侧弯支架冷冲压工艺及级进模设计

编 号无锡太湖学院毕 业 设 计 （ 论 文 ）题目：侧弯支架冷冲压工艺及级进模设计信 机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专 业学 号： 学生姓名： 指导教师： 2013 年 5 月 25 日无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚 信 承 诺 书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 侧弯支架冷冲压工艺及级进模设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。班 级： 机械 96 学 号： 0923262 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日I无 锡 太 湖 学 院信 机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专 业毕 业 设 计 论 文 任 务 书一、题目及专题：1、题目 侧弯支架冷冲压工艺及级进模设计 2、专题 二、课题来源及选题依据来源于无锡毅立模具有限公司，是电器产品上的一个零件。 模具是机械工程及其自动化专业的一个专业方向，选择模具方向的毕业设计题目完全符合本专业的要求，从应用性方面来说，模具又是生产效率极高的工具之一，能有效保证产品一致性和可更换性，具有很好的发展前途和应用前景。该产品外形较大，冷冲压工艺设计复杂，计算过程较繁，其准确性非常重要，要求学生要有良好的心理素质和仔细认真的作风，因此对本课题的研究对学生也是一次很好的煅练机会。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：综合应用各种所学的专业知识，在规定的时间内对产品进行冷冲压工艺分析，制订完整的冲压工艺方案，并完成整副模具设计、数据计算和图纸（所有图纸折合 A0 不少于 3 张）绘制，具体内容如下：1完成模具装配图：1 张（A0 或 A1）； II2零件图：主要是非标准件零件图（不少于 5 张）； 3冷冲压工艺卡片：1 张 ； 4设计说明书：1 份（15000 字以上，其中参考文献不少于 10 篇，外文不少于 5 篇）； 5翻译 8000 以上外文印刷字符，折合中文字数约 5000 字的有关技术资料或专业文献，内容要尽量结合课题。 四、接受任务学生：机械 96 班 姓名 赵安 五、开始及完成日期：自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名签名签名教 研 室 主 任学科组组长研究所所长签名系主任 签名2012 年 11 月 12 日III摘 要金属板料冲压是一种在工业生产中应用广泛的加工方法。随着现代各行各业突飞猛进的发展，金属件的结构复杂，精度高，需求量多，加上对生产的安全性、操作的方便性，加工的经济性等要求也日益提高，采用单工位模具已经无法满足生产的需要，许多制造商均采用多工位级进模进行生产。因此，多工位级进模在国内外模具制造业中应用日趋广泛。多工位级进模是在普通级进模的基础上发展起来的一种模具，是当代所有模具中冲压功能最多、结构最复杂、生产效率和自动化程度最高的一种冲模。在多工位级进模结构设计过程中，首先必须设计级进模的总装结构，然后再在此基础上进行模具其他零部件的设计。本模具采用切废料方式进行冲裁，故模具结构采用冲孔、导正、弯曲、落料的工序设计，排样采用单排横排排列。本论文分析了侧弯支架的冲压工艺性，介绍了侧弯支架多工位级进模总体结构设计，对工件进行了展开计算，确定了工件加工成型的工艺方案和排样方案，对模具进行了工艺计算，根据计算结果进行了凸模、凹模、垫板、导料板、卸料板、镶块等主要零部件的设计，还根据各标准对模具中用到的其他标准件，如模架、导柱导套等，进行了选择与设计。实践证明：该模具结构合理、可靠，并能保证产品质量，对此类零件的级进模设计有参考价值。关键词：侧 弯 支 架 ； 冲 压 工 艺 ； 排 样 ； 连 续 模IVAbstractSheet metal stamping is a widely used method in industrial production.With the rapid development of modern businesses，the structure of the metal pieces becomes more and more complex. The metal pieces also need to have high accuracy. At the same time, the demands of the production security, the ease of operation, the economy of processing are increasing. Single-stage molds cant meet the the needs of production. Many manufacturers use the multi-position progressive die in production. Therefore, Multi-position Progressive Dies are used increasingly widespread in the die manufacturing at home and abroad.Multi-position Progressive Die is developed basing on the general progressive die. It has the most pressing function, the most complex structure, productivity and the highest degree of automation. In the design of the multi-position progressive die, we must design the assembly structure of the progressive die. And then, we design other components of it.This mold adopts the blanking, cutting waste way so the mould structure is punch, guide, bending, blanking process design, layout using single side-by-side arrangement. In this page, I analyzed the stamping process of a scoliosis bracket, as well as design of the verall structure. I also did the calculation of the workpiece, determined the workpieces forming process and the nesting program and did a calculation of the mold process. After that, I designed the die in all aspects. The application shows that the die is feasible and reliable in structure and can ensure the quality of the products.Key words: Scoliosis bracket;Stamping process;Layout design;Progressive dieV目 录摘 要 .IIIAbstract .IV目 录 .V1 绪 论 .11.1 课题研究的目的和意义 .11.2 国内外的发展概况 .21.3 本课题应达到的要求 .52 冲压工艺设计 .62.1 冲压件简介 .62.2 冲压的工艺性分析 .62.3 冲压工艺方案的确定 .82.3.1 冲压模具类型 .82.3.2 冲压工艺分析和计算 .83 侧弯支架连续模设计 .103.1 模具结构 .103.2 确定其搭边值 .113.3 确定排样图 .113.3.1 送料步距与带料宽度 .113.3.2 排样方案 .133.4 材料利用率计算 .133.5 凸、凹模等刃口尺寸的确定 .143.5.1 冲孔凸、凹模刃口尺寸计算 .143.5.2 成形侧刃凸、凹模刃口尺寸计算 .163.5.3 小凸形凸、凹模刃口尺寸计算 .183.5.4 大凸形凸、凹模刃口尺寸计算 .193.5.5 凹形凸、凹模刃口尺寸计算 .203.5.6 长矩形凸、凹模刃口尺寸计算 .213.5.7 短矩形凸、凹模刃口尺寸计算 .223.5.8 切断凸、凹模刃口尺寸计算 .233.5.9 前弯曲凸、凹模刃口尺寸计算 .243.5.10 后弯曲凸、凹模刃口尺寸计算 .253.5.11 左右弯曲凸、凹模刃口尺寸计算 .253.5.12 中间切舌凸、凹模刃口尺寸计算 .263.6 冲压力计算 .263.6.1 冲孔部分冲压力 .273.6.2 成形侧刃冲压力 .283.6.3 切废料部分冲压力 .28VI3.6.4 弯曲部分冲压力 .293.6.5 切舌弯曲部分冲压力 .293.6.6 切断部分冲压力 .303.6.7 总冲压力 .303.7 压力机选用 .313.8 压力中心计算 .313.9 模具主要零部件的结构设计 .323.9.1 凹模结构及设计 .323.9.2 圆凸模 1 的结构设计 .343.9.3 圆凸模 2 的结构设计 .343.9.4 方形凸模的结构设计 .353.9.5 成形侧刃的结构设计 .363.9.6 小凸形凸模的结构设计 .363.9.7 大凸形凸模的结构设计 .373.9.8 凹形凸模的结构设计 .383.9.9 长矩形凸模的结构设计 .383.9.10 短矩形凸模的结构设计 .393.9.11 前弯曲凹模镶块的结构设计 .403.9.12 前弯曲凸模的结构设计 .403.9.13 U 型弯曲半凹模的结构设计 .413.9.14 弯曲切断组合凸模的结构设计 .423.9.15 切舌弯曲凸模的结构设计 .423.9.16 切断弯曲凸凹模的结构设计 .433.9.17 卸料板设计 .443.9.18 凸模固定板设计 .443.9.19 凸模垫板设计 .453.9.20 凹模垫板设计 .463.9.21 挡块设计 .463.10 标准件确定 .473.10.1 模架确定 .473.10.2 上模螺钉确定 .473.10.3 上模销确定 .473.10.4 下模螺钉确定 .473.10.5 下模销确定 .473.10.6 卸料螺钉确定 .483.10.7 卸料弹簧设计 .483.10.8 U 型弯曲顶件弹簧设计 .483.10.9 U 型弯曲推件弹簧设计 .483.10.10 切舌弯曲顶件弹簧设计 .48VII3.10.11 U 型弯曲凸模固定螺钉确定 .493.10.12 大凸形凸模固定螺钉确定 .493.10.13 挡块固定螺钉确定 .493.10.14 小导柱确定 .493.10.15 凹模上小导套 2 确定 .493.10.16 卸料板上小导套 1 确定 .493.10.17 抬料销确定 .493.10.19 抬料销弹簧设计 .503.10.20 挡块销确定 .503.11 模具闭合高度、校验压力机 .504 结论与展望 .514.1 结论 .514.2 不足之处及未来展望 .51致 谢 .52参考文献 .53侧弯支架冷冲压工艺及级进模设计11 绪 论1.1 课题研究的目的和意义冲压是指靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件（冲压件）的成形加工方法。冷冲压是在常温下，利用冲压模在压力机上对板料或热料施加压力，使其产生塑性变形或分离从而获得所需形状和尺寸的另件的一种压力加工方法。冲压是高效的生产方法，采用复合模，尤其是多工位级进模，可在一台压力机（单工位或多工位的）上完成多道冲压工序，实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。生产效率高，劳动条件好，生产成本低，一般每分钟可生产数百件。与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。（1）冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量，而模具的寿命一般较长，所以冲压的质量稳定，互换性好，具有“一模一样”的特征。（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。对冲压生产而言，单工位模具结构单一，生产效率低，而且钣金零件不能过于复杂，否则就需要多副单工位模具才能实现。如果采用级进模进行冲压生产，就可以改变这些缺点。级进模的特点是生产效率高，生产周期短，占用的操作人员少，非常适合大批量生产。冲压级进模是在条料的送料方向上，具有两个以上的工位，并在压力机一次行程中，在不同的工位上完成两道或两道以上的冲压工序的冲模。它在一副模具上的不同区域完成多道冲压成型工序的一种精密、高效、复杂的冲压模具，在一副模具内可以完成零件的冲裁、翻边、弯曲、拉深、立体成形等工艺。级进模是多工序冲模，在一副模具内，可以包括冲裁、弯曲、成形和拉深等多种多道工序，具有比复合模更高的劳动生产率，也能生产相当复杂的冲压件；级进模操作安全，因为人手不必进入危险区域；级进模设计时，工序可以分散。不必集中在一个工位，不存在复合模中的“最小壁厚”问题。因而模具强度相对较高，寿命较长。级进模易于自动化，即容易实现自动送料，自动出件，自动叠片；级进模可以采用高速压力机生产，因为工件和废料可以直接往下漏；使用级进模可以减少压力机，减少半成品的运输。车间面积和仓库面积可大大减小。但级进模结构复杂，制造精度高，周期长，成本高。因为级进模是将工件的内、外形逐次冲出的，每次冲压都有定位误差，较难稳定保持工件内、外形相对位置的一次性。但精度高的零件，并非全部轮廓的所有内、外形相对位置要求都高，可以在冲内形的同一工位上，把无锡太湖学院学士学位论文2相对位置要求高的这部分轮廓同时冲出，从而保证零件的精度要求。冲压工艺及模具设计在制造行业中占有十分重要的地位，在机械、电子、汽车、航空以及轻工业等领域有广泛的应用。由于冲压加工具有生产率高、生产成本低、操作简单、适合大批量生产等优点，在制造业中有着广阔的发展前景，因而需要大量的工程技术人员去从事和研究冲压工艺和模具设计方面的内容。国外发达国家对冲压加工技术的应用、研究和开发都比较重视，我国也非常重视冲压技术人才的培养。通过对所给零件的冲压模具设计，可以促进我们专业知识的巩固，增长见识，拓宽知识面，巩固和加强机械制图、机械设计、冲压模具设计与制造等专业理论知识在实际生产中的应用，培养我们综合运用所学过的知识分析、解决实际工程问题的能力，为今后的学习和工作积累经验，奠定良好的基础。我们研究冲压模的主要目的是熟悉冲压工艺及模具设计，了解级进模的加工过程，培养我们分析和解决问题的能力，做到熟练进行中等单独的机械结构设计，并对机械原里、机械设计、机械制造技术基础及CAD的专业课程内容进行巩固。并对级进模进行深入的了解。级进模是一种高效率、高精度、长寿命的模具，是在普通模的基础上发展起来的。级进模是冲模发展的方向之一，是技术密集型模具的代表。这种模具不仅可以完成冲孔落料工作，还可根据零件结构的特点完成压筋、弯曲、冲窝、拉深等成形工序，还可以在模具中完成装配。与单冲模，复合模等其他冲压模具相比，级进模具有生产率高，精度高的特点。级进模的冲裁速度很高，在配合高速冲床、开料机、自动送料机的设备的情况下可以达到300次/分，而且可以实现自动叠铆等工序，减少了人工成本。在当前经济形势下，对大多数企业来说，降低成本就是提高自己的竞争力。1.2 国内外的发展概况模具的出现可以追溯到几千年前的淘气烧制和青铜器铸造，但其大规模应用却是随着现代工业的崛起而发展起来的。全球主要模具生产国包括亚洲地区的日本、韩国与大陆，以及美洲地区的美国、欧洲地区的德国。技术先进国家如日本、美国、德国等，对于高精度与复合性模具开发，不论在设计能力或制造技术上，均有领先的地位，同时也拥有训练精良的技术研发人才。在中国，人们已经越来越认识到模具在制造中的重要地位，认识到模具技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。许多模具企业十分重视技术发展，加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。我国模具工业是19世纪末20世纪初随着军火和钟表业引进的压力机发展起来的。从那时到20世纪50年代初，只是用简单的加工手段进行制造。在以后的几十年中，随着国民经济的大规模发展，模具业进步很快。当时我国大量引进苏联的图纸，设备和先进经验，其水平不低于当时工业发达的国家。直到20世纪70年代末，由于错过了世界经济发展的大浪潮，我国模具业没有跟上世界的步伐。到了80年代，改革开放使中国经济迅速发展，模具业重新得到快速发展，逐渐赶上国际先进水平。侧弯支架冷冲压工艺及级进模设计3同时在近半个世纪以来，我国的冷冲压工艺得到了迅速的发展。在一些工厂中，建立了具有现代规模和技术先进的冷冲压生产车间，并建立了专门研究冷冲压技术的科研机构及专业性工厂，培养了大批从事冷冲压生产的科技人员，广泛地开展了冷冲压生产的科技及学术活动，编辑出版了各种冷冲压技术资料，从而使冷冲压生产技术得到了迅速发展。冲压加工的工艺和设备正在不断地发展，例如精密冲裁、冷挤压、多工位自动冲压、高速成形、液压成形、超塑冲压等，把冷冲压生产技术提高到了新的水平。并且，模具加工工艺及模具材料也相应地在不断革新，例如采用钢结硬质合金、硬质合金或低熔点合金浇注模具、采用电加工技术及计算机制造冲模等以适用于不同的生产条件。从而使冲压生产的产品质量、劳动生产率大大提高，成本也大幅度下降。如今，随着计算机技术的飞速发展，一些工业先进国家的模具制造行业已广泛采用数控机床加工模具，以提高模具制造精度和生产效率。在此基础上，又开始应用模具辅助设计与制造(CAD/CAM)技术，进一步提高模具的设计与制造水平。一、冲压模具市场情况日本的模具产能约占全球的40%，居世界第一位，每年向国外出口大量模具。现在模具市场竞争日趋激烈，因此日本模具业也在努力降低生产成本。模具行业是人力成本较高的行业，日本的人力成本是中国及东南亚地区的十几倍，而人力成本中有70%以上是非核心技术人员。我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国发经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。一些低档次的简单冲模，已趋供过于求，市场竟争激烈。据中国模具工业协会发布的统计材料，2008年我国冲压模具总产出约为610亿元，其中出口2.5亿美元,约合17.2亿元.根据我国海关统计资料，2004年我国共进口冲压模具5.61亿美元，约合46.6亿元。从上述数字可以得出2004年我国冲压模具市场总规模约为266.6亿元.其中国内市场需求为260.4亿元，总供应约为213.8亿元，市场满足率为82%。在上述供求总体情况中，有几个具体情况必须说明：一是进口模具大部分是技术含量高的大型精密模具，而出口模具大部分是技术含量较低中的中低档模具，因此技术含量高的中高档模具市场满足率低于冲压模具总体满足率，这些模具的发展已滞后于冲压件生产，而技术含量低的中低档模具市场满足率要高于冲压模具市场总体满足率；二是由于我国的模具价格要比国际市场低格低许多，具有一定的竟争力，因此其在国际市场前景看好，2005年冲压模具出口达到1.46亿美元，比2004年增长94.7%就可说明这一点；三是近年来港资、台资、外资企业在我国发展迅速，这些企业中大量的自产自用的冲压模具无确切的统计资料，因此未能计入上述数字之中。二、中外模具发展近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具内也能生产了。精度达到12m，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到Ra1.5m的精冲模，大尺寸（300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。无锡太湖学院学士学位论文4欧洲分析人士表示：“目前，欧洲模具业已越来越感受到来自中国同行所带来的影响和压力，预计到2018年，中国将一跃成为全球最大的模具制造业基地之一。”据相关研究部门调查得知，欧洲模具设计和生产的时间要分别比中国快44%和61%左右，但中国模具设计和生产的成本却只有欧洲同行的91%，因为中国的劳动力成本低廉，对部分国外客户有着很强的吸引力。同时，欧洲及世界各国之间的模具竞争也相应加剧，像德国近两年半内的模具整体价格就下降了25%左右。据统计,前些年全球58%的模具是由德国等西欧国家生产，中国等亚洲国家的比例只占到1%，但今后东欧国家的模具将会有较大幅度的增长，而亚洲国家的生产比例将提高至22%左右。这位教授高兴地说,鉴于中国廉价劳动力成本的优势和整体经济持续快速发展的良好势头，中国模具发展的前景将十分广阔。 “但这并不意味着中国发展的一切都是那么的理想和完美”亚力山大认为，因为中国的市场过早地陷入了价格战的误区,还缺乏自主创新的能力，没有相应地建立起诚信可靠的市场体系，特别是有65%