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弯曲 曲折 课程设计 优秀 优良 机械 课程 毕业设计 论文

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1 支架 级进模设计 I 摘 要 模具是现代工业生产的重要装备 之一 。如何缩短模具设计和制造周期、提高模具制造精度 和 降低模具制造成本是模具行业未来的发展方向。本文通过对 支架 多工位级进模设计和制造的研究，在模具的 设计理论、设计手段、制造方法和装配试模及误差调整等方面开展研究 ，并 最终设计出一套完整的模具 。主要工作如下： 分析 支架 工件的结构工艺性能，计算零件展开图和绘制料带图，安排制件冲压加工工序，并进行条料尺寸、材料利用率、 步 距精度等的相关计算，为后续的模具设计与计算提供依据。 最后 分析 了 模具成形零件的制造及模 具装配、试模过程中的技术要求。 使用 维则采用 件绘制工程图 。 最终验证结果显示模具设计符合相关要求。 关键词 ： 支架 ； 工艺； 结构； 级进模 ； ie is of of to is of In of to in of a is as of of IG of At of of .0 of is 目 录 摘 要 . I . 概述 . 1 压成形背景介绍 . 1 国冷冲压模具现状及发展趋势 . 2 2 工艺性分析 . 4 计课题 . 4 件工艺分析 . 4 型方案确定 . 5 3 主要工艺设计及计算 . 6 坯展开尺寸计算 . 6 样设计 . 7 件排样设计方案 . 7 体设计 . 7 边与条料宽度的确定 . 7 料利用率计算 . 8 定零件加工工位 . 8 艺力计算 . 9 压力计算 . 9 曲力计算 . 10 力中心计算 . 10 4 多工位级进模结构设计 . 12 具结构形式的确定 . 12 模设计 . 12 模设计 . 13 口尺寸计算 . 14 架及其零件设计 . 15 位零件设计 . 16 柄设计 . 16 4 模固定板设计与垫板设计 . 17 5 模具装配及冲压设备选用 . 19 进模装配 . 19 压设备校核 . 20 结论 . 22 参考文献 . 23 1 1 概述 压 成形背景 介绍 冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件 (冲压件 )的成形加工方法。冲压和锻造同属塑性加工 (或称压力加工 )，合称锻压。冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。 全世界的钢材中，有 60 70%是板材，其中大部分是经过冲压制成成品。汽车的车身、底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包、容器的壳体、电机、电器的铁芯硅钢片等 都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中，也有大量冲压件。 冲压件与铸件、锻件相比，具有薄、匀、轻、强的特点。冲压可制出其他方法难于制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件，以提高其刚性。由于采用精密模具，工件精度可达微米级，且重复精度高、规格一致，可以冲压出孔、凸台等。 冷冲压件一般不再经切削加工，或仅需要少量的切削加工。热冲压件精度和表面状态低于冷冲压件，但仍优于铸件、锻件，切削加工量少。 冲压是高效的生产方法，采用复合模，尤其是多工位级进模，可在一台压力机上完成多道冲压工序 ，实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。生产效率高，劳动条件好，生产成本低，一般每分钟可生产数百件。 冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。分离工序也称冲裁，其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的工件。在实际生产中，常常是多种工序综合应用于一个工件。冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。 冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大，要求冲压材 料厚度精确、均匀；表面光洁，无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等；屈服强度均匀，无明显方向性；均匀延伸率高；屈强比低；加工硬化性低。 在实际生产中，常用与冲压过程近似的工艺性试验，如拉深性能试验、胀形性能试验等检验材料的冲压性能，以保证成品质量和高的合格率。 2 模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度。模具制造成本和寿命则是影响冲压件成本和质量的重要因素。模具设计和制造需要较多的时间，这就延长了新冲压件的生产准备时间。 模座、模架、导向件的标准化和发展简易模具 (供小批量生产 )、复合模、多工位级进模 (供大量生产 )，以及研制快速换模装置，可减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于大批量生产的先进冲压技术合理地应用于小批量多品种生产。 冲压设备除了厚板用水压机成形外，一般都采用机械压力机。以现代高速多工位机械压力机为中心，配置开卷、矫平、成品收集、输送等机械以及模具库和快速换模装置，并利用计算机程序控制，可组成高生产率的自动冲压生产线。 在每分钟生产数十、数百件冲压件的情况下，在短暂时间内完成送料、冲压、出件、排废料等工序，常常发生人身、设备和质量事故。因此，冲 压中的安全生产是一个非常重要的问题。 国冷冲压模具现状及 发展趋势 模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业。模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，它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。振兴和发展我国的模具工业，正日益受到人们的关注。早在 1989 年 3 月中国政府颁布的关于当前产业政策要点的决定中，将模具列为机械工业技术改造序列的第一位。 目前世界模具市场供不应求，模具的主要出口国是美国，日本，法国，瑞士等国家。中国模具出口数量极少，但中国模具 钳工技术水平高，劳动成本低，只要配备一些先进的数控制模设备，提高模具加工质量，缩短生产周期，沟通外贸渠道，模具出口将会有很大发展。研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国民经济的发展有着特别重要的意义。 自 20 世纪 80 年代以来，我国的经济逐渐起飞，也为模具产业的发展提供了巨大的动力。 20 世纪 90 年代以后，大陆的工业发展十分迅速，模具工业的总产值在 1990 年仅60 亿元人民币， 1994 年增长到 130 亿元人民币， 1999 年已达到 245 亿元人民币， 2000年增至 260270 亿元人民币。今后预计每年仍会以 1015的速度快速增长。 3 尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口 10 多亿美元的各类大型，精密，复杂模具。与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。今后，我国模具行业应进行不断的技术创新，以缩小与国际先进水平的距离。 4 2 工艺性分析 计课题 材料： 20#； 厚度： 2 生产批量：大批量生产； 抗剪强度 ( / )： 280400； 抗拉强度 ( / )b 360510； 伸长率 ( /%) ： 2125； 屈服点 ( / )s ： 250 结构如图：图 1 1件图 件工艺分析 冲裁件的工艺性是指从冲压工艺方面来衡量设计是否合理。一般的讲，在满足工件使用要求的条件下，能以最简单最经济的方法将工件冲制出来，就说明该件的冲压工艺性好，否则，该件的工艺性就差。当然工艺性的好坏是相对的，它直接受到工厂的冲压 5 技术水平和设备条件等因素的影响。以上要求是确定冲 压件的结构，形状，尺寸等对冲裁件工艺的实应性的主要因素。根据这一要求对该零件进行工艺分析。 该 支架 零件 外形复杂 程度一般 ， 有双侧弯曲 ，给送料带来一定的困难，因此弯曲便成为设计的关键。所冲孔均为工艺孔及槽，均需在弯曲前完成，考虑延长凸模寿命，较复杂的一些型孔分部冲成。次件由于尖角处应力较集中弯曲后易产生裂痕现象，因此增加两处尖角破裂的措施，既弯曲时将弯曲线移开一些距离，另一处还增加了两个工艺槽。 型方案确定 从零件图可看出，该零件包括冲孔、多次冲裁外形和落料，弯曲等基本工序，可以采 用以下四种工艺方案 ： 从零件的结构形状可知，所需要的基本工序为落料、冲孔、弯曲、挤压成形四种。 方案一：先冲孔，再落料，最后弯曲采用单工序模生产。 方案二：冲孔落料复合冲压，再弯曲采用单工序模 +复合模具生产。 方案 三 ：冲孔、弯曲、落料连续生产，采用级进模生产。 分析比较上述四种方案，可以得出如下结论： 方案一：模具结构简单，寿命长，制造周期短，投产快。但需要多道工序，多模具才能完成零件加工，生产效率低，工序分散，需用模具设备和操作人员较多，劳动强度大。 方案 二 ：该零件外形 不大复杂 ，且料厚较大， 两套模具 同时进行增加模具复杂程度 ，模具较为复杂且制造成本高。 方案 三 ：级进模生产效率高，且容易实现自动化，供需高度集中，操作安全，但是模具结构复杂，安装、调试、维修比较困难，适用于大批量生产。 综合以上方案，由于制件的生产批量大，且结构复杂，工序较多，比较上述四种方案，采用第 三 种方案。 6 3 主要工艺设计及计算 坯展开尺寸计算 由于板料在扎压或退火时所产生的聚合组织而使材料引起残存的方向性，反映到拉深过程中，就使桶形拉深件的口部形成明显的突耳。此外，如果板料本身的金属结构组织不均匀、模具间隙不均匀、润滑的不均匀等等，也都会引起 冲件口高低不齐的现象，因此就必需在拉深厚的零件口部和外缘进行修边处理。这样在计算毛坯尺寸的时候就必需加上修边余量然后再进行毛坯的展开尺寸计算。 圆角半径 r 此类弯曲件的中性层变化复杂，其毛坯展开长度是按体积不变的原则计算的，计算公式 图 示。计算时应注意以下两点。 (1) 对于同一形状的弯曲件，若弯曲方法不同，那么毛坯的展开尺寸也不一样。 (2) 对于尺寸精度要求高的弯曲件，其毛坯展开长度应在试件弯曲后进行校正，修改模具后才能进行批量下料。 图 3件展开尺寸计算图 根据所给的零 件，绘制该制件的钣金零件。根据 料属性，相应 K 因子设置为 零件展开，使用坯料展开功能，定义好平面后全部展开即可得到毛坯尺寸。展开件尺寸如图 示。 图 3件展开尺寸计算图 7 样设计 件排样设计 方案 第一种排样方案是：制件按横排，单件排样，主要考虑弯曲线应与材料纹线垂直，若制件两次次弯曲采用竖排，则出件困难且弯曲结构复杂，搭边不易在中间或两侧加余料。 第二种排样方案是：制件按横排，双件排样，以提高材料的使用效率。内型孔分三次冲出主要考虑内型孔边窄，大批量生 产小凸模极易损坏。后续弯曲工序为两次 90的弯曲及切断。 综合考虑材料利用率、制件尺寸精度、生产率、模具制造难易程度、使用寿命及模具制造成本等诸多因素，采用第一种排样方案。 体设计 载体就是级进冲压时调料上连接工序件并在模具上平稳送进的部分。 本模具采用 中间 载体， 中间载体位于条料中心 ，它 具有更强的送料稳定性 ，在弯曲件的工序排样中应用较多。 中间 载体宽度可根据冲件的特点灵活确定，但不应小于 条料的厚度 。 边与条料宽度的确定 搭边是指排样冲件制件以及冲件与条料边缘之间留下的工艺废料。搭边 虽然是废料，但是在冲裁工艺中却有很大的作用：补偿定位误差和送料误差，保证冲裁出合格的零件；增加条料刚度，方便条料送进，提高生产率，避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉入模具间隙，提高模具寿命。 搭边值的大小要合理，搭边值过大时，材料利用率低；搭边值过小时，达不到冲裁工艺的作用。 零件最小 搭边值 工件间 侧边 a=里适当放大搭边取值，以保证条料安全送进 边值工件间 侧边 a=料宽度 B=28 步 距 s= 条料利用率计算 图 3料利用率计算 定零件加工工位 图 3样设计 9 第一工位：冲切侧刃 和中心孔 第二工位： 空工位导正 第三工位： 冲上下两个矩形孔 第四工位： 导正 弯曲 第五工位： 空工位 第六工位： 落料 艺 力 计算 压力计算 冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力，它是随凸模进入材料的深度（凸模行程）而变化的。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具的重要依据之一。 用普 通平刃口模具冲裁时，冲裁力 F 一般按以下式计算： (图 3裁周长计算 1 . 3 2 8 6 . 7 2 4 0 0 2 9 8 . 2 L T K N 式中 F 冲裁力 ， (N) L 冲裁周边长度，（ b 材料抗剪切强度，（ K 修正系数，一般取 K= t 料厚，（ 查表得 400b ， T=2 卸料力 按公式 (算： 0 . 0 4 2 9 8 . 2 1 1 . 9k F K N K N ( 10 其中： 卸料力系数。 曲力计算 按弯曲件的形状可分为 V 形件和 U 形件两种情况，如图 3示。 (1) 对于 V 形件 (3(2) 对于 U 形件 (3式中， 自由弯曲力 (冲压结束时的弯曲力 )， N； K 安全系数，一般取 k= b 弯曲件宽度， t 弯曲件厚度， b 材料的抗压强度， r 弯曲半径 (内角半径 )， 图 3由弯曲时状态 2 20 . 6 0 . 6 1 . 3 2 8 2 4 5 02 2 2 6 . 212 因此，总的冲压力 2 9 8 . 2 1 1 . 9 2 6 . 2 3 3 6 . 3F K N 根据所计算冲压力 ，并留有足够裕度，初选 式可倾压力机。 力中心计算 冲压力的合力的作用点称为模具的压力中心。模具的压力中心应该通过压力机滑块的中心线，对于有模柄的冲模来说，需使压力中心通过模柄中心线。 对于多凸模冲裁时的压力中心，根据理论力学对于平衡力系合力对某轴之力距等于 11 各分力对同轴力距之和，而冲裁力 F 与冲裁的周边长度 L 成正比由此可得压力中心坐标 x=(L1 L2 .+Ln ( + = L1 L2 .+Ln ( + = 料的中心 的中心为 Y 轴，各工位中心连线为 X 轴，因此 压力中心坐标为：（ 0） 12 4 多工位级进模结构设计 具结构形 式的确定 a 总体结构为正装级进模。 b 卸料装置采用弹性卸料装置，以便于制造与操作。 c 顶件装置采用顶件器顶出制件。 d 为了使模具具有良好的导向精度，选择导柱、导套导向的模具结构。 e 定位装置采用侧刃和导正销定位，导正销其精定距作用。 模设计 多工位级进模的凹模结构比较复杂。凹模中的型孔的型孔间隙的位置精度比较高，生产中出工位数不多，型孔比较规则的级进模采用整体凹模， 弯曲部分 采用镶拼式结构，这样便于加工、装配、调整和维修。 （ 1） 刃口结构形式设计 图 4口结构形式 查表 得： =1 h=5 2）凹模厚度的确定 凹模板的厚度主要是从螺钉旋入深度和凹模刚度的需要考虑 H=28=里由于弯曲需要开槽，圆整到 25 式中， F 冲裁力， N； 凹模材料修正系数，取 B 凹模最大刃口周边长度取 （ 3） 凹模轮廓尺寸的确定 凹模轮廓尺寸包括凹模板的平面尺寸 L B（长宽）及厚度尺寸 H，从凹模刃口 13 至凹模外边缘的最短距离称为凹模的 壁厚 c L=l+2c=200 B=b+2c=125 L 沿凹模长度方向刃口型孔的最大距离， b 沿凹模宽度方向刃口型孔的最大距离， c 凹模壁厚，查表取 3040， 图 4模结构图 模设计 由于零件结构复杂，故冲裁凸模结构复杂，样式多样。 凸模固定方法 非圆形凸模采用阶梯式固定，为了便于加工，阶梯式非圆形凸模的安装部分做成简单的方形，用台肩固定。 凸模长度计算 凸模长度尺寸应根据模具的具体结构确定， 同时要考虑凸模的修模量及固定板与卸料板之间的安全距离等因素。 14 采用弹性卸料板： 冲裁凸模长 L=h1+h2+h3+3 式中， 凸模固定板厚； 卸料板厚； 自由高度； 卸料板弹性元件被预压后的厚度； 图 4模设计 口 尺寸计算 采用配作法计算凸凹模，这种加工方法的优点是模具的间隙由配作保证，工艺比较简单，不必校核 m a x 条件，并且还可以放大基准件的制造公差。 查表得 ： 刃凸模 ： + 00 0 0 . 10 . 1d 3 0 . 5 0 . 5 0 . 3 3 0 . 6 5pp 15 + 00 0 0 . 0 30 . 0 3d 3 . 1 1 0 . 1 3 . 2pp 侧刃凹模： 0 . 1 0 . 1m i n 000d 3 0 . 6 5 0 . 3 4 3 0 . 9 9 0 . 0 3 0 . 0 3m i n 000d 3 . 1 0 . 3 4 3 . 4 4 圆孔 凸模： 0 0 . 0 0 8 0 . 0 0 8m i n ( 8 0 . 5 0 . 2 ) 8 . 1 x （ ） 圆孔凹模： 0 . 0 0 8 0 . 0 0 8m i n 000B 8 . 1 0 . 3 4 8 . 4 4Z 上 下矩形 孔 凸模 ： + 00 0 0 . 10 . 1d 2 2 0 . 5 0 . 3 2 2 . 1 5pp + 00 0 0 . 0 30 . 0 3d 2 . 5 1 0 . 1 2 . 6pp 异型孔 凹模： 0 . 1 0 . 1m i n 000d 2 2 . 1 5 0 . 3 4 2 2 . 4 9 0 . 0 3 0 . 0 3m i n 000d 2 . 6 0 . 3 4 2 . 9 4 落料 凸模 + 00 0 0 . 0 50 . 0 5d 1 2 0 . 7 5 0 . 2 1 2 . 1 5pp 切边凹模： 0 . 0 5 0 . 0 5m i n 000d 1 2 . 1 5 0 . 3 4 1 2 . 4 9 架及其零件设计 模架是上下模座与导向零件的组成体，并已经标准化，根据工艺零件查表选择对角导柱模架。 本模具采用导柱导套式。 导向零件可以消除压力机滑块运动误差对模具运动精度的影响，导向装置用于冲裁模具上、下模之间的定位连接和运动导向，保证凸、凹模间间隙分布均匀，便于模具 16 安装和调整，因而可以提高模具的使用寿命和冲裁件精度。因此，在设计生产冲裁件批量较大的冲裁模时，一般均采用导向装置，以保证上、下模的精确导向。 常用的导向装置有导柱导套式、滚 珠导套式、导板式，其中导套式导向装置、圆柱形导柱加工容易，装配简单，滑动导向精度高，刚度大，稳定性好，是冷冲模应用最广泛的导向装置。本模具采用导柱导套式 图 4架设计 位零件设计 定位零件的作用是使坯料或工序件在模具上相对凸、凹模有正确的位置，采用双异型侧刃粗定距，条料被侧刃凸模和冲孔凸模冲出导正销，导正销起精定距的作用。位于调料的同一侧，设置 5 对浮料 导料销，保证调料沿正确方向送进。 柄设计 模柄的作用是把上模固定在压力机滑块上，同时使模具中心通过滑块的压力中心。 采用压入式模 柄，它与上模座孔以 H7/合并加销钉防转，模柄轴线与上模座的垂直度较好，生产中最常用 17 图 4柄 模固定板设计与垫板设计 凹模固定板的作用是将凸模或凸凹模固定在上模座或下模座的正确位置上。凸模固定板为矩形或圆形板件，外形尺寸通常与凹模板一致，厚度可取凹模厚度的60%80%。固定板与凸模或凸凹模为 H7/ H7/合，压装后应将凸模端面与固定板一起磨平对于多凸模固定板，其凸模安装孔之间的位置尺寸应与凹模孔相应的位置保持一致。 凸模固定板长 L=200 B=125 H=（ 60%80%） H 凹 25=20 4模固定板 垫板的作用是承受并扩散凸模或凹模传递的压力，以防止模座挤压损坏。垫板的 18 外形尺寸与凸模固定板相同。厚度可取 310 垫板长 L=200 B=125 H=10 4板示意图 19 5 模具装配及 冲压设备选用 进模装配 多工位级进模一般采用精密导向装置，在装配时利用导向装置，以凹模作为装配基准件 ，先将凹模固定在下模座上，再以凹模为基准，调整好间隙，将三个凸模装配在固定板上，同时将固定板与上模座相连接，然后完成其它零件的装配。 凸、凹模预配 （ 1）装配前仔细检查各凸模形状及凹模形孔，是否符合图纸要求尺寸精度、形状。 （ 2）将各凸模分别与相应的凹模孔相配，检查其间隙是否加工均匀。不合适者应重新修磨或更换。 凸模装配 装配下模 （ 1）在下模座上划中心线，按中心预装凹模、导料板。 （ 2）在下模座、导料板上，用已加工好的的凹模分别确定其螺纹孔位置，并分别钻孔、攻丝。 （ 3）将下模座、导料板、凹模、固定挡料销 装在一起，并用螺钉紧固，打入销钉定位。 装配上模 （ 1）在装配好的下模上放等高垫铁，再在凹模中放入 纸片，然后将凸模与固定组合装入凹模。 （ 2）预装上模座，划出与凸模固定板相应螺纹孔、销孔位置并钻、 铰螺纹孔、销孔。 （ 3）用螺钉将固定板组合、垫板、上模座连接在一起，但不要拧紧。 （ 4）将卸料板套装在已装入固定板的凸模上，装上橡胶和卸料螺钉，并调节橡胶的预压量，使卸料板高出凸模下端约 1 （ 5）复查凸、凹模间隙并调整合适后，紧固螺钉。 （ 6）安装导正销、承料板。 （ 7）切纸检查，合适后打入销 钉。 20 图 5配图 压设备校核 在冲压过程中，为了适应不同的冲压工艺，要采用不同类型的压力机。在生产中，模具的闭合高度与压力机的装模高度的关系： 0 H 模具的闭合高度； 压力机的最大装模高度； 压力机的最小装模高度； 该模具 N 模具的闭合高度为 170选用 通型开式 可 倾压力机，其相关参数为： 项目名称 位 23称力 牛 00 公称力行程 米 块行程 米 00 21 行程次数 / 分 0 最大装模高度 米 90 装模高度调节量 毫米 0 喉深 毫米 30 工作台板 前后 毫米 50 右 毫米 80 工作台孔尺寸 后 毫米 00 左右 毫米 40 直径 毫米 00 滑块底面 前后 毫米 30 右 毫米 60 模柄孔尺寸 米 5040柱间距离 毫米 60 垫板厚度 毫米 0 机身最大可倾角 角度 0 主电机 号 率 瓦 外型尺寸 后 毫米 720 左右 毫米 335 高度 米 488 重量 千