录音机机芯自停连杆装置设计

前言模具是工业生产的基础工艺装备，被称为“工业之母”。75的粗加工工业产品零件、50的精加工零件由模具成型，绝大部分塑料制品也由模具成型。作为国民经济的基础行业，模具涉及机械、汽车、轻工、电子、化工、冶金、建材等各个行业，应用范围十分广泛。进入21世纪，制造技术发展迅猛，模具技术作为现代制造技术的一个重要组成部分，对国民经济的发展起着越来越重要的作用。冲压加工具有生产效率高、生产成本低、操作简单、适合大批量生产等优点，在航空、机械、电子、家电等领域得到越来越广泛的应用。模具在制造业中所具有的重要地位，使得模具的制造能力和技术水平已成为衡量国家制造业水平和创新能力的重要标志。近年来随着模具制造能力的不断提高，使得模具有着高精度、长寿命、高生产率、型腔形状和模具结构复杂的特点。如今模具的生产方式广乏采用CAD/CAM/CAE技术，采用高速切削加工技术，快速成型技术和快速制模技术的一系列的先进技术。模具未来的加工也向着粗加工向高速加工发展，成型表面的加工向精密、自动化发展，光整加工向自动化发展，快速成型加工技术的发展，模具CAD/CAM/CAE正向集成化、三维化、智能化和网络化发展，模具的标准化程度将不断提高。2005年模具出口74亿美元，同比增长50以上；模具产品结构更趋高档，复杂、精密、长寿命的模具份额提高到30。目前，国内约有模具生产厂商3万余家，从业人员有80多万人，全年模具产值达534亿元人民币。涌现出一批模具行业领头羊，如在汽车覆盖件领域的一汽模具，轮胎领域的巨轮模具，塑料模具领域的海尔，模块标准件领域的圣都等；不少地方出台了扶持当地模具行业发展的政策，如重庆、成都、苏州、大连等地都在建立模具工业园区，改善发展环境，完善模具生产的配套体系。中国经济的高速发展对模具行业提出了越来越高的要求，也为其发展提供了巨大了的动力。本次毕业设计为录音机机芯自停连杆级进模设计，采用多工位级进模制造，经过冲孔、冲裁、弯曲、胀形等工艺，通过凸模与整体凹模配合冲裁成形原理，大批量生产出定型录音机机芯自停连杆零件。第一章概述1.1我国模具工业的发展现状模具工业是国民经济的重要基础工业之一。模具是工业生产中的基础工艺装备，是一种高附加值的高精密集型产品，也是高新技术产业化的重要领域，其技术水平的高低已经成为衡量一个国家制造业水平的重要标志。近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，同时为模具的发展提供了巨大的动力。中国模具发展十分迅速，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展。模具生产长期以来一直被当作产品生产的工艺后方，生产的模具也主要是自产自配，直至1987年，模具才作为产品被列入机电产品目录，当时全国共有生产模具的厂点约6000家，总产值约30亿元。经过20年发展，中国的模具工业已有了长足的进步。据不完全统计，现在国内约有模具生产厂点30000家，2006年模具销售额约720亿元。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。从20世纪80年代后期开始，中国模具工业发展十分迅速。由于国民经济的发展对模具的需求越来越大，原有的国有模具企业有了很大发展，而三资和乡镇、个体模具企业的发展更为迅速。例如广东省和浙江省，原来模具生产规模不大，在国内未占重要地位，但目前，主要依靠三资企业的广东省（全省有5000多家模具生产企业）和主要依靠乡镇、个体企业的浙江省（全省有4000多家模具生产企业），其模具年产值已分别占全国的40和25左右。虽然中国模具工业发展迅速，但仍不能满足我国制造业发展的需求，特别是中高档模具，在精密、大型、复杂、长寿命类型的模具仍旧供不应求。由于在精度、寿命、制造周期及能力等方面中国与国际水平相比尚有较大差距，所以每年尚需大量进口。由于中国模具价格比较低廉，水平也在不断提高，因此出口发展很快，近年来每年出口增长幅度比行业增长幅度大得多。在模具产值产量和进出口迅速发展的同时，中国在模具行业技术进步和模具水平的提高方面也取得了可喜的成绩。我国模具企业CAD、CAE、CAPP、PDM、PLM、ERP等数字、化信息化技术的使用面正在不断扩大，水平也在不断提高。模具产业结构及布局情况中国模具工业近年来在持续高速发展的同时，产业结构和布局也在发生着变化，总的趋势是在向着合理化方向发展。1.2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：（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。1.3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。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。1.4冲压的现状及发展方向模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，因为模具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。在我国，直到20世纪80年代后期，中国模具工业才驶入发展的快车道。现在,模具的CAD/CAM已很普遍，CAE/CAPP也在积极推广。CAD/CAE/CAM包括概念设计、优化设计、有限元分析、计算机仿真、计算机辅助绘图、计算机辅助设计过程管理等。应用CAD技术可能设计出产品的大体结构，再通过CAE技术进行结构分析、可行性评估和优化设计。采用模具CAD/CAE/CAM集成技术后，一般不需要再进行原型实验，采用几何造型技术，制件的形状能精确、逼真地显示在计算机屏幕上，有限元分析程序可以对其力学性能进行检测。借助于计算机，自动绘图代替了人工绘图，自动检索代替了手册查阅，快速分析代替了手工计算，模具设计师能从烦琐上的绘图和计算中解放出来，集中精力从事方案构思和结构优化等创造性的工作，在模具投产之前，CAE软件可以预测模具结构有关的参数的正确性。现在，我国生产的模具精度已达到微米级，与20年前相比，模具寿命提高了几十倍，模具生产周期缩短了约3/4，模具的标准件使用覆盖率从几乎是零，达到45%左右。我国模具总量虽然已位居日、美、之后，但设计制造水平在总体上要比德、美、日、法、意等发达国家落后许多，也与英国、加拿大、西班牙、葡萄牙、韩国、新加坡等有差距。近年来，模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为：大型、精密、复杂、长寿命中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品；塑料模和压铸模比例增大；专业模具厂数量增加，能力提高较快；“三资”及私营企业发展迅速；国企股份制改造步伐加快等。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。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，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。利用有限元（FEM）等有值分析方法模拟金属的塑性成形过程，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。(2)冲模是实现冲压生产的基本条件方面：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。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。（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。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，已得到模具行业和广泛重视。因为冲模属单件小批量生产，冲模零件既具的一定的复杂性和精密性，又具有一定的结构典型性。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。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。另外，标准件生产的销售、供货、服务等都还有待于进一步提高。专家认为，我国模具行业要进一步发展多功能复合模具，一套多功能模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务。通过这种多功能的模具生产出来的不再是成批零件，而是成批的组件，如触头与支座的组件、各种微小电机、电器及仪表的铁芯组件等。多色和多材质塑料成形模具也将有较快发展。这种模具缩短了产品的生产周期，今后在不同领域将得到发展和应用。总之，随着计算机软件的发展和进步，CAD/CAE/CAM技术也日臻成熟，其在现代模具中的应用将越来越广泛。由此该技术也推动了现代模具工业的发展，它不仅缩短了模具的设计和制造周期，而且也提高了产品开发的成功率，并增加了模具的价值和市场竞争力。可以预料不久的将来，模具制造业将从机械制造业中分离出来，而独立成为国民经济中不可缺少的支柱产业，与此同时，也进一步促进了模具制造技术向集成化、智能化、益人化、高效化方向发展。模具技术既是先进制造技术的重要组成部分，又是先进制造技术的重要应用领域。第二章冲压件工艺性分析及冲裁方案的确定2.1产品工件分析工件名称：录音机机芯自停连杆生产批量：大批量生产材料：钢10，厚0.8mm工件简图：如图2.1所示图2.1零件图图2.2工件此工件是录音机机芯中的零件，工件形状较复杂，要求精度较高。如图2.2所示，有a、b、c三处弯曲。工件上还有4个小凸包,主要工序有冲孔、冲裁、成形、弯曲、胀形。若采用单工序模，工序很多，工件小，手工操作，定位难以达到精度，质量难以保证。该工件属于定型产品中的零件，批量生产，因而适宜采用多工位级进模，采用自动送料器送料。2.2材料的选择冲压工艺对材料的基本要求主要是：（1）对冲压成形性能的要求为了有利于冲压变形和制件质量的提高，材料应具有良好的冲压成形性能。而冲压成形性能与材料的机械性能密切相关，通常要求材料应具有良好的塑性，屈强比小，弹性模量高，板厚方向性系大，板平面方向性系数小。（2）对材料厚度公差的要求材料的厚度公差应符合国家规定标准。因为一定的模具间隙适用于一定厚度的材料，材料厚度公差太大，不仅直接影响制件的质量，还可能导致模具和冲床的损坏。对表面质量的要求，材料的表面应光洁平整，无分层和机械性质的损伤，无锈斑、氧化皮及其它附着物，表面质量好的材料，冲压时不易破裂，不易擦伤模具，工件表面质量好。（3）常用的冲压材料有各种规格的板料、带料和块料。板料的尺寸较大，一般用于大型零件的冲压，对于中小型零件，多数是将板料剪裁成条料后使用。带料（又称卷料）有各种规格的宽度，展开长度可达几千米，适用于大批量生产的自动送料，材料厚度很小时也是做成带料供应。块料只用于少数钢号和价钱昂贵的有色金属的冲压。总上所述，冲压材料我选择10钢作为冲压件的材料。10钢为优质碳素钢，碳的质量分数很低，塑性好，有较好的冲压、弯曲性能,取抗剪强度，抗拉强度，屈服点，断面收缩率=60%,伸长率MPab340MPaS210=31%。2.3冲压工艺方案的拟定及确定（1）第一种方案：采用单工序逐步加工a采用单工序模落料，冲裁出零件弯曲前的形状；b采用冲孔单工序模，冲出零件上的4个小孔；c用弯曲模进行弯曲。特点：由于单工序模模具制造简单，维修方便。但生产率低，工件精度低，不适合大批量生产。（2）第2种方案：采用复合模加工成形。特点：生产率较高，工件精度高。但模具制造比较复杂，调整维修麻烦，使用寿命低。（3）第3种方案：采用级进模加工。特点:生产率高，便于实现机械化、自动化，模具制造较复杂，维修调整麻烦。但其复杂程度不及复合模，精度较复合模稍低，但该零件对精度要求不是很高。根据本零件的设计要求，以及各方案的特点，采用方案3比较合理。第三章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，如图3-1a。（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3-1b。（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3-1c。图3-1a)有废料排样b)少废料排样c)无废料排样少、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。3.2方案比较及排样方案的确定（1）：冲导正销孔，冲直径为2.8mm圆孔;冲k区的窄长孔，并冲T区的T形孔。（2）：冲工件右侧M区外形和连同下一个工位的E去外形。（3）：冲工件左侧N区外形。（4）：工件a部位的向上5mm弯曲，冲4个小凸包。（5）：工件b部位向下4.8mm弯曲。（6）：工件c部位的向下7.7弯曲；F区连体冲裁，废料从孔中漏出，工件脱离载体，从模具左侧滑出。图3-2方案（一）图3-3方案（二）图3-4方案（三）方案（一）材料利用率较低，主要是工艺性废料相对较多。模具结构复杂，但可以保证其产品对尺寸精度、粗糙度、断面质量的要求。方案（二）虽然较较方案（一）材料利用率高一点，但其模具的结构变得更复杂，模具加工，装配变得比较困难。而且还要在一个方向冲裁完后在换方向冲裁，生产率不如方案（一）。方案（三）较方案（二）材料利用率又有所提高，但工件与工件之间的距离比较近，容易影响零件的质量而且模具的结构也很复杂。通过上面分析，并且根据本零件的设计要求，及各方案的特点，决定采用方案（一）比较合理。因为其能较满意满足对零件的产品尺寸精度、粗糙度、断面质量的要求。3.3搭边值的确定排样时，工件及工件与条料侧边之间的余料叫搭边。搭边的作用是补偿定位误差和保持条料有一定的刚度，以保证冲压件质量和送料方便。搭边值要合理确定。搭边值过大，材料利用率低。搭边值小，材料利用率虽高，但过小时就不能发挥搭边的作用，在冲裁过程中会被拉断，造成送料困难，使工件产生毛刺，有时候还会被拉入凸模和凹模间隙，损坏模具刃口，降低模具寿命。搭边值过小，会使作用在凸模侧表面上的法向应力沿着落料毛坯周长的分布不均匀，引起模具刃口的磨损。搭边值的大小与下列因素有关：（1）材料的力学性能。硬材料可小些，软材料的搭边可要大些。（2）工件的形状与尺寸。尺寸大或有尖突的复杂的形状时，搭边要取得大值。（3）材料厚度。薄材料的搭边应取的大一些。（4）送料方式及挡料方式。用手工送料、有侧压板导向的搭边值可以取小些。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。由于模具采用导正销来定位，故不需采用侧刃，本设计中采用有压边装置的模具，故按下式计算：（3-1）001B（D+2a）由于料厚=0.8mm得，材料为10钢，取系数0.9，a1=1.5mm,其中查冲t压工艺与模具设计表2-14得:条料宽度的单向负偏差=0.4mm。表3-1剪切条料宽度公差（mm）条料宽度：（3-1）001B（D+2a）mm04.04.5)5.*(进距是指条料在模具上每次送进的距离，进距的计算与排样方式有关，每个进距可以冲出一个零件，也可以冲出几个零件，进距是决定挡料销位置的依据。进距为：S=12+a=12+1.2=13.2mm3.4材料利用率的计算冲裁件在板，条等材料上的布置方法陈为排样。拍样的合理与否，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，生产造作方便与安全等。因此，拍样是冲裁工艺与模具设计中一项很重要的工作。一个进距内的材料利用率为=100%BhnA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，面积A的计算用CAD的过程如下材料厚度t条料宽度B1122335500.40.50.70.9501000.50.60.81.01001500.60.70.91.11502200.70.81.01.22203000.80.91.11.3图3-5工件展开图1.在CAD中用命令AREA对整个图形创建面域，2.CAD菜单中工具-查询-面积求的其面积，其结果如下：面积=218.8586，周长=130.7359=100%=BhnA%3102.13586第四章工艺计算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。冲压力的行程曲线：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。4.3.冲裁力的计算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。10钢,抗拉强度=340。延伸率31%，屈服强度=210，强度baMPsaMP低、塑性较好，具有良好的冲压、拉深及焊接性能。用平刃口模具冲裁时，冲裁力可按下式进行计算：F（4-1）KtL式中-冲裁件周边长度（mm）；L-材料厚度（mm）；t-材料抗剪强度（MPa）；-系数。考虑到模具刃口的磨损，模具间隙的波动，材料K力学性能的变化及材料厚度偏差等因素，一般取=1.3。K一般情况下，材料的，为计算方便，也可用下式计算冲裁力F(N)b1.3（4-2）FLt式中-材料的抗拉强度（MPa）。b在这套模具中冲压工序只有落料、冲孔和弯曲三种，而且有三到弯曲工序。主要就是落料力和冲孔力以及弯曲力。（1）落料力计算（4-1）btLF落式中落料力（N）；F落t-材料厚度=0.8mm；t-材料的抗拉强度（MPa），=340（MPa）；bbL-冲裁件周边长度（mm）；aM区冲裁，L=26mm=260.8340N=7072NbtLFbN区冲裁，L=24mm=240.8340N=6528Nbtc连体外形E区冲裁，L=116mm=1160.8340N=31552NbtLFEd连体外形F区冲裁，L=119mm=1190.8340N=32368NbtFeT区冲裁，L=12mm=120.8340N=3264NbtL=7072+6528+31552+32368+3264=80784NTFENM落(2)冲孔力计算a冲=2.8mm的小孔冲裁力计算b1tL冲t-材料厚度=0.8mm；-材料的抗拉强度（MPa），=330（MPa）；bbL-冲裁件周边长度（mm），L=D=3.142.8=8.79(mm)b1tLF冲8.790.8340N=2391Nb冲裁四个=1mm小孔的冲裁力计算b2t冲t-材料厚度=0.8mm；t-材料的抗拉强度（MPa），=340（MPa）；bbL-冲裁件周边长度（mm），L=D=3.141=3.14(mm)b2tLF冲3.140.8340N=854N因为该工件有四个小孔，所以冲裁这是个小孔的总冲裁力=4=4854=3416N总冲22冲c冲矩形孔冲裁力计算b3tLF冲t-材料厚度=0.8mm；t-材料的抗拉强度（MPa），=340（MPa）；bbL-冲裁件周边长度（mm），L=2+10=12(mm)b3tLF冲=120.8340N=3264Nd冲裁2个导正钉孔3.2mm，L=d=3.143.2=10mm=200.8340=5540Nb4t冲所以总的冲孔力2391+3416+3264+5540=14611N冲F(3)弯曲力计算b2trCKB自式中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-安装系数，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）；baa处弯曲力计算：NCKBF1603408.1.536.trb21自bb处弯曲力计算：7.trb22自cc处弯曲力计算：NCKBF96134008.1.936.trb23自故，总弯曲力N70321自自自自综上，总冲裁力应该为落料力，冲孔力和弯曲力三者之和。即：80847+14611+1494=96952N自冲落总FF4.4冲压压力中心的确定冲裁时的合力作用点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压力机滑块中心不一致，冲压时会产生偏载，导致模具以及滑块与导轨的急剧磨损，降低模具和压力机的使用寿命，通过利用求平行力系合力作用点的方法(解析法或图解法)确定模具的压力中心。选取材料的边缘为座标原点，建立如图4-2所示的坐标系。则：mFxxFxnc93.6.21yyync21.5.21图4-2第五章冲压设备的选择5.1冲压设备的类型选择冲压设备类型的选择，主要是根据冲压工艺性质、生产批量的大小、冲压件的几何形状、尺寸及精度要求等因素来决定的。冲压件生产中常用的是曲柄压力机和液压机。在中小型冲裁件、弯曲件或浅拉深的冲压生产中，主要选用开式压力机。这种压力机具有三面敞开的操作空间、操作方便、容易安装机械化装置和成本低廉等优点。但是刚度较差，工作时床身的角变形回导致冲模间隙的分布不均，降低冲模的寿命和冲裁件的质量，因而适用于精度要求不高的冲压生产。在大中型和精度要求较高的冲压件的生产中，主要选择闭式压力机。这种压力机床身的弹性变形较小，刚度较好，精度较高。对于大型、较复杂的拉深件则应采用闭式双动拉深压力机。它具有两个滑块，拉深用的内滑块和压边用的外滑块。模具结构简单，压边可靠易调。根据工艺要求，调节压边力。在小批量生产中尤其是大型厚板件的成型工艺中，多选用液压机。液压机虽然速度慢、效率低、制件尺寸精度因而受操作影响不太稳定，但是压力大没有固定行程，因而不会因为板料的厚度超差而过载，但是液压机一般不适合冲裁工作。在大批量生产中应选用高速自动压力机或者多工位自动压力机。高速自动压力机具有高精度、高效率等特点。综合以上考虑：我们还是选择开式压力机。5.2冲压设备规格的选择在压力机的类型选定后，应进一步根据变形工序的特点、变形力的大小、冲压件与毛坯的形状和尺寸、模具系数和操作上的要求来确定设备的规格。5.2.1公称压力公称压力是指滑块离下死点前某一特定距离或者转到下死点前某一特定gF的角度时，滑块上所容许承受的最大作用力。在选择压力机吨位时，应保证在全行程范围内，压力机的的许用载荷在任何时刻均大于时刻所需变形力的总和。也就是说应该使在一次行程内所要完成的各种冲压工序多需要的合力曲线，在全行程范围内均低于压力机的许用负荷曲线。(a)(b)5-1拉深冲孔复合工序的负荷曲线与压力机的许用压力曲线对于复合冲压工序如落料拉深复合冲压时，不能简单地将落料力与拉深力叠加选择压力机，需考虑落料力最大值所处的位置，如图5-1（a）所示。虽然落料力是小于压力机的公称压力，但由于落料力已超过压力机的许用压力曲线，需选用更大规格的压力机才能满足要求。而图（b）就满足要求。5.2.2滑块行程和行程次数滑块从上死点到下死点所经过的距离为滑块行程。行程次数是指滑块每分钟往复行程的次数。在确定滑块行程次数时，滑块的运动速度要符合冲压生产工艺要求。对拉深工艺来说，若速度过快，则会引起工件破裂。拉深工艺的合理速度范围如表5-1所列，进行拉深工艺的压力机，滑块速度不应超过这个数值。表5-1拉深工艺的合理速度范围材料名称钢不锈钢铝硬铝黄铜铜锌最大拉深速度/mm1s40018089020010207607605.2.3装模高度压力机的装模高度是指滑块在下死点位置时，滑块下表面到工作垫板上表面的距离。装模高度加垫板厚度即为压力机的封闭高度。模具的封闭高度是工作行程终了时，模具上模座上表面与下表面之间的距离。选择压力机时，必须使模具的封闭高度介于压力机的最大装模高度与最小装模高度之间（见图5-2），一般应满足：max0min51HH连杆调节到最短时，压力机的装模高度，即最大装模高度（mm）max连杆调节到最长时，压力机的装模高度，即最小装模高度（mm）in模具的封闭高度（mm）图5-2模具的封闭高度5.2.4工作台面和滑块底面尺寸工作台面和滑块底面的大小应足以安装模具，并留有余地，一般情况下，冲床工作台面应大于模具底座的尺寸5070mm以上。同时应保证能牢固地安装及固定模具，并能正常工作，工作台和滑块的形式要考虑冲压工艺上的需要，即必须与模具的打料装置，出料装置、卸料装置等的结构相适应。由前面所计算的总压力=96952N选取公称压力160KN的压力机，型号为：总FJ23-16F。该压力机与模具设计的有关系参数为：公称压力：160()K滑块行程：70m行程次数（不小于）：1201in最大闭模高度：205mm封闭高度调节量：45立柱距离(不小于)：220mm工作台尺寸（前后左右）：m4503模柄孔尺寸（直径深度）：40mm60mm倾斜角（不小于）：055.3冲压设备的校核压力机行程的校核：所选压力机的滑块行程为70mm，而成品的高度为14.5mm，则70mm14.52.536.25mm满足要求。压力机工作台板尺寸的校核：由装配图可知，模具的最大安装尺寸为196mm243mm，压力机台板尺寸为300mm450mm，故能满足模具的正确安装。压力机封闭高度的校核：模具的闭合高度H0H(上模板)H(下模板)H(冲孔凸模)H(落料凹模)H(凸模垫板)H(凹模垫板)H(凸模进入凹模的深度)t(料厚)=4050603581260.8=198.2mm，压力机的最大闭合高度为250mm，最小闭合高度为190mm，则安装模具时，需在工作台面上配装垫块，垫块实际尺寸可配制。第六章冲裁模具工作部分设计计算6.1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。6.1.1冲裁间隙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6.1.2冲裁间隙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6-1），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6-1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。6.1.3冲裁间隙对冲裁力、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6-2）。间隙大小对卸料力的影响可见图6-3。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。6.2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。minZmaxZ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6-4合理冲裁间隙的确定6.2.1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6-4所示的几何关系可得出计算合理间隙的公式：002()2(1/)Zthgthtg式中产生裂纹时的凸模压入深度（mm）；0h料厚（mm）；t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。0/ht而、又与材料性质有关，表6-2为常用材料的与的近似值。由表0h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0/ht0/ht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0/t，称为材料的品质系数。02(1/)Ktg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。6.2.2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。表6-1与值0/ht6.3模具刃口尺寸的计算目前，凸、凹模加工方法有两刃种，分别为：凸模与凹模分别加工法;凸模与凹模配合加工法。凸模与凹模分别加工法目前多用于圆形或简单规则形状（%）材料t4软钢中硬钢硬钢75706560544770656055474565555548443850404535352556454（方形或矩形）的工件。此方法的优点是凸、凹模具有互换性，制造周期短，便于成批制造。其缺点是，模具的制造公差小，模具制造困难，成本高；而配作法就是先按设计尺寸制作一个基准件（凸模或凹模），然后根据基准件的实际尺寸按间隙配制另一件。这种加工法的特点是模具的间隙由配制保证，工艺比较简单，并且还可以适当放大基准件的制造公差，使制造容易，故目前一般工厂常常采用此种加工方法。由于该零件是圆形!且形状简单，采用分开加工即可。查表6-2冲裁模初始双面间隙得，冲裁模初始双面间隙为：表6-2