毕业设计（论文）-固定垫板冲裁模设计.doc

全套图纸加扣 3012250582 共37页 第37页引言当前，人们对冷冲压技术的重视程度越来越高。生产效率高、产品一致性好、应用范围广等特点得到社会各界越来越多的业内人士的认同，模具制造已经迅速民展成为一个新兴的热门行业，在整个模具制造中冷冲压模具占到模具总量的50%以上。与其他设计、制造方法相比，冷冲压工艺和冷冲模设计制造具有显著的特殊性。现代科学技术的发展，使汽车、电子、电器、食品包装等产品的更新换代加快；不断增长的社会需求，对冲压生产工艺水平提出了更高的要求。如何使冲压工艺水平适应现代工业生产对冲压生产精密、高速、自动化，以及冲压模具高精度、高寿命的要求。本设计就是根据课题内容要求及相关条件设计一套模具，满足市场的需求。模具的工作工序包括有落料和冲孔。级进模是指冲床在连续行程中，完成落料、冲孔等多个工序的一种模具结构。在完成这些过程中冲压坯料进给移动。我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国民经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精密、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。一些低档次的简单冲模，已趋供过于求，市场竞争激烈。冲压模具水平状况，近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具国内也能生产了。精度达到12m，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到Ra1.5m的精冲模，大尺寸（300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。随着科学技术的进步、社会经济的快速发展，模具成形技术及模具设计与制造已成为当代工业生产的重要手段。近十几年来，中国模具工业发展十分迅速，特别是高新技术企业的快速发展加大了用于技术进步的投资力度，技术进步已成为企业发展的重要动力。1 冲压模具概述1.1 冲压的概念、特点及应用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（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程术。冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。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，只有它们相互结合才能得出冲压件。 与机械加工及塑性加工的其它方法相比，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) 冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。但是，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。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地采用冲压法加工产品零部件，如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天、家电及轻工等行业。在这些工业部门中，冲压件所占的比重都相当的大，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。因此可以说，如果生产中不采用冲压工艺，许多工业部门要提高生产效率和产品质量、降低生产成本、快速进行产品更新换代等都是难以实现的。1.2 冲压的基本工序及模具由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少，而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不同，又可将其分为复合和级进和复合-级进三种组合方式。复合冲压在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。级进冲压在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。复合-级进在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。1.3 冲压技术的现状及发展方向 随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新和发展。其主要表现和发展方向如下。1.3.1冲压成形理论及冲压工艺方面冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。目前，国内外对冲压成形理论的研究非常重视，在材料冲压性能研究、冲压成形过程应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展。特别是随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善，近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术，即利用有限元（FEM）等有值分析方法模拟金属的塑性成形过程，根据分析结果，设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题，并通过在计算机上选择修改相关参数，可实现工艺及模具的优化设计。这样既节省了昂贵的试模费用，也缩短了制模具周期。研究推广能提高生产率及产品质量、降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种压新工艺，也是冲压技术的发展方向之一。目前，国内外相继涌现出精密冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺及无模多点成形工艺等精密、高效、经济的冲压新工艺。其中，精密冲裁是提高冲裁件质量的有效方法，它扩大了冲压加工范围，目前精密冲裁加工零件的厚度可达25mm，精度可达IT1617级；用液体、橡胶、聚氨酯等作柔性凸模或凹模的软模成形工艺，能加工出用普通加工方法难以加工的材料和复杂形状的零件，在特定生产条件下具有明显的经济效果；采用爆炸等高能效成形方法对于加工各种尺寸在、形状复杂、批量小、强度高和精度要求较高的板料零件，具有很重要的实用意义；利用金属材料的超塑性进行超塑成形，可以用一次成形代替多道普通的冲压成形工序，这对于加工形状复杂和大型板料零件具有突出的优越性；无模多点成形工序是用高度可调的凸模群体代替传统模具进行板料曲面成形的一种先进技术，我国已自主设计制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备，解决了多点压机成形法，从而可随意改变变形路径与受力状态，提高了材料的成形极限，同时利用反复成形技术可消除材料内残余应力，实现无回弹成形。无模多点成形系统以CAD/CAM/CAE技术为主要手段，能快速经济地实现三维曲面的自动化成形。1.3.2冲模是实现冲压生产的基本条件在冲模的设计制造上,目前正朝着以下两方面发展:一方面,为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需要，冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向发展，与此相比适应的新型模具材料及其热处理技术，各种高效、精密、数控自动化的模具加工机床和检测设备以及模具CAD/CAM技术也在迅速发展；另一方面，为了适应产品更新换代和试制或小批量生产的需要，锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展。精密、高效的多工位及多功能级进模和大型复杂的汽车覆盖件冲模代表了现代冲模的技术水平。目前，50个工位以上的级进模进距精度可达到2微米，多功能级进模不仅可以完成冲压全过程，还可完成焊接、装配等工序。我国已能自行设计制造出达到国际水平的精度达2-5微米，进距精度2-3微米，总寿命达1亿次。我国主要汽车模具企业，已能生产成套轿车覆盖件模具，在设计制造方法、手段方面已基本达到了国际水平，而在制造方法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，但在制造质量、精度、制造周期和成本方面与国外相比还存在一定差距。模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正在不断向传统制造技术渗透、交叉、融合形成了现代模具制造技术。其中高速铣削加工、电火花铣削加工、慢走丝切割加工、精密磨削及抛光技术、数控测量等代表了现代冲模制造的技术水平。高速铣削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面质量（主轴转速一般为1500040000r/min）,加工精度一般可达10微米，最好的表面粗糙度Ra1微米），而且与传统切削加工相比具有温升低（工件只升高3摄氏度）、切削力小，因而可加工热敏材料和刚性差的零件，合理选择刀具和切削用量还可实现硬材料（60HRC）加工；电火花铣削加工（又称电火花创成加工）是以高速旋转的简单管状电极作三维或二维轮廓加工（像数控铣一样），因此不再需要制造昂贵的成形电极，如日本三菱公司生产的EDSCAN8E电火花铣削加工机床，配置有电极损耗自动补偿系统、CAD/CAM集成系统、在线自动测量系统和动态仿真系统，体现了当今电火花加工机床的技术水平；慢走丝线切割技术的发展水平已相当高，功能也相当完善，自动化程度已达到无人看管运行的程度，目前切割速度已达到300mm/min,加工精度可达1.5微米，表面粗糙度达Ra=010.2微米;精度磨削及抛光已开始使用数控成形磨床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光等先进设备和技术;模具加工过程中的检测技术也取得了很大的发展,现在三坐标测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外,其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措施及简单操作步骤，使得现场自动化检测成为可能。此外，激光快速成形技术（RPM）与树脂浇注技术在快速经济制模技术中得到了成功的应用。利用RPM技术快速成形三维原型后，通过陶瓷精铸、电弧涂喷、消失模、熔模等技术可快速制造各种成形模。如清华大学开发研制的“M-RPMS-型多功能快速原型制造系统”是我国自主知识产权的世界惟一拥有两种快速成形工艺（分层实体制造SSM和熔融挤压成形MEM）的系统，它基于“模块化技术集成”之概念而设计和制造，具有较好的价格性能比。一汽模具制造公司在以CAD/CAM加工的主模型为基础，采用瑞士汽巴精化的高强度树脂浇注成形的树脂冲模应用在国产轿车试制和小批量生产开辟了新的途径。1.3.3冲压设备和冲压生产自动化方面 性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件，高精度、高寿命、高效率的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备相匹配。为了满足大批量高速生产的需要，目前冲压设备也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多功能、高速和数控方向发展，加工机械乃至机器人的大量使用，使冲压生产效率得到大幅度提高，各式各样的冲压自动线和高速自动压力机纷纷投入使用。如在数控四边折弯机中送入板料毛坯后，在计算机程序控制下便可依次完成四边弯曲，从而大幅度提高精度和生产率；在高速自动压力机上冲压电机定转子冲片时，一分钟可冲几百片，并能自动叠成定、转子铁芯，生产效率比普通压力机提高几十倍，材料利用率高达97%；公称压力为250KN的高速压力机的滑块行程次数已达2000次/min以上。在多功能压力机方面，日本田公司生产的2000KN“冲压中心”采用CNC控制，只需5min时间就可完成自动换模、换料和调整工艺参数等工作；美国惠特尼公司生产的CNC金属板材加工中心，在相同的时间内，加工冲压件的数量为普通压力机的410倍，并能进行冲孔、分段冲裁、弯曲和拉深等多种作业。近年来，为了适应市场的激烈竞争，对产品质量的要求越来越高，且其更新换代的周期大为缩短。冲压生产为适应这一新的要求，开发了多种适合不同批量生产的工艺、设备和模具。其中，无需设计专用模具、性能先进的转塔数控多工位压力机、激光切割和成形机、CNC万能折弯机等新设备已投入使用。特别是近几年来在国外已经发展起来、国内亦开始使用的冲压柔性制造单元（FMC）和冲压柔性制造系统（FMS）代表了冲压生产新的发展趋势。FMS系统以数控冲压设备为主体，包括板料、模具、冲压件分类存放系统、自动上料与下料系统，生产过程完全由计算机控制，车间实现24小时无人控制生产。同时，根据不同使用要求，可以完成各种冲压工序，甚至焊接、装配等工序，更换新产品方便迅速，冲压件精度也高。1.3.4冲压标准化及专业化生产方面模具的标准化及专业化生产，已得到模具行业和广泛重视。因为冲模属单件小批量生产，冲模零件既具的一定的复杂性和精密性，又具有一定的结构典型性。因此，只有实现了冲模的标准化，才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化、商品化，从而降低模具的成本，提高模具的质量和缩短制造周期。目前，国外先进工业国家模具标准化生产程度已达70%80%，模具厂只需设计制造工作零件，大部分模具零件均从标准件厂购买，使生产率大幅度提高。模具制造厂专业化程度越不定期越高，分工越来越细，如目前有模架厂、顶杆厂、热处理厂等，甚至某些模具厂仅专业化制造某类产品的冲裁模或弯曲模，这样更有利于制造水平的提高和制造周期的缩短。我国冲模标准化与专业化生产近年来也有较大发展，除反映在标准件专业化生产厂家有较多增加外，标准件品种也有扩展，精度亦有提高。但总体情况还满足不了模具工业发展的要求，主要体现在标准化程度还不高（一般在40%以下），标准件的品种和规格较少，大多数标准件厂家未形成规模化生产，标准件质量也还存在较多问题。另外，标准件生产的销售、供货、服务等都还有待于进一步提高。设计要求:设计该零件的冲裁模冲压件图如下图所示:图1-1 零件图冲压技术要求:1. 材料: Q235；2. 材料厚度: 2.5 mm；3. 生产批量：大批量生产，月产 470000件；4. 精度要求：保证中心孔与外形轮廓一般相对位置精度。1.4 材料分析Q235普通碳素结构钢普板是一种钢材的材质。Q代表的是这种材质的屈服，后面的235，就是指这种材质的屈服值，在235左右。并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小。Q235A，Q235B，Q235C，Q235D。这是等级的区分，所代表的，主要是冲击的温度有所不同而已！A，B，C，D，所不同的，指的是它们性能中冲击温度的不同。分别为：Q235A级，是不做冲击；Q235B级，是20度常温冲击；Q235C级，是0度冲击；Q235D级，是-20度冲击。在不同的冲击温度，冲击的数值也有所不同。元素含量：A、B、C、D硫含量依次递减；A和B的磷含量相同，C的磷含量次之，D磷含量最少Q235各个级别的化学成份：Q235分A、B、C、D四级(GB700-88) Q235A级含 C0.140.22% Mn0.300.65 Si0.30 S0.050 P0.045 Q235B级含 C0.120.20% Mn0.300.670 Si0.30 S0.045 P0.045 Q235C级含 C0.18% Mn0.350.80 Si0.30 S0.040 P0.040 Q235D级含 C0.17% Mn0.350.80 Si0.35 S0.040 P0.035就其脱氧方法而言，可以采用F,b,z分别表示为沸腾钢、平镇静钢、镇静钢。沸腾钢是脱氧不完全的钢，塑性和韧性较差。用这种材料制成的焊接结构，受动力载荷作用时接头容易出现裂缝。不宜在低温下工作，有时会产生硬化现象。相比之下，镇静钢质优而匀，塑性和韧性都好。Q235的机械性能：抗拉强度（b/MPa）：375-500伸长率（5/%）：26（a16mm），25（a16-40mm）24（a40-60mm），23（a60-100mm）22（a100-150mm），21（a150mm）其中 a 为钢材厚度或直径。在板材里，是最普通的材质，属普板系列。过去的一种叫法为：A3。执行标准：外部标准为：GB709，内部标准为：GB3274-882 冲裁模设计程序及步骤2.1 冲裁工艺性分析有零件图可知，图中并大部分没有标明精度要求和公差等级，故没有标明精度可采用自由公差进行生产制造,按惯例取 IT12 级,符合一般冲压的精度要求,模具精度取 IT9 即可。图样零件材为 Q235 钢板,能够进行一般的冲压加工,市场上也容易得到这种材料,价格适中；外形落料的工艺性: 零件属于中小零件,材料厚 t= 2.5mm,外形简单,尺寸精度要求一般,因此可用冲裁落料工艺；冲孔工艺: 冲中心孔孔径为 20 mm,两小孔孔径为 10 mm,孔尺寸精度要求一般可采用冲孔工艺；综合以上几个方面的情况可认为图样所示主要冲压工序的工艺性良好。2.2 确定工艺方案图样所示零件所需的基本工序为冲孔,落料。可拟定出如下工艺方案:方案1.用简单模分四次加工 即:落料冲孔(中心孔)冲孔(小孔)-冲孔(小孔)方案2.用简单模和复合模分两次加工 即:落料-冲孔(中心孔和小孔)方案3.用复合模一次加工方案4.用极进模冲制采用方案1,2，会使工件尺寸的积累误差加大,生产率低,操作不方便也不安全,但模具简单,制造周期短,不过工序分散,模具和设备数量要求多。采用方案3，零件生产率提高,尺寸精度较好,使用的设备较少,产品质量高,但复合模具结构复杂,制造麻烦且模具寿命较低。采用方案4生产率提高,尺寸精度可以保证,模具寿命长,但设计制造也复杂；比较各个方案,方案4能在大批量生产下,能够保证产品的质量,生产效率也高,使用寿命长,综合的生产成本方案4更经济,现确定用此方案进行生产。根据给定的产量的要求,按每月22天/每天8小时计,实行单班生产,则每分钟的产量是45件,因此采用普通板人工送料,即可满足生产的需要；根据市场的供应情况原材料选1000mm2000mm2.5热轧钢板。2.3 落料变形的三个阶段落料的过程是在瞬间完成的，整个变形过程大致可分为三个阶段：（1）弹性变形阶段 凸模对板料施压，使材料产生弹性变形。板料稍微挤入凹模口。板料与凸、凹模接触处形成很小的圆角。由于凸、凹模之间存在间隙，板料同时受到弯曲和拉伸的作用，凸模下的板料产生弯曲，凹模上的板料开始上翘。（2）塑性变形阶段 当凸模继续压到一定深度时，材料内部应力达到屈服点，板料开始在与凸模、凹模的刃口接触处产生塑性剪切变形。凸模切入板料并将下部板料挤入凹模孔内。在板料剪切面处形成塌角，同时在切断面上形成一小段光亮且与板料垂直的表面。随着冲压过程的继续，应力不断增加，材料的变形程度便不断增加，变形区向板材的深度方向发展、扩大，同时硬化加剧，变形抗力也不断上升，应力也随之增加，直至凸、凹模刃口处达到极限应力的应变值，这就意味着塑性变形结束，材料即产生微小裂纹。（3）分离阶段裂纹产生后，随凸模继续压入，凸、凹模刃口附近产生的微裂纹沿最大剪应变速度方向不断向板材内部扩展。若间隙合适，上、下裂纹则相遇重合，板料上下部分分离。3 冲裁制件排样及设计3.1毛坯排样在冲压生产中，能够快速生产不同复杂程度的薄片金属零件，特别是在大产量的情况下，能够高强度生产。生产过程效率高，其中材料成本占据整个冲压生产成本的75%。但材料不能被完全利用到零件上，因为零件不规则的外形必须被包含在带料内。冲压生产的排样设计直接决定废料的大小。很明显，使用最理想的排样设计对于提高公司的竞争力是至关重要的。 加工设计阶段所创建的排样设计直接决定了材料的损失程度。当一个或多个零件布置在带料上时，设计者选择零件的布置方法，以及带料的宽度，以及多个零件在一起的情况下，他们的位置关系。理想情况下，材料应该被充分利用。 即使微小的数值的改进也能使材料利用率提高。例如，在每分钟200次行程的冲压生产中，每个行程仅节约10克材料也能够在八小时的生产中累计到节约材料一吨以上。加工设计阶段决定材料的利用率，搭边大小决定(通常很长)工具的寿命。因此，加工生产前确定最佳排样设计具有重大意义。 此项任务较为复杂，尽管如此，在设计中改变搭边值以后能够改变步距 (带料中邻近零件之间的距离) 以及带料宽度。评估设计效率非常具有挑战性，单一零件在带料上的布局能够通过精确的最佳计算方法描述，迄今为止零件间的布局只能通过近似计算法则解决。嵌套法对于零件之间的布局是一个重要问题从以往的经验来看零件间相互嵌套常常能够改善材料的利用率，就像在单一带料中将每个零件层叠在一起。本文引用普通案例中所取零件旋转180后与上一工位零件相嵌套，以及两个不同零件间的相互嵌套。本文通过两个具体案例描述了一种新的排样布局计算方法。曾经, 带料排样设计问题需要通过手工来解决。例如, 通过纸板模拟冲裁来获取一个好的排样方法。通过计算机介绍的设计过程所得出的步骤。也许首先要做出适合工件的矩形，然后将矩形顺序排放在带料上。这种方法适合不相互重叠的矩形、拉深多边形、已知相互关联的外形。这种原理的方法具有一定局限性，尽管如此，在这种具有局限性下的设计中所产生较多的工艺废料不能被避免，这些额外损失的材料导致了设计方案无法达到最佳化。3.2 工序排样的意义和材料利用率冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法叫排样。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。冲压件在条料或板料上的布置方法称为排样。排样合理与否不但影响材料的经济利用，还影响到制件的质量、模具的结构与寿命、制件的生产率和模具的成本等技术、经济指标。排样的意义在于保证用最低的材料消耗和最高的劳动生产率得到合格的零件。排样合理与否，经济性是否好，可用材料利用率来衡量。提高材料利用率的途径是减少废料面积。废料分为结构废料和工艺废料。结构废料是由零件的结构特点产生的废料，一般不能改变，但可以利用大尺寸的废料冲制小尺寸的零件；工艺废料是零件之间和零件与条料侧边之间的废料。 排样方式不同，材料的利用率不同，提高材料利用率的途径有：主要从减少工艺废料着手；设计合理排样方案；选择合适的板料规格；合理的材料法（减少料头、料尾）；利用废料冲制小件；在不影响设计要求的情况下，改善零件结构。3.3 工序排样类型排样方式设计按材料利用情况排样可分为三类，其比较见表1：表1三类排样方式比较排样方式 概念 优缺点及适用范围有废料 排样沿零件的全部外形冲压四周有一定的余量这样排样材料利用率较低，但制件质量和精度均能得到保证，冲模的寿命相应提高，多用于形状复杂制件精度要求较高的制品冲压少废料 排样沿制件部分外形冲压，也就是只能有一个。这种排样材料利用率较高，生产率高，具有一次能冲压多个制件和简化模具结构 降低冲压力等优点。但只能保证一个方向的制件精度。无废料 排样在整个冲压过程中只有料头料尾和结构废料。这种排样材料利用率最高，生产率高；模具结构得以简化，成本低，冲床负荷轻；但制件的冲压精度差，多用于冲压精度要求不高，且比较贵重的材料冲压。根据零件的冲压要求,所以本零件的冲压适于少废料型排样。3.4 工序排样样图根据以上几个方向的设计,经综合分析比较,可确定图样所示零件的冲压工序排样图如图所示:即零件的冲制用三工位级进模。第一工位：冲中心孔第二工位: 冲小孔 (两个小孔一个工位完成)第三工位: 落料如图下图所示：冲缺口 外形落料 冲小孔 冲中心孔 图3-4 工序图3.5 条料尺寸及步距精度3.5.1搭边值的确定搭边是废料，从节省材料出发，搭边值应愈小愈好。但过小的搭边容易挤进凹模，增加刃口磨损，降低模具寿命，并且也影响冲裁件的剪切表面质量。一般来说，搭边值是由经验确定的。确定搭边是应考虑以下几个方面： 材料的力学性能。塑性好的材料，搭边值要大些，硬度高与强度大的材料，搭边值小一些。 材料的厚度。材料越厚，搭边值也越大。 工件的形状和尺寸。工件外形越复杂，圆角半径越小，搭边值也越大。 排样的形式对排的搭边值大于直排的搭边。 运料及挡料方式用手工送料，有侧压板导向的搭边值可小一些。在进行理论计算的时候，搭边值可以根据表2进行选定表2工件的最小搭边值 （ 单位：mm）材料厚度t(mm)圆件及r2t的圆角矩形件边长l50mm或圆角r2t工件间侧面工件间侧面工件间侧面0.25以下1.82.02.22.52.83.00.250.51.21.51.82.02.22.50.50.81.01.21.51.81.82.00.81.20.81.01.21.51.51.81.21.61.01.21.51.81.82.01.62.01.21.51.82.02.02.22.02.51.51.82.02.22.22.52.53.01.82.22.22.52.52.83.03.52.22.52.52.82.83.23.54.02.52.82.83.23.23.54.05.03.03.53.54.04.04.55.0120.6t0.7t0.7t0.8t0.8t0.9t因为零件厚度为2.5mm,因此选定沿送进方向搭边为 =2.5mm3.5.2条料的宽度 确定条料宽度的原则是：最小条料宽度要保证冲裁时零件周围有足够的搭边值。最大条料宽度能在导料板间送进，并与导料板间有一定的间隙 。有侧压装置的冲裁有侧压装置时，条料始终靠左边的导尺送进。有侧压冲裁时条料宽度为： 导尺间距： 式中 B条料公称长度； D垂直于送料方向的工件尺寸； 条料侧搭边； D条料宽度公差；Z导尺与最宽条料间的单向最小间隙。无侧压装置的冲裁无侧压时，条料理想的送进基准是零件的中心线。无侧压冲裁时条料宽度为： 导尺间距： 有侧刃时条料宽度条料宽度为： 导尺间距为：式中 n侧刃数； c侧刃冲切的料边宽度； Z冲切后的条料宽度与导尺间的间隙。排样的目的就是保证用最低的材料消耗和最高的劳动生产率得到合格的零件；排样形式有无废料排样法、少废料排样法及有废料排样法三种，精度由低到高，而材料利用率则由高到低；搭边的作用是补偿定位误差、保证刚度、便于送料。条料宽度定为 B=76 mm ； 步距为 S=42.5 mm；步距精度: 工位数为 n=3 ； 由轮廓尺寸精度查得 =0.1；根据冲裁的间隙 从修正系数表中查得 K=1.00；根据经验公式: 取=0.04 -步距对称偏差植, -冲件沿送料方向最大轮廓尺寸精度提高三级后实际公差值 n-工位数k-修正系数3.5.3产品零件材料成本由钢板尺寸规格1000mm2000mm考虑到材料的利用率和可保持连续冲裁状态的送料稳定,可将板料按下图所示裁成条料进行冲压,这样每块板裁成13条长度为1997.5mm的条料. 图3-5-1 钢板 对要求所示零件,典型的排样方案有两种如下图:图3-5-2 排样图采用第一种方案要求条料宽度小,模具宽度小,但模具会较长,而且送进步距长,不便实现快速生产；采用第二种方案摸具宽度增加,但模具长度会缩短,送进步距小,便于提高生产效率；两种方案的材料的利用率相当,在同样保证产品质量的情况下,方案二的生产效率较高,所以考虑拟用第二种排样方案。查表(搭边数值表)知,搭边值为:沿送进方向搭边为 =2.5mm侧向搭边为 =2.5mm由此可算出步距初定为 S=40+2.5=42.5mm条料的宽度为 B=76mm由此可以算出材料的利用率为 A-冲裁的实际面积B-条料宽度S-步距由利用率可知,排样合理。每块钢板可冲的零件数为 611个,正常情况下每月使用770张钢板.每张钢板的重量约为 13 kg,所以每月需要 10010kg 的钢板,设每吨钢材2725元,则算出每个零件的材料成本为0.058元. 4 冲裁模具初步设计4.1 冲裁模设计冲孔加工的冲切刃口设计,外形落料加工的冲切刃口设计；考虑无间断送料用冲缺口冲切刃口设计:如下图所示 图4-1 冲缺口4.2 冲裁间隙的选用冲裁间隙是指冲裁模的凸模和凹模刃口之间的尺寸之差。单边间隙用C表示，双边间隙用Z表示。圆形冲裁模双边间隙为ZDd-Dp式中：Dd冲裁模凹模直径尺寸，mm；Dp冲裁模凸模直径尺寸，mm。冲裁间隙值的大小对冲裁件质量、模具寿命、冲裁力和卸料力的影响很大，是模具设计中的一个重要因素。因此设计模具时一定要选择一个合理的间隙，考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损，生产中通常是选择一个适当的范围作为合理间隙，这个范围的最小值称这最小合理间隙Zmin，最大值称为最大合理间隙Zmax，由于模具在使用过程中会逐步磨损，设计和制造新模具时宜采用最小合理间隙。4.3 凸、凹模工作部分计算4.3.1凸、凹模刃口尺寸计算原则由冲裁过程和生产实践可知：落料件的光面是因凹模刃口挤切材料产生的，而孔的光面是凸模刃口挤切材料产生的，落料件的大端尺寸等于或接近于凹模刃口尺寸，冲孔件的小端尺寸等于或接近于凸模刃口尺寸，如图所示。同时考虑到模具使用后的磨损情况，在确定模具刃口尺寸及其制造公差时，需遵循下述原则。（1）落料时，先确定凹模刃口尺寸。凹模刃口的基本尺寸取接近或等于制件的最小极限尺寸，以保证凹模磨损在一定范围内，仍能冲出合格制件。凸模刃口的基本尺寸则按凹模刃口基本尺寸减小一个最小合理间隙值来确定。（2）冲孔时，先确定凸模刃口尺寸。凸模刃口的基本尺寸取接近或等于也的最大极限尺寸，以保证凸模磨损在一定范围内仍可使用，而凹模刃口的基本尺寸按凸模刃口的基本尺寸加上一个最小合理间隙值来确定。（3）凸模和凹模刃口的制造公差，主要取决于冲裁件的精度和形状。一般模具的制造精度比冲裁件的精度至少高12级。若制件没有标注公差，则对于非圆形件按国家标准非配合尺寸的IT14级精度来处理，圆形件一般可按IT10级精度来处理。制件精度与模具制造精度的关系见表3。表34.3.2刃口尺寸计算方法凸、凹模刃口尺寸的计算与加工方法有关，基本上可分为以下两类：（1）凸模与凹模分开加工这种方法主要适用于圆形或开关简单的冲裁件。采用这种方法时，要分别标注凸模和凹模刃口尺寸与制造公司（凸模公差、凹模公差）。同时，为保证一定的间隙，模具的制造公关必须满足下列条件：或 式中：凸模制造公差； 凹模制造公差； 最大合理间隙； 最小合理间隙。图4-3 落料冲孔时各部分尺寸及公差分布 当选择凸模与凹模分开加工方法加工模具时，其工作部分尺寸公差和计算公式如下表4：表4 凸模与凹模分开加工工作部分尺寸和公差计算公式工序性质制件尺寸凸模尺寸凹模尺寸落料D0-后求出先求出冲孔先求出后求出 注：Dp、Dd落料凸、凹模基本尺寸，mm；dp、dd冲孔凸、凹模基本尺寸，mm；制件制造公差，mm；Zmin最小合理间隙；因数，其值见表5；、凸、凹模的制造公差，见表6；凸模与凹模配作加工工作部分尺寸和公差计算公式，见表7表5 因数材料厚度t/mm非圆形值圆形值10.750.50.750.5制件公差/mm10.160.170.350.360.160.16120.200.210.410.420.200.20240.240.250.490.5040.300.210.590.601802600.0300.04518300.0200.0252603600.0350.05030800.0200.0303605000.0400.060801200.0250.0355000.0500.0701201800.0300.040表7 凸模与凹模配作加工工作部分尺寸和公差计算公式工序性质制件尺寸凸模尺寸凹模尺寸落料按凹模尺寸配制，其双面间隙为 C冲孔按凸模尺寸配制，其双面间隙为 C注：Ad、Bd、Cd凹模刃口尺寸，mm；Ap、Bp、Cp凸模刃口尺寸，mm；A、B、C制件基本尺寸，mm；、凹模、凸模制造公差，取值为/4；制件公差，mm；制件偏差，对称偏差时/2，mm；因数，其什见表；Zmin、Zmax落料、冲也模刃口最小、最大合理间隙。（2）凸模与凹模配作加工凸、凹模配作加工是指先按图样设计尺寸加工好凸模或凹模中的一件作为基准件（一般落料时以凹模为基准件，冲也时以凸模为基准件），然后根据基准件的实际尺寸按间隙要求配作另一件。这种加工方法的特点是模具的间隙由配作保证，工艺比较简单，不需用公式来进行校核，并且还可以放大基准件的制造公差（一般可取冲裁件公差的1/4），使制造容易，因此是目前一般工厂常采用的方法。用配合加工法制造模具常用于复杂开关及薄料的冲裁件，图样上只需标注基准件的尺寸及其公差，配作件仅注基本尺寸，并注明与基准件配作及应保证的间隙值。4.4 凸凹模的刃口尺寸设计(1).落料的凸凹模的刃口尺寸由于零件的外形比较复杂,为保证零件精度要求一般就可按凹凸模配合加工的方式,现以凹模为基准件,根据凹模磨损后的尺寸变化情况将零件各尺寸分类: ， 图4-4-1 落料凹模 图4-4-2 落料凹模磨损图根据零件的形状，凹模磨损后其尺寸变化有两种情况：1) 凹模磨损后；尺寸，增大，即按一般落料凹模尺寸公式计算， 查表得 0.360 ，0.500 ； =0.75 按IT12的精度查得=1.15 ， =0.87 ，2） 凹模磨损后：尺寸C没有变化 零件尺寸标注为5, 按IT12制造的精度查手册得=0.21 查表得 0.360 ,可以保证双边间隙为0.360凸模尺寸按凹模实际尺寸配做,，-凹模刃口尺寸， -与，相对应的冲裁件的基本尺寸-零件的制造公差-凹模制造公差；当标注为+或-时取=/4；当标注为时取=/8=mm，=mm，=mm而凸模的尺寸为相应的 69.13mm；39.34mm；5mm中心孔凸模尺寸计算 dp1 =20.5-0.02 小孔凸模尺寸计算 dp2 = 10.3-0.02 (2).冲缺口的凹凸模尺寸计算：因为这一工序是为了使送料连续不断而加的一步，对凹凸模的尺寸精度要求不高，力求能顺利冲断即可，凸模选用标准件圆凸模B20X65 JB/T8057.2-1995，中心镗光孔直径mm和镗孔的深度为 30mm ，镗底部螺纹孔直径为mm。螺纹孔的钻盲孔深度取 12 mm，螺纹孔的深度为 10 mm。4.5 凸模高度设计以第三工位落料凸模高度 H 为基准,中心孔的凸模高度为 H65 mm；冲两小孔的凸模高度为 H65 mm；第三工位落料模高度为 H65 mm； 冲缺凸模高度为 H65 mm。4.6 模具零件结构的强度校核经校核凹凸模的抗压和抗弯的强度,符合要求.4.7 载体设计零件用落料工序排样,用边料做载体,可以保证工序件在模具上稳定的送进。4.8 条料定位方式在开始的冲孔落料时,先分别用始用挡料销挡料定距,以后即由挡料杆挡料定距,在送料时,两侧选用弹簧侧压块用侧压块使条料紧贴导板作为导向的边导料,挡料杆挡料定距使送料更准确。4.9 导正方式在冲小孔时用导正销导正保证空间的距离，落料时导正为了保证零件上中心孔的与外形精度,导正销直径取19.90mm。5 冲裁力的计算5.1冲裁力的计算步骤：按工序排样图所示,本零件冲压力由多个部分组成;冲裁力 P : 由四个本分组成,即 其中为冲中心孔的力；冲为两小孔的力；为冲外形轮廓的力；为冲缺口的力; 推件力 : 有三个部分组成,冲中心孔和两个小孔