毕业设计（论文）-螺母盒零件冲压工艺与冲模设计[2]【全套图纸】.doc

南昌航空大学科技学院学士学位论文 第 1 页 目 录 全套图纸，加全套图纸，加 153893706153893706 1 绪 论.3 1.1 模具行业的发展现状及市场前景 .3 1.2 冲压工艺介绍 .3 1.3 冲压工艺的种类 .4 1.4 冲压行业阻力和障碍与突破 .5 2 冲裁件的工艺分析.7 2.1 工件尺寸精度 .8 2.2 工件展开长度计算 .8 3 冲裁工艺方案的确定 .10 4 模具结构形式的确定 .11 5 模具总体设计.12 5.1 模具类型的选择 .12 5.2 操作方式 .12 5.3 卸料、出件方式 .12 5.4 确定送料方式.13 5.5 确定导向方式.13 6 模具设计计算.14 6.1 排样、计算条料宽度、确定步距、材料利用率.14 6.2 冲压力的计算.18 6.3 压力中心的确定 .20 6.4 模具刃口尺寸的计算 .21 6.5 模具弯曲部分工作尺寸计算 .23 南昌航空大学科技学院学士学位论文 第 2 页 7 主要零部件设计.27 7.1 工作零部件的结构设计.27 8 校核模具闭合高度及压力机有关参数.33 8.1 校核模具闭合高度.33 8.2 冲压设备的选定 .33 9 设计并绘制模具总装图及选取标准件.34 10 模具的安装调试.35 10.1 模具的安装调试.35 参考文献.36 南昌航空大学科技学院学士学位论文 第 3 页 绪绪 论论 1.11.1 模具行业的发展现状及市场前景模具行业的发展现状及市场前景 现代模具工业有“不衰亡工业”之称。世界模具市场总体上供不应求，市场需 求量维持在600亿至650亿美元，同时，我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。 近几年，我国模具产业总产值保持13%的年增长率（据不完全统计，2004年国内模具 进口总值达到600多亿，同时，有近200个亿的出口），到2005年模具产值预计为600 亿元，模具及模具标准件出口将从现在的每年9000多万美元增长到2005年的2亿美元 左右。单就汽车产业而言，一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元，而当 汽车更换车型时约有80%的模具需要更换。2003年我国汽车产销量均突破400万辆， 预计2004年产销量各突破500万辆，轿车产量将达到260万辆。另外，电子和通讯产 品对模具的需求也非常大，在发达国家往往占到模具市场总量的20%之多。目前，中 国17000多个模具生产厂点，从业人数约50多万。1999年中国模具工业总产值已达 245亿元人民币。工业总产值中企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占 三分之一。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%。 1.21.2 冲压工艺介绍冲压工艺介绍 冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性 南昌航空大学科技学院学士学位论文 第 4 页 变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的成形加工方法。冲压和锻 造同属塑性加工(或称压力加工)，合称锻压。冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板 和钢带。 全世界的钢材中，有 6070%是板材，其中大部分是经过冲压制成成品。汽车的 车身、底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包、容器的壳体、电机、电器的铁芯硅钢 片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品 中，也有大量冲压件。 冲压件与铸件、锻件相比，具有薄、匀、轻、强的特点。冲压可制出其他方法 难于制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件，以提高其刚性。由于采用精密模 具，工件精度可达微米级，且重复精度高、规格一致，可以冲压出孔、凸台等。 冷冲压件一般不再经切削加工，或仅需要少量的切削加工。热冲压件精度和表 面状态低于冷冲压件，但仍优于铸件、锻件，切削加工量少。 冲压是高效的生产方法，采用复合模，尤其是多工位级进模，可在一台压力机 上完成多道冲压工序，实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。 生产效率高，劳动条件好，生产成本低，一般每分钟可生产数百件。 1.31.3 冲压工艺的种类冲压工艺的种类 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。分离工序也称冲 裁，其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量要求。 成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的 工件。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。 冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大，要求冲压材料厚度 精确、均匀；表面光洁，无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等；屈服强度均匀，无 明显方向性；均匀延伸率高；屈强比低；加工硬化性低。 在实际生产中，常用与冲压过程近似的工艺性试验，如拉深性能试验、胀形性 能试验等检验材料的冲压性能，以保证成品质量和高的合格率。 模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度。模具制造成本和寿命则是影 响冲压件成本和质量的重要因素。模具设计和制造需要较多的时间，这就延长了新 冲压件的生产准备时间。 南昌航空大学科技学院学士学位论文 第 5 页 模座、模架、导向件的标准化和发展简易模具(供小批量生产)、复合模、多工 位级进模(供大量生产)，以及研制快速换模装置，可减少冲压生产准备工作量和缩 短准备时间，能使适用于减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于大 批量生产的先进冲压技术合理地应用于小批量多品种生产。 冲压设备除了厚板用水压机成形外，一般都采用机械压力机。以现代高速多工 位机械压力机为中心，配置开卷、矫平、成品收集、输送等机械以及模具库和快速 换模装置，并利用计算机程序控制，可组成高生产率的自动冲压生产线。 在每分钟生产数十、数百件冲压件的情况下，在短暂时间内完成送料、冲压、 出件、排废料等工序，常常发生人身、设备和质量事故。因此，冲压中的安全生产 是一个非常重要的问题。 1.41.4 冲压行业阻力和障碍与突破冲压行业阻力和障碍与突破 阻力一：机械化、自动化程度低 美国 680 条冲压线中有 70%为多工位压力机，日本国内 250 条生产线有 32%为多 工位压力机，而这种代表当今国际水平的大型多工位压力机在我国的应用却为数不 多；中小企业设备普遍较落后，耗能耗材高，环境污染严重；封头成形设备简陋， 手工操作比重大；精冲机价格昂贵，是普通压力机的 510 倍，多数企业无力投资阻 碍了精冲技术在我国的推广应用；液压成形，尤其是内高压成形，设备投资大，国 内难以起步。 突破点：加速技术改造 要改变当前大部分还是手工上下料的落后局面，结合具体情况，采取新工艺， 提高机械化、自动化程度。汽车车身覆盖件冲压应向单机连线自动化、机器人冲压 生产线，特别是大型多工位压力机方向发展。争取加大投资力度，加速冲压生产线 的技术改造，使尽早达到当今国际水平。而随着微电子技术和通讯技术的发展使板 材成形装备自动化、柔性化有了技术基础。应加速发展数字化柔性成形技术、液压 成形技术、高精度复合化成形技术以及适应新一代轻量化车身结构的型材弯曲成形 技术及相关设备。同时改造国内旧设备，使其发挥新的生产能力。 阻力二：生产集中度低 许多汽车集团大而全，形成封闭内部配套，导致各企业的冲压件种类多，生产 集中度低，规模小，易造成低水平的重复建设，难以满足专业化分工生产，市场竞 南昌航空大学科技学院学士学位论文 第 6 页 争力弱；摩托车冲压行业面临激烈的市场竞争，处于“优而不胜，劣而不汰”的状 态；封头制造企业小而散，集中度仅 39.2%。 突破点：走专业化道路 迅速改变目前“大而全”、“散乱差”的格局，尽快从汽车集团中把冲压零部 件分离出来，按冲压件的大、中、小分门别类，成立几个大型的冲压零部件制造供 应中心及几十个小而专的零部件工厂。通过专业化道路，才能把冲压零部件做大做 强，成为国际上有竞争实力的冲压零部件供应商。 阻力三：冲压板材自给率不足，品种规格不配套 目前，我国汽车薄板只能满足 60%左右，而高档轿车用钢板，如高强度板、合金 化镀锌板、超宽板(1650mm 以上)等都依赖进口。 突破点：所用的材料应与行业协调发展 汽车用钢板的品种应更趋向合理，朝着高强、高耐蚀和各种规格的薄钢板方向 发展，并改善冲压性能。铝、镁合金已成为汽车轻量化的理性材料，扩大应用已势 在必行。 阻力四：科技成果转化慢先进工艺推广慢 在我国，许多冲压新技术起步并不晚，有些还达到了国际先进水平，但常常很 难形成生产力。先进冲压工艺应用不多，有的仅处于试用阶段，吸收、转化、推广 速度慢。技术开发费用投入少，导致企业对先进技术的掌握应用慢，开发创新能力 不足，中小企业在这方面的差距更甚。目前，国内企业大部分仍采用传统冲压技术， 对下一代轻量化汽车结构和用材所需的成形技术缺少研究与技术储备。 突破点：走产、学、研联合之路 我国与欧、美、日等相比，存在的最大的差距就是还没有一个产、学研联合体， 科研难以做大，成果不能尽快转化为生产力。所以应围绕大型开发和产业化项目， 以高校和科研单位为技术支持，企业为应用基地，形成产品、设备、材料、技术的 企业联合实体，形成既能开发创新，又能迅速产业化的良性循环。 阻力五：大、精模具依赖进口 当前，冲压模具的材料、设计、制作均满足不了国内汽车发展的需要，而且标 准化程度尚低，大约为 40%45%，而国际上一般在 70%左右。 突破点：提升信息化、标准化水平 南昌航空大学科技学院学士学位论文 第 7 页 必须用信息化技术改造模具企业，发展重点在于大力推广 CAD/CAM/CAE 一体化 技术，特别是成形过程的计算机模拟分析和优化技术(CAE)。加速我国模具标准化进 程，提高精度和互换率。力争 2005 年模具标准件使用覆盖率达到 60%，2010 年达到 70%以上基本满足市场需求。 阻力六：专业人才缺乏 业内掌握先进设计分析技术和数字化技术的高素质人才远远不能满足冲压行业 飞速发展的需要，尤其是摩托车行业中具备冲压知识和技术和技能的专业人才更为 缺乏且大量外流。另外，众多合资公司由外方进行工程设计，掌握设计权、投资权， 我方冲压技术人员难以真正掌握冲压工艺的真谛。 突破点：提高行业人员素质 这是一项迫在眉睫的任务，又是一项长期而系统的任务。振兴我国冲压行业需 要大批高水平的科技人才，大批熟悉国内外市场、具有现代管理知识和能力的企业 家，大批掌握先进技术、工艺的高级技能人才。要舍得花大力气，有计划、分层次 地培养。 2 2 冲裁件的工艺分析冲裁件的工艺分析 本次设计冲压工件如下图： 南昌航空大学科技学院学士学位论文 第 8 页 图 2-1 工件图 2.12.1 工件材料工件材料 由图1-1分析知：工件材料采用08AL。08AL 是优质碳素结构钢的一种，一般用 作冷冲压薄板钢中的 Al 脱氧镇静钢冷轧板,其命名规则类同碳素结构钢，其两位数 字表示钢中平均碳质量分数的万倍，即“08”表示钢中平均碳质量分数为 0.08%， “A”表示质量等级， “L”为“拉”字的汉语拼音首字母，表示其拉伸性能好。 主要力学性能(试件尺寸25mm)：正火930、s=185 MPa、b=325Mpa、5/%33、硬度(未热处理)131HB。 主要用于制造4mm 以下的各种冷冲压构件，如车身、驾驶室、各种仪表及机器外 壳等。 2.22.2 工件结构形状工件结构形状 工件结构形状相对简单，2 个弯曲，有 2 个异形孔，孔与边缘之间的距离满足 南昌航空大学科技学院学士学位论文 第 9 页 要求，料厚为 1.2mm 满足许用壁厚要求（孔与孔之间、孔与边缘之间的壁厚） ，可以 冲裁加工。 2.32.3 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 IT14 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。 2.42.4 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 r/t0.10.20.30.40.50.60.70.811.2 x0.210.220.230.240.250.260.280.30.320.33 r/t1.31.522.534567 8 x0.340.360.380.390.40.420.440.460.480.5 从弯曲件图可以看到：圆角半径都为 r=2mm，板料厚度 t=1.2mm，查表-2 得 x=0.36，则中性层半径为： mm xtr 632 . 1 2 . 136 . 0 2 . 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 南昌航空大学科技学院学士学位论文 第 10 页 中性层展开长度的总和，即。弯曲件有 2 个弯曲，分别为 L1 0 () 180 i iii Llrxt 和 L2，分别计算为： mmL2632 . 1 22.8632 8 . 11 1 += =102.45mm mmL632. 12336 2 += =47.12mm 所以工件展开长度 L1 取 102.5，L2 取 47.1mm。 画出工件展开图如图 1.4： 图 2.4 工件展开图 3 3 冲裁工艺方案的确定冲裁工艺方案的确定 方案一：先冲孔，再弯曲，后落料。单工序模生产。 方案二：冲孔-弯曲-落料级进冲压。级进模生产。 方案三：落料-弯曲-冲孔复合模冲压。复合模生产。 表表 3-13-1 各类模具结构及特点比较各类模具结构及特点比较 模具种类 比较项目 单工序模 （无导向） （有导 向） 级进模复合模 南昌航空大学科技学院学士学位论文 第 11 页 零件公差等级低一般可达 IT13IT10 级可达 IT10IT8 级 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 0.26mm 可加工复杂零件，如 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 3mm 零件平面度低一般 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，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 根据分析结合表分析： 方案一模具结构简单，制造周期短，制造简单，但需要两副模具，成本高而生 产效率低，难以满足大批量生产的要求。 方案二只需一副模具，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，模具制造 工作量和成本比较高。适合大批量生产。 方案三只需一副模具，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。 南昌航空大学科技学院学士学位论文 第 12 页 通过对上述三种方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案二最佳。 4 4 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：挡料销定距和侧刃定距。 本模具采用侧刃定距。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。 5 5 模具总体设计模具总体设计 5.15.1 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。 5.25.2 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。 5.35.3 卸料、出件方式卸料、出件方式 5.3.15.3.1 卸料方式卸料方式 刚性卸料与弹性卸料的比较： 南昌航空大学科技学院学士学位论文 第 13 页 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 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，卸料力较大，虽然弹压卸料模具比 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，但设计力求简单，可采用刚性卸料。 5.3.25.3.2 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。 5.45.4 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。 5.55.5 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 南昌航空大学科技学院学士学位论文 第 14 页 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 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，为提高模具寿命和工件质 量，该级复合模采用对角侧导柱模架的导向方式，即方案一最佳。 6 6 模具设计计算模具设计计算 6.16.1 排样、计算条料宽度、确定步距、材料利用率排样、计算条料宽度、确定步距、材料利用率 6.1.16.1.1 排样方式的选择排样方式的选择 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。 6.1.26.1.2 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。 南昌航空大学科技学院学士学位论文 第 15 页 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=3mm, 由于采 用侧刃定距，工件之间的桥连接放在工件中间，所以工件与侧边之间不取搭边值。 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； a1-冲裁件之间的搭边值； b1-侧刃冲切得料边定距宽度；（其值查表 6）可得=1.0mm。 板料剪裁下的偏差；（其值查表 5）可得=0.6mm。 B0=102.521 =104.50-0.60mm 故条料宽度为 104.5mm。 表表 6-16-1 搭边值和侧边值的数值搭边值和侧边值的数值 圆件及类似圆形制件 矩形或类似矩形制 件长度50 矩形或类似矩形制件长度50材料厚度 t（mm) 工件间 a侧边 a1 工件间 a侧边 a1工件间 a侧边 a1 0.251.01.21.21.51.52.51.82.6 0.25 0.5 0.81.01.01.21.22.21.52.5 0.51 .0 0.81.01.01.21.52.51.82.6 11.5 1.01.31.21.51.82.82.23.2 1.52 .0 1.21.51.51.82.03.02.43.4 2.02 .5 1.51.91.82.22.23.22.73.7 南昌航空大学科技学院学士学位论文 第 16 页 表表 6-26-2 普通剪床用带料宽度偏差普通剪床用带料宽度偏差（mmmm） 条料宽度 b(mm) 条料厚度 t(mm) 50 50100100200200 0.40.50.60.7 2 0.50.60.70.8 23 0.70.80.91.0 35 0.91.01.11.2 表表 6-36-3 侧刃冲切得料边定距宽度侧刃冲切得料边定距宽度 b b1 1（mmmm） 条料宽度 b(mm) 条料厚度 t(mm)金属材料非金属材料 1.51.52.0 1.52.5 2.03.0 1.52.5 2.54.0 6.1.36.1.3 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 S47.13 50.1mm 排样图如图 5-1 所示。 南昌航空大学科技学院学士学位论文 第 17 页 图图 6-16-1 排样图 6.1.46.1.4 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。 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。 南昌航空大学科技学院学士学位论文 第 18 页 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=3408.5mm2 所以一个步距内的材料利用率 =BS100% 公式（5-2） =3408.5104.550.1100% =65.1% 根据计算结果知道选用直排材料利用率可达 65.1%，满足要求。 6.26.2 冲压力的计算冲压力的计算 6.2.16.2.1 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； L=102.52+22.12=249.2mm 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 310380pa,取 b=380Mpa 所以 F=KLtb 南昌航空大学科技学院学士学位论文 第 19 页 =1.3249.21.2380 =147725.76N 根据计算，模具冲裁力为 147.8KN。 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） 3）计算 本弯曲件弯曲部分，2 处 U 形弯曲，2 处 V 形弯曲。08AL 钢的MPa b 325 = V 形弯曲力： 2 0.6 b Vz KBt F rt =2 2 . 12 3252 . 12 . 1253 . 16 . 0 + 南昌航空大学科技学院学士学位论文 第 20 页 =5704N V 形弯曲力： 2 0.7 b Uz KBt F rt F1=3327N 2 . 12 3252 . 12 . 1253 . 17 . 0 + F1=5323.5N 2 . 12 3252 . 12 . 1403 . 17 . 0 + 所以总的弯曲力 F=14354.5N 6.2.26.2.2 卸料力的计算卸料力的计算 在冲裁结束时，由于材料的弹性回复（包括径向回复和弹性翘曲回复）及摩擦 的存在，将使冲落的材料梗塞在凹模内，而冲裁剩下的材料则紧箍在凸模上。为使 冲裁工作继续进行，必须将紧箍在凸模上的料卸下，将梗塞在凹模内的材料推出。 从凸模上卸下箍着的料称卸料力；一般按以下公式计算： 卸料力 F X=KXF 公式（5-5） FX=KXF =0.04147.8KN=5.9KN （KX 、KD为卸料力系数，其值查表 7 可得） 所以总冲压力 FZ=F+FX+FD =147.8KN+5.9KN+14.4N =168.1KN 压力机公称压力应大于或等于冲压力，根据冲压力计算结果拟选压力机为 J23 63。 表表 6-46-4 卸料力、推件力和顶件力系数卸料力、推件力和顶件力系数 料厚 t/mmKXKTKD 钢 0.1 0.10.5 0.060.075 0.0450.055 0.1 0.063 0.14 0.08 南昌航空大学科技学院学士学位论文 第 21 页 0.52.5 2.56.5 6.5 0.040.05 0.030.04 0.020.03 0.050 0.045 0.025 0.06 0.05 0.03 铝、铝合金 纯铜，黄铜 0.0250.08 0.020.06 0.030.07 0.030.09 6.36.3 压力中心的确定压力中心的确定 模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正 常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合，否则，会使冲模和力机 滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的摩擦，模具导向零件加速磨损， 降低模具和压力机的使用寿命。冲模的压力中心，可以按下述原则来确定： 1）.对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。 2）.工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。 3）.形状复杂的零件、多孔冲模、级进模的压力中心可以用解析计算法求出冲模压 力中心。 X0=（L1x1L2x2Lnxn）/(L1L2Ln) 公式（5-7） Y0=（L1y1L2y2Lnyn ）/（L1L2Ln）公式（5-8） 由于该工件在 X 和 Y 方向上高度对称，所以压力中心为（0，0） 。 6.46.4 模具刃口尺寸的计算模具刃口尺寸的计算 6.4.16.4.1 冲裁间隙分析冲裁间隙分析 根据 JB/Z27186 规定，冲裁间隙是指凸，凹模刃口间隙的距离，用符号 C 表示，其值可为正也可为负，在普通冲裁模中均为正值。它对冲裁件的断面质量有 极其重要的影响，此外，冲裁间隙还影响模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲 裁件的尺寸精度。因此，冲裁间隙是冲裁工艺与模具设计中的一个非常重要的工艺 参数。 1） 、间隙对冲裁件尺寸精度的影响 南昌航空大学科技学院学士学位论文 第 22 页 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。 2） 、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。而较大的间隙可使凸模侧面及材料间的摩擦减小，并延缓间隙由于受到制造和 装配精度的限制，出现间隙不均匀的不利影响，从而提高模具寿命。 3） 、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。 4） 、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 Cmin，最大值称为最大合理间隙 Cmax。考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 Cmin。 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。其间隙暂 南昌航空大学科技学院学士学位论文 第 23 页 取厚度的 12%，所以由公式： Zmin=厚度12% 公式（5-9） 取中间间隙可得： Zmin=112%=0.12mm 由于工件形状较简单，所以可分别加工凹、凸模。 6.4.26.4.2 落料尺寸落料尺寸 落料尺寸大小为： 为保证冲出合格冲件。冲裁件精度 IT10 以上，X 取 1. 冲裁件精度 IT11IT13,X 取 0.75. 冲裁件精度 IT14，X 取 0.5。由于本产品采用 IT14 级精度，所以 X 取 0.5. 460-0.24 DA=( Dmaxx) +0.020=(460.240.5) +0.020=45.88 +0.020 DT=( DAZmin) 0-0.02=(45.880.24) 0-0.02=45.640-0.02 400-0.24 DA=( Dmaxx) +0.020=(400.240.5) +0.020=39.88 +0.020 DT=( DAZmin) 0-0.02=(39.880.24) 0-0.02=39.640-0.02 33.50-0.24 DA=( Dmaxx) +0.020=(33.50.240.5) +0.020=33.38 +0.020 DT=( DAZmin) 0-0.02=(33.380.24) 0-0.02=33.140-0.02 25.10-0.12 DA=( Dmaxx) +0.020=(25.10.120.5) +0.020=25.04 +0.020 DT=( DAZmin) 0-0.02=(25.04 0.24) 0-0.02=24.8 0-0.02 15.750-0.12 DA=( Dmaxx) +0.020=(15.750.120.5) +0.020=15.69 +0.020 DT=( DAZmin) 0-0.02=(15.69 0.24) 0-0.02=15.45 0-0.02 140-0.12 DA=( Dmaxx) +0.020=(140.10.5) +0.020=13.95 +0.020