《级进模毕业设计》word版.docx

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《级进模毕业设计》word版

前言

1课题的背景及意义

模具设计与制造是一种技术、资金、人才密集型的产业，在我国国民经济中占有非常重要的地位。

模具工业作为国家的基础性产业，早在1989年就已被国家定为机械工业技术改造序列第一位，在“十五”规划中列为重点扶持产业，得到了迅速发展。

近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。

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，作为现代冲压生产的先进模具，能够在一副模具中完成复杂零件的冲裁、翻边、弯曲、拉伸、立体成形等多种冲压工序，它可以将复杂的制件外形或型孔，经分解变成简单的冲压。

多工位级进模是技术密集型模具的重要代表，是冲模发展方向之一。

级进模，又称多工位级进模、连续模、跳进模，简单说，它是在一副模具内，按所加工的工件分为若干等距离的工位，在每个工位上设置一个或几个基本冲压工序，来完成冲压工件某部分的加工。

冲压时，将带料或条料由模具入口端送进后，在严格控制步距精度的条件下，按照成形工艺安排的顺序，通过各工位的连续冲压，在最后工位经冲裁或切断后，便可冲制出符合产品要求的冲压件。

级进模的特点有如下：

1.在一副级进模内，可以包括冲裁、弯曲、成形、拉伸等多道工序故用一台冲床可以完成从板料到成品的各种冲压过程，从而免去了用单位工序模的周转和每次冲压的定位过程，提高了生产率和设备利用率。

有些复杂的小零件，若不采用级进模几乎是不能生产的。

2.级进模的设计和制造都比较费事，与其他模具相比，好像是成本高，但如果用许多单工序模代替一副级进模，其许多单工序模的总造价比一副级进模高很多，一次在许多的情况下采用级进模往往是降低模具成本的较好措施。

采用级进模可以用一台冲床取代数台甚至几十台冲床的工作。

对提高生产率、降低生产成本十分有利。

另外，级进模自动化程度高，操作者可以在冲床危险区以外操作，

3.具有操作安全的显著特点。

对工序复杂的工件应首选考虑采用级进模。

4.级进模设计时，工序可以分散。

不必集中在一个工位，不存在复合模中“最小壁厚”问题。

因而模具强度相对较高，寿命较长。

5.多工位级进模通常采用高速冲床生产冲压件，模具采用了自动送料、自动出件、安全检测等自动化装置，操作安全，具有加高的生产效率。

6.多工位级进模通常采用具有高精度的内、外导向和准确的定距系统，以保证产品零件的加工精度和模具寿命。

7.多工位级进模结构复杂，镶块较多，模具制造精度要求很高，给模具的制造、调试及维修带来一定的难度。

同时要求模具零件具有互换性，在模具零件磨损或损坏后要求更换迅速，方便、可靠。

所以模具工作零件选材必须好，必须应用慢走丝线切割加工、成形磨削、坐标镗、坐标磨等先进加工方法制造模具。

8.多工位级进模主要用于冲制厚度较薄（一般不超过2mm）、产量大，形状复杂、精度要求较高的中、小型零件。

用这种模具冲制的零件精度可达IT10级。

因此，级进模主要应用于大批量生产，中、小型零件的冲压。

2课题的来源、研究目的

课题来源于本人顶岗实习单位——苏州金鸿顺汽车部件股份有限公司的实际课题。

研究目的：

设计一副能够生产汽车零部件加强支架、具有合理结构、且能保证冲压零件的精度和质量的连续模具；能够熟练使用AUTOCAD、CATIA、UG等软件设计模具模型。

通过本课题使自己对级进模设计步骤及产品成型工艺有全面的了解，并能利用CAD/CAM/CAE技术来分析和设计汽车冲压模具，从而缩短产品开发时间，降低成本，提高产品质量。

3课题的研究内容、方法

研究内容：

1.3.1模具的冲压工艺分析

1.3.2模具的结构设计

1.3.3模具使用机台的选用

1.3.4模具的制造及技术要求

零件的工艺性分析

工件为下图1-1所示加强支架工件，材质为HC220YD+Z50/50FC，材料厚度0.6mm，公差等级IT14，大批量生产。

图1-1工件示意图

冲裁件的工艺性，是指冲裁件对冲裁工艺的适应性,即冲裁件的形状结构、尺寸大小、尺寸偏差、形位公差与尺寸基准等是否符合冲裁工艺的要求。

冲裁件的工艺性对冲裁工件的质量、材料利用率、生产率、模具制造难易、模具寿命、操作方式及冲压设备的选用等都有很大的影响。

一般情况下，对冲裁件工艺性影响最大是几何形状、尺寸、精度要求。

良好的冲裁件工艺性能满足材料省、工序少、产品质量稳定、模具较易加工、操作方便且寿命较高等要求，从而显著降低冲裁件的制造成本。

零件的工艺性分析即根据零件形状尺寸、材料、精度等要求，确定它们对冲压工艺的适应性。

其工艺性分析内容如下：

1.1零件的材料分析

该零件的材质HC220YD+Z50/50FC为热浸镀锌钢板，相当于普通碳素钢，材料较软，弹性变形量较小，冲裁后的回弹量亦小，因此冲裁零件精度也高。

查刘建超所编的《冲压模具设计与制造基础》P27可知其抗剪强度

=320MPa，抗拉强度

=400MPa，屈服点强度

=235MPa，断后伸长率

=31%，由此可见该材料具有良好的塑性及较高的弹性模量，即具有良好的冲裁性能和弯曲性能，因此该材料适合冲裁及弯曲。

1.2零件的结构工艺性及分析

该工件为左右对称件，结构形状复杂程度一般，尺寸较小，应注意以下几点：

1.2.1零件有6处R角，尺寸分别是R=3、R=11、R=13，左右对称。

材料所允许的最小弯曲半径rmin=0.5t=0.5×0.6=0.3mm,零件弯曲最小半径r=3mm>0.3mm,所以零件不会弯裂。

1.2.2零件需要如下图1-2所示经过2次弯曲才能成形。

第一次向上弯曲角度为75度，第二次向下弯曲角度为105度。

图1-2弯曲成形示意图

1.2.3制件较小，从安全角度考虑，要采取适当的取件方式。

1.2.4大批量生产，应重视模具材料和结构的选择，保证一定的模具寿命。

1.3零件的精度分析

零件精度要求为IT14，要求不高，所以普通冲裁就可以满足零件的精度要求。

级进模制作要求要有高精度的内、外导向和准确的定距系统，以保证产品零件的加工精度和模具寿命。

第一章模具设计的技术要求

2.1模具设计基本要求

2.1.1确实达到冲压生产上的三大费用:

降低材料费、提高生产性、降低模具费。

2.1.2在进行工艺方案和模具设计时，必须符合《冲压模具设计规范》标准。

当该标准不能指导设计的时候，应提前与客户商议选用中国汽车联合会标准或企业标准。

2.1.3除特别注明外，所有图纸资料必须符合机械制图国家标准GB4457~4460—84，GB131—83。

2.1.4所有工艺方案图按2D进行设计，文件类型为dwg或dxf格式；模具用3D进行设计，3D文件类型以CATIA为主,其次UG格式，2D文件类型为dwg或dxf格式。

2.1.5图面要求

a.视图投影法：

第三角法；

b.图幅要求：

按机械制图国家标准，但宽度不得超过841mm；

c.图型比例：

1/1，1/2，1/3（同一成品各工序比例须一致）；

d.图面使用文字：

中文和英文；

e.尺寸表示：

公制；

f.图纸标题栏：

使用设计标准图框；

g.零件图作图样式：

左侧零件；

h.上下模采左右翻转,图纸包含上下平面,主要断面,前视,右视及CAM详图；

i.模具在设计上，要有防反措施；

j.对镶拼结构的镶块应单独绘出零件详图（包含详细加工尺寸,加工与热处理方式及质量精度要求………等。

k.有关模具图制图环境规划（图层,线型,颜色,标注尺寸…等）依设计标准。

l.模具2D设计软件以AutoCAD2008（含）以下的版本；3D设计软件以CATIAV5R18为主。

2.2工艺方案图设计技术要求

2.2.1工艺方案图必须表达清楚，尺寸完整正确，能正确指导工艺数模设计及模具设计。

2.2.2工艺方案图必须正确反映以下内容：

m.完成零件冲压加工的所有工序加工内容，并用不同的符号加以区分，工序用如：

OP10-BL,OP20-DR表示；

n.各工序冲压加工方向，当加工方向相对零件车身坐标发生旋转时，应注明其旋转角度；

o.各工序零件送进、流出方向；

p.废料切刀的位置及切边、冲孔废料的排除方式；

q.各工序模具设计基准点、基准线与零件车身坐标之间的对应关系；

r.拉延工序到位标记位置（安放在后工序要切除的废料部位）；

s.零件毛坯尺寸标注，中间工序的切边线及其完整尺寸标注；

t.各加工工序草图（含工序名称、工序加工内容、使用设备、模具代号等）；

u.顶杆布置图、废料流向示意图中各种符号说明。

2.3工艺数模基本要求

2.3.1工艺数模采用三维合格的正版软件，只接受CATIAV5R18或STP文件格式；零件工艺数模尺寸满足工艺方案设计要求，零件型面尺寸按客户提供的产品数据，误差不超过0.01mm；

2.3.2所有零部件在建模中的坐标以零件工艺方案的基准点坐标为准；

2.3.3所有零部件数模均应保持参数化；

2.3.4模具的特殊线（切边线、分模线等）应计算并做出相应的线框模型和线型颜色区分；

2.4模具设计技术要求

2.4.1在正常使用情况下，按照月50000件次为期限定期维护为前提，可以生产80万件次以上进行模具设计。

2.4.2钝角修边及锐角修边均不能超过15º；

2.4.3

0

0

0

对于孔径尺寸的公差应取75%值，如φ10+0.1孔径尺寸应取φ10.075；

2.4.4模具安装定位方式在设计中要确定；

2.4.5模具导向类型为自润滑式导柱、导套、导板，导柱、导套要用螺钉固定；

2.4.6模具导向形式：

带有侧整形、侧切边冲孔型模具采用导板+导柱导套形式，其导向件尺寸按标准选用；

2.4.7模具必须要有足够的安全性，设计时必须考虑安全螺钉或侧销；

2.4.8必须保证零件在模具内定位可靠，每工序完成后零件不粘模，具有良好的生产可操作性；

2.4.9模具按客户提供的生产线设备参数进行设计，保证模具在给定的设备上的可生产性，模具长、宽应控制在工作台面以内，结构必须紧凑；

2.4.10模具高度：

依客户提供之设备清单中的机台参数设置，模具设计需依钣件实际需求合理设计模高并遵守客户对模高要求,同一零件（含其对称件）的模具封闭高度应保持一致，且确保操作方便；

2.4.11成形模中的R25以下形状半径部位淬火硬度达到HRC50以上，其它模具材料在模具会签时按客户指定执行,须附硬度试验报告；

2.4.12对于拉伸、成形、翻边料厚≤1.0mm的必须使用Cr12MoV以上钢材,1.0mm≤料厚≤1.5mm必须使用Cr12MoV以上材料并做TD处理,料厚>1.5mm必须使用SKD11以上材料并做TD处理，附品质保证书，热处理报告及送货单。

2.4.13对于修边、冲孔部份使用SKD11以上材质,淬火硬度HRC56~60附硬度试验报告；

为确保模具寿命,模具制作在钢材选用必须依客户要求,不可任意更换,模具五金标准零件须遵守设计规范要求,任何的改变都必须经过客户的同意；

2.4.14必须有模具总重量字体标识；

2.4.15模具涂色：

客户标准；

2.4.16冲压模具上均加自由状态下的弹性支撑或刚性支撑，并设计模具限位器和安全平台；

2.4.17要求废料单件滑出模具外，其废料对角线长度不允许超过350mm；

2.4.18所有易损件必须做备品（结构会签时确认），标准件备品备件按备件设定基准执行；

2.4.19所有的模具在结构上应设计成单动式；

2.4.20模具在设计上，必须安装有防反措施；

2.4.21模具上应安装铝制标牌（厚度1.5mm），标牌尺寸、内容和格式见下图（如后期有变化，以按后期变化后的要求制作标牌照）

图2-1铝制铭牌示意图

2.4.22钢块的选择必须满足冲压件年产量的要求。

标准件选用:

MISUMI、盘起，气缸及气动组件选用SMC，并备有相应备件和明细；

2.4.23在设计上必须考虑制作工艺性、加工工艺性和维修过程中的方便性；

2.4.24模具设计必须满足生产得以在生产成本最低的条件下，模具根据200T机台设计。

2.5关于设计变更

2.5.1在进行工艺方案和模具设计、模具加工过程中，对客户提出的产品设计变更应在2日内做出处理意见及书面回复，并及时反应到工艺方案和模具设计、模具加工上。

2.6备品设定基准

长度不等者视为不同规格；

备件基数按照每套模具单独考虑

表2-2备品基准

名称

类型

规格

备件数量或原则

冲头、凹模

圆形

ΦP≤10

1/3提供但是不少于2件

10〈ΦP≤16

1/4提供但是不少于1件

16〈ΦP≤32

1/4提供但是不少于1件

ΦP〉32

不提供

异形

ΦP≤25

1/2提供但是不少于2件

（四方、长方、长圆）

ΦP〉25

不提供

到位标记销

标准

100%提供

弹簧

强力弹簧

（含组件）

易损件

按图纸

至少提供1套备品

标准件明细表（以MISUMI为基本依据，选用以外标件原则上需要客户的书面认可）

名称

选用标准

导板、导柱、导套

MISUMI、盘起

标准斜锲

SANKYO、盘起

冲头、凹模套、固定板

MISUMI、盘起

气缸、气动组件

SMC

推件器及H顶升架

SANKYO、SMC

缓冲器合件

MISUMI、盘起

侧销、安全侧销

MISUMI、盘起

强力弹簧

东发、MISUMI

聚氨脂弹簧

MISUMI

氮缸弹簧

KALLER

卸料螺钉

MISUMI、盘起

各类标记销

MISUMI、盘起

模具用螺钉

高强度防松螺栓（12.9级）

表2-3标准件明细

第二章冲压工艺方案的确定

3.1冲压工艺的设计方案及可行性分析

冲压工艺方案设计就是根据冲压件形状尺寸、材料、生产批量等特点，即零件的工艺性分析，初步确定出冲压加工内容，并制定出几种可行的加工工艺方案，通过对产品质量、生产效率、设备条件、模具制造和寿命、操作的方便性、经济性等方面的综合比较，确定出适合具体生产条件的最佳工艺方案。

根据制件的工艺分析，基本工序有冲孔、落料、弯曲。

按其先后次序组合可得如下几种方案：

3.1.1落料-弯曲1-弯曲2-冲孔：

四套单工序模具冲压。

3.1.2落料-冲孔-弯曲1-弯曲2：

四套单工序模具冲压。

3.1.3冲孔-落料-弯曲1-弯曲2：

冲孔、落料级进模，弯曲单工序模冲压。

3.1.4冲孔-切外形-弯曲1-弯曲2-切断落料：

多工序冲压。

3.1.5冲导正销孔-切外形（同时导正）-一次弯曲向上成型-二次弯曲向下成型-冲孔-切断出件：

多工序冲压，采用级进模生产。

3.2工艺方案的确定

比较各方案：

方案3.1.1、3.1.2、3.1.3为单工序冲压，生产这种小型零件时，工件的定位不准，放取工件操作困难且不安全，生产效率低，满足不了大批量生产的要求，所以应考虑多工位方案3.1.4或3.1.5.

从冲裁合理的角度、安全性能、经济性能、冲裁件质量等方面考虑，确定用方案3.1.5.采用级进模生产，切断产生的载体废料由压缩空气吹出模具外。

第三章模具总体结构设计

级进模是用多个零件按照一定关系装配而成的有机整体，模具的优劣只很大程度上体现在模具结构上，因此，级进模结构设计对模具的工作性能、加工性、成本、周期及寿命起着决定性作用。

模具结构设计就是确定为实现工序排样规定的加工工序所必需的功能结构，进而确定组成模具结构的零件及零件间的连接关系，确定模具的总体尺寸、模具零件的结构形式。

结构设计的结果是模具装配图和零件明细表。

结构设计原则：

1.尽量选用成熟的模具结构或标准结构。

2.模具要有足够的刚性，以满足寿命和精度要求。

3.结构应尽量简单、实用，要具有合理的经济性。

4.能方便地送料，操作要简便安全，出件容易。

5.要考虑废料的处理。

6.模具零件之间定位要准确可靠，连接要牢固。

这儿主要介绍一些基本方式的选择，主要零件结构将在第六章具体介绍。

4.1模具类型的选择

由冲压工艺分析可知，采用级进模冲压，所以模具类型为级进模；

结合设计与成本分析，模具使用钢板模生产。

4.2操作方式的选择

选择自动送料操作方式，模具相对于模架采用从前往后的纵向送料方式还是采用从左向右的横向送料方式，这主要取决于凹模的周界尺寸，因为凹模的周界尺寸长大于宽，所以采用从左向右的横向送料送料方式。

4.3定位方式的选择

工序件的定位分纵向和横向，纵向沿条料的送料方向与横向条料送进方向垂直，纵向定位包括定距和导正，横向定位指导料。

因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方式采用带导料槽的浮动导料杆，这样可以在导向槽导引下送进条料，代替了导料板的作用，同时又使条料浮离凹模之上，无测压装置。

采用导料杆导向兼抬料，由模外的自动送料装置自动将料送进，用导正销精确定距。

而第一件的冲压位置，因为条料的长度有一定的余量，可以靠操作工目测来定。

4.4卸料出件方式的选择

此零件冲压工序中含冲裁、冲孔和切边。

所以应有卸料机构，又由于工件料厚为0.6mm,相对较薄，卸料力较小，再加上零件冲压工序中还有弯曲工序，所以选用弹性卸料板，弹性卸料板具有卸料和压料的双重作用，而且弹性卸料板卸料时对条料施加的是柔性力，不会损伤工件表面，可使工件的平面度提高。

又因为是级进模，所以采用下出件比较便于操作与提高生产率。

4.5导向方式的选择

因为工件的精度要求相对不高，所以采用四角导柱的导向方式，冲压时不会引起模具的倾斜，有利于延长模具寿命与改善工件质量，卸料板、凹模与固定板另有四对小导柱作精导向，保证模具的导向精度和工作稳定。

第四章模具工艺与设计计算

5.1毛坯尺寸的确定

计算零件的相对弯曲半径r/t,查得中性层内移系数x。

根据中性层定义，弯曲件的坯料长度应等于中性层的展开长度。

图5-1加强支架尺寸示意图

如图5-2弯曲件坯料展开图所示

图5-2毛坯展开示意图

坯料展开长度计算：

工件弯曲半径r>0.5t,故坯料展开长度公式为

式中：

1、3、5为直线段展开长度，2、4为弯曲段展开长度。

查表3.4.1，当

时，

=0.44；当

时，

=0.45；

式中：

则坯料展开长度

为

5.2排样设计与计算

5.2.1送料步距与条料宽度的计算

为了保证切边凸模有足够的强度，条料搭边值人为调整为：

零件之间的搭边值a=3mm,零件与条料侧边之间的搭边值a1=3.75mm，则

送料步距S=D+a=（20+3）=23mm

条料宽度B=（D+2a1）=（92.5+2×3.75）mm=100mm

5.2.2排样图的确定

根据零件的毛坯展开图来看，零件的外形左右对称，长度方向较长，因此采用竖直排切边型工序排样，这样有利于减小凹模长度，使模具结构较为紧凑。

该零件既有冲裁又有弯曲，因此采用切除余料的方法成形。

又因为零件为两侧有弯曲的对称零件，故采用中间载体（宽度3mm），这样可以抵消两侧弯曲时产生的侧压力，也可以节省材料。

冲裁过程中步距由切外形步骤得以保证，并采用手工横向送料。

为了保证切外形时条料的定位精度，在第一工位增设了辅助导正孔（直径6mm）的冲裁，并在第二工位上设置导正销导正。

由于零件尺寸较小，决定用剪板机剪成100mm×1400mm的条料进行冲裁，其具体排样图如图5-3所示。

图5-3零件排样示意图

5.2.3零件材料利用率的计算

零件件重：

0.008kg

材料料重：

100×1400×0.6×0.00000785=0.6594kg

（钢铁的材料密度为0.00000785kg/mm2）

材料利用率：

0.008×（1400/23）÷0.6594=72.8%

5.3冲压力的计算

冲裁力一般按下式计算

式中：

F——冲裁力；

L——冲裁周边长度；

t——料厚；

——材料抗剪强度；

K为修正系数，一般取K=1.3。

弯曲力按下式计算

V形弯曲力

式中：

FV——自由弯曲在冲压行程结束时的弯曲力；

B——弯曲件的宽度；

t——弯曲材料的厚度；

r——弯曲件的内弯曲半径；

——材料的抗拉强度；

K——安全系数，一般取K=1.3。

图5-4工件料带示意图

各工位的冲裁力及弯曲力计算如下：

1　切边、冲孔

2　切边

3　冲孔

4　切边

5　向上成型

6　向下成型

所以总的冲裁力为：

总的弯曲力为：

卸料力、推件力按下式计算：

卸料力

推件力

式中：

F——冲裁力；

KX、Kt——卸料力、推件力系数；

n——同时卡在凹模内的冲裁件数。

式中：

h——凹模洞口的直臂高度：

t——板料厚度。

根据材料，查得

，

；根据料厚t=0.06mm,查得

取

。

所以此零件的卸料理、推件力分别为：

卸料力

推件力

5.4压力机公称压力的确定及压力机的初选

5.4.1压力机公称压力的确定

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

。

因为前面卸料出件方式采用的是弹性卸料板下出料方式，所以，

=

=63050.7995+948.48+2522.032+28372.86

=94894.1715N

所以压力机的公称压力为：

5.4.2压力机的初选

根据压力机的公称压力

，查得王嘉所编的《冷冲模设计与制造实例》P182可以选用的力机型号为J23~25。

此压力机为开式双柱可倾压力机，其技术规格如下：

表5-5压力机的技术规格

公称压力/KN

250KN

工作台尺寸（前后×左右）/mm

370mm×560mm

滑块行程/mm

65mm

垫板尺寸（厚度×孔径）/mm

50mm

×200mm

滑块行程次数/（次/min）

55

模柄孔尺寸（直径×深度）/mm

40mm×60mm

最大闭合高度/mm

270mm

床身最大倾斜角度

连杆调节长度

55mm

滑块中心线至床身距离/mm

200mm

立柱距离/mm

270mm

5.5压力中心计算

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，但在实际生产中，由于冲裁件形状和排样的不同，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重合，这时应注意使压力中心的偏离不至超出所选压力机允许的范围。

如图5-6所示建立坐标系并分段编号，将零件左半部分图形分解为直线段与圆弧段两部分。

该冲裁件沿x方向上的力是对称的，所以只需要计算压力中心纵坐标。

具体计算数据见表5-7。

图5-6压力中心求解示意图

表5-7压力中心计算数据

基本要素长度L/mm

（直线段）

各基本要素压力中心

纵坐标值/mm

基本要素长度L/mm

（圆弧段）

各基本要素压力中心

纵坐标值/mm

L1=11.825

y1=10

L2=3.48

y2=9.84

L3=12.5

y3=7.47

L4=4.53

y4=5.02

L5=12.64

y5=4.84

L6=4.71

y6=3.96

L7=14

y7=-5.16

L8=4.71

y8=-14029

L9=12.64

y9=-15.16

L10=4.53

y10=-14.98

L11=12.5

y11=-12.53

L12=3.84

y12=