《U型支撑架冲压工艺与模具设计》8600字（论文）

U型支撑架冲压工艺与模具设计摘要金属成形零件的生产中冲裁弯曲级进模被广泛运用。本课题为U型支撑件设计多工位级进模，分析U型支撑件的工艺性能，了解版面设计与支撑相关知识，确定合理设计的方法。分析了工件的边接工艺，确定了进给方式和定距结构类型，在模具中设计了主要零件。此外，计算钻孔力，合理设计钻孔空间，确定压力中心位置。分析了模具上下固定板的性能，确定模板使用精度高，使用寿命长，模具镶件可更换。重复安装和匹配精度高，简化了折弯工艺，弯模安装在卸料模板的位置，卸料板为弹性卸料板，不仅可以卸料，还要完成压力工作。模具结构简单合理，制作容易，操作方便。关键词：U型支架；冲裁弯曲；多工位级进模；工艺分析；排样图目录前言 1第1章课题研究及现状 31.1概述 31.2冲压技术的进步 41.3模具的发展与现状 51.4模具CAD/CAE/CAM技术 51.5课题的主要特点及意义 6第2章冲压工艺方案的制定 72.1工艺分析 7第3章模具总体结构设计 133.1条料定位装置 133.2出料装置 143.3模具结构特点 143.4模具工作过程 15第4章模具零件的设计与计算 164.1凸、凹模刃口尺寸的计算 164.1.1凸、凹模间隙的选择 164.1.2凸、凹模刃口尺寸计算 164.2凸、凹模的设计 174.2.1凸模的结构和固定形式 174.2.2凸模长度的确定 184.2.3凸模的强度计算 184.2.4凹模结构形式设计 194.2.5.凹模结构尺寸的确定 204.3模板的设计 214.4卸料橡胶的选用 224.5其它零件的设计 23第5章冲压设备的选用 245.1冲压力的计算 245.2压力机 25第6章压力中心的计算 266.1计算步骤 266.2确定压力的中心 26总结 28参考文献 30前言现在工业活动中，冲压技术应用广泛，如汽车制造、仪器仪表、电器等工业领域。在冲压生产中，冲压模具是重要的工艺设备，其在制造业中的地位不容忽视。随着社会经济的发展和市场需求的变化，在工业生产领域，模具技术的发展越来越重要。冲压模具的技术水平直接影响生产效率、零件质量、工具使用时间和模具生产周期。为了获得质量好、效率高、成本低的零件，提高冲压模具的技术水平是关键。政府和企业都非常关心模具冲压所带来的经济效益，国家也出台了一系列措施促进模具冲压的发展。在塑料成型加工中，冲压加工是一种基本的生产方法。它最常用于钣金零件的生产，因此也称为钣金冲压。冲压工艺不仅可以制作金属原材料，也可以用来制作非金属原材料。冷冲压生产方式不仅效率高，而且零件质量好，一致性高，特别适合要求高的生产。因此，在一些生产中，它已经取代了机械生产，其使用范围也在不断扩大。因此，冲压技术不仅使生产得以发展，提高了生产效率，而且促进了新产品的研发。第1章课题研究背景及现状1.1概述现代工业生产中，冲压成形工艺被运用的十分广泛。冲压被用在各种类型的板料工件的加工中，冲压零件不仅自重小，有较强的刚度，互换性能好，生产费用低，同时生产自动化程度高，这些优点是其它生产方式不能代替的。在机械制造行业有较强的竞争力广泛用于制造汽车、电子电器、医疗器械等。在冲压学科中，不仅有冲压生产相关专业知识，同时还涉及到力学、数学、材料学以及电脑技术等方面知识。冲压生产，是模具与现代技术相结合的产物，在现在市场上，冲压零件所占比例不断提高。在国民经济的发展中，冲压技术的重要性在不断提高。在普通类型级进模的基础之上，发展的一类精度高，效率高，寿命长的模具，便是多工位级进模，作为技术密集型模具，多工位级进模成为冲模发展的重要方向之一。其特点有这些：

（1）利用一套模具，即可实现冲裁，弯曲，拉深以及成形等几道冲压工序，无需设计多套模具，减少了定位的次数，让生产的效率与模具的利用效率跟高。

(2)在渐进矩阵中，工艺可以分散在不同的季节，因此不必考虑最小壁厚。另外，在设计时，可以结合阵列的强度，预留合理的空站。(3)多工位级进模的内外导向精度大多较高，其定距元件稳定性高，既保证了零件的质量和精度，又使模具使用寿命更长。生活。（4）多工位级进模用于冲压加工时，所用冲床为高速型，模具内进料、出料及安全检查均采用自动化零件设计，不仅稳定性更高，也有更大的安全性。(5)多工位级进模结构比较复杂，镶件多，对模具精度要求高，会增加模具设计、加工和维修的难度。(6)对于原材料厚度小（小于2mm）、要求高、结构相对复杂、精度要求高、结构小的零件，特别适合采用多工位级进模进行冲压加工。用这种模具冲孔，精度可以达到IT10级。分析表明，多工位级进模结构比较复杂，对模具的设计和制作要求很高，另外对冲压机和所用原材料的要求也很高，生产成本也很高。1.2冲压技术的进步近几十年来，冲压技术的发展越来越快，更多的新工艺和新技术应用到生产中，如软模成型、高能率成型等，企业也更加重视冲压技术。作为一种大规模、不停机的工作方式，冲压生产技术不断提高。随着新技术的发展，冲压生产不断从最初的手工操作向集成化生产转变。所有的生产都越来越机械化和自动化。生产自动化不仅更安全、更高效，还降低了材料消耗，未来冲压生产将继续朝着自动化方向发展。1.3模具的发展与现状模具作为工业生产中不可缺少的工艺装备，是技术密集型产品，模具技术也是高新技术应用的重要体现。模具加工技术的高低直接代表了国内制造业的水平。近年来，随着国民经济的不断发展，各行业对模具的需求也在不断增加，对模具技术也提出了更高的要求。现在，国内模具行业的发展速度越来越快，其发展的重点就体现在这些方面。(1)在汽车制造中，开发盖板模具；(2)更准确；(3)结构大、精度更高的注塑模具；(4)在模具中，标准件的比例越来越大；1.4模具CAD/CAE/CAM技术冲压技术的进步直接体现在冲压技术上，而对冲压技术性能的研究是冲压技术的主要发展方向。1960年代初，工业化国家开始将模具生产技术应用于汽车和飞机制造业。以计算机技术为主要技术手段，以数字模型为中心，采用人机结合的方式，展示各系统的特长，形成模具的设计、计算、生产、验证为一体，使模具设计更准确，采用计算机技术。现在，模具技术的进步主要体现在更高的精度、更长的寿命和更高的效率上。传统模具设计和改造的关键技术是CAD/CAE/CAM技术，使用该技术可以使生产更加高效和准确。冲压技术与计算机技术的结合，为企业模具生产创造了更加有利的条件。设计人员可以利用计算机软件了解产品特性、模具结构、工艺特性，并能控制CNC生产实现自动化管理。CAD/CAE/CAM技术在模具设计中的应用，不仅可以大大缩短模具设计周期，而且可以降低成本，提高产品质量。1.5课题的主要特点及意义本课题设计的零件为U型支架，对增压板凸包的切割折弯过程进行分析，确定该零件的生产采用多工位级进模完成。工件结构、精度要求，确定排版方式为单排，并以成型的侧边完成定位，既保证了工件的规格和精度，又提高了生产效率和原材料的利用效率材料。第2章冲压工艺方案的制定这次设计的零件是U型支架，是电子制造企业的重要零件。其结构见图1。本次设计的零件需求量大，结构无间隙，冲孔壁厚不大，成型时有一定的干涉现象，不适合使用复合模具进行生产；如果使用单工序模具，切割、折弯等。此工艺也可以实现冲压，但需要从单一工艺设计多套模具。此外，整个生产需要更多的操作人员。2.1工艺分析从一般的角度看，U型支架是一种折弯和切割零件。主要成型工艺有两个折弯部分。该零件需求量大，精度要求高。本次设计的零件，其规格为53±0.1如果没有公差标记，则按IT10级别计算。(2（2)布局图设计在多工位级进模中，版面设计尤为重要。布局图的排版可以反映冲压生产过程中的条带切割方式和原材料的利用效率，也会影响冲压生产过程的性能、模具的结构和使用寿命。因此，合理设计布局图是很有必要的，合理的设计可以使原材料的利用效率更高，零件的精度更高，模具更容易操作，使用时间更长。也更稳定。在多工位级进模布局设计中，不仅要满足一般模具布局设计的要求，还要满足这些要求：(1)将模板从坯料展开，在图面上做几个试验设计。(2)工艺的侧边冲孔和导孔主要设置在第一工位，然后在第二工位设置导销完成导引工作。(3)冲压件中孔较多，孔间距不大，但在生产过程中，孔在后续生产过程中不能变形。(4)成型方向是向上还是向下，应从模具的设计和制作上考虑，满足平稳进给的要求。(5)如果要增加模镶、卸料治具和夹具板的强度，并保证每个成型的工件在安装过程中不干涉，可以在放样时设置合理的空站。模具决定了空站的数量。(6)如果是拉弯零件，每工位的变形量不宜过大，如果变形大的零件需要多次成型。(7)采用级进拉深模，可采用拉深端面缺口技术，方便原材料的流动。(8)若局部有压筋，则多置于凸包前，防止因压筋造成孔变形。(9)如果生产级进模，成型工位少，工件精度要求高。在多工位级进模的设计中，刃口的设计也很重要。搭接可以将毛坯转移到各个工位进行毛坯生产，同时保证毛坯在运输过程中的稳定性。因此，有所谓的边缘载体。承载工件的物体为载体，载体与毛坯或毛坯与毛坯的连接处为边缘。第3章模具总体结构设计图4.1为模具装配图，为保证模具精度，配置导柱式模架。生产时，送料部分对带钢进行精确定位，导销设计完成精确定位。工位2钻削零件的外轮廓。因为零件的外轮廓比较简单，所以不需要在两个工位钻同一零件的外轮廓。这种设计不仅使凹凸模制作更方便，同时也保证了凹凸凸模的强度。1工位的冲孔工序不仅进行工件的外轮廓冲孔工序，还进行侧边间距，完成带钢的粗定位。下冲时，工件两侧在凸凹模运动下弯曲90。在最终折弯部分，用于冲压的冲头用于分离带材，并通过模具中的孔落下。出料部分设计为弹簧式出料板。提取板在使用过程中承受较高的压力，因此与板料直接接触的位置必须用合金嵌件建立，该嵌件由Cr12MoV原料制成，满足58~60HRC的要求。通过销和各种螺栓。3.1条料定位装置冲压过程中，固定距离由送料设备完成，这样可以增加原材料的输送稳定性，但另一方面也增加了原材料的消耗，模具的加工和维护也很费劲而且更加困难。图4-1装配示意图3.2出料装置出料方式确定为脱料板，由橡胶弹性完成，通过出料螺杆安装在固定冲头夹具和出料夹具之间。导销与导孔之间设置合理的间隙，使导销不会卡在导孔中。块和橡胶，由橡胶的弹性完成排出。这种设计允许凸包、修边和切削碎屑从模具底部去除，冲压部分在模具末端的斜面上落下。3.3模具结构特点成型的侧边用于修边完成定距，工件外轮廓局部打孔，最大限度地利用材料的头尾。为了使进给更方便，在钻孔外轮廓时，零件之间应保留一定的重叠。冲压折弯完成后，进行切割。成型后，工件通过模具的终端部分并自行向下滑动。3.4模具工作过程将宽度为155.1mm的裁切条放入下模，用成型的导销完成定位。第一步：上模向下运行，在橡胶的弹力下，出料板压下坯料，做凹边和冲头修边工作，实现去屑工序；第二步：上模朝上运行，利用人工将条料输送一步，上模朝下运行，实现凹、凸模的冲制工作，在下模的下漏料孔位置，废料排除；第三步：上模朝上运行，利用人工将条料输送一步，上模朝下运行，定位通过导正销完成，凸、凹模实现弯曲；第四步：上模朝上运行，利用人工将条料输送一步，上模朝下运行，通过凸、凹模来实现切断工作，切断工序完成，在下模的下漏料孔位置，废料排除，与此同时冲压件在终端位置落下，实现冲压。第4章模具零件的设计与计算4.1凸、凹模刃口尺寸的计算4.1.1凸、凹模间隙的选择凸凹模间隙的设计直接影响冲压件的质量、模具寿命和冲压力。这个间隙值是模具设计和冲压生产中的一个重要工艺参数。结合零件使用的原材料和原材料的厚度，看数据中的表2.4，确定切削刃初始间隙的值：，。进行压弯时，凸、凹模的间隙值，需要结合原料的特性，料厚以及制件的高与宽来确定，间隙的单边值取值区间在，此处定为C=1.0mm。在设计时，要确保模具闭合时，坯料压靠完全，这样可以确保制件的品质与精度。4.1.2凸、凹模刃口尺寸计算模边的精度直接影响冲压件的精度，而间隙值也是通过模边的冲裁来保证的。因此，在设计模具时，要合理设计刃口的尺寸。(1)修边时，凸凹模切削刃的规格本次设计的零件切边形状复杂，原材料厚度小，为保证凹凸模间隙值合理，需要采用配套的生产方式加工凹凸凸模。先制作冲头，再制作凹模配合。工位1结合工件切边的构造，在图4-1可见，对于没有公差标注的部分，要满足IT10级。凸模在摩擦损坏之后，尺寸减小的标记成A类，那么，，φ8mm上式之中，—凸模的加工公差，=mm=mm=mm=mm此工件中，切边凹模刃口部分的规格结合凸模的规格进行匹配，确保间隙的双边值满足。4.2凸、凹模的设计4.2.1凸模的结构和固定形式本模具设计采用圆形和方形两种冲头，以CR12MOV钢为原料，淬硬达到HRC55-58的要求，有时表面还需要氮化处理。如果冲头是圆形的，主要用高精度外圆磨床生产。如果冲头是特殊形状的，用慢走丝切割或成型磨削成型。模具在零件成型时，可以通过成型磨削来完成表面光洁度，不仅可以得到更高的精度，而且可以得到更高的表面质量。冲头的固定方式见5-10：用配套的过渡件（K6）将冲头固定在其固定模板上，上部会变成肩部，方便固定，同时保证工件出来时不易取出，生产更稳定。图5-104.2.2凸模长度的确定凸模活动部分的长度根据模具的结构来确定，一般不宜调整过大，否则凸模在纵向弯曲时会失去稳定性。如果模具间隙不均匀，冲出的产品质量和精度不能满足要求，严重时会导致冲头断裂。结合模具构造的类型，可以这样来算出凸模的长上式之中，—凸模长（mm）； —固定凸模的模板厚（mm），此处定H1=18mm—用来卸料的模板厚（mm），此处定H2=25mm；—用来导料的模板厚（mm），此处定H3=0；—其它长度（mm）。重点对凸模到达凹模的深进行考虑，若为冲裁的凸模，则取2mm，若为压弯的凸模，制件弯曲的高为5.2mm，另外还需要考虑模具关闭期间，卸料模板至凸模固定板制件，安全尺寸，此处定为10mm。确定的数据放进上式：进行冲裁时，凸模的长L=80mm进行压弯时，凸模的长L=74.5mm4.2.3凸模的强度计算钻孔时，冲头会承受很大的压力，卸载时也会受到拉应力。因此，当进行剪切过程时，应力是拉伸和压缩的重复变化。冲头设计为具有合理的阻力，因此无需检查。结合本次设计的U型刀架的特点，有些冲头的正面不大，所以要检查正面较小的冲头的强度，以及承受压力和剪切的能力，抗弯强度.必须经过验证。4.2.4凹模结构形式设计在设计时，凹模的制作用整体加工，想要让设计，维修与加工更方便，压弯加工所用的凹模的构造为镶拼类型，将其在凹模孔内进行嵌入，固定通过螺丝来完成，凸、凹间间隙的值即为料厚的值。进行压弯的凸模，其头部设置成圆弧的角（R=1），可以防止在进行压弯时，制件的摩擦。在进行直角弯曲时，凹模与折弯线靠近，设置校正筋一条，其构造在图5-11可见，让压弯的制件在根部产生塑性形变，让回弹减小，确保弯曲角。凹模所用原料与凸模一致，用CR12MOV钢制作，进行淬火，实现硬度。4.2.5.凹模结构尺寸的确定在设计模具时，对主要模具强度、制作方法和制造精度都有要求。特别是，在设计过程中，应结合零件规格来讨论模具规格。模具的生产精度直接影响零件的质量，因此有必要对模具的外轮廓质量进行分析。在设计模具外轮廓的厚度和尺寸时，要分析模具上的冲压力，使模具在生产过程中不被损坏或变形，模具的强度在一定范围内合理。冲裁时，模具不仅承受冲裁力，还承受水平方向的力。由于模具结构种类繁多，受力比较复杂，特别是在结构复杂的冲压工件中，模具受力的确定更为复杂。因此，在正常生产中，模具强度主要由工件的外形尺寸、所用原材料的厚度、冲裁力来估算。（5）设计凹模的镶块规格凹模的规格，在零件图中进行了标注。4.3模板的设计在设计级进模时，让位于设计也很重要。通常，在弯曲或成型工位之后，需要建立性能，如果性能足够，不仅要分析静态性能，还要分析动态性能[11]。在本设计中，槽直接放置在模板上以进行屈服，零件成型后，通过模具后端的斜面滑动，以确保顺利进给。前面已经分析了凹模的外部轮廓冲裁，本模具中，其它部件的尺寸确定如下：固定凸模的模板规格：设计的上垫板规格:设计的下垫板规格:卸料模板的规格:设计的上模板规格:设计的下模板规格:从而可算出模具关闭的高：H闭合=222.5mm4.4卸料橡胶的选用将卸料的力先算出，结合文献[8]其中表2-15，可有与卸料力相关的系数，那么：（1）按照模具的构造，将橡胶暂定为8根，每一根橡胶承担的卸料的力：（2）翻看文献[12]其中表10-1，并结合模具构造的规格，将所用橡胶的规格暂定为：橡胶的钢丝的直径与中径以及节距依次是d=2mm，D2=12mm，t=4.28mm，橡胶在工作时，负荷的极限为Fj=188N，其高度的自由值h0=40mm，圈数有效值n=8.5，使用负荷极限的形变量hj=17.3mm，打开的长L=396mm。[将其进行标记：2×12×40]（3）算出预压的量。通过Fj=188N，hj=17.3mm，分析卸料的稳定性，将预压的量定为h1时，可有压力150N，从而：（4）对所用橡胶进行检查，查看其压缩量的最大值是否符合要求：进行冲裁时，所用卸料板运行的行程h2=6.2mm;分析凸模，确定其修模的量h3=4mm;所用橡胶产生的预压量是h1=14.4mm；那么橡胶压缩量合计为：h1+h2+h3=14.4mm+6.2mm+4mm=24.6mmhj=17.3mm<24.6mm，从分析可知，确定的橡胶不符合要求。第5章冲压设备的选用结合本次设计的零件，冲压生产中的性能，需求的尺寸，零件的结构，精度要求来确定生产所需的设备。5.1冲压力的计算本次设计的级进模，其卸料为弹性，出料类型为下出料。结合4.2节-4.4节中的分析可知：F冲=154.6KN；F卸=0.05*154.6=7.7KN翻阅书籍[8]其中表2-15，可有推件力相关的系数，可以这样来算出推件的力：卸料力 推荐力生产时的弯曲力，即自由和校正两个弯曲力的和。可以这样来算出：在对弯曲进行校正，校正所需的弯曲力要超过自由弯曲的力，从而的计算可省去。的值与压力调节相关，结合经验进行确定因此，F总=376.3+18.8+67.7+5=467.8KN所选压力设备公称的压力要超过。5.2压力机从上面冲压力的分析，将压力设备暂定为开式双柱可倾压力机，其具体型号是J23-63，相关参数下面详细介绍：设备J23-63公称的压力630KN设备J23-63滑块的行程120mm闭合高度的最大值200mm;装模高度的最大值300mm;连杆可以调节的值55mm;设备J23-160工作台规格800ⅹ500模柄孔的规格（半径深）;R20ⅹ60滑块的中心位置到床身的中心间隔尺寸160mm;从4.3节可知：模具关闭时的高H闭合=228mm从而，选用的压力设备模具安装的高和模具关闭的高要满足下面不等式：此处定为H闭合=222.5mm：，如此设计可以防止连杆调节的长度太大，螺纹接触区域太小被压坏。第6章压力中心的计算模具的压力中心是冲压过程中合力的作用点或各工序冲压力合力的作用点。如果某个模具的压力中心与所用设备的滑块中心不同，冲压时会产生偏心载荷，造成模具和滑块的严重磨损，缩短模具和设备的使用寿命。6.1计算步骤（1）完成平面处直角坐标系的建立（2）将每一个图形中压力的中心至坐标轴的间距算出来x1、x2、x3、…xn与y1、y2、y3、…yn；（3）把（2）中算出的数据，放入到下面等式之中，可算出压力中心的坐标（x0,y0）。

6.2确定压力的中心结合设计的排样图以及每一个工位处于模具中的位置，完成直角坐标系的建立。通过计算，可知压力中心的坐标是。把前面算出的每一个工位处冲压的力在图7-1上进行标注，所以在该坐标系之中，压力中心的坐标可确定（294.25，0）。总结作为模具制造源头，模具设计成本仅占模具设计总成本的10%，却直接影响模具制造成本。因此，设计者在设计时需要对模具结构进行改进，不仅要考虑模具制造成本、生产效率，还要便于维护。但是在实际生产期间，不可能完全按照设计进行，所以模具生产工序很多，实际遇到的问题也很多。发现的任何问题都应根据当前的生产环境进行处理。在整个生产过程中，模具的维护和保养也是必不可少的。维修模具时，注意细节，发现问题，进行维修。模具的装卸必须非常小心，避免摩擦和损坏模具。定期维护模具可以延长其使用寿命。本次设计的零件为U型支架，采用多工位级进模生产。模具结构比较合理，制作不复杂，操作方便。采用不间断冲压、折弯等多道工序实现一次成型，模具生产效率高，零件质量好，大大降低生产成本，满足生产要求。所以是第一次设计，实际知识欠缺，设计上也有一些不足，希望老师指出。在本项目的设计过程中，有必要了解多工位级进模的性能。因为没有实际操作经验，很多数据无法确定。遇到问题后，先翻了很多相关的书，找到了相关的知识点。有些问题解决了，但有些问题无法从书本中提炼出来，于是我去请教老师。在老师的耐心指导下，问题解决了。在设计这部分的过程中，我对多专业知识有了更深的理解，掌握了一些数据搜索的方法，同时也纠正了我的学习态度。我相信这个设计项目的体验和感悟，让我受用一辈子。参考文献[1]贾丽丽冲压工艺与模具设计人民邮电出版社[2].柯旭贵先进冲压工艺与模具设计高等教育出版社2008.6[3]张荣清模具制造工艺高等教育出版社[4]胡凤兰互换性与技术测量基础高等教育出版社2005.2[5]杜继涛，甘屹.U型支架精密多工位级进模设计[J].模具工业，2005（9）[6]姜奎华主编.冲压工艺与模具设计[M].北京：机械工业出版社，1998