1、1 绪 论1.1 课题的提出全套图纸，加 153893706模具是工业产品生产使用的重要工艺装备，它以其自身的特殊形状通过一定的方式使原材料成型。现代工业生产中，由于模具的加工效率高，互换性好，节省原材料，生产成本低，所以得到广泛的应用。模具技术已成为衡量一个国家制造水平的重要标志之一。模具技术能促进工业产品的发展和质量的提高，并能获得极大的经济效益。模具是效益放大器，用模具生产的产品的价值往往是模具价值的几十倍、上百倍。在美国模具被称为点铁成金的磁力工业，德国则认为其是所有工业中的关键工业；日本认为模具是促进社会繁荣富裕的动力。本套模具设计，我所设计的是生活中极为常见的是与其它零件配合使用的
2、顶罩，主要介绍的是冲压生产中应用最广泛的落料、冲孔、拉深、翻边工序，设计的模具是它整个生产过程一次成型的复合模。我首先对冲压工艺性件进行了分析，比较和确定工艺方案，然后进行主要工艺参数的计算，再进行模具的总体设计，选择合理的冲压设备，最后选择工作零件的加工工艺及模具的装配和试冲等十个步骤，完成了对整套模具的设计与制造。通过本次的毕业设计，我不仅巩固了所学中有关冷冲模具设计课程的内容，掌握冷冲压模具设计的方法和步骤，而且掌握了冷冲压模具设计的基本技能，如计算、绘图、查阅设计资料和手册，熟悉标准和规范等，使理论和生产实际知识综合运用，从而培养和提高了我独立工作的能力。21.2 我国模具发展现状及前
3、景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。1.2.1 我国模具技术的现状20 世纪 80 年代以来，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。这些年来，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。振兴和发展中国的模具工业，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”已经取得了共识。目前，中国有17000 多个模具生产厂点，从业人数约 50 多万。在模具工业的总产值中
4、，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%。近年来，中国模具工业企业的所有制成分也发生了变化。除了国有专业厂家外，还有集体企业、合资企业、独资企业和私营企业，他们都得到了迅速的发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。此外，许多研究机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。中国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产 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
5、塑料模具，精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。经过多年的努力，在模具 CAD/CAE/CAM 技术、模具的电加工和数控加工技术、快速成型与快速制模技术、新型模具材料 1等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作出了贡献。进入 21 世纪，在经济全球化的新形势下，随着资本、技术和劳动力市场的重新整合，中国装备制造业在加入 WTO 以后，将成为世界装备制造业的基地。而在现代制造业中，无论哪一行业的工程装备，都越来越多地采用由模具工业提供的产品。为了适应用户对模具制造的高精度、短交货期、低成本的迫切要求，模具工业正广泛应用现代先进制造技
6、术来加速模具工业的技术进步，这是各行各业对模具这一基础工艺装备的迫切需求。31.2.2 我国模具技术的发展前景当前，我国工业生产的特点是产品品种多、更新快和市场竞争激烈。在这种情况下， 用户对模具制造的要求是交货期短、精度高、质理好、价格低。因此，模具工业的发展的趋势是非常明显的。模具产品发展将大型化精密化模具产品成形零件的日渐大型化，以及由于高效率生产要求的一模多腔(如塑封模已达到一模几百腔） ，使模具日趋大型化。随着零件微型化，以及模具结构发展的要求(如多工位级进模工位数的增加，其步距精度的提高)精密模具精度已由原来的5m 提高到 23m，今后有些模具加工精度公差要求在 1m 以下，这就要
7、求发展超精加工。多功能复合模将进一步发展新型多功能复合具是在多工位级进模基础上开发出来的。一套多功能模具除了冲压成 形零件外，还可担负转位、叠压、攻丝、铆接、锁紧等组装任务。通过这种多劝能模具生产 出来的不再是单个零件，而是成批的组件。如触头与支座的组件，各种小型电机、电器及仪表的铁芯组件等。热流道模具在塑料模具中的比重将逐步提高由于采用热流道技术的模具可提高制作的生产率和质量，并能大幅度节省制作的原材料和节 约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。国外热流道模具已有一半用上了热流道技术，有的厂甚至已达 80%以上，效果十分明显。国内近几年已开始推广应用，但总体还达不到 10%，个别
8、企业已达到 20%-30%。制订热流道元器件的国家标准，积极生产价廉高质量的元器件，是发展热流道模具的关键。气体辅助注射模具和适应高压注射成形等工艺的模具将积极发展气体辅助注射成形是一种塑料成形的新工艺，它具有注射压力低、制品翘曲变形少、表面好以及易于成形壁厚差异较大的制品等优点，可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。国外，已经较成熟。国内目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。气体辅助注射成 形包括塑料熔体注射和气体(一般均采用氮气)注射成形两面部份，比传统的普通注射工艺有 更多的工艺参数需要确定和控制，而且气体辅助注射常用于较复杂的大型制品，模具设计和控制的难度较大，因此，开发气体辅助成
9、型流动分析软件，显得十分重要。为了确保塑料件精度，将继续研究发展高压注射成型工艺与模具以及注射压缩成型工 艺与模具。在注射成形中，影响成型件精度的最大因素是成型收缩，高压注射成型可强制树 脂收缩率，增加塑件尺寸的稳定性。模具要求刚性好、耐高压。特别是精密模具的型腔应淬 火，浇口密封性好，模具能准确控制。注射压缩成型技术，4是在模具预先半开模状态或者在 锁模力保持中压或低压，模具在设定的打开量下，注射溶融树脂，然后以最大的锁模力进行 压缩成型，其效果是：a 成型件局部内应力小；b 可得到缩孔少的厚壁成型件；c 对于塑件狭窄的部件也可注入树脂；d 用小注射力能得到优良制品。该类模具的理想结构是：a
10、 注射时树脂以低的流动阻力迅速充填型腔；b 充填完后能立即遮断浇口部；c 压缩作用应仅限于型腔部。气体辅助注射模具和适应高压注射成形等工艺的模具将积极发展气体辅助注射成形是一种塑料成形的新工艺，它具有注射压力低、制品翘曲变形少、 表面好以及易于成形壁厚差异较大的制品等优点，可在保证产品质量的前提下，大幅度降低 成本。国外，已经较成熟。国内目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。气体辅助注射成 形包括塑料熔体注射和气体 (一般均采用氮气)注射成形两面部份，比传统的普通注射工艺有 更多的工艺参数需要确定和控制，而且气体辅助注射常用于较复杂的大型制品，模具设计和 控制的难度较大，因此，开发气体辅助成型
11、流动分析软件，显得十分重要。为了确保塑料件精度，将继续研究发展高压注射成型工艺与模具以及注射压缩成型工 艺与模具。在注射成形中，影响成型件精度的最大因素是成型收缩，高压注射成型可强制树 脂收缩率，增加塑件尺寸的稳定性。模具要求刚性好、耐高压。特别是精密模具的型腔应淬火，浇口密封性好，模具能准确控制。注射压缩成型技术，是在模具预先半开模状态或者在 锁模力保持中压或低压，模具在设定的打开量下，注射溶融树脂，然后以最大的锁模力进行 压缩成型，其效果是：a 成型件局部内应力小；可得到缩孔少的厚 b 壁成型件；c 对于 塑件狭窄的部件也可注入树脂；d 用小注射力能得到优良制品。该类模具的理想结构是：a
12、注射时树脂以低的流动阻力迅速充填型腔；b 充填完后能立即遮断浇口部；c 压缩作用应 仅限于气体型腔部。快速经济模具的前景十分广阔现在是多品种、少批量生产的时代，到下一个世纪，这种生产方式占工业生产的比例 将达 75%以上。一方面是制品使用周期短，品种更新快，另一方面制品的花样变化频繁，均要求模具的生产周期越快越好。因此，开发快速经济具越来越引起人们的重视。例如，研制 各种超塑性材料(环氧、聚脂等)制作或其中填充金属粉末、玻璃纤维等的简易模具：中、低熔点合金模具、喷涂成型模具、快速电铸模、陶瓷型精铸模、陶瓷型吸塑模、叠层模及快速原型制造模具等快速经济模具将进一步发展。快换模架、快换冲头等也将日益
13、发展。另外， 采用计算机控制和机械手操作的快速换模装置、快速试模技术也会得到发展和提高。模具标准件的应用将日渐广泛使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，而且能提高模具质量和降低模具制造成本。 因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。为此，首先要制订统一的国家标准，5并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产，提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件 规格品种，发展和完善联销网，保证供货迅速。模具使用优质材料及应用先进的表面处理技术将进一步受重视在整个模具价格构成中，材料所占比重不大，一般在 20%30%之间，因此选用优质钢 材和应用的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。对于模具钢来
14、说，要采用电渣重熔工艺，努力提高钢的纯净度、等向性、致密度和均匀性及研制更高性能或有特殊性能的 模具钢。如采用粉末冶金工艺制作的粉末高速钢等。粉末高速钢解决了原来高速钢冶炼过程 中产生的一次碳化物粗大和偏析，从而影响材质的问题。其碳化物微细，组织均匀，没有材料方向性，因此它具有韧性高、磨削工艺性好、耐磨性高、长年使用尺寸稳定等特点，是一 种很有发展前途的钢材。特别对形状复杂的冲件及高速冲压的模具，其优越性更加突出。这 种钢材还适用于注射成型漆加玻璃纤维或金属粉末的增强塑料的模具，如型腔、形芯、浇口等主要部件。另外，模具钢品种规格多样化、产品精料化、制品化，尽量缩短供货时间亦是 重要方向。模具热
15、处理和表面处理是能否充分发挥模具钢材性能的关键环节。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普及常用表面处理方法，即扩渗如：渗碳、渗 氮、渗硼、渗铬、渗钒外，应发展设备昴贵、工艺先进的气相沉积(TiN、TiC 等)、等离子喷涂等技术。在模具设计制造中将全面推广 CAD/CAM/CAE 技术模具 CAD/CAM/CAE 技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明，模具CAD/CAM/CAE 技术是模具设计制造的发展方向。现在，全面普及 CAD/CAM/CAE 技术已基本成熟。由于模具 CAD/CAM 技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具 CAD/CAM 技术的硬件
16、与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，特别是微机的普及应用，更为广大模具企业普及模具 CAD/CAM 技术创造了良好的条伯。随着微机软件的发展和进步，技术培训工作也日趋简化。在普及推广模具 CAD/CAM 技术的过程中，应抓住机遇，重点扶持国产模具软件的开发和应用。加大技术培训和技术服务的力度，应时一步扩大 CAE 技术的应用范围。对于已普及了模具 CAD/CAM 技术的一批以家电行业代表的企业来说，应积极做好模具 CAD/CAM技术的深化应用工作，即开展企业信息化工程，可从 CAPP，PDM，CIMS，VR 逐步深化和提高。快速原型制造(RPM)技术得到更好的发展快速原型制造(RPM
17、)技术是美国首先推出的。它是伴随着计算机技术、激光成形技术和 新材料技术的发展而产生的，是一种全新的制造技术，是基于新颖的离散/堆积(即材料累加) 成形思想，根据零件 CAD 模型、快速自动完成复杂的三维实体(原型)制造。RPM 技术是集精 密机械制造、计算机、NC 技术、激光成形技术和材料科学最新6发展的高科技技术，被公认 为是继 NC 技术之后的一次技术革命。RPM 技术可直接或间接用于模具制造。首先是通过立体光固化(SLA)叠层实体制造(LOM) 激光选区烧结(SLS)、三维打印(3D-P)熔融沉积成形(FDM)等不同方法得到制件原型。然后通 过一些传统的快速制模方法，获得长寿命的金属模
18、具或非金属的低寿命模具。主要有精密铸 造、粉末冶金、电铸和熔射(热喷涂)等方法。这种方法制模，具有技术先进、成本较低、设计制造周期短、精度适中等特点。从模具的概念设计到制造完成仅为传统加工方法所需时间的 1/3 和成本的 1/4 左右。因此，快速制模技术与快速原型制造技术的结合，将是传统快速 制模技术，进一步深入发展的方向。RPM 技术还可以解决石墨电极压力振动(研磨)成形法中母模(电极研具)制造困难问题， 使该法获得新生。青岛海尔模具有限公司还构建了基于 RE(逆向工程技术)/RPM 的模具并行 开发系统，具有开发质量高、开发成本低及开发周期短等优点。高速铣削加工将得到更广泛的应用国外近年来
19、发展的高速铣削加工 ，主轴转速可达到 40000100000r/min,快速进给速 度可达到 3040m/min，换刀时间可提高到 13S。这样就大幅度提高了加工效率，如在加 工压铸模时，可提高 78 倍，并可获得 Ra10um 的加工表面粗糙度。形状精度可达 10um。另外，还可加工硬度达 60HRC 的模块，形成了对电火花成形加工的挑战。因此，高速铣削加 工技术的发展，促进了模具加工的发展，特别是对汽车、家电行业中大型腔模具制造方面注入了新的活力。模具高速扫描及数字化系统将发挥更大的作用英国雷尼绍公司的模具扫描系统，已在我国 200 多家模具厂点得到应用，取得良好效 果。该系统提供了从模型
20、或实物扫描到加工出期望的的模型所需的诸多功能，大大缩短的研 制制造周期。如 RENSCAN200 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， 用雷尼绍的 SP2-1 扫描测头实现快速数据采集，控制核心是雷尼绍 TRACECUT 软件，可自动 生成各种不同数控系统的加工等程序及不同格式的 CAD数据。用于模具制造业的“逆向工 程” 。该公司又推出了 CYCLON 高速扫描机，这是一台独立工作的专门用来扫描的设备，不占 用加工机床的工作时间。其扫描速度最高可达 3m/min，大大缩短了模具制造周期，另外， 其数据采集速度比 RENSCAN200快，定时探针接触力小 ，因此可以用非常细的
21、探针，用来扫 描细小的模具和细微的特征表面 ，扩大模具生产的品种范围。由于模具扫描系统已在汽车、摩托车、定电等行业得到成功应用，相信在“十五”期 间将发挥更大作用。模具自动加工系统的研制和发展随着各种新技术的迅速发展，国外已出现了模具自动加工系统。这也是我国长远发展 的目标。模具自动加工系统应有如下特征：多台机床合理组合；配有随行定位7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。复合模的特点如下：生产效率成倍提高例如原来由两副模具分别完成的落料、冲孔工序，若使用落料、冲孔复合膜时。则可由一副模具在一次冲压行程中完成，生产效率提高一倍。若原来由四副单工序
22、模完成的落料、冲孔、弯曲、胀形的冲压工序，在采用了四合一复合模后，生产效率可提高四倍。而且还节省了人力、电力和工序间的搬运工作。提高冲压件的质量在复合模具中几道冲压工序是在同一工位上完成的，无需重新定位，因此在完成几道冲压工序过程中冲压件的定位基准不动，从而使冲压工件的位置精度得到提高。例如当冲压件的外缘与内孔的同心度要求较高时，采用复合模就较容易满足要求。另外，对于那些尺寸较小的冲压工件或形状比较复杂而重新定位又比较困难的冲压工件，采用复合模就可避免重新定位的困难及在重新定位时产生的误差。复合模的同心度误差在+0.02+0.04mm 以内。对模具制造精度要求较高由于复合模要在一副模具中完成几
23、道冲压工序，因此模具结构一般要比单工序模复杂，而且各零部件在运动时要求相互之间不干涉、准确可靠。这就要求模具的制造应有较高的精度。因此模具额制造成本也就提高了，制造周期相对延长，维修业不如但工序模简便。复合模种类如下：按复合工序的性质分类，复合模可分为以下几种：a 冲裁类复合模：如落料、冲孔复合模、切断、冲孔复合模等。 、b 成形类复合模：如弯曲复合模、复合挤压模等。c 冲裁与成形复合模：如落料、拉伸复合模、冲孔、翻边复合模、拉深、切边复合模、落料、拉深、冲孔、翻边复合模等。82 分析零件的工艺性 冲压件工艺性是指冲压零件在冲压加工过程中加工的难易程度。虽然冲压加工工艺过程包括备料冲压加工工序
24、必要的辅助工序质量检验组合、包装的全过程，但分析工艺性的重点要在冲压加工工序这一过程里。而冲压加工工序很多，各种工序中的工艺性又不尽相同。即使同一个零件，由于生产单位的生产条件、工艺装备情况及生产的传统习惯等不同，其工艺性的涵义也不完全一样。这里我们重点分析零件的结构工艺性。 该零件是端盖，如图 1.1，该零件可看成带凸缘的筒形件，料厚 t=2mm，拉深后厚度不变；零件底部圆角半径 r=1.5mm 凸缘处的圆角半径也为 R=1.5mm；尺寸公差都为自由公差，满足拉深工艺对精度等级的要求。图 1.1 工件图9工艺性对精度的要求是一般情况下，拉深件的尺寸精度应在 IT13 级以下，不宜高于 IT1
25、1 级；对于精度要求高的拉深件，应在拉深后增加整形工序，以提高其精度，由于材料各向异性的影响，拉深件的口部或凸缘外缘一般是不整齐的，出现“突耳”现象，需要增加切边工序。影响拉深件工艺性的因素主要有拉深件的结构与尺寸、精度和材料。拉深工艺性对结构与尺寸的要求是拉深件因尽量简单、对称，并能一次拉深成形；拉深件的壁厚公差或变薄量一般不应超出拉深工艺壁厚变化规律；当零件一次拉深的变形程度过大时，为避免拉裂，需采用多次拉深，这时在保证必要的表面质量前提下，应允许内、外表面存在拉深过程中可能产生的痕迹；在保证装配要求下，应允许拉深件侧壁有一定的斜度；拉深件的径向尺寸应只标注外形尺寸或内形尺寸，而不能同时标
26、注内、外形尺寸。工艺性要求材料具有良好的塑性，屈强比 值越小，一次拉深允许的极限变bs/形程度越大，拉深的性能越好；板厚方向性系数 r 和板平面方向性系数 反映了材r料的各向异性性能，当 r 较大或 较小时，材料宽度的变形比厚度方向的变形容易，r板平面方向性能差异较小，拉深过程中材料不易变薄或拉裂，因而有利于拉深成形。该零件结构较简单、形状对称，完全由圆弧和直线组成，没有长的悬臂和狭槽。零件尺寸除中心孔和两中心孔的距离尺寸接近 IT11 级外，其余尺寸均为自由尺寸且无其他特殊要求，利用普通冲裁方法可以达到零件图样要求。零件材料为 20 号钢，退火抗拉强度为 400Mpa，屈服强度为 206Mp
27、a.此材料具有良好的结构强度和塑性，其冲裁加工性较好。该零件的冲裁性较好，可以冲裁加工，适于大批大量。3 确定工艺方案3.1 计算毛坯尺寸由于板料在扎压或退火时所产生的聚合组织而使材料引起残存的方向性，反映到拉深过程中，就使桶形拉深件的口部形成明显的突耳。此外，如果板料本身的金属结构组织不均匀、模具间隙不均匀、润滑的不均匀等等，也都会引起冲件口高低不齐的现象，因此就必需在拉深厚的零件口部和外缘进行修边处理。这样在计算毛坯尺寸的时候就必需加上修边余量然后再进行毛坯的展开尺寸计算。 根据零件的尺寸取修边余量的值为 3.6mm。 在拉深时，虽然拉深件的各部分厚度要求发生一些变化，但如果采用适当的工艺
28、措施，则其厚度的变化量还是并不太大。在设计工艺过程时，可以不考虑毛坯厚度的变化。同时由于金属在塑性变形过程中保持体积不变，因而，在计算拉深件的的毛坯10展开尺寸时，可以认为在变形前后的毛坯和拉深间的表面积相等。 对于该零件，可看成带凸缘拉深件。其相对凸缘最大直径 ， 3.6mm，故切边前的凸缘直径为：7.106dfd=116+2 3.6=123mm2.1fdf2maxax 因 ,53.170r毛坯直径: = 2.2maxDdhf42= =160mm38701毛坯形状如图 2.1图 2.1 毛坯图3.2 确定是否需要压边圈 坯料相对厚度 2.3%10Dt2.6251所以需要压边圈。113.3 计
29、算拉深次数在考虑拉深的变形程度时，必需保证使毛坯在变形过程中的应力既不超过材料的变形极限，同时还能充分利用材料的塑性。也就是说，对于每道拉深工序，应在毛坯侧壁强度允许的条件下，采用最大的变形程度，即极限变形程度。极限拉深系数值可以用理论计算的方法确定。即使得在传力区的最大拉应力与在危险断面上的抗拉强度相等，便可求出最小拉深系数的理论值，此值即为极限拉深系数。但在实际生产过程中，极限拉深系数值一般是在一定的拉深条件下用实验的方法得出的，我们可以通过查表来取值。零件的总拉深系数为 ，其相对凸缘直径 ，4.0167Ddm总 4.176023df属于带大凸缘拉深的拉深件。根据 ， ，由教材上表 4-1
30、6、4-18 查得一次允许的拉深系数 ，第一次拉深46.m的最大相对高度 。53.042.1dh因材料为 20 号钢,具有良好的强度和塑性,其加工工艺性较好,可减小带凸缘筒形件的首次拉深系数及增大最大相对高度。使得 ，所以零件只需要一次拉深。1,dhm总3.4 确定工艺方案根据以上分析和计算，可以进一步明确该零件的冲压加工需要包括以下基本工序:落料、拉深、冲孔和修边。根据这些基本工序，可以拟出如下几种工艺方案：方案一先进行落料，再拉深，修边，最后冲孔，以上工序过程都采用单工序模加工。用此方案，模具的结构都比较简单，制造很容易，成本低廉，但由于结构简单定位误差很大，而且单工序模一般无导向装置，安
31、装和调整不方便，费时间，生产效率低。 方案二落料与拉深、修边在复合模中加工成半成品，再在单工序模上进行冲孔。采用了12落料与拉深、修边的复合模，提高了生产率。对落料以及拉深的精度也有很大的提高。由于最后一道冲孔工序是在单工序模中完成，使得最后一步冲孔工序的精度降低，影响了整个零件的精度，而且中间过程序要取件，生产效率不高。 方案三落料、拉深、冲孔和修边全都在同一个复合模中一次加工成型。此方案把三个工序集中在一副复合模中完成，使得生产率有了很大的提升。没有中间的取放件过程，一次冲压成型，而且精度也比较高，能保证加工要求，在冲裁时材料处于受压状态，零件表面平整。模具的结构也非常的紧凑，外廓尺寸比较
32、小，但模具的结构和装配复杂。方案四采用带料级进多工位自动压力机冲压，可以获得较高的生产效率，而且操作安全，但这一方案需要专用的压力机或自动的送料装置。模具的结构比较复杂，制造周期长，生产成本高。 根据设计需要和生产批量，综合考虑以上方案，方案三最适合。即落料、拉深、冲孔和修边在同一复合模中完成，这样既能保证大批量生产的高效率又能保证加工精度，而且成本不高，经济合理。 4 主要工艺参数的计算4.1 确定排样、裁板方案加工此零件为大批大量生产，冲压件的材料费用约占总成本的 60%80%之多。因此，材料利用率每提高 1%，则可以使冲件的成本降低 0.4%0.5%。在冲压工作中，节约金属和减少废料具有
33、非常重要的意义，特别是在大批量的生产中，较好的确定冲件的形状尺寸和合理的排样的降低成本的有效措施之一。 由于材料的经济利用直接决定于冲压件的制造方法和排样方式，所以在冲压生产中，可以按工件在板料上排样的合理程度即冲制某一工件的有用面积与所用板料的总面积的百分比来作为衡量排样合理性的指标。 同时属于工艺废料的搭边对冲压工艺也有很大的作用。通常，搭边的作用是为了补充送料是的定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料时的步距误差以及送料歪斜误差等原因而冲出残缺的废品，从而确保冲件的切口表面质量，冲制出合格的工件。同时，搭边还使条料保持有一定的刚度，保证条料的顺利行进，提高了生产率。搭边值得大小要合理选取
34、。根据此零件的尺寸通过查表取:搭边值为 ma2进距方向 5.113从视测方面来讲，该零件的排样应该采用斜排最合理。从图 2 上可知：进 距 S=128+1.5=129.5mm3.1条料宽度 b=110.3+2*2=114.3mm3.2板料规格拟用 2mm1400mm4000mm 热轧钢板。查冲压模具设计GB708-88，为了操作方便采用横裁。裁板条数35 条 3.33.1401bAn每条个数11 个 3.45.292SaB每板总个数38121n材料利用率3.5%0BAS面141938574.2 计算工艺力、初选设备4.2.1 计算工艺力（1）落料力平刃凸模落料力的计算公式为3.6 kLtP式中
35、 P 冲裁力（N）L 冲件的周边长度（mm）t 板料厚度（mm）材料的抗冲剪强度（MPa）K 修正系数。它与冲裁间隙、冲件形状、冲裁速度、板料厚度、润滑情况等多种因素有关。其影响范围的最小值和最大值在（1.01.3）P 的范围内，一般 k 取为 1.251.3。14在实际应用中，抗冲剪强度 的值一般取材料抗拉强度 的 0.70.85。为便于b估算，通常取抗冲剪强度等于该材料抗拉强度 的 80%。即b3.7b8.0因此，该冲件的落料力的计算公式为3.8bLtF.31落=1.3 4027=321984N（2）冲孔力冲孔力可按下式计算：3.9bKLtF8.0冲式中 冲孔力（N） 冲L冲件的内轮廓长度
36、（ mm）t板料厚度（mm）材料的抗拉强度（MPa）b因此，该零件的冲孔力为： bKLtF8.0=0.8 402.13=15675N（3）卸料力一般情况下，冲裁件从板料切下以后受弹性变形及收缩影响。会使落料件梗塞在凹模内，而冲裁后剩下的板料则箍紧在凸模上。从凸模上将冲件或废料卸下来所需的力称卸料力。影响这个力的因素较多，主要有材料力学性能、模具间隙、材料厚度、零件形状尺寸以及润滑情况等。所以要精确地计算这些力是困难的，一般用下列经验公式计算：卸料力 3.10FK1卸式中 F 冲裁力(N)顶件力及卸料力系数，其值可查教材表 1-7。 1K这里取 为 0.04。1因此 15NF12803940.卸
37、（4）推件力将卡在凹模中的材料逆着冲裁力方向顶出所需要的力称为推件力。根据书上公式 1-8，则推件力为：3.11FnK2推 N160938405.1推件力系数，其值可查表 1-7，取 为 0.05。2 2K（5）拉深力一般情况下拉深力随凸模行程变化而改变，其变化曲线如图 3.1。从图中可以看出，在拉深开始时，由于凸缘变形区材料的变形不大，冷作硬化也小，所以虽然变形区面积较大，但材料变形抗力与变形区面积相乘所得的拉深力并不大；从初期到中期，材料冷作硬化的增长速度超过了变形区面积减少速度，拉深力逐渐增大，于前中期拉深力达到最高点位置；拉深到中期以后，变形区面积减少的速度超过了冷作硬化增加的速度，于
38、是拉深力逐渐下降。零件拉深完以后，由于还要从凹模中推出，曲线出现延缓下降，这是摩擦力作用的结果，不是拉深变形力。 oFmax拉深力 凸 模 行 程图 3.1 拉深力变化曲线由于影响拉深力的因素比较复杂，按实际受力和变形情况来准确计算拉深力是笔尖困难的。所以，实际生产中通常是以危险断面的拉应力不超过其材料抗拉强度为依据，采用经验公式进行计算。对于带凸缘圆筒形零件的拉深力近似计算公式为：3.12bKdtF拉式中 圆筒形零件的凸模直径（mm）d系数，这里取 116材料的抗拉强度（MPa）b材料厚度t因此 NF1758402701拉（6）压边力压边力的大小对拉深件的质量是有一定影响的，如果过大，就要增
39、加拉深力，因而会使制件拉裂，而压边圈的压力过小就会使工件的边壁或凸缘起皱，所以压边圈的压力必须适当。合适的压边力范围一般应以冲件既不起皱、又使得冲件的侧壁和口部不致产生显著的变薄为原则。压边力的大小和很多因素有关，所以在实际生产中，可以根据近似的经验公式进行计算。(N)3.13qQAF式中 A初始有效压边面积(mm );2单位压边力(MPa),这里经查得 F =2.5q q所以有 NFqQ105.)7310(24.2.2 拉深功的计算拉深所需的功可按下式计算3.1410maxhCPW式中 最大拉深力（N）maxh 拉深深度（mm）W拉深功（Nm）C修正系数，一般取为 C=0.60.8。所以 N
40、m3.1553410878.4.2.3 初选压力机压力机吨位的大小的选择，首先要以冲压工艺所需的变形力为前提。要求设备的名义压力要大于所需的变形力，而且还要有一定的力量储备，以防万一。从提高设备的工作刚度、冲压零件的精度及延长设备的寿命的观点出发，要求设备容量有较大的剩余。因 ，故总冲压力拉落 F173.16拉冲推卸落 FFQ= 1758406120691280394= KN5.应选的压力机公称压力 取为 1.5，则公称压力为：FP6103.17832.因此初选闭式单点压力机 J31630B。4.2.4 计算压力中心本零件为对称几何体,其压力中心就在它的圆心处，不必计算它的压力中心。4.2.5
41、 计算凸、凹模刃口尺寸及公差冲裁件的尺寸精度取决于凸、凹模刃口部分的尺寸。冲裁间隙的合理也要靠凸、凹模刃口部分的尺寸来实现和保证。所以正确确定刃口部分的尺寸是相当重要的。在决定模具刃口尺寸及制造公差时，需考虑以下原则：落料件的尺寸取决于凹模的磨损，冲裁件的尺寸取决于凸模尺寸。考虑到冲裁时凸、凹模的磨损，在设计凸、凹模刃口尺寸时，对基准件刃口尺寸在磨损后变大的，其刃口公称尺寸应取工件尺寸范围内较小的数值。对基准件刃口尺寸在磨损后减少的，其刃口公称尺寸应取工件尺寸范围内较大的数值。这样，在凸模磨损到一定程度的情况下，任能冲出合格的零件。在确定模具刃口制造公差时，要既能保证工件的精度要求，又要保证合
42、理的间隙数值。 采用凸凹模分别加工，凸凹模分别加工是指在凸模与凹模分别按各自图样上标注的尺寸及公差进行加工，冲裁间隙由凸凹模刃口尺寸及公差保证，这样就需要分别计算出凸模和凹模的刃口尺寸及公差，并标注在凸凹模设计图样上，这样加工方法具有互换性，便于成批制造，主要用于简单，规范形状（图形，方法或矩形）的冲件。落料时，因为落料件表面尺寸与凹模刃口尺寸相等或基本一致，应该先确定凹模刃口尺寸，即以凹模刃口尺寸为基准，又因为落料件尺寸会随凹模刃口的磨损而增大，为了保证凹模磨损到一定程度仍能冲出合格零件，故凹模基本尺寸应该取落料件尺寸公差范围内的较小尺寸，落料凸模的基本尺寸则是凹模基本尺寸上减去最小合理间隙
43、。 3.18dXDd0)(3.19min2pCp18式中 落料凸模最大直径（mm）pD落料凹模最大直径（ mm）dD 工件允许最大尺寸（mm） 冲裁工件要求的公差X 系数，为避免多数冲裁件尺寸都偏向于极限尺寸，此处可取X=0.5。对于未标注公差可按 IT14 级计算，根据教材上表 1-3 查得，冲裁模刃口双面间隙： mZZ160.,120.axmin、 凹、凸模制造偏差，这里可以按 IT7 来选取:dp落料刃口最大尺寸计算 6凸模制造公差按 IT8 级精度选取，得落料尺寸 ，查表得m016m4.,03.凹凸 校核间隙： + 条件，但相差不大，可作如下调整： 凸 凹 inaxZ)(4.mi凸=
44、016.)(minaxZ凹4.02则 dXDd)(= 024.15.6=159.5 .0min)(pZdp= 016.216=159.88 0.拉深时，拉深模直径尺寸的确定的原则，与冲裁模刃口尺寸的确定基本相同，19只是具体内容不同，这里不在复述。拉深凸模和凹模的单边间隙 Z=1.1t=2.2mm 计算凸凹模制造公差，按 IT8 级精度选取，由附录表 4 查得，对于拉深尺寸 ， 。m68m046.凹凸 因拉深件注内形尺寸，按凸模进行配作：3.19pdP)5.0(式中 d拉深件内形尺寸：d 凸模尺寸：p拉深件公差，这里按 IT14 级精度选取，查表附录 4，可以 得 =1：即有 =68.5046
45、.)15.68(pd046.拉深凹模则注凸模的基本尺寸,并要求按单面拉深间隙配作：046.)2.(d 046.97冲孔时，对于冲孔 孔， ， 按 IT14 级精度选取，查mm2.凹凸 附表 4 得： 校核间隙： + = ，满足条件，故可以采用1凸 凹 inaxZ凸模与凹模配合加工方法，因数由表 2-21 查得， ，则为：5.0X0)(凸凸 d02.15.6）（m02.凹凹 0in)(ZXd2.1.5.6）（02.m5 模具的结构设计5.1 模具结构形式的选择205.1.1 模架的选用采用落料、拉深、冲孔复合模，首先要考虑落料凸模（兼拉深凹模）的壁厚是否过薄。本次设计中凸凹模的最小壁厚为 ，满足
46、钢材最小壁厚m9.4的要求能够保证足够的强度，故采用复合模。mta4.2.12模具采用倒装式。模座下的缓冲器兼作压边与顶件，另外还设有弹性卸料装置的弹性顶件装置。这种结构的优点是操作方便，出件畅通无阻，生产效率高，缺点是弹性卸料板使模具的结构变复杂,要简化可以采用刚性卸料板，其缺点是拉深件留在刚性卸料板中不易取出，带来操作上的不便，结合本次设计综合考虑，采用弹性卸料板。从生产量和方便操作以及具体规格方面考虑，选择后则导柱模架，由凹模外形尺寸 ， （GB/T2851.5 1990）在按其标准选择具体结构尺寸如下205上模板 HT25045283下模板 ZG4500导 柱 20 钢 19导 套 2
47、0 钢凸缘模柄 Q235 856模具闭合高度 MAX 245mm MIN 200mm5.1.2 模具的闭合高度所谓的模具的闭合高度 H 是指模具在最低工作位置时，上下模座之间的距离，它应与压力机的装模高度相适应。模具的实际闭合高度，一般为：4.1冲 头 进 入 凹 模 深 度下 模 板 厚 度凹 模 垫 板 厚 度 凹 模 厚 度冲 头 长 度垫 板 厚 度上 模 板 厚 度模 H该副模具使用上垫板厚度为 10mm，凹模固定板厚度为 12mm。如果冲头（凸凹模）的长度设计为 110mm，凹模（落料凹模）设计为 70mm，则闭合高度为：m240-5671045模5.2 模具工作部分尺寸计算5.2.1 落料凹模落料凹模
