插片冲压工业模具毕业设计

1.绪论1.1 零件的分析插片材料为 15#钢，板厚 1.0，弯曲半径 r=2大于该材料的最小弯曲半径，U 型孔的孔壁距、孔边距均满足冲孔、弯曲工艺性要求，由于该插片无精度要求，尺寸均为自由公差（按照 IT14 级制造）。对于冲压件材料一般要求的力学性能是强度低，塑性高，表面质量和厚度公差符合国家标准。本设计中的产品材料是 15#钢，是一种低碳钢材料，它的延展性、可塑性都是比较好的，由于它的含碳量低(在 0.12-0.16%之间)所以，强度硬度比较低，因此用冲裁的加工方法是完全可以成形。1.2 冲压的方法和应用现状冲压成型的模具类型目前主要有三种，即单工序模、复合模、级进模。单工序是指只有一个工位，只完成一道工序的冲模，它可分为冲裁模、弯曲模、拉伸模、翻孔模和整形模等。其模具结构简单，制造成本低，易于加工和模具的维修，适用于小批量。复合模是指冲床在一次行程中，完成落料、冲孔等多个工序的一种模具结构，用复合模具生产的工件表面平直，尺寸精度较高，生产效率高，且不受条料外形尺寸的精度限制，材料利用率也很高。但是模具零部件加工制造比较困难，成本较高。级进模是指在压力机一次行程中，在模具不同部位上完成两道或两道以上的冲压工序的冲模。级进模是多任务序冲模,在一副模具内，可以包括冲裁，弯曲成型和拉伸等多种多道工序，具有很高的生产率，级进模操作安全，易于自动化，可以采用高速冲床生产，可以减少冲床，场地面积，减少半成品的运输和仓库占用，适用于尺寸较小的零件。本次毕业设计采用级进模。级进模具有结构复杂、制造难度大、精度高、寿命长和生产效率高等特点，是我国重点发展的精密冲模。从级进模的冲制件来看包括电机铁芯片级进模、空调器翅片级进模、集成电路引线框架级进模、电子连接器级进模、彩管电子枪零件级进模、汽车零件级进模、家电零件级进模等。可以说级进模制件覆盖了电子、通讯、汽车、机械、电机电器、仪器仪表和家电等产品范畴。从当前国内制造的精密级进模的水平分析，在模具的技术含量、制造精度、使用寿命和制造周期等方面均获得了明显进步。其中部分高档优质模具的总体水平与国际同类模具水平相当。1.3 课题的内容和意义此次毕业设计，采用级进模生产插片。与单工序模、复合模相比，此种冲压方法和工艺在制造精度、生产效率、自动化控制等方面都将有质的提高和飞跃。在生产效率上，可以减少占用机床的数量，提高机床的利用效率，促使产品生产成本的下降。在自动化控制方面，采用级进模生产可以改善劳动环境，减轻工人的劳动强度，确保生产安全，提高劳动生产率和产品质量。2.插片冲压工艺设计2.1 冲压工艺方案完成此制件需要进行冲 U 型孔、冲圆角、弯曲三道工序。其加工的方案分为以下三种。（1）第 1 种方案：采用单工序逐步加工。冲 U 型孔和冲圆角、弯曲分为两个单工序模生产。特点：由于采用单工序模，模具制造简单，维修方便。但是生产率低，工件精度低，不适合打批量生产。（2）第 2 种方案：采用复合模加工成形特点：生产效率高，工件精度高。但模具制造复杂，调整维修较麻烦，使用寿命低。（3）第 3 种方案：采用级进模加工成形分五个工位进行，第一个工位冲长圆形孔，第二个工位冲中央搭边和侧搭边余料，第三个工位进行第一次弯曲成倒置的 U 形，第四个工位进行第二次弯曲，第五个工位冲两制件中间的搭边。其工序简图如下图所示。特点：生产效率高，便于实现机械化、自动化，但是模具制造复杂，调整维修麻烦，工件精度较低。根据本次毕业设计的要求，以及各方案的特点，采用第 3 种方案即采用级进模加工成形。2.2 插片模具结构的设计2.2.1 定距装置 采用侧刃加导正销定位。在实际的生产中通常以侧刃为粗定位，以导正销为精定位。侧刃定距一般适用于冲件尺寸公差等级 IT11IT14、料厚在 0.101.5情况。此次毕业设计制件选取公差等级为 IT14，料厚为 1.0，故可选用侧刃进行定距。在与导正销形式配合使用时，侧刃定距应略大于实际工位间距尺寸 0.020.06。2.2.3 导料结构 采用导料板进行导料。为了使条料通畅、准确地送进，在级进模系统中必须使用导料系统。导料板沿条料的送进方向安装在凹模型孔的两侧，对条料进行导向。2.2.4 卸料装置 采用弹性卸料装置。弹性卸料装置除了起到卸料的作用，在冲裁工序中还可起到压料的作用，在弯曲工序中可起到局部成形的作用。2.3 模具工作过程送料采用手工送料，模具工作前靠导料板导料，压力机工作滑块下行，卸料板先把条料压住，多个工位的凸模进入凹模，滑块达到下止点后，滑块回程，卸料板把凸模下的废料卸掉，滑块到达上止点，一个工作周期结束。3.插片模具的结构设计3.1 插片的排样3.1.1 插片展开长度的计算用外侧尺寸加算法计算，即先将外侧尺寸全部相加，再减去一个伸长量，此伸长量取决于板厚和弯曲半径两要素。L=(L1+L2+L3)-(n-1)C式中：L件展开长度，；L1、L2、L3弯曲件直边外侧尺寸，；n弯曲件的弯曲次数；C伸长补正系数，查冲压工艺与模具设计（第二版）（牟林、胡建华主编）表 5-7 知 C 为 1.5。 L1=7 、L2=16 、L3=24、n=2；带入得：L=（7+16+24）-（2-1）1.5=45.5即插片展开长度为 45.5。3.1.2 排样设计 搭边 查最新冲压新工艺新技术及模具设计实用手册表2-4-24并结合设计的实际情况确定侧搭边 =1.5，中央搭边 =2.5a1 条料宽度 =B02nbD式中 D为冲件尺寸；a1为排样侧搭边；n为侧刃数；b为侧刃切去料宽方向尺寸；为条料或卷料单向偏差；查最新冲压新工艺新技术及模具设计实用手册 表2-4-29知 b=1.5 表2-4-27知 =0.6 侧刃数n=2=B012nbDa=（45.52+4）+21.5+21.5 06.=101 06. 导板间的距离 A=B+Z式中Z为导板与条料间最小间隙，查最新冲压新工艺新技术及模具设计实用手册 表2-4-26知 Z=0.8A=B+Z=101+0.8=101.8 送料步距 S：条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，每个步距可冲一个或多个零件。进距与排样方式有关，是决定侧刃长度的依据。条料宽度的确定与模具的结构有关。S=d+a 式中d为制件的宽度 d=10=10+2.5=12.5 材料利用率 冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用材料的重要指标。A/BS100% 式中： A一个步距内冲裁件的实际面积；B条料宽度；S步距；A=(3.14 +62+43.510-3.14 -64)22121=846846/（10112.5）=67.01%3.2 插片冲压工艺力计算3.2.1 冲裁力 F1在冲裁过程中，冲裁力的大小是不断变化的，冲裁力是指板料作用在凸模上的最大抗力。对于普通平刃刀口的冲裁，其冲裁力 F1 可按以下公式计算。F1= KLt式中L冲裁周边长度；第一个工位上的冲裁力 L1=（10.2+0.71+0.5+1.5）+（3.144+164）=90.47;第二个工位的冲裁力 L2=(10.2+0.71+0.5+47.5+1.2+43.5+3.1440.5+6)2=231.78;第五个工位的冲裁力 L5=8.52+72=31. L= L1+ L2+ L5=90.47+231.78+31=353.25T材料厚度；T=1材料抗剪强度；查冲压工艺与模具设计 （张光荣）附录一，取 =380MPa系数；考虑到刃口的磨损、间隙的波动、材料力学性能的变化、板料厚度的偏差等因素的影响，可取 K=1.3F1= KLT=1.3353.251380=174.51KN3.2.2 弯曲力 F2弯曲力是指弯曲工件完成预定形状时需要压力机所施加的压力，是设计冲压工艺和选择设备的依据之一。弯曲力不仅与板料材质、板料厚度、弯曲几何参数和凸、凹模间隙有关，而且与弯曲方式关系密切。由于影响因素众多而难以精确计算，故常采用经验公式或简化公式计算。用校正弯曲力 F2计算F2=qa式中：q 为单位校正力，MPa;A 为工件被校正部分在垂直于凸模运动方向上的投影面积，m。查冲压工艺与模具设计第二版表 5-9，q 取 30；第三工位上的相应面积为 A1=1079=790，第四工位上的相应面积为 A2=1048=480，A= A1+ A2=790+480=1270用校正弯曲力 F2=qA=301270=38.10KN3.2.3 卸料力、推件力由于冲裁是材料的弹性变形及摩擦力的作用，在一般冲裁条件下，冲裁后材料将发生弹性恢复，使落料件或冲孔废料梗塞在凹模内，而板料则紧箍在凸模上，为了使冲裁工作继续进行，必须将箍在凸模上的板料卸下，将卡在凹模内的制件或废料向下推出。将紧箍在凸模上的料卸下所需要的力称为卸料力，将卡在凹模中的料下推出所需要的力称为卸件力。由于影响卸料力、推件力的因素很多，无法准确计算。在生产中均采用下列经验公式计算：F3=K1F1 F4=nK2F1 式中： F3、F4分别为卸料力、推件力；K1 、K2分别为卸料力系数、推件力系数；n同时卡在凹模孔内的工件或废料数； F1冲裁力（N） 。查冲压工艺与模具设计第二版表 3-13 取 K1=0.04、K2=0.06，n=7.F3=K1F1=0.04174.506=6.98KNF4=nK2F2=70.06174.506=73.29KN3.2.4 压料力在此弯曲工位中，存在压料装置，压料力 F5可以近似取（0.30.8）F2, F5取 0.6 倍的 F2。F5=0.6 F2=0.638.1=22.86KN3.2.5 总冲压力总冲压力 F 包括冲裁力、弯曲力、卸料力、推件力、压料力。计算规则是，同时受力的工作零件的受力要相加，不同时受力的零件的受力不计入。F= F1+ F2+F3+F4+F5=174.51+38.10+6.98+73.29+22.86=315.74KN初选压力机 JH23-403.3 计算模具的压力中心3.4 计算模具的工作部分尺寸3.4.1 模具的冲孔刃口尺寸第一工位上冲长圆形零件的凸凹模刃口尺寸查冲压工艺与模具设计（第二版）（牟林、胡建华主编）表3-2间隙极限尺寸：Zmin = 0.10 Zmax = 0.13Zmax Zmin=0.13-0.10=0.03查冲压工艺与模具设计（第二版）（牟林、胡建华主编）表3-16得凸、凹模制造偏差为：p=0.02 d=0.025公差为 |p|+|d|=0.02+0.025=0.0450.03满足分别加工时的要求 |p|+|d|Zmax Zmin查冲压工艺与模具设计（第二版）（牟林、胡建华主编）表3-15得冲孔凸、凹模制造公差计算出相应尺寸：dp=( dmin) 0-0.02=( ) 0-0.02=14.22 0-0.02dd=( dpZ min) +0.020=( ) +0.020=14.46 +0.020第一工位上冲长方形搭边的凸凹模刃口尺寸查冲压工艺与模具设计（第二版）（牟林、胡建华主编）表3-16得凸、凹模制造偏差为：p=0.02 d=0.025满足分别加工时的要求 |p|+|d|Zmax Zmin查冲压工艺与模具设计（第二版）（牟林、胡建华主编）表3-15得冲孔凸、凹模制造公差计算出相应尺寸：dp=( dmin) 0-0.02=( ) 0-0.02=14.22 0-0.02dd=( dpZ min) +0.020=( ) +0.020=14.46 +0.020第二工位上冲搭边的凸凹模刃口尺寸查冲压工艺与模具设计（第二版）（牟林、胡建华主编）表3-16得凸、凹模制造偏差为：p=0.02 d=0.025满足分别加工时的要求 |p|+|d|Zmax Zmin查冲压工艺与模具设计（第二版）（牟林、胡建华主编）表3-15得冲孔凸、凹模制造公差计算出相应尺寸：dd=( dpZ min) +0.020=( ) +0.020=14.46 +0.020第五工位上冲搭边的凸凹模刃口尺寸第三工位上弯曲工作部分尺寸凸模的圆角半径 当弯曲件的圆角半径 r 较小时，凸模圆角半径 rt=r弯曲件 r=2，凸模圆角半径为 rt=r=2；凹模的圆角半径 凹模的圆角半径不能过小，以免增加弯曲力，擦伤工件表面。此工位上两边弯曲高度相同，属于对称弯曲，凹模两边圆角半径 ra应取大小一致。凹模圆角半径一般按照材料厚度来取，当 t2时，ra=（36）t，取 ra=6；凹模深度 l 凹模深度尺寸要似中，若过小，毛坯两边自由部分太多，弯曲件弹复大又不平直，弯曲件质量下降。若过大，凹模增大，则模具耗材也增多，且压力机需要有较大的工作行程。查冲压工艺与模具设计（第二版）（牟林、胡建华主编）表 5-12 得，l=25.弯曲时凸模与凹模之间的间隙 根据材料的厚度、弯曲件的高度和宽度（即弯曲线的长度）而定。单边间隙值按下式确定:C=t+kt式中：C 为弯曲时凸模与凹模之间的间隙，；t 为材料的公称厚度；t=1 为板料厚度的正偏差；k 为间隙系数；查冲压工艺与模具设计（第二版）（牟林、胡建华主编）表 5-10得 k=0.05；C=t+kt=1+弯曲时凸模与凹模的宽度尺寸 凸模与凹模的宽度尺寸与工件的尺寸相关，根据工程尺寸的标注方式不同，凸模与凹模的宽度尺寸可查冲压工艺与模具设计（第二版）（牟林、胡建华主编）表 5-11，用外形尺寸标注，以凹模为基准件。Ld=（L-0.5） +0.020LP=( Ld-2C) +0.020式中：Ld、LP 为弯曲凸模和凹模宽度尺寸；L 为弯曲件外形的公称尺寸；为弯曲件的尺寸公差；C 为凸模与凹模的单面间隙；Ld=（L-0.5） +0.020LP=( Ld-2C) +0.020第四工位上弯曲工作部分尺寸凸模的圆角半径 当弯曲件的圆角半径 r 较小时，凸模圆角半径 rt=r弯曲件 r=2，凸模圆角半径为 rt=r=2；凹模的圆角半径 凹模的圆角半径不能过小，以免增加弯曲力，擦伤工件表面。此工位上两边弯曲高度相同，属于对称弯曲，凹模两边圆角半径 ra应取大小