毕业论文--带料连续拉深多工位级进模.docx

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摘要

本设计为一带料连续拉深多工位级进模，制件为电动机外壳。

经过查阅资料，根据设计零件的尺寸、精度、材料、批量生产等要求，首先对冲压件进行了工艺分析与制件毛坯展开计算，经过工艺分析和对比，确定采用先拉深小孔再拉深外形的工序，接着绘制出制件毛坯展开图。

以工序安排为依据对零件进行了排样图的设计，再进行拉深力、冲裁力、顶件力、推件力、卸料力、压料力、整形力等相关力的计算，确定总力后选择压力机的型号。

接着是模具工作部分的设计计算，和主要零部件的设计与标准件的选择，其中包括上模座、下模座、上模垫板、下模垫板、上模固定板、下模固定板、浮动导料杆、卸料板、导柱、导套、小导柱、小导套、卸料螺钉、导正销、推件装置和顶件装置等，并计算出非标准凸模和凹模尺寸和公差，为装配图各尺寸提供依据。

最后对凸模和凹模的强度及长度进行了校核。

通过前面的设计方案画出模具各零件图和装配图，以及部分零部件的三维建模与装配。

关键词：

级进模；连续拉深；电动机外壳；

Abstract

Thispaperdesignsadeepdrawingprogressivedieforbeltmaterials.Theworkpieceismotorshell.

Throughaccesstoinformation,accordingtothesizeoftheparts,precision,materials,massproductionrequirements,stampingprocessanalysisandroughcalculationarefinishedfirst.Thentheprocessingplanthroughprocessanalysisandcomparisonaredetermined,andtheblankpartsgraphisdrawnout.Atthesametimethelayoutdiagramdesignisfinishedwhichisbasedonprocessarrangement.Thenthedeepdrawingforce,cuttingforce,pushforce,dischargeforce,pressureforce,plasticandotherrelatedforcesarecalculated.Thepressmachineisselectedafterdeterminethetotalforce.Thenthedesigncalculationfortheworkpartsandselectionofthemainpartsandstandardpartsisfinished,includingmoldbases,baseplates,thefixedplates,floatingguiderod,stripperplate,guidepillar,guidesleeve,dischargescrew,guidepin,ejectingdevices,etc.Afterthatthestandarddimensionandtolerancesofconvexdieandconcavediearecalculated,whichprovidesthebasisforvarioussizesofassemblydrawings.Theintensityandlengthofconvexdieandconcavediearecheckedatlast.

Throughthedesignabove,thepartdrawingsandassemblydrawingfinished,alsosomeofthe3Dmodeling.

Keywords:

Progressivedie;Deepdrawing;Motorshell

目录

摘要 I

Abstract II

第一章概述 1

1.1多工位级进模综述 1

1.1.1多工位级进模特点 1

1.1.2多工位级进模发展现状 1

1.1.3多工位级进模发展趋势 2

1.1.4预期目标 3

第二章制件工艺分析与总体方案设计 4

2.1制件分析 4

2.1.1制件的工艺分析与难点分析 4

2.1.2制件毛坯展开计算 4

2.2工艺方案的确定 5

第三章排样图设计与各工序力的计算 7

3.1排样、计算条料宽度及确定步距 7

3.1.1各工序拉深尺寸计算 7

3.1.2条料宽度及步距的确定 8

3.2各工序力的计算 9

3.2.1拉深力的计算 9

3.2.2冲裁力的计算 9

3.2.3压料力的计算 10

3.2.4整形力的计算 10

3.2.5挤孔精压力的计算 11

3.2.6总压力的计算 11

第四章模具设计计算 12

4.1压力机的选取 12

4.1.1压力机的选用原则 12

4.1.2压力机规格计算 12

4.2凸、凹模尺寸计算 12

4.2.1拉深凸、凹模尺寸计算 12

4.2.2冲孔与落料凸、凹模尺寸计算 14

4.2.3整形凸、凹模尺寸计算 14

4.3模具基本尺寸确定 15

4.3.1模板尺寸初选 15

4.3.2工作行程 15

4.3.3模板厚度初选 15

4.3.4模具工作区高度 15

4.4模架的选择 15

4.5模柄的选择 15

4.6卸料装置的设计 16

4.6.1卸料板的形式 16

4.6.2卸料螺钉的选择 16

4.6.3卸料弹簧的选择 16

4.6.4辅助导向形式的选择 16

4.7推件装置的设计 16

4.7.1推件装置形式的确定 16

4.7.2推件装置元件的选取 16

4.8顶件装置的设计 17

4.8.1顶件装置形式的确定 17

4.8.2顶件装置元件的选取 17

4.9定位元件的选择 17

4.10送料方式的选择 17

4.11导料装置的选择 17

4.11.1导料元件的确定 17

4.11.2导料元件的选取 17

4.12其他零件的选择 18

4.13模具零件的公差配合的选择 18

第五章凹、凸模的校核 20

5.1凸模的校核 20

5.1.1凸模的强度校核 20

5.1.2凸模的长度校核 21

5.2凹模的校核 22

5.2.1凹模的强度校核 22

5.2.2凹模的长度校核 23

第六章部分零件三维建模及装配 25

6.1部分零件三维建模 25

6.1.1垫板三维建模 25

6.1.2固定板三维建模 27

6.1.3导柱、导套三维建模 28

6.2装配图三维建模 28

致谢 30

参考文献 31

31

第一章概述

模具作为特殊的工艺装备，在现代制造业中扮演的角色越来越重要，它作为冲压生产过程中必须的工艺装备，是一种技术密集型的产品。

无论是冲压件的质量，还是生产效率以及生产成本等，都与模具的设计和制造有直接的关系。

模具设计与制造技术的水平是衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，在很大程度上决定着制件的质量、效益和新产品的开发能力。

大力提高制造模具水平，是提升模具技术档次的关键。

1.1多工位级进模综述

1.1.1多工位级进模特点

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、寿命长的多工序集成模具，是技术密集型模具，是冷冲压模具发展方向之一。

这种模具除了能完成冲孔、落料等工序外，还可以根据零件的结构特点和成形性质等完成压筋、弯曲、拉深等成形工序，可以将复杂的制件外形或型孔，经分解变成简单的冲压。

冲压时，将带料或条料由模具入口送进后，通过严格控制步距精度，按照工艺安排的顺序，通过各个工位的连续冲压，便可以冲制出符合产品要求的冲压件，并且可以在无人操控的情况下进行高速冲压。

为了保证多工位级进模的正常工作，模具必须有高精度的导向装置和准确的定距、定位装置，配备有自动送料装置、自动出件装置、安全检测装置等。

所以多工位级进模与普通模具相比要复杂一些，具有如下特点：

（1）在一副模具中，并在压力机的一次行程中，就可以完成包括冲裁，弯曲，拉深等多道工序；减少了使用多副模具的复杂过程，提高了劳动生产率和设备的利用率。

（2）由于在级进模中工序可以分散在不同的工位上，故不存在复合模的“最小壁厚”问题，设计时还可以根据模具的强度和模具的装配需要留出空工位，从而保证级进模的强度和零部件装配空间。

（3）多工位级进模通常具有高精度的内、外导向（除模架导向精度要求高外，还必须对细小凸模实施内导向保护）和准确的定距定位系统，以保证产品零件的加工精度和模具寿命。

（4）多工位级进模常选用高速冲床或压力机来生产冲压件，模具采用了自动送料、自动出件、安全检测等自动化装置，具有操作安全、生产效率高的优点。

目前，世界上最先进的多工位级进模工位数多达50多个，冲压速度达每分钟1000次以上。

当排样采用多排时，一次冲压可以出多件。

（5）多工位级进模内部结构复杂，因此对于模具制造的精度有很高的要求，这样模具的制造、调试及维修会有一定的难度，因此在进行模具设计时要考虑的内容比较多，要求模具设计师水平也高。

同时要求模具的零部件要具有互换性，在模具零件磨损或损坏后可以快速更换，同时方便，可靠。

所以模具的工作零件如凸模、凹模等常选用优质、高强度、高耐磨的材料（常采用高强度的高合金工具钢、模具钢等材料）制造，模具的加工采用先进的CNC制模设备和合理工艺制造，必须应用慢走丝线切割加工、成型磨削、坐标镗、坐标磨等先进加工方法制造。

一般需要经验丰富的理论与实践相结合的模具专业人才和配套较为先进的精密制模设备才能有保障。

（6）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。

冲件的尺寸一致性好，均具有很好的互换性。

1.1.2多工位级进模发展现状

多工位级进模，是当代先进冲压模具的代表，展示了现代冲压模具水平的一个重要标志，它具有结构复杂、制造难度大、精度高、寿命长和生产效率高等特点，是我国重点发展的精密冲压模具，已成为实现大生产、降低生产成本的最佳选择，被指定为我国“十一五”规划中重点发展的模具之一。

从精密多工位级进模的冲制件来看，包括电机铁芯片级进模、空调器翅片级进模、集成电路引线框架级进模、电子连接器级进模、汽车零件级进模、家电零件级进模等。

可以说，级进模的冲制件已经覆盖了电子、仪器仪表、汽车、电机电器、通讯、机械和家电等产品范畴。

当前，国内制造的多工位级进模的水平在模具的技术含量、制造精度、使用寿命和制造周期等方面均获得了明显进步。

其中部分高档优质模具的总体水平已经与国际同类模具水平相当。

经过几十年的努力，我国冲压模具的设计与制造的能力取得了长足的进步，个别企业的产品已具有较高水平。

虽然如此，我国的冲压模具设计制造能力与与国际前沿相比仍还有较大差距，总量供不应求，进口较多。

主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺方面，都还有较大差距。

轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。

虽然在设计制造方法和手段方面基本达到了国际水平，模具结构周期等方面，与国外相比还存在一定的差距。

1.1.3多工位级进模发展趋势

级进模在过去因技术水平的限制，工位数相对较少，3~5个常见，10个工位的就算多了，10个以上的就罕见了，近年来随着我国与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越发的认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。

近年来许多企业因此加大了用于技术进步的投资力度，一些国内模具企业已普及了二维CAD如AutoCAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Solidworks等国际通用软件，并成功应用于多工位级进模的设计中。

专家认为，未来多工位级进模具制造技术有以下几大发展趋势：

（1）全面推广CAD/CAM/CAE技术

模具的CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。

随着计算机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已日趋成熟，各企业都加大了CAD/CAM技术培训和技术服务的力度，进一步扩大CAE技术的应用范围。

计算机和网络的发展正在使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所，在整个行业中的广泛推广成为了可能，实现技术资源的重新整合。

（2）提高模具标准化程度

我国模具的标准化程度正在不断的提高，估计目前我国模具的标准件使用覆盖率已达到30%左右。

国外发达国家一般为80%左右。

（3）模具扫描及数字化系统

高速扫描仪和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。

有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。

（4）高速铣削加工

国内外近几年来发展的高速铣削加工技术，不仅大幅提高了加工效率和精度，并可获得极高的表面粗糙度。

另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。

目前它已向更高的智能化、集成化、灵活化的方向发展。

（5）模具研磨抛光将自动化、智能化

模具表面的质量对模具的使用寿命、制件外观、精度等方面均具有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量和精密电火花线切割、精密成型磨、坐标磨、光学曲线磨等工艺的成熟运用是多工位级进模重要的发展趋势。

（6）优质材料及先进表面处理技术

选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命十分必要。

模具的热处理和表面处理是否能充分发挥模具材料性能的关键环节。

模具热处理的发展方向是采用真空热处理。

模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积（TiN、TiC等）、等离子喷涂等技术。

（7）模具自动加工系统的发展

这是我国的长远发展目标。

模具自动加工系统应由多台机床合理组合；配有随行定位夹具，有完整的机具、刀具数控库，有完整的数控柔性同步系统，有质量监测控制系统。

1.1.4预期目标

（1）预计达到的目标：

①充分理解掌握大学四年所学的专业知识，通过本次毕业设计，达到理论知识与处理实际问题相结合的目的。

②通过该级进模的设计，能够比较深刻的了解连续模的设计原则及指导思想。

培养调查研究相关文献检索和阅读能力；培养冲压模具设计、计算与绘图的能力；培养使用ProE等绘图软件进行三维造型和辅助AutoCAD进行二维成型的能力。

③通过工艺分析，能够了解多工位级进模与单工序模、复合模之间的优缺点。

第二章制件工艺分析与总体方案设计

2.1制件分析

图2.1制件图

电动机外壳零件图如图1所示，零件材料为10F，该零件材料适宜冲压加工，零件厚度为0.6mm。

要求：

根据产品图、制件的产量，进行工艺分析，设计排样并绘制排样图，确定该模具所使用的模架形式（包括导向系统），卸料结构，导料装置，送料和定距方式，凸、凹模的结构形式及固定方法等，绘制模具总装图，模具相关零件图。

2.1.1制件的工艺分析与难点分析

零件精度要求较高，整个零件需拉伸与挤孔成形，∅2.950+0.015孔精度等级为IT8，要求精度很高，内孔尺寸为∅10.80+0.03+0.08mm，公差等级IT9，精度要求也很高，拉伸后需要多次整形，考虑以上零件要求，只有用级进模才能保证精度要求。

∅2.950+0.015的内孔精度要求很高，需多步工艺成形才能保证精度要求，应先设计多个工位来挤高精度内孔：

先打凸包，再冲孔，然后孔成形完毕。

再进行外形拉伸：

先拉伸外形，再整形完成。

由于工件孔的要求较高，在级进模的结构设计和加工制造上都有一定的困难，且级进模是单件生产，试模失败后很难修改，因此要精心设计，各种问题都应该考虑周全。

2.1.2制件毛坯展开计算

根据《多工位级进模设计与制造》表4-5：

f1=πdh=15.080mm

其中d=4mm，h=2-0.8mm=1.2mm

f2=πdl-2rh=8.294mm

其中h=r1-cosα=0.5mm，l=πrα180°=0.785mm，r=0.5mm，d=4.15mm，α=90°

f3=π4d2-d12=100.531mm

其中d=12mm，d1=4.15mm

f4=πdl+2rh=28.205mm

其中h=r1-cosα=0.5mm，l=πrα180°=0.785mm，r=0.5mm，d=10.8mm，α=90°

f5=πdh=180.956mm

其中d=12mm，h=6.4-1.6mm=4.8mm

所以F=f1+f2+f3+f4+f5=15.080+8.294+100.531+28.205+180.956mm2=333.066mm2

D1=4Fπ=19.8mm

由《多工位级进模设计与制造》表4-4，修边余量δ=1.8mm

所以D=D1+δ=21.6mm

图2.2制件毛坯展开图

2.2工艺方案的确定

根据工件的情况，结合工件的外形尺寸和形状，确定工件包括落料、冲孔、拉深等工序，可以有以下三种工艺方案：

方案一：

采用单工序模生产。

若采用方案一，由于孔的精度要求较高，加工所需工序也较多，因此单算孔的加工部分就需十副模具才能完成。

单工序模结构简单，制作周期短，制作成本低廉；但生产效率低，冲出的制件精度不高，且工人劳动强度大，不适合大批量的生产。

因此，不采用该方案。

方案二：

采用复合模生产。

复合模结构紧凑，冲出的制件精度较高，适合大批量生产，特别是孔与制件外形的同心度容易保证。

若采用方案二，根据复合模的特点，制件的精度和批量都能满足，但要用三副以上模具，模具结构复杂，模具制造较困难，制造周期长，使生产效率大大下降，且提高了生产成本。

因此，不采用该方案。

方案三：

采用级进模生产。

在一副级进模上可对形状十分复杂的冲压件进行冲裁、弯曲、拉深成形等工序，故生产率高，便于实现机械化和自动化，适于大批量生产。

由于采用条料（或带料）进行连续冲压，所以操作方便安全。

若采用方案三，只需一副模具即可成型，能满足生产所需的精度和批量，操作安全方便，且生产效率高。

适合所加工零件精度高、大批量生产的要求。

因此，采用该方案。

图2.2排样图

第三章排样图设计与各工序力的计算

3.1排样、计算条料宽度及确定步距

3.1.1各工序拉深尺寸计算

1、∅2.95孔加工工序计算：

根据《多工位级进模设计与制造》第四章：

（1）总拉深系数计算：

由表4-22，[m总]=0.2

m总=dD=0.22>[m总]

（2）切口的确定及尺寸计算：

tD×100=0.621.6×100=2.78

d∅d=10.83.5=3.09

hd=6.43.5=1.83

由表4-11，选取序号为2的切口形式

（3）各次拉深系数及拉深直径的确定：

由《多工位级进模设计与制造》表4-17，取首次拉深系数m1=0.53

d1=m1D=21.4×0.53=11.34mm，取d1=11.2mm

由《多工位级进模设计与制造》表4-18，取之后各次拉深系数分别为：

m2=0.75，m3=0.79，m4=0.80，m5=0.81，m6=0.82

所以d2=m2d1=11.34×0.75=8.51mm，取d2=8.6mm

d3=m3d2=8.51×0.79=6.63mm，取d3=6.7mm

d4=m4d3=6.63×0.80=5.33mm，取d4=5.4mm

d5=m5d4=5.33×0.81=4.32mm，取d5=4.4mm

d6=m6d5=4.32×0.82=3.55mm，取d5=3.55mm

（4）各次拉深高度计算：

H1=0.25d1D12-d∅2+0.43r1+R1+0.14d1r12-R12=3.0mm

其中D1=1.06D2，d∅=21.6mm，d1=11.4mm，r1=3mm，R1=2.7mm

H2=0.25d2D22-d∅2+0.43r2+R2+0.14d2r22-R22=2.6mm

其中D2=1.05D2，d∅=21.6mm，d2=8.6mm，r2=2.4mm，R2=2.1mm

H3=0.25d3D32-d∅2+0.43r3+R3+0.14d3r32-R32=2.4mm

其中D3=1.05D2，d∅=21.6mm，d3=6.7mm，r3=1.9mm，R3=1.6mm

H4=0.25d4D42-d∅2+0.43r4+R4+0.14d4r42-R42=2.1mm

其中D4=1.04D2，d∅=21.6mm，d4=5.4mm，r4=1.5mm，R4=1.3mm

H5=0.25d5D52-d∅2+0.43r5+R5+0.14d5r52-R52=2.0mm

其中D4=1.04D2，d∅=21.6mm，d5=4.4mm，r5=1.2mm，R5=1.0mm

H6=0.25d6D62-d∅2+0.43r6+R6+0.14d6r62-R62=1.9mm

其中D6=1.04D2，d∅=21.6mm，d6=3.55mm，r6=1.0mm，R6=0.8mm

还需挤孔才可达到零件图要求尺寸。

校核第一次拉深的相对高度：

由表4-20，

[h1d1]=0.48，h1d1=3.611.4=0.32<0.48

所以上述计算合理。

2、∅10.8孔加工工序计算：

根据《多工位级进模设计与制造》第四章：

（1）总拉深系数计算：

由表4-22，[m总]=0.2

m总=dD=0.52>[m总]

（2）各次拉深系数及拉深直径的确定：

tD×100=0.621.6×100=2.78

d∅d=13.811.4=1.21

由《多工位级进模设计与制造》表4-17，取首次拉深系数m1=0.67

d1=m1D=21.4×0.67=14.41mm，取d1=14.4mm

由《多工位级进模设计与制造》表4-18，取第二次拉深系数为：

m2=0.79

所以d2=m2d1=14.41×0.79=11.38mm，取d2=11.4mm

（3）各次拉深高度计算：

H1=0.25d1D12-d∅2+0.43r1+R1+0.14d1r12-R12=6.0mm

其中D1=1.06D2，d∅=13.8mm，d1=14.4mm，r1=1.8mm，R1=1.5mm

H2=0.25d2D22-d∅2+0.43r2+R2+0.14d2r22-R22=5.8mm

其中D2=1.04D2，d∅=13.8mm，d2=11.4mm，r2=1.3mm，R2=1.1mm

校核第一次拉深的相对高度：

由表4-20，[h1d1]=0.48，h1d1=6.614.4=0.46<0.48

所以上述计算合理。

3.1.2条料宽度及步距的确定

由《多工位级进模设计