精品毕业论文电池弹片多工位级进模设计

电池接触片级进模设计摘 要近年来，我国小型小型电子行业的高速发展，对模具工业，尤其是冷冲模具提出了越来越高的要求。在小型小型电子的生产过程中，对级进模的使用越来越频繁，级进模的发展使小型小型电子行业的生产效率有明显提高，也使生产更加自动化。本文是对尺寸小，精度要求较高的，生产批量大的电池弹片进行设计。在对电池弹片结构工艺性和材料加工工艺性正确分析的基础上，采用叙述与计算相结合的方式，分别对级进模的冲孔、冲突、弯曲等工位进行了合理的设计，分别对材料的选用、工作零件、定位零件、卸料零件、导向零件等进行设计。在设计过程中，由于凸、凹模的尺寸很小，其对中性成为设计难点，本文提出了凸、凹模采用带滚动导向的弹压导板导向，解决了这一难点。在级进模设计中这种设计思路有着良好的借鉴性。本课题通过对电池弹片的级进模设计，巩固和深化了所学知识，取得了比较满意的效果。关键词：小型小型电子、级进模、电池弹片The progressive die design of battery contact pieces AbstractIn recent years ,the rapid development of Chinas Small electronic industry. On die and mould industry, especially cold blunt mould put forward more and more high demand. In the production process of Small electronic, the use of progressive die more and more frequent, the development of progressive die make Small electronic industry production efficiency is improved obviously, also make the production more automation. This paper is to a small size, higher accuracy, the production batch big contact pieces to carry on the design. To contact pieces in structure and material processing technology based on the analysis of the property right, the narrative and the way of the combination of the calculated respectively, the progressive die of punching, conflict, and bending process such as the reasonable design, material selection, respectively on work parts, positioning parts, unloaded parts, guide parts design .In the design process, because convex, concave die size is small, it to be neutral design difficulties, this paper puts forward the convex, concave die with rolling gib leaned to guide the direction, solve the difficult point. In the progressive die design of this kind of design idea is a good reference. This topic through the contact pieces of progressive die design, strengthening and deepening the knowledge learnt, has obtained the satisfactory effect. Keywords: Small electronic, progressive die, contact pieces, 目 录1 引言11.1 毕业设计的研究背景11.2 我国电子产品制造业的现状及发展方向11.3 课题研究的模具的主要特点31.4 课题研究的主要内容及意义41.4.1 课题研究的主要内容41.4.2 课题研究的意义42 冲压件的工艺分析52.1 产品工艺性分析52.2 冲裁工艺方案的确定62.3 零件工艺计算62.3.1 排样计算62.3.2 弯曲部分的毛坯尺寸计算72.3.3 冲压力的计算72.3.4 压力中心的计算82.4 冲压设备的选用93 模具结构的设计103.1 模具零部件结构的设计103.1.1 模架及导向零件的设计103.1.2 卸料装置的设计113.1.3 其他零部件结构的设计123.2 冲模刃口尺寸及公差的计算133.2.1 冲孔部分133.2.2 冲分离槽部分133.2.3 冲成形槽部分133.2.4 弯曲部分133.2.5 冲废料部分143.3 确定各主要零件结构设计153.3.1 凸模结构的设计153.3.3 凹模的结构设计164 压力机相关参数的校核195 总结105.1电池弹片三维建模总结205.2电池弹片级进模设计总结20致谢21参考文献221 引言1.1 毕业设计的研究背景只要有用到电池的小型电子产品中都会有电池弹片，电池弹片是小型电子产品与电池之间的必要导电元件。近年来，我国小型电子产业发展迅速，小型电子产品的产量巨大，随着人们的生活水平提高，以及现代电子产品的跟新速度快，电池弹片的形状越来越多，电池弹片产品的需求量也越来越大。然而，电池弹片的质量直接影响小型电子产品的使用寿命，这样对模具的要求就越来越高了。当前，在小型电子产品中小号电池使用得比较普遍，所需要的电池弹片尺寸小、质量小，不易加工，给模具的设计带来很大的麻烦。在设计模具的过程中要考虑到弹片的精度要求，以及弹片的生产效率等问题，其中有许多问题带我们去改进，去创新。电池弹片有很好前景，所以，电池弹片的模具开发工作是值得我们去研究的。1.2 我国电子产品制造业的现状及发展方向 电子产品在现代的使用中已经具有很高的普遍性，认清中国电子行业的发展状况，看准未来行业的发展方向，对于我们在此行业中如何学习，如何发展，具有重要意义。它将给我们以后的就业，创业创造更多的机会和优势。 改革开放以来，我国电子产业实现了持续快速发展，特别是进入21世纪以来，产业规模、产业结构、技术水平得到大幅提升。为我国经济增长起了很大推动作用。从2001年到2007年，年销售收入年均增长28，2008年实现销售收入约6.3万亿元，工业增加值约1.5万亿元，占GDP比重约5，对当年GDP增长的贡献超过0.8个百分点，出口额达5218亿美元，占全国外贸出口总额的36.5。现在，我国已成为全球最大的电子信息产品制造基地，在通信、高性能计算机、数字电视等领域也取得一系列重大技术突破。 在这些华丽的经济数据中我们看到更多的是电子行业对经济的贡献，但事实是改革开放的这30年，中国电子行业的发展并不乐观，这是个缓慢发展的过程，我们与美国，日本，欧洲等发达国家还有很大的差距。这种状况下，电子行业在中国不仅具有挑战性，即行业起点低，技术相对落后等问题，而且也给了我们很多机遇和发展空间。 我国是一个电子大国，但非强国，如电子行业结构性矛盾突出、技术依赖较强等老问题依然是我们在走向小型电子强国中需要去解决的问题，特别是我国电子基础行业的生产能力与技术能力的落后，直接使我国只能是国际信息产业中的跟随者。而且随着小型电子产业国际化进程的加快，也使我们面临着产业的新问题，如内外资企业差距继续增加，使我国本土企业受到竞争压力越来越大；国内企业缺乏面对国际贸易摩擦的经验，小型电子产品出口不断受阻；随着国外持续将消耗大、低端产品的生产转移到我国，使原材料、能源等生产要素供给紧张状况进一步突出。 中国相对于一些电子行业强的国家，发展的步伐晚，在这方面缺少根基。中国在电子行业要发展，就应该认真学习国外先进的技术，加强企业间的合作，而不是打价格战来争夺市场。同时要有创新精神，在电子行业方面进行认真研究，拥有自己强项和品牌。对此，国家应该出台相关的政策来大力支持电子行业的发展，投入资金开展项目的开发研究。 认清中国电子行业的发展状况，不仅让我们对经济市场中“物竞天择，适者生存”有了更多的了解，也让我们电子专业的学生看清了电子行业的发展状况和方向，让我们对未来从事此行业有了更多的优势。1.3 课题研究的模具的主要特点由于本课题设计的模具为级进模，故在这里进行简单的介绍。级进模，也叫连续模。由多个工位组成，各工位按顺序关联完成不同的加工，在冲床的一次行程中完成一系列的不同的冲压加工。一次行程完成以后，由冲床送料机按照一个固定的步距将材料向前移动，这样在一副模具上就可以完成多个工序，一般有冲孔，落料，折弯，切边，拉伸等等。级进模的主要特点有：（1）级进模是多任务序冲模，在一副模具内，可以包括冲裁、弯曲成型和拉伸等 多种多道工序，具有很高的生产率；（2）级进模操作安全；（3）易于自动化；（4）可以采用高速冲床生产；（5）可以减少冲床场地面积，减少半成品的运输和仓库占用；（6）尺寸要求较高的零件,不宜使用级进模生产。1.4 课题研究的主要内容及意义1.4.1 课题研究的主要内容（1）对电池弹片进行工艺分析，拟定工艺方案；（2）冲压工艺计算及设计；（3）模具结构设计，零部件尺寸计算及设计；（4）用Pro/E造型出模具的三维图（5）用AutoCAD画出模具装配图及各重要零件图。 1.4.2 课题研究的意义（1）该课题的成果使该类电池弹片的制造水平有了一定提高；（2）可以将该课题的设计理念运用于同类冲压模具生产制造中；（3）该课题解决了以往生产效率低、不能自动化等缺陷； 2 冲压件的工艺分析2.1 产品工艺性分析 工件是一个简单的电池弹片，如图2-1所示，是通过成形、冲裁、弯曲等形成，材料为10钢，材料厚度为0.5mm，生产批量为大批量。 图2-1 电池弹片工件图工艺性分析内容如下：（1）材料分析对于冷冲压所用的材料，不仅要满足设计的技术要求标准，还应当满足冲压的工艺要求。主要应该具备一下几点：应当有良好的可塑性。应该具备抗压失稳起皱的能力。应该具备光洁、平整、无缺陷损伤的表面状态。材料的厚度公差和外形尺寸公差应该符合国家标准。10钢板的材料为优质碳素钢，延伸率31%，断面收缩率55%，具有塑性好、切削性好、易焊接等特征。（2）结构分析工件尺寸小、形状规则对称、无复杂曲面，对冲压加工较为有利。但工件尺寸小，在布置工位及凸凹模的加工时难度较大，其结构如图2-2所示。图2-2 电池弹片结构图（3）精度分析一般冲裁件所能达到的经济精度为IT14，弯曲件的精度也不超过IT12，冲突的精度一般为IT13。由于弯曲件的精度受到的影响因素比较多，所以此工件的最小精度应取IT13。2.2 冲裁工艺方案的确定零件为一成形、弯曲、切断件，可提出的加工方案如下：方案一：先落料和冲突，后压弯，采用两个单工序模生产；方案二：落料冲突弯曲复合冲压，采用复合模生产；方案三：冲突冲裁弯曲切断连续冲压，采用级进模生产。对各种方案的分析如下：方案一模具结构简单，但需两道工序、两副模具，生产效率低，零件精度较差，在生产批量较大的情况下不适用。方案二采用复合模加工，复合模的特点是生产率高，零件的中心成形的精度高，冲模的轮廓尺寸较小。但复合模结构复杂，制造精度要求高，成本高。复合模主要用于生产批量大、精度要求高的冲裁件。 方案三采用级进模加工，级进模比单工序模、复合膜生产率都高，减少了模具和设备的数量，工件精度较高，便于操作和实现生产自动化。对于特别复杂或孔边距较小的冲压件，用简单模或复合模冲制有困难时，可用级进模逐步冲出。但级进模轮廓尺寸较大，制造较复杂，成本较高，一般适用于大批量生产小型冲压件。 比较方案二与方案三，对于所给零件，由于零件的尺寸较小，且须大批量生产，采用复合膜单件生产，不符合经济性，所以从零件的各方面考虑采用级进模加工为最佳方案。2.3 零件工艺计算2.3.1 排样计算（1）排样方案的确定分析零件形状，零件为对称弯曲件，故可采用中间载体排样，由于零件外形规则、尺寸小，可采用多行排样来提高材料利用率和生产效率，这里我们采用四行排列，以便合理的选择模架。（2） 搭边值的确定 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。 由表确定搭边值，根据零件的形状及尺寸取搭边值b=9mm，宽度c=7mm，侧边取搭边值a=2mm。则进距：h=b+c=7+9=16mm条料宽度： 导尺间距离：式中：B条料的宽度，单位mmL冲裁件垂直于送料方向的最大尺寸，单位mma侧搭边值C导料板与最宽条料之间的间隙条料宽度的单向（负向）公差查表得：=0.1；C=0.5排样图如下：图2-2 工件排样图 （3）材料利用率计算 由单个零件的面积 则材料利用率： 式中： 材料利用率，% 单个冲裁件的实际面积， n条料上所能冲制出的工件数 L条料的长度，mm B条料的宽度，mm2.3.2 弯曲部分的毛坯尺寸计算 该工件圆角半径rt/2，这类弯曲件根据弯曲前后中性层长度不变的原则进行计算。根据，查表得应变中性层位移系数=0.6. 则中性层弯曲半径： 展开长度： 毛坯总长度： 式中： 中性层弯曲半径，mm 弯曲角 展开长度，mm2.3.3 冲压力计算( 1 ) 总冲裁力的计算冲裁力的基本计算公式为： （2-1）式中：L冲裁周边长度，单位mmt材料厚度，单位mm材料抗剪强度，单位MpaK系数，一般取K=1.3零件的材料厚度2mm，Q235钢的抗剪强度取300Mpa。 冲导正孔工位的冲裁力 引用基本公式(2-1) 冲分离槽工位的冲裁力 引用基本公式(2-1) 冲成形槽工位的冲裁力 引用基本公式(2-1) 切断工位的冲裁力 引用基本公式(2-1)推件力的基本公式为： （2-2） （2-3）式中：n同时卡在凹模中的零件数 F冲裁力，N K卸料力、推件力系数查表，根据凹模刃口形式，可知刃口高度h=4mm，则n=h/t=8个。故： 查表。故： 则所有冲裁工位所需的最大冲压力为： （2） 冲凸包力的计算 基本公式为： （2-4） 式中 A局部成形的面积， t材料的厚度，mm K系数，对于钢取3040故：（3） 弯曲力的计算基本公式为： （2-5） 式中 b弯曲件的宽度，mm t弯曲件厚度，mm r弯曲件的弯曲半径，mm k安全系数，一般取1.3 材料的强度极限，MPa故：根据以上的计算，可以得出模具所需的总冲压力为：2.3.4 压力中心计算计算压力中心的目的有：（1）使冲裁压力中心与冲床滑块中心重合，避免产生偏弯矩，减少模具导向机构的不均匀磨损。（2）保持冲裁工作间隙的稳定性，防止刃口局部迅速变钝，提高冲裁件的质量和模具的使用寿命。（3）合理布置凹模型孔位置。采用解析法计算压力中心，根据图形分析，因为工件图形对称，故在Y轴方向上压力中心在条带的中心线上，只需算出X轴方向上的坐标即可。表 2-2 压力中心计算基本要素长度L/mmL1=9.42L2=30L3=31.4L4=12.4基本要素压力中心X轴坐标（mm）23111183320根据表2-2的数值可得：所以压力中心的坐标为：X=156.8mm；Y=30mm2.4 冲压设备的选用选用冲压设备的公称压力应大于计算出的总压力；最大闭合高度应大于冲模闭合高度+5mm；工作台台面尺寸应能满足模具的正确安装。根据冲压力的大小为的1.11.3倍，结合实际可选取开式压力机J2363。其主要技术参数如下：公称压力：630kN 滑块行程：100mm 最大闭合高度：400mm 连杆调节量：80mm 工作台尺寸（前后mm左右mm）： 垫板尺寸（厚度mm孔径mm）：模柄尺寸（直径mm深度mm）：3 模具结构的设计3.1 模具零部件结构的设计3.1.1 模架及导向零件的设计该模具采用四角导柱模架，模架的选用依据为凹模板的外形尺寸，所以应首先 计算凹模周界的大小。根据所需模具大小来确定模架凹模厚度的确定：式中：取总压力则系数： 凹模板长度： 工件长度为： 凹模固定板宽度的确定： 取步距为16mm，工件宽为60mm。 则系数为：凹模宽度为： 所以，凹模板的厚度为H=27mm（取25mm），凹模固定板的总长为L=364.8mm（取366mm），凹模的宽度为 B=157mm,（取135mm）。 模具采用四导柱模架，根据以上计算结果，可查得模架规格为：上模座下模座导柱 ： 导套 上： 中： 下：上、下模座材料选用45钢，为矩形模座，满足外形尺寸应比凹模相应尺寸大4070mm，厚度为凹模厚度的11.5倍等要求，以匹配模具。采用滚动导柱，导套来保证上、下模的精确导向，加工方便，容易装配，精度高。材料采用20钢，为了增加表面硬度和耐磨性,应进行表面渗碳处理,渗碳后的淬火硬度为HRC5862。3.1.2 卸料装置的设计（1）卸料板的确定考虑到厚度为0.5的材料所需的卸料力不大，故采用弹性卸料装置比较好。并且采用弹压导板卸料，使卸料力更均匀。这里由于卸料板过长，在材料选用和加工上比较困难，故分成两块加工，材料选用45钢，长和宽尺寸取与凸模固定板相同的尺寸，卸料板的厚度取决于卸料力的大小及卸料尺寸，一般取512mm，这里确定左卸料板外形尺寸为，右卸料板外形尺寸为，如图3-1。图3-1 卸料板零件简图 3.1.3 其他零部件结构的设计（1）凸模固定板的设计材料选用45钢，凸模固定板的外形尺寸取和凹模外形一样的尺寸，但还应考虑紧固螺钉及销钉的位置，其厚度取凹模厚度的0.60.8，取0.8。凸模固定板的外形尺寸为：，固定板上的凸模安装孔与凸模采用过渡配合H7/m6。内表面粗糙度取Ra1.6，外表面取Ra3.2。如图3-2。图3-2 凸模固定板零件简图（2）垫板的确定材料T8A，长和宽的尺寸选用典型模架组合尺寸，垫板的外形尺寸为：（3）模柄的选择模柄的作用是将模具的上模座固定在冲床的滑块上。在设计模柄时，模柄的长度不得大于冲床滑块内模柄孔的深度，模柄直径应与压力机滑块上的模柄孔径一致。选用带螺纹的旋入式模柄，材料Q235，这种模柄可较好地保证模柄轴线与上模座的垂直度。它与上模座孔采用H7/m6，属于过渡配合。根据压力机J23-25的相关参考可知，模柄的外形尺寸为：。（4）导正零件的设计为了保证级进模冲裁件各部分的相对位置精度，在级进模中可采用导正销来定距。工作时，始用挡料销限定条料的初始位置，进行冲孔。始用挡料销在弹簧作用下复位后，条料在自动送料装置的作用下再送进一个部距，落料时以装在落料凸模端面上的导正销进行精定位，保证零件上的孔与外圆的相对位置精度。导正销在级进模中是很常用的一种定距方式，导正销的结构形式与在模具上的安装都有一定的要求。导正销的工作直径可由式计算: （3-1）式中：导正钉工作直径（mm）； 冲导正钉孔的凸模直径（mm）； 料厚（mm）；由（3-1）式可解得： 导正销与落料凸模采用H7/r6配合。（5）螺钉、销钉选择螺钉的选择 上模座固定螺钉选用4M12 下模座固定螺钉选用4M12 卸料螺钉选用4M10销钉的选择 下模座连接销钉选用23.2 冲模刃口尺寸及公差的计算3.2.1 冲孔部分冲孔时应以凸模为基准来配做凹模，凸模的刃口尺寸的确定，同样要考虑不同的磨损情况，这里只考虑以下二种情形计算。磨损后凸模尺寸变小（A类），设工件尺寸为，则 (3-2)磨损后凸模尺寸变大（B类），设工件尺寸为，则 (3-3)对冲导正孔用凸、凹模配合加工方法，由于凸模磨损后尺寸变小，依据公式（3-2）查表得，则：式中：冲孔凸模基本尺寸，mm 凸模制造偏差，mm，根据经验一般取 制件公差，mm 磨损系数，其值与冲裁件的制造精度有关。当冲裁件精度在IT14时，。按上述方法设计制造出凸模，凹模按其尺寸配作，保证最小间隙Zmin。3.2.2 冲分离槽部分冲分离槽也是以凸模为基准来配作凹模，凸模磨损后尺寸变小，属于A类情况，依据公式（3-2）查表得，则冲分离槽凸模刃口尺寸为：该零件凹模刃口尺寸按上述凸模的相应部分尺寸配作，保证双面间隙值满足：。3.2.3 冲成形槽部分 冲成形槽凸模形状复杂，应采用凸、凹模配合加工方法，以凸模为基准配作凹模，A1、A2、R1均随凸模磨损尺寸变小，属于A类情况，R2尺寸随凸模磨损变大，属于B类情况。依据公式（3-2）查表，则冲分离槽凸模刃口尺寸为：按上述方法设计制造出凸模，凹模按其尺寸配作，保证最小间隙Zmin。3.2.4 弯曲部分（1） 弯曲模凸凹模的单边间隙一般可按下式计算： （3-4） 式中 Z弯曲凸凹模的单边间隙，mm t材料的厚度，mm 材料厚度正偏差，mm c间隙系数 查表c=0.05，则弯曲单边间隙为：（2）由于弯曲件的半径已给r=0.3，则r凸=r，凹模圆角半径通常根据材料的厚度选取，当t2mm时，rd=（36）t，取rd=4t=2mm。由于弯曲件使用内形尺寸标注，且工件为单向偏差，凸模尺寸为： （3-5）凹模尺寸为： （3-6） 根据公式（3-5），弯曲部分的凸、凹模尺寸为：3.2.5 冲废料部分冲废料也采用凸、凹模配合加工方法，由于凸模磨损后尺寸变小，属于A类情况，依据公式（3-2）查表，则冲废料凸模刃口尺寸为： 按上述方法设计制造出凸模，凹模按其尺寸配作，保证最小间隙Zmin。3.3 确定各主要零件结构设计3.3.1 凸模的结构设计凸模采用台阶式固定方式，因为冲缺凸模形状复杂，故采用快换装置，用一压板将其压紧在垫板上，当凸模磨损或折断等不能再继续加工时，只需拆下紧固螺钉，取出凸模，将备用的凸模安装上即可。凸模选用Cr12MoV，热处理6163HRC。其结构如图3-3。 图 3-3 凸模的结构3.3.2 凹模的结构设计 在高速生产中凹模容易损坏，为便于更换损坏的凹模，采用镶拼结构。镶拼结构与整体结构相比，具有工艺性好、可以变内形加工为外形加工、能偶降低对设备加工能力的要求、便于更换损坏的工作零件等优