N5汽车前门后视镜支承板级进模设计【全套图纸】 .doc

编号： 毕业设计说明书题 目：N5汽车前门后视镜支承板 级进模设计 院 （系）： 机电工程学院 专 业：机械设计制造及其自动化 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 讲 师 题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发2012年 05月 15 日摘 要模具是制造业的重要工艺基础，在我国，模具制造属于专用设备制造业。中国虽然很早就开始制造模具和使用模具，但长期未形成产业。直到20世纪80年代后期，中国模具工业才驶入发展的快车道。近年，不仅国有模具企业有了很大发展，三资企业、乡镇模具企业的发展也相当迅速。冷冲压模具在现代工业中具有很重要的作用，其在机械制造、电子、电器 等各行各业中都有广泛的应用。用冷冲压加工方法可以得到形状复杂、用其它加工方法难以加工的工件，如薄壳零件等。冷冲压的尺寸精度是由模具保证的，因此，尺寸稳定，互换性好。多工位级进模是在普通级进模的基础上发展起来的精密、高效、高寿命的先进模具。多工位级进模在不同的工位可以连续完成复杂零件的冲裁、弯曲、拉深、翻孔、翻边及其它成形等工序。主要用于生产批量大、材料厚度较薄、形状复杂、精度要求较高的中小型冲压件的生产。本次毕业设计以N5汽车前门后视镜支承板级进模具设计为题，内容包括产品的工艺分析和设计模具的整个冲压模设计的流程。首先，从该产品的特点入手，通过进行工艺分析，确定该制件的加工流程，用一套级进模依次完成冲孔、裁剪、弯曲冲压、冲孔冲裁落料。阐述了本次支承板零件级进模具的整体结构特点及工作过程，应注意的问题和装配工艺性。重点分析了浮动托料导向装置和安全保护装置设计原理与过程。送料装置与安全保护装置的设计是本次毕业设计的难点和创新点，它在未来的模具发展中具有重要的实用性。关键词：后视镜；支承板；级进模；自动化全套图纸，加153893706AbstractThe mold is the manufacturing industry important craft foundation, in our country, the mold manufacture belongs to the special purpose equipment manufacturing industry. China although very already starts to make the mold and the use mold, but long-term has not formed the industry. Straight stabs 20 centuries 80s later periods, the Chinese mold industry only then drives into the development speedway. Recent years, not only the state-owned mold enterprise had the very big development, the three investments enterprise, the villages and towns the mold enterprises development also quite rapid. Cold stamping die has a very important role in modern industry, machinery manufacturing, electronics, appliances and other industries. Cold stamping method can be complex shape, with other processing methods are difficult to process work pieces, such as the shell parts, etc. Cold stamping molds to ensure dimensional accuracy, therefore, dimensional stability, interchangeability.Multi-position into modules are o-level into mode in the developed on the basis of precision, high efficiency, high life-span advanced mold. Multi-position into the mold in different location can continuously complete complex components cutting, bending, deep drawing, the hole flanging, flanging and other forming processes. Mainly for the production of batch big, material is very thin, complex shape, higher accuracy of small and medium-sized stamping production. The graduation project Progressive N5 car front door mirror support plate mold design for the title, including the product of the process analysis and design of mold stamping die design process. First, starting from the features of the product, process analysis, to determine the processing flow of the parts, progressive die with a level in order to complete punching, cutting, bending stamping, punching and blanking. Described the overall structure and working process of the support plate part of the Progressive mold, should be noted that the assembly process. The focus of analysis of the design principles and processes of the floating material holding-oriented devices and safety protection devices. Feeding device and safety protection device design is the difficulty of the graduation project and innovation, it has important practical in the future mold development.Keywords: Rearview mirror ；support plate ；Progressive Die ；Automation目 录引言11 绪论21.1 选题背景及研究意义21.1.1国内外级进模的研究现状31.1.1国内级进模存在的不足41.2 级进模设计的关键技术问题51.3 本文研究目标与应用前景61.4 本文工作的主要内容62 制件工艺性分析及工艺方案的确定82.1 制件的工艺分析82.1.1制件材料的选择82.1.2制件生产方案的确定92.2 制件外形尺寸工艺分析92.2.1支承板制件的结构形状92.2.2支承板制件的工艺分析102.3 制件工艺方案的确定103 制件冲裁工艺的计算与设计123.1 毛坯的计算123.2 排样设计133.2.1材料的经济利用133.2.2排样方法的选择143.2.3工艺切口的确定143.2.4搭边与载体设计143.2.5进距与条料宽度的确定163.2.6条料的选择173.2.7排样设计图173.3 压力机的选择183.3.1冲裁作用力计算193.3.2弯曲总压力计算213.3.3压边力计算213.3.4总冲压力计算223.3.5压力机的选用223.4 模具压力中心的计算233.5 冲裁间隙值的确定243.5.1冲裁间隙对冲压的影响243.5.2间隙值的确定253.6 冲裁凸、凹模刃口尺寸计算253.5.1凸、凹模刃口尺寸计算依据253.5.1凸、凹模刃口尺寸的确定264 制件级进模各零部件的选择与设计294.1 模具零件的分类和标准化294.1.1模具零件的分类294.1.2模具标准化的意义294.2 凸模与凸模组件的结构设计304.2.1凸模结构形式、长度及材料的确定304.2.2凸模承压能力和失稳弯曲极限长度校核314.2.3导正销孔凸模的选择324.2.4工艺切口凸模设计324.2.5裁边凸模设计334.2.6弯曲冲压凸模设计334.2.7冲孔凸模的选择与设计354.3 凹模的结构设计354.3.1凹模洞口形状与外形尺寸的确定354.3.2凹模的固定方法和主要技术要求374.3.3导正销孔凹模与工艺切口凹模的设计374.3.4裁边凹模设计384.3.5冲孔凹模的设计384.4 带料的导正定位394.5 带料的导向和托料装置404.6 安全保护装置434.6.1防止制件或废料的回升或堵塞434.6.2模面制件的清理444.7 其他相关模具零件的设计454.7.1凸模固定板的设计454.7.2垫板的设计464.7.3凹模固定板的设计464.7.4卸料板的设计474.7.5橡胶板的选择与设计474.7.6弹性元件的选择484.8 模架和支撑零件的选择与设计504.8.1模架的选择504.8.2模柄的选择504.8.3定位零件的选择514.8.4紧固零件的选择514.9 级进模总装配图525 模具零件材料的选择及其加工工艺535.1 模具零件材料的选择与热处理535.2 模具主要零件的加工工艺设计535.2.1凸、凹模的加工工艺535.2.2凸模固定板加工工艺卡545.2.3模架的加工工艺556 模具的试冲与调试566.1 冲模试冲与调整的目的566.2 冲模调试的内容与要求566.3 冲模的安装与试冲597 总结与展望627.1 总结627.2 展望62谢 辞63参考文献64 桂林电子科技大学毕业设计（论文） 第 66页 共 64页引言冲压是利用压力机和冲模对材料施加压力，使其分离或产生塑性变形，以获得一定形状和尺寸的制品的一种少、无切削加工工艺。通常该加工方法在常温下进行，主要用于金属板料成型加工，故又称冲压或者板料成型。冲压按其功能和模具结构，有单工序模、复合模和级进模之别。它们在压力机的压力下，将被冲的材料放入凸、凹模之间，在压力机的作用下使材料产生变形或分离，完成冲压工作。冲压技术在机械、航空、汽车、电子、轻工、仪表和家电等工业部门生产中应用十分广泛。级进模是冲压模具的一种，它是在单工序冲压模具基础上发展起来的多工序集成模具。它又称为跳步模、连续模和多工位级进模。被冲材料在模具上沿直线方向送料，在压力机一次行程中，在多个不同工位完成不同的加工工序。级进模在过去，由于技术水平的限制（主要是制造精度的限制），工位相对很少，一般为3至5个工位，10个工位就算很多了，而且也比较少见。近年来由于对冲压自动化、高精度、长寿命提出了更高的要求，模具设计与制造高新技术的应用和进步。多工位级进模的工位数量可以达到几十个，多的以有70多个。多工位级进模作为现代冲压生产的先进模具，它具有冲压生产效率高；操作安全，自动化程度高；冲件质量高；模具寿命长；设计制作难度大，但冲压生产的总成本较低。多工位级进模是当代冲压模具中生产效率最高、最适合大量生产应用，已越来越多地被广大用户认识并使用的一种高效、高速、高质、长寿的先进模具。它的广泛应用，展示了现代冲压模具水平的一个重要标志。1 绪论1.1 选题背景及研究意义模具是制造业的重要基础工艺装备，是国民经济各部门发展的重要基础之一，在工业生产中起着极其重要的作用。国外将模具比喻为“金钥匙”、“进入富裕社会的原动力”，国内也将模具工业称为“永不衰亡的工业”、“无与伦比的效益放大器”等等。在现代机械制造业中，模具工业已成为国民经济中一个非常重要的行业，许多新产品的开发和生产，在很大程度上依赖于模具制造技术。模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一9。在工业生产中，许多机械零件普遍采用模具冲压成型的工艺方法，有效地保证了产品的质量，提高了劳动生产率，并使操作技术简单化，而且还能省料、节能，可以获得显著的经济效益。据不完全统计，冲压件在电子产品中占8085%，在汽车、农业几下产品中占7580%，在轻工业产品中占90%以上，航天航空工业中冲压件也占很大的比列10。冲床材料模具图1.1 冲压加工三要素冲裁、弯曲、拉深、成形是四种最基本的冲压加工工序，由此四种工序的组合可以实现复杂产品的冲压加工。各种产品的结构、尺寸、材料、精度各异，所采用的冲压加工方法也各不相同，但冲床、模具和材料是每一个冲压过程不可缺少的。冲床、模具和材料是冲压加工的三个基本要素（如图1.1所示）。与一般机械加工不同，冲压过程对操作者的技术水平要求低，而相关的技术含量实际上体现在模具上，因此对模具设计有很高的技术要求。图1.2 级进模冷冲模是指进行冲压加工的模具，冷冲模有多种形式，按照冲压加工工序的性质可分为冲裁模、弯曲模、拉伸模等；从冲压工序的组合来看，可分为简单模、复合模和级进模，其中后一种分类方法 更为普遍。简单模是在模具上只有一个加工工位，而且在冲床上的一次行程中只完成一种冲压加工工艺。复合模也只有一个工位，但在冲床的一次行程中要完成两种以上的加工工艺。级进模（如图1.2所示）又称为跳步模，它是在一副模具内，按所加工的零件，分为若干个等距离工位，在每个工位上设置一定的冲压工序，完成冲压零件的某部分加工。被加工材料（一般为条料或带料）在控制送进距离机构的控制下，经逐个工位冲制后，便得到一个完整的冲压零件（或半成品）。这样，一个比较复杂的冲压零件，用一副多工位级进模即可冲制完成。一般地说，无论冲压零件的形状怎样复杂，冲压工序怎样多，均可用一副多工位级进模冲制完成。特别是对于汽车后视镜支承板这样一类尺寸小、形状复杂、精度要求较高、产量大的零件，级进模更为适用。据统计，在各类冷冲模具中，级进模所占的比例达到27%10。可见，在现代冲压技术中，级进模已占有主导地位，世界各工业发达国家也都十分重视对多工位级进模技术的研究与开发工作。1.1.1国内外级进模的研究现状（1）国外级进模的研究现状CAD/CAE/CAM已成为普遍应用的技术。在CAD地应用方面，已经超越了甩掉图板、二维绘图的初级阶段，目前3D设计已经达到了7089%5。PRO/E、UG、CIMATRON等软件的应用很普遍，一些国家还开发了级进模专用的3D设计软件。应用这些软件不仅可以完成2D设计，同时可获得3D模型，为NC编程和CAD/CAM的集成提供了保证。应用3D设计，还可以再设计时进行装配干涉的检查，保证设计和工艺的合理性。此外，CAE技术已经逐渐成熟，应用Dynaform、Autoform等软件，模拟金属变形过程，分析应力应变的分布，预测破裂、起皱、回弹等缺陷。设计上采用了先进的设计理念。如为了便于模具设计与计算，各道工序均以一个统一的基准点为中心，以坐标尺寸的方式标注尺寸。选定基准点后，产品上任何一个点的坐标尺寸，都能准确地计算出来。各工序的模具 尺寸以该基准点为中心，用坐标尺寸标注，给模具设计与制造带来方便。此外，将各工序的加工内容、尺寸要求、加工部位、冲压方向、压力中心及相互关系等，用一张图表表示出来，称为加工要领图。有了加工要领图，对各道工序的关系就可一目了然，不仅便于模具设计，而且对模具加工和调整也方便。各模具生产企业根据自身的生产能力、经验等，制定了自己的标准。它包括设计的标准化，模具零件和模具结构的标准化。模具标准件的采用率一般均在80%以上。模具企业的主要任务是设计模具结构和零件，并加工凸、凹模等主要零件（其制造精度在，寿命可达2亿冲次5），进行装配调试等。其他模具零件均可作为标准件在市场上采购。有些模具企业，模具零件的粗加工、半精加工，也由相对固定的协作厂家去完成。因此，模具设计和生产周期大大缩短。（2）国内级进模的研究现状国内是进入20世纪80年代才开始研制级进模的，经历了近三十多年的努力，从无到有，模具技术有了较大的发展，主要表现在以下几个方面：模具CAD/CAE技术得到普遍采用，许多高校在软件开发上做了大量的工作。如华中科技大学给予人工智能技术开发出轴对称深拉深件的工艺设计专家系统和弯曲成形工序设计专家系统，以及塑性成形模拟（CAE）软件FASTAMP；浙江大学开发了一套智能级进模CAD/CAE系统，该系统适用于2D冲裁件的级进模设计；上海交通大学也进行了级进模CAD/CAE系统的研制工作，这些国产软件适合于中国设计人员的习惯，它们的推广应用提高了模具设计质量，缩短了模具设计时间，使级进模结构上形成初步的规范化、典型化和标准化。模具的综合性能已达到了较高水平，国内一些企业，如20世纪80年代后期的上海星火模具厂、北京市机电研究院精密模具公司以及一些汽车配套企业等，在消化吸收国外先进级进模技术的基础上，自行研制出一些中小型汽车零件级进模，在生产中获得了较好的使用效果。此外，有代表性的集机电技术一体化的电机铁芯自动叠片硬质合金级进模，主要零件制造精度可达，表面粗糙度8。该模具在高速冲床上使用，具有自动冲压、叠片、扭槽、分组、回转等功能，冲制出成批的铁芯组合件，替代率单片零件。模具总寿命可达1亿冲次以上。模具的制造周期逐步缩短，现代模具制造技术进一步得到推广应用，标准化程度逐步提高，大型模具的制造周期约为4个月，中型的为3个月，小型的为2个月。我国设计制造的汽车零部件级进模与国外同类模具相比，从模具结构、制造精度、制造周期、使用寿命等指标来衡量，水平与国外进口模具虽然有一定的差距，但价格则只有进口模具的三分之一，具有一定的市场竞争力。1.1.2国内级进模存在的不足（1）冲压工序比较单一，多数以冲裁加简单弯曲级进模为主，模具结构比较简单，功能性不强，对一些复杂对偶件级进模的开发能力还比较弱。（2）模具模板的幅面尺寸比较小，一般在内，一次冲制的产品数量通常为一件，属中小型级进模。（3）模具精度不高，冲裁间隙误差在0.01mm左右，产品易产生毛刺、外形尺寸偏差大、插拔力达不到规定要求等缺陷。（4）模具使用寿命与国外先进水平相比，约低一个档次，一般一次刃磨在50万次以内。（5）模具在高速运行生产中的可靠性与国外模具相比，有一定的差距。（6）模具材料主要以普遍模具钢为主或采用硬质合金，在表面处理手段和标准化程度方面，也存在着较大的差距。 由于种种历史原因，我国模具工业无论是在设计制造技术和生产能力方面，还是在管理水平方面，均远远不能满足需求，它严重影响工业产品的品种、质量和生产周期，消弱了在国际市场上的竞争能力。因此，必须有适用于本国国情的模具设计思想和理论，才能在较短时间内赶超国外模具工业的先进水平。国内级进模技术面临如何在消化吸收着我国工业化进程的加速，特别是汽车制造业的蓬勃发展，以汽车零部件模具为代表的多工位精密复杂级进模的需求将会越来越大，迫切需要有自己的理论指导和实践经验来实现高品质模具国产化。因此，本文的选题具有一定的学术研究价值。1.2 级进模设计的关键技术问题 级进冲压是指压力机的一次行程中，在模具的不同工位同时完成多种工序的冲压。所使用的模具即是级进模，又称跳步模或连续模。在级进冲压中，不同的冲压工序分别按一定次序排列，坯料按步距间歇移动，在等距离的不同工位上完成不同的冲压工序，经逐个工位冲制后，便得到一个完整的零件（或半成品）。无论冲压零件的形状怎样复杂，冲压工序怎样多，均可用一副多工位级进模冲制完成。对于批量非常大，面厚度较薄的中、小型冲压件，宜采用多工位级进模。在设计时，与其他模具相比，多工位级进模设计技术较复杂，概括来说有如下几个关键问题：（1）多工位级进模的设计计算中，对各种冲压工序的排列顺序及各工位上工序尺寸的确定十分关键，它不仅关系到被加工材料的利用率，而且进一步影响到制件的精度及能否顺利地冲压生产。冲压制件的形状千变万化，欲确定合理的排样和正确的工序尺寸，需要根据冲压成形理论，对各冲压工序的变形特性进行分析和详细计算。（2）多工位级进模必须确保送料准确。冲压过程来看，级进模是采取工序分散，分步冲压的方式进行工作的，因此必须保证每次送料的位置正确，达到所要求的步距精度，而制件带料的送进是靠自动送料装置来完成的，送料误差往往是影响制件的质量和造成模具损坏的主要原因。如何确定送料方式和消除送料误差是一个非常重要的问题。（3）多工位级进模在结构上较复杂。模具中包含几种冲压工序，而每种工序又由数个工位组成，因此一副模具的工位数可达几十个之多；同时，制件带料要在模具中连续运动，模具往复上、下合模，这就要设计有送料、卸料、托料、导向、定位以及安全装置、保护装置和限位装置，一副多工位级进模各类零件多达数百种。由此可见，多工位级进模的结构式十分复杂的。（4）多工位级进模有较高的精度要求。级进模有三项主要的精度要求：一是模具上、下合模的模架运动精度；二是模具各工位之间的位置精度（即步距精度）；三是为降低制造成本，并便于调整和消除累计误差，凹模大多数采用嵌拼式结构，凸、凹模都应达到较高的互换性精度。上述要求给模具制造和装配带来了很大的难度。（5）多工位级进模往往应用于自动化程度较高的大批量制件的生产，冲床的工作频率一般都在200次/分以上，模具总使用寿命也要求在上百万次以上，这就要求模具材质具有良好的抗磨损性能。在制定的工作状态上，模具材质应具备哪些条件 才能获得高耐磨性能，也是值得研究的问题。（6）多工位级进模制造成本高，价格昂贵，用户希望模具具有多种功能，生产多种产品，并便于刃磨维修、更换易损件，延长模具的总使用寿命，因而使得模具结构更为复杂精度要求更高。对于大型精密复杂级进模的设计，上述问题更为突出，尤其是受机床加工性能的限制，使得模具制造、模具装配和零件加工的难度更大。从上面的讨论可以看出，一副级进模的使用效果也是由这几方面的因素综合决定的。因此，对多工位级进模进行综合性技术研究是十分重要的。因此，本文对N5汽车前门后视镜支承板级进模的设计就显得更具参考价值了。1.3 本文研究目标与应用前景在概述了级进模设计时应注意的关键技术问题以及对国内外级进模的研究现状之后，可以得出这样的结论：加强级进模技术的综合性研究，是一条提高我国模具技术总体水平的有效途径。由于个人能力有限，在本次N5汽车前门后视镜支承板级进模设计时，所参考级进模关键技术问题存在一定的差距，但是，本文的研究目的是从模具在实际生产中的应用出发，探索级进模的设计和制造理论及方法，从而促进我国模具技术水平的不断提高。随着我国国民经济健康稳步的发展，模具对工业产品的影响也越来越大。作者相信，本课题所研究的N5汽车前门后视镜支承板级进模设计，在设计阶段就对工艺进行优化，为冲压工艺、模具设计、制造和调试提供理论依据，缩短模具设计制造和试模的时间，将会带来一定的社会效益和经济效益，对促进我国模具工业及相关工业的发展起到积极的推动作用，它的应用前景极为广阔。1.4 本文工作的主要内容本文工作的主要内容，其实就是每一章研究的内容，本文内容分为七部分，主要内容如下。第一部分，引言与绪论。通过查阅相关资料文献，概述了国内外模具的研究情况，尤其是对多工位级进模的研究情况，从而引出了本课题的研究意义。第二部分，即制件的工艺性分析以确定工艺方案。对制件结构尺寸、精度要求及其作用进行工艺分析，确定最优的工艺方案。第三部分，制件冲裁工艺的计算与设计。本章节主要根据制件的结构尺寸，以及其工艺方案来确定本次制件级进模设计的排样图；然后计算出模具工作所需的总冲压力与模具压力中心，并由此选用合适的压力机；最后由冲裁间隙的影响，计算出各凸、凹模刃口尺寸，为之后的凸、凹模结构尺寸设计提供依据。第四部分，即制件级进模各零部件的选择与设计。本章节根据之前的研究的基础上，首先对制件级进模具画出草图，然后再对级进模具各零部件进行选择与设计。级进模设计中，若有相关标准件，可直接选用；如无标准件，则可根据某些标准件进行设计，最后画图总装配图。模具材料的选择及其热处理；本次级进模设计采用浮动托料导轨式送料装置，采用压缩空气进行送料，保证送料精度；采用压缩空气对制件和废料的清理。第五部分，即模具零件材料的选择与加工工艺。主要对模具零部件材料选择的一个汇总表，并对主要零部件进行加工工艺分析。第六部分，模具的安装与调试。模具安装完成后，对其进行试冲与调整，并说明其重要性。第七部分，对本问研究的总结，并对多工位级进模发展的美好展望。2 制件工艺性分析及工艺方案的确定冲裁工艺设计包括冲裁件的工艺性分析和冲裁工艺方案确定。良好的工艺性和合理的工艺方案，可以用最少的材料，最少的工序数和工时，使得模具结构简单且寿命长，能稳定地获得合格冲件，因而可以减小劳动量和冲件成本。劳动量和冲裁件成本是衡量冲裁工艺设计合理性的主要指标。2.1 制件的工艺分析2.1.1制件材料的选择N5汽车前门后视镜支承板主要是用来支撑后视镜的支架，要具有一定的强度，由于零件需经过冲孔、弯曲、拉深、冲裁等工序才冲制出来，因此，材料还要求具有足够的塑性和较小的屈弹比，以保证冲压成形过程中不易开裂，还要具有较小的屈强比，能使零件的形状和尺寸准确。N5汽车前门后视镜支承板零件如图1-1所示，该制件的材料选用20号钢，是一种钢材的材质。零件材料主要参数查表（参考文献11 548页）可得：经退火后，抗剪强度=280400 MPa，抗拉强度b360510MPa，屈服强度s=250MPa，拉伸率s=25%，因此，取=300 MPa，b390 MPa。该材料具有较高的弹性和良好的塑性，其可成形性性能较好。冲裁加工性能好，易于裁切和弯曲冲压成形。由于含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，有较好的可冲压性能，用途最广泛，大量用作对性能要求不太高的机械零件。材料厚度0.8mm，批量生产。主要有冲孔、弯曲、拉深特征。需要通过冲孔、弯曲、拉深、裁剪落料等工艺完成。零件结构较复杂，但是制件对孔的尺寸精度要求较低，如图2.1所示。图2.1 制件结构尺寸图2.1.2 制件生产方案的确定N5汽车前门后视镜支承板是汽车生产的组成零件，是属于较大批量生产的零件，现有以下三种冲压方案可选择：方案一、单工序摸：在一幅模具中的一个工位上只完成一种工序的冲压模具。单工序摸制造和调整都比较容易，有时几幅单工序摸的制造成本可能会比一幅复合模（或级进模）还要低，应优先考虑采用单工序摸，在多工位压力机上使用多个单工序摸，不但可以获得与级进模相同的生产率，而且冲压过程中还可以随意改变毛坯的冲压方向。但是，对于N5汽车前门后视镜支承板这样形状比较复杂的零件，采用单工序进行生产是存在许多困难的，对于单工序模的制造是非常困难的，其实，从理论上也很难实现该零件的生产，故不能采用单工序模进行冲压成形生产零件。方案二、复合模具：在一幅模具中的一个工位上完成两个或两个以上不同的工序的冲压模具。咋一看，本次设计的零件可以采用复合模进行冲压成形生产，这样可以成倍地提高生产率，降低制造成本，但是，再深入思考时发现，采用复合模进行冲压成形生产并不能达到经济效益的最大化，原因是复合模的复合工序数一般在2道工序数以下，更多的工序数将使模具结构过于复杂，模具的强度、刚度和可靠度也随之降低，制造及维修更加困难。对于本次研究的要经过冲孔、弯曲、拉深、冲裁等工序才能冲制出的支承板零件，采用复合模进行生产就更加不理想了。方案三、级进模具：又称连续模具或跳步模具，指在压力机一次行程中，在一幅模具的不同工位上同时完成两道或多道工序的冲压模具。它可以包括冲裁、弯曲、拉深和成形等多道工序，取件和排除废料都比较容易，便于实现机械化和自动化，因而可以采用高速压力机生产。从零件图分析知道，支承板零件的侧壁上没有冲切或局部成形工艺，所以，这使得模具结构比较简单了，而且采用级进模进行冲压成形生产，不仅可以达到了较大批量的生产要求，而且还避免了模具结构的复杂化，制造和维修困难，模具寿命短等缺陷。所以考虑采用级进模进行冲压成形生产，这样可以保证成品的尺寸精度，并且大大提高生产效率，降低生产的成本。2.2 制件外形尺寸工艺分析2.2.1支承板制件的结构形状从零件图1.1所示的尺寸分析，支承板制件厚度为0.8mm，长度为170mm，宽度为106mm，高度为22mm，四个转角位R5mm的圆角，制件的两个8mm小孔对位置精度有一定的要求。从制件弯曲变形来看，其弯曲角度较小，而且有较大的圆角过渡，所以，弯曲半径较大，不易出现因弯曲变形而产生的开裂等缺陷，但是，还要注意其回弹问题，同时，支承板零件形状比较复杂，制件在冲压成形过程中，零件的某些弯曲突变部位会产生起皱现象，对零件的外形尺寸精度影响较大，因此，防止起皱现象的产生，避免弯曲回弹的影响，保证支承板零件外形尺寸精度也是本文设计的重点。2.2.2支承板制件的工艺性分析制件的结构形状、尺寸、材料性能对冲压成型工艺的适应性称为制件的工艺性。支承板零件的主要弯曲变形，其次为冲压成形，所以主要以弯曲变形进行工艺性分析。对弯曲件的工艺性分析应遵循弯曲过程变形规律，通常从以下几个方面进行分析：（1）弯曲半径弯曲件的弯曲半径不宜过大或者过小，过大因受回弹影响，弯曲件的精度不易保证；过小则会产生弯裂。一般要求r/trmin/t。经查表，材料20号钢最小相对弯曲半径rmin/t=0.5，支承板制件的相对弯曲半径r/t=5/0.8=6.25，满足r/trmin/t，所以满足弯曲件的工艺要求。（2）直边高度弯曲件的直边高度不宜过小，一般hr+2t,直边高度过小时，弯曲成形时在模具上的支持长度过小，不易形成足够的弯矩，很难得到精确形状的制件。由于支承板零件不存在垂直的弯曲角度，故该零件不需考虑此工艺要求。（3）孔边距离孔边到弯曲中心的距离L要保证当t2mm时，Lt；当t2mm时，L2t。分析支承板零件，厚度为t=0.8mm，Lmin=2.0mm，Lt，零件符合弯曲工艺要求。 （4）弯曲线与板材扎制方向支承板零件弯某些曲线与板材扎制方向垂直。可以预防弯裂、减少弯曲件的回弹，弯曲件的工艺达到最佳。 （5）工艺分析分析零件的结构形状，该支承板零件结构形状比较复杂，且不属于对称形状，但是没有竖直边，且高度小，可以一个工位上冲压成形。对零件图进行分析，可以确定支承板零件的工序数目和工序顺序为冲孔、弯曲及冲压、冲孔、冲裁落料四个工序。但是，冲孔也是支承板零件的重要工艺之一，由图1.1所示的零件图分析知道，两个直径为80.1mm的小孔有一定的尺寸精度和位置精度要求，对于这两个孔的冲制，可以采用较好的凸、凹模和合理冲裁间隙，同时采用导正销进行定位即可获得较好的位置精度。对于直径为10mm的孔，可以简单的冲制出来，但是，对于最大的那个孔，它是比较靠近弯曲边上的了，因此，该孔不能在弯曲变形之前冲制出来，否则，由于应力主要集中在弯曲边上，制件在弯曲变形过程中会产生开裂或畸形的现象。所以，该孔需要在弯曲变形之后才能冲制出来。2.3 制件工艺方案的确定根据零件的工艺性特点，其加工方案初步设计有以下几种：方案一、利用一副复合模完成零件的冲孔、弯曲、整形，然后冲裁落料，再通过其他机械加工完成整形修边，使零件获得准确的外形尺寸。方案二、利用一般级进模加工方式进行加工，把冲孔、弯曲、整形、落料等加工方式，按一定的顺序进行排列，在一副模具中完成加工。落料后再进行修边，保证零件相对形状的精度。方案三、利用冲孔、弯曲及整形、冲孔、冲裁落料多工位级进模具进行加工，其加工工序为，首先通过冲裁的方法裁切出毛坯所需的总长度，留有一定的载体以方便送料准确；其次，通过冲孔加冲裁的方法冲制出两个直径为80.1mm的小孔和一个直径为10mm的小孔，冲孔时，依靠凸模对孔的定位之便，同时冲裁掉一边的送料载体，这样便成了单边载体送料方式；再次，利用导正销对两个直径为80.1mm的小孔的定位导正，进行弯曲、冲压整形，使零件获得了全部的弯曲变形；最后，还得利用导正销对两个80.1mm的小孔定位导正，然后冲制出最大的孔，同时冲裁掉另一边的送料载体，这样就可以获得了外形尺寸准确地零件。根据以上几种方案的特点进行确定合理的加工方案：第一种方案，把零件困难的部分与简单部分分开加工，从而简化了模具的结构，方便制造模具，而且加工时模具冲压机的冲压力也较小。但是其缺点也很明显：由于分开加工需要几副模具进行加工，则需要多次进行定位，使得零件由于累计误差的影响，达不到设计的要求。并且用几副模具进行加工使得操作不方便，生产率较低。第二种方案，采用级进模的方法生产，它把冲孔、弯曲、整形、落料的工序集中在一副连续生产模具中，与方案一比较，它的生产率有较大的提高。但是普通的落料始终不能保证支承板零件外形尺寸的要求，必需在落料后进行修边加工。资源浪费也比较严重，总的经济效益还是比较低的。第三种方案，通过把各个工序合理的分散与组合，不仅避开了前两个方案的许多不足之处，同时，还使得整个设计过程更加简单明了，便于模具的设计与制造，提高了模具的寿命，提高生产率，总的经济效益有了更大的提高。由以上的分析可以看出，第一种方案不仅生成率低而且零件精度难以保证，第二种方案不符合模具生产的发展趋势，即不符合生产过程全自动化。第三种方案不仅能保证制件的精度，而且大大提高了生产效率，降低了人为劳动量，自动化程度高。在大批量的生产中，虽然模具的制造费用和难度较高，但是效益好，经济性更加完善，所以选择第三种方案。3 制件冲裁工艺的计算与设计3.1 毛坯的计算毛坯的尺寸大小主要取决于零件形状尺寸的大小。该零件是一个矩形的弯曲件，因此必须由弯曲件计算出毛坯的尺寸大小。计算的依据是：变形区弯曲变形前后体积不变；应变中性层在弯曲变形前后长度不变。即：弯曲变形区的应变中性层长度，就是弯曲件的展开尺寸，也就是所要求的毛坯长度。支承板零件r/t=5/0.8=6.250.5,这类弯曲属于有圆角半径弯曲，其弯曲变薄不严重，且断面畸变较轻，可以按照中性层长度等于坯料展开长度的原则计算，查阅文献【2】，可查得，弯曲90时，弯曲件相对弯曲半径r/t与中性层系数的关系，如下表3.1所示。表3.1 弯曲90时中性层系数值r/t0.10.250.51.02.04.04880.320.350.380.420.4450.470.4750.50由图2.1所示的支承板零件图，可知，之间毛坯的长度为=170mm，其宽度则由弯曲件的计算可得。由支承板零件实物图可测量得制件的宽度方向的弯曲尺寸，如图3.1毛坯宽度计算简化图所示。图3.1 毛坯宽度计算简化图查文献【2】制件展开宽度的计算公式为： （3.1）式中： 制件展开宽度尺寸（mm）； 制件在162弯曲角下，与弯曲变形程度有关的中性层系数，其值可参考表3.1所示数值；制件在155弯曲角下，与弯曲变形程度有关的中性层系数，其值可参考表3.1所示数值；t 制件厚度（mm）。该零件的最小弯曲半径r=5mm，坯料厚度t=0.8mm，可知r/t=6.25，由表3.1可查得，=0.475；又由图3.1毛坯宽度计算简化图，可知=10mm，=27mm， =66mm，弯曲角度有162和155将以上数据代入公式得：由于，支承板零件对外形尺寸精度要求较低，所以取毛坯总长度=121mm。所以，经过计算可得毛坯的尺寸为。3.2 排样设计冲压件在条料或板料上的布置方法称为排样。其设计的内容包括材料的经济利用，选择排样方法，确定是否需要工艺切口，确定搭边数值，计算条料宽度和步距，画出排样图。3.2.1材料的经济利用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。合理的排样可以提高材料的利用率，降低制造成本，保证冲件质量及模具使用寿命。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经济性指标，可用下式计算： （3.2）式中，材料的利用率；S冲压件的实际面积；所用材料的面积，包括冲压件面积与废料面积； B条料的宽度； A步距（相邻两个制件对应点的距离）。从上式可看出，若能减少废料面积，则材料利用率高。废料可分为工艺废料与结构废料两种（见图3.2所示）。结构废料由工件的形状特点决定，一般不能改变；搭边和余料属于工艺废料，是与排样形式及冲压方式有关的废料，设计合理的排样方案，减少工艺废料，才能提高材料利用率。排样合理与否不但影响材料的经济利用，还影响到制件的质量、模具的结构与寿命、制件的生产率和模具的成本等技术、经济指标。因此，设计排样时应考虑一下几个原则。（1）提高材料利用率（在不影响制件使用性能前提下，还可适当改变制件形状）；（2）排样方法应使冲压操作方便，劳动强度小且安全；（3）模具结构简单、寿命高； 图3.2 废料分类（4）保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求。3.2.2 排样方法的选择级进模的排样是指制件在条料上分几个工位冲制的布置方法。排样不同，材料的利用率、制件的尺寸精度、生产率、模具结构与制造复杂程度、模具使用寿命长短等都不同。所以排样作为级进模设计的重要步骤，它是多工位级进模设计时的重要依据。排样可以分为有废料排样和少、无废料排样。（1）有废料排样法有废料排样法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预料的存在，冲裁件分离轮廓封闭，冲裁件质量还、模具寿命长，但是材料的利用率较低。（2）少、无废料排样法少废料排样法是只有在冲裁件与冲裁件之间或冲裁件与条料之间留有搭边，这种方法的冲裁件只沿着冲裁件的部分轮廓进行。材料的利用率可达到7090。无废料排样翻是冲裁件与冲裁件之间以及冲裁件与条料之间均无搭边存在，这种怕有的冲裁件时间上是支接切断获得，多以材料的利用率可达8595。因为本次支承板设计采用多工位级进模，考虑到毛坯外形是矩形，并且条料是连续送进，确保压力机对板料加工时冲压力平衡，所以必须选择有废料排样。3.2.3 工艺切口的确定本文设计的是N5汽车前门后视镜支承板级进模设计，由零件图和实物图可知，该零件外形比较复杂，且需要通过弯曲冲压变形加工工序，所以，当整条条料在连续弯曲冲压变形过程中，由于相邻两个工位之间的材料相互影响，相互牵连，尤其是沿送料方向的材料流动比较困难，这不像单个毛坯在弯曲冲压变形时那样材料较均匀自由地塑性变形。为了避免弯曲冲压变形时相邻两个工位之间材料的相互影响，在相邻的两个工位之间冲裁出一定形状的切缝或切口，这样可以减小两工位间材料的影响和相互约束，有利于材料的塑性变形，送料的方便以及毛坯的准确定位。因此，在条料进行弯曲冲压变形前设置工艺切口，工艺切口为细长矩形切口。3.2.4 搭边与载体设计（1）搭边值得确定排样时冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺废料叫搭边。搭边的作用有以下几点。补偿条料的剪裁误差、送料步距误差，补偿由于条料与导料板之间由间隙所造成的送料歪斜误差。若没有搭边则可能出现制件缺角、缺边或尺寸超差等废品。使凸、凹模刃口能沿着封闭轮廓线冲裁，受力平衡，合理间隙不易被破坏。模具寿命和制件断面都能提高。对于利用搭边拉条料的自动送料模具，搭边使条料有一定的刚度，一保证条料的连续送进。搭边值对冲裁过程及冲裁件质量有很大的影响，因此，一定要合理确定搭边数值。搭边过大时，材料利用率低，浪费材料；搭边过小时，搭边的强度和刚度不够，冲裁时会轻易发生翘曲或被拉断，不仅会增大冲裁件毛刺，有时甚至搭边拉入模具间隙，造成冲裁力不均，损坏模具刃口。根据生产的统计，正常搭边比无搭边冲裁时的模具寿命高50%以上。搭边值通常由经验确定，查文献【1】得表3.2所列搭边值为普通冲裁时经验数据之一。表3.2 搭边a和a1数值（低碳钢）材料厚度圆件及r2t的工件矩形工件边长L50mm或r2t的工件工件间a1沿边a工件间a1沿边a工件间a1沿边a50mm，且该制件的厚度为t=0.8mm，由表3.2可以查得沿边a=2mm，工件间a1=2mm，取a1=3mm。（2）载体设计载体是指级进模冲压时，条料内连接工序件并运载其稳定前进的这部分材料。在排样过程中，载体设计是非常重要的，不仅决定了材料的利用率，而且关系到制件的精度和冲制效果，更是直接影响模具结构的复杂程度和制造的难易程度。载体与一般冲裁时条料的搭边不尽相同，搭边的作用主要是补偿定位误差，满足冲压工艺的基本要求，使条料有一定的刚度，便于送料，保证冲出合格的制件。而条料的载体除了满足以上的要求外，必须有足够的强度，要能够运载条料上冲出的零件，并且能够平稳地送进到后续冲压工位。载体的强度非常重要。载体发生变形，则整个条料的送进精度就无法保证，严重者会使条料无法送进而损坏模具造成事故。因此从保证载体强度出发，载体宽度远大于搭边宽度。但条料载体强度的增强，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。由于被加工零件的形状和工序要求不同，其载体的形式是各不相同的。载体的基本形式主要有双侧载体、单侧载体和中间载体这三种。双侧载体双侧载体是在条料的边缘两侧设计的载体，被加工的零件连接在两侧载体的中间。双侧载体是理想的载体，可使工件到最后一个工位前条料的两侧仍保持有完整的外形，这对于送进、定位和导正都十分有利。采用双侧载体送进十分平稳可靠，但材料利用率较低。双侧载体可分为等宽双侧载体和不等宽双侧载体。等宽双侧载体一般应用于送进步距精度高、条料偏薄，精度要求较高的冲裁件多工位级进模或精度较高的冲裁弯曲件多工位级进模。在载体两侧的对称位置可冲出导正销孔，在模具的相应位置设导正销，以提高定位精度。不等宽双侧载体宽的一侧称为主载体，窄的一侧称为副载体。一般在主载体上设计导正销孔。此时，条料沿主载体一侧的导料板前进。冲压过程中可在中途冲切去副载体，以便进行侧向冲压加工或其他加工。在冲切副载体之前应将主要冲裁工序都进行完毕，以确保冲制精度。单侧载体单侧载体是在条料的一侧设计的载体，实现对工序件的运载。导正销孔多放在单侧载体上，其送进步距精度不如双侧载体高。有时可再借用一个零件本身的孔同时进行导正，以提高送进步距精度，防止载体在冲制过程中有微小变形，影响步距精度。与双侧载体相比，单侧载体应取更大的宽度。在冲压过程中，单侧载体以产生横向弯曲，无载体一侧的导向比较困难。单侧载体一般应用于条料厚度为0.5mm以上的冲压件，特别是对于零件一端或几个方向都有弯曲，往往只能保持条料的一侧有完整外形的场合，采用单侧载体较多。中间载体中间载体是指载体设计在条料中间，此法一般适用于对称零件，尤其是两外侧有弯曲的对称零件。它不仅可以节省大量的原材料，还利于抵消由于两侧压弯时产生的侧向力。对于一些不对称的单向弯曲的零件，也可采用中间载体将被加工的零件对称于中间载体排列在两侧，变不对称零件为对称排列，即提高了生产效率，又提高了材料利用率，也抵消了弯曲时产生的侧向压力。由于本次支承板零件主要是弯曲冲压变形，所以，本次排样设计中采用单侧载体实现对工序件的运载。为了增加单侧载体的强度的同时提高材料的利用率，则可取单侧载体的宽度b侧=17mm。3.2.5进距与条料宽度的确定（1）进距的基本尺寸进距是指条料在模具中逐次送进是每次向前移动的距离。进距大小及精度直接影响冲压件的外形精度、内外形相对位置精度和冲切过程能否顺利进行。在级进模设计中，对送料进距精度的要求是比较高的，它直接关系到一系列工位加工的精度，送料进距又由侧刃保证。送料进距的基本尺寸可按公式（3.3）计算： A=+a1=170+3=173mm （3.3） 式中：a1为毛坯之