毕业设计--N汽车后座架气弹簧板级进模设计

编号：毕业设计说明书题 目：N5汽车后座架气弹簧板级进模设计院 （系）：机电工程学院专 业：机械设计制造及其自动化学生姓名：XX学 号：XXXXXXX指导教师：XXXXX 职 称：XXXX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201X年X 月 XX日摘要冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。弯曲是将板料、棒料、管材和型材弯曲成一定角度和形状的冲压成形工序。本文主要研究工作：利用钢制零件特征之间的关系建立级进模排样设计模型，引如冲压排样设计原则；进一步将钢制零件的形状特征应用于模具结构设计中，建立模具模型，进行模具工艺设计和结构设计，从而确定总体的模具形式；模具投入制造后，可能在制造和生产调试过程中表现出设计的不足和错误，通过总结概括这些问题，可以进行修正工艺设计和模具结构设计，或增加新的工艺规则，为以后的模具设计提供宝贵的经验。基于以上的研究工作，可以建立一套可行的、适合于小型钢制零件的冲压级进模的设计方法，并在实际生产中应用。关键词：钢制零件；级进模；排样设计AbstractStamping is installed in the use of stamping equipment (mainly press) on the mold to exert pressure on the materials to produce plastic deformation or separation, to obtain the necessary components of a pressure processing methods. Sheet metal bending is, bar, pipe-bending and profiles some perspective and shape of the stamping process. This paper studies: The use of steel parts to establish the relationship between the characteristics of the Progressive Die layout design models, such as punching with layout design principles; further steel components used in the shape of die structure design, create a model die, die design and technology Structural design, to determine the overall form of the mold; Die in manufacturing, may be in the manufacturing and production process of debugging demonstrated the inadequacies and errors in design, through the speech summed up these problems, that can process design and die structure design, new or increased Technology rules, the die design for the future provide a valuable experience. Based on the above studies, the establishment of a viable, suitable for small steel parts stamping progressive die design and application in production. Key Words：Steel Parts；Progressive Die；Layout Design目 录引言11 零件工艺性分析与工艺方案确定41.1 零件工艺性分析41.2 加工工艺方案设计51.2.1各种设计方案设想51.2.2确定工艺方案52 模具结构设计62.1 级进模结构设计62.2 冲裁件排样设计82.2.1计算毛坯尺寸82.2.2排样设计92.3 冲压力计算及冲压设备的选择122.3.1冲压力计算122.3.2弯曲工艺力的计算142.3.3压力机吨位的确定152.3.4压力机的选择162.3.5模具压力中心的计算172.4 模具工作部分设计182.4.1冲裁模部分的设计182.4.2弯曲模主要部分的设计252.5 其他相关零件的设计282.5.1凸模、凹模固定板的设计282.5.2垫板的设计292.5.3导料板的设计292.5.4弹性元件的选用302.6 模架和支撑零件的确定312.6.1确定模架312.6.2确定模柄322.6.3定位零件的设计342.6.4顶件装置的设计362.6.5紧固零件确定373 模具零件材料的选择及加工工艺383.1 模具零件材料的选择与热处理383.2 主要零件的加工工艺设计393.2.1凸、凹模的加工工艺393.2.2固定板加工工艺过程403.2.3模架的加工404 模具的安装及试模与调整424.1 模具的安装424.2 模具的试模与调整43结 论44谢 辞45参考文献1引言模具工业的发展标志一个国家工业水平及产品开发能力。冲压加工作为一个国家的基础行业，在国民经济的加工工业中占有重要的地位。根据统计，冲压件在各个行业中均占有相当大的比重，尤其在汽车、电机、仪表、军工、家用电器等方面所占比重更大。冲压件在形状和尺寸精度方面的互换性较好，所以具有质量轻、刚度好、精度高和外表光滑、美观等特点。而且冲压加工是一种商生产率、高材料利用率的加工方法。当然，冲压加工和其他加工方法一样，也有其自身的局限性，例如，冲模的结构比较复杂，模具价格又偏高。因此，对小批量，多品种生产时采用昂贵的冲蕈，经济上不合算。目前为了解决这个问题，正在努力发展某些简易冲模。采用冲压与焊接或胶接等复合工艺，可以使零件结构更趋合理，加工更为方便，成本更易降低，这是制造复杂形状结构件的发展方向之一。模具心脏冲压设备等正随着科学技术的发展而不断发展，从总体看，现代冲压工艺与模具的主要发展方向可以归纳为几个方面：1、冲压成型工艺与理论研究；2、冲压加工自动化和柔性化；3、冲模CAD/CAM；最后，关于冲模的破损机理和寿命分析，以及新型模具材料方面，近年来也有不少新的进展。从其发展方向可以看出冲压工艺和模具课程的理论性和实用性均很强，故研究时应从理论和实践相结合的角度来研究、探讨，并侧重加强工程实践能力。冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。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，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就难以实现。第一、冲压特点冲压加工与其他加工方法相比，具有以下特点：1、操作简单，易于实现自动化，并且具有较高的生产效率。2、冲压加工可以获得其他加工方法不能或难以制造的形状复杂，精度一至的制件，而且可以保证互换性。3、冲压过程耗能少，材料利用率高，加工成本低。冲压加工不像切削加工呢样需要消耗很多能量，把大量金属切成碎屑后获得零件，材料的利用律一般可达70%-85%。4、冲压件刚性好，强度高，重量轻，表面质量好。冲压加工过程中，材料边面不易遭受破坏，而且通过塑料变形还可以使制件的机械性能有所提高。5、冲压加工中所用的模具结构一般比较复杂，制造周期长，生产成本高，因此在小批量生产中受到限制。6、冲压件的精度主要取决于模具精度，如果零件的精度要求过高，用冲压生产的方法就难于达到。第二、冲压加工的作用和地位由于冲压加工具有许多突出的优点，因此在工业生产中，尤其是大批量生产中得到广泛应用。从精细的电子元件，仪表针到汽车的覆盖件，高压容器封头以及航空航天器的蒙皮，机身等均许冲压加工。据粗略统计，在汽车制造业中，有60%-70%的零件是采用冲压工艺制成的。在机电及仪表生产中有60%-70%的零件是用冲压工艺完成的。在电子产品中，冲压件的数量约占总数的85%以上。在飞机，导弹。各中枪弹与炮弹生产中。冲压件所占的比例也相当大。占世界钢产量60%-70%以上的板材，管材及型材，其中大部分是通过冲压制成成品。随着工业长品的不断发展和生产技术水平的不断提高，不少过去用铸造，切削加工的方法制造的零件啊，已被质量轻，刚度好的冲压件所代替。可以说，冲压加工已成为现代工业生产的重要手段和发展方向，是提高生产效率，提高产品质量，降低产品成本，进行产品更新换代的重要保证。第三、冲压技术的发展趋势冲压技术一直在不断发展。国内、外21世纪的发展方向和动向主要有以下几点：1、冲压成型工艺与理论研究。计算机辅助工程（CAE）的引人，使虫牙成型已从原来对应力应变进行有限元等分析而逐步发展到采用计算机进行工艺工程的模拟与分析，以实现冲压过程的优化设计。对冲压成型性能极限的研究，冲压件成型难度的判断以及成型预报等技术的发展，均标志着冲压成型走向计算机辅助工程化和智能化的发展道路。2、新一代冲模设计软件技术。 新一代冲模设计软件是建立在从模具设计实践总共归纳总结出大量知识上，具有智能化意义的软件。新一代冲模设计软件以立体的思想，直观的感觉来设计模具结构，所生成的三维结构信息能方便地用于模具可制造性评价和数控加工，既可对多方案进行筛选，又可对模具设计过程中的合理性和经济性评估，并为模具设计者提供修改依据。新一代冲模设计软件还具有面向装配的功能，因为模具的功能只有通过其装配结构才能体现出来。3、在模具设计制造中广泛运用CAD/CAE/CAM/技术。模具设计制造是一个多环节的复杂过程，从处始设计到最后的装配检测，实际上是将产品设计信息在生产环节间不断传送，处理并反馈的过程。正确的模具设计制造方法应该是采用并行工程的方法，要实现模具CAD/CAE/CAM等各个模具见信息的提取，交换和处理的集成化，必须建立模具集成化的产品信息模型。采用基于他正变量化设计，工程数据库管理系统等技术已成为目前研究的热门。利用和集成各种计算机技术，以网络为通讯手段，协调企业的各种行为以获得最好的经济效益为目标来制造产品。模具工业为一种特殊的工业无疑要向集成制造方向发展这是未来模具设计制造总的发展趋势。4、冲压加工自动化，精密化和柔性化。为了适应大批量，高效生产需要，在冲压模具和设备上广泛运用了各种自动化的进、出料机构。近年来，集成制造系统（CIMS）也正在被引入冲压加工系统，出项了冲压加工中心，并且使设计、冲压生产、零件运输、仓储、品质检查以及生产管理等全面实现自动化。5、冲模新材料及模具热处理新技术的研制、开发以及推广运用。我国模具的使用寿命与国外模具的使用寿命仍存在着较大的差距，究其原因，很大程度在于模具材料和热处理、表面处理技术上。使用进口模具材料，虽然对提高模具寿命有利，但价格昂贵，增加了模具成本。因此，必须努力提高国产模具材料的质量，研究和推广先进的热处理、表面处理技术，充分发挥模具材料的潜力。6、提高冲模标准化水平和模具标准件的使用率。 实现模具零件标准化和专业化是缩短模具制造周期、降低模具成本的行之有效的途径，同时也会为计算机辅助设计与制造创造有利条件。因此，也必须加快模具制造的产业调整以满足市场的需要，走出一条降低成本、高效益的发展之路。1 零件工艺性分析与工艺方案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。1.1 零件工艺性分析N5汽车后座架气弹簧板零件如图1-1所示，零件的材料为20，厚度1mm，形状较简单。主要工序有冲孔、切口、落料、折弯、涨形。弯曲时考虑最小弯曲半径，查表4-1冲压工艺与模具设计取最小弯曲半径。若采用单工序模，工序很多，工件小，手工操作，定位难以达到精度，生产效率低，误差较大，质量难以保证。该工件属于大批量生产，因而适宜采用多工位级进模制造，采用多工位级进模制造提高了劳动生产率和设备利用率、降低了生产成本、提高了操作的安全性。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=330 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，易于裁切和弯曲成形。图 1-1（a） 零件图 图 1-1（b） 零件实体1.2 加工工艺方案设计各种设计方案设想 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、冲孔、切口、切边、落料、折弯、涨型多工位级进模具进行加工，其加工工序为，首先通过冲裁方法冲出10mm的孔、切口及10mm工艺孔，然后利用冲裁落料方法裁剪余料，最后折弯与冲凸包。方案二、落料、冲孔、切口、折弯、涨型多工位级进模具进行加工，其加工工序为，首先通过冲裁方法冲出10mm的孔与切口，然后利用冲裁落料方法裁剪余料，最后折弯与冲凸包。确定工艺方案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，零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证。其它尺寸标注、生产批量等情况，也均符合冲裁的工艺要求，故决定采用利用定位销或导柱导套进行定位、刚性卸料装置、自然漏料方式的落料冲孔级进模进行加工。第二种方案，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。由以上的分析可以看出，第二种方案不仅生成率低而且零件精度难以保证，不符合模具生产的发展趋势，即不符合生产过程全自动化。第一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。所以选择第一方案。2 模具结构设计模具结构的设计必须考虑到所加工零件的质量和技术要求，同时也要考虑到设备的条件和其生产批量的要求，并且要考虑成本。通常要求低成本的模具这样才会获得更大的效益。一般说来，单工序的简单模成本比复合模的要低，而复合模的造价要低于级近模的造价，级进模模具综合技术含量高，模具制造周期较长成本比较高，适合大批量中小型产品零件的生产，冲压精度高。2.1 级进模结构设计1、 模具的组合类型根据零件的特征，多工位级进模加工工序包括：冲孔、切口、切边、切断、折弯、涨型这些工序。在级进模中为了保证模具的强度和寿命，在冲裁力较大的工位前或者后面设置空工位。2、 模具基本结构形式级进模基本框架主要由三要素构成，即正倒装关系、导向方式和卸料方式。（1）正倒装关系。正装与倒装是模具的两种基本结构形式，由于正装的模具容易出件和排除废料，级进模中多采用正装。（2）导向方式。级进模的导向可分为两部分，即外导向和内导向。外导向主要是指模架中上、下模座的导向；内导向是利用小导柱和小导套对卸料板的导向，卸料板进而又对凸模进行导向和保护，也称辅助导向。（3）卸料方式。在多工位级进模中，多采用弹性卸料装置。若工位数少、料厚大于1.5mm，也可以采用固定卸料方式。考虑到条料厚度为1mm，初步选择采用弹性卸料方式。，弹性卸料既可以起到卸料的作用，又可以起到压料板的作用，冲裁件平直度较高，质量较好。3、 送料方式 为了提高生产效率，同时使模具趋于自动化生产管理，采用一定的设备使之自动送料。采用自动送料装置还可以保证零件连续给进的精度，从而提高了零件的精度。4、 定位方式在级进模加工过程中，为了保证首件的正确定距，始用挡料销首次定位冲出工艺孔；第二工位由固定挡料销进行初定位，由上模的导正销进行精定位。5、 工位安排 先初步确定加工工位的顺序依次为：冲裁工艺孔及工件孔、工艺切口切边切断弯曲及涨型。这些工位只是在级进模中加工的工位，在加工过程中，为保证模具的强度，在必要的位置还需要设立空工位。6、 凸模高度的确定 在同一副模具中，由于各凸模的性质不同，各凸模的绝对高度也不一样，应先确定某一基准凸模的高度，其他凸模按基准高度确定差值。凸模的基准高度是根据冲件料厚度和模具大小等因素决定的，一般取35mm至65mm。在满足各种凸模结构的前提下，基准高度力求最小。7、 模板厚度 级进模模板一般包括凹模板、凸模固定板、垫板和导板等。这些模板的厚度决定了模具总体高度。各模板的厚度值可参考表2.1（参考文献17中国模具设计大典）：表2.1 级进模模板的厚度值 （mm）模板LBH46810121416182022242528323640凹模板250250*315*400*固定板250250*315*400*导料板25045*50*56*63*71*垫板250250*315*400* L为模板长度，B为模板的宽度，H为模板的厚度。8、模架多工位级进模要求模架受力平衡、运动平稳，此小型模具多采用对角导柱模架。精密级进模一般采用滚珠导向模架或滑动导向模架。上、下模座得材料除小型模具采用HT200外，多采用铸钢或钢板。高速级进模也可采用硬铝合金等轻型材料制造，这样可以减轻模具重量，有利于提高冲压速度。2.2 冲裁件排样设计计算毛坯尺寸毛坯的大小主要取决于零件形状的大小。毛坯尺寸的驱动方法有很多种，有等量法、等体积法、等面积法等。一般变形区弯曲变形前后体积不变，应变中性层在弯曲前后长度不变；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。板料在实际弯曲生产中，冲压件的弯曲变形程度较大，这时应变中性层不与毛坯截面中心层重合，而是向内侧移动，致使应变中性层曲率半径00.5式中，r弯曲半径，mm；T料厚，mm。可见，制件属于有圆角半径较大的弯曲件，应先求弯曲变形区中性层曲率半径0（mm）。由上表2.2应变中性层位移系数X值，查出R1/t=2时，X1=0.38；R2/t=3时，X2=0.40，则1=2+0.381=2.38mm2=3+0.41=3.4mm 由文献3圆角半径较大（r0.5t）的弯曲件毛坯长度计算公式 （2-2）式中，L毛坯展开总长度；弯曲中心角；x中心层位移系数，见表2.2。由图2-1可知L=2l3+l1+l2+l4+21/180*（R1+X1t）+22/180*（R2+X2t）=235.5+10+13.36+17.4+(2*75)/180)*2.38+(2*75)/180)*3.4 =71+10+13.36+17.4+6.23+8.90=126.89127（mm） 图2-1分析零件的形状特点及精度要求，考虑采用采用直排有废料排样方式, 如图2-2所示。图2-2此零件表面积为：A=126.8965-*52-35.525-58-552-3.5（1.5*1.5-*1.52/4）+2(88-*82/4)=8247.885-78.54- 887.5-40-12.5-1.69+27.469=7255.124mm2排样设计冲裁件在条料或板料上的布置方法称为排样，其设计的内容包括选择排样方法、是否设置工艺切口确定搭边数值、计算条料宽和步距、画出排样图。1、排样方法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。 因为本次设计采用冲孔落料弯曲级进模，分析零件的形状特点及精度要求，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。2、确定是否设置工艺切口当整条条料连续拉深时，由于相邻两个拉深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，它不如单个毛坯拉深时那样材料较均匀自由地塑性变形。为避免拉深时相互两个工位的影响，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。因此，在条料拉深前设置工艺切口，工艺切口为宽底漏斗形切口。3、确定搭边数值搭边是排样时冲裁件与冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺余料。如图2-3所示：图2-3 排样图搭边搭边的作用的作用有下几点：（1）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。（2）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。（3）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。 搭边过大，浪费材料。搭边过小，起不到搭边作用。过小的搭边还可能被拉入凸、凹模之间的缝隙中，使模具刃口破坏。合理的搭边值就是保证冲裁件质量，保证模具较长寿命，保证自动送料时不被拉弯、拉断条件下允许的最小值。搭边值通常由经验确定，根据板材的厚度为t=1mm,由表可以查得图2-4中取a=4mm,a1=18mm。图2-4 搭边1、 进距和进距精度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。在级进模中，对送料进距精度要求很高，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以下公式计算：A=B+ a1=65+18=83mm (参考文献9 70页) 式中， a1为毛坯之间的搭边值。2、 条料宽度条料宽度的确定与模具的结构有关。确定的原则是，最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值；最大条料宽度能在冲裁时顺利地在导料板之间送进条料，并有一定的间隙。采用无测压装置的模具，其条料宽度应考虑在送料过程中因条料的摆动而使侧面搭边减小。为了补偿侧面搭边的减小部分，条料宽度应增加一个可能的摆动量。故条料宽度为（课本参考文献849页）： （2-3）式中，B为条料宽度基本尺寸，mm；D条料宽度方向零件轮廓的最大尺寸，mm；a为侧面搭边；为条料下料剪切公差，查表2.3；c为条料与导料之间的间隙（即条料的可能摆动量），可查表2.3。表2.3 剪切公差及条料与导料板之间间隙条料宽度B条料厚度t1 12 23 35cccc50501001001501502202203000.40.50.60.70.80.10.10.20.20.30.50.60.70.80.90.20.20.30.30.40.70.80.91.01.10.40.40.50.50.60.91.01.11.21.30.60.60.70.70.8根据板料厚度t=1mm,a=4mm,查上表得，0.5，c0.1mm，所以条料宽度B为：3、材料利用率 材料利用率可用以下公式（2-4）算出：S1/S0100% =S1/AB100% (参考文献9 72页) （2-4）式中，S1为一个步距内制件的实际面积；S0为一个步距内所需毛坯面积；A为送料步距；B为条料宽度。因此,S1/S0100%=S1/AB100% =7255.124/（83136.1）100 =64.226%2.3 冲压力计算及冲压设备的选择冲压力计算1、冲裁力计算在本次设计当中，冲裁部分有工艺孔冲裁、切边、切口、冲孔和落料。所以总冲裁力是两个工位的的冲裁力的合力。计算每个工位的冲裁力公式是一样的，唯一变化的参数是冲裁剪切周边的长度。由于冲裁加工复杂性和变形过程的瞬间性，使得建立十分精确的冲裁力理论计算公式相对困难。通常说的冲裁力是指工作于凸模的最大抗力。如果视冲裁力为纯剪切变形，冲裁力可按以下公式计算：或（参考文献8 107页） （2-5）式中，Kp系数，K=1.3；L冲裁周边长度，mm；b材料的抗剪强度，MPa；b材料的抗拉强度，MPa。查表得材料得b275392MPa（为方便计算，取b300MPa）；工艺孔周长L1=2r=23=18.85 mm切边周长L2=（127+2）4=516 mm切口周长L3=38+38+25+9+8=135.13 mm孔周长L4=2r=25=31.4 mm落料边长L5=62+6.5+8.24+47.89+21.545=136.41 mmFp=1.33001(18.85+516+135.13+31.4+136.41) =326.74 KN2、卸料力、推件力和顶件力计算冲裁时材料在分离前存在着弹性变形，一般情况下，冲裁后的弹性恢复使落料件/冲孔废料梗塞在凹模内，而板料/冲孔件则紧箍在凸模上。为了使冲裁工资继续进行，必须及时将紧箍在凸模上的板料/冲孔件卸下，将梗塞在凹模的落料/冲孔废料向下推出或向上顶出。从凸模上卸下板料/冲孔件所需的力称为卸料力FQ；从凹模内向下推出落料/废料所需的力称为推件力FQ1；从凸模内向上顶出落料件/冲孔废料所需的力称为FQ2。 在生产实践中，常用以下经验公式进行计算： 卸料力： （参考文献8 107页） （2-6） 推件力： （参考文献8 107页） （2-7） 顶件力： （参考文献8 107页） （2-8） 式中，Fp冲裁力，N；K卸料力系数，其值为0.020.06（薄料取大值，厚料去小值）；K1推件力系数，其值为0.030.07（薄料取大值，厚料去小值）；K2顶件力系数，其值为0.040.08（薄料取大值，厚料去小值）；n梗塞在凹模内的制件或废料数量，nh/t，h为直刃口部分的高，mm；t为材料厚度，mm。冲裁时，所需的总冲裁力为冲裁力、卸料力、推件力和顶件力之和。但是这些力在选择压力机时是否需要考虑进去应根据不同的模具结构区别对待。 采用刚性卸料装置和下出件的模具时： （参考文献8 108页） （2-9）采用弹性卸料装置和下出件的模具时： （参考文献8 108页） （2-10） 采用弹性卸料装置和上出件的模具时： （参考文献8 108页） （2-11）本次设计采用了弹压卸料板卸料，属于弹性卸料板和下出料方式，弹性卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于冲裁料厚在1.5mm以下的板料，由于压料作用，冲裁件比较平整。通过计算出来的卸料力有利于选取弹性元件。n=h/t=5/1=5,取K=0.03，K1=0.05，按公式（2-10）计算，其总冲压力为： 冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于冲裁时的各工艺力的总和Fp总，即。2.3.2弯曲工艺力的计算1、弯曲力的计算弯曲力是设计弯曲模和选择压力机吨位的重要依据。特别是在弯曲板料较厚、弯曲变形程度较大，材料强度较大时，必须对弯曲力进行计算。在凸、凹模隔着材料吻合以前的弯曲过程称为自由弯曲。为了提高弯曲件的精度，减小回弹，在弯曲的终了阶段对弯曲件的圆角及直边进行精压，凸模继续下压，弯曲力急剧上升，称为校正性弯曲。此制件存在四处弯曲，它们的合力就是要求的自由弯曲力或校正性弯曲力。在实际生产中，常以一下公式计算U形弯曲件的自由弯曲力： （中国模具设计大典189页） （2-12）式中，F自自由弯曲力，N；b弯曲件的宽度，mm；t弯曲件的厚度，mm；r弯曲件的内弯曲半径，mm；b材料的强度极限，MPa；K安全系数，一般取K=1.3。查得20#的强度极限b =353500MPa，取b =400MPa，则：校正性弯曲力比自由弯曲力大得多，在实际中常以以下公式计算校正性弯曲力： （中国模具设计大典189页） （2-13）式中，F校校正性弯曲力，N；A校正部分垂直投影面积，mm2；q单位面积上的校正力，MPa，其值可查表2.4（中国模具设计大典189页）。表2.4 校正弯曲时单位压力q值 （MPa）材料名称板料厚度t/mm11336610铝黄铜10、15、20钢25、30钢10202030304040502030304040605070304040606080701004050608080100100120垂直投影面积A=652(2.9+3.86)=878.8mm2由表.1取q=50MPa，则2.对于设有顶件装置或压料装置，顶件力或压料力FQ值可按下式确定：（中国模具设计大典174页） （2-14）式中，K系数，可查表2.5。表2.5 系数K值用途弯曲件复杂程度简单复杂顶件0.10.20.20.4压料0.30.50.50.8由上表取K=0.18，则顶件力3.压力机吨位的确定自由弯曲时压力机吨位应为：由于校正力是发生在接近压力机下死点的位置，校正力的数值比自由弯曲力、顶件力和压料力大得多，故F自、FQ值可忽略不计。按校正弯曲力选择压力机的吨位，即：压力机吨位的确定模具在工作时进行两个工位，需要冲裁力和弯曲工艺力，压力机的吨位应该大于或等于它们的和，即：压力机的选择选用压力机，首先应根据所要完成的工艺性质、批量大小、工件的几何尺寸和精度等选定其类型。然后，进一步根据变形力的大小、制件尺寸和模具尺寸来确定设备的规格。具体应注意以下事项：1. 根据控件的尺寸形状和压力机的技术参数，考虑冲压时需要的冲压力、控件的拉深深度和行程。注意取出控件时，不能与模发生干涉；2. 应考虑必要的工序数和压力机台数与布置的关系；3. 根据产量，考虑每一台压力机的负荷时间；4. 根据生产量和控件形状，考虑究竟应该采用压力机还是多工位自动压力机。根据冲压总工艺力力F总工艺力=462.17KN，生产批量较大的中小制件选用操作方便、生产效率高的JD21100系列开式双柱固定台压力机。其基本参数如表2.6（参考文献11 596页）所示：表 2.6 JD21100系列开式双柱固定台压力机名称开式双柱固定台压力机型号JD21100公称压力/kN1000滑块行程/mm10120行程次数/(次min-1)75最大闭合高度/mm400最大装模高度/mm300闭合高度调节量/mm85立柱间距离/mm480工作台尺寸/mm前台600左台1000垫板尺寸/mm厚度100孔径200模柄孔尺寸/mm直径60深度80电动机功率/kW7.5模具压力中心的计算 模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点。为了确保压力机和模具正常工作，应使冲压模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。对于带有模柄的冲压模，压力中心应通过模柄的轴线，否则会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。 冲模的压力中心，可按下述原则来确定： （1）对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心；（2）工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合；（3）形状复杂的零件、多凸模的压力中心可用解析计算法求出。解析法的计算依据是：各分力对某坐标轴力矩之代数和等于诸力的合力对该坐标轴的力矩。求出合力作用点的坐标位置O0(X0,Y0)，即为所求模具的压力中心（图2-5）计算公式： （2-15） （2-16）图2-5因为冲裁力与冲裁值周边长度成正比，所以式中的各冲裁力F1、F2、F3、FP，可分别用各冲裁周边长度L1、L2、L3、Ln代替，即： （2-17） （2-18）代入数值，算得诸冲裁力压力中心： 总工艺力的压力中心：2.4 模具工作部分设计冲裁模部分的设计冲裁模结构设计包括冲孔冲裁模、切边冲裁模、切口冲裁模设计。其中工艺孔冲裁的模具结构设计比较简单，但是对其长度方向精度要求很高。工艺切口在最窄出要对其凸模具采取保护措施，以防止冲裁过程中因受力较大导致变形或者断裂现象。以冲孔冲裁为例，详细阐述冲裁模结构设计。1、冲孔冲裁模尺寸设计（1）冲裁间隙的选择 冲裁间隙是指冲裁模的凸模和凹模之间的双面间隙，如图2-8所示。冲裁间隙对冲裁件的尺寸精度也有一定影响。在冲裁过程中，当间隙适合时，板料的变形区在比较纯的剪切作用下分离；当间隙过大时，板料除受剪切外，还产生较大的拉深和弯曲变形；当间隙过小时，除剪切外还会受较大的挤压作用。因此，合理的间隙，冲孔件最接近凸模尺寸，落料件最接近凹模尺寸。图2-6 冲裁间隙合理的间隙是保证模具寿命最主要的工艺参数。间隙过小时，使刃口侧面磨损增大，使得凸、凹模在冲裁较少的次数下即出现较大的磨损量，从而降低了模具的总使用寿命。过小的间隙还是引起凹模涨裂、啃坏等异常破坏的重要原因之一，这类异常破坏对模具寿命的影响更大。当间隙过大时，同样会加剧凸、凹模的端面磨损，易引起模具崩刃，从而影响模具寿命。选择一个合理的冲裁间隙，可以获得冲裁件断面质量好、尺寸精度高、模具寿命长、冲裁力小的综合效果。该模具用查表法确定冲裁间隙。确定合理冲裁间隙的主要有理论法、查表法、和经验记忆法。理论确定法的公式为：（参考文献9 55页） （2-19）式中，t材料厚度；h0产生裂纹时凸模挤入材料的深度；剪裂纹与垂线间的夹角。 理论计算法在生产实际中使用不方便，主要用来分析间隙与上述的因素之间的关系。因此在实际生产中广泛采用经验数据来确定间隙值。有关间隙值的经验数值，可在一般冲压设计手册中查到，选用时结合冲裁件的质量要求和实际生产条件考虑。（2）模具工作部分尺寸计算冲孔时，因孔的光面尺寸与凸模刃口尺寸相等或基本一致，应该先确定凸模刃口尺寸，即以凸模刃口尺寸为基准。又因冲孔的尺寸会随着凸模刃口的磨损而减小，故凸模基本尺寸应取冲件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。冲孔凹模的基本尺寸则是在凸模基本尺寸加上最小合理间隙。凸、凹模刃口的制造公差应根据冲裁件的尺寸公差和凸、凹模加工方法确定，既要保证冲裁间隙要求和冲出合格零件，又要便于模具加工。凸、凹模刃口尺寸的计算与加工方法有关，基本上可以分为凸、凹模分别加工时计算法和凸、凹模单配加工时的计算法。 凸、凹模分别加工法此法是指凸、凹模分别按各自图样上标注的尺寸及公差进行加工，冲裁间隙由凸、凹模刃口尺寸及公差保证。其优点是凸、凹模具有互换性，便于成批制造。但受冲裁间隙的限制，要求凸、凹模的制造公差较小，主要适用于简单规则形状的冲件。根据刃口尺寸计算原则，计算公式如下：落料： （参考文献9 59页） （2-20） （参考文献9 59页） （2-21） 冲孔： （参考文献9 59页） （2-22） （参考文献9 59页） （2-23） 式中，D凹落料凹模基本尺寸，mm；D凸落料凸模基本尺寸，mm；Dmax落料件最大极限尺寸，mm；d凹冲孔凹模基本尺寸，mm；d凸冲孔凸模基本尺寸，mm；dmin冲孔件孔的最小极限尺寸，mm；制造公差，mm；Zmin凸模、凹模最小最小初始双面间隙，mm；凹凹模上偏差，可按IT7选用，mm；凸凸模下偏差，可按IT6选用，mm；x系数，其作用是为了使冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带的中间尺寸，与工件制造精度有关，按下列关系取值，也可查表。 当制造公差为IT10以上，去x=1； 当制件公差为IT11IT13，取x=0.75； 当制件公差为IT14以下时，取x=0.5。表2.7系数x材料厚底t/mm非圆形圆形10.750.50.750.5工件公差1122440.160.200.240.300.170.350.210.410.250.440.310.590.360.420.500.600.160.200.240.300.160.200.240.30该方法需要先进行间隙校核，即只有满足，才可以用分别加工法，否则影响模具的使用寿命。若，可取、作为模具的凸凹模的制造偏差。 凸、凹模配作加工法凸、凹模配作加工是指先按图样设计尺寸加工好凸模或凹模中的一件作为基准件（一般落料时以凹模作为基准件，冲孔时以凸模作为基准件），然后根据基准件的实际尺寸按间隙要求配作另一件。这种加工方法的特点是模具的间隙配由作保证，工艺比较简单，不必校核条件，并且还可以放大基准件的制造公差（一般可以取冲件公差的1/4），使制造容易，因此是目前一般工厂经常使用的方法，特别适用于冲裁薄板件（因为ZmaxZmin很小）和复杂形状件的冲裁加工。采用凸、凹模配作加工时，只需要计算基准件的刃口尺寸及公差，并详细标注在设计图样上。而另一非基准件不需要计算，并且在设计图样上只标注基本尺寸（与基准件尺寸对应一致），不标注公差，但要在技术要求注明：“凸（凹）模刃口尺寸按凹（凸）模实际刃口尺寸配作，保证双面间隙值为ZmaxZmin。”用配作加工法加工的凸模和凹模必须对号入座，不能互换，但由于电火花线切割加工已成为冲裁加工的主要手段，该加工方法所具有的“间隙补偿功能”，使配合件基本不存在加工公差，而只有很小的电火花放电间隙，所以无论形状复杂与否，它都能很准确的保证模具的合理初始间隙，因此配作加工法适用于复杂形状、小间隙（薄料）冲裁件模具的工作部分尺寸计算。当采用电火花加工冲模时，一般是先采用成型磨削的方法加工加工凸模与电极，然后用尺寸与凸模相同或相近的电极（有的甚至直接用凸模作电极）在电火花机床上加工凹模。因此机械加工的制造公差只适用凸模，而凹模的尺寸精度主要决定于电极精度和电火花加工间隙的误差。所以，电火花加工实质也是配作加工，而且不论是冲孔还是落料，都是以凸模作为基准件。这时，凸模的尺寸可以由前面的公式转换而得。对于简单形状件：冲孔时： （参考文献9 61页） （2-24）（3）确定凸、凹模尺寸由以上分析得，冲孔凹模、凸模尺寸计算如下：根据材料厚度t=1.0mm，查表（冲压工艺与模具设计36页）得，Zmax=0.16mm,Zmin=0.13mm,则ZmaxZmin0.16-0.130.03mm孔的基本尺寸D孔10mm，查规则形状冲裁模凸、凹模制造公差表2.8（参考文献9 60页）：表 2.8 规则形状件冲裁是凸、凹模的制造公差 (mm)基本尺寸凸模偏差凸凹模偏差凹180.0200.02018300.0200.02530800.0200.030查取凸-0.02，凹+0.02，x=1,=0.20,则校核：，可知只有缩小凸、凹，提高制造精度，才能保证间隙在合理范围内，此时可取：故： 1、 冲孔冲裁模结构设计（1）冲孔凹模厚度、壁厚设计本方案中冲孔凹模采用圆柱形孔口凹模。冲裁时凹模承受的冲裁力和侧向力的作用，由于凹模的结构形式不一，受力状态又比较复杂，目前还不可能用理论计算法确定凹模尺寸。由于凹模的结构尺寸受制件外形的限制，在冲孔处得凹模壁厚比较薄，此处壁厚c仅为6.7mm。在冲孔的时候必须设置相应的保护措施，而且还有在凹模结构设计上让瞬时作用在凹模上的冲裁力分散来保护凹模的强度和尺寸精度。凹模刃口形式有直筒形和锥形两种，选用时主要根据冲件的形状、厚度、尺寸精度以及模具的具体结构来决定。考虑冲孔时凹模设计受制件外形轮廓限制，选用直筒形刃口。凹模的厚度主要是从螺钉旋入深度和凹模刚度的需要考虑，一般应不小于8mm。随着凹模板平面