T型件冲压模具设计.doc

江苏农林职业技术学院毕业设计第一章 绪言1.1冲压模具的现状与发展趋势1.1.1我国模具技术的现状改革开放以来，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。1 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。5 我国的模具工业的发展，日益受到人们的重视和关注。“模具是工业生产的基础工艺装备”也已经取得了共识。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%80%的零部件都要依靠模具成形（型）。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。目前全世界模具年产值约为600 亿美元，日、美等工业发达国家的模具工业产值已超过机床工业。近几年，我国模具工业一直以每年15%左右的增长速度发展，2003年，我国模具总产值超过400亿元人民币。中国模具产业除了要继续提高生产能力，今后更要着重于行业内部结构的调整和技术发展水平的提高。结构调整方面，主要是企业结构向专业化调整，产品结构向着中高档模具发展，向进出口结构的改进，中高档汽车覆盖件模具成形分析及结构改进、多功能复合模具和复合加工及激光技术在模具设计制造上的应用、高速切削、超精加工及抛光技术、信息化方向发展。121.1.2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”、“价格低廉的要求服务。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。CNC雕刻机在国内的发展上从最近的一两年才有较大的发展，相关加工厂和使用单位时刻以敏锐的眼光盯着厂家的动向，这也是身为雕铣机主机生产厂一点也不敢松懈的真正原因所在。作为用户当然要选合适的设备，如果选型不当，不但不能赚钱反而令陷入为机器打工的苦涩局面。那么什么样的机床才是好机床？ 我们认为好机床的定义是这样的：能够在短期内收回投资的机床才是好机床。数控机床的设计使用寿命一般为7年，主要是数控方面的使用寿命为准，这样花钱和挣钱的比例关系将直接影响您的生意，所以仔细分析功能进行选型是有效投资的必要条件。在国外很早就有雕铣机的名词（CNC engraving and milling machine），严格地讲雕是铣的一部分，是购买雕刻机还是购买数控铣式加工中心是经常要问自己的问题。另外，还有目前盛行的高速切削机（HSCMACHINE）。 还是让我们首先搞清楚三个机型区别： 1）数控铣和加工中心 用于完成较大铣削量的工件的加工设备 2）数控雕铣机 用于完成较小铣削量，或软金属的加工设备 3）高速切削机床 用于完成中等铣削量，并且把铣削后的打磨量降为最低的加工设备151.2课题研究的理论依据1）冲裁是利用模具使板料产生分离的冲压工序，包括落料、冲孔、切口、修边等。 用它可以制作零件或为弯曲、拉深、成形等工序准备毛坯。从板料冲下所需形状的零件叫落料，在工件上冲出所需形状的孔（冲去的为废料）叫冲孔5-6。2）冲裁过程：冲裁即是分离工序，工件受力时必须从弹、塑性变形开始，以断裂告终7。当凸模下降接触板料，板料即受到凸、凹模压力而产生弹性变形，由于力矩的存在，使板料产生弯曲，即从模具表面上翘起。随着凸模下压，模具刃口压入材料，内应力状态满足塑性条件时，产生塑性变形，不同凸模行程，其变形程度不同，且凹模刃口附近变形大于凸模刃口附近的变形。由此可知，塑性变形从刃口开始，随着切刃的深入，变形区向板料的深度方向发展、扩大，直到板料的整个厚度方向上塑性变形，板料的一部分相对另一部分移动。力矩将板料压向整个厚度方向上产生塑性变形，板料的一部分相对于另一部分移动。力矩将板料压向切刃的侧表面，故切刃相对于板料移动时，这些力将表面平压，在切口表面上形成光亮带。当切刃附近材料各层中达到极限应变与应力值时，便产生微裂，裂纹产生后，沿着大剪应速度方向发展，直至上、下裂纹会合，板料就完全分离8-10。3）模具间隙：模具间隙系指凸、凹模刃口缝隙的距离，用符号c表示，俗称单面间隙。而双面间隙用Z表示。间隙对冲裁件质量、冲裁力、模具寿命的影响很大，是冲裁工艺与模具设计中的一个极其重要的问题11。1.3课题的国内外研究状况由于近年市场需求的强大拉动，我国模具工业发展很快，市场广阔。目前全世界的模具年产值有600亿650亿美元，我国2003年模具产值为450亿元人民币左右，约折合50多亿美元。近两年，我国的模具技术有了很大的提高，生产的模具有些已接近或达到国际水平。2003年模具出口3.368亿美元，比上年增长了33.5%。1996年至2002年间，中国模具制造业的产值年平均增长14%左右，2003年增长15%以上，广东、江苏、浙江、山东等模具发达地区的增长在25%左右14。模具在我国被分为10大类、46小类，是涵盖了各种用于金属和非金属成型的特殊装备。总的来看，技术含量低的模具早已供过于求，市场利润空间狭小，而技术含量较高的中、高档模具还远不能满足国民经济发展的需要，轿车覆盖件冲模、精密复杂塑料模、电子接插件和电子产品模具等高档模具仍有很大一部分依靠进口。.近五年平均每年进口模具11.227亿美元的模具，这还未包括随设备和生产线作为附件带进来的模具15-16。中国经济连年高速发展，为模具工业的发展提供了广阔的空间。中国消费结构和产业结构的加快升级，将带动对先进模具制造技术，先进设备需求的旺盛。目前，陕西、四川、河北等地模具生产企业的生产规模，技术水平都有很大的发展。河北兴林车身制造集团有限公司作为河北泊头地区的骨干企业带动了一片模具企业的开拓。西部地区陕西、四川等地的厂商也十分踊跃，模具企业的体制现状是大中型企业的附属车间，分厂占有相当的分量，珠三角，长三角等模具发达地区的民营企业生机勃勃，股份制及国有资产自主经营的专业模具企业利用灵活的机制发展迅速，由于地区工业基础的差别，当地政策扶持力度不同等诸多因素，模具工业发展的水平差距极大。相对于国外部分国家我国还相差很远，美国1982年模具产值为57.70亿美元。日本1982年模具产值为8600亿日元17-19。为了促进行业发展，中国模具工业协会和中国国际贸易促进委员会主办的第十届国际模具技术和设备展览会，于2004年5月12日至16日在上海新国际博览中心举行。本次展览将有50余家企业带来了加工中心、高速铣，其中不乏国际知名厂商，如日本的牧野、大隈、山崎马扎克，德国的DMG，瑞士的WILLEMIN，意大利的FIDIA等，其他金属切削设备和精密加工设备、刀具、材料、软件等领域的世界著名厂商也积极参展，如美国布朗夏普公司、哈挺公司、法道参展、DME公司、奥伯格公司，日本法那克公司、东芝工具公司、大同公司、日立公司，沙迪克公司，瑞士阿奇米公司，德国菜司公司、西门子公司，英国达尔康公司，瑞典山特维克有限公司，我国香港特区龙记公司以及我国台湾地区的高明、友嘉公司、乔福等。由精密加工设备企业、世界顶级软件供应商、优质模具材料企业所组成的日本军团和德国高速加工展区，显现出模具制造业已不是传统意义上的劳工密集型产业，而是技术密集型的代表产业20-21。1.4课题研究的主要内容1） 查阅相关资料，进行调研，熟悉课题。2） 撰写开题报告，要求3000字以上，主要介绍课题的目的意义、国内外研究概况、研究内容、关键问题及解决思路等。3） 熟悉T型件的冲压材料特性及其详细尺寸参数。4） 合理的选择冲压设备，确定压力机的技术参数。5） 确定模具的结构型式，绘制模具草图。6） 绘制复合模具的装配图及主要零件图，要求2.3张A0图纸。7） 零件图标注尺寸、公差及技术条件，并进行必要的强度校核。8） 编写毕业设计说明书，要求10000字以上。第二章 冲压成型工艺分析和工艺方案的确定2.1 冲压的基本工序分类及模具类型的选择冲压工序基本分为以下两大类：第一类是材料受外力后应力超过其强度极限，使材料发生剪裂或局部剪裂。诸如：板料的剪裂、剪截、冲孔、落料、切口、整修、裁切、冲口等多种作业形式，但均属于分离工序；第二类是材料受到外力应力超过其屈服极限，使材料经过塑性变形后成一定的形状。诸如：弯曲、缩口、卷边、扭转、拉伸、起伏成形、体积冲压等变形方式，但均属于变形工序。将上述两个以上的单工序连续冲压与复合在一套模具上冲压便构成连续冲压与复合冲压工序。上述各种冲压变形工序所用的模具，虽然结构千变万化，但仍然可按其冲压过程的动作特征、主要结构特点以及完成的工艺作业类别，将其划分成以下几大类：1）单工序冲模（亦称单冲模）这种冲模是在压力机的一次行程中只完成一个冲压工艺工序。一般均以其完成的冲压工艺工序的名称来命名：如只进行冲孔的称之为冲孔模；只进行一次弯曲的称为弯曲模。2）连续模（亦称多工序连续模）这种模具是在压力机一次行程中，在模具的不同工位上，能同时完成两个或两个以上冲压工序。根据连续完成的冲压工序的工艺作业类别又将连续模分为：多工位连续冲裁模、多工位连续式复合模两种。连续模只有冲裁工位的，即只进行冲孔、切口、冲槽、落料等属于冲裁作业的工位，称为多工位连续冲裁模。如果连续模诸工位中，除了冲裁作业外，还有拉伸或弯曲、成形：包括翻边、冲挤、压印等属于冲裁式复合模。3）复合模该类模具仅一个工位，在压力机的一次行程中能完成两个或两个以上冲压工步，根据这类模具完成的冲压工步的类别，可将其分为：冲裁式复合模、综合式复合模两种。只完成冲裁作业的复合模，最常见的是冲孔落料复合模。如果连续模诸工位中,除了冲裁作业外，还有拉伸或弯曲、成形任意一个或一个以上变形工步的复合模，通称其为综合式复合模、多工位连续式复合模。2.2 冲模设计与制造的程序由于国内目前正处在市场经济的管理体制与生产组织形式正在逐步改革和健全过程之中，故目前国内对冲模设计与制造的程序，尚无固定的标准模式，但整个过程大致可以分为如下七个阶段：1） 冲压设计。提供冲件图及技术要求；2） 编制冲压工艺文件。包括：冲压工艺卡、冲压工艺手则、工序质量分析表、工序质量控制图等；3） 冲模设计。符合工艺要求，结构合理，制造容易的整套冲模图纸；4） 冲模制造。按冲模图纸制造的冲模，其零部件全部合格且冲出冲件符合冲件图要求，冲模经验合格证，方可交付使用；5） 试模验证。新冲模须经冲件设计，冲压工艺编制人员、冲模设计者、使用单位、专职检验员、安全员等有关人员共同参加，进行试模考核与验证，合格后各方算验证通过。6） 投产使用试模验证。新冲模交付使用必须有冲模验证单等随行文本。并要在使用过程做投产、维修、出现与解决的问题等记录工作。7） 维修保管。每次使用完成，必须将最后冲制的样件栓在模具上，同上述填写好的技术档案及有关记录一并送检后入库。需要修理至合格后方入库保管备用。2.3 冲压工艺编制与冲模设计的步骤和内容2.3.1 冲压工艺编制根据冲压件图编制冲压工艺的步骤和主要内容如下：1） 进行冲件工艺分析即研究并熟悉冲件结构形状、尺寸、冲压加工工艺及冲压精度，了解冲件材料及材料质量，尤其是表面质量。这一阶段实际上是编制冲压工艺的前期准备工作,十分重要。首先要详细了解冲件在整个产品中的地位、作用及性能,要研究和分析冲件的冲压工艺性及改变冲件结构尺寸与形状从而简化加工过程及冲模结构的可能性；研究冲件在现场条下进行经济冲压实现成批与大量生产的可能性；改变冲件结构形状与尺寸实现少无废料冲压的可能性。2） 确定生产性质，投产批量和年总产量。为经济合理的选定冲模类型，结构及最经济的制模工艺提供可靠依据。3） 确定工艺要素，编制工艺文件。（1） 确定冲压件生产的工序及设备种类；（2） 设计排样图。按照考虑年产量和按月收入批量初选的冲模类型，依冲压件的结构形状，尺寸与形位精度，进行排样图设计。（3） 计算材料利用率。根据设计完成的排样图，按规定方法计算材料利用率、单件材料消耗定额并确定允许废品率。（4） 计算冲压力，选定冲压设备。（5） 编制冲压工艺初稿，并与冲压工艺施工人员、冲模设计者、产品设计人、质检人员等有关人员商讨、会签、最后形成正式文件。（6） 提出冲模设计任务书。2.3.2 冲模设计根据冲压件图和以此图编制的全部工艺文件、现场冲压设备使用说明书等进行冲模设计，需要经历的步骤和完成的工作内容如下：1） 模具设计与从制造的角度出发。在确保冲件质量的基础上，从改善制模工艺性、提高模具寿命出发、分析研究冲件的冲压结构工艺性，熟悉冲件图结构、尺寸与形位精度、其他技术要求等。2） 提供冲模设计的有关工艺文件是否齐全，包括：冲压件图、全套冲压工艺文件、冲模设计任务书等。3） 分析冲压工艺的合理性。排样图、变形过程图及冲模结构选型是否先进、恰当、经济合理。4） 核算冲压力，含冲压附加压力，诸如：卸料力、顶件力、卸件力、废料切断刀、拉深压边力、弹压卸料板压料力、弹性元件的弹力等。根据计算总压力选用设备的合理性、冲模装夹是否困难，压力机的形程、闭合高度、压力行程曲线能否满足工艺施工要求，排样图中搭边与沿边值以及排样方法是否合理，工步顺序及工位布置是否合适等。 5） 最后按确定的冲模类型，规定冲模总体结构，提出采用典型设计组合、冲模零部件标准及有关设计要求。就冲裁模而言，对单工序模、冲裁复合模、多工位连续式冲裁模，应采用GB2851287581冷冲模以及1990年修订本的国家标准中规定的典型组合标准规格，并按其规定选配成套冷冲模标准零部件、模板等标准件。对于含有拉深、弯曲、内外缘翻边等也尽量考虑使用上述标准，以利于制模。 6） 冲模的细部设计与计算，包括：（1） 送出料装置的配置及操作方式的确定。在单件、小批量生产中，一般不配用送出装置而用手工操作；大批量生产中应配用通用或专用自动送出料装置，以确保生产安全高效，中批生产可考虑由模具带动的钩式简易送料装置和拔杆卸料器，可实现连续冲压。（2） 压料与卸料系统的设计，要依据冲件图对工件平面度的要求和原料的厚度，冲件形状及变形工步，确定压料与否，而后确定固定卸料板还是弹性卸料板，甚至分工位两者组合的卸料系统。（3） 顶件系统与卸件装置的设计，从冲模结构考虑：落料凹模装在下模的正装复合冲裁模以及上模出件的弯曲、拉深、翻边等单工序模和多工位连续式复合模的这些工艺作业的工位，一般都要在其凹模洞口中设顶件器。顶件器一般由装在下模下边的弹性元件驱动，而卸件器则靠一套刚性顶杆、推板推卸出件。上述装置设计模具时要根据实际需要设置。（4） 进位限位装置设计。根据排样图确定的使用侧刃、挡料销的位置及尺寸，选用标准规定的合适类型与规格。此外，还要根据模具结构和提高送进材料定位精度的实际需要，设计侧压装置、挡料销、工艺定位孔等，始用挡料销、固定挡料销种类繁多，应按冲件厚度、结构形状与尺寸、搭边宽度等情况选用。（5） 选定冲模制造精度等级，主要依据冲件图要求的冲压精度，一般要提高12级精度，作为冲模制造精度的等级。凸、凹模工作尺寸、进距误差、多工送进误差等均需以确定的冲模制造精度为依据进行计算，以确保冲制工件尺寸精度不超差。（6） 计算并确定冲模的压力中心。对于多工位连续模这一点较为重要。欲使冲模工件正常而平稳，要使其压力中心与其模柄的轴心线重合，最多不得超过模柄的投影面积之外，否则会产生偏移弯矩，加速压力机滑块与导轨以及模具导向机构的磨损。（7） 计算冲模工作零件尺寸，首先按冲件材料种类及厚度选定间隙极其取向再行计算。除凸、凹模刃口尺寸需按事先选定或工厂习惯采用的制模工艺进行计算外、与此有关的固定板、卸料板及与其配对便用的斜楔滑块、钩式送料装置的零部件尺寸，都要进行计算并确定下来，方可制图。7） 根据选用的GB2851287581冷冲模国标，按其规定配用的标准模架及成套零部并考虑上述各步骤设计内容及结果，绘出模具总装配图和非标准零件。在绘制冲模总装配图时需注意解决好以下一些问题：（1） 按冲件的冲压工艺过程卡规定使用的冲压设备及其主要技术规格，诸如：压力机台面尺寸，压力机台面及其滑块上装模柄孔的尺寸、最小闭合高度等参数，作为选用标准模架和模柄以及确定模座底面积、模具落料孔以及模具平面装夹尺寸的依据。即便选用标准典型组合，也必须考虑上述参数给予衔接；（2） 注意设计合适的凹模结构形状，并对其强度进行必要的校核；（3） 凸模长度要进行细致的计算，对于小孔冲模，当凸模直径等于或小于料厚或冲裁高强度材料小孔时，除在结构上采取加固措施外，对凸模的抗压强度和抗纵弯稳定性要分别进行比要的验算； （4） 注意拔杆卸件系统、模具带动的送料装置等直接装在模具上或与模具联动的机构，与模具主冲压动作的协调、配合。必要时可先设计并绘出各机构动作过程组合曲线图，防止在一个部位动作相碰撞。2.3.3冲模制造工艺的选择冲模制造工艺是冲模非标准工作零件即非圆形凸、凹模的制造方法。冲模的标准零部件，包括一些圆形凸模及圆凹模的加工工艺都已定型且这些零件大多可在市场上随时购买。故通常所说的冲模制造工艺是指那些需要另行单独制造的非圆凸、凹模以及其他复杂的非标准凸、凹模的制造方法。首先应该将需要加工的凸、凹模零件表面按其用途、作用及加工工艺不同分为：配合面与接触面两种。配合面是在冲模组装或总装时，该面与其他零部件配合，要求有一定的尺寸与形位精度及表面粗糙度。2.4设计任务工件名称典型冲压件 工件简图如图1-1所示 生产批量年产量10万件为一般批量 材料Q235 边长 a=40mm/b=10mm/c=20mm/d=10mm/e=20mm材料厚度2mm图1-12.5冲压件的工艺分析2.5.1冲压件材料分析查冲压手册知，Q235为普通碳素结构钢，由于含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛。强度一般，具有良好的塑性、焊接性以及压力加工性。主要用于工程结构和受力较小的机械零件，可以冲裁。2.5.2工件结构形状分析该制件形状比较简单，尺寸一般，厚度适中，成中心纵向对称，适宜冲裁大批加工量生产，属于普通冲压件，但是有几点应注意：1） 大批量生产应重视模具材料和结构的选择，保证一定的模具寿命。2） 冲裁间隙凸凹模间隙的确定应符合制件的要求。3） 各工序凸凹模动作行程的确定应保证各工序动作稳妥、连贯。2.5.3冲材件的尺寸精度图1-1所知该T型冲压件公差等级为TI14级，尺寸精度要求较低，普通冲裁完全能够满足其要求。根据以上分析，该零件冲裁工艺性较好，适宜冲裁加工。该零件10mm的孔由冲孔得出，T形外轮廓由落料得出！2.6冲压工艺方案的确定根据制件工艺性分析，本制件所需的冲压工序为落料和冲孔两个基本工序，可采用的以下三种方案：本制件所需的冲压工序为落料和冲孔两个基本工序，可以有一下三种工艺方案：1） 第一步先冲孔，第二部再落料，单工序模生产。 2） 落料-冲孔复合冲压复合模生产。3） 落料-冲孔级进冲压级进模生产。 结合所学模具设计知识分析知方案一模具结构简单、制造周期短、制造简单，但需要两副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产的要求。方案三只需一副模具，生产效率高、操作方便、精度也能满足要求，但模具轮廓尺寸较大、制造复杂、成本较高。方案二也只需一副模具，制件精度和生产效率都较高，且工件最小壁厚大于凸凹模许用最小壁厚模具强度也能满足要求。冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高，板料的定位精度比方案三高，模具轮廓尺寸较小，制造比方案三简单。 通过对上述三种方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案二为佳。2.7模具结构方案的确定根据工件可选用落料和冲孔复合模具。复合模是在压力机的一次行程内在模具的一个工位上完成两道或两道以上冲压工序的模具，是一种多工序冲压模具。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。它适合精度要求较高的软材料或薄板料冲压件。倒装式复合模结构简单，又可以直接利用压力机的打杆装置进行推件卸件可靠，便于操作、并为机械化出件提供了有利条件，所以应用十分广泛。根据零件分析，制件的精度要求较低，孔边距较大，为提高经济效益和简化模具结构，适宜采用倒装复合模生产。根据以上分析确定该制件的生产采用倒装式复合模具生产2.8小结本章进行了工件的冲压工艺分析、工艺方案的确定和模具结构方案的初步确定。第三章 落料冲孔模工艺计算及模具形式的确定3.1排样设计及材料的利用率分析1）、排样方式的选择方案一有废料排样 沿冲件外形冲裁在冲件周边都留有搭边。冲件尺寸完全由冲模来保证因此冲件精度高模具寿命高但材料利用率低。方案二少废料排样 因受剪切条料和定位误差的影响冲件质量差模具寿命较方案一低但材料利用率稍高冲模结构简单。 方案三无废料排样 冲件的质量和模具寿命更低一些但材料利用率最高。根据对所给零件的分析，采用直排有废料排样方式，这样可以保证冲件质量，提高模具寿命。可以补偿送料误差，以保证冲出合格工件；保持条料刚度利于送料，避免废料丝进入模具间隙损坏模具。2)、计算条料宽度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、影响送料工作。搭边值通常由经验确定，表3-1所列搭边值为普通冲裁时经验数据之一。 根据零件形状，查表3-1工件之间搭边值a=2mm, 工件与侧边之间搭边值a1=2.2mm。则条料宽度为 70+2X2.2=74.4（mm） 因存在剪裁偏差取75mm图 3-13)、确定步距送料步距S条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，每个步距可冲一个或多个零件。进距与排样方式有关，是决定挡料销位置的依据。条料宽度的确定与模具的结构有关，进距确定的原则是：最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值，最大条料宽度能在冲裁时顺利的在导料板之间送进条料，并有一定的间隙。 送料步距SS =70+2=72(mm)排样图如图3-2所示图 3-24)、板料规格选用1500mmx2800mmx2mm 5)、条料长度 L=1500mm 6)、每张板料可裁剪的条料数 2800/84.4=33条 余1.7mm 7)、每条条料可冲裁的零件数1600/72=22 件 余2mm 8）、每快板料可冲裁的零件数 33x22=726个9）、冲裁截面面积由软件可求出冲裁件面积S=4935.84mm210）、一块板料的材料利用率 726x4935.84/1600x2800=79.98%3.2 冲裁力计算1)、冲裁力的计算用平刃冲裁时，其由文献【1】公式317实际冲裁力F一般按下式计算F=kLtkp 式中 F冲裁力L冲裁周边长度t材料厚度b材料抗冲剪强度：kp=(0.70.9)bK系数，系数K是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀，刃口磨损、板料力学性能和厚度波动等原因的影响而给出修正系数，一般取K=1.3。计算冲裁件轮廓周长LL= a+2b+c=2x70+60+80+2r=311.4（mm）由文献【2】表412知 取b=450Mpa所以F=kLtkp=1.331120.8450=187.2 (KN)2）、卸料力、推件力的计算卸料力FX FX=KXF 公式3-19推件力FTFT =nKTF 公式3-19N梗塞在凹模内的制件或废料数量(n=h/t)：由文献【1】查表（3-20）h=6 ;H直刃口部分的高(mm)T材料厚度(mm) （KX、KT为卸料力、推件力系数其值由 图 3-2-1可得）FX=KXF =0.045187200=8.424(KN) FT=nKTF =30.055187200 =30.888(KN)所以总冲压力FZ=F+FX+FT =187.2+8.424+30.888=226.5(KN)图 3-3-23.3压力机选择3.3.1冲压设备的选择原则冲压设备的选择主要是根据冲压工艺性质、生产批量大小、冲压件的几何形状、尺寸及精度要求等因素来确定的。冲压生产中常用的冲压设备种类很多，选择冲压设备时主要考虑下述因素：1) 冲压设备的类型和工作方式是否适用于应完成的工序；是否符合安全生产和环保的要求；2) 冲压设备的压力和功率是否满足应完成工序的需要；3) 冲压设备的装模高度、工作台面尺寸、行程等是否适合应完成工序所用的模具；4) 冲压设备的行程次数是否满足生产率的要求等。3.3.2选择压力机及压力机参数由表2-74查得，冲槽时的压力机应选标称压力为1250103N的开式双柱可倾压力机J23-125表4-1 开式可倾压力机J23-125主要技术参数型号公称压力/KN滑块行程/mm滑块行程次数/nmin-1J23-125125014538最大闭合高度/mm闭合高度调节量/mm工作台尺寸/mm 长宽4801107101080垫板尺寸/mm模柄孔尺寸/mm厚度孔径直径深度10025060753.4 模具压力中心的确定模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合。否则，会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的摩擦，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。XV图3-3-43.5模具刃口尺寸计算3.5.1刃口尺寸计算的一般原则1) 刃口尺寸应保证冲出合格零件2) 由于落料件的实际尺寸基本与凹模刃口尺寸一致，所以落料时应先计算凹模刃口尺寸，以获得合理的冲裁间隙值。而冲孔时孔的实际尺寸基本与凸模刃口尺寸一致，因此应先计算凸模刃口尺寸，合理冲裁间隙值依靠改变凹模刃口尺寸获得。3) 刃口磨损一些仍能冲出合格工件4) 随着冲裁件数量的增加，凸模与凹模的刃口在不断磨损，并不断改变刃口尺寸。只要磨损量不超过一定范围，模具应仍能冲出合格工件。5) 设计时应取最小合理冲裁间隙6) 随着凸模与凹模刃口磨损量的不断增大，冲裁间隙也将不断增大。所以设计模具时，冲裁间隙应取其允许的最小值Zmin。7) 应注意到，凸模与凹模刃口尺寸的制造公差影响冲裁间隙的大小。所以刃口尺寸的计算与处理既要保证冲出合格的工件，又要保证合理的冲裁间隙值。3.5.2刃口尺寸计算方法常用的计算刃口尺寸方法有两种：一是凸模与凹模分别注出各自的基本尺寸及其公差，简称公差法制模；二是只有基准件（落料时为凹模，冲孔时为凸模）注出基本尺寸及其制造公差，而配作件（落料时为凸模，冲孔时为凹模）则只注与基准件相同的基本尺寸，不注公差，在技术要求中注明配作时应达到的合理冲裁间隙值Zmin，简称为配作法制模。3.5.3落料-冲孔模刃口尺寸的计算1） T型落料凸凹模刃口尺寸的计算对T形的落料采用凸、凹模配合加工的方法来计算，选择凹模为设计基准件，只要计算落料凹模刃口尺寸及制造公差，凸模刃口尺寸按间隙要求配置。查表2-54，材料是Q235，料厚2mm的初始双面间隙为：Zmax=0.36mm,Zmin=0.246mm ,对于精度为IT14级的T形落料模磨损系数=0.5T形落料凹模的基本尺寸计算如下：第一类尺寸：磨损后增大的尺寸按分开加工时的落料凹模尺寸计算公式DA=(D-X)+0.4x计算a凹=（60-0.50.74）0+0.40.74mm=59.63+0.74mmb凹=（80-0.50.74）0+0.40.74mm=79.63+0.74mmc凹=（35-0.50.62）0+0.40.62mm=34.69+0.62mm第二类尺寸：磨损后基本不变的尺寸按分开加工时的孔心距尺寸计算公式DA=(D-X) 0.8x计算d凹=（10-0.50.36）0.80.36mm=9.820.288mme凹=（35-0.50.62）0.80.62mm=34.690.496mmT形落料凸模的基本尺寸与T形凹模相同，但凸模实际刃口尺寸与落料凹模配置，保证最小双面合理间隙值：Zmin=0.246mm。分别是：a凸=59.63mmb凸=79.63mmc凸=34.69mmd凸=9.82mme凸=34.69mm2）冲孔凸凹模的刃口尺寸计算查表2-54，材料是Q235，料厚2mm的初始双面间隙为：Zmax=0.36mm,Zmin=0.246mm 。查表3-111，R10+0.21mm的孔为IT12级，对于精度为IT12级的冲孔，磨损系数x=0.75。对圆形的冲孔采用分开加工法计算，设凸凹模按IT9级加工制造，则冲孔：dT=（dmin+x）-T0=（20+0.75X0.21）-0.052=20.16-0.052mmdA=（dT+Zmin）+A=（20.16+0.246）+0.052=20.406+0.052mm校核：T+dAZmax-Zmin=0.1040.114 （满足间隙公差条件）3.6模具总体设计3.6.1模具类型的选择经分析，工件尺寸精度要求不高，形状较简单，但工件产量较大，根据材料厚度，为保证冲模有较高的生产率。通过比较，决定实行工序集中的工艺方案，弹性卸料装置，自然漏料的倒装复合结构方式。 3.6.2操作与定位方式 1）、操作方式零件的生产批量较大，但合理安排生产可用手工送料方式，提高经济效益。 2）、定位方式因为导料销和固定挡料销结构简单，制造方便。且该模具采用的是条料，根据模具具体结构兼顾经济效益，控制条料的送进方向采用导料销，控制送料步距，采用固定式导料销。3.6.3卸料与出件方式1）、卸料方式弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有压料作用，冲件比较平整。卸料板与凸模之间的单边间隙选择（0.10.2）t,若弹压卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙应小于冲裁间隙。常用作落料模、冲孔模。工件平直度较高，料厚为2mm相对较薄，卸料力不大。由于弹压卸料模具比刚性卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进动态，且弹性卸料板对工件施加的是柔性力，不会损伤工件表面，故可采用弹性卸料。 2）、出件方式因采用倒装复合模生产，故采用下出件为佳。3.6.3确定送料与导向方式1）、确定送料方式因选用的冲压设备为开式压力机，采用纵向送料方式，即由前向后送料。2）、确定导向方式采用4角导柱模架。由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上所以上模座在导柱上滑动平稳。常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。3.6.4装配图根据模具总装图结构，冲压工艺要求的计算，设计出的冲槽模如图3-6-4所示1、上模座 2、导柱3、导套 4、内六角螺钉5、打料杆6、模柄 7、冲孔凸模8、上模垫板9、推板10、圆柱11、销推杆12、推件块13、上模固定板14、落料凹模15、橡胶凸凹模16、下模固定板17、下模垫板18、内六角螺钉图3-6-4 冲槽模装配图3.6.5