消声器前盖冲压工艺及其模具设计

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2012年05月10日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THEFRONTCOVEROFTHEMUFFLERSTAMPINGPROCESSANALYSISANDMOLDDESIGNABSTRACTTHISPROJECTANALYSISDAMPERFRONTCOVERRAMMINGCRAFT,THEDEFINITECRAFTPLANANDTHEMOLDSTRUCTURE,ELABORATEDTHELEVELTOENTERMOLDSDESIGNPROCESS,MEANWHILEINTRODUCEDTHEMOLDESSENTIALSPOTSTRUCTURALDESIGN,FOREXAMPLETHEPLUNGER,THELOWERDIE,THEPLUNGERDEADPLATE,THEBACKINGSTRIP,UNLOADTHEYARDLUMBER,THESPRING,TOKEEPOFFTHEMATERIALTOSELL,TOLEADARESELLINGANDSOONTHEPOULDFRAMEUSESTHESTANDARDPOULDFRAME,HASSELECTEDTHEAPPROPRIATERAMMINGEQUIPMENTINTHEDESIGNCARRIEDONTHEESSENTIALEXAMINATIONCOMPUTATIONTOTHEWORKCOMPONENTSANDTHEPRESSSPECIFICATION,THEPRACTICEHADPROVENTHEMOLDSTRUCTUREISREASONABLE,THEPRODUCTIONCOMPONENTSMEETTHEREQUIREMENTKEYWORDSPROGRESSIVEDIES,FLOATINGROOFDEVICE,PUNCHING,STRETCHING,PLUNGE,CUT目录1绪论111冲压模具市场情况112冲压模具水平状况2121模具CAD/CAM技术状况3122模具设计与制造能力状况4123专业化程度及分布状况513冲压模具未来的发展重点与展望5131冲压模具产品发展重点5132冲压模具技术发展重点52冲压件工艺分析721冲压件材料分析722冲压件结构工艺性及分析723模具结构形式和选材9231模具结构形式9232模具材料选择93冲压工艺方案的确定114工艺计算1241拉伸件展开尺寸计算1242材料的规格的选择1343排样图的设计与材料利用率的计算13431排样图的设计13432材料利用率的计算1744冲压工艺力的计算17441冲裁力17442拉伸部分的拉伸力计算19443卸料力及推件力的计算195模具主要零件设计与选择2251圆形凸模的设计22511凸模长度计算23512承压应力校验23513抗纵向弯曲应力的校核24514圆形凸模固定端面的压力2552切断凸模设计25521凸模承压力校核26522抗纵向弯曲应力的校核26523切断凸模固定端面的压力2553拉伸凸模设计27531拉伸凸、凹模圆角半径及工作部分深度的确定29532凸、凹模间隙29533落料口大小的确定2954凹模的设计29541凹模孔口形式及主要参数29542整体式凹模外形尺寸的确定30543凹模强度校核3255弹簧的设计32551设计弹簧的一般步骤32552弹簧类型的选择33553弹簧材料及许用应力33554弹簧相关几何尺寸的计算35555拉伸弹簧钩环强度验算3756凸模固定板的选择3857凸模垫板的选择386确定凸、凹模间隙及计算工作部分尺寸3961冲裁间隙值的确定3962凹、凸模刃口尺寸计算39621确定凹凸刃口尺寸的原则39622冲裁模刃口尺寸的计算方法39623冲裁模刃口尺寸的计算407模具总体设计4371定位零件的设计与选择43711挡料销的选择43712定位板的设计44713止退块的设计44714导料板的设计44715导正销的设计4572卸料装置的设计45721卸料板的设计45722卸料弹簧的选择48723卸料弹簧有关尺寸计算49724卸料弹簧的窝座深度H和安装厚度B50725安装孔内径和孔底厚度H值的选取3D5173凸模固定板的设计5274导向零件的选用5275模架的选用538冲压设备的选择5581冲压设备类型的选择5582确定设备的规格559绘制模具图与撰写说明书5791装配图的绘制57结论58致谢60参考文献611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。11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112月全国模具产量达8,944,67744套，同比增长653；2007年112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3466亿美元，比2006年增长1224。其中进口总额为2053亿美元，比2006年增长029；出口总额为1413亿美元，比2006年增长3573。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。12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RA15M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。121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SPACEE，以色列公司的CIMATRON，还引进了AUTOCAD、CATIA等软件及法国MARTADARAVISION公司用于汽车及覆盖件模具的EUCLIDIS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。122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。123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。13冲压模具未来的发展重点与展望131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。132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RA01M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。21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005011，属于低炭钢，屈服点175MPA，抗拉强度295MPA，延伸率不小于35，断面收SB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84）22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11所示图11零件最大宽度70MM,最大高度75MM,最大长度160MM。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31T，孔边距取对圆孔为（115）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RA32M；T1MM的零件，断面粗糙度将高RA63M。（参考文献5）18P23模具结构形式和选材231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。232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CR12MOV、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）243P4工艺计算41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2221223941675978028016935493547KMHMMAK由对工件分析可取，取修边余量1K21610H则。237A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59LX毛坯的宽度342B毛坯的圆角半径1RX由求得222252934637XMM16XM故L160MMB80MM毛坯的展开形状如图32。图32毛坯展开形状图42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）8P43排样图的设计与材料利用率的计算431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33A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33B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33C所示。图43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8595，少废料排样法也可达7090。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）69P（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）71P搭边值根据工件宽和材料厚度，选工件间搭边值A30MM。（参考文献5）9P排样图44（MM）图44排样图432材料利用率的计算一个进距内的材料利用率为（43）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）。1X147562X100829178X100（参考文献1）67P44冲压工艺力的计算441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FN可按下式计算（44）FKLT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K13。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（45）13BLT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）B13B49P08F钢的抗剪强度260340N/，强度极限300440N/2M2M（参考文献2）40P圆孔的冲裁力的计算13211MM075MM340N/2290002（N）1F3LT2M切断部分的冲裁力计算1336995MM075MM340N/1226384（N）3T2442拉伸部分的拉伸力计算自由拉伸力为（46）F自2BCKBTR式中C与弯曲形式有关的系数，对于V形件C取06；对于U形件C取07；K安全系数，一般取13；B料宽（MM）；T料厚（MM）；R弯曲半径（MM）；材料强度极限MPA。B该工件属于U形件，则61776（N）F自22061321540MM压料力的计算压料力Q值可近似取自由弯曲的3080，即（47）038F自式中Q压料力，MM；取Q080861776N4942NF自选择压力机时111196NQ自压力机（参考文献1）10P443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（48）卸K卸式中F冲裁力（N）；卸料力系数。卸在整个冲裁过程中均有卸料力，则（）F卸K卸123F式中、分别是大圆孔、小圆孔、切断部分的冲裁力。123表41卸料力、推件力及顶件力系数查表42取0045，则K卸0045（73557610139481588106）F卸793376（N）采用弹性卸料装置和下出料方式的总压力为F总冲卸推总123卸F推7355761013948158810679337601842396（N）（参考文献1）52P5模具主要零件设计与选择51圆形凸模的设计设计图如51图5122MM的圆形凸模基本尺寸D极限偏差0187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。511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53所示的结构计算，凸模长度应为LH1H2H3A（51）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，H120MM,H220MM,H3075MM,A1MM,凸模进入凹模取2MM,所以凸模总长度为L45MM。图53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。512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（52）MINFA对圆形凸模，由上式可得（53）4DT即MIN式中凸模最小断面压应力（MPA）；凸模纵向总压力（MPA）；F凸模最小截面的面积（）；MINA2M圆形凸模最小截面的直径（MM）；IDT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（1016）MPA，凸模有特殊导向时，可取（23）MPA。310310128MM4TD2354016ANMMP5M对于大小圆形冲孔凸模均能满足要求。513抗纵向弯曲应力的校核无导向装置的圆形凸模（54）MAXL290DF有导向装置的圆形凸模（55）MAX270D式中凸模允许的最大自由长度（MM）；AXL冲裁力（N）；FD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521MM468MMMAXL257081MN对于12MM的圆形凸模21MM552MMMAXL22704963满足要求514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（56）FA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，；2MF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5Q219MPA2081NM对于12MM的圆形凸模Q176MPA249631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。9014MPA（51参考文献2）3852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2T作部分尺寸一致。所以设计凸模结构如下图54所示图54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52），将凸模压入固定板内，采用H7/M6配合装配后磨平。521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MINFA式中凸模最小断面压应力（MPA）；凸模纵向总压力（MPA）；F凸模最小截面的面积（）。MINA21495（MPA）2510348NMMIN522抗纵向弯曲应力的校核无导向装置的一般形状凸模（57）MAXL425IF有导向装置的一般形状凸模（58）MAX120I式中凸模允许的最大自由长度（MM）；AL冲裁力（N）；FI凸模最小截面惯性矩（）。4M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MAX0FSIB可以导出（59）AX0IMAX0FSIB式中中性轴静矩，；（510）S22084BHBH最大剪应力。MAX161772AX0FSIB223512N6715036MPA844M故21MM6573MMMAXLI401MN满足要求523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QFA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，；2MF落料或冲孔的冲裁力，N；模座铸铁材料的许用压应力，MPA。Q1495MPA2510348NM9014MPA所以也需加垫板。（52参考文献2）3840P53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55531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PR最小弯曲半径（08F号钢与扎纹垂直的最小弯曲半径04T）,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DR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327选用。可查DR得凹模深度L为12MM，凹模圆角半径4MM。DR532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。533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。54凹模的设计541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56所示图56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052MM。542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HKB15MM；（511）凹模壁度CMM（512）152H30式中B凹模刃口间的最大宽度,MM；K系数。表51系数K值冲裁件最大刃口尺寸为切断部分，尺寸为3593MM。查表51K039凹模高度H039359314MM,可取H30MM则凹模壁厚C20MM3040MM152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243中的修正系数。查表系数为125。即凹模高度H1252040MM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52表52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57图57543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（513）MINH15WP式中凹模最小厚度，MM；INP冲裁力，MM；许用弯曲应力。对于CR12MOV，（300500）MPAWW191MM40MMMINH所以取凹模厚度40满足要求（53参考文献2）37P152038MPAN55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。551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。552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55，选择LIII型表55冷卷拉伸弹簧（L）55