嵌件板级进模设计

编 号无锡太湖学院毕 业 设 计 （ 论 文 ）题目： 嵌件板级进模设计 信 机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专 业学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称：教授 ）（职称： ）2013 年 5 月 25 日II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） 嵌件板级进模设计 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： 学 号： 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 嵌件板级进模设计 2、专题 二、课题来源及选题依据本课题来源于工程生产实际。该零件是电度表上的冲压件。该零件的材料为纯铁 DT4，该件的设计特点是压窝 120 度后，平面度要求高，底孔不能变形而且尺寸精度高该件原工艺采用单工序冲裁一压120 度。锥窝 分开加工，结果零件外形胀，尺寸超差大，卸料困难，M2.2孔与外形不对称而且生产效率低基于以上问题，只有采用级进模才能保证零件质量又能提高生产效率。通过该模具的设计，使学生了解模具行业的先进设计制造技术，掌握级进模具的设计制造知识；熟悉机械产品的开发设计流程，能够熟练应用 CAD 集成软件完成设计工作。三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 能够熟练检索相关产品的设计资料，查阅相关产品的外文资料，并翻译不少于 8000 英文字符的外文资料；II 熟悉级进模具的开发设计流程，能够熟练应用 CAD 集成软件完成结构设计和装配工作；进行零件的冲压加工工艺分析，确定加工方案，进行排样图设计；完成级进模的设计工作，并绘制完整的工程装配图纸及其零部件图纸一套；（要求：完成不少于四张 0 号图纸的设计工作量，图纸符合国家标准，各种标注正确无误） 完成不少于 30 页的毕业设计说明书一份。 （要求：格式规范，符合学校标准，设计计算准确，图文并茂）四、接受任务学生：机械 92 班 姓名 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III2012 年 11 月 12 日IV摘 要近年来，随着我国汽车、家电工业的高速发展，对于模具工业，尤其是冷冲模具提出了越来越高、越来越科学的要求。多工位级进模是在普通级进模的基础上发展起来的一种高精度、高效率、长寿命的模具，是技术密集型模具的重要代表，是冲模发展方向之一。一副级进模在一次冲压动作中可在模具不同工位进行不同的冲压操作。这些在通过模具的带料上同时进行的冲压动作制造出零件。每个工位可进行一个或多个操作，但要生产出完整的零件条料必须经过每一个工位。而零件依靠零件之间的载体输送到各个工位，并在最后一个工位进行切除。本设计对嵌件板进行的级进模设计，通过对级进模冲压成型的工作原理，以及根据级进模定位零件的特征对铁片进行加工。同时利用Auto CAD 软件对制件进行设计绘图。明确了设计思路，确定了冲压成型工艺过程并对各个具体部分进行了详细的计算。并绘制了模具的装配图和零件图。关键词：级进模；冲压；AutoCADVAbstractIn recent years, as Chinas automobile, hose-appliance industry, the rapid development of the mold industry, especially Die with higher and higher, more scientific requirements.Multi-position into modules are o-level into mode in the developed on the basis of a kind of high precision, high efficiency, long life mold, is an important representative of technology-intensive mould, is one of stamping development direction.A progressive die performs a series of fundamental sheet metal operations at two or more stations in the die during each press stroke. These simultaneous operations produce a part from a strip of material that moves through the die. Each working station performs one or more die operations, but the strip must move from the first station through each succeeding station to produce a complete part. Carriers, consisting of one or more strips of material left between the parts, provide movement of the parts from one die station to the next. These carrier strips are separated from the parts in the last die station.The design of the Insert plate of the progressive die design, through the progressive die stamping works, and locate parts progressive die based on the characteristics of the Iron tablets for processing. While using Auto CAD software to design parts drawing. Clear design ideas, determine the process of stamping and forming part of the various specific details of the calculation.And the mapping of the mold assembly and part drawings.Key words: progressive die; press; AutoCADVI目 录摘 要 .IIIAbstract .IV目 录 .V1 绪论 .11.1 本课题的研究意义 .11.2 我国级进模的发展现状 .12 冲压工件的工艺分析及排样图设计 .22.1 工艺分析 .22.2 排样图设计 .22.3 压力中心的计算 .43 设计过程中的主要计算 .53.1 步距及条料标称宽度的计算 .53.2 冲 孔 .54-1.93.2.1 冲裁力，卸料力，推件力计算 .53.2.2 冲裁间隙及凹模，凸模刃口尺寸公差计算 .63.3 以两个 的孔导正切边 .61.93.3.1 冲裁力，卸料力，推件力计算 .63.3.2 冲裁间隙及凹模，凸模刃口尺寸公差计算 .73.4 以导正孔导正压锥角 .83.4.1 压印力，卸料力，推件力计算 .83.4.2 凹模，凸模刃口尺寸公差计算 .93.5 冲外型、落料 .93.5.1 冲裁力，卸料力，推件力计算 .93.5.2 冲裁间隙及凹模，凸模刃口尺寸公差计算 .93.6 侧刃 .103.6.1 冲裁力，卸料力，推件力计算 .103.7 导正销尺寸 .113.7.1 导正销工作部分直径 .113.8 空位 .114 模具结构总体设计 .125 模具主要零件设计 .135.1 定位装置 .135.2 卸料装置： .135.2.1 弹性元件 .135.2.2 卸料板 .155.2.3 卸料螺钉 .15VII5.3 固定机构的设计 .155.3.1 板类零件的定位连接 .155.4 凸,凹模的设计 .165.4.1 凹模 .165.4.2 凸模 .185.5 固定零件 .245.5.1 模柄 .245.5.2 固定板与垫板 .245.5.3 模架 .245.6 导向零件 .245.7 压力机的选择 .256 模具材料的选取 .266.1 凸凹模材料的选择 .266.2 其它主要零件材料的选取见下表 .26设计总结 .27致谢 .28参考文献 .29嵌件板级进模设计11 绪论1.1 本课题的研究意义在工业生产中许多机器零件都普遍地采用了模具冲压成形的工艺方法，这就有效的保证了所得产品的质量和劳动生产率，不但使操作技术更简单化，还能省料，节能，从而获得更显著的经济效益。据不完全统计，在汽车、农业机械产品中冲压件占 7580，在电子产品中冲压件占 8085，在轻工业产品中冲压件占 90以上，而在航天航空工业中冲压件也占很大的比例。尤其是人类生活越来越富裕的今天，工厂自动化、办公自动化、家庭自动化已走进我们的生活。想要推动新的产业革命往更深入、更高阶段发展，那冲压成形工艺和模具就是不可缺少的极重要的推动力之一。由此可知，冲压成形工艺和模具在国民经济中所具有的作用和意义是非常重要的。级进模得到了很广泛的应用，在各类的冷冲模具中，级进模所占的比例为 27 1。级进模的概念：级进模又称连续模或跳步模。级进模有两个或两个以上的工位，在冲床的一次行程中，在模具的各个工位上同时完成两个或两个以上不同的加工。条料在模具内向前送进过程中，经各工位逐步冲切，至最终工位形成产品零件。在压力机的每次冲程中，级进模至少冲出一个零件 2。级进模的功能：一般零件的成形由多个工序组成，级进模设计中首先应将零件的成形工序分解，然后对工序内容进行组合排序，分别将确定的加工内容安排在若干个等距离的工位上，每个工位完成零件的一部分加工，从而将一个复杂零件的加工变为多个简单工序组的合成。冲压加工过程中，随着冲床的连续工作，被加工材料（一般为条料或带料）在级进模内逐次向前送进，经过多个工位逐步冲切后获得一个完整的冲压产品。一个复杂的零件用一副级进模即可完成冲制。在冲床的每次行程中，要从模具中冲出一个或数个产品零件（或半成品） ，模具是实现冲压加工的载体。模具完成冲压任务所必需的功能分为基本功能和辅助功能 3。1.2 我国级进模的发展现状由于种种原因，我国模具工业和当前工业发展还很不适应。无论是在设计制造技术和生产能力方面，还是在管理水平方面，模具工业都远远不能满足需求，它严重影响工业产品品种，质量和生产周期，削弱了其在国际市场上的竞争力。今年来，我国模具进口幅度呈大幅下降的趋势，并有超亿元的出口额。大型，复杂，精密，高效和长寿命模具也逐渐上了新的台阶，体现高水平制造技术的多工位级进模也越来越多，冲压自动线，自动冲压技术也得到广泛应用。我国模具行业的技术水平迅速提高，模具国产化已经取得十分可喜的成绩，这将对我国在国际市场的竞争能力和综合国力的提高起到有力的促进作用 5。无锡太湖学院学士学位论文22 冲压工件的工艺分析及排样图设计2.1 工艺分析图 2.1 产品图图 2.1 嵌件板是电度表上的一个冲压件。该零件的材料为纯铁 DT4，由于其表上的特殊性，该零件的设计特点是压窝 120 度后，平面度要求高，底孔不能变形而且尺寸精度高。该件原工艺采用单工序冲裁与压 120 度锥窝分开加工，结果零件外形胀，尺寸超差大，卸料困难，M2.2mm 孔与形不对称而且产效率低。基于以上问题，决定用级进模生产该零件，采用冲孔导正切边导正修孔空位落外形兼校形等工序，这样既保证了零件质量又提高生产效率。2.2 排样图设计多工位级进模设计中，排样图的合理正确与否，直接影响到制件精度及能否顺利进行冲压生产，并且关系到材料的利用率。因此，排样图是多工位级进模设计的依据，也是关键工作之一。在确定排样方案时，要综合分析工件的冲压方向，变形次序与相应的变形程度，并保证冲压的可能性与加工工艺性。设计排样图时需注意的一些问题 6：（1） 尽可能的减少工位数目，避免累积定位误差；（2） 排样图上增设空位是解决模具强度和要求有一定空间设置装置的好方法；（3） 包含的切边，冲孔，切外形，切舌,弯曲，切断弯曲等工序时，切断弯曲工序应放在最后。其余应遵循先冲平面形状后冲立体形状的原则，这样对冲压时的进距有利；（4） 排样时应注意增设工艺孔，例如切外形方孔先冲圆孔定位，切断弯曲前先校形等均有利于成形；（5） 防止小凸模早期损坏或变钝；（6） 设计排样图时应注意模具中心与压力中心相一致；嵌件板级进模设计3（7） 推杆位置应对称布置，注意防止材料变形引起导正销孔的位置变化，这点对薄料尤为重要。基于上述原则，对此工件的排样图作如下分析：零件属于中心型冲压件。根据毛坯的形状和尺寸，毛坯的排样采用双列排，这样可以提高生产效率和材料利用率，模具体积也不会太大，采用标准模架。同时在正常情况下，即使采用手工送料，一副模具每日一班也足够满足生产的需要。材料利用率：=244.09204.16=43%模具的定距方式采用侧刃和导正钉配合定距，因此在调料两边要有一定宽度的载体来满足侧刃的冲切。通过实用模具技术手册 ，中心搭边值取 1.5mm，侧搭边值取 2mm，双侧载体的单侧宽度取 4mm，这样条料宽度为 37.6mm，冲压步距为 6.6mm。经分析得出以下排样图设计的方案：方案一：排样图如图 2.2 所示，共有 5 个工位。图 2.2 排样图第 1 工位：冲 4 个 的孔。1.9第 2 工位：用 2 个 的孔做导正孔导正冲外型。1.9第 3 工位：用两个导正孔导正压 120 度锥角并修孔。第 4 工位：空工位。 第 5 工位：冲外型兼落料。方案二：排样图如图 2.3 所示，一共 6 个工位 无锡太湖学院学士学位论文4图 2.3 排样图第 1 工位：冲 4 个 的孔。1.9第 2 工位：用 2 个 的孔做导正孔导正切边。1.9第 3 工位：用两个导正孔导正压 120 度锥角。第 4 工位：由于压角引起孔径边小，因此用导正孔导正修孔。 第 5 工位：空工位。第 6 工位：冲外型兼落料。分析比较方案一，方案二，可以看出方案一与方案二，方案二将方案一的公位分解了，考虑到模具尺寸的设计大小，在满足设计要求的情况下应选择较小的尺寸设计，所以此模具的排样图采用方案一较佳。2.3 压力中心的计算由于该零件是轴对称零件，所以其重心在对称中心线上。计算压力中心时，仅考虑图 9 示 方向的值。以条料边缘与冲外型边缘的延长线交线为坐标的原点。以下式中分别表示压力中心距离原点的坐标，单工序中图形的轮廓线，工序中轮廓线的长度的,总和。由冲模设计与制造实用计算手册可得各种冲压力的压力中心为：0=p1x1+p2x2+px1+2+a嵌件板级进模设计5mm8.13579.240157893.245.6.6978635.2.1.4.21790 无锡太湖学院学士学位论文63 设计过程中的主要计算3.1 步距及条料标称宽度的计算由冲压工艺与模具设计中的公式可计算步距及条料宽度 7。步距： =+式中 L零件的总长度b延送进方向的搭边值=5.1+1.5=6.6条料宽度： =+2式中 D零件的最大宽度(mm)a侧搭边 (mm)=10.82+24+42=37.63.2 冲 孔41.93.2.1 冲裁力，卸料力，推件力计算由实用模具技术手册表 1-1 查得电工用纯铁 DT4 的 =177Mpa 8=4式中：L冲裁件周边长度(mm)D冲裁件的直径(mm)=3.1441.9=23.9由 实用模具设计手册表 3-14 计算冲裁力为冲 =式中：K系数，一般取 1.3材料抗剪强度 Mpat 材料厚度=1.5(mm) 冲 =1.323.91.5177=8249卸料力： 卸 =卸 冲由实用模具设计手册表 3-15，查得 卸 =0.12则 卸 =卸 冲 =0.128249=990推件力：由实用模具设计手册表 3-16，查得 ，n=1推 =0.05推 =推 冲 =0.0518249=412总冲压力： 总 =冲 +卸 +推=8249+990+412=96513.2.2 冲裁间隙及凹模，凸模刃口尺寸公差计算由冲模设计应用实例附录 D 查得冲裁件未注公差尺寸的极限偏差为 9：嵌件板级进模设计73.05+0.160 ， 3+0.120 由实用模具技术手册表 3-17 查得， =0.10， =0.14由实用模具技术手册表 3-11 查得， =0.020， =0.020+=0.020+0.020=0.040=0.140.10=0.04满足： +故凸，凹模采取分开加工的方法制造冲 的孔：1.9由实用模具技术手册表 3-12 查得， =0.75凸 =（ +） 0=(1.9+0.750.1)00.02=1.97500.02凹 =（ +） +凹0 =（ 1.95+0.75+0.10） +0.0200 =2.075+0.020 3.3 以两个 的孔导正切边1.93.3.1 冲裁力，卸料力，推件力计算由实用模具技术手册表 1-1 查得电工用纯铁 DT4 的 =177=20.3+15.2+15.2=50.7由实用模具设计手册表 3-14 计算冲裁力为 冲 =冲 =1.350.71.5177=17499卸料力： 卸 =卸 冲由实用模具设计手册表 3-15，查得 卸 =0.12则 卸 =卸 冲 =0.1217499=2100推件力：由实用模具设计手册表 3-16，查得 推 =0.05,=1推 =推 冲 =0.05117499=848总冲压力： 总 =冲 +卸 +推=17499+2100+848=20447N3.3.2 冲裁间隙及凹模，凸模刃口尺寸公差计算由于凸凹模形状复杂，因此凸凹模采用配合加工，先加工好凸模作为基准件，根据凸模的实际尺寸配合加工凹模。使它们保持一定间隙。由实用模具技术手册表 3-12 查得，非圆形 =1凸模 1 磨损后，刃口尺寸 AB，DE，GH，JK 变小，其中 AB=HG，DE=JK；刃口尺寸 BC=FG=HI=LA 和 CD=EF=IJ=KL 变大。由此无锡太湖学院学士学位论文8=(+) 0=(3.1+10.08)00.02=3.1800.02=(+) 0=(4+10.08)00.02=4.0800.02=+2=0.99+0.01=+2=0.3+0.01以凸模为基准件配做凹模，对应凹模尺寸为=(+)+0=3.28+0.020 =(+)+0=4.180.020=+2+=1.09+0.01=+2+=0.4+0.01凸模 2 磨损后，刃口尺寸 AB，DE，FE，FG 变小；BC=HA，CD=GH 尺寸=(+) 0=(3.1+10.08)00.02=3.1800.02=(+) 0=(2+10.08)00.02=2.0800.02=(+) 0=(5.1+10.08)00.02=5.1800.02=+2=0.99+0.01=+2=0.3+0.01以凸模为基准配作凹模，对应凹模尺寸为=凸 +=3.28+0.020 =凸 +=2.18+0.020 =凸 +=5.28+0.020 嵌件板级进模设计9=+2+=1.09+0.01=+2+=0.4+0.013.4 以导正孔导正压锥角3.4.1 压印力，卸料力，推件力计算由模具设计与制造实用计算手册表 1-76 查得，纯铁的单位挤压力为 p=1400P/MPa(1MP=1N)。压角边延长可以得到两个圆锥，因此压角部分的面积。=式中 R 压角后孔的半径r 压角前孔的半径L大圆锥的母线长l小圆锥的母线长经计算， R=1.1；r=0.95；L=0.64；l=0.39。 =3.141.10.643.140.950.39=1.342总压力 =1.341400=1848推件力：由实用模具设计手册表 3-16，查得 推 =0.05,=1推 =推 冲 =0.0511848=92.4总冲压力： 总 =4(冲 +卸 +推 )=44158=166323.4.2 凹模，凸模刃口尺寸公差计算由于有导正钉对条料进行精定位，因此会使第一个工序冲孔变形，而且压角会使孔距变小，因此凸模刃口段是对冲孔进行修正并导正，尺寸和冲孔一样，刃口段上方设计 120度的锥角对孔进行压塌。凹模刃口尺寸和冲孔凹模尺寸一样。无锡太湖学院学士学位论文103.5 冲外型、落料3.5.1 冲裁力，卸料力，推件力计算由实用模具技术手册表 1-1 查得电工用纯铁 DT4 的 =177L=5.1 25.6=130.56mm由实用模具设计手册表 3-14 计算冲裁力为冲 =冲 =1.3130.561.5177=45062.8卸料力： 卸 =卸 冲由实用模具设计手册表 3-15，查得 卸 =0.12则 卸 =卸 冲=0.1245062.8=5408推件力：由实用模具设计手册表 3-16，查得 推 =0.05， =1推 =推 冲 =0.05145062.8=2253总冲压力： 总 =冲 +卸 +推 =45062.8+5408+2253=527233.5.2 冲裁间隙及凹模，凸模刃口尺寸公差计算由实用模具技术手册表 3-17 查得， =0.10， =0.14由实用模具技术手册表 3-11 查得， =0.020， =0.020+=0.020+0.020=0.040=0.140.10=0.04满足： +故凸，凹模采取分开加工的方法制造 ：由实用模具技术手册表 3-12 查得，非圆形 。由于是落料件，因此应根据凹模尺=1寸来确定凸模的尺寸。凹模尺寸 mm=()+凹0 =(5.110.08)+0.020 =5.092+0.020mm =()+0=(25.610.08)+0.020 =25.592+0.020凸模尺寸 mm=()0凹凸 =4.99200.02mm =()0凹凸 =25.49200.02嵌件板级进模设计113.6 侧刃3.6.1 冲裁力，卸料力，推件力计算由实用模具技术手册表 1-1 查得电工用纯铁 DT4 的 =177L=2+1.2+0.7+3.2+0.7+1.2+2=11mm由实用模具设计手册表 3-14 计算冲裁力为 冲 =冲 =1.3111.5177=3796.7卸料力： 卸 =卸 冲由实用模具设计手册表 3-15，查得 卸 =0.12则 卸 =卸 冲=0.123796.7=456推件力：由实用模具设计手册表 3-16，查得 推 =0.05， =1推 =推 冲 =0.0514556=228总冲压力： 总 =冲 +卸 +推 =3796.7+456+228=44803.7 导正销尺寸3.7.1 导正销工作部分直径根据实用模具技术手册 ， 导 =导 凸 0.02=1.945导正销的制造偏差为 （按 GB2864.1-84 制造）1.94500.006导正销直壁部分进入条料长度 M=H+(0.5-1)t (mm)其中 H 为卸料板活动量，H=L+t (mm) ，L 为凸模工作长度，L=2.5mm则 H=4 带入公式 M=H+(0.5-1)t (mm)得 M=5.5mm3.8 空位为了保证模具有足够的强度，确保模具的使用寿命和产品质量，在级进模中适当的增加空工位。设置空工位是应考虑以下几条原则 10：1步距较大时不应多设空工位。无锡太湖学院学士学位论文122精度高，形状复杂的零件冲压不应多设置空工位，以减少总工位数。3用导正销精定位时可以适当多设置空位。根据以上原则，该模具在第四工位设置空工位。嵌件板级进模设计134 模具结构总体设计通过上述的工艺分析和一些初步的计算，采用了正装式上模弹性卸料的五工位级进模具。考虑到对角导柱模架可以两方向送料，导柱与导套滑动平稳，所以框架选用GB2851.1-81 对角导程标准模架 11，其模具结构如下图所示。图 4.0 模具结构图板料采用自动送料装置送进，用导料板导向，先用侧刃粗定位，后用导正销进行精确定位，在第 1 工位冲出导正孔后,在第 2 至第 5 工位间设置 2 对导正销导正，从根本上保证了冲压工件的稳定性和精确性 12。模具上部分由上模座，垫板，凸模固定板，卸料板和各个凸模组成。各板料之间采用圆柱头内六角螺钉连接。为了对卸料板精确导向，使用了 4 个 的小导柱，采用 4 个12滑动导向的导柱。导柱固定在凹模上，导套固定在卸料板上，导柱与导套采用小间隙配合。在上模座和卸料板之间采用 6 个 的卸料螺钉连接。8模具下模部分由凹模、垫板和导料板等组成。考虑到节约材料和便于维修，凹模采用整体加部分镶件结构。在压窝处，由于成型力大，凸模采用高韧性合金工具钢。无锡太湖学院学士学位论文145 模具主要零件设计模具的结构图如后所附的模具装配图所示，主要由上下模座，各工位的凸凹模，卸料装置，固定装置，定位装置，斜锲机构等等 13。5.1 定位装置条料在初始时采用了导料板导向，保证送进方向。导料板与卸料板分开制造，导料板用内六角螺钉固定在整体凹模上面。为了使条料顺利通过，导料板相互之间的距离应该等于条料的最大宽度加上双边间隙值。一般导料板的间距和厚度为：W=B+（0.05-0.2）0=+(0.52)+(15)式中 W导料板间距B条料宽度h工件最大成型高度t 条料厚度经计算，取导料板间距为 37.8，根据经验公式导料板厚度取 4.5mm，长度和宽度按凹模尺寸配合制造。导料板的外形尺寸按 GB2865.5-81 选取。由于该模具用侧刃定距，第一个工位需要在调料边缘冲切一个与步距相同尺寸的定位槽，因此在导料板上需留出侧刃的位置。考虑到凹式侧刃的定位精度比较高，因此模具选用凹式侧刃。侧刃的尺寸参照冷冲模国家标准。条料在第一工位冲出导正销孔后，在其后的工位中用导正销精确定位。导正销导正销共设 4 个，分别在第 2，3 工位，考虑到步距比较小，凸模固定板上孔的间距较小，因此直接把导正销装在卸料板上，与卸料板的配合公差为 ，与凹模的配合公差为 ，其长度76 76总长为 15mm。制造卸料板时，与导正销的位置偏差不应大于 0