汽车加强支架零件的工艺分析.doc

景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文）摘 要本设计为一垫板的冷冲压模具设计，根据设计零件的尺寸、材料、批量生产等要求，首先分析零件的工艺性，确定冲裁工艺方案及模具结构方案，然后通过工艺设计计算，确定排样和裁板，计算冲压力和压力中心，初选压力机，计算凸、凹模刃口尺寸和公差，最后设计选用零、部件，对压力机进行校核，绘制模具总装草图，以及对模具主要零件的加工工艺规程进行编制。其中在结构设计中，主要对凸模、凹模、凸凹模、定位零件、卸料与出件装置、模架、冲压设备、紧固件等进行了设计，对于部分零部件选用的是标准件，就没深入设计，并且在结构设计的同时，对部分零部件进行了加工工艺分析，最终才完成这篇毕业设计。通过此次毕业设计加深对所学知识的掌握，有利于所学知识的综合利用。尤其是对所学专业知识的最好体现。对于在该课题在设计中遇到的难点和疑点，可以通过查阅相关资料进行解决，有利的锻炼了自主处理问题的能力。多工位级进模是在普通级进模的基础上发展起来的一种高精度、高效率、长寿命的模具，是技术密集型模具的重要代表，是冲模发展方向之一。关键词： 冷冲压 落料拉深复合模 冲压工艺 模具设计ABSTRACT The design for a plate of cold stamping die design, according to the size of the design components, materials, mass production, etc., the first part of the process of analysis to determine the blanking process planning and die structure of the program, and then through the process design calculations, determine the nesting and cutting board, calculate the pressure and pressure washed centers, primary presses, computing convex and concave Die Cutting Edge dimensions and tolerances, the final design selection of parts and components, to press for checking, drawing die assembly drawings, as well as Mold processing technology of the main parts to the preparation procedures. In which the structural design, primarily to the punch and die, punch and die, positioning parts, unloading and out of pieces of equipment, mold, pressing equipment, fasteners, etc. has been designed, for the selection of some components are standard parts , there is no in-depth design, and structural design, while some parts for the processing process analysis and ultimately to complete this graduation project. With this graduation project to deepen the mastery of knowledge is conducive to the comprehensive utilization of the knowledge. In particular，the best embodiment for expertise. we can access relevant information for the problem we have encounter ed during the process and also a favorable self-training capabilities in handling problems.Mu-Position Progressive Die is a high-precision, high efficiency, long - life,technology-intensive Die which is developed from general Progressive Die .It is one of important representative of the directions of the Die development.Key words: mold; stamping parts; punch; die; punch and die;第1章 绪论 1.1 设计的意义改革开放以来，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，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。随着我国加入WTO，我国模具工业的发展将面临新的机遇和挑战。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、电器、仪器仪表、家电通讯等产品中，60%80%的零部件都要依靠模具成形这些行业是模具行业的主要服务领域。用模具生产的制件具有高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗等特点，是其他加工方法所不及的。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，在很大程度上决定着产品的质量和新产品的开发能力。作为一名工科类本科毕业生，毕业设计是其大学阶段最具重要意义的一项任务，其重要的意义不言而喻。完成毕业设计是检验我在校学习成果的重要措施，也是我在毕业前必须完成的一项任务。它在一定程度上能体现出毕业生专业基础知识水平、分析解决问题的能力。通过本次毕业设计，我相信自己各个方面的能力将得到检验和提升，如设计软件的操作能力，科学研究的能力，组织管理的能力，语言和文字表达的能力等方面。1.2设计的目的本次设计课题是汽车加强支架的冲压工艺及其模具设计，撰写毕业设计论文主要可以达到以下三个目的：一：对自己专业基础知识、基本理论和基本技能掌握情况进行一次全面考核。二：对自己进行规范的科学研究基本方法训练，在灵活运用所学专业知识的基础上，熟练掌握冲压模具设计的全过程。三:本次学生撰写论文是结合现场生产，把在校学过的专业知识运用于实际，在理论和实际结合过程中进一步消化、加深和巩固所学的专业知识，并把所学的专业知识转化为分析和解决问题的能力，又可以学到许多课堂和书本里学不到的活生生的新知识。同时也可以让自己回忆在学校中四年所学到的东西，将其做个系统的回顾和总结。1.3冲压工艺的种类冲模的结构型式很多，可以根据以下特征进行分类：(1) 按冲压工序性质分，有落料模、冲孔模、切边模、弯曲模、拉伸模、成形模和翻边模等。(2) 按冲压工序的组合方式分，有单工序的简单模和多工序的连续模、复合模和连续复合模等。(3) 按模具的结构型式，根据上、下模的导向方式，有无导向模和导板模、导柱模、滚珠导柱模等；根据卸料装置，可分为带固定卸料板和弹性卸料板冲模；根据挡料形式，可分为固定挡料钉、活动挡料销、导正销和侧刃定距冲模。(4) 按采用的凸凹模材料科分为硬质合金冲模、钢质硬质合金冲模、钢皮冲模、橡皮冲模和聚氨酯冲模等。此外，还有按模具轮廓尺寸的大小，分为大型冲模和中小型冲模等。 冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。分离工序也称冲裁，其是指被加工材料在外力作用下产生变形，当作用在变形部分的相当应力达到了材料的抗剪强度，材料便产生剪裂而分离，从而形成一定形状和尺寸的零件。这些冲压工序统称分离工序，如剪裁一冲孔、落料、切口等。 成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的工件。其是指被加工材料在外力作用下，作用在变形部分的相当应力处于材料的屈服极限与强度极限之间，材料仅仅产生塑性变形，从而得到一定形状和尺寸的零件，这些冲压工序统称成形工序，如弯曲、拉深、成形等变形工序。 冲压板料的表面质量和内在性能对冲压成品的质量有很大的影响。用于冲压的材料，一般要求材料厚度精确、表面光洁、无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等；屈服强度均一化，无明显方向性；均匀延伸率高、屈强比低、加工硬化性低等。 模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度。模具制造成本和寿命则是影响冲压件成本和质量的重要因素。1.4冲压工艺的特点及其应用冲压是冲压是利用模具在压力机上对材料加压使之分离或变形，以得到一定形状工件的一种加工方法。由于冲压一般都是在室温下进行的，所以冲压也被称为冷冲压。冲压常用的材料为板料故也称为板料冲压。用冲压方法加工的工件称为冲压件。 冷冲压生产靠压力机和模具完成加工过程，与其他加工方法相比，在技术与经济方面具有下列特点：（1）冷冲压是少、无切屑加工方法之一，所获得的冲压件一般无需再加工。（2）普通压力机每分钟可生产几十件，高速压力机每分钟可生产千件以上，是一种高效率的加工方法。（3）冲压件的尺寸精度由模具保证，所以质量稳定，互换性好。（4）冷冲压可以加工壁薄、重量轻、刚性好、形状复杂的零件，为其他加工方法所不能替代。另外，冷冲压加工不需加热、无氧化皮，表面质量好，操作方便，费用较低。由于具有上述突出特点，冷冲压在生产中得到了广泛的应用。全世界的钢材中，有6070是板材，其中大部分是经过冲压制成。汽车的车身、底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包、容器的壳体，电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公器械、生活器皿等产品中，也有大量冲压件。冷冲压可加工各种类型的产品，尺寸从小到钟表的秒针，大到汽车的纵梁、覆盖件；冲切厚度已达20 mm以上，加工尺寸幅度大，适应性强。 当然冲压工艺也存在不足之处，对于批量较小的制件，模具开发费用会使其成本明显增高，所以冲压制件的生产一般要有经济批量；同时，模具的开发需要一个生产准备周期，加工、装配、调试时间较长。冲压过程中，存在很大的噪音和震动，如果冲压厂劳动保护措施做的不到位时，容易产生安全隐患。总体上看，冲压是一种制件质量好、生产效率高、成本低，其他加工方法无法替代的加工工艺，在机械、车辆、电机、电器、仪器仪表、农机、轻工、日用品、航空航天、电子、通讯、船舶、铁道、兵器等制造业中获得了十分广泛的应用。1.5冲压模具的发展现状与发展趋势冲压工艺在机电产品制造中获得广泛的应用，而冲模是推行冲压工艺必不可少的装备。我国于20世纪60年代开始生产精冲模具，在走过了漫长的发展道路之后，目前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，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推广。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我国模具CAD/CAM技术的发展已有20多年历史。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。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。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。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。总体上和国外在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其他各类模具约占11%。在模具生产方面，国内已经能够生产精度达21 m的精密多T位级进模、新轿车的部分覆盖件模具、48in（约122cm）大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，还有照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具等精密塑料模具。虽然我国模具总量目前已达到相当规模，模具水平也有很大提高，但设计制造水平总体上落后于德、美、日、法、意等工业发达国家许多。国内大型、精密、复杂、长寿命的模具占总量比例不足30%，而国外在50%以上。2004年，模具进出口量之比为3.71，进出口相抵后的净进口额达13.2亿美元，为世界模具净进口量最大的国家。2006年我国共进口模具20.47亿美元，出口模具10.41亿美元，外贸逆差为10.06亿美元。这组数字与2005年相比，进口下降2100万美元，降幅为1；出口增加3.03亿美元，增幅高达41；外贸逆差减少3.24亿美元，降幅为24.4。所幸的是，近年来，我国模具进出口结构得到持续的改善，模具制造水平不断提升，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。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”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) 采用先进的管理信息系统, 实现集成化管理。欧美的模具企业,特别是规模较大的模具企业,基本上实现了计算机管理。从生产计划、工艺制定,到质检、库存、统计等,普遍使用了计算机,公司内各部门可通过计算机网络共享信息。例如, 意大利的Galvanin 公司, 在质量管理中采用了统计过程控制系统(SPC) ;在生产过程中, 利用抽检的方法, 根据统计规律获得制件公差分布和变化曲线,动态地控制产品质量; 生产流程的每一环节均采用条码采集数据,实现了全公司的集成化管理。(9)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。第2章 汽车加强支架零件的工艺分析2.1 分析零件的冲压工艺性零件名称：汽车加强支架生产批量：中批量材料： DC03，厚度：1.0 mm 未注公差尺寸按IT12级精度制造图2.1 加强支架制定工艺时首先应仔细了解零件的使用条件和技术要求，并进行工艺分析。 工件材料为德国的进口材料DC03、厚度为。材料性能：抗剪切强度不低于；抗拉强度为； 屈服强度；断后伸长率不低于32。具有良好的冷、热加工性，适于通用的各种冷、热加工工艺，有利于各种工序的加工，具有良好的综合冲压性能。 （2）制定工艺时首先应仔细了解零件的使用条件和技术要求，并进行工艺分析。该零件是安装在某汽车上的一个配件，其零件如图2-1所示。从零件的技术要求看，该零件形状较简单，是由平面、孔及曲面组成的，该零件尺寸图上所有未标注公差为IT12级确定工件尺寸公差，属自由尺寸，因此，尺寸精度要求相对较低。从该零件的形状出发，可以看出这是一个需要分别经过切边，切口，折弯，冲孔，切断五道工序组合才能加工成型的零件，可是从零件的形状上来看，我们可以看出其孔在侧面，这样的话我们可以将其折弯到水平面进行冲孔，然后又将其因为侧冲在力度和空间上均难以满足经济性和实用性的要求，它的加工方案也可以有很多，现在初拟定出多种可能的不同工艺方案，进行分析比较，以便选取一个较为合理的方案。2.2 分析比较和确定工艺方案2.2.1 方案比较根据工艺性分析，该制件基本工序有：切边，切口，折弯，冲孔，切断五道，其可能的组合顺序有：方案一：采用单工序模逐步冲裁加工。加工顺序：落料模拉深模修边模成形模冲孔模。方案二：采用组合工序模冲裁加工（复合模+单工序模），加工顺序：落料弯曲复合模修边冲裁复合模冲孔单工序模冲压。 方案三：采用连续级进模冲裁加工，即将多道不同性质的冲压工序按一定的工步顺序组合在一副模具中，然后采用料带进行连续冲压。具体工序顺序如下： 冲孔模定位冲孔模弯曲模具成型模弯曲模冲孔模切边模。方案(1)模具结构简单， 维修方便。但生产效率低，工件精度低，操作不方便，且由于工序多，所以需要五套以上模具，比较烦琐，不适合中大批量生产和自动化生产。方案(2)属于单工序冲压和复合冲压，其中有复合模加工工序，工件精度高而且生产效率也相对的比较高些。但是模具结构相对复杂，制造较困难，且由于该制件要求大批量生产，尺寸较小，这两种组合模方案不宜采用。方案(3）属于级进模模，虽然模具的结果比较复杂，但是操作简单，生产效率高，便于实现机械化、自动化的大批量生产，零件的精度能得到很好的保证，冲裁件的内孔相对精度较高，条料定位精度高，冲模轮廓较小。2.2.2 方案确定模具的设计不仅和方案有关，而且还和客户的要求息息相关，综上分析，由于该零件需要大批量生产，同时精度要求一般，最终选用方案三，能够确保生产和质量的要求。又因根据客户的需要，选择连续模具。所以本设计采用方案(3)连续模最为合适。2.3 连续模的特点和本模具特点2.3.1 连续模的特点连续模又称级进模多工位级进模跳步模，它是在一副模具中，按所加工的工件分为若干等距离的工位，在每個工位设置一个或几个基本冲压工序，来完成冲压件某部分的加工。连续模可完成冲裁弯曲拉深成形等工序，直至完成一个冲件。如果冲件的复杂程度较高，连续模有時也可以只完成工件冲压中前段冲压，后续冲压加工由工程模完成。 连续模的优点：1）连续模是多工序沖模的一种，在一副模具的不同位置完成不同道工序，因此对工件来说要经过几个工位也就是几个行程才能完成，而对模具而言，其每次行程都能够冲出一个制件，可以包括冲裁弯曲拉深成形等多种多道工序，因此比复合模有更高的生产效率，也能生产相当复杂的冲压件；2）连续模操作安全，其采用条料或者带料的送料方式，所以人手不必进入危险区域；3）连续模设计时，工序可以分散。因为工序不必集中在同一工位，不存在复合模具中的“最小壁厚”問題，因此相对来说，模具强度好，寿命较长；4）由于连续模中不存在人为送料误差，故精度较单工序模要高。连续模的缺点：是结构复杂，制造精度要求较高，制造周期长，成本高；另外，对于外形较大且较为复杂的工件，若用连续模具則模具往往很大，有时无法与冲床匹配。因为连续模是將工件的形状依次在不同的工步沖出的，每次冲压都有定位误差。因此工件上如有相对位置精度较高的部分，尽量考虑在模具的同一工位沖出，以保证其精度。2.3.2 连续模的选择原则确定是否采用连续模要考虑以下几个方面：（1）工位数的确定：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，应尽量集中一个工位一次冲压完成；对于复杂的形状与外形分段切除时，只要不受精度要求和模具周界尺寸的限制，应力求做到各段形孔以简单，规则，容易加工为基本原则；凡是能够合并的工位，只要模具本身有足够的强度，就不要轻易的分解，增加工位，复杂弯曲件，凡是分几次弯曲的零件，切不可一次弯曲成型。（2） 空工位的设计原则；级进模中设计工位是为了保证模具有足够的强度，确保模具的使用寿命，或是为了便于模具结构特殊结构。（3) 安排冲压工序顺序的原则：对于存冲裁级进模，原则上应先冲孔，随后再冲外形余料，最后在从条料上冲下完整的冲压冲压零件；对于有压印，弯曲的冲压零件，原则上是先压印，然后在冲余料，随后进行弯曲加工。2.3.3 连续模的设计要点（1） 模具结构形式的确定，要正确选用模具的结构形式，必须根据冲压件的形状，尺寸，精度要求，材料性质，生产批量，冲压设备，模具加工条件等多方面的因素进行考虑。在满足冲压质量要求的前提下，最大限度地降低冲压件的生产成本。对总体结构的设计，应更多的考虑模具的限程及平衡结构，避免模具冲头在冲压时被损坏或者打爆模具。（2） 对于送料结构的设计，如果料带的宽度不准，应考虑在模具前部加切边，如果产品的精度要求较高且产品较大，建议两边都加切边。另外一定要保证送料的平平稳，这里我们一般用的是顶料销，浮升块和插针来定位定距。（3） 压力中心的计算，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，如果模具压力中心和压力机滑块中心不一致，冲压时会产生偏差，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。（4） 对精度的把握，为了保証料帶在送進時的定位精度，我們一般均设计側定位外加导正销对料带进行导正，同時在料帶的兩側，还有导料块或是导料銷对料带导向；为了防止在冲压过程中由于误送而损坏模具在生产批量较大的时应该考虑加誤送检测裝置。2.3.4 本模具特点根据客户的要求以及结合本公司的实际情况，我还是选择了多工序的级进模。由产品图我们可以知道它需要折弯，和冲加强筋，冲两个孔，所以如何保证折弯曲面的角度的精度以及孔的大小与位置的定位精度是本次模具设计的难点所在。2.4模具总体结构设计考虑到该制件材料较薄，为保证制件平整，采用弹性卸料装置。为方便操作和取件采用送料机纵向送料。模具总体结构采用标准八板式导柱模。对角导柱模具是将上、下模座利用导柱和导套间隙配合，这种结构型式的工艺比较简单，导向稳定可靠，精度较高，使用安装也很方便。 2.2连续模具一般结构图第3章 冲裁件的排样3.1排样设计1. 排样是指冲裁零件在条料、带料或板料上的布置的方法。合理有效的排样在于保证在最低的材料消耗和高生产率的条件下，得到符合设计技术要求的工件，在冲压生产过程中，保证很低的废料率是现代冲压生产最重要的技术指标之一。在冲压过程中，冲压件材料费用可达总成本的，每降低的冲压废料，将会使成本降低。合理利用材料是降低成本的有效措施，尤其在成皮和大量生产中，材料合理利用率的经济效果更为突出。排样是完成排样图的冲模设计过程，即冲裁件在条料上的布置方法。排样设计工作的主要内容包括选择排样方法、确定搭边数值、计算条料宽度及步距、画出排样图。2. 根据材料的利用情况，排样的方法可分为三种： 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存在，冲裁后搭边成为废料。 少废料排样；沿工件的外形轮廓切断或冲裁，只在工件之间或是工件与条料之间有搭边存在。 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，条料沿直线或者曲线切断而得工作。 （1）有废料排样 （2） 少废料排样 （3） 无废料排样 图3.1 排样方法 有废料排样是冲裁件与冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间都有工艺余量存在，冲裁件分离轮廓封闭，冲裁件质量好，模具寿命长，但是材料利用率较低。少、无废料排样法材料利用率很高，且模具结构简单，所需冲裁里小，但是其应用范围有很大的局限性，即受之间形状、结构限制，且由于条料宽度误差及送料误差均会影响制件的尺寸精度，而且对模具的断面质量有害。无任采用何种排样法，根据冲裁件在条料上的不同布置，排样方法由有以下几种，如图表2-1所示。表3.1 排样形式形 式用 途直 排几何形状简单的制件（如圆形、矩形等）斜 排T形或其他复杂外形制件，这些制件直排废料较多对 排T、U、E形制件，这些制件直排或斜排废料较多混 合 排材料及厚度均相同的不同制件，适于大批量生产多 排大批量生产中轮廓尺寸较小的制件裁 搭 边大批量生产中小而窄的制件由于零件毛坯是不规则的矩形，根据排样形式决定采用直排或者搭边排比较合适，比较合理的利用材料，提高材料的利用率。3.2 工序方案确定根据以上几方面的设计，经综合分析比较，可确定零件的冲压工序排样图，即零件的冲制工位级进模。第一工位 冲孔； 第二工位 冲孔和切边 ； 第三工位 切边；第四工位 折弯 ； 第五工位 压加强肋和折弯 ； 第六工位 切边 ；第七工位 冲孔 ；第八工位 折弯 ； 第九工位 冲孔；第十工位 弯曲； 第十一工位 切断。 其料带的三维图如下：图3.1 料带图 3.3 材料利用率在冲压零件的成本中，材料费用约占60%以上，因此材料的经济利用具有非常重要的意义。选取合理的搭边数值在冲裁加工中的作用是很重要的，它可以补偿条料的剪裁误差，送料步距误差等等。若没有合理的搭边则可能出现制件缺角、缺边或尺寸超差等废品。而搭边过大，浪费材料；搭边过小，又起不到搭边作用，过小的搭边，还可能被拉入凸凹之间的缝隙中，使模具刃口破坏。所以，合理的搭边数值就是保证冲裁件的质量，保证模具的较长的使用寿命，保证自动送料时不被拉弯、拉断条件下允许的最下小值。衡量排样经济性的指标是材料的利用率，一个步距内的材料利用率为： 式中：材料利用率； 冲裁面积(包括内形结构废料)； 一个冲距内冲冲裁件数目；条料宽度；进距。通过软件分析数据可得：n=1 ；B=170mm ； h=46 ；A=4012 mm2所以我们可以得到：3.4 搭边和料宽搭边是排样图中相邻冲件轮廓间的最小距离，或冲件轮廓与条料边缘的最小距离。选取合理的搭边数值在冲裁加工中的作用是很重要的，它可以补偿定位误差，条料的剪裁误差，送料步距误差等等。若没有合理的搭边则可能出现制件缺角、缺边或尺寸超差等废品。而搭边过大，浪费材料；搭边过小，又起不到搭边作用，过小的搭边，还可能被拉入凸凹之间的缝隙中，使模具刃口破坏。所以，合理的搭边数值就是保证冲裁件的质量，保证模具的较长的使用寿命，保证自动送料时不被拉弯、拉断条件下允许的最下小值。影响搭边值大小的因素主要有：材料的力学性能，材料的厚度，工件形状和尺寸，排样形式和送料及挡料方式。条料宽度的确定原则是：最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值，最大条料宽度要能在冲裁时顺利地在导料板之间有一定的间隙。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韧，根据不同的结构分析进行计算。而我们在设计模具的过程时，条料往往由客户所给定。第4章 工序压力的计算4.1 冲压力计算 该模具采用级进模，选用弹压卸料板、下出料。冲压力计算如下： 4.1.1.第一次冲裁：冲2个3的定位孔。F = K L t b 其中K=1.3，L=18.84mm， =300MPa，t=1.0mm则可得到：F=12.54kN4.1.2.第二次冲裁；冲侧边和中间孔槽。 F = K L t b其中：K=1.3，L=227.22mm， b=300MPa，t=1.0mm得到：F=88.58kN 4.1.3.第三次冲裁；冲侧边 F = K L t b其中：K=1.3，L=198.56mm， b=300MPa，t=1.0mm得到：F=77.22kN 4.1.4.弯曲的计算：其包括两边的弯曲，后面整体工件的两次弯曲。本设计中制件采用L形自由弯曲，在第四工位上进行折弯时，弯曲力分别有自由弯曲力F自和校正弯曲力F校。1. 自由弯曲力F自F自参照表3-3有：F=0.7式中： F弯曲力(N) K安全系数 b弯曲件宽度(mm) t材料厚度(mm) r弯曲件半径(mm) 抗拉强度(MP)由产品的结构尺寸知：b1=124mm；b2=110mm b3 =6mm t=1.0mm r=2mm。安全系数K=1.3；270MP之间，取=300 MP。 F=N=22.4KN2. 校正弯曲力F校 F校=PA式中 p-单位面积上的校正力,可按表3-1-3选取,p=50 MP； A-校正面垂直投影面积（），A=2925.6；求得 F校=146280 N综上，弯曲力 F折弯= F自+F校=167574N=167.574 KN 表3-1-3 单位面积上的校正力的数值 （单位：MPa） 4.1.5.加强肋冲裁离力的计算：其有两个加强肋。 冲压加强肋的变形力按下式计算： 式中 F变形力(N) K系数，可取0.7 1，当加强肋形状窄而深时取大值，宽而浅时取小值； L-加强肋周长 (mm) ； t毛坯厚度(mm) ； -材料强度极限 （MPa)。由产品的结构图可得：K=0.7 t=1.0 mm L=106mm =300带入数据可得: =0.71061.0300=22260N=22.26 KN 4.1.6.零件上孔的冲裁力计算；两个2个5.0的孔和两个方形孔 F = K L t b 其中K=1.3，L=mm， =300MPa，t=1.0mm则可得到：F=1.389.873001.0=35049.3N=35.04 KN4.2 卸料力和推件力的计算冲裁时材料在分离前存在着弹性变形，一般情况下，冲裁后的弹性恢复使冲裁件废料梗塞在凹模内，而板料则紧匝在凸模上。为了使冲裁工作继续进行，必须及时将匝在凸模上的板料或冲孔件卸下，将梗塞在凹模内的落料件或冲孔件的废料向下推出或向上顶出，该模具采用弹性卸料和向下出料方式。图4.2卸料力和推件力4.2.1.卸料力的计算实际生产中常用经验公式计算卸料力：F卸=K卸F查表得，卸料力系数K卸=0.04。表3-1-2 卸料力、推件力、顶件力系数则 F卸=K卸F=0.04235.5=9.42 KN4.2.2.推件力的计算实际生产中常用经验公式计算推件力：F推=NK推F 其中N表示凹模孔口同时卡有工件数，可知N=1。查表得，推件力系数K推=0.055。则 F推=NK推F=10.055235.5 =12.95 KN4.3 冲压力的计算采用弹性卸料和向下出料方式的冲裁模的总冲压力为：F冲压力=F冲裁力+F卸+F推+F折弯综上可得，冲压力 F冲压力=235.5+9.42+12.95+167.57=425.44 KN4.4 冲压设备的选择 冷冲压设备的选择是冲压工艺及其模具设计中的一项重要内容，它直接影响到设备的安全和合理使用，也关系到冲压生产中产品质量、生产效率及成本，以及模具寿命等一系列重要问题。冲压设备的选择包括两个方面：类型及规格。 冷冲压压力机的种类繁多，按照不同的观点可分成不同的类别。常按驱动滑块力的种类分为电磁压力机、机械压力机、液动压力机和气动压力机几大类。在冷冲压生产中，应用最广的是机械压力机和液动压力机。 根据此零件所要完成工序的工艺性质，批量大小，工件的几何尺寸和精度等，选定闭式双点单动压力机。 综上所述，结合公司实际情况及成本，此模具在冲压生产中选用400吨位闭式双点单动油压力机J36500；其属性有：行程500，最高闭模高度1200，最低闭模高度，700上工作台尺寸（宽*长）MM1500*2480。 4.5计算压力中心 模具的压力中心就是冲压力合力的作用点,为了保证压力机和模具的正常工作,应使模具的压力中心和压力机滑块的中心线相重合。否则,冲压时滑块就会承受偏心载荷,导致滑块导轨和模具导向部分不正常的磨损,还会使合理间隙得不到保证。从而影响制件的质量,降低模具寿命甚至损坏模具。所以，冲模压力中心的准确确定，在模具设计中起着至关重要的作用。通常利用求平衡力系合力作用点的方法（解析法和图解法）。如果冲压件形状复杂，那么计算将非常繁琐或不准确。在冲模设计实践中，采用计算机确定冲模压力中心的方法，能够准确高效地完成该项任务。 冲模的压力中心，可按下述原则来确定：（1）对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。（2）工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。（3）形状复杂的零件、多凸模的压力中心可用解析计算法求出冲模压力中心冲裁模压力中心计算的步骤和公式工件如图下图所示：图 4.3 加强件零件图由图我们可以知道其压力中心应放在水平面的中间位置。第5章 计算上模、下模刃口尺寸在一套模具当中，其所需要冲裁的部分有很多，比如定位孔的冲裁，切边的冲裁，零件上孔的冲裁等等。每个孔的要求不同，其所要求的模具之间的间隙也不尽相同。本计算中以第4步的切边冲裁和第8步的方孔冲裁凹凸模尺寸来计算。5.1 冲孔时凸凹模刃口尺寸 5.1.1 合理间隙值的确定。冲裁间隙是指冲裁模的凹模和凸模刃口之间的间隙。冲裁间隙的大小对冲裁件质量，模具寿命，冲裁力的大小影响很大，是，因为断冲裁工艺和模具设计中的一个极其重要的工艺参数面质量与裂纹的走向有关而裂纹走向与间隙有关。冲裁间隙Z 是指冲裁模中凹模刃口横向尺寸与凸模刃口横向尺寸的差值，如无特殊说明，冲裁间隙就是指双面间隙。Z 值可为正，也可以为负，但在普通冲裁中，均为正值。间隙是影响冲裁件质量的主要因素。随间隙的增大冲裁力有一定程度的降低，但影响不是很大。间隙对卸料力、推件力的影响比较显著。随间隙增大，卸料力和推件力都将减小。试验证明，随着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很大。间隙对卸料力、推件力的影响比较显著。随间隙增大，卸料力和推件力都将减小。一般当单面间隙增大到材料厚度的15%-25%时，卸料力几乎降到零。但间隙继续增大会使毛刺增大，又将引起卸料力、推件力的迅速增大。冲裁过程中作用与凸、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，是冲模磨损的主要形式。所以，为了减少凸、凹模的磨损，延长模具的使用寿命，在保证冲裁件质量的前提下适当采用较大的间隙值是十分必要的。若采用小的间隙，就必须提高模具的硬度、精度、减小模具粗糙度、良好润滑，以减小磨损。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，给间隙规定一个范围值。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采用最小合理间隙Zmin。 参照课本冲压工艺与模具设计表25可查得：Z=0.140mm Z=0.100mm图5.1 间隙值的选取5.1.2 凸、凹模计算原则。 （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尺寸来取得。 （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，凸模基本尺寸则取接近或等于工件孔的最大极限尺寸。模具磨损预留量与工件制造精度有关。（3）冲裁（设计）间隙一般选用最小合理间隙值（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，即要保证工件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。（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。但对于磨损后无变化的尺寸，一般标注双向偏差。5.1.3 凸、凹模刃口尺寸的确定。由于工件尺寸精度要求不高，因此，模具采用分开加工的方法。1.落料凸模和凹模工作部分的尺寸及制造公差。此工序为冲孔，故以凸模为设计基准，间隙取