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目 录摘要1关键词11 前言21.1 本设计的目的与意义21.2 本课题在国内外发展概况及存在的问题21.3 应该解决的主要问题及应达到的技术要求42 零件的加工方法42.1 零件工艺性分析42.2 工艺方案的制定52.2.1 模具的类型52.2.2 模具的零件62.2.3 模具的形式62.2.4 Z形件弯曲方案93 工艺及排样图设计103.1 排样的注意事项113.2 冲压顺序123.3 排样方案134 材料利用率及方案比较154.1 材料利用率154.2 方案比较和选择165 工序计算175.1 总压力175.1.1 方案的各种力的计算175.1.2 方案4总压力的计算195.2 压力中心的计算206 模具结构设计236.1 冲裁间隙236.2凸凹模刃口尺寸计算246.3 冲孔凸、凹模及导正、导向装置设计256.4 各切断、弯模设计266.5 模架的确定266.6 凸模固定板、垫板、卸料板的设计276.7 压料、托料装置的设计286.8 小凸模强度校核287 压力机的选择317.1 压力机的类型的选择317.2 压力机的规格的确定328 零件图的绘制338.1 零件装配总图338.2 绘制主要零件部件图349结论34参考文献35致谢36附录36Z形件级进模设计学 生：指导老师：科技学院 ，长沙 410128）摘 要 本文介绍两种Z形件级进模设计方法。根据本Z形件的特点，设计出两种不同的材料排样方案，直排、横排。由于排样方案和工位顺序，明确零件的具体冲制过程，计算零件所受冲压加工力，分别计算出冲裁力和弯曲力。用级进模可直接从条料模成形冲制出各种类型、形状复杂的板料弯曲件，具有操作安全、机械化与自动化程度高、可实现优质高产低成本等一系列优点，适于在成批与大量生产种推广应用，也是现代冲压生产技术的发展方向。关键词 Z形件级进模 设计 工艺分析排样Design Of Progressive Die Components On Z-ShapedStudent:Liu HuayiTutor:Li Ming(College of Orient ScienceTechnology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract This article mainly introduces two designs of Z-shape parts.According to the feature of this Z-shape parts,I scheme out two different projects about blank layout,including the straight row,the horizontal row.Basing on the arranged projectsand wording orders,to make sure the concrete blanking process of the elements and calculate the punching pressure .One progressive die can be diretly used to produce all kinds of sheet bending part,which has many advantages,such as safe operation,high automation,high production and locosts,etc.Therefore,it is suitable in batch process.Key words Z-shape parts progressive die design technological analysis Layout1 前言Z形件是一 种常见冲压件，课题来源于生产实际。本次设计选用级进模来生产此冲压件。多工位级进模和多功能模具是我国重点发展的精密磨具品种。我国精密多工位级进模还为数不多，模具平均寿命不足100万次，模具最高寿命达到1亿次以上，机密度达到35um，有50个以上的级进工位，与国际上最高模具寿命6亿次，平均模具寿命5000万次相比，处于80你代中期国际先进水平。目前，国内已能生产精度达到2微米的精密多工位级进模，工位数最多已达160个，寿命达到12亿次。级进模中的很多零件已经标准化，如：导柱、导套、导正钉、挡料销等，在本课题中，充分采用标准件。1.1 本设计的目的与意义加工的冲压件的形状、尺寸和表面质量是由模具保证的，所以在大量生产中可以获得稳定的加工质量，可以满足一般的装配和使用要求。冲压加工可通过使材料产生塑性变形制造复杂形状的工作，这是其他工艺方法难以实现的。冲压加工工具由很高的生产率。一般在一台冲压设备上每分钟可以生产小尺寸工件几件到几十件，高速冲床可达几百件，这是其它任何方法都无法实现的。此外，冲压加工所用胚料是板材或卷料，通常又是在常温下加工，故易于实现机械化与自动化，可大幅度的提高生产率。冲压工艺具有生产率高、生产成本低、材料利用率高、能成型复杂零件、适合大批量生产的优点，在某些领域已取代机械加工，并逐渐扩大其工艺范围。因此，研究冲压工艺技术对发展生产、增强效益、更新产品等方面具有重要作用。大学四年所学知识来一个很好的综合，查漏补缺。更重要的亲身经历整个设计过程，认真分析设计的每一部分，更或触类旁通，在精神上、思想上有一个明悟，为将来的工作、生活打下良好的基础。1.2 本课题在国内外发展概况及存在的问题 多工位级进模和多功能模具是我国重点发展的精密模具品种。目前，国内已可制造具有自动冲切、叠压、铆合、计数、分组、转子铁芯扭斜和安全保护等功能的安全保护功能的铁芯精密自动叠片多功能模具。生产的电机定转子双回转叠片硬质合金级进模的步距精度可达20m，寿命达到1亿次以上。其他的多工位级进模，如用于集成电路引线框架的2030工位的级进模，用于电子枪零件的硬质合金级进模和空调器散热片的级进模，也已达到较高水平。 我国精密多工位级进模还为数不多，模具平均寿命不足100万次，模具最高寿命达到1亿次以上，精度达到35um，有50个以上的级进工位，与国际上最高模具寿命6亿次，平均模具寿命5000万次相比，处于80年代中期国际先进水平。目前，国内已能生产精度达2微米的精密国工位级进模，工位最多已达160个，寿命达到12亿次。有代表的是集机电一体化的铁芯精密自动叠片多功能模具，已达到国际水平。如南京长江机器制造厂的电机铁芯自动叠铆硬质合金多工位级进模具有自动冲切、叠压、铆合、计数、分组、转子铁芯扭斜，安全保护功能，凹模采用拼块式，零备件可互换。常州宝马集团公司的步进电机定转子带双回叠片硬质合金级进模。具有转子冲片落料、旋转72再叠片，定子冲片落料、回转90再叠片等功能。这两项模具极度达到2 m，步距精度2-3 m，双回转精度1，寿命达到1亿次以上，制造周期5-6个月，而价格仅为同类进口模具的1/2-1/3，已达到国际先进水平，完全可以替代进口。而其他如48、54、68条腿集成电路柜架多工位级进模、电子枪硬质合金多工位级进模、别克轿车安全带座式工位级进模、空调器散热片多工位级进模，均达到国外同类产品水平。单总体上和国外多国外级进模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，仍存在一定差距。体现高水平制造技术的多工位级进模具覆盖面大增,已从电机、电器铁芯模具扩大到接插件、电子元器件、汽车零件、空调器散热片等家用电器零件模具上。模具质量、模具寿命明显提高，模具交货期较前缩短。模具CAD/CAM技术相当广泛地得到应用，并开发出了自主版权的模具CAD/CAMA软件。电加工。数控加工在模具制造技术得到了进已步发展，尤其是这一领域的高新技术快速原型制造技术（RPM）进展很快，国内有多家企业已自行开发出达到国际水平的相关设备。在“八五”、“九五”期间。我国已有一大批模具企业推广普及了计算机绘图技术，数控加工的使用率越来越高，特别是以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统。我国自主开发的CAD/CAM系统也有很大发展。我国整个模具工业的发展趋势来看，虽然经过改革开放20年来的努力，在飞速缩小与先进国家的差距，但这个差距还是明显的，不论是设计水平还是制造工艺水平方面，都还需要急起直追，例如我国目前模具产品的自给率仅为70% ，产品的专业化、标准化程度低，先进制造技术NC、CNC加工设备层次低、数量少，开发利用率低，CAD/CAM技术采用不普遍，其他如大型化、精密化模具、多功能复合模具、热流道塑料模具、气体辅助注射模具、高压注射成型模具以及快速经济模具产品以待开发。另外，模具设计与制造先进工艺的引进和普及也势在必行，如模具优质材料的应用及先进的表面处理和智能化、自动化抛光技术、快速原型制造技术(RPM)、模具高速扫描及数字化系统、模具加工柔性同步系统等。近些年来，级进组合冲裁模在车身制造中开始得到越来越广泛的应用，用级进模直接把卷材加工成型零件和拉伸件，加工的零件也越来越大，省去了用多工位压力机和成套模具生产所必需串接的板材剪切、涂油、板坯运输等后续工序。级进组合冲模已在美国汽车工业中普遍应用，其优点是生产率高，模具成本低，不需要板料剪切，与多工位压力机上使用的阶梯模相比，节约30%，但是，级进组合冲模技术的应用受拉伸深度、导向和传输的带材表面硬化的限制主要用于拉伸深度比较浅的简单零件，因此不能完全代替多工位压力机，绝大多数零件应优先考虑在多工位压力机上加工。 1.3 应解决的主要问题及应达到的技术要求1）成型设备选择：根据冲压工艺的性质、生产和批量大小=制件的几何形状、尺寸及精度要求，以及安全操作等因素来确定；2）排样设计：通过几种排样方案的设计，确定最佳的排样方案;3)卸料装置设计：工作稳定，并能确保凸模与板料顺利分离； 4）定位装置设计、托料装置设计：确保板料顺利送进，准确定位； 5）凸、凹模设计：凸、凹模结构设计合理，强度足够，刃口尺寸精确，确保能生产出合格制件。2 零件的加工方法2.1 零件工艺分析如图所示Z形件 图 1 Z形件Figure 1 Z-ShapedZ形件是汽车、家电、五金等许多产品中极为常见的一种冲压件。本设计的Z形件的零件材料为钢10，厚度1.2mm，尺寸如图所示。零件尺寸公差无特殊要求，按照模具精度与冲裁精度的关系（见模具设计大典第三卷116页），取模具的精度为IT7，零件的精度为IT10。该零件形状简单，有两个5的孔和两个90度的弯曲，可用单工序模完成，通常的工艺为：落料、冲孔、弯曲，需要三副模具。为了简化生产过程，提高生产效率，本设计采用级进模制造该零件。对于一般的Z形件可以一次弯曲成形，但考虑到这个Z形件的弯曲高度较大，一次成形有些困难，但分多次弯曲又不方便连续送料，因此其排样设计将是本设计的重点。 2.2 工艺方案的制定2.2.1 模具的类型每个冲压产品的制备都有相应的模具。模具设计是否合理，直接影响到冲件品质、生产效益。按所完成的冲压工序可分为冲裁模、拉深模、翻边模、胀形模、弯曲模等；按完成冲压工序的数量及组合程度可分为简单模、级进模、复合模；按有无导向装置形式可分为无导向的开式模、有导向的导板模、导筒模、导柱等；按进料、出件及排除废料的方式可分为手动模、半自动模、自动模；按模具零件组合通用程度可分为专用模和组合模；按模具轮廓尺寸可分为大型模、中型模和小型模。2.2.2 模具的零件 一般来说冲模都是由固定部分和活动部分组合成的。固定部分用压板、螺栓等紧固在压力机的工作台上；活动部分一般紧固在压力机的滑块上。通常紧固部分为下模，活动部分为上模。上模随着滑块上下往复运动，从而进行冲压工作。 冲模上的零件根据作用可以分成五种类型：（1）工作零件：直接使被加工材料变形、分离，从而加工成工件，如凸模、凹模，凸凹模；（2）定位零件：控制条料的送进方向和送料进距，确保条料在冲模中的正确位置，如挡料销、导正销、定位销、定位板、导料板、侧压板和侧刃等；（3）压料、卸料与顶料零件：保证在冲压完成后将工件和废料从模具中排去，以使下次冲压工序顺利进行，如冲裁的卸料板、顶出器、废料切刀、拉伸模中的压边圈等；（4）导向零件：保证上模对下模相对运动精确导向，使凸模与凹模之间保持均匀的间隙，提高冲压件的品质，如导柱、导套、导筒等；（5）固定零件：使各类零件固定在一起构成整体，保证各零件的相互位置，并使冲模能安装在压力机上，如上模板、下模板、模柄、凸模和凹模的固定板、垫板、弹性元件、销钉、螺钉等。2.2.3 模具形式 要正确选用模具的结构形式，必须根据冲压件的形状、尺寸、精度要求，要料性能、生产批量、冲压设备、模具加工等多方面因素进行考虑。在满足冲压件质量的前提下，最大限度的降低冲压件的生产成本。确定模具的结构形式时，必须解决以下几个方面的问题：（1）模具类型的确定：简单模、级进模、复合模；（2）操作方式的确定：手工操作、自动化操作、半自动化操作；（3）进出料方式的确定：根据原材料的形式确定进料方法、取出和整理零件的方 （4）法、原材料的定位方法；（5）压料和卸料方式的确定：压料式不压料、弹性或刚性卸料等；（6）模具的精度的确定：根据冲压件的精度要求确定合理的模具加工精度、选取合理的导向方式或模具固定方式等。在设计冲模时还必须对其维护性能=操作方便、安全性等方面予以充分的注意。例如：（1）模具结构应保证磨损后修磨方面，尽量作到不拆卸可修磨工作零件；影响修磨而必须去掉的零件可做成易拆卸的结构等。（2）冲模的工作零件较多，而且使用寿命相差较大，应将易磨损的工作零件做成快结构形式，而且应尽量做到可以分制调整和补偿易磨损件的尺寸。（3）须经常修磨的零件和调整的部分尽量放在模具的下方。（4）较大的模具应有方便的起重钩式起重孔。（5）模具的结构应保证操作者手不必进入危险区，而且每个活动零件的结构尺寸，在其运动的范围内不致压伤操作者的手指等。表1Table 1比较项目单工序模复合模级进模1.工件尺寸精度2.工件行位公差3.冲压生产率4.实现操作机械化，自动化的可能性5.对材料的要求6.生产安全性7.模具制造的难易程度8.应用较低工件不平整，同轴度，对称度及位置度误差大低，冲床一次行程内只能完成一个工序较易，尤其适于多工位冲床上实现自动化对条料宽度要求不严，可用边角料安全性较差较易，结构简单，制造周期短，价格低通用性好，适于小批量生产和大型件的大量生产较高IT9级以下工件平整，同轴度，对称度及位置度误差小较高，冲床一次行程内可完成两个以上工序难，工件与废料排除较复杂，只能在单机上实现部分机械化操作对条料宽度要求不严，可用边角料安全性较差形状复杂件，比用级进模的难度低通用性较差，适于形状复杂，尺寸不大，精度要求较高的大批量生产一般IT11级以下工件不太平整，有时要校平，同轴度，对称度及位置度误差较大高，冲床一次行程内完成的多个一个工序容易，尤其适于单机上实现自动化对条料宽度要求严格比较安全形状简单件，比用复合模难度低通用性较差，适于形状简单尺寸不大，精度要求不高的大批量生产2.2.4 Z形件弯曲方案 图2 折弯式弯曲模Figure 2 Bending type bending die如图2为Z形件折弯式弯曲模。这种模具，结构简单，设计制造方便，可方便的控制冲件材料厚度的误差所引起的回弹，并很方便地加工出回弹修正角，较好地控制了Z形件的回弹。但此类模具的弯曲定位比较粗糙，Z形件弯曲线的位置精度不易保证，这是由于此种结构的模具不便于利用冲件上的孔进行定位，未完全过程中冲件容易走位，对于工件精度要求较高时不能满足要求。而且弯曲时有材料的延伸率的不确定造成展开长度计算不够准确，加上材料的回弹问题，往往需要反复试模才能得出较为准确的展开尺寸 图3 压弯式弯曲模Figure 3 Bending type bending die图3所示，是一种压弯式弯曲模，先把板料弯成U形切料成为两个Z形件，可以一次出两个工件。此类模具的特点是：设计、制造比较简单，冲件的走位（可利用冲件上的孔）较为准确、可靠、方便，能够较好地保证弯曲线的位置精度。但是，当冲件为直角Z形件时，由于模具结构所限，以及材料厚度较差的影响冲件的回弹无法控制，一般用于弯曲材料厚度较薄，且材料较软的零件。鉴于压弯式Z形弯曲模的特点，只要其弯曲高度较小，弯曲角度为直角或钝角，均可采用这种模具进行弯曲。但对弯角精度要求较高、弯曲高度太大的直角零件，则不宜采用此模具。3 工序及排样图设计级进模的排样是指制件在条料上分几个工步冲制的布置方法。排样不同，材料的利用率、制件的尺寸精度、生产率、模具制造的难易程度、模具使用寿命等都不同。因此，排样不仅对设计者来讲非常重要，对于模具制造者来讲同样重要，从排样中可以掌握如下情况：1）知道制件经过多少工步冲制而成。也就是从中了解到每个工步所完成的内容是什么，即先冲哪些，后冲哪些，从排样中十分清楚；2）知道被冲件的排样形式（单排、双排、多排、正排、斜排），从而可以计算出材料利用率的高低；3）知道料宽、步距定位方式；4）确定了供料形式、材料的纤维方向与送料方向的高低，以及送料形式和该模具冲压自动化程度的高低。3.1 排样的注意事项 排样是设计级进模首先要做的工作，必须全面综合考虑如下因素。例如：生产批量与生产力、供料方式与供料条件之间的关系；制件的形状尺寸与精度；被加工材料的力学性能、料厚与冲压变形的关系；材料利用率与模具结构复杂程度；模具结构的实用性与模具制造工艺性关系；各类不同冲压工艺之间变形关系等。同一制件可以设计出若干不同的排样，但是最佳方案必须经过综合考虑，分析，比较归纳后确定下来。在排样的具体过程中还需要注意如下事项：1）步数目不宜太多，否则会增加步距的累及误差，影响制件精度；2）对于难加工或影响到凸凹模强度的复杂型孔，可分解为若干简单的孔型，分 步进行冲裁；3）当冲孔凸模或凹模孔口边缘间距离太近时，这些空应该方步在几个工位上冲出；4）为了提高凹模强度和避免模具局部应力集中，在工位的排列中，可以设置空步，空步的设置对于拉深模而言，也是为了冲孔工艺上的需要而考虑的。如可用它来增加拉深次数，改善拉深材料的变形程度；5）带一切口、冲孔、压印、拉深等工序的级进模，落料工序一般放在最后完成。其他工序的先后顺序应按复杂程度而定，一般以有利于下道工序的进行为准。 6）并且先易后难，先冲平面形状，后冲立体形状；7）为了使一些制件容易成型，排样时可以设工艺孔，如冲方孔前先在某些位置 上冲个圆孔作为工艺孔进行定位；弯曲前先冲一条切口，拉深前先冲去一条废料或切几个切口等，以便与材料变形成型；8）制件上同一尺寸或位置精度要求高的部位应尽量在同一工步上冲出；同一孔型应尽量在同一工步上冲出，以免经过数次冲裁而出现接头不好和不应有的毛刺、塌角的现象。但是对上述2的情况例外；9）冲裁精度件，应预先考虑好导正孔。最好应用制件上已有的孔，导正孔在两个以上，并且对称设置。人工制件上无孔，应该在搭边上设置导正孔，且应排列在两个制件之间，搭边尺寸应该适当放大，以加强搭边的强度；10) 细小冲模在首先冲裁时，必须冲全孔，以免损坏模具；11）用侧刃初定位或用自动定位送料时，均应增大步距0.020.05mm，然后用导正销导向，并将材料拉回到原来的位置；12) 对于要求平整的细长件或外形边棱要求清角的制件，如麦针和集成电路引线柜之类制件，应按切料和搭边的方式排样；13）尽可能使模具的压力中心与压力机的压力中心相一致；14）制件应有足够的强度，且应尽量可能对称布置排样，必要时可以做成单面载体，但单面载体确定要足够，否则将切开的一边暂时保留相连，待冲压工序完成后，再切去连体，使其分开；15）对于高速冲压的级进模，在排样上除应多设导正孔外，还应增设检测用的导正孔，以保证制件的质量和模具的安全使用。3.2 冲压顺序 冲压顺序是指个冲压工序的先后顺序，主要根据工序的变形特点和零件的质量要求等安排的，一边可按下列原则进行：1）所有的孔，只要其形状和尺寸不受后续工序变形的影响，都应该在平板毛坯上冲出，因为在成型后冲孔模具结构复杂，定位困难，操作也不方便，先冲出的孔有时还能够作为后续工序的定位孔使用；2）凡所在位置会受到以后工序变形影响的孔都应在一关的成型工序完成后冲出；3）两孔靠近或者孔距边缘较小时，如果模具强度不够，最好同时冲出，否则应冲大孔和一般精度孔，后冲小孔和高精度孔，或者先落料后冲孔，力求把可能产生的畸变形限制在小的范围内；4） 多角弯曲件主要从材料变形和弯曲时材料移动两方面安排弯曲的先后顺序，一般情况下，先弯曲外部弯角，后弯内部弯角；5）对于复杂的拉深件，为便于材料变形和流动，应先成型内部形状，再拉深外部形状；6）整形或较平工序，应在冲压件基本成型后进行。3.3 排样方案根据上述三种基本的Z形件的弯曲模结构，设计出以下几个零件排样方案： 图5 方案1Figure 5 scheme 1第一工位：冲 两个孔。第二工位：用复合模完成切断、折弯。 图6 方案2Figure 6 scheme 2第一工位：冲 两个孔。第二工位：用冲出的孔定位，完成第一个弯曲（此时，第三工位的切断应先完成）。第三工位：切断、弯曲。 图7 方案3Figure 7 scheme 3第一工位：冲 两个孔。第二工位：用其中两个孔定位，冲出U形。第三工位：切断（把U形切断成两个Z形件）。 图8 方案4Figure 8 scheme 4第一工位：冲 两个孔。第二工位：切槽。第三工位：第一弯曲（两边同时向上弯曲）。第四工位：切槽。第五工位：第二弯曲（两边同时向下弯曲）。第六工位：切断。4 材料利用率及方案比较4.1 材料利用率Z形件展开长度： 在冲压零件的成本中，材料的费用占60%以上，因此，材料的经济利用是一个重要问题，而材料的经济利用又与排样方式有关，排样是指站载件在条料或板料上的布置方法，衡量排样经济的标准是材料利用率，也就是工件的实际面积的比值。从=nS/LB %可以看出减少材料利用率高，废料分为工艺废料和结构废料。搭边和余料属工艺废料，结构废料有工件形状特点决定，设计合理的排样方案，才能提高材料的利用率。材料的利用率计算时，通常考虑到整块材料的利用率，其中计算公式为：= =%式中 n 一块材料上实际冲裁工件数目；L 材料长度，单位：mm;S 一个工件实际面积，单位：mm ；B 板料宽度，单位：mm 。 前三种方案的材料利用率为：= =%第四种方案的材料利用率为：= =%(切槽宽为2) 4.2 方案的比较和选择方案1是用已个工序完成切断弯曲。此方案工序少，模具简单，但此弯曲模不太适于连续冲压，弯曲线的位置不易保证，不能用制件的孔定位，级进模中不宜用此种弯曲方法。方案2用冲孔定位，弯曲线较方案1容易控制，最后用切断、弯曲模完成该制件。此方案哟哟材料利用率高，可连续冲压。为了防止零件因切断工序而造成定位不精确。需要使用弹性压料装置。方案3是先冲孔，用冲出的孔定位，再冲出U形，最后把U形切断成为两个Z形件，可以一次出两件。但是由于该Z形件的尺寸所限，冲出的U形将会很深，要选用大行程的压力机，且需把材料顶起较大高度，不方便送料和连续生产。此种方案会由于冲U形而使条料向U形内快速缩进，影响前后各工序的进行。方案4也是一次出两件，可用冲孔定位，定位精度高。该方案需要冲窄槽，材料利用率比前几种方案低。但是此方案更适用与实际生产。本设计选用第4种方案作为主要设计对象。根据不同材料利用率的需要，本设计选用方案2作为备用方案。如果要求高精度，可选用方案4；如果要求材料利用率高，可选用方案2.。 5 工序计算5.1 总压力5.1.1 方案2总压力的计算总载力：冲裁力是指冲压时材料对凸模的最大抵抗力。冲裁力的大小，主要与材料的性质、厚度和冲件分离的轮廓长度有关。冲裁力的计算公式：F = KLt= Lt式中：L 冲裁件周边长度（mm）;T 材料厚度（mm）;； 材料抗剪强度（MPa）;K 系数。考虑到模具刃口的磨损，模具间隙的波动，材料力学性能的变化及材料厚度偏差等因素，一般取K=1.3; 材料抗强度（MPa）。查表知：钢10的=360；F = KLt= Lt=121.2360=5184NF= KLt= Lt=251.2360=1357.7N弯曲力：弯曲是使材料产生塑性变形，形成有一定角度形状零件的冲压工序。弯曲工序可以用模具在变普通压力机上进行，也可以在专用的弯曲机或弯曲设备上进行。弯曲是模具设计和选用压力的重要依据。弯曲力的大小与制件形状、尺寸、板料厚度、材料机械性能、弯曲半径、模具间隙和弯曲方式等因素有关，因此很难用理论分析方法进行精确计算。在实际生产中，主要依据板料厚度、宽度及其机械性能，按照经验公式进行大体计算。从试验得知，弯曲时随着凸模行程的增大，弯曲力曲线平稳上升。当凸模行程到达某一位置时，弯曲力急剧上升，只表示弯曲由自由弯曲转化为校正弯曲。由此可以看出，自由弯曲与校正弯曲力两者差别很大，必须分开计算。自由弯曲力计算公式：F= 式中：F 自由弯曲力（冲压行程结束，尚未F=进行校正的弯曲力）（N）;B 弯曲件宽度（mm）;t 弯曲件材料厚度（mm）;r 弯曲内半径（mm）; 材料抗拉强度（MPa）;K 安全系数，一般取K=1.3。F=3594.24N校正弯曲力：为了提高弯曲件的精度，减少回弹，在板材自由弯曲的终了阶段，凸模继续下行将弯曲件压靠在凹模上，其实质是对弯曲件的圆角和直边进行精压，此为校正弯曲。此时，弯曲件受到凸凹模的挤压，弯曲力急剧增大。校正弯曲力可用下式计算：F=fA式中: F 校正弯曲力（N）;f 单位面积上的校正力（MPa）,可按模具设计大典第三卷174页表19.3-4选取;A 校正面垂直投影面积（mm ）按该Z形件的特点，取校正面垂直投影面积为它的中间部分的长度30mm。F=Fa=5018000N预件力和压料力 对于设有顶件装置或压料装置的弯曲模，其顶件力F 或压料力F 可近似取自由弯曲力F自的30%80%，即：F（或）F= F式中：F 顶件力（N）；F 压料力（N）；F 自由弯曲力（N）；K 系数，可查模具设计大典第三卷174页表19.3-5。F=KF=0.23594.24=718.85NF=KF=0.43594.24=1437.70N总压力： F= F+ F+ F+ F+ F+ F=30282.49N5.1.2 方案4总压力的计算方案4是一次出两件，压力的计算与方案2类似，不过多了个切窄槽的力总裁力：F= KLt= Lt=F= Lt=t= 弯曲力：F= 校正弯曲力：F=pA= 顶件力和压料力F=KF=F=KF=总压力：F= F+ F+ F+ F+ F+ F=5.2 压力中心的计算确定压力中心的目的冲压力合力的作用店称为模具的压力中心。确定压力中心的目的在于确定模柄的位置，使设备和模具不受偏心载荷。压力中心必须与模柄轴线重合或近似重合，否则冲裁时会产生偏心冲击，形成偏心载荷，使冲裁间隙产生波动，冲模刃口磨损不均，影响冲件质量和冲模的寿命。另外，偏心冲击还会使冲模和设备的导向部分造成不均匀磨损。确定压力中心，主要对复杂制件的落料模、多凸模冲孔以及级进模有意义。压力中心计算方法求模具的压力中心等同于求凹模工作刃口作用力合力的作用点。采用空间平行力系的合力作用线的方法，即根据诸分力对某轴的力矩之和等于其合力对同轴力矩的力学原理，可以求出压力中心。又因冲压力与工作刃口的工作周长或直径 成正比，故对于简单几何形状之刃口，如圆形、三角形及方形等，其合力中心即为圆心或形心，很容易确定。而对于形状较为复杂的情况，压力中心的计算与确定有计算方法与作图法。解析法的计算公式如下： 式中: 各冲裁力；各冲裁力的X轴坐标； 各冲裁力的Y轴坐标；方案2的压力中心的计算：由零件的形状可知，它的压力中心在进料方向的中心轴线（Y向）上，所以只需要计算一个方向的坐标（X向）。取原点在切断弯曲模的切断线上，按上述公式计算：=所以压力中心在（1.56，0） 图9 方案2的压力中心Figure 9 Scheme 2 pressure center方案4的压力中心的计算：如图所示，零件的排样是对称的，所以压力中心在对称中心线（X轴）上，同样也只需计算一个方向的坐标，取原点如图所示。 =压力中心位置在（39.59，0）。 图10 方案4的压力中心Figure 10 Scheme 4 pressure center6模具结构设计6.1 冲裁间隙理论计算法：确定间隙时理计算的依据主要是：在合理间隙情况下冲裁时，材料在凸、凹模刃口处产生的裂纹成直线会合。 式中 产生裂纹时的凸模压入深度（mm）; 料厚（mm）;最大切应力方向与垂直夹角（即裂纹方向角）。查表，取查表选取法：查表得（汽车拖拉机行业用表）（电器仪表行业用表）（机电行业用表）%（按中等间隙，类别II取值）6.2 凸凹模刃口尺寸计算零件材料为钢10，按汽车拖拉机行业用表取值 冲孔部分：落料部分： 冲孔、落料部分都满足：孔的直径为5，又知零件的精度为IT10，所以=0.070mm,查得系数x=0.75（圆形）；x=1（非圆形）冲孔凸模： 冲孔凹模：落料凹模：落料凸模： 6.3 冲孔凸、凹模及导正、导向装置设计凸模长度，凸模的长度一般根据结构上需要确定。在采用固定卸料板和导尺时，其长度为 式中：凸模长度（mm）; 凸模固定板的厚度，一般取 ( 凸模压入部分直径)； 卸料板厚度（mm）。卸料板厚度或刚度不够，易造成因卸料力过大而弯曲变形，影响生产，通常凭经验确定； 导尺长度（mm）； 附加长度（mm）。包括凸模的修磨量，凸模进入凹模的深度和凸模固定板与卸料板间的安全距离。凸模强度校核，凸模承受很大压应力，而在卸料时有承受拉应力。对特别细长的凸模，应进行承压能力和抗纵向弯曲能力的校核。因此需要对第4方案中的切槽小凸模进行强度校核，而设计中都有冲 孔，可选用标准零件，不需校核。冲孔用凸模选用B型圆凸模，按d=5可查表得出各尺寸。凹模选用A型圆凹模，同样可根据d=5可查出各尺寸。模具采用2块导料板导向，导料板之间的距离略大于条料宽度，导料板材料选用45钢，淬火后硬度2832HRC。为保证条料紧靠导料板一侧正确送进，采用弹簧压块式侧压装置，用初始挡料板进行初始定位。导正销时定位零件，定位零件的作用是时条料或毛坯置于冲模中正确位置，以保证冲出合格的制件。冲裁时，导正销先插入已冲好的孔中，以保证带料送进位置和步距的准确性。条料采用导正销导正，为便于进入孔内，导正销端部做成弧形，伸出在卸料板外面。导正销孔应在第一工位上冲出，在第二工位及以后每工位的对应位置安装导正销，以便对条料进行导正。为避免送料不正确时损坏导正销和模具，采用弹簧压紧结构。导正销材料选用Cr12MoV，淬火后硬度5862HRC。导正销工作部分直径为5mm，导正销制造偏差为。 。方案4的导正销个数可取14个，方案2取一个。安装固定板固定，导正销的位置偏差不应大于0.005mm。导柱导套是导向零件，导向零件是为了保证模具冲压时，上、下模有易精确的位置关系。在中、小型模具中最广泛采用的导向零件是导柱和导套。导柱常用两个。对中型冲模或制件精度要求高的自动化冲模，则采用四个导柱。在安装圆形制件等一类无方向性的冲模时，为避免出错，对对角模架和中间模架的两导柱， 可做成直径不等的各一个：对四导柱的模架，可做成前后导柱的间距不同的模座。对可能产生侧向推力时，要设置止推块，时导柱不承受弯曲力。一般导柱安装在下模，导套安装在上模座，分别采用过盈配合。小型模具的导柱、导套也有采用唤氧树脂或厌氧胶等材料浇注固定的。导柱、导套还可用螺钉固定。高速冲裁、精密冲裁或硬质合金冲裁模具，要求采用滚珠导向结构。6.4 各切断、弯曲模设计两个方案中都有切断部分，第二个方案中切断弯曲是一个凸模上完成，第四个方案是两次切槽和一次切断，切槽较窄，设计出来的凸模要保证有足够的刚度和强度，可以选用保护套。因此个凸模不相同，要分别设计。凸模零件见附录。 第二方案中要考虑切断和弯曲两个动作之间的高度差，可考虑八凸模做成斜刀。第四方案要考虑切槽和切断的宽度，太窄，则对凸模要求太高，太宽，则浪费材料。6.5 模架的确定模架由上、下模座及导向装置组成。根据上、下模座材料性质分为铸铁模架与钢板模架两种。根据导向装置中导柱与导套间的摩擦性质，模架又分为滑动与滚动导向模架两大类。每类模架中又可由导柱的安装位置及导柱数分为多种。模座是固定支承零件，上下模座要承受和传递冲压力，所以应有足够度和刚度。刚度不够，将影响冲模寿命。因此，模座应有足够的厚度，铸造模座需经实处理，下模座外形尺寸每边应至少超过压力机台面孔约50mm。模座分带导柱和不带导柱两种。带导柱一中已经标准化。一般根据凹模、定位和卸料装置等平面布置买来选择模座的形状和尺寸，模座形状可选圆形或矩形。模座外形尺寸应比凹模相应尺寸大4070mm。模座厚度一般取凹模厚度的11.5倍。本设计选用的模架是滑动导向，对角导柱的铸铁模架。此种模架在凹模面积的对角线上，装前、后导柱，其有效区在毛坯进给方向的导套间。受力平衡，上模座在导柱上运动平稳。适用于纵向式横向送料，使用面宽，适于级进模和复合模。6.6 凸模固定板、垫板、卸料板的设计固定板外形有圆形和矩形两种，只要固定小型凸模和凹模。凸模固定板厚度约取凸模固定部分直径的11.5倍。它与凸模采用过渡配合（H7/m6），压装后端面磨平，至于凹模固定板厚度，则根据冲模结构来确定。垫板，垫板的作用是直接承受和扩散凸模传递的压力。以降低模座所受的单位压力，避免压出陷痕，此外，当利用压力机打杆推件时，因上模座局部被挖空，也需采用垫板支撑。确定冲裁凸模是否需要加垫板，可用下式进行核算压应力： 式中：冲裁力（N）； 凸模支承端面积（mm ） 许用压应力（MPa）,对铸铁HT25-47模板为90140（MPa）；对铸铁钢ZG45模板为110150（MPa）；对A1、A2、A3钢为120160（MPa）。如果不满足上式，则需要加经淬硬磨平的垫板。垫板厚度一般取412mm，但当采用螺钉固定凸模时，应适当加厚。外形尺寸与固定板相同。材料选用45钢、低碳钢渗碳或T7A，硬度接受力情况设计时自定。模座选用铸铁材料，粗步估算，方案2支承面积为200mm ,方案4支承面积为500 mm 。 经近似计算需要使用垫板。6.7 压料、托料装置的设计方案4不用特殊的压料装置，可用卸料板作为压料装置，如果需要进一步提高零件精度也可以弯曲的切断关键部位加上专门的压料装置，对方案的影响不大。方案2为了保证切断弯曲这一工序的精确进行，需要用专门弹性压料装置，此弹性压料装置兼有定位功能，要保证不与零件产生干涉，因此需单独设计。见附录。由于弯曲时材料高出下模平面，因此条料送进过程中，由托料装置将条料托起，保证送料的平稳性。6.8 小凸模强度校核细小凸模，在工作中很容易折断，设计时要计算它的强度，并选择合适的安装方法。细小凸模的损坏形式主要是受压失稳而折断，按安装形式，凸模分为带导向装置的和无导向装置两种，如下图：很显然a比b更容易折断。 1-垫板2-模固定板3-加料板 4-凹模 图11 细小凸模的损坏形式Figure 11 Small protruding models damage form防止凸模失稳破坏，主要计算出图中所示失稳长度L的值，得用如下公式进行计算：式中 凸模最小横截面的惯性矩； 冲裁力。如下图： 图12 截面惯性距Figure 12 Section inertial distance所以可得：求出冲裁力所以可得： 细小凸模的安装结构可有如下图几种方法：1-垫板 2-固定板 3-卸料版 4-凸模护套 5-击块 6-击板 7-橡胶8-凸模护套 9-凸模图13 细小凸模具的安装方法Figure 13 Small convex mould installation methoda结构，凸模需要穿过橡胶板，凸模穿过橡胶板部分的长度属于自由长度。考虑到橡胶板弹性体的设计，其厚度不能太小。另外该结构稳定性差。b结构，将卸料板的行程定位2.5mm，可以满足各工序的工作需要，可以采用。上护套与凸模固定板采用H7/m6配合，矩形孔可采用电火花加工，凸模容易制造，折断后更换较方便。c结构，可满足本模具的使用要求，但凸模制造较复杂不易更换。7 压力机的选择7.1 压力机类型的选择压力机类型的选择，主要是根据冲压工艺的性质、生产和批量大小、制件的几何形状、尺寸及精度要求，以及安全操作等因素来确定的。对于中小型冲压件，主要选用开式曲柄压力机。这种压力机虽然刚度差，降低了模具寿命和制件质量。但是它成本低，而且有三个方向都可以操作，操作方便，容易安装机械化装置，适宜与精度要求不太高的冲压件生产。对于大中型冲压件生产，多采用闭式曲柄压力机，这类压力机刚度好、精度高。但只能两个方向操作，不如开式的方便。对于校平、整形
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