垫片冲孔落料连续模具设计

0垫片冲孔落料连续模具设计摘要:本设计是垫片冲裁模，利用的是级进模生产的。本设计重点是在分析冲裁变形过程及冲裁件质量影响因素的基础上，主要分析冲裁件的工艺性、确定冲裁工艺方案、选择模具的结构形式、进行必要的工艺计算、选择与确定模具的主要零部件的结构与尺寸、校核模具闭合高度及压力机有关参数、绘制模具总装图及零件图.关键词：垫片；级进模；冲裁；1PiercingblankingprogressivediedesignAbstract：Thegraduationprojectistodesiggasketdie.thedesignfocusesontheanalysisofblankingdeformationprocessandthefactorsinfluencingthequalitystampingparts,basedontheblankingprocessfocusesonanalysis,determinetheblankingprocessplan,selectthemoldstructureandmakethenecessaryprocesscalculation,selecttheThemaincomponentsindeterminingthestructureofmoldandsize,checkingtheheightandpressthemoldclosingargument,drawingdieassemblydrawingsandpartdrawingsarethemainelementsofthisdesign.Keywords:gasket;progressivedie;blanking2目录1绪论.11.1冲压的概念、特点及应用.11.2冲压的基本工序及模具.21.3冲压技术的现状及发展方向.32工艺性分析及冲裁方案.72.1冲压件的工艺性分析.72.2冲裁件的工艺方案.82.2.1、选择冲压基本工序.92.2.2、确定冲压次数和冲压顺序.92.2.3、工序的组合方式.93排样图设计及材料利用率的计算.113.1排样的设计.113.1.1排样图的设计.113.2材料利用率的计算.134工艺计算.174.1冲裁力.174.2降低冲裁力的方法.184.3冲裁力的计算.194.4压力中心的计算.225冲压设备的选择.225.1冲压设备类型的选择.225.2冲压设备规格的选择.236冲裁模工作部分主要尺寸的计算.256.1冲裁间隙.266.2间隙的影响.266.2.1对冲裁件质量的影响.266.2.2对模具寿命的影响.276.2.3对冲裁力、卸料力的影响.286.3合理间隙的选用.2936.4模具刃口尺寸的计算.306.4.1计算原则.306.4.2计算方法.316.5凹凹模刃口尺寸计算.336.5.1落料凹凸模刃口尺寸计算.336.5.2冲孔凸凹模刃口尺寸计算.357模具总体设计.367.1模具类型的确定.367.2送料方式的确定.367.3定位方式的选择.367.4卸料、出件方式的选择.377.5弹性元件的选择.377.6导向方式的选择.388模具主要零部件设计.398.1模架的选用.398.2凹模的设计.428.2.1凹模刃口形式.428.2.2凸模、凹模的固定形式.438.3凸模长度计算及较核。.448.3.1凸模长度的确定.458.3.2各工位处凸模长度计算.458.3.3凸模强度校核.458.4凸凹模材料选取的原则.478.4.1选取的一般原则.478.4.2模具选材的具体考虑因素.478.5模柄的选用.488.6闭合高度校核.489模具主要零部件的选择.489.1凸模固定板设计.489.2垫板设计.499.3挡料销的选用及导尺的选择。.4949.4导正销.509.5螺钉及销钉选用.509.5.1螺钉.509.5.2销钉规格的选用.5110模具装配图与零件图.5110.1装配图.5110.1零件图.51总结.52参考文献.53致谢.54附录：文献综述.5551绪论我国的模具工业从起步到飞跃发展，历经了半个多世纪。传统的模具设计与制造方法已经不能适应工业产品的及时更新换代和高效率的要求。近几年来，国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，也为其发展提供了巨大的动力。因此采用软件技术是提高模具设计效率、缩短设计和制造周期的必然趋势。所以大型精密复杂高效和长寿命模具上了新台阶。现在模具工业的总产值中，冲压模具约占50。在现代化工业生产中，60%90%的工业产品需要模具加工，模具工业已成为工业发展的基础，椐国际生产技术协会预测，21世纪机械制造工件，其粗加工的75%和精加工的50%都将依靠模具完成，因此，模具工业已成为国民经济的重要基础工业。模具工业发展的关键是模具技术的技术进步，模具技术又涉及到许多学科的交叉。模具作为一种高附加值和技术密集的产品，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之一。世界上许多国家，特别是一些工业发达国家都十分重视模具技术的开发，大力发展模具工业，积极采用先进技术和设备，提高模具制造水平，已取得了显著的经济效益。模具在日本被誉为“进入富裕社会的原动力”，在德国则冠之为“金属加工业的帝王”，在罗马尼亚视为“模具就是黄金”，在欧美其他一些发达国家被称为“磁力工业”。可以断言，随着工业生产的迅速发展，模具工业在国民经济发展过程中将发挥越来越重要的作用。1.1冲压的概念、特点及应用冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程术。冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模6具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下：（1）冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品。所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益。冲压在现代工业生产中，尤其是大批量生产中应用十分广泛。相当多的工业部门越来越多地采用冲压法加工产品零部件，如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天、家电及轻工等行业。在这些工业部门中，冲压件所占的比重都相当的大，少则60%以上，多则90%以上。不少过去用锻造=铸造和切削加工方法制造的零件，现在大多数也被质量轻、刚度好的冲压件所代替。因此可以说，如果生产中不采用冲压工艺，许多工业部门要提高生产效率和产品质量、降低生产成本、快速进行产品更新换代等都是难以实现的。1.2冲压的基本工序及模具由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面7质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不同，又可将其分为复合、级进和复合-级进三种组合方式。复合冲压在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。级进冲压在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。复合-级进在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。1.3冲压技术的现状及发展方向随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新和发展。其主要表现和发展方向如下。(1)冲压成形理论及冲压工艺方面冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。目前，国内外对冲压成形理论的研究非常重视，在材料冲压性能研究、冲压成形过程应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展。特别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8的计算机模拟技术，即利用有限元（FEM）等有值分析方法模拟金属的塑性成形过程，根据分析结果，设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题，并通过在计算机上选择修改相关参数，可实现工艺及模具的优化设计。这样既节省了昂贵的试模费用，也缩短了制模具周期。研究推广能提高生产率及产品质量、降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种压新工艺，也是冲压技术的发展方向之一。目前，国内外相继涌现出精密冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺及无模多点成形工艺等精密、高效、经济的冲压新工艺。其中，精密冲裁是提高冲裁件质量的有效方法，它扩大了冲压加工范围，目前精密冲裁加工零件的厚度可达25mm，精度可达IT1617级；用液体、橡胶、聚氨酯等作柔性凸模或凹模的软模成形工艺，能加工出用普通加工方法难以加工的材料和复杂形状的零件，在特定生产条件下具有明显的经济效果；采用爆炸等高能效成形方法对于加工各种尺寸在、形状复杂、批量小、强度高和精度要求较高的板料零件，具有很重要的实用意义；利用金属材料的超塑性进行超塑成形，可以用一次成形代替多道普通的冲压成形工序，这对于加工形状复杂和大型板料零件具有突出的优越性；无模多点成形工序是用高度可调的凸模群体代替传统模具进行板料曲面成形的一种先进技术，我国已自主设计制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备，解决了多点压机成形法，从而可随意改变变形路径与受力状态，提高了材料的成形极限，同时利用反复成形技术可消除材料内残余应力，实现无回弹成形。无模多点成形系统以CAD/CAM/CAE技术为主要手段，能快速经济地实现三维曲面的自动化成形。(2)冲模是实现冲压生产的基本条件在冲模的设计制造上,目前正朝着以下两方面发展:一方面,为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需要，冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向发展，与此相比适应的新型模具材料及其热处理技术，各种高效、精密、数控自动化的模具加工机床和检测设备以及模具CAD/CAM技术也在迅速发展；另一方面，为了适应产品更新换代和试制或小批量生产的需要，锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展。精密、高效的多工位及多功能级进模和大型复杂的汽车覆盖件冲模代表了现代冲模的技术水平。目前，50个工位以上的级进模进距精度可达到2微米，多功能级进模不仅可以完成冲压全过程，还可完成焊接、装配等工序。我国已能自行设计制造出达到国际水平的精度达25微米，进距精度23微米，总寿命达1亿次。我国主要汽车9模具企业，已能生产成套轿车覆盖件模具，在设计制造方法、手段方面已基本达到了国际水平，但在制造方法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，但在制造质量、精度、制造周期和成本方面与国外相比还存在一定差距。模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正在不断向传统制造技术渗透、交叉、融合形成了现代模具制造技术。其中高速铣削加工、电火花铣削加工、慢走丝切割加工、精密磨削及抛光技术、数控测量等代表了现代冲模制造的技术水平。高速铣削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面质量（主轴转速一般为1500040000r/min）,加工精度一般可达10微米，最好的表面粗糙度Ra1微米），而且与传统切削加工相比具有温升低（工件只升高3摄氏度）、切削力小，因而可加工热敏材料和刚性差的零件，合理选择刀具和切削用量还可实现硬材料（60HRC）加工；电火花铣削加工（又称电火花创成加工）是以高速旋转的简单管状电极作三维或二维轮廓加工（像数控铣一样），因此不再需要制造昂贵的成形电极，如日本三菱公司生产的EDSCAN8E电火花铣削加工机床，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，体现了当今电火花加工机床的技术水平；慢走丝线切割技术的发展水平已相当高，功能也相当完善，自动化程度已达到无人看管运行的程度，目前切割速度已达到300mm/min,加工精度可达1.5微米，表面粗糙度达Ra=010.2微米;精度磨削及抛光已开始使用数控成形磨床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光等先进设备和技术;模具加工过程中的检测技术也取得了很大的发展,现在三坐标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、严密的除尘措施及简单操作步骤，使得现场自动化检测成为可能。此外，激光快速成形技术（RPM）与树脂浇注技术在快速经济制模技术中得到了成功的应用。利用RPM技术快速成形三维原型后，通过陶瓷精铸、电弧涂喷、消失模、熔模等技术可快速制造各种成形模。如清华大学开发研制的“M-RPMS-型多功能快速原型制造系统”是我国自主知识产权的世界惟一拥有两种快速成形工艺（分层实体制造SSM和熔融挤压成形MEM）的系统，它基于“模块化技术集成”之概念而设计和制造，具有较好的价格性能比。一汽模具制造公司在以CAD/CAM加工的主模型为基础，采用瑞士汽巴精化的高强度树脂浇注成形的树脂冲模应用在国产轿车试制和小批量生产开辟了新的途径。(3)冲压设备和冲压生产自动化方面性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件，高精度、高寿命、高10效率的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备相匹配。为了满足大批量高速生产的需要，目前冲压设备也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多功能、高速和数控方向发展，加之机械乃至机器人的大量使用，使冲压生产效率得到大幅度提高，各式各样的冲压自动线和高速自动压力机纷纷投入使用。如在数控四边折弯机中送入板料毛坯后，在计算机程序控制下便可依次完成四边弯曲，从而大幅度提高精度和生产率；在高速自动压力机上冲压电机定转子冲片时，一分钟可冲几百片，并能自动叠成定、转子铁芯，生产效率比普通压力机提高几十倍，材料利用率高达97%；公称压力为250KN的高速压力机的滑块行程次数已达2000次/min以上。在多功能压力机方面，日本田公司生产的2000KN“冲压中心”采用CNC控制，只需5min时间就可完成自动换模、换料和调整工艺参数等工作；美国惠特尼公司生产的CNC金属板材加工中心，在相同的时间内，加工冲压件的数量为普通压力机的410倍，并能进行冲孔、分段冲裁、弯曲和拉深等多种作业。近年来，为了适应市场的激烈竞争，对产品质量的要求越来越高，且其更新换代的周期大为缩短。冲压生产为适应这一新的要求，开发了多种适合不同批量生产的工艺、设备和模具。其中，无需设计专用模具、性能先进的转塔数控多工位压力机、激光切割和成形机、CNC万能折弯机等新设备已投入使用。特别是近几年来在国外已经发展起来、国内亦开始使用的冲压柔性制造单元（FMC）和冲压柔性制造系统（FMS）代表了冲压生产新的发展趋势。FMS系统以数控冲压设备为主体，包括板料、模具、冲压件分类存放系统、自动上料与下料系统，生产过程完全由计算机控制，车间实现24小时无人控制生产。同时，根据不同使用要求，可以完成各种冲压工序，甚至焊接、装配等工序，更换新产品方便迅速，冲压件精度也高。(4)冲压标准化及专业化生产方面模具的标准化及专业化生产，已得到模具行业的广泛重视。因为冲模属单件小批量生产，冲模零件既具有一定的复杂性和精密性，又具有一定的结构典型性。因此，只有实现了冲模的标准化，才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化、商品化，从而降低模具的成本，提高模具的质量和缩短制造周期。目前，国外先进工业国家模具标准化生产程度已达70%80%，模具厂只需设计制造工作零件，大部分模具零件均从标准件厂购买，使生产率大幅度提高。模具制造厂专业化程度越来越高，分工越来越细，如目前有模架厂、顶杆厂、热处理厂等，甚至某些模具厂仅专业化制造某类产品的冲裁模或弯曲模，这样更有利于制造水平的提高和制造周期的缩短。我国冲模标准化与专业化生产近年来也有较大发展，除反映在标准件专业化生产厂家有较多增加外，标11准件品种也有扩展，精度亦有提高。但总体情况还满足不了模具工业发展的要求，主要体现在标准化程度还不高（一般在40%以下），标准件的品种和规格较少，大多数标准件厂家未形成规模化生产，标准件质量也还存在较多问题。122工艺性分析及冲裁方案冲裁件的工艺性，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。产品零件图是分析和制定冲压工艺方案的重要依据。图2-1所示工件名称：垫片生产批量：大批量材料：黄铜厚度1mm表面质量：平整2.1冲压件的工艺性分析冲压件的工艺性分析是指该零件在冲压加工中的难易程度。在技术方面，主要分析该零件的形状特点、尺寸大小、精度要求和材料性能等因素是否符合13冲压工艺的要求。良好的工艺性应保证材料消耗少，工序数目少，模具结构简单且寿命长，产品质量稳定，操作简单、方便等。在一般情况下，对冲压件工艺性影响最大的是冲压件的结构尺寸和精度要求。冲压工序：只有落料、冲孔；材料：该零件材料选用的是黄铜具有良好的可塑性，具有良好的冲压性能，适合冲裁；结构：从工件图上看出，该工件形状简单且对称，该工件并无外形公差，故普通冲裁就能满足要求，冲裁件的断面的表面粗糙度和容许的毛刺高度都没有具体要求，条件满足。材料厚度为t=1mm，冲裁件各直线或曲线的连接处，都应有适当的圆角相连，以利于模具制造和提高模具寿命。冲裁件的孔径因受冲孔凸模和刚度的限制，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。其冲裁性能较好。精度：冲裁件的精度要求俄，应在经济精度范围以内，对于普通冲裁件，其经济精度不高于IT11，冲孔件比落料件高一级。如果工件精度高于上述要求，则需在冲裁后整修后采用精密冲裁。全部为自由公差，尺寸精度要求不高可看作IT14级，尺寸精度较低，普通冲裁完全能满足要求。该工件可以用冷冲压加工成型。2.2冲裁件的工艺方案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、工序的组合和工序顺序的安排等，应在工艺分析的基础上制定几种可能的工艺方案，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冲裁方案。在综合分析，研究零件成型性的基础上，以材料的极限变形参数，各种变形性质的复合程度及趋向性，当前的生产条件和零件的产品质量要求为依据，提出各种可能的零件成形总体工艺方案。根据技术上可靠，经济上合理的原则对各种方案进行对比、分析，从而选出最佳的工艺方案14（包括成形工序和各种辅助工序的性质、内容、复合程度、工序顺序等），并尽可能的进行优化。2.2.1、选择冲压基本工序剪切、落料、切边、冲孔、弯曲、拉深、翻边等是常见的冲压工序，各工序有其不同的性质、特点和用途。有些可以从产品零件图上直观地看出冲压该零件所需工序的性质。有些零件的工序性质，则必须经过分析和计算才能确定。就棘块而言，很明显，从零件图上便能很直观的看出需要冲孔和落料两中基本工序。故，对于垫片而言，所需的工序有冲25mm孔，冲10mm孔，落料2.2.2、确定冲压次数和冲压顺序（1）冲压次数冲压次数是指同一性质的工序重复进行的次数。如拉深件，可根据它的形状和尺寸，以及板料许可的变形程度，计算出拉深次数。但对于平板件，如冲孔、落料件，一般来说都是一次成形。就垫片来说，由于只有冲孔和落料两种性质的工序，属于平板件，故而冲10孔次数为两次，冲25mm孔的次数为一次，落料的次数为一次。（2）冲压顺序冲压顺序的安排应该有利于发挥材料的塑性以减少工序数量。主要是根据工序的变形特点和质量要求来安排。对于有孔或有缺口的平板件，若选用简单模时，一般先落料，再冲孔或切口；若使用连续模时，则应先冲孔或切口。2.2.3、工序的组合方式一个冲压件往往要经过多道工序才能完成。因此，编制工艺方案时，必须考虑是采用简单模一个一个工序完成还是将某些工序组合起来，用复合模或连续模生产。通常，模具的选用主要取决于冲压件的生产批量，尺寸大小和精度要求等因素。生产批量大，冲压工序应尽可能地组合在一起，采用复合模或连续模冲压；小批量生产时，通常选用单工序简单模。但对于尺寸过小的冲压件，15考虑到单工序模上料不方便和生产效率低，也通常选用复合模或连续模生产；若采用自动送料，一般用连续模冲压；为避免多次冲压的定位误差，通常选用复合模生产；当用几个简单模制造费用比复合模还高，而生产批量又不大时，也可考虑将工序组合起来，选用复合模生产。工序组合方式，可选用复合模或连续模。一般来说，复合模的冲压精度比连续模高，结构紧凑，模具轮廓尺寸比连续模小；但是，连续模的生产效率高，操作比较安全、简便，容易实现单机自动化生产，若装上自动送料装置，可适用小件的自动冲压。对于如图2-1所示的垫片，先拟订以下三种工序组合方式：方案一：先落料，后冲孔，采用单工序模生产。方案二：落料-冲孔复合冲压，采用复合模生产。方案三：冲孔-落料级进冲压，采用级进模生产。三种类型模具优缺点比较如下表2-1：表2-1模具类型比较单工序模复合模级进模结构简单较复杂复杂成本、周期小、短小、短高、长制造精度低较高高材料利用率高高低生产效率低低高维修不方便不方便方便产品精度高高低品质低低高安全性不安全不安全安全自动化易于自动化冲床性能要求低低高应用小批量生产大中型零件的冲压试制大批量生产内外形精度要求高大批量生产中小零件冲压分析：16方案一模具结构简单，即落料，冲两个10mm孔，冲25mm孔，各需要一套模具，使得成本高而生产效率低，不能达到大批量生产。方案二工件的精度及生产效率都较高，结构紧凑，适合大批量生产，特别是孔与制件外形的同心度容易保证，但模具结构复杂，制造困难，复合模的冲孔废料落在下模表面，需及时清除，操作时不太安全，并且复合模存在最小壁厚问题。方案三可以完成复杂零件的冲裁，虽然工位数量增加但是不影响生产效率。（1）操作安全简单，不必将手伸入模具的危险区域，对于垫片大批量生产采用自动挡料机构。(2)模具寿命长，工序分散在若干个工位，在工序集中的区域还可以设置空位，从而避免了凸、凹模壁厚过小的问题，改变了凸、凹模的受力状态，提高了模具强度。(3)产品质量高，级进模在一副模具内完成产品的全部成形工序，克服了用简单模时多次定位带来的操作不变和累积误差。(4)生产成本较低，级进模由于结构比较复杂，所以制造费用较高，同时材料利用率较低，但由于级进模生产率高、压力机占有数少、需要的操作工人数和车间面积少，减少了产品的储存和运输，因而产品零件的综合生产成本并不高。(5)设计和制造难度大，对经验的依赖性强，级进模结构复杂，技术含量高，设计灵活性大、难度大；设计和制造中的经验、推断和目测工作量多，人才培养时间长，个人之间的差异大；同一产品零件可有多种不同的设计方案，设计的灵活性大；设计和制造周期长，费用高，适用大批量生产。级进模还受产品零件尺寸限制，产品尺寸不宜太大。（6）按订单生产，而不是按计划生产，订货市场影响大，交货期要求短。结论：采用方案三为佳。173排样图设计及材料利用率的计算冲裁件在板、条等材料上的布置方法称为排样。排样的合理与否，影响到材料的经济利用率，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。3.1排样的设计3.1.1排样图的设计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。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（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18（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，可以用计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，冲裁件的质量，冲模的寿命较长，此采用有废料直排的排样方式。多工位连续模条料排样图对模具设计的影响很大，它决定工位分布是否合理，条料能否在连续冲压过程中畅通无阻，是否便于使用制造维修和刃磨。根据本零件的特点，适合采用有废料斜排的方式,这样不仅使冲出的45零件达到要求，有可以尽可能大的提高材料的利用率。该采用图3-1的排样方式,共分2个工位。第一工位：采用阶梯冲直径25mm孔和两个10mm孔。第二工位：落料，工件从底孔露出。由以上分析可以得知，该模具的动作过程为：利用阶梯冲裁先冲出大孔，然后冲出两个小孔，最后落料.19图3-1工件排样图3.1.2搭边和料宽和步距的计算（1）搭边排样中相邻两工件之间的余料或工件与条料边缘间的余料称为搭边。搭边的作用是补偿定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料步距误差、送料歪斜误差等原因而冲裁出残缺的产品。此外，还应保持条料有一定的强度和刚度，保证送料的顺利进行，从而提高制件质量，使凸、凹模刃口沿整个封闭轮廓线冲裁，使受力平衡，提高模具寿命和工件断面质量。影响搭边值大小的因素主要有：1材料的力学性能塑性好的材料，搭边值要大一些，硬度高与强度大的材料，搭边值可小些。2材料的厚度材料越厚，搭边值也越大。3.工件的形状和尺寸工件外形越复杂，圆角半径越小，搭边值越大。4排样的形式对排的指边值大于直排的搭边。5送料及挡料方式用手工送料，有侧压板导向的搭边值可小一些。据零件形状，工件间按圆形取搭边值。查冲压工艺与模具设计2-13。得到如下表3-1，搭边值的确定。表3-1普通冲裁搭边值20由于料厚=1mm得，材料为黄铜，搭边a=0.8mm,a=1mm.t1（2）计算条料的宽度条料宽度的确定原则是：最小条料宽度要保证冲裁时工作周边有足够的搭边值，最大条料宽度要能在冲裁时顺利地在导料板之间送进，并与导料板之间有一定间隙。因此，在确定条料宽度时必须考虑到模具的结构中是否采用侧压装置和侧刃。根据不同结构分别计算。本模具结构采用无侧压装置的导料板之间送料。有侧压与无侧压装置如图3-2。条料宽度计算如下：21图3-2条料宽度的确定a)无侧压装置b)有侧压装置1导料板2凹模00)(2baDB（3-1）导料板间距离A=B+b0式中垂直送料方向上零件尺寸（mm）1a侧搭边（mm）-条料宽度公差值(mm)0b条料与导板间的间隙(mm)和值分别由表3-2,表3-3查得表3-2剪切条料宽度公差材料厚度t/mm条料宽度B/mm1122335500.40.50.70.9501000.50.60.81.0101500.60.70.91.11502000.70.81.01.22203000.80.91.11.3表3-3条料与导料板之间的间隙无侧压装置有侧压装置条料宽度B/mm条料厚度t/mm10010020020030010010010.50.515822150.51158由表3-2,3-3查得:=0.5=0.50b由公式得：B=72+2（0.8+0.5）+0.5-0.5（mm）=m5.0674导料板间距离A=B+b0=74.6+0.5=75.1mm步距S：S=B+a（3-2）式中B平行与送料方向工件的宽度a冲件之间的搭边值S=76.1(mm)3.2材料利用率的计算排样的合理与否，影响到材料的经济利用率，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的利用率。其计算公式如下：一个进距内的材料利用率为（3-3）%10nABh式中A-冲裁件面积（包括冲出的小孔在内）（）；2mn-一个进距内冲件数目；B-条料宽度(mm)；h-进距（mm）；根据以上公式，n=1，一个进距内的坯料面积A为2137mm2B=74.6mm，h=76.1mm。因此材料的利用率为%401.76213234工艺计算4.1冲裁力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。24冲压力的行程曲线：凸模行程图4-1冲裁力-凸模行程曲线在冲裁过程中，冲裁力的大小是不段变化的，图4-1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。4.2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25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