连接板级进模设计.docx

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连接板级进模设计

连接板级进模设计

摘要

本文综合运用了冲压成形工艺与模具设计的相关知识，进行了连接板零件的冲压工艺与模具设计。

从材料、形状尺寸、精度要求等方面分析了该零件的冲压成形性；在综合考虑工序要求、生产批量、生产效率、精度要求等问题的基础上，制定了零件的成形工艺方案；计算了零件展开尺寸，进行了零件排样，确定了条料宽度；在综合考虑工序顺序、模具强度、定位方式等问题的基础上，完成了级进模工步设计；计算了各工步的冲压力，确定了模具的压力中心；进行了级进模总体结构和主要零部件设计，绘制了模具装配图及模具主要零件的零件图；根据冲压力和模具装配尺寸选择成形设备。

关键词：

连接板；冲压工艺；级进模设计；模具装配图

Abstract

Inthispaper,theauthorapplyingtherelatedknowledgeaboutpunchingcrafttogetherwiththemolddesign,designtheconnectboardandthemold.Andthentheauthoranalyzedtheperformanceofthecomponentwhenpunching-forminginviewofmaterial,size,andprecisionrequirement.Afterwards,theauthormadetheplanofshapingafterconsideringtheworkingprocedurerequirement,theproducebatch,theproduceefficiency,theprecisionrequirement.Thentheauthorworkedthesizeoftheunfoldpartout,designedthelayoutofthepart,determinedthewidthofthestrip.Andthentheauthoraccomplishedthedesignoftheprogressivediestepsonbasisofconsideringtheorderoftheworkingprocedure,theintensionofthedie,thewayoforientation.Afterthat,theauthorworkedtheforceofpunchingineverystepout,determinedthecenterofpressure,designedthestructureoftheprogressivedieinthewholeandthemainparts,andpaintedthedrawingoftheassemblyandthemainparts.Thefacilityofformingcanbechosebytheforceofpunchingandtheassemblingsizeofthedie.

Keywords:

Connectboard;Stampingprocess;Progressivediedesign;Moldassemblydrawing

第1章绪论

1.1冲压模概述

冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备，是技术密集型产品。

冲压模具的种类繁多，可以从以下方面分：

根据工艺性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模。

（1）冲裁模沿封闭或敞开的轮廓线使材料产生分离的模具。

如落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模、剖切模等。

（2）弯曲模使板料毛坯或其他坯料沿着直线（弯曲线）产生弯曲变形，从而获得一定角度和形状的工件的模具。

（3）拉深模是把板料毛坯制成开口空心件，或使空心件进一步改变形状和尺寸的模具。

（4）成形模是将毛坯或半成品工件按图凸、凹模的形状直接复制成形，而材料本身仅产生局部塑性变形的模具。

如胀形模、缩口模、扩口模、起伏成形模、翻边模、整形模等[1]。

根据工序组合程度可分为单工序模、复合模、级进模。

（1）单工序模在压力机的一次行程中，只完成一道冲压工序的模具。

（2）复合模只有一个工位，在压力机的一次行程中，在同一工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具。

（3）级进模（也称连续模）在毛坯的送进方向上，具有两个或更多的工位，在压力机的一次行程中，在不同的工位上逐次完成两道或两道以上冲压工序的模具[2]。

一套模具一般都有固定和活动两部分组成。

固定部分是用压铁、螺栓等紧固件固定在冲床的工作台上，称为下模；活动部分是紧固在冲床的滑块上，称为上模。

上模随着滑块作上、下往复运动，从而对板料进行冲压。

一套模具根据其复杂程度不同，可由几个或几十个零件组成，根据模具零件的作用，可分成以下五种类型的零件：

（1）工作零件

工作零件是直接完成冲裁工作的零件，如凹模、凸模、凸凹模等，这是模具中不可缺少的部分。

（2）定位零件

定位零件是确定条料或坯料在模具中的正确位置的零件，如挡料销、导料销、导正销、定位板、侧刃、导尺、侧压板等等。

（3）卸料、推件零件

卸料、推件零件是冲裁后，将工件和废料排除，以保证下一次冲裁顺利进行的零件。

如卸料板、推件块、废料切刀等等。

（4）导向零件

导向零件是保证上、下模之间有准确相对位置的零件，如导柱、导套、导板等。

（5）联接固定零件

联接固定零件是将凸、凹模固定于上、下模座上，以及将上、下模固定在压力机上的零件，如上、下模座、模柄、固定板、垫板、螺钉、销钉等。

随着我国制造业的高速发展，产品质量要求的不断提高，冲压模具呈现出复杂化、大型化、精密化的发展趋势，级进模的应用比例不断增加。

这主要因为级进模相对于其它的冲压模具，如单冲模、复合模等具有生产率高，产品精度高的特点。

级进模是一种精密、高效、复杂的冲压模具，它是一种在压机的一次行程中可以在一副模具上的不同区域完成多道冲压成形的工序，从而提高了生产效率，同时保证了零件的高定位精度。

目前，在自动冲床上用级进冲裁模或组合冲模加工转子、定子板，或者应用于插接件作业，已是众所周知的冲压技术；级进模在车身制造中也开始得到越来越广泛的应用，级进组合冲模以其生产率高、材料利用率高、综合生产成本低等特点在美国汽车工业中得到了普遍应用。

用级进模直接把卷材加工为成型零件，省去了用多工位压力机和成套模具生产所必需串接的板材剪切、涂油、板坯运输等后续工序。

它不需要预先进行板料剪切，与多工位压力机上使用的阶梯模相比，可节约成本约30%。

1.2冲压模的发展

塑性成形技术具有高产、优质、低耗等显著特点，已成为当今先进制造技术的重要发展方向。

据国际生产技术协会预测，21世纪，机械制造工业零件粗加工的75%和精加工的50%都采用塑性成形的方式实现。

工业部门的广泛需求为塑性成形新工艺新设备的发展提供了强大的原动力和空前的机遇。

金属及非金属材料的塑性成形过程都是在模具型腔中来完成的。

因此，模具工业已成为国民经济的重要基础工业。

新世纪，科学技术面临着巨大的变革。

通过与计算机的紧密结合，数控加工、激光成型、人工智能、材料科学和集成制造等一系列与塑性成形相关联的技术发展速度之快，学科领域交叉之广泛是过去任何时无法比拟的，塑性成形新工艺和新设备不断地涌现，掌握塑性成形技术的现状和发展趋势，有助于及时研究、推广和应用高新技术，推动塑性成形技术的持续发展。

实施塑性成形技术的最终形式就是模具产品，而模具工业发展的关键是模具技术进步，模具技术又涉及到多学科的交叉。

模具作为一种高附加值产品和技术密集型产品，其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一。

1.3现代模具工业的发展趋势

传统的模具制造技术，主要是根据设计图纸，用仿型加工，成形磨削以及电火花加工方法来制造模具。

而现代模具不同，它不仅形状与结构十分复杂，而且技术要求更高，用传统的模具制造方法显然难于制造，必须借助于现代科学技术的发展，采用先进制造技术，才能达到它的技术要求，当前，整个工业生产的发展特点是产品品种多、更新快、市场竞争剧烈。

为了适应市场对模具制造的短交货期，高精度、低成本的迫切要求，模具将有如下发展趋势:

（1）愈来愈高的模具精度。

10年前，精密模具的精度一般为5μm，现在已达2～3μm，不久1μm精度的模具即将上市。

随着零件微型化及精度要求的提高，有些模具的加工精度要求在1μm以内，这就要求发展超精加工。

（2）日趋大型化模具。

这一方面是由于用模具成形的零件日渐大型化，另一方面也是由于高生产率要求的一模多腔（现在有的已达一模几百腔）所致。

（3）扩大应用热流道技术。

由于采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节约制件的原材料，因此热流道技术的应用在国外发展较快，许多塑料模具厂所生产的塑料模具50%以上采用了热流道技术，甚至达到80%以上，效果十分明显。

热流道模具在国内也已生产，有些企业使用率上升到20%～30%。

（4）进一步发展多功能复合模具。

一副多功能模具除了冲压成形零件外，还担负着叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，这种多功能复合模具生产出来的不再是单个零件，而是成批的组件，可大大缩短产品的生产及装配周期，对模具材料的性能要求也越来越高。

（5）日益增多高挡次模具。

大致可分三个层次，一是用于汽车、飞机、精密机械的微米级（μm）精密加工;二是用于磁盘、磁鼓制造的亚微米级（0.01μm）精密加工;三是用于超精密电子器件的毫微米级（0.001μm）精密加工。

目前，超精密加工已进入纳米级（011～100nm）精度阶段。

这将使模具的技术含量不断提高，使中、高档模具比例将不断增大。

（6）进一步增多气辅模具及高压注射成型模具。

随着塑料成形工艺的不断改进和发展，为了提高注塑件质量，气辅模具及高压注射成型模具将随之发展。

（7）增大塑料模具比例。

随着塑料原材料的性能不断提高，各行业的零件将以塑代钢，以塑代木的进程进一步加快，使塑料模具的比例日趋增大。

同时，由于机械零件的复杂程度和精度的逐渐提高，对塑料模具的制造要求也越来越高。

（8）增多挤压模及粉末锻模。

由于汽车、车辆和电机等产品向轻量化发展，如以铝代钢，非全密度成形，高分子材料、复合材料、工程陶瓷、超硬材料成形和加工。

新型材料的采用，不仅改变产品结构和性能而且使生产工艺发生了根本变革，相应地出现了液态（半固态）挤压模具及粉末锻模。

对这些模具的制造精度要求是高的。

（9）日渐推广应用模具标准化。

模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期，且还能提高模具的质量和降低模具制造成本。

因此，模具标准件的应用在“十五”期间必将得到较大的发展。

（10）大力发展快速制造模具。

目前是多品种小批量生产时代，21世纪，这种生产方式占工业生产的比例将达到75%以上。

由此，一方面是制品使用周期缩短，另一方面花样变化频繁，要求模具的生产周期愈短愈好。

因此，开发快速成型模具将越来越引起人们的重视和关注。

1.4精密多工位级进模的发展

标志着冲模技术先进水平的高精度多工位级进模具有结构复杂、制造难度大、精度高、寿命长及生产效率高等特点，是我国重点发展的精冲模具品种。

从制品来看，有引线框架多工位级进模、彩管电子枪零件多工位级进模、空洞器翅片多工位级进模、电子零件多工位级进模、接插件多工位级进模、电器芯片多工位级进模、微型壳片多工位级进模、电机铁芯自动叠片多工位级进模等。

从制品和模具水平来分析，模具的复杂程度、制造精度、使用寿命和性能、制品质量及外观等，均有较大进步，已达到或接近国际水平[3]。

主要表现在以下几个方面:

（1）模具CAD/CAM技术得到普遍采用，提高了模具设计质量，缩短了模具设计时间，结构上形成规范化、典型化、标准化。

模具制造技术已基本实现数控化，应用数控铣床、数控加工中心、数控低速走丝线切割机、数控坐标磨床、数控光学曲线磨床等精密数控设备和精密制造技术，已成为加工凸模、凹模及高精度零件的主要手段，保证了精度和质量，并加快了制造周期。

（2）模具的综合性能已达到较高水平，有代表性的是集机电技术一体化的电机铁芯自动叠片硬质合金级进模，主要零件制造精度达2μm，步距精度在3μm内，拼块精度1μm，双回转精度1°，表面粗糙度Ra0.10～0.40μm。

模具在高速冲床上使用，具有自动冲压、叠片、扭槽、分组、回转等功能，冲制出成批的铁芯组合件，替代了单片零件。

模具总寿命可达1亿冲次以上。

（3）模具的制造周期逐步缩短，现代模具制造技术进一步得到推广应用，标准化程度逐步提高，使高精度多工位级进模的制造周期逐步缩短，大型模具的制造周期4个月、中型的3个月、小型的2个月。

制造周期已达到国外同类模具的水准。

（4）我国设计制造的精密多工位级进模与国外同类模具相比，从模具结构、制造精度、制造周期、使用寿命等指标来衡量，水平已相当或接近，而价格则为进口模具的1/3左右，完全可以替代进口，具有很强的市场竞争力。

精密多工位级进模的发展趋势与市场的发展要求密切相关。

近几年，从电机铁芯自动叠片硬质合金级进模的发展趋势来看，主要特点如下:

（1）模具向大型化发展。

这一方面是由于用单排级进模成形的制品要求向双排级进模发展，进一步提高生产效率和材料利用率，另一方面是用模具成形的制品日渐大型化所致。

模具也日趋大型化，市场需求份额的比例将逐步增大。

（2）模具技术向更高层次发展。

单排多工位级进模技术向大型双排多工位级进模技术发展，这在模具结构、制造精度、制造难度及总体技术水平等方面都有一定的难度。

大型双排多工位级进模技术水平将向更高层次发展和提升。

（3）模具功能向全方位发展，双排扭槽叠片、双排直槽叠片，大回转叠片、双回转叠片等功能，将随着市场的发展，得到广泛应用，制品精度将进一步提高。

（4）模具的电子监视及控制技术向实用简易发展，以监控制品生产有序进行。

精密多工位级进模与国外模具的差距:

（1）模具使用寿命与国外先进水平相比，约低一个档次。

（2）模具在高速运行生产中的可靠性与国外模具相比，有一定差距。

（3）模具材料品质、表面处理手段和标准化程度方面，也存在着较大的差距。

1.5课程研究任务

本论文主要运用Cad绘图软件进行连接板的级进模设计。

通过工艺分析、排样方案设计、冲孔落料、弯曲等工位的计算，设计出一套模具，绘制总的装配图。

第2章工艺性分析与工艺方案制定

2.1零件图

图2-1零件为一电器整件的连接板零件图。

图2-1连接板零件图

Fig.2-1Thepartofconnectboard

2.2工艺性分析

该零件材料为SECC-SV-0.5mm镀锌钢板。

具有良好的力学性能，可以进行冲裁、弯曲等成型工序。

抗拉强度为270-380N/mm2，伸长率δ≥30。

该零件厚度为0.5mm，长度和宽度都较小，属于精密冲裁，要求尺寸精度比较高。

零件图上有些尺寸未标注公差，按照IT14级处理，零件公差按IT10级计算。

零件中间为Z字形弯曲，可以一次成形。

综上所述，该零件具有良好的冲压成形工艺性，可以冲压成形。

2.3工艺方案制定

该零件为Z字形弯曲成型件，冲件的三个R1.35mm孔及一长方形孔与中心基准轴线的位置尺寸精度要求较高。

而Z形弯曲只可采用一次成形的冲压方法。

为保证零件的孔距尺寸精度，两个R1.35孔与长方形孔必须在冲件弯曲成形后再一起冲出。

如采用单工序的冲压方式，无论工序排列还是工序间定位形式的选择都较难达到在批量生产中冲件质量的一致性。

为适应批量生产及保证冲件尺寸精度的一致性，采用级进模的生产方式更为合理。

因冲件材料较薄，而冲件中间部位为非封闭轮廓型孔，在其外侧部分已冲切后再采用一次冲切中间型孔易产生冲裁后的局部外形变形。

经分析，应采用在前面工序中先预冲出一个

4mm圆孔，然后再在后面工序中冲切中间部位异形孔。

2.4毛坯尺寸计算

2.4.1零件排样设计

冲裁件在条料、带料或料板上的布置方法叫做排样。

排样合理就能用同样的材料冲出更多的零件来，降低材料消耗。

大批量生产时，材料费用一般占冲裁件的成本60%以上。

因此，材料的经济利用是一个重要问题，特别对贵重的有色金属。

排样的合理与否将影响到材料的经济利用、冲裁质量、生产率、模具结构与寿命、生产操作方便与安全等[4]。

确定排样方案时，进行了冲件展开后的直排排列与偏转8°后的排列形式的比较。

如图2-2所示，条料的宽度为46.5mm，一个间距为31mm，材料利用率为58%。

图2-2直排排列

Fig.2-2Straightchart

图2-3偏转8°后排列

Fig.2-3Thechartslanting8°

另一种排样方案如图2-3所示，条料的宽度为45mm，一个进距为27mm，料宽45mm，材料利用率为812÷1212=67%。

比图2-2的利用率提高了9%。

所以采用斜排8°后的排样方式。

针对冲件Z形弯曲成形的特点，结合考虑到中间部位型孔需分解成2个工位冲切，而在冲件下端又有一小弯曲成形，冲件上半部分外形与小弯曲部分外形必须先冲切出来。

条料在进行连续不断的局部外形冲裁后与条料的连接逐步减少，为使条料在浮离凹模平面后的连续向前送进过程中有较好的连接强度和送进的平稳性，排样方案采用了以冲件本体为单侧载体的形式。

小弯曲部位的外形冲裁采用局部“冲型孔”的冲切方式。

保证了载体的强度不受到影响。

为不使材料利用率降低太多，而又要确保条料连续送进的定位精度要求，精定位导正钉孔一排设置在单侧载体部位，另一排导正钉孔设置在靠近冲件冲切局部外形的边缘，导正钉直径确定为Φ3mm。

排样设计时，在冲出两导正钉孔的同时，各工序间的排列顺序是:

先冲出精度要求高的1个Φ2.7mm孔和需弯曲成形部位的局部外形冲切。

中间部位异型孔与局部外形冲切分解在三个工位中冲裁，以保证凸、凹模等模具主要工作零件的强度与刚度。

为减少工序，冲件下端的向上弯曲成形与Z形弯曲在同一工序部位冲压成形。

排样时为避免工序间、模具成形零件间安装位置的干涉，在第5工位设置了一空工位。

在第6工位进行Z形大弯曲的同时进行右下端的小弯曲成形。

为使模具冲压工位间的间距更为紧凑，在紧邻成形工位后即设置了载体与冲件的分离工序。

综上具体工位安排如下：

第一步冲导正钉孔、预冲孔、局部外形冲切；

第二步冲型孔、局部外形冲切；

第三步冲型孔、局部外形冲切；

第四步局部外形冲切；

第五步设为空工位；

第六步Z形弯曲；

第七步冲3个孔、零件外形与载体冲切分离。

综上，可以得到零件的排样如图2-4所示

图2-4排样图

Fig.2-4Layoutdrawing

第3章级进模设计

级进模是这样一种模具，在其模座上按工序设计设置了所需的多个工位，最少为两工位，可以是落料、冲孔、弯曲、拉深等各种功能。

工作时从第一工位开始，压力机在有送料配合的情况下，每行程一次只完成一个中间冲压工序，待逐一轮完成全部工位后，才得到一个完整的冲压制件，并从此开始进入稳定生产，压力机每行程一次，即获得一个成品制件，直至整卷条料用完。

级进模也称连续模或跳步模。

级进模有如下特点：

（1）级进模是连续冲压的多工序冲模。

在一副模具内可以包括冲裁、弯曲、成形、拉深等多道工序内容。

（2）由于级进模是将工序分散开来，而不是集中在一个工位上，所以不存在类似复合模的“最小壁厚”问题，一般，模具强度相对较高，寿命较长。

（3）在级进模上所产生的冲压制件和废料，多数都取下漏方式排出，从而为安装在高速压力机上使用提供了必要条件。

（4）级进模是以卷料或带料为原材料的，可方便实现自动送料、自动出料、自动叠片等功能，从而实现冲压自动化生产。

（5）从生产投入和管理的角度看，采用级进模冲压，可减少设备和模具的数量，从而减小车间的占地面积，省取半制品的运输和存储。

（6）从安全生产的角度看，由于级进模必定配有自动送、出料装置，先进一些的级进模还配有故障监测等安保装置，一般不需人手进入危险区工作，因而大大提高了安全性。

（7）级进模的结构比较复杂，对制造精度要求高，一般生产周期长，成本较高，维护也比较困难[5]。

3.1成形力计算

3.1.1冲孔落料力计算

根据二维Autocad得知，L=108.044mm

厚度t=0.5mm

抗拉强度

b=300MPa

F冲孔=L冲孔t

b=108.044×0.5×300=16206.6N

F落料=L落料t

b=151.827×0.5×300=22774.05N

总的冲裁力为F冲=F冲孔+F落料=16206.6+22774.05=38980.65N[6]

F推=K推F=0.063×38980.65=2455.78N

F卸=K卸F=0.055×38980.65=2143.9N

所以总的冲压力为：

F总=F冲+F推+F卸=38980.65+2455.78+2143.9=43580.33N

3.1.2弯曲力计算

该零件是Z形弯曲模，弯曲力计算公式为：

式中：

F1—材料在冲压行程结束时的自由弯曲力。

b—弯曲件的宽度。

t—弯曲件的厚度。

r—弯曲件的内弯曲半径。

σb—材料的抗拉强度。

K—安全系数，一般取K=1.3。

因带有顶件装置，故顶件力：

所以总的成形力为：

3.2冲压设备的选择

根据冲压力F=43580.33N，选定压力机型号为：

J23-6.3。

其基本参数如下：

公称压力：

63KN

公称压力行程：

3.5mm

工作台尺寸（前后）：

315mm

工作台尺寸（左右）：

200mm

模柄孔尺寸：

Φ30×50（mm）

3.3凹模外形尺寸确定

根据手册得，凹模高：

凹模壁厚：

所以凹模周界：

所以，L=250mm，B=160mm

3.4凸、凹模刃口尺寸计算

对于此类薄料冲裁件的冲裁，为保证凸、凹模之间一定的间隙值，一般采用配合加工。

此方法是先加工好其中的一件作为基准件，然后以此基准件为标准来加工另一件，使它们之间保持一定的间隙。

这种加工方法的特点是：

（1）模具间距是在配制中保证的，因此不需要校核

，所以加工基准件时可以适当放宽公差，使其加工容易。

（2）尺寸标注简单，只需要在基准件上标注尺寸和公差，配制件仅标注基本尺寸并注明配做所留间隙值。

由于形状复杂工件各部分尺寸性质不同，凸模与凹模磨损情况也不同，有变大的、变小的、不变的，必须对有关尺寸进行具体分析后，按前述尺寸计算原则区别对待。

3.4.1冲孔凸、凹模刃口尺寸

对零件图上公差按IT10级选取[8]。

（1）变小的尺寸

、

、

、

、

、

、

、

、

（2）变大的尺寸

、

（3）不变的尺寸

、

、

、

、

、

、

、

当制件的尺寸为

时

当制件的尺寸为

时

当制件的尺寸为时

时

3.4.2落料凸、凹模刃口尺寸

（1）变小的尺寸

（2）变大的尺寸

、

、

、

、

、

3.5模具的总体设计

模具结构及总装设计如图3-1所示。

因采用冲件的本体为载体，冲件间的连接强度较好。

导料系统采用双排对称设置的Φ6mm带槽浮顶导料柱。

凹模采用整体结构的形式，在Z形成形凹模及最后冲制三型孔的凹模部位，均采用了镶块的结构形式，以便于模具成形尺寸的调整和模具磨损后的修理与更换。

冲件的Z形弯曲与右下端的向上小弯曲合用同一成形顶块，冲压时卸料