毕业设计（论文）-甲烷电控单元支架-冲压模.doc

湖南科技大学本科生毕业设计第一章 前 言1.1 、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，从而获得所需零件（俗称冲压件或冲件）的一种压力加工方法。因为它通常是在室温下进行加工，所以称为冷冲压。又因为它主要是用板料加工零件，所以又称为板料冲压。冷冲压不但可以加工金属材料，而且还可以加工非金属材料和复合材料。冲模是将材料加工成所需冲件的一种工艺装备。冲模在冷冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，冷冲压就无法进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺也就无法实现。冷冲压生产过程的主要特征是依靠冲模和冲压设备完成加工，便于实现自动化，生产效率高，操作简便。冷冲压产品壁薄，质量轻，刚度好，可以加工形状复杂的零件。但是，冷冲压必须具备相应的冲模，而冲模制造的主要特征是单件小批量生产，精度高，技术要求高，是技术密集型产品。因而，在一般情况下，只有产品生产大批量的情况下，才能获得较高的经济效益。冲压成形作为现代工业中一种十分重要的加工方法，用以生产各种板料零件,具有很多独特的优势，其成形件具有自重轻、刚度大、强度高、互换性好、成本低、生产过程便于实现机械自动化及生产效率高等优点，是一种其它加工方法所不能相比和不可替代的先进制造技术，在制造业中具有很强的竞争力，被广泛应用于汽车、能源、机械、信息、航空航天、国防工业和日常生活的生产之中。在吸收了力学、数学、金属材料学、机械科学以及控制、计算机技术等方面的知识后，已经形成了冲压学科的成形基本理论。以冲压产品为龙头，以模具为中心，结合现代先进技术的应用，在产品的巨大市场需求刺激和推动下，冲压成形技术在国民经济发展、实现现代化和提高人民生活水平方面发挥着越来越重要的作用。1.2 、模具的发展与现状模具是工业生产中的基础工艺装备，是一种高附加值的高技术密集型产品，也是高新技术产业的重要领域，其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志。随着国民经济总量和工业产品技术的不断发展，各行各业对模具的需求量越来越大，技术要求也越来越高。目前我国模具工业的发展步伐日益加快，产品发展重点主要应表现在：（1）汽车覆盖件模；（2）精密冲模；（3）大型及精密塑料模；（4）主要模具标准件；（5）其它高技术含量的模具。目前我国模具年生产总量虽然已位居世界第三，其中，冲压模占模具总量的40%以上2，但在整个模具设计制造水平和标准化程度上，与德国、美国、日本等发达国家相比还存在相当大的差距。以大型覆盖件冲模为代表，我国已能生产部分轿车覆盖件模具。轿车覆盖件模具设计和制造难度大，质量和精度要求高，代表覆盖件模具的水平。在设计制造方法、手段上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、制造周期和成本方面，以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，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，与国外多工位级进模和多功能模具相比，存在一定差距。1.3 、课题的主要特点及意义该课题主要针对甲烷电控单元支架零件（如图1-1），在对单元支架进行冲孔、落料和压弯等成形工艺分析的基础上，提出了该零件采用多工位级进模的冲压方案；根据零件的形状、尺寸精度要求，保证工件的尺寸和形状位置精度要求的同时，提高了材料的利用率和劳动生产率。图1-1 甲烷电控单元支架立体图本课题涉及的知识面广，综合性较强，在巩固大学所学知识的同时，对于提高设计者的创新能力、协调能力，开阔设计思路等方面为作者提供了一个良好的平台。1.4、 冲压工艺与模具设计的内容及步骤冲压工艺与模具设计是进行冲压生产的重要技术准备工作。冲压工艺与模具设计应结合工厂的设备、人员等实际情况，从零件的质量、生产效率、生产成本、劳动强度、环境的保护以及生产的安全性各个方面综合考虑，选择和设计出技术先进、经济上合理、使用安全可靠的工艺方案和模具结构，以使冲压件的生产在保证达到设计图样上所提出的各项技术要求的基础上，尽可能降低冲压的工艺成本和保证安全生产。一般来讲，设计的主要内容及步骤包括：1.4.1、工艺设计(1) 零件及其冲压工艺性分析 根据冲压件产品图，分析冲压件的形状特点、尺寸大小、精度要求、原材料尺寸规格和力学性能，并结合可供选用的冲压设备规格以及模具制造条件、生产批量等因素，分析零件的冲压工艺性。良好的冲压工艺性应保证材料消耗少、工序数目少、占用设备数量少、模具结构简单而寿命高、产品质量稳定、操作简单。(2) 确定工艺方案，主要工艺参数计算 在冲压工艺性分析的基础上，找出工艺与模具设计的特点与难点，根据实际情况提出各种可能的冲压工艺方案，内容包括工序性质、工序数目、工序顺序及组合方式等。有时同一种冲压零件也可能存在多个可行的冲压工艺方案，通常每种方案各有优缺点，应从产品质量、生产效率、设备占用情况、模具制造的难易程度和寿命高低、生产成本、操作方便与安全程度等方面进行综合分析、比较，确定出适合于现有生产条件的最佳方案。此外，了解零件的作用及使用要求对零件冲压工艺与模具设计是有帮助的。工艺参数指制定工艺方案所依据的数据，如各种成形系数（拉深系数、胀形系数等）、零件展开尺寸以及冲裁力、成形力等。计算有两种情况，第一种是工艺参数可以计算得比较准确，如零件排样的材料利用率、冲裁压力中心、工件面积等；第二种是工艺参数只能作近似计算，如一般弯曲或拉深成形力、复杂零件坯料展开尺寸等，确定这类工艺参数一般是根据经验公式或图表进行粗略计算，有些需通过试验调整；有时甚至没有经验公式可以应用，或者因计算太繁杂以致于无法进行，如复杂模具零件的刚性或强度校核、复杂冲压零件成形力计算等，这种情况下一般只能凭经验进行估计。(3) 选择冲压设备 根据要完成的冲压工序性质和各种冲压设备的力能特点，考虑冲压加工所需的变形力、变形功及模具闭合高度和轮廓尺寸的大小等主要因素，结合工厂现有设备情况来合理选定设备类型和吨位。常用冲压设备有曲柄压力机、液压机等，其中曲柄压力机应用最广。冲裁类冲压工序多在曲柄压力机上进行，一般不用液压机；而成形类冲压工序可在曲柄压力机或液压机上进行。1.4.2 、模具设计模具设计包括模具结构形式的选择与设计、模具结构参数计算、模具图绘制等内容。(1) 模具结构形式的选择与设计 根据拟定的工艺方案，考虑冲压件的形状特点、零件尺寸大小、精度要求、生产批量、模具加工条件、操作方便与安全的要求等选定与设计冲模结构形式。(2) 模具结构参数计算 确定模具结构形式后，需计算或校核模具结构上的有关参数，如模具工作部分(凸、凹模等)的几何尺寸、模具零件的强度与刚度、模具运动部件的运动参数、模具与设备之间的安装尺寸，选用和核算弹性元件等。(3) 绘制模具图 模具图是冲压工艺与模具设计结果的最终体现，一套完整的模具图应该包括模具和使用模具的完备信息。模具图的绘制应该符合国家制定的制图标准，同时考虑模具行业的特殊要求与习惯。模具图由总装图和非标准件的零件图组成。总装配图主要反映整个模具各个零件之间的装配关系，应该对应绘制说明模具构造的投影图，主要是主视图和俯视图及必要的剖面、剖视图，并注明主要结构尺寸，如闭合高度、轮廓尺寸等。习惯上俯视图由下模部分投影而得，同时在图纸的右上角绘出工件图、排样图，右下方列出模具零件的明细表，写明技术要求等。零件图一般根据模具总装配图测绘，也应该有足够的投影各必要的剖面、剖视图以将零件结构表达清楚。此外，要标注零件加工所需的所有结构尺寸、公差、表面粗糙度、热处理及其他技术要求。对于一个完整的生产过程，冲压工艺与模具设计是密不可分的，二者相互联系，相互影响，因此前述督可能需要交叉、反复进行。若方案有变化，则需重新进行设计计算。1.4.3 、编写工艺文件及设计计算说明书为了规范生产，加强管理，每一种冲压产品的生产需写相应的工艺文件(如工序卡片)。对零件冲压工艺和模具设计应编写设计计算说明书，以供日后查阅。设计计算说明书应该包括冲压件的工艺分析以及模具设计的主要内容。进行必要的工艺计算，主要包括：a排样设计与计算。选择排样方法、确定搭边值、计算送料步距与条料宽度、计算材料利用率、画出排样图等。b计算冲压力。包括冲裁力、缷料力、推件力或顶件力等。根据冲压力选择压力机的吨位。c计算模具压力中心。d计算凸、凹模工作部分尺寸并确定其制造公差。e弹性元件的选用与计算。f必要时，对模具的主要零部件进行强度验算。第二章 级进模简介级进模又称跳步模，它是在一副模具内，分为若干个等距离冲压工位，对被加工材料（一般称为带料或条料）在控制送进距离机构的控制下，逐个进行冲压，便得到一个完整的冲压零件。这样，一个比较复杂的冲压零件，用一副多工位（冲裁是由凸模和凹模完成，凸模和凹模组成一组刀口，把材料压在中间，凸模逐步靠近凹模，使材料分离；弯曲是利用压力使材料产生塑性变形，从而被弯成有一定曲率、一定角度的形状的一种冲压工序；整形是依靠材料流动，少量改变工序件形状和尺寸，以保证工件精度的一种冲压工序）级进模即可把该零件冲制完成，在一副多工位级进模中，可以连续完成冲裁、弯曲、拉深、成形等工序，一般级进模配以高速冲床，实现高速自动化作业，能使冲床生产效率大副度提高。条料在送进过程中应避免阻碍现象的产生：在设计多工位级进模条料排样图时，必须要确保在送料过程中自始至终通畅无阻，决不能有丝毫的障碍影响条料的运行，多工位级进模一般都采用浮动送料，使条料在整个冲制的送料过程中，浮离下模平面一定高度。2.1冲压工序在排样设计中的顺序原则（1）对于纯冲裁的多工位级进模，原则上先冲其形孔，并伴随着冲切掉外形余料，最后得到一个完整的冲压零件。（2）凡属于冲裁弯曲多工位级进模，应该先冲切掉孔和弯曲部分的外形余料，再进行弯曲，然后冲去其余的余料，最后再冲那些靠近弯边的孔和弯曲部分侧面有空位精度要求的侧壁孔。（3）凡属于冲裁拉深多工位级进模，从拉深直径与拉深高度之比属于多次拉深的零件，为保证材料流动，获得较小拉深系数，再加上切边余量，应该先安排切口加工，再进行拉深，当拉深成形后，再从条料上冲下零件。（4）对于零件带有拉深、弯曲加工的冲压零件，在设计条料排样图时，原则上是先拉深，然后再考虑冲边的周边余料，随后进行弯曲加工。因为在拉深过程中，周围材料的流动量是较大的，当拉深结束后在进行弯曲可以避免零件的变形。弯曲、成形部位邻近孔冲压加工应考虑的问题：靠近弯曲部分的孔，应先加工孔后压弯，这样能简化模具设计。如果孔的位置精度要求较高，孔的形状要求较严，先冲孔后压弯就很难保证孔位精度（压弯时必然引起孔的变形），为了保证孔位与孔形的正确，就应先冲孔，孔在压弯时避免变形的条件为h1.5t+r。属于浅的挤出孔和镦形加工，材料的流动对邻近孔的影响是不可忽略的，这时应当先挤出孔、镦形加工，然后再冲出邻近孔。2.2模具上应考虑的问题（1）凹模应有足够的强度：多工位级进模凹模的工作形孔以及其它各种安装孔很多，因此在设计条料排样图时，必须全面考虑凹模强度，尤其在高速冲压的场合下，形孔之间的最小间隔应适当，对于异形孔，其形孔间隔应适当放大一些。在设计排样图时，应避免形孔有尖的凸角、狭槽、细腰等微薄环节，以保证凹模、凸模的强度。（2）正确安排侧刃孔与导正钉孔：侧刃孔是用来控制步距的工艺性用孔，以便用它来保证每一工步的送进距离，所以侧刃孔都安排在条料的第一工位。多工位级进模在采用自动送料机构送料时，必须在条料排样图的第一工位冲出工艺性导正钉孔，在第二工位及在以后每隔24工位的相应位置设置导正钉，对于某些圆形拉深件的多工位级进模，一般不必再设置导正钉，因为各工位的拉深凸模本身就对条料起到定距导正的作用，对于拉深成形以后再进行冲裁、弯曲等加工的零件，拉深阶段同样不必设置导正钉，导正钉孔的冲制放在拉深以后的工位，导正钉孔冲制以后的下一工位才开始设置导正钉。2.3材料及其它问题（1）被加工材料：多工位级进进模对被加工材料的要求都是很严格的，在设计排样图时，对材料的供应状态、被加工材料的机械性能、材料厚度、条料宽度、材料纹向以及材料的利用效率等都要予以全面考虑。例如材料的辗压纹向，一个冲压件当弯曲线与材料纹向垂直，压出的零件质量稳定光滑。当两者平行时，对某些材料或弯曲半径很小时，零件弯曲部分会出现裂纹。为此，带有弯曲加工的级进模，在设计条料排样图时，应当保持零件弯曲线与材料辗压纹向垂直。（2）生产能力与生产批量：当企业的生产能力与生产批量相矛盾时，要力求采用双排或多排排样，在模具上提高效率；如果生产能力与生产批量相一致时，则以单排排样为好。（3）冲压力的平衡：在设计条料排样图时，应考虑整个冲压加工的压力中心力求与模具中心一致，不过有过大的差异。一般来说，模具中心与冲压加工中心偏移最大不超过L/6。（4）冲件的毛刺方向：当冲件图纸提出毛刺方向要求时，无论条料排样图是双排还是多排，应保证各排冲出的零件毛刺方向一致，决不允许一副模具冲出的零件毛刺方向有正有反。对于带有弯曲加工的冲压零件，在设计条料排样图时，应当使毛刺面留在弯曲件的内侧，这样不仅零件外形压制美观，而且弯曲部位不会出现边口裂纹。在考虑分段切除余料时，不允许出现冲压件周边毛刺方向不一致的现象，可考虑某些部位进行侧冲的措施来解决。（5）步距精度与定距方式：多工位级进模的步距精度直接影响到冲压件的精度，步距精度愈高，冲件精度也愈高，但步距精度过高，模具制造也就愈困难，所以步距精度的确定必须根据冲压件的具体情况，如冲件的精度等级、形状复杂程度、冲件材质与厚度、模具工位数以及冲制时条料的送进方式等。定距方式有定位钉定距、侧刃定距、自动送料机构定距以及导正钉定距几种。定位钉定距适合于原料加工手工送料的普通级进模，模具的设计与制造均较简单，但定位精度较低，因此大多作为一种辅助定距装置使用。侧刃定距是多工位级进模常用的一种定位方式，它适用于0.11.5mm厚的材料，对大于1.5mm或小于0.1mm的板料不宜采用。侧刃定距是在条料的一侧或两侧冲切定距槽，定距槽的距离等于步距长度。在多工位级进模中，通常以侧刃作粗定位，以导正钉作精定位。可以或得良好的定距效果。这时，侧刃步距应稍大于实际步距0.040.12mm。导正钉定距是多工位级进模中极为普遍采用的定距方式，特别是形状十分复杂的冲件，所采用的级进模一般采用这种方式定距，采用此种方式需要其它辅助定距方式配合，最常用的是以下两种：1）一般冲床上用侧刃作粗定距，导正钉作精定距，采用手工送料，进行加工。2）在高速冲床上，采用自动送料机构作粗定距，导正钉作精定距，以实现连续自动作业。2.4 级进模的优点(1)级进模是多工序冲模，在一副模具内，可以包括冲裁、弯曲、成形和拉深等多种多道工序，具有比复合模更高的劳动生产率，也能生产相当复杂的冲压件；(2)级进模操作安全，因为人手不必进入危险区域；(3)级进模设计时，工序可以分散。不必集中在一个工位，不存在复合模中的“最小壁厚”问题。因而模具强度相对较高，寿命较长。(4)级进模易于自动化，即容易实现自动送料，自动出件，自动叠片；(5)级进模可以采用高速压力机生产，因为工件和废料可以直接往下漏；(6)使用级进模可以减少压力机，减少半成品的运输。车间面积和仓库面积可大大减小。级进模的缺点是结构复杂，制造精度高，周期长，成本高。因为级进模是将工件的内、外形逐次冲出的，每次冲压都有定位误差，较难稳定保持工件内、外形相对位置的一次性。但精度高的零件，并非全部轮廓的所有内、外形相对位置要求都高，可以在冲内形的同一工位上，把相对位置要求高的这部分轮廓同时冲出，从而保证零件的精度要求。第三章 制件成形工艺分析工艺分析是制定工艺方案的基础，它包括技术分析和经济分析两方面内容。在技术方面，根据产品图样，主要分析该冲压件的形状特点、尺寸大小、精度要求和材料性能等因素是否符合冲压加工的要求，即审查冲压件的工艺性。在经济方面，主要根据冲压件的生产批量，分析产品成本，阐明采用冲压加工可以取得的经济效益。因此，冲压件的工艺分析，主要是讨论在满足零件使用要求的前提下，能否以最简单最经济的方法冲出零件，从而为制定工艺方案奠定基础。冲压件的工艺性系指冲压件对冲压工艺的适应性。在一般情况下，对冲压件工艺性影响最大的是几何形状尺寸和精度要求。良好的冲压工艺性应能满足材料较省、工序较少、模具加工较易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等要求。冲压加工对冲压件形状和尺寸的要求：不同形状和尺寸的冲压件，需采用不同的冲压加工方法，因此有不同的工艺要求。冲压加工对冲压件精度的要求：冲压加工与任何机械加工一样，也有其自身的加工精度范围。在实际生产中，由于影响冲压加工精度的因子太多，因此对冲压件的精度要求不宜过高。若精度要求过高，势必给工艺设计、模具设计和制造都带来困难，有时则须增加整形、整修等冲压工序甚至机加工等工序，才能达到工件的要求。冲压件的精度一般可分为精密级与经济级两类。精密级是指冲压工艺在技术上所允许的最高精度，而经济级是指模具达到最大许可磨损时，其所完成的冲压加工在技术上可以实现而在经济上又最合理的精度，即所谓经济精度。为降低冲压成本，获得最佳的技术经济效果，在不影响冲压件使用要求的前提下，应尽可能采用经济精度。在本设计中，冲裁件的精度应达到精密级。冲压加工对冲压件材料的要求：在冲压件的工艺分析中，除对冲压件的形状、尺寸、精度进行工艺审查外，还应审查冲压材料是否符合冲压加工的工艺要求。冲压材料与冲压加工的关系十分密切，它直接影响冲压生产和冲压件质量。冲压加工对冲压材料的要求主要包括材料性能和表面质量及厚度公差两个方面。冲压加工对材料性能的要求：用于冲裁加工的材料,应具有足够的塑性和较低的硬度,这有利于提高冲裁面的断面质量和尺寸精度。软材料(如黄铜)具有良好的冲裁性能,冲裁后可获得断面光滑和倾斜度很小的工件。硬材料(如高碳钢,不锈钢)冲裁后质量不好,断面平面度很大,对厚板冲裁时尤为严重。对于脆性材料,再冲裁时易产生撕裂现象。冲压加工对材料表面质量和厚度公差的要求：用于冲压加工的金属板料,其表面应平整光洁,无划痕,擦伤等缺陷。否则,在冲压加工过程中,缺陷部位易产生应力集中而破坏,同时也影响冲压件的外观质量。当板料表面产生翘曲或不平时.则影响剪切加工,定位不准和损坏模具,使废品率增高。板料表面也不允许有锈斑,氧化皮及其它附着物,这不仅对冲压加工不利,而且严重影响工件表面质量,且使模具寿命降低,同时又给后续加工带来一定的困难。除上述的表面质量要求外,冲压加工对板料厚度公差也有一定的要求。这是因为一定的模具间隙,适用于冲压一定厚度的材料。如果板料厚度超差,不仅使冲压件的表面质量和尺寸精度降低,而且也影响模具使用寿命,严重时会产生废品及破坏模具。本设计中的冲压制件是甲烷电控单元支架零件。如图3-1所示。 图3-1 甲烷电控单元支架零件图工件名称：甲烷电控单元支架零件简图：如图3-1所示材 料：电工用工业纯鉄(DT2)厚 度：3mm精 度：此产品为一支架，按IT12级确定工件尺寸的公差可满足其工作的需要。生产批量：大批量生产材料分析：电工硅钢板为黑色金属，力学性能见下表3-1：表3-1：DT2材料性能表 材 料名 称材 料状 态抗剪强度/MPa抗拉强度b/MPa伸长率/%屈服强度s/MPa电工用工业纯铁（DT2）已退火18023026由制件零件图可知：制件的外形规则，但需要经过多次冲裁并弯曲才能完成加工；经过总体分析，可采用少废料的排样方法。通过对零件的初步分析可知，要完成该制件的生产，需要经过以下的工艺：冲孔、侧刃切割、弯曲、切断等工序。制件的厚度为3mm，冲压件的材料是硅钢。另外，在设计中还应该考虑到材料的冲裁工艺性，以及其纤维方向的特性。3.1、工艺方案的制定根据零件形状确定冲压工序类型和选择工序顺序，一般说来，一种较为合理的工序的选择需要从冲裁件的生产批量，尺寸精度，形状复杂程度，模具成本等多方面来考虑。冲模的典型结构有：单工序模、复合模、级进模。单工序模：又称简单模，是指在压力机的一次行程中，只完成单一工序的模具，如落料模、冲孔模、弯曲模和拉深模等。对于此产品来说，模具包含冲孔、落料、弯曲、和抽孔等，因此不适合用单工序模制造。复 合 模：复合模是指在压力机的一次行程内在模具的一个工位上完成两道以上冲压工序的模具，是一种多工序冲压模。常见的复合模，有落料和冲孔复合模、落料和首次拉深复合模等。复合模与单工序模相比，主要优点是生产效率和冲压件精度高，其缺点是模具结构复杂，不易制造。它适用于生产精度要求较高的软材料或薄板料冲压件。另外它的一个主要缺点是不能进行连续生产，不便于自动控制。级 进 模：也是一种多工序模，即在压力机的一次行程中，在连续模具的不同工位上完成多道冲压工序的模具，又称连续摸。根据甲烷电控单元支架的工艺分析，其基本工序可以有有冲孔、落料、切边、弯曲三道基本工序，可得如下几种方案;（1）冲孔落料弯曲；单工序模。（2）冲孔落料复合模弯曲；复合模与单工序弯曲模冲压。（3）切边冲孔弯曲切断；连续模冲压。方案（1）属于单工序模冲裁工序，冲裁模指在压力机一次行程内完成一个冲压工序的冲裁模。，冲孔模、落料模以及弯曲模，由于此制件生产批量大，操作也不安全，所需要的劳动强度大，故不宜采用。方案（2）属于复合模与单工序弯曲模冲压，是指先在复合模中形成基本的形状，在通过弯曲模弯曲得到此产品，此套方案必须采取两套模具，分别是复合模与单工序弯曲模，所以需要的成本也比较高，劳动强度大，由于此制件生产批量大因此，不宜采用该方案。方案（3）属于连续冲裁模，连续冲裁模是指在一次工作行程中，依次在模具几个不同的位置上同时完成多道冲压工序。采用复合模冲裁，生产效率也很高，又降低的工人的劳动强度，所以此方案最为合适。根据分析采用方案（3）连续冲裁。3.2、 制件排样、条料宽度及步距的确定排样是模具设计的核心部分，是级进模设计的重要依据。条料排样图的设计可以确定以下内容：第一，模具的工位数和各工位的工序内容；被冲制工件各工序的安排及先后顺序；工件的排列方式；模具的步距、条料的宽度和材料的利用率；导料的方式和导正销的安排；基本确定模具结构。排样图设计的好坏，对模具设计影响很大，因此要设计出多种方案进行比较，以选出最合理的方案。3.2.1、排样的选用原则在设计排样图时，确定工位数在排样图设计中，首先要考虑被加工零件在全部冲压过程中要分几个加工工序，并在其中设置几个空位，在确定工位数时，要考虑到：要保证冲件的精度要求和零件几何形状的正确。对于复杂的形孔与外形分段切除时，只要不受精度要求和模具周界尺寸的限制，应力求做到各段形孔以简单、规则、容易加工为基本原则。对于一些在普通低速冲床上冲压的多工位级进模，为了使模具简单、实用、缩小模具体积，或由于条料所限，甚至只能采用侧刃做定位，为了减少步距的累积误差，凡能合并的工位，只要能保证零件的精度，模具本身有足够的强度，就不要轻易分解，增加工位。尤其对那些形状不易分解的零件，更不要轻率增加工位。在排样图中，增设空位工位的目的是为了保证模具有足够的强度，确保模具的使用寿命，或是为了便于模具设置特殊结构，用导正钉做精确定距的条料排样图可适当地多设置空位工位。因步距累积误差较小，对产品的精度不大。当模具的步距较大时（一般步距16mm），不宜设置空位工位。一般来说，精度高、形状复杂的零件在设计条料排样图时，应该少设置空位工位；反之，形状较简单、精度低的零件可适当地增加空位工位。工件排样是冲压工件及模具设计的重要环节，它直接影响到材料的利用率、工件的质量、生产率、模具的制造难易程度、模具寿命等，排样方式主要考虑的问题有：（1）材料的利用率：在满足产品的质量要求的前提下，尽可能考虑高的材料利用率，材料的步距和料宽应取整数。（2）生产工艺性要求：产品形状和排样方式基本上决定了冲头的形状，所以在已定产品形状的情况下，选择排样方式时就应该考虑冲头的加工工艺性，使冲头尽可能形状最简单，强度最大。冲头形状的设计应当考虑凹模的强度、冲头的强度、冲头的固定和冲头的加工等各种因素。为了使材料在冲压过程中稳定进给，必须在排样中设置载体，并在连接处把工件和材料连接起来。载体一般设置在材料的两侧、中间部位或单侧，载体的大小要有足够的强度，又要节省材料。带有导正孔的载体能校正高速冲压过程中的窜动。连接处的位置应选择恰当，既要稳定可靠，又要有利于其它工位和最后工位的切断，与载体分离。3.2.2、 排样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。采用少、无废料排样法，材料利用率高，不但有利于一次冲程获得多个制件，而且可以简化模具结构，降低冲裁力，但是，因条料本身的公差以及条料导向与定位所产生的误差的影响，所以模具冲裁件的公差等级较低。同时，因模具单面受力（单边切断时），不但会加剧模具的磨损，降低模具的寿命，而且也直接影响到冲裁件的断面质量。由于设计的零件是矩形零件，所以采用费料直排法。见下图所示。图3-2 甲烷电控单元支架排样图3.2.3、搭边值的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，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。或影响送料工作。搭边值通常由经验确定，表所列搭边值为普通冲裁时经验数据之一。该制件是矩形工件，根据尺寸从冲压模实用设计手册中查出：钢（WC0.05%0.25%）两制件之间的搭边最小值a1=2.5（mm）,侧搭边值a=2.8(mm)。对于其他材料的应将表中的数值乘以下列数：钢（WC0.3%0.45%） 0.9钢（WC0.5%0.65%） 0.8硬黄铜 11.1 DT2 11.2软黄铜，纯铜 1.2由于该制件的材料是Q235，所以两制件之间的搭边值为： a1=2.5（11.2）=2.53(mm)但考虑到凸模的强度问题取a1=5(mm)侧搭边值 a=2.8（11.2）=2.83.36(mm)取a=3(mm)3.2.4、条料宽度的确定计算条料宽度有三种情况需要考虑；有侧压装置时条料的宽度。无侧压装置时条料的宽度。有定距侧刃时条料的宽度。有定距侧刃时条料的宽度。有侧压装置的模具，能使条料始终沿着导料板一侧送进。条料宽度公式：B=（D+2a） 其中条料宽度偏差上偏差为0，下偏差为。D条料宽度方向冲裁件的最大尺寸。a侧搭边值。查冲压模实用设计手册条料宽度偏差为0.9mm。 但此工件制作中涉及有弯曲的工部，所以有弯曲毛坯尺寸的计算，对于此工件而言，r=2,t=3,即r0.5t.可由经验公式D=a+b+0.4t求得， 其中在此工件总a=25mm,b=22mm,t=3mm代入上式有： D=（70+25）+22+0.4*3 =119.2mm根据公式4 1 B=（D+2a） =（119.2+23）0-0.9 =1250-0.93.2.5 导板间间距的确定导料板间距离公式： A=B+Z Z导料板与条料之间的最小间隙（mm）；查冲压模实用设计手册得Z=2mm 根据公式 A= B+Z =125+2 =127（mm）3.2.6材料利用率的计算：冲裁零件的面积为： S= 15800(mm2)送料步距为：h=La1=190+5=195mm材料利用率大致可表示为： n11=(nS/Bh)100% 其中：n为一个步距冲裁零件数量； S为冲裁件的面积： B为条料的宽度： h为冲裁的步距。代入公式有： n11=(nF/Bh)100% =（115800/133195）100% =60.9% 第四章 凹凸模形状及尺寸的设计4.1、凸凹模及弯曲模刃口形状的确定由制件展开图（图3-2）可以知道，要完成制件的加工，需要将带料上的废料冲裁掉，各工位冲裁掉废料的外观形状即为凹模、凸模的刃口形状；对于冲孔凸模，展开图中所取的目标值即为凸模刃口的形状尺寸。对于制件外观形状不规则部分的成形，其成形凸模、凹模叫做异形凸模或者异形凹模。异形凹模或凸模的刃口形状没有固定的设计标准，在满足制件外形的情况下刃口形状可以自己确定，但必须考虑以下条件：查冲压模具设计实用手册，当料厚为0.5mm时，异形凹模、凸模的最小宽度应该大于2mm；在设计中，通常确定最小尺寸的方法是，异形凸模最小宽度 形状应该力求简单，以利于材料的合理利用，同时要避免细长悬臂结构；转角处要尽量避免尖角，尖角处应该用圆弧连接，以起到避免尖角处因应力集中而使冲模裂开的危险。对于此设计中的材料，其最小圆角半径的选取标准为：落料部分：当圆弧角大于或等于90度时，最小圆角半径=0.25T；当圆弧角小于90度时，最小圆角半径=0.5T；冲孔部分：当圆弧角大于或等于90度时，最小圆角半径=0.30T；当圆弧角小于90度时，最小圆角半径=0.6T。各凸模从左到右刃口大致形状如下示意图： 图4-1 凸模一刃口示意图图4-2 凸模二刃口示意图图4-3 凸模三刃口示意图 图4-4 凸模四刃口示意图图4-5 凸模五刃口示意图图4-6 凸模六刃口示意图4.1 、冲裁间隙的确定4.1.1、 凹模、凸模间隙的确定 冲裁模的凸模横断面，一般小于凹模孔，凹模与凸模部分，在垂直冲裁方向的投影尺寸之差，叫做冲裁间隙。冲裁间隙有两种含义：一种是指凹模与凸模间每侧空隙值，称为单面间隙；另外一种指凹模和凸模间两侧间隙之和，称为双面间隙；习惯上常说的间隙是指双面间隙，用符号Z表示，单面间隙用Z/2表示。生产实践证明，间隙值的大小，分布均匀与否，对冲裁件的断面质量、尺寸精度、冲裁力和模具寿命有直接的影响。凸模和凹模之间的大小可以分为三种基本情况，即间隙合理，间隙过大，间隙过小三种情况。冲裁间隙的大小对制件断面的影响,间隙合理，材料在分离时，凹模和凸模刃口处裂纹重合，冲裁间隙不是一个绝对值，而是一个数值范围，冲裁间隙在此范围内都可以得到冲裁断面较好的制件；间隙过大，凸模和凹模刃口处的裂纹不重合，凸模刃口附近的裂纹在凹模刃口附近裂纹的里边，材料受很大的拉伸，光亮带小，毛刺、塌角及斜度都比较大；间隙过小，裂纹也不重合，凸模刃口附近的裂纹在凹模刃口附近裂纹的外边，两条剪裂纹之间的一部分材料随冲裁的继续又被二次剪切和挤压，在断面上形成第二次光亮带，并在中间出现夹层和毛刺。（1）冲裁间隙对制件尺寸精度的影响 落料和冲孔后，因发生弹性恢复，会影响制件的尺寸精度。冲裁间隙小到一定程度时，由于压缩变形弹性恢复，落料件的尺寸会大于凹模尺寸，而冲出的孔小于凸模。间隙大到一定界限时，由于拉伸变形的弹性恢复，落料尺寸会小于凹模的刃口尺寸，而冲出的孔会大于凸模的刃口尺寸。间隙对于冲孔和落料精度的影响规律是不同的，且和材料的纤维方向有关。（2）冲裁间隙对冲裁力和模具寿命的影响 间隙大时，冲裁力有一定的程度减小，卸料力和推件力也随之降低。冲裁时，坯料对凹模凸模产生侧压力，并在凸磨与被冲孔之间及凹模与落料件之间均有摩擦力。间隙越小摩擦力和侧压力随之增大。此外，由于在实际的生产中，模具因受到制造误差和装配精度的限制，凸模和凹模不可能绝对的垂直于凹模平面，而间隙的分布也不可能十分均匀。所以，过小的间隙会使凸模和凹模刃口的磨损加剧，使模具的使用寿命下降。而较大的间隙则可以使凸模和凹模侧面与材料间摩擦减小，并且可以减小间隙不均匀的不利影响，从而提高模具的寿命；但间隙过大 ，坯料弯曲变形相应的增大，使凸模与凹模刃口端面的压应力分布不均匀，容易产生崩刃或塑性变形。因此，过大的刃口间隙对模具的寿命也不利。冲裁时由于凸模和凹模之间存在间隙，因此落下的料或者冲出的孔均带有锥度，其大端尺寸基本等于凹模尺寸，小端尺寸基本等于凸模尺寸。测量时也是按冲孔的小端和落料的大端作为基准尺寸。由于在生产中，凸模和凹模都要与冲件或废料产生摩擦，凸模会越变越小，凹模会越来越大，基于这一分析，确定冲裁间隙的原则为：落料时因为制件尺寸随凹模尺寸而定，故间隙应该在减小凸模尺寸方向取得；冲孔时由于孔的尺寸随凸模尺寸而定，故间隙应该在增大凹模尺寸的方向上取得。考虑到凸模和凹模的磨损，在设计和制造新模具时，取最小合理间隙。4.2.2、 确定冲裁间隙的方法 常用的冲裁间隙确定方法有理论确定法和经验确定法。经验计算公式为： 式中 ：C合理冲裁间隙（mm）；t板料厚度（mm）；m系数，与料厚及材料性质有关，m通常为料厚的百分之几。冲裁间隙系数如下表所示，选至中国模具设计大典 单位：mm表4-1 冲裁间隙系数m材 料抗拉强度/Mpa间隙类别低炭钢 08F、DT2、10、20、Q235-A210400377101012.5中炭钢45不锈钢 1Cr18Ni9Ti4205603.588111115高炭钢 T8A T10A 65Mn59093081212161618电工硅钢D21、D31、D411902.55.059材料Q235的抗剪强度为210400Mpa，其冲裁间隙值可以在上表中参照抗剪强度与之相近的材料的冲裁间隙系数进行选取，同时为了达到客户对零件精度的要求，选取类间隙，为了使冲裁截面质量较好和在冲孔直径非常小时，部分间隙值还可以值适当的缩小，则凹模和凸模之间的间隙范围为：最小间隙 C=mt=3%3=0.09mm； 最大间隙 C=mt=7%3=0.21mm。4.3 、凸凹模刃口尺寸的计算4.3.1 、尺寸公差确定原则 由于冲裁时，凸凹模零件要与冲压工件或废料发生摩擦，凸模越磨越小，凹模越磨越大，结果使得凸凹模间隙越来越大。在冲裁件尺寸的测量中和使用中，都是以光面的尺寸为基准的。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。故计算刃口尺寸时，因按落料和冲孔两种情况分别进行，其原则如下： （1）落料时，因落料件光面尺寸与凹模尺寸相等（或基本一致），应先确定凹模尺寸，即以凹模尺寸为基准。又因落料件尺寸会随凹模刃口的磨损而增大，为保证凹模磨损到一定程度仍能冲出合格零件，故落料凹模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较小尺寸。而落料凸模基本尺寸则按凹模尺寸减最小初始间隙。（2）冲孔时，因工件光面的孔径与凸模尺寸相等（或基本一致），就先确定凸模尺寸，即以凸模尺寸为基准。又因冲孔的尺寸会随凸模的磨损而减小，故冲孔凸模基本尺寸应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。而冲孔凹模基本尺寸则按凸模基本尺寸加最小初始间隙。（3）确定冲模刃口制造公差晨，应根据冲裁件的公差要求。如果冲模制造公差过小，会使模具制造困难，增加成本，延长生产周期；若冲模制造公差过大，则工件可能不合格，冲模寿命降低。4.3.2 凸凹模一刃口尺寸的计算凸模一（图4-1）主要是起切边的作用，所以在冲裁过程中对精度要求不要，板料精度为IT12，查冲压模具设计实用手册得此刃口精度为IT9。A=8mm, =198mm查得即K分别为1和0.75。分别为0.15和0.46 凸模尺寸：A = (A+K) =（8+10.15）0-0.036 = 8.150-0.036(mm) = (A+K)=（198+0.750.46）0-0.115 = 198.350-0.115(mm)凹模尺寸： a = (A+Z) =（8.15+0.09） = 8.24 (mm) = (A+ Z)=（198.35+0.09） = 198.35 (mm)4.3.3 、凸凹模二刃口尺寸的计算凸模二（图4-2）主要是起冲裁的作用，板料精度为IT12，查冲压模具设计实用手册得此刃口精度为IT9。B=30mm, =130mm查得即K分别为1和0.75。分别为0.121和0.4 凸模尺寸：B = (B+K) =（30+10.21）0-0.052 = 30.210-0.052(mm) = (B+K)=（130+0.750.4）0-0.1 = 130.3 0-0.1(mm)凹模尺寸: b = (B+Z) =（30.21+0.09） = 30.3 (mm) b= (B+ Z)=（130.3+0.09） = 198.35 (mm)4.3.4 、凸凹模三刃口尺寸的计算凸模三（图4-3）主要是起冲裁的作用，板料精度为IT12，查冲压模具设计实用手册得此刃口精度为IT9。由于此凸模仅三尺寸最为影响工件的精度即C=25mm, =120mm，=49.2mm查得即K分别为1，0.75和0.75。分别为0.21，0.35和0.25 凸模尺寸： C = (C+K) =（25+10.21）0-0.052 = 25.210-0.052(mm) C= (C+K)=（120+0.750.35）0-0.87 = 120.26 0-0.87(mm) C = (C+K) =（49.2+0.750.25）0-0.062 = 49.390-0.062(mm)凹模尺寸: c = (B+Z) =（25.21+0.09） = 25.30 (mm) c= (B+ Z)=（120.26+0.09） = 120.35 (mm)c= (B+ Z)=