冲压模具本科毕业设计.docx

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冲压模具本科毕业设计

冲压模具-本科毕业设计

冲压模具-本科毕业设计LogoXXXX大学本科毕业设计支承座结构件冲压工艺分析及模具设计学院XXXX学院专业材料成型及控制工程（成型加工及模具CAD/CAM方向）年级级别2008级

（1）班学号学生姓名指导教师2012年6月设计总说明本支承座结构件包括两道基本冲压工艺——冲裁、弯曲。

冲裁是利用模具使板料沿一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工艺，本文运用UG一键成形深入分析落料冲孔工艺可行性，通过调节压边力、冲裁速度等参数得出合理工艺参数。

把板料、管材或型材等弯曲成一定的曲率或角度，并得到一定形状零件的冲压工序称为弯曲，由于本产品有三处结构小扣与原材成直角，需进行弯曲分析，文中通过计算弯曲力、最小相对弯曲半径、弯曲回弹等弯曲件工艺性，确保产品成型精度。

本支承座结构件模具采用级进结构，自动化程度高，仅需一人即可完成所有工位，包括五个工位：

冲大（工艺孔）、小孔、上下切边、小扣弯曲、大扣弯曲，落料。

根据《冷冲模弹压横向卸料经典组合-横向送料典型组合》（GB2872.2—81）选用LB250×160典型组合，为保证凸凹模强度以及维护方便，同时节省贵重金属，凸凹模采用镶拼结构。

使用滚动导柱导套保证导向精度，提高模具寿命与制品质量。

采用带导向槽的浮顶器简化模具结构，避免使用侧压板导料，同时为确保制品精度，在头道工序中冲出大孔，并作定位工艺孔，通过导正销保证步距。

关键词：

级进模，精密冲压，支承座结构件AbstractThisSupportingSeatstructureincludestwobasicstampingprocess-cutting,bending.Usingthemoldcuttingismadeofmetalprofilealongtheseparationproducesastampingprocess,thispaperusingUGakeyformingin-depthanalysisofthefeasibility,blankingpunchingprocessbyadjustingtheblank-holderforce,cuttingspeedthatreasonableparameterssuchasparameters.Thesheetmetal,suchaspipebendingorprofilesofcurvature,andcertainAngleorshapeofpunchingprocesscalledbendingparts,becauseourproductsarethreesmallstructurewiththerawmaterial,buckleatrightanglestobendanalysis,thispapercalculatedbybendingforce,theminimalbendingradius,bending,etc,toensuretheproductsbendingpartsformingprocess.ThisSupportingSeatstructureinstructure,mouldadoptsthehighdegreeofautomation,onlyonecancompleteallstations,includingfiveworkstationpunchinghole,bluntwastesonbothsides,smallandlargebendingadvancetrimming,buckle.AccordingtothecolddiewhentransverseunloadingclassicalcombinationfeedingtypicalcombinationofhorizontalGB2872.2（81）--LB250selectionfortypical（160thatintensivestrengthandconvenientmaintenance,whilesaving,intensivepreciousmetalstructurewithspellby.Usethescrollguideguiding-columnguidanceprecisionmould,guaranteeproductqualityandlife.Theorientationoffloatingroofissimplifiedthemouldstructure,avoidusinglateralplate,toensuretheleadinthefirstword,precisionproductslocalizationprocesstechnologyhole,throughoutthepinguarantee.Keywords:

Progressivedie,SupportingSeat,precisionstampingparts目录1绪论11.1题目背景及目的11.2国内外研究的状况11.3题目研究方法21.4论文构成及研究内容22零件工艺性分析32.1零件材料选择32.2零件技术要求43成形工艺方案分析53.1零件成形性能模拟分析53.2成形方案63.2.1简单模与连续模63.2.2必要尺寸的计算63.2.3排样方案73.3方案比对与选择83.4确定条料进距及宽度94模具结构设计104.1模具的总体要求114.2计算冲模压力114.2.1冲孔落料部分冲裁力的计算114.2.2弯曲部分冲裁力计算114.2.3选冲压设备124.2.4压力中心124.3成形零件尺寸计算134.3.1凹凸模间隙134.3.2落料间隙144.3.3工作部件尺寸154.4凸模强度校核部分224.5落料模模架及各零件选取分析235模具数控加工275.1加工工艺路线确定285.2加工轨迹以及数控代码与参数306模具装配要求31结论32参考文献33致谢34附录351绪论1.1题目背景及目的精密冲裁（以下简称精冲）是一项节能、环保的制造技术，具备技术含量高资金投入大产品附加值高等特点。

近十年来，精冲技术的应用在国内得到了迅猛的发展，尤其在相机等精密器械领域．几乎所有的数码相机品牌均大量采用精冲件。

国内的精冲技术应用正处于快速发展的阶段，据《国家产业技术政策》，该技术是国家“十五”及以后五年重点支持的高新技术及产业化发展方向．因此在相当长的一段时期，精冲技术行业均能得到国家政策的扶持，保持其快速发展的势头。

由于精冲件多为扁平类零件，其零件形状及工艺方法相对比较单一，所以尽管精冲模具结构远比普通冲压复杂，但其零件共性多，易于根据零件的尺寸和形状特征制定精冲模具零件标准库。

利用这些标准．精冲企业能够大大缩短精冲模精冲连续模的设计提供巨大的帮助。

设计周期，设计时只需根据零件的尺寸选定一个标准图，再根据精冲零件的尺寸填补标准具的设计便可迅速完成．有些企业精冲模具标准化程度超过75％。

精冲模具的标准化不仅有利于提高设计速度及质量，同时也有利于提高模具的后续加工速度及质量．且能使工程师将更多精力放在工艺确定、力学性能优化等需要创造及创新的地方，有利于精冲模具设计整体水平的提高。

1.2国内外研究的状况强力压板，从广义上而言，精冲技术是一种能够获得剪切面光洁、尺寸精密的板料塑性成形技术．在其整个发展过程中，出现过多种不同的技术类型。

由于强力压板精冲技术具备良好的经济效益及广泛的可应用范围，所以至今在世界范围内仍占主导地位，目前所指的精冲技术主要是指强力压板精冲技术．国际国内几乎所有的精冲公司都采用该技术。

其他技术简介，强力压板精冲技术在世界范围内占主导地位的同时Et本开发了对向凹模精冲（OpposedDieSheaving）．德国开发了集成精冲（1ntegralFinebanking），美国EBway公司开发了挤出精冲（GripflowStamping），后二者都有压边圈和反压板，只是压边圈上去除了V形齿．且模具间隙更小。

在三动精冲工艺的基上．还发展出了四动、五动等精冲工艺形式．这些精冲工艺的实现均需专用的精冲压力机，由于其各自的技术特点，也在采用这些技术进行着相应精冲件的批量生产。

北京机电研究所2002年开发出了往复成形精冲技术，该技术能够用于超厚零件的加工，而且少无毛刺，在超厚精；中件加工领域有较大的应用前景。

此外，普通压力机上应用普通冲压技术也能获得与上述技术类似的精冲技术效果。

整修。

通过专用整修（亦称修边模）对落料与冲孔毛坯的冲切面进行修边加工以获取平直、光洁及高精度的冲切面，包括：

外缘整修、内孔整修、叠料整修．振动整修等。

光洁冲裁。

采用微间隙或负间隙圆角刃El等具备特殊结构的专用冲模．对高塑性低碳钢及有色金属冲裁件进行光洁；中裁．获取光洁平整的高精度冲切面。

常用的光洁冲裁工艺有：

微间隙圆角刃El光洁冲裁、负间隙光洁冲裁、台阶式凸模精冲孔、同步剪挤精冲、挤压精冲孔以及无毛刺冲裁等等。

这类技术在实际应用中有较大的局限性．但作为一种技术补充在实际应用中也有一席之地，而且具有长久的生命力。

1.3题目研究方法1.通过简单模具与连续模具的对比，论证连续模的优缺点。

2.模具零件具体尺寸依据检规、零件冲压工艺和车间钳工的建议等多方面因素确定。

3.使用UG、AutoCAD等软件对零件进行分析，最终确定成形方案。

4.在UG5.0造型之后，对零件进行2维设计，使视图国标化。

1.4论文构成及研究内容本文由三部分组成，第一部分为绪论部分，主要做开题报告；第二部分为零件工艺分析；第三部分为成形性能分析；第四章为模具结构设计；第五章论述了模具工作条件和失效形式；第六部分为结论。

论文主要围支承座连续模的设计展开，包括前提的课题调查，工艺方案的确定，和设计的展开。

2零件工艺性能分析本零件是电器仪表行业中常用的支承座结构件之一。

作为内部骨架结构，为保证良好装配，提高产品质量，必须保证各零件的制造误差，属于精密冲裁件；作为内部结构件，为其他结构提供支撑与定位，必须具有较高的强度，以防日常使用中出现的震动影响其成像效果。

2.1零件材料选择根据该零件的结构和成形特性，一般采用经固溶处理的奥氏体型钢。

该类不锈钢冷轧钢板品种良多，并广泛应用于食各类仪表设备行业。

查阅“我的钢铁”得到常用不锈钢牌号如下：

牌号类型用途0Cr18Ni9奥氏体型作为不锈耐热钢使用最广泛、食品用设备，一般化工设备，原子能工业用00Cr19Ni10奥氏体型用于抗晶间腐蚀性要求高的化学、煤炭、石油产业的野外露天机器、建材、耐热零件及热处理有困难的零件0Cr25Ni20奥氏体型炉用材料，汽车排气净化装置用材料1Cr18Ni9奥氏体型经冷加工有高的强度，建筑用装饰部件0Cr17Ni12Mo2奥氏体型适用于在海水和其它介质中，主要作耐点蚀材料，照相、食品工业、沿海地区设施、绳索、CD杆、螺栓、螺母00Cr17Ni14Mo2奥氏体型为0Cr17Ni12Mo2的超低碳钢，用于对抗晶间腐蚀性有特别要求的产品1Cr18Ni12Mo2Ti奥氏体型用于抗硫酸、磷酸、甲酸、乙酸的设备，有良好的耐晶间腐蚀性0Cr18Ni12Mo2Ti奥氏体型同上0Cr18Ni10Ti奥氏体型添加Ti提高耐晶间腐蚀，不推荐作装饰部件0Cr16Ni14奥氏体型无磁不锈钢，作电子原件1Cr17Ni7奥氏体型适用于高强度构件，火车客车车厢用材料由于仪表的内部结构一般较精密，其结构件使用过程中不能生锈致使精度下降，故拉杆最好选择的材料是防腐蚀的。

结合产品结构设计客户规定要求与材料的价格，选择0Cr18Ni9材料，材料厚度为0.8mm。

0Cr18Ni9钢薄截面尺寸的焊接件具有足够的耐晶间腐蚀能力，在氧化性酸（HNO3）中具有优良的耐蚀性，在碱溶液和大部分有机酸和无机酸中以及大气、水、蒸汽中耐蚀性亦佳。

0Cr18Ni9钢的良好性能，使其成为应用量最大、使用范围最广的不锈钢牌号，此钢适于制造深冲成型的部件以及输送腐蚀介质管道、容器，结构件等，0Cr18Ni9亦可用子制造无磁、低温设备和部件。

力学性能：

抗拉强度σb（MPa）：

≥520条件屈服强度σ0.2（MPa）：

≥205伸长率δ5（％）：

≥40断面收缩率ψ（％）：

≥60硬度：

≤187HB;≤90HRB;≤200HV热处理规范及金相组织：

热处理规范：

固溶1010～1150℃快冷。

金相组织：

组织特征为奥氏体型。

2.2零件技术要求如图2.1所示，该零件不是外观件，故外形尺寸要求不高。

最小圆角半径为R=0.5mm，相对圆角半径为R/t=0.5/0.8=0.625，大于要求的最小相对弯曲半径值0.4，可以直接成形。

下端有形状各不相同的小扣与小平台分布在零件上下两端，平台中间有小冲孔，由于其尺寸较小且繁杂，故尺寸不在此说明，具体见图2.2，外形尺寸为23.8×20×15.8mm。

平面度≤0.030，平行度≤0.030。

毛刺高度≤0.15mm。

材料允许变薄率≤10%，即t≥0.72mm。

图2.1产品图图2.2零件图具体参数要求3成形工艺方案分析该零件为电表仪器定位支撑结构件,尺寸精度要求较高,一般属大批量生产。

以下将合理分析采用何种工艺方式进行生产,确保成形、精度、产量要求。

根据产品结构分析得，该冲裁件有三道折弯，所以必须包含弯曲、冲孔、落料几道基本工序，如何排样以及安排各种工序成为设计的关键，冲孔与切边部分不能一次冲裁出，需要分几步成型以确保模具有足够强度。

3.1零件展开图经成形性能分析，初定零件可一次成形。

其中，使用formingsuite展开图3.6展开图3.2成形方案3.2.1单工序模与复合模以及连续模单工序模：

在一副模具中只完成一个工序。

如落料模、冲孔模、弯曲模、拉深模等。

级进模：

由多个工位组成，各工位按顺序关联完成不同的加工，在冲床的一次行程中完成一系列的不同的冲压加工。

一次行程完成以后，由冲床送料机按照一个固定的步距将材料向前移动，这样在一副模具上就可以完成多个工序，一般有冲孔，落料，折弯，切边，拉伸等等。

复合模：

在一次行程中，在一副模具的同一个位置上，能完成两个以上的工序。

因此复合模冲压出的制件精度较高，生产率也高。

根据零件生产大批量高精度的要求，选择使用级进模做本次设计。

3.2.2必要尺寸的计算工件毛坯尺寸的计算弯曲相对宽度计算r=0.50.5t=0.5×0.8=0.4r/t=0.625即r>0.5t这类零件变薄不严重且断面畸变较轻，可以按应变中性层长度等于毛坯长度的原则来计算。

由r/t=0.625从表3-1得弯曲90o变薄系数由小平台展开的毛坯长度为两处小扣展开的毛坯长度为综上所述，冲孔和切边后的毛坯尺寸为28.3×20×0.8mm3.2.3排样方案根据《冲压工艺及模具设计》和所选用零件材料，查表2-13工件间搭边a和侧面搭边a1数值，得，。

方案一：

直排。

按经验工件间搭边值取3mm，如图3.7所示。

材料利用率计算：

单件面积A由UG建模自动生成288.4mm。

图3.7单直排方案二：

往复送料排样。

查《多工位级进模设计方法和技巧》表3-2，得a=3.0mm，b=2mm搭边值4mm，如图3.8所示。

图3.8单直排材料利用率计算：

单件面积A由UG建模自动生成288.4mm。

、材料利用率与直排接近，但是操作相对复杂，效率较低。

方案三：

双直排。

进距太长，工步太多，模具制造难度太大，成本高，故不予考虑。

图3.9双直排3.3方案比对与选择方案1可获得较高的生产效率，而且操作安全，模具制造相对容易。

方案2虽然利用率略高，但是操作较复杂，模具定位等结构也较复杂，制造费用高。

因此，同等条件下选用方案1是最佳选择。

3.4确定条料进距及宽度进距h=23条料宽度：

式中B——条料标称宽度（mm）D——工件垂直于送料方向的最大尺寸（mm）由上知B=28.3mm——侧搭边，为1.8（mm）——条料宽度的公差，查表2-14，得=0.4mm——条料与导料板间的间隙，查表3-15，得=0.5mm。

4模具结构设计4.1模具的总体要求模具的总体要求为：

（1）采用滚动导向模架，滚动导向模架由于在导柱、导套和滚珠之间有过盈量，因而导向可靠。

装配良好的滚动导向模架据统计能达千万次冲压。

所以在多工位级进模绝大多数都是采用滚动导向模架。

滚动导向模架的模座可用铸钢或用45#钢经调质处理制造，其厚度一般可与滑动模架相同；对负荷较大的模架其模座应增加厚度20~30%；

（2）上下垫板、固定板、卸料版均采用45钢调质处理；（3）卸料与压料弹簧采用高强度重载矩形弹簧；（4）凹凸模材料根据形状不同以及工序不同分别选用选用Cr12MoV、Cr6WV、W18Cr4V，真空热处理凸模为58～62HRC，凹模为60～64；（5）凸凹模采用镶拼或拼装式，便于模具维护，节省贵重金属材料。

4.2计算冲模压力4.2.1冲孔落料部分冲裁力的计算该模具采用弹性卸料装置和下出料方式，预设凹模刃口直壁高度h=4mm。

冲裁力式中L——冲裁件周边长度（mm）t——材料厚度，取0.8（mm）K——系数，一般取1.3——材料抗拉强度（MPa）取520Mpa，且其中，冲裁件周边长度计算如下：

零件大孔周长长度：

零件小孔周长长度：

零件上端外周长度：

零件下端外周长度:

零件落料端外周长度：

冲裁件周边长度所以，由表2-2查得取0.05由表2-2查得取0.055n=h/t=3/0.8=3.75取n=4冲孔与切边总的冲裁力，为：

4.2.2弯曲部分冲裁力计算弯曲力计算对于U形件C取0.7K安装系数，取1.3B料宽取2mmt料厚取0.8mmr弯曲半径取0.5材料强度极限（MPa）取520Mpa4.2.3选冲压设备总冲裁力，为：

选择E2W-250T的压力机，滑块行程长330mm，最大装模高度为550mm，滑块调整量为120mm，气垫行程为130mm，自动送料机料高度为：

115-365mm。

4.2.4压力中心为了保证压力机和模具正常地工作，必须使冲模的压力中心与压力机滑块中心线相重合，否则在冲压时会使冲模与压力机滑块倾斜，使得凹、凸模间隙不均和导向零件加速磨损，造成刃口和其他零件的损坏，甚至还会引起压力机导轨磨损，影响压力机的精度。

由于工件为形状复杂的工件，故采用解析法求压力中心。

解析法详见《冲压手册》。

1.按比例画出凸模工作部分剖面的轮廓图；2.在轮廓内外任意距离处，选定坐标×-×和y-y；3.将轮廓线分成若干基本线段，计算各基本线段的长度,,……（图中冲裁力与冲裁线长度成正比例，故冲裁线段的长短，即可代表冲裁力的大小）；4.计算基本线段的重心位置到y-y轴的距离，…及到×-×轴的距离，；5.根据对同一轴线的分力之和的力矩等于各分力矩之和的原理，可求的冲模压力中心到×-×轴和y-y轴的距离。

图4.1压力分布图求得压力中心为：

=532.4=-41.5亦可用AutoCAD中面域的求质心方式进行求解，得出的结果与上近似，故取=543=-444.3成形零件尺寸计算4.3.1凹凸模间隙间隙对冲裁件质量、冲裁力和模具寿命均有很大影响，是冲裁工艺与冲裁模设计中的一个非常重要的工艺参数。

试验证明，随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％一20％范围内时冲裁力的降低不超过5％一l0％。

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％一25％时，卸料力几乎降到零。

但间隙继续增大会时毛刺增大，又将引起卸料力、顶件力的迅速增大。

间隙对模具寿命的影响模具寿命分为刃磨寿命和模具总寿命。

刃磨寿命是用两次刃磨之间的合格制件数表示。

总寿命是用模具失效为止的总的合格制件数表示。

模具失效的原因一般有：

磨损、变形、崩刃、折断和涨裂。

冲裁过程中作用于凸、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。

这种附着磨损，是冲模磨损的主要形式。

当接触压力愈大，相对滑动距离愈大，模具材料愈软，则磨损量愈大。

而冲裁中的接触压力，即垂直力、侧压力、摩擦力均随间隙的减小而增大，且间隙小时，光亮带变宽，摩擦距离增长，摩擦发热严重，所以小间隙将使磨损增加，甚至使模具与材料之间产生粘结现象。

而接触压力的增大，还会引起刃口的压缩疲劳破坏，使之崩刃。

小间隙还会产生凹模胀裂，小凸模折断，凸凹模相互啃刃等异常损坏。

当然，影响模具寿命的因素很多，有润滑条件，模具制造材料和精度、表面粗糙度、被加工材料特性、冲裁件轮廓形状等，但间隙却是其中一个主要因素。

所以为了减少凸、凹模的磨损，延长模具使用寿命，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。

若采用小间隙，就必须提高模具硬度、精度、减小模具粗糙度、良好润滑，以减小磨损。

4.3.2落料间隙该落料为外轮廓的落料，由于形状较复杂，料薄，为了保证凹凸模件一定的间隙值，故采用配合加工的方法。

此方法是先做好其中的一件（凸模或凹模）作为基准件，然后以此为基准来加工另一件，使他们之间保持一定的间隙，由于是落料，故先做凹模，并以他作为基准配做凸模。

查资料《中国模具设计大典》p118知道，凹模磨损情况为三类：

第一类是凹模磨损后增加尺寸（A类），第二类为凹模磨损后变小尺寸（B类），第三类是凹模磨损后没有增减尺寸（C类），该模具为A类。

查P55表2-25冲裁模刃口双面间隙Z（Z=2C）：

Zmin=0.072mmZmax=0.104mm由于凹凸模的制造偏差和磨损均使得间隙变大，故新模具应取最小间隙值。

取Z=0.072mm工件的成形，必须选择适当的间隙。

间隙过小，会使工件壁变薄，并降低凹模寿命。

间隙过大，则回弹较大，还会降低工件精度。

△——工作材料厚度的正偏差，mm查手册知道该材料的公差为t——工作材料厚度，mmt=0.8mmC——弯曲模凹、凸模单边间隙，mmx——间隙系数，