U型连接件模具设计毕业设计

闽南理工学院毕业设计U型连接件模具设计目录第1章 绪 论3第2章 设计题目7第3章 工艺分析83.1 技术分析83.1.1 冲裁的结构工艺性83.1.2 弯曲的结构工艺性93.2 经济分析103.2.1 冲压件成本分析113.2.2 降低制造成本的措施123.3 结构连接件的工艺分析133.3.1 材料133.3.2 零件结构133.3.3 尺寸精度13第4章 制定工艺方案154.1 工艺方案的分析154.1.1 修边余量154.1.2 计算毛坯尺寸164.1.3 确定弯曲次数（采用查图法）164.2 工艺方案的确定16第5章 工艺计算185.1 材料排样及材料利用率的计算185.1.1 材料排样的选用原则185.1.2 确定板料规格和裁料方式185.2 冲压力的计算及设备的选择195.2.1 落料195.2.2 弯曲205.2.3 冲孔215.2.4 冲压设备的选择215.3 模具压力中心的计算235.4 模具刃口尺寸和公差确定245.4.1 坯料冲裁间隙的确定245.4.2 落料刃口尺寸的计算255.4.3 弯曲工序工作部分的尺寸及间隙265.4.4 冲孔刃口尺寸的计算28第6章 模具结构合理性分析296.1 模具结构图296.2 模具的工作过程30第7章 模具主要零件结构设计327.1 弹性元件的设计327.1.1 弹簧的设计计算327.1.2 卸料橡胶的设计计算337.2 模架的选择337.3 工作零件的设计347.3.1 凹模刃口的结构型式确定34结 论35致 谢36参考文献37第1章 绪 论作为一个即将毕业的材料专业模具方向学生来说，年专业知识的学习，为以后从事冲压模具设计打下了良好的基础。同时在校时了解模具行业的发展趋势也是很有必要的,它有助于我们把握自己的学习方向，不断提高自己的专业素养。近年中国经济快速增长。各行各业快速发展，带动模具市场的持续的快速发展。模具市场内最广的板块是汽车。汽车工业历经了2002年到2003年持续两年“井喷式”发展以后，2004年销售量和产量分别增长15.5%和14.11%，发展仍很快，模具市场中第二大板块是信息和电子产业。该产业近年来一直快速运营，年增长率有20%以上。中国的微波炉、玩具、自行车分别占全世界市场份额的50%、70%和60%。中国的电视机、影印机、个人电脑和空调器分别占全世界市场份额的1/3、2/3和2/5。冰箱已经占了20%。这些产品制造业全是模具的大用户。在此情形之下，在中国模具工业快速发展已必然所趋。 中国已经进入WTO，在挑战与机遇并存中，机遇大于挑战是中国模具工业面临的形势。因此，一方面是模具的进出口快速发展，另一方面是外资大量进入模具行业。产生效应。1是外资给带来了资金，和带来了市场与技术；2是外资企业处于优势地位在市场中。此两方面效应也促进模具工业的高速发展，包括模具产品的数量、质量、品种和水平。近年来，国家产业政策也一直把模具列为支持的产品，把模具工业列为需要扶持的行业。正确的产业政策产生了正确的引导作用，也促进模具工业的快速发展和模具市场的繁荣昌盛。1.1 我国模具市场的发展趋势当代模具工业有“不衰亡工业”之称。世界模具市场大多数供不应求，市场需要量维持在六百亿至六百五十亿美元，同时，我国也迎来了新一轮的发展机遇的模具产业。近几年，我国模具产业保持13%的年增长率总产值（据不全面统计，2004年国内模具进口总值达到600多亿，同时，将近200个亿的出口），2005年模具产值超过600亿元，模具和模具标准件出口将从现在的每年9000多万美元增长到2005年的2亿美元上下。单就汽车产业来说，一个型号的汽车所需模具要几千副，价值上亿元，且汽车换车型时约有80%的模具需也要更换。另外，通讯和电子产品对模具的需求也是很大，在发达国家已经占到模具市场总和的20%之多。 模具的服务面很是广阔，所以模具的样式也十分繁杂。由于用户对产品美观和质量的要求，这几年随着压铸件和塑料制品使用越来越多，压铸模和塑料模的产量也一年比一年多，其在模具总量中的比值也在渐渐提高。2001年至2004年四年间，压铸模和塑料模在模具总量中的比例分别提升了约0.6个和约2个百分点。因为高速公路的高速发展，橡胶轮胎的子午化率不断提高，因而近年来子午线轮胎模具发展很快。广东揭阳和胶东半岛是子午线轮胎模具最为集中的地区，一些企业的子午线轮胎模具年销售额已超过1亿元，有的已超过2亿元，形成了一定的规模效应。 模具标准件是模具的基础，可减少生产周期、提高质量和降低成本，因此这几年模具标准件使用覆盖率一直提高，产量也就不断增加。现在，年销售额在亿元以上模具标准件生产企业也有不少，最大已经超过10亿元。模具标准件的样品也一直增加，质量也一直在提升。由于因为生产模具标准件门坎比较低，所以小规模私营企业有很多，之中一些企业生产条件非常简陋，原材料采购也不把关，过多地计较成本和价格，这使产品质量下降，不仅影响模具质量，又对市场造成冲击，在模具市场上发出了少些不协调的声音。 服务、质量、价格、周期，四大要素是模具销售的。在日前的模具市场中，周期越来越重要。模具材料不断增长价，工资不断增长，模具价格大多的却是不涨降价，所以压缩了模具生产企业利润空间。为了发展与生存，近年更加注重管理改善和技术进步。这些也都使得了模具市场的健康发展。因为中低档的模具竞争剧烈，中高档的模具市场空间也相对较广，这样，长寿命、大型、复杂、精密等技术含量高的中高档的模具的极高发展速度，自然也就高于模具行业的发展的速度。从而促进了模具市场的产品和技术结构向着合理化方向发展，使得模具市场能更是繁荣。广东省是我国目前的模具第一大省，以三资企业为主体的广东模具市场，目前占我国模具总产值的4成以上。以私营企业为主体的浙江省模具生产排名我国第二。上海和江苏，近年来模具生产发展非常快，市场份额正逐年增长。辽宁、山东、福建、安徽、天津近年的发展情况相对较好，而中部和西部地区的大部分省份，其发展的速度就相对慢些。总起来说，珠江三角洲和长江三角洲是我国模具市场发展最为集中的两大地区。2005年我国经济总体上仍保持着高速发展的走势，模具主要用户行业的发展速度大都能达到15%以上。因此，2005年我国模具市场的增长率也在15%以上，也就是说，2005年我国模具的总产值超过600亿元人民币。用一句话来概括我国模具市场的近况，那就是“平稳向上，产需两旺”。“十一五”期间（20062010年）我国模具市场的发展速度可能比“十五”期间慢一些，但预计年平均增长率也会达到两位数，其最大可能是10%12%，这一预计速度应该说是比较保守的。1.2 模具技术的发展趋势1.2.1 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，和由于高生产效率要求的一模，多腔。使模具渐渐大型化。随着零件的小型化，和模具结构的要求发展精密模具的精度已经由原来的5m提升到23m，今后有些模具加工精度的公差要求是在1m以下，这就要求了发展超精加工。1.2.2 快速经济模具的前景十分广阔 现在是少批量、多品种生产的时代，在下一世纪，这种生产方式的比例将达75%以上占工业生产。一方面是制品品种更新快，使用周期短，另一方面制品的花样变化频繁，均 要求模具的生产周期越短越好。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(聚脂、环氧等)制作或在其中间填充玻璃纤维、金属粉末等的简易模具；中、低 熔点合金模具、快速电铸模、喷涂成型模具、陶瓷型吸塑模、陶瓷型精铸模、叠层模和快速 原型制造模具等快速经济模具得到进一步发展。快换冲头、快换模架等也将日益发展。另外， 采用机械手操作和计算机控制的快速试模技术、快速换模装置也会得到发展和提高。1.2.3 模具标准件的应用将渐渐广泛 使用模具标准件不仅能减少模具制造周期，而且能降低模具制造成本和提升模具质量。因此，模具标准件的应用也将日渐广泛。为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；接着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。1.2.4 在模具设计制造中将全面推广CAD/CAM/CAE技术 模具CAE/CAD/CAM技术是模具技术发展过程一个重要的里程碑。实践证明，模具CAD/CAM/CAE 技术是模具设计制造的发展方向。目前，全面普及、CAD/CAM/CAE技术已经基本的成熟。由于模具 CAD/CAM技术已发展成为一项比较，成熟的技术，近年来模具CAM/CAD技术的软件与硬件价格已降低到中小 企业普遍能接受程度，尤其是微机的普及和应用，更为广大的模具企业的普及模具CAM/CAD技术行程了 良好条件。随着，微机软件的进步和发展，技术培训的工作也在日趋简化。在推广普及模具CAM/CAD技术的过程中，应抓住机遇，重点主要扶持国产的模具软件的应用 和开发。 加大技术服务的力度和技术培训。进一步的扩大CAE技术的应用和范围。对于已普及了模具CAM/CAD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CAPPPDM，CIMSVR逐步深化和提高。1.2.5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，已经在我国200多家模具厂得到应用，取得不错效果。该系统提供了从实物或模型扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了研制的制造周期。如RENSCAN200快速扫描系统，能快速安装在先有的数控铣床及加工中心上， 用雷尼绍的SP2-1扫描测头实现迅速数据采集，控制核心是雷尼绍TRACECUT软件，可自动生成各种不同格式的CAD数据及不同数控系统的加工等程序。用于模具制造业的“逆向工程”。该公司也推出了CYCLON高速扫描机，是一台独立工作的专门的用来扫描的设备，不占用加工机床的工作时间。其扫描速度最高可以达3m/min，缩短了模具制造周期，另外，他的定时探针接触力小，数据采集速度比RENSCAN200快，因此可以用非常细的探针，用来扫描细微的特征表面和细小的模具，扩大模具生产的品种范围。由于模具扫描系统已在摩托车、汽车、定电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间会发挥更大的作用。 1.2.6 模具的研磨抛光将向智能化、自动化方向发展 模具表面精加工，是模具加工过程中未能良好解决的难题。模具表面的质量对制件外观的质量和模具使用的寿命等等方面都有比较大的影响，我国目前仍然以手工研磨抛光为主，不仅工人劳动的强度较大，且质量也不稳定，效率较低(大约占到整个模具的制造周期1/3)，制约我国模具的加工会向更高层次去发展。所以，研究抛光智能化、自动化是比较重要的发展趋势。日本早已研制数控研磨机，可以三维曲面模具研磨抛光的智能化、自动化是主要的发展趋势。日本已经研制数控研磨机，可实现三给曲面模具研磨抛光自动化。另外，由于模具型腔的形状比较复杂，任何一种研磨抛光的方法也有一定的局限性。应注意发展特种抛光与研磨、如超声抛光、复合抛光、电化学抛光以及挤压衍磨装备与工艺，来提升模具的表面质量。 第2章 设计题目 该设计零件为一结构连接件，其用途为一电气结构组件中的单元连接件，材料为10钢板，料厚为0.8，使用量较大，下图为该零件结构图。外形周边的形状需按工序顺序的多个不同工位上分割冲切，而工序顺序排列不当易影响冲件与载体的连接强度。图2.1 制件图 第3章 工艺分析工件的工艺性是指工件对冲压加工工艺的适应性，它是从冲压加工角度对产品设计提出的工艺要求。工艺分析就是要判断产品在技术上能否保质，保量地稳定生产，在经济上是否有效益。因此，冲压工艺就是对产品的冲压工艺方案进行技术和经济的可行性分析。良好的工艺性体现在材料消耗少，工序数目少，模具结构简单而寿命长，产品质量稳定，操作简单方便。3.1 技术分析3.1.1 冲裁的结构工艺性 （1）冲裁件的外形或内孔应避免尖锐的清角，在各直线或曲线的连接处，除属于无废料冲裁或采用镶拼模结构外，宜有适当的圆角，其半径的最小值如表所示：表3-1 冲裁件圆角半径的最小值 （2）冲裁件的孔与孔之间、孔与边缘之间的距离不应过小，其许可值见图3-1。 （3）用普通冲裁模冲制的零件，其断面与零件表面并不垂直，并有明显区域性特征。采用合理使用间隙冲裁模冲制的零件，光亮区域约占断面厚度的30%；凹模侧有明显的塌角，凸模侧有高度不小于0.05mm的毛刺；外形有一定程度的拱曲。冲裁件的这些特征是普通冲裁加工条件决定的。选用冲裁工艺时，必须考虑零件的这些特征。（4）凡产品图纸上未注公差的尺寸均属于未注公差尺寸。在计算凸模和凹模时，冲压件未注公差尺寸的极限偏差数值通常按GB1800-79IT14级。图3.1 孔边距的最小值3.1.2 弯曲的结构工艺性（1）弯曲件的形状应尽量简单、对称。对称弯曲件在圆周方向上的变形是均匀的，模具加工也容易，其工艺性最好。其它形状的弯曲件，应尽量避免急剧的轮廓变化。（2）弯曲件各部分尺寸比例要恰当。尽量避免设计宽凸缘和深度大的弯曲件，因为这类工件需要较多的弯曲次数。如果工件空腔不深，但凸缘直径很大，制造也很费劲。工件凸缘的外廓最好与弯曲部分的轮廓形状相似；如果凸缘的宽度不一致，仅弯曲困难，还要添加工序，还需放宽切边余量，增加金属消耗。（3）弯曲件的圆角半径要合适。弯曲件的圆角半径，应尽量大些，以利于成形和减少弯曲次数。应满足R1t，R22t，R33t，否则，应增加整形工序。如增加一次整形工序，其圆角半径可取R1（0.10.3）t，R2（0.10.3）t。（4）弯曲件厚度的不均匀现象要考虑弯曲件由于各处变形不均匀，上下壁厚变化可达1。2t至0.75t。多次弯曲的工件内外壁上或带凸缘弯曲件的凸缘表面，应允许有弯曲过程中所产生的印痕。除非工件有特殊要求时才采用整形或赶形的方法来消除这些印痕。（5）弯曲件的尺寸精度不宜要求过高弯曲件的制造精度包括直径方向的精度和高度方向的精度。产品图上的尺寸应注明必须保证外部尺寸或是内腔尺寸，不能同时标注内外形尺寸。（6）弯曲件上的孔位布置弯曲件上的孔位布置要合理，应设置在与主要结构面 (凸缘面) 同一平面上，或使孔壁垂直于该平面，以便冲孔与修边同时在一道工序中完成。表3-2 弯曲件直径的极限偏差（单位：mm）材料厚度弯曲件直径的基本尺寸d材料厚度弯曲件直径的基本尺寸d附 图505010010030050501001003000.50.60.81.01.21.50.120.150.200.250.300.350.200.300.300.350.400.300.400.500.602.02.53.04.05.06.00.400.450.500.600.700.800.500.600.700.800.901.000.700.800.901.001.101.20 注：弯曲件外形要求取正偏差，内形要求取负偏差。（7）弯曲件的尺寸精度一般不高于IT13级，如果要求尺寸精度高于IT13级，则需要增加校形工序。3.2 经济分析所谓经济性，就是以最小的耗费来取得最大的经济效果。也就是生产中的“最小最大”原则。在冲压生产中，保证产品质量，完成产品数量、品种计划的前提下和产品成本越低，说明企业经济效果越大。 表3-3 弯曲件高度的极限偏差（单位：mm）料厚度弯曲件高度的基本尺寸h附 图1818303050508080120112233445560.50.60.70.80.60.70.80.90.70.80.91.01.20.91.01.11.21.51.81.11.31.51.82.02.2 表3-4 带凸缘弯曲件高度的极限偏差（单位：mm）材料厚度弯曲件高度的基本尺寸h附 图1818303050508080120112233445560.30.40.50.60.40.50.60.70.50.60.70.80.80.60.70.80.91.01.10.70.80.91.01.11.23.2.1 冲压件成本分析产品成本受到产量影响相对较大，特别是冲压生产相对突出。在一定的条件下，企业生产的产品数量的增加减少，将也会引起成本中一些费用的变化，其结果也使得成本会发生一些波动。为此可将产品的成本分为变动费用和固定费用两个部分。固定费用指的是在一定的时期和一定的产量范围内，总额不会随着产量变动而变动，它是维持生产能力而基本不变的费用。例如设备、模具折旧费，加工的费用的各种经费和固定工资部分等。但是单位的固定，费用，也是分摊在每个产品的固定费用却可变的。即产量与单位固定费用成反比例在变化。变动费用是指它的总额随产量的增加减少也成比例增加或者减少。例如产品直接耗用的外协件加工费、原材料费、外购件费等等。但是产品单位费用而言，变动费用则基本不会改变。上述可知，冲压件生产成本是由固定费和可变费这两部分组成的，所以只要设法降低固定费用或可变费用，都能使生产成本降低，利润增加。可见企业要提高经济效益，就要在降低成本上下功夫。3.2.2 降低制造成本的措施降低产品成本，包括增产、节约两个方面。增产可降低产品成本中的固定费用，相对地减少消耗，节约便能直接降低消耗，它们都是降低成本的重要途径。冲压件的成本包括材料费、加工费、模具费等项。因此，降低成本，就是要降低以上各项费用。以下讨论降低成本的措施。冲压生产中，工艺合理化是降低成本的有力手段，一般在制定新产品工艺时进行。当产量发生变化，模具寿命短或因事故发生损坏时，由于更改产品设计而改变模具时，以及变更设备等生产条件发生变化时，要重新讨论（研究）产品工艺。由于工艺的合理化能降低模具费、节约加工工时降低材料费等，所以必然降低零件总成本。在制定工艺时，工序的分散与集中是比较复杂的问题。它取决于零件的批量、结构（形状）、质量要求、工艺特点等。对于板材冲压件，一般说来，在大批量生产情况下，应当尽量把工序集中起来，采用复合或连续模进行冲压，很小的零件，适合于复合或连续冲压加工，这样既提高了生产率，又能安全生产。复合模对于大的零件也是适合的，因为一副大的复合模，有时比两副同样大小的单工序模的费用低，而小批量生产时，则以采用单工序模分散冲压为宜。根据实践经验，集中到一副模具上的工序数量不宜太多，对于复合模，一般为23个工序，最多4个工序，对于连续模，集中的工序数可以多些。产量较大时，采用多件同时冲压，可使模具费、材料费和加工费降低，同时有利于成形表面拉力均匀化。左右对称成形时，不仅可使变形均匀，改善受力状况，同时还降低了成本。自动化生产，从安全和降低成本两个方面来看，将成为冲压加工的发展方向。今后不仅大批量生产中采用自动化，在小批量生产中也可采用自动化生产。在大批量生产中采用自动化时，虽然模具费用较高，但生产率高，产量大，分摊到每个工件上的模具折旧费和加工费却比单件小批生产时要低。从生产安全性考虑，在小批量多品种生产中采用自动化也是可取的，但自动化的经济性问题，急待研究。在自动化生产中，降低成本的手段是高速化。与高速化并行的是多列化，这样可以降低加工费用和提高材料利用率。为了实现，压力机的高速化，需要相应解决延长模具和噪音振动寿命问题。高速压力机要求足够的刚度和精度，一般以闭式双点结构为宜，为减少振动和噪音，倾向于铸铁机身，且运动部件需要求实现动的平衡。为了延长模具的寿命，可以采用高寿命的新材料。在冲压生产过程中，工件的原材料费用约占制造成本的60%,，所以要节约原材料，利用废料具有非常重要的意义。提高材料利用率是降低冲压件制造成本的重要措施之一。特别是材料单价高的工件，必须慎重研究。降低材料费的方法如下：（1）在满足零件强度和使用要求的情况下，减少材料厚度。（2）降低材料单价。（3）改进毛坯形状，合理排样。（4）减少搭边，采用少废料或无废料排样。（5）对称压制。（6）组合排样。3.3 结构连接件的工艺分析3.3.1 材料U形连接件的材料为10钢，属于普通碳素结构钢，具有较好的可冲压性能。未经退火的10钢的力学性能如下： 抗剪强度 304373MPa 抗拉强度b 432461MPa 屈服点s 253 MPa 伸长率10 2125%3.3.2 零件结构本U形连接件采用0.8mm普通碳素结构钢板冲压而成，可保证足够的强度和刚度。3.3.3 尺寸精度零件图上所有未标注公差的尺寸，属于自由尺寸，可按IT14确定工件尺寸的公差。第4章 制定工艺方案工艺方案的内容是确定冲裁件的工艺方案，主要包括确定工序数，工序组合和工序顺序的安排，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、形状等多方面的因素全面考虑，综合分析，选取一种较为合理的冲压方案。4.1 工艺方案的分析U形连接件的形状表明，它为弯曲件，所以弯曲为基本工序。底部上3个小孔由冲孔工序来完成。弯曲件的毛坯尺寸与弯曲次数，通过计算来确定。4.1.1 修边余量 在不变薄的弯曲中，材料厚度虽有变化，但其平均的直径与毛坯的原始厚度也十分接近。所以毛坯展开的尺寸可以根据毛坯面积=弯曲件面积的原则以来确定。由于材料的弯曲时金属流动条件有差异以及各项异性，为了保证U形连接件的尺寸，必须要留修边余量，在计算毛坯尺寸时，必须计入修边余量，修边余量的数值可查表。弯曲件高度h=16mm，查表.知修边余量，h=2mm。表4-1 无凸缘弯曲件的修边余量（单位：mm）工件高度h工件的相对高度h/d附 图0.50.80.81.61.62.52.541010202050501001001501502002002502501.01.22345671.21.62.53.856.37.58.51.523.356.5891022.54681011124.1.2 计算毛坯尺寸在不变薄弯曲中，虽然在弯曲过程中坯料的厚度发生一些变化。在工艺设计时，可以不计坯料的厚度变化，概略地按弯曲前后坯料的面积相等的原则进行坯料尺寸的计算。由于金属的流动性和材料的各向异性，毛坯弯曲后，工件边口不齐。一般情况弯曲后都要修边，因此在计算毛坯时，必须把修边余量计入工件。根据制件图可知，该弯曲件r/t=0.5/0.8=0.6250.5，属于无圆角半径弯曲，可求的其毛坯展开尺寸。L=15.5+16.3+0.4/2+37+0.42=454.1.3 确定弯曲次数（采用查图法） 先在确定弯曲次数及半成品尺寸线圈中横坐标上找到相当毛坯直径45mm的点，从此点作一垂线。再从纵坐标上找到相当于工件直径38mm的点，并由此点作水平线，与垂线相交。根据交点，便可决定弯曲次数，如交点位于两斜线之间，应取较大的次数。该端盖可一次弯曲成形。于是，该端盖的全部单工序有落料、冲孔、弯曲（整形），共计三道工序。4.2 工艺方案的确定在冲压工艺性分析，基础上，找出模具设计与工艺的难点与特点，根据实际的情况提出各种可能，冲压工艺的方案，内容包括工序顺序、工序数目、组合方式及工序性质等。有时候同一种冲压零件会存在几个可行的冲压的工艺方案，通常方案各有其优缺点，应从生产效率、设备占用、产品质量情况、寿命高低和模具制造的难易程度、生产成本、操作安全与方便程度等各方面进行综合分析，比较，确定出相对适合现有生产条件的最佳方案。 初步分析可以知道U形连接件的冲压成形需要多道工序:落料、冲孔、弯曲,因而制定合理的成形工艺方案十分重要。考虑到生产批量较大,因此制定应在生产合格零件的基础上,尽量提高生产效率,降低生产成本.要提高生产效率,就应该尽量复合能复合的工序,但复合程度太高,模具结构复杂,而且各零件在动作时要求相互不干涉,准确可靠.这就要求模具的制造应有较高的精度,从而模具的制造成本也就提高了,制造周期延长,维修不如单工序模简便.因此U形连接件的冲压成形主要有以下几种工艺方案:方案一:(1)落料 (2)冲孔 (3)弯曲方案二:(1)落料冲孔复合模 (2)弯曲方案三:落料、弯曲、冲孔复合模方案一复合程度低,模具结构简单、安装调试容易,但生产道次多、生产效率低不适合大批量生产。方案三与方案二的主要区别是采用落料、弯曲、冲孔复合工序.由于采用落料、弯曲、冲孔复合模,即可在一次冲压行程中完成,生产效率提高一倍,节省了人力、电力和工序间的搬运工作,但却增加了模具的设计费与制造费用。综上所述,可以考虑采用方案二，落料冲孔复合，然后弯曲。 图4.1 确定弯曲次数及半成品尺寸线圈 第5章 工艺计算5.1 材料排样及材料利用率的计算排样是指冲裁零件在板料、条料或带料上布置的方法。合理并有效排样在于，保证在高生产率和最低的材料消耗的条件下，得到符合，设计技术要求工件。在冲压的生产过程当中，保证较低的废料百分率是现代冲压生产最重要。在冲压工作当中，冲压件材料的消耗费用达到总成本的60%75%，合理利用材料将是降低成本的比较有效的措施，尤其在大量和成批生产中，冲压零件的总年产量达到数十万件，甚至是数百万件，材料合理利用的经济效果将更为突出。5.1.1 材料排样的选用原则（1）某种工件或冲裁小工件需窄带料之时，应该沿着板料的顺长方向来进行排样，符合，材料工艺要求及规格。（2）冲裁弯曲件毛坯时，应考虑板料的轧制方向。（3）冲件在条（带）料上的排样，应考虑冲压生产率、冲模耐用度、冲模结构是否简单和操的方便与安全等。5.1.2 确定板料规格和裁料方式根据条料的宽度尺寸，选择合适的板料规格，使剩余的边料越小越好。该零件宽度用料为48mm，以选择1400mm1500mm0.8mm的板料规格为宜。 表5-1 搭边a和侧搭边a1材料消耗工艺定额 （5-1） 一张板料上总的材料利用率 (5-2) 5.2 冲压力的计算及设备的选择5.2.1 落料冲裁时，工件或废料从凸模上取下来的力叫卸料力，从凹模内将工件或废料顺着冲裁的方向推出的力叫推件力，逆冲裁方向顶出的力叫顶件力。目前多以经验公式计算：采用平刃口凸模和凹模冲裁时，冲裁力F0=Lt 式中，L冲裁件周长（） T材料厚度（） 材料的抗剪强度（MPa）考虑冲裁厚度不一致，模具刃口的磨损、凸凹模间隙的波动、材料性能的变化等因素，实际冲裁力还须增加30%。故F冲=1.3F0=1.3 Lt。F冲=1.3F0=1.3 Lt (5-3) =1.31380.8310MPa =44.49KNF卸、F推、F顶是由压力机和模具的卸料、顶件装置获得。影响这些力的因素主要有材料的力学性能、材料的厚度、模具的间隙、凸凹模表面粗糙度、零件形状和尺寸以及润滑情况。实际生产中常用下列经验公式计算：F卸=K卸F冲 (5-4) F推=K推F冲 (5-5) 查表知，卸料力、推件力的系数K卸=0.05，K推=0.055。因而F卸=0.0544.49KN=2.22KN F推=0.05544.49KN=2.45KN表5-2 卸料力、推件力、顶件力的系数5.2.2 弯曲 该弯曲件为U形弯曲U形弯曲件的计算式F1=0.7KBt2b/R+t (5-6)式中 F1-自由弯曲力 B-弯曲件宽度 T-弯曲件材料厚度 R-弯曲内半径 b- 材料抗拉强度 K-安全系数F1=0.71.32920.80.8230/0.5+0.8=49295.14N5.2.3 冲孔 冲孔时的力可依照前面落料时计算。 (5-7) (5-8)则复合模总的冲压力 F+=17.144+1.942KN (5-9) =19.086KN5.2.4 冲压设备的选择压力机类型的选择 冲压设备的选择是工艺设计中很重要内容，直接关系到设备模具寿命、合理使用、产品质量、安全、成本和生产效率等一系列重要的问题。冲压设备的选择有包括2个方面：规格及类型。首先，应根据需要完成工序的，批量大小，工艺性质，精度和工件的几何尺寸等来选定压力机类型。冲压生产中常用的是液压机和曲柄压力机，它们在性能方面的比较见下表。对于中小型弯曲件、冲裁件或浅弯曲件，多是用具有C形床身，的开式曲柄压力机。虽然，开式压力机的刚度较差，并且，由于床身变形从而破坏冲模的间隙分布，降低了裁件的质量和冲模的寿命。但是，它却有着操作方便，操作空间三面敞开，成本低廉和容易安装机械化的附属设备等优点，目前仍然是中小件主要的生产设备。所以本模具采用的是开式曲柄压力机。压力机规格的确定在压力机的类型选定之后，应根据变形力的大小，冲压件尺寸和模具尺寸来确定压力机的规格。在复合冲压中，工序力的计算和其它复杂的加工过程一样，可按时间分为若干阶段分别计算。求出某阶段所完成各种工艺力的总和及该阶段的辅助负荷，二者相加即为该阶段的工序力。表5-3 曲柄压力机和液压机的比较为安全起见，防止设备的过载，可按公称压力F压（1.61.8）F总的原则选取压力机。压力机滑块行程大小，应保证成形零件的取出和方便毛坯的放进。在冲压工艺中，弯曲和弯曲工序一般需要较大的行程。对于弯曲工序所用压力机的行程，至少应为成品零件高度的两倍以上，一般取2.5倍。压力机的装模高度是指滑块处于下死点位置时，滑块下表面到工作垫板上表面的距离。模具的闭合高度是指工作行程终了时，模具上模座上表面与下模座下表面之间的距离。压力机的闭合高度是装模高度与垫板厚度之和。大多数压力机，其连杆长度是可以调节的，也就是说压力机的装模高度是可以调整的。设计模具、时，必须使模具的闭合高度介于压力机的最大装模高度与最小装模高度之间。工作台面和滑块底面尺寸应大于冲模的平面尺寸，并还留有安装固定模具的余地。一般压力机台面应大于模具底座尺寸5070mm以上。工作台和滑块的形式应充分考虑冲压工艺的需要必须与模具的打料装置，出料装置及卸料装置等的结构相适应。在压力机的滑块和工作台上安装一副或数副模具，加工时上，下模要有正确的相对运动，这是一切冲压工艺的共同要求。压力机的精度有包括滑块下平面的平面度、工作台面的平面度、滑块下平面和工作台面的平行度、滑块中心孔和滑块行程的平行度及滑块行程和工作台面的垂直度等。压力机的精度高与低对冲压工序都有很大的影响。精度高，则冲压件的质量也高，冲模使用寿命也长。反之，压力机精度越低，不仅冲压件质量较低，且模具寿命减短。例如若工作台与滑块行程的垂直度差，将导致上，下模的同轴度下降，冲模刃口容易损伤。压力机精度对冲裁加工的影响较比其它加工工序会明显。参照开式压力机基本参数（GB/T14347-1993）可选取公称压力为250KN的开式固定台压力机。该压力机与模具设计有关系的参数为：公称压力：250KN滑块行程：200最大闭合高度：500闭合高度调节量：150工作台尺寸：1250800工作台板厚度：150模柄孔尺寸：30080工作台孔尺寸：6256255.3 模具压力中心的计算为了模具和保证压力机正常工作，必须使冲模的压力机滑块与压力中心。心线相重合，否则在冲压时会使冲模与压力机滑块歪斜，引起导向零件加速磨损和凹，凸模间隙不均，造成其它零件和刃口的损坏，甚至还能会引起压力机导轨磨损，影响压力机的精度。形状简单且对称的工件，如圆形，其工件的几何中心与冲裁时的压力中心重合。 在此两套模具的压力中心都取在三个2.5的孔的对称中心上。5.4 模具刃口尺寸和公差确定5.4.1 坯料冲裁间隙的确定冲裁间隙是直接关系到尺寸精度、冲件断面质量、力能消耗和模具寿命的重要工艺参数。冲裁间隙数值，主要与供应状态、材料牌号和厚度有关，但由于各种冲压件对其断面尺寸精度和质量的要求不同，和生产条件的差异，在生产实践中就很难有一种统一的间隙数值，所以需要区别情况，分别对待，在保证冲件断面尺寸精度和质量的前提下，使模具寿命达到最高。冲裁断面应平直、光洁、圆角小；光亮带应有一定的比例，毛刺较小，冲裁件表面应尽可能平整，尺寸应在图样规定的公差范围之内。影响冲裁件质量的因素有：凸、凹模间隙值大小及其分布的均匀性，模具刃口锋利状态，模具结构与制造精度、材料性能等。其中，间隙值大小与分布的均匀程度是主要因素。冲裁件的尺寸精度是指冲裁件实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小，精度越高。该差值包括两方面的偏差，一是冲裁件相对于凸模或凹模尺寸之偏差，二是模具本身的制造偏差。冲裁件对于凸模或凹模尺寸的偏差。主要是由于冲裁过程中，材料受到拉伸、挤压、弯曲等作用而引起的变形，在工件脱模后产生的弹性恢复造成的。偏差值可能是正的，也可能是负的。影响这一偏差值的因素主要是凸、凹模间隙。当间隙值较大时，材料受拉伸作用增大，冲裁完毕后，因材料的弹性恢复，冲件尺寸向实体方向收缩，使落料件尺寸小于凹模尺寸，而冲孔件的孔径则大于凸模尺寸；当间隙较小时，材料的弹性恢复使落料件尺寸增大，而冲孔件的孔径则变小。冲裁件的尺寸变化量的大小还与材料性能、厚度、轧制方向、冲件形状等因素有关。模具制造精度及模具刃口状态也会影响冲裁件质量。冲裁模具的寿命是以冲出合格制品的冲裁次数来衡量的，可再分为两次刃磨间的寿命与全磨损后总的寿命。 在冲裁过程中，模具刃口处所受的压力非常大使模具刃口和板材的接触面之间出现局部附着现象，产生附着磨损，其磨损量与接触压力、相对滑动距离成正比，与材料屈服强度成反比。它被认为是模具磨损的主要形式。当间隙减小时，接触压力(垂直力、侧压力、摩擦力)会增大，摩擦距离增长，摩擦发热严重，导致模具磨损加剧，使模具与材料之间产生粘结现象还会引起刃口的压缩疲劳破坏，使之崩刃。间隙过大时板料弯曲拉伸相对增加，使模具刃口端面上的正压力增大，容易产生崩刃或产生塑性变形，使磨损加剧。可见间隙过小与过大都会导致模具寿命降低。因此，间隙合适或适当增大模具问隙，可使凸、凹模侧面与材料间摩擦减小，并减缓间隙不均匀的不利因素，从而提高模具寿命。增大间隙可以降低冲裁力，而小间隙则使冲裁力增大。当间隙合理时，上下裂纹重合，最大剪切力较小。而小间隙时，材料所受力矩和拉应力减小，压应力增大，材料不易产生撕裂，上下裂纹不重合又产生二次剪切，使冲裁力、冲裁功有所增大；增大间隙时材料所受力矩与拉应力增大，材料易于剪裂分离，故最大冲裁力有所减小，如对冲裁件质量要求不高，为降低冲裁力、减少模具磨损，倾向于取偏大的冲裁间隙。查冲裁模初始双面间隙表知：落料、冲孔模刃口始用间隙Zmin=0.22，ZMAX=0.26。2-285.4.2 落料刃口尺寸的计算在确定冲模凸模和凹模工作部分尺寸时，必须遵循以下几项原则：（1）根据落料与冲孔的特点，落料件的尺寸，取决于凹模的尺寸，因此落料模需先决定凹模的尺寸，用减小凸模的尺寸来保证合理的间隙；冲孔件尺寸取决于凸模的尺寸，故冲孔模需先决定凸模的尺寸，用增大凹模的尺寸来保证合理的间隙。（2）根据刃口磨损的规律，刃口磨损后它的尺寸会变大，其刃口的基本尺寸应取等于或接近工件最小极限尺寸；刃口磨损后的尺寸减小，应取等于或接近工件的最大极限尺寸。（3）考虑模具精度与工件精度间的关系，在选择模具刃口制造公差时，既要保证工件，精度要求，也能保证具有合理的间隙数值。一般冲模精度较工件精度高23级。查表取凸凹模制造公差查表得：凸=0.030、凹=0.045，凸凹模采用分开加工的方法，得：X=0.5 对于长度尺寸12得：=-0.020 =+0.020由表2-30 查得：x=0.75=（a+x) (5-10)=(12+0.750.1)=12.075=(a+x+) (5-11) =(12+0.750.1+0.05)=12.125对于长度尺寸45得：=-0.020 =+0.020由表2-30 查得：x=0.75=（a+x) (5-12)=(45+0.750.1)=45.075=(a+x+) (5-13) =(45+0.750.1+0.05)=45.125对于宽度尺寸22=(b+x) (5-14) =(22+0.750.12)=22.09=(b+x+) (5-15) =(22+0.750.12+0.050)=22.14对于宽度尺寸91.93=(b+x) (5-16) =(91.93+0.750.12)=92.02=(b+x+) (5-17) =(91.93+0.750.12+0.050)=92.075.4.3 弯曲工序工作部分的尺寸及间隙1.凸模和凹模的间隙弯曲模间隙是指单面间隙。间隙的大小对弯曲力、弯曲件的质量、弯曲模的寿命都有影响。若Z值太小，凸缘区变厚的材料通过间隙时，校直与变形的阻力增加，与模具表面间的摩擦、磨损严重，使弯曲力增加，零件变薄严重，甚至拉破，模具寿命降低。间隙小时得到的零件 侧壁平直而光滑，质量较好，精度较高。间隙过大时，对毛坯的校直和挤压作用减小，弯曲力降低，模具的寿命提高，但零件的质量变差，冲出的零件侧壁不直。因此弯曲模的间隙值也应合适，确定Z时要考虑压边状况、弯曲次数和工件精度等。其原则是：既要考虑板料本身的公差，又要考虑板料的增厚现象，间隙一般都比毛坯厚度略大一些。采用压边弯曲时其值可按下式计算： Z/2=1.1t=0.88 (5-18)则弯曲模的间隙Z=1.76。2.弯曲模的圆角半径（1）t/D=2/220=0.0090.10.3，且无凸缘，查表3-10知：r凹=5t=4（2）凸模的圆角半径及尺寸公差等于工件的内圆角半径。3.工作部分尺寸 凸模和凹模的尺寸及公差应按零件的要求来确定，由于要求外形尺寸，因此以凹模设计为准。查表2-28得：凸=0.10、凹=0.06凸模部分 (5-19)凹模部分 (5-20)5.4.4 冲孔刃口尺寸的计算 冲孔尺寸2.5的凸、凹模的偏差 查表2-28得：=-0.020 =+0.020|+|=（0.020+0.020）=0.04-由表2-30 查得：x=0.75. (5-21) =（2.5+0.750.12） =2.59 (5-22)=（2.5+0.750.12+0.050）=2.64第6章 模具结构合理性分析6.1 模具结构图图6.1 落料冲孔装配图 图6.2 弯曲装配图6.2 模具的工作过程冲孔落料复合模：本模具是一套倒装的冲孔落料的复合模。从前往后送料（操作侧向非操作侧），卸料板5对料带进行导正，固定挡料销23对料带进行限位。工作开始时，冲床带动冲模上模侧上行，开始送料，同时卸料板1处于卸料完成状态，送料完成后，上模侧下行，导柱与导套接触开始导向，之后下行上模凸凹模19与凹模18接触产生对料带的冲裁力完成冲孔落料工序，工件成型后，冲床带动上模上行，制件和废料分别由卸料板17和卸料板5从凹模18和凸凹模19中推出，取出制件，开始送料进行下一个工作循环。冲孔废料积攒6片后第一片直接由凸凹模孔和下模座孔中落下。弯曲模： 本模具是一套弯曲模。从操作侧进行装料。落料冲孔件由凹模4上定位凸台进行定位。工作开始时冲床带动上模上行至最高点时进行装料（此时卸料销9处于卸料完成状态），装料完成后冲床带动上模下行，导柱与导套接触开始导向，当弯曲凸模11与弯曲凹模3接触时开始进行弯曲，直至上模下行至最低点，弯曲完成。工件成型后，冲床带动上模上行，顶杆16推动顶件块15将工件从凹模3中推出，利用弹簧和顶件块将制件顶出，取出成品制件，开始装料，开始下一个工作循环。第7章 模具主要零件结构设计7.1 弹性元件的设计7.1.1 弹簧的设计计算由于弹簧的力较大，经分析采用组合弹簧，采用组合弹簧时，注意下面几点：1）为满足组合弹簧的等强度关系，应使组合弹簧的最大总负荷为外圈弹簧受力与内圈弹簧受力之和。2）为满足组合弹簧等变形关系，应使每个弹簧预压缩后的许可压缩量相同。3）为保证组合弹簧同心和不致卡住，应使其中一个弹簧为右旋，另一个弹簧为左旋。4）组合弹簧径向单面间隙为C=（0.11）d。采用弹性卸料装置，根据工厂经验可按所选弹簧的最大工作负荷， 。卸料板初定10根弹簧。则F1=2.785N。参照GB/T2089-80，选取的两根弹簧的系数如表。表7-1 两根弹簧的系数GB/T2089-80弹簧1弹簧2材料直径（）1010弹簧中径（）6095节径（）20.137.5工作极限负荷（N）41802870自由高度（）170130工作极限负荷下变形量（）67.773.7设预压缩后的许可变形量为X解之： X=42，则两根弹簧的装配高度分别为H1=170-（66.7-42）=145.3，H2=130-（73.7-42）=98.3。7.1.2 卸料橡胶的设计计算 由于橡皮允许承受的负荷较大，而且安装调整比较灵活方便，亦是冲模中弹性卸料、顶件及压边装置常用的弹性元件。弹簧弹顶器采用橡胶作为弹性元件橡胶的自由高度。根据工作行程S工作计算橡胶的自由高度。 H自由=（3.54）S工作 （7-1） 式中 S工作工作行程与模具修模量或调整