畢業(yè)設計（論文）汽車電器支架多工位級進模設計

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1、畢業(yè)設計（論文）任務書 設計（論文）題目： 汽車電器支架多工位級進模設計 系： 機電工程系 專業(yè)： 材料成型與控制 班級： 學號： 學生： 指導教師： 接受任務時間 教研室主任 （簽名）　　系主任 （簽名） 1．畢業(yè)設計（論文）的主要

2、內容及基本要求 內容：如圖所示的零件， （1）生產批量：大批量； （2）材 料：H62； （3）材料厚度：t=1mm。 要求： （1）要求有目錄、設計任務書及產品圖； （2）零件工藝性、經濟性分析； （3）沖壓零件工藝方案的擬訂； （4）模具類型及結構形式的選擇、排樣方式，材料利用率的計算； （5）沖裁力的計算、壓力中心的確定； （6）模具主要零件的確定（選擇、設計和必要的計算）、壓力機的選擇等； （7）繪制正規(guī)的模具0#裝配圖一張，要求有正視圖、俯視圖、排樣圖、零件圖、技術要求及明細欄； （8）繪制模具的主要零件圖四張（或折合1#圖

3、紙一張）；要求用計算機繪制圖紙，說明書按照學院規(guī)定采用電子版格式：0#：1張；3#：4張，畢業(yè)論文不少于1.5萬字。 2．指定查閱的主要參考文獻及說明 （1）中國模具標準件手冊.中國模具工業(yè)協(xié)會標準委員會編.上海：上?？茖W普及出版社，1989 （2）冷沖壓國家標準.國家標準總局.中國標準出版社，1989 （3）沖壓工藝與模具設計.姜奎華.機械工業(yè)出版社，2002 （4）模具制造工藝.黃毅宏.機械工業(yè)出版社，2004 （5）沖模圖冊.李天佑.機械工業(yè)出版社，1998 （6）冷沖模設計.丁聚松.機械工業(yè)出版社，1999 （7）模具設計與制造簡明手冊.馮柄亮等.上?？萍紭I(yè)出版社，20

4、02 （8）冷沖壓與塑性成型—工藝與模具設計.翁其金.機械工業(yè)出版社，1990 （9）冷沖模設計（第2版）.趙孟棟主編.北京：機械工業(yè)出版社，1997 （10）沖壓手冊.王孝培主編.北京：機械工業(yè)出版社，1990 （11）沖壓工藝學.肖景容，姜奎華主編.北京：機械工業(yè)出版社，1990 3．進度安排 設計（論文）各階段名稱 起 止 日 期 1 收集參考資料，查閱文獻，完成開題報告 2009.03.02-2009.03.20 2 方案設計、工藝計算、結構設計 2009.03.23-2009.04.17 3 畢業(yè)設計的圖紙和相關畢業(yè)論文的撰寫 2

5、009.04.20-2009.05.15 4 設計說明書的撰寫 2009.05.18-2009.05.29 5 論文的修改、答辯的準備 2009.06.01-2009.06.19 Ⅱ Ⅰ 四川理工學院畢業(yè)設計（論文） 摘 要 本文闡述了沖壓多工位級進模的結構設計及工作過程，通過工藝分析，采用落料沖孔工序，通過沖裁力、頂件力、卸料力等計算，確定模具類型。該模具采用中間導柱模架，左右兩邊的導柱和導套采用不同的型號，以避免裝配時錯誤。落料凹模采用鑲拼結構，廢料從凸凹模的開槽中卸出。本模具生產效率高，生產周期短，占用的操作人員少，非常適合大

6、批量生產。 關鍵字：沖壓；落料沖孔；多工位級進模；模具結構中文摘要 本設計進行了沖孔、壓彎、切斷連續(xù)模的設計。文中簡要概述了沖壓模具目前的發(fā)展狀況和趨勢。對產品進行了詳細工藝分析和工藝方案的確定。按照沖壓模具設計的一般步驟，計算并設計了本套模具上的主要零部件，如：凸模、凹模、凸模固定板、墊板、卸料板、拉簧、擋料銷、導正銷、導料板等。模架采用標準模架，選用了合適的沖壓設備。設計中對工作零件和壓力機規(guī)格均進行了必要的校核計算。本模具采用了少廢料排樣，有自動定心裝置。 關鍵詞：級進模；沖壓設備；沖孔；壓彎；切斷 ABSTRACT The design of pu

7、nching, bending, cutting off consecutive modulus design. This paper briefly outlined the Stamping Die current development status and trends. The product of a detailed analysis and the identification process. Stamping die design in accordance with the general steps to calculate and design the sets on

8、 the main mold parts, such as : punch and die. Punch plate, plate and dump plate, coil, behind the marketing, and sales are guided I. information board. Die-standard model planes, to choose a suitable stamping equipment. Design work on the parts and specifications will press for the necessary checki

9、ng calculation. The mold used for a small scrap layout, automatic centering device. Keywords : Progressive dies; Stamping equipment; Punching; Bending; Cut. I 四川理工學院畢業(yè)設計（論文）

10、 目 錄 摘 要 Ⅰ ABSTRACT Ⅰ 第一章 緒 論 2 1.1冷沖裁與模具設計簡介 2 1.2冷沖裁與模具技術現(xiàn)狀 3 1.3 沖裁模具市場情況 5 1.4 未來沖壓模具制造技術發(fā)展趨勢 6 第二章 沖裁件工藝性分析及沖裁方案的確定 8 2.1沖裁件材料分析、工藝性 8 2.2沖裁件尺寸精度和表面粗糙度要求 10 2.3沖裁件的尺寸基準 11 2.4 沖裁件經濟性分析 11 2.5沖裁方案的確定 11 第三章 排樣圖的設計及材料利用率的計算 13 3.1排樣的設計 13 3.2搭邊的選取 15 3.3材料利用率的計算 19

11、第四章 沖裁工藝力的計算 20 4.1沖裁力的計算 20 4.1.1沖裁力的行程曲線 20 4.1.2沖裁力的計算公式 21 4．2壓力中心計算 22 第五章 沖壓設備的選擇 24 5.1沖壓設備類型的選擇 24 5.2確定設備的規(guī)格 24 第六章 沖裁模工作部分設計計算 26 6.1沖裁間隙 26 6.1.1對沖裁件質量的影響 26 6.1.2 對模具壽命的影響 27 6.1.3 對沖裁力、卸料力的影響 28 6.2合理間隙的選用 29 6.3 模具刃口尺寸的計算 30 6.3.1落料部分刃口設計計算 32 6.3.2沖孔部分刃口設計計算 33 6.3.3

12、孔心距的計算 34 第七章 模具總體設計 35 7.2確定送料方式 35 7.3定位方式的選擇 35 7.4卸料、出件方式的選擇 35 7.5導向方式的選擇 35 第八章 卸料零件計算 37 8.1卸料彈簧的選擇 37 8.2頂板彈頂裝置橡膠的設計 37 第九章 主要零部件設計 39 9.1模具材料的選擇 39 9.1.1模具材料與熱處理 39 9.1.2 CrWMn 鋼的性能 39 9.2落料凹模設計 40 9.2.1落料凹模刃口形式 40 9.2.2落料凹模外形和尺寸的確定 41 9.2.3落料凹模的結構形式 41 9.2.4 凹?？虻脑O計 43 9.

13、3凸凹模設計 44 9.3.1模具的結構形式和固定方法 44 9.3.2凸凹模長度的確定 45 9.3.3凸凹模結構設計 46 9.4沖孔凸模 46 9.4.1沖孔凸模的固定形式 47 9.4.2沖孔凸模長度的確定 47 9.4.3凸模強度校核 47 9.4.4 沖孔凸模的結構 49 第十章 標準件的選擇 50 10.1模架及模柄的選擇 50 10.2凸模固定板及墊板的選擇 50 10.3 導尺的選擇 51 10.4模具閉合高度的校核 51 10.5 導柱、導套的選擇 51 10.6卸料螺釘 52 10.7推桿的選擇 53 10.8擋料銷的選擇 53 10.

14、9螺釘及銷釘?shù)倪x擇 53 第十一章 繪制模具裝配圖、及零件圖及編寫設計說明書 54 第十二章 結 論 55 參考文獻 56 致 謝 57 附錄A：沖裁零件的材料 58 附錄B：沖裁常用公差配合 60 附錄C：文獻綜述 61 2 第一章 緒 論 1.1冷沖裁與模具設計簡介 沖裁是通過模具對板材施加壓力或拉力,使板材塑性成型,有時對板材施加剪切力而使板材分離,從而獲得一定尺寸

15、、形狀和性能的一種零件加工方法。由于沖壓加工經常在材料冷狀態(tài)下進行，因此也稱冷沖壓。沖裁加工的原材料一般為板材或帶材，故也稱板材沖壓。沖壓加工需要研究沖壓工藝與模具兩個方面的問題。沖裁工藝可以分為分離工序和成形工序。而分離工序又有落料、沖孔、切斷、切邊、剖切等工序；成型工序又包括卷圓、扭曲、拉深、變薄拉深、翻孔、翻邊、拉彎、脹形、起伏、擴口、縮口、旋壓、校形等。 沖裁加工作為一個行業(yè)，在國民經濟的加工業(yè)中占有重要的地位。根據(jù)統(tǒng)計，沖壓件在各個行業(yè)中均占相當大的比重，尤其在汽車、電機、儀表、軍工、家用電器等方面所占的比重更大。沖壓加工的應用范圍極廣，從精細的電子元件、儀表指針到重型汽車的覆蓋件

16、和大梁、高壓容器封頭以及航天器的蒙皮、機身等均需沖壓加工。 沖裁件在形狀和尺寸精度方面的互換性較好，一般情況下，可以直接滿足裝配和使用要求。此外，在沖壓過程中由于材料經過塑性變形，金屬內部組織得到改善，機械強度有所提高，所以，沖裁件具有質量輕、剛度好、精度高和外表光滑、美觀等特點。 沖裁加工是一種套高生產率的加工方法，如汽車等大型零件每分鐘可生產幾件，而小零件的高速沖裁則每分鐘可生產千件以上。由于沖裁加工的毛坯是板材或卷材，一般又在冷狀態(tài)下加工，因此輕易實現(xiàn)機械化和自動化，比較適宜配置機械人而實現(xiàn)無人化生產。特別是適用于定型產品的中大批生產?！皼_裁要發(fā)展，模具是關鍵”，提高模具的效率需從沖

17、模設計和制造開始。 沖裁加工的材料利用率較高，一般可達70%~85%，沖裁加工的能耗低，由于沖裁生產具有節(jié)材、節(jié)能和高生產率等特點，所以沖裁件呈批量生產時，其成本比較低，經濟效益較高。 當然，沖裁加工與其他加工方法一樣，也有其自身的局限性，例如，沖模的結構比較復雜，模具價格偏高。因此，對小批量、多品種生產時采用昂貴的沖模，經濟上不合算，目前為了解決這方面的問題，正在努力發(fā)展某些簡易沖模，如聚氨脂橡膠沖模、低合金沖模以及采用通用組合沖模、鋼皮模等，同時也在進行沖裁加工中心等新型設備與工藝的研究。 1.2冷沖裁與模具技術現(xiàn)狀 我國考古發(fā)現(xiàn)，早在2000多年前，我國已有沖裁模具被用于制

18、造銅器，證明了中國古代沖裁成型和沖裁模具方面的成就就在世界領先。1953年，長春第一汽車制造廠在中國首次建立了沖模車間，該廠于1958年開始制造汽車覆蓋件模具。我國于20世紀60年代開始生產精沖模具。在走過了漫長的發(fā)展道路之后，目前我國已形成了300多億元（未包括港、澳、臺的統(tǒng)計數(shù)字，下同。）各類沖壓模具生產能力。 改革開放以來，隨著國民經濟的高速發(fā)展，市場對模具的需求量不斷增長。近年來，模具工業(yè)一直以15%左右的增長速度快速發(fā)展，模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化，除了國有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨資和私營也得到了快速發(fā)展。浙江寧波和黃巖地區(qū)的“模具之鄉(xiāng)”；廣東一些大集團公司和迅速

19、崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，科龍、美的、康佳等集團紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資和外商獨資的模具企業(yè)現(xiàn)已有幾千家。　　 近年許多模具企業(yè)加大了用于技術進步的投資力度，將技術進步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力。一些國內模具企業(yè)已普及了二維CAD，并陸續(xù)開始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等國際通用軟件，個別廠家還引進了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件，并成功應用于沖壓模的設計中。 　　例如，吉林大學汽車覆蓋件成型技術所獨立研制的汽車覆蓋件沖壓成型分析KMAS軟件，華中理工大學模具技術國家重點實驗室開發(fā)的注塑

20、模、汽車覆蓋件模具和級進模CAD/CAE/CAM軟件，上海交通大學模具CAD國家工程研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖模CAD軟件等在國內模具行業(yè)擁有不少的用戶。 雖然中國模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與工業(yè)發(fā)達國家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設備在模具加工設備中的比重比較低；CAD/CAE/CAM技術的普及率不高；許多先進的模具技術應用不夠廣泛等等，致使相當一部分大型、精密、復雜和長壽命模具依賴進口。 近年來，我國沖壓模具水平已有很大提高。大型沖壓模具已能生產單套重量達50多噸的模具。為中檔轎車配套的覆蓋件模具內也能生產了。精度達到1~2μ

21、m，壽命2億次左右的多工位級進模國內已有多家企業(yè)能夠生產。表面粗糙度達到Ra≦1.5μm的精沖模，大尺寸（φ≧300mm）精沖模及中厚板精沖模國內也已達到相當高的水平。 1、具CAD/CAM技術狀況 我國模具CAD/CAM技術的發(fā)展已有20多年歷史。由原華中工學院和武漢733廠于1984年共同完成的精神模CAD/CAM系統(tǒng)是我國第一個自行開發(fā)的模具CAD/CAM系統(tǒng)。由華中工學院和北京模具廠等于1986年共同完成的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)是我國自行開發(fā)的第一個沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)。上海交通大學開發(fā)的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)也于同年完成。20世紀90年代以來，國內汽車行業(yè)的模具設計制造中

22、開始采用CAD/CAM技術。國家科委863計劃將東風汽車公司作為CIMS應用示范工廠，由華中理工大學作為技術依托單位，開發(fā)的汽車車身與覆蓋模具CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)于1996年初通過鑒定。在此期間，一汽和成飛汽車模具中心引進了工作站和CAD/CAM軟件系統(tǒng)，并在模具設計制造中實際應用，取得了顯著效益。1997年一汽引進了板料成型過程計算機模擬CAE軟件并開始用于生產。 21世紀開始CAD/CAM技術逐漸普及，現(xiàn)在具有一定生產能力的沖壓模具企業(yè)基本都有了CAD/CAM技術。其中部分骨干重點企業(yè)還具備各CAE能力。 模具CAD/CAM技術能顯著縮短模具設計與制造周期，降低生產成本，提

23、高產品質量，已成為人們的共識。在“八五”、九五“期間，已有一大批模具企業(yè)推廣普及了計算機繪圖技術，數(shù)控加工的使用率也越來越高，并陸續(xù)引進了相當數(shù)量CAD/CAM系統(tǒng)。如美國EDS的UG，美國Parametric Technology公司 Pro/Engineer，美國CV公司的CADSS，英國DELCAM公司的DOCT5，日本HZS公司的CRADE及space-E, 以色列公司的Cimatron 還引進了AutoCAD CATIA 等軟件及法國Marta-Daravision公司用于汽車及覆蓋件模具的Euclid-IS等專用軟件。國內汽車覆蓋件模具生產企業(yè)普遍采用了CAD/CAM技術/DL圖的

24、設計和模具結構圖的設計均已實現(xiàn)二維CAD，多數(shù)企業(yè)已經向三維過渡，總圖生產逐步代替零件圖生產。且模具的參數(shù)化設計也開始走向少數(shù)模具廠家技術開發(fā)的領域。 在沖壓成型CAE軟件方面，除了引進的軟件外，華中科技術大學、吉林大學、湖南大學等都已研發(fā)了較高水平的具有自主知識產權的軟件，并已在生實踐中得到成功應用，產生了良好的效益。 快速原型（RP）傳統(tǒng)的快速經濟模具相結合，快速制造大型汽車覆蓋件模具，解決了原來低熔點合金模具靠樣件澆鑄模具，模具精度低、制件精度低，樣樣制作難等問題，實現(xiàn)了以三維CAD模型作為制模依據(jù)的快速模具制造，它標志著RPM應用于汽車身大型覆蓋件試制模具已取得了成功。 圍繞著汽

25、車車身試制、大型覆蓋件模具的快速制造，近年來也涌現(xiàn)出一些新的快速成型方法，例如目前已開始在生產中應用的無模多點成型及激光沖擊和電磁成型等技術。它們都表現(xiàn)出了降低成本、提高效率等優(yōu)點。 2、模具設計與制造能力狀況 在國家產業(yè)政策的正確引導下，經過幾十年努力，現(xiàn)在我國沖裁模具的設計與制造能力已達到較高水平，包括信息工程和虛擬技術等許多現(xiàn)代設計制造技術已在很多模具企業(yè)得到應用。 雖然如此，我國的沖裁模具設計制造能力與市場需要和國際先進水平相比仍有較大差距。這一些主要表現(xiàn)在高檔轎車和大中型汽車覆蓋件模具及高精度沖模方面，無論在設計還是加工工藝和能力方面，都有較大差距。轎車覆蓋件模具，具有設計和制

26、造難度大，質量和精度要求高的特點，可代表覆蓋件模具的水平。雖然在設計制造方法和手段方面基本達到了國際水平，模具結構周期等方面，與國外相比還存在一定的差距。 標志沖模技術先進水平的多工位級進模和多功能模具，是我國重點發(fā)展的精密模具品種。有代表性的是集機電一體化的鐵芯精密自動閥片多功能模具，已基本達到國際水平。但總體上和國外多工位級進模相比，在制造精度、使用壽命、模具結構和功能上，仍存在一定差距。 從技術角度來看，模具制造（包括設計和加工）技術大致可分為五個發(fā)展階段：手工操作階段、手工操作加機械化（普通通用機床與工具）階段、數(shù)字控制階段、計算機化階段和CAD/CAE/CAM信息網絡技術一體化

27、，我國目前主要以數(shù)字控制階段為主。 就沖模的結構和類型而言，目前國內在定型的機電產品生產中，至今仍然是單工序沖模多，復合模與多工位連續(xù)模、復合模占的比例很小，多工位連續(xù)模則更少見。近年來在儀表行業(yè)的調研統(tǒng)計表明：在較先進、經營形式良好的企業(yè)中，按沖模分類具有套數(shù)比，只能達到單工序模：復合模：多工位連續(xù)模=5.5:3:1.5,沿海鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)僅為:7.2:2:0.8,內地決大多數(shù)企業(yè)只用單工序模,多數(shù)為沒有模架的的敞開模。 1.3 沖裁模具市場情況 我國沖裁模具無論在數(shù)量上，還是在質量、技術和能力等方面都已有了很大發(fā)展，但與國發(fā)經濟需求和世界先進水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、復雜

28、、長壽命的高檔模具每年仍大量進口，特別是中高檔轎車的覆蓋件模具，目前仍主要依靠進口。一些低檔次的簡單沖模，已趨供過于求，市場竟爭激烈。 現(xiàn)將2004年我國沖壓模具市場情況簡介如下： 據(jù)中國模具工業(yè)協(xié)會發(fā)布的統(tǒng)計材料，2004年我國沖壓模具總產出約為220億元，其中出口0.75億美元,約合6.2億元. 根據(jù)我國海關統(tǒng)計資料,2004年我國共進口沖壓模具5.61億美聯(lián)社元,約合46.6億元.從上述數(shù)字可以得出2004年我國沖壓模具市場總規(guī)模約為266.6億元.其中國內市場需求為260.4億元,總供應約為213.8億元,市場滿足率為82%.在上述供求總體情況中,有幾個具體情況必須說明:

29、一是進口模具大部分是技術含量高的大型精密模具,而出口模具大部分是技術含量較低中的中低檔模具,因此技術含量高的中高檔模具市場滿足率低于沖壓模具總體滿足率,這些模具的發(fā)展已滯后于沖壓件生產,而技術含量低的中低檔模具市場滿足率要高于沖壓模具市場總體滿足率;二是由于我國的模具價格要比國際市場低格低許多,具有一定的竟爭力,因此其在國際市場前景看好,2005年沖壓模具出口達到1.46億美元,比2004年增長94.7%就可說明這一點;三是近年來港資、臺資、外資企業(yè)在我國發(fā)展迅速，這些企業(yè)中大量的自產自用的沖壓模具無確切的統(tǒng)計資料，因此未能計入上述數(shù)字之中。 1.4 未來沖壓模具制造技術發(fā)展趨勢 雖然中國

30、模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與業(yè)發(fā)達國家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設備在模具加工設備中的比重比較低CAD／CAE／CAM技術的普及率不高；許多先進的模具技術應用不夠廣泛等等，致使相當一部分大型、精密、復雜和長壽命模具依賴進口。 模具技術的發(fā)展應該為適應模具產品“交貨期短”、“精度高”、“質量好”、 “價格低”的要求服務。達到這一要求急需發(fā)展如下幾項： （１）全面推廣CAD／CAM／CAM技術 模具CAD／CAM／CAE技術是模具設計制造的發(fā)展方向。隨著微機軟件的發(fā)展和進步，普及CAD／CAM／CAE技術的條件已基本成熟。計算機和網絡的發(fā)展正使CAD／C

31、AM／CAE技術跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所地在整個行業(yè)中推廣成為可能，實現(xiàn)技術資源的重新整合，使虛擬制造成為可能。 （２）高速銑削加工 國外近年來發(fā)展的高速銑削加工，大幅度提高了加工效率，并可獲得極高的表面光潔度。另外，還可加工高硬度模塊，還具有溫升低、熱變形小等優(yōu)點。 （３）模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng) 高速掃描機和模具掃描系統(tǒng)提供了從模型或實物掃描到加工出期望的模型所需的諸多功能，大大縮短了模具的在研制制造周期。有些快速掃描系統(tǒng)，可快速安裝在已有的數(shù)控銑床及加工中心上，實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集、自動生成各種不同數(shù)控系統(tǒng)的加工程序、不同格式的CAD數(shù)據(jù)，用于模具制造業(yè)的“逆向工程”。 （４）電火花銑削

32、加工 電火花銑削加工技術也稱為電火花創(chuàng)成加工技術，這是一種替代傳統(tǒng)的用成型電極加工型腔的新技術，它是有高速旋轉的簡單的管狀電極作三維或二維輪廓加工（像數(shù)控銑一樣），因此不再需要制造復雜的成型電極，這顯然是電火花成形加工領域的重大發(fā)展。 （５）提高模具標準化程度 我國模具標準化程度正在不斷提高，估計目前我國模具標準件使用覆蓋率已達到３０％左右。國外發(fā)達國家一般為８０％左右。 （６）優(yōu)質材料及先進表面處理技術 選用優(yōu)質鋼材和應用相應的表面處理技術來提高模具的壽命就顯得十分必要。模具熱處理和表面處理是否能充分發(fā)揮模具鋼材料性能的關鍵環(huán)節(jié)。模具熱處理的發(fā)展方向是采用真空熱處理。模具表面

33、處理除完善應發(fā)展工藝先進的氣相沉積（TiN、TiC等）、等離子噴涂等技術。 （７）模具研磨拋光將自動化、智能化 模具表面的質量對模具使用壽命、制件外觀質量等方面均有較大的影響，研究自動化、智能化的研磨與拋光方法替代現(xiàn)有手工操作，以提高模具表面質量是重要的發(fā)展趨勢。 （８）模具自動加工系統(tǒng)的發(fā)展　 這是我國長遠發(fā)展的目標。模具自動加工系統(tǒng)應有多臺機床合理組合；配有隨行定位夾具或定位盤；有完整的機具、刀具數(shù)控庫；有完整的數(shù)控柔性同步系統(tǒng)；有質量監(jiān)測控制系統(tǒng) 65 第二章 沖裁件工藝性分析及沖裁方案的確定 沖裁件的工藝性，是指沖裁件對沖裁工藝的適應性,即沖裁件的形狀結構、尺寸

34、大小、尺寸偏差、形位公差與尺寸基準等是否符合沖裁工藝的要求。沖裁件的工藝性對沖裁工件的質量、材料利用率、生產率、模具制造難易、模具壽命、操作方式及沖壓設備的選用等都有很大的影響。一般情況下，對沖裁件工藝性影響最大是幾何形狀、尺寸、精度要求。良好的沖裁件工藝性能滿足材料省、工序少、產品質量穩(wěn)定、模具較易加工、操作方便且壽命較高等要求，從而顯著降低沖裁件的制造成本。 2.1沖裁件材料分析、工藝性 汽車支架材料為H62，查文獻[1] ： P3-196表3-2-14有色金屬，該材料為黃銅，其銅的含量為百分數(shù)是60.5%～63.5％，抗拉強度σ b=290Mpa，延伸率不小于35％，具有良好的力學性

35、能，用于各種深引伸和彎拆制受力零件。 沖裁件的結構形狀應盡可能簡單、對稱、避免復雜形狀的曲線，在許可的情況下，把沖裁件設計成少、無廢料排樣的形狀，以減少廢料，矩形孔兩端宜用圓弧連接，以利于模具加工。該工件結構簡單，也無復雜形狀的曲線。 沖裁件各直線或曲線的連接處，盡量避免銳角，嚴禁尖角如圖2-1。除在少、無廢料排樣或采用鑲拼模結構時，都應有適當?shù)膱A角相連，以利于模具制造和提高模具壽命。該工件直線連接處是直角，并非圓角。故在此擬采用鑲拼模結構，以利于模具制造和提高壽命。 沖裁件凸出或凹進的部分不能太窄，盡可能避免過長的懸臂和窄槽，如圖2-2所示。最小寬度b一般不小于1.5t，若沖裁材料為高

36、碳鋼，b≥2t, ，當材料厚度t<1mm時，按1mm計算。該工件凸出部分的寬度為7mm和6.5mm。最小寬度b=(3.5-1.6)mm=1.9mm≥1.5t=1.51.2=1.8mm。滿足條件。 圖2-2 沖裁件凸出的懸臂和凹槽 沖裁件的孔徑因受沖孔凸模和剛度的現(xiàn)在，不宜太小，否則容易折斷和壓彎，沖孔的最小尺寸取決于沖壓材料的力學性能，凸模強度和模具結構。該沖裁件的孔徑d=3.2mm≥1.5t=1.51.2=1.8mm，查文獻[2]：P75表2-18，用無保護套凸模沖孔。 沖孔件上孔與孔、孔與邊緣

37、間的距離不能過小，以避免工件變形、模壁過薄或材料易被拉入凹模而影響模具壽命。一般孔邊距?。簩A孔為（1～1.5）t。對矩形孔為（1.5～2）t，如圖2-3。該工件所需沖的4個孔中上面2孔的孔邊距為1.9mm，大于（1～1.5）t=1.2～1.8mm，下面兩孔的空邊距為2.4mm，同樣大于1.2～1.8mm。上面一對孔的孔間距為42.5mm，遠大于文獻[2]P76表2.20提供的最小孔間距3.1t=3.11.2=3.72mm，下面一對孔的孔間距為31mm，也滿足條件。 圖2-3 最小孔邊距離的確定 表2-1最小孔

38、間距 孔 形 圓 孔 方 孔 厚料t（mm） <1.55 >1.55 <2.3 >2.3 最小孔距（mm） 3.1t 2t 4.6t 2t 在彎曲件或拉深件上沖孔時，為避免凸模受水平推力而折斷，孔壁與工件直壁之間應保持一定距離，如圖2-4示使L≥R+0.5t。 圖2-4 彎曲件或拉深件沖孔位置 2.2沖裁件尺寸精度和表面粗糙度要求 表2-2 沖裁件孔中心距公差

39、 （mm） 材料厚度t 普通沖孔公差 高級沖孔公差 孔距中心尺寸 ≤50 50~150 150~300 ≤50 50~150 150~300 ≤1 0.1 0.15 0.2 0.03 0.05 0.08 1~2 0.12 0.2 0.3 0.04 0.06 0.1 2~4 0.15 0.25 0.35 0.06 0.08 0.12 4~6 0.2 0.3 0.40 0.08 0.10 0.15 上表引自文獻[2]P77表2-22。沖裁件的精度要求，應在經濟精度的范圍內，對于普通沖裁件，其經濟精度不高

40、于IT11級，沖孔件比落料件高一級。沖裁外形與內孔尺寸工差有一定的要求。查文獻[2]P76表2-11：落料外形公差為0.18mm，內孔公差為0.06mm，該工件并無外形和內孔公差，故普通沖裁應該能滿足要求。由表2-2查得：沖裁件能獲得的孔中心距的公差為0.12mm，該工件要求的孔心距的公差為0.15mm。因此該要求普通沖裁可以滿足。另外，沖裁件的斷面的表面粗糙度和容許的毛刺高度都沒有具體要求。 2.3沖裁件的尺寸基準 沖裁件的尺寸基準應盡可能和制模具時的定位基準重合，以避免產生基準不重合誤差。孔位尺寸基準應盡量選擇在沖裁過程中始終不參加變形的面上，切不要與參加變形的部位聯(lián)系起來。如圖，a)

41、圖尺寸不合理，圖b)的標注，兩孔的孔心距才不會受磨損的影響，比較合理。本次設計的工件圖標注符合這點要求，所以尺寸基準合理。 2.4 沖裁件經濟性分析 所謂經濟性，就是以盡可能少的生產消費獲得盡可能大的經濟效益，在進行沖壓工藝設計時，應該運用經濟分析的方法找到降低成本，取得優(yōu)異經濟效果的工藝途徑。沖裁件的制造成本 C總＝Ｃ材＋Ｃ工＋Ｃ模 式中 C材：材料費；C工∶加工費(工人工資、設備折舊費、管理費等 )；C模：模具費。上述成本中，模具費、設備折舊費一般與產量無關，加工費中的工人工資和其它經費只要在一定時間內，基本上也是不變的，因此，叫做固定費用。 而材料費、外購件費等，

42、將隨生產量大小而變化，屬可變費用。 這樣，產品制造成本由固定費用和可變費用兩部分組成。設法降低固定費用或可變費用，都能使成本降低、利潤增加并積累資金。 本設計所用的工件材料是10鋼,屬于常見鋼種,價格便宜。由此，可變費用將得到有效降低。 結論：沖裁件的經濟性比較好。 2.5沖裁方案的確定 工藝方案的內容是確定沖裁件的工藝路線，主要包括確定工序數(shù)、工序的組合和工序的順序安排等，應在工藝分析的基礎上制定幾種可能的方案，再根據(jù)工件的批量、形狀、尺寸等多方面的因素，全面考慮、綜合分析，選取一個較為合理的方案。 沖裁工序按工序的組合程度可分為單工序沖裁、復合沖裁和級進沖裁。 復合沖裁是在壓

43、力機的一次行程中，在模具的同一位置同時完成兩個或兩個以上的工序；級進沖裁是把一個沖裁件的幾個工序，排列成一定順序，組成級進模，在壓力機的一次行程中，模具的不同位置同時完成兩個或兩個以上的工序，除最初幾次沖程外，每次沖程都可完成一個沖裁件。該工件包括落料、沖孔、拆彎三個基本工序，可以有以下五種工藝方案： 方案一：先落料、再沖孔、后拆彎。采用單工序模生產。 方案二：先落料、再沖孔、后拆彎復合沖壓。采用正裝復合模生產。 方案三：先落料、再沖孔、后拆彎復合沖壓。采用倒裝復合模生產。 方案四：先落料、再沖孔、后拆彎級進沖壓。采用級進模生產。 方案五：先沖孔、再落料、后拆彎級進沖壓。采用級進模生

44、產。 方案一結構簡單，但需三道工序、三副模具才能完成，成品率低，浪費了人力、物力、財力，勞動強度大，難以滿足大批量的生產要求。 方案二采用正裝復合模具生產，適合大批量生產。制件質量由于壓料沖裁同時得到校平，制件平正不彎曲，且有較好的剪切斷面，但是，制件相對位置精度低。 方案三采用倒裝復合模生產，與方案二相比，倒裝復合模具把凸凹模放在下模，雖然模具結構較方案二簡單，可沖工件的孔邊距也較大，工人清掃廢料是不安全，而且工件的精度性較方案五差。 方案四采用落沖孔、拆彎級進模具生產，也只需要一副模具，制造精度高，先落料后沖孔，但是不能保證零件的相對位置精度。 方案五采用沖孔、落料、拆彎級進模沖

45、壓模具生產提高生產率、降低成本、提高質量和實現(xiàn)沖壓自動化等方面有著非常現(xiàn)實的意義．它可以對各種沖壓件進行沖裁、彎曲、拉深、成形等加工。對一些形狀特別復雜，或者孔邊距較小的沖壓件，若采用單工序?；驈秃夏_制有困難時，則可用級進模對沖壓件采取分段的方法逐步沖出。在現(xiàn)代沖壓 技術中，發(fā)展級進模占有重要地位，特別是對大批量生產的沖壓件尤其應當采用多工位的級進模適合于復雜沖壓件的大批量生產 通過上述五種方案的分析比較，該工件的沖壓生產采用方案五為佳。 第三章 排樣圖的設計及材料利用率的計算 3.1排樣的設計 沖裁件在板、條等材料上的布置方法稱為排樣。排樣的合理與否，影響到材料的經濟

46、利用率，還會影響到模具結構、生產率、制件質量、生產操作方便與安全等，因此，排樣是沖裁工藝與模具設計中一項很重要的工作。 沖壓件大批量生產成本中，毛坯材料費用占60%以上，排樣的目的就在于合理利用原材料。衡量排樣經濟性、合理性的指標是材料利用率。要提高材料利用率，就必須減少廢料面積，沖裁過程中所產生的廢料，可分為兩種情況。如圖3-1所示。 圖3-1 廢料種類 1-料頭（搭邊） 2-側搭邊 3-搭邊 4-結構廢料 1． 結構廢料 由于工件結構形狀的需要，如工件內孔的存在而產生的廢料稱為結構廢料，它取決于工件的形狀，一般不能夠改變。 2． 工藝廢料 工件之間和工件與條料邊緣之間存在

47、的搭邊，定位需要切去的料邊與定位孔，不可避免的料頭和料尾廢料稱為工藝廢料，它決定于沖壓方式和排樣方式。 因此，提高材料利用率要從減少工藝廢料著手，同一個工件，可以有幾種不同的排樣方法。 根據(jù)材料的利用情況，排樣的方法可以有三種： （一）有廢料排樣 沿工件的全部外形沖裁，工件與工件之間，工件與條料側邊之間都有工藝余料（搭邊）存在，沖裁后搭邊成為廢料，如圖3-2a所示。 （二）少廢料排樣 沿工件的部分外形輪廓切斷或沖裁，只在工件之間或是工件與條料側邊之間有搭邊存在，如圖3-2b所示。 （三）無廢料排樣 工件與工件之間。工件與條料側邊之間均無搭邊存在，條料沿直線或曲線切斷而

48、得工件。如圖3-2c所示。 圖3-2排樣方法 a) 有廢料排樣 b) 少廢料排樣 c)無廢料排樣 有廢料的排樣法材料利用率較低，但制件的質量和沖模壽命較高，常用于工件形狀復雜、尺寸精度要求較高的排樣。 少、無廢料排樣法的材料利用率較高，在無廢料排樣時只有料頭、料尾損失，材料利用率可達85%～95%，少廢料排樣法也可達70%～90%。少、無廢料排樣法有利于一次沖裁多個工件，可以提高生產率。由于這種排樣法沖切周邊減少，所以還可以簡化模具結構，降低沖裁力。但是，少、無廢料排樣的應用范圍有一定的局

49、限性，受到工件形狀結構的限制，且由于條料本身的寬度公差，條料導向與定位所產生的誤差，會直接影響工件尺寸而使工件的精度降低。在幾個工件的匯合點容易產生毛刺。由于采用單邊剪切，也會加快模具磨損而降低沖模壽命，并直接影響工件的斷面質量，所以少、無廢料排樣常用于精度要求不高的工件排樣。 有廢料、少廢料或無廢料排樣。按工件的外形特征、排樣的形式又可分為直排、斜排、對排、混合排、多排和裁搭邊等。 對于簡單形狀的工件，可以用就算方法選擇合理的排樣方式，而對于形狀復雜的工件要作出正確判斷則比較困難，通常用放樣的方法，即用厚紙片剪3～5個樣件，擺出各種可能的排樣方案，從中選擇一個比較合理的方案。 合理的排

50、樣方法，應是將工藝廢料減到最少。考慮到該工件的外形特征和材料的利用情況，此采用雙排斜排中間載體排樣方式，如圖3-3所示： 圖3-3沖裁件的排樣 3.2搭邊的選取 （一）搭邊 排樣中相鄰兩工件之間的余料或工件與條料邊緣間的余料稱為搭邊。其作用是補償定位誤差，防止由于條料的寬度誤差、送料步距誤差、送料歪誤差等原因而沖裁出殘缺的廢品。此外，還應保持條料有一定的強度和剛度，保證送料的順利進行，從而提高制件質量，使凸、凹模刃口沿整個封閉輪廓線沖裁，使受力平衡，提高模具壽命和工件的斷面質量。搭邊值的選取關系到送料的順利進行、制件的質量、材料的利用率、模具壽命。

51、 搭邊值要合理確定。搭邊值過大，材料利用率低。搭邊值小，材料利用率雖高，但過小就不能發(fā)揮搭邊的作用，在沖裁過程中會被拉斷，造成送料困難，使工件產生毛刺，有時還會被拉入凸模和凹模間隙，損壞模具刃口，降低模具壽命。搭邊值過小，會使作用在凸模側面上的法向應力沿著落料毛坯周長的分布不均勻，引起模具刃口的磨損。 搭邊值一般由經驗確定，根據(jù)工件寬和材料厚度，由文獻[2] P72表2-13，選工件間搭邊值a=1.5 mm,側面搭邊a1=2mm。 （二）條料寬度的確定 排樣方案和搭邊數(shù)值確定后，即可確定條料或帶料的寬度和進距。 條料寬度的確定原則是：最小條料寬度要保證沖裁時工件周邊有足夠的搭邊值，最

52、大條料寬度要能在沖裁時順利地在導料板之間送進，并與導料板之間有一定的間隙。因此，在確定條料寬度時必須考慮到模具的結構中是否采用側壓裝置和側刃，根據(jù)不同結構分別計算。 當條料在無側壓裝置的導料板之間送料時（圖3-4），條料寬度按下式計算 （3-1） 上式引自文獻[2]P72。 式中 B——條料標稱寬度（mm）； D——工件垂直于送料方向的最大尺寸（mm）； ——側搭邊（mm）； ——條料寬度的公差（mm），見表3-1。 ——條料與導料板之間的的間隙（mm），見表3-2。

53、 當導料板之間有側壓裝置時（圖3-5），條料寬度按下式計算 （3-2） 式中各符號意義同上。 導料板之間的距離： 圖3-5 有側壓裝置條料寬度的確定 表3-1 剪切條料寬度的公差 （mm） 條料寬度B 材 料 厚 度 t ～1 1～2 2～3 3～5 ～50 50～100 100～150 150～220 220～300 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.5 0.6

54、 0.7 0.8 0.9 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 表3-2 條料與導料板之間的間隙 （mm） 條 料 厚 度 無 側 壓 裝 置 有 側 壓 裝 置 條 料 寬 度 ≤100 >100～200 >200～300 ≤100 >100 ≤1 >1～5 0.5 0.5 0.5 1 1 1 5 5 8 8 表3-1、表3-2引自文獻[2]P73表2-14和表2-15. 當模具有側

55、刃時，條料寬度按下式計算（圖3-6） （3-3） 式中 n——側刃數(shù)； C——側刃沖切的料邊寬度（mm），見表3-2。 其余符號意義同前。 導料板間的距離： 式中 ——沖切后條料寬度與導料板間的間隙。見表3-3。 圖3-6 有側刃時條料寬度的確定 表3-3 和C值 (mm) 材料厚度 C ～1.5 >1.5～2

56、.5 >2.5～3 1.5 2.0 2.5 0.10 0.15 0.20 上表引自文獻[2]P74表2-16. 進距是指條料在模具上每次送進的距離，進距的計算與排樣方式有關，每個進距可以沖出一個零件，也可以沖出幾個零件。進距是決定擋料銷位置的依據(jù)。 每次只沖一個零件的進距的計算公式為 （3-4） 式中 B——平行于送料方向工件的寬度； a——沖件之間的搭邊值。 考慮到工件形狀的特殊性，此工件在生產的過程中送料時將使用導料板，如圖3-4： 條料寬度 B=[D+2（a1+Δ）

57、+C1] 0 –Δ=[101+2(2+0.6)+1.5 ] 0 -0.6 =106.8 0 -0.6 mm 條料與導料板之間的間隙△查表3-1得△=0.6mm, 條料與導板間的間隙查表3-2得C1=0.5mm。 3.3材料利用率的計算 一個步距的材料利用率h為 h= nA/Bh100% (3-5) 上式引自文獻[2]P67式2-21. 式中 A——沖裁件面積（包括沖出的小孔在

58、內）（mm2）； N——一個布距內沖裁件數(shù)目； B——條料寬度（mm）； H——進距（mm）； 沖裁件的面積A=62.188+（21.8-8）12+3.1462-3.141.52=769.015mm2 進距S=B+a=101+1.5=102.5mm 故一個進距內的材料利用率為: η=nA/Bh100%=2769.015/102.534.5100%=43.5% 按照下面二種方案排列，分別計算其材料利用率為 方案1(B=43.3)：h總1=1769.015/43.334.5100%=26.8% 方案2(B=61.5)：h總2=1769.015/61.534.

59、5100%=33.6% 經過比較，B=102.5mm及內沖件數(shù)目為2的材料利用率提高到40%。 第四章 沖裁工藝力的計算 4.1沖裁力的計算 沖裁力計算包括沖裁力、卸料力、推件力、頂件力的計算。 沖裁力是凸模與凹模相對運動使工件與板料分離的力，其大小主要與材料力學性能、厚度及沖裁件分離的輪廓長度等參數(shù)有關。沖裁力是設計模具、選擇壓力機的重要參數(shù)。計算沖裁力的目的是為了合理的選用沖壓設備和設計模具。選用沖壓設備的標稱壓力必須大于所計算的沖裁力，所設計的模具必須能傳遞和承受所計算的沖裁力，以適應沖裁的要求。 4.1.1沖裁力的行程曲線 圖4-1 沖

60、裁力-凸模行程曲線 在沖裁過程中，沖裁力的大小是不段變化的，圖4-1為沖裁時沖裁力-凸模行程曲線。圖中AB段相當于沖裁的彈性階段，凸模進入材料后，載荷急劇上升，但當凸模刃口一旦擠入材料，即進入塑性變形階段，載荷的上升就緩慢下來，如BC段所示。雖然由于凸模擠入材料使承受沖裁力的材料面積秒減小，但只要材料加工硬化的影響超過受剪切面積小的影響，沖裁力就繼續(xù)上升，當兩者達到相當?shù)挠绊懙乃查g，沖裁力達最大值，即圖中C點。此后，受剪面積的減少超過硬化的影響，于是沖裁力下降。凸模再繼續(xù)下壓，材料內部產生裂紋并迅速擴張，沖裁力急劇下降，如圖中CD段所示，此為沖裁的斷裂階段。此后所用的力僅是克服摩擦阻力,推出

61、已分離的料。 4.1.2沖裁力的計算公式 沖裁力的大小主要與材料力學性能、厚度及沖裁件分離的輪廓長度有關。考慮到成本和沖裁件的質量要求，此用平刃口模具沖裁，沖裁力F（N）： （4-1） 上式引自文獻[2]P50式（2-1）。 式中 L——沖裁件周邊長度（mm）； t——材料厚度（mm）； τ——材料抗剪強度（MPa）； K0——系數(shù)?？紤]到模具刃口的磨損，模具間隙的波動，材料力學性能的變化及材料厚度偏差等因素，一般取系數(shù)K=1.3。 材料的抗剪強度（MPa）查文獻[1]P3-196表3-2-14：取σ

62、b=290 MPa 一般情況下，材料的σb=1.3τ，故F =L T σb F 沖孔=L 沖孔T σb=3.1431290=2733.25N F卸料=0.05 F 沖孔=0.052733.25=136.66N F 側刃=L 側刃T σb=(34+19.5+17.2+8+2)1290=23403N F 側卸料=0.05 F 側刃=0.05200158=1170.15N FU=LU T σb=(20+3+14+16.6+13.2+4+20+16)1290=30972N F U卸料=0.05 FU=0.051

63、8716.6=1548.6N F異=L異 T σb=(32+20+17+7.6+3+6.5+74+20+8+9+18+3.2)1290=63162N F 異卸料=0.05 F異=0.0563162=3158.1N F 頂件= （0.3~0.8）F 落料取F 頂件=0.6F 落料 F頂件=0.6F落料=0.63158.1=157.91N 由自由公式：得 F 彎曲1=0.512 12290=1740N F 彎曲2=0.512 8290=1160N F長=L長 T σb=(40+20)1290=17400N F 長卸料=0.05 F

64、長=0.0517400=870N 式中：L 沖孔、L 側刃—沖裁件周邊長度（mm）； t—材料厚度（mm）； τ—材料抗剪強度（MPa）； σb —材料抗拉強度（MPa）； K---對U形件K取(0.3～0.6)； B—U彎曲件寬度； K 1—卸料力系數(shù)（0.02～0.06）（查表，姜奎華主編。沖壓工藝與模具設計）。如下所示： 表4-1 卸料力、推件力和頂件力系數(shù) 料厚（mm） K卸 K推 K頂 鋼 ≤0.1 >0.1～0.5 >0.5～2.5 >2.5～6.5 > 6.5 0.065～0.075 0.045～0.055

65、 0.04～0.05 0.03～0.04 0.02～0.06 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 鋁 鋁合金 紫銅 黃銅 0.025～0.08 0.02～0.06 0.03～0.07 0.03～0.09 注：表4-1引自文獻[2]。卸料力系數(shù)K卸在沖多孔、大搭邊和輪廓復雜時取上限值。 沖裁時，所需沖壓力為沖裁力、卸料力和推件力之和，這些力在選擇壓力機時是否要考慮進去，應根據(jù)不同的模具結構區(qū)別對待。 采用剛性卸料裝置和下出料的沖裁模的總壓力為

66、 （4-5） 采用彈性卸料裝置和下出料的總壓力為 （4-6） 采用彈性卸料裝置和上出料方式的的總壓力為 （4-7） 式（4-5）、（4-6）、（4-7）引自文獻[2]P52。 因為工件厚1mm，相對較薄，卸料力也比較小，故采用彈性卸料裝置上出料方式，總沖壓力F總： F總= F 沖孔+ F卸料+ F 側刃+ F 側卸料+ FU + F U卸料+ F異+ F 異卸料+ F頂件+ F 彎曲1+ F 彎曲2+ F長+ F 長卸料=2733.25+136.66+23403+1170.15+157.91+