，那么排样图上有凸模的地方应避开凹模板间隙。由此，最终选取如图4-1所示的位置。图4-1 条料在凹模板上的位置送料方向为从右向左，在确定第1工步最右边的凸模距离凹模板右端面99.7mm后，其它相对位置尺寸按排样图中的位置尺寸进行定位。同时，从右端开始送料时，凹模板可承接料条的长度达100mm，因此，只需要设计导料板，承料板可以不设计，凹模代替了它的使用作用，即承载料条，防止料条在冲裁开始处发生翘起。二、选用上下模座及模架 根据设计经验及实际调研，首先选用滑动导向模座。对于模架的选取，最终采用的是四导柱模架。因为对于级进模，采用四导柱模架具有导向平稳，精确可靠的优点，也适合级进模，尤其是多工位自动级进模。而上下模座将参照标准四导柱滑动导向模座，根据实际模具长度尺寸对其加以设计。先根据单块凹模板即315mm250mm的规格作为凹模周界选取上下模座，然后把上下模座拼接为以整体，去掉中间导柱，即为最终的上下模架。参考模具汇编3相关内容，按弹压卸料横向典型组合选取上垫板，凸模固定板，卸料板，凹模板，下垫板等模板的厚度，而长宽尺寸皆按凹模板315mm250mm选取。而固定用的内六角螺钉、销钉的数量及中心距则参照典型组合确定。三、模具其它结构确定 1在标准四导柱上下模座的基本结构上，设计四个定位柱，沿着四个模架导柱成对称布置。2考虑到冲压工艺设计弯曲和浅成形，则在每块凹模板上设计四个小的内限位柱。同时，也将在凸模固定板及凹模板之间设计小导柱，以保证冲裁的足够精度。数量为每块凹模板布置4个，均称布置。3由于模架长度超过1米，各工步的冲裁废料及最后公布的落件不能够都从压力机中间孔落出。这就需要另行设计结构来解决该问题。于是，我们将从原模架结构的基础上在下模座设计垫块和下托模板。垫块高度为70mm，下托板厚度取30mm，而长宽尺寸及固定方式将根据下模座加以确定。废料及制件将从下模座落在托板上，从而只需操作工用推板等工具将制件和废料从托板上扫出。因为冲裁后的废料尺寸较小，制件的外形要大得多，于是通过筛子的筛选将制件与废料分开。4因为模架长度尺寸较大，在结构上将不设计模柄，而改用压板使其固定在压力机上。而关于卸料螺钉及弹簧或是聚胺酯弹性体的设计将根据后续的冲裁力及卸料力的计算逐步确定，在此不作说明。其它模具零部件将根据设计的需要将在后续设计中逐一介绍。第二节 模架结构图根据前面的设计工作，先可以借助CAD绘图软件进行绘制模具装配草图，并在绘图中发现问题，解决问题，不断改进设计方案。因此，初步的模架图如下。图4-2 模架结构图图4-3 模架三维图第五章 压力中心及压力计算 在选用压力机之前，需要计算模具所有凸模在冲压工件时对压力机的反作用力及其合力的作用点。我们将根据冲裁、弯曲、压凸三种不同冲压工序分别计算作用了，最终在同一坐标系中计算三种工序的合力。由于冲压过程的复杂性，其每一时刻的冲压力大小和作用点都不同，在处理时，我们将考虑所有冲压凸模作用在同一时刻达到最大值时的合力及其作用点，以此来估算模具工作压力安全范围。第一节 工步冲裁压力中心计算 在计算冲裁压力中心时，我们将分别计算各个工步的冲裁压力中心。最后在同一坐标系中计算各工步的合力的压力中心。对于级进模冲，冲裁轮廓往往是开放的，这就需要按每一段轮廓分别计算。参考设计手册2的相关计算方法，对于圆弧线段轮廓，采用式（5-1）计算其压力中心；而求多条轮廓的压力中心则采用式（5-2）、式（5-3）进行计算。（5-1）（5-2）（5-3）对于每一工步，都以导正孔的圆心为坐标原点，以沿送料方向向右为x轴正方向，垂直送料方向向上为y轴正方向，建立坐标系。具体计算如下。（一） 工步1，如图5-1，表5-1所示。图5-1 工步1冲裁轮廓表5-1 工步1轮廓中心坐标及长度序号12345678X-8.32930.326.633.131.630.129.9Y42.742.243.337.232.227.230.534.1L71.22.52.1131036.50.785序号910111213141516X24.920.1-41.1-40.9-35.9-31.1-37.6-44.1Y34.235.716.14.74.531.58.8L9.5322.20.7859.531325.7则工步1的冲裁力的压力中心计算如式（5-4）、式（5-5）：（5-4）（5-5）所以，工步1中冲裁力的压力中心相对坐标为（-11.08，27.78）。（二）工步3，如图5-2，表5-2所示。图5-2 工步3冲裁轮廓表5-2 工步3轮廓中心坐标及长度序号12345X46.144.643.142.943.1Y131.534.715.6L23330.78521.2序号6789X20.120.318.617.1Y23.134.137.225.7L21.20.785323则工步3的冲裁力的压力中心计算如式（5-6）、式（5-7）：（5-6）（5-7）所以，工步3中冲裁力的压力中心相对坐标为（31.95，18.30）。 （三）工步5，如图5-3，表5-3所示。图5-3 工步5冲裁轮廓表5-3 工步5轮廓中心坐标及长度序号1234X7.316.97.1-2.5Y37.234.134.235.7L19.60.78519.13序号5678X-27.9-18.1-8.5-18.3Y4.74.531.5L0.78519.13 19.6则工步5的冲裁力的压力中心计算如式（5-8）、式（5-9）：（5-8）（5-9）所以，工步5中冲裁力的压力中心相对坐标为（-1.43，19.45）。（四）工步6，如图5-4，表5-4所示。图5-4 工步6冲裁轮廓表5-4 工步6轮廓中心坐标及长度序号1234X16.97.1-2.57.3Y26.426.224.723.2L0.78519.1319.6序号5678X-18.3-8.5-18.1-27.9Y15.51412.512.3L19.6319.10.785则工步6的冲裁力的压力中心计算如式（5-10）、式（5-11）：（5-10）（5-11）所以，工步6中冲裁力的压力中心相对坐标为（-1.43，19.35）。（五）工步7，如图5-5，表5-5所示。图5-5 工步7冲裁轮廓表5-5 工步7轮廓中心坐标及长度序号123456X1919.38.512812.5Y4.51.5312.51415.5L21.1321.68.139.1序号789101112X-23.6-19-23.1-30.1-19.5-30.3Y23.224.726.234.235.737.2L9.138.121.1321.6则工步7的冲裁力的压力中心计算如式（5-12）、式（5-13）：（5-12）（5-13）所以，工步7中冲裁力的压力中心相对坐标为（-7.05，19.56）。（六）工步10，如图5-6，表5-6所示。图5-6 工步10冲裁轮廓表5-6 工步10轮廓中心坐标及长度序号1234X-0.3-0.3-10.8-10.8Y12.515.523.226.2L16.516.516.516.5则工步10的冲裁力的压力中心计算如式（5-14）、式（5-15）：（5-14）（5-15）所以，工步10中冲裁力的压力中心相对坐标为