座椅支架冲压工艺分析及模具设计【6张CAD图纸+毕业论文+开题报告】

座椅支架冲压工艺分析及模具设计【6张CAD图纸+毕业论文+开题报告】,6张CAD图纸+毕业论文+开题报告,座椅,支架,冲压,工艺,分析,模具设计,CAD,图纸,毕业论文,开题,报告 座椅支架冲压工艺分析及其模具设计 摘要：本设计课题给定的是某摩托车座椅支架，形状简单，同时包括冲裁和弯曲两道工序，其中弯曲相对比较简单。在本次设计中关键的地方是合理的选择模具间隙，在模具的设计中间隙直接影响着冲裁件的质量，所以合适的间隙的选择应以工件断面质量、冲裁件精度、模具寿命和加工质量四项为依据，并且进行适当的分类。在模具设计部分重点在于凸、凹模的设计，它们都要先进行试模合格以后再热处理，因为它影响着冲裁件是否合格。 由于本零件属于大批量生产，而且制作精度要求不高，需要多工序冲成的小型零件。所以冲裁我选择了级进模，以便能满足制造要求的同时也增加了操作的安全性及减少模具和设备的数量，从而减少车间的占地面积。 由于本人水平有限，本论文中必然存在不少纰漏及错误之处，敬请评阅老师批评指正。 关键词：冲裁间隙 级进模 段面质量 模具寿命 Chair support ramming craft analysis and its mold design Abstract: This design topic assigns is some motorcycle chair support, the shapeis simple, Simultaneously includes falls the material and the curving two workingprocedures, curving relative quite is simple. In this design the essential place is the reasonable choice mold gap,the gap directly affects in the mold design is falling the materialquality, therefore the appropriate gap choice should take the workpiece cross section quality, fall the material precision, the moldlife and the processing quality four items as the basis, and carrieson the suitable classification. Partial key raised lies in, theconcave mold design in the mold design, they all will want theadvanced line of examination mold qualified later in the heattreatment, because it will affect is falling the material will bewhether qualified. Because this components belong to the mass production, moreover themanufacture precision request is not high, needs the small componentswhich the multi- working procedures flushes. Therefore the cut die hadme to choose the level to enter the mold, in order to could satisfythe manufacture request at the same time also to increase theoperation security and the reduced mold and the equipment quantity,thus reduced the workshop the area. Because myself level is limited, in the present paper inevitably hasmany careless mistakes and the mistake place, asks respectfully tocomment reads teacher to criticize points out mistakes. Keyword:chongcai gap The level enters the mold Section surface quality Mold life Signature of supervisor: 目录 第一章 绪论 1.1 选材的依据及课题的意义…………………………………………………（1） 1.2 模具行业现状及发展趋势…………………………………………………（1） 1.3 内容几实验方案……………………………………………………………（2） 1.4 主要特色几工作进度………………………………………………………（2） 第二章 工艺方案分析………………………………………………………（3） 2.1 零件的工艺性分析…………………………………………………………（3） 2.2 加工工艺方案的确定………………………………………………………（4） 第三章 冲裁模设计……………………………………………………… （4） 3.1 毛胚尺寸计算及工艺分析…………………………………………………（4） 3.1.1 毛胚尺寸计算…………………………………………………………… （4） 3.1.2 冲裁工艺分析…………………………………………………………… （5） 3.2 工件排样与搭边……………………………………………………………（6） 3.2.1排样……………………………………………………………………… （6） 3.2.2 搭边……………………………………………………………………… （8） 3.3 冲裁间隙……………………………………………………………………（9） 3.4 冲裁力的预算………………………………………………………………（9） 3.5 模具压力中心的计算…………………………………………………… （11） 3.6 凸凹模刃口尺寸的计算………………………………………………… （12） 3.7 模具的总体设计………………………………………………………… （17） 3.7.1 冲模的闭合高度…………………………………………………………（17） 3.8 机构件与标准件的选用………………………………………………… （17） 3.8.1 模架…………………………………………………………………… （17） 3.8.2 模座…………………………………………………………………… （18） 3.8.3 模柄…………………………………………………………………… （18） 3.8.3定位装置…………………………………………………………………（18） 3.9 冲模设备选择…………………………………………………………… （18） 3.9.1 冲裁设备类型的选择………………………………………………… （18） 3.9.2 压力机选用原则……………………………………………………… （19） 第四章 弯曲模设计………………………………………………………（20） 4.1 分析零件的冲压性………………………………………………………（20） 4.2 弯曲回弹…………………………………………………………………（22） 4.2.1 影响回弹量的因素………………………………………………………（22） 4.2.2 减少回弹量的措施………………………………………………………（23） 4.3 进行弯曲力的计算……………………………………………………… （24） 4.4 估算模具的各部分尺寸 初步选择压力机和模架………………………（25） 4.5 主要部件的初步设计及选用…………………………………………… （26） 4.6 模架 导柱 导套及模柄的选用………………………………………… （27） 4.7 压力机的选用………………………………………………………………（27） 4.8 标准件的选用………………………………………………………………（27） 参考文献……………………………………………………………………… （30） 致谢………………………………………………………………………………（31） 第一章 绪论 论文题目：座椅支架冲压工艺分析及其模具设计 1．1选题的依据及课题的意义 在金属和非金属材料塑性加工工程中，模具是一种必不可少的工艺装备。模具的使用性能特别是使用寿命反映着一个国家的工业水平，化学气相沉积是一种利用气相物质中的某些化学过程，将高熔点、高硬度金属及其碳化物、氮化物等性能特殊的稳定化合物涂覆在模具工作零件表面上，形成与基体材料结合力很强的硬质涂层，从而使模具表面获得优异机械性能的技术。其中气相沉积TiN、新技术就是一种使用而有效的模具表面强化新技术工艺。热作模具钢，作为模具钢的重要组成部分，广泛应用于工业生产的各个领域。因此研究热作模具钢在化学气相沉积TiN后的组织和性能，对提高模具的表面高硬度、耐磨性、耐蚀、耐热性，提高模具的寿命具有重要的意义。 根据模具使用场合的不同，可分为冷冲模，塑料模，锻造模，压铸模，橡胶模，陶瓷模，玻璃模等。利用模具加工零件的方法，是一种少切削，无切削和多工序重合的先进生产方法。广泛用与汽车，电器，仪表，玩具和日常用品的等产品的加工方法中，在国民经济个部门的发展中占有的重要的地位。据统计，利用模具制造的零件，在飞机，汽车，拖拉机，电机，电器，仪器仪表等机电产品中占60%~70%；在电视机，录音机，计算机等电子产品中占80%以上；在自行车，手表，洗衣机，电冰箱，电风扇等轻工业产品中占85%以上。因此说，模具是现代工业的基础工艺装备。 具有关资料介绍。某些国家的模具总产值已超过了机床工业的总产值，其发展速度超过了机床，汽车，电子等行业。模具工业在这些国家已摆脱了从属地位而发展成为独立的行业。是国民经济的基础工业之一。模具技术，特别是制造精密，复杂，大型，高效，长寿命模具的技术，以成为衡量一个国家机械制造水平的标志之一。随着生产和科学技术的发展，产品更新换代周期的缩短，为模具工业的发展提供了机遇和挑战。电子计算机技术的应用给模具设计和制造开辟了新的前景。预计工业发达的国家模具工业还有新的发展。 1.2模具行业现状与发展趋势 在国民经济快速发展的拉动和国家产业政策的正确引导下，我国模具行业发展很快，2003全国模具总产值已达450亿元以上。近年来，模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为：大型、精密、复杂、长寿命等中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品；我国模具年生产总量虽然已位居世界第三位，但设计制造水平在总体上要比工业发达国家落后，其差距主要表现在以下几方面。 （1）模具自配率教低，其中中低档模具供过于求，中高档模具自配率不足60%。 （2）企业组织结构、产品结构、技术结构和进口结构都不够合理。 （3）模具产品和生产工艺水平低，模具制造周期长。 （4）模具标准化水平和模具标准件使用覆盖率低，开发能力弱。 （5）与国际先进水平相比，模具企业的管理落后。 我国国民经济长期持续高速发展，机械行业在信息社会和经济全球化进程中也在不断发展，模具行业发展趋势是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方向发展；向着信息化、数字化、无图化、精细化、自动化方向发展；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。模具技术的发展趋势主要是： （1）CAD/CAM/CAE的广泛应用及其软件的不断改进，CAD/CAM/CAE技术的进一步集成化 、一体化、智能化。 （2）PDM（产品数据管理）、CAPP（计算机辅助工艺设计管理）、KBE（基于知识工程）、ERP（企业资源管理）、MIS（模具制造管理信息系统）及Internal平台等信息网络技术的不断发展和应用。 （3）高速、高精加工技术、超精加工、复合加工、先进表面加工和处理技术的发展与应用。 （4）快速成形与快速制模（RP/RT）技术的发展与应用。 （5）热流道技术、精密测量及高速扫描技术、逆向工程及并行工程的发展与应用；模具标准化及模具标准件的发展及进一步推广应用。 （6）优质模具材料的研制及正确选用；模具自动加工系统的研制与应用。 （7）虚拟技术和纳米技术等的逐步应用。 1.3 内容及实验方案 1． 方法确定与论证 2． 找资料论证观点 3． 各项指标的概述 4． 优点与缺点的比较 5． 结论 1.4 主要特色及工作进度 1．绘制零件图，收集、查阅、分析有关资料，撰写开题报告 2．对零件进行冲裁/弯曲工艺分析，确定工艺方案； 3．计算冲压力确定模具工作部分尺寸及公差，选取模具结构； 4．设计模具装配图，拆绘主要零件图 5．外文翻译(6000实词以上)； 6．撰写毕业论文。 第二章工艺方案设计 2.1零件的工艺性分析 本设计是关于摩托车座椅支架冲压工艺分析及模具设计，材料是20号钢，板厚是5mm。如图2-1所示 图2-1 摩托车座椅支架零件 冲压工艺设计的基本要求为： （1）材料利用率要高，即原始材料消耗要尽可能少； （2）考虑工厂的具体生产条件，制定出的工艺方案要技术上方便可行，经济上合理； （3）工序组合方式和工序排列顺序要符合冲压变形规律，能保证冲制合格的工件； （4）工序数量尽可能少，生产效率尽可能高； （5）制定的工艺规程，要方便工厂、车间的生产组织与管理。 良好的冲压工艺能保证材料消耗少、工序次数少、模具结构简单、操作方便、寿命长、产品质量稳定等等。从某种意义上讲，冲压工艺的质量就决定了模具的质量，因此，制定合理的冲压工艺方案是至关重要的。由零件图可知，零件的形状简单，便于实现少废料排样；在各直线或曲线的连接处，都采用了圆角过渡；零件的精度和断面粗糙度等都符合冲裁工艺的要求。零件尺寸公差没有特殊要求，按IT10取，利用普通的冲裁形式可以达到图样要求。由于该零件外形简单，形状规则，适于冲裁加工。材料为20号钢，δb=480MPa。 2.2加工工艺方案的确定 冲裁工艺方案的主要内容包括冲压性质、冲压工序数、冲压顺序和工序组合方式、模具结构型式、冲模压力中心和冲裁闭合高度等。 根据以上对零件的工艺分析，并且考虑到现有的设备的情况。加工本零件需要三道工序；根据冲裁件的结构形状、尺寸大小和精度要求可知冲裁顺序为先落料再弯曲，最后成形；送料方式采用手工操作。冲裁模的结构形式多种多样，如果按工序的组合分类，可分为单工序模、级进模（连续模或跳步模）、复合模等。各种冲裁模的构成大体相同，主要由工作零件、定位零件、卸料与推料零件、导向零件、联接与固定零件等组成。 零件属于大批生产，工艺性较好。但不宜采用复合模。如果采用落料以后再冲孔效率比较低，而且质量不易保证。我采用连续模进行加工。 级进模是一种工位多，效率高的冲模。在一副级进模上，根据冲压件的实际需要，按一定的顺序安排了多个冲压工序（在级进模中称为工位）进行连续冲压。它不但可以完成冲裁工序，甚至装配工序，许多需要多工序冲压的复杂的冲压件可以在一副模具上完全成形，为高速自动冲压提供了有利条件。由于级进模工位较多，因而级进模冲制零件，必须解决条料或带料的准确定位问题，才有可能保证冲压件的质量 第三章冲裁模设计 3.1毛坯尺寸计算与冲裁工艺分析 3.1.1毛坯尺寸计算 板料弯曲时，中性层长度是不变的，因此根据变形前后中性层长度不变的原则来确定弯曲件毛坯展开的长度和尺寸。弯曲件分为直边和弯曲两部分，以其中性层长度之和可求得弯曲件展开长度，但弯曲部分的中性层要考虑位移。 弯曲件展开长度： 当≤180°时 当180°﹤≤360°时 式中：─弯曲件直边部分长度； ─弯曲部分中性层长度； ─中性层位移系数 根据王芳主编《冷冲压模具设计设计指导》表3-6。如图3-1所示 前铰扣弯曲展开长度：　　 ==103 ㎜ 表3-1 中性层的位移系数值 弯曲件的展开图如图3-1所示 图3-1弯曲件展开图 3.1.2冲裁工艺分析 冲裁件的工艺性，是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。一般情况下，读一冲裁件工艺性影响最大的是制件的结构形状、精度要求、形位公差及技术要求等。良好的结构工艺性应保证材料消耗少，工序数目少，模具结构简单而寿命高，产品质量稳定，操作简单等。通常对冲裁件的工艺性影响最大的是几何形状尺寸和精度要求。 由弯曲件展开图3-1可知：冲裁件的形状简单、对称没有复杂的曲线，冲裁件的内、外转角处要用圆角过渡。而且本冲裁件没有凸出悬臂、凹槽和孔等。一般冲裁件的经济精度不高于IT11级，最高可达IT8～IT10级，冲孔比落料的精度约高1级。本冲裁件的经济精度为IT14。 因此采用单工序、后侧导柱导向式冲裁模进行加工，以方便工人操作，并且保证制件尺寸精度。 3.2工件排样与搭边 3.2.1排样 冲裁件在板料、条料或带料上的布置方式，称为排样。排样是冲裁模设计中的一项极其重要的工作。其目的在于减少材料的耗损，降低零件成本，提高生产率，延长模具寿命。 1. 材料的利用率 材料利用率主要取决于排样，是衡量排样方案合理性的技术经济指标。排样的目的是为了在保证 制件质量的前提下，合理利用原材料。 根据牟林、胡建华主编《冲压工艺与模具设计》中（3.2）式和（3.3）式 一个进距的材料利用率η的计算如下： η=×100% 式中：A ——冲裁件面积（包括内形结构废料），（mm2）； n —— 一个进距内冲裁件数目； b ——条料宽度，（mm）； h ——进距,（mm）。 一张板料上总的材料利用率η总的计算如下： η总=（）×100% 式中 n总 —— 一张板料上冲裁件总数目； L ——板料长，（mm）； B ——板料宽，（mm）。 2. 排样方法的选择原则 （1） 冲裁小工件或某种工件需要小条料时，应沿板料方向进行排样，符合材料规格及工艺要求。 （2） 冲裁弯曲毛胚时，应考虑半料轧制方向。 （3） 冲件在条料上的排样，应考虑冲压生产率，冲模耐用度，冲模结构是否简单和操作的方便与安全等。 （4） 条料宽度选择与在板料上的排样应优先选用条料宽度较大而步距小的的方案，以便经济地裁切板料，并减少冲压用的时间。 3.排样的方式 根据材料的利用情况，排样可分为有废料排样、少废料排样和无废料排样三种。有废料排样为沿工件的全部 外形冲裁，工件与工件之间，工件与条料侧边之间都有工艺余料（搭边）存在，冲裁后搭边成为废料；少废料排样为沿部分外形轮廓切断或冲裁，只在工件之间或工件与条料侧边之间有搭边存在；无废料排样为工件与工件之间、工件与条料侧边之间均无搭边存在，条料沿直线或曲线切断而得工件。 本课题排样方式为有废料、对排。排样图如3-2图所示 图3-2 排样图 3.2.2搭边 在条料上冲裁时，工件之间以及工件和条料侧边之间的余料称为搭边。搭边的作用是：补偿送料误差，以保证冲出合格工件；保持条料刚度利于送料，避免废料丝进入模具间隙损坏模具。搭边值要合理确定，从节省材料出发搭边值越小越好，但搭边值小于一定数值后，对模具寿命和剪切表面质量不利。为了使作用在毛坯侧表面上的应力沿被冲压件周长军均匀分布，必须使搭边的最小宽度大于塑变区的宽度，而塑变区宽度与材料性质和厚度有关，一般约等于0.5t，搭边的最小宽度的最大值约等于毛坯的厚度。若搭边值小于材料厚度，在冲裁中还可能被拉入模具间隙中，使零件产生毛刺，甚至损坏模具刃口，降低模具寿命。搭边值大小与下列因素有关。 （1） 材料的力学性能：硬材料的搭边值可小一些，软材料、脆材料的搭边值要大一些； （2） 零件的形状与尺寸：零件尺寸大或有尖角和突出等复杂形状时，搭边值应大一些； （3） 材料厚度：厚度大的材料搭边值取大一些； （4） 送料及挡料方式：手工送料时，有侧压板导向的搭边值可以小一些。 根据薛启翔主编《冷冲压实用技术》表3-2可知搭边a和a1数值： a=6.3 a1=7.2 冲裁件面积：通过CAD软件测绘可知A=4232.8mm2 条料宽度 B=120mm 送料进距 h=（88.7/2+30/2+3.5）mm=62.8mm 一个进距内的材料利用率： 3.3冲裁间隙 冲裁间隙是指冲裁凸模和凹模刃口之间的尺寸之差。单边用间隙用C表示，双边用Z表示。 圆形冲裁模双边间隙为 Z=D凹-D凸 式中 D凹——冲裁模凹模直径尺寸（mm） D凸 ——冲裁模凹模直径尺寸（mm） 冲裁间隙是冲裁过程中一个重要的工艺参数，间隙的选取是否合理直接影响到冲裁件质量、冲裁力、冲模的使用寿命和卸料力等。因此设计模具时一定要选择一个合理的间隙，考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损，生产中通常是选择一个合适的范围作为合理的间隙，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 ，由于模具在使用过程中会逐步磨损，设计和制造新模具时应采用最小合理间隙。 1、冲裁间隙的选取 冲裁间隙的大小主要与材料的性质及厚度有关，材料越硬，厚度越大，则间隙值应越大。选取间隙值时应结合冲裁件的具体要求和实际的生产条件来考虑。其总的原则应该是在保证满足冲裁件剪断面质量和尺寸精度的前提下，使模具寿命最长。确定凸、凹模合理间隙有理论去顶法和查表确定法，在设计时一般采取查表法确定，在冲模制造时，也可按材料厚度的百分比估算。根据牟林、胡建华主编《冲压工艺与模具设计》表2.3选得间隙值为Zmin=0.940、Zmax=1.280（mm）。 为了使模具能在较长时间内冲制出合格的零件，提高模具的利用率，一般设计模具时取Zmin作为初始间隙。 3. 4冲裁力的预算 冲裁力是指板料作用在凸模上的最大抗力，冲裁力是选择压力机的主要依据，也是设计模具所必须的数据。冲裁力计算包括冲裁力、卸料力、推件力、顶件力的计算。 1、冲裁力计算 冲裁力是凸模与凹模相对运动使工件与板料分离所需要的力，它与材料性质、厚度、冲裁件周长、模具间隙大小及刃口锋利程度有关。 一般平刃口模具冲裁时，其冲裁力F可按下式计算： F=K·L·t·τ 式中：F —— 冲裁力, N； L —— 冲裁件的周长, mm； t —— 板料厚度，mm； τ—— 材料的抗剪强度, Mpa； K —— 系数。考虑到凸模、凹模间隙波动，材料力学性能变化及材料厚度偏差等因素而增加的安全系数，常取K=1.3。 有时也可用材料的抗拉强度进行计算： F=L·t· 式中：—— 为材料的抗拉强度，Mpa 在冲裁高强度材料或厚度大，周边长的工件时，需要很大的冲裁力。当工厂设备的吨位不能适应时，为不影响生产，可采取一定的措施降低冲裁力，常用的方法有阶梯冲裁、斜刃冲裁和加热冲裁等。 冲裁力： 冲裁件周长（有CAD测绘）L=330mm 板料厚度t =5mm 材料抗剪强度τ=480MPa 系数K=1.3 F=K· L·t·τ= 1.3×330×5×480=1029600N 2、卸料力、推件力和顶件力计算 由于冲裁时材料的弹性变形及摩擦，在一般冲裁条件下，冲裁后材料将发生弹性恢复，使落料或废料梗塞在凹模内，而板料则紧箍在凸模上，为了使冲裁工作继续进行，必须将箍在凸模上的板料卸下，将卡在凹模内的工件或废料向下推出或向上顶出。将紧箍在凸模上料卸下所需的力称为卸料力，将卡在凹模中的料推出所需的力叫推件力；将卡在凹模中的料逆着冲裁力方向顶出所需的力叫顶件力。 根据牟林、胡建华主编《冲压工艺与模具设计》第50页 卸料力、推件力和顶出力通常采用经验公式进行计算， 卸料力：F卸=K卸·F 落 推件力：F推=n·K推·F孔 顶件力：F顶=K顶· F 落 式中： K卸、K推、K顶—— 分别为卸料力、推件力系数,其值见表3-3； n—— 同时卡在凹模内的零件数； h——凹模直壁洞口的高度。 表3- 3 推件力、顶件力、卸料力系数 料厚/（mm） K推 K顶 K卸 钢 ≤0.1 >0.1~0.5 >0.5~2.5 >2.5~6.5 0.065~0.075 0.045~0.055 0.04~0.05 0.03~0.04 0.1 0.063 0.055 0.045 0.14 0.08 0.06 0.05 卸料力：F卸=K卸F=792000 x 0.04=31680N 推件力：F推=FK推n=792000 x0.04 x（10/5）=63360N F总=F+ F推+F卸=887040 3.5模具压力中心计算 冲模对工件施加的冲压力合力的中心称为模具的冲压压力中心。要使冲压模具正常工作，模具的压力中心必须通过模柄曲线和压力机的滑块中心线重合。否则，冲裁过程中压力机滑块和冲模将会承受偏心载荷，使滑块导轨和冲模导向部分产生不正常磨损，合理间隙得不到保证，刃口迅速变钝，从而降低冲件质量和模具寿命甚至损坏模具发生冲压事故。因此，设计冲模时，应正确计算出冲裁时的压力中心，并使压力中心与模柄轴心线重合，对于制件外形尺寸大、形状复杂，多凸模的冲裁模和连续模，正确确定其压力中心就显得更为重要。若因冲件的形状特殊，从模具结构方面考虑不宜使压力中心与模柄轴心线相重合，也应注意尽量使压力中心的偏离不超出所选压力机模柄孔投影面积的范围。压力中心的确定有解析法、图解法和实验法。 由于本零件形状简单，且对称，其压力中心即位于冲件轮廓图形的几何中心。画出所示制件，选定坐标系xoy,如图3-3所示。冲裁件以X轴对称，所以Y0 = 0，X0 =51.5 压力中心如下图3-3 图3-3 压力中心图 X0=[0x14+12x10+(-24.3)x24.5+35x28+48.35x13.5+13.5x48.3+14.2x50+35x60.7+47x96+35x60.7+14.2x70+28.6x35+24.5x12+12x10]/330=42.95 取整数41。 Y0=[44.35*14+12*30+24.5*5.1+28.6*12+13.5*15+14.2*11.4+35*29.35+47*44.35+35*9.35+14.2*62.35+13.5*83.2+77*28.6+115.5*24.5+12*57.7]/330=44.7 取整数45。 所以求得 X0=41 Y0=45 3.6凸、凹模刃口尺寸计算 冲栽模凸、凹模刃口尺寸精度是影响冲裁件尺寸精度的重要因素。凸、凹模的合理间隙值也要靠刃口尺寸及其公差保证。因此，正确确定冲裁凸模和凹模刃口的尺寸及公差，是冲模设计的重要环节。 1、凸、凹模刃口尺寸计算的原则 由冲裁过程和生产实践可知：落料件的光面是因凹模刃口挤切材料产生的，而孔的光面是凸模刃口挤切材料产生的，落料件的大端尺寸等于或接近于凹模刃口尺寸，冲孔件的小端尺寸等于或接近于凸模刃口尺寸。计算凸模和凹模尺寸时应遵循下述原则： （1）落料时，应先确定凹模刃口尺寸。凹模刃口的基本尺寸取接近或等于零件的最小极限尺寸，以保证凹模磨损在一定范围内也能冲出合格的零件。凸模刃口的基本尺寸则按凹模刃口基本尺寸减小一个最小间隙值。 （2）冲孔时，先确定凸模刃口尺寸。凸模刃口的基本尺寸取接近或等于孔的最大极限尺寸，以保证凸模磨损在一定范围内也可使用。而凹模的基本尺寸则按凸模刃口的基本尺寸加上一个最小间隙值。 （3）凸模和凹模刃口的制造公差，主要取决于冲裁件的精度和形状。一般模具的制造精度比冲裁件的精度至少高1～2级。若制件没有标注公差，则对于非圆形件按国家标准非配合尺寸的IT14级精度来处理，圆形件一般可按IT10级精度来处理。 2、凸、凹模刃口尺寸计算的方法 凸、凹模刃口尺寸的计算与加工方法有关，基本上可分为两类。 （1） 凸模与凹模分开加工 这种方法适用于圆形或简单形状的工件。采用凸模与凹模分开加工这种方法，要分别标注凸模和凹模刃口尺寸与制造公差。同时，为了保证一定的间隙，模具的制造公差必须满足下列条件： δp +δd ≤Zmax-Zmin 或 δp=0.4（Zmax-Zmin） δd=0.6（Zmax-Zmin） 式中:δp—— 凸模的制造公差； δd—— 凹模的制造公差； Zmax—— 最大合理间隙； Zmin—— 最小合理间隙。 （2） 凸模与凹模配作加工 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标准件（一般落料时以凹模为基准件，冲孔时以凸模为基准件），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由配作保证，工艺比较简单，不需要公式+Zmax-Zmin来进行校核，并且还可以放大基准件的制造公差（一般可去冲裁件公差的），使制造容易，因此是目前一般工厂常常采用的方法。用配合加工法制造模具常用于复杂形状及薄料的冲裁件，图样上只需标注基准件的尺寸及其公差，配作件仅注基本尺寸，并注明与基准件配作及应保证的间隙值。 3、计算各主要零件的尺寸 1） 凹模厚度：其中b=111mm,K=0.3,故 H=Kb=0.3*111=33.3mm 但是该件上还需冲一较小的空，且均在同一凹模上进行，所以凹模厚度应适当增加，故取H=30 C=（1.5~2）H=60mm 凹模的外形尺寸：长*宽为 300*195 2） 凸模固定板的厚度 H1=0.7H=0.7*33.3=23.31 取整数25mm 3） 垫板的采用与厚度：是否采用垫板，以承压面的凸模进行计算 δ=F/A =177.408MPa 铸铁模板的δp为90~140MPa 故δ>δp 因此须采用垫板，垫板厚度是10mm。 4） 卸料模的自由高度：根据工件材料厚度为5mm，冲裁是凸模进入凹模深度取2mm，考虑模具维修时刃磨留量2mm，再考虑开启时卸料板高出凸模1mm,z则总工作行程h工件=10mm，橡皮的自由高度h自由=h工件/(0.25~0.30)=33.3~40mm 取h自由=40mm 模具在组装时预留量为 h预=10%~15%*h自由=4~6mm 取h预=6mm 由此可算出模具中安装卸料板的空间高度为 34mm 5)计算凸凹模工作部分尺寸： 查表 Zmin=0.83mm,Zmax=1.140mm 冲孔凸模1： 工作孔尺寸：长18mm，宽9mm。 尺寸为18mm时，δp=0.02mm 尺寸为9mm时，δp=0.02mm X=0.6 根据Bp=(B+X∆)0-δp 则 Bp1=18.0420-0.02 mm Bp1=9.0420-0.02 mm 冲孔凸模各尺寸如下图3-4所示： 图 3-4冲孔凸模尺寸图 落料凸模2： 工件工作尺寸：长111 mm，宽89 mm时，δp=0.025mm半径15 mm，δp=0.02mm X=0.6 根据Bp=(B-X∆-Zmin) 0-δp Bp1=14.1280-0.02 mm Bp2=110.0860-0.025 mm Bp3=88.0860-0.025 mm 落料凸模各尺寸入下图3-5所示： 图3-5落料凸模尺寸 冲孔凹模： 工件工作尺寸：长18 mm，半径4.5 mm X=0.6 根据Dd=(d+ X∆+ Zmin)+ δd0 Dd1=18.8720.020 mm Dd2=5.35880.020 mm 落料凹模： 工件工作尺寸：长111 mm，宽88.7 mm，半径15 mm X=0.6 根据Dd=(d- X∆)+ δd0 Dd1=14.9580.020 mm Dd2=110.9160.0350 mm Dd3=88.9160.0350 mm 落料凹模各尺寸如下图3-6所示： 图3-6落料凹模尺寸 3.7 模具的总体设计 3.7.1冲模的闭合高度 所谓模具的闭合高度是指模具在最低工作位置时，上下模座之间的距离。它应与压力机的装模高度相适应。 压力机的装模高度则是指滑块在下止点位置时，滑块底面至工作台板上平面之间的距离。一般压力机滑块里的连杆具有一定的调节量M，当压力机连杆调至最短时，为压力机的最大装模高度Hmax；当连杆调至最长时，为压力机的最小装模高度Hmin。 压力机的装模高度必须符合模具闭合高度的要求。其关系为： Hmax-5≥H≥Hmin+10 式中Hmax Hmin——压力机的最大和最小装模高度 H——模具的闭合高度，H模=50+10+20+10+15+25+60=190 mm 如果模具的闭合高度太小，则在使用时须在压力机的工作台上加垫板。模具闭合高度绝不能大于压力机的装模高度。 3.8结构件与标准件选用 3.8.1模架 模架包括上模座、下模座、导柱和导套。冲压模具的全部零件都安装在模架上。为了缩短模具制造周期，降低成本，我国已制定出模架标准，并且有商品出售。根据模架导向用的导柱和导套的配合性质分为滑动导向模架和滚动导向模架两大类。每类模架中，由于导柱安装位置和数量不同，又各具有多种模架类型。 选择模架结构时要根据工件的受力变形特点，坯件定位、出件方式，材料送进方向，导柱受力状态，操作是否方便等方面进行综合考虑。选择模架尺寸时要根据凹模的轮廓尺寸考虑，一般在长度上及宽度上都应比凹模大30～40mm。模板厚度一般等于凹模厚度的1～1.5倍。选择模架时还要注意到模架与压力机的安装关系。本设计采用对角导柱式模架。 3.8.2模座 模座分为上模座和下模座，它们是冲模全部零件安装的基体，有承受和传递冲裁力，因此它要具有足够的强度、刚度和足够大的外形尺寸。上模座通过模柄安装在冲床滑块上，下模座用压板和螺栓固定在工作台上。模座的前侧面须进行机械加工，以便在此面打上模具的标记。上模板导套孔的外侧面要加工一条浅窄槽，便于冲模工作时对导套润滑。 后侧导柱上模座：材料HT200，上模座300×195×70 GB/T2855.5 后侧导柱下模座：材料HT200，下模座160×195×90 GB/T2855.6 3.8.3模柄 本设计采用压入式模柄，它与模座孔采用过渡配合H7/m6，并且加销钉防转。这种模柄可较好保证轴线与上模座的垂直度。试用于各种中、小型冲模，生产中最常用。 A型压入式模柄：材料Q235，模柄A32×95 JB/T7646.1 3.8.4定位装置 本模具采用手工送料连续模，冲孔凸模要用固定板固定，落料的凸模用螺钉固定，凹模要用圆柱销和螺钉去固定。冲孔时用定位销定位，落料用2个圆锥孔和1个档块定位。卸料采用刚性的，导向装置采用导柱导套。 3.9冲裁设备选择 3.9.1冲裁设备类型的选择 设备类型的选择要依据冲裁件的生产批量、工艺方法与性质及冲裁件的尺寸、形状与精度等要求来进行。 （1）根据冲裁件的大小进行选择 对于中小型的冲裁件，弯曲件或浅拉深件的生产，主要应采用开式机械压力机。虽然开式冲床的刚度差，在冲裁力的作用下床身的变形能够破坏冲裁模的间隙分部，降低模具的寿命或冲裁件的表面质量。但操作方便，价格低廉。对于大中型的冲裁件，深度大的成形件及复合工序件的生产，可选择闭式机械压力机，结构紧凑、工件平稳。在大型拉深件的生产中，应尽量选用双动拉伸压力机，其所用模具结构简单，调整方便。 （2）根据冲裁件的生产批量选择 在小批量生产薄板件中，可选择通用压力机，速度快、生产效率高、质量较稳定。在大型厚板的拉深、弯曲等冲裁件的生产中，应采用液压机。液压机行程不固定，不会因为板料厚度变化而超载，而且在需要很大的施力行程加工时，与机械压力机相比具有明显的优点。 （3）考虑精度与刚度 压力机的刚度是由床身刚度、传动刚度与导向刚度三部分组成的，在选用设备类型时，应允许注意到设备的精度与刚度，尤其是在进行校正弯曲、校形及整形这类工序时，更应选择刚度与精度较高的压力机。如果刚度较差，负载终了和卸载时模具间隙回发生很大变化，影响冲压件的精度与模具寿命。 （4）考虑生产现场的实际问题可能和技术上的先进性 在进行设备选择时，应该设法利用现有设备来完成工艺过程。有时可利用原有压力机进行适当改进，以满足生产需要。需要采用先进技术进行冲裁时，可以选择带有数字显示的、利用计算机操作的及具有速控加工装置的各类新设备。如对于断面要求特别光洁的冲裁件加工，对工艺先进和设备先进的要求较高，此时，可选择精冲压力机甚至激光加工机。 3.10.2压力机选用原则 确定压力机规格时，一般应遵循以下原则。 （1）压力机的公称压力不小于冲压工序所需的压力。 （2）压力机滑块行程应满足工件高度上能获得所需尺寸，并在冲压后能顺利地从模具上取出工件。 （3）压力机的闭合高度、工作台尺寸和滑块尺寸等应满足模具的正确安装。尤其是压力机的闭合高度应于冲模的闭合高度相适应。 （4）压力机的滑块行程次数应符合生产率和材料变形速度的要求。 根据3.4冲压力的计算，总的冲裁力为887040KN，考虑到压力机的适用范围，故选择开式双柱可倾式工作台压力机其型号为JG23-40。查《冲模设计应用实例》附录B3，其部分参数如下： 该模具的总冲压力：F总=887040 闭合高度：H模=190 mm 外廓尺寸：300 mm X195 mm 选用压力机的主要技术规格： 公称压力：100KN 滑块行程：130 mm 滑块行程次数（次/Min）：38 mm 最大闭合高度：480 mm 封闭高度调节量：100 mm 滑块中心线至床身距离：380 mm 立柱距离：530 mm 工作台尺寸：前后：710 mm，左右：1070 mm 工作台孔尺寸：左右：405 mm，直径：500mm，前后：405mm 第四章弯曲模设计 4.1分析零件的冲压性： 弯曲是用力使材料弯曲成具有一定曲率形状的一种冲压变形工序。本设计弯曲的是摩托车座椅支架，如下图4-1所示： 图4-1 4.2弯曲回弹 板料在常温下的弯曲总是由塑性变形和弹性变形两部分组成，所以在卸载以后，弹性变形完全消失，塑性变形将完全保留下来，使弯曲件的弯曲半径与弯曲角发生变化，这一现象称为回复、回跳。弯曲回弹是弯曲成形不可避免的现象，它将直接影响弯曲件的精度，必须加以控制。 4.2.1影响回弹量的因素 （1）材料的力学性能。回弹的大小与材料的屈服强度成正比，与弹性模量E成反比，即/E越大，则回弹越大。在材料性能不稳定时，回弹值也不稳定。 （2）相对弯曲半径r/t。当其他条件相同时，回弹随r/t值的增大而增大。这是因为，当r/t增大时，弯曲变形程度减少，其中塑性变形和弹性变形成分均减少，但总变形中弹性变形所占比例在增加。这也是大曲率半径的制件难以弯曲成形的原因。因此，可按r/t值来确定回弹角的大小 （3）弯曲工件的形状。一般U形工件由于各边互相牵制而比V形工件回弹要小。 （4）模具间隙。U形弯曲模的凸、凹模单边间隙Z/2越大，则回弹越大；Z/2＞t时，板料处于挤压状态，可能产生负回弹。 （5）弯曲力。生产中多采用加大弯曲力的校正弯曲。弯曲力的增大可扩大弯曲件内部的塑性变形区，从而减少回弹。 4.2.2减少回弹量的措施 弯曲成形必然要发生回弹现象。如前所述，回弹大小与弯曲的方法及模具结构等因素有关，要完全消除回弹是极其困难的，生产中可以采用某些措施来减少或补偿由于回弹所产生的误差，以提高弯曲件的精度。 （1）改善制件的结构，提高材料塑性 ①弯曲处压出加强筋，使弯曲件回弹比较困难，这样既能增加弯曲件尺寸的准确性，又能提高弯曲件的刚度。 ②尽量选用弹性模数量（E）大而屈服强度（）低的材料弯曲，以减少回弹。 ③硬材料或冷作硬化材料必须先退火，降低其屈服点。 ④采用加热弯曲。 （2）采用正确的弯曲工艺，改善变形区应力状态。 ①采用校正弯曲。在弯曲终了，对板料施加一定的校正力，使内外层金属都被拉长，则回弹可因为相互抵消而减少。一般认为，弯曲变形区的校正压缩量为料厚的2%～5%时，校正效果较好。 ②采用拉弯工艺。对大曲率半径的制件，用普通弯曲方法弯曲时，由于回弹大而很难成形，故常用拉弯法，即在制件弯曲的同时施加有轴向拉力，使材料内、外层均为拉应力，回弹互相抵消，达到了减少工件回弹的目的。 ③采用端部加压弯曲，在弯曲终了帖模时，利用模具对板料端部施加压力，上弯曲变形内、外层均产生压应力以减少回弹。 （3）改善模具结构，补偿回弹 ①根据弯曲件的回弹趋势和回弹量的大小，修正凸模或凹模工作部分的形状尺寸，使弯曲后的工件回弹量得到补偿。如V形弯曲时，根据工件可能产生的回弹角，将凸模弯曲角预先做得小升些，一补偿回弹；U形弯曲时，可在凸模两侧分别做出回弹角或将模具底部做成弧形，利用底部向下的回弹来补偿弯曲件侧壁的回弹。 ②利用橡胶或聚酯胺酯软凹模来代替金属的刚性凹模进行弯曲。这样可排除在非变形区的变形和回弹，并且调整凸模入软凹模的深度以控制回弹值，此回弹量比金属凹模小得多。 ③把凹模做成活动式的，以便于实现过正弯曲来控制回弹。 该零件批量较大，应在保证精度的前提下提高生产率和简化模具结构，降低生产成本。 本工件展开板料大体成Ｔ型，厚度为５ｍｍ，左端要进行U型弯曲，右侧通过V型弯曲。左侧的U型弯曲要求IT9级精度，一般的弯曲模无法达到此精度要求，故应该在初次弯曲后加一步校形工序。右侧的V型弯曲可以在初次弯曲时一起完成，也可以在校形时完成。为提高生产率和零件精度，并考虑到模具的复杂度，该零件分两步工序完成。第一步为完成U型弯曲和V型弯曲，第二步为校形。这样可以放宽对第一步工序模具的要求。 考虑到第一次冲压对后续加工的影响，应在几个关键尺寸上提高加工要求。 第一步冲压采用普通的凹凸模，一次行程完成U型和V型成型。考虑到装卸料的方便，在凹模上加装依靠板料外形定位的定位板，并采用弹簧顶料装置，使零件在冲压完成后可以自动弹出凹模。由于零件在弯曲完成后的回弹，在冲压完成后不会出现零件卡在凸模上的现象，故不必设计凸模卸料装置。 根据工件图纸的要求，工件的内弯曲角为R3，小于最小弯曲半径第一次弯曲，U型部分的内弯曲角取r=3mm.，凹模刃口圆角选用R5 。 4. 3进行弯曲力的计算 使一个物体发生弯曲变形所要用的最小力即为弯曲力。 （1） U型弯曲的弯曲力 由于影响弯曲力的因素很多，这里只进行粗略的估算 按公式 Fu =0.7kbt бb/(r+t) k=1.3,b=88.7mm,t=5mm,бb=425Mpa,r=1.5mm, 所以F=0.7*1.3*88.7*5*5*425/1.5+5 =131941.25N （2） V型弯曲的弯曲力 按公式 F=0.6kbt бb/r+t Fv=0.6*1.3*111*5*5*425/(10+5)=61327.5N 总弯曲力F=Fu+Fu=131941.25+61327.5=193268.75N 初步选定用250KN 的的压力机 （3）校正弯曲的弯曲力计算 由表4-4及4-5（P127----②） P=Fq=q*s=120MPa*910mm2 =109200KN 故选用160KN的压力机。 4．4 估算模具的各部分尺寸,初步选择压力机和模架。 考虑到弯曲行程、卸料、等，模具高度应不小于 140mm,长度大约在220mm左右，宽度150mm左右。一个冲程的行程H=2.5*h=2.5*35mm=87.5mm,所以选用 JG23-40型压力机，其滑块行程为100mm. 考虑到装卸料方便和模具受力平衡，以及模具高度，选用A 型对角导柱模架（GB/T 2851.1-1990），L=250mm，H=255mm. 模具草图如下： a.凸模草图 b.凹模草图 4.5.主要部件的初步设计及选用 （1）凸、凹模刃口尺寸的确定 工件的内形尺寸标注为26D9+0.28，故凸模应选用IT7级精度制造。 根据资料③P276页所示及工件图纸标注，凸模宽度 Lp=(L+0.75Δ)-Δp =（26+0.75*（0.28+0.065））-0.0250 =26.26-0.0250 凹模尺寸 Ld=(Lp+2C) +Δp =（26.26+2*5）0+0.025 考虑工件冲裁公差和模具制造的工艺性，取凸模长度 L1=L工+1mm=112mm. （2） 凹、凸模的高度确定。应根据工件的行程确定凹模的高度，再确定凸模的高度。 考虑到凹模的刃口