网线接头固定架冲压模设计.docx

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网线接头固定架冲压模设计

摘要

金属板料冲压是一种在工业生产中应用广泛的加工加工方法。

随着现代各行各业突飞猛进的发展，金属件的结构复杂，精度高，需求量多，加上对生产的安全性、操作的方便性，加工的经济性等要求也日益提高，采用单工位模具已经无法满足生产的需要，许多制造商均采用多工位级进模进行生产。

因此，多工位级进模在国内外模具制造业中应用日趋广泛。

多工位级进模是在普通级进模的基础上发展起来的一种模具，是当代所有模具中冲压功能最多、结构最复杂、生产效率和自动化程度最高的一种冲模。

在多工位级进模结构设计过程中，首先必须设计级进模的总装结构，然后再在此基础上进行模具其他零部件的设计。

本论文分析了网线接头固定架的工艺性，介绍了网线接头固定架多工位级进模总体结构设计，对工件进行了展开计算，确定了工件加工成型的工艺方案和排样方案，对模具进行了工艺计算，根据计算结果进行了凸模、凹模、垫板、导料板、卸料板、镶块等主要零部件的设计，还根据各标准对模具中用到的其他标准件，如模架、导柱导套等，进行了选择与设计。

实践证明：

该模具结构合理、可靠，并能保证产品质量，对此类零件的级进模设计有参考价值。

关键词：

级进模；网线接头固定架；排样设计

ABSTRACT

Sheetmetalstampingisawidelyusedmethodinindustrialproduction.Withtherapiddevelopmentofmodernbusiness,thestructureofthemetalpiecesbecomesmoreandmorecomplex.Themetalpiecesalsoneedtohavehighaccuracy.Atthesametime,thedemandsoftheproductionsecurity,theeaseofoperation,theeconomyofprocessingareincreasing.Single-stagemoldscan'tmeettheneedsofproduction.Manymanufacturersusethemulti-positionprogressivedieinproduction.Therefore,Multi-positionProgressiveDiesareusedincreasinglywidespreadinthediemanufacturingathomeandabroad.Multi-positionProgressiveDieisdevelopedbasingonthegeneralprogressivedie.Ithasthemostpressingfunction,themostcomplexstructure,productivityandthehighestdegreeofautomation.Inthedesignofthemulti-positionprogressivedie,wemustdesigntheassemblystructureoftheprogressivedie.Andthen,wedesignothercomponentsofit.Inthispage,ianalyzedthemanufacturabilityofacablejointfixedframe,aswellasdesignoftheoverallstructure.Ialsodidthecalculationoftheworkpiece,determinedtheworkpiece'sformingprocessandthenestingprogramanddidacalculationofthemoldprocess.Afterthat,Idesignedthedieinallaspect.Theapplicationshowsthatthedieisfeasibleandreliableinstructureandcanensurethequalityoftheproducts.

Keywords:

progressivedie;cablejointfixedframe;layoutdesign

第1章　

绪论

模具工业的发展标志一个国家工业水平及产品开发能力。

冲压加工作为一个国家的基础工业，在国名经济的加工工业中占有重要的地位，根据统计，冲压件在各个行业中均占有相当大的比重，尤其在汽车、电机、仪表、军工、家用电器等方面所占比重更大。

冲压件在形状和尺寸精度方面的互换性较好，所以具有质量轻、刚度好、精度高和外表光滑、美观等特点。

而且冲压加工是一种生产效率高、高材料利用率的加工方法。

当然，冲压加工和其他加工方法一样，也有其自身的局限性，例如，冲模的结构比较复杂，模具价格偏高。

因此，对小批量，多品种生产时采用昂贵的冲模，经济上不合算。

目前，为了解决这个问题，正在努力发展某些简易冲模。

采用冲压与焊接或胶接等复合工艺，可以使零件结构更趋合理，加工更为方便，成本更易降低，这是制造复杂形状结构件的发展方向之一。

模具冲压设备正随着科学技术的发展而不断发展，从整体上看，现代冲压工艺与模具的主要发展方向可以归纳为几个方面:

1、冲压成型工艺与理论研究；2、冲压加工自动化和柔性化；3、冲模CAD/CAM；最后，关于冲模的破损机理和寿命分析，以及新型模具材料方面，近年来也有不少的进展。

从其发展方向可以看出冲压工艺和模具课程的理论性和实用性均很强，故研究时应从理论和实践相结合的角度来研究、探讨，并侧重加强工程实践能力。

冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得一种所需零件的一种压力加工方法。

冲压通常是在高温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。

冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。

冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲压件的专用工具。

冲模在冲压过程中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就难以实现。

1.1级进模的含义

级进模，又称多工位级进模、连续模、跳步模、顺送模，它是在一副模具内，按所加工的零件分为若干个等距离的工位，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。

对冲压材料，事先加工成一定宽度的条料，采用某种送料方式，每次送进一个步距。

经过逐个工位冲投制后，便得到一个完整的冲压工件。

在一副级进模中，可以连续完成冲裁、弯曲、拉深、成型等一系列的工序。

一般来说，无论冲压零件形状如何复杂，冲压工序怎样多，均可以用一副级进模冲制完成（但对于特别复杂的工件，有时需要在级进模后加单冲模，才能完成整个工件的生产）。

用于级进模加工的材料，都是长条状的板料。

材料较厚、生产批量较小时，可以剪成条料；生产批量大时，应选择卷料。

卷料可以自动送料，在需要时可自动收料，可使用高速冲床自动冲压。

级进模对材料的厚度和宽度都有严格的要求。

宽度过大条料不能进入模具的导料板或通行不畅；宽度过小则影响定位精度，还容易损坏凸模等零件。

材料的厚度公差可以查询材料手册或供应商提供的资料，材料宽度公差、材料和导向板间的间隙均可查有关模具设计表格。

材料的宽度是由工件展开料和排样方式决定的。

级进模具在冲压过程中，压力机每次行程完成一个或几个工件的冲压。

条料要及时向前送进一个步距，称为送料。

送料的方式可分为三种：

（1）手工送料。

常用于生产批量不大、材料较厚、工件较大时的送料。

（2）自动送料器送料，所用的材料一般是成卷的条料。

自动送料装置由放料架（放在距冲床（1~3）m的地方，装有电动机，按照材料消耗的速度，自动间断地向外送料）、气动送料器（装在级进模具条料入口处，由压缩空气驱动，向模具送料。

气动送料器有标准的产品可供选用，其送料精度相当高，在模具中一般只需要加导正销导正，不必再设定距装置）、送料架（或卷料架，如果冲压的工件不脱离条料，则可以用其收卷起来供进一步加工使用。

一般经冲床冲压后，条料已经分为工件和废料，就不用收料架了）等三部分组成。

（3）在模具上附设自制的送料装置，常用斜楔、小滑块驱动，在级进模中应用较少。

1.2级进模的特点

由于级进模通常是连续冲压，帮要求冲床应有足够的刚性及与模具相适应的精度。

级进模有以下特点：

（1）冲压生产效率高。

在一副级进模内，可以包括冲裁、弯曲、成型、拉深等多道工序，帮用一台冲床可完成从板料到成品的各种冲压工序，从而免去了用单工序模具的周转和每次冲压的定位工作，提高了劳动生产率和设备利用率。

（2）操作安全简单。

级进模具冲压时操作者不必将手伸入模具的危险区域。

对大量生产还采用自动送料机构，模具内装有安全检测装置，便于实现机械化和自动化。

（3）模具寿命长。

复杂内形、外形可分解为简单的凸模和凹模外形，分段逐次冲压，工序可分散到若干个工位，同时还可设置空工位，从而改变了凹、凸模受力状态，提高了模具强度，延长了模具寿命。

（4）产品质量高。

（5）生产成本低。

（6）设计和制造难度大，对经验的依赖性强。

1.3级进模的功能

级进模的基本功能是利用一定形状的凸模和凹模在板料上施加一定的作用力，使材料产生分享或塑性变形，从而使毛坯材料转变为产品零件的能力，即“誊”写出产品外形的能力。

例如，冲裁是冲裁模的基本功能，而使毛坯凸缘材料收缩为杯形伯是拉深模的基本功能。

实现基本功能的零件称为模具的工作零件。

级进模的辅助功能是为支持完成基本功能所必备的功能，主要包括模具零件安装紧固和定位功能；模具导向功能；上料、出件和卸料功能；板料、工序件定位功能；模具刚性和安全保障。

1.4级进模的构成

模具的功能与结构是统一的，功能只有通过一定的结构来实现，而模具的基本结构必须满足功能的需求为前提。

根据级进模的功能，其基本构成要素可划分为工作单元、卸料单元、导向单元、定位单元、安装单元和紧固单元，如表1.4－1所列。

表1.4－1级进模的构成

结构单元

典型零件

工作单元

凸模、凹模

卸料单元

卸料板、卸料螺钉、卸料弹簧

导向单元

外导向

模架、导柱、导套、导板

内导向

小导柱、小导套

定位单元

X向：

挡料销、侧刃、导正销；Y向：

导料板、侧压装置；Z向：

浮料销

安装紧固单元

上下模座、模柄、凸/凹模固定板、螺钉、圆柱销

其他单元

承料板、限位板、安全检测装置等式

第2章　

冲压件的成型工艺性分析

2.1冲压件成型工艺分析

本设计中的冲压零件是一个网线接头固定架如图1所示。

零件外形尺寸：

材料：

Q195

材料厚度：

0.3㎜

冲压产量：

2万件/每月。

由产品零件图可知，零件材料的厚度t为0.3㎜，零件的外形比较复杂，结构对称，需要经过多次冲压加工才能完成，其中主要工序有冲孔、冲裁、弯曲、落料，查《冲压工艺与模具设计》取最小弯曲半径r=0.1t=0.03mm。

若采用单工序模，工序很多，工件小，手工操作，定位难以达到精度，生产效率低，误差较大，质量难以保证。

该工件属于大批量生产，因而适宜采用多工位级进模制造，采用多工位级进模制造提高了劳动生产率和设备利用率，降低了生产成本，提高了操作的安全性。

图1零件图

2.2冲压工艺方案选择

1.单工序模

经过分析，此工件要经过冲孔、冲裁、多次不同方案的弯曲以及最后的落料，前后需要好几副模具，工序需要多次定位，定位误差大、精度差，产品质量低，占用设备多，劳动生产率低。

2.复合模

该工件小，且板上有许多小孔，有两对小孔之间间距很小，复合模也只能冲裁工件展开料的外形和少部分小孔，仍然需要大量的单工序模来完成后续工序，没有发挥复合模的作用。

3.级进模

此零件需要采用切余料的排样方式。

通过对零件的初步分析，要完成该零件的生产，需要经过冲孔、冲裁、切余料、多次弯曲和最终落料等工序。

材料的厚度为0.3mm，属于薄材料冲裁，选用卷料。

另外，在设计中还应考虑到材料的冲压工艺性，以及材料的纤维方向等特性。

由冲裁件的结构形状和尺寸可以知道：

工件在冲裁外形时，两个相交边应尽量避免锐角，严禁尖角，圆角半径r>0.25t，冲裁件的凸出或凹入不宜太小，应避免长悬臂和过窄的凹槽，要求悬臂和槽长L与其宽度有一定的比例，查资料可知，该零件的厚度为1mm，需要满足

。

冲裁孔与孔之间、孔与冲件边缘之间的壁厚不应太小，否则会影响凹模强度、寿命和冲件的质量。

通过对工件的零件图分析可知，采用级进模均满足上述要求。

由于工件的材料是低碳钢，具有良好的弯曲工艺性，在设计中应该考虑到其纤维方向，以利于模具的设计与制造，弯曲时折弯线方向不能够与带料的纤维方向一致，应该垂直带料的纤维方向或者与其纤维方向成一定的角度，多个方向折弯时角度最好成45°；弯曲件的弯曲半径不宜过小或过大，如果弯曲半径过小，则容易被弯裂；若弯曲半径过大，因受到回弹的影响，弯曲成形的角度和圆角半径的精度均不容易得到保证；同时，在设计中还要考虑到弯曲件直边高度不宜太短，直边高度h要大于2t。

由工件零件图可以知道：

工件弯曲工艺满足上述要求。

由于工件属于薄材料加工，带料的厚度为1mm，该零件的三个折弯部位内折弯角很小，对于这种弯曲，可以在弯曲凹模上设计小凸台，破换折弯处的变形方式，以达到该零件的内弯曲角的的要求，同时也可以很好地保证折弯角度的稳定性。

工件属于小型工件，形状较为复杂，且需要大批量生产，对生产效率的要求高，因此，采用级进模来完成此工件的加工是符合生产要求。

2.3工件的排样

排样是模具设计的核心部分，是级进模设计的重要依据。

工件排样图的设计可以确定：

模具的工位数和各工位的工序内容；被冲制工件各个工序的安排先后顺序；工件的排列方式；模具的步距、条料的宽度和材料的利用率；导料的方式、弹顶器的设置和导正销的安排；（基本确定）模具的结构。

排样图的好坏，对模具设计的影响很大。

在进行排样设计之前，首先要对工件图进行展开，其过程如下。

1．工件的展开

1）展开原理

材料在弯曲时，一边压缩变形，另一边会拉伸变形，但在材料弯曲过程中，有一层不发生拉伸和压缩变形，其长度在整个弯曲过程中不发生变化，叫做中性层，工件展开尺寸的准确性取决于中性层计算的准确性。

弯曲展开需要注意以下几点：

（1）折弯形式不同，弯曲的系数也就不同。

（2）同样的弯曲形式，材料不同，弯曲系数也不同。

（3）折弯角度和r值变化，则计算方法也会发生变化。

在此工件中，弯曲工艺为90º弯曲件，即有圆角半径弯曲如图2所示。

设计要求的弯曲半径内角r=0.5㎜，根据参考文献[3]中的式（4-37），弯角部分的补偿长度

。

根据生产实际经验，当板料相对弯曲半径

时，应变中性层位置系数K=0.28，在此设计中，t=0.3mm，故中性层位移系数K=0.32，中性层位置

，以折弯线内侧线为基准，计算折弯部分的补偿尺寸，补偿尺寸

。

当然对于形状复杂的工件，又无经验可借鉴的情况下，在初步确定毛坯的长度后，还需要反复折弯，不断修正，才能最后确定合适的毛坯长度。

图2有圆角半径弯曲

2）展开过程

（1）确定展开基准面，设计中以主视图为其基准面。

（2）以折弯线内侧线为基准线，计算折弯部分的补偿尺寸。

工件共有8处折弯，，均为内角r=0.3的90º折弯，其补偿尺寸计算得

。

（3）将工件按长度方向和宽度方向对弯曲面进行拉直，加上由上面计算得到的补偿量，分别得到长度L和宽度B方向的总尺寸为L=67.54，B=24.32。

展开图详细尺寸见图2

图3工件展开平面尺寸

2．工件成型工艺设计及确定

由工件的结构形状可以知道，要冲压出该工件需要经过冲孔、冲裁、弯曲和最终落料等工艺过程，为了方便叙述，将需要加工的部分分为A、B、C……进行分区，冲压件结构图如图4所示。

图4零件加工区域图

1）成型工艺方案设计

该工件内外形状复杂，经过分析，得出最佳成型工艺方案：

冲裁导正孔A→冲裁B区，冲裁C、D区域→压筋H，冲裁X区，切舌Y区，冲裁外形E→向下弯曲B1和D1，压框Z，向下弯曲B2→向下弯曲I、J区，弯曲成90°→冲裁F、G区→向下弯曲K、L、M成90º→冲裁N区域切断载体、出件。

经分析可知，方案具有模具结构较为简单，制造周期短，便于自动加工，工件弯曲精度、平面度、尺寸、外观形状等容易得到保证，在设计中还可以适当设置空工位，既有利于调节有效工位数又有利于产品产品变更时模具的改进设计等优点。

2）确定工位的内容

1工位：

冲裁导正孔A和冲裁B区。

2工位：

冲裁C、D区，冲裁X区，切舌Y区。

3工位：

压筋H区，冲裁外形E区。

4工位：

向下弯曲B1和D1，压框Z。

5工位：

向下弯曲B2

6工位：

向下弯曲I、J区。

7工位：

冲裁F、G区。

8工位：

向下弯曲K、L、M区。

9工位：

载体切断N区取件。

3．工件的排样

冲压件的成本中，材料的费用占了60％以上，因此材料的经济利用有非常重要的意义。

冲压件在材料上的布置方法称为排样。

衡量排样经济性的指标是材料的利用率。

不合理的排样方式会浪费材料，并且还可能影响到工件的质量，影响模具结构的合理性影响模具的使用寿命，工件的生产效率和模具的成本等技术和经济指标。

排样的常用方法：

有废料排样法；少废料排样法；无废料排样法。

设计中由于工件的外形比较复杂，采用切预料（裁搭边）法，将工件的加工通过分析裁切来完成。

通过分次裁切排样设计加工出来的工件具有精度高，有利于凹模、凸模外形的简化、制造和排布等优点。

工件的排样的具体过程如下。

1）工件的排样方法

工件的排样方法为：

可制作冲压件展开毛坯样板，在图样上反复试排，综合考虑材料的利用率、带料纤维方向等因素，确定初步方案，再在AutoCAD软件中对工件展开图进行排布，在初步的排样图中按照冲压工序设计的基本原则，进行冲压工位设计。

在排样图的开始端一般安排冲孔、切废料等分离工位，再向另一端依次安排成型工位，最后安排工件和载体的分离工位。

在安排工位时，要尽量避免冲小半孔，以防凸模因受力不均而折断。

在模具上可设计初始挡料针来防止。

2）工件的排样原则

（1）第一工位一般安排冲孔和冲工艺导正孔，第二工位设置导正销対带料导正，在以后的工位中，视其工位数和易发生窜动的工位设置导正销，也可以在以后的工位中每隔2至3个工位设置导正销，本设计工件的精度要求较高，为了保证工件的精度，每一个工位均设计导正销。

第三工位以后根据带料的定位精度，可以设置步距的误送检测装置。

结合排样图，考虑到模具的整体布局，可以再最后一步工位中设置误送检测装置。

（2）冲件上孔数较多，且孔的位置相隔太近时，可以分布在不同的工位上冲出，但孔的位置不能因后续成型工序而影响变形。

对位置要求高的一组孔，应考虑同一工位冲出。

（3）为提高凹模镶块、卸料版和固定板的强度，便于产品的变更和保证各成型零件安装位置不发生干涉，可以在加工中设置空工位。

其数量根据模具的结构要求设定。

（4）为了提高材料的利用率，在不影响工件性能指标的前提下，可以适当地改变工件的形状。

（5）排样时应考虑使设计出来的模具使用方便，易维修且安全。

（6）模具结构应尽量简单。

（7）保证工件质量和工件对条料纤维方向的要求。

3）载体设计

载体是指连续冲压时，条料内连接工序件并运在其稳定前进的这部分材料。

从保证载体的强度方向出发，载体的宽度要适当大于搭边的宽度。

但条料载体的强弱，并不能单纯靠载体宽度来保证，重要的是要合理的选择载体形式。

由于被加工件的形状和工序的要求不同，其载体形式是各不相同的。

载体的形式主要有双侧载体、单侧载体和中间载体三种。

双侧载体是在条料的两侧设计载体，被加工的零件连接在两侧载体的中间。

支架工件符合选用双侧载体的条件，因此选择等宽双侧载体。

该模具属于冲裁弯曲级进模，根据精度要求应先冲裁部分中间孔，再冲靠近部分的孔，然后冲裁弯曲部分的外形余料，最后落料。

4）搭边值得确定

排样时工件与工件之间以及工件与侧边之间留下的工艺材料，叫做搭边。

其作用是补偿定位误差，保证条料强度，以保证在冲裁过程中带料的送料顺畅。

搭边应选择适当，过大会造成材料的浪费，过小不利于工件的成型，或者冲裁不出合格的工件。

搭边值的大小通常是由经验所确定的。

查参考文献[1]表19.1-18得

材料的厚度t≤1mm，自动送料时侧搭边值a=3mm，间隙搭边

=2mm，，在级进模设计中要设计载体，并且载体的宽度要适当大于搭边值宽度。

由于载体的存在，以及考虑到模具制造、凸模强度等多种因素，搭边值将有可能增加。

搭边值得确定如下：

（1）间隙搭边值：

间隙搭边是指相邻两个工件之间的间隙，因为材料的厚度t=0.3mm，由上述查表得到的数据以及为了使工件达到图纸要求的精度、方便制造和满足其强度要求，以及凹模镶件及凹模固定板的加工，确定得到水平间隙搭边值a=2mm。

（2）侧搭边值的确定：

侧搭边是指在级进模中将每个产品沿料宽方向连接起来的部分。

为了使料带在送进过程中具有较好的强度，以保证带料在冲压过程中送料的顺畅性，侧搭边值取3mm即可满足其强度要求。

5）排样的步骤

由工件的外观形状和展开的平面形状可知，排样方式将工件设计成直排，材料的利用率比较高，且材料是低碳钢材料，水平排样刚好满足工件多个折弯成型时材料纤维方向的要求，因此，这样的排样方式有利于模具设计。

1）料带宽度。

零件展开图的宽度B=24.32mm，导正孔宽度方向的距离37.78mm，导正孔在本工件设计中取d=3mm。

综合以上数据，可以得出条料宽度为

。

（2）步距的确定。

间隙搭边值通常是根据经验确定的，在不影响产品质量的前提下取小一些。

考虑到模具制造和强度方面的因素，步距S=工件排样同一水平宽度+侧搭边值。

综合前述数据，可以确定步距S=77mm。

（3）步距精度的计算。

参照参考文献[1]第336页，多工位级进模步距精度一般按如下经验公式进行计算：

式中

——步距公差；

——沿送料方向毛坯轮廓展开尺寸的精度提高三级后的公差值，零件未注公差尺寸为一般尺寸，通常取IT12级，按工件长度78，查参考文献[2]表3-2的标准公差值为0.3，提高三级后公差值长度为0.074mm；

——级进模工位数，设计中工位数为8；

——修正系数根据参考文献[1]表19.6-1取k=0.95。

其中双边间隙按照板厚的6％来选取的。

通过上述一系列的计算，最后得到工件冲压排样图如图5所示。

图5排样图

（4）凹模、凸模刃口形状的确定。

由工件展开图可以知道，要完成工件的加工，需要将带料上的余料（废料）冲裁掉，各工位冲裁掉余料的外部形状即为凹模、凸模的刃口形状；对于冲孔凸模，展开图中所取的计算值即为凸模刃口的形状尺寸。

对于工件内、外部形状的不规则部分的冲裁，其冲裁凸模、凹模叫做异形凸模或者异形凹模。

异形凹模或凸模的刃口形状没有固定的设计标准，在满足工件外形的情况下刃口形状可以另外设计，但必须使其形状力求简单，以利于材料的合理利用，同时，要避免细长悬臂结构；转角处要尽量避免尖角，尖角处要用圆弧连接，以避免尖角处因应力集中而使冲模裂开的危险。

对此次设计中的材料。

其最小圆弧半径选取标准为：

1　落料部分：

当圆弧角大于或等于90°时，其最小圆弧半径等于0.25t;当圆弧角小于90°时，最小圆