电池弹片级进模具设计-冲压模具

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With today's technology, the industrial production of stamping dies used in more and more attention has been paid already, and have been widely applied to industrial production in the past. Automatic feeding stamping technology into actual production, stamping dies can greatly improve labor productivity, reduce the burden on workers, has an important significance of technological progress and economic value. This article describes the composite cold die stamping process, and a brief analysis of the blank shape, size, nesting, cutting board program, the nature of the stamping process, number and sequence determination. For the technological edge, center of pressure, mold dimensions and tolerances of the working part of the calculation and design mold. Also detailed analysis of the major components of the mold (such as punch and die, discharging device, plate, fixed plate punch, etc.) design and manufacturing, stamping equipment selection, adjustment and preparation of punch and die clearance is an important part of the processing process . Lists the components required for a detailed list of die, and gives a reasonable assembly drawing. By taking advantage of modern technology on the traditional mold manufacturing mechanical parts for structural improvements, optimization, process optimization method can significantly improve production efficiency, this method has a similar product for reference. Keywords: battery which; progressive die II 第I页 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 目 录 第1章 绪 论 1 1.1 模具行业的发展现状及市场前景 1 1.2 冲压工艺介绍 1 1.3 冲压工艺的种类 2 1.4 冲压行业阻力和障碍与突破 3 第2章 冲裁件的工艺分析 6 2.1 工件材料 6 2.2 工件结构形状 6 2.3 工件尺寸精度 6 2.4 工件展开长度计算 7 第3章 冲裁工艺方案的确定及模具的结构形式 8 3.1 冲裁工艺方案的确定 8 3.2 模具结构形式的确定 9 第4章 模具总体设计 10 4.1 模具类型的选择 10 4.2 操作方式 10 4.3 卸料、出件方式 10 4.3.1 卸料方式 10 4.3.2 出件方式 10 4.4 确定送料方式 10 4.5 确定导向方式 11 第5章 模具设计计算 12 5.1 排样、计算条料宽度、确定步距、材料利用率 12 5.1.1 排样方式的选择 12 5.1.2 计算条料宽度 12 5.1.3 确定步距 14 5.1.4 计算材料利用率 14 5.2 冲压力的计算 15 5.2.1 冲裁力和弯曲力的计算 15 5.2.2 卸料力的计算 17 5.3 压力中心的确定 18 5.4 模具刃口尺寸的计算 19 5.4.1 冲孔模中凸模的尺寸及制造精度 19 5.5 模具弯曲部分工作尺寸计算 20 5.5.1 凸、凹模的间隙 20 5.5.5 U形弯曲处的凸、凹模工作部分尺寸及公差 21 第6章 主要零部件设计 23 6.1 工作零部件的结构设计 23 6.1.1 凹模洞的类形 23 6.1.2凹模的外形尺寸 23 6.1.3 模具的其它零件 24 第7章 校核模具闭合高度及压力机有关参数 29 7.1 校核模具闭合高度 29 7.2 冲压设备的选定 29 第8章 设计并绘制模具总装图 30 8.1绘制模具装配图 30 8.2模具结构的组成 30 第9章 模具的安装调试 32 9.1 模具的安装调试 32 9.1.1确定装配方法和装配顺序 32 9.1.2装配要点 32 第10章 总结 33 致 谢 34 参考文献 35 第IV页 第1章 绪 论 1.1 模具行业的发展现状及市场前景 现代模具工业有“不衰亡工业”之称。世界模具市场总体上供不应求，市场需求量维持在600亿至650亿美元，同时，我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。近几年，我国模具产业总产值保持13%的年增长率（据不完全统计，2004年国内模具进口总值达到600多亿，同时，有近200个亿的出口），到2005年模具产值预计为600亿元，模具及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2亿美元左右。单就汽车产业而言，一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元，而当汽车更换车型时约有80%的模具需要更换。2003年我国汽车产销量均突破400万辆，预计2004年产销量各突破500万辆，轿车产量将达到260万辆。另外，电子和通讯产品对模具的需求也非常大，在发达国家往往占到模具市场总量的20%之多。目前，中国17000多个模具生产厂点，从业人数约50多万。1999年中国模具工业总产值已达245亿元人民币。工业总产值中企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。 1.2 冲压工艺介绍 冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的成形加工方法。冲压和锻造同属塑性加工(或称压力加工)，合称锻压。冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。 全世界的钢材中，有60～70%是板材，其中大部分是经过冲压制成成品。汽车的车身、底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包、容器的壳体、电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中，也有大量冲压件。 冲压件与铸件、锻件相比，具有薄、匀、轻、强的特点。冲压可制出其他方法难于制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件，以提高其刚性。由于采用精密模具，工件精度可达微米级，且重复精度高、规格一致，可以冲压出孔、凸台等。 冷冲压件一般不再经切削加工，或仅需要少量的切削加工。热冲压件精度和表面状态低于冷冲压件，但仍优于铸件、锻件，切削加工量少。 冲压是高效的生产方法，采用复合模，尤其是多工位级进模，可在一台压力机上完成多道冲压工序，实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。生产效率高，劳动条件好，生产成本低，一般每分钟可生产数百件。 1.3 冲压工艺的种类 冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。分离工序也称冲裁，其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的工件。在实际生产中，常常是多种工序综合应用于一个工件。冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。 冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大，要求冲压材料厚度精确、均匀；表面光洁，无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等；屈服强度均匀，无明显方向性；均匀延伸率高；屈强比低；加工硬化性低。 在实际生产中，常用与冲压过程近似的工艺性试验，如拉深性能试验、胀形性能试验等检验材料的冲压性能，以保证成品质量和高的合格率。 模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度。模具制造成本和寿命则是影响冲压件成本和质量的重要因素。模具设计和制造需要较多的时间，这就延长了新冲压件的生产准备时间。 模座、模架、导向件的标准化和发展简易模具(供小批量生产)、复合模、多工位级进模(供大量生产)，以及研制快速换模装置，可减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于大批量生产的先进冲压技术合理地应用于小批量多品种生产。 冲压设备除了厚板用水压机成形外，一般都采用机械压力机。以现代高速多工位机械压力机为中心，配置开卷、矫平、成品收集、输送等机械以及模具库和快速换模装置，并利用计算机程序控制，可组成高生产率的自动冲压生产线。 在每分钟生产数十、数百件冲压件的情况下，在短暂时间内完成送料、冲压、出件、排废料等工序，常常发生人身、设备和质量事故。因此，冲压中的安全生产是一个非常重要的问题。 1.4 冲压行业阻力和障碍与突破 阻力一：机械化、自动化程度低 美国680条冲压线中有70%为多工位压力机，日本国内250条生产线有32%为多工位压力机，而这种代表当今国际水平的大型多工位压力机在我国的应用却为数不多；中小企业设备普遍较落后，耗能耗材高，环境污染严重；封头成形设备简陋，手工操作比重大；精冲机价格昂贵，是普通压力机的5~10倍，多数企业无力投资阻碍了精冲技术在我国的推广应用；液压成形，尤其是内高压成形，设备投资大，国内难以起步。 突破点：加速技术改造 要改变当前大部分还是手工上下料的落后局面，结合具体情况，采取新工艺，提高机械化、自动化程度。汽车车身覆盖件冲压应向单机连线自动化、机器人冲压生产线，特别是大型多工位压力机方向发展。争取加大投资力度，加速冲压生产线的技术改造，使尽早达到当今国际水平。而随着微电子技术和通讯技术的发展使板材成形装备自动化、柔性化有了技术基础。应加速发展数字化柔性成形技术、液压成形技术、高精度复合化成形技术以及适应新一代轻量化车身结构的型材弯曲成形技术及相关设备。同时改造国内旧设备，使其发挥新的生产能力。 阻力二：生产集中度低 许多汽车集团大而全，形成封闭内部配套，导致各企业的冲压件种类多，生产集中度低，规模小，易造成低水平的重复建设，难以满足专业化分工生产，市场竞争力弱；摩托车冲压行业面临激烈的市场竞争，处于“优而不胜，劣而不汰”的状态；封头制造企业小而散，集中度仅39.2%。 突破点：走专业化道路 迅速改变目前“大而全”、“散乱差”的格局，尽快从汽车集团中把冲压零部件分离出来，按冲压件的大、中、小分门别类，成立几个大型的冲压零部件制造供应中心及几十个小而专的零部件工厂。通过专业化道路，才能把冲压零部件做大做强，成为国际上有竞争实力的冲压零部件供应商。 阻力三：冲压板材自给率不足，品种规格不配套 目前，我国汽车薄板只能满足60%左右，而高档轿车用钢板，如高强度板、合金化镀锌板、超宽板(1650mm以上)等都依赖进口。 突破点：所用的材料应与行业协调发展 汽车用钢板的品种应更趋向合理，朝着高强、高耐蚀和各种规格的薄钢板方向发展，并改善冲压性能。铝、镁合金已成为汽车轻量化的理性材料，扩大应用已势在必行。 阻力四：科技成果转化慢先进工艺推广慢 在我国，许多冲压新技术起步并不晚，有些还达到了国际先进水平，但常常很难形成生产力。先进冲压工艺应用不多，有的仅处于试用阶段，吸收、转化、推广速度慢。技术开发费用投入少，导致企业对先进技术的掌握应用慢，开发创新能力不足，中小企业在这方面的差距更甚。目前，国内企业大部分仍采用传统冲压技术，对下一代轻量化汽车结构和用材所需的成形技术缺少研究与技术储备。 突破点：走产、学、研联合之路 我国与欧、美、日等相比，存在的最大的差距就是还没有一个产、学研联合体，科研难以做大，成果不能尽快转化为生产力。所以应围绕大型开发和产业化项目，以高校和科研单位为技术支持，企业为应用基地，形成产品、设备、材料、技术的企业联合实体，形成既能开发创新，又能迅速产业化的良性循环。 阻力五：大、精模具依赖进口 当前，冲压模具的材料、设计、制作均满足不了国内汽车发展的需要，而且标准化程度尚低，大约为40%~45%，而国际上一般在70%左右。 突破点：提升信息化、标准化水平 必须用信息化技术改造模具企业，发展重点在于大力推广CAD/CAM/CAE一体化技术，特别是成形过程的计算机模拟分析和优化技术(CAE)。加速我国模具标准化进程，提高精度和互换率。力争2005年模具标准件使用覆盖率达到60%，2010年达到70%以上基本满足市场需求。 阻力六：专业人才缺乏 业内掌握先进设计分析技术和数字化技术的高素质人才远远不能满足冲压行业飞速发展的需要，尤其是摩托车行业中具备冲压知识和技术和技能的专业人才更为缺乏且大量外流。另外，众多合资公司由外方进行工程设计，掌握设计权、投资权，我方冲压技术人员难以真正掌握冲压工艺的真谛。 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。 第2章 冲裁件的工艺分析 本次设计冲压工件如下图，材料为黄铜，厚度为0.3mm。 图2.1 工件图 2.1 工件材料 由图1.1分析知：此工件材料采用黄铜，生产批量为大批量，需要用模具进行生产。由于该零件有2个Ф2mm和一个3×12的长方形孔，而且有直线、圆弧组成的轮廓外形，因而模具包含有冲孔、落料工序。对于2小孔，由于孔径大于或者等于料厚，不属于深孔冲裁，因此在模具设计时没有必要对冲孔小凸模采取适当保护措施加以保护，也没有必要对凸模进行强度校验。从材质上看，冲裁材料铜母线为黄铜，属低强度、高延伸性、高延伸率、塑性及流动性好的软材料，有利于成型，总体来说，该零件冲压工艺性较好。 2.2 工件结构形状 工件结构形状相对简单，圆形弯曲，有一个圆形孔，孔与边缘之间的距离满足要求，料厚为0.3mm满足许用壁厚要求（孔与孔之间、孔与边缘之间的壁厚），可以冲裁加工。 2.3 工件尺寸精度 根据零件图上所注尺寸，工件要求不高，尺寸精度要求较低，采用IT14级精度，普通冲裁完全可以满足要求。 根据以上分析：该零件冲裁工艺性较好，综合评比适宜冲裁加工。 2.4 工件展开长度计算 一般折弯:(R=0, θ=90°) L=A+B+K （2.1） 1. 当0¢T£0.3时, K=0 2. 对于铁材: (如SPCC,SGCC,SECC,SECD,SPTE, SUS等) a. 当0.3¢T¢1.5时, K=0.4T b. 当1.5£T¢2.5时, K=0.35T c. 当 T/2.5时, K=0.3T 3. 对于其它有色金属材料如AL,CU. 当 T$0.3时, K=0.4T 图2.2工件展开长度、 工件厚度为0.3mm，所以展开长度为： L=10+1.7×2=13.4mm 如图1.3所示: 图2.3 工件展开图 第3章 冲裁工艺方案的确定及模具的结构形式 3.1 冲裁工艺方案的确定 方案一：落料--冲圆孔--冲方孔--弯曲。单工序模生产。 方案二：冲圆孔--冲方孔—切边--弯曲-落料级进冲压。级进模生产。 方案三：落料-冲孔--弯曲复合模冲压。复合模生产。 表3.1 各类模具结构及特点比较 模具种类比较项目 单工序模 （无导向）（有导向） 级进模 复合模 零件公差等级 低 一般 可达IT13～IT10级 可达IT10～IT8级 零件特点 尺寸不受限制厚度不受限制 中小型尺寸厚度较厚 小零件厚度0.2～6mm可加工复杂零件，如宽度极小的异形件 形状与尺寸受模具结构与强度限制，尺寸可以较大，厚度可达3mm 零件平面度 低 一般 中小型件不平直，高质量制件需较平 由于压料冲件的同时得到了较平，制件平直度好且具有良好的剪切断面 生产效率 低 较低 工序间自动送料，可以自动排除制件，生产效率高 冲件被顶到模具工作表面上，必须手动或机械排除，生产效率较低 安全性 不安全，需采取安全措施 比较安全 不安全，需采取安全措施 模具制造工作量和成本 低 比无导向的稍高 冲裁简单的零件时，比复合模低 冲裁较复杂零件时，比级进模低 适用场合 料厚精度要求低的小批量冲件的生产 大批量小型冲压件的生产 形状复杂，精度要求较高，平直度要求高的中小型制件的大批量生产 根据分析结合表分析： 方案一模具结构简单，制造周期短，制造简单，但需要多副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产的要求。 方案二只需一副模具，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，模具制造工作量和成本比较高。适合大批量生产。 方案三只需一副模具，制件精度和生产效率都较高，且工件最小壁厚大于凸凹模许用最小壁厚模具强度也能满足要求。冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高，板料的定位精度比方案二低，模具轮廓尺寸较小。 通过对上述三种方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案二最佳。 3.2 模具结构形式的确定 级进模是指在条料的送料方向上，具有两个以上的工位，并在压力机的一次行程中，在不同的工位上同时完成两道或两道以上的冲压工序的冲模。级进模的定距方式有两种：挡料销定距和侧刃定距。 本模具采用侧刃定距。侧刃代替了挡料销控制条料送进距离（步距），侧刃是特殊功用的凸模，其作用是在压力机每次冲压行程中，沿条料边缘切下一块长度等于送料近距的料边。在条料送进过程中，切下的缺口向前送进被侧刃挡块挡住，送进的距离即等于步距。 第4章 模具总体设计 4.1 模具类型的选择 由冲压工艺分析可知，采用级进模方式冲压，所以模具类型为级进模。 4.2 操作方式 零件的生产批量为大批量，但合理安排生产可用手动送料方式，既能满足生产要求，又可以降低生产成本，提高经济效益。 4.3 卸料、出件方式 4.3.1 卸料方式 刚性卸料与弹性卸料的比较： 刚性卸料是采用固定卸料板结构。常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大，单边间隙取（0.2～0.5）t。当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸料板与 凸模的配合间隙应该小于冲裁间隙。此时要求凸模卸料时不能完全脱离卸料板。主要用于卸料力较大、材料厚度大于2mm且模具结构为倒装的场合。 弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有压料作用，冲件比较平整。卸料板与凸模之间的单边间隙选择（0.1～0.2）t,若弹压卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙应小于冲裁间隙。常用作落料模、冲孔模、正装复合模的卸料装置。 工件平直度较高，料厚为0.3mm相对较薄，卸料力较小，弹压卸料模具比刚性卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进动态，且弹性卸料板对工件施加的是柔性力，不会损伤工件表面，所以采用弹性卸料。 4.3.2 出件方式 因采用连续模生产，故采用向下落料出件。 4.4 确定送料方式 因选用的冲压设备为开式压力机且垂直于送料方向的凹模宽度B小于送料方向的凹模长度L故采用横向送料方式，即由右向左（或由左向右）送料。 4.5 确定导向方式 方案一：采用对角导柱模架。由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳。常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。 方案二：采用后侧导柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便。因为导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导套导柱单边磨损，严重影响模具使用寿命，且不能使用浮动模柄。 方案三：四导柱模架。具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件，以及大量生产用的自动冲压模架。 方案四：中间导柱模架。导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。但只能一个方向送料。 根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为提高模具寿命和工件质量，该级复合模采用对角侧导柱模架的导向方式，即方案一最佳。 第5章 模具设计计算 5.1 排样、计算条料宽度、确定步距、材料利用率 5.1.1 排样方式的选择 方案一：有废料排样 沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。冲件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。 方案二：少废料排样 因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。 方案三：无废料排样 冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。 通过上述三种方案的分析比较，综合考虑模具寿命和冲件质量，该冲件的排样方式选择方案一为佳。考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最佳。 5.1.2 计算条料宽度 搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。搭边过大，浪费材料。搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。 搭边值通常由表5.1.2(a)所列搭边值和侧搭边值确定。 根据零件形状，查表5.1.2(a)，并考虑到工件的切边，工件之间搭边值a=1.5mm, 工件与侧边之间搭边值取a1=2mm, 条料是有板料裁剪下料而得，为保证送料顺利，规定其上偏差为零，下偏差为负值—△ B0-△=（Dmax＋a1＋2b1）0-△ 公式（5.1） 式中 Dmax—条料宽度方向冲裁件的最大尺寸； a---冲裁件之间的搭边值； a1---工件与侧边之间搭边值取。 △—板料剪裁下的偏差；（其值查表5.1.2(b)）可得△=0.4mm。 B0-△=32＋2×2＋2×1 =380-0.40mm 故条料宽度为38mm。 表5.1.2（a） 搭边值和侧边值的数值 材料厚度t（mm) 圆件及类似圆形制件 矩形或类似矩形制件长度≤50 矩形或类似矩形制件长度＞50 工件间a 侧边a1 工件间a 侧边a1 工件间a 侧边 a1 ≤0.25 1.0 1.2 1.2 1.5 1.5~2.5 1.8~2.6 ＞0.25～0.5 0.8 1.0 1.0 1.2 1.2~2.2 1.5~2.5 ＞0.5～1.0 0.8 1.0 1.0 1.2 1.5~2.5 1.8~2.6 ＞1～1.5 1.0 1.3 1.2 1.5 1.8~2.8 2.2~3.2 ＞1.5～2.0 1.2 1.5 1.5 1.8 2.0~3.0 2.4~3.4 ＞2.0～2.5 1.5 1.9 1.8 2.2 2.2~3.2 2.7~3.7 表5.1.2(b)普通剪床用带料宽度偏差△（mm） 条料厚度t(mm) 条料宽度b(mm) ≤50 ＞50～100 ＞100～200 ＞200 ≤１ 0.4 0.5 0.6 0.7 ＞１～2 0.5 0.6 0.7 0.8 ＞2～3 0.7 0.8 0.9 1.0 ＞3～5　 0.9 1.0 1.1 1.2 表5.1.3(c) 侧刃冲切得料边定距宽度b1（mm） 条料厚度t(mm) 条料宽度b(mm) 金属材料 非金属材料 ≤1.5 1.5 2.0 ＞1.5～2.5 2.0 3.0 ＞1.5～2.5 2.5 4.0 5.1.3 确定步距 送料步距S：条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，每个步距可冲一个或多个零件。进距与排样方式有关，是决定侧刃长度的依据。条料宽度的确定与模具的结构有关。 进距确定的原则是，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的在导料板之间送进条料，并有一定的间隙。 级进模送料步距S S=Dmax+a1 公式（5.2） Dmax零件横向最大尺寸，a1搭边 S＝13.4＋1.5 ＝14.9mm 排样图如图5.1.3所示。 图5.1.3 排样图 5.1.4 计算材料利用率 冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用材料的重要指标。 一个步距内的材料利用率 η＝Ａ/BS×100% 公式（5.3） 式中　 A—一个步距内冲裁件的实际面积； B—条料宽度； S—步距； 由此可之，η值越大，材料的利用率就越高，废料越少。废料分为工艺废料和结构废料，结构废料是由本身形状决定的，一般是固定不变的，工艺废料的多少决定于搭边和余量的大小，也决定于排样的形式和冲压方式。因此，要提高材料利用率，就要合理排样，减少工艺废料。 排样合理与否不但影响材料的经济和利用，还影响到制件的质量、模具的的结构和寿命、制件的生产率和模具的成本等指标。因此，排样时应考虑如下原则： 1）、提高材料利用率（不影响制件使用性能的前提下，还可以适当改变制件的形状）。 2)、排样方法使应操作方便，劳动强度小且安全。 3)、 模具结构简单、寿命高。 4)、保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求。 一个步距内冲裁件的实际面积，运用CAD软件，工具-查询-面积： A=336.257mm2 所以一个步距内的材料利用率 Η=Ａ／BS×100% 公式（5.4） =336.257／38×14.9×100% 根据计算结果知道选用直排材料利用率可达59.4%，满足要求。 5.2 冲压力的计算 5.2.1 冲裁力和弯曲力的计算 在冲裁过程中，冲裁力是随凸模进入凹模材料的深度而变化的。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重要依据之一。 用平刃冲裁时，其冲裁力Ｆ一般按下式计算： F=KLtτb 公式（5.5） 式中　　F—冲裁力； L—冲裁周边长度； 　　　　t—材料厚度； 　　　　τb—材料抗剪强度； 　　　　Ｋ—系数； 系数Ｋ是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀，刃口磨损、板料力学性能和厚度波动等原因的影响而给出修正系数，一般取Ｋ=1.3。 τb的值查表2为τb=540Mpa 所以 （5.6） =1.3×78.8×0.3×540/1000 =16.6（KN） P2=1.3×33.12×0.3×540/1000 =6.98(KN) 按推件力公式计算推件力Pt： Pt=nKtP （5.7） 其中：n 为卡在凹模里料的个数=h/t。h为凹模刃壁垂直部分高度（mm） t为料厚（mm） 见表5.2.2 P 为冲裁力N。 取n=1，查表得，Kt=0.055 Pt=1×0.055×23.58=1.3(KN) 计算总冲压力PZ： PZ=P1+P2+Pt=23.58+1.3 =24.88(KN) 根据计算，模具冲裁力为32.4KN。 弯曲力是指弯曲件在完成预定弯曲时所需要的压力机施加的压力，是设计冲压工艺过程和选择设备的重要依据之一。弯曲力的大小与毛坯尺寸、零件形状、材料的机械性能、弯曲方法和模具结构等多种因素有关，理论分析方法很难精确计算，在实际生产中常按经验公式进行计算。 1）自由弯曲时的弯曲力公式 V形弯曲件：（5.8） ； U形弯曲件： （5.9）； 式中：、——自由弯曲力；B——弯曲件的宽度；t——弯曲件厚度；r——内圆弯曲半径；——弯曲材料的抗拉强度；K——安全系数，一般取1.3。 2）校正弯曲力公式 （5.10） 式中：——校正力；——单位面积上的校正力，Mpa，见表5.2.1；A——弯曲件被校正部分的投影面积，mm2。 表5.2.1单位校正弯曲力 单位（MPa） 3）计算 本弯曲件弯曲部分，只有一处U形弯曲。20#钢的 U形弯曲力： = =87.3N 5.2.2 卸料力的计算 在冲裁结束时，由于材料的弹性回复（包括径向回复和弹性翘曲回复）及摩擦的存在，将使冲落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，必须将紧箍在凸模上的料卸下，将梗塞在凹模内的材料推出。从凸模上卸下箍着的料称卸料力；一般按以下公式计算： 卸料力　　　 F X=KXF 公式（5.11） FX=KXF =0.04×32.4KN=1.3KN （KX 、KD为卸料力系数，其值查表可得） 所以总冲压力 FZ=F+FX+FD =32.4N+0.087KN+1.3N =33.8KN 压力机公称压力应大于或等于冲压力，根据冲压力计算结果拟选压力机为J23—63。 表5.2.2 卸料力、推件力和顶件力系数 料厚t/mm KX KT KD 钢 ≤0.1 ＞0.1~0.5 ＞0.5~2.5 ＞2.5~6.5 ＞6.5 0.06~0.075 0.045~0.055 0.04~0.05 0.03~0.04 0.02~0.03 0.1 0.063 0.050 0.045 0.025 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 铝、铝合金 纯铜，黄铜 0.025~0.08 0.02~0.06 0.03~0.07 0.03~0.09 5.3 压力中心的确定 模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合，否则，会使冲模和力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的摩擦，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，可以按下述原则来确定： 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、多孔冲模、级进模的压力中心可以用解析计算法求出冲模压力中心。 X0=（L1x1＋L2x2＋…Lnxn）/(L1＋L2＋…Ln) 公式（5.12） Y0=（L1y1＋L2y2＋……Lnyn ）/（L1＋L2＋…＋Ln）公式（5.13） 由于该工件在Y方向上高度对称，所以代入数据计算得：压力中心为（21.6，11）。 5.4 模具刃口尺寸的计算 5.4.1 冲孔模中凸模的尺寸及制造精度 凸、凹模加工方法一般分为两种：凸、凹模分开加工法和凸、凹模配合加工法。当凸、凹模分开加工时，模具具有互换性，便于模具成批制造。但是制模精度要求高、制造困难、相应地会增加加工成本。凸、凹模配合加工适合于较复杂的、非圆形的模具，制造简便，成本低廉。 采用配做法制模时，配做件的最后精加工要等基准件完全加工完才进行。按配做法制模的加工顺序，落料时先加工凹模，配做凸模；冲孔时先加工凸模，配做凹模。在工件尺寸精度较低，特别是板料较薄时，基准件的公差值较大，而配做件允许的公差值要小得多。这说明基准件加工较容易，而配做件加工较难。由于现在凹模基本上都采用线切割方法加工，精度可达±0.01～0.02mm，而凸模因结构形式不同有多种加工方法。在留出不小于0.02mm研磨量的情况下，凹模型孔一般都能采用线切割方法一次加工出来。因此，对于常用的冲裁模，选择凹模为配做件，加工比较方便。 选择凹模为配做件，对于冲孔，按前述方法计算的刃口尺寸仍可以直接在凸模和凹模工作图上进行标注。而对于落料，则需要将计算的凹模刃口尺寸换算为凸模刃口尺寸后，再进行标注，由先制凹模改为先制凸模。 凸、凹模间隙： 查《冲压工艺及模具设计》中表2.3,知 =0.120mm,=0.050mm，则 =+=0.170mm 凹模按照冲孔凸模、落料凸模的实际尺寸进行配做，双边最小间隙为0.120mm，最大间隙不得超过0.170mm。 取中间值Z=0.15mm。 为保证冲出合格冲件。冲裁件精度IT10以上，X取1. 冲裁件精度IT11~IT13,X取0.75. 冲裁件精度IT14，X取0.5。由于本产品采用IT14级精度，所以X取0.5. 320-0.24 DA=( Dmax－△x) +0.020=(32－0.24×0.5) +0.020=31.88 +0.020 DT=( DA－Zmin) 0-0.02=(31.88－0.15) 0-0.02=31.530-0.02 200-0.12 DA=( Dmax－△x) +0.020=(20－0.12×0.5) +0.020=19.94 +0.020 DT=( DA－Zmin) 0-0.02=(19.94 －0.15) 0-0.02=19.79 0-0.02 13.40-0.12 DA=( Dmax－△x) +0.020=(13.4－0.12×0.5) +0.020=13.34 +0.020 DT=( DA－Zmin) 0-0.02=(13.34 －0.15) 0-0.02=13.19 0-0.02 120-0.12 DA=( Dmax－△x) +0.020=(12－0.12×0.5) +0.020=11.94 +0.020 DT=( DA－Zmin) 0-0.02=(11.94 －0.19) 0-0.02=11.79 0-0.02 R50-0.06 DA=( Dmax－△x) +0.020=(5－0.1×0.5) +0.020=4.95 +0.020 DT=( DA－Zmin) 0-0.02=(4.95 －0.15) 0-0.02=4.9 0-0.02 30-0.06 DA=( Dmax－△x) +0.020=(3－0.06×0.5) +0.020=2.97 +0.020 DT=( DA－Zmin) 0-0.02=(2.97 －0.15) 0-0.02=2.82 0-0.02 Φ20-0.06 DA=( Dmax－△x) +0.020=(2－0.06×0.5) +0.020=1.97 +0.020 DT=( DA－Zmin) 0-0.02=(1.97 －0.15) 0-0.02=1.82 0-0.02 5.5 模具弯曲部分工作尺寸计算 5.5.1 凸、凹模的间隙 V形件弯曲时，凸、凹模的间隙是靠调整压力机的闭合高度来控制的。但在模具设计中，必须考虑到要使模具闭合时，模具的工作部分与工件能紧密贴合，以保证弯曲质量。 U形件弯曲时必须合理确定凸、凹模之间的间隙，间隙过大则回弹大，工件的形状和尺寸误差增大。间隙过小会加大弯曲力，使工件厚度减薄，增加摩擦，擦伤工件并降低模具的寿命。U形件凸、凹模的单面间隙值一般可按下式计算： ； （5.14） 式中：Z/2——凸、凹模的单面间隙；t——板料厚度的基本尺寸； △——板料厚度的正偏差； C——根据弯曲件的高度和宽度而决定的间隙系数。 表5.5.1间隙系数C值（单位mm） 当工件精度要求较高时，间隙值应适当减小，可以取Z/2=t。 查有关资料板料厚度的正偏差为 由公式可得： 5.5.5 U形弯曲处的凸、凹模工作部分尺寸及公差 凸、凹模工作部分尺寸主要是指弯曲件的凸、凹模的横向尺寸。当工件标注外形尺寸时，应以凹模为基准件，间隙取在凸模上；当工件标注内形尺寸时，应以凸模为基准件，间隙取在凹模上。而凸、凹模的尺寸和公差应根据工件尺寸、公差、回弹情况以及模具的磨损规律而定。 1）弯曲件标注外形尺寸 凹模尺寸为 （5.15） 凸模尺寸为 （或凸模尺寸按凹模实际尺寸配制，保重单面间隙Z/2） （5.16） 2) 弯曲件标注内形尺寸 凸模尺寸为 （5.17） 凹模尺寸为 （或凹模尺寸按凸模实际尺寸配制，保重单面间隙Z/2） （5.18） 式中：L——U形弯曲件基本尺寸，mm；、——凸、凹模工作部分尺寸，mm；——弯曲件公差，mm；、——凸、凹模制造公差，选用IT7~IT9级精度，mm；Z/2——凸、凹模单面间隙。 由弯曲件图