金属板料冲压模具排样设计毕业论文.doc

第一章 绪论金属板料冲压模具排样设计毕业论文第一章 绪论1.1 引言金属板料冷冲压是一种在工业生产中应用广泛的加工方法。随着市场竞争日趋加剧产品质量不断提高，对生产的安全性、操作的方便性等要求也日益提高。模具作为冲压生产的基本要素，其设计制造技术受到普遍重视，模具工业被认为是国民经济的基础工业，国际模具协会认为：模具是进入富裕社会的原动力。级进模作为现代冲压生产的先进模具，能够在一副模具内完成复杂零件的冲裁、翻边、弯曲、披探、立体成形以及装配等复杂工序，具有生产效率高、操作安全可靠、可以加工复杂零件等特点而受到普遍的重视，应用也日益广泛1。冲压模具是冷冲压工艺必不可少的工艺装备。冲压模具设计得好坏、水平高低，将直接影刚产品质量、成本、生产效率与操作者的安全。多工位级进模是冲压模具的一种。它是在一副模具内按所需加工的制件的冲压工艺分成若干个等距离工位，在每个工位上设置定的冲压工序，完成零件的某部分冲制工作。被加工材料(条料或带料)经逐个工位的冲制后，便能得到所需要的冲压件。这样，一个比较复杂的冲压零件只需用一副多工位级进模就可冲制完成。般地说，多工位级进模能连续完成冲裁、弯曲、拉深等工艺。所以，无论冲压件的形状如何复杂，冲压工序怎样多，均可以用一副多工位级进模来冲制完成。对大批量生产的冲压零件尤其应当采用多工位级进程进行冲制。它在提高生产效率、降低成本、提高质量和实现冲压自动化等方面有着非常现实的意义。多工位级进模结构比较复杂，制造技术要求高，成本相对也就高，同时对冲压设备和板料也有相应的要求，所以其使用受到一定的限制，其中模具结构设计得合理与否也是一个重要原因。因此模具设计者需要考虑的内容很多，尤其是级进模条科排样图的设计，对模具各部分结构的考虑等都是十分重要的模具设计人员在进行设计前必须对被冲压的工件进行全面的分析，然后结合模具结构特点和加工工艺性来确定冲件的冲压变形工艺过程。在设计前后同使用部门、制造部门结合进行分析、研究设计方案，才能保证获得基本上成功的设计。多工位级进模一般比较适用于材料厚度较薄的中小尺寸冲件，并有足够的生产批量。对大尺寸或较厚材料，由于受冲压设备条件的限制和厚料变形时各工步间的相互影响比较难于掌握，因而冲件的精度就很难保证。1.2 多工位级进模现状及发展在工业生产中许多机械零件普遍采用模具冲压成形的工艺方法，有效地保证了产品的质量，提高了劳动生产率，并使操作技术简单化，而且还能省料、节能，可以获得显著的经济效益。据不完全统计2，冲压件在电子产品中占80一85，在汽车、农业机械产品中占75一80，在轻工业产品中占90以上，航天航空工业中冲压件也占很大的比例。特别是人类生活越来越富裕的今天，工厂自动化、办公自动化、家庭自动化已走向现实，要推动新的产业革命向更深入、更高阶段发展冲压成形工艺及模具是不可缺少的重要的推动力之一。由此可见，冲压成形工艺与模具在国民经济中的作用和意义是十分重要的。出于种种历史原因、我国模具工业与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，还是在管理水平方向，模具工业均远远不能满足需求，它严重影响工业产品的品种、质量和生产周期，削弱了其在国际市场上的竞争能力。近年来，我国模具进口幅度呈大幅下降之势，并有超亿元出口额。大型、复杂、精密、高效和长寿命模具也逐年上新的台阶，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、自动冲技术也得到广泛应用。我国模具行业的技术迅速提高，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。多工位级进模是当代所有模具中冲压功能最多、结构最复杂、生产效率和自动化程度最高的一种冲模。由于采用高硬度硬质合金等材料制造模具和采用先进的精密加工技术，多工位级进模也是使用寿命最长和模具精度很高的一种精密模具。随着现代各行各业突飞猛进，小型金属件，如铰链垫片，需求量多，结构复杂，精度高，采用单工位模具已经无法满足生产的需要，许多制造商均采用多工位级进模进行生产。因此多工位级进模在国内外模具制造业中应用日趋广泛，得到了模具设计制造者的重视。长期以来，我国的多工位级进模的制造和使用，和其他工业一样，有很大进步，但与先进国家相比，仍有不小差距，许多精密、复杂的级进模要靠进口，所以，优先发展多工位级进模在“十一五”规划中被列为重点之一3。多工位级进模发展的背景主要是由于：(1)电子技术的发展与发达，特别是集成电路的出现，使产品趋向于小型化。其零件多由薄的金属板材构成，在大量生产中，适宜采用多工位级进模。(2)精密加工机床的发展，如座标磨床、精密线切割机床等，赋予多工位级进模的加工以可靠的手段。(3)高速精密冲床的出现，使用多工位级进模更能充分地发挥冲压制品的效益。多工位级进模与普通冲模相比要复杂，具有如下特点：(1)在一副模具中，可以完成包括冲裁，弯曲，拉深和成形等多道冲压工序，显著提高了劳动生产率和设备利用率。 (2)在级进模中不存在复合模的“最小壁厚”问题，设计时还可根据模具强度和模具的装配需要留出空工位，从而保证模具的强度和装配空间。(3)多工位级进模通常具有高精度的内、外导向（除模架导向精度要求高外，还必须对细小凸模实施内导向保护）和准确的定距系统，以保证产品零件的加工精度和模具寿命。 (4)多工位级进模常采用高速冲床生产冲压件，模具采用了自动送料、自动出件、安全检测等自动化装置，操作安全，具有较高的生产效率。 (5)多工位级进模结构复杂，镶块较多，模具制造精度要求很高，给模具的制造、调试及维修带来一定的难度。同时要求模具零件具有互换性，在模具零件磨损或损坏后要求更换迅速，方便，可靠。(6)多工位级进模主要用于冲制厚度较薄（一般不超过2mm)、产量大，形状复杂、精度要求较高的中、小型零件。用这种模具冲制的零件，精度可达IT10级。 1.3主要研究内容多工位级进模结构比较复杂，造价高，制造周期较长，因此在设计多工位级进模时应当持恢重态度。根据设计任务书的要求以及对零件图的分析，确定了主要研究内容如下：1、产品的展开计算读懂产品图后，首先对零件进行展开计算，冲件的平面几何展开主要是确定该工件的冲裁的内、外形状以及具休的冲裁尺寸。在零件尺寸中，有一般自由尺寸，也应注有公差要求的配合尺寸或关键尺寸。因此在计算其展开尺寸时，不能直接取名义尺寸进行计算，必须根据工件标出的公差带方向，结合工件弯曲或拉伸处由于材料厚度偏差、上下模之间的间隙以及弯曲或拉伸方式等而产生的拉长因素而确定模具的最终弯曲或拉伸尺寸。2、铰链垫片级进模排样设计对零件进行工艺分析后，进行排样。设计排样图的过程，就是确定模具结构的过程。在进行排样设计时，要从全局进行详尽的考虑，不能受限于局部结构，而且还要多注意细节。在保证条料能顺利送进和稳定生产的前提下，应尽量减少料宽和步距，以降低成本。3、工艺计算通过对模具的工艺计算，来确定模具中各主要部件的尺寸参数，选择压力机，确定压力中心，为以后的设计做好准备。4、铰链垫片多工位级进模结构设计1）模具总体结构设计：进行模具设计时，首先要根据已经确定好的加工工艺和排样设计，设计出模具的装配图，再设计每个零件图。2）镶块设计：根据垫片需求和前面的工艺计算，对冲裁凸模、凹模、镶块等进行设计。3）模板设计：标准的级进模模板包括：卸料板、固定板、凹模板、上模座、下模座。其中卸料板、固定板、凹模板是关键的3块模板，也是级进模必不可少的。固定板起着固定凸模的作用；卸料板主要起卸料、导向、压料3个作用；凹模板既可以充当凹模刃口，也可以在其上镶拼凹模镶块。4）其它零件设计：在级进模中，一些辅助零件对模具的顺利工作也起着重要的作用。如：导正销、浮动送料钉、抬料块和顶杆等。5、弯曲回弹的控制控制弯曲回弹的方法常用补偿法及镦压法。补偿法是在模具相应位置开出一定斜度,使工件出模后正好符合规定的角度。镦压法是镦压工件弯曲带,改变其应力、应变状态,达到控制弯曲回弹的目的。该工件90直角弯曲用镦压法可达到控制弯曲回弹的目的, 45弯曲应进行先补偿再镦压,效果更好。53第二章 模具的工艺计算第二章 模具的工艺计算第一节 设计产品图图1-1所示铰链垫片材料为10F,厚度0.5mm,生产批量为100万,其外形尺寸的回弹在级进模中较难控制。成形工艺包括冲裁、弯曲等工序。设计上,需着重解决铰链垫片弯曲成形。图2-1 铰链垫片第二节 零件的工艺分析2.2.1 产品的展开计算弯曲毛坯尺寸的确定方法，主要有两种情况4：1）有圆角半径的弯曲(R0.5t)；2）无圆角半径或圆角半径很小时的弯曲(R0.5t)（如图2-2，图2-3）。由上面的工件图可知，半径为R2处的弯曲属于有圆角半径的弯曲(R0.5t)，应该按照下式来计算：图2-2 有圆角半径的弯曲 图2-3 无圆角半径或圆角半径很小时的弯曲 =（R+Kt）=1.57（R+Kt） （1）式中：R弯曲件内表面的圆角半径（mm）； K中性层系数，查表2-1； t材料厚度（mm）。表2-1 应变中性层系数R/t0.100.250.501.01.52.03.04.05.07.5K0.300.340.380.420.440.450.470.4750.480.50经查表得K=0.475，工件厚0.5mm，将数值代入上式得=3.51mm。工件头部的两处弯曲属于无圆角半径或圆角半径很小时的弯曲(R0.5t)，可按公式（1）来计算。其中90处弯曲、45处弯曲分别按照公式（2）、（3）来计算：L=a+b+0.4t （2）L=a+b+/0.5t （3）计算得到毛坯的总体尺寸如下图：图2-4 毛坯尺寸2.2.2 工艺分析图2-1所示铰链垫片材料为10F,厚度0.5mm,生产批量为100万,其外形尺寸的回弹在级进模中较难控制。成形工艺包括冲裁、弯曲、切断等工序。设计时，应注意以下几点5-7：1）着重解决铰链垫片弯曲成形,经计算,材料在垂直于轧制方向和平行于轧制方向最小弯曲半径均满足要求。2）3孔的孔壁与周边距仅为2mm，设计模具时应加以注意。3）工件头部的45弯曲、90直角弯曲为非对称弯曲，要控制回弹,最后弯曲需经过试模调整。4）工件较小，且生产批量较大，考虑到安全因素及生产效率，采用下落件的方式。5）批量较大，应重视模具材料和结构的选择，保证模具寿命。6）应保证各工位凸、凹模动作行程的稳妥连贯，工件定位准确。2.2.3 确定工艺方案和排样设计排样设计是多工位级进模设计的关键之一。排样图的优化与否，不仅关系到材料的利用率，工件的精度，模具制造的难易程度和使用寿命等，而且关系到模具各工位的协调与稳定。冲压件在带料上的排样必须保证完成各冲压工序，准确送进，实现级进冲压；同时还应便于模具的加工、装配和维修。根据工件的工艺分析，其基本工序有冲裁、弯曲、切断三种。按各工序先后顺组合，可得到多种组合方式。为了简化级进模结构,降低制造成本,保证条料送进刚性和稳定性,减小级进模工作面积,减少级进模具发生故障及返修几率,初选2个方案：1）冲导正销孔、侧刃孔冲裁冲裁冲裁冲裁弯曲弯曲切断；2）冲导正销孔、侧刃孔冲裁冲裁弯曲弯曲切断针对2个初选方案对工件进行排样设计，有以下2个排样方案9-14：(1)采用单排横排横连单侧载体排列,共有8个工位:冲导正销孔、侧刃孔;冲裁;冲裁;冲裁;冲裁;弯曲;弯曲;切断,如图2-5所示,材料利用率约为48.4%。因制件在一侧弯曲,故采用单侧载体;制件在条料上横排,缩小了步距,减小了模具工作面积,因冲裁凸模设计分布较分散,也不会出现因步距缩小而产生干涉。图2-5 铰链垫片单排横排横连单侧载体排样图(2)采用单排纵排横连双侧载体排列,共有6个工位:冲导正销孔、侧刃孔;冲裁;冲裁;弯曲;弯曲;切断,如图2-6所示,材料利用率约31.7%。较低。由于此方案增大了步距,不利于材料稳定送进。制件二次向下弯曲,若材料抬起送进,弯曲高度较高,设计较困难;若将凹模送进方向开设躲避槽,使材料直图2-6 铰链垫片单排纵排横连单侧载体排样图接送进,但最后工位没有用于制件分离的基准面,再加上此方案材料利用率较低，故采用此纵排方案不合理。最后选用单排横排横连单侧载体排列方案，即方案1。排样设计方案确定后，计算选择钢板规格15-17。由于10F钢是优质碳素结构钢，工业中有直接生产出来的钢带。单侧载体上采用3的定位孔，查表知，3孔的搭边值最小为1.3mm，因此定位孔距条料边缘和工件边缘的距离都暂定为1.5mm，再加上件的总长度为56.7mm，则条料的宽度最少为L=56.7+3+1.5+1.5=62.7mm经查表可知，厚度为0.5mm的优质碳素结构钢冷轧钢带的宽度尺寸中最接近62.7mm的是65mm，因此选用65mm宽的优质碳素结构钢冷轧钢带。具体排样尺寸如图2-7：图2-7 设计的铰链垫片排样图此时，准确计算材料的利用率，不妨截取一个工位的材料来进行计算，如图2-8：图2-8 排样图上的一个工位由上图知，图中阴影部分即为冲裁件的面积A。料宽B=65mm，步距h=20mm。经计算可以得到：A=672.79 mm673mm材料利用率为15： = =673/（65x20）100%51.75%第三节 工艺计算2.3.1 凸、凹模间隙值得确定凸、凹模间隙对冲裁剪断面质量、尺寸精度、模具寿命以及冲裁力、卸料力、推件力等有较大的影响，所以必须选择合理的间隙。冲裁间隙数值的选用主要是按照工件的质量要求，根据经验数值来选用。经查表15知，对于厚0.5mm的10F钢来说，冲裁模初始双边间隙Z分别取之为：=0.040mm,=0.060mm。2.3.2 凸、凹模刃口尺寸的确定2.3.2.1 确定凸、凹模刃口尺寸的原则（1）考虑落料和冲孔的区别，落料件的尺寸取决于凹模，因此落料模应先决定凹模尺寸，用减小凸模尺寸来保证合理间隙；冲孔件的尺寸取决于凸模，因此冲孔模应先决定凸模尺寸，用增大凹模尺寸来保证合理间隙。（2）考虑刃口的磨损对冲件尺寸的影响：刃口磨损后尺寸变大，其刃口的基本尺寸应接近或等于冲件的最小极限尺寸；刃口磨损后尺寸减小，应取接近或等于冲件的最打极限尺寸。（3）考虑冲件精度与模具精度的关系，在选择模具制造公差时，既要保证冲件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。一般模具精度浇工件精度高23级15。对于我设计的这个铰链垫片多工位级进模，取工件精度为IT8级，模具精度为IT6IT7级17。2.3.2.2 刃口尺寸计算对于凸、凹模刃口尺寸的计算有两种方法15：a、凸模与凹模分开加工和b、凸模与凹模配合加工。对于这个铰链垫片的加工，涉及到的模具比较多，因此凸、凹模刃口尺寸的计算采用凸模与凹模配合加工来计算。如图2-9。此法将工件上的尺寸分为三类：第一类是凹模磨损后增大尺寸（图2-9中的A类）；第二类是凹模磨损后变小尺寸（图2-9中的B类）；第三类是凹模磨损后没有增减的尺寸（图2-9中的C类）。图2-9 零件尺寸分类图对于这三类尺寸，分别按照下面三式计算：A类： =（-x） （3）B类： =（+x） （4）C类： =（+0.5） （5）式中 、基准件尺寸（mm）；、相应的工件极限尺寸（mm）；工件公差（mm）；基准件制造偏差（mm），当刃口尺寸标注形式为+（或-）时，=，当标注形式为时，=。由于工件精度等级为IT8级，则式中x取值x=1。又由上面确定的冲裁模初始双边间隙值：=0.040mm, =0.060mm。各尺寸的公差值查表可得。将各尺寸及查得的工件公差值代入公式（3）、（4）、（5）进行计算：则第一类尺寸：=（2-10.014）mm=1.986mm=；=（3-10.014）mm=2.986mm=；=（7-10.022）mm=6.978mm。第二类尺寸：=（18+10.027）mm=18.027mm=；=（56.7+10.046）mm=56.746mm；=（5+10.018）mm=5.018 mm=（3+10.014）mm=3.014mm；=（7+10.022）mm=7.022mm。第三类尺寸：C=（17+0.50.027）1/80.027mm=17.01350.003375mm。该工件凸模刃口各部分尺寸按上述凹模的尺寸配制，保证双面间隙0.0400.060mm。2.3.3 工艺力的计算2.3.3.1 冲裁力冲模设计时，为了选用合适的压力机、合理的设计模具。必须计算冲裁力，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力以适应冲裁的要求。一般刃口模具冲裁时，其理论冲裁力（N）可按下式计算4,15,19：F=Lt （6）式中 L冲裁件周长（mm）。 t材料厚度（mm）； 材料抗剪强度（Mpa）。选择设备吨位时，考虑刃口磨损和材料厚度及力学性能波动等因素，实际冲裁力可能增大，所以应取F=1.3F=1.3LtLt （7）式中F最大可能冲裁力（称冲裁力）（N）；材料抗拉强度（Mpa）。根据排样图和零件图所给定的各种尺寸，可以进行冲裁件周长的计算。由于本模具并不是将工件直接冲出，而是采取每个工位冲掉一部分废料，最后剩下的料即为工件的方法，所以，我们应该计算每个工位冲掉的废料的周长（只计算废料被冲裁的边，没参加冲裁的边不计）。经计算，得到冲掉废料的周长之和约为276mm。经查阅资料（模具设计指导），10F钢的性能参数如下：=216333Mpa， =275410Mpa， =186Mpa将各数值代入上式进行计算：由于=216333Mpa，不妨去此范围内的平均值进行计算，取=280Mpa，则F=1.3F=1.3Lt=1.32760.5280（N）=50232（N）2.3.3.2 降低冲裁力的方法当冲裁力过大时，可用下述方法降低15-18：将材料加热冲裁，材料抗剪强度可大大降低，从而降低冲裁力。但材料加热后产生氧化皮，冲裁中会产生拉深现象。此法一般只适用于材料厚度大、表面质量及精度要求不高的零件。在多凸模冲裁中，将凸模做成不同高度，使各凸模冲裁力得顶峰值不同。出现，结构如图2-10所示。图2-10 阶梯型布置凸模对于薄材料，H一般取材料厚度t，对于厚材料则取材料厚度的一半。刃口做成一定斜度。为了得到平整的零件，落料时凹模做成一定斜度，凸模为平刃口，而冲孔时，则凸模做成一定斜度，凹模为平刃口，结构如图2-11所示。一般斜刃数值列于表2-2中。斜刃冲模虽降低了冲裁力，但增加了模具制造和修磨的困难，刃口也易磨损，故一般情况下尽量不用，只在大型工件冲裁及厚板冲压中采用。a）冲孔 b）落料 c）切口图2-11 斜刃冲裁模表2-2 一般采用的斜刃数值材料厚度t/mm斜刃高度H/mm斜刃角/（）33102tt2t58 由于本工件比较薄，采用多工位级进模加工，冲裁力不是很大，故无需采用降低冲裁力的方法来加工。2.3.3.3 卸料力、推件力和顶件力卸料力、推件力和顶件力一般采用经验公式进行计算15。卸料力：F=KF （8）式中 F卸料力（N）； K卸料力系数（见表2-3） F冲裁力（N）。顶件力：F=KF （9）式中 F顶件力（N）； K顶件力系数（见表2-3） F冲裁力（N）。推件力：F=nKF （10）表2-3 卸料力、推件力及顶件力系数冲裁材料KKK纯铜、黄铜0.020.060.030.09铝、铝合金0.0250.080.030.07钢材料厚度mm0.10.060.0750.10.140.10.50.0450.0550.0650.080.52.50.040.050.0500.062.56.50.030.040.0400.056.50.020.030.0250.03式中 F推件力（N）； K推件力系数（见表2-3） F冲裁力（N）。 n梗塞在凹模内料的个数，n=h/t，h为凹模刃壁垂直部分高度（mm），t为料厚（mm）。由于工件的厚度为0.5mm，由上表可查得：K=0.0450.055（这里取中间值0.050）； K=0.08； K=0.065。由于料厚0.5mm，查表得凹模刃壁垂直部分高度取h=4mm，则n=h/t=4/0.8=8.前面计算得到冲裁力F=50232（N）。将这些数值代入上面的公式，可得：F=KF=0.05050232=2511.6（N）；F=KF=0.0850232=4018.56（N）；F=nKF=80.06550232=26120.64（N）。则总冲裁力F= F+ F+ F+ F=50232+2511.6+4018.56+26120.64=82882.9（N）。注意，有的时候F、F、F并不是与F同时出现的，计算总力F时只加与F同一瞬间出现的力即可。2.3.3.4 弯曲力的计算由于模具中有弯曲工位，因此还应该进行弯曲力的计算。弯曲力的计算主要分为自由弯曲力和校正弯曲力。由于本工件在冲压行程结束时受到模具的校正，因此按照校正弯曲力来计算。校正弯曲力的计算公式为：F=pA （11）式中 F校正弯曲力（N）； A校正部分投影面积（mm）；P单位校正力（Mpa），其值见表2-4.表2-4 单位校正力P值 （Mpa）材料材料厚度t/mm11336610铝黄铜10、15、20钢25、30钢15202030304040502030304040605070304040606080701004050608080100100120经计算，可得到每个弯曲工位工件校正部分投影面积：A1=44 mm； A2=12 mm； A3=211.6 mm。查表得P=3040（Mpa），不妨取中间值P=35 Mpa，代入公式（11）：F=pA=p（A1+ A2+ A3）=35（44+12+211.6）=9366（N）此校正弯曲力即为弯曲该工件所需的最小弯曲力，即F= F2.3.3.5 总的工艺力将计算所得到的总冲裁力F和弯曲力F相加，得到总的工艺力F，即：F= F+ F=82882.9+9366=92248.9（N）2.3.4 冲压设备的选择压力机的选择有以下原则15-18：压力机的吨位应当等于或大于冲裁时的总力。FF （12）式中 F所选压力机的吨位；F总的工艺力根据模具结构选择压力机类型和行程(冲程)次数，如复合模工件需从模具中间出件，最好选用可倾式压力机。根据模具尺寸大小、安装和进出料等情况选择压力机台面尺寸，如有推件时应考虑台面孔的大小，使冲后有关零件能自由通过。选择压力机的闭合高度与模具是否匹配。模柄直径、长度尺寸是否与压力机滑块模柄孔直径、深度尺寸相当。压力机滑块行程应该是拉深深度的225倍。压力机的行程次数应当保证有最高的生产效率。压力机应该使用方便和安全。根据这些原则，初步选定压力机。由于采用了一般冲压，故选可倾式压力矾。由前计算的冲压力要求初选J2316型压力机，规格如表2-5：表2-5 选定的压力机参数压力机类型开式双柱可倾压力机工作台尺寸/mm前后300型号J23-16左右450公称压力/KN160工 作 台孔寸/mm： 前后160滑块行程/mm55左右240滑块行程次数/（次/min）120直径210最大封闭高度/mm220垫板厚度尺寸/mm40封闭高度调节量/mm45模柄孔尺寸/mm深度40滑块中心线至床身距离/mm160直径60立柱距离/mm220床身最大可倾角 352.3.5 模具压力中心的确定冲裁力合力的作用点称为冲模压力中心。冲模压力中心应尽可能和模柄轴线以及压力机滑块中心线重合，以使冲模平稳地工作，减少导向件的磨损，提高模具及压力机寿命。冲模压力中心的求法，采用求平行力系合力作用点的方法。由于绝大部分冲裁件沿冲裁轮廓线的断面厚度不变，轮廓各部分的冲裁力与轮廓长度成正比，所以，求合力作用点可转化为求轮廓线的重心。具体方法如下5,15： 1)按比例画出冲裁轮廓线选定直角坐标xy；2)把图形的轮廓线分成几部分，计算各部分长度L1、L2、Ln，并求出各部分中心位置的坐标值(x1，y1)、(x2，y2)、(xn，yn)；3)按下列公式求冲摸压力中心的坐标值(x0，y0)(参看图2-12)x0= （13）y0= （14）图2-12 冲模压力中心冲裁件轮廓大多是由线段和圆弧构成，线段的重心就是线段的中心。圆弧的重心可按下式求出：yr=R （15）式中 R圆弧半径（mm）； 圆弧中心角()； yr圆弧重心与圆心的距离(mm)。对于多凸模的模具，可以先确定凸模的压力中心，然后按上述原理求出模具的压力中心。下面开始确定铰链垫片多工位级进模的压力中心。画出各冲裁轮廓线，并标出各部分长度以及各部分中心位置的坐标，如图2-13、图2-14：图2-13 凹模各冲裁轮廓线长度图2-14 凹模各冲裁轮廓中心位置的坐标将图中的数值代入公式中进行计算，最后计算得到压力中心的坐标值约为：（0，30.3）。由于点（0，30.3）非常靠近取排样图上的一个特殊点（0，30），考虑到计算过程中可能存在的误差，不妨取排样图上点（0，30）作为压力中心，即为排样图上第五工位最上面那个小圆圈的圆心点，如图2-15：图2-15 压力中心点2.3.6 冲模的闭合高度冲模的闭合高度是指滑块在下死点即模具在最低工作位置时，上模座上平面与下模座下平面之间的距离H。冲模的闭合高度必须与压力机的装模高度相适应。压力机的装模高度是指滑块在下死点位置时，滑块下端面至垫板上平面间的距离。当连杆调至最短时为压力机的最大装模高度Hmax：；连杆调至最长时为最小装模高度Hmin。图2-16 闭合高度 M连杆调节量冲模的闭合高度H应介于压力机的最大装模高度Hmax和最小装模高度Hmin之间，其关系为Hmax-5mmHHmin+10mm （16）如果冲模的闭合高度大于压力机最大装模高度时，冲模不能在该压力机上使用。反之，小于压力机最小装模高度时，可加经过磨平的垫板。冲模的其它外形结构尺寸也必须和压力机相适应，如模具外形轮廓平面尺寸与压力机垫板、滑块底面尺寸，模柄与模柄孔尺寸，下模缓冲器平面尺寸与压力机垫板孔尺寸等都必须相适应，以便模具能正确安装和正常使用。对于我所选择的压力机，根据上面提供的参数，可以算出其闭合高度范围为：185mH215mm第三章 模具设计第三章 模具设计第一节 铰链垫片级进模总体结构的草图设计对于该铰链垫片，采用多工位级进模进行生产。结合前面确定的工艺方案：冲导正销孔、侧刃孔冲裁冲裁冲裁冲裁弯曲弯曲切断，可以初步设计模具工作过程:采用单侧刃粗定距,当冲床滑块下行带动上模座使模具闭合时,第1工位,条料被侧刃凸模和冲孔凸模冲出导正销孔、零件外形孔,导正销起精定距作用;第2、3、4、5工位,冲裁凸模进入凹模依次冲出内、外形孔;第6、第7工位,弯曲凸模进入弯曲凹模依次弯曲零件侧壁;最后一工位,由切断凸模最终分割出成品零件。级进模采用弹性卸料板保证每工位卸料及细长凸模的保护。根据以上分析进行模具总体草图设计：(1)基本结构形式；1)正装结构：根据上述分析，本零件的冲制包含冲孔、弯曲等工序。而且已确定为采用级进模冲压，因此选正装式结构。2)导向方式：由于本零件的生产是大量生产，为了确保零件质量及稳定性，选用外导向模架。本零件的冲压精度要求一般，所以仅选外导向。由于已选定采用手工送料，为了提高开敞性，选用后侧导柱式模架。3)卸料方式：本零件冲压工序中含冲孔，所以，应有卸料机构。又由于零件冲压中还有弯曲工序，所以选用弹性卸料板。(2)基本尺寸：1)模板尺寸：由排样图，凹模的工作区尺寸基本在65mm160mm左右。考虑到其他因素后后，取为125 mm250mm。其它模板的尺寸取为与凹模板平面尺寸一致。2)根据闭合高度及经验，确定各模板厚度20-26： 凹模模板厚度：25mm； 卸料板厚度：25mm； 凸模固定板厚度：25mm； 垫扳厚度：10mm。设计草图结构如图3-1：图3-1 铰链垫片多工位级进模第二节 模具主要零部件的结构设计3.2.1 凸模和凹模的结构设计凸模和凹模直接担负着冲压工作。由于加工性质的不同，凸模与凹模的形状、结构也不同。多工位级进模般都含有两种或两种以上的冲压工艺，凸模和凹模数量之多是可想而知的。要使之能够适应高速连续冲压，必须满足各种特定的技术条件，而决不能用设计一般凸模、凹模的方法进行设计。3.2.1.1 凸模和凹模的设计原则对凸模和凹模进行设计是应该遵循以下设计原则8,15,24,25,26 ：1凸模和凹模要有足够的刚性与强度由于在高速连续作业的条件下，振动极大，就是在普通冲床上冲制，由于连续作业，凸模、凹模的磨损也比一般模具大得多；在多工位级进模中的许多凸模、凹模的受力状态是不均匀、不对称、不垂直的，模具的损坏可能性也较大。所以在允许的条件下，应适当增加其强度。在多工位级进模设计中，一般采用强度较好的合金工具钢制造，并要选择合适的硬度，合理地安排热处理(如局部淬火)。在条件允许的情况下，适当地降低凸模高度，增加凹模厚度。另外，凸、凹模的结构设计合理性对于增加模具的刚性和强度也是十分重要的途径。2凸模和凹模必须便于稳定安装和更换多工位级进模的凸模、凹模必须要求安装后具有稳定性，这不仅能保证冲制精度，还可以提高冲压次数从而扩大了经济效果。对于各种不同冲压工序的凸模、凹模之间都要保持稳定的间隙，而且间隙应当均匀一致。3多工位级进模的凸模、凹模要有统一的基准，各种不同冲压性质的凸模、凹模必须谐调一致。一般在设计多工位级进模时，将这种关系以凹模各形孔间的坐标位置为基准，以第工位定出坐标原点，以此至各个工位形孔定出坐标关系。而凸模的安装位置、卸料板各形孔的位置均要与凹模一致，不得混乱。凸模的工作形状与对应凹模形孔形状(包括卸料扳的形孔形状)也应当对应一致。这样既便于加工，又不容易出现差错。4余料排除方便及时多工位级进模的连续冲制过程中，绝不允许把余料带在凸模上，或留在凹模工作面上，以免损坏模具。因此要在凸模上设置余料顶针，高压气孔，便于及时清除余科。5便于制造、测量和组装3.2.1.2 凸模的结构设计1细小圆凸模一般的粗短凸模可以按标准选用或按常规设计。而在多工位级进模中有许多冲小孔凸模，冲窄长槽凸模，分解冲裁凸模等。这些凸模在高速连续作业时，损坏是常有的情况，所以除了便于更换外，还应根据具体的冲裁要求，被冲裁材料的厚度，冲压的速度，冲裁间隙和凸模的加工方法等因素来考虑凸模的结构及其凸模的固定方法、保护措施等，力求做到不损坏或少损坏15-19。对于冲小孔凸模，通常采用加大固定部分直径，缩小刃口部分长度的措施来保证小凸模的强度和刚度。当工作部分和固定部分的直径差太大时，可设计多台阶结构。各台阶过渡部分必须用圆弧光滑连接，不允许有刀痕。特别小的凸模可以采用保护套结构。卸料板还应考虑能起到对凸模的导向保护作用，以消除侧压力对凸模的作用而影响其强度。设计结构如图3-2：2异形凸模在多工位级进模中，除了有许多冲小孔凸模外，还会有很多形状不规则的凸模，这些凸模叫做异形凸模。异形凸模的设计比较灵活，可以根据需要，设计成异形压入式凸模、异形带凸缘式凸模、异形直通式凸模等15-19。设计结果如图3-3： 图3-2 细小圆凸模 图3-3 异形凸模凸模的长度应根据冲模的具体结构确定。应留有修磨余量，并且模具在闭合状态下，卸料板至凸模固定板间应留有避免压手的安全距离。凸模一般不必进行强度校验，但对于特别细长的凸模或凸模断面尺寸小而板料厚度大时，则应进行强度校验15,18。由于本模具采用弹性卸料方式，卸料板对凸模有导向作用，再加上材料比较薄，因此，不需对凸模进行强度校核。3.2.1.3 凹模的结构设计多工位级进横的凹模设计是比较复杂的。要考虑各工位工作形孔的形状、精度，又要考虑各形孔的相对位置，确定各形孔的基准和相互间的坐标关系；又要考虑加工方便和使用寿命等因素，所以多工位级进模凹模结构的种类较多，典型的有：整体凹模，镶套式凹模，拼合形孔凹模，分段拼合凹模，综合拼合凹模等15-25。各类凹模在各工位工作形孔的形状、精度，各形孔的相对位置，各形孔的基准和相互间的坐标关系等反方面各有自己的优缺点。考虑到该铰链垫片多工位级进模的工位数不多，设计制造比较简单，且冲裁工位较多，因此采用整体凹模的形式。凹模形式确定好后，开始对凹模刃口孔型进行设计。考虑到凹模加工方便、使用寿命以及刃口强度和刃口尺寸随修磨刃口的变化，选用如图3-4所示的刃口孔型：图3-4 刃口孔型根据孔型以及结合零件排样图对凹模进行结构设计，设计结果如图3-5：图3-5 凹模3.2.2 导料系统的设计由于多工位级进模除纯冲裁件冲压属于平面加工以外，对于带有弯曲、成型、拉深的冲制件均属于立体加工。因此对条料在分段切除余斜加工过程中，条料不能受到任何障碍。条料的送迈进，必须浮离下模平面，并给予严格控制，导科系统决不能影响侧冲与倒冲机构的工作14-19。多工位级进模的倒料系统一般包括：左右导抖板；承料板；料条侧压机构；料条浮顶机构；除尘装置和障碍检出机构等。多工位级进模的导料系统直接影响模具冲制的效率和精度。因此，设计多工位级进模的导科系统时必须根据以下因素来考虑各项机构的选用6-8：1根据冲件的特点、排样图上各工位的安排来决定导料板式样、长短、高矮，决定浮顶器式样、种类及浮顶高度等。2根据冲床速度，选择合适的导料系统。3根据送料方式不向、对导料系统的要求也不。手工送料对导料系统要比较简单，障碍检出机构就不必要了。自动送料时，障碍检出机构和除尘装置是必不可少的。4结合已确定的模具结构考虑导料系统的选用。5卸斜装置与导料系统必须结合起来考虑。3.2.2.1 导料板导料板是对条料进行导向的装置之一，沿条料送进方向，安装在凹模形孔的两侧，并与模具中心线平行。导料板的作用是导正材料的送进方向。导料板有时还靠其一侧定位，将条料送进。导料板有与卸料板分离和联成整体的两种结构。为使条料顺利通过导料板间的距离应等于条料的最大宽度加上一间隙值(一般大于0.5mm)。导料板的高度H视料厚t与挡料销的高度h而定，参见表3-1。使用固定挡料销时，导料板高度较大，挡料销之上要有适当的空间，便条料易于通过。送料不受阻碍时，导料板高度可小些。表3-1 导料板的高度（mm）材料厚度t/mm挡料销高度h/mm挡料板高度H/mm固定挡料销自动挡料销或侧刃0.32.02.03.03.04.04.06.06.010.0344586881010121215152548686108101015结合凹模以及侧刃的形状、尺寸，对导料板进行结构设计，设计结果如图3-6、图3-7：图3-6 导料板I图3-7 导料板II导料板需淬火处理。没有淬火的导料板采用侧刃定距对条科进行定位，可在导料板挡料定距部位上单独镶入侧刃定距档块或档板，如图3-8。侧刃挡块和挡板必须经过淬火处理，其硬度为HBC5256即可。 图3-8 侧刃挡块、侧刃挡板在导料板上的位置3.2.2.2 定位装置的设计模具的定位装置用以保证材料的正确送进及在冲模中的正确位置。使用条料时除要有保证条料送进导向导料板外，还要有保证条料进距的零件挡料销、定距侧刃以及保证坯料准确定位的导正销等15,19,25。1.侧刃侧刃用于级进模中限定条料的送进步距。这种定位形式准确可靠，保证有较高的送料精度和生产率，其缺点是增加了材料消耗和冲裁力。所以，一般用于下述情况11；不可能采用挡料销进行挡料时；冲裁薄料(t0.5mm)，采用导正销会压弯孔边而达不到精确定位的目的时；工件侧边需冲出一定形状，由侧刃定距同时完成时。本级进模就属于工件侧边需冲出一定形状，由侧刃定距同时完成的情况。侧刃凸棋及凹模可根据冲孔模的设计原则，孔按侧刃凸模配制，取单面间隙。侧刃长度为：S=步距公称尺寸+0.050.1mm （17）侧刃宽度B为610mm。侧刃的制造公差一般取负值，一般为0.02mm。图3-9 侧刃本模具在工序排样中确定了侧刃定距方式。为了确保生产中侧刃的刚度和条料送进的方便，选带导向段的C型侧刃。侧刃档块固定于凹模面上。2.导正销导正销主要用于级进模，以获得内孔与外缘相对位置准确的冲裁件或保证坯料的准确定位。它装在落料凸模上，在落料前先插入已冲好的孔中，使孔与外缘相对位置对准，然后落料，消除了送料和导向造成的误差，起精确定位作用。也可以装在凸模固定板上，与工艺孔配合，起精确定位作用。导正销导入材料时，即要保证材料的定位精度，又要保证导正销能顺利地插入导正孔。配合间隙大，定位精度低；配合间隙过小，导正销磨损加剧并形成不规则形状，从而又影响定位精度。本模具工位数不多，冲压精度要求一般，所以采用两个导正销。导正销采用普通的弹头形，固定结构采用用丝堵将弹簧压到导正销上的方式。设计出导正销如图3-10：图3-10 导正销3.2.3 限位装置的设计为防止模具损坏，在模具外围应设置限位装置(限位垫块)。一般的限位装置是安装在上下模座中的限位柱和限位垫块，其总高度正是模具在镦实状态下的高度加上工件的料原高度，这样模具对模时，把限位垫块放在两限位柱之间即可。模具对好后取下限位垫块即可冲压。当完成冲压后，卸下模具，可将限位套套在限位柱上，使上下模保持开启状态。限位装置对于较大模具应考虑两套对称设置，使模具保持平衡状态8,15。当模县经过刃磨后，镦实块、限位垫块也应磨去刃磨量，方可使用。3.2.4 镶块设计在级进模的冲制过程中，需要对整体条料或对某个工位局部加工进行镦压，起到校正、整形、克服回弹，防止条料变形，使弯曲达到满意的效果。由于工件中存在90弯曲和45弯曲部分，需要对弯曲回弹进行控制27-34，因此，需要设计弯曲镶块进行镦实。其设计原则为8：1冲裁工位凸模的入模深度应服从弯曲、冲切工位凸模的入模深度。图3-11 弯曲镶块2在弯曲成型工位中，无高度公差要求的弯曲工位凸模长度应服从有高度公差要求的弯曲工位凸模长度。不需锻实工位的凸模应服从需要锻实工位的凸模。3在几个锻实工位中应以最主要成型尺寸的工位镦实为主。根据以上原则，设计出弯曲镶块结构如图3-11：3.2.5 顶出装置设计在设计多工位级进模时必须有条料顶出装置，以保持被冲制件能够沿条料连续送进8。工件顶出装置均用弹顶结构。主要是靠弹簧力或橡皮力来实现，也有的是随机床本身的各种气动、液压装置来完成。弹顶装置主要由顶件器、项杆、推板、调节螺母或螺钉等构成。顶出装置动作必须灵活，弹顶力必须足够，几个顶杆长度必须一致，顶件器高出模具平面高度要适当。多工位级进模中，顶出器的弹顶部分最好设计在底座内。概据工序要求，本模具选弹顶式浮顶销，浮顶销弹顶行程为4.0 mm。由于弹顶力要求不大，用单弹簧顶出即可，设计结果如图3-12