电器卡槽内连接片冲压工艺分析及级进模设计

哈尔滨理工大学专科生毕业论文 哈尔滨理工大学荣成学院 专科生 毕业 设计 题 目： 电器卡槽内连接片冲压工艺 分析及级进模设计 专业年级： 模具 11 学生姓名： 郭长城 学 号： 1130330206 指导教师 ： 王伟华 哈尔滨理工大学荣成 学院 完成时间： 2014 年 6 月 18 日 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 哈尔滨理工大学荣成学院 专科生毕业设计（论文）评语 学生姓名：郭长城 学号： 1130330206 学 院：荣成学院 专业： 模具 11务起止时间： 2014 年 4 月 28 日至 2014 年 6 月 18 日 毕业设计（论文）题目： 电器卡槽内连接片冲压工艺分析及级进模设计 指导教师对毕业设计（论文）的评语： 该同学的论文基本上符合要求，能够自觉 完成论文的各项 要求。有很强的应用价值，综合运用了所学知识解决问题， 结论正确，有创新见解。 指导教师签名 指导教师职称： 评阅教师对毕业设计（论文）的评语： 评阅教师签名： 评阅教师职称： 答辩委员会对毕业设计的评语： 答辩委员会评定，该生毕业设计（论文）成绩为： 答辩委员会主席签名： 职称： 年 月 日 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 哈尔滨理工大学荣成学院 专科生毕业设计（论文）任务书 学生姓名：郭长城 学号： 1130330206 学 院：荣成学院 专业： 模具 11务起止时间： 2014 年 4 月 28 日至 2014 年 6 月 18 日 毕业设计（论文）题目： 电器卡槽内连接片冲压工艺分析及级进模设计 毕业设计工作内容： 1 冲压工艺性分析 ：工件材料分析和机械性能的分析 2 主要设计与计算 ：冲压力、冲裁力和压力中心的确定 3 主要零部件的设计与计算 ：落料凸模、冲孔凸模 和挡料销的计算 4 模具的总体设计 ：模具类型的选择和绘出模具总装图 资料： 1 翟德梅制造技术 M河南：机电高等专科学校， 2005： 116 2 王孝培冲压手册 北京 ： 机械工业出版社 ， 1990： 114 3 肖祥芷 王孝培 中国模具设计大典 M江西： 江西科学出版社， 2003： 1100 4 许发樾 实用模具设计与制造手册 北京：机械工业出版社2000： 1100 指导教师意见： 签名： 年 月 日 指导教师意见： 签名： 年 月 日 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 电器卡槽内连接片冲压工艺分析及级进模设计 摘要 冲压是利用安装在冲压设备 (主要是压力机 )上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。弯曲是将板料、棒料、管材和型材弯曲成一定角度和形状的冲压成形工序。 本文主要研究工作：利用连接板特征之间的关系建立级进模排样设计模型，引如冲压排样设计原则；进一步将连接板的形状特征应用于模具结构设计中，建立模具模型，进行模具工艺设计和结构设计，从而确定总体的模具形式；模具投入制造后，可能在制造和生产调试过程中表现出设计的不足和错误，通过总结概括这些问题，进行修正工艺设计和模具结构设计，或增加新的工艺规则。 基于以上的研究工作，可以建立一套可行的、适合于小型连接板的冲压级进模的设计方法，并在实际生产中应用。 关键词 连接板；级进模； 排样设计 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 目录 摘要 . I 第 1 章 绪论 . 1 题背景及意义 . 1 压加工特点介绍 . 1 压技术国内外发展现状及 趋势 . 2 内发展现状 . 2 外发展现状 . 2 展趋势 . 3 文主要研究内容 . 3 章小结 . 3 第 2 章 零件的工艺性分析 . 4 件的冲压工艺性分析 . 4 件材料分析和机械性能要求 . 5 件的材料分析 . 5 件的机械性能要求 . 5 压工艺方案的确定 . 5 坯排样 . 5 章小结 . 6 第 3 章 冲压方案的分析与确定 . 7 压力及压力中心的计算 . 7 裁力的计算 . 7 曲力的计算 . 7 件力的计算 . 8 力中心的确定及相关计 . 8 作零件刃口尺寸计算 . 错误 !未定义书签。 选冲床 . 8 章小结 . 9 第 4 章 主要零部件的设计 . 10 作零件的结构设计 . 10 料凸模 . 10 孔凸模 . 11 模 . 12 料板的设计 . 13 料板的设计 . 13 料螺钉的选用 . 14 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 正销结构 . 14 具零件的固定 . 14 全装置 . 14 件选材 . 14 章小结 . 14 第 5 章 模具的总体设计 . 15 具类型的选择 . 15 向方式的选择 . 15 位方式的选择 . 15 料、出件方式的选择 . 15 具结构示意图 . 15 构概要设计 . 16 作行程 . 16 板厚度 . 16 模架 . 16 模柄 . 16 具装配图 . 17 章小结 . 17 结论 . 18 致谢 . 19 参考文献 . 20 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 1 - 第 1章 绪论 题背景及意义 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行业，在国民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商生产率、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，模具价格又偏高。因此，对小批量，多品种生产时采用昂贵的冲蕈，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。 模具心脏冲压设备等正随着科学技术的发展而不断发展，从总体看，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，近年来也有不少新的进展。 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 )上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，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 )批量加工成所需冲件的专用工具。冲 模在冲压中至关重要，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。 压加工特点介绍 冲压加工与其他加工方法相比具有以下特点： 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 2 - 1 操作简单，易于实现自动化，并且具有较高的生产效率。 2 冲压加工可以获得其他加工方法不能或难以制造的形状复杂，精度一至的制件，而且可以保证互换性。 3 冲压件刚性好，强度高，重量轻，表面质量好。冲压加工过程中，材料边面不易遭受破坏，而且通过塑料变形还可以使制件的机械性能有所提高。 4 冲压加工中所用的模具结构一般比较复杂，制造周期长，生产成本高，因此在小批量生产中受到限制。 5 冲压件的精度主要取决于模具精度，如果零件的精度要求过高，用冲压生产的方法就难于达到。 压技术国内外发展现状及趋势 内发展现状 中国虽然在很早以前就制造模具和使用模具，但一直未形成产业。由于长期以来模具制造一直作为保证企业产品生产的手段被视为生产后方。因此一直发展缓慢。 1984年成立了中国模具工业协会， 1987年模具首次被列入机电产品目录，当时全国共有生产模具的厂点约 6000家。总产值约 30亿元。随着中国改革开 放的日益深入，市场经济进程的加快，模具及其标准件、配套件作为产品，制造生产的企业大量出现，模具产业得到快速发展。在市场竞争中，企业的模具生产技术提高很快，规模不断发展，提高很快。 20世纪 90年代以来，中国在汽车行业的模具设计制造中开始采用 家科委 863计划将东风汽车公司作为 华中理工大学作为技术依托单位，开发了汽车车身与覆盖件模具 模具和设计制造中得到了实际应用，取得显著效益。现在，吉林大学和湖南大学也成功地开发出了汽车覆盖件模具的 达到了较高水平，在生产中得到应用，收到了良好的效果。 外发展现状 国外，特别是欧美和日韩等发达地区的模具工业起步较早，拥有比较先进的生产管理技术及经验，值得我们国内模具行业学习和借鉴。在欧美，许多模具企业将高新技术应用于模具的设计和制造，主要体现在： (1)充分发挥了信息技术带动和提升模具工业的优越性； (2)高速切削、五轴高速加工技术基本普及，大大缩减制模周期，提高企业的市场竞争力； (3)快速成形技术和快速制模技术得到普遍应用； (4)从事模具行业的人员精简，一专多能，一人多职，精益生产； (5)模具产品专业哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 3 - 化，市场定位准确； (6)采用先进的管理信息系统，实现集成化管理； (7)工艺管理先进、标准化程度高。日本模具加工的未来发展方向主要表现为无人手修模、无放电加工、加工时间缩短、 五轴加工等方面 。 展趋势 模具是机械制造业中技术先进、影响深远的重要工艺装备，具有生产效率高、材料利用率高、制件质量优良、工艺适应性好等特点，被广泛应用于汽车、机械、航天、航空、轻工、电子、电器、仪表等行业。然而，与国际先进水平相比，中国的模具行业的差距不仅表现在精度差距大、交货周期长等方面，模具寿命也只有国际先进水平的 50 左右，大型、精密、技术含量高的轿车覆盖件冲压模具和精密冲裁模具，每年 都需要花费大量资金进口。 文主要研究内容 利用连接板特征之间的关系建立级进模排样设计模型，引如冲压排样设计原则；进一步将连接板的形状特征应用于模具结构设计中，建立模具模型，进行模具工艺设计和结构设计，从而确定总体的模具形式；模具投入制造后，可能在制造和生产调试过程中表现出设计的不足和错误，通过总结概括这些问题，可以进行修正工艺设计和模具结构设计，或增加新的工艺规则，为以后的模具设计提供宝贵的经验。 基于以上的研究工作，可以建立一套可行的、适合于小型连接板的冲压级进模的设计方法，并在实际生产中应用。 章小结 具体介绍了冲压模具的国内和国外发展的趋势和发展现状，总结了国内和国外冲压模具的优缺点以及差距，概述了冲压模具的加工特点及作用。 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 4 - 第 2章 零件的工艺性分析 件的冲压工艺性分析 图 2件图 如图 2 示零件尺寸均为未注公差的一般尺寸，按惯例取为 合一般级进模冲压的经济精度要求，模具精度取为 。材料10 号钢能够进行一般的冲压加工，市场上也易得到这种材料，价格适中。外形落料的工艺性：零件属中小尺寸零件，料厚 1.5 形复杂程度也一般，尺寸精度要求一般，因此，可用冲裁落料工艺。 冲孔的工艺性：孔为两直边和两半圆形，孔尺寸精度要求一般，可采用冲孔工艺。 V 型折弯比较方便易得而且精度要求不高可采用先冲孔 、落料折弯的级进模设计。而且对模具精度要求不高，可以大批量生产，生产效率高，经济价值高。 综合以上几个方面的情况可认为上图所示零件主要冲压工序的工艺性良好。 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 5 - 件材料分析和机械性能要求 件的材料分析 10 号钢塑性、韧性很好，易冷热加工成形，正火或冷加工后 切削加工 性能好，焊接性优良，无回火脆性，淬透性和淬硬性均差。制造要求受力不大、韧性高的零件，如汽车车身、贮器、深冲压器皿、管子、垫片等，可用作冷轧、冷冲、冷镦、冷弯、热轧等工艺成形，也可用作心部强度不高的渗碳件、碳氮共渗件等 件的机械性能要求 抗剪强度 ( / 255 抗拉强度 (b/ 330 600 伸长率 (10/%)： 49 屈服强度 (s/ 110 500 压工艺方案的确定 该工件包括落料、折弯两个基本工序，可有以下三种工艺方案： 方案一：先冲孔，后落料。采用单工序模生产。 方案二：落料 冲孔复合冲压。采用复合模冲压。 方案三：冲孔 落料折弯级进冲压。采用级进模生产。 方案一模具结构简单，但需要两道工序，两副模具，成本高而生产率低，难以满足该工件大批量生产的要求。 方案二只需要一副模具，工件的精度及生产效率都较高，但工件最小壁厚 2.8 于凸凹模最小壁厚 4.9 具强度较差，制造难度大，并且冲压后成品件留在模具上，在清理模具上的物料时会影响冲压速度，操作不方便。 方 案三也只需要一副模具，生产效率高，操作方便，工件精度也能满足要求。通过对上述三种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案三为佳。 坯排样 根据所示零件，典型的排样方案有两种，如下图所示； 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 6 - (a)毛坯排样方案 1 (b)毛坯排样方案 2 图 2样图 第一种方案要求的条料宽度小，模具宽度也小，但模具的长度也会较长，而且采用这种方案浪费模具材料。采用第二种方案，虽然模具宽度增加，但长度会缩短，而且送料步距小，有利于提高生产率。两种方案材料的利用率相当，但第一种板料轧向不符合零件图要求，所以，优先考虑零件质量，拟选用第一种排样方案。 查表知，搭边值为：中央搭边值 2.2 搭边 2.2 为了增加模具的强度设计一个空工位，所以，步距初定为 28.4 料宽度初定为 57.4 个步距的材料利用率为 76%(计算见下表 )。查板材标准，宜选用 6002000 钢板，每张钢板可剪裁为 10张条料， 60张条料可冲 140 个工件，故每张钢板的板料利用率 为 73%。 章小结 本章介绍了零件的工艺分析及排样图的选择而且对零件的机械性能进行了简要的分析和选择，确定了模具的进料方式。 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 7 - 第 3章 冲压方案的分析与确定 压力及压力中心的计算 裁力的计算 该模具采用级进模，拟选择弹性卸料、下出件， 模具共有 3 个冲裁区，冲裁力由下式计算。 (3式中 F 冲裁力 (N)； L 冲裁件周边长度 (； t 材料厚度 (， 5.0t ； 材料抗剪长度 ( 255 。 各冲裁区只是冲裁线的长度不同，材料抗剪长度和材料厚度均相同，用上式可分别计算各冲裁区的冲裁线长度和冲裁力，见 下 表 表 3裁力 部 位 第 1 工位 3 与 5 工位 计 弯曲力的计算 该零件弯曲属于 V 形件弯曲。弯曲力由公式： b 式中 自P 自由弯曲力 (N )； B 弯曲件宽度 (， t 弯曲件材料厚度 ( 5.0t R 弯曲件内半径 (， b 材料抗拉强度， 600bK 安全因数， K 4 5 3 0 自p (N ) 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 8 - 件力的计算 冲推推 n (3 n K ）（推冲总 59016717919 ）（冲弯 8 6 5 29 5 9 09 0 6 2 力中心的确定及相关计 计算压力中心时，先画出凹模型口图，如下图所示。在图中将 冲裁轮廓线按几何图形分解成六组基本线段，用解析法求得该模具的压力中心 C 点的坐标(0， 模型口 从图 2以看出，该工件冲裁力不大，压力中心偏移坐标原点 了便于模具的加工和装配，模具的中心仍选在坐标原点O。 选冲床 通过校核，选择的可倾式压力机 满足要求，其主要技术参数如下： 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 9 - 规格：公称压力 160 生公称压力时滑块距下死点距离 5 块行程 70 行程次数 /次 115 1 最大封闭高度 220 活动台位置最低 300 高 160 闭高度调节量 60 滑块中心到床身距离 160 60 工作台尺寸 450 右 450 前后 300 工作台孔尺寸 220 右 220 前后 110 直径 160 立柱间距离 220 模柄孔尺寸 (直径 度 5030 工作台板厚度 50 斜角 030 章小结 本章主要进行了冲压力的计算压力中心的确定以及冲裁力、弯曲力、推件力的相关计算和压力机的初选和校核。 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 10 - 第 4章 主要零部件的设计 作零件的结构设计 料凸模 结合工件外形并考虑加工，将落料凸模设计设计成直通式的，采用线切割机机床加工， 2 个 螺钉固定在垫板上，与凸模固定板的配合按 H6/长度 L 按下式计算： L=h1+h2+t+h=20+25+2+10=57体结构如图 4示 2 - M 6103682-?3深15 57+2 - ? 6+ 2深 1 23 9 0 . 0 10 . 料凸模 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 11 - 孔凸模 虽然所冲的孔不是圆孔，但是凸模都不属于需要特别保护的小凸模， 所以采用台阶式凸模，一方面方便加工，另一方面又便于装配与更换。?204+孔凸模 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 12 - 模 凹模采用整体凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。其轮廓尺寸的计算如下： 凹模厚度 H=表取 k=0=28模壁厚 c=(=36凹模厚度 H=30模壁厚 c=40模宽度 B=b+2c=60+240=140模长度 L=120料方向 ) 凹模轮廓尺寸为 120400构如下图所示。 A - + 模 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 13 - 料板的设计 导料板的内侧与条料接触，外侧与凹模齐平，导料板与条料之间的 间隙取 1样就可以确定导料板的宽度为 料板的厚度按表 择，取 H=10料板采用 45 钢制作，热处理硬度为 40螺钉和销钉固定在凹模上。导料板的进料端安装有承料板。如图 4示 图 4料板 料板的设计 卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同，厚度为 25料板采用 造，淬火硬度为 40 图 4料板 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 14 - 料螺钉的选用 卸料板上设置四个卸料螺钉，公称直径为 12纹部分为 10料螺钉尾部应留有足够的行程空间。卸料螺钉拧紧后，应使卸料板超出凸模端面 1误差时可通过在卸料螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。 正销结构 本模具工位数不多，冲压精度要求一般，所以采用两个导正销。导正销采用普通的弹头形，选用导正销规格为 B/定结构采用如下图所示。 具零件的固定 模板采用螺钉固定销钉定位。由于各凸模的的平面尺寸都不大，所 以采用模板上的型孔配合定位，采用凸台或铆开式结构固定。 全装置 本模具采用手工送料，但工人是在模具外操作，一般情况下不存在 不安全的因素。为了使废料顺利落下，下模座的落料孔应比凹模落料孔大。 件选材 该模具用于大批量生产，故工作零件选用较好的材料，凸模和凹模 选用 料板选用 章小结 本章主要是对重要零部件的选材，设计和计算。主要对落料凹模、冲孔凸模和卸料板进行了详细的设计和说明绘出了各零部件的图纸。 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 15 - 第 5章 模具的总体设计 具类型的选择 根据上述分析，本零件的冲制包含冲孔和落料两个工序，而且已确定为采用级进模冲压，因此选用正装式结构。 向方式的选择 由于本零件的生产是大批量生产，为了确保零件的质量及稳定性，选用外导向模架。本零件的冲压精度要求一般，所以选用导料板导向。为了提高模具寿命和工件质量，方便安装调整，所以该模具采用对角导柱的导向方式。 位方式的选择 因为该模具采用的是条料，控制条料送进方向采用导料板，无侧压装置。控制条料的送进步距采用挡料销初定距，导正销精定距。而第一件的冲压位置因为条料长度有一定余量，可以靠操作工目测来定。 料、出件方式的选择 本零件冲压工序中含落料和冲压，所以，应有卸料机构。又因为工件料厚 2对较薄，卸料力也比较小，故可采用弹性卸料结构。又因为是级进模生产，所以采用下出件方式比较便于操作与提高生产率。 具结构示意图 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 16 - 构概要设计 作行程 本零件冲压的两道工序工作行程是一样的，其冲孔和落料的工作行程是 具开启状态下，凸模下表面至凹模上表面的最小距离取为 6 具工作区高度 模具工作区开启高度大于 110具工作区闭合高度约为 100 模板厚度 凹模板厚度 查多工位级进模设计 图 5 30料板的厚度 查多工位级进模设计 图 5 25模固定板厚度 20 板厚度 15 板尺寸 凹模的工作区尺寸基本在 112136右，圆整后，取 120140 它模板尺寸取与凹模板平面尺寸一致。 模架 由于采用手工送料 ,考虑开敞性和导向精度两方面的要求 ,选对角形滑动模架 查冷冲模国家标准 ,选角导柱模架。 上模座 ( 160模座 ( 160柱 ( 28套 ( 28模周界 60具闭合高度最小 160大 190模柄 根据上述计算结果，该模具为中小型模具，可采用上模用模柄固哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 17 - 定，下模用压板固定于压力机下台面的方法。查压力机规格，模柄安装孔尺寸为 30 查 冷 冲 模 国 标 ， 可 选 压 入 式 模 柄 ， 规 格 为料 具装配图 1 内六角螺钉 2 模柄 3 卸料螺钉 4 圆柱销 5 上模座 6 垫板 7 凸模固定板 8 橡胶 9 冲孔凸模 10 落料凸模 11 导正销 12 卸料板 13 导料板 14 承料板 15 凹模 16下模座 17 导套 18 导柱 19 固定挡料销 20顶杆 21折弯凹模 图 5具总装图 章小结 本章主要介绍了模具的总体结构设计，对模具的导向方式、卸料方式、定位方式做了详细的介绍和设计而且画出了模具总组装图。 哈尔滨理工大学专科生毕业论文 - 18 - 结论 连接片制件属于简单冲裁件，首先分析其工艺性，并确定工艺方案。根据计算确定本制件所需的冲压力及其压力中心，然后选取相应的压力机。本设计主要是模具成形零件的设计，包括凸模、凹模、凸凹模。需要计算凸、凹模尺寸和公差，及凸、凹模刃口之间间隙的确定。并且还需要确定模具的总体尺寸和模具零件的结构，然后根据上面的设计绘出模具的总装图。 由于在零件制造前进行了预测，分析了制件在生产过程中可能出现的缺陷，采取了相应的工艺措施。因此，模具在生产零件的时候才可以减少废品的产生。 连接片制件的形状结构较为简单，制造方便，可选用标准模架。为保证零件的顺利加工和取件，选用后侧导柱模架，并使凸模与凹模安装在上模座，凸凹模安装在下模座，设计为典型的倒装复合模。模具