侧弯支座毕业设计---支座冲压成形工艺编制及级进模设计.doc

毕 业 论 文 支座冲压成形工艺编制及级进模设计 学生姓名： 学号： 系 别： 专 业： 指导教师： 2012 年 6 月 贾振忠08030541X42 材料科学与工程 材料成型及控制工程 李国俊 中北大学信息商务学院 2012 届本科毕业论文 支座级进模工艺编制及模具设计支座级进模工艺编制及模具设计 摘 要 本次设计生产的是侧弯支座，零件外形虽然比较简单，但成形工艺复杂，包括 冲裁和多次弯曲。而且精度要求比较高，形状比较复杂，生产批量大。通过工艺 性分析，工序为落料、冲孔和弯曲。为了适应大批量生产的要求，采用级进模制 造，能很好的解决上述问题。原料为 2A12M，采用自动送料器和自动送料装置送 料。模架采用四导柱四导套结构和弹性卸料板，并在卸料板和固定板之间设置辅 助导向机构的小导柱和小导套，保证卸料板有足够的运动精度。 关键词：侧弯支座，级进模、落料，冲孔，弯曲 中北大学信息商务学院 2012 届本科毕业论文 Process preparation and die design of progressive die for the pedestal Abstract： What this design produces is a lateral support， the accuracy has higher request， the shape is more complicated， produce batch quantity big， pass craft analysis， work preface all for fall to anticipate with blunt bore and bending. Adopting the class enters a mold manufacturing， can be good to resolve these problems. The raw material selects the 2A12M material， the adoption sends to anticipate a machine automatically and sends to anticipate device to send to anticipate automatically. The mold adopts four lead pillar and Four sets of lead and flexibility of the bead， and be unloading to anticipate plank and fix plank of the constitution lend support to direction organization-small lead pillar with small lead a set， assurance unloads to anticipate the plank contain enough sport accuracy. Key words： lateral support， progressive die， fall to anticipate， blunt bore 中北大学信息商务学院 2012 届本科毕业论文 目录目录 1 绪 论1 1.1 冲压的概念、特点及应用 1 1.2 冲压的基本工序及模具种类 .2 1.3 冲压技术的现状及发展方向 .3 1.4 模具类型和特点 6 2 设计要求.8 2.1 设计题目.8 2.2 设计要求 .8 3 零件的工艺性分析.9 3.1 零件的工艺性分析 .9 3.1.3 零件的尺寸精度 9 3.2 零件的工艺性分析结论 .10 4 冲压工艺方案的确定10 4.1 冲压工艺方案的确定 10 4.1.1 总体的设计方案及可行性的分析 10 4.1.2 比较各方案 10 4.2 模具总体结构设计 10 4.2.1 模具类型的选择 10 4.2.2 操作方式选择 11 4.2.3 定位方式的选择 11 4.2.4 卸料出件方式的选择 11 4.2.5 导向方式的选择 11 5 模具工艺与设计计算12 5.1 排样方式的确定及其计算 .12 5.1.1 排样利用率的计算 12 5.3 总的工作力的计算 16 5.8 弯曲凸凹模刃口尺寸及公差 23 中北大学信息商务学院 2012 届本科毕业论文 6 主要零部件设计与计算24 6.1 凸模的结构设计25 6.3 模架的选择31 6.4 卸料板的结构设计31 6.5 凸模固定板的设计32 6.8 模具闭合高度的设计计算33 7 模具标准化34 8 压力机的校核34 结 论.35 参考文献.36 致 谢.37 中北大学信息商务学院 2012 届本科毕业论文 第 0 页 共 37 页 1 绪绪 论论 1.1 冲压的概念、特点及应用冲压的概念、特点及应用 冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使 其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或冲压件）的一种压力加 工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成 所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要 方法之一，隶属于材料成型工程术。 冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属） 批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模， 批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压 工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才 能得出冲压件。 1 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。 但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模 具才能加工成形，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品。所以， 中北大学信息商务学院 2012 届本科毕业论文 第 1 页 共 37 页 只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从 而获得较好的经济效益。 冲压在现代工业生产中，尤其是大批量生产中应用十分广泛。相当多的工业 部门越来越多地采用冲压法加工产品零部件，如汽车、农机、仪器、仪表、电子、 航空、航天、家电及轻工等行业。在这些工业部门中，冲压件所占的比重都相当 的大，少则 60%以上，多则 90%以上。不少过去用锻造，铸造和切削加工方法制 造的零件，现在大多数也被质量轻、刚度好的冲压件所代替。因此可以说，如果 生产中不谅采用冲压工艺，许多工业部门要提高生产效率和产品质量、降低生产 成本、快速进行产品更新换代等都是难以实现的。 1.2 冲压的基本工序及模具种类冲压的基本工序及模具种类 由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相 同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来，可分为分离 2 工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形 状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破 裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。 上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种 基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。 在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若 用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中 的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方 法不同，又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。 复合冲压在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两 种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。 级进冲压在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的 不同工位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。 复合级进在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。 冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和 成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种 类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作台 中北大学信息商务学院 2012 届本科毕业论文 第 2 页 共 37 页 或垫板上，是冲模的固定部分。工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压 力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生 分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时，模具的卸料 3 与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压 循环。 1.3 冲压技术的现状及发展方向冲压技术的现状及发展方向 随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术、新工艺、新 设备、新材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新和发展。其主要表现 4 和发展方向如下。 （1）冲压成形理论及冲压工艺方面： 冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。目前，国内外对冲压成形理论 的研究非常重视，在材料冲压性能研究、冲压成形过程应力应变分析、板料变形 规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展。特别是 随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善，近年来国内外已开始 应用塑性成形过程的计算机模拟技术，即利用有限元（FEM）等有值分析方法模 拟金属的塑性成形过程，根据分析结果，设计人员可预测某一工艺方案成形的可 行性及可能出现的质量问题，并通过在计算机上选择修改相关参数，可实现工艺 及模具的优化设计。这样既节省了昂贵的试模费用，也缩短了制模具周期。 研究推广能提高生产率及产品质量、降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各 种压新工艺，也是冲压技术的发展方向之一。目前，国内外相继涌现出精密冲 5 压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺及无模多点成形工艺等精密、高效、 经济的冲压新工艺。其中，精密冲裁是提高冲裁件质量的有效方法，它扩大了冲 压加工范围，目前精密冲裁加工零件的厚度可达 25mm，精度可达 IT1617 级； 用液体、橡胶、聚氨酯等作柔性凸模或凹模的软模成形工艺，能加工出用普通加 工方法难以加工的材料和复杂形状的零件，在特定生产条件下具有明显的经济效 果；采用爆炸等高能效成形方法对于加工各种尺寸在、形状复杂、批量小、强度 高和精度要求较高的板料零件，具有很重要的实用意义；利用金属材料的超塑性 进行超塑成形，可以用一次成形代替多道普通的冲压成形工序，这对于加工形状 复杂和大型板料零件具有突出的优越性；无模多点成形工序是用高度可调的凸模 中北大学信息商务学院 2012 届本科毕业论文 第 3 页 共 37 页 群体代替传统模具进行板料曲面成形的一种先进技术，我国已自主设计制造了具 有国际领先水平的无模多点成形设备，解决了多点压机成形法，从而可随意改变 变形路径与受力状态，提高了材料的成形极限，同时利用反复成形技术可消除材 料内残余应力，实现无回弹成形。无模多点成形系统以 CAD/CAM/CAE 技术为主 要手段，能快速经济地实现三维曲面的自动化成形。 （2）冲模是实现冲压生产的基本条件.在冲模的设计制造上，目前正朝着以下两 方面发展：一方面，为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需要， 冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向发展，与此相比适应的 新型模具材料及其热处理技术，各种高效、精密、数控自动化的模具加工机床和 检测设备以及模具 CAD/CAM 技术也在迅速发展；另一方面，为了适应产品更新 换代和试制或小批量生产的需要，锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、 钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展。 精密、高效的多工位及多功能级进模和大型复杂的汽车覆盖件冲模代表了现 代冲模的技术水平。目前，50 个工位以上的级进模进距精度可达到 2 微米，多功 能级进模不仅可以完成冲压全过程，还可完成焊接、装配等工序。我国已能自行 设计制造出达到国际水平的精度达 25 微米，进距精度 23 微米，总寿命达 1 亿 次。我国主要汽车模具企业，已能生产成套轿车覆盖件模具，在设计制造方法、 手段方面已基本达到了国际水平，但在制造方法手段方面已基本达到了国际水平， 模具结构、功能方面也接近国际水平，但在制造质量、精度、制造周期和成本方 面与国外相比还存在一定差距。 模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。计算机技术、信息技术、自动 化技术等先进技术正在不断向传统制造技术渗透、交叉、融合形成了现代模具制 造技术。其中高速铣削加工、电火花铣削加工、慢走丝切割加工、精密磨削及抛 光技术、数控测量等代表了现代冲模制造的技术水平。高速铣削加工不但具有加 工速度高以及良好的加工精度和表面质量（主轴转速一般为 1500040000r/min） ， 加工精度一般可达 10 微米，最好的表面粗糙度 Ra1 微米） ，而且与传统切削加工 相比具有温升低（工件只升高 3 摄氏度） 、切削力小，因而可加工热敏材料和刚性 差的零件，合理选择刀具和切削用量还可实现硬材料（60HRC）加工；电火花铣 削加工（又称电火花创成加工）是以高速旋转的简单管状电极作三维或二维轮廓 中北大学信息商务学院 2012 届本科毕业论文 第 4 页 共 37 页 加工（像数控铣一样） ，因此不再需要制造昂贵的成形电极，如日本三菱公司生产 的 EDSCAN8E 电火花铣削加工机床，配置有电极损耗自动补偿系统、CAD/CAM 集成系统、在线自动测量系统和动态仿真系统，体现了当今电火花加工机床的技 术水平；慢走丝线切割技术的发展水平已相当高，功能也相当完善，自动化程度 已达到无人看管运行的程度，目前切割速度已达到 300mm /min，加工精度可达 2 1.5 微米，表面粗糙度达 Ra=010.2 微米;精度磨削及抛光已开始使用数控成形磨 床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光等先进设备和技术;模 具加工过程中的检测技术也取得了很大的发展，现在三坐标测量机除了能高精度 地测量复杂曲面的数据外，其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密 的除尘措施及简单操作步骤，使得现场自动化检测成为可能。此外，激光快速成 形技术（RPM）与树脂浇注技术在快速经济制模技术中得到了成功的应用。利用 RPM 技术快速成形三维原型后，通过陶瓷精铸、电弧涂喷、消失模、熔模等技术 可快速制造各种成形模。如清华大学开发研制的“M-RPMS-型多功能快速原型制 造系统”是我国自主知识产权的世界惟一拥有两种快速成形工艺（分层实体制造 SSM 和熔融挤压成形 MEM）的系统，它基于“模块化技术集成”之概念而设计和 制造，具有较好的价格性能比。一汽模具制造公司在以 CAD/CAM 加工的主模型 为基础，采用瑞士汽巴精化的高强度树脂浇注成形的树脂冲模应用在国产轿车试 制和小批量生产开辟了新的途径。 （3）冲压设备和冲压生产自动化方面： 性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件，高精度、高寿命、 高效率的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备相匹配。为了满足大批量高速生 产的需要，目前冲压设备也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多功能、 高速和数控方向发展，加之机械乃至机器人的大量使用，使冲压生产效率得到大 幅度提高，各式各样的冲压自动线和高速自动压力机纷纷投入使用。如在数控四 边折弯机中送入板料毛坯后，在计算机程序控制下便可依次完成四边弯曲，从而 大幅度提高精度和生产率；在高速自动压力机上冲压电机定转子冲片时，一分钟 可冲几百片，并能自动叠成定、转子铁芯，生产效率比普通压力机提高几十倍， 材料利用率高达 97%；公称压力为 250KN 的高速压力机的滑块行程次数已达 2000 次/min 以上。在多功能压力机方面，日本田公司生产的 2000KN“冲压中心” 中北大学信息商务学院 2012 届本科毕业论文 第 5 页 共 37 页 采用 CNC 控制，只需 5min 时间就可完成自动换模、换料和调整工艺参数等工作； 美国惠特尼公司生产的 CNC 金属板材加工中心，在相同的时间内，加工冲压件的 数量为普通压力机的 410 倍，并能进行冲孔、分段冲裁、弯曲和拉深等多种作业。 近年来，为了适应市场的激烈竞争，对产品质量的要求越来越高，且其更新 换代的周期大为缩短。冲压生产为适应这一新的要求，开发了多种适合不同批量 生产的工艺、设备和模具。其中，无需设计专用模具、性能先进的转塔数控多工 位压力机、激光切割和成形机、CNC 万能折弯机等新设备已投入使用。特别是近 几年来在国外已经发展起来、国内亦开始使用的冲压柔性制造单元（FMC）和冲 压柔性制造系统（FMS）代表了冲压生产新的发展趋势。FMS 系统以数控冲压设 备为主体，包括板料、模具、冲压件分类存放系统、自动上料与下料系统，生产 过程完全由计算机控制，车间实现 24 小时无人控制生产。同时，根据不同使用要 求，可以完成各种冲压工序，甚至焊接、装配等工序，更换新产品方便迅速，冲 压件精度也高。 （4）冲压标准化及专业化生产方面： 模具的标准化及专业化生产，已得到模具行业和广泛重视。因为冲模属单件 小批量生产，冲模零件既具的一定的复杂性和精密性，又具有一定的结构典型性。 因此，只有实现了冲模的标准化，才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化、商 品化，从而降低模具的成本，提高模具的质量和缩短制造周期。目前，国外先进 工业国家模具标准化生产程度已达 70%80%，模具厂只需设计制造工作零件，大 部分模具零件均从标准件厂购买，使生产率大幅度提高。模具制造厂专业化程度 越不定期越高，分工越来越细，如目前有模架厂、顶杆厂、热处理厂等，甚至某 些模具厂仅专业化制造某类产品的冲裁模或弯曲模，这样更有利于制造水平的提 高和制造周期的缩短。我国冲模标准化与专业化生产近年来也有较大发展，除反 映在标准件专业化生产厂家有较多增加外，标准件品种也有扩展，精度亦有提高。 但总体情况还满足不了模具工业发展的要求，主要体现在标准化程度还不高（一 般在 40%以下） ，标准件的品种和规格较少，大多数标准件厂家未形成规模化生产， 标准件质量也还存在较多问题。另外，标准件生产的销售、供货、服务等都还有 待于进一步提高 中北大学信息商务学院 2012 届本科毕业论文 第 6 页 共 37 页 1.4 模具类型和特点模具类型和特点 1.4.1 冷冲模类型 冷冲模有多种形式，按照冲压加工工序的性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深 模等；从冲压工序的组合来看，可分为简单模、复合模和级进模，其中后一种分 类方法更为普遍。简单模是在模具上只有一个加工工位，而且在冲床的一次行程 中只完成一类冲压加工工艺。复合模也只有一个工位，但在冲床的一次行程中要 完成两类以上的加工工艺。级进模由多个工位组成，各工位完成不同的加工，各 工位顺序关联，在冲床的一次形成中完成一系列不同的冲压加工。 1.4.2 级进模优点 1)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； 2)级进模操作安全，因为人手不必进入危险区域； 3)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； 4)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； 5)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； 6)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。 级进模的缺点是结构复杂，制造精度高，周期长，成本高。因为级进冲模是 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。 6 中北大学信息商务学院 2012 届本科毕业论文 第 7 页 共 37 页 2 设计要求设计要求 2.1 设计题目设计题目：支座级进模 2.2 设计要求：设计要求： 设计该零件的级进模，制件为支座，如下图所示： （一）工件的特性 工件名称：侧弯支座 生产批量：100 万件 材 料：2A12M 厚 度：1mm 图 2-1 制件图 （二） 工件的平面展开如下： 中北大学信息商务学院 2012 届本科毕业论文 第 8 页 共 37 页 图 2-2 制件展开图 3 零件的工艺性分析零件的工艺性分析 3.1 零件的工艺性分析零件的工艺性分析 3.1.1 零件材料分析 该零件材料采用 2A12M 板，材料较软，弹性变形量较小，冲裁后的回弹值亦 小，因而冲裁零件精度也高。查刘建超所编的冲压模具设计与制造基础可 27 P 知其抗剪强度，抗拉强度，断后伸长率，该材 MPa b 300400 b MPa %31 料适合冲裁及弯曲。 3.1.2 零件结构分析 该零件外形不规则，整体为一叉形的弯曲件，有 4 处需弯曲，既有冲裁也有 弯曲，所以应分别对其结构进行工艺分析并综合考虑。 1.冲裁的结构工艺性：冲裁件上有孔，为避免工件变形和保证模具强度，孔 边距不能过小，一般要求 C(1.52)t 所以由零件图可知： C=30.2t=0.2，均满足弯曲时的工艺性要求。 7 综上所述，所以此零件的结构满足冲裁、弯曲工艺性要求。 3.1.3 零件的尺寸精度 工件虽然只有两处弯曲有公差要求，但是冲裁精度直接影响弯曲精度。 3.1.4 冲压工艺经济性分析 中北大学信息商务学院 2012 届本科毕业论文 第 9 页 共 37 页 （1）产品的生产纲领。年产量：100 万件年，属于大批量生产。 冲压加工方法是一种先进的工艺方法，因其产品质量稳定、材料利用率高、 操作简单、生产率高等诸多优点而被广泛使用。由于模具制造成本高，冲压加工 的单件成本主要取决于生产批量的大小，它对冲压加工的经济性起着决定性作用。 批量越大，产品的单件成本就越低，批量小时，冲压加工的优越性就不明显，所 以，要根据冲压件的生产纲领，进行冲压加工的经济性分析。此零件精度要求较 高，工位多，生产批量大。所以采用有导向级近模进行冲压生产，才能保证产品 的质量，满足生产率要求，虽然模具制造难度较大，但是由于生产量大，所以总 的生产成本还是不高。 3.2 零件的工艺性分析结论零件的工艺性分析结论 通过工艺分析，发现此工件冲裁和弯曲的工艺性都较好，工艺过程简单，虽 然模具结构比较复杂，但是寿命较长，产品质量稳定、操作方便等。 4 冲压工艺方案的确定冲压工艺方案的确定 4.1 冲压工艺方案的确定冲压工艺方案的确定 4.1.1 总体的设计方案及可行性的分析 方案 1：先落料，再冲裁，然后再完成两次 U 弯形和两次向下弯曲，采用单 工序摸生产。 方案 2：落料冲裁然后再完成两次 U 弯曲和两次向下弯曲，采用复合模 生产。 方案 3：冲孔切舌、两次 U 弯曲、侧向弯曲最后切断，级进冲压，采用级 进模生产。 4.1.2 比较各方案 方案一，模具结构简单，但需多道工序，多副模具，成本较高而生产效率低， 难以满足中批量生产要求。方案二，只需一副模具，工件的精度及生产率较高， 模具制造复杂，难度大，并且冲压后成品件留在模具上，在清理模具上的物料时 会影响冲压速度，操作不方便。方案三，也只需一副模具，操作方便，工件的精 度也能满足要求。通过对上述三种方案的分析比较，该件冲压生产采用方案三级 进模生产为佳。 中北大学信息商务学院 2012 届本科毕业设计说明书 第 10 页 共 37 页 4.2 模具总体结构设计模具总体结构设计 4.2.1 模具类型的选择 由冲压工艺分析可知，采用级进模冲压，所以模具类型为级进模。 4.2.2 操作方式选择 选择自动送料操作方式，模具相对于模架采用从前往后的纵向送料方式还是 采用从左向右的送料方式，这主要取决于凹模的周界尺寸，采用从左向右的横向 送料方式。 4.2.3 定位方式的选择 工序件的定位分纵向和横向，因为该模具采用的是条料，无侧压装置。采用 导料杆导向，由模外的自动送料装置自动将料送进，用导正销精定距。 4.2.4 卸料出件方式的选择 此零件冲压工序应有卸料机构，又由于工件料厚为 1mm，相对较薄，卸料力 较小，所以选用弹性卸料板，弹性卸料板具有卸料和压料的双重作用，弹性卸料 下出件比较便于操作与提高生产率。 4.2.5 导向方式的选择 因为工件精度要求较高，所以采用对角导柱的导向方式，模具的偏斜，有卸 料板、凹模与固定板另有四对小导柱作精导向，保证模具的导向精度和工作稳定。 中北大学信息商务学院 2012 届本科毕业设计说明书 第 11 页 共 37 页 5 模具工艺与设计计算模具工艺与设计计算 5.1 排样方式的确定及其计算排样方式的确定及其计算 设计级进模，首先要设计条料的排样图。根据零件的展开图来看，零件的外 形近似于 T，应采用竖直排切边型工序排样。零件的外形比较复杂，单独冲裁比 较复杂，但是如果以两个为一组就比较简单了。因此采用竖直排切边型工序排样， 排样采用冲切制件外形余料，条料的一侧和中间留载体的方式在制件压弯成形之 后通过切除载体获取制件的方法进行冲压加工。根据料厚 t=1mm，查刘建超所 8 编的冲压模具设计与制造，表 2.5.2，可知最小搭边值分别为垂直 65 P a=1.5mm，水平=1.2mm，取=5mm，=2mm，=2.04mm 这样可节 1 a 上 a 下 a 中间a 省点材料。 设计排样图如下图： 图 5-1 侧弯支座条料排样图（横排） 此排样图中条料宽度为 60mm，各工位之间工步为 50mm 排样设有 8 个工位，个工位的冲压顺序是： 工位 1：侧刃定距和冲导正空；工位 2：异型冲裁；工位 3：冲切分隔；工位 4：切舌；工位 5：向下弯曲；工位 6：向上弯曲；工位 7：侧向弯曲；工位 8： 切断冲裁。 中北大学信息商务学院 2012 届本科毕业设计说明书 第 12 页 共 37 页 5.1.1 排样利用率的计算 由零件的展开图在 CAD 用计算机算得一个零件的面积为 1451.5 2 mm 一个进距内的坯料面积：BXS=50X60=3000， 2 mm 因此材料利用率为： =(A/BS)X100% =(1451.5/3000)X100% =48.38% 同理可算得图 4-11 的材料利用率为 48.38%. 虽然此材料利用率比较高，所以此种排样方法是一种较好的排样。 5.1.2 冲裁力的计算 冲裁力一般按下式计算： b KLtF 式中：冲裁力； F L冲裁周边长度； t料厚； b 材料抗剪强度； K修正系数，一般取 。 3 . 1K 根据零件展开图的尺寸可以计算出排样图的尺寸如下图： 图5-2排样图尺寸 中北大学信息商务学院 2012 届本科毕业设计说明书 第 13 页 共 37 页 各工位的冲裁力计算如下： 表 5-1 各冲裁力的计算 部位L/mmF/n部位L/mmF/n 冲导正 孔 4mm 12.57 4902.3冲切分 离 D 区 5019500 A 区侧 刃切除 5220280切舌冲 裁 E 区 54.6221301.8 B 区异 型冲裁 104.18 40630.2切断冲 裁 F 区 166240 B 区异 型冲裁 104.18 40630.2切断冲 裁 F 区 166240 C 区异 型冲裁 81.4831777.2总计120.62144631.5 由计算可知总的冲裁力为 144631.5N。 5.1.3 卸料力、推件力的计算 卸料力、推件力按下式计算： 卸料力： 总卸卸 FKF 式中： 冲裁力； 总 F 卸料力、推件力系数； 推卸K K n同时卡在凹模内的冲裁件或废料的数目：t h n 式中： 凹模洞口的直壁高度； h t板料厚度； 中北大学信息商务学院 2012 届本科毕业设计说明书 第 14 页 共 37 页 查冲压工艺及模具设计手册表 2-13 得： 卸料力系数：=0.05-0.08； 卸 K 推件力系数：=0.05-0.10； 推 K 定件力系数：=0.01-0.14； 顶 K 查冲压工艺及模具设计手册表 2-21，取=5mm，则=5 53hh 5 1 h t n 制件的卸料力、推件力分别为： 卸料力：=0.05 144631.5=7231.55N 总卸卸 FKF 推件力：= 0.05 144631.5=36157.75N 总推推 FnKF 5.2 弯曲部分的计算弯曲部分的计算 5.2.1 弯曲力按下式计算 U 形件弯曲力： tr KBt F b U 2 7 . 0 V 形件弯曲力： tr KBt F b V 2 6 . 0 各工位的弯曲力计算如下： 第五工位：两侧向下弯曲为 U 型弯曲 1 F 2 0.70.7 1.3 25 400 3033.3 2 1 b U KBt FN rt 形 切舌的向下弯曲为型弯曲： 2 F 22 0.60.6 1.3 6 400 1 624 2 1 b V KBt FN rt 形 第六工位：此工位的弯曲为校正弯曲： FQA 校 式中：为单位校正力，其值可查得为 15；为校正部分的投影面积， Q MPaA 由零件尺寸可算的 。所以 17 20340A 15 3405100F 校 第七工位：下端的向下弯曲为型弯曲 中北大学信息商务学院 2012 届本科毕业设计说明书 第 15 页 共 37 页 3 F 2 0.70.7 1.3 16 400 5824 2 1 b U KBt FN rt 形 3 F 222 0.60.6 1.3 16 1400 1 1664 2 1 b V KBt FN rt 形 推件力的计算： 0.3 0.8FF 推件自由 可以算得：2660.65N 123 0.5FFFF 推件 5.3 总的工作力的计算总的工作力的计算 123 FFFFFFFFF 总冲裁弯曲冲裁力推件校正 144631.536157.753033.362451001664191210.55 5.4 压力机公称压力的确定压力机公称压力的确定 压力机的公称压力必须大于或等于冲裁时的的总力。考虑到所选用的卸料装 置方式是弹性卸料装置，因此压力机的公称压力为： Z FP)3 . 12 . 1 ( 0 =(1.21.3) 191210.55=248573.715N248.57kN 5.5 压力设备的初步确定压力设备的初步确定 1.压力机的选择原则： 10 （1）根据模具结构选择压力机类型和形成次数。 （2）选择压力机的闭合高度与模具匹配。 （3）模柄的直径、长度尺寸是否与压力机的滑块柄孔直径、深度尺寸相当。 （4）根据压力机模具的尺寸大小、安装和进出料防人等情况选定。 （5）压力机应该使用方便安全。 查冲压工艺及模具设计手册得选用开式可倾台压力机，压力机型号为 J-23- 250。其技术规格及其参数如下： 滑块行程 70-80 滑块行程次数 100 最大闭合高度 360 闭合高度的调节量 70 中北大学信息商务学院 2012 届本科毕业设计说明书 第 16 页 共 37 页 垫板厚度 20 5.6 压力中心的确定及相关计压力中心的确定及相关计算算 此级进模有多个凸模，所以应先确定各凸模的压力中心后，再计算模具的压 力中心。计算步骤如下： 图 5-3 压力中心确定 在任意位置画出坐标轴，。由上图中个部分尺寸可以求出各 AK 各个工 x y 作区的形心的位置 A 为（105，-0.2）B 为（125，29.29）C 为（50，26.26）D 为 （50，-1187）E 为（0，13）F 为（-25，-18.74）G 为（-75，12.5）H 为（- 75，11.56）I 为（-125，8.5）J 为（-175，-8）K 为（-225，17） ，然后根据各个工 作区的工作力求出工作区域对原点的合力矩。在压力中心处的合力矩应该为零， 如果计算结果不为零，则移动坐标原点的位置，使最终的合力矩值为零。 经过多次计算得出此模具的压力中心为（，） 5.7 冲裁凸凹模刃口尺寸及公差冲裁凸凹模刃口尺寸及公差 5.7.1 凸凹模刃口尺寸计算原则 确定冲裁凸凹模刃口尺寸应区分落料和冲孔，并遵循如下原则： 1.设计落料模先确定凹模刃口尺寸。以凹模为基准，间隙取在凸模上，即冲 裁间隙通过减小凸模刃口尺寸来取得。设计冲孔模先确定凸模刃口尺寸。以凸模 为基准，间隙取在凹模上，冲裁间隙通过增大凹模刃口尺寸来取得。 2.选择模具刃口制造公差时，要考虑工件精度与模具精度的关系，既要保证 工件的精度要求。又要保证有合理的间隙值。 3.工件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造偏差原则上都应按“入体”原则标注为单 向公差。 12345678 y X0 A BC D E F G H I J K 中北大学信息商务学院 2012 届本科毕业设计说明书 第 17 页 共 37 页 5.7.2 凸凹模刃口尺寸计算方法 由于冲模加工方法不同，冲裁刃口尺寸的计算方法也不同，基本上可分为两 类。 1.按凸模与凹模图样分别加工法 （1）落料 设工件的尺寸为，根据计算原则，落料时以凹模为设计基准，首先确定 0 D 凹模尺寸，凹模的基本尺寸接近或等于工件轮廓的最小极限尺寸；将凹模尺寸减 去最小合理间隙值即得到凸模尺寸。 A xDDA 0max )( 0 min) ( T ZDD AT （2）冲孔 设冲孔尺寸为，根据计算原则，冲孔时以凸模为设计基准。首先确定凸 0 d 模尺寸，使凸模的基本尺寸接近或等于工件的最大极限尺寸；将凸模尺寸增大最 小合理间隙值即得到凹模尺寸。 11 0 min )( T xddT A Zdd TA 0min) ( （3）孔心距 孔心距属于磨损后基本不变的尺寸。在同一工布中，在工件上冲出孔距为 两个孔时，其凹模型孔中心距可按下式确定。 2/Ld L 8 1 LLd 其中：磨损系 凸、凹模的制造公差。x AT 、 5.7.3 凸模与凹模配作法 配作法就是先按设计尺寸制出一个基准件（凸模或凹模） ，然后根据基准件的 实际尺寸再按最小合理 间隙配制另一件。设计时，基准件的刃口尺寸及制造公 差应详细标注，而配作件上只标注公称尺寸，不标注公差，但在图纸上注明：“凸 中北大学信息商务学院 2012 届本科毕业设计说明书 第 18 页 共 37 页 （凹）模刃口按凹（凸）模实际刃口尺寸配制，保证最小双面合理间隙值”。 min Z 采用配作法，计算凸模或凹模刃口尺寸，首先是根据凸模或凹模磨损后轮廓 变化情况，正确判断出模具刃口各个尺寸在磨损过程中是变大、变小还是不变这 三种情况，然后分别按不同的公式计算。 12 （1）凸模或凹模磨损后会增大的尺寸第一类尺寸A 落料凹模或冲孔凸模磨损后将会增大的尺寸，相当于简单形状的落料凹模尺 寸，计算公式如下： 第一类尺寸： 4 1 0max )(xAAj （2）凸模或凹模磨损后会减小的尺寸第二类尺寸B 冲孔凸模或落料凹模磨损后将会减小的尺寸，相当于简单形状的冲孔凸模尺 寸，计算公式如下： 第二类尺寸： 0 min 4 1 )( xBBj （3）凸模或凹模磨损后基本不变的尺寸第三类尺寸C 凸模或凹模在磨损后基本不变的尺寸，不必考虑磨损的影响，相当于简单形 状的孔心距尺寸，计算公式如下： 第三类尺寸： 8 1 ) 2 1 ( min CCj 式中：模具基准尺寸（mm） ； jjj BAC、 工件极限尺寸（mm） ； maxmaxmax C、BA 工件公差尺寸（mm） 。 表5-2 配合加工时凸、凹模尺寸计算公式 工序性质制件尺寸凸模尺寸凹模尺寸 0 A 25 . 0 0 )(xAAd 0 B 按凹模尺寸配制，其双面间 隙为： maxmin zz 0 25 . 0 )( xBBd 0 C125 . 0 )5 . 0(CCd 落料 C 0 C125 . 0 )5 . 0(CCd 中北大学信息商务学院 2012 届本科毕业设计说明书 第 19 页 共 37 页 C 125. 0CCd 0 A 25 . 0 0 )(xAAp 0 B 0 25 . 0 )( xBBp 按凸模尺寸配制，其双面间 隙为： maxmin zz 0 C125 . 0 )5 . 0(CCp 0 C 125 . 0 )5 . 0(CCp 冲孔 C C 125 . 0 CCp 表5-2中：、凸模的刃口尺寸（mm） p A p B p C d A、 凹模的刃口尺寸（mm） d B d C A 、B、C 工件的基本尺寸（mm） 工件的公差（mm） 工件的偏差（mm） X磨损系数，可参考上面的值 5.7.4 凸凹模刃口尺寸计算 根据材料及材料厚度查刘建超所编冲压模具设计与制造，表 2.3.3 得： 55 P 冲裁双面间隙，。mmZ04. 0 min mmZ06. 0 max 工位1：冲直径为4mm的导正孔 根据前面工件结构工艺分析将工艺孔的等级为10级，其磨损系数=1，制造x 公差为： =0.4（0.06-0.04）=0.008；)(4 . 0 minmax ZZ p =0.6（0.06-0.04）=0.012。)(6 . 0 minmax ZZ d ，满足要求。故可得其凸凹模可以分开 minmax 02 . 0 012 . 0 008 . 0 ZZ dp 加工为： 000.048 0.0120.036 ()(4 1 0.048)4 P P ddx 中北大学信息商务学院 2012 届本科毕业设计说明书 第 20 页 共 37 页 0.0120 min000.012 ()(4.0480.04)4.1 d dP ddZ 式中： 磨损系数；x 凸、凹模的制造公差， dp 、 工位2：两个异形冲裁区B区和区C B 区和 C 区的形状如图 5-3 和 5-4： 图 5-3B 区形状 图 5-4C 区的形状 表 5-3 凸凹模配作加工 0 A 25 . 0 0 )(xAAp 0 B 0 25 . 0 )( xBBp 0 C125 . 0 )5 . 0(CCp 0 C 125 . 0 )5 . 0(CCp 冲孔 C C 125 . 0 CCp 按凸模尺寸配制，其 双面间隙为 maxmin zz 由于冲裁形状比较复杂，同时冲裁区域精度不高公差较大，凸凹模不符合分 开加工的条件所以采用配合加工，计算依据表 5-3 公式，各尺寸均为 IT14 级精度， 所以磨损系数=0.75，各尺寸及公差分别为， x 0.62 0 42a 0.43 0 12.26b ，。属冲孔件，选凸模为设计基 0 0.43 18.52c 0.3 0 3.74d 0.62 0 34e 0.52 0 23.74f 准，只需计算冲孔凸模刃口尺寸及公差，凹模刃口尺寸由凸模实际尺寸按间隙要 中北大学信息商务学院 2012 届本科毕业设计说明书 第 21 页 共 37 页 求配作，凸模刃口尺寸计算如下： 磨损后增大的尺寸： 1 0.43 0.11 4 00 (18.520.75 0.43)18.20c 磨损后减小的尺寸 00 10.16 0.62 4 (420.75 062)42.43a 00 10.11 0.43 4 (12.260.75 0.43)12.58b 00 10.08 0.3 4 (3.740.75 0.3)3.97d 00 10.13 0.52 4 (23.740.75 0.52)24.13f 与之向对应的凹模尺寸为： ； 0.11 0 18.24 0 0.16 42.51 0 0.11 12.62 0.01 0.07 4 0 0.15 34.51 0 0.13 24.17 工位3：冲裁分离D区，其形状如图5-5： 图 5-5 冲裁 D 区 由排样图知，只有 a 尺寸对冲裁形状有影响，可查的由偏差尺寸为 0.25 0 a 由于其凸模磨损尺寸减小，所以与之相对的凹 00 10.1 0.25 4 (2.040.75 0.25)2.23a 模尺寸为 0 0.1 2.27 工位 4：切舌冲裁 E 区 ，其形状如图 5-6： 中北大学信息商务学院 2012 届本科毕业设计说明书 第 22 页 共 37 页 图 5-6 切舌 E 区 各尺寸均为 IT14 级精度，所以磨损系数=0.75，各尺寸及公差分别为，x 0.62 0 42a