理光打印机支架级进模设计

理光打印机支架级进模设计1级进模简介级进模，又称为多工位级进模、连续模、跳步模、顺送模，他是在一副模具内，按所加工的零件分为若干个等距离的工位，在每个工位上设置一个或几个基本冲压工序，来完成冲压工件某部分的加工。被加工材料，事先加工成一定宽度的条料，采用某种送进方式，每次送进一个步距。经过逐个工位冲制后，便得到一个完整的冲压工件。在一副级进模中，可以连续完成冲裁、弯曲、拉伸、成形等工序。一般来说，无论冲压零件形状怎样复杂冲压工序怎样多，均可用一副级进模冲制完成。用于级进模具的材料，都是长条状的板料。材料较厚、生产批量较小时，可以剪成条料；生产批量大时，应选择卷料。卷料可以、自动送料，自动收料，可使用高速冲床自动冲压。级进模具对材料的厚度和宽度都有严格的要求。宽度过大条料不能进入模具的导料板或通行不畅；宽度过小则影响定位精度，还容易损坏、凸模等零件。级进模具在冲压过程中，压力机每次行程完成一个或几个工件的冲压。条料要及时向前送进一个步距，称为送料。送料的方法可分为三种：（1）手工送料。常用于生产批量不大、材料较厚、工件较大时的送料。（2）自动送料器送料。所用的材料，一般是成卷的条料。自动送料装置由放料架、（放在距冲床1-3米的地方，装有电动机，按照材料消耗的速度，自动间断的向外送料）、气动送料器（装在级进模具条料入口处，由压缩空气驱动，向模具送料。气动送料器有标准的产品可供选用，其送料精度相当高，在模具中一般只需要加导正销导正，不必要再设定距装置）、收料架（或卷料架。如果冲压的工件不脱离条料，可以用其收卷起来供进一步加工使用。往往冲床冲压后，条料已经分为工件和废料，就不用收料架了）等三部分组成。（3）在模具上附设自制的送料装置。常用斜楔、小滑块驱动,在级进模中应用较少。使用级进模通常是连续冲压，故要求冲床应有足够的刚性及与模具相适应的精度。级进模具具有以下特点：（1）冲压生产效率高在一副级进模内，可以包括冲裁、弯曲、成形、拉深等多道工序，故用一台冲床可完成从板料到成品的各种冲压过程，从而免去了用单工序模具的周转和每次冲压的定位工作，提高了劳动生产率和设备利用率。（2）操作安全简单级进模具冲压时操作者不必将手伸入模具的危险区域。对大量生产还采用自动送料机构，模具内装有安全检测装置。便于实现机械化和自动化。（3）模具寿命长复杂内形或外形可分解为简单的凸模和凹模外形，分段逐次冲压，工序可分散到若干个工位，同时还可设置空工位，从而改变了凹、凸模受力状态，提高模具强度，延长模具寿命。（4）产品质量高；（5）生产成本低；（6）设计和制造难度大，对经验的依赖性强;表1-1各类冷冲模应用情况模具类型级进模弯曲模冲裁模传递模拉延模其他比例（%）27191817145级进模的功能（1）级进模的基本功能是利用凸模和凹模在板料上施加一定形状和大小的作用力，使材料产生塑性变形，从而使毛坯材料转变为产品零件的能力，即“誉”写出产品外形的能力。例如，冲裁是冲裁模的基本功能，而使毛坯凸缘材料收缩为杯形件拉深模的基本功能。实现级进基本功能的零件称为模具的工作零件。（2）级进模辅助功能是为支持完成基本功能所必备的功能，即“后勤”保障功能，主要包括：1）模具零件紧固和定位功能；2）模具导向功能；3）上料、出件和卸料功能；4）板料、工序件定位功能；5）模具刚性和安全保障。级进模的构成模具的功能与结构是统一的，功能只有通过一定的结构来实现，而模具的基本结构必须以满足功能需要为前提。根据级进模的功能，其基本构成要素可划分为工作单元、卸料单元、导向单元、定位单元、安装单元和紧固单元。表1-2级进模的构成结构单元典型零件工作单元凸模、凹模、凸凹模卸料单元卸料板、卸料螺钉、卸料弹簧导向单模架、导柱、导套、导板定位单元导料板、侧刃、挡料销、侧压、导正销安装单元模座、模柄紧固单元固定板、螺钉、援助销2制件成形工艺分析本设计中的冲压制件是理光打印机的一个支架零件。冲压件制件的图档由客户提供，如图2-1所I?tin图2-1零件图零件外形尺寸：长：57.0mm;宽：29.81mm；高22.5mm材料：耐指纹镀锌刚带SECC底板材质为SPCQ195;材料厚度：1.2mm钢板厚度极限偏差为士0.11mm。冲压产量：1.5万件/月；由制件零件图可知：制件的外形不规则，需要经过多次冲裁才能完成加工，制件有两个向上的L折弯和三个向下L折弯、一个向下翻孔和两个向上翻孔以及两个冲凸包；经过总体分析，此零件须采用切废料的排样方法。通过对零件的初步分析可知，要完成该制件的生产，需要经过以下工艺：冲孔、翻孔、冲凸包、弯曲、落料等工序。制件的厚度为1.2mm,属于薄材料类冲裁，选用卷料；冲压件的材料客户要求SECC底板材料SPCCgP我国的Q193另外，在设计中还应该考虑到材料的冲裁工艺性，以及其纤维方向的特性。在制件图技术要求中我们可以知道：客户对模具的材料有严格要求，要求用环保材料，模具材料中不能够含有对自然环境有严重污染的金属元素，必须满足ISO14001及ISO9002要求。由模具设计手册可以知道：制件在冲裁外形时要求两个相交边尽量避免锐角，严禁尖角，圆角半径R0.25t,冲裁件的凸出或凹入不宜太小，应避免长悬臂和窄臂和窄槽，要求悬臂和槽长L与其宽度B应有一定的比列。钢板时，B(1.3至1.5)t,有色金属板时，B(0.75至0.8)t,L3B。冲裁孔与孔之间、孔与冲件边缘之间的壁厚不应太小，否则会影响凹模强度、寿命和冲件质量。通过对制件零件图分析，可知其满足以上要求。由于制件材料是低碳钢，具有良好的弯曲工艺性，在设计中应该考虑到其纤维方向，以利于模具的设计与制造，弯曲时折弯线的方向不能够与带料的纤维方向一致，应该垂直带料的纤维方向或者与其纤维方向成一定的角度，最好的角度为成45度；弯曲件的弯曲半径不应过小或过大，如果弯曲半径过小，容易被弯裂；若弯曲半径过大，因受到回弹影响，弯曲成形角度和圆角半径的精度均不容易得到保证；同时，在设计中还应该考虑到弯曲件直边高度不宜太短，即使弯曲半径R=0时，也要使最小直边长度大于1.3T,一般弯曲件直边高度H大于2T。由制件零件图资料可以知道：制件弯曲工艺满足以上要求。由于制件属于薄材料冲压加工，带料的厚度为1.2mm,在零件图的要求中，四个折弯部位的内折弯角为R=0,对于这种弯曲，可以将弯曲凸模或凹模设计成小凸台的形式，破坏折弯处的变形方式，俗称压破坏线，以此达到内弯曲角为零的要求。冲压制件的产量为1.5万件/月，属于大批量生产；制件外观的最大长度为53mm宽度为27mm属小型制件，由于其形状较复杂，生产效率要求高，因此采用生产效率高的级进模来完成此制件的冲压生产。3制件的排样排样是模具设计的核心部分，是级进模设计的重要依据。条料排样图的设计可以确定以下内容：第一，模具的工位数和各工位的工序内容；被冲制工件各工序的安排及先后顺序；工件的排列方式；模具的步距、条料的宽度和材料的利用率；导料的方式、弹顶器的设置和导正销的安排；基本确定模具结构。排样图设计的好坏，对模具设计影响很大，因此要设计出多种方案进行比较，以选出最合理的方案。冲压模具设计中，在进行排样设计之前，首先需要对制件图进行展开，其过程如下。3.1制件的展开有如图3.1.1展开原理材料在弯曲时，一边压缩变形，另外一边会拉伸变形，但在材料弯曲过程中,一层不发生压缩和拉伸变形，其长度在整个弯曲过程中不发生变化，叫做中性层。中性层示意图3-1所示，中性层长度等于制件的展开长度。图3-1中性层位置展开方法：(1) 确定展开基准面，设计中以主视图为其基准面。(2) 以折弯线内侧线为基准，计算折弯部分的补偿尺寸。弯曲展开的注意事项：(1) 折弯的形式不同，弯曲的系数也就不同。(2) 同样的形式，材料不同，弯曲系数也不同。(3) 折弯角度和R值变化，则计算方法也发生变化。在此制件图中，客户所要求的弯曲内半径为r=0,即直角折弯，根据理论和生产实际经验,料厚t1.5mnfl寸中性层位置系数取k=0.281.5t3mm时k取0.3在此设计中t=1.2mm故中性层位移系数取k=0.28中性层位置r=kt=0.281.2=0.34mm补偿尺寸c=0.343.14/20.54mm图3-2制件展开图3.1.2尺寸公差确定原则由于冲裁时，凸凹模零件要与冲压工件或废料发生摩擦，凸模越磨越小，凹模越磨越大，结果使得凸凹模间隙越来越大。因此设计标准规定：(1) 落料制件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时孔的尺寸由凸模尺寸决定；考虑到冲裁中的凸凹模的磨损，产品外形(落料)的基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较小尺寸；孔(冲孔)的基本尺寸则应取工件孔的尺寸公差范围内的较大尺寸。这样，在凸凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格零件；(2) 对于公差含有正负号的，基本尺寸应取其公称尺寸。3.1.3目标值的选取冲压件零件各部分的作用不同，其在精度和工艺等方面的要求也不同，设计中根据冲压件零件图的公差确定目标值。根据实际制作，制件目标值的选取原则如下：冲圆孔、异形孔目标值的确定原则：孔在冲裁时，冲头易磨损，加工过程中越来越小，为此孔(包括圆孔，异形孔)的尺寸目标值取其公差偏上限，此情况下的目标值1=基本尺寸L1+(1/2倍公差的上偏差值)+0.05mm至0.1mm的余量。外形尺寸的确定：外形在成型中，因凹模在冲裁过程中由于摩擦方面的原因，其外形会逐渐变大，为了保证冲压制件的精度，延长模具的使用寿命，提高其的经济性，其目标值的确定时在误差范围内应该尽量取下限值，在此情况下的目标值的取法为：目标值1=基本尺寸L1-(1/2下偏差)在现场设计中，当客户对制件的外形尺寸上要求不是很严格时，对于无公差要求的外形尺寸其目标值取为其基本尺寸即可以满足设计要求。为了方便叙述和在设计中思路清晰，首先将制件各部分进行分区，冲压件分区图如图3-3所示：图3-3制件冲裁部位冲孔B刃口尺寸：Cb(Cmin0.75)0一4(30.750.04)0坐3.0300.01Cb1(Cmin0.75)0一4(50.750.04)0些45.0300.01冲孔C刃口尺寸：Cc(Cmin0.75)0一4(30.750.04)。些3.0300.01冲孔E刃口尺寸：Ce(Cmin0.75)0_4(2.010.750.05)0.05NW冲切边L刃口尺寸：C|(Cmin0.75)0一4(140.750.05)“如咒外Cl1(Cmin0.75)0一(8.50.750.03)蛭443.1.4制件的展开制件的展开过程：(1) 确定展开基准面，设计中以主视图为其基准面。(2) 以折弯线内侧线为基准，计算折弯部分的补偿尺寸。补偿尺寸c=0.54mm。(3) 对弯曲面进行拉伸，由上面的计算得到设计中拉伸量为0.54mm得其展开图，如图3-2所示。3.2制件成形工艺设计及工位确定由制件的结构形状可以知道，要冲压出该制件需要的经过的基本工序为：冲孔、翻孔、冲凸包、弯曲、落料等工艺过程。经过分析，得出最佳成型工艺方案为：冲裁导正孔冲翻孔预冲孔A区，冲翻孔预冲孔F区，冲裁工艺孔H、I区翻孔A区和冲裁外形G区冲冲凸包D区、翻孔F区、冲裁外形J区冲裁外形K区、冲裁外形N区向下折弯R处向上折弯S处冲裁外形M区向下折弯T处冲裁外形L区冲裁外形P区向下折弯U处、向上折弯V处105度向上折弯V处成直角冲孔gGE区落料Q取经分析可知：方案具有模具结构比较简单，易加工，制造周期短，制件的弯曲精度，平面度，尺寸、外观形状等容易得到保证，在设计中设置空工位即有利于调节又有利于产品的变更时模具的改进设计优点。确定个各工位的内容：由上面工艺过程分析，可以设计出级进模各冲压工位的冲裁内容。根据工艺分析将各工位的冲裁内容设计如下：工位一设计为：冲裁导正孔；工位二设计为：冲翻孔预冲孔A区，冲翻孔预冲孔F区，冲裁工艺孔TI区；工位三设计为：翻孔A区和冲裁外形G区；工位四设计为：冲冲凸包D区、翻孔F区、冲裁外形J区；工位五设计为：冲裁外形K区、冲裁外形N区；工位六设计为：向下折弯R处；工位七设计为：向上折弯S处；工位八设计为：冲裁外形M区；工位九设计为：向下折弯T处；工位十设计为：冲裁外形L区；工位十一设计为：冲裁外形P区；工位十二设计为：向下折弯U处、向上折弯V处105度；工位十三设计为：向上折弯V处成直角；工位十四设计为：冲孔BC、E区;工位十五设计为：落料Q处取件。3.3制件的排样在冲压件的成本中，材料的费用占60姆上，因此材料的经济利用有非常重要的意义。冲压件在材料或板料上的布置方法称为排样。衡量排样经济性的指标是材料的利用率。不合理的排样方式会浪费材料，并且还可能影响到制件的质量，影响模具的结构设计的合理性；影响模具的使用寿命，制件的生产效率和模具的成本等技术、经济指标等。排样的常用方法有：有废料排样法；少废料排样法；无废料排样法。设计中由于制件的外形比较复杂，采用裁搭边法，将制件的加工通过分次裁切来完成。分次排样法设计加工出来的具有制件精度高，便于模具凹模、凸模的排布等优点。制件的排样的具体过程如下。3.3.1制件的排样方法制件的排样方法为：可制作冲压件展开毛坯样板（3至5个），在图面上反复试排，综合考虑材料利用率，带料纤维性等因素，确定初步方案，再在AUTOCA改件中对制件展开图进行排布，在初步的排样图中按照冲压工序设计的基本原则，进行冲裁工位设计。在排样图的开始端一般安排冲孔、切废料等分离工位，再向另外一端依次安排成形工位，最后安排制件和载体的分离工位。在安排工位时，要尽量避免冲小半孔，以防凸模因受力不均而折断。3.3.2制件的排样原则(1)第一工位一般安排冲孔和冲工艺导正孔，第二工位设置导正销对带料导正，在以后的工位中，视其工位数和易发生窜动的工位设置导正销，也可以在以后的工位中每隔2至3个工位设置导正销，本设计制件的精度要求较高，为了保证制件的精度，每一个工位均设计导正销。第三工位根据带料的定位精度，可以设置步距的误送检测装置。结合排样图，考虑到模具的整体布局，在第七工位设置步距的误送检测装置。(2) 冲压件上孔数较多，且孔的位置相隔太近时，可以分布在不同的工位上冲出，但孔的位置不能因后续成形工序而影响变形。对位置要求高的多孔，应考虑同步冲出。(3) 为提高凹模镶块、卸料板和固定板的强度，便于产品的变更和保证各成形零件安装位置不发生干涉，可在排样中设置空工位。其数量根据模具的结构要求设定。(4) 为了提高材料利用率，在不影响制件使用性能指标的前提下，可以适当的改变制件的形状。(5) 排样时应考虑使设计出来的模具使用方便，劳动强度小且安全。(6) 模具结构应该尽量简单。(7) 保证制件质量和制件对条料纤维方向的要求。3.3.3载体设计载体是指连续模冲压时，条料内连接工序件并运载其稳定前进的这部分材料。从保证载体强度出发，载体宽度远远大于搭边宽度。但条料载体强度的强弱，并不能单纯靠增加载体宽度来保证，重要的是要合理地选择载体形式。由于被加工件的形状和工序的要求不同，其载体的形式是各不相同的。载体形式主要有双侧载体、单侧载体和中间载体这三种。双侧载体是在条料的两侧设计载体，被加工的零件连接在两侧载体的中间。支架工件符合选用双侧载体的条件应该选择等宽双侧载体。属于冲裁弯曲级进模，应先冲切掉孔和弯曲部分的外形余料，再进行弯曲，最后再冲靠近弯曲部分的孔和侧壁孔。最后分离冲下工件。3.3.4搭边值的确定排样时制件与制件之间以及制件与侧边之间留下的工艺材料，叫做搭边。其作用是补偿定位误差，保证条料强度，以保证在冲裁过程中带料的送料顺畅。搭边应选择适当，过大会造成材料的浪费，过小不利于制件的成形，或者冲裁不出合格的制件。搭边值的大小通常是由经验所确定的。查中国模具设计大典：材料厚度t12mm侧搭边值a=2.5mm间隙搭边值al=2mm因为在级进摸设计中料带要设计有载体，并且载体的宽度远远大于搭边值宽度，由于载体的存在，以及考虑到模具制造，凸模强度等多种因素，搭边值将大大的增加，搭边值的确定如下：间隙搭边值：间隙搭边是指相邻两个制件之间的间隙，因为材料厚度为t=1.2mm,按理间隙搭边值a1=2mm由于冲裁工步较多而且间隙搭边不能一次冲裁掉即分多次冲裁，为了使零件达到客户要求的精度和异形凸模方便制造和满足其强度要求，以及凹模及其垫板等的加工，确定得到水平间隙搭边值为a1=9.5mm侧搭边值的确定：侧搭边是指在级进模中将每个产品沿料宽方向连接起来的部分叫侧搭边。按理论料厚t=1.2侧搭边值a=2.5mm特殊情况下，为了是料带在送进过程中具有好的强度，为了保证带料在冲裁过程中送料的顺畅性，导正孔中心到料带边缘的距离值取6.5mm即可以满足强度要求。3.3.5排样的步骤(1)由制件的外观形状和制件材料的特点，将设计的排样方式设计为斜排方式。用纸做出制件的展开样品，进行试排，经过比较将制件的排样图确定为排样图所示的排样方式，在AUTOCAD件中确定其中心与水平线的角度，经过计算比较可知当其与水平线成40度角时，材料的利用率最高；且由于带料是低碳钢材料，与水平线成40度角刚好满足不锈钢材料纤维方向的要求，同时经比较，这样的排样方式也有利于模具的设计。料带宽度：零件展开40度排样宽度：Dmax=80.26mm导正孔之间距离s=82mm料带宽度Bs26.5=95mm其中导正孔半径设计为？=5mm为了便于加工个导正，导正孔与导正销之间的间隙取c=0.03mm得到导正孔半径为？=5.03mm得到冲孔边缘与料带边缘距离为l=3.99mm步矩的确定：间隙搭边值的确定通常是根据经验确定，在不影响产品质量情况下尽量取小些。在本设计中，考虑到模具制造和强度方面因素，制件之间的搭边距离按以上分析取为9.5mm,贝U：步距S=件的排样同一水平宽度+9.5=31.5+2=41mm步距精度的计算参考冲压工艺与模具8.4.3节，多工位级进模步距精度一般按如下经验公式进行估算：_b23nK式中一一步距公差；b沿送料方向毛坯轮廓尺寸的精度提高三级后的公差值，零件未注公差尺寸为一般尺寸，通常取为IT12级，查标准公差值，提高三级后公差值为0.12n级进模工位数，设计中工位数为15;K修正系数如下表所示。表3-1冲裁双面间隙值双面冲裁0.010.030.030.050.050.080.080.120.120.150.150.180.180.20间隙ZK值0.850.900.951.001.031.060.10bK23.nK0.12/10.004mm2315接刀点的确定：制件完整外形的形成需要经过分段切除才能完接成，各分段点即为制件的接刀点。由冲压工位的确定，可知设计中共有10个接刀点，其中3个接刀点为直线型接刀，7个接刀点为圆角接刀，为了避免制件在冲裁过程中产生毛刺，带料等不良现象，将接刀点设计为如图3-5所示形状，各接刀点的位置如图3-4所示。相关数据如下表所示：图3-4制件接刀点位置在此设计中，由于零件精度要求较高，为了达到客户的要求，同时能够满足实际生产工艺，部分数据可以适当的缩放，在此设计中，接刀位的尺寸设计如图3-5所示：直线接刀圆角接刀图3-5接刀示意图凹模、凸模刃口形状的确定：由制件展开图可以知道，要完成制件的加工，需要将带料上的废料冲裁掉，各工位冲裁掉废料的外观形状即为凹模、凸模的刃口形状；对于冲孔凸模，展开图中所取的目标值即为凸模刃口的形状尺寸。对于制件外观形状不规则部分的成形，其成形凸模、凹模叫做异形凸模或者异形凹模。异形凹模或凸模的刃口形状没有固定的设计标准，在满足制件外形的情况下刃口形状可以自己确定，但必须考虑以下条件：查中国模具设计大典，当料厚为1.2mm时，异形凹模、凸模的最小宽度应该大于3.2mm；在设计中，通常确定最小尺寸的方法是，异形凸模最小宽度Bmin=3.06.0mm(0.8mmKT1.6mm)=2.54.0mm(0.4mmKT0.6mm)=1.52.5mm(0.2mmKT0.3mm)形状应该力求简单，以利于材料的合理利用，同时要避免细长悬臂结构；转角处要尽量避免尖角，尖角处应该用圆弧连接，以起到避免尖角处因应力集中而使冲模裂开的危险。对于此设计中的材料，其最小圆角半径的选取标准为：落料部分：当圆弧角大于或等于90度时，最小圆角半径=0.25T;当圆弧角小于90度时，最小圆角半径=0.5T;冲孔部分：当圆弧角大于或等于90度时，最小圆角半径=0.30T;当圆弧角小于90度时，最小圆角半径=0.6To各凹模和凸模的刃口形状如AUTOCADH勺排样图档所示。(2) 带料的定位方式：参照模具设计标准和与生产实际的结合，对于卷料的定位方式，选用托料钉粗定位，导正销精确定位相结合的定位方式。托料钉在排样图中分布的相关参数标准为：第一个托料钉到模板边缘的距离必须为0.5的倍数，取值范围为：20mrA5mm在设计中将其确定为D=18mm其余的托料钉的分布根据排样图来排布，在不和其他零件发生干涉的情况下，托料钉的分布应该尽量均匀，以利于保证带料在冲裁时送料的顺畅。为了保证加工精度，其必须满足相互之间的距离为0.5的倍数要求，在次设计中，制件的制造精度要求比较严格，同时制件在料带的纵向尺寸比较大，且料带较长、送进步距较大，为了使送料顺畅，不发生阻滞现象和在送进过程中料带浮起以及在初次送料时方便，料带双边的第一个托料销设计成长方形，在长度方向的尺寸为25mm可使料带在此导滑槽内得到更好的指引方向和方便操作人员送料。表3-2导料浮顶销系列尺寸D2.53.54.5689101214d11.52.54567810表3-3导正销直径t/mm导正销直径备注0.5D=dp-0.035t步距精度有严格要求0.7D=dp-0.02t步距精度有严格要求注：dp为冲导正孔凸模直径（mm导正销与托料钉之间的距离必须为0.5的倍数，相互之间不发生干涉，两相邻导正销之间的距离为一个步距，设计中为41mm在此处应配置一个排样图以上就完成了整个制件的排样设计。4力的计算和冲裁间隙的确定4.1力的计算4.1.1冲裁力的计算计算冲裁力的目的是为了选择合适的压力机，设计和检验模具的强度。压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁工艺的需求。冲裁力的计算公式为：F冲裁KLtb上式中各字母的含义分别为：F冲裁一一冲裁力（N）b材料的抗剪强度（MPa）;L冲裁周边的总长（mm）;t材料的厚度（mm）;K表示安全系数，K是考虑到冲裁模具刃口的磨损，凸模、凹模间隙之间波动，润滑情况，材料力学性能与公差的变化等因素而设置的安全系数，一般取1.3。通过查阅模具设计手册可以知道：普通碳素结构钢Q195材料的抗剪强度b=300MPa。在AUTOCAD软件打开排样图，输入“area”命令，分别选中各冲裁刃口外形，即可以计算出冲裁件的周边长度和切废料部分的周边长度，相关计算数据如下下表所示:表4-1冲裁力冲压部位冲裁周边长度L/mm所须冲压力F/N2个导正钉孔？5.03mm31.614788A区3个预冲孔？1.2mm11.35288B区冲长圆孔13.56318C区？3.039.54446E区？6.42995F区预冲孔?1.2mm3.81778G区切边冲裁83.238937H区冲工艺孔13.66364I区切边冲裁42.820030序表4-1J区切边冲裁6429952K区切边冲裁23.711091L区切边冲裁40.218813M区切边冲裁6229016N区切边冲裁23.711091P区切边冲裁94.244085Q区切边冲裁55.626020总冲裁i力2710114.1.2弯曲力的计算弯曲力的计算：影响弯曲力的因素很多，如材料的性能，零件外形，弯曲方法，模具结构等。用理论公式计算不但复杂，而且不一定正确，因此，通常选用经验公式对其进行计算。设计中有5个90度的L曲，均属于自由弯曲中的U形弯曲，设计中弯曲力的计算公式为：F弯曲20.7kbtbF弯曲弯曲力（ND;k安全系数，在设计中取1.3;b弯曲部分的宽度（mm）;r弯曲件内弯曲半径（mm）在此设计中，有4个弯曲处的内弯曲半径为r=0,另外一个弯曲处的内弯曲半径为r=4mm。b材料的抗拉强度，制件的材料是普通碳素结构钢Q195材料，查阅相关手册可以知道其抗拉强度为400MPa。则设计中弯曲力的计算数据如下表所示：表4-2弯曲力弯曲部位弯曲部位宽度内弯曲半径所须弯曲力R处弯曲4.302704序表4-2S处弯曲4.202641T处弯曲12.705547U处弯曲14.546333V处弯曲14.206202总弯曲力234274.1.3冲凸包力冲凸包力的计算：如冲裁力的影响因素一样，影响冲凸包力的因素很多，如材料的性能，零件外形，凸包深度，模具结构等，设计中冲凸包力的计算公式为：F凸包LtsKF凸包一一冲凸包力(N);L凸包周长(mm);s零件材料的屈服强度(195MPa);K系数，取1.3;通过计算的力是沿周长将板料冲达屈服点所须的力。由上式计算得到的冲凸包力为：F凸包LtsK=9.4X1.2X195X1.3=2859(N)在此设计中需要同时完成两个凸包的冲压成型，因此，所需要的冲压力为以上结果的两倍，即总冲凸包力为F凸包2X2895=5790(N)4.1.4翻孔力的计算圆孔翻边是把平板上或是空心件上预先打好的孔(或预先不打孔)扩大成带有竖立边缘而使孔径增大的一种冲压成型工艺过程。设计零件的翻孔是作为攻螺纹的底孔，要求翻边零件竖立边缘与平面之间的圆角半径为r=(0.5-1)t取0.5(1) 翻边的高度零件上要求要有H=2.2mm预冲孔直径d0D2(H0.43r0.72t)=3.52(2.20.430.50.721.2)=1.2mm圆孔翻边时的翻边系数：在圆孔翻边过程中，其变形程度取决于毛坯上孔的直径d和工件d。D孔径D之比，通常用翻边系数K来表示，即：K式中K翻边系数；d0翻边前毛坯上孔的直径；D翻边后工件的孔径(按中线计)翻边系数愈小，变形程度愈大，竖立边缘面临破裂的危险也就愈大。由于圆孔翻边时变形区内金属在切向拉应力的作用下产生的是切向的伸长变形，所以极限翻边系数主要取决于毛坯金属材料的塑性。圆孔翻边时毛坯变形区内在半径方向上各点的伸长变形的数值是不同的，最大的伸长变形发生在毛坯孔的边缘，所以在翻边时应保证毛坯孔边缘部位上金属的伸长变形要小于材料塑性所允许的极限值(即在孔的边缘不致产生裂纹的极限情况)，称为极限翻孔系数，用kmin表示。低碳钢的极限翻孔系数如下表所示：表4-3极限翻孔系数d=1.2mm,比值d/t凸模形式100503520151086.5531球形凸模0.70.60.520.450.40.360.330.310.30.350.20.750.650.570.520.480.450.440.430.420.42圆柱形凸0.80.70.60.50.450.420.40.370.350.30.25模0.850.750.650.60.550.520.50.50.480.47在此设计中,D=3.5mm1.21.23.50.34满足极限翻孔要求（6）翻孔力的计算：翻孔力的计算采用以下公式:F翻孔1.1t(Dd=1.1X3.14X1.2X(3.5-1.2)X400=3813N式中：F翻孔一一翻孔力（N）;b材料的抗拉强度（MPa）;d0毛坯预冲孔直径（mm）；t板料的厚度（mm）;D翻边直径（mm）。因此，总的翻孔力为F=3X3813=11439N4.1.5卸料力、推料力、顶件力的计算影响卸料力、推料力和顶件力的因素很多，要精确的计算是困难的，在实际生产中常用经验公式进行计算：卸料力FXKXFXX推料力FtnKTF顶件力FdKdF式中F冲裁力（N）；n同时梗塞在凹模内的工件（或废料）数；n=h/th凹模洞口的直壁高度（mm）;t材料厚度（mm）;Kx、Kt、Kd卸料力、推料力、顶件力系数，料厚为1.2mm的钢板材料，各系数见卜表：表4-4卸料力、推料力、顶件力系数Kx、Kt、Kd料厚t/mmKxKtKd1.20.050.0550.06得到力的计算为：卸料力：FxKxF=0.05X271011=13550N推料力：FtnKTF=3X0.055X271011=14905N顶件力：FdKdF=0.06X271011=16260N因此，此设计中所需要的总的冲压力为以上五项数据的总和：F总=冲裁力+弯曲力+冲凸包力+翻孔力+卸料力+推件力+顶件力=271011+23427+5790+11439+13550+14905+16260=408492NQ408.5KN4.1.6冲压设备的选取1、设备类型的选择设备类型的选择要依据冲压件的生产批量、工艺方法与性质及冲压件的尺寸、形状与精度等要求来进行。(1) .根据冲压件的大小进行选择，该工件属于小型件，有一定的精度和刚度，工序有分离及成形，适合于选用开式机械压力机；(2) .根据冲压件的生产批量选择，该工件属于大批量生产，选用开式机械压力机也适合；(3) .考虑精度与刚度在选用设备类型时，还应充分注意到设备的精度与刚度。压力机的刚度是由床身刚度、传动刚度和导向刚度三部分组成，如果刚度较差，负载终了和卸载时模具间隙会发生很大变化，影响冲压件的精度和模具寿命。模具的精度也有类似的问题。尤其是在进行校正弯曲、校形及整修这类工艺时更应选择刚度与精度较高的压力机。在这种情况下，板料的规格(如料厚波动)应该控制更严，否则，因设备过大的刚度和过高的精度反而容易造成模具或设备的超负荷损坏；(4) 考虑生产现场的实际可能；(5) 考虑技术上的先进性。2.设备规格的选择设备规格的选择应根据冲压件的形状大小、模具尺寸及工艺变形力等进行。从模具往设备上安装并能开始工作的顺序来考虑，其设备规格的主要参数有以下几个。(1) .行程压力机行程的大小，应该保证坯料的方便放进与零件的方便取出。.装配模具的相关尺寸压力机的工作台面尺寸应大于模具的平面尺寸(一般是模具底板)，还应有模具安装与固定的余地，但过大的余地对工作台的受力不利；工作台面中间孔的尺寸要保证漏料或顺利安放模具顶出料装置；大吨位压力机滑块上应加工出T形槽(与压力机工作台板一样)，用于固定模具，而一般开式压力机滑块上有模柄孔尺寸(直径X高度)，为两件哈夫式夹紧模柄用。闭合高度冲床的闭合高度是指滑块处于下死点时，滑块下平面至工作台上平面间的开挡空间尺寸。这个高度即为冲压操作(主要是装卸模具)的空间高度尺寸。显然，冲床的闭合高度要与模具的闭合高度相适应。冲床的最大闭合高度要大于模具的闭合高度，最小闭合高度又要小于模具的闭合高度。设备吨位设备吨位大小的选择，首先要以冲压加工工艺所需要的变形力为前提。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。例如，某道冲压工序的工艺变形力为Fmax，那么，选择的设备吨位一般为1.3Fmax。从提高设备的工作刚度、冲压件的精度及延长设备的寿命之观点出发，要求设备容量有较大剩余。上述设备吨位的选择原则，对于冲裁、弯曲等工序的实现已经不存在什么问题了。所选用的支架工件没有拉深因此不用再考虑压力机的许用力一一行程曲线。初选压力机：选630KN开式压力机，压力机的技术参数查中国模具设计大典如下：公称压力：630KN发生公称压力时滑块距下死点距离：8mm滑块行程：120mm行程次数：70次/min最大封闭高度(固定台式)：360mm活动台位置最低:460mm活动台位置最高：220mm封闭高度调节量：90mm滑块中心到床身距离：260mm工作台尺寸：左右：710mm；前后：480mm工作台孔尺寸：左右：340mm,前后：180mm,直径：230mm立柱间距离：340mm活动台压力机滑块中心到床身紧固工作台平面距离：250mm4.1.7压力中心的确定冲压力合力的作用点称为模具的压力中心。模具的压力中心应该通过压力机滑块的中心线。对于有模柄的冲压模具来说，需要使压力中心通过模柄的中心线。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，从而影响制件质量和降低模具寿命甚至损坏模具。在实际生产中，经常出现冲压模具压力中心在冲压过程中发生变化的情况，或者由于冲压件的形状特殊，从模具结构考虑，不宜使压力中心与模柄中心线不相重合的情况，这时，应该注意压力中心的偏移不致超出所选用压力机允许的范围。由于工件的冲裁和弯曲工序比较多，每道工序的外形复杂，可以考虑用解析法进行计算。先分别计算出每一道的压力中心，然后计算出总的压力中心。图4-1冲裁部位与压力中心(1)各工序的压力中心的计算：多凸模冲裁时的压力中心，根据理论力学，对于平衡力系，合力对轴的力矩等于各分力对同轴力矩之和，各工序压力中心的计算公式为：X0L1X1L2X2LiL2LXLNnLiXii1nLii1yoLy1L?y2LnynL1L2LnnLiV、i1nLii1在计算中为了方便计算和测量,各个冲压部位压力中心均以下模板左下角为原点，其中规则几何如圆、折弯的压力中心在其几何中心点上，各个冲压部位的压力中心计算数据如下表所示:表4-5冲裁区压力中心坐标冲压部位冲裁周边长度L/mm所须冲压力F/NX0y。1个导正钉孔？5.03mm15.8739465.5166.22个导正钉孔？5.03mm15.8739488.884A区1预冲孔？1.2mm3.8142990.5160.3A区2预冲孔？1.2mm3.8142998.2150A区3预冲孔？1.2mm3.8142910291.3B区冲长圆孔13.56318582.6150.1C区？3.039.54446588.6142.7E区？26.42995603.8137F区预冲孔？1.2mm3.8177812094.9G区切边冲裁83.238937145.493.3H区冲工艺孔13.66364106.895I区切边冲裁42.82003018897.6J区切边冲裁6429952190.5115.8K区切边冲裁23.711091211.8127.7L区切边冲裁40.218813417.2117.2M区切边冲裁6229016341108.4N区切边冲裁23.711091245.192P区切边冲裁94.244085454.6136.7Q区切边冲裁55.626020647.7162.1表4-6弯曲区压力中心坐标弯曲部位弯曲长度L/mm所须冲压力F/NX0y0R处弯曲4.32704283.595.8S处弯曲4.22641311.895T处弯曲12.75547166.8109.3U处弯曲14.56333523.5127.4V处弯曲14.26202552.5141.7表4-7冲凸包和翻孔区压力中心坐标冲压部位冲裁周边长度L/mm所须冲压力F/NX0y。冲凸包19.42859167.8145.9冲凸包29.42859173139.8翻孔13813131.4159.6翻孔23813139.4150翻孔33813202.594.4XcFiX1F2X2FnXnFiF2FnnExi1nFii1(2)总压力中心的计算总压力中心的计算公式为:739465.5739488.8142990.5142998.214291026318582.67394739414291429142963184446588.62995603.8177812038937145.46364106.8200301884446299517783893763642003029952190.511090211.818813417.22901634111091245.1299521109018813290161109144085454.626020647.72704283.52461311.85547166.86333523.5440852602027042461554763336202552.52859167.828591733813131.43813139.43813202.5620228592859381338133813=396.02y。LyL2y2LnynL1L2LNnLiyii1nLii17394166.27394841429160.31429150142991.36318150.17394739414291429142963184446142.72995137177894.93893793.36364952003097.64446299517783893763642003029952115.811090127.718813117.229016108.41109192299521109018813290161109144085136.726020162.1270495.82461955547109.36333127.4440852602027042461554763336202141.72859145.92859139.83813159.63813150381394.4620228592859381338133813=132.434.2冲裁间隙的确定4.2.1凹模、凸模间隙的确定冲裁模的凸模横断面，一般小于凹模孔，凹模与凸模部分，在垂直冲裁方向的投影尺寸之差，叫做冲裁间隙。冲裁间隙有两种含义：一种是指凹模与凸模间每侧空隙值，称为单面间隙；另外一种指凹模和凸模间两侧间隙之和，称为双面间隙；习惯上常说的间隙是指双面间隙，用符号C表示，单面间隙用Z/2表示。生产实践证明，间隙值的大小，分布均匀与否，对冲裁件的断面质量、尺寸精度、冲裁力和模具寿命有直接的影响。凸模和凹模之间的大小可以分为三种基本情况，即间隙合理，间隙过大，间隙过小三种情况。冲裁间隙的大小对制件断面的影响间隙合理，材料在分离时，凹模和凸模刃口处裂纹重合，冲裁间隙不是一个绝对值，而是一个数值范围，冲裁间隙在此范围内都可以得到冲裁断面较好的制件；间隙过大，凸模和凹模刃口处的裂纹不重合，凸模刃口附近的裂纹在凹模刃口附近裂纹的里边，材料受很大的拉伸，光亮带小，毛刺、塌角及斜度都比较大；间隙过小，裂纹也不重合，凸模刃口附近的裂纹在凹模刃口附近裂纹的外边，两条剪裂纹之间的一部分材料随冲裁的继续又被二次剪切和挤压，在断面上形成第二次光亮带，并在中间出现夹层和毛刺。冲裁间隙对制件尺寸精度的影响落料和冲孔后，因发生弹性恢复，会影响制件的尺寸精度。冲裁间隙小到一定程度时，由于压缩变形弹性恢复，落料件的尺寸会大于凹模尺寸，而冲出的孔小于凸模。间隙大到一定界限时，由于拉伸变形的弹性恢复，落料尺寸会小于凹模的刃口尺寸，而冲出的孔会大于凸模的刃口尺寸。间隙对于冲孔和落料精度的影响规律是不同的，且和材料的纤维方向有关。冲裁间隙对冲裁力和模具寿命的影响间隙大时，冲裁力有一定的程度减小，卸料力和推件力也随之降低。冲裁时，坯料对凹模凸模产生侧压力，并在凸磨与被冲孔之间及凹模与落料件之间均有摩擦力。间隙越小摩擦力和侧压力随之增大。此外，由于在实际的生产中，模具因受到制造误差和装配精度的限制，凸模和凹模不可能绝对的垂直于凹模平面，而间隙的分布也不可能十分均匀。所以，过小的间隙会使凸模和凹模刃口的磨损加剧，使模具的使用寿命下降。而较大的间隙则可以使凸模和凹模侧面与材料间摩擦减小，并且可以减小间隙不均匀的不利影响，从而提高模具的寿命；但间隙过大，坯料弯曲变形相应的增大，使凸模与凹模刃口端面的压应力分布不均匀，容易产生崩刃或塑性变形。因此，过大的刃口间隙对模具的寿命也不利。4.2.2冲裁间隙方向的确定原则冲裁时由于凸模和凹模之间存在间隙，因此落下的料或者冲出的孔均带有锥度，其大端尺寸基本等于凹模尺寸，小端尺寸基本等于凸模尺寸。测量时也是按冲孔的小端和落料的大端作为基准尺寸。由于在生产中，凸模和凹模都要与冲件或废料产生摩擦，凸模会越变越小，凹模会越来越大，基于这一分析，确定冲裁间隙的原则为：落料时因为制件尺寸随凹模尺寸而定，故间隙应该在减小凸模尺寸方向取得；冲孔时由于孔的尺寸随凸模尺寸而定，故间隙应该在增大凹模尺寸的方向上取得。考虑到凸模和凹模的磨损，在设计和制造新模具时，取最小合理间隙。4.2.3确定冲裁间隙的方法常用的冲裁间隙确定方法有理论确定法和经验确定法，在现场模具的设计和生产中通常用经验确定模具的冲裁间隙。经验计算公式为：C=mt式中C合理冲裁间隙(mm);t板料厚度(mm);m系数，与料厚及材料性质有关，m通常为料厚的百分之几。冲裁间隙系数如下表所示，单位：mm表4-8冲裁间隙系数m抗拉强度间隙类别材料b/MpaInm低炭钢08F、10F10、20、Q235-A21040061414202025中炭钢45不锈钢1Cr18Ni9Ti4205607616222230高炭钢T8AT10A65Mn590930162424303036材料Q195的抗剪强度为260320Mpa,其冲裁间隙值可以在上表中参照抗剪强度与之相近的材料的冲裁间隙系数进行选取，同时为了达到客户对零件精度的要求，选取I类间隙，为了使冲裁截面质量较好和在冲孔直径非常小时，部分间隙值还可以值适当的缩小，则凹模和凸模之间的间隙范围为：最小间隙Cmin=mt=6%x1.2=0.072mm;最大间隙Cmax=mt=14%x1.2=0.16mm。通常，在实际生产中，当板料厚度小于3mm时，按经验取间隙系数为6%,贝U凹模和凸模之间的间隙为：C=6%x1.2=0.072mm5模具总体结构和主要零件的设计5.1模具总体结构的确定模具的总体结构的确定：级进模的模架设计为八块模板的形式，用内导柱和外导柱相结合的导向方式，模具的主要结构图如图5-1所示:7C：由/图5-1模具总体结构图在上图级进模具主要结构图中，主要由上模座、固定垫板、凸模固定板、卸料垫板、卸料板、凹模板、凹模垫板、下模座板、垫铁及定位零件、紧固零件、工作零件组成。各模板的固定方式为：用内六角螺钉A固定上模座板、凸模垫板、凸模固定板，；用内六角螺钉B固定卸料垫板、卸料板；用内六角螺钉C固定凹模板、凹模垫板、下模座板；用内六角螺钉D固定下模座板、中间垫铁；用内六角螺钉E固定边垫铁和下装夹板；用内六角螺钉F固定边垫铁和下装夹板。模板的精确定位方式为：用定位销G对上模座板、凸模垫板、凸模固定板进行精确定位；用定位销H对卸料、卸料垫板进行精确定位；用定位销I对凹模板、凹模垫板、下模座板进行精确定位，如图中所示。凹模和凸模镶件的固定方式通常选用内六角紧固螺钉固定，在模具结构比较复杂，结构非常拥挤的时候在实际中多采用挂钩固定的形式，在加工中，挂钩高度通常为3mm，厚度通常为0.5mm即可满足模具要求。为了保证导向精度，采用内导柱和外导柱结合的导向方式，同时为了保证外导柱的导向精度和弥补外导柱导向的不足，使上下模合模时更加精确，延长模具使用寿命，内导柱在设计中设计为可以对卸料板和凹模同时导向的形式。模具在工作中需要加润滑油，有利于保证制件的精度，同时起到延长模具的使用寿命的作用，同时在冲压工程中，按照客户指定使用或自行根据冲压原材料选取何种挥发油或者某种冲压油，这样有利于减少毛刺的产生、吸收冲压过程中的热量、保护制件表面质量和送进的顺利，由于有冲压油在凹模板和卸料板的表面，带料很容易沾在这两块模板上，在上模和下模分开时容易引起制件粘模，引起梗塞甚至发生爆模现象和塑性变形，从而影响制件的质量、出现模具的报废以及工场安全事故的发生，为了防止这些现象的产生，在模具设计时加入顶针结构，如模具总体结构图中所示。在图5-1中，大体反映了此设计的大体结构、布局形式、定位形式、工作形式、也较具体的反映了模具凹模、凸模的固定方式。图5-1在何处5.2模具材料的选取冷冲模材料的选用原则冷冲模材料的选用要根据冲模使用条件进行合理的选材。只有这样，才能保证冲模的质量。若选材不当，即使有很好的热处理，也不能获得优异的性能和高的耐用度。因此，选择材料时，必须尊重下述原则：要选择淬透性良好的材料，这是为了使其在淬火后能获得较均匀的应力状态，以避免开裂或变形，这样能保证热处理后外硬内韧；要选用耐回火性好的材料，由于冷冲模工作时，和被加工材料发生强烈的挤压，尤其是加工不锈钢材料时，会形成很高的温度，这就要求冲模材料本身要具有较高的耐回火性，也就是在一定温度下能保持硬度的