冲孔落料级进模设计毕业论文.docx

冲孔落料级进模设计毕业论文目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1冲压与冷冲模简介11.1.1冲压与冷冲模概念11.1.2冲压工序分类11.1.3冲模的分类21.2冲压现状与发展方向21.2.1冲压成型理论及冲压工艺21.2.2模具先进制造工艺及设备31.2.3模具新材料及热、表面处理51.2.4 模具CAD/CAM技术51.3 我国模具技术的发展状况6第2章零件经济性、工艺性分析82.1冲裁件的形状和尺寸82.2冲裁件的材料8第3 章冲裁方案的拟定93.1 冲裁工序的组合93.2 冲裁顺序的安排103.3 冲裁工艺方案的拟定10第4 章冲裁排样设计124.1 材料的合理利用124.1.1材料利用率124.1.2提高材料利用率的方法124.2 搭边值得确定134.3 排样方法134.4 条料宽度与导料板间距离的计算14第5 章冲裁力和压力中心的计算165.1 冲裁力的计算165.2 卸料力、推件力的计算175.3 压力机公称压力的确定185.4 压力中心的确定19第6 章压力机的选择216.1 设备类型216.2 设备规格22第7 章模具主要零件的设计247.1 冲裁模间隙247.1.1间隙的重要性247.1.2冲裁模间隙值的确定257.2 凸模与凹模刃口尺寸的确定277.2.1凸、凹模刃口计算原则277.2.2凸、凹模刃口尺寸的计算287.3 凸模设计327.3.1凸模的结构形式327.3.2凸模的长度327.3.3凸模的固定337.3.4小孔凸模的强度校核357.4 凹模的设计377.5 固定板的设计397.6 垫板设计417.7 卸料板设计427.7.1常用卸料装置427.7.2.弹簧的选取，计算和校核447.7.3 卸料板结构设计457.8 定位零件设计457.8.1导料销、导料板467.8.3侧刃477.8.4导正销48第8 章模架的选择508.1 模架及导柱导套508.2 模柄518.3 模具闭合高度的校核52第9 章总结53参考文献54致谢55四川理工学院毕业设计（论文）第1章绪论1.1冲压与冷冲模简介1.1.1冲压与冷冲模概念冲压是在室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离和属性变形，从而获得所需零件的一种加工方法。在冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冲压模具（俗称冲模）。冲模在实现冲压加工中是必不可少的工艺装备。与冲压件是“一模一样”的关系，若没有符合要求的冲模，先进的冲压成型工艺就无法得到实现。在冲压零件的生产中，合理的冲压成型工艺、先进的模具、高效的冲压设备是必不可少的三要素。冲压加工与其他的加工方法相比，无论在计算方面，还是在经济方面，都具有许多独特的优点。生产的制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工方法所无法比拟的。但需要指出的是，由于进行冲压成形加工必须具备相应的模具，而模具是技术密集型产品，其制造属单件小批量生产，具有难加工、精度高、技术要求高、生产成本高（占产品成本的 10%30%）等特点。所以只有在冲压零件生产批量大的情况下，冲压成型加工的优点才能从分体现，从而获得好的经济效益。由于冲压加工具有上述突出的优点，因此在批量生产中得到了广泛的应用，在现代工业生产中占有十分重要的地位，是国防工业及民用工业生产中必不可少的加工方法。1.1.2冲压工序分类冲压加工应为制件的形状、尺寸和精度不同，所采用的工序也不同。根据材料的变形特点可将冲压工序分为分离工序和成型工序两类。分离工序是指坯料在冲压力作用下，变形部分的应力达到强度极限 b 以后，使坯料发生断裂而产生分离。分离工序主要由剪裁和冲裁等。成形工序是指坯料在冲压力作用下，变形部分的应力达到屈服极限 s ，但未达到强度极限 b ，使坯料产生塑性变形，成为具有一定形状、冲裁与精度制件的加工工序。成形工序主要有弯曲、拉深、翻边、旋压等。1.1.3冲模的分类冲压件的质量、生产效率以及生产成本等，与模具设计和制造有直接关系。模具设计与制造水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。冲压模具可按以下几个主要特征分类：1.根据工艺性质分类可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模。2.根据工序组合程度分类可分为单工序模、复合模和级进模。通常模具是由两类零件组成的。一类是工艺零件，这类零件直接参与工艺过程的完成并和坯料有直接接触，包括工作零件、定位零件、卸料与压料零件等；另一类是结构零件，这类零件部直接参与完成工艺过程，也不和坯料直接接触，只对模具完成工艺过程起保护作用。或对模具功能其完善作用，包括导向零件、紧固零件、标准件及其他零件等。应该指出，不是所有的冲模都必须具备上述6 中零件，尤其是单工序模，但是工作零件和必要的固定零件等是不可缺少的。1.2冲压现状与发展方向随着工业产品质量的不断提高，冲压产品生产正呈现多品种、少批量，复杂、大型、精密，更新换代速度快的变化特点，冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化方向发展。为适应市场变化，随着计算机技术和制造技术的迅速发展，冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术向以计算机辅助设计（CAD）、数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术转变。1.2.1冲压成型理论及冲压工艺加强冷冲压变形基础理论的研究，以提供更加准确、实用、方便的计算方法，正确地确定冲压工艺参数和模具工作部分的几何形状与尺寸，解决冷冲压变形中出现的各种实际问题，进一步提高冲压件的质量。研究和推广采用新工艺，如精冲工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺、超塑性成形工艺以及其它高效率、经济成形工艺等，进一步提高冷冲压技术水平。值得特别指出的是，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，即利用有限元等数值分析方法模拟金属的塑性成形过程，通过分析数值技术结果，帮助设计人员实现优化设计。1.2.2模具先进制造工艺及设备模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。随着科学技术的发展，计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正不断向传统制造技术渗透、交叉、融合，对其实施改造，形成先进制造技术。模具先进制造技术的发展主要体现在如下方面：1.高速铣削加工普通铣削加工采用低的进给速度和大的切削参数，而高速铣削加工则采用高的进给速度和小的切削参数，高速铣削加工相对于普通铣削加工具有如下特点：（1） 高效高速铣削的主轴转速一般为15000r/min 40000r/min ， 最高可达100000r/min 。在切削钢时，其切削速度约为400m/min ，比传统的铣削加工高510 倍；在加工模具型腔时与传统的加工方法(传统铣削、电火花成形加工等)相比其效率提高45 倍。（2）高精度高速铣削加工精度一般为10m，有的精度还要高。（3）高的表面质量由于高速铣削时工件温升小（约为3C），故表面没有变质层及微裂纹，热变形也小。最好的表面粗糙度Ra 小于1m，减少了后续磨削及抛光工作量。（4）可加工高硬材料可铣削5054HRC 的钢材，铣削的最高硬度可达60HRC。鉴于高速加工具备上述优点，所以高速加工在模具制造中正得到广泛应用，并逐步替代部分磨削加工和电加工。2.电火花铣削加工电火花铣削加工（又称为电火花创成加工）是电火花加工技术的重大发展，这是一种替代传统用成型电极加工模具型腔的新技术。像数控铣削加工一样，电火花铣削加工采用高速旋转的杆状电极对工件进行二维或三维轮廓加工，无需制造复杂、昂贵的成型电极。日本三菱公司最近推出的EDSCAN8E 电火花创成加工机床，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，体现了当今电火花创成加工机床的水平。3.慢走丝线切割技术目前，数控慢走丝线切割技术发展水平已相当高，功能相当完善，自动化程度已达到无人看管运行的程度。最大切割速度已达300mm2/min，加工精度可达到1.5m，加工表面粗糙度Ra0.10.2m。直径0.030.1mm 细丝线切割技术的开发，可实现凹凸模的一次切割完成，并可进行0.04mm 的窄槽及半径0.02mm 内圆角的切割加工。锥度切割技术已能进行30以上锥度的精密加工。4.磨削及抛光加工技术磨削及抛光加工由于精度高、表面质量好、表面粗糙度值低等特点，在精密模具加工中广泛应用。目前，精密模具制造广泛使用数控成形磨床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹座标磨床及自动抛光机等先进设备和技术。5.数控测量产品结构的复杂，必然导致模具零件形状的复杂。传统的几何检测手段已无法适应模具的生产。现代模具制造已广泛使用三坐标数控测量机进行模具零件的几何量的测量，模具加工过程的检测手段也取得了很大进展。三坐标数控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、严密的除尘措施以及简便的操作步骤，使得现场自动化检测成为可能。模具先进制造技术的应用改变了传统制模技术模具质量依赖于人为因素，不易控制的状况，使得模具质量依赖于物化因素，整体水平容易控制，模具再现能力强。1.2.3模具新材料及热、表面处理随着产品质量的提高，对模具质量和寿命要求越来越高。而提高模具质量和寿命最有效的办法就是开发和应用模具新材料及热、表处理新工艺,不断提高使用性能,改善加工性能。1.模具新材料冲压模具使用的材料属于冷作模具钢，是应用量大、使用面广、种类最多的模具钢。主要性能要求为强度、韧性、耐磨性。目前冷作模具钢的发展趋势是在高合金钢D2（相当于我国Cr12MoV）性能基础上，分为两大分支：一种是降低含碳量和合金元素量，提高钢中碳化物分布均匀度， 突出提高模具的韧性。如美国钒合金钢公司的8CrMo2V2Si、日本大同特殊钢公司的DC53(Cr8Mo2SiV)等。另一种是以提高耐磨性为主要目的， 以适应高速、自动化、大批量生产而开发的粉末高速钢。如德国的320CrVMo13，5 等。2.热处理、表处理新工艺为了提高模具工作表面的耐磨性、硬度和耐蚀性，必须采用热、表处理新技术，尤其是表面处理新技术。除人们熟悉的镀硬铬、氮化等表面硬化处理方法外，近年来模具表面性能强化技术发展很快，实际应用效果很好。其中，化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）以及盐浴渗金属（TD）的方法是几种发展较快，应用最广的表面涂覆硬化处理的新技术。它们对提高模具寿命和减少模具昂贵材料的消耗，有着十分重要的意义。1.2.4 模具CAD/CAM技术计算机技术、机械设计与制造技术的迅速发展和有机结合，形成了计算机辅助设计与计算机辅助制造（CAD/CAM）这一新型技术。CAD/CAM 是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工程，它以计算机软件的形式为用户提供一种有效的辅助工具，使工程技术人员能借助计算机对产品、模具结构、成形工艺、数控加工及成本等进行设计和优化。模具CAD/CAM能显著缩短模具设计及制造周期、降低生产成本、提高产品质量已成为人们的共识。随着功能强大的专业软件和高效集成制造设备的出现，以三维造型为基础、基于并行工程（CE）的模具CAD/CAM 技术正成为发展方向，它能实现面向制造和装配的设计，实现成形过程的模拟和数控加工过程的仿真，使设计、制造一体化。1.3 我国模具技术的发展状况目前，我国冲压技术与先进工业发达国家相比还相当落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与先进工业发达国家的模具相比差距相当大。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。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。61第2章零件经济性、工艺性分析2.1冲裁件的形状和尺寸冲裁件的形状尺寸如图2.1所示：图2.1 工件图由图可知，轴用弹性挡圈关于X轴上下对称，有直线和圆弧组成。通过查公差等级表可知冲压件内孔尺寸29.6 0+0.028mm，精度等级为IT8级，偏心距0.98 0+0.045mm，精度等级为IT10级，其他未标注公差尺寸属于自由尺寸，按IT14级确定公差，一般冲压均能满足精度要求，经查公差表各尺公差为：19-0.520mm，110.21mm，30+0.25mm，2.50+0.25mm，R0.5-0.250mm，R20-0.520mm，R1-0.250mm，35.5-0.620mm，R17.40.21mm。2.2冲裁件的材料根据生产实际要求轴用弹性挡圈的材料应为65Mn ， 65Mn 的标准含量： 碳0.62-0.70 ，硅0.17-0.37， 锰0.50-0.80 ，磷0.035 ，硫0.035 ，镍0.25 ，铬0.25。65mn 硬度：65Mn 钢一般采用等温淬火的较多，等温后硬度有两个级别：4045HRC 和4350HRC，前者适用于弹簧片等大变形零件，后者适用于比较厚的棘爪，卡抓之类小变形零件。小工件用用盐浴炉加热，快速油淬火，硬度可以达到55-62HRC。65Mn 钢性能：65Mn 钢具有较高的硬度，淬透性好，脱碳倾向少，价格低廉，切削性好等优点，但它有过热敏感性，易产生淬火裂纹，并有回火脆性， 65Mn 钢用途广泛，主要生产成钢丝，钢带、用于制造各种截面较少的扁，圆弹簧，板簧和弹簧片等。65Mn 钢在汽车业，电子业，火车等交通运输工具用量很大。它可制造圆锯片，用以高速切削各类型钢，钢管和钢筋。综上所述，优质碳素钢65Mn 具有良好的冲裁性能，适合冲裁。第3 章冲裁方案的拟定在冲裁工艺性分析的基础上，根据冲裁件的特点确定冲裁工艺方案。确定工艺方案首先应该考虑的问题是确定冲裁的工序数，冲裁工序的组合以及冲裁工序顺序的安排。冲裁工序一般容易确定，关键是确定冲裁工序的组合与冲裁工序的顺序。3.1 冲裁工序的组合冲裁工序的组合方式可分为单工序冲裁，复合工序冲裁和级进冲裁。所使用的模具对应为单工序模具、复合模具、级进模具。一般组合的冲裁工序比单工序冲裁生产效率高，加工的精度等级高。冲裁工序的组合方式可根据下列因素确定：（1）根据生产批量来确定，一般来说小批量和试制生产采用单工序模，中、大批量生产采用复合模具或者级进模具，生产批量与模具类型有着密切关系（2）根据冲裁件的尺寸和精度等级来确定，复合冲裁得到的冲裁件尺寸精度等级高，避免了多次单工序冲裁的定位误差，并且在冲裁过程中可以进行压料，冲裁件比较平整。级进冲模精度等级低。（3）根据对冲裁件的尺寸形状的适应性来确定，冲裁件的尺寸比较小时，考虑到单工序送料不方便和生产效率低，常采用复合冲裁或者级进冲裁。对于尺寸中等的冲裁件，由于制造多副模具的费用比复合模具昂贵，则采用复合冲裁；当冲裁件上的孔与孔之间的距离过小，不宜采用复合冲裁或者单工序冲裁，宜采用级进冲裁。所以级进冲裁可以加工形状复杂、宽度很小的异形冲裁件，且可冲裁的材料厚度比复合冲裁的大，但级进冲裁受压力机工作台面尺寸与工序数的限制，冲裁件尺寸不宜过大。（4）根据模具制造安装调整的难易和成本高低来确定。对于复杂形状的冲裁件来说采用复合冲裁比采用级进较为适宜，因为模具制造安装调整比较容易，且成本较低。（5）根据操作是否方便与安全来确定。复合冲裁件活清除废料工作安全性较差级进冲裁较安全。综上所述，对于一个冲裁件，可以得出多种工艺方案。必须对这些工艺方案进行比较，选取在满足质量与生产率的前提下，模具制造成本较低、模具寿命较高、操作比较方便及安全的工艺方案。3.2 冲裁顺序的安排（1）级进冲裁顺序的安排。先冲孔或者先冲缺口，最后落料或者切断，将冲裁件与调料分离。首先冲出的孔可作后续工序的定位孔。当定位要求较高时则可冲裁专供定位的工艺孔（一般为两个）。采用定距侧刃时，定距侧刃切边工序安排与首次冲孔同时进行，以便控制送料进距。采用两个定距侧刃时，可以安排在一前一后，也可以并列安排。（2）多工序冲裁件用单工序冲裁时的顺序安排。先落料使坯料与条料分离，在冲孔或者冲缺口。后继工序的定位基准要一致，以免定位误差和尺寸链换算。另外，冲裁大小不同、相距较近的孔时，为减少孔的变形，应该先冲大孔后冲小孔。3.3 冲裁工艺方案的拟定根据所需冲裁件的形状，冲裁此零件包括冲孔，落料两个基本工序，可以有以下三个基本工艺方案：方案一：先落料，后冲孔，采用单工序模具生产。方案二：落料冲孔复合模冲压。方案三：冲孔落料连续冲压，采用级进模生产。方案一模具结构简单，但需要两道工序两副模具，生产率较低，难以满足零件大批量年生产量的要求。方案二形状与尺寸受到模具结构与强度的限制，对于零件最小壁厚度有要求。冲裁件的的最小宽度约为1.5mm，厚度为1.2mm，如果使用复合模具难以达到要求，并且生产简单零件时成本较高，生产率较低。方案三只需要一副模具，生产率高，生产成本低，广泛应用于生产尺寸较小的冲件，通过比较之后方案三是最佳方案，但其达不到冲裁件的经济精度，冲裁件的精度一般可分为精密级和经济级两类。精密级是指冲压工艺在技术上所允许的最高精度，而经济精度是指模具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，即所谓的经济精度。为降低冲压成本，获得最佳的技术经济效果，在不影响使用要求的前提下尽量使用经济精度。级进模具所能达到的精度为IT13IT10级，而冲裁件内孔的尺寸29.6 0+0.028mm 为IT8级，所以这里为了不影响工件的使用要求应该采用精密级精度。第4 章冲裁排样设计冲裁件在条料、带料或者板料上的布置方法称为排样。合理的排样是提高材料利用率、降低成本，保证冲件质量及模具寿命的有效措施。4.1 材料的合理利用4.1.1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做材料利用率，它是利用合理利用材料的经济性指标。一个步距内材料的利用率可以用下式表示：=ABSx100% （4-1）式中：A一个步距内冲裁件的实际面积；B条料宽度； S步距。如果考虑到料头、料尾和边余料的材料消耗，则一张板料（带料或者条料）上总的材料利用率总为：总=nA1LBX100% ( 4-2)式中：n一条板料（带料或者条料）上的冲裁件的总数目； A1一个冲裁件的实际冲裁面积；L板料的长度； B板料宽度。的值越大，材料利用率越高，在冲裁件的成本中材料费用一般占60%以上，可见材料利用率是一项很重要的经济指标。4.1.2提高材料利用率的方法冲裁件所产生的废料可以分为两类：一类是结构废料，是由冲裁件的形状特点产生的；另外一类是由于冲件之间和冲件与条料侧边之间的搭边，以及料头、料尾和边余量而产生的废料，称为工艺废料。要提高材料利用率，主要应该从减少工艺废料着手。减少工艺废料的有力措施是：设计合理的排样方案，选择合理的版样规格和合理的裁板方案，或者利用废料做小零件等。对一定形状的冲件，结构废料是不可避免的，但充分利用结构废料是可能的。当两个不同冲裁件的材料和厚度相同时，在尺寸允许的情况下，较小尺寸的冲件可在较大尺寸冲件的废料中冲制出来。而轴用弹性挡圈的结构废料面积特别大，所以根据实际情况的要求可以合理使用冲件结构废料，以便节约成本，提高材料利用率。4.2 搭边值得确定排样时冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺废料叫做搭边。搭边的作用一是补偿定位误差和剪板误差，确保冲出合格零件；二是增加条料宽度，方便条料送进，提高劳动生产率；同时，搭边还可以避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉入模具间隙，从而提高模具寿命。综合考虑搭边值的影响因素：材料的力学性能、材料厚度、冲裁件的形状与尺寸、送料及挡料方式、卸料方式并查找相关资料。确定搭边搭边值为：工件间a1=1.5mm 侧面a =1.8mm4.3 排样方法根据材料的合理利用情况，条料的排样方法可分为三种情况：有废料排样，少废料排样，无废料排样。根据轴用弹性挡圈的形状，在设计过程中查询相关资料知道，对于大批量生产中尺寸不大的圆形、六角形、方形、矩形冲件适宜采用多排形式，经过多少试排，摆出多种不同排样方法。其排样方式主要有单排，双排，多排，单排排样的材料利用率过低所以不予考虑。双排的排样图如图4.2.1:图 4.2.1 双排图材料利用率计算：一个工件的面积A=339.72mm2b1=35.5+1.8=37.3mm, B1=35.52+a1+2a=71+1.5+1.8=74.3mm 1=2AB1S=2339.7274.340=22.86%三排排样图如图4.2.2所示：图 4.2.2 排样图材料利用率的计算：b2=（35.5+1.5）2sin60=64.09mm, B2=b2+35.5+21.8=103.19mm 2=3AB2S=3339.72103.1940=24.70%因为利用率24.70%22.86%，所以三排为最合理的排样方案。4.4 条料宽度与导料板间距离的计算在确定排样方法和搭边值之后，就可以确定条料宽度，进而确定导料板间的距离。级进模采用侧刃定距，用对角侧刃定距时条料宽度计算公式：条料宽度 B-0=（LMAX+1.5a+nb1）-0 （4-3）式中：条料宽度的单向偏差；根据条料厚度和宽度查表取得值为=0.7mm。Lmax条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；通过 AutoCAD 计算Lmax =100mma 侧搭边值； n侧刃数；B条料宽度；b1侧刃冲切的宽度，通过查表冲切宽度b1 =2mm。将各值带入公式4-3 得到：B-0=107-0.70mm导料板间距离：B=B+C=LMAX+1.5a+nb1+c (4-4) =100+1.51.8+22+1 108mm B1=LMAX+1.5a+y =100+1.51.8+0.15 103mm第5 章冲裁力和压力中心的计算5.1 冲裁力的计算冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力，他是随着凸模进入材料的深度（凸模行程）而变化的。通常说冲裁力是指冲裁力的最大值，他是选用压力机和设计模具的主要依据之一。用普通平刃口模具冲裁时，其冲裁力F 一般按照下式计算：F=KLtb （5-1）式中： F冲裁力；L冲裁周边长度；t-材料厚度； b材料的抗剪切强度；K系数。一般K 取1.3系数K 是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀值、刃口磨损、板料力学性能和厚度等因数的影响而给出的修正系数。一般K=1.3。由国标 GB/T699-88 查得 65Mn 的抗拉强度b =750Mpa，抗剪强度 b=600Mpa。由于工件表面形状十分复杂，具有圆角，且形状不规则，所以利用计算机辅助设计软件AutoCAD对工件进行测量得到冲裁周边长度L=231.28mm。将相关系数带入公式5-1 得：F=1.3231.282600=360796.8N5.2 卸料力、推件力的计算在冲裁结束时，由于材料的弹性恢复（包括径向弹性恢复和弹性翘曲恢复）及摩擦的存在，将使冲落部分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，必须将箍在凸模上的料卸下，将卡在凹模内的料推出。从凸模上卸下箍着的料所需要的力称为卸料力；将梗塞在凹模内的料顺冲裁方向推出所需要的力称为推件力。卸料力、推件力是由压力机和模具卸料装置传递的。所以在选择设备的公称压力或者设计冲模时，应该分别予以考虑。影响这些里的因素较多，主要有材料的力学性能、材料厚度、模具间隙、凹模洞口的结构、搭边的大小、润滑情况、制件的形状和尺寸等。所以要计算这些力得大小是相当复杂的，生产中常用的经验计算公式主要有：卸料力：FX=KXF (5-2)推件力：FT=nKTF (5-3)式中： F冲裁力； KX、KT卸料力、推件力。见表5.2.1n 同时卡在凹模内的冲裁件（或废料）数。n=hht式中：h 凹模洞口的直刃壁高度；t 板料厚度。表5.2.1 卸料力、推件力系数料厚 t /mmKXKT钢0.10.10.50.50.252.56.56.50.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.030.010.0630.0550.0450.025铝、铝合金纯铜、黄铜0.0250.080.020.060.030.070.030.09通过查表可知： KX =0.04，KT =0.55， n =3将各系数带入公式5-1 和5-2 得：FX=0.04x360796.8=14431.87N FT=3x0.55x360796.8=595314.72N5.3 压力机公称压力的确定压力机的公称压力必须大于或者等于各种冲压工艺力得总和F Z 。F Z 的计算应该根据不同的模具结构分别对待，即：采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模时FZ=F+FX+FT (5-3)采用弹性卸料装置和上出料方式的冲裁模时FZ=F+FX+FD (5-4)采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模时FZ=F+FX (5-5)由于冲裁件的质量要求较高，厚度较薄故采用弹性卸料装置。其压力机的公称压力FZ为：FZ=360796.8+14431.87+595314.72=970543.39N5.4 压力中心的确定确定多凸模模具压力中心，是将各个凸模的压力中心确定后，再计算模具的压力中心如图(5.4.1) 图 5.4.1 压力中心的计算计算压力中心的步骤如下：（1）按比例画出每一个凸模刃口轮廓的位置。（2）在任意位置画出坐标轴x，y。坐标轴的位置选择可以适当简化。在选择坐标轴位置时，应该尽量把坐标原点取在某一个刃口轮廓的压力中心，坐标原点最好是几个凸模刃口轮廓压力中心的对称中心。（3）分别计算凸模刃口轮廓的压力中心和坐标位置x1、x2 xn 和y1、y 2 yn。（4）分别计算每一个凸模刃口轮廓的周长L1 、L2 Ln 。（5）对于平行力系，冲裁力的合力等于各力得代数和。（6）根据力学原理合力对某轴的力矩等于各个分力对同轴力矩的代数和，则可得压力中心坐标的计算公式：x0=i=1nLixii=1nLi=1 （5-6）y0=i=1nLiyii=1nLi=1 （5-7）因为冲裁力和周边长度成正比，所以式中的冲裁力可以分别用冲裁周边长度代替。将图5.4.1 中的各个尺寸分别代入公式5-6，因为坐标轴位于中心线上所以在纵坐标方向上的尺寸为零，只需要计算横坐标方向。x0=128.58x-0.94x2+128.58x59.56+92.99x120x2+92.99x180.5+7.85x2x183.49x2+7.85x2x243.99128.58+92.99+7.85x2x379mm第6 章压力机的选择6.1 设备类型设备类型的选择要依据冲压零件的生产批量、零件尺寸的大小、工艺方法与性质及冲压件的尺寸、形状与精度等要求来综合考虑。1.根据冲压件的大小进行选择时，参考下表表6.1 按生产批量选择设备零件大小选用压力机类型特点适用工序小型或中小型开式机械压力机有一定的精度和刚度；操作方便，价格低廉分离及成形（深度浅的成形件）大中型闭式机械压力机精度与刚度更高；结构紧凑，工作平稳分离、成形（深度大的成形件及复合工序）2.根据冲压零件的生产批量选择时，参照下表表6.2 按生产批量选择设备零件批量设备类型特点适合工序小批量薄板适合机械压力机速度快、生产效率高，质量较稳定各种工序厚板液压机行程不固定，不会因超载而损坏设备拉深、胀形、弯曲等大中批量告诉压力机和多工位自动压力机高效率，消除了半成品堆存等问题冲裁各种工序3.考虑精度与刚度。在选用设备类型时，还应充分注意到设备的精度与刚度。压力机的刚度是由床身刚度、传动刚度和导向刚度三部分组成，如果刚度较差，负载终了和卸载时模具间隙发生很大变化，影响冲压件的精度和模具寿命。设备的精度也有类似的问题。4.考虑生产现场的实际可能在进行设备选择时，还应考虑生产现场的实际可能。如果日前没有效理想的设备供选择，则应该设法利用现有设备来完成工艺过程。综合上述四种选择方法，考虑到零件属于小型工件，且精度要求并不高。虽然是大批量生产，但一般的机械压力机均能满足其要求。因此，初步选定设备类型为开式机械压力机。6.2 设备规格在选定设备类型之后，应该进一步根据冲压件大小、模具尺寸及工艺变形力来确定设备规格和具体参数。其规格的主要参数有以下几个：1、行程压机行程的大小，应该保证坯料的方便放进与零件的方便取出。2、装配模具的相关尺寸压力机的工作台面尺寸应大于模具的平面尺寸(一般是模具底板)，还应有模具安装与固定的余地，但过大的余地对工作台受力不利，工作台面中间孔的尺寸要保证漏料或顺利安放模具顶出料装置。一般开式压机滑块上有模柄孔尺寸(直径高度)，此时，模具的模柄应当与此相适应。3、闭合高度冲床的闭合高度是指滑块处于下死点时，滑块下平面至工作台上平面间的开挡空间尺寸。这个高度即为冲压操作(主要是装卸模具)的空间高度尺寸。显然、冲床的闭合高度应与模具的闭合高度相适应。冲床的最大闭合高度要大于模具的闭合高度，最小闭合高度又要能小于模具的闭合高度。一般模具的闭合高度H 应满足以下关系：Hmin-H1+10HHmax-H1-5 （6-1）式中： H min 压力机最小闭合高度；H1 垫板厚度；H 模具闭合高度；H max 压力机的最大闭合高度；H min -H1 压力机的最小闭合高度；H max -H1 压力机的最大装模高度。如果模具封闭高度小于设备的最小封闭高度时，可以用附加垫板(在下模座下面)达到要求。模具的平面尺寸(主要是下模板)应小于设备工作台平面尺寸，模具漏料孔D1应小于设备的工作台孔D。二是模柄长度L1 应稍小于设备滑块孔的深度L；模柄直径d1应稍小于滑块孔径d。4、设备吨位设备吨位大小的选择首先要以冲压工艺所需要的变形力为前提。要求设备的名义压力要大于所需的变形力，而且，还要有一定的力量储备，以防万一。从提高设备的上作刚度、冲压零件的精度及延长设备的寿命的观点出发，应要求设备容量有较大剩余。最新的观点是使设备留有(40-30)的余量，即只使用设备容量的(60-70)。还有的建议只使用设备容量的50，即取设备的吨位为工艺变形总力的2 倍。通过计算冲裁工件所需的冲裁力为970543.39N，查冲压模具设计与制造附录，初步预选公称压力为1000KN 的压力机。其规格参数为：最大封闭高度400mm，闭合高度调节量110mm即最小闭合高度为290mm，模柄孔尺寸6075。第7 章模具主要零件的设计7.1 冲裁模间隙冲裁间隙Z 是指凹模刃口横向尺寸D A 与凸模刃口横向尺寸d T 的差值，图7.1.1冲裁模间隙Z 表示双面间隙，单面间隙用Z/2 表示，如果无特别的说明，冲裁间隙是指双面间隙。Z 指可以为正，也可以为负，但在普通冲裁中均为正值。7.1.1间隙的重要性间隙对冲裁件的质量、冲裁力和模具寿命均有重要的影响，是冲裁工艺与冲模设计的得一个非常重要的工艺参数。1、间隙对冲裁件质量的影响间隙是影响冲裁件质量的重要因素之一。2、间隙对冲裁力的影响试验证明，随间隙的增大冲裁力有一定程度的降低，但当单面间隙介于材料厚度的5%-20%范围内时冲裁力的降低不超过5%-10%。因此在正常情况下，间隙对冲裁力的影响不大。间隙对卸料力、推件力的影响比较显著，随间隙的增大，卸料力和推件力都会减小，一般当单面间隙增大到材料厚度的15%-25%时卸料力几乎降低为零。但间隙继续增大会使毛刺增大，又将引起卸料力、顶件力的迅速增大。3、间隙对模具寿命的影响模具寿命分为刃磨寿命和模具总寿命。刃磨寿命是用两次刃磨之间的合格制件数表示。总寿命是用模具失效为止的总的合格制件数表示。模具失效的原因一般有：磨损、变形、崩刃、折断和胀裂。冲裁过程中作用于凸、凹模上的力为被冲材料的反作用力。凸、凹模刃口受着极大的垂直压力与侧压力的作用，高压使刃口与被冲材料接触面之间产生局部附着现象，当接触面相对滑动时，附着部分就产生剪切而引起磨损。这种附着磨损，是冲模磨损的主要形式。接触压力越大，相对滑动距离越大，模具材料越软，则磨损量越大。而冲裁中的接触压力的增大，还会引起刃口的压缩疲劳破坏，使之崩刃，小间隙还会还会产生凹模胀裂、小凹模折断、凸凹模相互啃刃等异常损坏。当然，影响模具寿命的因素很多，有润滑条件、模具制造材料和精度、表面粗糙度、被加工材料特性、冲裁件轮廓形状等都与模具寿命有关，但间隙却是其中一个主要因素。所以为了减少凸、凹模的磨损，延长模具使用寿命，在保证冲裁件质量的前提下适当采用较大的间隙是必要的。若采用小间隙，就必须提高模具硬度、精度、间隙模具粗糙度值，良好润滑，以减小磨损。7.1.2冲裁模间隙值的确定根据以上分析可见，间隙对冲裁件质量、冲裁力、模具使用寿命等都有很大的影响。但很难找到一个固定的间隙值能同时满足冲裁件质量最佳、冲模寿命最长、冲裁力最小等各方面的要求。因此，在冲压实际生产中，主要根据冲裁件断面质量、尺寸精度和模具寿命这三个因素综合考虑，给这个间隙范围就称为合理间隙，这个范围的最小值称为最小合理间隙值，最大值称为最大合理间隙。考虑到在生产过程中的磨损使间隙变大，故设计与制造新模具时应该采用最小合理间隙值。确定合理间隙值有理论法和经验确定法两种，生产中多用经验确定法。经验确定法：根据研究与实际生产经验，间隙值可按要求分类查表确定。对于尺寸精度、断面质量要求高的冲裁件应选用较小间隙值，这是冲裁力与模具寿命作为次要因素考虑。对于尺寸精度和断面质量要求不高的冲裁件，在满足冲裁要求的前提下，应以降低冲裁力、提高模具寿命为主，选用较大的双面间隙值。可详见GB/T167431997表7.1 中间隙冲裁表（t%）材料厚度t/mm12层压纸板、层压布板4859铝、铅、铜48591J79、4J2959610Q235、H6261081245、50812101465Mn、T8A10141216需要指出的是，当模具采用线切割加工，如果直接从凹模中制取凸模，此时凸、凹模间隙决定于电极丝直径、放电间隙和研磨量。7.2 凸模与凹模刃口尺寸的确定凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影响冲裁件的尺寸精度。模具的合理间隙值也靠凸、凹模刃口尺寸及其公差来保证。因此，正确确定凸、凹模刃口尺寸和公差，是冲裁模设计中的一项重要工作。7.2.1凸、凹模刃口计算原则由于凸、凹模之间存在间隙，所以冲裁件断面都带有锥度，而在冲裁件尺寸的测量和使用中，都是以光亮带的尺寸为基准。落料件的光亮带处于大端尺寸，冲孔件的光亮带处于小端尺寸。落料件的光亮带是因凹模刃口挤切材料产生的，而冲孔件的光亮带是凸模刃口挤切材料产生的。且落料件的大端（光面）尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端（光面）尺寸等于凸模尺寸。冲裁过程中，凸、凹模要与冲裁零件或废料发生摩擦，凸模轮廓越磨越小，凹模轮廓越磨越大，结果使间隙越用越大。因此，确定凸、凹模刃口尺寸应区分落料和冲孔，并遵循如下原则：1、设计落料模先确定凹模刃口尺寸。以凹模为基准，间隙取在凸模上，即冲裁间隙通过减小凸模刃口尺寸来取得。设计冲孔模先确定凸模刃口尺寸。以凸模为基准，间隙取在凹模上，冲裁间隙通过增大凹模刃口冲裁来取得。2、根据冲模在使用过程中的磨损规律，设计落料模时，凹模基本尺寸应取接近或等于工件的最小极限尺寸；设计冲孔模时，凹模基本尺寸应取接近或等于工件孔的最大极限尺寸。这样，凸、凹模在磨损到一定程度时，扔能冲出合格的零件。模具磨损预留量与工件制造精度有关。用x表示，其中为工件的公差值，x为磨损系数，其值在0.51 之间，根据工件制造精度选取：工件精度IT10 以上x =1工件精度IT10IT13 x =0.75工件精度IT14 x =0.53、不管落料还是冲孔，冲裁间隙一般选取最小合理间隙值（ Zmin ）。4、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。一般冲模精度较工件精度高24 级。对于形状简单的圆形、方形刃口，其制造偏差值可按IT6IT7 级来选取；对于形状复杂的刃口，制造偏差可按工件相应部分公差值的1/4来选取；对于刃口尺寸磨损后无变化的，制造偏差值可取工件相应部分公差值1/8并冠以（ ）。5、工件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造偏差原则上都应按“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公差时应向材料实体方向单向标注。但对于磨损后无变化的尺寸，一般标注双向偏差。7.2.2凸、凹模刃口尺寸的计算由于加工方法的不同，刃口尺寸的计算方法也不同，基本上可以分为两类。其一为凸模与凹模图样分别加工法，另外一种方法为凸模与凹模配作法。（1）按凸模与凹模图样分别加工法1、冲孔 ：冲孔工序刃口尺寸计算公式为：dT=（dmin+x）-T0 （7-1） dA=（dT+Zmin）0+A （7-2）2、落料 ：落料工序刃口尺寸的计算公式为：DA=(Dmax-x)0+A （7-3） DT=(DA-Zmin)-T0