防护板级进模设计【卡板】（全套含CAD图纸）
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机电工程学院毕业设计外文资料翻译设计题目: 防护板级进模设计 译文题目: 冲压工艺设计知识库系统的研究 学生姓名：学 号：专业班级：指导教师：正文：外文资料译文 附 件： 外文资料原文 指导教师评语：签名： 年 月 日冲压工艺设计知识库系统的研究2004.7.20 收到，2005.11 验收，于 2005.10.12 网上发表施普林格出版社伦敦有限公司 2005摘要 本文简要介绍了一个以知识为基础的系统智能冲压工艺设计。知识模型介绍了对系统的框架研究、推理模式等一些关键技术冲压工艺的可行性，毛坯型材排样的优化算法，智能板布局和力的计算。冲压工艺设计可通过系统的改进来提高效率。关键词 毛坯型材排样 KBS 知识模型 冲压 条带布局1 引言冲压工艺设计是一个冲压产品开发的核心项目。这在金属成型应用中是一个重要部分。它的质量、成本直接影响冲压产品的生产效率和工具的寿命。现代制造业迅速加强对冲压造成更高的要求,尤其是在冲压工艺设计。多年来，相关的研究已经对如何提高集成工艺设计的智能程度建立在一个创新的环境中，进行了更多的相关研究。近年来，通过生产金属成形的智能设计系统，人工智能技术和工艺设计原则已经集成。智能工艺设计方法可以提高设计效率、质量和创新设计能力。azushiama 等人开发了一个基于 PC 的专家系统冷锻顺序设计。该系统采用的是塑性理论和实际考虑的基本原则。美国俄亥俄州立大学的 Altan 和他的同事通过对多级冷锻件的设计把一个称为 FORMEX 的基础系统写进了 Prolog 语言。它基于一种各种形状的冷锻零件的广泛应用。Alberti 等人开发了一个基于知识的冷成形序列设计系统，来确定一个可行的锻造序列然后优化此序列采用有限元的设计规则。新加坡国立大学的 cheok 和他的同事阐述了基于理论的模具设计自动化系统。他们提出了一些特殊的工件表示技术，冲头形状识别和模具组成这项工作。华中科技大学的研究人员还开发了基于理论知识的关于小型金属冲压件级进模的 CAD / CAM 软件包，增添了用户可以在三维线框中设计产品的功能。经过人工开发的毛坯排样，用户可以使用交互式命令发展带布局设计。从产业研究部研究表明，利物普大学也对冲孔落料模进行系统设计工作。他们的研究集中在形状编码和识别桥梁废料分解更小的形状的技术。上海研究所的研究人员还开发了在工具和模具技术的 CADCAM 系统级进模软件。他们开发了依靠特殊关系数据结构的模型来描述工件与模具系统结构。上述研究工作研究的目的是促进金属成形的发展。从回顾金属成形的情报分析，冲压工艺设计过程是利用理论研究和智能方法进行设计。本文介绍了基于知识的系统（KBS）冲压工艺设计。KBS 是一个处理复杂设计问题功能非常强大的工具。KBS 中包括专家知识经验，能够协助用户用互动的方式来解决各种各样的问题或查询。KBS 是一个计算机系统，它试图代表人类的知识或专业知识，在实际的和有用的方式中提供快速和方便的知识。KBS 目前需要人类专家已完成认知任务的能力。它可以自动化的利用专家进行实时使用和解释其推理过程。冲压工艺设计是一个复杂的设计过程其包含着丰富的知识。它是冲压模具工艺设计的重要关键技术。KBS 智能设计理论系统是一种对智能冲压工艺设计理论的提出。它对一些如集成产品知识模型和冲压工艺设计的集成策略的关键技术进行了研究。它有各种各样的冲压模具设计知识，如专业特点，设计方向和非标准方面的知识，每一种知识需要被集成到系统中。在冲压模具领域的核心是工艺设计。KBS 对许多因素加以研究，如几何形状，技术要求，材料性能，冲压可行性，工序的安排，及模具结构。冲压工艺设计是一个基于专家知识的创造性过程。冲压工艺设计可以通过 KBS 进行技术改进来提高工作效率。2 系统的体系结构和框架KBS 系统的关键技术和信息化模型应建立在生产应用中。产品信息模型分为三个阶段：基于几何模型，基于特征的模型和基于知识的模型。基于几何模型描述零件的集合拓扑信息。由于该部分数据不能完全表达和数据抽象的级别太低，基于几何模型的特征由模型代替。信息模型包括一组几何实体。它取决于模型的语义工程，相关的设计可以实现很多功能。基于知识的模型是随着人工智能的发展。专业设计特点，设计过程的经验和周围的方法经验都包含在知识模型中。知识模型支持表达和传递有用的信息。冲压模具工艺设计概述是一个以理论知识为基础的系统。该模型描述了产品信息的有效性和完成度。基于知识的模型综合了不同模型的优点，能满足产品的几何设计和推理过程的要求。面向对象技术的应用来整合各种知识。集成知识模型的共享用于智能设计和产品信息通信。图 1 显示了冲压工艺设计的 KBS系统架构。冲压模具工艺设计已开发 KBS 建模。对建筑设计的组成部分包括一个图形用户界面，应用系统，设计资源，知识的工具，混合推理机制，以及建模基础。在建筑树中有不同层次的知识模型。知识模型获得有用的信息资源和支持程序设计知识获取和知识表示。模型传递有用的信息到知识库。知识库是由 CAD软件支持。设计结果保存为三维模型、图纸、知识库和数据库。知识模型的不同部分之间的知识转移是很重要的。图 1 冲压工艺设计系统体系结构3 实施方法及应用3.1 冲压可行性判断的知识模型KBS 估计冲压加工的工作质量，成本和模具寿命的影响。预估评测学是基于KBS 模型的开发。该模型集成了规则库，部分信息和结果。它是根据知识规则推理的系数的推导规则库。冲压的可行性可以从部分信息进行验证，并且它的相关系数在信息库中存储。由在设计过程中产生的新的结果扩大，它的输出结果保存在起始端口中。零件的尺寸与一个有限的范围内的工艺参数是基于知识的推理过程的模型之间进行参考比较。尺寸包括外、内半径，冲孔半径，孔网，槽，槽网。已经确认结果的形状尺寸才适合模具加工。基于知识的推理是用于自动和交互方式。目的是为了冲压生产的可行性研究。基于知识的推理过程的关键是根据零件的厚度和相关系数确定加工有限值。图 2 显示了一个用于模具生产的可行性判别模型流程图。图 2 生产的可行性判断模型运算方式和设计结果保存在数据库的推理机制中。它的部分形状可以在模型中进行修正。数据模型在优化替换冲压工艺方案中是非常重要的一环。它还提供一种选择一个单一的工作流程工具或复合工具或一个渐进的工具的方法。不同领域的知识，经验和专家指导存入冲压工艺系统知识库中。知识库的开发是基于共同的原则表达规则。该程序的目的是将部分专家经验和模型的一个整合。3.2 优化算法模型基础上的智能排样为实现更高的材料利用率专门建立了一个知识模型中的空白布局。这是在其他模块的基础上保存在知识库中的结果。有四种类型的模型库中的毛坯排样：1 排敷设方式相反 1 排敷设方式2 排敷设方式相反 2 排敷设方式建立知识模型的目的是提高材料利用率。约束条件是由人类专家的选择的知识库提供。知识模型管理毛坯排样设计的全过程。图 3 显示了布局规划层次的程序。图（3）第一个模块的功能是选择粗糙的轮廓和计算工作区。这个模块提供原始参数，而这个参数是否通过，以及毛坯所有的信息都是在这里获得。第二模块是用来定义布局和类型的角度范围和腹板的尺寸和宽度。第三模块是优化算法。产生的参数包括步距，宽度，各种网站和移动能力。布局方案的图纸将在参数发生变化时更新。知识库的主要功能是布局规划的优化算法。算法有六个步骤。图 4 a b 空白的布局算法。 a 图为初始图。 B 为处理后的图1.在图的外围轮廓最合适的矩形首先生成。在联合网站夹杂之间的距离后生成复制图。该算法如图 4 所示。2.计算两个回路之间的中间网络价值。两回路分解成直线和圆弧元素。对每个元素之间的距离需要检索，那么短的一个就可以找到。3.计算最短值和要求值之间的差异是错误的。布局规划的同时实现误差应小于允许值。否则，布局图需要沿水平方向移动。4.材料利用率的计算在规划项目的角度。5.布局图转动一定的角度，旋转的中心是围绕粗糙图矩形的中心点。材料利用率是当前角计算。6.布局图旋转另一个角度，从第三步重复的程序，角度加至 180。图 5 显示的排样设计结果图 5 空白布局智能设计结果3.3 开发自动板布局模型排样的程序规则的集成知识库是工艺设计的进步。知识模型的功能，选择部分的位置，设计的方向和安排带步距。处理工作程序，规则必须合理的组织和有效的。自动设计模块在知识模型中最重要的模块。人工智能技术应用于该模块。在这个知识模型的预处理模块，包括定位产品模块和提取从部分模块的精度信息。原设计方案改为生成一个形状在修改模块。处理改进的模块子模块。图 6 显示了带布局模块结构。图（6）3.3.1 预处理自动排样设计1）确定零件的位置和布置用户可以使用接口来决定某些参数预处理模块。确定位置的过程，可以与其他元素的加入，如零件的形状，尺寸精度，和用户的需求。方向部分也是在知识模型中定义。结果保存在知识库。2）获得生产信息精度精度信息应该在初始布局中得到基础信息。有用的信息包括穿孔和相对位置信息的精度信息。知识模型是由这种类型的信息决定部分顺序。这一设计过程的主要要求是开发一个位置的精确知识模型。首先，零件的形状分为封闭的轮廓，轮廓线的数目是 n。K = k1, k2, . . ., ki, . . ., kn (1)其中 Ki 表示第 i 部分轮廓图，所有的 轮廓之间的相 对关系涉及在关系 P.。如果有轮廓的 KI 和 KJ 之间的精度要求，存在（ Ki，KJ）P，p = . . ., (ki , kj), . . . ki , kj K, 1 i, j n(i 不等于 j). (2)从 P 位置精度的相关矩 阵 ：(3) 各种精密的信息保存在知识模型的相关矩阵中。 3.3.2 带状布局的自动设计特定布局的自动设计模块是带状布局设计知识模型中最重要的一个。知识模型中包含许多重要的规则，例如，一次穿过所有的内轮廓。这一部分是将在下一阶段。如果冲点之间的距离太小，有时一些内轮廓需要进入到下一步变换一种方式。如果冲点太近，切割点应改变位置。如果仍然有不合适的尺寸可以继续转移到下一个位置。整个过程被重复直到矩阵点之间的每个尺寸是可以接受的。在布局的自动设计的核心地带正在开发一个干扰点的知识模型。空白部分分为多点形式。表格名称 K1，K2，。.，kN。其中 dij 是 KI 和 KJ之间的最小距离。基体的壁厚的阈值是 S。当 dij S，KI 和 KJ 不能在同一步产生，这样的情况是知识模型的碰撞点。开发一个干扰点的知识模型的目的是确定是否存在一些冲突。矩阵是一个对称矩阵。为了使设计过程更加方便，在矩阵上半部的元素可以是零。(4) 在这里，ij 是 关联系数，它表明每对点之间的不同关系。如果有两点重合，其中一个应该被移到下一步。重复上述过程，在每一步直到重合消失。最后，矩阵 M 是零矩阵。3.3.3 处理带状布局设计结果带状布局子处理知识模型分为两个部分：修改结果和创建布局图。从该条的布局自动设计模块的结果是传统的。他们不可能满足所有用户的要求。基于知识模型的数据结构，可以通过移动点和交换步骤的目的达到虚步添加和删除。我们可以处理修改后的条料排样设计结果的步骤的数据结构。步骤交换可以通过交换两码的位置来完成，步骤添加或删除可以通过操作插入或删除代码。当我们想移动一些点，我们可以将相应的点在链表从第一步到最后一步。图 7 显示了条带布局自动设计的结果。图 7 条带布局自动设计的结果3.4 确认中心点和力的大小的模型 中心点的设计模型的目的是建立的结合力的作用点。模具中心与压力机中心重合是很重要的，确保设备的模具一起正常工作。中心点是从知识模型计算每个轮廓的位置得出的。设计的第一步是获得该工具的工作面。这部分图在 CAD 平台的轮廓提供了图形的外接矩形。根据中心点和外面的矩形之间的关系，可以得出工作区域。因为一点不平衡力产生的可能性还可以提供中心点的动态。迁移过程是由软件获得。图 8 显示了复合模冲压工作区设计结果。图 8 复合模冲压工作区知识库中包括不同风格的模工具，部分去除，去除废钢，等。在不同条件下的力的计算的方法。力公式的推理基于理论的确定。首先，根据知识库中的部分轮廓和基本理论得到过程力和切削力。然后，根据设计结果和部分条件，得到剥离力，反力，和喷射力。总力的计算步骤根据知识库中的指南。4 结论和未来的工作 在金属成型应用中，计算机辅助设计大大节省了时间和金钱。由于复杂零件的冲压工艺规划的复杂性，开发一个系统的生成过程自动序列是非常困难的。研究开发一个集成的 CAD 系统进行自动化过程规划使工作精度是在不规则零件进行高速度运作。该系统具有以下特点：1.在设计过程中改变形状的数据保存方式不同，包括数值表格和图纸。用户可以使用它们作为参考，在设计过程中灵活应用。2.生产可行性检查模块检查产品的冲压可行性和可用于复杂零件的冲压工艺规划的几点建议。3.排样模块产生最好的排样图为了最大限度地提高材料的利用率。产品的成本降低取决于毛坯排样优化算法。不仅是最好的计划，而且每一个合理的计划存放在知识库中。用户可以选择任何一个作为最后的设计方案。4.条带布局模块生成一个自动化的流程规划图。在设计过程中的任何阶段根据要求条带布局的结果可以进行修改。该系统可以帮助设计师在开发过程中的规划将是一个有用的工具。它应该足够灵活，允许设计师发挥创意，同时使用计算机进行几何计算得到的设计结果。它提供了一个非常灵活的设计环境，用户在更复杂零件的冲压工艺规划程序可以完全操作。该系统具有图形用户界面设计师在哪儿可以交互地调整各种设计参数的设计过程。进一步的工作将集中在优化排样效率的提高。这样用于优化的时间就会减少。更多的设计方案类型将被添加到知识模型的空白布局规划。根据冲压工艺设计的结果，冲压模具的设计也将在今后的工作中展开。参考文献：1. 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Comput Aided Des 32:311320机电工程学院毕 业 设 计 方 案论 证 报 告设计题目 防护板级进模设计 学生姓名：学 号： 专业班级：指导教师：目 次1 本课题设计任务概述 22 参考文献综述 22.1 冲压模具设计综述方面 22.2 级进模的设计研究 32.3 冲压模具的计算机辅助设计 42.4 冲压模具结构及零部件设计 53 制件工艺分析及工艺方案的确定 63.1 防护板工艺性分析 63.2 制件加工工艺方案确定 74 论证结果 10 参考资料 111 本课题设计任务概述本课题的任务是设计卡板零件（如图 1 所示）冲压生产的模具。图 1图 1 所示，防护板材料为 08 钢，材料状态为已退火，抗剪强度为20060Mpa，抗拉强度为 260400Mpa，屈服强度为 200Mpa，厚度 t=0.5mm。该零件成形需要冲孔，落料，弯曲，翻边，胀形 5 道工序完成。如何为该零件设计出合理的冲制模具，是本课题的根本任务。为此，本人从图书馆以及通过网络途径查阅了很多参考资料，并对其进行了研究，了解了一些与本课题相关的研究进展情况、技术与方法等，为下一步的设计工作奠定了良好的基础。2 参考文献综述2.1 冲压模具设计综述方面文献1中，作者简要论述了冲压工艺、冲压模具的具体功用，说明了冲压工艺与冲模设计、制造、调试是相辅相成的关系。文献2中，作者指出冲压模具应用广泛，结构设计要求高。冲压制件是靠上、下模具的相对运动来完成的，加工时对工人的人身安全会带来一定的威胁。文中重点介绍了冲压模具的主要工作零件、作用及其结构设计的安全措施，并对模具操作中应注意安全事项给出建议。文献3分析了冲压模设计中应考虑的五要素: 冲压件工艺性、冲压件材料、冲压设备、模具制造及使用性能。指出冲压模设计中应注意的若干问题。文献4通过对我国冲压模具技术现状的分析,找出了与工业发达国家在这一领域的差距,并从模具设计软件、模具检测设备、模具加工设备、模具材料及表面处理技术、模具工业新模式五个方面探讨了冲压模具的发展趋势。2.2 级进模的设计研究多工位级进模是精密、高效、长寿命的模具，是大批量冲压生产中的先进模具之一。现在一些按传统冲压工艺要多副冲模分序冲制的中小型复杂的冲压件多采用多工位级进模成形，以提高冲件质量和效率，降低冲件生产成本。级进模冲件的排样设计是级进模结构设计的基础及其重要组成部分，影响到级进模结构选型及制模工艺性，制模周期与模具费、冲件质量及材料利用率以及冲件生产成本，是一项综合性技术很强的设计工作。文献5系统研究总结了级进模冲件在条料上排列与连接的关键技术,包括连接方式、连接位置、载体、连接桥的数目与连接方向及冲件在条料上排列方向，对指导级进模排样设计具有重要现实意义。文献6通过重点论述了级进模冲压排样的 8 种类型和方法（分切组合排样。拼切组合排样，裁沿边排样，裁搭边排样，沿边与搭边组合冲切排样，套裁排样，拼裁排样，无搭边排样与无废料冲裁） ，并探讨了排样要点。级进模模是一种生产效率高的冲压模具，但不足之处在于冲出的工件精度往往不及复合模高，而且模具制造和修理较为麻烦。在文献7中，谭向阳从工步的合理安排、定距装置的选择原则、结构设计特点几个方面介绍了级进模的设计体会。文献8通过介绍级进模排样、镶块、模板和其它零件的设计过程,指出了级进模设计中应注意的事项，并介绍了模具生产中一些常见故障和解决办法。文献9针对精密电子冲压零件( 端子) 级进模设计中需考虑的一些重点事项，以条文列出，可作为模具设计及审查时参考，使模具结构更趋于完善。文献10介绍了小型板料弯曲件采用多工位连续冲压成形的冲压工艺及排样方法,特别是两列与多列连续冲制的排样及冲压工艺、级进模结构。文献11在继承前人大量的排样设计理论和制图经验的基础上，系统研究总结了级进模冲件在条料上排列与连接的关键技术，包括连接方式、连接位置、载体、连接桥的数目与连接方向及冲件在条料上排列方向，对指导级进模排样设计具有重要现实意义。文献12 较详细地介绍了级进模冲压排样的要点，并通过实例论述了级进模冲压排样的类型及方法，将级进模冲件排样归纳为分切组合排样、拼切组合排样、裁沿边排样、裁搭边排样、沿边与搭边组合冲切排样、套裁排样、拼裁排样、无搭边排样与无废料冲裁等几种类型及排布方法。2.3 冲压模具的计算机辅助设计SolidWorks 是一个基于微机平台的三维设计软件，采用参数化特征造型技术，具有全中文 Windows 图形用户界面，易学易用，在模具行业获得了广泛的应用。文献13以打印机步进电机安装座为例，介绍了在 SolidWorks 中设计冲压模具的一般过程和方法。在文献14中，卢军提出了一种零部件自动装配的方法，介绍自动装配中装配特征的表示和零件自动定位等的实现技术，给出了基于 S0lidworks 的自动装配的实现方法。首先建立零件的参数化零件库及相应的装配关系库，采用自外向里的装配方式，从基础元件开始逐层进行装配，最终得到模具的装配体，实现了模具设计的自动化。最后以一套落料模为例给出了自动装配的实现过程。在文献15中，作者认为，在冲压模设计中，既有冲压工艺方面的计算，又有模具结构方面的设计。设计者往往只考虑到 CAD 软件几何造型方面的强大功能，而主要把它放在零件造型方面的应用，而忽略了其他方面的应用，比如冲压件排样设计、压力中心和冲裁力的计算、毛坯尺寸计算等。如果能够把CAD 软件中的功能巧妙地应用在这些方面，可以收到事半功倍的效果，极大地提高设计效率与质量。在文献16中，作者采用 SolidWorks 对冲压件进行实体造型，根据使用要求外加约束并施加载荷，利用 SolidWorks 自带的插件 COSMOSWORKS 进行分析，根据图解分析结构弊端并改进其结构，最终得到合适的结构和尺寸。2.4 冲压模具结构及零部件设计文献17主要介绍了冲模常斜楔机构的主要类型并通过斜楔机构的运动、受力和传动效率的分析对斜楔及滑块的角度进行优化。文献18介绍了冲模用斜楔的类型、楔传动机构的构成及其应用与设计。为提高冲压过程的机械化和自动化程度，冲模中广泛采用斜楔传动。文献19以一低压电路的罩壳为研究对象，分析了零件的几何形状和性能特点，并对冲压成形进行了分析，设计了斜楔式水平冲孔模结构，介绍了运动方向转换机构、滑块运动机构、工作零部件的定位等关键技术，还阐述了模具成组制造关键技术。文献20通过与螺旋弹簧、橡胶、气垫等弹性元件的比较，指出了氮气弹簧用于冲模的优越性。介绍了氮气弹簧的结构型式、弹压力和行程的选择及其应用。文献21指出设计高速高精度连续模时，由于凸模固定板进行了淬火处理，给凸模的固定带来了困难，采用压块固定凸模的方式，可有效解决凸模的固定。介绍了圆柱形和非圆柱形凸模的固定形式，压块固定凸模设计要点，压块固定凸模的主要优缺点。压块固定凸模的方式，模具结构简单，凸模修磨、更换方便，提高产品质量，延长模具寿命(模具寿命达 2000-3000 万次)。文献22介绍了一种异形凸模的固定方法，将其分为异形凸模两部分: 对于异形部分仍设计成直通式，便于线切割加工；若刃口有相互平行的两平面，让其根部“生”出台阶，以便于固定。采用此法，提高了凸凹模易损件的互换性, 易于实现模具易损件小批量生产， 实现了真正意义上的模具的快速修复。上述文献对本人的设计有着强有力的借鉴作用。3 制件工艺分析及工艺方案的确定3.1 防护板工艺性分析防护板材料为 08 钢，具有很好的冲压性能。本产品在断面粗糙度和毛刺高度上没有太严格的要求，所以只要模具精度达到一定的要求，冲裁件的断面质量可以保证。但是本产品尺寸要求严格，如翻孔尺寸 4.6mm，导致预顶孔直径很小，制件中各孔与边缘的距离，符合冲裁件的要求。制件中圆角处圆角最小半径为 R1mm，大于弯曲件的最小弯曲半径。防护板用于大批量生产，为提高冲件生产效率，缩短冲件生产周期，降低其生产成本，经综合分析，采用复合模或级进模较为合适。防护板的展开图如图2 所示。图 2 防护板的展开图3.2 制件加工工艺方案确定完成此工件需要冲孔、落料、弯曲、翻边、胀形 5 道工序，对此可以提出以下几种方案来加工此工件。第一种方案：采用落料单工序模、冲孔单工序模、翻边单工序模、一次 Z字形弯曲单工序模、一次 L 形弯曲单工序模、一次胀形模、一次弯曲模（用于加工 21.5 弯曲件）加工。工序图如下：落料冲孔翻边Z 字形弯曲L 形弯曲胀形弯曲（2x1.5）图 3 方案一工序简图第二种方案：采用落料单工序模、冲孔单工序模、一次 Z 字形弯曲模、L 形弯曲、翻边、胀形、弯曲（2x1.5）加工完成。工序图如下：落料冲孔Z 字形弯曲L 形弯曲翻边胀形弯曲（2x1.5）图 4 方案 2 工序简图方案 1 和方案 2 都是采用有单工序模，虽然模具制造简单，维修方便，但生产率低，工件精度低，不适合大批量生产。第三种方案：冲孔落料复合模、Z 字形和 L 形弯曲复合模、翻边单工序模、胀形单工序模、弯曲单工序模（2x1.5）完成。工序简图见图 5冲孔落料Z 字形 L 形弯曲翻边胀形弯曲（2x1.5）图 5 方案 3 工序简图该方案的优点是生产率高，工件精度高。但此模具设计难度较大，模具制造较复杂，调整维修麻烦，使用寿命低。第四种方案：采用级进模生产，用一套模具完成工件加工。工序简图见图 6图 6 方案 4 工序简图第一工位冲导正孔，为以后的工序做准备；第 2 工位以导正钉导正，冲两侧的翻边预顶孔；第 3 工位胀形，以导正钉导正；第 4 工位以导正钉导正翻两侧孔；第 5 工位冲裁，以导板进行导正；第 6 工位以导正钉导正进行冲裁；第 7 工位以导正钉导正对异行孔向下翻边；第 8 工位以导正钉导正对板料 U 形弯曲；第 9 工位设置空工位；第 10 工位切断。4 论证结果在该模具结构设计中，拟采用：（1）采用整体式凹模。无凹模垫板，用螺钉和固定销钉与下模座固定；（2）卸料板上设置弯曲凹模，避免弯曲和冲裁不能同时进行；（3）采用四导柱滚动导向模架，同时在卸料板与固定板间增设两对小导柱、导套进行辅助导向。（4）翻孔采用一次翻边成形，翻边凸模采用平底形；（5）拟采用单排排样，为了增强两侧冲裁凸模的强度，步距不能定的过小。为了提高弯曲精度，可在料中间冲切导正孔，以导正钉精确定距，保证步距精度。把两个单向弯曲放在同一个工位来加工完成。（6）采用带槽式的浮顶销，抬料销。（7）用导正销导正。（8）在最后切断工位后设置一个陡坡以方便成品件滑出。（9）圆柱形凸模采用台肩式固定在凸模固定板上，异形凸模采用铆接固定在凸模固定板上。（10）设置凸模固定板。（11）无侧压装置，自动送料机按照一定尺寸精度自动送料。参考文献1苏秀荣. 浅谈冲压工艺与冲压模具的关系J.模具制造，2001， （4）：39412周莉.冲压模具结构设计的安全措施和建议J.煤炭技术，2008， （7）：30313涂序斌.冲压模设计中的五要素J .九江职业技术学院学报，2005， （3）：17194陈旭娟.浅析冲压模具制造技术现状及发展趋势J.内蒙古科技与经济，2005， （1）：1151165刘占军.级进模冲件在排样上排列与连接的关键技术研究J.机械设计与制造，2006， （1）：1741756张正修,张镇,赵向珍. 级进模排样设计J.冲模技术，2004， （12）：26297谭向阳.连续模设计中应注意的几个问题J.金属加工(热加工)，2009， （3）：52538窦智.级进模设计中的要点及生产中的故障排除J.冲模技术，2005， （3）：27299郭平喜.级进模设计校核文件J.冲模技术，2005， （1）：252711张正修,李欠娃.小型板料弯曲件多工位级进模设计J.冲模技术，2005， （10）：273111刘占军.级进模冲件在排样上排列与连接的关键技术研究J.机械设计与制造，2006， （1）：17417512张正修,张镇,赵向珍. 级进模排样设计J.冲模技术，2004， （12）：262913王华，尚振国. SolidWorks 在冲压模具设计中的应用J.中国科技信息，2008， （15）：14114214卢军,赵治国.基于 SolidWorks 的冲压模的自动装配J.锻压技术，2007， （2）：565815罗敬东.SolidWorks 在冲压工艺计算中的应用J.金属加工，2009， （12）：727316梁国一, 卢军.基于 SolidWorks 的冲压件结构优化J.机械工程师，2008,（1）：939417王小华，常春.冲模斜楔机构的角度优化J.模具制造，2004， （3）：121318张正修,马新梅,张镇.冲模的斜楔传动机构J.航空制造技术, 2004， （5）：848619翁黎清. 斜楔式水平冲孔模设计及其成组制造技术研究J.模具工业，2008， （3）：404320胡亚民. 氮气弹簧在冲模上的应用J. 锻压机械， 2001（1）：474921张玉中. 高速级进模凸模固定设计J. 金属加工，2009（6）：545521邓世谦. 异形凸模的固定方法J. 模具工业，1999（5）：24251目录1、绪论 .21.1 级进模概述 .21.2 我国级进模发展现状 .22、制件的工艺性分析 .32.1 制件介绍 .32.2 制件的工艺性分析 .43、工艺方案和模具结构的确定 .53.1 方案种类 .53.2 方案比较 .53.3 方案确定 .53.4 模具结构的确定 .64、级进模排样设计 .74.1 护板展开尺寸计算 .74.2 排样的设计原则 .84.3 载体的形式与选择 .84.4 条料尺寸 .94.5 排样设计 .104.6 压力中心的平衡 .105、计算工艺力，确定压力中心 .105.1 冲压力的计算 .105.2 压力中心的计算 .126、主要零部件的计算和设计 .126.1 冲裁凸凹模刃口尺寸的计算 .126.2 本套模具主要板（凹模板、卸料板）规格确定 .166.3 级进模凸模的设计 .176.4 卸料弹簧的设计 .196.5 浮顶销的设计 .216.6 小导柱的设计 .217、冲压设备的选取 .217.1 压力机的选用 .217.2 压力机参数的校核： .227、模具总装图 .23设计总结 .25致谢 .26参考文献 .27 机电工程学院毕 业 设 计 说 明 书设计题目: 防护板级进模设计 学生姓名： 学 号： 专业班级： 指导教师： 2目录1、绪论 .21.1级进模概述 .21.2我国级进模发展现状 .22、制件的工艺性分析 .32.1制件介绍 .32.2制件的工艺性分析 .43、工艺方案和模具结构的确定 .53.1方案种类 .53.2方案比较 .53.3方案确定 .53.4模具结构的确定 .64、级进模排样设计 .74.1护板展开尺寸计算 .74.2排样的设计原则 .84.3载体的形式与选择 .84.4条料尺寸 .94.5排样设计 .104.6压力中心的平衡 .105、计算工艺力，确定压力中心 .105.1冲压力的计算 .105.2压力中心的计算 .126、主要零部件的计算和设计 .126.1冲裁凸凹模刃口尺寸的计算 .126.2本套模具主要板（凹模板、卸料板）规格确定 .166.3级进模凸模的设计 .176.4卸料弹簧的设计 .196.5浮顶销的设计 .216.6小导柱的设计 .217、冲压设备的选取 .217.1压力机的选用 .217.2 压力机参数的校核： .227、模具总装图 .23设计总结 .25致谢 .26参考文献 .2731、绪论1.1级进模概述级进模又名连续模，即进行连续冲压的多工序模具。级进模可以在一副模具中完成冲裁、拉深、弯曲、胀形等多道工序。在级进模冲压过程中，将不同的冲压工序按照一定的顺序排列起来，胚料按照一定的步距、一定的间隔时间向前移动，在不同的工位上加工完成不同的工序，全部工位冲后便得到一个完整的制件。多工位级进模比复合模生产效率高，对大批量以及厚度较薄的中、小型零件适合采用级进模生产。多工位级进模具有以下几个特点：1）自动化程度高。弯曲、拉深、等多道工序在一副模具中完成，易于实现自动化。2）操作安全。冲压过程自动送料、自动冲压，操作人员不用到危险区域，防止意外发生。3）模具寿命长。多工位级进模工位一般较分散，解决了凹模最小壁厚的问题，模具强度高，寿命长。4）缩小经济成本。级进模生产复合化程度高，可以减小厂房面积、减少设备数量，省去了单工序或复合模生产过程中半成品件的运输以及储存。5）生产效率高。6）级进模生产过程中材料的利用率低。生产过程中产生的废料多。7）模具维修困难，成本高，制造周期长。8）级进模难以保持内、外形相对位置的一致性。9）级进模生产可使用高速压力机生产。1.2我国级进模发展现状级进模在过去因为技术水平低，加工设备落后，级进模的工位一般都很少，4一般在 3个工位和 5个工位之间，10 个工位的都很少。但是，随着模具设计制造技术的提高，工位数以及精度都随之提高。目前国内已能生产精度达 2m 的级进模，工位数也能提高到几十个甚至 160个以上。冲压次数也由原来的每分钟几十次提高到每分钟几百次。级进模的重量也大大提到。现在已是 21世纪，市场竞争激烈，不仅在成本还是在质量上都给级进模的设计制造提出了更高的要求。通过运用 solidworks和 AutoCAD等设计软件以及模具 CAD/CAM技术，模具的设计周期大大减小，且成本也在下降。模具制造技术更是实现了数控车、数控铣、数控线切割以及数控电火花、数控磨床等加工技术，大大提高了模具的制造精度和模具质量，缩短模具的生产时间。2、制件的工艺性分析2.1制件介绍护板制件图如下图所示：图 2-1 护板零件图5图 2-2 护板零件三维实体图图 2-3护板零件展开图制件材料为 08刚，材料厚度为 0.5mm，未注圆角 R0.5。该零件成形需要冲孔，落料，弯曲，翻边，胀形 5道工序完成。该工件外形较简单，产品外形尺寸为64mm24mm，适用于冲压生产，中小型冲压件，属于大批量生产。该零件需要5道工序完成，适合采用级进模生产加工。2.2制件的工艺性分析1、工件图无精度要求，采用经济精度 IT14公差等级。加工表面光整，去毛刺。62、该冲压件使用 08号优质碳素结构钢材料，材料是已经过退火处理。3、该工件图上要切掉两个直径为 2.6的两个翻空预顶孔废料,距离料的边宽度为 4,距离弯曲线比较远,加工过程中不会造成料的变形。4、该工件形状结构对称,适合采用对称弯曲。3、工艺方案和模具结构的确定3.1方案种类（1）第一种方案：采用落料单工序模、冲孔单工序模、翻边单工序模、一次 U形弯曲单工序模、一次 L形弯曲单工序模、一次胀形模、一次弯曲模（用于加工 21.5弯曲件）加工。（2）第二种方案：分别使用冲孔落料复合模、U 字形和 L形弯曲复合模、翻边单工序模、胀形单工序模、弯曲单工序模（2x1.5）完成加工。（3）第三种方案：分别用落料单工序模、冲孔单工序模、一次 U形弯曲模、L形弯曲模、翻边单工序模、胀形单工序模、弯曲（2x1.5）加工完成。（4）第四种方案：采用级进模生产，用一套模具完成工件加工。3.2方案比较方案 1和方案 2都是采用有单工序模，生产起来麻烦，不适合大批量生产。方案 3采用复合模和单工序模生产，优点是生产率高，工件精度高。但此模具设计难度较大，模具制造较复杂，调整维修麻烦，使用寿命低。方案 4采用级进模生产，生产效率高，适合大批量生产，工件精度高，自动化程度高，工人劳动强度低。3.3方案确定综合比较上述四种方案后，应选用方案四，即：采用一套级进模生产。工序简图见下图：7图 3-3 工序简图第一工位冲导正孔，为以后的工序做准备；第 2工位以导正钉导正，冲两侧的翻边预顶孔；第 3工位胀形，以导正钉导正；第 4工位以导正钉导正翻两侧孔；第 5工位冲裁，以导板进行导正；第 6工位以导正钉导正进行冲裁；第 7工位以导正钉导正对异行孔向下翻边；第 8工位以导正钉导正对板料 U形弯曲；第 9工位设置空工位；第 10工位切断。3.4模具结构的确定在该模具结构设计中，拟采用：（1）采用整体式凹模。无凹模垫板，用螺钉和固定销钉与下模座固定；（2）卸料板上设置弯曲凹模，避免弯曲和冲裁不能同时进行；（3）采用四导柱滚动导向模架，同时在卸料板与固定板间增设两对小导柱、导套进行辅助导向。（4）翻孔采用一次翻边成形，翻边凸模采用平底形；（5）拟采用单排排样，为了增强两侧冲裁凸模的强度，步距不能定的过小。为了提高弯曲精度，可在料中间冲切导正孔，以导正钉精确定距，保证步距精度。把两个单向弯曲放在同一个工位来加工完成。（6）采用带槽式的浮顶销，抬料销。（7）用导正销导正。（8）在最后切断工位后设置一个陡坡以方便成品件滑出。（9）圆柱形凸模采用台肩式固定在凸模固定板上，异形凸模采用铆接固定在凸模固定板上。8（10）设置凸模固定板。（11）无侧压装置，自动送料机按照一定尺寸精度自动送料。4、级进模排样设计4.1护板展开尺寸计算由制件图可知，图形总长部分有 3个弯曲，分别为两个 L形弯曲和一个 U形弯曲。零件的总长度由 L 直和 L 弯两部分组成，即两部分长度之和。L形弯曲圆角部分 R=0.5，料厚 t=0.5，r/t=10.5，为有圆角半径的弯曲。U 形弯曲部分为无圆角半径的弯曲，计算公式如下：K 取 0.4，计算得 L2 为 3.1mm。故制件总长为 72.5mm。零件展开图94.2排样的设计原则该护板的排样设计应采用直排有废料排样，以保证冲裁质量。方案一：采用直排竖排有废料排样，如图所示：图 4-2-1直排竖排有废料排样方案二：采用直排横排有废料排样，如图所示:图 4-2-2直排横排有废料排样通过比较方案一和方案二，制件为矩形件，如果采用第二种方案容易造成力的分布不均匀，给冲裁造成难度，所以用方案一更合理。4.3载体的形式与选择载体的形式可选用中间载体的形式，在各工位中设置冲裁工位先将两端废料切除，保留中间载体，最后将中间载体切除使制件落下。或者，使用两端载体的形式，保留两端载体，把中间废料先切除，最后把两端载体切除。比较这两种方法，因为该制件为弯曲件，制件两端为 L形弯曲，中间为 U形弯曲，采用两端载体的话，对两端弯曲部分精度造成影响，故选用中间载体的形式更为合适。104.4条料尺寸条料宽度 000.5.5B=(D+2a)(721.)7式中，B条料宽度基本尺寸，mm;D条料宽度方向零件轮廓的最大尺寸，mm;a侧面的搭边值，查表 1。材料利用率的计算：= 100%= 100%0SAB式中：材料利用率；S工件的实际面积，S=1875；A步距；所用材料面积；0B条料宽度。材料利用率：= =82.2% ABS表一本设计采用导正销导正定距，应选用大于 4mm的孔，沿边取 3.5mm，工作间a1取 6mm。故条料的宽度 B=76mm，步距为 30mm。114.5排样设计条料宽度为 76mm，步距为 30mm，载体中间设置导正孔，用导正销导正。第一工位冲导正孔，为以后的工序做准备；第 2工位以导正钉导正，冲两侧的翻边预顶孔；第 3工位胀形，以导正钉导正；第 4工位以导正钉导正翻两侧孔；第5工位冲裁，以导板进行导正；第 6工位以导正钉导正进行冲裁；第 7工位以导正钉导正对异行孔向下翻边；第 8工位以导正钉导正对板料 U形弯曲；第 9工位设置空工位；第 10工位切断。4.6压力中心的平衡模具的设计应保证压力中心通过模具的模柄中心线并且和压力机的滑块中心保持重合，否则，冲模不能平衡稳定的进行工作，造成冲裁的间隙不均匀以及冲偏等。该制件所设计的模具上模部分为中心对称几何图形，压力中心应位于几何的几何中心。5、计算工艺力，确定压力中心5.1冲压力的计算冲裁力公式为： ，ptFKL12式中 为安全系数一般取 1.3；t 为工件厚度取 0.5； 材料抗剪强度为PK350MPa；L 为冲裁边总周长。F1=KptL1=1.30.512.56350=2857.4F2=KptL2 =1.30.516.328350=3714.62F3=KptL3 =1.30.538350=8645F4=KptL4=1.30.556350=12740F5=KptL5 =1.30.556350=12740F6=KptL6 =1.30.53.148350=5714.8F7=KptL7=1.30.5366350=49140总冲裁力 F=95551.82N几个部位的弯曲都属于自由弯曲弯曲力计算公式：F=（0.6KBt ）/（rt）b式中：F自由弯曲力； B弯曲件的宽度 ； t弯曲件的厚度 t=0.5mm； R弯曲件的内弯圆角半径；K安全系数 K=1.3；屈服极限=240MPa。b=（0.6KBt ）/（rt）=1342.6NAFb=（ 0.6KBt ）/（r t）=1342.6N=（0.6KBt ）/（rt）=725.7NBb=（0.6KBt ）/（rt）=725.7NFFC=（0.6KBt ）/（rt）=2246.4NbFD=（0.6KBt ）/（rt）=8826.4NF =15209.4N弯13F =F + F =110761.22N总 弯 冲卸料力 F=0.02110761.22=2215.22N5.2压力中心的计算采用平衡法来计算冲压模的压力中心，设压力中心的坐标 , 值按下式X0Y计算F . xxF Xn210n210 . yy Y计算得压力中心坐标为 X0=190，Y0=120。6、主要零部件的计算和设计6.1冲裁凸凹模刃口尺寸的计算制件材料为 08刚，材料厚度为 t=0.5mm，大批量生产。可用凸凹模分别加工和配做法两种方法计算刃口尺寸。落料件外形尺寸为 ，冲孔件内孔尺寸为 ，根据刃口尺寸的计算原则，oD od可得落料时 冲孔时 式中 落料时凸、凹模的刃口尺寸，mm；pd、D冲孔时凸、凹模的刃口尺寸，mm；14落料件的最大极限尺寸，mm；maxD冲孔件的最大极限尺寸，mm；ind冲件的制造公差，mm；x磨损系数，x 值在 0.51 之间，与冲件精度有关；为凸模下偏差，可按照公差等级 IT6 级选用，mm；为凹模上偏差，可按公差等级 IT7 级选用，mm；冲孔落料应保证有一定的间隙值，满足下列条件：故采用凸模和凹模配制加工法计算刃口尺寸。查表得，X=0.5,选取IT14经济公差等级。1）冲直径为 8的孔：冲孔时以凸模为基准配置凹模，凸模磨损后其刃口尺寸将变小。如下图所示。图 6-1磨损后减小的尺寸为 ，解得： 0.981-凹模尺寸按照凸模配制而成，保证双面最小间隙为 2Cmin=0.16mm。2）冲直径为 4的导正销孔凸模：冲孔时以凸模为基准来配置凹模，凸模磨损后刃口尺寸变小。15图 6-2磨损后凸模外轮廓减小，基本尺寸为 4mm，根据公式 ，解得： 0.7541-凹模孔尺寸应按照凸模的刃口尺寸进行配制，保证双面最小间隙值为0.16mm。3）冲大轮廓 5X5 的异形孔，冲裁时以凸模为基本配做凹模。图 6-3A1=5，A2=2,A3（横）=1.5，A4（竖）=1.5， 1=0.3， 2=0.3， 3=0.25， 4=0.25，X=0.5AA凸模磨损后增大的尺寸 A2，减小的尺寸为 A1 和 A3，不变的尺寸为 A4。由刃口尺寸计算公式： =( )1dxma0.25+A解得 A2=0.7518+减小的尺寸，计算公式 ，解得 A1= 0.75-A3= 0.162-不变的尺寸计算公式为：C=（Cmin+0.5 ） 0.125A解得：A4=1.625 0.03凹模的刃口尺寸按照凸模的刃口尺寸配制加工。保证双面最小间隙值0.16mm。164)冲 5X4异形孔凸模，如下图所示图 6-4计算方法和 3相同，这里不再具体计算说明。5）冲端料凸模，冲裁时以凸模为准配制凹模，如下图图 6-5设 A1=6，A2=30，A3=24，A4=6，A5=3 =0.8A磨损后增大的尺寸是 A5,减小的尺寸 A1，A2，A3，A4由刃口尺寸计算公式： =( )1dAxma0.25+A解得:A5=0.235+减小尺寸的刃口计算公式解得：A1= 0.264-A2= 0.-A3= .2-17A4=0.264-凹模的刃口尺寸按照凸模的刃口尺寸配制加工。保证双面最小间隙值0.16mm。6）切断凸模的刃口尺寸计算采用加工凸模配制凹模的方法，切断凸模如下图所示：图 6-6两个尺寸都减小，根据计算公式:解得分别为 0.2364-0.-凹模的刃口尺寸按照凸模的刃口尺寸配制加工。保证双面最小间隙值0.16mm。7）弯曲件凸凹模间隙查中国模具设计大典表 19.3-19，取凸凹模间隙为 C=t=0.5mm。6.2本套模具主要板（凹模板、卸料板）规格确定根据新编实用冲模具设计手册中查表 10-29得：凹模板：L B H=380 24050mm 材料选用 Cr12本套模具中所用到的板主要有上模座、下模座、卸料板、凸模固定板、和垫板等。具体的尺寸和规格如下:上模座：L B H=545 44060mm； 材料：HT20018下模座：L B H=545 44070mm； 材料：HT200凸模固定板：L B H=380 240 40mm； 材料：Q235固定板垫板：L B H=380 240 20mm； 材料：T8A卸料板：L B H=380 24040mm； 材料：T10A卸料板垫板：L B H=380 240 20mm； 材料：T8A6.3级进模凸模的设计1）由 6.2确定的凸模固定板、卸料板以及卸料垫板的厚度，确定凸模的高度 120mm。此模具用到的凸模主要有带凸台的圆形凸模和直通式异形凸模。如下所示：直径为 8的冲孔凸模直通式异形凸模翻边预顶孔凸模19冲端料凸模切断
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