弹簧卡冲压模具设计毕业论文.doc
《弹簧卡冲压模具设计毕业论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《弹簧卡冲压模具设计毕业论文.doc（41页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
南京工程学院
毕业设计说明书（论文）
作者：
XXX学号：
07070XXXX
学院（系、部）：
XXXX学院
专业：
材料成型及控制工程（模具设计）
题目：
弹簧卡多工位级进模设计
指导者：
评阅者：
2011年5月南京
第II页
毕业设计说明书（论文）中文摘要
本文介绍了一种利用侧刃初定位、导正销精定位的多工位级进模。
在分析弹簧卡零件冲压工艺的基础上,详细对比了零件的几种排样方案和冲切刃口的设计以及模具总体结构设计和主要零部件的设计。
列举了零件的毛坯进行展开、冲压工艺的计算以及凸模强度的校核等过程，最终确定了本模具设计方案；本文所介绍的级进模共有12个工位，其成形的工序主要包括落料、冲孔、弯曲等；为了保证模具在工作时不发生干涉，在设计时应予以综合考虑；在文章的最后简单的介绍了级进模材料的选用及热处理并且详细列出了压力中心的计算过程。
关键词弹簧卡级进模排样模具设计
TitleDesignofmulti-stationprogressivedieforspringclinch
Abstract
Aprogressivediethatisguidedbypitchpunchroughlyandbythepilotpinexactlywasdesigned.Basedontheanalysisofstampingprocessoftypicalspringclinch,comparedindetailsomekindsofstocklayoutandthedesignofcuttingedgeandtheoverallstructureofthedieandthedesignofthemainpartsofthedie.Listedparttheblankexpand,thecalculationofstampingprocessandcheckthestrengthofsuchpunchprocess,Finalizedthedesignofthemold.TheprogressivediehadTwelvestations.Theformingprocesscontainedblanking,Punching,bendingandsoon;Inordertoensurenoninterventionofthedieinworking,theformingprocessmustbeconsideredsynthetically.Finally,theselectionandheattreatmentofdiematerialandthecomputationalprocessofpressurecenterwerediscussedindetail.
Keywordsspringclinchprogressivediestocklayoutdiedesign
毕业设计说明书（论文）外文摘要
南京工程学院毕业设计说明书（论文）
目录
前言 1
第一章弹簧卡介绍及冲压工艺性分析 3
1.1弹簧卡零件图的绘制 3
1.1.1弹簧卡二维零件图 3
1.1.2弹簧卡三维零件图 3
1.2弹簧卡工艺设计 4
1.2.1工艺分析 4
第二章排样设计 7
2.1概述 7
2.2毛坯排样 7
2.2.1毛坯排样 7
2.2.2搭边 8
2.2.3步距 9
2.2.4条料的宽度 9
2.2.5材料利用率 9
2.3冲切刃口设计 10
2.4轮廓分解时分段搭接头应注意的问题 10
2.5工序排样 10
2.5.1工序排样类型 10
2.5.2载体设计 11
2.5.3条料定位方式 11
2.6工序排样 11
2.7条料尺寸及步距精度 13
第三章工艺计算和设备选择 14
3.1冲压力的计算 14
3.1.1冲裁力的计算 14
3.2弯曲力的计算 15
3.3卸料力的计算 15
3.4卸料弹簧的选用 15
3.5确定压力中心 16
3.6凸、凹模刃口尺寸的计算 16
3.6.1凸、凹模刃口尺寸的计算原则 16
3.6.2刃口尺寸计算方法 16
3.8设备的选择 20
3.8.1完成各种工序所需的压力 20
3.8.2压力机的校核 21
第四章模具设计 22
4.1模具结构概要设计 22
4.1.1模具基本结构形式 22
4.1.2模具基本尺寸 23
4.1.3模架的选定 23
4.2模具工作零件设计 23
4.2.1模具零件的连接 23
4.2.2模板类零件的连接 24
4.3卸料机构的设计 24
4.3.1卸料板的安装形式 24
4.4导料与定距机构 25
4.4.1导料装置 25
4.4.2定距装置 25
4.5安全机构设计 25
4.6弹簧卡模具非成型零件的设计 26
4.7模具零件选材 26
4.8弹簧卡模具装配图 28
4.8.1模具的工作原理 28
4.8.2模具闭合状态时的结构图 28
第五章级进模制造 31
5.1级进模零件加工工艺 31
5.2级进模装配技术 32
第六章结论 33
致谢 34
参考文献 35
第35页
前言
随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，我国成为世界制造业的中心，电子信息技术中的电子元器件和汽车部件越来越多的成为中国制造，而模具是机械、电子、汽车、家电等工业产品的基础，是现代工业的重要工艺设备，作为工业基础，模具的质量、精度、寿命对其它工业的发展起着十分重要的作用，因此它在国民经济中占有越来越重要的地位。
近年来，许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新和发展，一些传统多副冲模分序冲制的中小型复杂冲压件的冲压工艺正越来越多地采用多工位级进模成形所取代。
级进模，也叫连续模，由多个工位组成，各工位按顺序关联完成不同的加工，在冲床的一次行程中完成一系列的不同的冲压加工。
一次行程完成以后，由冲床送料机按照一个固定的步距将材料向前移动，这样在一副模具上就可以完成多个工序，一般有冲孔，落料，折弯，切边，拉伸等等。
级进模的特点：
1.级进模是多任务序冲模,在一副模具内,可以包括冲裁,弯曲成型和拉伸等多种多道工序,具有很高的生产率;
2.级进模操作安全;
3.易于自动化;
4.可以采用高速冲床生产;
5.可以减少冲床,场地面积,减少半成品的运输和仓库占用;
6.尺寸要求机高的零件,不宜使用级进模生产.
级进模对零件的基本要求:
1.零件较小;
2.批量大;
3.料厚较薄（0.08~2.5mm）;
4.材质较软;
5.形状较复杂;
6.贵重金属不宜（利用率较低）;
7.精度过高不宜（IT10级以下）.
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个工位就算多了。
近年来由于对冲压自动化、高精度、长寿命提出了更高的要求，模具设计与制造高新技术的应用与进步，工位数已不再是限制模具设计与制造的关键。
冲压次数也大大提高，有原来的每分钟冲几十次，提高到每分钟冲几百次，级进模的重量亦有过去的几十公斤增加到几百公斤，直至上吨。
冲压方式有早期的手工送料、手工低速操作，发展到如今的自动、高速、安全生产。
模具的总寿命由于新材料的应用和加工精度的提高，也不是早先的几十万次，而是几千万次，上亿冲次。
当然级进模的价格和其它模具相比要高一些，但在冲件总成本中，模具费所占的比例还是很少很少。
由此可见，多工位级进模是当代冲压模具中生产效率高、适合大量生产应用的一种高效、高速、高质的实用模具。
第一章弹簧卡介绍及冲压工艺性分析
1.1弹簧卡零件图的绘制
1.1.1弹簧卡二维零件图
利用AutoCAD绘图软件绘制如图1.1所示的二维零件图。
图1.1零件二维图
1.1.2弹簧卡三维零件图
利用UG6.0绘图软件绘制如图1.2所示的三维零件图。
图1.2零件三维图
1.2弹簧卡工艺设计
1.2.1工艺分析
1.零件的简单介绍
弹簧卡所用材料为08F,材料厚度为0.15mm，弯曲半径为0.3mm。
零件的主体形状为方形，切边以后两边成对称弯曲，根据零件的形状特点，零件需要切边、冲孔、弯曲等工序才能完成。
零件的技术要求为冲裁断面整齐、边缘无毛刺，该零件大批量生产，要求设计级进模结构。
2.确定零件的基本冲压工序
图1.1所示零件为一圆形带孔弯曲件，其冲压工序分析如下：
（1）冲孔及切边
（2）弯曲
（3）落料
3.毛坯展开
按照弯曲毛坯展开的原则进行计算，图1.3为该零件毛坯展开的二维图。
图1.3展开毛坯图
该零件的主要成形工序有：
冲裁、弯曲，冲裁在零件的毛坯展开中可不予考虑，故毛坯展开时只须考虑弯曲部分，该零件的弯曲部分圆角半径满足，这类弯曲件的展开长度是根据弯曲前、后中性层长度不变的原则进行计算的。
其展开长度等于直线部分的长度和弯曲部分中性层展开长度之和。
具体计算步骤如下：
（1）计算出各直线段的长度。
（2）根据，查出中性层位移系数X的值。
（3）计算中性层弯曲半径。
（4）根据、…与弯曲中心角、…计算、…弧的展开长度：
（1.1）
（1.2）
（5）计算毛坯总长度
本零件的厚度为0.15mm，弯曲内圆角半径r=0.3mm，查《冲压工艺与模具设计》，120页，表3.3，得x=0.38
经计算，r=0.3mm的弯曲部分l=0.56mm
水平方向直边长度为12.6mm
垂直方向直边长度为16.2mm
弯曲部分展开的总长度
水平方向总长度为13.72mm
垂直方向总长度为17.88mm
3.分析零件冲压工艺性
图中零件尺寸未注公差的按惯例取为IT12级，符合一般级进冲压的经济进度要求。
材料为08F，是沸腾钢，含碳量为万分之八，08F钢强度、硬度很低，而塑性、韧性极高，具有良好的冷变形性和焊接性，正火后切削加工性尚可，退火后导磁率较高，剩磁较少，但淬透性、淬硬性极低。
故冷加工时，应采用消除应力热处理，或水韧处理，防止冷加工断裂。
08F钢的塑性很好，主要用来制造冷冲压件。
锰的在钢中起到增加弹性强度的作用，因此在符合要求的情况下，含量可以有偏差。
外形落料形状不太复杂，属小尺寸零件，料厚0.15mm，尺寸精度要求一般，因此可用冲裁落料工艺；所冲孔径最小为2mm满足的要求，所冲裁的圆角半径R的最小值也满足要求，且孔边距离较大，因此可用普通冲孔方法得到，亦可安排在弯曲前冲；图示有两个弯角，两边呈对称弯曲，弯曲内侧半径都为0.3mm，经查表该种材料在退火或正火后的最小弯曲半径为0.4t，均大于最小弯曲半径，每个弯角都可以一次弯曲成功；综上所述，该零件主要冲压工序的工艺性良好。
4.拟订冲压工艺方案
该零件所需的基本冲压工序为冲裁、弯曲和去毛刺等，可以拟订出如下三种方案：
方案一：
用简单模进行加工，即落料—冲孔—弯曲；
方案二：
用复合模进行加工，即首次冲孔落料复合，弯曲；
方案三：
采用级进模冲制。
采用方案一，生产率低，工件尺寸的积累误差大，操作不方便，不安全。
因此该方案不适合。
采用方案二，生产效率较方案一有所提高，但仍需多副模具，分多次加工且模具结构复杂，因此这种方案不是最佳方案。
采用方案三，既可以得到较高的生产效率，又避免了操作不便、不安全，同时又能保证工件的精度要求，因此方案三是本零件成形的最佳方案。
第二章排样设计
2.1概述
排样，顾名思义，就是图样的排列。
在多工位级进模设计中，排样的目的旨在确定从毛坯材料转变为产品零件的工序过程。
级进模冲压件的排样设计是级进模结构设计的基础，是级进模设计的重要组成部分，排样图的好坏，直接影响到级进模结构及制模工艺性，模具制造周期与模具制造成本、冲件质量及材料利用率以及冲件生产成本。
排样图设计一旦有错误，会导致制造出来来的模具无法冲出合格制件而将整副模具报废。
因此，在进行多工位级进模排样设计时，一定要仔细、反复思考后，可以确定几种不同方案，进行分析比较，与有经验的模具工作者多研究讨论，得出一个最优化的方案。
2.2毛坯排样
毛坯排样就是确定冲压件毛坯外形在条料上的截取方位及与相邻毛坯的关系。
在冲压零件的成本中，材料费用占有相当大得比例。
因此，合理排样对提高材料利用率、降低产品成本具有重要意义。
同时，毛坯排样又是级进模工步排样的主要前导，因此最佳排样方案的获取非常重要。
2.2.1毛坯排样
典型的毛坯排样有如下三种，如图2.1所示。
（b）
（a）
（c）
图2.1毛坯排样
第一种方案要求的条料宽度较小，模具宽度也小，但模具长度会较长，弯曲部分在弯曲前的切边量也比较大，由于该制件的尺寸较小，初步拟定采用导料板进行导料，该方案弯曲部分两边切边量比较大，条料两侧变形比较严重。
第二种方案为斜排，将制件旋转一定的角度，由于弯曲部分切边量比较大，而且送进步距小，但该种方案是以毛坯的最大轮廓为横向排样的，条料比较宽，此方案材料浪费较严重，并且模具比较难加工，增加了生产成本较，不能做到经济生产。
第三种方案较前两种方案更易于实现复杂弯曲工序，模具结构更简单，同时有利于提高生产效率，送进步距相对一、二两种方案来得更少，经综合考虑，拟选用第三种方案。
2.2.2搭边
搭边是指排样时毛坯外形与条料侧边及相邻毛坯外形之间设置的工艺余料。
搭边的作用是保证毛坯从条料上分离，补偿由于定位误差使条料在送进过程中产生的偏移所需要的工艺余料。
搭边分为侧搭边和中心搭边。
搭边的基本要求是要有足够的强度，而搭边的强度主要由搭边宽度决定。
根据第三种排样方案，初步选用中间载体进行运载条料，中间载体和单载体类似，它是在条料中间留出一定宽度的材料运载工序件，中间载体比单载体更节省材料。
中间载体宽度可根据零件的特点灵活掌握，但不小于单载体的宽度。
单载体尺寸如图2.2所示。
图2.2单载体尺寸
根据上表所提供的数据选取A=4mm，初定整副模具定位方式为侧刃与导正销混合使用，经查表可以得出侧刃切去的余料宽度,根据条料厚度查得侧刃切边量为2mm。
2.2.3步距
步距指冲压过程中条料每次向前送进的距离，其值为排样时沿送进方向两毛坯之间的最小距离值。
步距可定义为:
（2.1）
S=L+a
s—冲裁步距
L—沿条料送进方向，毛坯外形的最大宽度值
a—沿送进方向的搭边值
本设计中冲裁步距S=15mm。
2.2.4条料的宽度
条料宽度指根据排样结果确定的毛坯所需条料宽度方向的最小尺寸。
理论上条料宽度可按下式计算：
（2.2）
B—条料宽度的理论值
D—垂直于送进方向毛坯的最大轮廓尺寸，它随毛坯排样方位变化
B—侧搭边值
本设计中B=16.5+4+4=24.5mm。
2.2.5材料利用率
材料利用率定义为
（2.3）
A—代表产品毛坯外形所包容面积；
B—代表条料宽度；
S—代表冲裁步距；
2.3冲切刃口设计
在级进模设计中，为了实现复杂零件的冲压或简化模具结构，一般总是将复杂的外形和内形孔分几次冲切。
冲切刃口外形的设计就是把复杂的外形轮廓和内形轮廓分解为若干个简单几何单元，各单元又通过组合和补缺等构成新的冲切轮廓的工艺设计过程。
由于零件的两端有弯曲，因此在弯曲之前必须将带弯曲的部分与条料分离，而其余部分又必须与条料相连，以保证实现级进冲压，因此设计的外形冲切刃口如图2.3所示。
图2.3外形冲切刃口设计
2.4轮廓分解时分段搭接头应注意的问题
内外轮廓分解后，各段之间必然要形成搭接头，不恰当的分解会导致搭接头处产生毛刺、错牙、尖角、塌角、不平直和不圆滑等质量问题。
工件外形冲裁采用分段切除余料的方式来设定工序，避免了尖角位置产生应力集中，方便了凸模、凹模的制造加工，提高了使用强度。
同时，采用“过切”方式，避免了产生毛刺、尖角，保证制件的精度。
2.5工序排样
2.5.1工序排样类型
根据零件的冲压要求，由于含有弯曲工序，所以本零件的冲压不适用选落料型工序排样。
考虑到零件最后冲压完成后出件，选切型工序排样。
2.5.2载体设计
载体就是级进模冲压时条料上连接工序件并将工序件在模具上稳定的送进部分材料，为运载条料上的工序件至后续工位而设计的。
载体必须要有足够的强度能平稳的将工序件送进。
一旦载体发生变形，条料的送进精度就无法保证，甚至阻碍条料送进和造成事故，损坏模具。
设计中采取双排对称弯曲，再切断。
有效防止了弯曲时材料的偏移，消除了模具在冲压时的侧向力，载体宽度为4mm。
2.5.3条料定位方式
由于多工位级进模将产品的冲压加工工序分布在多个工位上顺次完成，要求前后工位上工序件的冲切刃口能准确的衔接、匹配，这就要求工序件在每一工位都能准确定位，因此级进模必须有可靠准确的手段用于工序件准确位置的控制。
条料送进方向：
送进步距控制用侧刃进行粗定位，导正销进行精定位。
为了确保条料的定位精度，选用带有导向的侧刃。
零件冲压方向：
本零件涉及的弯曲工序，采用的浮顶机构工作可靠协调。
导正方式：
为了保证零件上孔的精度，采用间接导正。
导正孔布置在中间的载体上。
参考表2.1，导正孔直径取2.0mm。
表2.1导正孔直径mm
2.6工序排样
工序排样是级进模冲压排样中的最后一步，是在毛坯排样和冲切刃口设计的基础上进行的。
（1）工序排样的遵循原则
（2）工序排样要保证产品零件的精度和使用要求。
（3）工序应尽量分散，以提高模具寿命，简化模具结构。
（4）合理安排各工序，使压力中心尽可能与模具几何中心接近。
（5）同一工位各冲切凸模应设计应尽量设计为相同的高度，便于刃磨。
（6）冲孔在前，外形冲切和落料在后。
（7）为保证条料送进步距精度，第一工位安排冲切导正孔，第二位设导正销，在其后的各工位上，优先在易窜动的工位上设导正销。
（8）设置空位，可以提高凹模、卸料板和凸模的强度。
（9）工件和废料应顺利排出。
（10）排样方案要考虑模具加工设备条件。
经过以上几方面的设计，综合比较分析后，可确定该零件的冲压工序排样图如图2.4，即零件的冲制用十工位级进模。
第一工位冲导正孔、冲侧刃
第二工位冲条形孔
第三工位冲缺
第四工位冲缺
第五工位弯曲
第六工位空工位
第七工位弯曲
第八工位弯曲
第九工位空工位
第十工位弯曲
第十一工位切断
①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑾
图2.4工序排样图
2.7条料尺寸及步距精度
条料宽度24.5mm
步距15mm
步距精度：
（2.4）
—步距精度；
—制件沿条料送进方向最大轮廓尺寸精度提高3级后的实际公差值（mm）；
n—多工位级进模的工位数；
K—因数，见表2.2。
表2.2因数K
（取=±0.02mm）
所以该零件的步距的对称偏差值为±0.02mm
第三章工艺计算和设备选择
3.1冲压力的计算
3.1.1冲裁力的计算
冲裁在理论上可以近似认为是剪切断裂，所以最大冲裁力可以按板料的抗剪强度来计算。
平刃冲模的冲裁力可以按下式计算：
（3.1）
F—冲裁力（N）
L—零件剪切周长（mm）
t—材料厚度（mm）
—材料抗剪切强度（Mpa）
K—系数。
考虑到模具间隙值的波动及均匀性、刃口的磨损、材料力学性能及厚度的波动润滑情况等因素对冲裁力的值都有影响，故一般取K=1.3
第一工位上的冲裁力：
（冲切导正孔）
（冲切侧刃）
第二工位上的冲裁力：
（冲制条形孔）
第三工位上的冲裁力：
（冲切异形孔）
第四工位上的冲裁力：
（冲方孔）
第十一工位上的冲裁力：
（切断）
综上所述：
14149.706805N
（3.4）
3.2弯曲力的计算
V形弯曲U形弯曲
本零件弯曲内圆角半径都是R=0.3mm，所需要的弯曲力F=340.9575N
3.3卸料力的计算
==
钢的厚度在0.1mm～0.5mm之间时，卸料系数为0.045～0.055，上式中取K=0.05。
3.4卸料弹簧的选用
第一段卸料弹簧的选用
（1）根据模具的安装位置，拟选用8根弹簧，则每根弹簧的负荷为：
（3.5）
这里需要说明一下，按的要求选用弹簧是比较保守的，特别是当卸料力很大时，所选用的弹簧数量过多，这样使模具结构庞大或受模具结构空间限制而使弹簧无法布置。
因此在实践中按，或使来选用弹簧也能满足要求。
（2）考虑到模具结构尺寸，初选弹簧规格为：
（3）弹簧的基本特性：
4.检查弹簧最大压缩量是否满足上述要求：
>7.605mm
故所选弹簧是合适的。
3.5确定压力中心
成形力的合力中心称为压力中心.对于中心模具,压力中心应于模柄中心线大体重合,以保证压力过程中模具各零件受力均衡和工作平稳.如果压力中心不与模柄中心线一致,就会产生偏心力矩,使压力机滑块、导轨、模具的导柱与导套、模具刃口之间发生严重磨损甚至啃伤，使模具过早失效。
模具的压力中心坐标值x（由于采取双排对称排样无需计算y）
（3.6）
（3.7）
经求解得：
x0=58.54mm
3.6凸、凹模刃口尺寸的计算
凸、凹模刃口尺寸精度是否合理，直接影响冲裁件的尺寸精度及合理间隙值是否保证，也关系模具的加工成本和寿命。
3.6.1凸、凹模刃口尺寸的计算原则
计算冲裁凸、凹模刃口尺寸的依据为：
（1）冲裁变形规律，即落料件尺寸与凹模刃口尺寸相等，冲孔尺寸与凸模刃口尺寸相等。
（2）零件的尺寸精度。
（3）合理的间隙值。
（4）磨损规律，如圆形件凹模尺寸磨损后变大，凸模磨损后变小，间隙磨损后变大。
（5）冲模的加工制造方法。
因而计算刃口尺寸时应按下述原则进行。
（1）保证冲出合格的零件
（2）保证模具有一定的使用寿命
（3）考虑冲模制造修理方便、降低成本
3.6.2刃口尺寸计算方法
制造冲模的关键主要是控制凸、凹模刃口尺寸及其间隙合理。
由于模具加工方法不同，凸、凹模刃口尺寸的计算和公差标注也不同。
凸、凹模刃口尺寸的
升级会员 