1 概述
1.1 课题来源
随着科技的不断发展进步，汽车越来越普及。铰链支座是汽车中支撑架的一个重要零件。该铰链支座和一个活动板结合成一个机构，可以实现汽车车门在一定的范围内旋转。
为了保证汽车门旋转的精度和稳定性，本课题将根据制件拟进行排样的设计，工艺设计和计算，然后设计出合理的多工位级进模，使得冲压成形的制件能够满足要求。 1.2 选题目的
该铰链支座在汽车车门中主要起支撑作用，其制造精度直接关系到汽车的旋转稳定性，若出现汽车旋转不稳定，不平衡，旋转角度不容易调节，将直接影响到汽车车门的顺利开闭问题。该铰链支座的成形工序较多，包括冲孔、弯曲、成型、切断等。通过设计排样来提高材料的利用率及设计出合理的级进模。
1.3 研究现状和发展趋势
级进模是指模具上沿被冲原材料的直线送料方向，至少有两个或是两个以上的工位，并在压力机的一次行程中，在不同工位上完成两个或是两个以上的冲压工序的冲模。级进模在过去，因技术水平的限制，工位相对较少。近年来由于对冲压自动化、高精度、长寿命提出了更高要求，模具设计与制造高新技术的应用与进步，工位数已不再是限制模具设计与制造的关键。 目前，在国内工位间步距精度可控制在之内，工位已达几十个，多的已有70多个。例如，空调器翅片级进模级进模制造精度达2，具有18个工位；集成电路引线框架级进模的制造精度达2微米，引线框架已经有4排24列，管脚64只，最小间隙尺寸为0.13mm。其冲压次数也大大提高，由原来的每分钟冲几十次，提高到每分钟几百次，对于纯冲裁高达1500次/min。当然这速度和冲床及周边设备的性能有关。冲压方式由早期的手动送料，手工低速操作，发展到如今的自动、高速、安全生产。模具的总寿命由于新材料的应用，加工精度的提高和一些容易磨损的零件具有互换性，也不是早先几十万次，而是几千万次，上亿次。如汽车零件级进模的寿命至少达100万冲次；电机铁芯自动片级进模的寿命可达1亿冲次；空调器翅片级进模的寿命可达3亿冲次。
级进模结构与精度正朝着两方面发展。一方面为了适应高效、自动、精密、安全等大批量自动化生产的需要，冲模正向高效、精密、长寿命、多工位、多功能方向发展；另一方面，为适应市场上产品更新换代迅速的要求，各种快速成形方法和简易经济冲模的设计与制造业得到迅速发展。其中模具CAD、CAM技术向宜人化、集成化、智能化和网络化方向发展，并提高模具CAD、CAM系统专用化程度。
因此本课题研究是对该制件进行工艺性分析，然后进行排样设计和工资计算，最后根据相关理论只是完成多工位级进模的设计。
2 模具设计
2.1 冲压工艺性分析
冲压件如图2-1所示：
图2-1 制件图
1、 该冲压件的形状性对比较简单，其结构对称，也没有复杂形状的曲线，且各相接处都有圆角过渡。
2、 该冲压件没有较长的窄槽。
3、 最小冲孔直径为6mm，冲孔的最小尺寸d≥1.0t。故冲孔不会过小，冲孔凸模不易折断。
4、 孔与边、孔与孔之间的距离 由表2-20[1]可知最小孔间距远大于2t，孔边距也（1-1.5）t,故制件上的孔边距和孔与孔之间的距离都不会小，不会使工件的冲压时产生变形。
5、 弯曲的直边高度 该冲压件的弯曲边的高度H远大于2t，不会使弯曲根部发生开裂。
6、 材料为JSH270C钢：具有良好的塑性和冲压性能，常用来制造连接结构件和冲压件。
7、 尺寸精度：按公差IT12查出来的。尺寸精度较低，普通冲裁完全能够满足生产要求。
2.2 工艺方案的确定
该工件包括冲孔，切边，成型，弯曲四个基本工序，可以有以下三种工艺方案：方案一 ：先落料，后冲孔，成型，最后弯曲，采用单工序模生产。方案二：冲孔-落料-弯曲-成型复合冲压，采用复合模生产。方案三：冲孔-切边-成型-弯曲制作智能卡-冲孔-切断级进冲压，采用级进模生产。
方案一单工序冲裁模指在压力机一次行程内只完成一个冲压工序的冲裁模。该模具结构简单，但需要四道工序三副模具，成本高而生产效率低，难以满足中批量生产的要求。
方案二复合冲裁模是指在一次工作行程中，在模具同一部位同时完成数道冲压工序的模具。该模具只需要一副模具，工件的精度及生产效率都很高，但由于工件上不是所有的孔都在同一平面上，冲孔凸模与弯曲凸模的防止存在干涉现象。
方案三级进模（又称为连续模、跳步模）：是指压力机在一次行程中，依次在模具几个不同的位置上同时完成多道冲压工序的模具。它也只需要在一副模具内可以完成多道不同的工序，可包括冲裁、弯曲、拉深等，具有比复合更好的生产效率。它的制件和废料均可以实现自然漏料，所以操作安全、方便，易于实现自动化。难以保证制件内、外相对位置的准确性因此制件精度不高。
通过对上述三种方案的的分析比较，因为该制件的精度要求不高，用于中批量生产。所以该制件的冲压生产采用方案三为佳。
2.3 排样的设计
根据材料经济利用程度，排样方法可以分为有废料、少废料和无废料排样三种，根据制件在条料上的布置形式，排样有可以分为直排、斜排、对排、混合排、多排等多重形式。 采用少、无废料排样法，材料利用率高，不但有利于一次冲程获得多个制件，而且可以简化模具结构，降低冲裁力，但是，因条料本身的公差以及条料导向与定位所产生的误差的影响，所以模具冲裁件的公差等级较低。同时，因模具单面受力（单边切断时），不但会加剧模具的磨损，降低模具的寿命，而且也直接影响到冲裁件的断面质量。
由于该产品为左右件，最适合的排样方法为对排式排样法。
2.3.1 搭边值和料宽的确定
1、搭边值的确定
排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下的工艺余料，称为搭边。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，表所列搭边值为普通冲裁时经验数据之一。
搭边值工件间a为料厚的1到1.5倍取6mm
沿边a1为2mm
排样方式和搭边值确定以后，条料的宽度和进距也就可以设计出。
计算条料宽度有三种情况需要考虑；
有侧压装置时条料的宽度。
无侧压装置时条料的宽度。
有定距侧刃时条料的宽度。
当模具有定距侧刃时，在能保证定距侧刃冲切剪口的断面质量时，应该使料边宽度尽可能小，以保证提高材料利用率避免浪费和尽量减小模具体积和材料。
单边条料宽度公式：
B=（D+a+nC）
其中条料宽度偏差上偏差为0，下偏差为—△。
D——条料宽度方向冲裁件的最大尺寸。
a——侧搭边值。
表4.3—2 剪料公差及条料与导料板之间隙（mm）
条料宽度 B/mm | 材料厚度t/mm |
~1 | 1~2 | 垂直母排2~3 | 3~5 |
~50 50~100 100~150 电网谐波治理装置150~220 220~300 | 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 | 针织牛仔布0.5 0.6 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 |
| | | | |
D取值由设计条料宽度方向冲裁件的最大尺寸为70(mm)
侧搭边值a为2mm
故带入单边条料宽度公式得；
B=（70+2+4.26）-01.2
=76.26 -01.2(mm)
故而双边调料宽度为152mm，考虑其他方面圆整为156mm
提拉下水查表4.3—2中，可得条料宽度偏差下偏差—△为-1.2mm
3、导料板间距离的确定
条料的宽度确定了，进而就可以确定导料板间距离,根据经验，条料与导料板间的间隙取为单边0.2mm，所以导料板间距为156.4mm
2.3.2工序的安排
多工位级进模中的工位顺序一般是：冲裁——成形——切断分离。各个工位内容安排如下：
第一工位：冲导正孔
第二工位：冲成型孔和成型侧刃
第三工位：同上
第四工位：成型
第五工位：弯曲
第六工位：空工位
第七工位：冲侧孔
第八工位：空工位
第九工位：切断分离
2.3.3 排样图
图4.2—1排样图
材料利用率:
η=2s/B*L
S——产品的展开面积
B——料宽
L——步距
η=2×3761/160×85
=55%
对于55%的这样一个材料利用率来说，在冲压工艺的排样设计中是一个比较低的材料利用率，但是考虑到排样时的废料都为工艺废料，是不可省略的。若是考虑改变排样方法，例如斜排，这样不对称的排样又不能保证模具的对称而不能保证模具的受力平衡。
2.4 冲压工艺计算
2.4.1第一站工序：冲定位工艺孔
这一站为普通平刃冲裁模，其冲裁力F p一般可以按下式计算：
Fp=KtLτ
式中 τ——材料抗剪强度MPa；
L——冲裁周边总长（mm）；
t——材料厚度（mm）;
系数K是考虑到冲裁模刃口的磨损，凸模与凹模间隙之波动（数值的变化或分布不均），润滑情况，材料力学性能与厚度公差的变化等因数而设置的安全系数K，一般取1.3。当查不到抗剪强度r时，可以用抗拉强度σb代替τ，而取K=1的近似计算法计算。
客户给出所用材料JSH270C钢，查参考文献的抗剪强度为273MPa
冲孔周长为：
L2=2π风电制氢R
=2×3.14×5.04
=31.6 (mm)
冲裁力为：
F1=KtLτ
=1.3×3.2×31.6×273
=36000(N)
表5.4—1 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 ＞0.5~0.25 ＞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 |
| | | | |
按顶件力公式算顶件力FQ2
FQ2=KdFp
Kd查表5.4—1 得0.05
根据公式得
FQ2=KdFp
=0.05×36000
=180（N）
刃口尺寸的计算
这一站属于级进模的工艺孔，在汽车模具行业，这种孔一般标准直径为10.8mm，所以凸模（俗称冲孔冲头），凹模（俗称冲孔入子）都为行业内标准件，一般凸模做准，间隙取在凹模。
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