毕业设计（论文）-调焦导向盘侧向冲孔模设计.doc

调焦导向盘侧向冲孔模设计摘 要 阐述了冲压简单模的结构设计及工作原理。利用靠模板与滑动销钉的相对运动，转换为转盘的旋转运动，从而带动滑块（其上装有冲孔凸模）作径向直线运动，实现将工件的圆周侧面上冲出4个互为90度的腰形孔，通过冲裁力、顶件力、卸料力等计算，确定模具类型。冲孔凹模采用镶拼结构，废料从凹模的中心漏斗孔漏出。本模具性能可靠，运行平稳，提高了产品质量和生产效率，降低劳动强度和生产成本。关键词：冲压；侧向冲孔；简单模；模具结构；冲裁力。第一章 绪 论1.1冷冲压与模具设计简介 冲压是通过模具对板材施加压力或拉力,使板材塑性成型,有时对板材施加剪切力而使板材分离,从而获得一定尺寸、形状和性能的一种零件加工方法。由于冲压加工经常在材料冷状态下进行，因此也称冷冲压。冲压加工的原材料一般为板材或带材，故也称板材冲压。冲压加工需要研究冲压工艺与模具两个方面的问题。根据通用的分类方法，冲压工艺可以分为分离工序和成形工序。而分离工序又有落料、冲孔、切断、切边、剖切等工序；成型工序又包括弯曲、卷圆、扭曲、拉深、变薄拉深、翻孔、翻边、拉弯、胀形、起伏、扩口、缩口、旋压、校形等。冲压加工作为一个行业，在国民经济的加工业中占有重要的地位。根据统计，冲压件在各个行业中均占相当大的比重，尤其在汽车、电机、仪表、军工、家用电器等方面所占的比重更大。冲压加工的应用范围极广，从精细的电子元件、仪表指针到重型汽车的覆盖件和大梁、高压容器封头以及航天器的蒙皮、机身等均需冲压加工。冲压件在形状和尺寸精度方面的互换性较好，一般情况下，可以直接满足装配和使用要求。此外，在冲压过程中由于材料经过塑性变形，金属内部组织得到改善，机械强度有所提高，所以，冲压件具有质量轻、刚度好、精度高和外表光滑、美观等特点。冲压加工是一种套高生产率的加工方法，如汽车等大型零件每分钟可生产几件，而小零件的高速冲压则每分钟可生产千件以上。由于冲压加工的毛坯是板材或卷材，一般又在冷状态下加工，因此轻易实现机械化和自动化，比较适宜配置机械人而实现无人化生产。特别是适用于定型产品的中大批生产。“冲压要发展，模具是关键”，提高模具的效率需从冲模设计和制造开始。冲压加工的材料利用率较高，一般可达70%85%，冲压加工的能耗低，由于冲压生产具有节材、节能和高生产率等特点，所以冲压件呈批量生产时，其成本比较低，经济效益较高。综上所术，冲压加工与其他机械加工相比具有以下特点：1 在压力机的简单冲击下，能得到其他加工方法不能或难以得到的复杂、精度一致的制件。2 操作简便，劳动强度低，生产效率高，适合批量生产，便于实现机械化和自动化。3 尺寸稳定，制件精度高，互换性好。4 材料利用率高，制件重量轻，刚性好、强度高，在批量生产的条件下成本底。5 在生产过程中，材料表面不易遭受破坏，制件表面质量好，通过塑性变形后，还可以使制件的力学性能有所提高。当然，冲压加工与其他加工方法一样，也有其自身的局限性，例如，冲模的结构比较复杂，模具价格偏高。因此，对小批量、多品种生产时采用昂贵的冲模，经济上不合算，目前为了解决这方面的问题，正在努力发展某些简易冲模，如聚氨脂橡胶冲模、低合金冲模以及采用通用组合冲模、钢皮模等，同时也在进行冲压加工中心等新型设备与工艺的研究。采用冲压与焊接或胶接等复合工艺，可以使零件结构更趋合理，加工更加方便，成本更易降低，这是制造复杂形状结构件的发展方向之一。1.2冷冲压与模具技术现状改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。 随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一，模具制造技术现已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定企业的生存空间。 近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。 以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。 例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS软件，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM软件，上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件等在国内模具行业拥有不少的用户。 虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。 1.3冲压模具市场情况 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，但与国发经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、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，市场竟争激烈。现将2004年我国冲压模具市场情况简介如下： 据中国模具工业协会发布的统计材料，2004年我国冲压模具总产出约为220亿元，其中出口0.75亿美元,约合6.2亿元.根据我国海关统计资料,2004年我国共进口冲压模具5.61亿美联社元,约合46.6亿元.从上述数字可以得出2004年我国冲压模具市场总规模约为266.6亿元.其中国内市场需求为260.4亿元,总供应约为213.8亿元,市场满足率为82%.在上述供求总体情况中,有几个具体情况必须说明:一是进口模具大部分是技术含量高的大型精密模具,而出口模具大部分是技术含量较低中的中低档模具,因此技术含量高的中高档模具市场满足率低于冲压模具总体满足率,这些模具的发展已滞后于冲压件生产,而技术含量低的中低档模具市场满足率要高于冲压模具市场总体满足率;二是由于我国的模具价格要比国际市场低格低许多,具有一定的竟争力,因此其在国际市场前景看好,2005年冲压模具出口达到1.46亿美元,比2004年增长94.7%就可说明这一点;三是近年来港资、台资、外资企业在我国发展迅速，这些企业中大量的自产自用的冲压模具无确切的统计资料，因此未能计入上述数字之中。1.4、未来冲压模具制造技术发展趋势 模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项： (1)全面推广CAD/CAM/CAE技术 模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。 (2)高速铣削加工 国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。 (3)模具扫描及数字化系统 高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。 (4)电火花铣削加工 电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。 (5)提高模具标准化程度 我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右。 （6)优质材料及先进表面处理技术 选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积(TiN、TiC等)、等离子喷涂等技术。 (7)模具研磨抛光将自动化、智能化 模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。 (8)模具自动加工系统的发展 这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。 1.5、本次设计的意义本次设计一个简单的侧向冲孔单工序模。单工序模是指在一副模具中只完成一个工序。如落料模，冲孔模，弯曲模，拉深模。单工序模具有以下优缺点：1 冲压精度较底。2 生产效率底，一次冲压只完成一道冲压工序。3 实现自动化可能性较容易，尤其适合在多工序压力机上实现自动化。4 生产通用性好，适合中小批量及大型冲压零件冲制。5 模具结构简单，制造周期短。6 模具成本低。7 在无自动送料机构条件下，需采取安全技术措施。 冲压工艺与模具设计的理论性和实用性均很强。从理论与实践相结合的角度来研究、探讨，并侧重加强工程实践能力这点应该得到重视。本次毕业设计是一个重要的专业教学环节，这个教学环节的目的：（1）帮助学生具体运用和巩固模具设计与制造课程及相关的理论知识，了解设计冲压模的一般程序。（2）是使学生能够熟练地运用有关技术资料，如冷冲模国家标准、模具设计与制造简明手册、冷冲压模具结构图册及其它有关规范等。（3）训练学生初步设计冷冲压模具的能力，为以后的工作打下初步的基础。第二章 冲压件工艺性分析及冲裁方案的确定 冲裁件的工艺性，是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。一般情况下，对冲裁工艺性影响最大的是制件的结构形状、精度要求。形位公差及技术要求等。冲裁件的工艺性合理与否，直接影响到制件的质量、模具寿命、材料消耗、生产率等设计中应尽可能提高其工艺性。良好的工艺性和合理的工艺方案，可以用最小的材料消耗，最少的工序数量和工时，稳定的获得符合要求的优质产品，并使模具结构简单，模具寿命提高，因而可以减少劳动量和冲裁成本。2.1材料分析冲裁材料为15钢。查文献1：吴宗泽，罗圣国主编机械设计课程设计手册（第二版）（以下简称“文献1”）P25表2-7优质碳素结构钢（GB699-88摘录），该钢种是优质碳素结构钢。含碳量为0.120.19%，屈服点s=225MPa，抗拉强度b=375MPa，延伸率不小于27，断面收缩率不小于55，塑性好，焊接性好，适合冲裁。其主要用于受力不大韧性要求较高的零件、渗碳零件、紧固件、冲模锻件及不需要热处理的底负荷零件，如螺栓、螺钉、拉条、法兰盘及化工贮器、蒸汽锅炉等。 图2-1 材料分析图 2.2冲裁件的结构工艺性 冲裁件的结构形状应尽可能简单、对称、避免复杂形状的曲线，在许可的情况下，把冲裁件设计成少、无废料排样的形状，以减少废料，矩形孔两端宜用圆弧连接，以利于模具加工。冲裁件各直线或曲线的连接处，尽量避免锐角，严禁尖角如图2-2。除在少、无废料排样或采用镶拼模结构时，都应有适当的圆角相连，以利于模具制造和提高模具寿命。该工件直线连接处是圆角，并非直角。故在此拟采用镶拼模结构，以利于模具制造和提高寿命。 图2-2 冲裁件的结构冲裁件凸出或凹进的部分不能太窄，尽可能避免过长的悬臂和窄槽，如图2-3所示。最小宽度b一般不小于1.5t，若冲裁材料为高碳钢，b 2t,Lmax5b，当材料厚度t1mm时，按1mm计算。该冲裁件的孔径因受冲孔凸模和刚度的现在，不宜太小，否则容易折断和压弯，冲孔的最小尺寸取决于冲压材料的力学性能，凸模强度和模具结构。冲孔件上孔与孔、孔与边缘间的距离不能过小，以避免工件变形、模壁过薄或材料易被拉入凹模而影响模具寿命。一般孔边距取：对圆孔为（11.5）t。对矩形孔为（1.52）t，如图2-4。 图2-3 冲裁件凸出的悬臂和凹槽 图2-4 最小孔边距离的确定 表2-1最小孔间距孔 形圆 孔方 孔厚料t（mm）1.552.3最小孔距（mm）3.1t2t4.6t2t 在弯曲件或拉深件上冲孔时，为避免凸模受水平推力而折断，孔壁与工件直壁之间应保持一定距离，如图2-5示使LR+0.5t。 图2-5 弯曲件或拉深件冲孔位置2.3冲裁件尺寸精度和表面粗糙度要求冲裁件的精度要求，应在经济精度的范围内，对于普通冲裁件，其经济精度不高于IT11级，冲孔件比落料件高一级。冲裁外形与内孔尺寸公差有一定的要求。查文献2P76表2-21：冲孔外形公差为0.03mm，内孔公差为0.02mm， 2.4冲裁件的尺寸基准冲裁件的尺寸基准应尽可能和制模具时的定位基准重合，以避免产生基准不重合误差。孔位尺寸基准应尽量选择在冲裁过程中始终不参加变形的面上，切不要与参加变形的部位联系起来。如图2-6，a)图尺寸不合理，图b)的标注，两孔的孔心距才不会受磨损的影响，比较合理。本次设计的工件图标注符合这点要求，所以尺寸基准合理。 图2-6 冲裁件的尺寸基准2.5 冲裁件经济性分析 所谓经济性，就是以尽可能少的生产消费获得尽可能大的经济效益，在进行冲压工艺设计时，应该运用经济分析的方法找到降低成本，取得优异经济效果的工艺途径。冲裁件的制造成本 C总材工模 式中 C材：材料费；C工加工费(工人工资、设备折旧费、管理费等 )；C模：模具费。上述成本中，模具费、设备折旧费一般与产量无关，加工费中的工人工资和其它经费只要在一定时间内，基本上也是不变的，因此，叫做固定费用。 而材料费、外购件费等，将随生产量大小而变化，属可变费用 .这样，产品制造成本由固定费用和可变费用两部分组成。设法降低固定费用或可变费用，都能使成本降低、利润增加并积累资金。本设计所用的工件材料是15钢,属于常见钢种,价格便宜。由此，可变费用将得到有效降低。结论：材料经济性比较好。2.6冲裁方案的确定工艺方案的内容是确定冲裁件的工艺路线，主要包括确定工序数、工序的组合和工序的顺序安排等，应在工艺分析的基础上制定几种可能的方案，再根据工件的批量、形状、尺寸等多方面的因素，全面考虑、综合分析，选取一个较为合理的方案。 冲裁工序按工序的组合程度可分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁。 复合冲裁是在压力机的一次行程中，在模具的同一位置同时完成两个或两个以上的工序；级进冲裁是把一个冲裁件的几个工序，排列成一定顺序，组成级进模，在压力机的一次行程中，模具的不同位置同时完成两个或两个以上的工序，除最初几次冲程外，每次冲程都可完成一个冲裁件。该工件是半成品加工，只是冲孔一道工序，根据其工作时的方式有以下两个方案方案一：采用靠模板与滑动销钉的相对运动来带动冲孔凸模的直线运动。方案二：采用斜楔式滑块侧向冲孔 以上两个方案，方案一更能实现侧向冲孔，故采用方案一进行模具设计。第三章 冲裁工艺力的计算3.1冲裁力的计算冲裁力计算包括冲裁力、卸料力、推件力、顶件力的计算。冲裁力是凸模与凹模相对运动使工件与板料分离的力，其大小主要与材料力学性能、厚度及冲裁件分离的轮廓长度等参数有关。冲裁力是设计模具、选择压力机的重要参数。计算冲裁力的目的是为了合理的选用冲压设备和设计模具。选用冲压设备的标称压力必须大于所计算的冲裁力，所设计的模具必须能传递和承受所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。 3.1.1冲压力的行程曲线在冲裁过程中，冲裁力的大小是不段变化的，图3-1为冲裁时冲裁力-凸模行程曲线。图中AB段相当于冲裁的弹性阶段，凸模进入材料后，载荷急剧上升，但当凸模刃口一旦挤入材料，即进入塑性变形阶段，载荷的上升就缓慢下来，如BC段所示。虽然由于凸模挤入材料使承受冲裁力的材料面积秒减小，但只要材料加工硬化的影响超过受剪切面积小的影响，冲裁力就继续上升，当两者达到相当的影响的瞬间，冲裁力达最大值，即图中C点。此后，受剪面积的减少超过硬化的影响，于是冲裁力下降。凸模再继续下压，材料内部产生裂纹并迅速扩张，冲裁力急剧下降，如图中CD段所示，此为冲裁的断裂阶段。此后所用的力仅是克服摩擦阻力,推出已分离的料。 图3-1 冲裁力-凸模行程曲线3.1.2冲裁力的计算公式冲裁力的大小主要与材料力学性能、厚度及冲裁件分离的轮廓长度有关。考虑到成本和冲裁件的质量要求，此用平刃口模具冲裁，冲裁力F（N）：F=KLT 见文献2P50式（2-1）式中 L冲裁件周边长度（mm）； t材料厚度（mm）；材料抗剪强度（MPa）；K系数。考虑到模具刃口的磨损，模具间隙的波动，材料力学性能的变化及材料厚度偏差等因素，一般取系数K=1.3。冲裁件周边长度L=1.63.14+20.9=6.82材料的抗剪强度（MPa）查文献1P25表2-7：取b=375 MPa一般情况下，材料的b=1.3 其中单个孔的冲裁力为： F=LTb=6.820.75375=1918.13N 式中b材料的抗拉强度（MPa）。所以总的冲裁力为：F=4F=41918.13=7672.52N3.1.3降低冲裁力的方法在冲裁高强度材料或厚度大、周边长时，所需的冲裁力较大。如果超过现有压力机吨位，就有必须采取措施降低冲裁力，主要有以下几种方法：（一）阶梯凸模冲裁在多凸模冲裁模具中，为避免各凸模冲裁力的最大值同时出现，可根据凸模尺寸的大小，做成不同高度，形成阶梯布置，从而减少冲裁力。这种模具的缺点是长凸模插入凹模较深，容易磨损，修磨刃口也比较麻烦。（二）斜刃口冲裁在用平刃口模具冲裁时，整个刃口同时与冲裁件周边接触，同时切断，所需冲裁力大。若采用斜刃口模具冲裁，也就是将凸模（或凹模）刃口做成有一定斜度的斜刃，冲裁时刃口就不是同时切入，而是逐步切入材料，逐步切断，这样，所需的冲裁力可以减小，并能减小冲击、振动和噪声，对于大型冲压件，斜刃冲裁用的比较广泛。斜刃冲裁降低了冲裁力，使压力机性能在比较柔和、平稳的条件下工作。但模具制造与修磨比较复杂，增加了困难，刃口容易磨损，工件不够平整，一般只用于大型工件冲裁及厚板冲裁。除上述两种方法外，将材料加热冲裁也是一种行之有效的降低冲裁力的方法，因为材料在加热状态的抗剪强度有明显下降。但材料加热后产生氧化皮，且因为要加热，劳动条件差。另外，在保证冲裁件断面质量的前提下，也可适当增大冲裁间隙等方法来降低冲裁力。3.2卸料力、推件力、和顶件力的计算当冲裁完成后，由于冲裁中材料的弹性变形及摩擦的存在，在板材上冲裁出的废料（或工件）孔径沿径向发生弹性收缩，会箍在凸模上。而冲裁下来的工件或（废料）径向会扩张， 因此会卡在凹模内，为了使冲裁过程连续，操作方便，就需要把套在凸模上的材料卸下，把卡在凹模孔内的工件或废料推出。从凸模上将零件或废料卸下来的力称卸料力，顺着冲裁方向将零件或废料从凹模腔推出的力称推件力，逆着冲裁方向将零件或废料从凹模腔内顶出的力称。卸料力、推件力、顶件力是由压力机和模具的卸料、顶件装置获得的。影响这些力的因素主要有材料的力学性能、材料厚度、模具间隙、凸、凹模表面粗糙度、零件形状和尺寸以及润滑情况等。在此用经验公式计算： =0.04F=0.047672.52=306.9N =0.055F=0.0557672.52=421.99N卸料力、推件力、顶件力系数查表3-1。料厚（mm）K卸K推K顶钢0.10.10.50.52.52.56.5 6.50.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.060.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03铝 铝合金紫铜 黄铜0.0250.080.020.060.030.070.030.09表3-1 卸料力、推件力和顶件力系数 注：卸料力系数K卸在冲多孔、大搭边和轮廓复杂时取上限值。 冲裁时，所需冲压力为冲裁力、卸料力和推件力之和，这些力在选择压力机时是否要考虑进去，应根据不同的模具结构区别对待。采用刚性卸料装置和下出料的冲裁模的总压力为 采用弹性卸料装置和下出料的总压力为 采用弹性卸料装置和上出料方式的的总压力为 因为工件厚0.75mm，相对较薄，卸料力也比较小，故采用弹性卸料装置上出料方式，总冲压力F总：F总=F冲+F卸+F顶=7672.52+306.90+421.99=8401.41N9KN33冲压压力中心计算冲裁时的合力作用或多工序模各工序冲压力的合力作用点，称为模具压力中心。如果模具压力中心与滑块的压力中心不一致，冲压时会产生偏载，导致模具以及滑块与导轨的急剧磨损，降低模具寿命和压力机的使用寿命。计算压力中心时，先画出凹模型口图，如图3-2所示。为了减少计算，坐标设在和上，此时=0，=0，可少算两个数。如图所示，将xoy坐标系建立在图示的对称中心上，用解析法求得该模具的压力中心C点的坐标（20.85，21.65）。 图3-2压力中心的计算基本要素长度L/mm基本要素压力中心坐标值XyL1=44022L2=8444L3=3741L4=2.516.2532.5L5=2.517.1532.5L6=342541L7=2.531.7515L8=2.532.517.5L9=414222L10=44220表3-1冲裁件各部分压力中心的计算其计算公式如下： =20.85 =21.65 式中 x1、x2xn各图形冲裁力的x轴坐标（mm）； y1、y2yn各图形冲裁力的y轴坐标（mm）； 、各图形冲裁周边长度（mm）。第四章 冲压设备的选择4.1冲压设备类型的选择根据所要完成的冲压工艺的性质、生产批量的大小、冲压件的几何尺寸和精度要求来选定设备类型。开式曲柄压力机虽然刚度差，降低了模具寿命。但是它成本低，且有三个方向可以操作的优点广泛适用于中小型冲裁件、弯曲件或拉深件的生产中。闭式曲柄压力机刚度好、精度高，只能两个方向操作，适用于大型复杂冲压件的生产。双动曲柄压力机有两个滑块，压边可靠易调，适用于较复杂的大中型拉深件的生产。高速压力机或多工位自动压力机适用于大批量生产。液压机没有固定的工作行程，不会因板厚超差而过载，全行程中压力恒定，但是压力机的速度低、生产效率低。适用于小批量，尤其是大型厚板冲压件的生产。摩擦压力机结构简单、造价低、不易发生超负荷损坏。在小批量生产中用来完成弯曲、成型等冲压工作。肘杆式精压机刚度大、滑块行程小，在行程末端停留时间长，适用于校平、校正和整形等类冲压工序。考虑到以上的因素，选用开式曲柄压力机比较合适。4.2确定设备的规格（1）压力机的行程大小，应该能保证成型零件的取出和毛坯的放进，例如拉深所用的压力机行程，至少应大于成型零件高度两倍以上。（2）压力机工作台面的尺寸应大于冲模平面尺寸，且还需留有安装固定的余地，但过大的工作台面上安装小尺寸的冲模，工作台的受力条件也是不利的。（3）所选压力机的闭合高度应与冲模闭合高度相适应。模具的闭合高度H0是指上模在最低工作位置时，下模板的底面到上模板的顶面的距离。压力机的闭合高度H是指滑块在下死点时，工作台面到滑块下端面的距离。大多数压力机，其连杆长 度能调节，也即压力机的闭合高度可以调整，故压力机有最大的闭合高度,最小闭合高度。设计模具时，模具的闭合高度的数值应该满足下式 无特殊情况H0应取上限值，即最好取在：（L见图），这是为了避免连杆调节过长，螺纹接触面积小而压坏。如果模具闭合高度实在太小，可以在压床下面加垫板。（4）冲压力与压力机能的配合关系：当进行冲裁等冲压加工时，由于其施力行程较小，近于板材的厚度，所以可按冲压过程中作用于压力机滑块上所有力的总和F总选取压力机。通常取压力机的名义吨位比F总大20%30%。当拉深行程较大，特别是采用落料拉深复合冲压时，不能简单地将落料力和拉深力叠加去选择压力机。因为曲柄压力机的标称压力上指滑块下死点（或接近下死点）时发生的。因此，应该注意曲柄压力机的允许压力曲线。否则，很可能会由于过早地出现最大冲压力而使压力机超载损坏。见图4-1。由于复合模的特点，为防止设备超载，可按公称压力F压（1.61.8）F总选择压力机。考虑到制件的精度要求，参考文献3： P49初选J11-3压力机，其主要技术参数如下：公称压力： 30KN 滑块行程： 40mm 滑块行程次数（次/分）： 110 滑块中心线至床身的距离： 95mm 封闭高度调节量： 30mm 工作台尺寸（前后左右）：165mm300mm 垫块厚度： 20mm 模柄孔尺寸（直径深度）：25mm30mm 图4-1压力曲线第五章 冲裁模工作部分设计计算5.1冲裁间隙冲裁间隙是冲裁模的凸模和凹模刃口之间的间隙。冲裁间隙分为单边间隙和双边间隙单边间隙用C表示,双边间隙用Z表示。间隙值的大小对冲裁件质量、模具寿命、冲裁力的影响很大，是冲裁工艺与模具设计中一个极其重要的工艺参数。5.1.1对冲裁件质量的影响冲裁件的质量主要是指断面质量、尺寸精度、和形状误差。断面应平直、光滑；圆角小；无裂纹、撕裂、夹层和毛刺等缺陷。零件表明应尽可能平整。尺寸应在图样规定的公差范围内。影响冲裁件质量的因素有：凸、凹模间隙值的大小及其分布的均匀性，模具刃口锋利状态、模具结构与制造精度，材料性能等，其中，间隙值的大小与分布的均匀性是主要因素。冲裁件的尺寸精度是指冲裁件实际尺寸与标称尺寸的差值（），差值越小，精度越高。这个差值包括两方面的偏差，一是冲裁件相对凸模或凹模尺寸的偏差，二是模具本身的制造偏差。冲裁件相对凸模或凹模尺寸的偏差，主要是由于冲裁过程中，材料受拉伸、挤压、弯曲等作用引起的变形，在加工结束后工件脱离模具时，会产生弹性恢复而造成的。偏差值可能是正的，也可能是负的。影响这一偏差值的因素主要是凸、凹模的间隙。当间隙较大时，材料所受拉伸作用增大，冲裁完毕后，因材料的弹性恢复，冲裁件尺寸向实体方向收缩，使落料件尺寸小于凹模尺寸，而冲孔件的尺寸则大于凸模尺寸。当间隙较小时，凸模压入板料接近挤压状态，材料受凸、凹模挤压力大，压缩变形大，冲裁完毕后，材料的弹性恢复使落料件尺寸增大，而冲孔件的孔径则变小。此外，尺寸变化量的大小还与材料力学性能、厚度、轧制方向、冲裁件形状等因素有关。材料软，弹性变形量小，冲裁后弹性恢复量就小，零件的精度也就高。材料硬，弹性恢复就大。上述讨论的是模具在制造精度一定的前途下进行的，间隙对冲裁件精度的影响比模具本身制造精度的影响要小得多，若模具刃口制造精度低，冲裁出的工件精度也就无法得到保证。模具的制造精度与冲裁件精度之间的关系见表5-1。表5-1 冲裁件精度冲模制造精度材 料 厚 度 t (mm)0.50.81.01.52345681012IT6IT7IT7IT9IT9IT8-IT8IT9-IT9IT10-IT10IT10IT12IT10IT12IT12-IT12IT12-IT12IT12-IT12-IT14-IT14-IT14-IT14模具的磨损及模具刃口在压力作用下产生的弹性变形也会影响到间隙及冲裁件应力状态的改变，对冲裁件的质量会产生综合性影响。5.1.2 对模具寿命的影响冲裁模具的寿命以冲出合格制品的冲裁次数来衡量，分两次刃磨间的寿命与全部磨损后的总寿命。冲裁过程模具的损坏有磨损、崩刃、折断、啃坏等多种形式。影响模具寿命的因素很多，有模具间隙；模具制造材料和精度、表面粗糙度；被加工材料特性；冲裁件轮廓形状和润滑条件等。模具间隙是其中的一个主要因素。因为在冲裁过程中，模具端面受到很大的垂直压力和侧压力，而模具表面与材料的接触面仅局限在刃口附近的狭小区域，这就意味着即使整个模具在许用压应力下工作，但在模具刃口处所受的压力也非常大。这种高的压力会使冲裁模具和板材的接触面之间产生局部附着现象，当接触面发生相对滑动时，附着部分便发生剪切而引起磨损附着磨损。其磨损量与接触压力、相对滑动距离成正比，与材料屈服强度成反比。它被认为是模具磨损的主要形式。当模具间隙减小时，接触应力（垂直力、侧压力、摩擦力）会随之增大，摩擦距离随之增长，摩擦发热严重，因此模具磨损加剧（图5-1），图5-1 间隙与磨损的关系甚至使模具与材料之间发生粘结现象。而接触压力的增大，还会引起刃口等异常损坏。这些都导致模具寿命大大降低。因此适当增大模具间隙，可使凸、凹模侧面与材料间的摩擦减小，并减缓间隙不均匀的不利因素，从而提高模具寿命。但间隙过大，板料的弯曲拉伸相应增大，使模具刃口端面上的正压力增大，容易产生崩刃或产生塑性变形使磨损加剧，降低模具寿命。同时，间隙过大，卸料力会随之增大，也会增加模具的磨损。所以间隙是影响模具寿命的有一个重要因素。从图5-1可看出，凹模端面的磨损比凸模大，这是由于凹模端面上材料的滑动比较自由，而凸模下面的材料沿板面方向的移动受到限制的原因，而图中所看到凸模侧面的磨损最大，是因为从凸模上卸料，长距离，摩擦加剧了侧面的磨损，若采用较大的间隙可使孔径在冲裁后因弹性回弹增大，卸 料时减少与凸模的摩擦，从而减小凸模侧面的磨损。 模具刃口的磨损，带来刃口的钝化和间隙的增加，使制件尺寸精度降低，冲裁能量增大，断面粗糙。刃口的钝化会使裂纹发生点由刃口端面向侧面移动，发生在刃口磨损部分终止处，从而产生大小和磨损量相当的毛刺（凸模刃口磨钝，毛刺产生在落料件上，凹模刃口磨钝，毛刺产生在孔上），所以必须注意尽量减小模具磨损。为提高模具寿命，一般需要增大间隙，使2/t达到15%25%，模具寿命可提高35倍，若采用小间隙，就必须提高模具硬度与模具制造精度，在冲裁刃口进行充分的润滑，以减小磨损。5.1.3 对冲裁力、卸料力的影响当间隙减小，凸模压入板材的情况接近挤压状态，材料所受拉应力减小，压应力增大，板料不易产生裂纹，因此最大冲裁力增大；当间隙增大，板料所受拉应力增大，材料容易产生裂纹，因此冲裁力减小。继续增大间隙值，凸、凹模刃口产生的裂纹不相重合，会发生二次断裂，冲裁力下降变缓（图5-2）。间隙大小对卸料力的影响可见图5-3。间隙增大时，而冲裁件光滑带窄，落料件尺寸偏差为负，冲孔件尺寸偏差为正，因此使卸料力、推件力或顶件力减小。间隙继续增大时，而毛刺增大，卸料力、顶件力迅速增大。 图5-2间隙大小对冲裁力的影响 图5-3间隙大小对卸料力的影响5.2合理间隙的选用由以上分析可知，凸、凹模间隙是冲裁过程最重要的工艺参数，它对冲裁件质量、模具寿命、冲裁力和卸料力等都有很大的影响。因此，设计模具时，一定要选择一个合理的间隙，使冲裁件的断面质量好，尺寸精度高，模具寿命长，所需冲裁力小。但严格来说，并不存在一个同时满足所有理想要求的合理间隙。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，就可以基本满足以上各项要求，冲出合格制件。这个范围的最小值称为最小合理间隙，最大值称为最大合理间隙。考虑到模具在使用过程中的逐步磨损，设计和制造新模具时应采用最小合理间隙确定合理间隙的方法主要有理论计算法和查表选取法两种。 图5-4合理冲裁间隙的确定（一）理论计算法确定间隙时理论计算的依据主要是：在合理间隙的情况冲裁时，材料在凸、凹模刃口处产生的裂纹成直线会合。从图5-4所示的几何关系可得出计算合理间隙的公式： 式中 产生裂纹时的凸模压入深度（mm）； 料厚（mm）； 最大切应力方向与垂线间夹角（即裂纹方向角）。由上式可知，间隙Z一板材厚度、相对压入深度、裂纹方向角有关。而、又与材料性质有关，表5-2为常用材料的与的近似值。由表中可以看到，影响间隙值的主要因素是板材力学性能及其厚度。板材越厚、越硬或塑性越差，值越小，合理间隙值越大。材料越软，值越大，合理间隙值越小。材料硬化后，之比值较表中值要小10%左右。式中，令，称为材料的品质系数。由于这种方法用起来不方便，所以目前生产上普遍使用的是查表选取法。表5-2 与值材料（%）t4软钢中硬钢硬钢75706560544770656055474565555548443850404535352556454（二）查表选取法 如上所述，间隙的选取主要与材料的种类、厚度有关，但由于各种冲压件对其断面质量和尺寸精度的要求不同，以及生产条件的差异，在生产实践中就很难有一种统一的间隙数值，各种资料中给的间隙值并不相同，有的相差较大，选用时应按使用要求分别选取。对于断面质量和尺寸精度要求高的工件，应选用小的间隙值，而对于精度要求不高的工件，则应尽可能采用大间隙，以利于提高模具寿命、降低冲裁力。同时还必须结合生产条件，根据冲裁件尺寸和形状、模具材料和加工方法、冲压方法及生产率等，灵活掌握、斟情增减。本模具设计冲裁间隙的选取，参考表5-3选取。表5-3 冲裁模具初始双面间隙Z （mm）材料厚度tT8、45 1Cr18Ni9Q235、Q21535CrMo、QSnP10-108F、10、15H62、T1、T2L2、L3L4、L50.350.030.050.020.050.010.030.50.040.080.030.070.020.040.020.030.80.090.120.060.100.040.070.0250.0451.00.110.150.080.120.050.080.040.061.20.140.180.100.140.070.100.050.071.50.190.230.130.170.080.120.060.10本模具所冲裁的材料为15钢，材料厚度为0.75mm，查表得：=0.04mm，=0.07mm.5.3 模具刃口尺寸的计算冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度，合理的间隙的数值也必须依靠模具刃口尺寸来保证。因此，正确确定模具刃口尺寸及其公差是设计冲裁模的主要任务之一。（一）计算原则由于凸、凹模之间存在间隙，所以冲裁件断面都是带有锥度的，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲裁件的小端尺寸等于凸模尺寸。在测量与使用过程中，落料件是以大端尺寸为 基准，冲孔件孔径是以小端尺寸为基准。冲裁过程中，凸、凹模要与冲裁零件或废料发生摩擦，凸模越磨越小，凹模越磨越大，结果使间隙越用越大。因此，在确定凸、凹模刃口尺寸时，必须遵循下述原则：（1）落料模先确定凹模尺寸，其标称尺寸应取接近或者等于制件的最小极限尺寸，以保证凹模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格制件，凸模刃口的标称尺寸比凹模小一个最小合理间隙。（2）冲裁模先确定凸模刃口尺寸，其标称尺寸应接近或者等于制件的最大极限尺寸，以保证凸模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格的孔。凹模刃口的标称尺寸应比凸模大一个最小合理间隙。（3）选择模具刃口制造公差时，要考虑工件精度与模具精度的关系，既要保证工件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。一般冲裁件精度较工件精度高23级。若零件没有标注意公差，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，工件尺寸公差应按“入体”原则标注为单向公差，所谓“入体”原则是指标注工件尺寸时应向材料实体方向单向标注，即：落料件正公差为零，只标注负公差；冲孔件负公差为零，只标注正公差。（二）计算方法模具工作部分尺寸及公差的计算方法与加工方法有关，基本上可分为两类。1.凸模与凹模分开加工 凸、凹模分开加工，是指凸模和凹模分别按图样加工至尺寸。此种方法适用于圆形或形状简单的工件，为了保证凸、凹模间隙小于最大合理间隙，不仅凸、凹模分别标注公差（凸模，凹模），而且要求有较高的制造精度，以满足如下条件 或取 图5-5 凸、凹模分开加工时间隙变动范围也就是说，新制造的模具应该是，如图5-5所示。否则制造的模具间隙已超过允许的变动范围，影响模具的使用寿命。2.凸模与凹模配合加工 对于冲制件形状复杂或薄板制件的模具,其凸、凹模往往采用配合加工的方法。此方法是先加工好凸模（或凹模）作为基准件，然后根据此基准件的实际尺寸，配作凹模（或凸模），使他们保持一定距离。因此，只需在基准件上标注尺寸及公差，另一件只标注标称尺寸，并注明“尺寸按凸模（或凹模）配作，保证双面间隙”。这样。可放大基准件的制造公差。其公差不再受凸、凹模间隙大小的限制，制造容易，并容易保证凸、凹模间的间隙。由于复杂形状工件各部分尺寸性质不同，凸模和凹模磨损后，尺寸变化趋势不同，所以基准件的刃口尺寸计算方法也不相同。（1） 落料：应