目录 绪论3 第二章冲压件工艺分析5 2.1分析工件的技术要求5 2.1.1加工表面的尺寸精度及尺寸基准6 2.1.2主要加工表面的形位公差精度6 2.1.3表面质量要求6 2.2工件材料及机械性能6 2.2.1工件材料化学成分对塑性的影响6 2.2.2工件材料的机械性能6 2.3零件的结构工艺性分析7 2.3.1冲孔部分工艺性要求8 2.3.2翻边部分工艺性要求9 第三章工艺方案确定10 3.1工艺方案的提出10 3.2工件生产工序的确定11 3.3模具定位零件与卸料零件的选择11 3.3.1定位零件的选择11 3.3.2卸料零件的选择11 3.3.3出料方式的选择11 第四章排样设计13 4.1材料利用率13 4.2排样方法14 4.3搭边值的选用和条料的选用及步距的确定15 4.3.1．搭边值的选用15 4.3.2．条料宽度的确定16 4.3.3．步距的确定16 4.4材料利用率的确定17 第五章模具主要受力分析计算18 5.1翻边力的计算18 5.2冲压力的计算20 5.2.1冲裁力的计算20 5.2.2整形压力的计算20 5.2.3卸料力与推件力的计算21 第六章压力机吨位选择23 6.1模具压力中心的确定23 6.2压力机吨位选择23 6.2.1冲压设备类型的选择23 6.2.2确定压力机设备的规格24 第七章模具工作部分设计计算26 7.1冲裁间隙26 7.1.1冲裁间隙对冲裁件质量的影响26 7.1.2间隙对模具寿命的影响27 7.1.3对冲裁力、卸料力的影响28 7.2合理间隙的选用29 7.2.1理论计算法29 7.2.2查表选取法30 7.3模具刃口尺寸的计算30 7.3.1计算原则31 7.3.2计算方法31 7.4级进模的各个工位冲裁凸、凹模刃口尺寸计算32 7.4.1第一工位冲孔模刃口尺寸计算32 7.4.2第二工位处翻边模刃口尺寸计算34 7.4.3第三工位冲孔整形凸、凹模刃口尺寸计算34 7.4.4第四工位处冲孔小凸、凹模刃口尺寸计算35 7.4.5第五工位处落料模具刃口尺寸设计计算36 第八章模具结构设计和主要零、部件设计38 8.1模具闭合高度的确定38 8.2模架的选用39 8.3凹模周界的确定40 8.4模座及导套的选取40 8.5模柄的选用41 8.6冲裁、翻边凸、凹模结构设计41 8.6.1模具材料选择与热处理41 8.6.2 CrWM
n钢的性能41 8.6.3各凸模、凹模的固定形式的设计42 8.6.4凹模刃口形式的确定42 8.6.5凹模外形和尺寸的确定44 第九章绘制模具装配图、零件图及编写设计说明书45 总结46 参考文献47 总结48 阐述了级进模的结构设计工程及其工作过程，通过系统的工艺分析，采用冲孔、翻边、落料等工序进行加工。通过计算工艺力以确定模具压力中心，并选择压力机的型号。落料凹模通过凹模固定板与下模座连接来固定。模具采用下出料方式和弹性卸料卸料装置。本模具结构较简单，性能可靠，工作平稳，提高了生产效率，降低劳动强度和生产成本。 板料成形一般称为冲压，它是对厚度较小的板料，利用专门的模具，使金属板料通过一定模孔而产生塑性变形，从而获得所需的形状、尺寸的零件或坯料。冲压这类塑性加工方法可进一步分为分离工序和成形工序两类。分离工序用于使冲裁件与板料沿一定的轮廓线相互分离，如冲裁、剪切等工序；成形工序用来使坯料在不破坏的条件下发生塑性变形，成为具有要求形状和尺寸的零件，如弯曲、拉深等工序。 随着生产技术的发展，还不断产生新的塑性加工方法，例如连铸连轧、液态模锻、等温锻造和超塑性成形等，这些都进一步扩大了塑性成形的应用范围。 塑性加工按成形时工件的温度还可以分为热成形、冷成形和温成形三类。热成形是充分进行再结晶的温度以上所完成的加工，如热轧、热锻、热挤压等；冷成形是在不产生回复和再结晶的温度以下进行的加工，如冷轧、冷冲压、冷挤压、冷锻等；温成形是在介于冷、热成形之间的温度下进行的加工，如温锻、温挤压等。本工件的成形属于冷成形。 虽金属塑性成形的方法多种多样，具有各自的特点。但它们具有共同的特点，即都要利用金属的塑性，并都要借助于一定的外力使其产生塑性变形，这就是所谓的金属塑性加工。 金属的塑性加工是以塑性为前提条件。塑性越好，则预示着金属具有更好的塑性成形适应能力，允许产生更大的变形量；反之，如果金属一受力即行断裂，则塑性加工也就无从进行，因而，从工艺角度出发，人们总是希望变形金属具有良好的塑性。 因而对金属塑性成形工艺应提出相应的要求： 1）使金属具有良好的塑性； 2）使变形抗力小； 3）保证塑性成形件质量，即使成形件组织均匀、晶粒细孝强度高、残余应力小等； 4）能了解变形力，以便为选择成形设备、设计模具提供理论依据。 .1工件材料化学成分对塑性的影响 工件材料Q215-F，为碳素结构钢。 其化学成分（查文献[2]第105页表8-1）及影响如下：含C量为0.090.15为低碳钢，碳对碳钢性能的影响最大，碳能固溶于铁，形成铁素体和奥氏体，它们都具有良好的塑性。当碳的含量超过铁的溶碳能力时，多余的碳便与铁形成化合物Fe3C,称为渗碳体。渗碳体具有很高的硬度，而塑性几乎为零，对基体的塑性变形起阻碍作用，而使碳钢的塑性降低，随着含碳量的增加，渗碳体的数量亦增多，塑性的降低也越大。图1-3为退火状态下，含碳量对碳钢的塑性和强度指标的影响曲线。因而，对于冷成形用的碳钢，含碳量应低。 含量为0.250.55为钢中的杂质元素，元素会与钢中的碳形成硬而脆的碳化物，使钢的强度提高，而塑性下降，但碳化物的影响还与它的形状、大小和分布状态有密切关系。因而在该工件的材料中含量不宜过高。 含量不大于0.30含量不大于0.050含量不大于0.045一般来说、 、都是钢中有害杂质，它们在铁中会形成各种化合物，使钢的强度、硬度提高，而使塑性降低，因而、 、应尽量减少其含量。 氧在铁中的溶解度很小，主要是以氧化物的形式存在于钢中，它们多以杂乱、零散的点状分布于晶界处。氧在钢中无论以固溶液还是氧化物形式存在都使钢的塑性降低，以氧化物形式存在时尤为严重，因为它在钢中起空穴和微裂纹的作用。氧化物还会与其他夹杂物形成易熔共晶体分布于晶界处，造成钢的热脆性，因而氧元素在钢中也不宜太高，因而脱氧方法采用沸腾处理，以减少氧在钢中的含量，提高钢的塑性。 2.2.2工件材料的机械性能 Q215-F的机械性能的技术数据如下（查文献[2]第106页表8-2）： 屈服强度（钢材厚度（直径） ） , 抗拉强度， 伸长率（钢材厚度（直径） ） . 板料的机械性能对冲压成形性能也有影响： 板料的强度指标越高，产生相同变形量的力越大； 塑性指标越高，成形时所承受的极限变形量就越大； 刚性指标越高，成形时抵抗失稳的能力就越大。 对冲压成形性能的要求，即屈强比要校Q215-F的屈强比，较小，塑性指标也较高适宜冲压成形。 综上所述，本工件采用Q215-F较为合理，可满足该工件的生产工艺要求。 2.3零件的结构工艺性分析 此工件为弹簧支架，工件体积不大。主要工序为冲孔、落料、翻边。 2.3.1冲孔部分工艺性要求 所示工件部分要采用冲孔工序。冲裁件的形状应尽可能简单、对称、避免复杂形状的曲线，在许可的情况下，把冲裁件设计成少、无废料排样的形状，以减少废料。矩形孔两端宜用原弧连接，以利于模具加工。 冲裁件各直线或曲线的连接处，尽量避免锐角，严禁尖角。除在少、无废料排样或采用镶拼模结构时，都应有适当的圆角相连，以利于模具制造和提高模具寿命，圆角半径R的最小值可参考文献[4]第75页表2-17选龋 冲裁件凸出或凹入部分不能太窄，尽可能避免过长的悬臂和窄槽，见图1-6。最小宽度一般不小于，若冲裁件为高碳钢时， ， ,当材料厚度时，按计算。 冲裁件的孔径受冲孔凸模强度和刚度的限制，不宜太小，否则容易折断或压弯，冲孔的最小尺寸可参考文献[4]第75页表2-18。如果采用带保护套的凸模，稳定性高，凸模不易折损，最小冲孔尺寸可以减小，参考文献[4]第76页表2-19。 冲孔件上孔和孔、孔与边缘之间的距离不能过小，以避免工件变形、模壁过薄或因材料易被拉入凹模而影响模具寿命。一般孔边距取：对圆孔为（1～1.5）t，对矩形孔为（1.5～2）t（图1-7）。孔距的最小尺寸可见文献[4]第76页表2-20。 在弯曲件或拉深件上冲孔时，为避免凸模受水平推力而折断，孔壁与工件直壁之间因保持一定的距离，使L≥R 0.5t。 本工件基本符合上述各项要求，因而在结构上是满足工艺的，能够进行冲孔落料加工。 2.3.2翻边部分工艺性要求 本工件属于圆孔翻边的中间阶段，即凸模下面的材料尚未完全转移到侧面之前，如果停止变形，就会得到如图1-8所示的成形，这种成形叫做扩孔成形，其变形区材料受拉应力，切向伸长，厚度减薄，易发生破裂，属伸长类翻边。所以在圆孔翻边时，应保证毛坯孔边缘的金属伸长变形小于材料塑性伸长所允许的极限值。本工件翻边高度较小，翻边系数K（K=0.789）较大满足工艺要求。 影响圆孔翻边成形极限的因素如下： 1．材料伸长率和硬化指数
n大，Kl小，成形极限大。 2．孔缘如无毛刺和无冷作硬化时，Kl较小，成形极限较大。为改善孔缘状况，可采用钻孔代替冲孔，或在冲孔后进行整修，有时还可在冲孔后退火，以消除孔缘表面硬化。 3．用球形、锥形和抛物线形凸模翻边时，变形条件比平底凸模优越，Kl较校在平底凸模中，其相对圆角半径rp/t越大，极限翻边系数可越校 4．板材相对厚度越大，Kl越小，成形极限越大。 综上所述，本工件结构满足工艺要求，可以采用模具进行加工。 第3章工艺方案确定 3.1工艺方案的提出 根据本工件的外形尺寸及形状，可确定本工件属于落料冲孔工序，中间带有孔的凸台。凸台的加工方法有两种：1）凸台采用翻边的中间工序，扩孔成形，即先冲孔，再翻边；2）先进行浅拉深，再采用冲孔的方法将孔冲出。 根据上述的加工方法可提出以下几种模具典型结构所设计的模具加工方案： 1）单工序模生产单工序模结构简单，制作周期短，制作成本低廉，生产效率低，冲出的制件精度不高，且工人劳动强度大，不适合大批量的生产。 2）复合模生产复合模结构紧凑，冲出的制件精度较高，适合大批量生产，特别是孔与制件外形的同心度容易保证。但模具结构复杂，模具制造较困难，制造成本高，制造周期长等缺点。 3）级进模生产在一副级进模上可对形状十分复杂的冲压件进行冲裁、弯曲、拉深成形等工序，故生产率高，便于实现机械化和自动化，适于大批量生产。由于采用条料（或带料）进行连续冲压，所以操作方便安全。级进模的主要缺点是结构复杂，制造精度高，周期较长，成本高。 在生产本工件时若采用单工序模生产，制作本工件至少需要5个单工序，也就意味着需要5副以上的模具来进行生产，而且本工件需要长年大批大量生产，采用单工序不但所需的单工序模较多而且会造成产品精度无法保证，经济效益低等缺点，故不宜采用单工序模进行生产。 若采用复合模生产，本工件因工件有带孔凸台，且为内圆翻边，若采用扩孔成形，则模具中间部分不但结构非常复杂，而且加工非常困难，装配也困难，故不采用扩孔成形加工带孔凸台，而采用先进行浅拉深再冲孔。在进行拉深时，圆锥部分的材料一部分是从底面流动得来的，另一部分要从主板上流动而来，而后者若为材料流动留有余量，就要增加工件排样步距，从而造成材料消耗的增加。而且模具因为本工件较小而使其制作困难，成本增加。 若采用级进模生产，则中间带孔凸台的加工，若采用先浅拉深再冲孔，也会造成材料的消耗增加。而采用先冲预孔，再进行扩孔成形，翻边时材料流动的特点是预孔周围的材料沿圆周方向伸长，使材料变薄；而径向材料长度几乎没有变化，即材料在径向没有伸长，因而不会引起主板上的材料流动。在排样时，只要按正常冲裁搭边值即可，可节省材料。 综合上述几种方案的比较，应选用级进模进行生产，既可实现大批量生产，也可以节约材料。因此选用级进模生产。 3.2工件生产工序的确定 空工位的设置是为了保证模具具有足够的强度，确保模具的寿命，或是为了便于设置特殊结构。本模具因长度不是很大，有足够的强度，且不需设置特殊结构，因而可不设空工位。 3.3模具定位零件与卸料零件的选择 3.3.1定位零件的选择 定位部分零件的作用是使毛胚（条料或块料）送料时有准确的位置，保证冲出合格制件，不致冲缺而造成浪费。因工件本身带有一明显的凸台，故模具可不设侧刃定位装置，而利用凸台对其定位。模具使用条料，用手工送料。第二工位翻边以后，板料下面形成明显的凸包。手工送料时，放在下一工位的凹模中即可。第二和第五工位的凸模设有导正销进行精确定位。在第一和第二工位各设置一个始用挡料销，供条料开始送进时的第一、第二工位使用。 3.3.2卸料零件的选择 卸料装置分为刚性（即固定卸料板）和弹性两种，废料切刀也是一种卸料的形式。 固定卸料板的卸料力大，但无压料作用，毛胚材料厚度大于0.8mm时多采用次形式。 弹性卸料板的卸料力小，但有压料作用，冲裁质量较好，多用于薄料。 因本工件中加工工程中有一翻边工序，需要有压料作用，且工件卸料力不大，故选用弹性卸料装置。 3.3.3出料方式的选择 出料方式有上出料和下出料两种方式，若采用上出料方式，则还需将废料或工件钩出，不利于级进模的连续生产；若采用下出料方式，废料或工件可直接从凹模孔中漏出，结构简单，且有利于连续大量生产。故出料方式选用下出料方式。