订书机底座设计说明书 2.docx

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订书机底座设计说明书2

冲压课程设计说明书

题目装订机底座冲压级进模设计_____

院系机电及自动化学院________

专业材料成型及控制工程______

级别2010级_______________

学号____

姓名_郑霖____________

指导老师___陈勇_____________

2013年6月

第一章绪论1

第一章绪论2

1.1级进模的概述2

1.2级进模的特点级现状3

1.2.1多工位级进模的特点3

1.2.2多工位级进模在我国发展的现状3

1.3级进冲模设计要点与步骤3

第二章产品工艺性分析4

第三章方案及排样设计4

3.1冲裁方案的设计4

3.2毛坯排样设计4

3.2.1毛坯展开尺寸计算4

3.2.2条料搭变值确定5

3.2.3毛坯排样5

3.3冲切刃口外形设计5

3.4工艺排样设计6

3.4.1确定步距6

3.4.2工序排样图6

第四章工艺计算7

4.1冲压工艺力的计算7

4.1.1冲裁力计算7

4.1.2弯曲力计算9

41.3卸料力的计算10

4.1.4总压力的计算10

4.2压力中心计算11

第五章模具总体概要设计11

5.1模具结构概要设计11

5.1.1模具基本结构形式12

5.1.2模具基本尺寸12

5.1.3模架结构确定13

5.1.4模具闭合高度13

5.2模具结构详细设计13

5.2.1工作单元结构13

5.2.2卸料机构结构14

5.2.3定位销结构14

5.2.4各模板结构14

第六章模具零件详细设计14

5.1工作零件14

5.1.1冲裁凸模设计14

5.1.2凹模设计15

5.2定位零件16

5.2.1定位销16

5.3出件零件16

5.3.1卸料板16

5.4导向零件16

5.5其他零件17

第六章设备选择17

6.1设备选择17

6.2设备校合17

第七章结论18

参考文献19

前言

随着电子、电器、轻工、汽车等行业的不断发展，多工位级进模的应用也越来越广泛。

相对于普通冲压模而言，多工位级进模生产效率高、质量稳定、操作安全、容易实现生产机械化和自动化等优点，特别适合大批量生产。

能够满足日益增长的产品需求。

多工位级进模是指在一副模具内，将加工零件所需工序按一定顺序分为若干工位，在压力机的一次行程中，在级进模的不同工位上完成两道或多道冲压工序。

它是在连续模的基础上发展起来的一种结构更加复杂、加工精度要求更高的先进模具之一。

级进模的结构形式很多，本次设计采用的是含有弯曲工序的多工位级进模。

本设计说明书，严格按照级进模具的设计步骤，从零件的工艺分析到工艺方案的拟定，再到级进模的总装图和零件图设计以及压力机的选择。

全文采用理论与实际的编写方式。

为了达到设计的规范化和合理性，同时也为了方便读者的阅读，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。

本书第一章主要介绍了零件的工艺性分析，为后面的模具设计作提供理论依据，从第二章到第五章介绍了级进模具体设计，包括排样、模具结构和具体的零件设计、第六章介绍的是压力机的选择。

第一章零件产品图和工艺性分析

1.1订书机底座产品图和冲压工艺性分析

冲压件的工艺性是指冲压件对冲压加工的适应性，即是否能用最简单的模具结构、最少的工序、最低的成本加工出符合要求的工件。

主要是从产品的结构形状、尺寸、精度、原材料、性能等几个方面进行分析，在工艺分析的基础上，综合考虑产品质量、生产效率、设备条件、模具结构、操作安全与方便、生产批量、经济性等因素，经分析比较得出适合具体生产条件的最佳工艺方案。

图1.1订书机底座冲压零件三视图

1、冲裁工艺性

订书机底座冲压的零件图如图1.1所示，从零件图上可知订书机底座冲压是典型的冲裁件，小孔直径均大于一个料厚，孔与孔、孔与变的距离均大于1.5t均能满足普通冲裁件的要求。

零件的尺寸精度都在IT10-IT12之间,普通冲裁即可满足要求。

2、弯曲工艺性

（1）最小弯曲圆角。

零件材料Q235，厚度t=1mm，无圆角弯曲。

中间部分弯曲，其中一侧的弯曲部位附近有小孔，孔中心到弯曲部位的距离是13mm>1.5t+R因此该部位的弯曲工艺性良好。

（2）弯边高度。

弯曲件的高度h不应过小，一般保证h>（R+2t）,才能保证零件的精度。

根据该零件尺寸，其弯曲高度为h=18.41mm>4.5mm.

3、Q235是普通碳素钢，厚度1mm，抗拉强度为380MPa，抗剪强度300MPa，屈服强度240MPa，伸长率为23%，可以冲压。

综上所述，该零件的主要冲压工艺性良好。

1.2订书机底座冲压的工艺方案确定

工艺方案的确定主要是解决基本工序数，工序顺序的安排以及工序的组合，是在工艺分析的基础上考虑生产批量等因素制定的。

该工件包括冲孔、弯曲、切断三个基本工序，可以采用以下三种工艺方案：

（1）先冲孔，再落料，再弯曲，采用单工序模生产。

（2）冲孔――落料复合，然后弯曲，采用复合模生产。

（3）冲孔――弯曲――切断连续冲压，采用级进模生产。

方案

（1）模具结构简单，但需要四道工序、四副模具才能完成零件的加工，生产效率较低，难以满足零件大批量生产的需求。

且只能进行单个订书机底座的冲压，无法批量生产，工作效率低，该工件属批量生产，因此该方案不合适。

方案

（2）与方案

（1）一样，都需要多副模具来完成工件的生产任务，生产效率较底，但方案

（2）生产效率可以提高，这点比方案

（1）好，但仍需多副模具，分多次加工，不能满足大量生产队效率的要求。

而且操作不方便、不安全，因此这种方案不是最佳方案。

方案（3）只需要一副模具就能完成订书机底座冲压的批量生产，生产效率很高。

操作方便、安全，同时又能保证工件的精度要求。

由于零件结构简单，生产批量大，为了更好的保证尺寸精度，最后确定级进冲压的方式进行生产，采用方案（3）。

订书机底座冲压的加工工艺方案为：

冲孔――冲外轮廓孔――弯曲――切断。

第二章排样设计

在进行多工位级进模设计时，首先要设计条料排样图，条料排样图的设计是多工位级进模设计时的重要依据。

多工位级进模条料排样图设计的好坏，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。

条料排样图一旦确定，也就确定了被冲制零件各部分在模具中的冲制顺序、模具的工位数、零件的排样方式、模具步距的公称尺寸、条料载体的设计形式等一系列问题。

在本模具中，排样设计总的原则是先进行冲切废料，然后弯曲，最后切断，并要考虑模具的强度、刚度，结构的合理性。

2.1毛坯排样设计

2.1.1毛坯尺寸计算

因为此工件可视为无弯曲圆角弯曲件，因弯曲变形程度大，压弯时板料变形区变薄情况严重，而且断面畸变也较大。

此种情况应依据弯曲变形前后毛坯体积和工件体积相等的原则来进行计算。

由参考文献中得，毛坯长度为：

式中x值为修正系数，一般取x=0.4-0.6。

图2.1订书机底座冲压展开图

2.1.2条料搭变值确定

由于订书机底座冲压的形状不规则，无法做到无废料排样，故采用搭边值均大于2mm的少废料排样，这样能最大限度增加材料的利用率。

2.1.3毛坯排样

毛坯在板料上可截取的方位很多，这也就决定了毛坯排样方案的多样性。

典型毛坯排样有：

单排、斜排、对排、无费料排样、多排、混合排等。

根据此次设计的零件结构特征，决定采用单排、边缘粘连载体。

为简化级进模结构,降低制造成本,初步设计排样方案：

图2.2毛坯纵排排样图

2.2冲切刃口外形设计

1、刃口分解与重组应有利于简化模具结构，分解阶段应尽量少，重组后成形的凸模和凹模外形要简单、规则，要有足够的强度，要便与加工；

2、刃口分解应保证产品零件的形状、尺寸、精度和使用要求；

3、内外形轮廓分解后各阶段间的连接应平直或圆滑；

4、分段搭接点应尽量少，搭接点要避开产品薄弱部位和外形重要部位；

5、有公差要求的直边和使用中有滑动配合的边应一次冲切，不宜分段；

6、复杂外形以及有窄槽或细长的部位最好分解，复杂内形最好分解；

7、外轮廓各段毛刺方向有不同时应分解。

2.3工艺排样设计

在多工位级进模冲压中，工序件在级进模内随着冲床一次就向前送一个步距，到达不同的工序。

由于各工位的加工内容互不相同，因此，在级进模设计中，要确定从毛坯板料到产品零件的转化过程，既级进模各工位的所要进行的加工工序内容，这一设计过程就是工序排样。

对于带孔的冲裁件，一般先冲孔后落料。

对于弯曲件，应在先冲切掉弯曲件周边（指弯曲件展开后）以外废料后再进行弯曲成形，最后落料。

并且要防止弯曲过程中条料的窜动，在排样和模具结构设计时要考虑对材料夹紧。

2.3.1确定步距

步距是指条料在模具中逐次送进时每次向前移动的距离。

步距的大小及精度直接影响冲件的外形精度、内外形相对位置精度和冲切过程能否顺利完成。

1.步距的基本尺寸

由参考文献中得：

式中S—步距基本尺寸；

A—工件外形尺寸；

M—搭边宽度；

故该零件的步距基本尺寸为：

S﹦55mm

2.步距精度

步距的精度直接影响冲压件的精度。

由于步距的误差，不仅影响切除余料导致外形尺寸的误差，还影响冲压件内、外形的相对位置。

也就是说，步距精度愈高，冲件精度也愈高，但步距精度过高，模具制造也就愈困难，所以步距精度的确定必须根据冲件的具体情况而定。

2.3.2工序排样图

考虑到模具的大小问题，初始设计的工序排样图如图2.4所示。

图2.4工序排样图

各工位说明如下：

第1工位冲孔；

第2工位冲外轮廓；

第3工位冲外轮廓；

第4工位压凸包；

第5工位折弯；

第6工位中间折弯；

第7工位折弯、切断；

第三章工艺计算

3.1冲压工艺力的计算

3.1.1冲裁力计算

冲裁力是冲裁过程中凸模对材料的压力。

冲裁力是随着凸模的行程变化的。

通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值。

冲裁力是选用压力机、模具设计以及强度校核的重要依据。

为了充分发挥压力机的潜力，避免因超载而损坏压力机，冲裁力的计算是非常必要的。

冲裁力在理论上可以近似认为是剪切断裂，所以最大冲裁力可以按板料的抗剪强度来计算。

由参考文献中得：

式中　F—冲裁力（N）；

L—零件剪切周长（mm）；

—材料厚度（mm）；

—材料抗剪强度（MPa）；

K—系数。

考虑到模具间隙值的波动及均匀性、刃口的磨损、材料力学性能及厚度的波动润滑情况等因素对冲裁力的值都有影响，故一般取K=1.3。

已知零件材料是Q235，由参考文献中表1.6得

=310-380MPa，本次计算取最大值380MPa。

材料厚度t=1mm,K取1.3。

L值由全部冲裁线即冲裁零件周长尺寸组成，由于该零件有多处冲裁，因此要分开计算。

1．孔的冲裁力

有2×

3，1×

3.5,2×

4,1×

2.5这6个孔，

＝1.3×3.14×（1.5×2+3.5×2+4×2+2.5）×1×300＝25104.3（N）

2．长方形的冲裁力

=1.3×（3.14×2.5+8+6.17×2+28.97×2）×1×300=34772.4（N）

3．切边冲裁力1，形状如图3.1所示

图3.1切边形状

（55+16.63+18+16）×2×1.3×1×300

=82391.4（N）

4．切边冲裁力2，形状如图4.3所示。

图3.2切边形状

1.3×（40.41+16.52+36.17+54.82）×2×1×300=.6N

5．切边冲裁力3，如图3.3所示

图3.3切边形状

1.3×（14+5.87）×2×1×300＝15498.6N

综上所得，总的冲裁力为：

F总=F1+F2+F3+F4+F5

=25104.3+34772.4+82391.4+.6+15498.6

=273.14KＮ

3.1.2弯曲力计算

弯曲力是拟订板料弯曲加工工艺和选择弯曲加工设备的重要依据。

板料弯曲时开始是弹性弯曲，然后是变形区内外层纤维首先进入塑性状态，并逐渐向板厚中心扩展的自由弯曲，最后是凸、凹模与板料相互接触并压实零件的校正弯曲。

由于弯曲力受材料性能、零件形状、弯曲方法、模具结构等多种因素的影响，很难用理论方法进行准确的计算。

一般按经验公式估算。

由参考文献中得：

弯曲时按自由弯曲计算

上两式中　F1—弯曲力（N）

　　　　　K—安全系数，一般取K＝1.3；

　　　　　b—料宽（mm）；

t—料厚（mm）；

r—弯曲半径（mm）；

—材料强度极限（MPa）。

则：

故总得弯曲力为：

F弯=F1+F2+F3+F4=1383.3+8442.7+2420.6+691.6=12.94（KN）

3.1.3胀形力计算

压凸包的冲压力

式中K—系数，对钢为200~300N/mm4；

A—局部胀形面积（mm2）；

t—毛坯厚度（mm）。

总得冲压力为：

F冲=F裁+F弯+F胀=273.14+12.94+21.65＝307.76（KN）

3.1.4卸料力的计算

由参考文献中式2-25得

=

式中F—冲裁力（N）；

—分别为卸料力系数；

＝307.76×0.05=15.39（KN）

3.1.5总压力的计算

＝307.76+15.39＝323.25（KN）

3.2压力中心计算

冲压力合力的作用点称为冲模的压力中心。

冲模压力中心应尽可能和模柄轴线以及压力机滑块中心线重合，以使冲模平稳地工作，减少导向件的磨损，提高模具及压力机寿命。

由于此排样是对称排样，因此压力中心在对称轴线上。

可以根据力矩的平衡算得压力中心，

压力中心计算公式为：

＝（27.5×273.14+2420.6×27.5+8442.7×82.5+137.5×691.6+137.5×1383.3+172×3140+212×3140+172.29×1766.25+212.71×1766.25+192.5×3000+174.3×3850+210.74×3850+192.5×1187.5+275.09×82391.4+302.59×2340+275.09×.6+330.09×27409.2+337.37×3673.8+357.5×4286.1+377.8×3673.8+357.5×4898.4+357.5×9243+357.5×4898.4）/

=261.11mm

＝（6.18×273.14+2420.6×14.92+8442.7×85.54+64.93×691.6+102.16×1383.3+103.71×3140+103.71×3140+88.77×1766.25+88.77×1766.25+98.42×3000+80.85×3850+80.85×3850+11.44×1187.5+103.77×82391.4+85.15×2340+44.77×.6+89.18×27409.2+103.66×3673.8+102.06×4286.1+103.66×3673.8+83.54×4898.4+67.79×9243+28.7×4898.4）/=70.11mm

经计算压力中心得坐标在（261.11，70.11）处。

第四章模具总体概要设计

4.1模具结构概要设计

本承架的冲制采用多工位级进模进行生产，在确定了模具了模具的类型之后，便要初步拟定模具的结构形式。

概要设计是级进模结构设计的开始，它以工序排样图为基础，根据产品零件要求，确定级进模的基本结构框架。

结构概要设计包括：

（1）模具基本结构：

倒装关系的确定，导向方式确定，卸料方式确定等。

（2）模具基本尺寸：

模具平面尺寸，模板厚度，模具闭合高度。

（3）模架基本结构：

模架的外形与尺寸，导柱与导套，模座形式，模柄。

4.1.1模具基本结构形式

1.正倒装结构

由工艺分析得，本零件的冲制包含冲孔、弯曲、切断等工序。

而且已确定为采用级进模冲压，因此选用正装式结构。

2.导向方式

由于本零件的生产是大批量生产，为了确保零件质量及稳定性，选用后侧导柱导向模架，滑动导柱、导套。

3.卸料方式

本零件冲压工序中含冲孔和切断，所以应有卸料机构。

又由于零件冲压中还有弯曲工序，所以选用弹性卸料板。

4.送料方式

因冲压材料选用的是带料，生产效率高，故采用自动送料机构进行送料，保证带料能持续准确的送进。

5.定位方式

带料的定位方式采用定位销进行定位。

4.1.2模具基本尺寸

1．凹模周界尺寸

由工序排样图得模板得长度尺寸不得少于385mm，由参考文献得这一尺寸标准钢板模架滑动导向模架的凹模周界尺寸只有400×250mm的凹模板

2．模板厚度尺寸

（1）垫板厚度

本级进模的总冲压力大，故只上模部分使用垫板受到凸模很大的冲力，由冷冲模国家标准GB2858.3—81中的建议数据结合本模具的实际要求定垫板的厚度为H=10mm。

（2）固定板厚度

在冲裁模中，凸模、凸凹模、镶块凸模与凹模都是通过与固定板结合后安装在模座上的。

固定板的周界尺寸与凹模周界相同，其厚度为凹模厚度的（0.8~0.9）倍。

本级进模凸模固定板的厚度H=36mm，凹模固定板的厚度H＝36mm。

（3）卸料板厚度

一般情况下卸料板的厚度为凹模的（0.8~1.0）倍，本级进模设计卸料板厚度H＝13mm。

（4）凹模板垫板的厚度

由于本级进模的冲压力大而且下模部分要装打沉孔的镶块和弯曲凹模，下模板需要承受很大的力，故下模板下需要装一块垫板，其厚度与上模垫板的厚度一样，便于制造。

4.1.3模架结构确定

1.模架选择

上模座：

500×250×55数量1；

下模座：

400×250×60数量1，

2.模柄选择

为配合滑动导柱导套，选用模柄。

4.1.4模具闭合高度

模具的闭合高度应考虑到将来模具凸模修模时的余量，将各板厚度加起来在加上修模余量就得到模具闭合高度：

H=60+10+36+8+13+12+36+10+55＝240mm。

经总结模具类型为：

带有弯曲工艺得多工位级进模。

4.2模具结构详细设计

4.2.1工作单元结构

由于采用正装式结构，凸模一律用固定板安装与上模，凹模采用镶块式结构固定在凹模固定板内，凸凹模与固定板的固定方法采用铆接结构。

4.2.2卸料机构结构

在结构概要设计中已确定采用弹性卸料板，卸料板为整体板，材料为45钢。

卸料板上开有4个卸料螺钉用的螺纹孔。

在以后的每个工序中，整体卸料板在冲裁、弯曲完成之后，在弹簧力的作用下，将零件半成品从凸模上推出，起到了卸料作用，卸料板的行程用卸料螺钉限制。

4.2.3定位销结构

本模具工位数不多，冲压精度要求一般，所以采用3个Φ5的定位销。

4.2.4各模板结构

各模板的尺寸根据凹模周界定为400×250mm，各模板的材料统一为45钢，模板与上、下模座之间用用销钉定位和内六角螺钉紧固。

第五章模具零件详细设计

5.1工作零件

5.1.1冲裁凸模设计

1.冲导正孔凸模

由参考文献[2]中式2-4刃口尺寸：

式中d—工件公称尺寸（mm）；

Δ—零件公差；

xΔ—磨损量，磨损系数x与零件制造精度有关，零件精度为IT11-IT13时，x＝0.75；

δp—凸模制造公差。

凸模制造公差按IT6选取。

dp=（3+0.75×0.1）

=3.075

mm

dp=（3.5+0.75×0.1）

=3.575

mm

dp=（4+0.75×0.1）

=4.075

mm

2.冲外轮廓凸模

采用铆接结构固定凸模，并考虑到加工方便，电火花线切割加工。

为保证刃口尺寸，凸模固定板孔与装配部分配做呈H7/m6配合。

工作部分与卸料板配做呈H7/h6配合。

装配部分表面粗糙度Ra值为0.8，工作部分表面粗糙度Ra值为0.4。

刃口分为变小的尺寸（A类）、变大的尺寸（B类）和不变的尺寸（C类），分别计算。

由参考文献[1]中表2-11得刃口尺寸：

式中A、B、C—工件公称尺寸（mm）；

Δ—零件公差；

xΔ—磨损量，磨损系数x与零件制造精度有关，零件精度为IT11-IT13时，x＝0.75；

δp—凸模制造公差。

凸模制造公差按IT6选取。

A类55+0.75×0.3=55.23

　　　　41+0.75×0.25=41.19

5.1.2凹模设计

1.冲孔凹模

凹模镶块与固定板呈H7/m6配合。

铆接高度值为

，装配后磨平。

凹模镶块高度等于凹模固定板的厚度，其值为H＝36mm。

由参考文献[2]中式2-2得凹模孔尺寸：

式中Zmin—最小合理间隙（mm）；

δd—凹模制造公差。

凸模制造公差按IT6选取。

dd=3+0.08=3.08mm，因此刃口尺寸为3.08

。

dd=3.5+0.08=3.58mm，因此刃口尺寸为3.58

dd=4+0.08=4.08mm，因此刃口尺寸为4.08

2.冲外轮廓凹模镶块

冲异形孔凹模采用单侧挂耳式的凹模镶块结构。

凹模镶块与固定板呈H7/m6配合。

凹模型孔与凸模配做保证最小双边间隙值为0.01mm。

装配部分表面粗糙度Ra值为0.8。

工作部分表面粗糙度Ra值为0.4。

铆接高度值为

，装配后磨平。

凹模镶块高度等于凹模固定板的厚度，其值为H＝36mm。

5.2定位零件

5.2.1定位销

级进模通过自动送料机构初定位，利用定位销定位。

装配部分与凸模固定板呈H7/m6配合，工作部分与卸料板配做呈H7/h6配合，装配部分表面粗糙度Ra值为0.8，工作部分表面粗糙度Ra值为0.4，定位销设有弹簧。

5.3出件零件

5.3.1卸料板

本级进模使用的是弹性卸料板，板料厚度有1mm，卸料板兼有压料的作用，使冲压过程更加平稳可靠。

使用卸料螺钉来进行卸料距离的控制，弹性元件选用弹簧。

卸料板对小凸模和导正销有导向作用，它们之间按H7/h6配做。

卸料螺钉的螺纹孔沿卸料板四周分布。

卸料板用45钢，淬火硬度43-48HRC。

卸料螺钉用45钢，淬火硬度43-48HRC。

尺寸为M12×60mm。

5.4导向零件

订书机底座冲压级进模采用四导柱导向，采用滑动导柱导套。

这种导向装置无间隙、精度高、寿命较长。

四对导柱导套是同一规格，。

导套与上模座、导柱与下模座均为过盈配合。

滚珠与导柱和导套接触并轻微过盈，保证接触均匀。

在凸模固定板上安装了小导柱，在卸料板和凹模固定板上安装了小导套，来对卸料板导向，而起到保护小凸模和导正销的作用。

小导柱规格为：

A型小导柱φ25×80。

卸料板与凹模固定板上导套规格

5.5其他零件

其他零件主要有螺钉、销钉；凸、凹模固定板，垫板，模柄等。

凸、凹模固定板用45钢，保证上下平面的平行度。

垫板用45钢，淬火硬度43-48HRC，保证上下平面的平行度。

模柄，可以避免压力机导向不精确的影响，都采用标准件。

第六章设备选择

6.1设备选择

本次所以冲制的散热片尺寸不大、工序较多、尺寸精度要求不是很高，故选用具有C形床身的开式曲柄压力机。

由于订书机底座冲压的生产效率很高，故可选用高速压力机。

由参考文献中选择JA21-63A。