毕业设计冲裁级进模设计Word格式文档下载.docx

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1.3本设计需完成的工作

本课题主要研究的是级进模的设计。

级进模在压力机一次冲程中，在有规律排列的几个工位上分别完成一部分冲裁工序，在最后工序冲出完整工件。

因为级进模是连续冲压，生产过程中相当于每次冲程冲制一个工件，故生产效率高。

级进模冲裁可以减少模具数量，操作方便安全，便于实现冲压生产自动化。

但它在定位中产生的累计误差会影响工件精度，因此级进模多用于生产批量大，精度要求不高，需要多工序冲裁的小零件加工。

本设计模具用于加工挡板。

本级进模设计的内容包括零件的工艺性分析，工件的尺寸精度，刃口尺寸的计算模具的整体结构，选择正确的压力机，各部分零件的标准和材料，零件的尺寸设计，主要加工零件的加工工艺等，主要内容如下：

（1）到模具制造相关企业调研，了解模具生产，制造，加工情况。

结合本设计课题，查阅相关资料。

（2）分析设计已知工件级进模具。

充分分析工件结构，工艺性，了解级进模机构及工作原理，进行必要的计算，确定模具设计的基本步骤，设计模具的基本参数，设计模具的主体结构，工作零件，卸料装置，导料装置等。

（3）绘制模具总装配图，零件图，完成本工件的级进模设计。

（4）分析制定主要零件加工工艺。

根据主要零件结构，技术参数要求，进行工艺计算，编制主要零件加工工艺规程。

2冲裁机理分析

生产中为了满足冲压零件形状、尺寸、精度、批量、原材料性能等方面的要求，采用多样的冲压加工方法。

概括起来可以分为分离工序与成形工序两大类。

分离工序是使坯料的一部分与另一部分相互分离的工艺方法、主要分离工序有落料、冲孔、切边、剖切、整修等，其又以冲孔、落料应用最广。

落料和冲孔是使坯料沿封闭轮廓分离的工序。

冲裁加工之后，材料分成两个部分冲孔是指在板料或者工件上冲出所需形状的孔，冲去的为废料，即封闭轮廓外的部分是工件，封闭轮廓内的部分是废料而落料是指从板料上冲下所需形状的零件或者毛坯，即封闭轮廓内的部分是工件，封闭轮廓外的部分是废料。

落料工序和冲孔工序的变形过程和模具结构是相同的，习惯上统称为冲裁。

冲裁既可以加工出成品零件，又可以为其他成形工序制备毛胚。

2.1冲裁变形过程分析

冲裁工序是利用凸模与凹模组成上、下刃口将板料置于凹模上，凸模下行使板料变形，直至全部分离。

因凸模与凹模之间存在间隙z,使凸、凹模作用于板料的力呈不均匀分布，主要集中于凸、模刃口。

冲裁变形过程见下图。

在具有尖锐刃口及间隙合理的凸、凹模作用下，板料的变形过程可分为弹性变形、塑性变形、断裂分离三个阶段。

（1）弹性变形阶段

凸模与板料接触后，使板料压缩产生拉伸和弯曲弹性变形，此时，板料内应力没有超过材料的弹性极限。

若卸去载荷，板料则恢复原状。

（2）塑性变形阶段

当凸模继续下压，板料内的应力值达到屈服强度时开始产生塑性流动、滑移变形，在凸、凹模的压力作用下，板料表面受到压缩，由于凸、凹模之间有间隙存在，使板料同时受到弯曲和拉伸的作用，凸模下的材料产生弯曲，凹模下的材料则向上翘曲出现弯曲和拉伸形成的圆角，并且出现压痕。

随着凸模挤入板料的深度增大，塑性变形程度逐渐增大，变形区材料硬化加剧，直到刃口附近的板料内应力达到材料强度极限，冲裁力达到最大值，板料出现裂纹，开始破坏，塑性变形阶段结束。

（3）断裂分离阶段

凸模的继续压入，使刃口附近的变形区的应力达到材料的破坏应力，在凹、凸模侧面的变形区先后产生裂纹。

已形成的上、下裂纹逐渐扩大并沿最大切应力方向向材料内层延伸，甚至两裂纹相遇重合，板料被剪断分离，冲裁过程结束。

2.2冲裁件质量分析

冲裁件质量主要是指冲切断面质量、表面质量、形状误差和尺寸精度。

对于冲裁工序而言，冲裁切断面质量往往是关系到工序成功与否的重要因素。

冲裁件冲切断面可以明显地区分为四个部分:

光亮带、断裂带、圆角和毛刺。

光亮带的形成，是在冲裁过程中冲裁模具刃口切入板料后，板料与模具刃口侧面挤压而产生塑性变形的结果:

光亮带部分出于具有挤压特征，表面光洁垂直，是冲裁件切断面上精度最高、质量最好的部分。

光亮带所占比例通常是冲裁件断面厚度的1/2-1/3。

断裂带是在冲裁过程的最后阶段，板料剪断分离时形成的区域，是模具刃口附近裂纹在拉应力作用下不断扩展而形成的断裂面。

断裂带表面粗糙并略带斜角，不与板平面垂直。

圆角形成的原因，是当模具压入板料时刃口附近的材料被牵连变形的结果。

材料塑性越好，则圆角带越大。

冲切断面上的毛刺是在冲裁过程中出现微裂纹时形成的。

随后已形成的毛刺被拉长，并残留在冲裁件上。

影响冲裁件冲切断面质量的因素很多。

冲切断面上的光亮带、断裂带、圆角、毛刺等四个部分各自所占断面厚度的比例也是随着制件材料、模具和设备等各种冲裁条件不同而变化的。

分析研究表明，凸凹模之间的间隙值是最主要的影响因素。

提高冲裁件质量。

重要的是必须清楚间隙的影响规律，并寻求获得合那间隙的确定方法。

2.3冲裁模间隙

冲裁模具的凸、凹模间隙对冲裁件断面质量有很大的影响。

间隙适中时，上、下裂纹互相重合，冲裁件断面虽有一定斜度，但比较平直、光洁且毛刺很小。

当间隙过小时，由于分离面上、下裂纹向材料中间扩展时不能互相重合，将被第二次剪切才完成分离，因此出现二次挤压而形成二次光亮带，毛刺也有所增长，冲裁件毛刺容易清除拱弯，断面比较垂直。

间隙过大时，材料受到很大的拉伸和弯曲应力作用，冲裁件光亮带小，圆角和斜度加大，毛刺大而厚，难以去除。

表1和表2缝冲裁件断面质量要求。

表1普通冲裁断面的近似粗糙度值

板料厚度

1

>

1～2

2～3

3～4

4～5

表面粗糙度值

3.2

6.3

12.5

25

50

表2普通冲裁断面允许的毛刺高度

0.3

0.3～0.5

普通冲裁断面允许的毛刺高度

0.015

0.02

0.03

0.04

0.05

0.08

0.10

0.13

0.15

当间隙过大或过小时均使冲裁件尺寸精度降低。

同时，冲裁间隙还影响模具寿命、卸料力、推件力和冲裁力等。

2.4间隙对冲裁力的影响

随着问隙的增大，材料所受的拉应力增大，材料容易断裂分离，因此冲裁力减小。

但继续增大间隙值，会因从凸、凹模刃口处产生的裂纹不相重合的影响，冲裁力下降变缓，由于间隙的增大，使冲裁后零件的光亮面变窄，落料尺寸小于凹模尺寸，冲孔尺寸大于凸模尺寸，因而使卸料力、推件力或顶件力也随之减小。

但是，间隙增大时，因为毛刺增大，引起卸料力、顶件力迅速增大.

3冲压件工艺设计

冲裁工艺设计包括冲裁件的工艺性分析和冲裁工艺方案确定。

良好的工艺性和合理的工艺方案，可以用最少的材料，最少的工序数和工时，使得模具结构简单且寿命长，能稳定地获得合格冲件，因而可以减小劳动量和冲件成本。

劳动量和冲裁件成本是衡量冲裁工艺设计合理性的主要指标。

本课题为按挡板（如下图）尺寸设计其模具，并编制模具主要零件的加工工艺规程。

图1产品零件图

3.1冲压件工艺性分析

冲裁零件的工艺性是指冲裁零件对冲裁工艺的适应性，即冲裁零件的形状结构、尺寸大小及偏差等是否符合冲裁加工的工艺要求。

冲裁零件的工艺性是否合理，对冲裁件的质量、模具寿命和生产率有很大影响。

冲裁零件应满足如下要求：

（1）冲裁工件的形状冲裁零件的形状应尽可能简单、对称、排样废料少。

（2）冲裁零件的圆角除在少、无废料排样或采用镶拼模结构时，允许工件有尖锐的清角外，冲裁零件的外形或内孔的交角处，应避免尖锐的清角，其交角处用适宜的圆角相连。

（3）冲裁件局部凸出或凹入部分的宽度和深度宽度不宜太小，应避免有窄长切口和过窄的切槽，否则会降低模具寿命和工件质量。

（4）冲裁件的孔径冲裁件的孔径太小时，凸模易折断或压弯。

冲孔的最小尺寸取决于材料的机械性能、凸模强度和模具结构，各种形状的孔的最小尺寸可查表。

冲小孔的凸模，如果采用保护套，凸模不易损坏，稳定性提高，最小冲孔尺寸可以减小。

（5）冲裁件孔边之间距离冲裁件上孔与孔、孔与边缘之间的距离不应过小，否则会产生孔与孔间材料的扭曲或使边缘材料变形。

复合冲裁时，因模壁过薄而容易破损；

分别冲裁时，也会因材料易于被拉入凹模而影响模具寿命，特别是冲裁小孔距的小孔时，经常会发生凸模弯曲变形而卡住模具。

当冲孔边缘与工件外形边缘不平行时a1应不小于平行时。

应不小于1.5t。

（6）冲裁件尺寸的标注冲裁件尺寸的基准应尽可能与制模时的定位基准重合，并选择在冲裁过程中不参加变形的面或线上。

（7）冲裁件两孔心距所能达到的公差查表

该冲裁件的工艺性可按以下几方面进行分析：

（1）材料：

该冲裁件的材料08F钢是普通碳素钢，具有较好的可冲压性。

（2）零件结构：

该冲裁件结构较简单、对称，并在转角处都有R0.5圆角，比较适合冲裁。

（3）尺寸精度：

零件图上尺寸未注公差，属自由尺寸，可按IT14级确定工件尺寸的公差。

查公差表（GB1800表2）可得各尺寸公差为：

零件外形：

250-0.52mm300-0.52mm180-043mm8±

0.18mm60-0.3mmR0.5mm

零件内形：

Φ3+0.250mm10+0.360mm2.8+0.250mmR0.5mm

孔心距：

15±

0.21mm10±

0.21mm

孔边距：

4±

0.15mm

从上面所分析可得出结论：

该工件适合冲裁。

3.2工艺方案的确定及模具结构类型

冲裁工序可分为单工序冲裁、复合工序冲裁和连续冲裁。

（1）单工序模在一副模具中完成只完成一种工序的冲模，如落料模，冲孔模，拉深模等结构较为简单，生产效率不高，一般适用于小批量生产。

（2）复合模是在单工序模的基础上发展起来的一种较先进的模，在一副冲模中一次定位可以同时完成几个工序。

复合模结构紧凑，一套模具能完成若干工序，大大减少了模具和占用的冲压设备的数量，减少了操作人员和周转时间，劳动生产效率高。

（3）连续模是把完成一个冲件的几个工序，排列成一定的顺序，组成连续模，在冲裁过程中，条料在模具中依次在不同的工序位置上，分别完成冲件所要求的工序，除最初几次冲程外，以后每次冲程都可以完成一个（或几个）冲裁件。

由于定位误差影响到工件的精度，一般多用于精度低多工序的小零件。

从零件图可看出，该零件包括落料、冲孔两个基本工序，可以采用以下三种工艺方案：

（1）先落料，再冲孔，采用两副单工序模生产。

（2）落料－冲孔复合冲压，采用复合模生产。

（3）冲孔－落料连续冲压，采用级进模生产。

对以上三种工艺方案进行分析比较：

方案一：

模具结构简单，但需要两道工序、两套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。

由于零件结构简单，为提高生产效率，主要应采用复合冲裁模或级进冲裁模方式。

方案二：

复合模定位精度高并且满足大批量生产的要求，但需要考虑凸凹模的强度，正装复合模凸凹模的最小壁厚值对黑色金属等硬性材料可按板料厚度的1.5倍确定，但最小值不小于0.7mm。

对有色金属等软材料可约等于板料厚度，但最小值不小于0.5mm。

倒装复合模凸凹模的最小壁厚值可按板料厚度的2~3倍确定，板料厚度小取大值，相反取小值。

由于本零件孔比较多，必须用倒装复合模方便落料，根据材料厚度t=1mm，则最小壁厚为3mm，而从零件图可知，工件的最小壁厚为2.1mm，因此复合模的凸凹模的强度不够，该工件并不适合用复合模加工。

方案三：

级进模本身能满足大批量生产，而且生产效率高，由于工件精度为IT14级，符合级进模加工工件的精度要求。

综上所述，最后确定用级进冲裁方式进行生产。

4材料的经济利用

4.1排样设计

排样是指冲裁零件（毛坯）在条料、带料或板料上布置的方法。

合理有效的排料在于保证在最低的材料消耗和高生产率的条件下，得到符合设计技术要求的工件。

在冲压生产过程中，保证很低的废料百分率是现代冲压生产最重要的技术指标之一。

在冲压工作中，冲压件材料消耗费用可达到总成本的60%~75%，每降低1%的冲压废料，将会使成本降低0.4%~0.5%。

合理利用材料是降低成本的有效措施，尤其在成批和大量生产中，冲压件的年产量达数十万件，甚至数百万件，材料合理利用的经济效果更为突出。

排样方法的选择原则：

（1）冲裁小工件或某中工件需要窄条（带）料时，应沿板料顺长方向进行排样，符合材料规格及工艺要求。

（2）冲裁弯曲毛坯时，应考虑板料扎制方向。

（3）冲件在条（带）料上的排样，应考虑冲压生产率、冲模耐用度、冲模结构是否简单和操作方便与安全等。

（4）条料宽度选择与在板料上的排样应优先选用条料宽度较大而步距较小的方案，以便经济地裁切板料，并减少冲压时间。

按冲裁工艺方法和材料的合理利用，条料排样方法可分为有废料排样、少废料排样和无废料排样。

根据冲裁件在条料上的不同布置形式分类，有直排、斜排、直对排、斜对排、混合排、冲裁搭边等。

由于受冲裁件外型的限制，该工件的排样只能采用有废料的排样形式，为了使模具设计简单并且能达到最大的材料利用率，采用直排的形式即可，排样方式如图2所示。

图2排样方式图

4.2搭边

排样中相邻两工件之间的余料或工件与条料边缘间的余料称为搭边。

搭边的主要作用有：

（1）补偿定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料步距误差、送料歪斜误差等原因而冲裁出残缺的废品。

（2）还应保持条料有一定的强度和刚度，保证送料的顺利进行，从而提高制件质量，沿整个封闭轮廓线冲裁，使受力平衡，提高模具寿命和工件断面质量。

搭边是废料，从节省材料出发，搭边值应愈小愈好。

但过小的搭边容易挤进凹模，增加刃口磨损，降低模具寿命，并且也影响冲裁件的剪切表面质量。

一般来说，搭边值是由经验确定的。

搭边的设计主要考虑几方面的因素：

（1）材料的力学性能。

塑性好的材料，搭边值要大—些，硬度高与强度大的材料，搭边值小一些。

（2）材料的厚度。

材料越厚，搭边值也越大。

（3）工件的形状和尺寸。

工件外形越复杂，圆角半径越小，搭边值也越大

（4）排样的形式。

对排的搭边值大于直排的搭边。

查（冷冲压实用技术P59表3-2）

根据材料厚度t=1mm，确定搭边值：

两工件间的搭边：

a1=1.2mm

工件边缘搭边：

a=1.5mm

步距为：

S＝18＋1.2＝19.2mm

查（冷冲压实用技术P60表3-4），

确定导料板与条料之间的最小间隙Z

无侧压装置Z=0.5mm

图3排样图

条料宽度B＝（D＋2a＋Z）－Δ

＝（30＋2×

1.5＋×

0.5）－Δ

＝33.5－Δmm

Δ－-条料宽度的偏差，查（冷冲压实用技术P60表3-4）得0.4mm

确定后排样图如图3所示。

4.3计算材料利用率

把工件按图4所示分割计算工件面积：

面积A1=4×

25＝100mm2

面积A2=6×

30=180mm2

面积A3=

（25+30）×

8）＝220mm2

面积A4=πR2=3.14×

1.52=7.065mm2

面积A5=2×

π0.52+2.8×

10=29.57mm2

工件总面积A＝A1+A2+A3－2A4－2A5

＝100＋180+220－2×

7.065－2×

29.57

＝426.73mm2

图4面积计算图

一个步距内的材料利用率η为：

η＝A/BS×

100％

＝426.73/（33.5×

19.2）×

100％＝66.35％

A----一个步距内冲裁件的实际面积

BS----一个步距内毛坯的面积

查板材标准，选用1000mm×

2000mm×

1mm的钢板，假如，条料长度为1000，则条料上可冲压工件数为：

n1=1000-1.2/19.2=52.44个取n1＝52个

则条料利用率为：

η1＝n1A/LB×

100％

＝（52×

426.73）÷

（1000×

33.5）×

＝66.2％

假如，条料长度为2000，则条料上可冲压工件数为

n2=2000-1.2/19.2=104.1个取n1＝104个

η2＝n2A/LB×

＝（104×

（2000×

显然，两种规格的条料材料利用率是相等的。

每张钢板可剪裁59块条料（33.5mm×

1000mm），每块条料可冲52个工件；

一张钢板料1000mm×

2000mm可冲

3068个工件。

（如图5所示）则每张板材的材料利用率η总为：

η总＝nA1/LB×

＝（3068×

2000）×

＝65.5％

5压力中心与冲压力的计算

5.1压力中心的计算

冲裁力合力的作用点称为冲模压力中心。

为了保证冲裁和压力机正常和平稳地工作，冲模的压力中心必须通过模柄轴线而与压力机滑块的中心重合。

如果压力中心不在模柄轴线上，滑块会承受偏心载荷，冲压时会使冲模与压力机滑块产生歪斜，从而导至滑块导轨

和模具导向装置的不正常磨损。

同时引起凸、凹模间隙不均匀，使刃口迅速变钝，甚至造成刃口损坏，降低模具使用寿命。

计算压力中心必须在凹模刃口

设定XY轴的正方向，并选择L5

的中点作为坐标原点，

如图6所示：

凹模型口图

图6压力中心

由于工件Y方向对称，

故压力中心Y0=0mm

X0==

=＝1.31mm

其中：

L1=25mmx1=－18mm；

L2=2×

4＝8mmx2=－16mm

L3=2×

=2×

8.48＝16.96mm；

x3=－10mm；

L4=2×

6＝12mmx4=―3mm；

L5=30mmx5=0mm；

L6=2×

πd=2×

3.14×

3＝18.84mmx6=1.2（搭边）＋4＝5.2mm；

L7=2×

（2πd+2×

8＋2×

2.8）＝59.76mmx7=15.2mm；

计算时，忽略边缘R0.5圆角。

由以上计算可知冲压件压力中心的坐标为（1.31，0），与冲床滑块中心只偏移1.31mm，可忽略不计，故基本重合。

5.2冲压力的计算

冲裁力是选择和确定冲压设备、及模具强度较核的重要依据，在冲裁模设计中必须进行计算，同时，应掌握影响冲裁力大小的因素及降低冲裁力的方法。

冲裁力包括落料力、冲孔力、卸料力和顶件力。

当冲裁工作完成后，从板料上冲裁下来的工件（或废料）由于径向发生弹性变形而扩张。

会卡在凹模模腔内；

同时，在板料上冲裁出的孔径则沿着径向发生弹性收缩，会紧箍在凸模上。

为了将紧箍在凸模上的板料卸下来所需要的力称为卸料力，以

表示；

将卡在凹模中的板料推出或顶出所需的力分别称为推件力与顶件力，以

与

表示。

卸料力、推件力与顶件力是由压机和模具的卸料、顶件装置获得的。

在选择压机吨位和设计模具时，要根据模具结构来考虑卸料力、推件力与顶件力的大小，并作必要的计算。

影响这些力的因素较多，主要有:

材料的机械性能和厚度，工件形状和尺一寸大小，凸、凹模间隙，排样的搭边大小及润滑情况。

生产中，常用下列经验公式计算：

式中

，

—分别为卸料系数、推件系数和顶件系数，其值见表2-7；

P——冲裁力N；

N——卡在阴模孔内的工件数，n=h/t（h为凹模刃孔的直壁高度，t为工件厚度）。

注：

此模具结构中卸料装置为卸料板卸料，并且用顶件块顶出工件，因此只需要计算卸料力与顶件力。

以下为冲裁中各力的计算：

落料力F落＝1.3Ltτ

＝1.3×

91.76×

1×

290

＝34593.52（N）

L=91.76mm（工件落料周长）t＝1mm（材料厚度）

查《冲压模具设计与制造》表1.5.2按08F钢板，取τ＝290N/mm2

冲孔力F冲＝1.3（L1＋L2）tτ

＝1.3×

（18.84＋59.76）×

290＝1.3×

78.60×

290）＝29632.20（N）

L1、L2为工件孔的周长。

卸料力F卸＝Kx（F落＋F冲）查表2-9（教材）得Kx=0.04

＝0.04×

（34593.52＋31140.20）＝2629.34（N）

顶件力F顶＝kDF落查表2-9取KD=0.06

＝0.06×

34593.52＝2075.61（N）

总冲压力：

F总=F落＋F冲＋F卸+F顶

＝34593.52＋29632.20＋2629.34+2075.61

＝68930.67（N）