1、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
2、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11 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
3、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
4、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。
5、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
6、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）
7、、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
8、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
9、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，b=4
10、80MPa。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
11、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
12、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： iwL当 180时180wrxt当 180 360时 2360d式中： 弯曲件直边部分长度；iL弯曲部分中性层长度；w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
13、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 IT8IT10 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
14、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 的计算如下：= 100%nAbh式中：A 冲裁件面积（包括内形结构废料） ， （mm 2） ；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 总 的计算如下： 总 =（ ）100%ALBn总式中 n 总 一张板料上冲裁件总数目；L
15、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
16、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，
17、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
18、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
