毕业设计（论文）-弯角级进模设计【全套图纸】.doc

本科毕业设计(论文)题目：筒形传感器外壳冲压模具设计系 别： 机电信息系 专 业： 机械设计制造及其自动化班 级： 学 生： 学 号： 指导教师： 2013年05月筒形传感器外壳冲压模具设计摘要冲压加工是现代机械制造业中先进高效的加工方法之一。它是利用安装在压力机上的模具，在常温或加热的条件下对板材施加压力使其变形和分解，从而获得一定形状、尺寸的零件加工方法。采用普通的冲压的模具生产较率低，且费用较高，经估算占冲压件总成本的30%40%，甚至更高一些。根据工件特点选择采用级进模冲压生产以提高生产效率、降低生产成本。本次设计采用级进模冲压生产。本文对采用级进模冲压生产弯角的分析，计算以及具体方案做了介绍。关键词：弯角；级进模；冲压全套图纸，加153893706IICylindrical Sensor Housing Stamping Die DesignAbstract The stamping is one of the modern machinery manufacturing state-of-the-art and efficient processing methods. It is installed in the press mold, and applying pressure to deform and decomposition of the plate under the conditions of room temperature or heated to obtain a certain shape, the size of the parts processing method. The ordinary stamping mold production is relatively low, and the cost is higher, the estimate accounted for 30% to 40% of the total cost of stamping parts, and even higher. According to the work piece characteristics of progressive die stamping production in order to improve production efficiency, reduce production costs. The design uses a progressive die stamping production. Analysis of progressive die stamping corner, computing, and specific programs is introduced.Key Words: Corners; Progressive die; StampingII目 录1 绪论.11.1全面推广CAD/CAM/CAE技术.11.2高速铣削加工.11.3模具扫描及数字化系统.11.4电火花铣削加工.21.5提高模具标准化程度.21.6优质材料及先进表面处理技术.21.7模具研磨抛光将自动化、智能化.21.8模具自动加工系统的发展.21.9级进模的优缺点.22 设计初始资料.4 2.1技术要求.4 2.2工件生产批量.5 2.3原材料规格及毛坯情况.53 分析冲压零件（弯角）的工艺性.6 3.1冲压件经济性分析.63.2冲压件工艺性分析.63.3冲模制造精度的选择.63.4其他方面.74 确定工艺方案及模具形式.8 4.1排样.8 4.2工序的确定.8 4.3搭边类型的确定.8 4.4卸料板的选择.95 工艺计算.10 5.1毛坯工艺计算.10 5.1.1排样及搭边值的计算.10 5.1.2步距的计算.10 5.1.3条料宽度的确定.11 5.1.4材料利用率的计算.11 5.1.5板料的裁剪.12 5.2冲压力的计算.12 5.2.1冲裁力计算.12 5.2.2卸料力、推件力和顶件力计算.13 5.2.3计算总冲压力.14 5.3确定压力中心.14 5.3.1压力中心.14 5.3.2压力中心的计算.15 5.4凸凹模工作部分尺寸计算.16 5.4.1尺寸计算原则.16 5.4.2冲裁间隙的选择.16 5.4.3凸凹模刃口尺寸.17 5.5确定各主要零件结构尺寸（凹凸模的设计）.20 5.5.1凹模的结构设计与标准化.20 5.5.2凸模的结构设计与标准化.22 5.6初选冲压设备.236 模具强度校核.24 6.1模具失效形式.24 6.2对冲裁部分的模具零件进行校核计算.247 压力机的选用.25 7.1压力机的校核.258 模具零部件设计.27 8.1模具标准件的选择.27 8.1.1模架的选用.27 8.1.2导向装置的确定.27 8.1.3模柄的选择.28 8.1.4冲压加工时定位部分的设计.29 8.1.5卸料形式的确定.29 8.1.6导料装置的确定.29 8.2模具材料的选用.309 模具的装配.3110 技术经济性分析.32 10.1冲裁件的经济性分析.32 10.2模具的经济性分析.3211 结论.34参考文献.35致谢.36毕业设计（论文）知识产权声明.37毕业设计（论文）独创性声明.38附录.39VI1 绪论1 绪论现代工业的发展要求各行各业产品更新换代快，对模具的需求量加大。我国设计生产的冲压模大多为简单模、单工序模和符合模等，精冲模，精密多工位级进模还为数不多，模具平均寿命不足100万次，模具最高寿命达到1亿次以上，精度达到35um，有50个以上的级进工位，与国际上最高模具寿命6亿次，平均模具寿命5000万次相比，处于80年代中期国际先进水平。一般模具国内可以自行制造，但很多大型复杂、精密和长寿命的多工位级进模大型精密塑料模复杂压铸模和汽车覆盖件模等仍需依靠进口，近年来模具进口量已超过国内生产的商品模具的总销售量。为了推进社会主义现代化建设，适应国民经济各部门发展的需要，模具工业面临着进一步技术结构调整和加速国产化的繁重任务。目前我国模具产品水平和生产工艺水平总体上比国际先进水平低许多，而模具生产周期却要比国际先进水平长许多。产品水平低主要表现在精度、型腔表面粗糙度、寿命及模具的复杂程度上；工艺水平低主要表现在设计、加工、工艺装备等方面。模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项：1.1全面推广CAD/CAM/CAE技术 模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。 1.2 高速铣削加工 国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。1.3模具扫描及数字化系统 高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格2毕业设计（论文）式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电2等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。 1.4电火花铣削加工 电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。1.5提高模具标准化程度我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右。1.6优质材料及先进表面处理技术选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积(TiN、TiC等)、等离子喷涂等技术。 1.7模具研磨抛光将自动化、智能化模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。1.8模具自动加工系统的发展这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。弯角是机器中的常用零件，现在已大批量生产。方法是分两道工序完成，一个冲孔，一个落料。设计一个安全，高效，高精度，低成本的模具具有很现实的意义。这里我要设计一个级进模来完成这个零件的生产。1.9级进模的优缺点：在一副级进模内，可以包括冲裁，弯曲，成型，拉伸等多道工序，故用一台冲床可完成从板料到成品的各种冲压过程，从而免去了用单工序模的周转和每次冲压的定位过程，提高了劳动生产率和设备利用率。有些复杂的小型零件，若不采用级进模几乎是不能生产的。级进模的设计和制造都比较费事，与其他模具相比，好像是成本高，但如果用许多单工序模代替一副级进模，其许多单工序模的总造价比一副级进模要高得多，因此在条件允许的情况下采用级进模往往是减低模具成本的较好措施。采用级进模可以用一台冲床取代数台甚至几十台冲床的工作。对提高生产效率，降低产品成本十分有利。另外，级进模自动化程度高，操作者可在冲床危险区以外操作，具有操作安全的显著特点。对于工序复杂的工作应首先考虑采用级进模。采用级进模也受到一些限制。首先是工件的大小，太大的工件，工位数较多，模具自然也就比较大，这时要考虑模具与冲床工作台面的匹配性。其二是级进模要采用条料，对某些形状复杂的工件产生的废料较多，在选用级进模的时候要注意材料利用率。一般级进模的材料利用率偏低。其三是级进模由于连续地进行各种冲压，必然会引起条料载体和工序件的变形，一般来说级进模生产的工件精度偏低。32 设计初始资料2 设计初始资料2.1 技术要求注有技术要求的产品零件图如下：图2.1 零件成型图4毕业设计（论文）图2.2 展开图2.2工件生产批量此零件的生产批量为大批量生产。为提高生产效率，在这个生产中是利用级进模冲压加工，生产出弯角。2.3原材料规格及毛坯情况在本次设计中，冲压零件使用的材料为08F钢板 t=2mm 53 分析冲压零件（弯角）的工艺性3分析冲压零件（弯角）的工艺性由产品零件简图中可以得到以下信息：在弯角这个零件中，没有不规则的曲线及棱角，且在各曲线相接之处均有圆角过渡，没有一处为尖角，所以从这一点来看，弯角这个零件可以用冲压工艺生产。而且，这些圆滑过渡还有利于模具制造及提高模具的使用寿命。分析冲压零件的工艺性主要包括以下两个方面：即经济和技术两方面。3.1冲压件经济性分析分析冲压零件的工艺性主要包括以下两个方面：即经济和技术两方面。由于该工件为大批量生产，故可采用冲模冲压加工生产，采用普通的冲压的模具生产较率低，且费用较高，经估算占冲压件总成本的30%40%，甚至更高一些。因此，在选择生产方法时，根据工件特点选择采用级进模冲压生产以提高生产效率、降低生产成本。另外，在设计时尽量简化加工工序、采用简单的冲模结构也可降低模具的生产成本，以取得更大的经济效益。3.2冲压件的工艺性分析由工件图可看出，该工件图上除孔3.2外尺寸未标注尺寸偏差，属未注公差尺寸，可按IT14级确定工件尺寸的公差。经查公差表，各尺寸公差值确定如下表： 表3.1工件的尺寸精度 mm尺寸值188.2875.52公差值0.520.360.360.360.30.25冲裁件为08F钢板，是高级优质碳素结构钢，具有良好的可冲压性能；工件的形状较为简单。由2.1的零件图可看出：内、外型均有尖锐清角。为了提高模具的使用寿命，将外部尖锐清角改为R1的工艺圆角。3.3 冲模制造精度的选择冲模的制造精度根据冲压件的精度及厚度确定，数据见表下表6毕业设计（论文）表3.2 冲模精度冲模制造精度板料厚度（mm）0.50.81.01.52.03.04.05.06.08.0IT6-IT7IT8IT8IT9IT10IT10IT7-IT8IT9IT10IT10IT12IT12IT12IT9IT12IT12IT12IT12IT12IT14IT14由于此工件没有标注公差，按国家标准非配合尺寸的公差数值规定，冲模的公差等级可选比工件精度高23级，因此冲模按IT12精度设计制造。3.4其他方面冲压件的工艺分析除了考虑其形状，尺寸，精度，尺寸标注及生产批量等主要方面外，还应分析冲压件的厚度，板料性能以及冲压基本工序中常见问题对冲压工艺性的影响。74 确定工艺方案及模具形式4 确定工艺方案及模具形式4.1排样排样是冲裁件在条料上的布置方法。合理的排样可以提高材料的利用率，从而降低生产成本。因此，合理的排样是冲裁模设计的重要内容。排样主要依据工件的外形特征，主要分为直排、斜排、直对排、混合排、多行排等形式。考虑到压力机的使用以及模具的设计成本，本次设计的工件采用直排可使生产成本最少。4.2 工序的确定在级进模设计中，应根据产品零件的技术要求和形状特点选择合适的冲压工序，确定各工位所完成的工序，这一工作成为工序排样。根据零件图的特点初步确定工序性质、工序数目、工序顺序。由于此工件采用级进模具加工，考虑到模具的制造难易成度以及材料的利用率，加工步骤暂定如下：（1） 冲圆孔（2） 落料4.3 搭边类型的确定在条料上冲裁时，工件之间以及工件和条料侧边之间的余料称为搭边。搭边分为三种：有搭边、少搭边和无搭边。搭边的作用是补偿送料误差，以保证冲出合格工件；保持条料刚度利利于送料避免废料丝进入模具间隙导致模具损坏。搭边值要合理确定，从节省材料出发搭边值越小越好，但搭边值小于一定数值后，对模具寿命和剪切表面质量不利。搭边值的大小与下列因素有关：（1）材料的力学性能 硬材料的搭边值可小一些，软材料、脆材料的搭边值要大一些。（2）零件的形状与尺寸 零件尺寸大或有尖角和突出等复杂开头时，搭边值应大一些。（3）材料厚度 厚度大的材料搭边值取大一些。（4）送料及挡料方式 手工送料时，有侧压板导向的搭边值可以小些。排样图如下：8毕业设计（论文）图4.1 工序图4.4 卸料板的选择卸料板的主要作用是把材料从凸模上卸下，有时也可作压料板用以防止材料变形，并能帮助送料导向和保护凸模等。卸料板有固定卸料板（又称钢性卸料板）和弹性卸料板两种。固定卸料板用于厚料或硬材，特点是卸料力大，使用安全，但送料操作受约束；弹性卸料板具有卸料和压料的双重作用，多用于冲制薄料，使工件的平面主提高，借助弹簧、橡胶或气垫等弹性装置卸料，常兼作压边、压料装置或凸模导向。因此本次设计选择使用刚性卸料装置。95 工艺计算5 工艺计算5.1 毛坯工艺计算5.1.1 排样及搭边值的计算在条料上冲裁时，工件之间以及工件和条料侧边之间的余料称为搭边。搭边的作用是：补偿送料误差，以保证冲出合格产品；保持条料刚度利于送料，避免废料丝进入模具间隙损坏模具。搭边值要合理确定，从节省材料出发，搭边值越小越好，但搭边值小于一定数值后，对模具寿命和剪切表面质量不利。综合考虑工件质量及成本，根据零件形状尺寸，材料厚度，材料的力学性能以及送料及挡料方式，我们来选择合理的搭边值。 表5.1工件的搭边值卸料板形式条料厚度t/mm搭边值/mm料宽50料宽50刚性卸料板0.252.22.23.20.250.52.02.03.00.51.01.51.52.51.01.51.81.82.81.52.02.02.03.02.02.52.52.23.2弹性卸料板0.251.51.82.60.250.51.21.52.50.51.01.82.61.01.51.52.23.2此次设计采用的是刚性卸料装置，根据表5.1确定工件的侧搭边值为2mm。5.1.2 步距的计算步距是指冲压过程中压力机每冲压一次条料向前送进的距离，其值为排样沿送进方向两相邻毛坯之间的最小距离值步距可定义为：S=L+b (5.1)11毕业设计（论文）式中 S冲裁步距；L沿条料送进方向，毛坯外形轮廓的最大宽度值；b沿送进方向的搭边值本设计沿条料送进方向，毛坯外形轮廓的最大宽度值L=18mm, 沿送进方向的搭边值b=2mm所以步距S=L+b =18+2 =20mm5.1.3 条料宽度的确定条料宽度指根据排样结果确定的毛坯所需条料宽度方向的最小尺寸。通过计算展开长度宽度为15.18mm，理论上条料宽度可按下式计算： (5.2)式中 B条料宽度的基本尺寸；D工件在宽度方向的尺寸；a侧搭边最小值。条料宽度偏差（查表得本设计=0.5）由于模具加工误差，条料的裁剪误差及送料时的误差。实际的条料宽度应有一定的裕度，具体尺寸可根据不同的送料侧定位方式计算。本设计条料宽度可用下式计算： =mm5.1.4 材料利用率的计算材料利用率定义为：=A/BS100% (5.3)式中 材料利用率A产品毛坯外形所包容的面积B条料宽度S冲裁步距=A/BS100%=(187+8.188)/2019.18100%=191.6/383.6100%=50.0%越大，废料多占面积越小。因此，一般将作为衡量毛坯排样方案友优劣的指标。材料利用率的计算有时也可以整个条料为基础计算。即 在冲压生产中，材料利用率为50.01%。5.1.5 板料的裁剪板料尺寸为210001300（单位：mm）。每个工件实际占用尺寸为22015（单位：mm）。若横裁，每张板料可冲裁1000/151300/20=8665=5590个工件若竖裁，每张板料可冲裁1300/151000/20=8650=4300个工件。因此将板料横裁（即条料尺寸为2mm62mm1300mm），原料的利用率较高。5.2 冲压力的计算冲压力计算包括冲裁力，卸料力，推件力，顶出力的计算。本设计由于冲模采用刚性卸料装置和自然漏料方式，故总冲压力为推件力，落料时的冲裁力和冲孔时的冲裁力的和。冲裁力是凸模和凹模相对运动使工件与板料分离所需要的力，它与材料厚度，工件周边长度，材料的力学性能等参数有关。冲裁力是设计模具，选择压力机的重要参数。计算冲裁力的目的是为了合理的选用冲压设备和设计模具。选用冲压设备的标称压力必须大于所计算的冲裁力，所设计的模具必须能传递和承受所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。5.2.1 冲裁力计算影响冲裁力的因素很多，主要的有材料力学性能，厚度，冲裁件周边长度，模具间隙大小以及刃口锋利程度等。一般平刃口模具冲裁时，其冲裁力可按下式计算，即 = (5.4) 式中 A剪切断面面积，;t材料厚度，mm;L冲裁周长，mm;材料的抗剪强度，MPa。 也可以按下式计算，即 =Lt (5.5)式中 系数，取决于材料的屈强比，一般取0.60.9。L冲裁内外周边的总长，mm; t材料厚度，mm;材料的抗拉强度,MPa。本设计中冲裁力P包括落料时的冲裁力和冲孔时的冲裁力 P=+ (5.6)计算冲裁力=Lt 查表得=300MPa=1.32(58-16)+2(30-16)+162300/100=126(kN)=1.343.52300/1000=34(kN)注：考虑到冲裁厚度不一致，模具刃口的磨损，凸凹模间隙的波动，材料性能的变化等因素，实际冲裁力还需要增加30%。如用平刃口模具冲裁时，实际冲裁力应为=1.3P= 1.3Lt。5.2.2 卸料力，推件力和顶件力计算由于冲裁中材料的弹性变形及摩擦的存在，在冲裁后带孔部分的材料会紧箍在凸模上，而冲落的材料会紧卡在凹模洞口中。从凸模上卸下板料的力称为卸料力；把落入凹模洞口中的冲压件或废料顺着冲裁方向推出的力称为推件力；把落入凹模洞口中的冲压件或废料逆着冲裁方向顶出来的力称为顶件力。a卸料力 卸料力的大小与凸模和凹模之间的间隙，工件的形状，材料的种类及材料上所图的润滑剂的质量等因素有关。b. 间隙 若凸模和凹模具有合理的间隙，则卸料力可按下列公式计算，即 =P (5.7)式中 P冲裁力，N；脱料力，N；推出系数力，查表5.2可得3) 推件力 推件力可按下列公式计算，即 =nP (5.8) 式中 P冲裁力，N； 推件力，N；n同时卡在凹模中的工件（或废料）数目，n=h/t,h为凹模腔口高度，mm，t为材料厚度，mm；推出系数，查表5.2可得4) 顶件力 顶件力可按下列公式计算，即 =P (5.9)式中 冲裁力，N；顶件力，N；顶出系数。查表5.2可得表5.2 卸料力，推件力和顶件力系数 料厚/mm钢0.10.0650.0750.10.140.10.050.0450.0550.0630.080.52.50.040.050.0550.062.56.50.030.040.0450.056.50.020.030.0250.03铝，铝合金0.0250.080.030.07紫铜，黄铜0.020.060.030.09若工件的形状复杂，冲裁间隙又小时，系数应采用最大值。用大间隙冲裁时，系数应采用最小值。在冲多孔，搭边大和冲件轮廓复杂的情况下，K应取上限值。本设计由于冲模采用刚性卸料装置和自然漏料方式，故总冲压力为推件力，落料时的冲裁力和冲孔时的冲裁力的和。这里我们只计算推件力：计算推料力 =nP 取n=3，查表=0.55=30.055（126+34）=26.4（kN）5.2.3 计算总冲压力 =P+ (5.10)=+=+ =126+34+26.4 =186.4（kN）5.3 确定压力中心5.3.1 压力中心冲模对工件施加的冲压力合力的中心称为冲压压力中心。冲裁模对工件施加的冲裁合力的中心称为冲裁压力中心，拉深模对工件施加的拉深力合力的中心称可称为拉深压力中心。要使冲压模具正常的工作，必须使压力中心与模柄的中心线相重合，从而使压力中心与所选冲压设备滑块的中心相重合。否则在冲压时将产生弯矩，使冲压设备的滑块和模具发生歪斜，引起凸，凹模间隙不均匀，刃口迅速变钝，并使冲压设备和模具的导向结构产生不均匀磨损。冲压形状对称的冲压件，如圆形，正多边形，矩形时，压力中心位于其对称中心线的交点，即几何中心上。冲压形状不对称的冲压件和多工位连续冲压的压力中心位于其形状的重心，例如冲裁弧形件时，压力中心即为该弧形的重心。对复杂形状的冲裁，多凸模的冲孔及多工位连续冲压确定压力中心更为重要。确定重心的方法可参阅相应的静力学书籍。5.3.2 压力中心的计算在冲压弯角的过程中，设计选用了两个凸模，这两个凸模都属于非复杂凸模，他们的压力中心都在几何中心上。容易找到重心，即求得压力中心。根据图分析。工件图形对称，故落料时的压力中心在上；冲孔时的压力中心在上，折弯时P折压力中心在O3上设冲模压力中心离点的距离为X（因冲压形状以连线上），根据力矩平衡原理得X=（21-X）由此算得X=5mm图5.2 压力中心5.4 凸，凹模工作部分尺寸计算5.4.1 尺寸计算原则实践证明，落料件尺寸和冲孔时的尺寸都是以光亮带尺寸为准的，而落料件上光亮带的尺寸等于凹模的刃口尺寸。因此，计算刃口尺寸时，应该落料和冲孔两种情况分别处理，其原则如下：a设计落料 因落料件尺寸等于凹模口尺寸，故应先确定凹模尺寸，间隙取在凸模上。考虑冲裁中模具的磨损，凹模口尺寸越磨越大，因此凹模刃口的基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的最小值，以保证刃口磨损到一定程度时，仍能冲出合格的零件。凸，凹模之间的间隙应取最小合理间隙，以保证凸模磨损到一定程度时，间隙仍然在合理间隙内。b设计冲孔 因孔的尺寸等于凸模刃口尺寸，故先确定凸模刃口尺寸，间隙取在凹模上，考虑到冲裁模的磨损，凸模刃口尺寸越磨越小，因此，凸模刃口的基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较大尺寸，以保证凸模磨损到一定程度时，仍可使用；凸，凹模之间的间隙值应取最小合理间隙值。c凸、凹模的制造公差 应考虑工件的基本要求。如果对刃口精度要求过高，势必使磨