落料冲孔弯曲级进模设计.docx

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落料冲孔弯曲级进模设计

毕业设计论文

论文题目：

落料冲孔弯曲级进模设计

系部

专业模具设计与制造

班级

学生姓名

学号

指导教师

05月13日

毕业设计（论文）任务书

系部：

专业：

模具设计与制造

学生姓名:

学号:

设计（论文）题目：

落料冲孔弯曲级进模设计

起迄日期:

月13日~05月14日

指导教师:

发任务书日期:

年03月10日

毕业设计（论文）任务书

1．本毕业设计（论文）课题来源及应达到的目的：

2．本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：

（1）制件的工艺性分析；

（2）设计方案的确定；

（3）工作零部件的计算与设计；

（4）其他零部件的计算及设计；

（5）模具的装配与调试；

（6）设计小结。

绪论

1.1现状

改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。

近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。

浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。

随着-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。

以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。

此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。

经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。

例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS软件，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM软件，上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件等在国内模具行业拥有不少的用户。

虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。

例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。

1.2未来冲压模具制造技术发展趋势

模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。

达到这一要求急需发展如下几项：

（1）全面推广CAD/CAM/CAE技术

模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。

随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大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使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。

（2）高速铣削加工

国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。

另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。

高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。

目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。

（3）模具扫描及数字化系统

高速扫描机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”。

模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。

（4）电火花铣削加工

电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工（像数控铣一样），因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。

国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。

预计这一技术将得到发展。

（5）提高模具标准化程度

我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具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。

（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就显得十分必要。

模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢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）模具研磨抛光将自动化、智能化

模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，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重要的发展趋势。

（8）模具自动加工系统的发展

这是我国系自动生成和识别装配模型中的配合约束关系从总体上体现了产品的功能，虽然通过三维几何建模可以直接地、方便地在图形上生成组装体，但是其零件间并未建立配合的约束关系，因而不能支持设计后的约束驱动修改。

如采用人机交线来一一对应地建立各零件间的配合关系，以供计算机算出转移矩阵，则又极为费事。

因此如何能根据约束特征来自动生成配合的约束关系是发展虚拟装配技术的一个重要内容。

尤其对于一些复杂的配合如存在多种约束形式或过定价时更为关键，需发展一些适用的软件。

（2）发展适用的人机型装配规划技术构建装配规划过程的可视化和人的智能融入化，例如应用基于进程面向对象的Petrl网方法，实现在虚拟环境下进行装配规划的生成。

（3）装配干涉检查和配合力分析的智能化如应用多媒体技术使干涉部位变色、闪烁、声响，示出干涉区范围和干涉量。

对配合时受力状态和配合公差的分析结果提供可视化的直观形象，以利于优化装配工艺。

（4）装配拟实技术与产品数据库PDM结合当对机器进行故障诊断或修理更换某一零件时，利用PDM中数据在虚拟环境中形象地示出它的相关特征和配合情况，有利于提供更准确的维护信息。

对于现在装配过程中

（1）配合的约束关系自动生成和识别装配模型中的配合约束关系从总体上体现了产品的功能，虽然通过三维几何建模可以直接地、方便地在图形上生成组装体，但是其零件间并未建立配合的约束关系，因而不能支持设计后的约束驱动修改。

如采用人机交线来一一对应地建立各零件间的配合关系，以供计算机算出转移矩阵，则又极为费事。

因此如何能根据约束特征来自动生成配合的约束关系是发展虚拟装配技术的一个重要内容。

尤其对于一些复杂的配合如存在多种约束形式或过定价时更为关键，需发展一些适用的软件。

（2）发展适用的人机型装配规划技术构建装配规划过程的可视化和人的智能融入化，例如应用基于进程面向对象的Petrl网方法，实现在虚拟环境下进行装配规划的生成。

（3）装配干涉检查和配合力分析的智能化如应用多媒体技术使干涉部位变色、闪烁、声响，示出干涉区范围和干涉量。

对配合时受力状态和配合公差的分析结果提供可视化的直观形象，以利于优化装配工艺。

（4）装配拟实技术与产品数据库PDM结合当对机器进行故障诊断或修理更换某一零件时，利用PDM中数据在虚拟环境中形象地示出它的相关特征和配合情况，有利于提供更准确的维护信息。

1零件的冲压工艺性分析

工件名称：

石英表垫片1

生产批量：

大批量

材料：

H62软黄铜

厚度：

0.5mm

工件简图：

图1制件

图示零件材料为0.5mm厚H62软黄铜板，能够进行一般的冲压加工，市场上也容易得到这种材料，价格适中。

外形落料的工艺性：

石英表垫片属于小尺寸零件，料厚0.5mm，外形复杂程度一般，尺寸精度要求一般，因此可采用落料工艺获得。

弯曲的工艺性：

U弯曲R1.4mm，高度4mm，要求一般可以用弯曲工艺来获得

冲孔的工艺性：

φ2.6mm的孔，尺寸精度要求较高，可采用冲孔。

此工件只有外形落料、弯曲和冲孔三个工序。

图示零件尺寸除φ2.6mm的孔均为未注公差的一般尺寸，按惯例取IT14级，符合一般级进冲压的经济精度要求，模具精度取IT9级即可。

由以上分析可知，图示零件具有比较好的冲压弯曲工艺性，适合冲压弯曲生产。

2工艺方案的确定及工艺计算

2.1工艺方案的确定

石英表垫片零件所需的基本冲压工序为弯曲、落料和冲孔，可拟订出以下三种工艺方案。

方案一：

用简单模分三次加工，即落料——冲孔——弯曲。

方案二：

冲孔落料弯曲复合模。

方案三：

冲孔落料弯曲级进模。

方案一，生产率低，工件的累计误差大，占用三套模具生产设备成本比较高，操作不方便，由于该工件为大批量生产，相比较方案二和方案三更具有优越性。

方案二：

冲孔落料、和弯曲三个工序都在同一个工位上完成，生产率较方案一

石英表垫片零件为大批量生产，且其冲

2.6的孔有公差要求其余落料和弯曲的精度要求不太高，且为大批量生产，使用方案三角方案一和方案二更适合零件的生产要求。

故选方案三，即采用冲孔、落料和弯曲级进模。

2.2排样设计

2.2.1毛坯的尺寸计算

该制件弯曲端展开后的长度L和宽度B计算：

L=10+

=13.25mm

位移系数x=0.52

L=（4-1.165）+（4-1.165）+3.14×（1..6-0.5+0.5×0.53）=9.6mm

该毛坯的攻坚展开图如图2所示：

图2毛坯的攻坚展开图

一个工件平展后的面积：

S

76.32mm2

2.2.2确定零件的排样方案

设计模具时，条料的排样很重要。

石英表垫片零件具有一头大一头小的特点，有两种排列方案；对排调头冲和单向排列。

方案一：

对排调头冲的送料方式，即隔位冲，条料完成一个方向的冲压后，将条料水平方向旋转1800，再冲第二遍，在第一次冲裁的间隔中冲裁出第二部分工

图3排样图

方案二：

采用单向排列的送料方式，如图4所示：

图4排样图

2、方案比较：

条料宽度、导尺间宽度和材料利用率的计算

查表2.5.2[1]取得工件间和侧面的搭边值为1.8mm和2.0mm。

方8+4.8=11.4mm

条料宽度的计算：

拟采用无侧压装置的送料方式，由b-Δ=〔D+2a+c1〕-Δ

D—条料宽度方向冲裁件的最大尺寸

a—侧搭边值

c1—导料板与最宽条料之间的最小间隙。

查表2.5.5[1]取Cmin=0.5mm

代入数据计算，

方案一：

取得条料宽度为b=13.25+2+2+4.5+0.5=22.25mm

导尺间距离的计算：

s=D+2（a+Cmin）,代入数据计算得导尺间距离为23.25mm。

方案二：

取得条料宽度为b=13.25+2×2+0.5=17.75mm。

导尺间距离的计算：

由s=D+2（a+Cmin）,代入数据计算得导尺间距离为18.75mm。

材料利用率的计算：

一个步距内的材料利用率

=

式中A—一个冲裁件的面积，mm2;

B—条料宽度，mm;

s—步距，mm

得

方案一：

=

=44.26%

方案二：

=

=38.81%

所以，选用方案一，即采用对排调头冲的排样方式。

3工艺计算

（1）正倒装结构：

根据上述分析，本零件的冲压包括冲孔和落料和弯曲三个工序，为方便小孔废料和成形工件的落下，采用正装结构：

即冲孔凹模、落料凹模和都安排在下模。

弯曲工序采用倒装结构：

即弯曲凸模在下模。

2）送料方式：

采用手工送料方式。

3）定位装置：

本工件在级进模中尺寸是较小的，又是大批量生产，顺冲时第一个工位采用始用挡料装置定位，第二个工位采用固定挡料销定位。

调头冲时第一个工位设置一个始用挡料装置定位（和顺冲时的始用挡料销定位不在同一个位置），第二工位靠固定挡料销定位。

送料时废料孔与固定挡料销作为粗定距，在大凸模上安装一个导正销，利用条料上φ2.6m的孔做导正销孔进行导正，依此作为条料送进的精确定距。

3）导向方式：

为确保零件的质量及稳定性，选用导柱、导套导向。

由于已经采用了手工送料方式，为了提高开敞性和导向均匀性，采用对角导柱模架。

4）卸料方式：

本模具采用正装结构，冲孔废料留在凹模孔洞中，为了简化模具结构，可以在下模座中开有通槽，使废料从孔洞中落下；弯曲后工件留在上摸的弯曲凹模型腔中，为了简化模具结构，可以在上摸中开有打料孔用打料杆将工件顶出。

工件厚度为0.5mm，为了保证工件有比较好的平整度，采用弹性卸料装置。

3.1冲裁工序总力的计算

由工件结构和前面所定的冲压方案可知，本工件的冲裁力包括以下部分。

冲一个φ2.6mm孔的力P1、，落外型料的力P2，向下推出φ2.6mm冲孔废料的力P3，向下推出外形坯件的力P4，弹性卸料板卸板料的力是由压力机提供的，其冲裁φ2.6mm和外形坯件后卸条料的力分别为P5和P6。

考虑到模具刃部被磨损、凸凹模间隙不均匀和波动、材料力学性能及材料厚度偏差等因素的影响，实际计算冲裁力时按下面公式：

P=KLtτ

式中P—冲裁力（kN）

L—冲裁件剪切周边长度（mm）

t—冲裁件材料厚度（mm）

τ—被冲材料的抗剪强度（MPa）

K—系数，一般取1.3

上式中抗剪强度τ与材料种类和坯料的原始状态有关，可在手册中查询。

为方便计算

Kt—推件力系数,查表3—22[3]得Kt=0.06

n—同时卡在凹模的工件（或废料）数,其中

n=h/t

h—凹模刃部直壁洞口高度（mm），

t—料厚（mm）

表3—63[3]可得和h=4mm,故n=8

P3=8×0.06×1200.2=576.1N

P4=8×0.06×6776.7=3252.9N

顶件力：

Pd=KdP

——顶件力系数，查表3—22[3]得Kd=0.06

P5=0.06×1200.2=72.1N

P6=0.06×6776.7=406.7N

工序总力P总=P1+P2+P3+P4+P5+P6=1200.2+6776.7+576.1+3252.9+72.1+406.7

=12284.7N

≈12.3KN

3.2、弯曲力的计算

根据制件的设计要求，为了提高弯曲件的精度，减小弯曲回弹，拟采用校正弯曲，校正力比弯曲力大的多，而且两个力先后作用，因此采用校正弯曲时，一般只计算校正力：

F校=Ap

F校——校正时的弯曲力

A——校正部分的垂直投映面积

p——单位面积上的校正力,查表5—4[3]得p=80~10MPa,取p=90MPa=90N/mm2

A=4×（1.6-0.5）×2=8.8mm

力机应以冲裁力为基准。

3.3、弹性橡胶板的计算

本模具中橡胶板的工作行程由以下几个部分组成：

凸模修模量5mm；凸模凹进卸料板1mm；公件厚度0.5mm；凸模冲裁后进入凹模1mm；以上四项长度之和就是橡胶板的工作行程S工作；即

S工作=（5+1+1+0.5）mm=7.5mm

取压缩量为自由高度的0.3则橡胶的自由高度为:

H自由=

=

=30mm

由上面计算可知：

P卸=P5+P6=72.1+406.7=478.8N

预压缩量取15%，由图1-17可查出P=0.5MPa，此时橡胶板应具有足够的卸料力，其卸料力的大小用式1-2计算橡胶板所需的面积。

则

中间钻孔。

两块橡胶板的厚度无比一致，不然会造成受力不均匀，运动产生歪斜，影响模具的正常工作，卸料板采用45钢制造，淬火硬度为40---45HRC。

4压力机的选择

4.1初选压力机

查文献[4]开式可倾压力机参数初选压力机型号为J23-3.15。

4.2压力中心的计算

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的中心滑块中心线重合。

否则，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨与模具的导向部分不正常的磨损，还会使合理的间隙得不着保证，从而影响制件的质量和降低模具的寿命，甚至损坏模具。

此为多凸模模具的压力中心，首先计算大凸模的压力中心

图5（a）压力中心图

计算其压力中心的步骤

如下：

①、按比例画出凸模的工作部分剖面图（见图）

②、在任意距离处作x-x轴y-y轴

③、分别计算出各线段和圆弧的重心到x-x轴的距离y1,y2,y3,y4和到y-y轴的距离x1,x2,x3,x4,

④、大凸模的压力中心到坐标轴的距离下式确定：

到y-y轴的距离

x0=

=

=4.94mm

到x-x轴的距离

=0mm

⑤、由于另一个冲孔凸模为规则的凸模，则总的压力中心为

图6（b）总压力中心示意图

到y-y轴的距离

x0=

=

=5.7mm

到x-x轴的距离

y0=

=

=1.55m

5工作零部件的设计与标准化

5.1工作零部件的计算

由于制件结构简单，精度要求不高，所以采用凸模和凹模分开加工的方法制作凸凹模。

这时需要分别计算和标注凸模和凹模的尺寸和公差。

冲孔时，间隙取在凹模上，则：

凸模尺寸

dap=（d+x△）-δp0

凹模尺寸

dd=（d+x△+Zmin）0+δ

式中DdDp——落料凹模和凸模的刃口尺寸，mm

dpdd---——冲孔凹模和凸模的刃口尺寸，mm

x——磨损系数，查表2-30[2]得：

冲孔

时x=1。

Zmin——双面间隙，mm

△——工件公差，mm

δ——凸模和凹模的制造公差，mm

①、冲裁

孔凸模、凹模刃口尺寸的计算

凸模尺寸

查表2-29[2]查得δ凸=-0.004，δ凹=+0.006

dap=（d+x△）-δp0=（2.6+1×0.15）0-0.004=2.750-0.004

凹模尺寸

由表2-23[2]得Zmin=0.025

dd=（d+x△+Zmin）0+δ=（2.6+1×0.15+0.025）0+0.006=2.7750+0.006

②、外形落料凸模、凹模刃口尺寸的计算

因此落料件为复杂的制件，所以利用凸凹模配合法，这种方法有利于获得最小的合理间隙，放宽对模具的加工设备的精度要求。

采用配作法，计算凹模的刃口尺寸，首先是根据凹模磨损后轮廓变化情况正确判断出模具刃口各个尺寸在磨损过程中是变大还是变小，还是不变这三种情况，然后分别按不同的计算公式计算。

a、凹模磨损后会增大的尺寸-------第一类尺寸A

第一类尺寸：

Aj=（Amax-x△）0+0.25△

b、凹模磨损后会减小的尺寸-------第二类尺寸B

第二类尺寸：

Bj=（Bmax+x△）0-0.25△

c、凹模磨损后会保持不变的尺寸第三类尺寸C

第三类尺寸：

Cj=（Cmin+0.5△）0.125△

其落料凹模的基本尺寸计算如下：

图7（a）凹模

第一类尺寸：

磨损后增大的尺寸：

查表2—34[2]得x△=0.180△=0.360

A1=（Amax-x△）0+0.25△=（10-0.180）0+0.25×0.360=9.8200+0.090

A2=（Amax-x△）0+0.25△=（9.6-0.180）0+0.25×0.360=9..4200+0.090

查表2—34[2]得x△=0.150△=0.300

A3=（Amax-x△）0+0.25△=（4-0.150）0+0.25×0.300=3.850+0.075

1.75mm不必标注公差，但要在技术条件中注明：

凸模实际刃口尺寸与落料凹模配制，保证最小双面合理间隙值Zmin=0.025mm。

图7（b）落料凸模

③.弯曲凸模、凹模刃口尺寸的计算

a.凸模圆角半径

当工件的相对弯曲半径r/t较小时，凸模圆角半径rT取等于工件物弯曲半径，但不应小于最小弯曲半径0.175，所以凸模半径等于r=1.6

b.凹模圆角半径

凹模圆角半径不能过小，以免擦伤工件表面，影响冲模寿命。

凹模两边的圆角半径应一致，否则在弯曲时坯料会发生偏侈。

rA值通常根据材料厚度取为：

t=0.5rA=（3~6）t,取rA=4t=2mm

c.凹模深度

凹模深度l0过小，则坯料两端未受压部分太多，工件回弹大于且不平直，影响工件质量。

若过大，则浪费模具钢材，且需冲床有较大的工作行程。

U形弯曲模：

由于弯边高度不大于U形件，则凹模深度应大于零

件的高度，h0=3凹模深度l0查表

得l0=15mm。

d.弯曲凸凹模横向尺寸及公差。

决定U形件弯曲凸凹模横向尺寸及公差的原则是：

工件标注内形尺寸时应以凸模为基准件，间隙取在凹模上。

而凸凹模的尺寸和公差则应根据工件的尺寸，公差，回弹情况以及模具磨损规律而定。

尺寸标注在内形上的弯曲件。

凸模尺寸为L

=（L

+0.75△）

凹模尺寸为L

=（L

+Z）

L

.L

----凸，凹模横向尺寸；

L

----弯曲件横向的最小极限尺寸；

△---弯曲件横向的尺寸公差，对称偏差△=2△

---凸模的制造公差，可采用IT7～IT9级精度，一般取凸模的精度比凹模精度高一级。

L

=（2.9+0.75×0.6）

=3.35

L

=（3.35+1.05）

=4.4

（2）工作零部件的设计与标准化（用一个整体的凸模固定板）

冲小圆孔的凸模，为了增加凸模的强度与刚度，凸模非工作部分直径应作成逐渐增大的多级台阶形式如图5所示：

图8标准凸模示意图

凸模长度一般是根据结构上的需要而确定的，其凸模长度用下列公式计算：

L=h1+h2+h3-h4

式中L—凸模长度，mm

h1—凸模固定板高度，mm

h2—卸料板高度，mm

h3—橡胶板的厚度，mm

h4—凹进卸料板内1mm

图9冲孔凹模内行示意图

整体式凹模如图6装于下模座上，由于下模座孔口较大因而使工作时承受弯曲力矩，若凹模高度H及模壁厚度C不足时，会使凹模产生较大变形，甚至破坏。

但由于凹模受力复杂，凹模高度可按经验公式计算，即

凹模高度H=KB

凹模壁厚C=（1.5~2）H

式中B----凹模孔的最大宽度，mm但B不小于15mm

C-----凹模壁厚，mm指刃口至凹模外形边缘的距离；

K=系数，查表8—1[3]得K=0.30

凹模高度H=KB=0.30×15=4.5mm按表取标准值15mm

凹模壁厚C=1.5H=1.5×15=22.5mm

凹模上螺孔到凹模外缘的距离一般取（1.7~2.0）d,

图10螺孔与凹模边界示意图

d为螺孔的距离，由于凹模厚度为10mm，所以根据表2.46﹝2﹞查得螺孔选用4×M8的螺钉固定在下模座。

故选用如图７：

螺孔到凹模外缘的最小距离a2=1.5d=1.5×8=12mm

螺孔到凹模内缘的最小距离d=8mm

a3=1.13d≈9mm

凹模上螺孔间距由表2.47查得最小间距为40mm，最大间距为90mm。

图７

螺孔到销孔的距离一般取b>2d,所以b应大于１６。

根据上述方法确定凹模外形尺寸须选用矩形凹模板100×80×15

①冲孔小凸模、凹模各尺寸及其组件确定和标准化（包括外形尺寸和厚度）

冲孔小凸模长度L=15+30+11-1=55mm

由