盖板的多工位弯曲级进模设计.doc

辽宁工程技术大学课 程 设 计题目：盖板的多工位弯曲级进模设计班级： 加工08-3班姓名： 于文诠指导老师： 张丽蓉 完成日期：2012年1月3日一、设计题目（宋体，四号字，加粗）二、原始资料(1) 被加工零件的零件图（草图） 1张(2) 生产类型:中批或大批大量生产三、上交材料(1) 被加工工件的零件图 1张(2) 模具装配图（A0或A1，结合具体零件决定） 1张(3) 模具主要零件图，具体情况结合设计内容，由指导老师指定(4) 课程设计说明书(包含方案选择、设计计算等内容，8000字左右) 1份四、进度安排(参考)(1) 熟悉零件,画零件图 2天 (2) 选择方案,确定模具类型及结构草图 3天(3) 计算分析，画模具装配图及主要模具零件图 7天(4)编写说明书 2天(5) 准备答辩 1天五、指导教师评语 该生设计的全过程表现 ，设计内容反映的基本概念 综合运用知识和分析解决问题能力 ，说明书书写 ，工程绘图图纸表达 ， 外语水平 。综合评定成绩： 指导教师日期摘要本次课程设计我的题目是级进模设计，冲压模具主要是将板料分离或成形而得到制件的加工方法。本次零件共需要冲孔、落料、弯曲等工序，零件为大批量生产，本次的设计目的为通过对简单零件模具的设计来进一步了解模具工作过程以及设计方法，模具的设计与制造主要考虑到模具的设计能否满足工件的工艺性设计，能否加工出合格的零件，以及后来的维修和存放是否合理等。在本次设计中，根据所提供的零件图，分析了冲压成型的工艺性。通过比较各种工艺的优劣，最终确定了其工艺方案；通过具体计算和设计该方案中的各工序的工艺参数，设计并绘制出所需的模具排样图；按照冲压模具设计的一般步骤，计算并设计了本套模具上的主要零部件，如：凸模、凹模、凸模固定板、凹模固定板、卸料板、档料销等。模架采用标准模架，选用了合适的冲压设备。这样设计出的连续模具可保证生产运行平稳可靠，从而提高效率。关键词：级进模；工艺性；冲孔、落料、弯曲AbstractMy project is the progressive die, stamping die mainly to isolated or forming the sheet metal processing methods are workpiece. Because molds are mainly high volume production, and stamping die products can ensure the dimensional accuracy and quality, mold design and manufacture of primary consideration to the mold design can meet the design process the workpiece, can process a qualified parts, and, later, maintenance and storage is reasonable. In this design, not only to consider making the parts to make to meet the job requirements, but also to ensure its service life. The paper analyses the forming technology, compare all merits, according to the provided shaft pats draft, finalizing its technology program, through special calculation and design of process parameters of program, design and draw up drawing for the mold. Stamping die design in accordance with the general steps to calculate and design the sets on the main mold parts, such as: punch, hollowing block, punch plate, die block, stripper plate, barrier pin etc. The standard model planes and suitable punch equipment are chosen. Eventually the stamping die is designed to ensure reliable operation to improve the efficiency.Keyword: progressive die; Technological efficiency; punching；blank；bend ； 目录前言11冲压基础知识21.1冲压方法及分类21.1冲模的发展状况31.1冲模的先进制造工艺及设备52技术分析72.1冲裁件的技术分析72.2经济分析73工件的工艺分析83.1工件的材料83.2工件的结构分析83.3工件的尺寸精度84制定工艺方案84.1工艺方案的分析9 4.1.1技术毛坯尺寸94.2工艺方案的确定95工艺计算95.1排样及材料的利用率105.1.1排样的选用原则105.2冲压力、翻边力、整形力的计算115.3压力中心的技术和冲压设备的选择125.4模具刃口尺寸和公差的确定145.4.1冲裁间隙的确定145.5工作零件的设计145.1凸模的设计155.2凹模的设计175.3凸模的校核17.6.模具主要零件的设计17参考文献19前 言随着科学技术的发展需要，模具已成为现代化不可缺少的工艺装备，模具设计是机械专业一个最重要的教学环节,是一门实践性很强的学科，是我们对所学知识的综合运用，通过对专业知识的综合运用，使学生对模具从设计到制造的过程有个基本上的了解，为以后的工作及进一步学习深造打下了坚实的基础。课程设计的主要目的有两个：一是让学生掌握查阅查资料手册的能力，能够熟练的运用计算机进行模具设计。二是掌握模具设计方法和步骤,了解模具的加工工艺过程。本书是多工位级进模设计说明书，结合模具的设计和制作，广泛听取各位指导老师的意见，经过多次修改和验证编制而成。为了达到设计的规范化,标准化和合理性，本人通过查阅多方面的资料文献，力求内容简单扼要，文字顺通，层次分明，论述充分。其中附有必要的插图和数据说明。本书在编写过程中得到了张丽蓉老师的精心指导和同学们的大力帮助,在此表示衷心的感谢。由于本人是在校生,理论水平有限，实践经验不足，书中难免有不当和错误的地方，敬请各位老师与广大读者批评指正。1、冲压的基础知识1.1冲压方法及分类冲压成型是指在压力机上通过模具对板料金属加压，使其产生分离或塑性变形，从而得到具有一定形状、尺寸和性能要求的工件的加工方法，它是塑性成形加工方法之一，冲压工艺大致可分为分离工序和成形工序（又分弯曲、拉深、成形）两大类。分离工序 被加工材料在外力作用下因剪切而发生分离，从而形成具有一定形状和尺寸的零件，如剪裁、冲孔、切边等。成形工序 被加工材料在外力作用下，发生塑性变形，从而得到具有一定形状和尺寸的零件，如弯曲、拉伸、翻边等。冲压的主要基本工序有落料、冲孔、弯曲和拉深。（1）落料：用冲模沿封闭轮廓线冲切，冲下部分是零件，或为其他工序制造毛坯（2）冲孔：用冲模沿封闭轮廓线冲切，冲下部分是废料（3）弯曲：在冲压生产中，把金属坯料弯折成一定角度或成型的过程，称为弯曲。（4）拉深：利用模具将平板毛坯冲压成开口空心零件或将开口空心零件进一步改变形状和尺寸的一种冲压加工方法。按照冲压时的温度情况有冷冲压和热冲压两种方式。这取决于材料的强度、塑性、厚度、变形程度以及设备能力等，同时应考虑材料的原始热处理状态和最终使用条件。 1.冷冲压金属在常温下的加工，一般适用于厚度小于4mm的坯料。优点为不需加热、无氧化皮，表面质量好，操作方便，费用较低。缺点是有加工硬化现象，严重时使金属失去进一步变形能力。冷冲压要求坯料的厚度均匀且波动范围小，表面光洁、无斑、无划伤等。 2.热冲压将金属加热到一定的温度范围的冲压加工方法。优点为可消除内应力，避免加工硬化，增加材料的塑性，降低变形抗力，减少设备的动力消耗。1.2冲模的发展状况到了21世纪随着计算机软件的发展和进步CADCAECAM技术日臻成熟，其现代模具中的应用越来越广泛。目前我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国民经济需求和世界先进水平相比，仍具有较大的差异，一些大型、精密、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具。目前仍主要依靠进口。而一些低档次的简单冲模，则已供过于求，市场竞争非常激烈。根据中国模具工业协会的统计数据，2009年中国模具进出口总额为3807亿美元，比上年下降303。其中进口总额为1964亿美元，同比减少2；出口总额为1843亿美元，同比减少41l。按模具种类分进出口最高的仍是塑料橡胶模具，分别占了进出口额的5012和7026；其次是冲压模具，分别占了进出口额的4242和2207。按进口货源地分，进口模具主要来自日本、韩国、德国，其次是中国台湾、美国、加拿大、意大利、新加坡、丹麦和法国；按出口目的地分，中国出口模具的市场主要是香港、美国和日本其次是德国、印度、中国台湾、法国、巴西、韩国和越南；按出口货源地分，出口模具主要来自广东、浙江和江苏。从进出口模具价格方面分析2009年出口冲压模具平均每吨价88945美元比上年上升135；出口塑料橡胶模具平均每套价963美元，比上年上升156如果与进口价相比较。则冲压模具平均每吨进出口之比为18：1；塑料橡胶模具平均每套进出口之比为25：l。与上年相比，差距明显缩小。中国模具工业协会的分析指出，从上述价格可看出，中国出El模具的技术含量和附加值比上年又有了上升，与进口模具相比，技术和价格差距也在不断缩小，充分体现出了2009年中国模具产业的技术进步。冷冲模具的发展方向发展模具工业的关键是制造模具的技术、相关人才以及模具材料。模具技术的发展是模具工业发展最关键的个因素，其发展方向应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、质量好”和“价格低”的要求服务。为此，急需发展如下几项：1全面推广模具CADCAMCAE技术：随着微机软件发展和进步，普及CADCAMCAE技术的条件已基本成熟，各企业需要加大CADCAM技术培训和技术服务的力度，同时进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展可以促进CADCAMCAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广，实现技术资源重新整合。使虚拟制造成为可能。2模具扫描及数字化系统：高速扫描机和模具扫描系统具备从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，这样可以大大缩短模具研制制造周期。将快速扫描系统安装在已有的数控铣床及加工中心上，可以实现快速数据采集、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”。3电火花加工：电火花加工(EDM)虽然已受到高速铣削的严峻挑战，但其固有特性和独特的加工方法是高速铣削所不能完全替代的。例如对模具的复杂型面、深窄小型腔、尖角、窄缝、沟槽、深坑等处的加工，EDM有其无可比拟的优点。复杂、精密小型腔及微细型腔和去除刀痕、完成尖角、窄缝、沟槽、深坑加工及花纹加工等，将是今后EDM应用的重点。为了在模具加工中进一步发挥其独特的作用，今后将不断提高EDM的效率、自动化程度、加工的表面完整性和设备的精密化和大型化，作为可持续发展战略，绿色EDM新技术是未来重要发展趋势。4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。5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，提高模具6.表面质量是重要的发展趋势。模具的失效原因有很多材料方面的原因占较大的比重，据资料统计，因选材和用材不当，致使模具过早失效。大约占失效模具的45以上。另一方面，在整个模具价格构成中，材料所占比重不大。一般在20一30。因此，十分有必要选用优质钢材和应用表面处理技术来提高模具的寿命。模具用钢要采用电渣重熔工艺。如采用粉末冶金工艺制造的粉末高速钢等。目前，模具钢品种规格多样化、产品精细化、制品化，尽量缩短供货时间亦是模具行业的重要发展趋势。1.3冲模的先进制造工艺及设备模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。随着科学技术的发展，计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正不断向传统制造技术渗透、交叉、融合，对其实施改造，形成先进制造技术。模具先进制造技术的发展主要体现在如下方面： 1高速铣削加工 普通铣削加工采用低的进给速度和大的切削参数，而高速铣削加工则采用高的进给速度和小的切削参数，高速铣削加工相对于普通铣削加工具有如下特点：（1）高效 高速铣削的主轴转速一般为15000r/min40000r/min，最高可达100000r/min。在切削钢时，其切削速度约为400m/min，比传统的铣削加工高510倍；在加工模具型腔时与传统的加工方法(传统铣削、电火花成形加工等)相比其效率提高45倍。（2）高精度 高速铣削加工精度一般为10m，有的精度还要高。（3）高的表面质量 由于高速铣削时工件温升小（约为3C），故表面没有变质层及微裂纹，热变形也小。最好的表面粗糙度Ra小于1m，减少了后续磨削及抛光工作量。（4）可加工高硬材料 可铣削5054HRC的钢材，铣削的最高硬度可达60HRC。鉴于高速加工具备上述优点，所以高速加工在模具制造中正得到广泛应用，并逐步替代部分磨削加工和电加工。 2电火花铣削加工 电火花铣削加工（又称为电火花创成加工）是电火花加工技术的重大发展，这是一种替代传统用成型电极加工模具型腔的新技术。像数控铣削加工一样，电火花铣削加工采用高速旋转的杆状电极对工件进行二维或三维轮廓加工，无需制造复杂、昂贵的成型电极。日本三菱公司最近推出的EDSCAN8E电火花创成加工机床，配置有电极损耗自动补偿系统、CAD/CAM集成系统、在线自动测量系统和动态仿真系统，体现了当今电火花创成加工机床的水平。3慢走丝线切割技术 目前，数控慢走丝线切割技术发展水平已相当高，功能相当完善，自动化程度已达到无人看管运行的程度。最大切割速度已达300mm2/min，加工精度可达到1.5m，加工表面粗糙度Ra0.10.2m。直径0.030.1mm细丝线切割技术的开发，可实现凹凸模的一次切割完成，并可进行0.04mm的窄槽及半径0.02mm内圆角的切割加工。锥度切割技术已能进行30以上锥度的精密加工。4磨削及抛光加工技术 磨削及抛光加工由于精度高、表面质量好、表面粗糙度值低等特点，在精密模具加工中广泛应用。目前，精密模具制造广泛使用数控成形磨床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹座标磨床及自动抛光机等先进设备和技术。5数控测量 产品结构的复杂，必然导致模具零件形状的复杂。传统的几何检测手段已无法适应模具的生产。现代模具制造已广泛使用三坐标数控测量机进行模具零件的几何量的测量，模具加工过程的检测手段也取得了很大进展。三坐标数控测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外，其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措施以及简便的操作步骤，使得现场自动化检测成为可能。模具先进制造技术的应用改变了传统制模技术模具质量依赖于人为因素，不易控制的状况，使得模具质量依赖于物化因素，整体水平容易控制，模具再现能力强。2.技术分析2.1冲裁件的技术分析冲裁件的工艺要求根据不太的工艺有各自不同的要求，但是都有一个共同的结构工艺性要求。对冲裁件，冲裁件的形状应尽量简单，最好由规则的几何形状或由圆弧与直线组成，对冲裁件外形和内控一般不应有平面尖角存在，易用适当的圆角。冲裁件的外轮廓可以用单边剪切的方法得到者例外，不应有急剧的突变形状，冲裁件的结构工艺性是指冲压的几何形状对工艺难易程度的影响。冲裁件应该满足相应的技术要求，以满足生产要求，可以规范简单的大量生产。2.2经济分析冲裁零件的经济型主要包括排样与材料的经济利用，排样的合理与否同材料的利用率直接相关，并且对工序安排、模具结构与寿命、工件精度、生产操作及劳动成本率等均会产生影响，在大量及大批量生产时，原始毛坯材料在冲压件成本中约占60%以上，这表明材料的利用率对冲压件成本的影响是不可忽视的，它直接影响冲压生产的经济效果。判断排样是否经济可以用材料利用率K作为衡量参数在实际生产中，由于工艺稳定性及废品率的影响，导致实际材料利用率与理论材料利用率相比差距较大，因此，对于工艺稳定性差的工件，应根据该工件的质量特点进行工艺改进，使其能稳定生产，从而降低废品率，提高材料的利用率。排样时，由于结构形状决定的结构废料一般不可避免，而且工艺废料则可以采取措施加以减少或消除。同一工件，可有几种不同的排样方法，只有采用最佳的排样方法，使工艺废料最少，并根据材料的厚度及机械性能、工件的外形及尺寸、排样的形式、送料及挡料方式等合理确定搭边值，尽可能多地冲压出工件，从而提高材料的利用率。但当生产批量小时，应考虑模具制造成本及制造周期，这时材料的利用率和生产率则不是主要的了。3工件的工艺分析3.1工件的材料该冲压件材料为Q235纲，具有良好的冲压性能，适合冲裁。3.2工件的结构分析结构相对简单，最小孔径为18mm，满足最小孔径的要求；孔与孔之间的最小距离为46mm，也满足最小要求。3.3工件的尺寸精度精度全部为未标注公差，可看作IT13级，满足普通冲裁的精度要求。4制定工方案4.1工艺方案的分析由零件图可看出，生产该工件的冲压工序为：落料、冲孔、弯曲。根据上述工艺分析的结果，可以采用下述几种方案。方案一：先落料，再冲孔，然后弯曲，采用简单模生产。方案二:落料冲孔弯曲复合冲压，采用复合膜生产。方案三：冲孔、落料、弯曲级进冲压。采用级进模生产。4.11计算毛坯尺寸图示，圆角半径r=2.5 厚度t=3 r0.5t所以弯曲件的展开长度可以根据弯曲前后毛坯中性层尺寸不变的原则进行计算，其展开长度等于所以直线段及弯曲部分中性层展开长度之和。所以将毛坯分成三段，毛坯展开长度L=2a+b+2cx为中性层位移系数圆弧段中性层弯曲半径=r+xt c=/180L=2a+b+21.57（r+xt）=6.52+161+21.57（2.5+0.33）=184.676184.7则毛坯展开长度为184.7mm4.2工艺方案的确定方案一模具结构简单，但生产效率低，不能满足大批量生产的要求；方案二工件的精度及生产效率都较高，但模具比较复杂，制造难度大，而且操作不便；方案三生产效率高，操作方便，工件精度也能满足。因此，选用方案三。5工艺计算5.1排样及材料的利用率排样设计，该工件为冲裁件，且外形和孔型结构都比较简单，因此可直接进行工序排样设计。根据工件的结构，选用直排，由表2.7查得搭边值为2.2mm，侧搭边值为2.5mm则条料宽度计算为 B=L+2t=184.7+5=189.7由于采用侧刃定居，侧刃冲材料宽经查表得取2.5，所以条料总宽度为194.7mm步距定位L=40+2.2=42.2mm此工件需要冲孔、落料和弯曲等工序，所以第1工位为冲孔，同时定位，在冲孔同时利用侧刃冲去等步距的料边，第2工位为空位，第3工位为切边，切边时可以用第1工位冲出的孔进行定位，第4工位为弯曲，第5工位为切断。工件的总面积为：S=184.740-1667-281=7388-1162-508.68=5717.32mm条料面积s=42.2194.7=8216.34材料利用率为5.11排样的选用原则（1）提高材料利用率。冲裁剪生产批量大，生产效率高，材料费用一般会占用总成本的60%以上，所以材料利用率是衡量拍样经济性的一项重要指标。在不影响零件性能的前提下，应合理设计零件外形及拍样，提高材料利用率。（2）改善操作性。冲裁剪拍样应使工人操作方便、安全、劳动强度低。一般来说，在冲裁生产时应尽量减少条料的翻动次数，在材料利用率相同或相近时，应选用条料宽度及步距小的拍样方式。（3）使模具结构简单合理，使用寿命高。（4）保证冲裁件质量。5.2冲压力、翻边力、整形力的计算计算冲裁力的目的是为了选用合理的压力机，设计模具以及检验模具的强度。压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁工艺的需求。一般可按下公式计算： 式中 F冲冲裁力（N）； L冲裁周边长度（mm）； t冲裁料厚(mm)； b 抗剪强度（MPa）；5.2.1冲裁力的计算b为310380MPa查表1-3 b为310380 MPa 取b=320MPa根据零件图可算轮廓长度包含侧刃切边线的长度、冲孔线的长度、以及最后切断的两直边的长度，总长L =89.4+113.04+216.2+336.4=755.04mm则冲裁力 F冲=1.3755.043310=912.84KN5.2.2卸料力的计算除了最后切断没有卸料力，其他冲裁部分回程时都有卸料力，F卸=K卸F=912843.36N0.05=45.64KN式中 F卸卸料力（N）；F冲裁力（N）K卸 卸料系数，查冲压模具简明设计手册表，取K=0.055.2.3弯曲力的计算按近似压弯力公式 F弯 = 式中 F弯自由弯曲力； b弯曲件的宽度，b = 40mm；r弯曲件的内弯半径，r =2.5mm；材料的强度极限，取420MP；K安全系数，一般K取1.3；则 5.2.4总冲裁力的计算冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于各冲裁工艺力的总和 F总=F冲+F卸+F弯 式中：冲裁力F冲=912.84KN，卸料力F卸=45.64KN，弯曲力F弯=25KN，则: F总=983.48KN5.3压力中心的计算和冲压设备的选择5.3.1压力中心的计算根据公式 式中： xc、yc为压力中心坐标 x1 x2.，y1 y2.为各个工序的压力中心坐标 F1F2.为各个工序的冲裁力，弯曲力 计算压力中心工序x（mm）y（mm）F（N）1冲孔189.90244749.962空位147.7003切边126.60261385.84弯曲63.3025016.75空位42.2006切断00405698.4合计358.70936850.86xc62.7yc0压力机的选择依总的冲裁力的为参考。通过查找设计手册选取公称压力为1000KN的开式双柱固定台压力机，压力机型号为JA21-160技术规格如下表型 号JA21-160公称压力/kN1000滑块行程/mm140最大闭合高度/mm400闭合高度调节量/mm110垫板厚度110模柄孔尺寸（直径mm深度mm）6075工作台孔尺寸/mm前后尺寸mm600左右尺寸mm9005.4模具刃口的尺寸和公差的确定冲裁间隙的确定查表2-10取模具刃口初始间隙为Zmin0.36mm Zmax=0.42mm5.5工作零件的设计5.5.1凸模设计工序1冲孔采用互换加工法计算凸凹模尺寸凸模 凹模 查表得=0.27 查表2.12 磨损系数为x=0.5 查表2.11凸凹模极限上偏差为0.030 下偏差为0.020根据公式求得 长度查表得工序3落料由于冲裁形状多为复杂形状，所以采用配合法计算A类尺寸 B类尺寸 C类尺寸 根据表2.12查得磨损系数xa的磨损系数x=1b的磨损系数x=1c的磨损系数x=0.75d的磨损系数x=1e的磨损系数x=0.75A类尺寸 C类尺寸9.24 落料凸模刃口的基本尺寸与凹模刃口基本尺寸相同，分别为2.06mm 9.24mm 19.835mm 2.36mm 41.9075mm，保证双面间隙，与凹模配合制造工序4弯曲凸、凹模尺寸的计算（1）凸、凹模间隙，由c=（1.051.15）t，可取c=1.1t=3.3mm。（2）凸、凹模宽度尺寸，由于工件尺寸标注在外形上，因此以凹模做基准，先计算凹模宽度尺寸。由表取弯曲件未标注公差为0.63mm则由公式（3.12）（3.14）得这里按IT7级取。（3）凸、凹模圆角半径的确定，由于一次即能弯成，因此可取凸模圆角半径等于工件的弯曲半径，即rp=2.5。rd由表3.5查得为4mm。（4）凹模工作部分深度，查表3.5得凹模工作部分深度为20mm。工序4切断 凸凹模尺寸计算由于冲裁形状多为复杂形状，所以采用配合法计算A类尺寸 B类尺寸 C类尺寸 a的磨损系数x为1 b的磨损系数x为0.5A类尺寸 落料凸模刃口的基本尺寸与凹模刃口基本尺寸相同，分别为2.06mm、83mm保证双面间隙，与凹模配合制造凸模长度计算公式为：L=h1+h2+h3+l式中：h1凸模固定板厚度（一般为总长度L的三分之一，且1.5d）；h2卸料版和导料板的总厚度（若是弹压卸料则只有卸料版厚度，但要考虑弹性元件高度）；h3安全距离（凸模固定板和固定卸料版之间）一般可以取1020mm；或弹性元件的安装高度；l凸模进入凹模型孔的深度尺寸。则L=25+36+40+5=106mm 5.5.2凹模设计（