冲孔、切断、弯曲级进模的设计与制造

湖北理工学院毕业设计第1页目录第一章零件工艺分析…………………………………………………………………3第二章成型工艺方案确定……………………………………………………4第三章排样的设计…………………………………………………………………31、坯料展开尺寸的计算………………………………………………………52、排样方式的选择………………………………………………………………53、裁板方法………………………………………………………………………64、计算材料利用率………………………………………………………………6第四章冲裁力、弯曲力、压力机的选择和压力中心的确定………………………61、冲裁力…………………………………………………………………………72、弯曲力…………………………………………………………………………73、卸料力…………………………………………………………………………74、推件力…………………………………………………………………………75、压力机的选择…………………………………………………………………36、压力中心的确定………………………………………………………………8第五章冲裁间隙的确定……………………………………………………………9第六章模具主要结构的设计………………………………………………………101、模具类型的选择………………………………………………………………102、操作方式………………………………………………………………………103、出件方式………………………………………………………………………104、确定送料方式…………………………………………………………………105、确定导向方式…………………………………………………………………10第七章冲孔刃口尺寸的计算………………………………………………………11第八章主要零部件的设计…………………………………………………………131、冲孔凸模………………………………………………………………………132、冲孔凹模………………………………………………………………………133、弯曲凸模、凹模的设计………………………………………………………144、定位零件………………………………………………………………………15湖北理工学院毕业设计第2页5、卸料板的设计…………………………………………………………………156、上下模座………………………………………………………………………157、模柄……………………………………………………………………………168、模具的闭合高度：……………………………………………………………17第九章压力机技术参数校核………………………………………………………17第十章模具零件制造工艺编制……………………………………………………171、冲孔凸模加工工艺过程……………………………………………………172、冲孔凹模加工工艺过程……………………………………………………183、弹压卸料板加工工艺过程……………………………………………………19第十一章模具工作原理与使用注意事项…………………………………………19第十二章设计感受…………………………………………………………………20参考资料……………………………………………………………………………21湖北理工学院毕业设计第3页第一章零件工艺分析图1链节零件如图1所示，链节零件为某机构上使用的连接件。该零件尺寸小，形状较复杂，有1个整体的弯曲和2处卷圆，材料为中碳钢，厚0.8mm。因为尺寸均为未标注公差的自由尺寸，故在冲压工序中可按IT14级来确定。查附录一①可得各零件尺寸公差为：外形尺寸：230-0.528.30-0.3634.60-0.62内形尺寸：1.8+0.250第二章成形工艺方案确定各类模具结构及特点比较模具种类比较项目单工序模（无导向）（有导向）级进模复合模湖北理工学院毕业设计第4页零件公差等级低一般可达IT13～IT10级可达IT10～IT8级零件特点尺寸不受限制厚度不受限制中小型尺寸厚度较厚小零件厚度0.1～6mm可加工复杂零件，如宽度极小的异形件形状与尺寸受模具结构与强度限制，尺寸可以较大，厚度可达3mm零件平面度低一般中小型件不平直，高质量制件需较平由于压料冲件的同时得到了较平，制件平直度好且具有良好的剪切断面生产效率低较低工序间自动送料，可以自动排除制件，生产效率高冲件被顶到模具工作表面上，必须手动或机械排除，生产效率较低安全性不安全，需采取安全措施比较安全不安全，需采取安全措施模具制造工作量和成本低比无导向的稍高冲裁简单的零件时，比复合模低冲裁较复杂零件时，比级进模低适用场合料厚精度要求低的小批量冲件的生产大批量小型冲压件的生产形状复杂，精度要求较高，平直度要求高的中小型制件的大批量生产方案一：冲孔—落料—卷圆—弯曲。单工序模生产。方案二：冲孔—落料—卷圆、弯曲复合冲压。复合模生产。方案三：冲孔—落料—卷圆、弯曲级进冲压。级进模生产。根据分析结合表分析：方案一模具结构简单，制造周期短，制造简单，但需要两副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产的要求。湖北理工学院毕业设计第5页方案二只需一副模具，制件精度和生产效率都较高，且工件最小壁厚大于凸凹模许用最小壁厚模具强度也能满足要求。冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高，板料的定位精度比方案三低，模具轮廓尺寸较小。方案三只需一副模具，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，模具制造工作量和成本在冲裁简单的零件时比复合模低。由于产量很大，对模具寿命有很高的要求，通过对上述三种方案的分析比较，决定用方案三进行生产。根据零件形状和级进模工艺方案设计原则确定，成形时，再冲掉废料后要完成预弯、打弯、以及整形等工序，最后落料得到整个零件。运用Dynaform软件对零件的重要成形工位进行了仿真分析，可以帮助确定坯料的形状和尺寸，通过模拟可知（见图2）,卷圆前，由于压边圈只能垂直方向压料，周围没有载体来平衡材料向产品圆弧流动的侧向不均匀阻力，最后可能导致产品两法兰边缘平面不平行（见图2箭头1、2所指）。图2弯曲工位的数值模拟分析据此，在设计排样时，在零件的两边增加了2条宽1.3mm的中载体，以提高成型后法兰边缘平面的平行度，同时也增加了条料的刚度，使条料送进更加平稳。无芯卷圆是整个卷圆工序的重点，首先要预弯圆弧，然后弯曲底部圆弧，最后再进行无芯卷圆（见图3）。湖北理工学院毕业设计第6页图3无芯卷圆示意图第三章排样的设计1、坯料展开尺寸的计算在计算复杂零件展开尺寸时，传统上是根据初算尺寸用线切割切出性形状，再反复试模修正尺寸，直到符合产品要求，不仅效率低，而且成本高。由于该零件形状复杂，不对称，按传统方法计算展开尺寸偏差较大，现借助有限元模拟，可以帮助确定产品形状与展开尺寸。图4为最后的坯料展开形状和主要尺寸。图4通过模拟确定的展开尺寸2、排样方式的选择由链节形状可以确定级进模的主要工序有冲孔、落料、卷圆、弯曲等，而载体设计和无芯卷圆工序设计是模具设计的难点。根据零件图，可初步拟定如图5湖北理工学院毕业设计第7页所示的2种工艺方案。方案一：采用横排排样，成型工艺为：冲孔—冲废料—冲轮廓废料—撕口—预弯—打弯—打弯整形—冲孔整形—冲孔—落料（见图5（1））方案二：采用竖排排样，成型工艺为：冲导正孔—冲孔—冲废料—冲废料—撕口—预弯—打弯整形—冲孔整形—冲孔—落料（见图5（2））（1）方案一（2）方案二因方案二操作不便，且料宽比方案1增加10mm,故最终选用方案一。3、裁板方法此链节零件冲压既有冲裁又有弯曲，因此必须遵从冲裁排样和弯曲排样的原则，最终确定的零件排样设计如图6所示。图6排样图1.冲孔2.冲废料3.冲轮廓废料4.撕口5.预弯6.打弯7.打弯整形8.冲孔整形9.冲孔10.落料4、搭边值和料宽的确定搭边的作用是补偿定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料步距误差、送料歪斜误差等原因而冲裁出残缺的废品。由表2-13[1]差得侧面的搭边值a1=4mm，工件间的搭边值a=5mm。但是考虑到条料的宽度较大，为保持条料有一定的强度湖北理工学院毕业设计第8页和刚度，保证送料顺利进行，取a=5.5mm。一般情况下条料的宽度B=D+2a其中B—条料的宽度（mm）D—工件垂直于送料方向上网最大尺寸（mm）a1—侧搭边（mm）故条料的宽度B=34+2×5.5=45mm.5、计算材料利用率冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用材料的重要指标。一个步距内的材料利用率η＝A/BS×100%式中A—一个步距内冲裁件的实际面积；B—条料宽度；S—步距；η＝1478.7÷(45×53)×100%＝62%第四章冲裁力、弯曲力、压件力压力机的选择和压力中心的确定1.冲裁力模具共有2个冲裁区，冲裁力由下式计算。tLF式中：F—冲裁力（N）；L—冲裁件周边长度（mm）；t—材料厚度（mm），t=1；—材料抗剪强度（MPa），＝500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，见表4-1。表4.1冲裁线长度和冲裁力部位mmL/NF/第3工位243.6997476湖北理工学院毕业设计第9页第9工位188.86475545.6总计173021.62、弯曲力弯曲力公式自F＝0.6kBttb/(R+t)（4-14）《冲压工艺与模具设计》式中自F—自由弯曲力（N）；B—弯曲件宽度（mm），B＝34.6+4.3+8.3t—弧曲件材料厚度（mm）t＝0.8R—弯曲件内半径（mm），R＝0.1t＝0.08b—材料抗拉强度，350bK—安全因数，K3.1自F＝0.6×1.3×（34.6+6.3+8.3）×0.8²×350／(0.08＋0.8)＝9768.44（N）3、卸料力卸料力不仅是设计卸料板是的重要参数，它还是冲小孔是，影响凸模使用寿命的一个主要因素。合理地确定卸料力可以使模具结构紧凑和保证冲裁生产过程的稳定。生产上常以经验公式来估算卸料力F卸即F卸＝0.05×173021.6＝8651.08（N）K卸料力系数，查《模具设计使用手册》查得K=0.05～0.08取K=0.054、推件力查《模具设计使用手册》查得nKPF推（N）K—卸料力系数，查《模具设计使用手册》查得K=0.05～0.08取K=0.05F推＝5×0.05×173021.6=43255.4（N）5、压力机的选择冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于冲裁时各工艺力的总和F总根据所设计的模具，选用弹压卸料装置和下出件的模具时：F总＝173021.6＋9768.44＋8651.08+43255.4＝634696.52（N）根据计算冲压设备可选用800KN曲柄压力机。6、压力中心的确定湖北理工学院毕业设计第10页aay在多工位级进模中，由于各个工位的闭合时间不同，因此压力中心是呈一种动态变化。为了便于计算，可根据级进模工作时的极限位置来计算极限位置的压力重心。根据排样图6可用解析法来求压力中心，直线段的重心既是该线段的中心，圆弧的长度和重心可按下式来求得：l=2ra/57.29[4]y=aarsin29.57式中l——圆弧的展开长度（mm）；R——圆弧的半径（mm）；A——中心半角（°）；y——圆弧重心与圆心距离（mm）。图7圆弧重心的位置所以压力中心坐标（xy）x=lxl=56.90mmy=yyl=0第五章冲裁间隙设计模具时一定要选择合理的间隙，以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求，所需冲裁力小、模具寿命高，但分别从质量，冲裁力、模具寿命等方面的要求确定的合理间隙并不是同一个数值，只是彼此接近。考虑到制造中的偏差及使用中的磨损、生产中通常只选择一个适当的范围作为合理间隙，只要间隙在这个范围内，就可以冲出良好的制件，这个范围的最小值称为最小合理间隙Cmin，最大值称为最大合理间隙Cmax。考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计与制造新模具时要采用最小合理间隙值Cmin。冲裁间隙的大小对冲裁件的断面质量有极其重要的