机械毕业设计（论文）-撑托板冲压工艺及模具设计-级进模【全套图纸】 .doc

目 录 摘摘 要要.i 1 绪论绪论.1 2 冲压件工艺分析冲压件工艺分析.2 2.1 材料分析2 2.2 零件结构2 2.3 尺寸精度2 3 冲裁方案的确定冲裁方案的确定.3 3.1 冲裁工艺方案的确定3 3.2 冲裁工艺方法的选择3 4 模具总体结构的确定模具总体结构的确定.5 4.1 模具类型的选择5 4.2 送料方式的选择5 4.3 定位方式的选择5 4.4 卸料、出件方式的选择5 4.5 导向方式的选择5 5 工艺计算工艺计算.7 5.1 排样方法与原则7 5.2 确定搭边值7 5.3 送料步距与条料宽度的计算7 5.4 材料利用率的计算8 5.5 落料力、冲孔力、卸料力、推件力的计算8 5.6 压力机的选择.10 5.7 尺寸计算原则11 5.8 凸、凹模刃口尺寸计算12 6 主要零部件设计主要零部件设计.14 6.1 凹模设计14 6.2 凸模的设计15 6.3 卸料板的设计16 6.4 固定板的设计16 6.5 上下模座、模柄的选用16 7 冲压设备的校核与选定冲压设备的校核与选定.18 7.1 冲压设备的校核18 7.2 冲压设备的选用18 参考文献参考文献.19 摘摘 要要 本文结合现有的模具发展技术以及冷冲压技术，针对要设计的盖板零件级进模设 计。确定冲压方案后进行带料排样方案的选择与设计，冲裁及弯曲工艺计算。在此基 础上制定了零件的加工工艺，正确卸料方式及级进模的总装结构设计，各部分零件设 计以及压力机的选择。设计中还要考虑到它的实际工作环境和必须完成的设计任务， 采用级进模，凹模型孔采用数控线切割机床加工，在设计中我要考虑到很多关于我所 设计模具的知识，包括它的使用场合、外观要求等，从这里可以知道模具设计是一项 很复杂的工作，所以在设计要不断的改进直到符合要求。 关键词关键词：级进模 盖板 排样 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 1 1 绪论绪论 近年来，冲压成形工艺有很多新的进展，特别是精密冲裁、精密成形、精密剪切、 复合材料成形、超塑性成形、软模成形以及电磁成形等新工艺日新月异，冲压件的精 度日趋精确，生产率也有极大提高，正在把冲压加工提高到高品质的、新的发展水平。 前几年的精密冲压主要市是指对平板零件进行精密冲裁，而现在，除了精密冲裁外还 可兼有精密弯曲、压延、压印等，可以进行复杂零件的立体精密成形。过去的精密冲 裁只能对厚度为 58mm 以下的中板或薄板进行加工，而现在可以对厚度达 25mm 的 厚板实现精密冲裁，并可对 b 900mpa 的高强度合金材料进行精冲。 由于引入了 cae，冲压成形已从原来的对应力应变进行有限元等分析而逐步发展 到采用计算机进行工艺过程的模拟与分析，以实现冲压过程的优化设计。在冲压毛坯 设计方面也开展了计算机辅助设计，可以对排样或压延毛坯进行优化设计。 此外，对冲压成形性能和成形极限的研究，冲压件成形难度的判定以及成形预报 等技术的发展，均标志着冲压成形以从原来的经验、实验分析阶段开始走上由冲压理 论指导的科学阶段，使冲压成形走向计算机辅助工程化和智能化的发展道路。 为了满足制件更新换代快和生产批量小的发展趋势，发展了一些新的成形工艺 (如高能成形和旋压等)、简易模具（如软模和低熔点合金模等）、通用组合模具和数 控冲压设备等。这样，就使冲压生产既适合大量生产，也同样适用于小批生产。不断 改进板料性能，以提高其成形能力和使用效果，例如研制高强度钢板，用来生产汽车 覆盖件，以减轻零件重量和提高其结构强度。 2 2 2 冲压件工艺分析冲压件工艺分析 图 2-1 零件简图 生产批量：大批量； 材料：q235； 材料厚度：2.0mm； 2.1 材料分析材料分析 表表 2-1 硅钢抗剪性能硅钢抗剪性能 材料名 称 牌号 材料状 态 抗剪强 度 （mpa） 抗拉强 度 （mpa） q235已退火380470 由上表 2-1 可知：q235 具有较好的冲裁成形性性能，适合要求较高的零件。综合 评比均适合冲裁加工。 2.2 零件结构零件结构 零件结构形状相对简单，无尖角，对冲裁加工较为有利。零件中有 2 个孔和一个 缺口，孔最小尺寸为 4.5mm，孔离工件边缘的距离最小为 1.5mm。根据该零件形状来 分析，该零件的结构满足冲裁要求。 2.3 尺寸精度尺寸精度 零件图的技术要求中，未注公差等级按 it14。又因该冲件结构简单、基本对称、 3 尺寸不大。从零件的形状、尺寸标注及生产批量等分析均符合冲裁的工艺要求。 4 3 3 冲裁方案的确定冲裁方案的确定 3.1 冲裁工艺方案的确定冲裁工艺方案的确定 在冲裁工艺分析和技术经济分析的基础上，根据冲裁件的特点确定工艺方案。工 艺方案分为冲裁工序的组合和冲裁顺序的安排。 3.2 冲裁工艺方法的选择冲裁工艺方法的选择 冲裁工序分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁三种。 单工序冲裁是在压力机一次行程内只完成一个冲压工序的冲裁模。 复合冲裁是在压力机一次行程内，在模具的同一位置同时完成两个或两个以上的 冲压工序。 级进冲裁是把冲裁件的若干个冲压工序，排列成一定的顺序，在压力机的一次行 程中条料在冲模的不同位置上，分别完成工件所要求的工序。 其三种工序的性能见表 3-1： 表表 3-1 单工序冲裁、级进冲裁和复合冲裁性能单工序冲裁、级进冲裁和复合冲裁性能 比较项目单工序模复合模级进模 生产批量小批量中批量和大批量中批量和大批量 冲压精度较低较高较高 冲压生产率 低，压力机一次行 程内只能完成一个 工序 较高，压力机一 次行程内可完成 二个以上工序 高，压力机在一次 行程内能完成多个 工序 实现操作机械 化自动化的可 能性 较易，尤其适合于 多工位压力机上实 现自动化 制件和废料排除 较复杂，只能在 单机上实现部分 机械操作 容易，尤其适应于 单机上实现自动化 生产通用性 通用性好，适合于 中小批量生产及大 型零件的大量生产 通用性较差，仅 适合于大批量生 产 通用性较差，仅适 合于中小型零件的 大批量生产 冲模制造的复 杂性和价格 结构简单，制造周 期短，价格低 冲裁较复杂零件 时，比级进模低 冲裁较简单零件时 低于复合模 生产要求中批量生产。为提高生产率，根据上述方案分析、比较，宜采用级进模 5 冲裁。 6 4 4 模具总体结构的确定模具总体结构的确定 4.1 模具类型的选择模具类型的选择 由以上冲压工艺分析可知，采用级进模生产。 4.2 送料方式的选择送料方式的选择 由于零件的生产批量是大批量及模具类型的确定，合理安排生产可采用前后自动 送料方式。 4.3 定位方式的定位方式的选择选择 因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料板，无侧压装置。控制 条料的送进布局采用挡料销定距。而第一件的冲压位置因为条料长度有一定余量，可 以靠初始挡料销来定。 4.4 卸料、出件方式的选择卸料、出件方式的选择 刚性卸料是采用固定卸料板结构，常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁 后卸料。 弹性卸料具有卸料与压料的双重作用，主要用在冲料厚在 2mm 及以下厚度的板 料，由于有压料作用，冲裁件比较平整。弹压卸料板与弹性元件、卸料螺钉组成弹压 装置。 因为工件料厚为 2.0mm，卸料力一般，可采用弹性卸料装置。 4.5 导向方式的选择导向方式的选择 方案一：采用对角导柱模架。由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上，所 以上模座在导柱上滑动平稳。常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。 方案二：采用后侧导柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便。 因为导柱安装在后侧，操作者可以看见条料在模具中的送进动作。但是不能使用浮动 模柄。 方案三：采用四导柱模架。具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。常用 于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件及大量生产用的自动冲压模架。 方案四：采用中间导柱模架。导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。只 能一个方向送料。 7 （a） （b） （c） （d） 图图 4-1 导柱模架导柱模架 （a）中间导柱模架 （b）后侧导柱模架 （c）对角导柱模架 （d）四导柱模架 根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为提高模具寿命和工件质量， 采用后侧导柱模架，操作者可以看见条料在模具中的送进动作。由于前面和左、右不 受限制，能满足工件成型的要求。即方案二最佳。 8 5 工艺计算 5.1 排样方法与原则 由于产量大，材料利用率是一项很重要的经济指标，要提高材料利用率就必须 减小废料面积，条料在冲裁过程中翻动要少，使工人操作方便、安全，减轻劳动强 度，排样应保证冲裁件的质量，无论是采用有废料或少、无废料的排样，根据冲裁 件在条料上的不同布置方法，排样方法有直排、斜排、对排、多排等多种形式的排 列方式，可以根据不同的冲裁件形状加以选出用。现工件外形为圆形，采用有废料 的直排法，比较方便、合理。 5.2 确定搭边值 搭边起补偿条料的剪裁误差，送料步距误差以及补偿于条料与导料板之间有间隙 所造成的送料歪斜误差的作用。使凸，凹模刃口双边受力，受力平衡，合理间隙一易 破坏，模具寿命与工件断面质量都能提高。对于利用搭边自动送料模具，搭边使条料 有一定的刚度，以保证条料的连续送进。搭边的合理数值主要决定于材料厚度、材料 种类、冲裁件的大小以及冲裁件的轮廓形状等。一般板料愈厚，材料愈软以及冲裁件 尺寸愈大，形状愈复杂，则搭边值也应愈大。由查表得工件间搭边值 a =2.0mm、侧 1 面 a=2.2mm。 5.3 送料步距与条料宽度的计算 采用直排的排样方案，如图 3-1 所示： 用 cad 测量工具测量冲压件的毛坯面积： a=1406.1mm2 送料步距 a：送料步距的大小应为条料上冲裁件的对应点之间的距离，每 9 次冲一个零件的步距按式：ada1，a37mm 条料宽度 b：b（65+22.2）mm=69.4mm 图 5-1 排样图 5.4 材料利用率的计算 材料利用率 1406.1 100%100%54.76% 69.437 ns ab 5.5 落料力、冲孔力、卸料力、推件力的计算 计算冲裁力的目的是为了选用合理的压力机，设计模具以及检验模具的强度。压 10 力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁工艺的需求。一般可按下公式计算： ltfp 式中 fp-冲裁力（n）； l-冲裁周边长度（mm）； t-冲裁料厚(mm)； b- 抗剪强度（mpa）； （1）落料力计算 按上式： ltf 落 式中： f落落料力（n）； l工件外轮廓周长（mm）； t材料厚度（mm），t=2.0mm； 材料抗剪强度（mpa）。材料为硅钢，由查表，。380mpa 根据零件图可算落料轮廓长度 l=204.5mm 则 204.52.0380156fmmmmmpakn 落 （2）冲孔力 ltf 冲孔 式中 冲孔力（n）； 冲孔 f l工件外轮廓周长（mm）； t材料厚度（mm），t=2.0mm； 材料抗剪强度（mpa）。由查表，。380mpa 根据零件图可算冲孔轮廓长度 l=66.9(mm) 则 66.92.038051fmmmmmpakn 冲孔 2.卸料力的计算 11 =kx 卸 ff冲 式中 -卸料力（n）； 卸 f -冲裁力（n） f冲 kx -卸料系数，查冲压模具简明设计手册表 3-11，p57 其值为 0.030.04，取 k=0.04。 则 =kx =0.04(156+51)=8.28（kn） 卸 f 落 f 3.推件力的计算 =nkt 推 f 冲 f 式中 -推料力（n）； 推 f k1-推料系数，查冲压模具简明设计手册表 3-11，其值为 0.05； n- 梗塞在凹模内的制件或废料数量，n=h/t，h 为刃口部分的高 （mm），t 为材料厚度（mm），其中，h=6mm，t=2mm，取 n=3， 则 =nkt =30.05(156+51)=31(kn) 推 f 冲 f 冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于各冲裁工艺力的总和 = + + + 总 f 落 f 冲孔 f 卸 f 推 f 式中：冲裁力 =156kn，=51kn，卸料力=8.28kn，推料力 落 f 冲孔 f 卸 f =31kn，则: 推 f = + + +=246.28kn 总 f 落 f 冲孔 f 卸 f 推 f 12 5.6 压力机的选择 参照设计手册选取公称压力为的压力机，压力机型号为 j23-40。 表 5-1 为压力机 j23-40 技术参数：（冲压模具简明设计手册表 13.10，p389） 表 5-1 压力机参数 型 号j23-40 公称压力/kn400 滑块行程/mm120 最大倾斜角度30 最大闭合高度/mm300 闭合高度调节量/mm65 垫板尺寸（厚度 mm孔径 mm）60220 模柄孔尺寸（直径 mm深度 mm） 5060 前后480工作台尺寸 左右560 5.7 尺寸计算原则 1）落料件的尺寸取决于凹模尺寸，冲孔件的尺寸取决于凸模尺寸。因此，设计落 料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上，设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙 取在凹模上。 2）考虑到冲裁时凸，凹模的磨损，在设计凸，凹模刃口尺寸时，对基准件刃口尺 寸在磨损后增大的，应取工件尺寸公差范围内较小的数值。对基准件刃口尺寸在 磨损后减小，应取工件尺寸公差范围内较大的数值，在凸，凹模磨损到一定程度 13 的情况下，仍能冲出合格的零件。 3) 确定模具刃口制造公差时，要既能保证工件的精度要求，又能保证有合理的间 隙数值，一般模具制造精度比工件精度高 3-4 级 5.8 凸、凹模刃口尺寸计算 凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影响冲裁件的尺寸精度。模具的合理间隙值 也靠凸凹模刃口尺寸及其公差来保证。因此，正确确定凸凹模刃口尺寸和公差，是冲 裁模具设计中的一项重要工作。 凸模、凹模工作部分尺寸即凸、凹模刃口尺寸的计算，有两种计算方法，第一种 计算方式是凸模与凹模图样分别加工法计算；第二种计算方法是凸模与凹模配作法。 该冲件尺寸较多，若采用分开加工法计算，计算繁琐，且计算量较大，不宜采用， 故采用第二种算法：凸模与凹模配作法。 （1）凸模或凹模磨损后会增大的尺寸-第一类尺寸 a aj=(amax-x) 4 1 0 （2）凸模或凹模磨损后会减小的尺寸-第一类尺寸 b bj=(bmin+x) 0 4 1 （3）凸模或凹模磨损后基本不变的尺寸-第一类尺寸 c cj=(cmin+) 2 1 8 1 其中，x 为磨损系数。 查表得： 工件精度 it10 级以上 x=1 工件精度 it1-it13 x=0.75 工件精度 it14 x=0.5 可知工件尺寸按 it14 级精度，x=0.5。 在所有的尺寸中， 14 属于 a 类尺寸的有：、 0 0.36 10r 0 0.36 6r 0 0.36 20 属于 b 类尺寸的有：、 0.16 0 9 0.16 0 4.5 0.16 0 2.25r 属于 c 类尺寸的有：45 0.2 注：凸模或凹模磨损后将会增大的尺寸第一类尺寸 a。 凸模或凹模磨损后将会减小的尺寸第二类尺寸 b。 凸模或凹模磨损后会基本不变的尺寸第三类尺寸 c。 其中，x 为磨损系数。 具体计算如表 5-3。 表 5-3 工作零件刃口尺寸计算 尺寸类型公称尺寸公式计算后尺寸备注 0 0.36 10r 0.09 0 9.82r 0 0.36 6r 0.09 0 5.82r a 0 0.36 20 )4/1( 0 )max(xaaj 0.09 0 18.82 c450.2cj=(cmin+0.5) 8 1 450.05 0.16 0 9 0 0.04 9.08 0.16 0 4.5 0 0.04 4.58b 0.16 0 2.25r 0 )4/1( )min( xbbj 0 0.04 2.33 保证双边间隙为 0.20-0.26。 15 6 6 主要零部件设计主要零部件设计 虽然各类冲裁模的结构形式和复杂程度不同，但组成模具的零件种类是基本相同 的，根据它们在模具中的功用和特点，可以分为工艺零件和结构零件两类。 设计主要零部件时，首先要考虑主要零部件的定位、固定以及总体装配方法，本 套模具主要采用螺钉固定模具零件，销钉起零件的定位作用，采用挡料销送进定距和 导料销送进定位，无侧压装置。下面就分别介绍各个零部件的设计方法。 6.1 凹模设计凹模设计 6.1.1 凹模外形的确定凹模外形的确定 凹模的外形一般有矩形和圆形两种。凹模的外形尺寸应保证有足够的强度、刚度 和修磨量。凹模的外形尺寸一般是根据被冲材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确 定的。 凹模各尺寸计算公式如下： 凹模边壁厚 h=kb1 （6-1） 凹模边壁厚 c=(1.52)h （6-2） 凹模板边长 l=b1+2c （6-3） 凹模板边宽 b=b2+2c （6-4） 式中：b1-冲裁件的横向最大外形尺寸； b2-冲裁件的纵向最大外形尺寸； k-系数，考虑板料厚度的影响，查表6-1。 表表 6-1 系数系数 k 值值 材料厚度 t/mm材料料宽 s/mm11336 500.300.400.350.500.450.60 501000.200.300.220.350.300.45 1002000.150.200.180.220.220.30 2000.100.150.120.180.150.22 16 查表6-1得：k=0.35。 根据公式（6-1）可计算落料凹模板的尺寸： 凹模厚度： h=kb1=0.3565=22.75（mm） 根据公式（6-2）可计算凹模边壁厚： c=(1.52)h=1.522.75222.75 取凹模边壁厚为40mm。 取凹模厚度为30mm。 根据凹模厚度和边壁厚，同时结合模具设计的实际需要，可确定凹模板的长、宽 的尺寸。 取整后，即：lbh=160mm140mm30mm。 6.1.2 凹模刃口结构形式的选择凹模刃口结构形式的选择 冲裁凹模刃口形式有直筒式和锥形两种，选用时主要根据冲件的形状、厚度、尺 寸精度以及模具结构来确定。由于本模具冲的零件尺寸较大，所以采用刃口为直通式， 该类型刃口强度高，修磨后刃口尺寸不变。 6.1.3 凹模精度与材料的确定凹模精度与材料的确定 根据凹模作为工作零件，其精度要求较高，外形精度为 it11 级，内型腔精度为 it7 级，表面粗糙度为 ra1.6um，上下平面的平行度为 0.02，材料选 cr12。 6.2 凸模的设计凸模的设计 6.2.1 凸模凸模结构的确定结构的确定 凸模结构通常分为两大类。一类是镶拼式，另一类为整体式。整体式中，根据加 工方法的不同，又分为直通式和台阶式。因为该制件形状不复杂，所以将落料模设计 成台阶式凸模，台阶式凸模工作部分和固定部分的形状做成一样，凸模与凸模固定板 的配合按 h7/m6。 6.2.2 凸模材料的确定凸模材料的确定 该模具要求有较高的寿命和较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力,所以凸模的 材料应选 t10a，热处理 6064hrc。 6.2.3 凸模精度的确定凸模精度的确定 根据凸模作为工作零件，其精度要求较高，所以选用 it7 级，表面粗糙度为 17 ra0.8um。 6.3 卸料板的设计卸料板的设计 在冲压工艺分析中已经选择了弹性卸料装置，采用卸料板进行卸料。卸料板不仅 有卸料作用，还具有用凸凹模导向，对凸凹模起保护作用，卸料板的边界尺寸与凹模 的边界尺寸相等。卸料板与凸凹模的间隙值由表 6-3 确定，取 0.1mm。 卸料板的厚度选为 10mm，卸料板与凹模的外形尺寸相同。根据凹模的尺寸 160mm140mm30mm，从而可以确定卸料板的尺寸 160mm140mm17mm。 表表 6-3 卸料板与凸凹模间隙值卸料板与凸凹模间隙值 材料厚度 t/mm0.50.511 单边间隙 z/mm0.050.10.15 6.4 固定板的设计固定板的设计 凸模固定板主要是固定凸模，保证凸模有足够的强度，使凸模与落料凹模、上模 座、垫板更好的定位。凸模与凸模固定板的配合按 h7/m6。 凸凹模固定板主要是固定凸凹模，保证凸凹模有足够的强度，使凸凹模与下模座、 下垫板更好的定位。凸凹模与凸凹模固定板的配合按 h7/m6。 固定板的厚度一般取凹模厚度的0.60.8倍。 则固定板的厚度： h固=（0.60.8）h凹 （6-5） 式中： h固-固定板厚度； h凹-凹模厚度。 根据公式（7-7）得凸模固定板和凸凹模固定板厚度都为： h固=（0.60.8）h凹 =（0.60.8）h凹 =（0.60.8）30 =1824（mm） 取厚度为20mm。 6.5 上下模座、模柄的选用上下模座、模柄的选用 6.5.1 上下模座的选用上下模座的选用 本模具采用后侧导柱、导套来保证模具上、下模的精确导向。后侧导柱、导套都 18 是圆柱形的，其加工方便，装配容易。导柱的长度应保证上模座最底位置时（闭合状 态），导柱上端面与上模座顶面的距离 25mm。而下模座底面与导柱底面的距离为 15mm。导柱的下部与下模座导柱孔采用 h7/r6 的过盈配合,导套的外径与上模座导套 孔采用 h7/r6 的过盈配合。导套的长度，需要保证冲压时导柱一定要进入导套 10mm 以上。导柱与导套之间采用 h7/r6 的间隙配合，导柱与导套均采用 20 钢，热处理硬 度渗碳深度 0.81.2mm，淬硬 5862hrc。 导柱的直径、长度，按标准选取。 导柱：a28h6180 gb/t2861.1 导套：a42h6110 gb/t2861.6 模座的的尺寸 l/mmb/mm160mm160mm,上模座的厚度与下模座厚度查标准 分别为 45mm、55mm。 6.5.2 模柄的选用模柄的选用 模柄的作用是将上模座固定在冲床的滑块上。常用的模柄形式有： （1）整体式模柄，模柄与上模座做成整体，用于小型模具。 （2）带台阶的压入式模柄，它与模座安装孔用 h7/n6 配合，可以保证较高的同 轴度和垂直度，适用于各种中小型模具。 （3）带螺纹的旋入式模柄，与上模连接后，拧入防转螺钉紧固，垂直度较差， 主要用于小型模具。 （4）有凸缘的模柄，用螺钉、销钉与上模座紧固在一起，使用与较大是模具。 （5）浮动式模柄，它由模柄、球面垫块和连接板组成，这种结构可以通过球面 垫块消除冲床导轨位差对冲模导向精度的影响，适用于滚珠导柱、导套导向的紧密冲 裁。 根据本模具结构，采用压入式模柄。在设计模柄时模柄长度不得大于冲床滑块内 模柄孔的深度，模柄直径应与模柄孔径一致。 19 7 7 冲压设备的校核与选定冲压设备的校核与选定 7.1 冲压设备的校核冲压设备的校核 该模具的闭合高度由以下零件高度相加之和求的。 该模具闭合高度： h 闭=h 上+h 下+h 垫+l+h-h （7-1） 式中：l-冲孔凸模长度；