本科毕业设计论文(多工位级进模设计)

上海理工大学本科毕业（设计）论文-1-第一章概论1.1级进模概述一个冲压零件，如用简易模具冲制，一般来说，每项冲压工序，如冲裁（冲孔、冲切或落料）、弯曲、拉深、成型等，就需要一副模具。这对于一个比较复杂的冲压零件来说，则需要几副模具才能完成。因此这种简易模具的生产效率，相对来说仍是较低的。对于大批料生产的定型产品，用简易模具进行生产是极不适应的。多工位级进模是冷冲模的一种。级进模又称跳步模，它是在一副模具内，按所加工的零件分为若干个等距离工位，在每个工位上设置一定的冲压工序，完成冲压零件的某部分加工。被加工材料（一般为条料或带料）在控制送进距离机构的控制下，经逐个工位冲制后，便得到一个完整的冲压零件（或半成品）。这样，一个比较复杂的冲压零件，用一副多工位级进模即可冲制完成。在一副多工位级进模中，可以连续完成冲裁、弯曲、拉深、成型等工序。一般地说，无论冲压零件的形状怎样复杂，冲压工序怎样多，均可用一副多工位级进模冲制完成。多工位级进模的结构比较复杂，模具制造精度高，这对模具设计者来说需要考虑的内容很多，尤其是级进模条料排样图的设计，模具各部分结构的考虑等都是十分重要的。级进模，尤其是多工位级进模，配合高速冲床，实现高速自动化作业，能使冲压生产料率大幅度提高。它在提高生产效率、降低成本、提高质量和实现冲压自动化等方面有着非常现实的意义。多工位级进模可以对于一些形状十分复杂的冲压件进行冲裁、弯曲、拉深、成形加工。对大批量生产的冲压零件尤其应当采用多工位级进模进行冲制。1.2级进模特点及其现状级进模是在压力机一次行程中完成多个工序的模具，它具有操作安全的显著特点，模具强度较高，寿命较长。使用级进模便于冲压生产自动化，可以采用高速压力机生产。级进模较难保证内、外形相对位置的一致性。多工位级进模冲压工艺具有生产效率高，材料利用率高，冲压设备比较简单，对操作工人技术等级要求不高等优点，所以在工业生产中，应用广泛，并已成为不可缺少的重要加工手段之一。多工位级进模特点多工位级进模精度高、寿命长，其工作元件常采用高速钢或硬质合金制造。用硬质合金制造的模具寿命一般可达到1亿次，最高可达到3亿次。模具加工的位置精度为±（0.002～0.005）mm，尺寸精度一般为0.005mm，高的可达0.0025mm。特别对一些小凸模而言，其寿命显得更为重要，如某长用成形模削方法加工的凸模和凹模宽度为0.2mm。冲制0.25mm厚的板料，其冲压速度为1000次/min，模具的使用寿命高达1亿次。在多工位级进模中，通常凸模都很细小，因此，它具有精确的导向和保护。常常将卸料板上的凸模相配的孔做的很精确，其尺寸及相互位置也做的正确无误。在冲压过程中凸模平相机胶卷压簧多工位级进模设计-2-稳、精确，就需要卸料板对凸模器导向和保护作用，而卸料板也大多采用导柱导向。多工位级进模有自动送料装置，送料精度高，送料步距能精确调整。目前生产中常用夹持式、滚动式、有离合器和琨式、凸轮琨式、摆动琨式等送料装置，送料误差可控制在±（0.002～0.005）mm。我国自行设计制造的精密多工位级进模步距精度达到0.002～0.003mm，模具主要零件的制造精度已达到2μm～5μm，模具寿命1亿次以上，已经达到目前的国际水平。送料误差和不能及时从凸模上卸料，是造成冲模损坏的主要原因，为保证冲压工作顺利进行，模具不被破坏，它还是需要具有高精度的误差检测装置，如果没有检测装置，出现工作误差又不能使冲床快速刹车停止冲压工作，后果就很难想象了。多工位级进模对冲床的要求高，要求冲床的运动精度高、刚性好、震动小、热变形小、自动刹车快、防止冲床的弹性变形、热变形及运动精度差带来不良误差，造成恶劣后果。总的来说，多工位级进模有以下特点：1）适用于制件的大批量生产。2）冲制件质量可靠、稳定，即制件尺寸的一致性好。3）由于自动送料和自动出件等装置，尤其是多工位级进模，适合于高速冲床上进行自动化冲制。也最适宜卷、带料供料。4）级进模可以完成冲裁、弯曲、拉深、成形等多道工序，效率比复合模更高，且在级进模上工序可以分散，任意留出空位，故不存在符合模的最小壁厚问题，因而保证了模具的强度，延长了模具的使用寿命。5）模具的主要零件具有互换性，使模具维修方便，更换迅速、可靠。6）多工位级进模结构复杂，制造精度高，调试、维修困难，价格昂贵。7）多工位级进模对冲压设备、板料要求高。多工位级进模在我们国家的发展现状由于种种历史原因，我国模具工业与当前工业发展还很不适应，无论是在设计制造技术和生产能力方面，还是在管理水平方面，模具工业均远远不能满足需求，它严重影响了工业产品的品种、质量和生产周期，削弱了其在国际市场上的竞争能力。近年来，我国模具进口幅度呈大幅度下降之势，并有超亿元出口额。大型、复杂、精密、高效和长寿命模具也逐年上新的台阶，体现高水平制造技术的多工位级进模也越来越多，冲压自动线、自动冲压技术也得到了广泛应用。我国模具行技术水平迅速提高，模具国产化已经取得了十分可喜的成绩，这将对我国在国际市场的竞争能力和综合国力的提高起到有力的促进作用。上海理工大学本科毕业（设计）论文-3-第二章产品工艺性分析2.1产品工艺性分析该任务中设计的零件是相机胶卷的压簧。压簧是相机上的一个用来定位胶卷在相机中位置的零件，材料为不锈钢1Cr13（已退火的马氏体不锈钢），板料厚度为0.8mm。零件结构复杂，弯曲次数多，侧边有孔，要保证其同心度，成形困难，生产批量又大。从技术要求和使用条件来看，零件要求具有较高的刚度和强度。因为零件未标注尺寸，取其公差为IT10级。外形最大尺寸为95.96，属于中型零件。零件三维造型如图2-1所示图2-1相机胶卷压簧Pro/E三维造型2.2材料成型性能分析本设计中所采用材料为不锈钢1Cr13。含碳量为C%=0.08-0.15%,Cr%=12-14%。该材料抗剪强度为τ=32-38㎏/c㎡,取为35㎏/m㎡；屈服强度为σs=42㎏/m㎡，弹性模量为E=21000㎏/m㎡，抗拉强度为σb=40-47㎏/m㎡，取为45㎏/m㎡。一般该材料用来制作能抗弱腐蚀性介质，能承受一定的冲击载荷的零件，如汽轮机的叶片，水压机阀，结构架，螺栓，螺帽等，具有良好的机械性能。在本设计中用来制作弹簧元件，一般要进行热处理工艺为1000-1050℃油淬或水淬，然后进行700-790℃中温回火。相机胶卷压簧多工位级进模设计-4-第三章冲模工艺计算3.1毛坯展开尺寸计算图3-1毛坯展开尺寸计算示意图如图3-1所示，箭头表示材料在模具中的进料方向。毛坯的展开尺寸计算分成两个方向：材料的进料方向：L1=l1+l2+l3+0.4t+0.4t其中：l1，l2，l3分别为进料方向上三个直边的长度；t为板料的厚度；进料方向展开尺寸的计算按照两个直角分别弯处计算按公式计算可得：L1=60+10+10+0.8*0.8=80.64mm与进料方向垂直的方向：L2=2*l4+2*l5+l6+0.6t+0.6t其中：l4，l5，l6分别为该方向上三个直边的长度；t为材料的厚度；与进料方向垂直的方向上展开尺寸的计算按照两边同时弯出计算；根据公式计算可得：L2=2*3+2*21+47+1.2*0.8=95.96mm。搭边值：查阅资料，对于料厚度t≤1，自动送料方式的情况，取进料方向与垂直方向的搭边值分别为a1=2mm，a=2.5mm。故料宽B=95.96+2*a=95.96+5=100.96mm步距为h=L1+a1=80.64+2=82.64mm上海理工大学本科毕业（设计）论文-5-3.2凸、凹模间隙值的确定该材料为不锈钢1Cr13，属于软钢（0.08-0.2%C）料厚0.8mm，查资料取冲裁模初始双面间隙z=（5-7%）t=0.040-0.056mm3.3冲裁力计算按照公式btLF冲其中：σb为材料的屈服强度t为板材的厚度L为冲裁边的总周长σb＝45kg/mm2t=0.8mmL≈919.15mm计算可得NF324276冲查表可得材料的卸料力系数卸K＝0.045推料力系数推K＝0.055卸F＝卸K*冲F＝0.045*324276＝14592Nn＝h/t=5/0.8=6推F=推K*冲F*n=0.055*324276*6=107010N总F冲F+卸F+推F=324276+14592+107010=445878N3.4弯曲力计算弯曲力的计算采用公式btrCKBtF2自其中C——与弯曲有关的系数，对于U形件，C取0.7K——安装系数，一般取1.3B——料宽t为板料的厚度r为弯曲半径σb——材料强度极限计算可得自F4558N3.5冲压设备的选用根据以上计算可知，本设计中所需要的总的压力为F＝445878+4558＝450436N查阅压力机的规格，可知选用J31-630（闭式单点压力机）压力机即可满足要求，该压力机的公称压力为630顿，满足要求。相机胶卷压簧多工位级进模设计-6-3.6压力中心的确定冲裁时的合力作用点或多工序模各工序冲压力的合力作用点，称为模具压力中心。如果模具压力中心与压力机滑块中心不一致的话，在冲压过程中就会产生偏载，导致模具以及滑块与导轨的急剧磨损，降低模具和压力机的使用寿命。通常利用求平行力系合力作用点的方法（解析法或图解法）确定模具的压力中心。本设计中采用解析法。如图3-2所示。以第一工位的中心孔作为参考坐标系。图3-2模具压力中心计算示意图根据公式：弯弯XxxxXBxLxLxLFxFxkkKkiikiiic2122111125.0（y方向计算方法相同）计算可得：cx≈392mm，cy≈0（相对于模具整体尺寸可以忽略为0）模具的压力作用范围为869，压力中心与模具中心的误差为（869-392*2）/869＝9.78％符合模具压力中心与模具中心误差不超过1/6的要求。123456789101112上海理工大学本科毕业（设计）论文-7-第四章模具结构设计及选用4.1条料排样图设计多工位级进模时，首先要设计条料排样图，这是设计多工位级进模的重要依据。条料排样图一旦确定，也就确定了以下几方面：1）被冲制零件各部分在模具中的冲制顺序；2）模具的工位数，及其作业内容；3）确定了被冲零件排列式样（单排、双排、多排），方位（正排、斜排）等。并反应出材料利用的高低；4）确定了模具步距的公称尺寸和定距方式；5）条料的宽度，条料纹向与送料方向的关系；6）条料载体的设计形式；7）基本上确定了模具的结构。多工位级进模条料排样图设计得好坏，对模具设计的影响是很大的。排样图设计错误，会导致制造出来的模具无法冲制零件。一般在设计多工位级进模条料排样图时，要拿出多种排样方案，加以比较、归纳、综合，最后得出一个最佳方案。多工位级进模条料排样图设计是否最佳方案，首先要看工位分布是否合理；条料能否在连续冲压过程中通畅无阻；是否便于使用、制造、维修和刃磨；是否经济合理。4.1.1排样图的设计条料排样图直接关系到级进模设计，因此在设计排样图时，主要需考虑到以下几个因素。1)送料方式：高速冲压的多工位级进模，用自动送料机构送料，用导正钉精确定距；手工送料则多用侧刃粗定距，用导正钉进确定距。2)冲压零件形状分析：每一个冲压零件都有它的一些特点，因而在设计条料排样时，必须对这些特点加以分析、研究。3)模具的具体结构和加工工艺性：在设计条料排样图的同时，必须考虑模距的具体结构，要把每一个环节，每一个具体部分的装配关系，装配顺序，以至对每部分的加工方案等都要考虑全面。这样，设计出来的条料排样图才能够指导模具设计。4)被加工材料：多工位级进模对被加工材料的要求都是很严格的。在设计排样图时，对材料的供料状态、被加工材料的机械性能、材料厚度、条料宽度与材料纹向、材料利用率等都要给予全面考虑。5)正确安排侧刃孔与导正钉孔：导正钉孔与导正钉的位置的安排对于多工位级进模的精确定位时很关键的。6)分段切除过程零件形状连接方式的选择：多工位级进模的分段切除的排样图，其连接相机胶卷压簧多工位级进模设计-8-方式基本上可以分为三种：即搭接、平接和切接。搭接最有利于保