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杠杆 冲压 复合 模具设计

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第 22 页 共 23 页设计用纸在冲压过程模拟 - 产品和工艺设计最新应用摘 要 工艺产品和工艺设计仿真都是目前正在实行产业。然而，一个变量数目会对输入的准确性和计算机预测的可靠性产生重大的影响。 曾经进行一项有关冲压模拟能力评估预测的特点和其工艺条件部分的复杂形面形成了复合、工业零件的研究。在工业应用中，下面是冲压过程的进行模拟测试达到的两个目标：（1）通过分析在产品设计阶段、成形性及预测来优化产品的设计；（2）在模具设计的前期阶段减少试模时间和在冲压加工过程中降低生产成本。为了达到这两个目标，有两种方法可以选择：一种是Pam-Stamp应用法，一种是Intl工程系统有限元增量的动态程序法。很明显第二个目标方法比较好，因为它可以处理的实际冲压中的大多数参数。FAST_FORM3D，一个单步有限元程序的成型技术，匹配第一个目标，因为它只需零件几何形状复杂的过程，而不是信息。在以往的研究表明，这些两个冲压守则也适用于制造汽车和工程机械所使用的复杂形状部件。对在冲压成形性预测问题的能力进行了评价。本文回顾了这一研究结果，并总结了有限元模拟程序所取得结果的准确性、可靠性。 在另一项研究中，对控制压边力（BHF）在半球状圆顶平底杯拉深中的影响进行了研究。高性能的标准汽车材料铝镇静高质量钢（AKDQ），以及如高强度钢板、烘烤硬钢、铝6111等。已经确认不同的压边力可以改善圆顶杯的应变分布。关键词：冲压；过程刺激；工艺设计1.简介对于形状复杂的板材（如汽车覆盖件金属冲压件的设计过程，包括决策的许多阶段）的设计过程是一个非常昂贵和耗时的过程。在目前的工业上，许多工程决策是基于工作人员的经验和他们的知识，这些决策通常是经过软工装模具成型阶段和硬模选拔赛验证阶段后才做出的。很多时候软、硬工具必须重新编制，甚至重新设计和提供的零件到达可接受的质量水平。 现在将最好的设计过程列在图1中。在这个设计过程中，经验丰富的产品设计人员会使用一个称为一步有限元法的专门设计的软件来估计其设计成形性。这将使产品的设计者在确定设计路线之前，以及昂贵的模具已经制造出来之前做必要的修改。一步法有限元法特别适合用于产品分析，因为它不需要粘结剂、附录、甚至绝大多数工艺条件。通常方法不可用在产品设计阶段。一步法有限元法也很容易掌握，计算速度快，这使得设计人员能够发挥“如果”没有太多的时间投资。 图- 1 金属薄板冲压件的参考设计过程。 一旦产品已经设计和经过验证，开发项目将进入“零时间”阶段，并传递到模具设计阶段。模具设计人员会确认他们自己的增量有限元程序的有关设计并进行必要的设计变更，甚至优化工艺参数，确保不只是最低的可接受的零件质量，而是最高达到的质量。这增加了产品的质量，而且增加过程的成品率。增量有限元法特别适合于模具设计分析，因为它确实需要粘合剂，附录，以及已知的模具设计或渴望被人知道的过程。验证制造模具的设计后就会直接进入了艰苦的生产加工和被验证阶段，在此期间，将与物理原型零件对比着进行，试用时间应该减少由于先前的数值验证。重新设计和成型，由于不可预见的问题，再制造模具应该是过去的事情。试用时间减少和消除重新设计/再制造所用的时间应该超过弥补进行数值验证、试模、加工过程所用的时间。对于薄板冲压件生产商而言，冲压工艺的优化也是非常重要的。通过适度增加压力机设备的投资、并使用模具成型、一个人可以控制多个冲压过程。据记载，压边力是板料成形过程中最敏感的工艺参数之一，因此可用于精确控制变形过程。通过控制压边力在功能和压应力的位置等有效措施,提高粘结剂的外围的应变分布的小组提供了新增的强度和刚度,降低了面板和残余应力的回弹程度,提高产品品质和稳定性。通过控制作为压应力和周围的粘结剂边缘位置的函数压边力，可以提高面板强度和刚度，减少面板回弹和残余应力应变分布，提高产品质量和过程的稳定性。一种廉价的工业质量体系，目前正在制定在紧急救济协调员/ NSM采用了液压和氮的结合，如图2所示。使用压边力控制也可以允许工程师设计更具有侵略性的板窗利用所提供的增加压边力控制成形性。 图2. 压边力控制系统和模具正在开发的ERC / NSM实验室1.对设计过程的三个独立阶段研究进行了研究将会在下一节描述产品的设计阶段，其中一个步骤是有限元程序FAST_FORM3D（成型技术）的验证，作为实验室和工业的一部分，用来预测毛坯最佳形状的研究。第4节总结了模具的设计阶段，其中一个实际的工业平板是用来验证的增量有限元程序的PAM Stamp系统（国际工程系统）的研究。第5节覆盖了在实验室研究压边力控制应变分布在深冲、半球形、圆顶平底杯的影响。2 产品仿真 - 应用这项调查的目的是为了验证FAST_FORM3D系统，确定FAST_FORM3D对毛坯形状预测的能力，并确定一步有限元法在产品设计过程中是怎么实施的。成型技术提供了他们的一步法有限元代码和培训中心的FAST_FORM3D / NSM为目的的基准和研究。FAST_FORM3D并不等同于变形历史。相反，它将项目上一个平面或可展曲面零件几何形状和重新定位的最后节点和元素，直至达到最低能量状态。这个过程是计算速度比就像是PAM Stemp的增量模拟，也使得假设增多。FAST_FORM3D能评价和估计最优毛坯矩形件的结构，也是一个强有力的工具，产品设计师由于其速度和使用的安逸性，但是在这时期的几何是不可用的。为了验证FAST_FORM3D，我们比较分析其与毛坯形状预测预报方法的毛坯形状。该零件的几何形状如图3所示是一个长15英寸、宽5英寸、深12英寸有一个1英寸直角法兰盘英寸。表1列出了工艺条件下使用，图4显示了使用Romanovski零件毛坯形状的实证法和滑移线场的方法来预测毛坯形状的原理。 图. 3 矩形几何用于FAST_FORM3D验证表1 为FAST_FORM3D矩形验证过程中使用参数图4。使用手工计算毛坯长方形盘的外形设计。 （一）Romanovski的经验方法；（二）滑移线场分析方法。图5（a）给出了预测从Romanovski法，滑移线场方法，几何形状和FAST_FORM3D空白。空白形状同意在角落里地区，但不同的侧面区域很大。图5（二）- （c）显示抽签中模式后的矩形绘制过程。平移由Pam-Stemp模拟预测空白的每个形状。抽签中地区在弯道很好匹配所有三个长方形盘模式。滑移线场方法，虽然没有达到目标区域在身边1英寸法兰，而Romanovski和FAST_FORM3D方法实现了1英寸法兰在身边地区相对较好。此外，只有FAST_FORM3D毛坯同意在角落里/侧过渡区。此外，FAST_FORM3D毛坯比Romanovski具有较好的应变分布和更低的峰值应变比，由图6中可以看到。图5 各种毛坯形状预测和帕姆印花仿真结果为长方形锅。 （一）三预测空白形状;（二）变形滑移线领域的毛坯;（三）畸形Romanovski毛坯;（四）畸形FAST_FORM3D毛坯图6 比较应变泛用长方形的PAM Stemp形状分布的各种毛坯。 （一）变形Romanovski毛坯;（二）畸形FAST_FORM3D毛坯。若要继续此验证研究，从小松制作工业部分被选中，并在图7（a）所示。我们预计的一个最优几何FAST_FORM3D空白的实验装置，正如所见，毛坯很相似，但有一些差异，最终的零件毛坯形状,如图7(b)。图7 仪器FAST_FORM3D模拟结果包括最终验证。 （一）FAST_FORM3D成形性能的比较；（二）预测与实验的毛坯形状比较。接下来,我们模拟了冲压的毛坯和FAST_FORM3D使用Pam-Stamp实验毛坯。我们通过比较两者的计算机辅助设计(CAD)预测的零件几何形状 (图8)，发现FAST_FORM3D是更精确的。一个不错的特征是,FAST_FORM3D能显示“失败”的部分情节的轮廓曲线，对失败限制示于图7(A)。总之, FAST_FORM3D在预测的实验室和工业部件的最佳形状成功的毛坯。这表明，FAST_FORM3D可以成功地用于评估产品设计成形性的问题。在仪器的覆盖情况下，审判和错误实验多小时可能被淘汰使用FAST_FORM3D和更好的毛坯形状可能已经开发出来。图 8。比较FAST_FORM3D和实验仪器的零件形状。 （一）实验开发毛坯形状和CAD几何;（二）优化毛坯形状和FAST_FORM3D的CAD几何。3 模具和工艺模拟- 应用为了在研究模具设计过程中紧密合作，一个由日本小松制作所和ERC/ NSM组成的小组。与形成问题的一个生产小组选择了小松。该面板是挖掘机的驾驶室左侧内板，如图9所示。是的几何简化为一个实验实验室死亡，同时保持该小组的主要特征。在实验进行过程中小松使用表2所示的条件。一个成形极限图（FLD）研制了用于绘图品质采用穹顶钢和视觉测试应变测量系统，并在图10所示。在实验中使用三压边力分别是（10，30，50吨）以确定其效果。每个模拟实验条件进行了增量在ERC/ NSM使用PAM-Stemp。图9 挖掘机的驾驶室，左侧内板表2机舱内 的工艺条件调查图10 在机舱内调查所使用的绘图优质钢成形极限图。在10吨的条件下发生起皱的实验部分，如图11所示。在30吨条件下发生皱纹被淘汰，如图12所示。对这些实验结果进行了PAM Stemp模拟预测，如图13所示。 30吨压力的测量小组以确定材料画中的模式。这些测量结果进行了比较与预测材料绘制在图14研究。效果是非常良好，只有10毫米，最大的错误。一个轻微的颈部，观察小组的30吨，如图13所示。在50吨时，面板上会出现明显的骨折起皱。图11 皱褶实验室机舱内板，压边力= 10吨图12 压边力=30吨机舱内的实验室和颈缩变形阶段。 （一）实验毛坯;（二）实验小组，形成了60;（三）实验小组，完全形成;（四）实验小组，缩颈细节。图13 预测和在实验室客舱内消除皱纹。 （a）预期的几何形状，压边力= 10吨;（二）预测的几何形状，压边力= 30吨图14 在实验室内舱预测与实测比较所得出的结果，压边力= 30吨。应变测量系统测量了每个小组的结果，其结果如图15所示。从每个小组有限元模拟的预测在图16所示。这些预测和测量吻合有关的应变分布，不同的压边力对结果的影响不大。虽然趋势是代表，压边力的影响往往在模拟的压力更多的本地化的方式相比，测量。然而，这些预测表明， PAM Stemp正确预测了颈缩和断裂在30和50吨时发生。关于摩擦应变分布的影响进行了研究,如图17模拟图所示。图 15 机舱内的实验室试验应变测量。 （一）测量应变，压边力= 10吨（面板皱）（二）测量应变，压边力= 30吨（面板颈）;（三）测量应变，压边力=50吨（面板裂缝）。图。16。机舱内的实验室应变有限元预测。 （a）预期的压力，压边力= 10吨;（二）预测的压力，压边力= 30吨;（三）预测的压力，压边力= 50吨。图17 实验室内预测效应摩擦机舱内，压边力= 30吨。 （a）预期的压力，=0.06；（二）预测应变，=0.10。它们的比较结果摘要列于表3中，此表显示，模拟预测了在实验条件下每一株测量系统实验观测结果。这表明，PAM-Stemp可以用来评估成形模具设计相关的问题。表3客舱内的研究结果摘要4. 压边力控制- 应用这次调查的目的是确定各种高性能材料在半球状，圆顶平底，深拉杯深冲性能（见图18），并探讨不同时间的变压边力上进行了拉伸试验，以确定这些材料进行分析和模拟输入到流动应力和各向异性特征（见图 19和表5）。在被调查的材料包括AKDQ钢、高强度钢、烘烤硬钢、铝6111（见表4）。图18 巨形杯模具的几何形状表4用于材料研究的圆顶杯图19 铝6111，AKDQ，强度高，烤硬钢的拉伸试验结果。 （一）拉伸试样裂隙；（二）应力/应变曲线。表5 铝6111、AKDQ、烤硬钢的高强度拉伸试验数据值得注意的是流动应力和AKDQ烤硬钢曲线非常类似，但是在5的时候伸长率减少类似烤硬。虽然高强度钢和铝6111的伸长率很相似，但是其N值比铝6111的值大两倍。此外， AKDQ的R值远远大于1，而烤硬接近1，铝6111远小于1。在这次调查中的压边力用型材时间变量中包含常数，线性减少，脉动（见图20）。为AKDQ钢的实验条件进行了模拟使用的PAM -Stemp增量代码。断裂、皱纹的例子，和良好的实验室杯图21所示以及对模拟图像皱杯。图20.用于研究剖面圆顶杯的压边力时间。 （一）固定压边力;（二）斜压边力;（三）脉动压边力。图 21。模拟实验和圆顶杯。 （一）实验好杯；（b）实验裂隙杯；（三）实验皱杯；（四）模拟皱杯对深冲性能进行了实验研究限制使用固定压边力。这项研究的结果显示在表6 此表显示，AKDQ的冲压性能最大，而铝的最小而烤硬、高强度钢的性能中等。对AKDQ的连续应变分布、脉动压边力进行了比较实验图22，模拟图23。这两个模拟和实验的结果发现，斜坡的压边力轨迹对于提高应变分布情况是最好的。不仅减少了骨折的可能性降低峰值高达5，而且还降低应变地区的增加。这种应变分布的改善，提高产品的刚度和强度，减少回弹和残余应力，提高产品质量和工艺的鲁棒性。表6。恒定压边力限制的顶灯杯的冲压性能图22。时间变量对AKDQ钢圆顶杯压边力变化的实验图23。时间变量对AKDQ钢圆顶杯压边力变化的模拟实验脉动压边力在调查的频率范围内，未发现有对应变分布的影响。这可能是由于这一事实的脉动频率进行了测试只有1赫兹。从其他研究人员以前的实验可知，适当的频率范围是从5到25赫兹。AKDQ从模拟和实验载荷行程曲线比较图24所示。良好的协议被发现的情况下=0.08。这表明，有限元模拟可以用来评估成形性，可以通过使用压边力控制技术获得改善。图24.KDQ穹顶钢杯的比较实验与模拟负载冲程曲线5 结论和未来工作在本文中，我们评价一个复杂的冲压件的改进设计过程中，涉及消除了软模具相结合的产品和工艺验证使用单步和增量有限元模拟。此外，改进工艺，提出了压边力控制实施以提高产品质量和工艺的鲁棒性组成三个独立的调查分析，总结其在设计过程的各个阶段。首先，产品设计阶段进行了调查与实验室和一个步骤有限元程序FAST_FORM3D和评估的能力，在产品设计成形性问题所涉及的工业验证。 FAST_FORM3D在预测中矩形工业仪表盘和盖形状最佳空白成功。在仪器的覆盖情况下，审判和错误实验多小时可能被淘汰使用FAST_FORM3D和更好的毛坯形状可能已经开发出来。 其次，模具设计阶段进行了调查实验室和增量代码的PAM Stemp系统的工业验证和评估的能力，形成与模具设计有关的问题。这项调查表明，PAM的邮票可以预测应变分布，起皱，颈缩和断裂，至少一个远景以及应变各种条件下的实验测量系统。 最后，工艺设计阶段的调查，对质量可与压边力控制技术的实现实现改善的实验研究。在此调查，半球状，圆顶平底高峰株，杯子的拉伸值都被减少了5，从而减少了皱折的可能性，并降低了应变区强度。这种应变分布的改善，提高产品的刚度和强度，减少回弹和残余应力，提高产品质量和工艺的稳定性。可以预计，深冲性能将会在不断优化的压边力中逐渐增强。此外，在实验测量和数值模拟预测中发现负载行程曲线，表明有限元模拟可以用来评估成形性，可控制压边力技术，使用得到改善。 1模具在工业生产中的地位模具是大批量生产同形产品的工具，是工业生产的主要工艺装备。采用模具生产零部件，具有生产效率高、质量好、成本低、节约能源和原材料等一系列优点，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，是其他加工制造方法所不能比拟的。已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。现代经济的基础工业。现代工业品的发展和技术水平的提高，很大程度上取决于模具工业的发展水平，因此模具工业对国民经济和社会发展将起越来越大的作用。1989年3月国务院颁布的关于当前产业政策要点的决定中，把模具列为机械工业技术改造序列的第一位、生产和基本建设序列的第二位(仅次于大型发电设备及相应的输变电设备)，确立模具工业在国民经济中的重要地位。1997年以来，又相继把模具及其加工技术和设备列入了当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录和鼓励外商投资产业目录。经国务院批准，从1997年到2000年，对80多家国有专业模具厂实行增值税返还70%的优惠政策，以扶植模具工业的发展。所有这些，都充分体现了国务院和国家有关部门对发展模具工业的重视和支持。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，从1997年开始，我国模具工业产值也超过了机床工业产值。据统计，在家电、玩具等轻工行业，近90的零件是综筷具生产的；在飞机、汽车、农机和无线电行业，这个比例也超过60。例如飞机制造业，某型战斗机模具使用量超过三万套，其中主机八千套、发动机二千套、辅机二万套。从产值看，80年代以来，美、日等工业发达国家模具行业的产值已超过机床行业，并又有继续增长的趋势。据国际生产技术协会预测，到2000年，产品尽件粗加工的75%、精加工的50将由模具完成；金属、塑料、陶瓷、橡胶、建材等工业制品大部分将由模具完成，50以上的金属板材、80以上的塑料都特通过模具转化成制品。 2模具的历史发展模具的出现可以追溯到几千年前的陶器和青铜器铸造，但其大规模使用却是随着现代工业的掘起而发展起来的。19世纪，随着军火工业(枪炮的弹壳)、钟表工业、无线电工业的发展，冲模得到广泛使用。二次大战后，随着世界经济的飞速发展，它又成了大量生产家用电器、汽车、电子仪器、照相机、钟表等零件的最佳方式。从世界范围看，当时美国的冲压技术走在前列许多模具先进技术，如简易模具、高效率模具、高寿命模具和冲压自动化技术，大多起源于美国；而瑞士的精冲、德国的冷挤压技术，苏联对塑性加工的研究也处于世界先进行列。50年代，模具行业工作重点是根据订户的要求，制作能满足产品要求的模具。模具设计多凭经验，参考已有图纸和感性认识，对所设计模具零件的机能缺乏真切了解。从1955年到1965年，是压力加工的探索和开发时代对模具主要零部件的机能和受力状态进行了数学分桥，并把这些知识不断应用于现场实际，使得冲压技术在各方面有飞跃的发展。其结果是归纳出模具设计原则，并使得压力机械、冲压材料、加工方法、梅具结构、模具材料、模具制造方法、自动化装置等领域面貌一新，并向实用化的方向推进，从而使冲压加工从仪能生产优良产品的第一阶段。进入70年代向高速化、启动化、精密化、安全化发展的第二阶段。在这个过程中不断涌现各种高效率、商寿命、高精度助多功能自动校具。其代表是多达别多个工位的级进模和十几个工位的多工位传递模。在此基础上又发展出既有连续冲压工位又有多滑块成形工位的压力机弯曲机。在此期间，日本站到了世界最前列其模具加工精度进入了微米级，模具寿命，合金工具钢制造的模具达到了几千万次，硬质合金钢制造的模具达到了几亿次p每分钟冲压次数，小型压力机通常为200至300次，最高为1200次至1500次。在此期间，为了适应产品更新快、用期短(如汽车改型、玩具翻新等)的需要，各种经济型模具，如锌落合金模具、聚氨酯橡胶模具、钢皮冲模等也得到了很大发展。从70年代中期至今可以说是计算机辅助设计、辅助制造技术不断发展的时代。随着模具加工精度与复杂性不断提高，生产周期不断加快，模具业对设备和人员素质的要求也不断提高。依靠普通加工设备，凭经验和手艺越来越不能满足模具生产的需要。90年代以来，机械技术和电子技术紧密结合，发展了NC机床，如数控线切割机床、数控电火花机床、数控铣床、数控坐标磨床等。而采用电子计算机自动编程、控制的CNC机床提高了数控机床的使用效率和范围。近年来又发展出由一台计算机以分时的方式直接管理和控制一群数控机床的NNC系统。随着计算机技术的发展，计算机也逐步进入模具生产的各个领域，包括设计、制造、管理等。国际生产研究协会预测，到2000年，作为设计和制造之间联系手段的图纸将失去其主要作用。模具自动设计的最根本点是必须确立模具零件标准及设计标准。要摆脱过去以人的思考判断和实际经验为中心所组成的设计方法，就必须把过去的经验和思考方法，进行系列化、数值化、数式化，作为设计准则储存到计算机中。因为模具构成元件也干差万别，要搞出一个能适应各种零件的设计软件几乎不可能。但是有些产品的零件形状变化不大，模具结构有一定的规律，放可总结归纳，为自动设计提供软件。如日本某公司的CDM系统用于级进模设计与制造，其中包括零件图形输入、毛坯展开、条料排样、确定模板尺寸和标准、绘制装配图和零件图、输出NC程序(为数控加工中心和线切割编程)等，所用时间由手工的20%、工时减少到35小时；从80年代初日本就将三维的CADCAM系统用于汽车覆盖件模具。目前，在实体件的扫描输入，图线和数据输入，几何造形、显示、绘图、标注以及对数据的自动编程，产生效控机床控制系统的后置处理文件等方面已达到较高水平；计算机仿真(CAE)技术也取得了一定成果。在高层次上，CADCAMCAE集成的，即数据是统一的，可以互相直接传输信息实现网络化。目前国外仅有少数厂家能够做到。3我国模具工业现状及发展趋势由于历史原因形成的封闭式、“大而全”的企业特征，我国大部分企业均设有模具车间，处于本厂的配套地位，自70年代末才有了模具工业化和生产专业化这个概念。生产效率不高，经济效益较差。模具行业的生产小而散乱，跨行业、投资密集，专业化、商品化和技术管理水平都比较低。据不完全统计，全国现有模具专业生产厂、产品厂配套的模具车间（分厂）近17000家，约60万从业人员，年模具总产值达200亿元人民币。但是，我国模具工业现有能力只能满足需求量的60左右，还不能适应国民经济发展的需要。目前，国内需要的大型、精密、复杂和长寿命的模具还主要依靠进口。据海关统计，1997年进口模具价值6.3亿美元，这还不包括随设备一起进口的模具；1997年出口模具仅为7800万美元。目前我国模具工业的技术水平和制造能力，是我国国民经济建设中的薄弱环节和制约经济持续发展的瓶颈。3.1 模具工业产品结构的现状按照中国模具工业协会的划分，我国模具基本分为10大类，其中，冲压模和塑料成型模两大类占主要部分。按产值计算，目前我国冲压模占50左右，塑料成形模约占20，拉丝模（工具）约占10，而世界上发达工业国家和地区的塑料成形模比例一般占全部模具产值的40以上。我国冲压模大多为简单模、单工序模和符合模等，精冲模，精密多工位级进模还为数不多，模具平均寿命不足100万次，模具最高寿命达到1亿次以上，精度达到35um，有50个以上的级进工位，与国际上最高模具寿命6亿次，平均模具寿命5000万次相比，处于80年代中期国际先进水平。我国的塑料成形模具设计，制作技术起步较晚，整体水平还较低。目前单型腔，简单型腔的模具达70以上，仍占主导地位。一模多腔精密复杂的塑料注射模，多色塑料注射模已经能初步设计和制造。模具平均寿命约为80万次左右，主要差距是模具零件变形大、溢边毛刺大、表面质量差、模具型腔冲蚀和腐蚀严重、模具排气不畅和型腔易损等，注射模精度已达到5um以下，最高寿命已突破2000万次，型腔数量已超过100腔，达到了80年代中期至90年代初期的国际先进水平。3.2 模具工业技术结构现状我国模具工业目前技术水平参差不齐，悬殊较大。从总体上来讲，与发达工业国家及港台地区先进水平相比，还有较大的差距。 在采用CAD/CAM/CAE/CAPP等技术设计与制造模具方面，无论是应用的广泛性，还是技术水平上都存在很大的差距。在应用CAD技术设计模具方面，仅有约10%的模具在设计中采用了CAD，距抛开绘图板还有漫长的一段路要走；在应用CAE进行模具方案设计和分析计算方面，也才刚刚起步，大多还处于试用和动画游戏阶段；在应用CAM技术制造模具方面，一是缺乏先进适用的制造装备，二是现有的工艺设备（包括近10多年来引进的先进设备）或因计算机制式（IBM微机及其兼容机、HP工作站等）不同，或因字节差异、运算速度差异、抗电磁干扰能力差异等，联网率较低，只有5%左右的模具制造设备近年来才开展这项工作；在应用CAPP技术进行工艺规划方面，基本上处于空白状态，需要进行大量的标准化基础工作；在模具共性工艺技术，如模具快速成型技术、抛光技术、电铸成型技术、表面处理技术等方面的CAD/CAM技术应用在我国才刚起步。计算机辅助技术的软件开发，尚处于较低水平，需要知识和经验的积累。我国大部分模具厂、车间的模具加工设备陈旧，在役期长、精度差、效率低，至今仍在使用普通的锻、车、铣、刨、钻、磨设备加工模具，热处理加工仍在使用盐浴、箱式炉，操作凭工人的经验，设备简陋，能耗高。设备更新速度缓慢，技术改造，技术进步力度不大。虽然近年来也引进了不少先进的模具加工设备，但过于分散，或不配套，利用率一般仅有25%左右，设备的一些先进功能也未能得到充分发挥。缺乏技术素质较高的模具设计、制造工艺技术人员和技术工人，尤其缺乏知识面宽、知识结构层次高的复合型人才。中国模具行业中的技术人员，只占从业人员的8%12%左右，且技术人员和技术工人的总体技术水平也较低。1980年以前从业的技术人员和技术工人知识老化，知识结构不能适应现在的需要；而80年代以后从业的人员，专业知识、经验匮乏，动手能力差，不安心，不愿学技术。近年来人才外流不仅造成人才数量与素质水平下降，而且人才结构也出现了新的断层，青黄不接，使得模具设计、制造的技术水平难以提高。3.3 模具工业配套材料，标准件结构现状近10多年来，特别是“八五”以来，国家有关部委已多次组织有关材料研究所、大专院校和钢铁企业，研究和开发模具专用系列钢种、模具专用硬质合金及其他模具加工的专用工具、辅助材料等，并有所推广。但因材料的质量不够稳定，缺乏必要的试验条件和试验数据，规格品种较少，大型模具和特种模具所需的钢材及规格还有缺口。在钢材供应上，解决用户的零星用量与钢厂的批量生产的供需矛盾，尚未得到有效的解决。另外，国外模具钢材近年来相继在国内建立了销售网点，但因渠道不畅、技术服务支撑薄弱及价格偏高、外汇结算制度等因素的影响，目前推广应用不多。模具加工的辅助材料和专用技术近年来虽有所推广应用，但未形成成熟的生产技术，大多仍还处于试验摸索阶段，如模具表面涂层技术、模具表面热处理技术、模具导向副润滑技术、模具型腔传感技术及润滑技术、模具去应力技术、模具抗疲劳及防腐技术等尚未完全形成生产力，走向商品化。一些关键、重要的技术也还缺少知识产权的保护。 我国的模具标准件生产，80年代初才形成小规模生产，模具标准化程度及标准件的使用覆盖面约占20%，从市场上能配到的也只有约30个品种，且仅限于中小规格。标准凸凹模、热流道元件等刚刚开始供应，模架及零件生产供应渠道不畅，精度和质量也较差。3.4 模具工业产业组织结构现状我国的模具工业相对较落后，至今仍不能称其为一个独立的行业。我国目前的模具生产企业可划分为四大类：专业模具厂，专业生产外供模具；产品厂的模具分厂或车间，以供给本产品厂所需的模具为主要任务；三资企业的模具分厂，其组织模式与专业模具厂相类似，以小而专为主；乡镇模具企业，与专业模具厂相类似。其中以第一类数量最多，模具产量约占总产量的70%以上。我国的模具行业管理体制分散。目前有19个大行业部门制造和使用模具，没有统一管理的部门。仅靠中国模具工业协会统筹规划，集中攻关，跨行业，跨部门管理困难很多。 模具适宜于中小型企业组织生产，而我国技术改造投资向大中型企业倾斜时，中小型模具企业的投资得不到保证。包括产品厂的模具车间、分厂在内，技术改造后不能很快收回其投资，甚至负债累累，影响发展。 虽然大多数产品厂的模具车间、分厂技术力量强，设备条件较好，生产的模具水平也较高，但设备利用率低。 我国模具价格长期以来同其价值不协调，造成模具行业“自身经济效益小，社会效益大”的现象。“干模具的不如干模具标准件的，干标准件的不如干模具带件生产的。干带件生产的不如用模具加工产品的”之类不正常现象存在。4模具的发展趋势4.1 模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展（1）模具软件功能集成化 模具软件功能的集成化要求软件的功能模块比较齐全，同时各功能模块采用同一数据模型，以实现信息的综合管理与共享，从而支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程，达到实现最佳效益的目的。如英国Delcam公司的系列化软件就包括了曲面/实体几何造型、复杂形体工程制图、工业设计高级渲染、塑料模设计专家系统、复杂形体CAM、艺术造型及雕刻自动编程系统、逆向工程系统及复杂形体在线测量系统等。集成化程度较高的软件还包括：Pro/ENGINEER、UG和CATIA等。国内有上海交通大学金属塑性成型有限元分析系统和冲裁模CAD/CAM系统；北京北航海尔软件有限公司的CAXA系列软件；吉林金网格模具工程研究中心的冲压模CAD/CAE/CAM系统等。（2）模具设计、分析及制造的三维化传统的二维模具结构设计已越来越不适应现代化生产和集成化技术要求。模具设计、分析、制造的三维化、无纸化要求新一代模具软件以立体的、直观的感觉来设计模具，所采用的三维数字化模型能方便地用于产品结构的CAE分析、模具可制造性评价和数控加工、成形过程模拟及信息的管理与共享。如Pro/ENGINEER、UG和CATIA等软件具备参数化、基于特征、全相关等特点，从而使模具并行工程成为可能。另外，Cimatran公司的Moldexpert，Delcam公司的Ps-mold及日立造船的Space-E/mold均是3D专业注塑模设计软件，可进行交互式3D型腔、型芯设计、模架配置及典型结构设计。澳大利亚Moldflow公司的三维真实感流动模拟软件MoldflowAdvisers已经受到用户广泛的好评和应用。国内有华中理工大学研制的同类软件HSC3D4.5F及郑州工业大学的Z-mold软件。面向制造、基于知识的智能化功能是衡量模具软件先进性和实用性的重要标志之一。如Cimatron公司的注塑模专家软件能根据脱模方向自动产生分型线和分型面，生成与制品相对应的型芯和型腔，实现模架零件的全相关，自动产生材料明细表和供NC加工的钻孔表格，并能进行智能化加工参数设定、加工结果校验等。（3）模具软件应用的网络化趋势 随着模具在企业竞争、合作、生产和管理等方面的全球化、国际化，以及计算机软硬件技术的迅速发展，网络使得在模具行业应用虚拟设计、敏捷制造技术既有必要，也有可能。美国在其21世纪制造企业战略中指出，到2006年要实现汽车工业敏捷生产/虚拟工程方案，使汽车开发周期从40个月缩短到4个月。4.2 模具检测、加工设备向精密、高效和多功能方向发展（1）模具检测设备的日益精密、高效 精密、复杂、大型模具的发展，对检测设备的要求越来越高。现在精密模具的精度已达23m，目前国内厂家使用较多的有意大利、美国、日本等国的高精度三坐标测量机，并具有数字化扫描功能。如东风汽车模具厂不仅拥有意大利产3250mm3250mm三坐标测量机，还拥有数码摄影光学扫描仪，率先在国内采用数码摄影、光学扫描作为空间三维信息的获得手段，从而实现了从测量实物建立数学模型输出工程图纸模具制造全过程，成功实现了逆向工程技术的开发和应用。这方面的设备还包括：英国雷尼绍公司第二代高速扫描仪(CYCLON SERIES2)可实现激光测头和接触式测头优势互补，激光扫描精度为0.05mm，接触式测头扫描精度达0.02mm。另外德国GOM公司的ATOS便携式扫描仪，日本罗兰公司的PIX-30、PIX-4台式扫描仪和英国泰勒霍普森公司TALYSCAN150多传感三维扫描仪分别具有高速化、廉价化和功能复合化等特点。（2）数控电火花加工机床 日本沙迪克公司采用直线电机伺服驱动的AQ325L、AQ550LLS-WEDM具有驱动反应快、传动及定位精度高、热变形小等优点。瑞士夏米尔公司的NCEDM具有P-E3自适应控制、PCE能量控制及自动编程专家系统。另外有些EDM还采用了混粉加工工艺、微精加工脉冲电源及模糊控制(FC)等技术。（3） 高速铣削机床(HSM)铣削加工是型腔模具加工的重要手段。而高速铣削具有工件温升低、切削力小、加工平稳、加工质量好、加工效率高(为普通铣削加工的510倍)及可加工硬材料(60HRC)等诸多优点。因而在模具加工中日益受到重视。瑞士克朗公司UCP710型五轴联动加工中心，其机床定位精度可达8m，自制的具有矢量闭环控制电主轴，最大转速为42000r/min。意大利RAMBAUDI公司的高速铣床，其加工范围达2500mm5000mm1800mm，转速达20500r/min，切削进给速度达20m/min。HSM一般主要用于大、中型模具加工，如汽车覆盖件模具、压铸模、大型塑料等曲面加工，其曲面加工精度可达0.01mm。4.3 快速经济制模技术缩短产品开发周期是赢得市场竞争的有效手段之一。与传统模具加工技术相比，快速经济制模技术具有制模周期短、成本较低的特点，精度和寿命又能满足生产需求，是综合经济效益比较显著的模具制造技术，具体主要有以下一些技术。 (1)快速原型制造技术(RPM)。它包括激光立体光刻技术(SLA) ；叠层轮廓制造技术(LOM) ；激光粉末选区烧结成形技术(SLS) ；熔融沉积成形技术(FDM) 和三维印刷成形技术(3D-P)等。 (2)表面成形制模技术。它是指利用喷涂、电铸和化学腐蚀等新的工艺方法形成型腔表面及精细花纹的一种工艺技术。 (3)浇铸成形制模技术。主要有铋锡合金制模技术、锌基合金制模技术、树脂复合成形模具技术及硅橡胶制模技术等。 (4)冷挤压及超塑成形制模技术。 (5)无模多点成形技术。 (6)KEVRON钢带冲裁落料制模技术。(7)模具毛坯快速制造技术。主要有干砂实型铸造、负压实型铸造、树脂砂实型铸造及失蜡精铸等技术。 (8)其他方面技术。如采用氮气弹簧压边、卸料、快速换模技术、冲压单元组合技术、刃口堆焊技术及实型铸造冲模刃口镶块技术等。4.4 模具材料及表面处理技术发展迅速模具工业要上水平，材料应用是关键。因选材和用材不当，致使模具过早失效，大约占失效模具的45%以上。在模具材料方面，常用冷作模具钢有CrWMn、Cr12、Cr12MoV和W6Mo5Cr4V2，火焰淬火钢(如日本的AUX2、SX105V(7CrSiMnMoV)等；常用新型热作模具钢有美国H13、瑞典QRO80M、QRO90SUPREME等；常用塑料模具用钢有预硬钢(如美国P20)、时效硬化型钢(如美国P21、日本NAK55等)、热处理硬化型钢(如美国D2，日本PD613、PD555、瑞典一胜白136等)、粉末模具钢(如日本KAD18和KAS440)等；覆盖件拉延模常用HT300、QT60-2、Mo-Cr、Mo-V铸铁等，大型模架用HT250。多工位精密冲模常采用钢结硬质合金及硬质合金YG20等。在模具表面处理方面，其主要趋势是：由渗入单一元素向多元素共渗、复合渗(如TD法)发展；由一般扩散向CVD、PVD、PCVD、离子渗入、离子注入等方向发展；可采用的镀膜有：TiC、TiN、TiCN、TiAlN、CrN、Cr7C3、W2C等，同时热处理手段由大气热处理向真空热处理发展。另外，目前对激光强化、辉光离子氮化技术及电镀(刷镀)防腐强化等技术也日益受到重视。4.5 模具工业新工艺、新理念和新模式逐步得到了认同在成形工艺方面，主要有冲压模具功能复合化、超塑性成形、塑性精密成形技术、塑料模气体辅助注射技术及热流道技术、高压注射成形技术等。另一方面，随着先进制造技术的不断发展和模具行业整体水平的提高，在模具行业出现了一些新的设计、生产、管理理念与模式。具体主要有：适应模具单件生产特点的柔性制造技术；创造最佳管理和效益的团队精神，精益生产；提高快速应变能力的并行工程、虚拟制造及全球敏捷制造、网络制造等新的生产哲理；广泛采用标准件通用件的分工协作生产模式；适应可持续发展和环保要求的绿色设计与制造等。宜宾职业技术学院毕业设计绪论冲压模具在实际工业生产中应用广泛。在传统的工业生产中，工人生产的劳动强度大、劳动量大，严重影响生产效率的提高。随着当今科技的发展，工业生产中模具的使用已经越来越引起人们的重视，而被大量应用到工业生产中来。冲压模具的自动送料技术也投入到实际的生产中，冲压模具可以大大的提高劳动生产效率，减轻工人负担，具有重要的技术进步意义和经济价值。 模具，做为高效率的生产工具的一种，是工业生产中使用极为广泛与重要的工艺装备。采用模具生产制品和零件，具有生产效率高，可实现高速大批量的生产；节约原材料，实现无切屑加工；产品质量稳定，具有良好的互换性；操作简单，对操作人员没有很高的技术要求；利用模具批量生产的零件加工费用低；所加工出的零件与制件可以一次成形，不需进行再加工；能制造出其它加工工艺方法难以加工、形状比较复杂的零件制品；容易实现生产的自动化的特点。研究和发展模具技术，对于促进国民经济的发展具有特别重要的意义，模具技术已成为衡量一个国家产品制造技术的重要标志之一，随着工业生产的迅速发展，模具工业在国民经济中的地位日益提高，并在国民经济发展过程中发挥越来越大的作用。设计出正确合理的模具不仅能够提高产品质量、生产率、具使用寿命，还可以提高产品经济效益。在进行模具设计时，必须清楚零件的加工工艺，设计出的零件要能加工、易加工。充分了解模具各部件作用是设计者进行模具设计的前提，新的设计思路必然带来新的模具结构。工件名称：止动杠杆工件简图：如下图1所示生产批量：大批量材料：Q235-A钢材料厚度：1.5mm图11. 冲材件工艺性分析1.1材料表1 碳素结构钢的化学成分、性能及用途牌号等级化学成分S/MPa5/%b/MPa用途举例钢材厚度和型材直径16mmWc/%不小于Q1950.060.1219533315390用来制造薄钢板、钢丝、管钢、钢钉、螺钉、地脚螺栓等Q215A0.090.1521531335410BQ235A0.140.2223526375460用来制造拉钉、螺栓、螺母、轴、销子、螺纹钢、角钢、槽钢、钢板等B0.120.20C0.18D0.17Q255A0.180.2825524410510用来 制造各种型条钢和钢板BQ2750.280.3827520490610相当于3540钢表2 部分碳素钢抗剪性能材料名称牌号材料状态抗剪强度（Mpa）普通碳素钢Q195未退火260-320Q235310-380Q275400-500由表1、表2分析知：Q235-A钢具有良好的塑性、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。综合评比均适合冲裁加工。1.2工件结构形状工件结构形状相对简单，有两个矩形孔；孔与边缘之间的距离也满足要求，最小壁厚为5mm满足许用壁厚要求（两矩形孔之间、孔与边缘之间的壁厚），可以冲裁。1.3尺寸精度根据零件图上所注尺寸公差，经查公差表，内孔和外形都为IT12级，尺寸精度均较低，普通冲裁完全可以满足要求。根据以上分析：该零件冲裁工艺性较好，适宜冲裁加工。2.冲裁工艺方案的确定方案一：先落料，后冲孔。单工序模生产。方案二：冲孔落料复合冲压。复合模生产。方案三：冲孔落料级进冲压。级进模生产。表3 各类模具结构及特点比较模具种类比较项目单工序模（无导向）（有导向）级进模复合模零件公差等级低一般可达IT13IT10级可达IT10IT8级零件特点尺寸不受限制厚度不受限制中小型尺寸厚度较厚小零件厚度0.26mm可加工复杂零件，如宽度极小的异形件形状与尺寸受模具结构与强度限制，尺寸可以较大，厚度可达3mm零件平面度低一般中小型件不平直，高质量制件需较平由于压料冲件的同时得到了较平，制件平直度好且具有良好的剪切断面生产效率低较低工序间自动送料，可以自动排除制件，生产效率高冲件被顶到模具工作表面上，必须手动或机械排除，生产效率较低安全性不安全，需采取安全措施比较安全不安全，需采取安全措施模具制造工作量和成本低比无导向的稍高冲裁简单的零件时，比复合模低冲裁较复杂零件时，比级进模低适用场合料厚精度要求低的小批量冲件的生产大批量小型冲压件的生产形状复杂，精度要求较高，平直度要求高的中小型制件的大批量生产由表3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低，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。3.模具结构形式的确定正装式复合模和倒装式结构比较：正装式复合模适用于冲制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件，还可以冲制孔边距较小的冲裁件。倒装式复合模不宜冲制孔边距较小的冲裁件，但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。制件的平直度要求较高，孔边距较小，工件最小壁厚为5mm接近倒装式复合模最小许用壁厚4.9mm,不能使用倒装是复合模生产。由以上分析确定该制件的生产采用正装式复合模具生产。4.模具总体设计4.1模具类型的选择由冲压工艺分析可知，采用复合模冲压，所以模具类型为正装式复合模。4.2操作与定位方式4.2.1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，也能满足生产要求，这样就可以降低生产成本，提高经济效益。4.2.2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挡料销。 4.3卸料、出件方式4.3.1卸料方式刚性卸料与弹性卸料的比较：刚性卸料是采用固定卸料板结构。常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大，单边间隙取（0.20.5）t。当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸料板与 凸模的配合间隙应该小于冲裁间隙。此时要求凸模卸料时不能完全脱离卸料板。主要用于卸料力较大、材料厚度大于2mm且模具结构为倒装的场合。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、正装复合模的卸料装置。 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。4.3.2出件方式因采用正装式复合模生产，故采用上出件为佳。4.4确定送料方式因选用的冲压设备为开式压力机且垂直于送料方向的凹模宽度B大于送料方向的凹模长度L故采用纵向送料方式，即由前向后送料。4.5确定导向方式方案一：采用对角导柱模架。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。方案二：采用后侧导柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便。因为导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导套导柱单边磨损，严重影响模具使用寿命，且不能使用浮动模柄。方案三：四导柱模架。具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件，以及大量生产用的自动冲压模架。方案四：中间导柱模架。导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。单只能一个方向送料。根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为提高模具寿命和工件质量，该复合模采用中间导柱的导向方式，即方案四最佳。5.模具设计计算5.1排样 计算条料宽度、确定步距、计算材料利用率5.1.1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。通过上述三种方案的分析比较，综合考虑模具寿命和冲件质量，该冲件的排样方式选择方案一为佳。考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最佳。5.1.2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。或影响送料工作。搭边值通常由经验确定，表4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4工件之间搭边值a=2.0mm, 工件与侧边之间搭边值a1=2.2mm, 条料是有板料裁剪下料而得，为保证送料顺利，规定其上偏差为零，小偏差为负值B=（Dmax2a）0 （公式1）式中Dmax条料宽度方向冲裁件的最大尺寸a 冲裁件之间的搭边值板料剪裁下的偏差（其值查表5）B=12022.2=124.40-0.7mm故条料宽度在123.7124.4mm之间表4 搭边值和侧边值的数值材料厚度t圆件及r2t圆角矩形边长l50矩形边长l50或圆角 r2 工件间a1侧边a 工件间a侧边a1工件间a1侧边a0.25以下1.82.02.22.52.83.00.250.51.21.51.82.02.22.50.50.81.01.21.51.81.82.00.81.20.81.01.21.51.51.81.21.51.01.21.51.81.92.01.62.01.21.52.02.22.02.2表5 剪裁下的下偏差（mm）条料厚度条料宽度50501001002002000.50.50.71.00.51.01.01.031.01.01.01.51.01.01.02.05.1.3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。复合模送料步距SS1226240mm排样图如图2所示。图25.1.4计算材料利用率冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用材料的重要指标。一个步距内的材料利用率/BS100% (公式2)式中一个步距内冲裁件的实际面积条了宽度步距由此可之，值越大，材料的利用率就越高，废料越少。废料分为工艺废料和结构废料，结构废料是由本身形状决定的，一般是固定不变的，工艺废料的多少决定于搭边和余量的大小，也决定于排样的形式和冲压方式。因此，要提高材料利用率，就要合理排样，减少工艺废料。排样合理与否不但影响材料的经济和利用，还影响到制件的质量、模具的的结构和寿命、制件的生产率和模具的成本等技术、经济指标。因此，排样时应考虑如下原则：1、 提高材料利用率（不影响制件使用性能的前提下，还可以适当改变制件的形状）。2、 排样方法使应操作方便，劳动强度小且安全。3、 模具结构简单、寿命高。保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求。一个步距内冲裁件的实际面积=2024(4050)7=3510mm2所以一个步距内的材料利用率/BS100% =3510/4984.812440.2100%=70.4%考虑料头 、尾料和边角余料消耗，一张板材上的总利用率总为总= nA1/LB100% (公式3)式中n一张板料上冲裁件的总数目；A1一个冲裁件的实际面积；L板料长度；B板料宽度。查板材标准（见附录1），宜选用650mm1300mm的钢板，每张钢板可剪裁为5张条料（124.4mm1300mm）,每张条料可以冲32个工件，所以每张钢板的材料利用率总 = nA1/LB100%=32(3510-664)/124.41300100%=62.4%根据计算结果知道选用直排材料利用率可达62.4%，满足要求。5.2冲压力的计算5.2.1冲裁力的计算在冲裁过程中，冲裁力是随凸模进入凹模材料的深度而变化的。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具重要依据之一。用平刃冲裁时，其冲裁力一般按下式计算：F=KLtb( 公式4)式中F冲裁力 L冲裁周边长度t材料厚度b材料抗剪强度系数L=120224502040215226214210230 =468mm系数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=1.3。b的值查表2为310380pa,取b=380Mpa所以F=KLtb =1.34682380 =462384N5.2.2卸料力、顶件力的计算在冲裁结束时，由于材料的弹性回复（包括径向回复和弹性翘曲回复）及摩擦的存在，将使冲落的材料梗塞在凹模内，而冲裁剩下的材料则紧箍在凸模上。为使冲裁工作继续进行，必须将紧箍在凸模上的料卸下，将梗塞在凹模内的材料推出。从凸模上卸下箍着的料称卸料力；逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需要的力称为顶件力。一般按以下公式计算：卸料力 F X=KXF （公式5）顶件力 FD=KDF （公式6）FX=KXF =0.05462384N=23119.2N（KX为卸料力系数，其值查表6可得）FD=KDF=0.06462384N=27743.88N所以总冲压力FZ=F+FX+FD=462384N+23119.2N+27743.88N =513247.08N压力机公称压力应大于或等于冲压力，根据冲压力计算结果拟选压力机为J2363。表6 卸料力、推件力和顶件力系数料厚t/mmKXKTKD钢0.10.10.50.50.252.56.56.50.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.030.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03铝、铝合金纯铜，黄铜0.0250.080.020.060.030.070.030.095.3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。冲模的压力中心，可以按下述原则来确定：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、多孔冲模、级进模的压力中心可以用解析计算法求出冲模压力中心。解析法的计算依据是：各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴的力矩。求出合力作用点的坐标位置0，0（x=0,y=0），即为所求模具的压力中心。使用解析法确定模具的压力中心，具体步骤如下：（1）按比例画出凸模刃口的轮廓形状。（2）在凸模刃口轮廓内（或外）的任意处，作坐标OX，OY作为基准坐标轴。（3）将凸模刃口轮廓线分为若干基本线段（直线段或圆弧段）L1、L2、L3.L n，并用各段长度代表各自的冲裁力。（4）确定凸模刃口各线段的压力中心的位置及其坐标（X1，Y1）、（X2，Y2）（Xn，Yn）。（5）根据“力矩定理”确定凸模的压力中心坐标点（Xn，Yn），即X0=（L1x1L2x2Lnxn）/(L1L2Ln) （公式7）Y0=（L1y1L2y2Lnyn ）/（L1L2Ln） （公式8）用解析法计算压力中心时，先画出凹模形口图，如图3所示。在图中将XOY坐标系建立在建立在图示对称中心线上，将冲裁轮廓线按几何图形分解成L1L10共10组基本线段，用解析法求得该模具压力中心的坐标。有关计算如表5所示。由以上计算结果可以看出，该工件冲裁力不大，压力中心偏移坐标原点O较小，为了便于模具的加工和装配，模具压力中心依然选在坐标原点。表7 压力中心的计算图35.4模具刃口尺寸的计算5.4.1冲裁间隙分析根据JB/Z27186规定，冲裁间隙是指凸，凹模刃口间隙的距离，用符号C表示，其值可为正也可为负，在普通冲裁模中均为正值。它对冲裁件的断面质量有极其重要的影响，此外，冲裁间隙还影响模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。因此，冲裁间隙是冲裁工艺与模具设计中的一个非常重要的工艺参数。1、间隙对冲裁件尺寸精度的影响冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小，则精度越高，这个差值包括两方面的偏差，一是冲裁件相对于凸模或凹模的偏差，二是模具本身的制造偏差。2、间隙对模具寿命的影响模具寿命受各种因素的综合影响，间隙是也许模具寿命诸因数中最主要的因数之一，冲裁过程中，凸模与被冲的孔之间，凹模与落料件之间均有摩擦，而且间隙越小，模具作用的压应力越大，摩擦也越严重，所以过小的间隙对模具寿命极为不利。而较大的间隙可使凸模侧面及材料间的摩擦减小，并延缓间隙由于受到制造和装配精度的限制，出现间隙不均匀的不利影响，从而提高模具寿命。3、间隙对冲裁工艺力的影响随着间隙的增大，材料所受的拉应力增大，材料容易断裂分离，因此冲裁力减小。通常冲裁力的降低并不显著，当单边间隙在材料厚度的520%左右时，冲裁力的降低不超过510%。间隙对卸料力推料力的影响比较显著。间隙增大后，从凸模里卸料和从凹模里推料都省力当当单边间隙达到材料厚度的1525%左右时的卸料力几乎为零。但间隙继续增大，因为毛刺增大，又将引起卸料力、顶件力迅速增大。4、间隙值的确定由以上分析可见，凸、凹模间隙对冲裁件质量、冲裁工艺力、模具寿命都有很大的影响。因此，设计模具时一定要选择合理的间隙，以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求，所需冲裁力小、模具寿命高，但分别从质量，冲裁力、模具寿命等方面的要求确定的合理间隙并不是同一个数值，只是彼此接近。考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损、生产中通常只选择一个适当的范围作为合理间隙，只要间隙在这个范围内，就可以冲出良好的制件，这个范围的最小值称为最小合理间隙Cmin，最大值称为最大合理间隙Cmax。考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计与制造新模具时要采用最小合理间隙值Cmin。确定合理间隙的方法有经验法、理论确定法和查表法。根据近年的研究与使用的经验，在确定间隙值时要按要求分类选用。对于尺寸精度，断面垂直度要求高的制件应选用较小的间隙值，对于垂直度与尺寸精度要求不高的制件，应以降冲裁力、提高模具寿命为主，可采用较大的间隙值。由于理论法在生产中使用不方便，所以常采用查表法来确定间隙值。经验公式；软材料： t1mm，C=(3%4%)tt=13mm，C=(5%8%)tt=35mm，C=(8%1%)t硬材料： t1mm，C=(4%5%)tt=13mm，C=(6%8%)tt=38mm，C=(8%13%)t根据分析冲裁模间隙采用查表法确定，查冲裁模初使用间隙（见附录2）得Zmax=0.360mm,Zmin=0.246mm。工件形状较复杂，采用配作法加工凹、凸模。配作法加工的特点是模具的间隙由配做保证，工艺比较简单，无需较核TAZmaxZmin的条件，并且还可以放大基准件的制造公差，使制造容易，所以采用配作法加工。5.4.2落料落料时应以凹模为基准件来配作凸模。凹模磨损后变大的尺寸有：1200-0.21、240-0.25、380-0.25、400-0.25、5000.25、300-0.21，各刃口尺寸具体计算见表6。表8 落料凹模刃口尺寸计算凸模刃口尺寸按凹模实际刃口尺寸配制，保证双面间隙值（0.2460.360）mm。5.4.3冲孔冲孔时应以凸模为基准件来配作凹模。凹模磨损后变小的尺寸有：260+0.21、140+0.18、300+0.21、100+0.15。凹模磨损后不变的尺寸有：450.12各刃口尺寸具体计算见表7。表9 冲孔凸模刃口尺寸计算凹模刃口尺寸按凸模实际刃口尺寸配制，保证双面间隙值（0.2460.360）mm表10 系数X料厚t(mm)非圆形圆形10.750.50.750.5工件公差/mm1122440.160.200.240.300.170.350.210.410.250.490.310.590.360.420.500.600.160.200.240.300.160.200.240.305.5卸料橡胶的设计5.5.1卸料板工作行程hh=h1+h2+t =1+3+2=6mmh1为凸凹模凹进卸料板的深度1mm，h2为凸凹模冲裁后进入凹模的深度3mm,t为材料厚度2mm。5.5.2卸料橡胶工作行程HH=h1+h0 =6+5=11mmh0为凸凹模修磨量，取5mm5.5.3卸料橡胶自由高度H0H0=4H =411=44mm取H为H0的25%5.5.4卸料橡胶的预压缩量H1 H1=15%H0 =0.1544=6.6mm（一般取H1=10%15%H0）5.5.5每个橡胶所承受的载荷F1根据模具安装位置和模具结构，选取4个卸料橡胶。F1=Fx/4 =3960/4=990N5.5.6卸料橡胶的外径D D2=d2+1.27F1/P=1444mm所以 D=38mm（取P=1，d=13）5.5.7较核卸料橡胶自由高度H0X=H0/D =44/38=1.160.5H01.5 ，满足要求4.5.8卸料橡胶安装高度H2H2=H0-H1 =44-6.6=37.4mm6.主要部零件设计6.1工作零件的结构设计6.1.1凸凹模零件外形相对复杂，根据实际情况并考虑加工，为了满足凸凹模强度和刚性，将凸凹模设计成阶梯式，使装配修磨方便。采用成形铣、成形磨削加工。凸凹模总长L：L=H1+H2+H3-H4 =20+37.4+15-1=71.4mmH1为凸凹模固定板厚度，H2为橡胶安装高度，H3为弹压卸料板厚度，H4为凸凹模凹进弹压卸料板的深度。6.1.2落料凹模落料凹模采用整体凹模，采用线切割机床加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。其外形尺寸按相关公式计算：凹模厚度 H=KS （公式9） =0.2120=24mm(查表11取K=0.2)取凹模厚度H=30mm凹模宽度 B=S+(2.5-4.0)H （公式10） =120+（2.5-4.0）30=195240mm取凹模宽度B=220mm凹模长度L=S1+2S2 （公式11）=38+252=142mm（其中S为垂直于送料凹模刃壁间最大距离，S1为送料方向刃壁间最大距离，S2为凹模刃壁至边缘的最小距离，K为系数查相关图表可得。）凹模整体轮廓尺寸LBH=142mm220mm30mm表11 凹模厚度系数KS/mm材料厚度t/mm11336 500.300.400.350.500.450.60 501000.200.300.220.350.300.45 1002000.150.200.180.220.220.302000.100.150.120.180.150.22表12 凹模孔壁至边缘的距离S2材料宽度B/mm材料厚度t/mm0.80.800.151.53.03.05.040202228324050222530355070283036407090343642469012038424852120150404525556.1.3冲孔凸模所冲孔为矩形孔，为方便装配和满足凸模强度将冲孔凸孔凸模设计成阶梯式，采用数控铣削床加工。其总长按相关公式计算：L=h1+h2+h3 =20+20+30=70mm（其中h1为凸模固定板厚度，h2为凹模垫板厚度，h3为凹模厚度。）6.2卸料部件的设计6.2.1卸料板的设计卸料板采用45钢制造，淬火硬度4045HRC，卸料板轮廓尺寸与落料凹模轮廓尺寸相同，厚度为15mm。6.2.2卸料螺钉的选用卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为10mm,螺纹部分为M810mm,卸料螺钉尾部应留有足够的行程空间，以保证卸料的正常运动。卸料螺钉拧紧后，应使卸料螺板超出凸凹模端面1mm,有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。6.3模架及其他零部件的选用该模具采用中间导柱模架，这种模架的导柱在模具中间位置，冲压时可防止由于偏心力矩引起的模具歪斜，以凹模轮廓尺寸为依据，选择模架规格。导柱d/mmL/mm分别为30mm220mm,32mm220mm；导套d/mmL/mmD/mm分别为30mm120mm 40mm, 32mm120mm42mm。上模座厚度H1取45mm,凸凹模垫板厚度H2取10mm,凸凹模固定板厚度H3取20mm,卸料板厚度H4取15mm。下模坐厚度H5取50mm,凸模垫板厚度H6取10mm,凸模固定板厚度H7取20mm,凹模垫块厚度H8取20mm。模具闭合高度HH=H1+H2+H5+H6+H凸+H凸凹-h =45mm+10mm+50mm+10mm+70mm+71.4mm -3mm=248.4mm式中H凸冲孔凸模长度，70mm；H凸凹凸凹模长度，71.4mm；h凸模冲裁后进入凹模的深度3mm。7.较核模具闭合高度及压力机有关参数7.1较核模具闭合高度模具闭合高度H应该满足Hmin-H1+10HHmax-H1-5（公式12）式中Hmax压力机最大闭合高度；Hmin压力机最小闭合高度；H1垫板厚度。根据拟选压力机J2363，查开式压力机参数表（见附录3）得