毕业论文止动件冷冲压模具设计

摘 要本文介绍了止动件的冷冲压模具设计，文章介绍了冷冲压模具设计的全过程。通过对零件的工艺分析,改进了工艺方案,用一套复合模完成落料冲孔工序,阐述了垫圈冲裁复合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. 解决了薄板冲孔、冲缝复合模的凸模细长易断、孔的同轴度难以保证以及模具使用寿命短的技术问题.改进了落料、冲孔、冲缝的制作工艺,设计了一套新型复合冲裁模,提高了工件的同轴度精度,延长了模具的使用寿命.对定位板零件的冲压工艺进行了分析,改用冲孔-整孔-落料连续冲压工艺,明显提高工件质量及生产率.简述了定位板冲模的排样图、冲压力及压力中心等工艺计算,设计了冲孔-整孔-落料级进模。列出了模具所需零件的详细清单，并给出了合理的装配图。通过充分利用现代模具制造技术对传统机械零件进行结构改进、优化设计、优化工艺方法能大幅度提高生产效率，这种方法对类似产品具有一定的借鉴作用。 关键词: 止动件 冷冲压 模具设计 模具加工 模具结构ABSTRACT This paper describes the stop moving pieces of cold stamping mould design, this paper introduces the whole process of cold stamping mould design. On cold stamping mould design a comprehensive introduction and analysis, and on this basis the die design, the design includes analysis of the technology of technological scheme, drew up parts die structure, arrangement and cutting board, computational tool pressure pressure center and confirming the selected press mould structure and rendering, identify sketch, punching mould assembly blade dimensions and tolerances of calculation, punching the blade dimensions and tolerances of computing, confirm the main parts structure size, design and drawing layout, and select the standard parts, and draw the part of non-standard parts graph, and a series of work 。Die requirements set out a detailed list of parts, and gives a reasonable assembly. By fully utilizing modern manufacturing technology to mold traditional mechanical parts for structural improvements, design optimization, Process optimization methods can greatly enhance production efficiency, the method of similar products have some reference.Keywords: stop moving parts, cold stamping, mold design ， mold manufacturing ，the structure of mold 目 录前言1第一章：引言2 1.1 模具行业的发展现状及市场前景2 1.2 冲压工艺介绍3 1.3 冲压工艺的种类4 1.4 冷冲压模具发展简介5 1.4.1 冷冲模工业在历史上的背景5 1.4.2冷冲模工业现状5 1.4.3冷冲模的发展方向7 1.5冲压行业阻力和障碍与突破9 1.6相关研究的最新成果及动态121.7 毕业设计的意义14第二章：必备理论知识112.1冲裁变形过程.11 2.2冲裁件的质量12 2.3冲裁间隙.13 2.4凸凹模尺寸计算14 2.5冲压力的计算18 2.6压力中心的计算20 2.7冲裁排样设计20第三章止动件的设计25 3.1 设计题目一止动板25 3.2冲压件工艺分析25 3.2.1材料性能.25 3.2.2冲裁件的形状和尺寸263.2.3冲裁件的尺寸精度.26 3.2.4尺寸标注26 3.3 方案及模具结构类型26 3.3.1工艺方案分析26 3.3.2模具结构类型的选定27 3.4 排样计算 .28 3.4.1材料利用率30 3.4.2排样方式31 3.4.3搭边31 3.5压力计算 .31 3.5.1冲裁力的计算.31 3.5.2卸料力和推件力的计算32 3.6 模具压力中心计算34 3.7 零件刃口尺寸计算34 3.7.1计算原则34 3.7.2冲孔刃口计算34 3.7.3落料刃口计算35 3.8 凸凹模刃口尺寸计算37 3.8.1刃口尺寸计算37 3.8.2落料凹模板尺寸38 3.8.3凸凹模尺寸38 3.8.4冲孔凸模尺寸38 3.8.5冲孔刃口尺寸计算39 3.9 弹性元件的设计计算39 3.10其它模具零件结构尺寸34 3.10.1模架的选择40 3.10.2闭合高度.40 3.11 模具的零件设计与计算40 3.11.1凸模的外形尺寸40 3.11.2凹模尺寸结构.41 3.11.3卸料设计与计算42 3.11.4卸料螺钉43 3.11.5卸料螺钉尺寸关系43 3.12 冲床选用43 3.12.1冲压设备的选择依据43 3.12.2压力机的选择44致谢45参考文献46设计总结47附录.48 附表48 52 / 58文档可自由编辑打印前 言 冷冲模模具设计是为机械设计制造及其自动化专业学生在学完大学教学计划所规定的全部基础课和专业课后，所设置的一个重要的实践性教学环节。其目的是：具体应用和巩固本课程及有关已修课的理论知识、生产知识，了解冲压模模具设计的一般设计方法和步骤；培养设计能力，为以后进行设计工作打下基础；结合生产和使用等条件，独立地完成模具总体结构及其零部件的设计。熟练掌握徒手测绘的能力和AutoCAD绘图软件的应用能力，熟悉和运用参考文献、设计手册、了解有关国家（部颁）标准、规范等，加强对模具设计的认识，培养独立分析问题和解决问题的能力。它是大学生活最后一个里程碑，是四年大学学习的一个总结，是我们结束学生时代，踏入社会，走上工作岗位的必由之路，是对我们工作能力的一次综合性检验。由于本人设计水平有限，本设计定存在许多错误和不妥之处，请各位指导老师批评和雅正，恳请老师不吝赐教，同学提出宝贵的意见和建议，在此表示衷心的感谢！ 第1章 引 言 1.1 模具行业的发展现状及市场前景1.1.1模具行业的发展现状近几年，我国模具产业总产值保持15%的年增长率，到2011年年底模具产值预计为1300亿元。我国的模具工业的发展，日益受到人们的重视和关注，在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%80%的零部件都要依靠模具成型。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和代消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。国际模具及五金塑胶产业供应商协会负责人罗百辉指出，在信息社会和经济全球化不断发展的进程中，模具行业发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方面发展。伴随着产品技术含量的不断提高，模具生产向着信息化、数字化、无图化、精细化、自动化方面发展；模具企业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展。1.1.2模具行业发展趋势分析 A、模具市场全球化，模具生产周期进一步缩短 模具市场全球化是当今模具工业最主要的特征之一，模具的购买者和生产商遍布全世界，模具工业的全球化发展使生产工艺简单、精度低的模具加工企业向技术相对落后、生产率较低的国家迁移，发达国家的模具生产企业则定位在生产高水准的模具上，模具生产企业必须面对全球化的市场竞争，同时模具生产厂家不得不千方百计地加快生产进度，努力简化和废除不必要的生产工序，模具的生产周期将进一步缩短。 B、模具CAD/CAM向集成化、智能化和网络化发展 软件的功能模块越来越齐全，同时各功能模块采用同一数据模型，实现信息的综合管理与共享，支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程。 C、模具技术向高速加工、硬铣削和复合加工方向发展 随着模具向精密化和大型化方向发展，加工精度超过1m的超精加工技术和集电、化学、超声波、激光等技术综合在一起的复合加工在今后的模具制造中将有广阔的前景。 D、模具产品将向大型、精密、标准化方向发展 一方面模具成型零件日渐大型化和为提高生产效率开发的“一模多腔”造成了模具日趋大型化，另一方面电子信息产业、医学的迅猛发展带来了零件微型化及精密化，国外发达国家模具标准件使用覆盖率一般为80左右，随着我国模具工业的发展，模具标准化工作必将加强，模具标准化程度将进一步提高，模具标准件的应用和生产在“十一五”期间必将得到较大的发展。 E、快速经济模具前景十分广阔 多品种小批量生产时代的到来，人们要求模具的生产周期越短越好，因此快速经济模具将有广阔的发展前景。 F、优质模具材料及先进表面处理技术受到重视 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，因此选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命显得十分重要。 1.2 冲压工艺介绍 冲压加工是借助于常规或专用冲压设备的动力，使板料在模具里直接受到变形力并进行变形，从而获得一定形状,尺寸和性能的产品零件的生产技术。板料，模具和设备是冲压加工的三要素。按冲压加工温度分为热冲压和冷冲压。前者适合变形抗力高，塑性较差的板料加工；后者则在室温下进行，是薄板常用的冲压方法。它是金属塑性加工的主要方法之一，也隶属于材料成型工程技术。冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压加工就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。1.3 冲压工艺的分类 1.3.1按变形性质分类 A、分离工序 ：被加工材料在外力作用下产生变形，当作用在变形部分的相当应力达到了材料的抗剪强度，材料便产生剪裂而分离，从而形成一定形状和尺寸的零件。这些冲压工序统称分离工序，如剪裁一冲孔、落料、切口等。 B、成形工序 ：被加工材料在外力作用下，作用在变形部分的相当应力处于材料的屈服极限与强度极限之间，材料仅仅产生塑性变形，从而得到一定形状和尺寸的零件，这些冲压工序统称成形工序，如弯曲、拉深、成形等变形工序。常用的各种冲压加工方法，可见表1-2和表1-3。1.3.2按基本变形方式分类 A、冲裁 ：使材料沿封闭或不封闭的轮廓剪裂而分离的冲压工序为冲裁，如冲孔、落料等。 B、弯曲 ：将材料弯成一定角度或形状的冲压工序称为弯曲，如压弯、卷边、扭曲等。 C、拉深 ：将平板毛坯拉成空心件，或将空心件的形状和尺寸用拉深模作进一步改变的冲压工序，称为拉深，有不变薄拉深和变薄拉深。 D、成形 ：使材料产生局部变形，以改变零件或毛坯形状的冲压工序称为成形，如翻边、缩口等。1.3.3按工序组合形式分 A、简单工序 ：当零件批量不大、形状简单、要求不高、尺寸较大时，在工艺上常采用工序分散的方案，即在一副模具内只完成零件的一个工序，此工序称为简单工序。 B、组合工序：当零件批量较大、尺寸较小、公差要求较严时，用若干个分散的简单工序来冲压零件是不经济的或难于达到要求的。这时在工艺上多采用工序集中的方案，即将两种或两种以上的简单工序集中在一副模具内完成，称为组合工序。根据工序组合的方法，又可将其分为三类： 1）复合冲压在压力机的一次行程中，在一副模具的同一位置上同时完成两种或两种以上的简单工序的冲压方法。 2）连续冲压在压力机的一次行程中，在一副模具的不同位置上同时完成两种或两种以上的简单工序的冲压方法。连续冲压所完成的冲压工序依次分布在条料送进的方向上，压力机每一次行程中，条料送进一个步距，同时冲压相应的工序。除最初几次冲压行程外，以后每次冲压行程都可以完成一个零件。 3）连续一复合冲压在一副模具内包括连续冲压和复合冲压的组合工序。连续冲压和连续一复合冲压是高效率的组合工序，可使复杂零件在一副模具内冲压成形。在大批量生产中广泛采用。1.4冷冲压模具发展简介1.4.1冷冲模具工业在历史上的背景 我国考古发现，早在2000多年前，我国已有冲压模具被用于制造铜器，证明了中国古代冲压成型和冲压模具方面的成就就在世界领先。1953年，长春第一汽车制造厂在中国首次建立了冲模车间，该厂于1958年开始制造汽车覆盖件模具。我国于20世纪60年代开始生产精冲模具。在走过了漫长的发展道路之后，目前我国已形成了300多亿元各类冲压模具的生产能力。1.4.2 冷冲模具工业的现状 A、冷冲压模具市场情况 我国冷冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都虽有了很大发展，但与国发经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。一些低档次的简单冲模，已趋供过于求，市场竟争激烈。 B、冷冲压模具水平状况近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具内也能生产了。精度达到12m，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到Ra1.5m的精冲模，大尺寸（300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。1.4.3 冷冲模具的发展方向 A、中国冷冲模具市场前景广阔。 冷冲模具应用领域的不断扩大、已应用领域对冷冲模具提出的更多和更高要求，使模具工业发展速度快于其他制造业的发展速度已成为普遍规律，目前世界模具市场供不应求，随着经济全球化发展趋势日趋明显，模具制造业逐渐向我国转移以及跨国集团到我国进行模具采购趋向日趋明显，外资和民营资本继续看好我国模具行业，我国模具行业机遇大于挑战，未来国际模具市场前景广阔，我国冷冲模具仍有较大发展空间。 B、冷冲模具产品市场竞争力不断提升。当前，我国面临发达国家的技术优势和发展中国家价格优势的双重压力。罗百辉指出，中国模具企业必须在技术、管理和人才培训方面下功夫，积极引进国外先进的模具制造技术，提升高端模具产品开发能力，调整模具产品结构，不断提高我国模具产品的国际竞争力。 C、冷冲模具行业发展速度持续增长 我国国民经济在“十二五”期间将继续保持较快的发展速度，给模具行业的发展提供了可靠的宏观支持。模具行业机遇和挑战并存。1.5 冲压行业阻力和障碍与突破 15.1  产品质量不高 当前我国模具生产厂中多数是“大而全”、“小而全”，国外模具企业大多是“小而专o、“小而精”。国内模具总量中属大型、精密、复杂、长寿命模具的比例只有30左右，国外在50以上。 国内模具生产厂商工艺条件参差不齐，差距很大。现代模具行业早已走出以手工制模的时代，进入了数字化时代，实现了无图化生产，靠计算机设计，通过计算机输入数据加工制作模具。我国一些厂家由于设备不配套，很多工作依旧手工完成，严重影响了精度和质量。受售价限制，国产模具多采用2Crl3和3Crl3作精密热处理。而国外则采用专用模具材料D1一N12316，其综合性能，耐磨、耐腐蚀性能及感光亮度均明显优于国产材料。这也从根本上影响了圈产模具的外观质量和使用寿命。 模具就其本质而言属于工装，生产出合格产品才是最终目的。因此，模具的质量、性能依靠试模结果检验。国内模具厂因交货期短，试模设备局限。往往把质量检验工作放在用户试模，易给用户造成大量的经济损失和资源浪费。而且由于修模受时间、场地限制，往往难以调试到最佳状态。而国外一些发展较好的企业都拥有自己专业试模场所和试模设备，可以模拟用户的工非条件试模，所以能在最短的时间达到最好的效果。  我国目前的生产仍以手工为主，造成质量不稳定、周期长，而且工人从业环境差，制约了我国模具向更高层次发展。传统的人工打模和仿型、拷贝型的模具生产方式，整体技术工艺和设计能力水平不高。附加值很低。没有能力承接一些大型、精密、复杂和长寿命高档模具的大宗订单。 1.5.2.  标准化水平不高    模具是专用成形工具产品，虽然个性化强，但也是工业产业，所以标准化工作十分重要。模具标准化工作主要包括模具技术标准的制订和执行、模具标准件的生产和应用以及有关标准的宣传、贯彻和推广等工作。中国模具标准化工作起步较晚，加之宣传、贯彻和推广工作力度小，因此模具标准化落后于生产。更落后于世界上许多工业发达的国家。国外模具发达国家，如日本、美国、德国等，模具其标准化工作已有近100年的历史，模具标准的制订、模具标准件的生产与供应，已形成了完善的体系。国内模具标准化工作只是在“全国模具标准化技术委员会”成立以后的1983年才开始的。目前国内已有约2万家模具生产单位模具生产有了很大发展，但与工业生产要求相北，尚很不适应其中一个重要原因就是模具标准化程度和水平不高。    1.5.3  缺迁相关人才 当今世界正进行着新一轮的产业调整，一些模具产品逐渐向发展中国家转移。中国正成为世界模具大国，但我国模具行业人才紧缺成为一个迫在眉睫的问题。据统计，我国模具行业目前从业人员宥600多万，但模具设计师仅60万。据劳动部门调查显示目前企业对模具人才的需求越来越大，在北京、广东、浙江等地，模具设计人员、模具开发人员、模具维修人员等已成为人才市场最紧缺的人才之一，尽管许多企业打出“年薪10万”的招聘启事，但也难以招到合适人才。 模具行业是一个需长期积累经验的行韭，一个模具师傅起码要有2到3年的实践经验，一个精通模具设计的工程师，也要宥5到8年的经验积累。现在的年轻人能坚持下来且有所成就的很少。由于最初的学习非常枯燥因此许多初学者常半途而废。此外我国传统教育方式对模具人才的培养存在不足。一些高校尽管在近年内设立模具专业，但是培养出的学员实际技能不够。而社会上各种各样的模具培训班，由于缺乏规范的职业标准，因此学员质量良莠不齐。    1.5.4  受到外资企业的挑战     目前世界制造业生产基地加速向我国转移。国际模具行业巨头继20世纪90年代中期进入中国，再掀投资热潮，目的正为抢占先机。中国本土模具行业面临国外先进技术与高质量制品的挑战，生存空间受挤压。国际模具工业巨头芬兰贝尔罗公司投资兴建的深圳模具制造厂已正式投入生产。这家制造厂完全根据欧美标准建造，首期工程投入人民币6000万元，主要为电信、保健、电子、汽车等行业提供高阶模具产品，同时具备测试及验证能力。2005年5月。日本排名第一的汽车模具制造商富士工业技术株式会社与三井物产株式会社共同组建的三井富士汽车模具公司在山东烟台落户；美国科尔亚洲公司也与中国东风汽车模具公司合资建立武汉东风科尔模具标准件公司，科尔亚洲公司占六成三股份。2005年7月，日本从事模具生产的AB公司首度与台湾地区个人计算机外围设备厂商同赴上海设厂，生产鼠标及移动电话模具产品。欧洲联盟、韩国、新加坡模具企业也密集组团到中国考察，寻求进驻区域及合作伙伴。 1.5. 5  缺乏自有品牌 目前广东省有2000多家机械五金模具销售和服务机构，但拥有自主品牌的企业却只有两三家。由于缺乏自有品牌。目前国内每个职工平均每年创造模具产值约合1万美元左右，而模具行业发达国家大多是15万20万美元，有的甚至达到25万30万美元。国内企业开发能力弱、没有品牌，导致了经济效益欠佳，在市场中常处于被动地位。 突破点：提高行业人员素质 这是一项迫在眉睫的任务，又是一项长期而系统的任务。振兴我国冲压行业需要大批高水平的科技人才，大批熟悉国内外市场、具有现代管理知识和能力的企业家，大批掌握先进技术、工艺的高级技能人才。要舍得花大力气，有计划、分层次地培养。1.6 相关研究的最新成果及动态 对品质要求日益提升，近年来模具的开发，除兼顾速度及成本，面对同质产品的市场竞争及需求，国内精密模具开发的技术研发比往年更加积极且成熟，已逐渐赶上国际技术水准的脚步。精密模具加工领域中，微细加工对国内从业者来说属于较新的领域，业者面对国外硬体设备的天价，虽需投入大量的成本，但由于未来市场潜力看好，仍有业者积极投入研发工作。如国内的奇钰精微公司为减少进口设备的成本，自行研发符合超精密CNC中心加工机技术，采用符合国际市场的标准研发设计，为掌握机台精度及稳定度，整台机床以美制花冈岩材料制造，这样的设备加工3C生技产业、精细模具、零组件等，符合国内市场大多数的要求，目前加工最小孔径己微小至0.05，刀具0.2，且适用各种钢材、非铁金属、工程塑胶、矽板等。奇钰精微公司总经理邱宪堂表示，国内外产业结构不同，国外业者在关键零组件、微孔、精细结构元件要求一向极高，因此一直都是投入大量成本从事研发工作。国内业者在规模上虽无法国外相比，但在交期、价位及少量多样化的竞争条件下，仍有一定的竞争优势，这也是这是台湾在国际市场最有利的条件。高科技的电子产业中，微细加工及精密微小模具一直都是进口产品的天下，但面交期难估及高昂的使用成本一直无法改善，让国内业者在其它找到生存的空间，目前开发相关精密模具的技术近年已经逐渐符合电子业的需求，相信在相关业者持续努力下，未来国内精密模具的微细加工领域将有极大的成长空间。 目前冲压技术的发展方向： （1）精密冲裁：普通冲裁件断面粗糙、精度低，而精密冲裁可以使零件有光洁的断面和高的精度。目前已有的相当一部分过去用切割加工的零件改为精密冲裁，精密冲裁工件的厚度可达到2mm。因此，精密冲裁以无切屑加工代替了大量切削加工，从而大大降低了生产成本。 （2）应用先进工艺：气体、液体、橡胶、超塑性成型等先进工艺，对某些复杂零件的成型有明显的效果，要深入研究其变形机理，确定合理工艺参数，提高成型效能和实用性。 （3）冲压生产机械化、自动化：研制自动送、退料装置，多工位自动压力机，自动生产线，带自动保护的监视和检测装置等，这是提高劳动生产率、减轻劳动强度和保证操作安全的有效措施。 （4）模具标准化：不仅要有各种规格和精度的模架标准，还要发展典型模具结构和零部件的标准化工作，降低模具设计复杂程度，降低模具制造技术，缩短生产准备周期。 （5）发展具的计算机辅助设计与辅助制造：计算机辅助设计，就是用电子计算机作为信息处理手段，进行最佳判断、计算，实现综合设计。计算机辅助制造，就是生产人员借助计算机对模具制造实行监督、控制和管理。将模具设计与制造联成一个统一的计算机控制系统，是向自动化发展的有效途径，对提高模具设计与制造质量、简化模具设计和生产管理将起巨大的作用1.7毕业设计的意义 本科毕业设计，对于一个即将进入社会的大学生来说，是很有意义的事，不同于原来的一些课程设计，首先难度胜于以往的一些设计，因为这个设计很可能因为所选题目涉及到的知识涵盖量相当大，从理论学习到实践，还需要学习一些辅助软件，其次设计的可行性要求很高，有的需要做出产品，这是个困难重重的过程，所以很大程度上，我认为毕业设计是从校园理论学习到社会运用的一个过渡阶段，毕业设计是个很好的过渡跳板，认真做收获会很大，实际帮助最大的那就是选择课题时候，选和未来工作相关的题目，有压力有动力去做好，并且未来工作时候收益很多，高等工科院校的毕业设计是完成教学计划达到本科生培养目标的重要环节。它通过深入实践、了解社会、完成毕业设计任务或撰写论文等诸环节，着重培养学生综合分析和解决问题的能力和独立工作能力、组织管理和社交能力；同时，对我们的思想品德，工作态度及作风等诸方面都会有很大影响。对于增强事业心和责任感，提高毕业生全面素质具有重要意义。是学生在校期间的昀后学习和综合训练阶段；是学习深化、拓宽、综合运用所学知识的重要过程；是学习、研究与实践成果的全面总结；是综合素质与工程实践能力培养效果的全面检验；是实现从学校学习到岗位工作的过渡环节；是毕业及学位资格认定的重要依据；是衡量高等教育质量和办学效益的重要评价内容。由于本人设计水平有限，必然在设计中仍有很多缺点和错误，敬请老师们批评指正。 第二章 必备理论知识2.1冲裁变形过程 冲裁变形过程。如果模具间隙正常，冲裁变形过程大致可分为如下三个阶段。2.1.1 弹性变形阶段(图2.2.2)在凸模压力下，材料产生弹性压缩、拉伸和弯曲变形，凹模上的板料则向上翘曲，间隙越大，弯曲和上翘越严重。2.1.2 塑性变形阶段(图2.2.2)   随凸模挤入板料深度的增大，塑性变形程度增大，变形区材料硬化加剧，冲裁变形抗力不断增大，直到刃口附近侧面的材料由于拉应力的作用出现微裂纹时，塑性变形阶段便告终，此时冲裁变形抗力达到最大值。由于凸、凹模间存在有间隙，故在这个阶段中板料还伴随着弯曲和拉伸变形。间隙越大，弯曲和拉伸变形也越大。2.1.3 断裂分离阶段(图2.2.2、)   内裂纹首先在凹模刃口附近的侧面产生，紧接着才在凸模刃口附近的侧面产生。已形成的上下微裂纹随凸模继续压入沿最大切应力方向不断向材料内部扩展，当上下裂纹重合时，板料便被剪断分离。 2.2.3所示冲裁力-凸模行程曲线可明显看出冲裁变形过程的三个阶段。图中OA段是冲裁的弹性变形阶段；AB段是塑性变形阶段，B点为冲裁力的最大值，在此点材料开始剪裂，BC段为微裂纹扩展直至材料分离的断裂阶段，CD段主要是用于克服摩擦力将冲件推出凹模孔口时所需的力。 图2.2.2 冲裁变形过程 2.2冲裁件质量 冲裁件质量是指断面状况、尺寸精度和形状误差。断面状况尽可能垂直、光洁、毛刺小。尺寸精度应该保证在图纸规定的公差范围之内。零件外形应该满足图纸要求；表面尽可能平直，即拱弯小。2.2.1冲裁件断面质量   由于冲裁变形的特点，冲裁件的断面明显地分成四个特征区，即圆角带a、光亮带b、断裂带c与毛刺区d，如图2.2.4所示。 图2.2.3冲裁力曲线 圆角带a ：该区域的形成是当凸模刃口压入材料时，刃口附近的材料产生弯曲和伸长变形，材料被拉入间隙的结果；    光亮带b ：该区域发生在塑形变形阶段，当刃口切入材料后，材料与凸、凹模切刃的侧表面挤压而形成的光亮垂直的断面。通常占全断面的1/2-1/3；   断裂带c ：该区域是在断裂阶段形成。是由刃口附近的微裂纹在拉应力作用下不断扩展而形成的撕裂面，其断面粗糙，具有金属本色，且略带有斜度。   毛刺区d ：毛刺的形成是由于在塑性变形阶段后期，凸模和凹模的刃口切入被加工板料一定深度时，刃口正面材料被压缩，在应力的作用下，裂纹加长，材料断裂而产生毛刺。2.3 冲裁间隙231. 冲裁间隙Z冲裁间隙是指冲裁模中凹模刃口横向尺寸DA与凸模刃口横向尺寸dT的差值，如图2.3.1所示。Z表示双面间隙，单面间隙用Z/2表示，如无特殊说明，冲裁间隙就是指双面间隙。Z值可为正，也可为负，但在普通冲裁中，均为正值。图2.3.1 冲裁模间隙2.3.2 冲裁间隙的确定方法 在冲压实际生产中，主要根据冲裁件断面质量、尺寸精度和模具寿命这三个因素综合考虑，给间隙规定一个范围值。只要间隙在这个范围内，就能得到质量合格的冲裁件和较长的模具寿命。这个间隙范围就称为合理间隙，这个范围的最小值称为最小合理间隙（Zmin），最大值称为最大合理间隙（Zmax）。考虑到在生产过程中的磨损使间隙变大，故设计与制造新模具时应采用最小合理间隙Zmin。确定合理间隙值有理论法和经验确定法两种。A、理论法主要是根据凸、凹模刃口产生的裂纹相互重合的原则进行计算。图2.3.2所示为冲裁过程中开始产生裂纹的瞬时状态，根据图中几何关系可求得合理间隙图 2.3.2冲裁产生裂纹的瞬时状况Z为 上式可看出，合理间隙Z与材料厚度t、凸模相对挤入材料深度 、裂纹角 有关，而h0/t及又与材料塑性有关，见表2.3.1。因此，影响间隙值的主要因素是材料性质和厚度。材料厚度越大，塑性越低的硬脆材料，则所需间隙Z值就越大；材料厚度越薄，塑性越好的材料，则所需间隙Z值就越小。由于理论计算法在生产中使用不方便，故目前广泛采用的是经验数据。 B、经验确定法 根据研究与实际生产经验，间隙值可按要求分类查表确定。对于尺寸精度、断面质量要求高的冲裁件应选用较小间隙值（表2.3.2），这时冲裁力与模具寿命作为次要因素考虑。对于尺寸精度和断面质量要求不高的冲裁件，在满足冲裁件要求的前提下，应以降低冲裁力、提高模具寿命为主，选用较大的双面间隙值（表2.3.3）。可详见GB/T16743-1997。 2.4凸凹模尺寸计算凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影响冲裁件的尺寸精度。模具的合理间隙值也靠凸、凹模刃口尺寸及其公差来保证。因此，正确确定凸、凹模刃口尺寸和公差，是冲裁模设计中的一项重要工作。2.4.1.凸凹模尺寸计算原则 由于凸、凹模之间存在着间隙，所以冲裁件断面都带有锥度。但在冲裁件尺寸的测量和使用中，则是以光亮带的尺寸为基准。 落料件的光亮带处于大端尺寸，其光亮带是因凹模刃口挤切材料产生的，且落料件的大端（光面）尺寸等于凹模尺寸。 冲孔件的光亮带处于小端尺寸，其光亮带是凸模刃口挤切材料产生的，且冲孔件的小端（光面）尺寸等于凸模尺寸。 冲裁过程中，凸、凹模要与冲裁零件或废料发生摩擦，凸模轮廓越磨越小，凹模轮廓越磨越大，结果使间隙越用越大。因此，确定凸、凹模刃口尺寸应区分落料和冲孔工序，并遵循如下原则：    A、设计落料模先确定凹模刃口尺寸。以凹模为基准，间隙取在凸模上，即冲裁间隙通过减小凸模刃口尺寸来取得。设计冲孔模先确定凸模刃口尺寸。以凸模为基准，间隙取在凹模上，冲裁间隙通过增大凹模刃口尺寸来取得。 B、根据冲模在使用过程中的磨损规律，设计落料模时，凹模基本尺寸应取接近或等于工件的最小极限尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则取接近或等于工件孔的最大极限尺寸。这样，凸、凹在磨损到一定程度时，仍能冲出合格的零件。模具磨损预留量与工件制造精度有关。用x、表示，其中为工件的公差值，x为磨损系数，    其值在0.51之间，根据工件制造精度进行选取：     工件精度IT10以上 X=1     工件精度IT11IT13 X=0.75     工件精度IT14 X=0.5  C、不管落料还是冲孔，冲裁间隙一般选用最小合理间隙值（Zmin）。  D、选择模具刃口制造公差时，要考虑工件精度与模具精度的关系，即要保证工件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。一般冲模精度较工件精度高24级。对于形状简单的圆形、方形刃口，其制造偏差值可按级来选取；对于形状复杂的刃口制造偏差可按工件相应部位公差值的1/4来选取；对于刃口尺寸磨损后无变化的制造偏差值可取工件相应部位公差值的1/8并冠以（±）。   G、工件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造偏差原则上都应按“入体”原则标注为单向公差，所谓“入体”原则是指标注工件尺寸公差时应向材料实体方向单向标注。但对于磨损后无变化的尺寸，一般标注双向偏差【3】。2.4.2凸凹模刃口计算方法由于冲模加工方法不同，刃口尺寸的计算方法也不同，基本上可分为两类。 A、按凸模与凹模图样分别加工法 图2.4.1冲模刃口与工件尺寸及公差分布 这种方法主要适用于圆形或简单规则形状的工件，因冲裁此类工件的凸、凹模制造相对简单，精度容易保证，所以采用分别加工，设计时，需在图纸上分别标注凸模和凹模刃口尺寸及制造公差。凸、凹模分别加工法的优点是，凸、凹模具有互换性，制造周期短，便于成批制造。其缺点是，为了保证初始间隙在合理范围内，需要采用较小的凸、凹模具制造公差才能满足T+A Zmax-Zmin的要求，所以模具制造成本相对较高。  冲模刃口与工件尺寸及公差分布情况如图2.4.1所示。其计算公式如下： 落料 DA=(Dmax-X)0+ Dr=(DA-Zmin)0-b1=(D-X-Zmin)0-b1冲孔 dr =(dr+Zmin )0+=(dmin+X+Zmin )0b孔心距 Ld=L±1/8式中 DA、Dr-落料凹、凸模尺寸 Dr、da-冲孔凹、凸模尺寸 Dmin-落料件的最大极限尺寸 Dmin-冲孔件孔的最小极限尺寸 L、Ld-工件孔心距和凹模孔心距的公称尺寸 -工件制造公差 Zmin-最小合理间隙 X-磨损系数 r、A-凸、凹模的制造公差，其可按IT6 IT7级来选取，也可查表2.4.1选取，或取r0.4（Zmax-Zmin ）、A 0.6（Zmax-Zmin）。为了保证初始间隙不超过Zmax 即r+A+ZmaxZmax，r和A必须满足以下条件r+AZmax-Zmin表2.4.1规则形状（圆形、方形）冲裁时凸模、凹模的制造偏差（mm）基本尺寸凸模偏差凹模偏差 0.020 0.020 1830 0.020 0.025 3080 0.020 0.030 80120 0.025 0.035 120180 0.030 0.040 180260 0.030 0.045 260360 0.025 0.050 360500 0.040 0.055 500 0.050 0.060B、凸模与凹模配作法【3】 对于冲制薄材料（因Zmax与Zmin的差值很小）的冲模，或冲制复杂形状工件的冲模，或单件生产的冲模，常常采用凸模与凹模配作的加工方法。   配作法就是先按设计尺寸制出一个基准件（凸模或凹模），然后根据基准件的实际尺寸再按最小合理间隙配制另一件。这种加工方法的特点是模具的间隙由配制保证，工艺比较简单，不必校核T+A Zmax-Zmin的条件，并且还可放大基准件的制造公差，使制造容易。设计时，基准件的刃口尺寸及制造公差应详细标注，而配作件上只标注公称尺寸，不注公差，但在图纸上注明：“凸（凹）模刃口按凹（凸）模实际刃口尺寸配制，保证最小双面合理间隙值Zmin”。   采用配作法，计算凸模或凹模刃口尺寸，首先是根据凸模或凹模磨损后轮廓变化情况，正确判断出模具刃口各个尺寸在磨损过程中是变大，变小还是不变这三种情况，然后分别按不同的公式计算。  1）凸模或凹模磨损后会增大的尺寸第一类尺寸A   落料凹模或冲孔凸模磨损后将会增大的尺寸，相当于简单形状的落料凹模尺寸，所以它的基本尺寸及制造公差的确定方法与公式（2.4.1）相同第一类尺寸：Aj =（AMAX -X）1/40 2）凸模或凹模磨损后会减小的尺寸第二类尺寸B冲孔凸模或落料凹模磨损后将会减小的尺寸，相当于简单形状的冲孔凸模尺寸，所以它的基本尺寸及制造公差的确定方法与公式（2.4.3）相同。第二类尺寸：BJ =（BMIN +X）0-1/40 3）凸模或凹模磨损后会基本不变的尺寸第三类尺寸C   凸模或凹模在磨损后基本不变的尺寸，不必考虑磨损的影响，相当于简单形状的孔心距尺寸，所以它的基本尺寸及制造公差的确定方法与公式（2.4.5）计算。第三类尺寸： CJ =（C min +1/2）±1/8 式中 Aj 、BJ、 CJ- 模具基准件尺寸（mm） AMAX、BMIN、C min -工件极限尺寸 （mm） -工件公差（mm） 2.5冲压力的计算2.5.1冲裁力冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力，它是随凸模进人材料的深度(凸模行程)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的重要依据之一。 用普通平刃口模具冲裁时，其冲裁力F一般按下式计算：F=KLt式中 F冲裁力 L冲裁周边长度；  t材料厚度；材料抗剪强度； K安全修正系数。 一般取K1.3。   为计算简便，也可按下式估算冲裁力：  FLtb(2.6.2)式中b材料的抗拉强度。 2.5.2顶件力、推件力、卸料力计算 在冲裁结束时，由于材料的弹性回复（包括径向弹性回复和弹性翘曲的回复）及摩擦的存在，将使冲落部分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，必须将箍在凸模上的料卸下，将卡在凹模内的料推出。卸料力：从凸模上卸下箍着的料所需要的力称卸料力。 推件力：将梗塞在凹模内的料顺冲裁方向推出所需要的力称推件力。 顶件力：逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需要的力称顶件力【15】 卸料力 F=KxF (2.6.3) 推件力 FT=nKTF (2.6.4)顶件力 FD=KDF       (2.6.5)式中 F冲裁力； Kx、KT、KD 卸料力、推件力、顶件力系数，见表2.6.1；     n同时卡在凹模内的冲裁件(或废料)数。n=h/t    h凹模洞口的直刃壁高度； t板料厚度 表2.6.1卸料力、推杆力和顶件力系数 料厚t/mm Kx KT KD 钢0.10.0650.075 0.1 0.140.10.50.0450.055 0.63 0.080.52.50.040.05 0.55 0.062.56.50.030.04 0.45 0.05 6.50.020.03 0.025 0.03铝、铝合金、纯铜、黄铜0.0250.08 0.030.070.020.06 0.030.09注：卸料力系数Kx，在冲多孔、大搭边和轮廓复杂制件时取上限值。2.5.3.压力机公称压力的计算 压力机的公称压力必须大于或等于各种冲压工艺力的总和Fz。Fz的计算应根据不同的模具结构分别对待，即 采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模时 FZ=F+FX+Fr (2.6.6) 采用弹性卸料装置和上出料方式的冲裁模时 FZ=F+FX+FD  (2.6.7) 采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模 FZ=F+FR  (2.6.8)2.6压力中心的计算 模具的压力中心就是冲压力合力的作用点。为了保证压力机和模具的正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心线相重合。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。2.7冲裁排样设计冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法叫排样。合理的排样是提高材料利用率、降低成本，保证冲件质量及模具寿命的有效措施。2.7.1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利用率，它是衡量合理利用材料的经济性指标。一个步距内的材料利用率 (图2.5.1)可用下式表示=A/BSx100%式中： A - 一个步距内冲裁件的实际面积 B - 条料宽度 S - 步距 2.7.1 废料的种类图 若考虑到料头、料尾和边余料的材料消耗，则一张板料(或带料、条料)上总的材料的利用率总为总=(nA1/LB)x100% 式中 n-一张板料（或带料、条料）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-板料宽度可见材料利用率是一项很重要的经济指标。2.7.2排样方法根据材料的合理利用情况，条料排样方法可分为三种，如图2.5.3所示。图2.5.3 排样方法分类A、有废料排样 如图2.5.3a所示。沿冲件全部外形冲裁，冲件与冲件之间、冲件与条料之间都存在有搭边废料。冲件尺寸完全由冲模来保证，因此精度高，模具寿命也高，但材料利用率低。 B、少废料排样 如图2.5.3b所示。沿冲件部分外形切断或冲裁，只在冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间留有搭边。因受剪裁条料质量和定位误差的影响，其冲件