订书机钉槽设计说明书Word格式文档下载.docx
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前言1
第一章零件工艺性分析2
1.1订书机钉槽冲压工艺性分析2
1.5订书机钉槽冲压的工艺方案确定4
第二章排样设计5
2.1毛坯排样设计5
2.1.1毛坯尺寸计算5
2.1.5条料搭变值确定6
2.1.3毛坯排样6
2.2冲切刃口外形设计7
2.3工艺排样设计7
2.3.1确定步距8
2.3.2工序排样图8
第三章工艺计算10
3.1冲压工艺力的计算10
3.1.1冲裁力计算10
3.1.5弯曲力计算12
3.1.3卸料力的计算13
3.1.4总压力的计算13
3.2压力中心计算13
第四章模具总体概要设计14
4.1模具结构概要设计14
4.1.1模具基本结构形式14
4.1.5模具基本尺寸15
4.1.3模架结构确定16
4.1.4模具闭合高度16
4.2模具结构详细设计17
4.2.1工作单元结构17
4.2.2卸料机构结构17
4.2.3导正销结构17
4.2.4各模板结构17
4.3模具结构图17
4.4模具工作过程19
第五章模具零件详细设计20
5.1工作零件20
5.1.1冲裁凸模设计20
5.1.5凹模设计23
5.2定位零件25
5.2.1导正销25
5.3出件零件26
5.3.1卸料板26
5.4导向零件27
5.5其他零件27
第六章设备选择28
6.1设备选择28
6.2设备校合28
第七章结论29
致谢30
参考文献31
前言
随着电子、电器、轻工、汽车等行业的不断发展，多工位级进模的应用也越来越广泛。
相对于普通冲压模而言，多工位级进模生产效率高、质量稳定、操作安全、容易实现生产机械化和自动化等优点，特别适合大批量生产。
能够满足日益增长的产品需求。
多工位级进模是指在一副模具内，将加工零件所需工序按一定顺序分为若干工位，在压力机的一次行程中，在级进模的不同工位上完成两道或多道冲压工序。
它是在连续模的基础上发展起来的一种结构更加复杂、加工精度要求更高的先进模具之一。
级进模的结构形式很多，本次设计采用的是含有弯曲工序的多工位级进模。
本设计说明书，严格按照级进模具的设计步骤，从零件的工艺分析到工艺方案的拟定，再到级进模的总装图和零件图设计以及压力机的选择。
全文采用理论与实际的编写方式。
为了达到设计的规范化和合理性，同时也为了方便读者的阅读，本人通过查阅多方面的资料文献，力求内容简单扼要，文字顺通，层次分明，论述充分。
其中附有必要的插图和数据说明。
本书第一章主要介绍了零件的工艺性分析，为后面的模具设计作提供理论依据，从第二章到第五章介绍了级进模具体设计，包括排样、模具结构和具体的零件设计、第六章介绍的是压力机的选择。
每章都有很强的针对性，内容详细通俗易懂。
本书在编写过程中得到了老师的精心指导和同学们的大力帮助,在此表示衷心的感谢。
由于本人是应届毕业生,理论水平有限，实践经验不足，书中难免有错误的地方，敬请各位老师与广大读者批评指正。
第一章零件工艺性分析
1.1订书机钉槽冲压工艺性分析
冲压件的工艺性是指冲压件对冲压加工的适应性，即是否能用最简单的模具结构、最少的工序、最低的成本加工出符合要求的工件。
主要是从产品的结构形状、尺寸、精度、原材料、性能等几个方面进行分析，在工艺分析的基础上，综合考虑产品质量、生产效率、设备条件、模具结构、操作安全与方便、生产批量、经济性等因素，经分析比较得出适合具体生产条件的最佳工艺方案。
图1.1订书机钉槽冲压零件三视图
3D产品图
1、冲裁工艺性
订书机钉槽冲压的零件图如图1.1所示，从零件图上可知订书机钉槽冲压是典型的冲裁件，小孔直径均大于一个料厚，孔与孔、孔与变的距离均大于1.5t均能满足普通冲裁件的要求。
零件的尺寸精度都在IT10-IT12之间,普通冲裁即可满足要求。
2、弯曲工艺性
（1）最小弯曲圆角。
零件材料B250PI，厚度t=1mm，无圆角弯曲。
其中一侧的弯曲部位附近没有小孔，孔中心到弯曲部位的距离是3mm>
1.5t+R因此该部位的弯曲工艺性良好。
（2）弯边高度。
弯曲件的高度h不应过小，一般保证h>
（R+2t）,才能保证零件的精度。
根据该零件尺寸，其弯曲高度为h=5.2mm>
4.5mm.
3、B250PI是日本产优质碳素钢，厚度1mm，抗拉强度为380MPa，抗剪强度300MPa，屈服强度210MPa，伸长率为29%，可以冲压。
综上所述，该零件的主要冲压工艺性良好。
1.5订书机钉槽冲压的工艺方案确定
工艺方案的确定主要是解决基本工序数，工序顺序的安排以及工序的组合，是在工艺分析的基础上考虑生产批量等因素制定的。
该工件包括冲孔、弯曲、切断三个基本工序，可以采用以下三种工艺方案：
（1）先冲孔，再落料，再弯曲，采用单工序模生产。
（2）冲孔――落料复合，然后弯曲，采用复合模生产。
（3）冲孔――弯曲――切断连续冲压，采用级进模生产。
方案
（1）模具结构简单，但需要四道工序、四副模具才能完成零件的加工，生产效率较低，难以满足零件大批量生产的需求。
且只能进行单个订书机钉槽冲压的冲压，无法批量生产，工作效率低，该工件属批量生产，因此该方案不合适。
方案
（2）与方案
（1）一样，都需要多副模具来完成工件的生产任务，生产效率较底，但方案
（2）生产效率可以提高，这点比方案
（1）好，但仍需多副模具，分多次加工，不能满足大量生产队效率的要求。
而且操作不方便、不安全，因此这种方案不是最佳方案。
方案（3）只需要一副模具就能完成订书机钉槽冲压的批量生产，生产效率很高。
操作方便、安全，同时又能保证工件的精度要求。
由于零件结构简单，生产批量大，为了更好的保证尺寸精度，最后确定级进冲压的方式进行生产，采用方案（3）。
订书机钉槽冲压的生产为大批量生产，因此采用自动送料配合级进冲压生产。
考虑到节省材料，不采用侧刃定位，而利用自动送料机构加导正销的方式定距定位。
所以在冲孔之前应先冲导正孔，然后开始冲孔、弯曲及切断。
订书机钉槽冲压的加工工艺方案为：
冲导正孔――冲各异形孔――弯曲――切断。
第二章排样设计
在进行多工位级进模设计时，首先要设计条料排样图，条料排样图的设计是多工位级进模设计时的重要依据。
多工位级进模条料排样图设计的好坏，对模具设计的影响是很大的，排样图设计错误，会导致制造出来的模具无法冲制零件。
条料排样图一旦确定，也就确定了被冲制零件各部分在模具中的冲制顺序、模具的工位数、零件的排样方式、模具步距的公称尺寸、条料载体的设计形式等一系列问题。
在本模具中，排样设计总的原则是先进行冲切废料，然后弯曲，最后切断，并要考虑模具的强度、刚度，结构的合理性。
2.1毛坯排样设计
2.1.1毛坯尺寸计算
因为此工件可视为无弯曲圆角弯曲件，因弯曲变形程度大，压弯时板料变形区变薄情况严重，而且断面畸变也较大。
此种情况应依据弯曲变形前后毛坯体积和工件体积相等的原则来进行计算。
由参考文献[2]中得，毛坯长度为：
（2.1）
=144
式中x值为修正系数，一般去x=0.4-0.6。
将单个订书机钉槽冲压展开如图2.1所示的展开图。
图2.1订书机钉槽冲压展开图
故毛坯尺寸为144×
39.2X1mm。
2.1.5条料搭变值确定
由于订书机钉槽冲压的形状不规则，无法做到无废料排样，故采用搭边值均大于2mm的少废料排样，这样能最大限度增加材料的利用率。
2.1.3毛坯排样
毛坯在板料上可截取的方位很多，这也就决定了毛坯排样方案的多样性。
典型毛坯排样有：
单排、斜排、对排、无费料排样、多排、混合排等。
根据此次毕业设计的零件结构特征，决定采用对排、中间载体。
为简化级进模结构,降低制造成本,初步设计两个排样方案：
图2.2毛坯纵排排样图
采用对牌排横排排样，要求得条料宽度减小，模具宽度减小，模具长度会增加，条料可使用中间载体，保证了条料送进刚度和平稳性，而且会大大提高材料的利用率。
2.2冲切刃口外形设计
1、刃口分解与重组应有利于简化模具结构，分解阶段应尽量少，重组后成形的凸模和凹模外形要简单、规则，要有足够的强度，要便与加工；
2、刃口分解应保证产品零件的形状、尺寸、精度和使用要求；
3、内外形轮廓分解后各阶段间的连接应平直或圆滑；
4、分段搭接点应尽量少，搭接点要避开产品薄弱部位和外形重要部位；
5、有公差要求的直边和使用中有滑动配合的边应一次冲切，不宜分段；
6、复杂外形以及有窄槽或细长的部位最好分解，复杂内形最好分解；
7、外轮廓各段毛刺方向有不同时应分解。
2.3工艺排样设计
在多工位级进模冲压中，工序件在级进模内随着冲床一次就向前送一个步距，到达不同的工序。
由于各工位的加工内容互不相同，因此，在级进模设计中，要确定从毛坯板料到产品零件的转化过程，既级进模各工位的所要进行的加工工序内容，这一设计过程就是工序排样。
对于带孔的冲裁件，一般先冲孔后落料。
若孔到边缘的距离比较小。
而孔的精度又比较高时，排样应考虑先冲外形，再在导正销导正的情况下冲孔，以避免先冲孔后落料时造成孔的变形，达不到孔的精度要求。
对于弯曲件，应在先冲切掉弯曲件周边（指弯曲件展开后）以外废料后再进行弯曲成形，最后落料。
并且要防止弯曲过程中条料的窜动，在排样和模具结构设计时要考虑对材料夹紧。
2.3.1确定步距
步距是指条料在模具中逐次送进时每次向前移动的距离。
步距的大小及精度直接影响冲件的外形精度、内外形相对位置精度和冲切过程能否顺利完成。
1.步距的基本尺寸
由参考文献[2]中得：
（2.2）
式中S—步距基本尺寸；
A—工件外形尺寸；
M—搭边宽度；
故该零件的步距基本尺寸为：
S﹦42.2mm
2.步距精度
步距的精度直接影响冲压件的精度。
由于步距的误差，不仅影响切除余料导致外形尺寸的误差，还影响冲压件内、外形的相对位置。
也就是说，步距精度愈高，冲件精度也愈高，但步距精度过高，模具制造也就愈困难，所以步距精度的确定必须根据冲件的具体情况而定。
本订书机钉槽冲压的尺寸精度要求不高，但旋转承架内的孔的相对位置精度有一定的要求，故按IT6级查其步距精度为±
0.007mm。
2.3.2工序排样图
考虑到模具的大小问题，初始设计的工序排样图如图2.4所示。
图2.4工序排样图Ⅰ
各工位说明如下：
第1工位冲导正孔和两侧小孔；
第2工位导正并冲孔；
第3工位空工位；
第4工位切边；
第5工位空工位
第6工位折弯；
第7工位切料；
第8工位第二次折弯
第9工位落料；
第三章工艺计算
3.1冲压工艺力的计算
3.1.1冲裁力计算
冲裁力是冲裁过程中凸模对材料的压力。
冲裁力是随着凸模的行程变化的。
通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值。
冲裁力是选用压力机、模具设计以及强度校核的重要依据。
为了充分发挥压力机的潜力，避免因超载而损坏压力机，冲裁力的计算是非常必要的。
冲裁力在理论上可以近似认为是剪切断裂，所以最大冲裁力可以按板料的抗剪强度来计算。
由参考文献[2]中式2-22得：
（3.1）
式中 F—冲裁力（N）；
L—零件剪切周长（mm）；
—材料厚度（mm）；
—材料抗剪强度（MPa）；
K—系数。
考虑到模具间隙值的波动及均匀性、刃口的磨损、材料力学性能及厚度的波动润滑情况等因素对冲裁力的值都有影响，故一般取K=1.3。
已知零件材料是B250PI由于此牌号属于日本JSI标准无法查到，故按照10钢的技术参数进行设计。
由参考文献[2]中表1.6得
=260-340MPa，本次计算取最大值440MPa。
材料厚度t=1mm,K取1.3。
L值由全部冲裁线即冲裁零件周长尺寸组成，由于该零件有多处冲裁，因此要分开计算。
1．两个冲导正孔的冲裁力
＝1.3×
3.14×
1.5×
340X2＝6245.5（N）
2．冲直径为4和6孔的冲裁力
=1.3×
2X2×
2×
340+1.3X3.14X3X3X2X340=30320（N）
3．切边冲裁力1，形状如图3.1所示
图3.1切边形状
3.14X293×
1.3×
1×
340
=406649（N）
4．切边冲裁力2，形状如图4.3所示。
图3.2切边形状
243×
340=107406N
5．切边冲裁力3，如图3.3所示
图3.3切边形状
64.5×
340＝28509N
综上所得，总的冲裁力为：
=58KＮ
3.1.5弯曲力计算
弯曲力是拟订板料弯曲加工工艺和选择弯曲加工设备的重要依据。
板料弯曲时开始是弹性弯曲，然后是变形区内外层纤维首先进入塑性状态，并逐渐向板厚中心扩展的自由弯曲，最后是凸、凹模与板料相互接触并压实零件的校正弯曲。
由于弯曲力受材料性能、零件形状、弯曲方法、模具结构等多种因素的影响，很难用理论方法进行准确的计算。
一般按经验公式估算。
第一次弯曲时校正弯曲
（3.2）
第二次弯曲是自由弯曲
（3.3）
上两式中 F1，F2—弯曲力（N）
A—校正部分投影面积（mm2）；
K—安全系数，一般取K＝1.3；
q—单位校正力（MPa）；
将数值带入式3.2、3.3得：
F1＝2157（N）
F2＝7560（N）
故总得弯曲力为：
2157+7560=9717（N）
总得冲压力为：
279057+9717＝288774（N）=288.774（KN）
3.1.3卸料力的计算
由参考文献[2]中式2-25得
=
式中F—冲裁力（N）；
—分别为卸料力系数；
＝288.774×
0.05=14.439（KN）
3.1.4总压力的计算
＝288.774+14.439＝303.213（KN）
3.2压力中心计算
冲压力合力的作用点称为冲模的压力中心。
冲模压力中心应尽可能和模柄轴线以及压力机滑块中心线重合，以使冲模平稳地工作，减少导向件的磨损，提高模具及压力机寿命。
由于此排样是对称排样，因此压力中心在对称轴线上。
可以根据力矩的平衡算得压力中心，如图3.4所示。
图3.4压力中心计算示意图
压力中心计算公式为：
＝（22×
4996+2665×
42+2665×
47+117×
18668+165×
17386+191×
2157+221×
8443+257×
4402+280×
7560+330×
5196+346×
2665+412×
17349）/（4996+3×
2665+18668+17386+8443+4402+5496+17349+2157+7560）
=302.3mm
＝（42×
44+2665×
50+143×
18668+151×
17386+209×
2157+235×
8443+255×
4402+288×
7560+350×
5196+333×
2665+436×
=240mm
经计算压力中心得坐标在（302.3，240）处。
第四章模具总体概要设计
4.1模具结构概要设计
本承架的冲制采用多工位级进模进行生产，在确定了模具了模具的类型之后，便要初步拟定模具的结构形式。
概要设计是级进模结构设计的开始，它以工序排样图为基础，根据产品零件要求，确定级进模的基本结构框架。
结构概要设计包括：
（1）模具基本结构：
倒装关系的确定，导向方式确定，卸料方式确定等。
（2）模具基本尺寸：
模具平面尺寸，模板厚度，模具闭合高度。
（3）模架基本结构：
模架的外形与尺寸，导柱与导套，模座形式，模柄。
4.1.1模具基本结构形式
1.正倒装结构
由工艺分析得，本零件的冲制包含冲孔、弯曲、切断等工序。
而且已确定为采用级进模冲压，因此选用正装式结构。
2.导向方式
由于本零件的生产是大批量生产，为了确保零件质量及稳定性，选用小导向模架，滑动导柱、导套。
本零件的冲压精度要求一般，但冲孔凸模跟导正销的直径都很小，卸料板要兼顾小凸模跟导正销的导向作用，所以还要选择小导套、导柱进行内导向。
带料的导向采用导料板进行导向。
3.卸料方式
本零件冲压工序中含冲孔和切断，所以应有卸料机构。
又由于零件冲压中还有弯曲工序，所以选用弹性卸料板。
4.送料方式
因冲压材料选用的是带料，生产效率高，故采用自动送料机构进行送料，保证带料能持续准确的送进。
5.定位方式
带料的定位方式采用导正销进行精定位，由于排样图中呆料边缘到工件处无废料，故没有办法采用侧刃定距，带料的粗定位是由自动送料机构完成的。
6.出件方式
由工序排样图知，本模具最后工位采用落料方式出料，由于是局部落料，工件无法落下，应采用机械手将工件取出。
4.1.5模具基本尺寸
1．凹模周界尺寸
由工序排样图得模板得长度尺寸不得少于430mm，由参考文献[4]得这一尺寸标准钢板模架滑动导向模架的凹模周界尺寸只有500×
270mm的凹模板
2．模板厚度尺寸
（1）垫板厚度
本级进模的总冲压力大，故只上模部分使用垫板受到凸模很大的冲力，在设计模具同时考虑到导正销是的结构，故垫板上要开圆孔用来安放弹簧，以便导正销的安全工作，所以垫板的厚度不能太薄，由冷冲模国家标准GB2858.3—81中的建议数据结合本模具的实际要求定垫板的厚度为H=10mm。
（2）固定板厚度
在冲裁模中，凸模、凸凹模、镶块凸模与凹模都是通过与固定板结合后安装在模座上的。
固定板的周界尺寸与凹模周界相同，其厚度为凹模厚度的（0.8~0.9）倍。
本级进模凸模固定板的厚度H=20mm，凹模固定板的厚度H＝35mm。
（3）卸料板厚度
一般情况下卸料板的厚度为凹模的（0.8~1.0）倍，由于卸料板上的孔对凸模兼起导向作用，即要满足模具完全打开时凸模应藏在卸料板里面，凸模与卸料板配合部分的长度要能满足导向的需要。
本级进模设计卸料板厚度H＝16mm。
（4）凹模板垫板的厚度
由于本级进模的冲压力大而且下模部分要装打沉孔的镶块和弯曲凹模，下模板需要承受很大的力，故下模板下需要装一块垫板，其厚度与上模垫板的厚度一样，便于制造。
（5）卸料板垫板的厚度
本级进模中弯曲是向上弯曲，按正常的想法应该设计成倒装的结构，结构复杂。
同时考虑到级进模中工序较多，无法统一安排，所以在卸料板上安装凸模这样才能在不影响其他工序的情况下把模具设计成正装模具。
因此需要在卸料板上装一块垫板，它的作用主要是固定小凸模，所以把其规格定为500×
270×
16mm。
4.1.3模架结构确定
1.模架选择
由于模具比较大所以模具自行设计
上模座：
620×
390×
25数量1；
下模座：
45数量1，
。
2.模柄选择
为配合滑动导柱导套，模柄选用模柄。
4.1.4模具闭合高度
模具的闭合高度应考虑到将来模具凸模修模时的余量，将各板厚度加起来在加上修模余量就得到模具闭合高度：
H=25+10+20+25+16+35+15+45＝248mm。
经总结模具类型为：
带有弯曲工艺得多工位级进模，该级进模采用非标准钢板模架，设有小导柱、导套，卸料板对凸模进行导向，自动送料机构送料，带料的导向采用导尺导向，导正销精定位。
4.2模具结构详细设计
4.2.1工作单元结构
由于采用正装式结构，凸模一律用固定板安装与上模，凹模采用镶块式结构固定在凹模固定板内，凸凹模与固定板的固定方法采用铆接结构，其中小凸模采用铆接固定。
4.2.2卸料机构结构
在结构概要设计中已确定采用弹性卸料板，卸料板为整体板，材料为CR12钢，由于工件的卸料力比较打，并且卸料板上还安装了弯曲的凸模，它必须在工作过程中克服下模校正弯曲的弹力和浮顶销的弹力，所以在选用弹簧的时候要注意，必须卸料板的整体弹力大于下模中的整体弹力。
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