冲裁件工艺性分析
工件名称：三角垫片冲压
工件简图：如图1-1所示
生产批量：年产量20万件为一般批量
材料：Q235
材料厚度0.5mm
1-1
1.1冲压件材料
查冲压手册知：Q235为普通碳素结构钢，强度一般，具有良好的塑性、焊接性以及压力加工性，主要用于工程结构和受力较小的机械零件，可以冲裁。
1.2工件结构形状
工件结构形状相对简单，尺寸不大，成三角形，内外形无尖角，孔与边缘之间的距离也满足要求，适合冲裁加工。冲裁件除有一个φ10的大孔，生产纲领为二十万件，属一般批量，应重视模具材料的选择和结构的选择，保证一定的模具寿命。
1.3尺寸精度
零件图上未注公差为IT13级，尺寸精度较低，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，适宜冲裁加工。
二、冲裁工艺方案的确定
本制件所需的冲压工序为落料和冲孔两个基本工序，可以有一下三种工艺方案：
方案一：先冲孔，后落料；单工序模生产。
方案二：冲孔—落料复合冲压；复合模生产。
方案三：冲孔—落料级进冲压；级进模生产。
结合所学模具设计知识分析知：方案一模具结构简单，制造周期短，制造简单，但需要两副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产的要求。方案三只需一副模具，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，但模具轮廓尺寸较大，制造复杂，成本较高。方案二也只需一副模具，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三低，模具轮廓尺寸较小，制造比方案三简单。
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为佳。
三、工艺计算
1、计算冲压力
采用弹性卸料装置和倒装式的复合冲裁模，冲压力为冲裁力、卸料力、以及推荐力的总和。
1)、冲裁力的计算
用平刃冲裁时，其冲裁力F一般按下式计算：F=Ltτ
b
式中 F—冲裁力；
L—冲裁件周长；
t—材料厚度；
τ
b—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。
计算冲裁件轮廓周长L
L= a+b+c+d (公式5-4）
式中 a，b,c,d—冲裁件边长； L=65+30+10+63=168(mm)
查表2-1取τ
b=450Mpa所以
F=Ltτ
b=168×0.5×450=37.8(KN)
2）、卸料力、推料力的计算
卸料力F
X F
X=K
XF （公式5-5）
推料力F
T F
T =nK
TF （公式5-6）
n～梗塞在凹模内的制件或废料数量(n=h/t)；
h～直刃口部分的高(mm)；
t～ 材料厚度(mm)
F
X=K
XF=0.045×37800=1.701(KN)
（K
X、K
T为卸料力、推件力系数，其值查表5-3可得）
F
T=nK
TF =12×0.063×37800 =28.576(KN)
所以总冲压力F
Z=F+F
X+F
T=37.8+1.701+28.576=68.077(KN)
2、初选压力机
根据冲压力计算结果拟选压力机规格为J23-10型压力机。
表5-3 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 |
0.065~0.075
0.045~0.055
0.04~0.05
0.03~0.04
0.02~0.03 |
0.1
0.063
0.055
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 |
|
|
|
|
|
|
3、排样设计及材料的利用率分析
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对排最佳。
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。或影响送料工作。
搭边值通常由经验确定，表4所列搭边值为普通冲裁时经验数据之一。
根据零件形状，查表4工件之间搭边值a=1.0mm, 工件与侧边之间搭边值a
1=1.2mm, 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，小偏差为负值—△
B=（Dmax＋2a）
-0△ （公式5-1）
式中 Dmax—条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；
△—板料剪裁下的偏差（其值查表5-2）；
B=（30.1＋2×3）=32.4
0-0.5(mm)
所以条料宽度在32.4～32.9mm
表5-1 搭边值和侧边值的数值
|
材料厚度t |
圆件及r＞2t圆角 |
矩形边长l≤50 |
矩形边长l＞50或圆角 r≤2 |
|
工件间a1 |
侧边a |
工件间a |
侧边a1 |
工件间a1 |
侧边a |
|
0.25以下 |
1.8 |
2.0 |
2.2 |
2.5 |
2.8 |
3.0 |
|
0.25～0.5 |
1.2 |
1.5 |
1.8 |
2.0 |
2.2 |
2.5 |
|
0.5～0.8 |
1.0 |
1.2 |
1.5 |
1.8 |
1.8 |
2.0 |
|
0.8～1.2 |
0.8 |
1.0 |
1.2 |
1.5 |
1.5 |
1.8 |
|
1.2～1.5 |
1.0 |
1.2 |
1.5 |
1.8 |
1.9 |
2.0 |
|
1.6～2.0 |
1.2 |
1.5 |
2.0 |
2.2 |
2.0 |
2.2 |
表5-2 剪裁下的下偏差△（mm）
|
条料厚度(mm) |
条料宽度(mm) |
|
≤50 |
＞50～100 |
＞100～200 |
＞200 |
|
≤１ |
0.5 |
0.5 |
0.7 |
1.0 |
|
＞１～３ |
0.5 |
1.0 |
1.0 |
1.0 |
|
＞3～４ |
1.0 |
1.0 |
1.0 |
1.5 |
|
＞4～６ |
1.0 |
1.0 |
1.0 |
2.0 |
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，是决定挡料销位置的依据。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。
送料步距S ＝30+1.2＝31.2(mm)
排样图如图5-2所示。
图5-2 排样
4）、板料规格选用1500mmx3000mmx0.5mm
5)、条料长度L=1500mm
6）、每张板料可裁剪的条料数
3000/46.3=64.79条．
7）、每条条料可冲裁的零件数
ｎ＝1500/61.4=22.2
8)、每快板料可冲裁的零件数
64x22=1408个
9）、一条条料的材料利用率
22x65x43.63/1500x46.3=89.83％
10）、一块板料的材料利用率
1408x65x42.2/1500x3000=85.8％
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5-2)
式中 A—一个步距内冲裁件的实际面积；
B—条料宽度；
S—步距；
η=70x30+0.5×30×55／46.03×31.2×100%=89.03%
4、模具压力中心的确定
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，会使冲模和压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。该零件为三角形图形，其型心即为压力中心。
