支架级进模设计 模具专业毕业设计说明书 毕业论文.pdf

武汉科技大学本科毕业论文 第 1 页 摘要 通过此次毕业设计加深对所学知识的掌握 有利于所学知识的综合利用 尤 其是对所学专业知识的最好体现 对于在该课题在设计中遇到的难点和疑点 可 以通过查阅相关资料进行解决 有利的锻炼了自主处理问题的能力 多工位级进模是在普通级进模的基础上发展起来的一种高精度 高效率 长 寿命的模具 是技术密集型模具的重要代表 是冲模发展方向之一 本文通过对工件的进行冲压工艺性能分析后 提出了满足工件要求的几种冲 压方案 并且在进行对比后决定采用一副多工位级进模的设计方案 该模具包括 了冲孔 落料 弯曲 剪断等工序 通过排样方案的确定后 开始了主体零部件 的设计和尺寸计算 此过程中 充分利用了 Anto CAD 软件 完成了零件的大部 分的绘制工作 关键词 多工位级进模 冲压工艺 弯曲 Anto CAD 武汉科技大学本科毕业论文 第 2 页 AbstractAbstractAbstractAbstract With this graduation project to deepen the mastery of knowledge is conducive to the comprehensive utilization of the knowledge In particular the best embodiment for expertise we can access relevant information for the problem we have encountered during the process and also a favorable self training capabilities in handling problems Multi Position Progressive Die is a high precision high efficiency long life technology intensive Die which is developed from general Progressive Die It is one of important representative of the directions of the Die development In this paper we put forward to meet the requirements of several stamping workpiece program and decideto use the Multi Position Progressive Die after compared with the others after the conduct of the workpiece through the stamping process performance analysis This Multi Position Progressive Die includes punching blanking bending cutting and other processes After the identification of nesting we proceed to design the main components and size calculation During this process take full advantage of Anto CAD software we completed the majority of parts of the drawing work KeyKeyKeyKey words words words words Multi Position Progressive Die Stamping Process Bending Anto CAD 武汉科技大学本科毕业论文 第 3 页 目 录 目 录 3 1课题的意义和目的 5 1 1课题的意义 5 1 2课题的目的 5 1 3文献综述 5 1 3 1我国的模具工业的发展状况 5 1 3 2国内模具工业的发展趋势 6 1 3 3CAD CAE CAM 技术的发展情况 6 1 3 4 现代模具企业管理 7 2产品的设计要求和工艺方案选择 9 2 1产品设计要求 9 工艺方案选择 9 2 2 1零件分析 9 2 2 2 工艺方案的确定 11 3排样设计 12 3 1多工位级进模的排样设计 12 3 2排样前的尺寸计算 12 3 2 1 计算毛坯的展开尺寸 12 3 2 2载体与搭口的设计 13 3 3条料排样的搭边值 13 3 4步距和料宽的计算 14 3 5排样图 14 3 6材料利用率 15 4主要设计计算 17 4 1冲压工序各压力的计算 17 4 2冲模压力中心的确定 20 4 3冲压设备的选择 21 4 4凸 凹模间隙 21 4 5凸模和凹模的刃口尺寸计算 24 4 5 1凸 凹模设计计算原则 24 4 5 2凸 凹模刃口尺寸的确定 24 5多工位级进模主要零部件设计 29 5 1工作零件 29 5 1 1凸模 29 武汉科技大学本科毕业论文 第 4 页 5 1 2 凹模 32 5 2带料的导正定位装置 32 5 2 1 导正销与导正孔的关系 33 5 2 2 导正销的固定方式 33 5 3带料的导向和托料装置 34 5 4卸料装置的设计 35 5 4 1卸料板的结构 35 5 4 2卸料板的导向形式 36 5 4 3卸料板的安装形式 37 5 4 4弹簧的选用 39 5 5模架及组成零件 40 5 5 1模架 40 5 5 2 模座 40 5 5 3导柱和导套 41 5 6连接与固定零件 42 5 6 1模柄 43 5 6 2固定板及垫板的选用 43 5 7模具零部件设计总结 44 5 8闭合高度 44 6模具零件的加工工艺 47 6 1冲裁凸模 凹模技术要求与加工特点 47 6 2成形凸模 凹模技术要求及加工特点 47 6 3多工位级进模的加工特点 47 7结束语 49 参考文献 50 致谢 51 武汉科技大学本科毕业论文 第 5 页 1课题的意义和目的 1 1课题的意义 模具生产技术水平的高低 已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标 志 因为模具在很大程度上决定着产品的质量 效益和新产品的开发能力 随着 我国加入 WTO 我国模具工业的发展将面临新的机遇和挑战 我国的模具工业的发展 日益受到人们的重视和关注 模具是工业生产的基 础工艺装备 也已经取得了共识 在电子 汽车 电器 仪器仪表 家电和通讯 等产品中 60 80 的零部件都要依靠模具成形这些行业是模具行业的主要服务 领域 用模具生产的制件具有高精度 高复杂程度 高一致性 高生产率和低消 耗等特点 是其他加工方法所不及的 模具生产技术水平的高低 已成为衡量一 个国家产品制造水平高低的重要标志 在很大程度上决定着产品的质量和新产品 的开发能力 1 2课题的目的 本次毕业设计的任务是设计支架级进模设计 通过本次设计不仅使学生了解 冲压件的结构工艺性和模具结构设计之间的关系 还可以掌握模具设计的步骤与 方法 同时 还有助于学生巩固书本上所学到的 03 0 00 10 d理论知识 加深对专 业知识的理解 将理论知识与实际生产紧密联系起来 大大提高了学生的综合能 力 为将来的工作打下良好基础 1 3文献综述 1 3 11 3 11 3 11 3 1我国的模具工业的发展状况我国的模具工业的发展状况我国的模具工业的发展状况我国的模具工业的发展状况 模具是机械制造业中技术先进 影响深远的重要工艺装备 具有生产效率 高 材料利用率高 制件质量优良 工艺适应性好等特点 被广泛应用于汽车 机械 航天 航空 轻工 电子 电器 仪表等行业 2005 年中国模具工业产 值达到610 亿元 增长率保持在25 的高水平 行业的生产能力约占世界总量的 10 仅次于日本 美国而位列世界第三 除了国有专业模具厂外 广东的中外合资和外商独资模具企业现有几千家 乡镇企业也快速崛起 江苏昆山建成了模具工业群 浙江黄岩被誉为 模具之 乡 中国模具的 珠江三角洲 长江三角洲和以成都 重庆为代表的西部模具 武汉科技大学本科毕业论文 第 6 页 三足鼎立局面已经基本形成 然而 与国际先进水平相比 中国的模具行业的差距不仅表现在精度差距 大 交货周期长等方面 模具寿命也只有国际先进水平的 50 左右 大型 精密 技术含量高的轿车覆盖件冲压模具和精密冲裁模具 每年都需要花费大量资金 进口 我国冲压模具产品的质量和生产工艺水平 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 产品质量水平低主要表现在精度 表面粗糙度 寿命及模具的复杂程度上 生产工艺水平低则主要表现在加工工 艺 加工装备等方面 1 3 21 3 21 3 21 3 2国内模具工业的发展趋势国内模具工业的发展趋势国内模具工业的发展趋势国内模具工业的发展趋势 1 模具日趋大型化 这是由于用模具成型的零件日渐大型化和高生产效 率要求发展的 一模多腔 所造成的二是模具的精度将越来越高 10 年前精密模 具的精度一般为 5 微米 现在已达到 2 3 微米 不久 1 微米精度的模具将上市 这要求超精加工 2 专业化程度越来越高 规模效应和品牌效应增强 各地具有产业特色 的模具工业城或工业园区依靠区域优势 产业优势和人才优势快速发展 质量和 水平快速提升 模具产品全寿命周期的生产和服务成为企业经营活动的重要内 容 3 高新技术的特点日趋明显 CAD CAE CAM 等信息技术和数控技术的 结合能有效提高模具产品的工艺水平和质量水平 CAD CAE CAM CAPP 及数控 技术 高速切削 快速成型等高新技术在模具工业中的应用有着 先天 优势 成效也最显著 数控加工中心和高速切削技术的应用 使模具的开发速度和产品 质量大为提高 但一次性设备投资较大 1 3 31 3 31 3 31 3 3CAD CAE CAMCAD CAE CAMCAD CAE CAMCAD CAE CAM 技术的发展情况技术的发展情况技术的发展情况技术的发展情况 模具制造是设计的延续 推行模具设计与制造一体化可达到优化设计的要 求 实践证明 模具CAD CAM CAE 技术是当代最合理的模具生产方式 既可用于 建模 为数控加工提供NC 程序 也可对不同的模具类型 以相应的基础理论 通过数值模拟方法达到预测产品成型过程的目的 改善模具结构 从CAD CAE CAM 一体化的角度分析 其发展趋势是集成化 三维化 智能化和网络化其中心思想 是让用户在统一的环境中实现CAD CAE CAM 协同作业 以便充分发挥各单元的 优势和功效 因此 应大力进行ANSYS MSC Moldflow Dynaform 等高端辅助 设计制造软件的培训 推广和应用 随着现代化技术的迅速发展 模具在国民经济发展过程中将处于越来越重要 武汉科技大学本科毕业论文 第 7 页 的地位 针对模具CAD CAM CAE存在的问题 总结其发展趋势主要有以下几个 方面 1 标准化CAD软件一般应集成在一个异构的工作平台之上 只有依靠标 准化技术才能解决CAD系统支持异构跨平台的环境问题 目前 除了CAD支撑软件 逐步实现ISO 标准和工业标准外 面向应用的标准零部件库 标准化设计方法已 成为CAD 系统中的必备内容 并向合理化工程设计的应用方向发展 2 网络化与协同设计近年来 模具工业规模的不断扩大 及Intemet技 术的不断完善 公司之间的协作不断的加强 设计人员通过网络共享资源信息 同时对模具的设计与制造进行操作和评价 使一个项目在多台计算机上协作完 成 节省了大量的人力物力财力 网络化协同设计是模具设计与制造发展的必然 趋势 3 开放性 CAD CAM CAE系统目前广泛建立在开放式操作系统Windows和高讲课的效 率和教学效果 1 3 41 3 41 3 41 3 4 现代模具企业管理现代模具企业管理现代模具企业管理现代模具企业管理 1 人员精简 瘦 型管理 欧美模具企业大多数规模不大 员工人数超 过百人的较少 所考察的模具企业人数一般都在20 50 人 企业各类人员的配 置十分精简 一专多能 一人多职 企业内部看不到闲人 精益生产 瘦 型 管理的思想得到了较好的体现 一切与产生效益无关的 肥肉 都被最大限度 地切除 2 专业化 定位准 所考察的模具企业 大多数都是围绕汽车 电子等产业 对各类模具的需求 确定自己的产品定位和市场定位 为了在市场竞争中求生存 求发展 每个模具厂家都有自己的优势技术和产品 采取专业化的生产方式 3 采用先进的管理信息系统 实现集成化管理 欧美的模具企业 特别是 规模较大的模具企业 基本上实现了计算机管理 从生产计划 工艺制定 到质检 库存 统计等 普遍使用了计算机 公司内各部门可通过计算机网络共享信息 例 如 意大利的Galvanin 公司 在质量管理中采用了统计过程控制系统 SPC 在生产过程中 利用抽检的方法 根据统计规律获得制件公差分布和变化曲线 动态地控制产品质量 生产流程的每一环节均采用条码采集数据 实现了全公司 的集成化管理 4 工艺管理先进 标准化程度高 与国内模具厂大多采取以钳工为主或钳 工包干的生产组织模式不同 欧美的模具生产厂家是靠先进的工艺设备和工艺 路线确保零件精度和生产进度 每副模具均有详细的设计图 包括每个零件的详 武汉科技大学本科毕业论文 第 8 页 细设计 并且都制订了详细的加工工艺 利用先进的工艺设备 根据制定的工艺 将每个模具零件加工到位 大大减少了钳工的装修工作量 一个30 人左右的模 具厂 钳工仅有3 人左右 在生产中 工艺人员和调度人员密切合作 安排生产 控制质量和生产进度 欧美的模具企业 模具标准件的采用率一般在80 以上 模具厂主要是加工型腔 型芯等主要模具零件 并进行装配调试 模具标准件在 市场上采购 有些模具企业 模具零件的粗加工 半精加工 也由相对固定的协 作厂家去完成 因此 模具生产周期大大缩短 武汉科技大学本科毕业论文 第 9 页 2产品的设计要求和工艺方案选择 2 1产品设计要求 支架级进模设计 工件如图 2 1 所示 材料为 08 钢 厚度 t 1 5mm 大批 量生产 图 2 1工件尺寸 该零件在中心空 10 两边孔 5及两个 5中心距15有精度比较高的要求 精度等级分别为 IT7 IT7 IT10 级 该零件形状对称 形状精度要求不高 因 此可以用冲压方法加工 工艺方案选择 2 2 12 2 12 2 12 2 1零件分析零件分析零件分析零件分析 如前所述 此制件从结构和尺寸要求来看 所需的基本工序为冲孔 落料 弯曲等 根据零件上的孔 应尽量在毛坯上冲出的原则 以简化模具结构 便于 操作 此零件在冲压过程中需要注意的是 孔 5 距弯曲部比较近 孔边距弯曲 部的最近距离仅为 1 5mm 处在弯曲变形区内 所以 冲压过程中必须先进行弯 武汉科技大学本科毕业论文 第 10 页 曲的工序编排 后进行冲小孔的工序编排 并且利用冲出的 10 孔作为后续工 序的定位用孔 工件材料为 08 钢 有良好的冲压性能 只有部分尺寸没给出精 度 可按 IT14 级精度补标工件尺寸公差 标注后的工件尺寸如下图 2 2 所示 图 2 2给出公差后的工件尺寸 武汉科技大学本科毕业论文 第 11 页 2 2 22 2 22 2 22 2 2工艺方案的确定工艺方案的确定工艺方案的确定工艺方案的确定 根据上述分析 基于基本工序的性质和数量 进行工序的组合与排列 初步 拟出以下四个方案 方案一 1 落料与冲孔 10 复合模 第 1 工序 2 弯曲 采用一次弯曲四个角的弯曲模 第 2 工序 3 冲 4 5 孔 第 3 工序 此方案采用三副模具 方案二 1 落料与冲 10 孔的冲孔落料复合模 2 先弯曲外部两角并使中间两角预弯 45 3 再压弯中间的两角成 90 4 冲 4 5 孔 此方案同样采用 3 三副模具 方案三 1 冲 10 孔 切断及弯曲四个角的连续冲压模 2 冲 4 5 孔兼整 R0 5 型 此方案采用两副模具 其中包括级进模 方案四 全部工序采用带料连续冲压级进模 各方案比较 方案一的模具结构简单 寿命长 所得产品的精度也高 但三道工序 三副 模具需要较多的操作人员 劳动量大 费工时 方案二与方案一相同 但多了一 道工序 需要的劳动量更多 效率低 方案三采用了级进模 虽然结构较为复杂 但将各个工序集中到一副模具上 生产效率得到提高 劳动量相对较小 但任然采用了两副模具 制造成本比较大 方案四仅仅采用一副模具 精度较高 生产效率高 虽然结构复杂 制造周 期长 但非常适合大批量生产 为了保证各项技术要求 本设计选用方案四 其工序依次为 剪切 冲 10 空 两次弯曲 复合 冲 4 5 空 剪切 武汉科技大学本科毕业论文 第 12 页 3排样设计 3 1多工位级进模的排样设计 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 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 排样设计是在零件冲压工艺分析的基础上进行的 确定排样图时 首先要根 据冲压件图纸计算的展开尺寸 然后进行各种方式的排样 在确定排样方式时 还必须对工件的冲压方向 变形次数 变形工艺类型 相应的变形程度及模具结 构的可能性 模具加工工艺性 企业实际加工能力等进行综合分析判断 同时在 全面考虑工件精度和能否顺利进行级进冲压生产后 从几种排样方式中选择一种 最佳方案 完整的排样图应给出工位的布置 载体结构形式和相关尺寸等 当带料排样图设计完成后 模具的工位数及工位的内容 被冲制工件各工序 的安排及先后顺序 工件的排样方式 模具的送料步距 条料的宽度和材料的利 用率 导料方式 弹顶器的设置和导正销的安排 模具的基本结构等就基本确定 所以 排样设计是多工位级进模设计的重要内容 是模具结构设计的依据之一 是决定多工位级进模设计优劣的主要因素之一 3 2排样前的尺寸计算 3 2 13 2 13 2 13 2 1计算毛坯的展开尺寸计算毛坯的展开尺寸计算毛坯的展开尺寸计算毛坯的展开尺寸 弯曲件毛坯尺寸计算是按弯曲中性层长度不变的原则进行的 常见的几类弯 曲件毛坯尺寸的计算见参考文献 1 表 3 5 至 3 7 公式中系数 x x1 x2见表 3 8 至 3 10 本工件为 U 形件 查表可得 tkrtkrbaL 2211 22 1 其中 k1 0 42 k2 0 41 a 7 5 b 25 5 c 22 r1 1 5 r2 1 5 t 1 5 代入 1 式可得 L 101 3mm 上述 L 尺寸是 毛坯的计算尺寸 还要去掉部分修正余量 最后取整的到 最终的展开尺寸为 L 100mm 武汉科技大学本科毕业论文 第 13 页 3 2 23 2 2载体与搭口的设计载体与搭口的设计 搭边在多工位级进模中有着特殊的作用 它是将坯件传递到各工位进行冲裁 和成形加工 并且使坯件在动态送料过程中保持稳定准确的定位 因此 在多工 位级进模的设计中把搭边称为载体 载体是运送坯件的物体 载体与坯件或坯件 和坯件的连接部分称为搭口 边料载体是利用材料搭边或余料冲出导正孔而形成的载体 此种载体送料刚 性较好 省料 简单 使用该载体时 在弯曲或成形部位 往往先切出展开形状 在进行成形 后工位落料以整体为主 还有中部留载体 及双边留载体等形式 根据本工件的外形特点 本设计采用中部留载体的形式 其基本结构 3 1 图如下 图 3 1 中部留载体 3 3条料排样的搭边值 搭边是指排样时冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺废料 搭 边的作用是 一是补偿定位误差和剪板误差 确保冲出合格零件 二是增加条料刚度 方便条料送进 提高劳动生产率 搭边还可以避免冲裁 时条料边缘的毛刺被拉入模具间隙 从而提高模具寿命 根据经验查表得最小搭边值取 a 4mm 武汉科技大学本科毕业论文 第 14 页 3 4步距和料宽的计算 在本设计中的级进模的定位形式为侧刃与导正销配合定位的方式 且侧刃的 布置为实际生产中常用的双侧都有两个定距侧刃的形式 此时 定距侧刃的截面 形状可以设计成与侧边形状一致的形状 如下图 3 2 所示 图 3 2 侧刃的安装形式 侧刃切除的材料取 3mm 已经计算出了毛坯的展开尺寸为 100mm 便可得到 料宽 B 106mm 步距 S 的尺寸是毛坯尺寸于搭边值之和 则 S 30 4 34mm 3 5排样图 零件排样图如图 3 3 所示 共分为 6 个工位 步距 34mm 料宽 106mm 第 1 工位 在条料上切除中间载体两侧的余料 同时冲出 100 0 03孔 为接 下来的工序定位 第 2 工位 进行一次弯曲四个角的弯曲工序 第 3 工位及第 5 个工位为空工位 以满足强度要求 第 4 工位 冲 4 5 的孔 第 6 工位 切除余料 完成整个零件的冲裁 本设计将冲 4 5 孔的工序安排在弯曲工序之后 因此能够保证孔的形状及 位置精度要求 武汉科技大学本科毕业论文 第 15 页 图 3 3 排样形式 3 6材料利用率 材料利用率是指冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比 它是衡量合理 利用材料的经济性指标 一个步距内的材料利用率 图 3 4 可以用下式表示 2 式中A 一个步距内冲裁件的实际面积 B 条料宽度 S 步距 图 3 4 步距 100 BS A 武汉科技大学本科毕业论文 第 16 页 根据以上公式可得到材料的利用率 10634 5 2530100 22 10634 5 2530100 22 得到 80 52 100 BS A 武汉科技大学本科毕业论文 第 17 页 4 主要设计计算 4 1冲压工序各压力的计算 该模具采用级进模 选用弹压卸料板 下出料 冲压力计算如下 1 第一次剪裁 b tLKF 3 其中 K 1 3 L 94 28mm b 360MPa t 1 5mm 则可得到 F 66 18kN 2 冲 10 孔 b tLKF 其中 K 1 3 L 31 4mm b 360MPa t 1 5mm 得到 F 22 04kN 3 两次弯曲复合 该工序采用校正弯曲 故计算公式如下 1000 qA F 校 4 查 冲压工艺与模具设计 表 4 9 可得 q 60MPa 又因为 A 540mm 2 将值代入上式得到 校 F 32 4kN 4 冲 4 5 孔 b tLKF 其中 K 1 3 L 62 8mm b 360MPa t 1 5mm 得到 武汉科技大学本科毕业论文 第 18 页 F 44 08kN 凸模强度一般不需要校核 考虑到此处的凸模较小 现将校核 过程如下 凸模需要满足 材料的许用应力 冲压材料的抗剪强度 其中 压 压 MPar mmt tr d 5 1 4 5 经查表得 r 340 压 1600MPa 代入可知 所以满足设计强度要求 04 2 1600 3405 14 5 min d 5 第二次剪裁 b tLKF 其中 K 1 3 L 48 b 360MPa t 1 5mm 则可得到 F 33 70kN 6 卸料力及推件力的计算 卸料力是指从凸模上卸下箍着的料所需要的力 推件力是指将梗塞在凹模内 的料顺冲裁方向推出所需要的力 顶件力是指逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需 要的力 其原理图如下 4 1 所示 图 4 1 卸料力 顶件力等 其中FX 卸料力 武汉科技大学本科毕业论文 第 19 页 FT 推件力 FD 顶件力 如图所示各力的方向 结合本模具的设计可知 只存在卸料力和推件力两种 没有顶出工件的顶件力 因此 卸料力的计算 6 推件力的计算 7 其中 KX KT 卸料力 推件力系数 n 同时卡在凹模内的冲裁件 废料 数 式中h 凹模洞口的直刃壁高度 t 板料厚度 查参考文献 2 表 3 14 如下图 4 2 所示可得各力的系数 图 4 2 工艺系数表 查得 KX 0 05KT 0 055n 1 7 总冲压力的计算 Z F 冲裁工艺力的总和 FnKFKFF FFFF TXZ TXZ 9 而 F 为上面 5 个工序所需冲裁力的总和 故 kNF F 5 2181 10 44440 3201 2220 66270 33 FKF XX FnKF TT t h n 武汉科技大学本科毕业论文 第 20 页 故 Z F 3410 55kN 4 2冲模压力中心的确定 模具的压力中心就是冲压力合力的作用点 为了保证压力机和模具的正常工 作 应使模具的压力中心与压力机滑块的中心线相重合 否则 冲压时滑块就会 承受偏心载荷 导致滑块导轨和模具导向部分不正常的磨损 还会使合理间隙得 不到保证 从而影响制件质量和降低模具寿命甚至损坏模具 实际生产中 可能 会出现由于制件的形状特殊或排样特殊 从模具结构设计与制造考虑不宜使压力 中心与模柄中心线相重合的情况 这时应注意使压力中心的偏离不致超过所选压 力机的允许值范围 此模具由多个工位多个凸模组成 将各凸模的压力中心确定后 再计算模具 的压力中心 见图 4 3 计算其压力中心的步骤如下 1 按比例画出每一个凸模刃口轮廓的位置 2 在任意位置画出坐标轴线 x y 坐标轴位置选择适当可使计算简化 在 选择坐标轴位置时 应尽量把坐标原点取在某一个刃口轮廓的压力中心 或使坐标轴线尽量多的通过凸模刃口轮廓的压力中心 坐标原点最好是 几个凸模刃口轮廓压力中心的对称中心 3 分别计算凸模刃口轮廓的压力中心及坐标位置 4 分别计算凸模刃口轮廓的冲裁力 5 根据力学原理 合力对某轴之力矩等于各分力对同轴力矩之代数和 则 可得到压力中心坐标计算公式 公式如下所示 10 n i i n i ii n nn F xF FFF xFxFxF x 1 1 21 2211 0 n i i n i ii n nn F yF FFF yFyFyF y 1 1 21 2211 0 武汉科技大学本科毕业论文 第 21 页 图 4 3 压力中心的确定 从图中可以看出 凸模刃口轮廓的位置关于 X 轴对称 所以压力中心的 Y0 0 对于 X0 通过代入上面得出的冲压力及各坐标值可得 X0 121 08 4 3冲压设备的选择 压力机的公称压力必须大于或等于各种冲压工艺力的总和 FZ 通过前面章节 的计算可知 FZ 2410 55kN 根据经验公式 压力机的公称压力 F 应该满足 F 1 3FZ 11 所以 F 3133 7kN 查参考文献 1 第九章的标注件表 9 9 可知 选用开式双柱可倾压力机 型号 Jc23 35 其相关数据如下 最大闭合高度 280mm 封闭高度调节量 60mm 模柄尺寸 50mm 70mm 工作台尺寸 380mm 前后 610mm 左右 工作台孔尺寸 200mm 前后 290mm 左右 260mm 直径 垫板尺寸 60mm 公称压力 3500kN 4 4凸 凹模间隙 冲裁间隙 Z 是指冲裁模中凹模刃口横向尺寸与凸模刃口横向尺寸的差值 如 图 4 4 所示 Z 表示双面间隙 单面间隙用 Z 2 表示 如无特殊说明 冲裁间隙 就是指双面间隙 Z 值可为正 也可以为负 但在普通冲裁中 均为正值 间隙是影响冲裁件质量的主要因素 随间隙的增大冲裁力有一定程度的降 低 但影响不是很大 间隙对卸料力 推件力的影响比较显著 随间隙增大 卸 武汉科技大学本科毕业论文 第 22 页 料力和推件力都将减小 试验证明 随着间隙的增大冲裁力有一定程度的降低 但当单面间隙介于材 料厚度的 5 20 范围内时冲裁力的降低不超过 5 10 因此 在正常情况下 间隙对冲裁力的影响不很大 间隙对卸料力 推件力的影响比较显著 随间隙增 大 卸料力和推件力都将减小 一般当单面间隙增大到材料厚度的 15 25 时 卸料力几乎降到零 但间隙继续增大会使毛刺增大 又将引起卸料力 推件力的 迅速增大 冲裁过程中作用与凸 凹模上的力为被冲材料的反作用力 凸 凹模刃口受 着极大的垂直压力与侧压力的作用 高压使刃口与被冲材料接触面之间产生局部 附着现象 当接触面相对滑动时 附着部分就产生剪切而引起磨损 是冲模磨损 的主要形式 所以 为了减少凸 凹模的磨损 延长模具的使用寿命 在保证冲裁件质量 的前提下适当采用较大的间隙值是十分必要的 若采用小的间隙 就必须提高模 具的硬度 精度 减小模具粗糙度 良好润滑 以减小磨损 在冲压实际生产中 主要根据冲裁件断面质量 尺寸精度和模具寿命这三个 因素综合考虑 给间隙规定一个范围值 考虑到在生产过程中的磨损使间隙变大 故设计与制造新模具时应采用最小合理间隙ZminZmin 图 4 4图 4 5 冲裁产生裂纹的瞬时状况 1 理论确定法 12 式中t 材料厚度 h0 产生裂纹时凸模挤入材料深度 tan12tan2 0 0 t h thtZ 武汉科技大学本科毕业论文 第 23 页 h0 t 产生裂纹时凸模挤入材料的相对深度 剪切裂纹与垂线间的夹角 上式可看出 合理间隙 Z 与材料厚度 t 凹模相对挤入材料深度 裂纹角有 关 而且又与材料塑性有关 因此 影响间隙值的主要因素是材料性质和厚度 材料厚度越大 塑性越低的硬脆材料 则所需间隙 Z 值就越大 材料厚度越薄 塑性越好 则所需间隙 Z 值就越小 由于理论计算法在生产中使用不方便 故目 前广泛采用的是经验数据 2 经验确定法 13 式中 K 与材料性质有关的系数 t 材料厚度 mm 3 图表确定法 本模具双边间隙值的选取以图表为依据 查参考文献 1 如下图 4 6 所示 图 4 6间隙值的选取 根据工件材料为 08 钢 厚度 t 1 5mm 查表可知 Zmin 0 132mm Zmax 0 240mm 故 Zmax Zmin 0 108mm KtZ min 武汉科技大学本科毕业论文 第 24 页 4 5凸模和凹模的刃口尺寸计算 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 凹模入刃口尺 寸和公差 是冲裁模设计的一项重要工作 4 5 14 5 14 5 14 5 1凸 凹模设计计算原则凸 凹模设计计算原则凸 凹模设计计算原则凸 凹模设计计算原则 1 凸模 凹模的设计原则 1 冲裁件断面都带有锥度 光亮带是测量和使用部位 落料件的光亮带处于大端尺寸 冲孔件的光 亮带处于小端尺寸 且落料件的大端 光面 尺寸等于凹模尺寸 冲孔件的小端 光面 尺寸等于凸模尺寸 2 凸模轮廓越磨越小 凹模轮廓越磨越大 结果使间隙越用越大 2 凸模 凹模刃口尺寸的计算原则 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 根据冲模在使用过程中的磨损规律 设计落料模时 凹模基本尺寸应取 接近或等于工件的最小极限尺寸 设计冲孔模时 凸模基本尺寸则取接近或等于工件孔的最大极限尺寸 模具磨损预留量与工件制造精度有关 3 冲裁 设计 间隙一般选用最小合理间隙值 Zmin 4 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 即要 保证工件的精度要求 又要保证有合理的间隙值 5 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 但对于磨损后无变化的尺寸 一般标注双向偏差 4 5 24 5 24 5 24 5 2凸 凹模刃口尺寸的确定凸 凹模刃口尺寸的确定凸 凹模刃口尺寸的确定凸 凹模刃口尺寸的确定 由于工件尺寸精度要求不高 因此 模具采用分开加工的方法 1 第一次剪切凸 凹模刃口尺寸的确定 此工序为落料 故以凹模为设计基准 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 不论冲孔还是落料 冲裁间隙一般取最小合理间隙值 即 Zmin 0 132mm 落料件取精度等级 IT14 故磨损系数 x 0 5 武汉科技大学本科毕业论文 第 25 页 落料件的尺寸如图 4 7 所示 mmZxDD mmZxDD mmxDD mmxDD TT TT AA AA MAXT MAXT MAXA MAXA 00 min22 00 min11 0022 0011 72 3 51 39 85 3 64 39 14 其中 A 代表凹模刃口尺寸 T 代表凸模刃口尺寸 图 4 7落料件标注公差后的尺寸 凸模 凹模的制造公差 T A的取值通常有查表法 计算法等 本模具 取凸模的制造精度IT6 凹模 IT7 的精度 查表可知 T1 0 016mm T2 0 008mm A1 0 025mm A2 0 012mm 则凸模 凹模的最终尺寸为 mmD mmD mmD mmD T T A A 0 008 02 0 016 01 012 0 02 025 0 01 72 3 51 39 85 3 64 39 同理 第二次剪切的凸模 凹模的最终尺寸如下 mmD mmD T A 0 018 01 030 0 01 72 3 85 3 2 冲 10 孔的凸模 凹模刃口尺寸的确定 其工作部分尺寸如下 武汉科技大学本科毕业论文 第 26 页 图 4 8 孔的公差尺寸 设计冲孔模时 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取得 由图可知 孔的精度等级为 IT8 查表可知 其磨损系数 x 1 该孔的尺寸 03 0 00 10 d 则 mmzdd mmxdd AA TT TA T 00min 00 min 162 10 03 10 15 凸模 凹模的制造公差 T A的取值通常有查表法 计算法等 本模取凸 模的制造精度 IT6 凹模 IT7 的精度 查表可知 T 0 009mm A 0 015mm 则 凸模 凹模的最终尺寸为 015 0 0 0 009 0 162 10 03 10 A T d d 3 弯曲工序的刃口尺寸计算 板料的最小弯曲相对半径 r t 1 查参考文献 1 表 3 3 可得 08 钢垂直 蹍压纹向为 0 1t 平行蹍压纹向为 0 4t 而 r t 1 0 1 或 0 4 故满足冲裁条 件 毛坯尺寸由前面章节可知 L 100mm 弯曲凸模 凹模的间隙计算分为有色 金属和黑色金属两种情况 弯曲黑色金属时 z 2 tmin nt 16 查参考文献 1 表 3 16 可得 n 0 05 所以 3 15mmz 1 575mm0 051 51 5 2 得 z 如图 4 9 所示模具得刃口尺寸 弯曲件尺寸为内形尺寸 所以应以凸模为计 算基准 间隙去在凹模上 武汉科技大学本科毕业论文 第 27 页 图 4 9弯曲凸 凹模刃口尺寸 由参考文献 1 得计算公式可知弯曲模得刃口尺寸计算如下 mm56 82 mm41 79 74 0 75 0 85 78 mm13 0 4 1 54 28 39 25 52 075 025 75 0 19 0 0022 0 19 0 0 4 12 001 000 min1 A AA TTT zLL L mmzLL mmLL TA T TATATA TA T 同理可得 得到同为 取 17 4 冲 4 5 孔的模具刃口尺寸计算 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获得 工件的部分尺寸如下图 4 10 所示 图 4 10 工件的部分公差尺寸 由上图可知部分的尺寸公差 其中冲孔的精度等级为 IT9 0 03mm 故 武汉科技大学本科毕业论文 第 28 页 磨损系数 x 1 计算公式如下 mmLL mmLL mmzdd mmxdd AA TT TA T 078 036125 0 5 0 015 0 06 15125 0 5 0 162 5 03 5 min2 min1 00min 00 min 18 对于凸模取制造精度等级为 IT6 凹模的制造精度等级为 IT7 查表可得 mmd mmd mm mm A T T A 012 0 0 0 008 0 162 5 03 5 008 0 012 0 则 武汉科技大学本科毕业论文 第 29 页 5 多工位级进模主要零部件设计 多工位级进模工位多 细小零部件和镶块多 机构多 动作复杂 精度高 其零部件的设计 除应满足一般冲压模具零件的设计要求外 还应根据多工位级 进模的冲压成形特点和成形要求 分离工序和成形工序差别 模具主要零部件制 造和装配要求来考虑其结构形状和尺寸 认真进行系统协调和设计 冲裁模零部 件的分类 多工位级进模结构设计的设计原则是 1 在级进冲压中 冲裁工序常安排在 前工序和最后工序 前工序主要完成切边 切出制件外形 和冲孔 最后工序安 排切断或落料 将载体与工件分离 2 对复杂形状的凸凹模 为使模具形状简化 便于制造和保证其强度 可将复杂制件分解成为一些简单的几何形状 多增加一 些冲裁工位 3 对于孔边距很小的工件 为防止落料时引起离工件边缘很近的孔 产生变形 可将孔旁的外缘以冲孔方式先于内孔冲出 即冲外缘工位在前 冲内 孔工位在后 对有严格相对位置要求的局部内 外形 应考虑尽可能在同一工 位上冲出 以保证工件的位置精度 5 1工作零件 5 1 15 1 15 1 15 1 1凸模凸模凸模凸模 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 这些凸模应根据具体的冲裁要求 被冲裁件的厚度 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 对于冲小孔的凸模 通常采用加大固定部分的直径 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 武汉科技大学本科毕业论文 第 30 页 模可以采用保护套的结构 本设计中有小孔部分的冲裁采用了这种加护套保护的 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 图 5 1 和图 5 2 为常见的凸模及其装配形式 图 5 1圆形凸模的固定形式及其标准件 图 5 2非圆形凸模的固定形式 除了冲孔涂抹外 级进模中有许多分解冲裁的制件轮廓冲裁凸模 这些凸模的加 工大多采用线切割结合成型磨削的加工方法 图 5 3 为成型磨削凸模的几种形 武汉科技大学本科毕业论文 第 31 页 式 图 a 为直通式凸模 常采用固定方法是铆接和吊装在固定板上 但铆接后难 以保证凸模与固定板的较高垂直度 且修正凸模时铆合固定将失去作用 此种结 构在多工位级进模中常采用吊装 图 b c 是同样断面的冲裁凸模 其考虑因素 是固定部分台阶定在单面还是双面 及凸模受力后的稳定性 图 d 两侧有异形突 出部分 突出部分窄小易产生磨损和损坏 因此结构上宜采用镶拼结构 b c d efa 图 5 3 级进模常见凸模形式 本设计中 凸模的固定形式为台阶式固定 圆形冲孔凸模采用国标 GB 2863 1 81 具体形式如下图 5 4 所示 图 5 4 圆形凸模的结构形式 弯曲凸模的结构形式如下图 5 5 所示 图 5 5 弯曲凸模的结构形式 凸模的常用材料形状简单且模具寿命要求不高的凸模可选用 T8A T10A 等 材料 形状复杂且模具有较高寿命要求的凸模应选 CrWMn Cr r12MoV 等制造 热处理 HRC58 62 要求高寿命 高耐磨性的凸模 可选硬质合金材料 武汉科技大学本科毕业论文 第 32 页 5 1 25 1 25 1 25 1 2凹模凹模凹模凹模 多工位级进模凹模的设计与制造较凸模更为复杂和困那 凹模的结构常用的 类型有整体式 拼块式和嵌快式 对于工步较少的 或纯冲裁的 精度要求不高 的级进模可采用整体式 结构较为复杂的采用拼块式和嵌块式 这样便于加工 装配 调整和维护 以保证凹模几何精度和步距精度 凹模镶拼原则与普通冲裁 凹模基本一致 另外 分别拼合的凹模在多工位级进模中是常用的一种结构 采 用镶嵌或拼块的结构的凹模母板一般用中碳钢以上的钢制造 凹模的厚度 H Kb 但必须大于或等于 15mm 如果公式计算的结果小于 15mm 则取值为 15mm 凹模的壁厚 C 1 5 2 H 但计算的结构必须大于或等于 30 40mm 级进模由于多数冲薄料 可以取大于或等于 25 40mm K 的取值查表 2 3 查参考文献 2 本模具由于工步较少 精度要求不高 为了方便加工和制造 采用整体式结 构 其结构图如图 5 6 所示 图 5 6 凹模的结构布局 5 2带料的导正定位装置 在级进模中的定位装置 在设计时常使用导正销与侧刃配合定位的方法 侧 刃做定距和初定位 导正销做精定位 此时 侧刃长度应大于步距 0 05 0 1mm 武汉科技大学本科毕业论文 第 33 页 以便导正销导入孔时条料略向后退 在设计模具时 作为精定位的导正孔 应安排在排样图中的第一工位冲出 导正销设置在紧随冲导正孔的第二工位上 5 2 15 2 15 2 15 2 1 导正销与导正孔的关系导正销与导正孔的关系导正销与导正孔的关系导正销与导正孔的关系 导正销导入材料时 既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 从而影响定位精度 通常情况下取导正销与导正孔的间隙值为 0 12 0 2 t 本设计取 0 2mm 导正销的前端部分应突出于卸料板的下平面 突出量 x 的取值范围为 06t x 1 5t 薄料取较大值 厚料取较小值 当 t 2mm 以上时 x 0 6t 设计中 取 x 1mm 5 2 25 2 25 2 25 2 2导正销的固定方式导正销的固定方式导正销的固定方式导正销的固定方式 如下图 5 7 所示为导正销的结构形式及其几种固定形式 图 5 7浮动导正销和固定导正销的结构形式 导正销在一副模具中多处使用时 其突出长度 x 直径尺寸和头部形状必须 保持一致 以使所有的导正销承受基本相等的载荷 本设计中的导正销与导正孔的配合结构图如下图 5 8 所示 武汉科技大学本科毕业论文 第 34 页 图 5 8 本设计中导正销与导正孔的配合形式 5 3带料的导向和托料装置 带料的导向和托料装置在级进模的设计中非常重要 由于带料经过冲裁 弯 曲 拉深等变形后 在条料厚度方向上会有不同高度的弯曲和突起 为了顺利送 进带料 必须将已被成形的带料托起 使突起和弯曲的部位离开凹模洞壁并略高 于凹模工作表面 才可以将条料送到下一工位 进行定位和冲压 常见的托料装置有两种 托料钉托料和托料板托料 如图 5 9 和 5 10 所示 1 托料钉 2 凹模 3 卸料板 4 导料板 5 下模座 1 条料 2 托料板 3 凹模 图 5 9托料钉图 5 10托料板 武汉科技大学本科毕业论文 第 35 页 托起高度一般应使条料最底部为高出凹模表面 1 5 2mm 同时应使被托起的 条料上平面低于刚性鞋料板下平面 2 3 t 左右 这样才能使条料送进顺利 如图 5 9 所示为托料钉托料的具体情况布置 托料效果好 托料力不大的情 况可采用压缩弹簧作托料力源 托料钉通常用圆柱形 但也可以用方形 在送料 方向带有斜度 托料钉经常是成偶数使用 其正确位置应设置在条料上没有