毕业设计（伦文）-弯板级进模冲压模具设计-长56

摘要本次设计的题目是弯板级进模模具设计，首先我们需要对弯板进行详细的分析，分析一般包含三个方面，分布是材料分析，结构分析和工序分析。该工件弯板材料为Q235钢，属于常用的钣金类材料，冲压性能比较好，结构上总体来说结构基本属于对称，厚度是1mm，其中弯板是一个落料冲孔弯曲的弯曲件。外形靠落料完成，冲孔靠冲孔完成。最后还有弯曲工序。通过以上的分析可以知道，工件具有落料、冲孔和弯曲3个常用的冲裁工序，可以采用落料、冲孔和弯曲的级进模来进行冲压，由于多个工序同时完成，可以保证高的生成效率，同时还能提高工件的质量。工件弯板的设计流程：首先我们进行工艺分析，通过工艺分析我们对工件的结构和材料以及工序有个基本的了解，然后设计出合适的方案。方案设计完成以后，需要我们对模具的设计进行计算，计算一般包括排样图利用率计算，冲压力的计算，还有模具工作尺寸的计算等。基本的理论计算完成后，我们对模具的大体结构进行设计，然后完成模具的整理设计，绘制出模具图纸。关键词：级进模；工艺分析；方案设计目录217081前言 1320492工艺分析 3125142.1材料分析 3185942.2零件结构 4319012.3尺寸精度 4296692.4毛坯尺寸展开 414222.5冲裁方案的确定 557623冲压模结构的选择 7195933.1模具类型的选择 7326983.2送料方式的选择 7303413.3定位方式的选择 7287983.4卸料、出件方式的选择 7310334工艺参数计算 815434.1排样方式的选择 825144.1.1排样及搭边值的计算 8251494.1.2步距的计算 8179864.1.3条料宽度的确定 9185184.1.4材料利用率的计算 956054.2冲压力的计算 10223444.2.1冲裁力的计算 10257584.2.2弯曲力的计算 1164124.2.3卸料力与推件力的计算 11132134.2.4总冲压力的计算 1253204.3压力机吨位选择 1254694.4冲裁间隙的确定 13172294.5刃口尺寸的计算及依据与法则 1457984.6弯曲工作尺寸计算 161465模具主要零部件设计 18257525.1切边凸模设计 18107785.2弯曲凸模设计 19163895.3凹模设计 20228805.4其他板的设计 2242635.4.1卸料板设计 22252765.4.2固定板的设计 22161135.4.3垫板的设计 22175056其他零件的选用 23290756.1其他零件设计 23200706.1.1定位零件 23214936.1.2卸料装置 23299026.2上下模座、模柄的选用 23304866.2.1上下模座的选用 2325476.2.2模柄的选用 24275697冲压设备的校核与选定 252907.1冲压设备的校核 25132447.2冲压设备的选用 256747参考文献 261前言模具的设计种类特别的繁多，关于比较经常使用的应用就是冲压模具和注塑模具这两种，这次的模具设计中我们就选择的冲压模具的形式用来生产工件。这种模具设计重点是要完成工件冲压模具的组合，还有冲压模具的生产和使用，不仅可以增加效率，对减少材料浪费和提高精度也有很大的帮助。因为CAE技术早就存在了很久的时间，所以现在已经是特别完善的阶段，以前比较固有的冲压模具设计方法已经无法满足更多的需求了，现在需要有更加进步的有限元分析和计算机模拟分析阶段，才能够使CAE的技术飞快的发展。随着现在经济的飞跃发展，时代不断的变迁，平常比较简单的模具早已无法满足人们的需要，因此目前也产生了许多比较特殊类型的模具，像镁合金模具，这些特殊形状模具的出现基本可以使许多小批量生产变的更加的优越，并且更加灵活，不但在降低生产成本的同时还可以满足他们许多公司的需求。中国现在的模具工业作为一个独立的产业，正是处于飞跃发展的阶段，并已变成国家的生产、流通、分配、消费的总体基础产业。中国模具产业现已成为独立的产业类型，目前正是一个快速发展的阶段，逐渐成为国民经济重要的基础产业。模具产业的前景发展，按照专家的估计和预测，中国的未来一定成为全世界最大的制造业兴盛国家。因为国家模具工业开始比较晚，相对来说中国的模具设计技术比较差，在“95”期虽然获得了快速的发展，但与那些模具制造比较昌盛国家对比，它们之间还是有很大的差距。很多模具和模具技术仍然要从外国进口，国内模具制造业的高科技人才十分稀缺。为了更快的使我国模具制造业有飞跃的发展，要加快的培训国家人员了解这项基本项目的重要，这也使模具设计制造的高科技技术受到更好的欢迎。课程设计是我在大学学习的总结，它不但表达了我对模具设计的观点，并且对我有着非常关键的意义和实践应用的知识，因此我必须有了解模具设计的整体设计过程和方法过程，才能更好地完成所学的课程设计。本次设计是基于冲压工艺的基本理论知识，使用各种类型的冲压工艺的基本运动的展示，然后总结在冲压模具的设计中的基本要求。什么是第一次定义机械运动在冲裁过程，弯曲过程和拉伸过程中，要对某些内容进行控制，在模具设计中应特别注意。按照自己的条件，对生产过程实行明确的分析和加工，使我能够联系，有更多的机械运动见解，当然以后还可以在更多的局面运用，是巩固模具设计的最佳方式。2工艺分析图2-1零件简图生产批量：大批量；材料：Q235钢；材料厚度：1mm；未注公差：IT12。2.1材料分析表2-1抗剪性能材料名称牌号抗剪强度（Mpa）抗拉强度（Mpa）屈服点（Mpa）延伸率（%）碳素结构钢Q235260-380330-47026025可以看出弯板的材料Q235钢无论是抗剪强度还是抗拉强度都比较适中，对于冲裁来说，性能比较合适，延伸率25也比较不错，整体来说，弯板采用Q235钢作为材料，效果比较好。2.2零件结构该工件弯板材料为Q235钢，属于常用的钣金类材料，冲压性能比较好，结构上总体来说结构基本属于对称，厚度是1mm，其中外形靠落料可以完成，冲孔可以采用冲孔完成，还有一次弯曲工序。冲裁时候还需要考虑孔和边缘的距离，弯板工件的最小孔直径为4mm，孔离边缘的距离为3mm，大于壁厚的1.5倍，可以看出钣金件可以进行冲压设计。2.3尺寸精度弯板的精度要求相对较低，尺寸均为未注公差，所以一般我们可以IT12来计算，粗糙度未注，我们可以按Ra6.3来分析和考虑。后面设计过程中，凸凹模刃口计算需要通过IT12来查询出实际公差，然后计算出对应的结果。2.4毛坯尺寸展开所以毛坯图如2-2所示：图2-2毛坯展开图2.5冲裁方案的确定由以上的分析可以知道，弯板包含工序分别为：落料、冲孔和弯曲，我们可以制订以下几个方案：方案一：首先我们需要对弯板进行详细的分析，分析一般包含三个方面，分布是材料分析，结构分析和工序分析。该工件弯板材料为Q235钢，属于常用的钣金类材料，冲压性能比较好，结构上总体来说结构基本属于对称，厚度是1mm，弯板外形靠落料可以完成。其中孔可以采用冲孔模，最后一步可以利用孔定位的基础上，完成弯曲工序，使用的模具为弯曲模。采用的模具依次为落料模、冲孔模和弯曲模。方案二：首先我们需要对弯板进行详细的分析，分析一般包含三个方面，分布是材料分析，结构分析和工序分析。该工件弯板材料为Q235钢，属于常用的钣金类材料，冲压性能比较好，结构上总体来说结构基本属于对称，厚度是1mm，首先针对落料和冲孔工序，我们设计出落料冲孔复合模，能保证工件的落料和冲孔的精度，其次再利用孔的定位完成最终的弯曲。方案三：首先我们需要对弯板进行详细的分析，分析一般包含三个方面，分布是材料分析，结构分析和工序分析。该工件弯板材料为Q235钢，属于常用的钣金类材料，冲压性能比较好，结构上总体来说结构基本属于对称，厚度是1mm，最终可以通过切外形冲孔和弯曲和切断级进模的方式来完成工件的最终成形。方案分析：方案一：单工序模具结构相对简单，但是模具的数量较多，需要来回更换模具。制件的材料利用率高。方案二：落料—冲孔复合模具结构比较紧凑，冲裁件表面精度和粗糙度较高，表面平整，毛刺较少，同轴度较好，制件生产率较高。方案三：级进模具一个模具搞定所有工序，减少了来回更换模具的步骤，提高了生成率。毛刺少，模具寿命较长。通过分析可以知道，在本次设计中，弯板适合采用级进模，不但能够保证弯板的精度，同时能够满足批量的生产。3冲压模结构的选择3.1模具类型的选择根据工件的工艺分析结果，以及各个生产方案的比较和实际生产需求，决定采用级进模完成此工件的生产。3.2送料方式的选择导向方式常用的有两种，一种是导料板，第二种是导料销，还有一种是浮顶导料销。导料板一般用在一般的冲裁级进模上面，导料销一般用在复合模上，浮顶导料销主要针对带有弯曲的级进模上面。通过对比可以知道，采用导料板导料的方式最合适。3.3定位方式的选择定位方式一般包含侧刃定位和挡料销定位，他们的使用方式有一定的侧重性，侧刃定位一般使用在级进模的上面，通过侧刃切边来完成钣金料的定位，挡料销一般都用在复合模或者单工序模的上面，比较方便，而且不会降低条料的利用率。本次设计中采用的是级进模，所以采用挡侧刃定位。3.4卸料、出件方式的选择卸料板有两种方式，第一个固定式，第二个弹性卸料板。刚性部分的方式称为使用固定式，不包含弹性的组件，实用的物体的较厚或要求较低的零件，所产生的工件表面质量不高。弹性卸料板一般针对的厚度比较薄，2mm以下的工件，或者工件的表面质量要求较高的，精度要求较高的模具，尤其是适合工件的平整性要求高的场合。由于弯板钣金件的厚度为1mm，厚度不大，为了钣金表面精度的考虑采用弹性卸料。4工艺参数计算4.1排样方式的选择一般设计时，排样一般分为三种主要的方案：1．有废料的排样方法根据工件的所有外形冲压，设计中制件与制件中间间，制件与板料侧面之间都有工艺方面的废料（也就是搭边）所有，冲压完成后这个搭边就冲压成了废料。2．少废料的排样方式根据工件的某个外形轮廓线定义切边如何进行，正使由于这个原因冲切的过程中，可以保证搭边只会出现再工件之间或者侧搭边，所以就避免一部分废料，达到少废料的目的。3．无废料排样排样过程中，工件和工件之间采用无缝对接，这样就避免了所有废料的产生，不过工艺废料除外，由于工件之间直接连接，所以工件的精度也会大大降低，因为无废料排样适合于精度不高的工件。在实际中，无废料的排样具有特殊形，一般不选择这种排样方式，除非有特殊要求的指明这种排样方式。本次设计中弯板的外形为矩形，根据以上三种方案的分析，我们一般采用的为有废料的排样方式。由于没有特殊要求，所以我们采用有废料的直排的排样方式，在保证精度的基础上，尽量降低排样利用率。4.1.1排样及搭边值的计算侧搭边值的选择比较重要，选的时候需要结合查表，同时结合工件的外形考虑，该弯板设计的排样图搭边为2mm、2mm。4.1.2步距的计算设计的时候选择工件直接的一个标记点，然后送一个步距后，测量相邻的工件之间的距离是多少，这个数值就是步距。弯板排样设计过程中，步距可定义为：S=L+b(4-1)外形的轮廓最大距离约为L=12毫米,有上节可知，送料方向的搭边调整为2mm，故步距为：S=L+b=14mm4.1.3条料宽度的确定宽度计算公式如下：(4-2)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。b—载体△—条料宽度偏差（查表得本设计△=0.5）利用如下公式可以计算：=mm4.1.4材料利用率的计算材料利用率定义为：η=A/BS×100%(4-3)式中η—材料利用率A—产品毛坯外形所包容的面积，CAD测量得：840mm2B—条料宽度S—冲裁步距η=A/BS×100%=840/14×74×100%=81%图4-1零件排样图4.2冲压力的计算4.2.1冲裁力的计算冲裁力公式：或(4-4)式中——弯板弯曲件周边长度（mm）；——材料厚度（mm）;——材料抗减强度（）；——系数。一般和模具刃口的磨损有关系，其他对这个因素有影响的因素还包括模具间隙的波动，材料力学性能等，在一般设计的过程中我们取=1.3。——弯板材料的抗拉强度（），一般情况下，材料的，取。第1工位：侧刃定距冲孔（冲裁周长为76.56mm）第2工位：冲长圆孔（周长16.56mm）第3工位：切边（周长124mm）第7工位：切断（周长28mm）4.2.2弯曲力的计算根据U型件的弯曲力计算，得出：(4-5)——自由弯曲力在冲压行程结束时的弯曲力NB——弯曲件的宽度K——安全系数，一般取K=1.3——材料的抗拉强度MPar——弯曲件的内弯曲半径，mmt——弯曲件材料厚度4.2.3卸料力与推件力的计算选择什么材料、以及毛坯的厚度和种类，冲裁时候选择间隙的尺寸都会影响卸料力、推件力以及顶出力的计算，另外还要考虑润滑等因素。计算公式如下：(4-6)(4-7)式中——冲裁力（）；、、——分别为卸料力、推件力、顶件力系数。该模具采用的是弹性卸料板，废料通过下方的漏料孔落下，推件力计算的时候按一次卡住6个工件，带入数据进行计算得：(4-8)通过查表得通过计算得出卸料力和退料力：4.2.4总冲压力的计算各个工位的总冲压力如下：模具总冲压力为模具各个工步的冲压力总和；4.3压力机吨位选择由前面对冲压力的计算可得：。预选压力机为J23-25压力机结构比较精确，具有通用性的性质，用途也比较广泛，生产效率比较高。表4-2开式压力机规格及参数[6]4.4冲裁间隙的确定根据实用间隙表，查得材料间隙为0.1，0.14。表4-4冲裁模初始双边间隙值[8]mm材料厚度08、10、20、35、09Mn、Q23516Mn40、5065MnZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax小于0.5极小间隙（或无间隙）0.50.60.70.80.91.01.21.51.752.02.12.50.0400.0480.0640.0720.0920.1000.1260.1320.2200.2460.2600.2600.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3600.3800.5000.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.5400.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.5400.0400.0480.0640.0640.0900.0900.0600.0720.0920.0920.1260.1264.5刃口尺寸的计算及依据与法则模具中常用的工作零件凸模以及凹模是最重要的零件，由于不断的运动，凸模和凹模在运动的过程中也会不断的磨损，所以才需要我们进行，设计出一个合理的尺寸和公差，选择合适的间隙，通过这样的计算和分析，这样可以减少他们之间的磨损，一般计算和分析尺寸的偏差以及公差，有两个常用的方法：第一种我们叫分开加工的方法，这个方法适合放到凸凹模单独配作的地方，主要是针对比较简单的尺寸可以用这个方法；第二种常用的方式是配作法，故名思议就是配合加工的，凸模和凹模配合加工，这样一般是对于尺寸比较多的工件，或者是精度要求一般的工件尺寸。采用配作的方式，可以简化我们计算的工作，从而降低模具的设计和制作成本。（1）A类尺寸：随着模具的工作，磨损，凸模或者凹模的尺寸会逐渐变大。Aj=(Amax-x△)（2）B类尺寸：随着模具的工作，磨损，凸模或者凹模的尺寸会逐渐减小。Bj=(Bmin+x△)（3）C类尺寸：随着模具的工作，磨损，凸模或者凹模的尺寸保持不变。Cj=(Cmin+)其中，x为磨损系数。查表得：工件精度IT10级以上x=1工件精度IT1-IT13x=0.75工件精度IT12x=0.5因为本工件尺寸均为基本尺寸，未注公差按IT12级处理，按IT12级精度，x=0.5。在所有的尺寸中，属于A类尺寸的有：、属于B类尺寸的有：、属于C类尺寸的有：、具体计算如表4-5。表4-5工作零件刃口尺寸计算尺寸类型公称尺寸公式计算后尺寸ABCCj=(Cmin+)4.6弯曲工作尺寸计算弯曲时，U形件的弯曲，确定间隙是个重要的问题，因为如果选择的间隙太小，摩擦力比较大，就会导致弯曲力比较大，如果间隙过大，会导致工件的回弹比较明显，而导致工件的精度得不到保障。（4-7）式中——弯板弯曲件弯曲模凸模和凹模的单面间隙；t——材料的公称厚度；n——系数，与弯板弯曲件的弯曲高度以及弯曲线长度来决定，查表，取0.05。代入公式可得：。有工件的尺寸可一直，弯曲件的尺寸为工件的外形尺寸，所以我们计算的时候应以凹模未注，然后凸模进行配作。取弯曲凸、凹模的制造公差为IT17、IT18，查表得：5模具主要零部件设计5.1切边凸模设计凸模高度的固定要根据模具的实际情况，凸模的结构尺寸计算示意图如下所示，如图7-3所示。图5-1凸模高度尺寸凸模高度为：L=h1+h2+H(5-1)式中:h1-凸模固定板厚度，可得：h1=20mm；h2-卸料板厚度，可得：h2=40mm；H-附加长度。由公式(5-1)得：L=20+40+2=62(mm)本模具需要有比较高的耐磨性和较长的寿命，并且在冲压过程中，要持续的受到冲压力，所以我们需要选择强度和韧性都比较好的材料。所以我们选择Cr12，能很好的满足弯板弯曲件生产的需要，模具材料热处理为HRC58～62HRC。凸模作为工作零件，直接决定了工件的精度，根据实际需要，我们选择使用IT7级，表面粗糙度为Ra1.6um。图5-2冲孔凸模5.2弯曲凸模设计工件具有U形弯曲，所以需要设计弯曲凸模来完成工件的弯曲，将弯曲凸模设计成一个整体，有利于弯曲凸模和凹模间隙的调整，固定部分设计出台阶固定，长度设计在凸模的基础上，需要加上由于弯曲需要进入凹模的长度，弯曲凸模如图5-2所示。图5-3弯曲凸模5.3凹模设计根据弯板的形状，采用整体式凹模。整体式凹模方便加工设计时要提高模具加工精度，方便装配和维修，还需要满足冲压工艺的要求，提高制件的质量。还需要考虑将本制件的凹模放置在模架时，就把已经计算好的压力中心已与模柄的中心重合。凹模的外形计算的经验公式如下所示：凹模板厚度尺寸H=Kb1（5-2）凹模板型孔和边的距离尺寸c>1.5H（5-3）最终凹模的边长L=b1+2c（5-4）最终凹模的宽带B=b2+2c（5-5）式中：b1-工件最大轮廓尺寸；b2-弯板弯曲件件的宽带方向最大外形尺寸；K-系数，主要受到弯板弯曲件厚度的影响，查表5-3。表5-3系数K值材料料宽s/mm材料厚度t/mm≤1>1～3>3～6≤500.30～0.400.35～0.500.45～0.60>50～1000.20～0.300.22～0.350.30～0.45>100～2000.15～0.200.18～0.220.22～0.30>2000.10～0.150.12～0.180.15～0.22查表5-1得：K=0.3。凹模厚度：H=Kb2=0.3×70=21（mm）根据公式（5-3）可计算凹模边壁厚：c>1.5H=1.5×21=31.5（mm）取凹模边壁厚为35mm。 由于采用级进模，还要结合排样图来确定凹模板的长、宽的尺寸。结合模具结构取整后取：L×B×H=160mm×140mm×30mm凹模板是模具的设计过程中最重要的零件之一，算是核心零件，而且和工件直接接触，所以设计的过程中，不但要注意其结构性，还要注意其表面的精度和其他方面的要求，如果它精度以及表面的粗糙度达不到要求，那么就会增加废品率，增加生产成本，浪费了劳动力。对于其材料，一般使用的有Cr12，我们也选择此种材料，凹模的平行度可以选择0.02，凹模的型孔由于和工件接触，所以选择精度为IT7级。5.4其他板的设计5.4.1卸料板设计卸料板没有特殊要求的情况下外形是和凹模一致的，而凹模在前面的设计中已经得出，这里只要确定卸料板的厚度即可，本次设计中卸料板和导料板作为一个整体，卸料板厚度一般取10-20mm，该模具中卸料板取20mm。卸料板的尺寸160mm×140mm×20mm。5.4.2固定板的设计凸模固定板外形和卸料板凹模一致，厚度通常情况下取凹模的0.6-0.8倍的大小。厚度计算如下：H凸固=（0.6～0.8）H凹（5-6）式中：H凸固-凸模固定板厚度；H凹-凹模厚度。根据公式（5-6）得凸模固定板厚度为：H凸固=（0.6～0.8）H凹=（0.6～0.8）H凹=（0.6～0.8）×30=18～24（mm）凸模固定板厚度取20mm。5.4.3垫板的设计参考模具的凹模的尺寸，选择垫板厚度为10mm，选择垫板尺寸为160mm×140mm×10mm。6其他零件的选用6.1其他零件设计6.1.1定位零件本套模具采用导料板横行定位，成型侧刃纵向定位。导料板与凹模采用螺钉与圆柱销固定，厚度取，材料为45钢。6.1.2卸料装置卸料板有两种方式，第一个固定式，第二个弹性卸料板。刚性部分的方式称为使用固定式，不包含弹性的组件，实用的物体的较厚或要求较低的零件，所产生的工件表面质量不高。弹性卸料板一般针对的厚度比较薄，2mm以下的工件，或者工件的表面质量要求较高的，精度要求较高的模具，尤其是适合工件的平整性要求高的场合。弹性卸料板具有卸料导向的作用又起压料作用，一般弹性卸料板具有橡胶或者弹簧作为弹性元件。本设计中弯板的厚度为1mm，厚度不大，采用弹性卸料板。出件方式根据出件的方向分为两个常用的方式，第一种是正常的漏料方式，工件直接通过漏料孔落下，这种方式简单易操作，不过工件的精度有所降低。第二种通过顶件器将工件顶出，然后取出工件即可，这种操作麻烦点，但是工件的精度比较高。6.2上下模座、模柄的选用6.2.1上下模座的选用中间导柱能够节省材料（省成本）但无法左右送料，加工中不太常用；四角导柱模架的导向精度高的优势，但是取件不方便，主要用在钣金件精度较高的场合；对角导柱模架导柱阻力对称，对于不对称的工件适合用这个工件；后侧导柱模架取件方便，能够前后、左右送料，但导柱的阻力不对称，冲压时压力无法均匀分布