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黄河
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消声器前盖冲压工艺及其模具设计（黄河）,消声器,冲压,工艺,及其,模具设计,黄河
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黄河科技学院本科毕业设计（论文）任务书 工 学院 机械 系 材料成型及控制工程 专业 2008 级 1 班学号 080118029 学生 张静 指导教师 刘万福 毕业设计题目 消声器前盖冲压工艺及其模具设计 毕业设计（论文）工作内容与基本要求（目标、任务、途径、方法，应掌握的原始资料（数据）、参考资料（文献）以及设计技术要求、注意事项等）（纸张不够可加页）一、原始资料 1冲压模工作原理图及装配图资料； 2计算机，绘图机； 3. 设计室。 二、设计目标与任务 对所提供的零件进行结构分析，在充分分析该件结构的基础上，确定冲压工艺并进行模具设计，完成模具主要零件的设计与计算；选择冲压设备及工具；用电脑绘制一张模具总装图及五张主要零件图。 三、基本要求及成果形式 1写出开题报告； 2. 文献翻译不少于3000字，与材料成型相关； 3. 文献综述不少于3000字，参考文献不少于12篇，其中外文不少于两篇； 4. 绘制零号装配图一张及主要非标零件的零件图五张，毕业设计（论文）说明书一份,字数不少于8000字。 四、时间安排 1-2周 考察调研，工厂调研，完成开题报告； 3-4周 完成文献综述，文献翻译，拟定设计初步方案； 5-9周 完成毕业设计论文初稿及模具工作原理图； 10-11周 绘制模具结构原理图，完成毕业论文； 12周 做好答辩前的所有准备工作，准备毕业答辩； 工作任务与工作量要求：原则上查阅文献资料不少于12篇，其中外文资料不少于2篇；文献综述不少于3000字；文献翻译不少于3000字；毕业论文或设计说明书不少于8000字（同时提交有关图纸和附件）。 提交相关图纸、实验报告、调研报告、译文等其它形式的成果。毕业设计（论文）撰写规范及有关要求，请查阅黄河科技学院本科毕业设计（论文）指导手册。毕业设计（论文）时间： 2012 年 2 月 13 日至 2012 年 5月 15 日计 划 答 辩 时 间： 2012 年 5 月 19日专业（教研室）审批意见： 审批人（签字）： 黄河科技学院毕业设计（论文）开题报告表课题名称消声器前盖冲压工艺及其模具设计课题来源教师拟订课题类型AX指导教师刘万福学生姓名张静专 业材料成型及控制工程学 号080118029一、选题背景与资料的准备进入21 世纪以来,在经济全球化的新形势下,随着资本、技术和劳动力市场的重新整合,我国将成为世界装备制业的基地。而在现代制造业中,无论哪一行业的工程装备,都越来越多地采用由模具工业提供的产品。运用大学期间学习的知识，简要的了解本次课程设计的任务和要求，对图形进行分析。以教科书为基础，其中包括，模具制造技术、冲压成型工艺与模具设计、冷冲压成型工艺、毕业设计指导书等。系统地对专业知识综合整理，同时查阅相关的文献资料如：异形垫圈落料冲孔复合模具设计，冲压手册，冲模结构设计要领与范例等十几种文献资料，其中包括外文资料！二、设计的目的与任务 对所提供的零件进行结构分析，在充分分析该件结构的基础上，确定冲压工艺并进行模具设计，完成模具主要零件的设计与计算；选择冲压设备及工具；用电脑绘制一张模具总装图及五张主要零件图。三、设计的思路与预期成果 1写出开题报告； 2. 文献翻译不少于3000字，与材料成型相关； 3. 文献综述不少于3000字，参考文献不少于12篇，其中外文不少于两篇； 4. 绘制零号装配图一张及主要非标零件的零件图五张，毕业设计（论文）说明书一份,字数不少于8000字。四、任务完成的阶段内容及时间安排 1周 2周 收集设计资料并完成开题报告； 3周 4周 完成英文资料翻译并写出文献综述； 5周 7周 进行总体设计和部分零部件的选择与设计； 8周11周 绘制装配图和部分零件图、编写毕业设计说明书； 12周 修改整理，准备答辩。五、完成设计所具备的条件因素 针对此次模具设计工作量大，工作难度大特点，拟采用计算机辅助设计AUTOCAD等相关软件来完成模具设计，从而节省时间和精力。收集相关文献，期刊等资料加以辅助设计。针对自身理论不足，将更多地向指导老师请教学习。充分利用学校和老师提供的有限资源，运用所学的知识对本次设计进行分析，查阅有关文献资料。在老师的指导下，同学的交流中，自己的努力一定能够顺利完成本次课程设计！ 指导教师签名： 日期： 课题来源：（1）教师拟订；（2）学生建议；（3）企业和社会征集；（4）科研单位提供课题类型：（1）A工程设计（艺术设计）；B技术开发；C软件工程；D理论研究；E调研报告 （2）X真实课题；Y模拟课题；Z虚拟课题要求（1）、（2）均要填，如AY、BX等。黄河科技学院毕业设计(文献综述) 第 10页 单位代码 02 学 号 080118029 分 类 号 TH6 密 级毕业设计文献综述院（系）名称 工学院机械系 专 业 名 称 材料成型及控制工程 学 生 姓 名张 静指 导 教 师刘万福2012年03月10日冲压成形特点以及发展趋势摘 要 本文论述了冷冲压件成形的相关理论、变形机理和工艺设计步骤及冲压件结构设计与优化的基本原则。介绍其成型原理、成形工艺及其结构设计、优化过程和冲压成型的特点以及冲压成型所用材料，以及冷冲压成形的现状，以使冲压成形工艺的加工方法得到推广、应用和优化。关键词：冲压，成型，优化。0 前言冲压技术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，在电子产品中，冲压件约占80%85%；在汽车、农业机械产品中，冲压件约占75%80%；在轻工业产品中，冲压件约占90%以上。此外，在航空及航天工业中，冲压件也占有很大的比例。其材料利用率高，可加工薄壁、形状复杂的零件，形状和尺寸精度方面的互换性好，生产率高，操作简单，容易实现机械化和自动化，在工农业中应用十分广泛。由于薄壁零件特别是复杂的薄壁零件不适于用传统的成形加工方法，因此需要采用冷冲压加工工艺。1设计开题前，在指导老师的解说下，我对冲压件的成形方法及冲压件的结构设计和优化等有了初步的了解。冲压成型加工具有生产率高、质量好等优点，在各种板材、带材的成形加工中，具有明显的综合经济效益。在此期间我也查了一些资料使我对滚压成型的原理以及特点有了初步了解。为此次毕业设计的开始作了充分的准备1 冲压成形的特点与基本规律冲压成形是塑性加工的一种方法。虽然它也是利用材料的塑性变形能力，改变其几何形状与尺寸，从而达到冲压成形的目的，但是，由于冲压成形所用板料毛坯的几何特点和所用设备与模具的特殊性，使冲压成形除具有塑性加工普遍存在的特点和遵循其一般的变形规律外，它还具有一些与一般的压力加工不同的特点与独特的规律。21.1 冲压成形的特点 在生产实践中应用的冲压成形工艺方法很多，有多种形式和名称，但它们在本质上是相同的，都是使平面形状的板料毛坯，在力的作用下，按既定的要求产生不可恢复的塑性变形，从而完成一定形状与精度零件的制造工艺。从利用原材料的塑性进行加工这个原则看，它和其他所有的塑性加工方法是一样的，但是，由于冲压成形中的毛坯是厚度远小于板平面尺寸的板料以及由此决定的外力作用的方式与大小等原因，致使冲压成形具有如下几个非常突出的特点。3(1) 数值不大的垂直与板面方向的单位压力，即可引起在板面方向上数值足以使板材产生塑性变形的内应力。(2) 在没有抗失稳装置拘束作用的条件下，很难在自由状态下顺利地进行冲压成形过程。(3) 在冲压成形时，板料毛坯里的内应力数值接近或等于材料的屈服应力，有时甚至小于板料的屈服应力。(4) 在冲压成形时，模具对板料毛坯作用力所形成的拘束作用程度较轻。由于冲压成形具有上述一些在变形与力学方面的特点，致使冲压技术也形成了自己的一些与一般塑性加工不同的特点。(1) 由于不需要在板料毛坯的表面作用数值很大的单位压力即可使其成形，所以在冲压技术中关于模具强度与刚度的研究并不十分重要，相反的却发展了许多简易模具技术。(2) 因冲压成形时的平面应力状态或更为单纯的应变状态，当前对冲压成形中毛坯的变形与力能参数方面的研究较为深入，有条件运用合理的科学方法进行冲压加工。(3) 人们在对冲压成形过程有了较为深入的了解后，已经认识到冲压成形与原材料有十分密切的关系。1.2冲压成形中毛坯的分析在冲压成形过程中，为使板料毛坯改变起原始形状成为零件，必须在毛坯各部分之间形成一定的受力与变形关系。每一种冲压成形方法都要求毛坯各部分之间存在一定的力与变形的关系。这是能够顺利地完成冲压成形的基本保证，所以对毛坯进行受力与变形方面的分析是十分必要的。41213在冲压成形过程中各个区（部分）之间是在相互转化而不断变化的，例如待变形区内的板料不断地进行变形区，而变形区的金属又可能不断地进入已变形去并承担起传力的作用等。对变形区与不变形区的判断，当然可以直观地根据该部分毛坯是否在改变起形状来决定。不过，有时候变形区的形状与尺寸并不发生变化（如再次拉深时的变形区），所以最根本的判断方法是：如果毛坯内某个部分内任意两点的距离不产生变化，也就是它们之间不产生相对的位移，即使该部分产生总体的位移，或做等角速度的转动，这部分也不一定不是变形区，而是非变形区。51.3冲压变形的分类在冲压加工的技术工作与生产管理工作中，根据各自不同的需要与目的，按不同的标准出现了许多分类方法。从本质上看，冲压成形就是冲压毛坯的变形区，在力的作用下产生相应的塑性变形，所以变形区内的应力状态和变形性质应该是决定成形性质的基本因素。因此，根据变形区应力状态和变相特点进行的冲压成形分类方法，可以把成形性质相同的成形方法概括成同一个类型并进行体系化的研究。2 冲压加工与传统加工方法的比较2.1板料冲压加工的优点(1) 材料利用率高。(2) 可加工薄壁、形状复杂的零件。(3) 冲压件在形状和尺寸精度方面的互换性好。(4) 能获得质量轻而强度高、刚性好的零件。(5) 生产率高，操作简单，容易实现机械化和自动化。冲压生产设备由剪床和冲床。剪床是用来将板料剪切成具有一定宽度的条料，以供后续冲压工序使用，冲床可用于剪切及成形。6142.2传统板料加工的缺点(1) 材料利用率低。(2) 不能加工形状复杂的零件，成形的零件质量差。(3) 生产效率低，全部是人工操作。 3 冷冲压加工的现状和发展趋势3.1 冲压技术的历史与应用现状在20世纪50年代，冲压技术还处于主要依靠从实践中总结出来的冲压工艺方法和工艺参数，能够制造出具有典型特征与规则形状的冲压件。但是对所应用的冲压成形方法的变形机理和冲压成形的规律并不十分了解，缺少必要的理论基础知识作为实际工作的指导。因此，当冲压生产中遇到与变形机理有关较为复杂的问题时，就会感到束手无策，无从着手，致使问题长时间得不到解决。到20世纪末，冲压技术有了很大的进步，人们已经对常用的各种工艺方法的成形机理有了基本的了解，也总结出一些可以作为冲压成形理论内容的冲压变形规律，可以在对冲压成形机理深入了解的基础上，开发更为先进的冲压工艺方法和改进冲压工艺过程。随着冲压技术的发展，冲压技术在现代工业中占有十分重要的地位，是国防工业和民用工业生产中必不可少的加工方法。在国防工业中，特别是飞机的制造中，冲压成形以成为必不可少的关键技术之一。在民用工业中，在电子产品中冲压件约占80%85%；在汽车、农业机械产品中冲压件约占75%80%；在轻工业产品中，冲压件约占90%以上。7153.2冲压工艺的研究随着计算机软硬件技术的发展，众多融合了计算机图形学、有限元技术和塑性成形理论的模拟软件开始出现，例如DYNAFORM, PAM-STAMP. LS-DYNA3D, AUTOFORM,OPTRIS, ABAQUS/EXPLICIT等，得到了许多工业部的重视和应用。美国的GM,Ford, Chrysler,德国的大众、奔驰，日本的丰田、三菱、日产等大型汽车制造公司，己开始应用这类软件指导板料成形件的开发和生产，产生了良好的经济效益。数值分析技术以其高效率、低成本的优势在薄板冲压成形领域中得到了广泛的应用。美国、日本等世界一流的科学研究中心采用有限元数值模拟和网格技术对零件、模具、冲压工艺和材料性能之间的相互适应性进行了三维动态仿真分析，涉及领域之广泛、研究成果之显著，引人瞩目。我国在板料成形数值模拟方面起步较晚，较发达国家(美、日等)晚了十几年。经过多年的发展，我国在板料成形数值模拟方面已经取得了很大进展，但主要集中在部分高校里，华中理工大学针对不完全对称盒形件的成形特点，开发了有限变形弹塑性薄膜有限元程序对其进行分析研究。吉林工业大学采用更新的Lagrange法以及有限元变形虚功率增量型原理的弹塑性大变形有限元法，研究了金属板料成形的塑性流动规律以及成形过程中发生的起皱、裂纹等现象，首次提出了多点成形时非连续接触边界约束的处理方法，建立了基于Mindlin壳理论三维金属板料成形过程分析的有限元模型，编制了用于板料多点成形分析的有限元专用软件，成功分析了多点成形时的金属流动规律。8哈尔滨工业大学采用刚粘塑性本构关系，开发了粘塑性板壳成形有限元分析程序，并对方盒件的成形过程进行了分析；:对板料粘性介质胀形过程中的应变速率变化也进行了模拟研究。北京航空航天大学对板料成形过程中的接触摩擦和悬空区起皱进行数值模拟。上海铁道学院的李尧臣用有限元法模拟了金属板材的冲压成形过程，分析了金属板材在冲压过程中的屈曲现象，建立了增量形式的变分原理，跟踪了板料起皱的发展、折叠、衰减的全过程。上海交通大学对板料成形的回弹进行了较为系统的研究，提出在板料回弹模拟中采用修正的拉格朗日法较为合适。11板料成形数值模拟技术的一个突出成就是实现了汽车覆盖件的成形模拟，通过对板料成形过程进行高精度数值模拟，可以观察冲压速度、模具间隙、摩擦因素等对成形性能的影响。在汽车覆盖件模拟方面，Ford公司的S.C.Tang作了长期的卓有成效的研究，早在1980年就用小变形有限元程序分析了当汽车车身零件成形中采用曲面压料面时，压边圈夹紧阶段工件的变形。C.Q.Du等还对轿车顶弧(roofbow)、后加强板(rail reinforcement)、轮毂(disk wheel)成形时的回弹题进行了模拟研究，日本的板料成形研究协会更是开发了模拟软件ROBST，该软件与MitsubishiCAD/CAM系统连接后设计出来的覆盖件模具，已初步在生产实际中得到验证。Mazda Motor用PAM-STAMP分析了边框外覆盖件。我国对复杂汽车覆盖件成形过程的数值模拟技术也进行了探索，林忠钦等运用有限元软件AUTOFORM和LSDYNA3D对SANTANA2000的外侧板的成形过程进行了模拟，包向军等运用LS-DYNA3D，在综合考虑了毛坯尺寸、压边力、拉延筋的布置等因素的情况下，实现了汽车内门板的优化设计。93.3冲压技术存在的问题(1) 理论研究还不完善，尚需进一步加强理论工作；(2) 冲压件的工艺制定之后，还需要进行试验，并根据试验的结果修正工艺规程，这一点在复杂冲压件成形过程中尤为突出，占用了生产时间的很大一部分；(3) 冲压模拟仿真在我国的应用率还有待提高。104 结束语由于具有生产效率高，产品重量轻，可冲压出形状复杂的零件等优点，因此，在汽车、航空航天等领域应用越来越广。同时在轻工业，军工等行业所占的比例也有增长的趋势。但同是我们也应看到，我国在冲压领域与发达国家还有很大的距离，我们必须以更大的步伐更快的速度占领这个领域。参考文献1 李尧.金属塑性成形原理M.北京：机械工业出版社，2004.2 夏琴香.冲压成形工艺及模具设计M.广州：华南理工大学出版社，2004.3 李硕本.冲压工艺理论与新技术M.北京：机械工业出版社，2002.4 张士宏.冲压工艺的新发展：材料、工艺、测控一体化J.机械工人，2006，（12A）.5 马东，陈新春.座椅安全带支架的成形工艺方案与模具结构J.模具制造.2006，（10A）：23-24.6 余平.具有特殊斜面的冲压件展开尺寸计算J.宁夏工程技术，2005，4（2A）.7 段维峰，王长昕，翟德梅.车架冲压工艺优化研究及模具设计J.拖拉机与农用运输车，2006，33（1A）：88-89.8 彭东升.波形片冲压工艺几成形模设计J.模具工业，2006，32（7A）：21-22.9 孔玉民，王义文.汽车中马鞍形零件冲压工艺分析及模具设计J.10 王晓莉.软管支架冲压工艺及模具设计J.机械研究与应用，2006，19（6A）：72-73.11 崔令江.汽车覆盖件冲压成形技术M.北京:机械工业出版社2003.12 Yang D Y,Jung D W,Song I S,etal. Comparative Investigation into Implicit, explicit, and iterative implicit/explicit schemes for the simulation of sheet-metal forming processesJ.Journal of Materials Processing Technology.19 95(50):39-5313 Ronda J,Mercer C D,Bothma A S,etal. Simulation of square-cup deep-drawing with various friction and material modelsJ.Jounral of Materials Processing Technology.1995(50):92-104.14 Zhoua D .Wagonera R H.Development and application of sheet-forming simulationJ.Jounral of Materials Processing technology.1995(50)1-1615 Taylor L,Cao J,Karafillis A P,etal.Numerical simulations of sheet-metal formingJ.Journal of Materials Porcessing Technology.1995(50):169-179 黄河科技学院毕业设计（论文）文献翻译 第 6 页单位代码 02 学 号 080118029 分 类 号 TH6 密 级毕业设计文献翻译院（系）名称 工学院机械系 专 业 名 称 材料成型及控制工程 学 生 姓 名张 静指 导 教 师刘万福2012年03月10日 黄河科技学院毕业设计（文献翻译） 第 8 页高速加工和现代模具制造一、概述 1目前模具制造的发展现状和趋势 模具作为重要的工艺装备，在消费品、电器电子、汽车、飞机制造等工业部门中，占有举足轻重的地 位。工业产品零件粗加工的 75%，精加工的 50%及塑料零件的 90%将由模具完成。目前中国模具市场需求 已达 500 亿元之规模。汽车模具、特别是覆盖件模具年增长速度将超过 20 %；建材模具也迅速发展， 各种异型材模具、墙面和地面模具成为模具的新增长点，今后几年塑料门窗和塑料排水管增长将超过 30 %；家电模具年增长速度将超过 10 %；IT 业年均增长速度超过 20 % ，对模具的需求占模具 市场的 20 %。 2004 年中国机床工具工业产值将继续增长。 我国模具制造市场潜力巨大。 根据资料统计， 近年来，我国模具的年总产值达到 30 亿美元，进口超过 10 亿美元，出口超过 1 亿美元。增长从 1995 年的 25% 增加到 2005 年的 50%。国外专家预言：亚洲在全球模具制造中占据的份额，将从 1995 年的 25%增加 至 2005 年的 50%。 中国模具工业发展迅速，形成了华东和华南两大基地，并且逐渐扩大到其他省份。(山东,安徽,四川) 1996 年2002 年，模具制造业产值年平均增长 14%，2003 年增长 25%。2003 年我国模具产值为 450 亿人 民币。总产量位居世界第 3，出口模具 3.368 亿美元，比上年增长 33.5%。但是，我国技术含量低的模具已 供过于求，精密、复杂的高档模具很大部分依靠进口。每年进口模具超过 10 亿美元。出口超过 1 亿美元精 密模具精度要求在 23 m,大型模具需要满足 8000kN 合模力注塑机的要求;小型模具需满足直径 1mm 塑料管的要求。目前，采用高速切削生产模具已经成为模具制造的大趋势，在国外一些模具生产厂家，高 速机床大面积取代电火花机床，高速切削大大提高了模具生产效率。机床企业瞄准模具生产企业，有的加 工中心生产厂机床的 60%以上卖给模具加工企业。高速切削逐渐取代电火花精加工模具在国外的模具制造 企业已经普遍采用，高速切削生产模具已经成为逐渐模具制造的大趋势，大大提高了模具生产效率和质量。 采用高速切削替代电火花生产模具，可以明显提高效率、提高模具精度、使用寿命长。 2高速加工在模具制造中的应用 21 高速切削的优点： 1）刀具的高转速和机床的高进给以及高加速度，大大提高金属切除率； 2) 高速切削减小切削力； 3）高速切削热大部分由切屑带走，工件发热少； 4）高速切削减少振动，提高加工质量； 22 高速加工应用于模具加工的效益 1）快速粗加工和半精加工，提高加工效率； 2) 高速高精度精加工硬切削代替光整加工， 表明质量高， 形状精度提高， EDM 加工提高效率 50%， 比 减少手工修磨； 3）硬切削加工最后成型表面， 提高表面质量、 形状精度， (不仅是表面粗糙度低， 而且表面光亮度高)， 用于复杂表面的加工更具优势； 4）避免 EDM 加工产生的表面损伤，提高模具寿命 20%； 5) 结合 CAD/CAM 技术快速加工电极，特别是形状复杂、薄壁类电极。 3 采用高速切削加工模具需要解决的问题 在国内，由于资金、技术等方面的原因，应用高速切削生产模具还处于初期阶段。 还存在机床、刀具、 工艺以及其他方面的一些问题需要逐步解决。 缺点是加工成本高，对刀具的使用有较高的要求，不能使用 过大的刀具，要有复杂的计算机编程技术做支持，设备运行成本高。 二、 加工模具的高速加工机床 模具精加工和硬切削加工需要数控高速机床,模板、模架加工需要精密、高效数控机床等。许多机床企 业瞄准模具生产，有的加工中心生产厂机床的 60%以上卖给模具企业。模具行业今后几年年均有 50 亿元的6固定资产投入，其中 80%是购买模具加工设备，也就是说每年有 40 亿元人民币要购买金切机床。目前我国 数控机床的平均利用率大约 20%，高速机床的利用率 35%。模具企业也有相当的单位购买高速机床，从 600040000rmp 的都有。 1高速机床的技术参数要求 加工中心主轴大功率、高转速，满足粗精加工；精加工模具要用小直径刀具，机床一般要达到 15000 20000rmp。通常主轴转速在 10000rpm 以下的机床可以进行粗加工和半精加工，达不到精加工的精度；无法 达到 400m/min 以上的切削速度。 2 五轴机床的应用增加趋势 1）加工路线灵活，表面形状复杂； 2)加工范围大，适合多种类型模具加工； 3)切削条件好，减少刀具磨损，提高刀具寿命； 3. 购买 CAD/CAM 软件和高速机床配套 据统计，每年有几十亿美元用于进口机床，大部分电加工机床和高速机床需要进口。 三、高速切削模具的刀具技术 高速切削加工还需配备适宜高速切削的刀具。高速加工刀具材料的进展促使了高速加工的发展。硬质 合金涂层刀具、聚晶增强陶瓷刀具使得兼顾高硬度的刀刃部和高韧性的基体成为可能。聚晶立方氮化硼 (PCBN)刀片,其硬度可达 35004500HV。聚晶金刚石(PCD)其硬度可达 600010000HV。近年来德国 SCS、 日本三菱(神钢)及住友、瑞士山特维克、美国肯纳飞硕等国外著名刀具公司都先后推出了各自的高速切削刀 具，不仅有高速切削普通结构钢的刀具,还有能直接高速切削淬硬钢的陶瓷刀具等超硬刀具,尤其是涂层刀具 异军突起,在淬硬钢的半精加工和精加工中发挥着巨大作用。新刀具材料和刀具技术的出现已经使高速加工 上的瓶颈问题不再会出现在刀具上。但是，进口刀具的昂贵价格也阻碍高速切削模具的重要因素。 一般来说,刀具以及刀夹的加速度达到 3g 以上，刀具的径向跳动要小于 0.015mm，而刀的长度不能大于 4 倍的刀具直径。根据 SANDVIK 公司的实际统计，在使用碳氮化钛(TICN)涂层的整体硬质合金立铣刀 (58HRC)进行高速铣削时,粗加工刀具线速度约为 100m/min,而精加工和超精加工时,其线速度超过了 280m/min。这样对刀具的材料(包括硬度、韧性、红硬性(高温状态下保持切削性能)、刀具的形状(包括排屑 性能、表面精度、动平衡性等)以及刀具寿命都有很高的要求。根据国内模具高速精加工的经验，采用小直 径球头铣刀进行模具精加工时，线速度超过了 400800m/min。选择足够高速度的机床硬切削模具精加工。 Delcam 采用 0.8mm 直径的刀具加工窄槽，转速 40000rpm，0.1mm 深度，进给速度 30m/min。. 1 选择刀具参数，如负前角刀具等。刀具要求比普通加工要求抗冲击韧性更高，还要求抗热冲击能 力强； 2. 采取多种方法提高刀具寿命，降低刀具成本。 3 采用高速刀柄，目前应用最多的是 HSK 刀柄，热压装夹刀具。注意刀具装夹后的整体动平衡； 4 当前的刀具企业在解决高速切削刀具技术方面已经做了很多工作，面向加工的刀具服务会帮助解 决很多问题，刀具生产厂家成为主体，参考刀具生产厂家提供的技术参数。 四、 提高高速切削模具效率的工艺技术 1 刀具直径和长度的选择 2 HSM 和 EDM 的选择 3 干切削和润滑冷却 4 进给选择：通常进给量 铣刀直径 10%，进给宽度 铣刀直径 40%。根据材料情况合理选择加工工艺参数 国外高速铣削加工零件材料质量较，材料质量标准相同,加工性能比较稳定；而国外公司生产的刀具也 是以他们的材料标准做试验；推荐的加工参数一般比较适合他们的标准，如果使用他们的刀具，与国内的 零件材质有一定的区别,在高速铣削时,这种差别表现得较为明显，有些参数可以直接应用，但有些效果就比 较差。而国内企业一般选用零件材质有一定的标准,所使用的零件材料，特别是能用高速加工的零件材质，一般会局限在某些零件材料范围内,这对我们应用高速加工技术也提供了有利的条件，会在较少的加工材料 范围内应用。这里要强调的是，一定要在这些材料上选取优化出一套适合本企业的加工工艺参数，并且纳 入企业标准。选用国产刀具,很少有推荐高速铣削的技术参数的,有必要做试验,取得比较满意的参数,最好选 用固定的刀具生产厂家,减少试验的次数,形成加工技术标准,这样可以提高设备有效利用率,降低生产成本,可 以取得较好的经济效益。 五、 高速切削的加工刀具路径和编程 1） 平面进给路径选择 2） 轮廓加工路径选择 3） 保持切削载荷平稳 4） 保持相对平稳的进给量和进给速度5） 在平面切削中保持园拐角 6） 合理选择精加工余量 HSC 精加工对 CAM 的编程要求：1）尽量避免拐角的铣削运动；2）尽量避免工件外的进刀与退刀运 动，直接从轮廓进入下一个深度。或者采用螺旋线或斜向进给切入； 3）恒定每刃进给，提高质量，延长刀具寿命；4）轮廓加工保持在水平面上等。高速切削 CAM 软件： Delcam 公司几年前就开始了高速切削加工编程技术的研究，开发了高速切削自动编程软件模块；最近， MasterCAM 公司也开发了高速切削自动编程软件模块；国内北航海尔也在开发高速切削自动编程软件模 块； 六、 高速机床数控系统的特点 1） 高速数据处理2） 拐角预测处理 3） NURBS 非有理样条插补曲线加工 高速切削模具的安全问题 ： 1)刀具磨损和破坏的监测； 2) 刀片连接的强度； 3) 和普通机床加工不同，安全防护和开机前对机床和刀具的严格检查非常重要。七、 目前我国在采用高速加工模具技术中存在的问题 1 机床 1） 国产高速机床整体性能尚有差距，功能部件性能还不能满足要求。包括电主轴的功率和转速，进 口机床价格高； 2） 机床的高速下动态特性研究还不够，因而影响整机的性能； 3） 五轴机床还不够成熟，进口机床价格太高； 4） 配套技术和设备还不完全。 2 刀具：1） 国产刀具还不能够适应高速切削的应用，特别是高速硬切削光整加工。进口刀具价格高。刀具技 术是影响高速切削加工模具的一个重要因素。2） 配套技术还不够，包括刀柄、成套在线动平衡等。3 高速模具加工工艺技术及实验 1） 由于高速加工模具的历史比较短，缺乏应用经验积累； 2） 对高速切削工艺研究比较少，投入不够，立项比较困难； 3） 缺少高速切削数据库或手册，目前还是空白； 4） 模具生产厂家对高速切削的认识不够，缺乏长期效益的分析对比； 4 缺乏高速切削自动编程软件；5 缺乏五轴联动高速切削自动编程 CAM 软件。结束语模具市场对高速加工有强烈需求，但是技术跟不上。起步晚，基础较差，整体技术水平不高，发展缓 慢。需要各个方面协调发展，产学研结合，加大投入，综合利用各个方面力量推动高速切削在模具制造中 的应用。我们希望，通过各方面的努力，在市场需求的推动下，通过技术进步，像汽车、机床、家电一样， 在不远的将来，我国不但要成为模具生产大国，而且要成为模具生产强国。参考文献1、 金涤尘，宋放之.现代模具制造技术，北京：机械工业出版社，2001. 2、 许鹤峰，数字化模具制造技术，北京：化学工业出版社，2001.3、赵波.模具加工的前沿技术高速加工.模具技术，2000，(2) 4、 张海鸥.快速模具制造技术的现状及其发展趋势.模具技术，2000，(6) 5、郭东明.王晓明.面向快速制造的特种加工技术.中国机械工程，2000，(11)9黄河科技学院毕业设计（论文） 第 39 页 单位代码 02 学 号 080118029 分 类 号 TH6 密 级 毕业设计说明书消声器前盖冲压工艺及其模具设计院（系）名称工学院机械系专 业 名 称 材料成型及控制工程 学 生 姓 名张静指 导 教 师刘万福2012年 05 月 10 日 黄河科技学院毕业设计说明书 第 VI 页消声器前盖冲压工艺及其模具设计摘 要本设计分析消音器前盖冲压工艺, 确定工艺方案及模具结构, 论述了级进模的设计过程, 同时还介绍了模具关键部位的结构设计，如：凸模、凹模、凸模固定板、垫板、卸料板、弹簧、挡料销、导正销等。模架采用标准模架，选用了合适的冲压设备。设计中对工作零件和压力机规格均进行了必要的校核计算, 实践证明:模具结构合理,生产的零件符合要求。关键词：级进模，浮顶装置，冲孔，拉伸，翻孔，落料The front cover of the muffler stamping process analysis and mold design Author:ZhangJing Tutor:Liu Wan Fu AbstractThis project analysis damper front cover ramming craft, the definite craft plan and the mold structure, elaborated the level to enter molds design process, meanwhile introduced the mold essential spot structural design, for example: The plunger, the lower die, the plunger dead plate, the backing strip, unload the yard lumber, the spring, to keep off the material to sell, to lead are selling and so on. The pould frame uses the standard pould frame, has selected the appropriate ramming equipment. In the design carried on the essential examination computation to the work components and the press specification, the practice had proven: The mold structure is reasonable, the production components meet the requirement. Keywords : Progressive dies, Floating roof device, Punching, Stretching, Plunge, Cut目 录1 绪 论.1 1.1 冲压模具市场情况.1 1.2 冲压模具水平状况.2 1.2.1 模具CAD/CAM技术状况.3 1.2.2 模具设计与制造能力状况.4 1.2.3 专业化程度及分布状况.5 1.3 冲压模具未来的发展重点与展望.5 1.3.1 冲压模具产品发展重点.5 1.3.2 冲压模具技术发展重点.52 冲压件工艺分析.7 2.1 冲压件材料分析.7 2.2 冲压件结构工艺性及分析.7 2.3 模具结构形式和选材.9 2.3.1模具结构形式.9 2.3.2模具材料选择.93 冲压工艺方案的确定.114 工 艺 计 算.12 4.1拉伸件展开尺寸计算.12 4.2材料的规格的选择.13 4.3排样图的设计与材料利用率的计算.13 4.3.1排样图的设计.13 4.3.2 材料利用率的计算.17 4.4冲压工艺力的计算.17 4.4.1冲裁力.17 4.4.2拉伸部分的拉伸力计算.19 4.4.3卸料力及推件力的计算.195 模具主要零件设计与选择.22 5.1圆形凸模的设计.22 5.1.1 凸模长度计算.23 5.1.2 承压应力校验.23 5.1.3 抗纵向弯曲应力的校核.24 5.1.4 圆形凸模固定端面的压力25 5.2 切断凸模设计25 5.2.1凸模承压力校核.26 5.2.2 抗纵向弯曲应力的校核.26 5.2.3 切断凸模固定端面的压力.25 5.3 拉伸凸模设计.27 5.3.1 拉伸凸、凹模圆角半径及工作部分深度的确定.29 5.3.2 凸、凹模间隙.29 5.3.3 落料口大小的确定.29 5.4 凹模的设计.29 5.4.1 凹模孔口形式及主要参数.29 5.4.2整体式凹模外形尺寸的确定.30 5.4.3 凹模强度校核.32 5.5 弹簧的设计.32 5.5.1设计弹簧的一般步骤.32 5.5.2弹簧类型的选择.33 5.5.3弹簧材料及许用应力.33 5.5.4 弹簧相关几何尺寸的计算.35 5.5.5拉伸弹簧钩环强度验算.37 5.6凸模固定板的选择.38 5.7 凸模垫板的选择.386 确定凸、凹模间隙及计算工作部分尺寸.39 6.1冲裁间隙值的确定.39 6.2 凹、凸模刃口尺寸计算.39 6.2.1确定凹凸刃口尺寸的原则.39 6.2.2冲裁模刃口尺寸的计算方法.39 6.2.3冲裁模刃口尺寸的计算.407 模具总体设计.43 7.1 定位零件的设计与选择.43 7.1.1 挡料销的选择.43 7.1.2 定位板的设计.44 7.1.3 止退块的设计.44 7.1.4 导料板的设计.44 7.1.5 导正销的设计.45 7.2 卸料装置的设计.45 7.2.1 卸料板的设计.45 7.2.2 卸料弹簧的选择.48 7.2.3 卸料弹簧有关尺寸计算.49 7.2.4 卸料弹簧的窝座深度H和安装厚度B.50 7.2.5 安装孔内径和孔底厚度h值的选取.51 7.3凸模固定板的设计.52 7.4导向零件的选用.52 7.5 模架的选用.538 冲压设备的选择.55 8.1冲压设备类型的选择.55 8.2确定设备的规格.559 绘制模具图与撰写说明书.57 9.1装配图的绘制.57结 论.58致 谢.60参考文献.61 黄河科技学院毕业设计说明书 第 64 页1 绪 论改革开放，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。在走过了漫长的发展道路之后，目前我国已形成了300多亿元（未包括港、澳、台的统计数字）各类冲压模具的生产能力。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。1.1 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。现摘录中国模具工业协会发布的统计材料2007年我国冲压模具市场情况简介如下：据国家统计局数据显示：2007年1-12月全国模具产量达8,944,677.44套，同比增长6.53%；2007年1-12月全国模具年销售额达870亿元人民币以上，同比增长21%。可以说2007年的模具行业是产需两旺。另据中国海关数据显示：2007年我国模具进出口总额为34.66亿美元，比2006年增长12.24%。其中进口总额为20.53亿美元，比2006年增长0.29%；出口总额为14.13亿美元，比2006年增长35.73%。出口继续保持强劲的上升趋势，逆差进一步下降，总的情况良好。据专家预测，2008年在国家宏观调控下，国民经济发展仍将保持高速增长，国内外模具市场继续看好，预计2008年模具行业的发展仍会保持20%左右的增长率。近年来，中国经济的高速发展为模具工业发展提供了巨大动力。近10年来，中国模具工业增长速度保持在15%以上；生产厂2万余家，从业人员50多万人，年产值达450亿元以上。另外，结构调整步伐加快，大型、精密、复杂、长寿命模具和模具标准件发展速度高于行业总体发展速度；塑料模和压铸模比例增大；面向市场的专业模具厂家数量及能力快速增加。从区域市场分析，东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方；珠江三角和长江三角地区生产集中，发展速度快，其模具产值约占全国产值的2/3以上。从未来发展趋势分析，产品结构调整将加快，针对低档模具供过于求，大型、精密、复杂的模具供不应求的情况，高档模具的比重将增加，行业将向大型、精密、复杂、高效、长寿命和多功能方向发展。我国模具行业的国际竞争力优势中，劳动力价格低优势将得到充分发挥。我们认为未来重点发展的产品包括：汽车覆盖件模具、精密冲压模具、大型塑料模具、精密塑料模具、大型薄壁精密复杂压铸模和镁合金压铸模具、子午线橡胶轮胎模具、新型快速经济模具、多功能复合模具、模具标准件等。就企业发展方面分析，采用数控技术、快速原型技术、高速切削和超精加工等高新技术，进一步提升模具工业的设计制造水平将是未来企业改造重点，也是未来企业发展的关键驱动因素。另外，国际市场将被企业看重，因为全球模具市场整体供不应求，市场需求量维持在600亿至650亿美元。从应用趋势方面分析，受用户要求模具的生产周期缩短影响；快速经济模具的开发将被重视，模具标准件的应用将日渐广泛，且采用计算机控制和机械手操作的快速换模装置、快速试模装置技术也会得到发展和提高。 另外，随着车辆和电机等产品向轻量化方向发展，压铸模的数量、寿命和复杂程度要求将更高；随着以塑料代钢、以塑代木的发展和产品零件的精度和复杂程度的不断提高，塑料模的比例、精度和复杂度也将随着相应提高。1.2 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。1.2.1 模具CAD/CAM技术状况我国模具CAD/CAM技术的发展已有20多年历史。由原华中工学院和武汉733厂于1984年共同完成的精冲模CAD/CAM系统是我国第一个自行开发的模具CAD/CAM系统。由华中工学院和北京模具厂等于1986年共同完成的冷冲模CAD/CAM系统是我国自行开发的第一个冲裁模CAD/CAM系统。上海交通大学开发的冷冲模CAD/CAM系统也于同年完成。20世纪90年代以来，国内汽车行业的模具设计制造中开始采用CAD/CAM技术。国家科委863计划将东风汽车公司作为CIMS应用示范工厂，由华中理工大学作为技术依托单位，开发的汽车车身与覆盖件模具CAD/CAPP/CAM集成系统于1996年初通过鉴定。21世纪开始CAD/CAM技术逐渐普及，现在具有一定生产能力的冲压模具企业基本都有了CAD/CAM技术。其中部分骨干重点企业还具备各CAE能力。模具CAD/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量，已成为人们的共识。在“八五”、“九五”期间，已有一大批模具企业推广普及了计算机绘图技术，数控加工的使用率也越来越高，并陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统。如美国EDS的UG，美国ParametricTechnology公司的Pro/Engineer，美国CV公司的CADS5，英国DELCAM公司的DOCT5，日本HZS公司的CRADE及space-E，以色列公司的Cimatron，还引进了AutoCAD、CATIA等软件及法国Marta-Daravision公司用于汽车及覆盖件模具的Euclid-IS等专用软件。国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了CAD/CAM技术。DL图的设计和模具结构图的设计均已实现二维CAD，多数企业已经向三维过渡，总图生产逐步代替零件图生产。且模具的参数化设计也开始走向少数模具厂家技术开发的领域。在冲压成型CAE软件方面，除了引进的软件外，华中科技大学、吉林大学、湖南大学等都已研发了较高水平的具有自主知识产权的软件，并已在生产实践中得到成功应用，产生了良好的效益。快速原型(RP)与传统的快速经济模具相结合，快速制造大型汽车覆盖件模具，解决了原来低熔点合金模具靠样件浇铸模具，模具精度低、制件精度低，样件制作难等问题，实现了以三维CAD模型作为制模依据的快速模具制造，并且保证了制件的精度，为汽车行业新车型的开发、车身快速试制提供了覆盖件制作的保证，它标志着RPM应用于汽车车身大型覆盖件试制模具已取得了成功。围绕着汽车车身试制、大型覆盖件模具的快速制造，近年来也涌现出一些新的快速成型方法，例如目前已开始在生产中应用的无模多点成型及激光冲击和电磁成型等技术。它们都表现出了降低成本、提高效率等优点。1.2.2 模具设计与制造能力状况在国家产业政策的正确引导下，经过几十年努力，现在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平，包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。虽然如此，我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。这些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都有较大差距。轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。虽然在设计制造方法和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，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、制造周期等方面，与国外相比还存在一定的差距。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。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。有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具，已基本达到国际水平。但总体上和国外多工位级进模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，仍存在一定差距。汽车覆盖件模具制造技术正在不断地提高和完善，高精度、高效益加工设备的使用越来越广泛。高性能的五轴高速铣床和三轴的高速铣床的应用已越来越多。NC、DNC技术的应用越来越成熟，可以进行倾角加工和超精加工。这些都提高了模具型面加工精度，提高了模具的质量，缩短了模具的制造周期。模具表面强化技术也得到广泛应用。工艺成熟、无污染、成本适中的离子渗氮技术越来越被认可，碳化物被覆处理（TD处理）及许多镀（涂）层技术在冲压模具上的应用日益增多。真空处理技术、实型铸造技术、刃口堆焊技术等日趋成熟。激光切割和激光焊接技术也得到了应用。1.2.3 专业化程度及分布状况我国模具行业专业化程度还比较低，模具自产自配比例过高。国外模具自产自配比例一般为30%，我国冲压模具自产自配比例为60%。这就对专业化产生了很多不利影响。现在，技术要求高、投入大的模具，其专业化程度较高，例如覆盖件模具、多工位级进模和精冲模等。而一般冲模专业化程度就较低。由于自配比例高，所以冲压模具生产能力的分布基本上跟随冲压件生产能力的分布。但是专业化程度较高的汽车覆盖件模具和多工位、多功能精密冲模的专业生产企业的分布有不少并不跟随冲压件能力分布而分布，而往往取决于主要投资者的决策。例如四川有较大的汽车覆盖件模具的能力，江苏有较强的精密冲模的能力，而模具的用户大都不在本地。1.3冲压模具未来的发展重点与展望1.3.1 冲压模具产品发展重点冲压模具共有7小类，并有一些按其服务对象来称呼的一些种类。目前急需发展的是汽车覆盖件模具，多功能、多工位级进模和精冲模。这些模具现在产需矛盾大，发展前景好。汽车覆盖件模具中发展重点是技术要求高的中高档轿车大中型覆盖件模具，尤其是外覆盖件模具。高强度板和不等厚板的冲压模具及大型多工位级进模、连续模今后将会有较快的发展。多功能、多工位级进模中发展重点是高精度、高效率和大型、高寿命的级进模。精冲模中发展重点是厚板精冲模大型精冲模，并不断提高其精度。1.3.2 冲压模具技术发展重点模具技术未来发展趋势主要是朝信息化、高速化生产与高精度化发展。因此从设计技术来说，发展重点在于大力推广CAD/CAE/CAM技术的应用，并持续提高效率，特别是板材成型过程的计算机模拟分析技术。模具CAD、CAM技术应向宜人化、集成化、智能化和网络化方向发展，并提高模具CAD、CAM系统专用化程度。为了提高CAD、CAE、CAM技术的应用水平，建立完整的模具资料库及开发专家系统和提高软件的实用性十分重要。从加工技术来说，发展重点在于高速加工和高精度加工。高速加工目前主要是发展高速铣削、高速研抛和高速电加工及快速制模技术。高精度加工目前主要是发展模具零件精度1m以下和表面粗糙度Ra0.1m的各种精密加工。提高模具标准化程度，搞好模具标准件生产供应也是冲压模具技术发展重点之一。 为了提高冲压模具的寿命，模具表面的各种强化超硬处理等技术也是发展重点。对于模具数字化制造、系统集成、逆向工程、快速原型/模具制造及计算机辅助应用技术方面形成全方位解决方案，提供模具开发与工程服务，全面提高企业水平和模具质量，这更是冲压模具技术发展的重点。毕业设计（论文）是本科教学计划的一个重要环节，是落实本科教育培养目标的重要组成部分，其主要目的是培养学生综合运用所学知识，理论联系实际，独立分析、解决问题，使学生在科研选题、调查研究、检查和查阅中外文献资料、综合分析、实验设计及研究、计算、数据处理、文字表达等方面的能力得到综合训练，进而巩固和加深所学的专业知识，提升学生全面素质。近年来，制造业在科学发展观的指引下迈入了新的发展阶段，其中冲压加工和模具技术更有显著的进步。本人在综合考虑了今后的工作和发展方向后，在这次毕业设计中选取了冲孔、拉伸、翻孔、切断这一典型的级进模结构进行设计，以巩固自己的专业知识。2冲压件工艺分析冲裁件的工艺性，是指冲裁件对冲裁工艺的适应性,即冲裁件的形状结构、尺寸大小、尺寸偏差、形位公差与尺寸基准等是否符合冲裁工艺的要求。冲裁件的工艺性对冲裁工件的质量、材料利用率、生产率、模具制造难易、模具寿命、操作方式及冲压设备的选用等都有很大的影响。一般情况下，对冲裁件工艺性影响最大是几何形状、尺寸、精度要求。良好的冲裁件工艺性能满足材料省、工序少、产品质量稳定、模具较易加工、操作方便且寿命较高等要求，从而显著降低冲裁件的制造成本。2.1 冲压件材料分析 该零件的材料为08F，该钢种是优质碳素钢，碳的质量百分数是0.05%0.11，属于低炭钢，屈服点=175MPa，抗拉强度=295MPa，延伸率不小于35，断面收缩率不小于60，具有良好的冲压、拉伸、弯曲、焊接性能，故广泛用于制造冷冲压零件。（参考文献7 表8.4）2.2 冲压件结构工艺性及分析 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。该工件结构简单，也无复杂形状的曲线。冲裁件各直线或曲线的连接处，尽量避免锐角。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。工件图如图1.1所示：图1.1零件最大宽度70 mm, 最大高度7. 5 mm, 最大长度160 mm。经分析,确定成形工序为拉深、冲孔、翻孔、落料。由于工序多, 为保证冲压精度, 采用单侧进行合理设计才能保证零件精度及质量。刃定距,导柱导套导向装置。模具内设计气孔,以便卸下工件, 采用压边限位装置。翻孔时沿冲孔反方向进行,使毛刺位于翻孔内以减小开裂,同时凸模与凹模之间的间隙略小于材料厚度, 保证翻孔凸缘挺直。冲件上的孔与孔、孔与边缘之间的距离不能过小，以避免工件变形、模壁过簿或因材料易被拉入凹模而影响模具寿命。一般孔与孔最小间距：3.1t，孔边距取：对圆孔为（11.5）t。冲裁件的精度要求，应在经济精度以内，对于该制件为普通冲裁件，其经济精度不高于IT11级，冲孔件比落料件高一级。冲裁件的尺寸精度以不高于ITl2级为宜。如无特殊要求，外形尺寸精度应低于ITl0级，内形尺寸精度应低于IT9级。对精度要求高于ITl0级的冲裁件，应在模具结构设计方面采取措施，若提高定位精度，采用弹压卸料顶件装置，提高模具制造精度或采用精冲技术等。零件图上要求公差为IT12级。冲裁件的断面质量是不高的，材料厚度和硬度的影响尤甚。通常材料厚度t1mm的零件，断面粗糙度可达Ra=3.2m；t1mm的零件，断面粗糙度将高Ra=6.3m。（参考文献5 ）2.3 模具结构形式和选材2.3.1模具结构形式 该制件主要工序为：拉深、冲孔、翻孔、落料。采用多工序级进模，结构紧凑，冲出的制件精度高，生产效率也高，适合大批量生产。采用自动送料，自动卸料，采用弹性卸料装置，具有压料作用，冲裁质量较好，模具精度应比冲裁件精度高23级，不应高太多，以免增加制造成本。2.3.2模具材料选择 冷冲压模具的成本分析 在冷冲压模具设计中，常常要提到模具成本问题，即经济性。所谓经济性，就是以最小的耗费取得最大的经济效果。在冲压生产中，既要保证产品质量，完成所需的产品数量，又要降低模具的制造费用这样才能使整个冷冲压的成本得到降低。 在模具设计中主要考虑的问题是如何降低模具的制造成本。因为产品的成本不仅与材料费(包括原材料费、外购件费)、加工费(包括工人工资、能源消耗、设备折旧费、车间经费等)有关，而且与模具费有关。一副模具少则几万，多则上百万。所以必须采取有效措施降低制造成本。 模具费在工件制造成本中占有一定比例。对于小批量生产，采用简易模具。因其结构简单、制造快速、价廉，所以能降低模具费，从而降低工件制造成本。在大批大量生产中应尽量采用高效率、长寿命的级进冲模及发展硬质合金冲模。硬质合金冲模的刀磨寿命和总寿命比钢模具大得多。总寿命为钢模具的2040倍，而模具制造费用仅为钢模具的24倍。而对中批量生产，首先应尽量使冲模标准化，大力发展冲模标准件的品种，推广冲模典型结构，最大限度地缩短冲模设计与制造周期。制造中、小型冷冲压模具的材料有铸铁、碳素工具钢、合金工具钢、硬质合金、钢结硬质合金以及锌合金、低熔点合金、环氧树脂、聚氨脂橡等。冲模主要零件所使用的模具钢有碳素工具 钢、低合金工具钢、高碳高铬工具钢、高碳中铬工具钢、硬质合金及钢结硬质合金等。 凸模和凹模是在强压、连续使用和有很大冲击的条件下工作的，并伴随有温度的升高，工件条件极其恶劣。所以对凸模、凹模和材料要求有好的耐有温度的升高，工件条件极其恶劣。所以对凸模、凹模和材料要求有好的耐磨性、耐冲击性、淬透性和切削性，硬度很大，热处理变形小，而且价格低廉。设计模具时，合理选取模具材料是关系到模具寿命和成本的一项重要工作。冲模的主要零件凸模、凹模和凸凹模等材料的选取尤应慎重通常应考虑如下几点：（1）根据冲压件生产批量的大小来选取模具材料。当冲压件的生产批量很大时，凸模、凹模和凸凹模应选取质量高、耐磨性好的模具钢。例如C r12MoV、Cr4W2MoV、YGl5等。（2）根据被冲压材料的性能、工序性质和冲模主要零件工作条件和作用来选取模具材料。（3）应考虑模具材料的冷、热加工性能和工厂现有条件。（4）应考虑我国模具钢的生产和使用情况。 对于该制件主要工序为：拉深、冲孔、翻孔、落料，且要求大批量生产，所以模具材料应采用质量较高，能保证耐用度的材料。故凹、凸模可以选择高碳高铬工具钢Cr12MoV，热处理硬度：6062HRC。3 冲压工艺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。级进模是在压力机的一次行程中，一副模具的不同位置上完成多个不同的工序。根据对零件进行分析,综合考虑材料利用率,工艺合理性及模具结构简易等,工序安排: 冲切口; 空位; 拉深; 反拉深; 冲孔; 翻孔; 落料。工位数的确定：（1）应保证冲件的精度要求和零件几何形状的正确性。对要求零件精度比较高的部位，应尽量集中在一个工位上一次冲压完成。在一个工位完成确实有困难，需分解为两个或多个工位时，最好放在相邻的工位上。 （2）对于复杂的形孔和外形分断切除时，只要不受精度要求和模具周边尺寸的限制，应力求做到各段形孔以简单、规则、容易加工为基本原则。（3）在普通低速压力机上冲压的级进模，为了使模具简单、实用缩小模具体积、减少步距的积累误差，凡是能合并的工位，只要模具自身有足够的强度，就不要轻易分解，增加工位。空工位的设置原则：（1）用导正销做精确定具的条料，可适当增加空位，因步距积累误差较小，对产品精度影响不大。反之，定距精度差的，不应轻易增设空工位。（2）当模具步距较大（一般步距大于16mm）时，不宜多设置空工位。步距大于30mm以上时，更不能轻易设置多个空工位。（3）一般来说，精度高、形状复杂的零件，应少设置空工位。反之，可适当增加空工位。（参考文献1 ）4 工 艺 计 算4.1拉伸件展开尺寸计算 板料、带料拉伸时，材料往拉伸力较大的区域流动。移动过程中，材料壁厚也会相应改变，故拉伸件的展开计算应遵循体积不变原则进行，由于该工件近似椭圆台，呈盒形，根据表面积相等原理，可近似计算毛坯面积为：由对工件分析可取，取修边余量则 。因为该工件四周的变形区基本相等，变形量也相近，则毛坯尺寸为：毛坯的长度 毛坯的宽度 毛坯的圆角半径 由求得：故： L=160mmB=80mm毛坯的展开形状如图3.2。图3.2毛坯展开形状图4.2材料的规格的选择冲压生产中使用的材料相当广泛。有金属材料和非金属材料，大部分都是各种规格的板料、带料、条料和块料。板料是冲压生产中应用最广的材料，适合于成批生产。其尺寸规格按国家标准定，采用标准规格板料可能会增加余料，使材料利用率降低。 带料（卷料）用于大批量生产。带料的宽度一般在300mm以下，根据材料的不同，有不同的宽度尺寸，长度可达几米到几十米，有的薄材料可达数百米。 条料是根据冲压件的需要，由板料剪切而成，用于中小型零件的冲压。 块料适用于单件小批量生产和价值昂贵的有色金属的冲压。根据生产要求和工艺性，选择切边带料。（参考文献4 ）4.3排样图的设计与材料利用率的计算4.3.1排样图的设计（一）排样分析排样指冲裁件在板料、条料或带料上的布置方式。排样是否合理，对材料利用率的大小有直接影响。还会影响到模具结构、生产率、制件质量、生产操作方便与安全等，因此，排样是冲裁工艺与模具设计中一项很重要的工作。冲压件大批量生产成本中，毛坯材料费用占60%以上，排样的目的就在于合理利用原材料。衡量排样经济性、合理性的指标是材料利用率。要提高材料利用率，就必须减少废料面积，冲裁过程中所产生的废料，可分为两种情况：（1）结构废料 由于工件结构形状的需要，如工件内孔的存在而产生的废料称为结构废料，它取决于工件的形状，一般不能够改变。（2）工艺废料 工件之间和工件与条料边缘之间存在的搭边，定位需要切去的料边与定位孔，不可避免的料头和料尾废料称为工艺废料，它决定于冲压方式和排样方式。因此，提高材料利用率要从减少工艺废料着手，同一个工件，可以有几种不同的排样方法。根据材料的利用情况，排样的方法可以有三种：（1）有废料排样沿工件的全部外形冲裁，工件与工件之间，工件与条料侧边之间都有工艺余料（搭边）存在，冲裁后搭边成为废料，如图3-3a所示。（2）少废料排样 沿工件的部分外形轮廓切断或冲裁，只在工件之间或是工件与条料侧边之间有搭边存在，如图3-3b所示。（3）无废料排样工件与工件之间。工件与条料侧边之间均无搭边存在，条料沿直线或曲线切断而得工件。如图3-3c所示。 图4-3排样方法 a) 有废料排样 b) 少废料排样 c)无废料排样有废料的排样法材料利用率较低，但制件的质量和冲模寿命较高，常用于工件形状复杂、尺寸精度要求较高的排样。少、无废料排样法的材料利用率较高，在无废料排样时只有料头、料尾损失，材料利用率可达85%95%，少废料排样法也可达70%90%。少、无废料排样法有利于一次冲裁多个工件，可以提高生产率。由于这种排样法冲切周边减少，所以还可以简化模具结构，降低冲裁力。但是，少、无废料排样的应用范围有一定的局限性，受到工件形状结构的限制，且由于条料本身的宽度公差，条料导向与定位所产生的误差，会直接影响工件尺寸而使工件的精度降低。在几个工件的汇合点容易产生毛刺。由于采用单边剪切，也会加快模具磨损而降低冲模寿命，并直接影响工件的断面质量，所以少、无废料排样常用于精度要求不高的工件排样。有废料、少废料或无废料排样。按工件的外形特征、排样的形式又可分为直排、斜排、对排、混合排、多排和裁搭边等。对于简单形状的工件，可以用就算方法选择合理的排样方式，而对于形状复杂的工件要作出正确判断则比较困难，通常用放样的方法，即用厚纸片剪35个样件，摆出各种可能的排样方案，从中选择一个比较合理的方案。合理的排样方法，应是将工艺废料减到最少。考虑到该工件的外形特征和材料的利用情况，可采用少废料直排的排样方式。（参考文献1 ）（二）搭边数值的选取 排样时，冲件之间以及冲件与条料侧边之间留下的余料叫搭边。它的作用是补偿定位误差，保证冲出合格的冲件，以保证条料有一定刚度，便于送料。搭边数值取决于以下因素：(1)冲件的尺寸和形状；(2)材料的硬度和厚度；(3)排样的形式(直排、斜排、对排等)；(4)条料的送料方法(是否有侧压板)；(5)挡料装置的形式(包括挡料销、导料销和定距侧刃等的形式)。当采用级进模冲压时，排样设计除了要考虑提高材料利用率以外，还必须注意以几点：(1)公差要求较严的零件排样时工步不宜太多，否则累积误差大，零件公差要求不易保证；(2)对孔壁较小的冲裁件，其孔可以分步冲出以保证凹模孔壁的强度；(3)零件孔距公差要求较严时，应尽量在同一工步冲出或在相邻工步冲出；(4)当凹模壁厚太小时，应增设空步以提高凹模孔壁的强度；(5)尽量避免复杂型孔，对复杂外形零件的冲裁，可分步冲出，以减小模具制造难度；(6)当零件小而批量大时，应尽可能采用多工位级进模成形的排样法；(7)在零件较大的大量生产中，为了缩短模具的长度可采用连续复合成形的排样法；(8)对于要求较高或工步较多的冲件，为了减小定位误差，排样时可在条料两侧设置工艺，用导正销定位； (9)在级进模的连续成形排样中，如有切口翘脚、起伏成形、翻边等成形工时，一般应安排在落料前完成；(10)当材料塑性较差时在有弯曲工步的连续成形排样中，必须使弯曲线与材料纹向成一定夹角。（参考文献1 ）搭边值根据工件宽和材料厚度，选工件间搭边值a=3.0mm。（参考文献5 ）排样图4-4（mm） 图4-4 排样图4.3.2 材料利用率的计算一个进距内的材料利用率为： （4-3） 式中：A冲裁件面积（包括冲出的小孔在内）（）； n 一个进距内冲件数目； B条料宽度（mm）； h进距（mm）。 1x14756.2 = x100% =82.9% 178x100（参考文献1 ） 4.4冲压工艺力的计算4.4.1冲裁力 冲裁力是凸模与凹模相对运动使工件与板料分离所需要的力，它与材料厚度、工件周边长度、材料的力学性能等参数有关。冲裁模设计时为了合理地设计模具及选用设备，必须计算冲裁力。压力机吨位必须大于计算的冲裁力。以适应冲裁的要求。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，平刃口模具冲裁时，其理论冲裁力F(N)可按下式计算： （4-4）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K=1.3。 选择设备吨位时，考虑刃口磨损和材料厚度及力学性能波动等因素实际冲裁力可能增大，所以应取 F （4-5）式中 F最大可能冲裁力(称冲裁力)；N 材料抗拉强度(MPa) 。 （参考文献1 ）08F钢的抗剪强度：260340N/，强度极限：300440 N/ （参考文献2 ）圆孔的冲裁力的计算： = =1.3211mm0.75mm340N/=22900.02（N）切断部分的冲裁力计算： =1.3369.95mm0.75mm340N/=122638.4（N）4.4.2拉伸部分的拉伸力计算 自由拉伸力为：= （4-6） 式中 C与弯曲形式有关的系数，对于V形件C取0.6；对于U形件C取0.7； K安全系数，一般取1.3； B料宽（mm）； t 料厚（mm）； r 弯曲半径（mm）； 材料强度极限(MPa)。 该工件属于U形件，则： =6177.6（N） 压料力的计算： 压料力Q值可近似取自由弯曲的30%80%，即： （4-7） 式中 Q压料力，mm； 取 Q= 0.8=0.86177.6N=4942N 选择压力机时： =11119.6N （参考文献1 ） 4.4.3卸料力及推件力的计算 由于冲裁中材料的弹性变形及摩擦的存在，冲裁后带孔部分的材料会紧箍在凸模上，而冲落的材料会紧卡在凹模洞口中。从凸模上卸下的板料、带料的力称为卸料力；把落入凹模洞口中的冲压件或废料顺着冲裁方向推出的力称为推件力。卸料力的大小与凸模和凹模之间的间隙、工件形状、材料的种类及材料上所涂的润滑剂的质量等因素有关。要准确计算很困难，实际生产中常用下列经验公式计算 =F （4-8） 式中 F冲裁力（N）； 卸料力系数。在整个冲裁过程中均有卸料力，则 =（+）式中：、分别是大圆孔、小圆孔、切断部分的冲裁力。表4.1 卸料力、推件力及顶件力系数 查表4.2 取=0.045，则 =0.045（7355.76+10139.48+158810.6） =7933.76（N）采用弹性卸料装置和下出料方式的总压力为： =+ =7355.76+10139.48+158810.6+7933.76+0 =184239.6（N） （参考文献1 ）5 模具主要零件设计与选择5.1圆形凸模的设计 设计图如5-1 图5-1 22mm 的圆形凸模 基本尺寸D极限偏差： 凸模材料用Crl2MoV,刀口部分热处理硬度为6062HRC尾部回火至4050HRC。 凸模的固定方法采用台阶式凸模，将凸模压入固定板内，采用H7/m6配合装配后磨平。 5.1.1凸模长度计算 凸模的长度应根据冲模的具体结构确定，应留有修磨余量，并且模具在闭合态下。卸料板至凸模固定板间应留有避免压手的安全距离。 一般按图5-3所示的结构计算，凸模长度应为： L=H1+H2+H3+a （5-1）式中 H1凸模固定板厚度； H2卸料板厚度； H3导尺(导板)或坯料厚度； a附加长度主要考虑 冲头总修量及模具闭合状态下卸料板到冲头固定板间的安全距离。一般取1020mm。根据设计可知，H1=20mm, H2=20mm,H3=0.75mm, a=1mm, 凸模进入凹模取2mm,所以凸模总长度为：L=45mm。 图5-3 凸模一般不必进行强度校验，但对于特别细长的凸模或凸模断面尺寸小而板料厚度大时则应进行强度校验。5.1.2承压应力校验冲裁时，凸模承受的最小断面压应力，必须小于凸模材料强度允许的压应。即： （5-2）对圆形凸模，由上式可得 （5-3） 即： 式中 凸模最小断面压应力（MPa）； 凸模纵向总压力（MPa）； 凸模最小截面的面积（）； 圆形凸模最小截面的直径（mm）； t 冲裁材料厚度（mm）； 冲裁材料抗剪强度（MPa）。 凸模材料的许用压应力，对于Crl2MoV，可取=（1.01.6） MPa，凸模有特殊导向时，可取=（23） MPa。 =1.28mm 对于大小圆形冲孔凸模均能满足要求。5.1.3抗纵向弯曲应力的校核 无导向装置的圆形凸模 （5-4） 有导向装置的圆形凸模 （5-5） 式中 凸模允许的最大自由长度（mm）； 冲裁力（N）； d 凸模最小截面直径（mm）。 设计中卸料板兼其导向作用，所以 对于mm 的圆形凸模 =21mm=46.8mm 对于12mm的圆形凸模 =21mm=55.2mm 满足要求5.1.4圆形凸模固定端面的压力 凸模固定端面的单位压力按下式计算，即 q= （5-6） 式中 q凸模固定端面的压力，MPa； A凸模固定部分最大剖面积，； F落料或冲孔的冲裁力，N； 模座材料的许用压应力，MPa。 对于mm 的圆形凸模： q=219 MPa对于12mm的圆形凸模： q= =176 MPa 凸模固定端面与模座直接接触，当其单位压力超过模座材料的许用压应力时，模座表面就会损伤。为此应在凸模顶端与模座之间加一个淬硬的垫板。模座材料采用铸铁，许用压应力。 （5.1参考文献2 ）5.2 切断凸模设计 此凸模为非标准件，为保证冲裁质量，避免毛刺的产生，故模具宽度要比冲裁工件宽度宽一些，一般比冲裁材料宽。采用线切割或成形磨削加工，固定部分应和工作部分尺寸一致。所以设计凸模结构如下图5-4所示： 图5-4切断凸模高度设计为与圆形凸模一样高。凸模固定方式也才用台阶式（见图5-2），将凸模压入固定板内，采用H7/m6配合装配后磨平。5.2.1凸模承压力校核 冲裁时，凸模承受的最小断面压应力，必须小于凸模材料强度允许的压应力。即： 式中 凸模最小断面压应力（MPa）； 凸模纵向总压力（MPa）； 凸模最小截面的面积（）。 = 149.5（MPa） 5.2.2 抗纵向弯曲应力的校核 无导向装置的一般形状凸模 （5-7） 有导向装置的一般形状凸模 （5-8） 式中 凸模允许的最大自由长度（mm）； 冲裁力（N）； I凸模最小截面惯性矩（）。从俯视图可以看：凸模形状类似为工字形，可按工字形截面求其近似惯性矩I，则 可以导出 （5-9） 式中 中性轴静矩，=；（5-10） 最大剪应力。= =16177.2 故 =21mm=657.3mm 满足要求 5.2.3 切断凸模固定端面的压力 切断凸模固定端面的单位压力按下式计算，即 q= 式中 q凸模固定端面的压力，MPa； A凸模固定部分最大剖面积，； F落料或冲孔的冲裁力，N； 模座铸铁材料的许用压应力，MPa。q=149.5MPa=所以也需加垫板。 （5.2参考文献2 ）5.3 拉伸凸模设计 在设计拉伸模具，模具结构是否合理直接影响成形质量及其稳定性、拉伸力的大小、模具成本、模具寿命等问题。 根据拉伸件外形尺寸，可以基本确定拉伸凸模的工作部分尺寸，拉伸凸模高度应在拉伸凸模下行至下死点时与零件拉伸部分高度一致。 U形件拉伸模是拉伸模中最简单的一种,其特点是结构简单，通用性好，但拉伸时毛坯容易滑动偏移，影响工件精度。根据工件精度不同，可以采用带有定位销顶杆和U形顶板的结构，以防止坯料滑动，提高工件精度。 小批量生产多采用V形拉伸件，大批量生产时往往将其处理为U形拉伸，特别是采用级进模加工时，一定要考虑送料顺利、直边平直、减小回弹等问题。对于U形拉伸，拉伸方向可以向下拉伸，也可以向上拉伸。设计时应注意以下问题：（1）向下拉伸时，拉伸凸模必须安装于凸模固定板上。开模后凸模缩进卸料板，带料送进后遵循导正销定位卸料板压料凸模折弯的工作顺序。（2）向上拉伸时，应该以卸料镶块作为拉伸凸模。如果采用安装于凸模固定板上的凸模进行折弯，则因为压料不紧，带料将偏移而成形效果不好。还应当采用弹性顶件装置压料，这样即在弹性卸料装置和顶件装置的弹性夹紧后进行拉伸，且顶件后能保证送料顺利。 综合考虑后：选择先向上拉伸。向上拉伸时，可把凸模看作静止，凹模下行拉伸。这样后，实际凸模圆角半径为凹模圆角半径，凹模圆角半径为凸模圆角半径。后向下拉伸，向下拉伸时，可把凹模看作静止，凸模下行拉伸，这样后，实际凸模圆角半径为凹模圆角半径，凹模圆角半径为凸模圆角半径。图5-55.3.1 拉伸凸、凹模圆角半径及工作部分深度的确定 凸模圆角半径一般应等于弯曲件内圆角半径的数值，但不能小于材料允许的最小弯曲半径（08F号钢与扎纹垂直的最小弯曲半径0.4t ）, 弯曲部分半径R为1，满足要求。凹模圆角半径不宜小于3，以免在弯曲时擦伤毛坯，凹模两边对称处的圆角半径应一致，否则拉伸时毛坯会发生偏移。凹模圆角半径与弯曲件边长L公称尺寸有关。可文献2查表3.27 选用。可查得：凹模深度L为12mm，凹模圆角半径=4mm。5.3.2 凸、凹模间隙 对于U形拉伸，凸、凹模之间的间隙是靠调整压力机的闭合高度来控制的。但必须考虑在合模时使毛坯完全靠压，以保证弯曲件的质量。5.3.3 落料口大小的确定拉伸后，拉伸件采用下落料方式，就必须保证落料口要大于拉伸件最大边长长度（拉伸件最大边长长度为160mm）。弯曲凸模的尺寸可取为161x71mm。5.4 凹模的设计 5.4.1 凹模孔口形式及主要参数 因工件精度不高，但形状也较复杂，可以采用直筒式刃口凹模。直筒式刃口凹模有如下特点：制造方便，刃口强度高，刃磨后工作部分尺寸不变；孔内易积存冲件或废料，胀力大，推件力大，刃磨层较厚。如图5-6所示：图5-6冲下的废料从凹模下面漏出时，应在冲模的下模座上做一个漏料孔，一般漏料孔比凹模孔大0.52mm。5.4.2整体式凹模外形尺寸的确定 凹模装于下模座，由于下模座孔口较大而使凹模工作时承受弯曲力矩；若凹模高度H及模壁厚度C不足时，会使凹模产生较大的变形，甚至破坏。但由于凹模受力复杂，很难按理论方法精确计算来确定，对于非标准尺寸凹模一般不作强度校核。设计模具时，凹模外形尺寸一般是根据被冲裁料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸，按经验公式来确定其尺寸： 凹模高度：H=Kb (=15mm)； （5-11） 凹模壁度：C= (mm) （5-12） 式中 b凹模刃口间的最大宽度,mm； K系数。表5.1 系数K值冲裁件最大刃口尺寸为切断部分，尺寸为359.3mm。查表5-1：K=0.39 凹模高度：H=0.39359.3=14mm,可取H=30mm 则：凹模壁厚：C= 20mm=(3040)mm当凹模刃口周长超过50mm且材料为合金工具钢时，凹模厚度应乘以文献2表2.43中的修正系数。查表系数为1.25。 即：凹模高度H=1.2520=40mm 凹模做采用螺钉和销钉固定在下模座上，钉孔至刃口边及钉孔之间的距离要有足够的强度，其最小值可参考表5.2 表5.2 螺孔、销孔之间及至刃口边的最小距离 (mm) 选淬火M12螺钉：凹模上螺孔到凹模边缘的最小距离为16mm；凹模上螺孔到凹模刃口的最小距离为19mm;螺孔到销孔的距离为最小距离5mm。选淬火10销钉：销钉到凹模边缘的最小距离为12mm。螺孔与销钉之间的最小间距为5mm。以上尺寸要依据具体情况而定。再根据排样图，可以基本了解凹模的外形结构。以下是绘凹模俯视图5-7： 图5-75.4.3凹模强度校核 凹模强度校核主要是检查其高度。凹模在冲裁力的作用下会产生弯曲，如果凹模强度高度不够，就会产生较大的弯曲变形甚至断裂。 矩形凹模装在有方形洞的板上，计算公式为： = （5-13） 式中： 凹模最小厚度，mm； P 冲裁力，mm； 许用弯曲应力。对于Cr12MoV， =（300500）MPa = = 19.1mm40mm 所以取凹模厚度40满足要求 （5.3参考文献2 ）5.5 弹簧的设计 弹簧作用是在冲压工作中使导料板与带料压紧，保证带料不偏移；在非工作状态下，使导料板与带料分离，并拥有一定的间隙，保证带料的送进。5.5.1设计弹簧的一般步骤 设计弹簧时，当给出弹簧的工作条件、工作载荷F和对应的变形量f，其计算步骤大体是：（1）根据工作条件确定弹簧的载荷类型，选择材料，并获得许用切应力；（2）根据要求，初选旋绕比C；（3）计算材料直径d，并计算出弹簧的中径D；（4）计算有效圈数n；（5）最后进行弹簧性能校核。5.5.2弹簧类型的选择 圆柱螺旋弹簧的型式、代号及参数系列。见下表5-5，选择LIII型表5.5冷卷拉伸弹簧（L）5.5.3弹簧材料及许用应力 弹簧多数在变应力下工作，它的性能和使用寿命在很大程序上取决于材料的选择。要求材料具有较高的疲劳极限、屈服点和足够的冲出韧度。对热成型的弹簧还要求材料有良好的淬透性、低的过热敏感性和不易脱碳等性能。（1）圆柱螺旋弹簧按所受载荷分类圆柱螺旋弹簧按所受载荷的情况分为三类：类受循环载荷作用次数在1106次以上的弹簧；类受循环载荷作用次数在11031106次范围内及受冲出载荷的弹簧；类受静载荷及受循环载荷作用次数在1103次以下的弹簧；三类弹簧的许用切应力和许用弯曲应力有的值，按表5-6选取（2）对许用应力的修正在选取材料和确定许用应力时，遇到下列情况应作适当的修正：a）对重要的弹簧，其损坏对整个机械有重大影响时，许用应力应适当降低；b）经强压处理的弹簧，能提高其疲劳极限，对改善载荷下的松弛有明显效果，可适当提高许用应力；c）经喷丸处理的弹簧，也能提高疲劳强度或疲劳寿命，其许用应力可提高20%；d）当工作温度超过60时，应对切应变模量G进行修正，其修正公式为 （5-14）式中 G常温下的切变模量；工作温度下的切变模量；温度修正系数。 表5.6弹簧的许用应力（摘自GB/T1239.61992） （MPa）钢丝类型或材料碳素钢丝琴钢丝不锈钢丝65Mn55Si2Mn55Si2MnB60Si2Mn60Si2MnA50CrVA55CrMnA60CrMnA拉伸弹簧许用切应力类（ ）0.4 0.36 380495475类(0.300.36) (0.270.30) 325420405类(0.240.30) (0.220.27) 285370360注：试验切应力；试验弯曲应力；材料抗拉强度。工件为大批量生产，选择I型，材料65Mn。许用应力285MPa。拉伸弹簧的结构及载荷变形图分别为图5.8 图5.8 拉伸弹簧载荷变形图图5.8中：d弹簧丝直径（mm）。D、D1、D2弹簧的中、内、外径（mm）。Fs试验载荷。F1、F2Fn弹簧的工作载荷（N）。为了保证指定高度时的载荷，弹簧变形量应在试验载荷下变形量之间，即要求：，H0自由高度（mm），F0初拉力（N）。在F1、F2、Fn、Fs作用下的弹簧变形量（mm）。H1、H2、Hn、Hs在F1、F2、Fn、Fs作用下的弹簧高度（长度）（mm）。p弹簧的节距（mm）。5.5.4 弹簧相关几何尺寸的计算（1）计算弹簧直径d及中径D 计算公式 （5-15）式中： K曲度系数； C弹簧指数； 许用应力，MPa。查文献6 表22.6 取K=1.23，C=6.5弹簧拉力F的计算：弹簧拉力F等于导料板与凹模之间的摩擦力。 又因 =mg，m= 式中：=0.1，45钢 =，g= v2(2914010-5106.510)=222150 =0.1222150=1.7N在乘以一个安全系数1.5，则=1.51.7N=2.55N 故 F=2.55N 所以 =0.42mm取d=3mm,D=Cd=6.53=19.5mm（2）有效圈数n的计算 （5-16）式中： G剪切弹性模数，G=8000；f弹簧的工作变形量。=8.9,取整数n=9（3）节距P 图5.9如图5.9所示：导料板从闭合到张开的垂直距离为1.5mm，水平方向的移动距离b即为弹簧的变形量，可利用三角形相似，可以算出b。 故 b=4.69mm节距P=d+b=3+4.69=7.69mm（4）弹簧的自由长度及工作长度 式中 =D-d=19.5-3=16.5mm =(9+1.5)3+216.5=64.5mm=+4.69=64.5+4.69=69.19mm（5）弹簧丝展开长度L 钩环展开部分 图5.10 +2 =3.1419.59+23.1419.5 =642.9mm5.5.5拉伸弹簧钩环强度验算 拉伸弹簧在承受拉伸载荷 时，图中4.10的A、B处将承受较 大的弯曲应力 和切应力 。建议钩环的折弯曲率半径r2和r4应大于等于2d。 图 5.11 1、固定板 2垫板 5.6凸模固定板的选择 对于小型凹、凸模零件，一般通过固定板间接固定在模板上，以节约贵重的模具钢。固定板固定凸模要求固紧牢并有良好的垂直度。因此固定板必须有足够的厚度。固定板有矩形和圆形两种，选择矩形固定板：长度L=200mm、宽度B=100mm、厚度H=20mm,材料为45钢80030020 45钢 （参考文献2 ）5.7 凸模垫板的选择 当零件的料厚较大而外形尺寸又较小时，冲压中凸模上端面对模板有较大的单位压力，超过模板的许用抗压应力。就必须使用垫板。垫板的选择应对应选定的固定板，可选矩形垫板：长度L=800mm、宽度B=300mm、厚度H=15mm,材料为Cr12钢。矩形垫板：80030015 Cr12钢 7643.3。（参考文献2 ）6 确定凸、凹模间隙及计算工作部分尺寸6.1冲裁间隙值的确定 凸、凹模间隙对冲裁件断面质量、尺寸精度、模具寿命以及冲裁力、卸料力、推件力等有较大影响，所以必须选择合理的间隙。冲裁间隙数值主要按制件质量要求，根据经验数值选取。08F钢对应的刃口双面间隙=0.08mm，=0.12mm。16.2 凹、凸模刃口尺寸计算6.2.1确定凹凸刃口尺寸的原则 考虑落料和冲孔的区别，落料件的尺寸取决于凹模，因此落料模应先决定凹模尺寸，用减小凸模尺寸来保证合理间隙；冲孔件的尺寸取决于凸模，因此冲孔模应先决定凸模尺寸,用增大凹模尺寸来保证合理间隙。 考虑刀口的磨损对冲件尺寸的影响：刃口磨损后尺寸变大，其刃口的基本尺寸应接近或等于冲件的最小极限尺寸;刀口磨损后尺寸减小,应取接近或等于冲件的最大极限尺寸。 考虑冲件精度与模具精度间的关系，在选择模具制造公差时，既要保证冲件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。一般冲模精度较冲件精度高23级。若零件没有标注公差，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”原则是指标注工件公差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。6.2.2冲裁模刃口尺寸的计算方法 模具刃口尺寸及公差的计算方法与加工方法有关，基本可以分为两类。一是凸模与凹模分开加工；二是凹模与凸模配合加工。凹、凸模分开加工，是指凸模和凹模分别按图样加工至尺寸，为了保证凹、凸模间初始间隙小于最大合理间隙，不仅凹、凸分别标注公差，而且要求有较高的制造精度。凹模与凸模配合加工，是指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，配做凹模或凸模，使它们保持一定的间隙。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“某尺寸按凹模或凸模配做，保证双面间隙多少”。这样可以放大基准件的制造公差。其公差不在受凸、凹模间隙大小的限制，制造容易，并容易保证凹、凸模间的间隙。6.2.3冲裁模刃口尺寸的计算 冲直径为12mm的圆形孔：采用凹、凸配合加工，则应以凸模为基准，然后配做凹模。 凸模磨损后尺寸变小，设工件尺寸为 ，则 = （6.1） 式中 凸模刃口尺寸（mm）； 凸模制造公差（mm），=。表6.1 规则形状(圆形、方形件)冲裁时凸模、凹模的制造公差 (mm)表6.2 系数x查表6.1 =0.020mm，mm；查表6.2 x=0.5。 =凹模尺寸按凸模配做，保证双面间隙为0.080.12mm。 冲直径为5mm的圆形孔：同，则 =凹模尺寸按凸模配做，保证双面间隙为0.080.12mm。孔心距：=mm。 切断（落料）：采用凹、凸模分开加工。考虑制件边缘质量，以免出现毛刺。凸模宽度应适当加宽，可以每边加宽1.5mm。凹模为非规则件,未标注公差，按IT14处理。为了保证冲裁间隙在合理范围内，需满足下列关系式： （6.2） 或取： （6.3）落料 （6.4） （6.5） 式中： Dd落料凹模基本尺寸(mm)；Dmax落料件最大极限尺寸(mm)； Zmin凸凹模最小初始双面间隙(mm)；p 凸模下偏差； d 凹模上偏差； x磨损系数， Dp落料凸模基本尺寸(mm)；制件公差。； =4=0.096mm，=4=0.064mm查上表6.2 x=1（1）半径为10的半圆弧mm=mm（2）半径为5的半圆弧 =mm = =mm（参考文献1 ）7 模具总体设计7.1 定位零件的设计与选择 为限定被冲压材料的进给步距和正确地将工件安装在冲模上完成下一步的冲压工序，必须采用各种形式的定位装置。用于冲模定位零件有导料销、导料板（导料尺）、挡料销、定位板（钉）、导向销、定位侧刀和侧压装置等。为了保证模具正常工作并冲出合格的制件，要求在送进的平面内，坯料(块料、条料)相对于模具的工作零件处于正确的位置。坯料在模具中的定位有两个内容：一是在送料方向上的定位，用来控制送料的进距，通常称为挡料。二是在与送料方向垂直方向上的定位，通常称为送进导向。7.1.1 挡料销的选择 挡料销用于限定条料送进距离、抵住条料的搭边或工件轮廓，起定位作用。挡料销有固定挡料销和活动挡料销两类。除上述挡料销外，存级进模中首次冲压条料时还使用始用挡料销。用始用挡料销时往里压，挡住条料而定位，第次冲裁后不再使用。或当挡料位置与凹模刃口太近会影响凹模强度时采用初始挡料销。始用挡料销又称初始挡料销或临时挡料销。始用挡料销(b)型图7.1。把侧刀两端做成凸部，当带料边缘连接处出现毛刺时也处在凹槽内不影响送料，但制造稍复复杂。 图7.1挡料销一般用45钢制造，热处理硬度4455HRC。当料厚在3mm以下时，挡料销的厚度可高于料厚1mm左右。（参考文献5 ）7.1.2 定位板的设计 单个毛坯进行冲裁时，一般采用定位板。在最后弯曲工序中，为了防止过度地送料，用定位板把带料顶住，保证弯曲工序顺利进行。一般定位板厚度取t+1mm。7.1.3止退块的设计工作中为防止到弯曲凸模的偏移，必须把弯曲凸模校正，设计一止退块把凸模顶住，防止凸模在工作中偏移，保证弯曲件的弯曲质量。7.1.4导料板的设计条料沿导尺送进保证了送进方向。为了条料的顺利通过，导尺间距离应该等于条料的最大宽度在加一间隙值3mm.有导板卸料板)的简单模或连续模，经常采用导尺作送进导向。 导料板（导料尺)的作用是导正材料的送进方向。导料板有时还靠其一侧定位，将条料送进。导料板一般用两个，压装在凹模上的为固定式，在卸料板上的为活功式。导料板有分离式和整体式的两种结构。为便条料顺利通过，导料板与条料间隙，当无侧压板取0.51.5mm，有侧压板取58mm。导料板的厚度一般为材料厚度的2.54mm,导料板的最小厚度为46mm，考虑到要在导料板上打孔，取导料板厚度为10mm,导料板长度L=两倍于模具压力中心到一支承座边缘的长度，算出L=259mm。导料板之间在张开的时候距离为23mm,导料板一般采用45钢，下表面应磨削以便与凹模装配，工作侧面粗糙度1.6以下。下图7.2为一导料板结构图。（参考文献2 ）图7.27.1.5导正销的设计导正销多用于级进模中。冲压时它先插进已冲好的孔中，以保证内孔与外形相对位置的精度，消除由于送料而引起的误差。导正销安装于卸料板上，导正销的直径比冲孔的凸模直径要小0.040.20mm。导正销由导入和定位两部分组成。导入部分一般用圆弧或圆锥过渡，定位部分为圆柱面。考虑到冲孔后孔径的缩小为使导正销顺利地进入孔中，圆柱直径取间隙配合h6或h9。 导正销用于导正12mm的孔，材料用T10A，热处理硬度为5054HRc。结构如图7.3。图7.3一般精度下，导正销与孔间的最小间隙2a为0.08mm, 导正销工作高度h为1.2mm。（参考文献1 ）7.2卸料装置的设计7.2.1卸料板的设计卸料板的作用的主要作用是把材料从凸模上卸下，有时也可作压料板用以防止材料变形，并能帮助送料导向和保护凸模等。设计时应注意以下几方面：（1）卸料力一般取5%20%冲裁力；（2）卸料板应有足够的刚度、其厚度可按下式计算，即 H=（0.81） （7.1）式中 H卸料板厚度，mm； 凹模板厚度，mm。 可取 H=0.8=0.825=20mm但卸料板有一小部分要下行压料，取宽度为带料宽度20mm,厚度参照导料板与料厚选取，取凸出厚度为10mm，那么卸料板最宽处为30mm。（3）卸料板要求耐磨，材料一般选用Q235钢，淬火，磨削，粗糙度。（4）卸料板安装尺寸，计算中要考虑凸模有46mm的刃磨量。（5）卸料板可根据工件形状制成圆形或矩形，型孔与凸模的配合为。卸料板一般分为刚性卸料板和弹性卸料板两种形式。固定卸料板常用于较硬、厚度且精度要求不高的工件冲裁，结构简单，卸料力大。弹性卸料板卸料力小，但具有压料作用，所以冲裁件比较平整。为保证工件上两个孔孔心距，工件的平整性，选择弹性卸料板既可以压料，又可以卸料，还可以为凸模导向。在冲裁时可以不需要增添别的压料装置，定位装置，减少机构结构，减小机构体积，节约成本等。弹性卸料板结构如图7.4所示。图7.4弹性卸料板孔形尺寸如右图7.5所示， 卸料板孔与凸模的单边间隙=0.10.2t,取=0.3mm。卸料板底面高出凸模底面的尺寸k=0.20.8mm，取k=0.5mm弹性卸料板凸台高度H=a-t+(0.10.3)ta为卸料板厚度，H=28.8mm.卸料螺钉孔直径处最小值为：模座材料为铸铁HT200，=d. = d+1（mm） 图7.5 7.2.2卸料弹簧的选择 弹性卸料装置中的弹簧，一般不用进行强度校核，而是按标准选用。选择标准弹簧时应满足以下要求：（1）压力要足够，即 0.5 （7.2） 式中 弹簧预压力，N； 卸料力，N； 弹簧根数。（2）压缩量要足够，即 =+ （7.3） 式中 弹簧允许的最大压缩量； 弹簧需要的总压缩量； 弹簧预压缩量； 弹簧的工作行程，冲裁中=t+1； 凸模总修磨量，一般取46mm。（3）符合模具结构空间的要求。因模具闭合高度的大小，限定了所选弹簧在预压状态的长度；上、下模板的尺寸限定了卸料板的面积，也就限定了允许弹簧占用的面积，所以选择弹簧的根数、直径和长度，必须符合模具结构空间的要求。根据模具结构初定弹簧根数为4，每根弹簧分担的卸料力为 0.5=686.43N根据686.43N和模具结构尺寸，可选序号为5761的弹簧，其=1120N686.43N.其图7-6为负荷行程曲线，可得下列有关数据：表7.1弹簧序号H= H-=+625036.113.9919637049.320.71525649062.527.517276511075.634.42333注：=t+1=2.5mm =6mm序号6467的弹簧均满足，考虑到卸料板到上模座的高度，选择序号64弹簧。序号64弹簧规格：外径D=30mm ,钢丝直径d=6mm，在自由状态下弹簧高度H=60mm。由此可知，弹簧装配高度为： =H-=60-17=43mm 7.2.3 卸料弹簧有关尺寸计算（1）弹簧的中径与内径 =D-d=30-6=24mm =（30+24）/2=27mm（2）节距P P=d+ (7.4) 注：一般0.1d（3）有效圈数n： H=nP+(-0.5)d （7.5） 式中 支承圈数，一般取2.5。 查表7.1，=33mm 由7.4与7.5可以得出：取=1mm n=7.3，P=10.7mm（4）总圈数 =n+=7.3+2.5=9.8mm 7.2.4 卸料弹簧的窝座深度H和安装厚度B 图7.7如图7.7，卸料弹簧的窝座深度H应使模具在闭合状态时，弹簧压缩到最大允许压缩量，其计算公式为： H=L-F+h1+t+1-h2+h3 （7.6） 式中 L弹簧自由状态长度（mm）； F弹簧最大允许压缩量（mm）； h1卸料板厚度（mm）； t材料厚度（mm）； h2凸模高度（mm）； h3刃口修磨量，一般取46mm。查表7.1 F=27.5mm H=90-27.5+30+1.5+1-78+6=23mm安装厚度B=弹簧的自由高度H-模具闭合后上模座下表面到卸料板上表面的距离S-弹簧的窝座深度H安装厚度B=90-62.5-21=6.5mm（7.4.27.4.4 参考文献4 ）7.2.5安装孔内径和孔底厚度h值的选取(参考见表7.2参考文献2 ）表7.2由表7.2得出：=30+3=33mm,h=10m7.3凸模固定板的设计见下图7.10图7.107.4导向零件的选用常用的导向装置有导板式和导柱式。导板的导向孔按凸模断面形状加工，采用IT6-IT7级精度间隙配合。模具工作时凸模始终不脱离导板，从而起到导向作用。导板必须具有足够的厚度，其平面尺寸一般与凹模相同。冲压加工零件的形状复杂时，导板加工困难。为了避免热处理变形，时常不进行热处理，所以其耐磨性能差，实际上很难达到和保持可靠与稳定的导向精度。生产中经常采用导柱、导套方式导向。较大型模具多用阶梯形导柱，其大端直径取等于导套的外径，从而使上、下模板安装导柱、导套的孔径相等，可以在一般的设备上同时加工保证同轴度。即使在中、小型模具中导柱、导套孔径不相等时，上、下模板上的导套孔、导柱孔也应同时加工，以保证上、下模部分的同心和导向的可靠性。为了提高导向的可靠性增加导向部分长度，可取导套长度比模板的厚度大些。导柱和导套应具有耐磨性与足够的韧性，一般用低碳钢制造，渗碳、淬火。导套的硬度(5660HRc)应稍低于导柱。导柱导套有滑动式结构和滚动式结构两种形式。当冲模工作速度较高或对冲模精度要求较高时，可以采用滚动式的导柱、导套装置。导柱、导套应按国家标准选用。这次设计中由于模架是采用的标准模架，导柱、导套的结构形式是随标准模架配套的。因此，一旦模架确定，导柱、导套也就确定了。本次设计中选用的模架标准为凹模周界L=1000mm、B=500mm、闭合高度导H=315350mm、I级精度的后侧导柱模架1000500315350 I GB/T 2851.3
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