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1、-毕业设计（论文）-Z形件级进模设计（全套图纸）-第 25 页目 录 任务书开题报告审查意见教师评语会议记录中文摘要外文摘要1 前言11.1本设计课题的来源11.2本设计的目的与意义11.3本课题在国内外发展概况及存在的问题11.4应解决的主要问题及应达到的技术要求22 零件的加工方法32.1零件工艺性分析32.2工艺方案的制定42.2.1模具的类型4 2.2.2模具的零件52.2.3模具形式52.2.4Z形件弯曲方案63 工序及排样图设计83.1排样的注意事项83.2冲压顺序93.3排样方案104 材料利用率及方案比较124.1材料利用率124.2方案的比较和选择135工序计算145.1总压
2、力145.1.1方案各种力的计算145.1.2方案4总压力的计算165.2压力中心的计算166 模具结构设计186.1冲裁间隙196.2凸凹模刃口尺寸计算196.3冲孔凸、凹模及导正、导向装置设计206.4各切断、弯曲模设计216.5模架的确定216.6凸模固定板、垫板、卸料板的设计216.7压料、托料装置的设计226.8小凸模强度校核227 压力机的选择257.1压力机类型的选择257.2压力机规格的确定268 零件图的绘制278.1零件装配总图278.2绘制主要零件部件图279 毕业设计总结28致谢29附录30全套图纸加153893706毕业设计（论文）任务书学院（系） 机械系 专业 机械
3、设计制造及其自动化 班级 机械0401 学生姓名 指导教师/职称 1. 毕业设计(论文)题目：Z形件级进模设计2. 毕业设计（论文）起止时间：07年10月22日08年元月13日3. 毕业设计(论文)所需资料及原始数据（指导教师选定部分）1）所需资料：机械原理、机械设计、机械设计手册、冲压工艺与冲压模具、模具设计与制造手册、CAD绘图软件等。2）原始数据：零件材料：钢10，厚度1.2mm，零件图如下：4. 毕业设计(论文)应完成的主要内容1）查阅参考文献2）外文翻译3）撰写开题报告4）级进模设计零件加工工艺分析、毛坯尺寸计算、排样方案确定；冲压加工受力分析、冲压设备选择；模具总体方案设计和比较；
4、进行凸、凹模刃口尺寸计算及结构设计；主要零部件强度、刚度计算；绘制模具装配图；绘制主要零部件图。5）撰写毕业设计论文5. 毕业设计(论文)的目标及具体要求1）目标：通过本设计，学习冲压模具设计的特点和全过程，训练工程设计能力；2）具体要求（按长江大学工程技术学院毕业设计工作条例要求）：查阅资料：近35年参考文献不少于15种（篇）；外文翻译：原文不少于2万字符，译文不少于3千汉字；撰写开题报告：不少于3千汉字； 绘制模具装配图：1张（计算机图）；绘制主要零部件图：总数不少于1张0#图板大小，计算机图；撰写毕业设计论文：字数不少于1.5万汉字，计算机打印。6. 完成毕业设计(论文)所需的条件及上机
5、时数要求所需工具：AutoCAD软件。上机机时：约100小时。任务书批准日期 2007 年 10 月 22 日 教研室(系)主任(签字) 任务书下达日期 2007 年 10 月 22 日 指导教师(签字) 完成任务日期 2007 年 月 日 学生签字 (签字) Z形件级进模设计学生： 工程技术学院 机械 0401指导老师： 机械工程学院【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
6、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AbstractThis 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,thehorizont
7、al row.Basing on the arranged projectsand wording orders,to make sure the concrete blanking process of the elements and calculatethe 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,
8、high production and low costs,etc.Therefore,it is suitable in batch process.Key wordZ-shape parts progressive die design technological analysislayout1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，
9、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本设计课题的来源来源生产实际，属于工程设计。1.2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
10、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。 本零件生产批量很大，若采用单工序冲压，工装投入多，成本大，生产效率低。而且难以满足零件较高的尺寸精度要求。为此。采用冲空、落料、弯曲级进模。通过本设计，学习冲压模具设计的特点和全过程，训练工程设计能力，并对大学四年所学知识来一个很
11、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。1.3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
12、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
13、、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
14、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
15、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
16、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。1.4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
17、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Z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
18、，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
19、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
20、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
21、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
22、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。比较项目单工序模复合模级进模工件尺寸精度较低较高IT9级以下一般IT11级以下工件行位公差工件不平整，同轴度
23、，对称度及位置度误差大工件平整，同轴度，对称度及位置度误差小工件不太平整，有时要校平，同轴度，对称度及位置度误差较大冲压生产率低，冲床一次行程内只能完成一个工序较高，冲床一次行程内可完成两个以上工序高，冲床一次行程内完成的多个一个工序实现操作机械化，自动化的可能性较易，尤其适于多工位冲床上实现自动化难，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容易，尤其适于单机上实现自动化对材料的要求对条料宽度要求不严，可用边角料对条料宽度要求不严，可用边角料对条料宽度要求严格生产安全性安全性较差安全性较差比较安全模具制造的难易程度较易，结构简单，制造周期短，价格低形状复杂件，比用级进模的难度低形状
24、简单件，比用复合模难度低应用通用性好，适于小批量生产和大型件的大量生产通用性较差，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
25、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
26、模具。图4 翻边式弯曲模如图4所示为翻边式Z形件弯曲模的结构，这种形式的模具，在设计时较上述二种模具稍复杂些，模具零件也相对较多。设计该模具时，若冲件上有孔或允许添置工艺孔时，可利用其上的孔定位，以防止冲件滑移。但对于直角Z形件，其弯角的回弹不易控制。当两侧模同时向上、下弯曲工件时，容易使工件滑移、翻转，需要弹性压料装置压住工件的中间部分。这种带有弹性压料装置弯曲模，一般用于弯曲材料厚度较薄，且材料较软的Z形件。使用这种翻边式的Z形件，对于弯曲高度大的Z形件尤为适用。但对弯边长度较大、弯曲角度小于90度、冲件材料较厚、较硬的Z形件，则不宜采用这种模具。3工序及排样图设计级进模的排样是指制件在条
27、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
28、，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；
29、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
30、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
31、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
32、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
33、出以下几个零件排样方案：图5 方案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
34、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
35、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
36、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
37、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，
38、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
39、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=
40、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
41、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
42、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6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
43、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