级进模设计教案单元1.docx
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级进模设计教案单元1
冲压模具设计与制造
教案
院（系）：
教研室：
专业名称：
模具设计与制造
学年学期：
班级：
2010-9-25
课程
名称
冲压模具设计与制造
总计：
260学时
课程
类别
专业必修课
学分
13
讲课：
80学时
实验：
6学时
实训：
4W学时
CAD：
2W学时
任课
教师
职称
授课
对象
专业班级：
模具设计与制造专业**级**班
基要本参教考材资和料主
冲压工艺与模具设计
冲压模具设计与制造
冲压模具设计师手册
教和学要目求的
1.了解冲压成形的基本概念和冲压工艺的分类；
2.熟悉冲压件结构工艺，能进行一般冲压件冲压工艺设计；
3.掌握冲压模具的设计方法和结构设计特点；能熟练应用各种冲压模具常用的机构和装置；
4.熟悉模具的制造特点，具备编制模具零件加工工艺规程的能力；
5.了解先进的冲压模具设计与制造技术，能较熟练的应用软件。
教学
难点
重点
教学内容安排
教学载体选择
注：
课程类别：
公共基础课、专业基础课、专业必修课、专业选修课、集中实践环节、实验课、公共选修课
学习情境设计方案
序号
学习情境名称（二级学习情景）
教学内容
学时
学数
备注
1
冲压模具设计与制造技术导论
1.冲压成形与冲压模具
2.冲模设计与制造特点和要求
3.冲压变形规律
4.冲压设备类型及选用
8H
4
2
冲
裁
模
具
设
计
与
制
造
2.1冲裁变形分析
1.熟悉冲裁变形过程；
2.具备对冲裁断面质量的分析能力；
3.并掌握断面质量的影响因素。
30（学时，学中做）+56（学时（2周），做中学）
2H
2.5
2.2冲裁工艺分析与计算
1.冲裁模具刃口尺寸计算；
2.冲裁工艺力计算，冲压设备选择；
3．材料利用率计算，及冲裁排样设计；
4.冲裁模具凹模轮廓尺寸计算；
5.冲裁间的材料工艺性、结构工艺性；
6.模具结构的选择。
20H
10
2.3单工序模具设计
1.确定冲裁件工艺方案；
2.模架及导向方式选择；
3．主要零部件设计
4.标准件的选用
5.模具材料和技术要求
4H
10
2.4复合模设计
1.确定冲裁件工艺方案；
2．复合模结构确定
3.模架及导向方式选择；
4．主要零部件设计
5.标准件的选用
6.模具材料和技术要求
3H
20
2.5简单级进模设计
1.确定冲裁件工艺方案；
2．级进模的排样；
3．级进模的送料定位；
4．级进模结构确定
5．主要零部件设计
6.标准件的选用
7.模具材料和技术要求
3H
3.5
2.6其他冲裁模具设计
1.精密冲裁工艺与模具设计简介；
2.硬质合金冲裁模具的特点；
4H
2
2.7冲裁模具制造
1．线电极切割原理及编程；
2．精密成形磨削的设备及磨削方法；
3．工具显微镜的应用与测量方法。
1W
10
2.8冲裁模具装配与试模
1.冲压模具装配工艺过程；
2．模具零件的组件装配；
3.凸、凹模间隙调整的方法；
4.试模调整
5.产品质量分析、检测
2W
20
3
弯曲模具设计与制造
弯曲成形工艺设计
1.弯曲变形过程分析；
2.弯曲间的回弹现象；
3．最小相对弯曲半径；
4．弯曲力和弯曲展开尺寸计算；
5．弯曲工序的安排。
12学时（学中做）+28学时（做中学）
6H
4
弯曲模具设计
1．单角弯曲；
2．多角弯曲；
3．圆形件弯曲；
4．铰链弯曲；
5．弯曲模具主要成形零件结构参数的确定；
6．弯曲凸模、凹模工作尺寸及公差的确定。
弯曲模具制造
1.弯曲零件回弹的补偿
2．弯曲模具主要成形零件的制造；
3．弯曲模具调试及弯曲零件质量分析
4
拉
深
模
具
设
计
与
制
造
拉深变形分析及拉深工艺计算
1.拉深变形过程分析；
2.拉深工艺设计；
3.拉深件毛坯尺寸的计算；
4．拉深系数和拉深次数的确定；
5．拉深工艺力的计算；
6．拉深过程中的辅助工序；
7．拉深的起皱与破裂。
18（学时，学中做）+10学时（做中学）
4H
3.5
旋转体零件拉深模具设计与制造
1．直壁旋转体零件拉深模具设计参数；
2．不带凸缘圆筒旋转体零件拉深模具设计；
3．带凸缘圆筒旋转体零件拉深模具设计；
4．直壁旋转体零件拉深模具主要零部件设计；
5．直壁旋转体零件拉深模具主要零部件制造；
6．曲面形状拉深工艺特点和模具设计。
盒形件拉深工艺与拉深模具设计
1．盒形件拉深变形特点；
2．盒形件拉深毛坯的形状和尺寸的确定；
3．盒形件多次拉深的工艺计算；
4．盒形件拉深模具结构设计；
5．盒形件拉深模具制造。
其他拉深方法
1.软模拉深的工艺方法与应用；
2.变薄拉深的工艺方法与应用。
5
其他成形模具设计与制造
1.胀形变形特点和工艺方法（平板毛坯、空心毛坯胀形）；
2.胀形模具设计与制造特点；
3.翻边变形特点和翻边工艺方法；
4.翻边模具设计与制造；
5.缩口和扩口的变形特点；
6.缩口和扩口模具设计特点
6学时
2.5
6
多工位精密级进模设计与制造
6.1工序排样与工位设计
1.冲压件工序的确定与排序；
2.多工位精密级进模载体的设计；
3.多工位精密级进模排样设计；
20学时
6.2精密级进模凸模、凹模及工作装置的设计
1.精密级进模凸模、凹模的设计；
2.料带的托料与定位；
3.多工位精密级进模的卸料；
4.多工位精密级进模的方向转换装置；
5.微量调节装置；
6.间歇切断装置；
7.级进模的安全和保护；
6.3精密级进模典型结构
1．级进冲裁模具典型结构
2.含有成形工艺的级进模具典型结构
软件应用
1W（级进模PDW软件应用）
7
覆盖件成型工艺与模具设计
1.覆盖件结构特征与成形特点；
2．覆盖件主要成形障碍和预防措施；
3.确定冲压方向；
4.设计工艺补充、压边面；
5.确定拉深、修边、翻边工序间的关系；
6.覆盖件成形模具的结构设计。
16学时
合计
7个学习情境
260H
100分
学习情境6多工位精密级进模设计与制造
（课时：
20学时+1W（级进模PDW软件应用））
20--20学年第1学期
单元一教案
学习情境6多工位精密级进模设计与制造（课时：
20学时+1W（级进模PDW软件应用））
单元一教学设计（课时：
6h）
教学载体
学生成果
单元1理论知识点：
工序排样与工位设计原则与方法
零件图
排样图
单元1实践训练技能点
工序排样与工位设计
教学资源：
知识点
资源名称
资源形态
格式
工序排样设计
1.学习情境标准简表
Word文档
工位设计原则与方法
2.教学课件
PPT
3.教学设计（教案）
Word文档
4.任务单、工作单
Word文档
5.考核评价单
Word文档
课题：
工序排样与工位设计原则与方法课号：
教学目标（以能力描述的目标）：
通过本情境的学习，使学生具备多工位级进模工序排样与工位设计的能力。
重点与难点
工序排样载体的基本形式
工位设计的基本原则
教学设计：
讲授法、引导文法、案例教学法等
教学媒介：
多媒体、课件、投影仪、黑板、案例
学习任务与学习成果：
典型弯曲件排样设计案例
课时：
（课内6学时、课外8学时）
课时分配建议（每次课90分钟）：
课堂教学环节
课堂组织
课前复习
讲解新课
新课总结
布置作业
时间分配（分钟）
3
4
78
3
2
授课班次：
课程执行情况：
按照课程标准和学期授课计划保证教学内容和教学进度。
教学过程中知识传授从知识体系到工作过程导向转换，学生需要一定的适应过程，排样过程设计由简单到复杂、由少工位到多工位、由只有冲裁到冲裁与塑性成形都有的制件。
对学生的整体评价、考核要结合课堂、课后。
板书设计
一、概述
二、多工位精密级进模的排样设计
1、排样的设计原则
2、工序的确定与排序
3、带料排样的载体设计
4、分段冲切的设计
5、空位工位及步距设计
6、定位形式选择与设计
7、排样设计后的检查
三、典型排样案例
教学（工作）过程：
项目
学习与工作的内容
教学组织
资讯
接受工作任务，明确任务要求，查询相关资料，学习相关知识。
讲述工作任务，学生分组进行调查与资讯，形成调查报告，教师评价。
决策
计划
确定工作过程与方法，制定工作计划，分组并安排工作任务。
帮助学生制定工作计划，审查工作计划，并提出修改意见。
实施
认真分析冲压件工艺性，确定冲压件基本冲压工序，确定分段冲切的位置，空工位安排的位置，确定冲压件排样方案，计算材料利用率和压力中心，选择优化的方案，画出排样图。
1．讲授“引导行动导向的知识”；
2．以案例的方式，“学中做”的方法，教授“解释行动导向的知识”，指导学生的工作过程，帮助学生分析冲压件基本冲压工序，设计排样方案，并获得方案的优化；
3．在项目教学中，教师指导，学生自主，在“做中学”中“反思行动的知识”。
检查
评价
对所设计的排样图进行检查，由老师和其他小组的成员进行评估，从材料的利用率，模具结构能实现排样过程，模具加工容易来对学生掌握知识的评价。
检查学生的工作成果，组织学生进行相互评价，并给出最终评价结果。
教学内容
教学组织
与教学方法
单元一：
工序排样与工位设计原则与方法
复习内容：
（情景2中级进模）
1．排样设计
（载体）
2．简单级进模设计
理论教学内容：
一、概述
1．多工位级进冲压的概念：
（复习和提高）
2．多工位精密级进冲压的特点：
优点：
（1）生产率高。
在一副模具中包括冲裁、弯曲、拉深、成形等多道冲压工序。
并可实现高速冲压。
（2）操作安全。
（3）模具寿命长。
（4）易于实现自动化冲压生产。
（5）物流成本较低，免去用简单模具生产制件的周转和储备。
（6）多工位级进模通常具有高精度的导向和定距系统，能够保证产品零件的加工精度.
（7）适用用于中，小型复杂冲压件的大批量生产。
不足：
（1）多工位级进模结构复杂，镶块较多，模具制造精度要求很高，给模具的制造，调试及维修带来一定的难度；模具的造价高，制造周期长，模具设计与制造难度较大。
同时要求模具零件具有互换性，在模具零件磨损或损坏后要求更换迅速，方便，可靠。
（2）材料的利用率较其它模具低。
（3）较难保持内、外形相对位置的一致性。
因为内、外形是逐次冲出的，每次冲压都有定位误差，且连续地进行各种冲压，必然会引起条料载体和工序件的变形。
二、多工位精密级进模的排样设计
1、排样的设计原则
确定级进模模具中各工位所要在料带上进行的加工工序内容，并在料带上进行各工序的布置，这一设计过程就是条料排样。
料带的排样主要内容是在冲压刃口外形设计的基础上，将各工序内容进行优化设计，并形成一系列工序组，通过对工序组排序，确定工位数和每一工位的加工工
序内容。
同时，确定载体类型、毛坯定位方式；设计导正孔直径和导正销的数量；绘制工序排样图。
这是多工位级进模设计的关键，图6.2.1为排样过程示意图。
图6.2.1
排样时要经过工序分解，将零件分解为最基本的冲压工序，再在料带上进行工序的布置（冲裁工序→成形工序→落料工序），再根据凹模型孔的强度和模具零部件的空间尺寸设计空工位，完成后基本就是料带冲压排样图。
原则：
（1）保证产品零件的精度和后续工序冲压的需要。
（2）工序应尽量分散，以提高模具寿命，简化模具局部结构。
（3）要考虑生产能力和生产批量的匹配，尽量使模具制造简单，模具寿命长。
（4）为保证条料送进的步距精度，第一工位安排冲导正孔，第二工位设置导正销，在其后的各工位上优先在易窜动的工位设置导正销。
（5）认真分析冲压零件的工艺性，考虑好各工位之间的冲压关系，确保顺利冲压，对形状复杂、精度要求特殊的零件，要采取必要的措施保证。
（6）尽量提高材料利用率，使废料达到最小限度。
（7）适当设置空位工位，以保证模具具有足够的强度，并避免凸模安装时相互干涉。
同时也便于试模调整工序时利用（图6.2.2）。
图6.2.2空位示意图
（8）必须注意成形后的部位高出送料面，确保条料在送进过程中通畅无阻。
（9）当零件提出毛刺方向要求时，应保证冲出的零件毛刺方向与要求一致。
（10）要注意冲压力的平衡。
对冲压过程出现侧向力，要采取措施加以平衡。
（11）级进模最适宜以成卷的带料供料，以保证能进行连续、自动、高速冲压。
（12）工件和废料应保证能顺利排出，连续的废料需要增加切断工序。
（13）排祥方案要考虑模具和冲床工作台的匹配性。
2、工序的确定与排序
在条料排样设计中，首先是要考虑被加工的零件在全部冲压过程中共分为几个基本的工序组，各工序组的加工内容及如何进行工工位的优化组合，并对工序组排序。
在确定工序数目和顺序时，要针对各冲压工序的特点考虑各有关原则。
（1）级进冲裁工序排样的基本原则
1）各工序的先后应按复杂程度而定，以有利于下道工序的进行为准。
冲孔落料件，应先冲孔，再逐步完成外形的冲裁。
尺寸和形状要求高的轮廓应布置在较后的工位上冲切（图6.2.3）。
2）当孔到边缘的距离较小，而孔的精度又较高时，冲外轮廓时孔可能会变形，可将孔旁外缘先于内孔冲出（图6.2.4）。
3）应尽量避免采用复杂形状的凸模，复杂的形孔应分解为若干个简单的孔形，并分成几步进行冲裁，使模具型孔容易制造。
图6.2.3排样示例
（一）图6.2.4排样示例
（二）
4）有严袼要求的局部内、外形及位置精度要求高的部位，应尽量集中在同一工位上冲出，以避免步距误差影响精度。
5）不要轻易分解零件形状或增加工位。
6）应保证条料载体与零件连接处有足够的强度与刚度。
7）凹模上冲切轮廓之间的距离不应小于凹模的最小允许壁厚，一般取为2.5t（t为工件材料厚度），但最小要大于2mm。
8）轮廓周界较大的冲切，尽量安排在中间工位，以使压力中心与模具几何中心重合。
（2）级进弯曲工序排样的基本原则
1）对于弯曲类零件，先冲孔→分离弯曲部位周边的废料→弯曲→落料。
2）靠近弯边的孔有精度要求时，应弯曲后再冲，以防止孔变形。
3）为避免单侧弯曲时载体变形和侧向滑动，可两件组合成对称件弯曲，然后再剖切分开如图6.2.2。
4）凡属于复杂的弯曲零件，为了便于模具制造并保证弯曲角度合格，应分解为简单弯曲工序的组合，经逐次弯曲而成，切不可强行一次弯曲成形。
图6.2.6为分解图。
图6.2.6弯曲件的分解
5）平板毛坯弯曲后变为空间立体形状，毛坯底平面应离开凹模面一定高度。
以使排样料条能顺利送进。
6）当一个零件的两个弯曲部分有尺寸精度要求时，应当在同一工位一次弯曲成形。
7）应保证零件弯曲线与材料碾压纹向的关系（垂直或成一定角度）。
8）尽可能以冲床行程方向作为弯曲方向，若弯曲方向与行程方向不同时，要选择可靠性高的机构。
如斜楔滑块机构，对闭口型弯曲件，也可采用斜口凸摸弯曲，图7.2.7为复杂形状零件弯曲。
a）b）
图6.2.7复杂形状零件弯曲
（3）级进拉深工序排样的基本原则
1）拉深工序变形区材料有流动，应当先进行拉深，再安排其它工序。
避免拉深时将造成已定型的部位产生变形。
2）凡属于多次拉深的多工位级进模，每一次拉深系数的选取应以安全为原则。
以保证连续冲压的合格率，必要时还应当考虑整形工序。
3）为了便于级进拉深模在试模过程中调整拉深次数和各次拉深系数的分配，可考虑在拉深工位之间安排空位工位，作为预备工位。
另外，拉深过程中筒形件高度在逐步增加，使各工序件高度不一致，料带会有一定的倾斜度，每次拉深后设置一空位工位，能减少料带单位长度上的倾斜角度，改善拉深件质量。
4）拉深件底部带有较大孔时，可在拉深前先冲较小的预备孔，改善材料的拉深的流动性，拉深后再将孔冲至要求的尺寸。
5）级进拉深有两种排样方式，无切口带料拉深和有切口带料拉深，如图6.2.8。
若拉深的深度较大，为了便于材料的流动，可应用拉深前切口，切槽等技术。
图6.2.8带料拉深方法
（4）含局部成形工序排样的基本原则
1）有局部成形时，在保证产品质量的前提下，可穿插安排在各工位上进行，有利于减少工位数。
2）局部成形会引起条料的收缩，使周围的孔等变形部位变形时，局部成形区周围的孔等应在成形后再冲压（图6.2.9孔成形后再冲，以避免孔的变形）。
图6.2.9局部成形后冲孔
3）轮廓旁的凸包要先冲，以避免轮廓变形。
若凸包中心线上有孔，应在压凸包前先在孔的位置上冲出直径较小的孔，以利于材料从中心向外流动，待压好凸包后再冲孔到要求的尺寸。
4）镦形前应将其周边余料适当切除，然后在镦形完成后再安排进行一次工序，冲去被延展的余料。
3、带料排样的载体设计
载体是指级进模冲压时，条料内连接工序件并运载其稳定前进的这部分材料。
在排样过成中，载体设计，不仅决定了材料的利用率，而且关系到制件的精度和冲制效果，更是直接影响模具结构的复杂程度和制造的难易成度。
载体与一般冲裁时条料的搭边不尽相同，搭边的作用主要是补偿定位误差，使料带有一定的刚度，便于送进，保证冲出合格的制件。
而料带的载体除了满足以上的要求外，必须有足够的强度，保证运载条料上冲出的零件能够平稳地送进到后续冲压工位。
载体的基本形式主要有双载载体、单载载体和中间载体这三种。
（1）双载体
双侧载体是在条料的边缘两侧设计的载体，被加工的零件连接在两侧载体的中间。
双侧载体送进十分平稳可靠，但材料利用率较低。
双侧载体可分为等宽双侧载体和不等宽双侧载体。
等宽双侧载体一般应用于送进步距精度高、条料偏薄，精度要求较高的冲裁件。
工艺孔在双侧载体上都可以设置，如图6.2.10所示。
6.2.10等宽双侧载体
不等宽双侧载体宽的一侧称为主载体，窄的一侧称为副载体。
工艺孔设置在主载体上，图6.2.11。
图6.2.11不等宽双侧载体
（2）单侧载体
单侧载体是在条料的一侧设计的载体，较多的应用在三边有弯曲的零件，其送进步距精度不如双侧载体高，但材料利用率较高。
在冲压过程中，单侧载体易产生横向弯曲，无载体一侧的导向比较困难。
如图6.2.12。
图6.2.12单侧载体排样图
冲裁细长零件时，为了增强载体的强度，并不过分增加载体宽度，仍设计为单侧载体,但在每两个冲压件之间适当位置用一小部分连接起来，以增强条料的强度，称为桥接式载体，其中连接两工序件的部分称为桥。
冲压进行到一定的工位或到最后将桥接部分冲切掉，如图6.2.13。
6.2.13桥接式载体排样图
（3）中间载体
中间载体是指载体设计在条料中间，适用于对称零件，尤其是两外侧有弯曲的对称零件，如图6.2.14。
图6.2.14中间载体排样图
案例：
图示载体
排样方案：
单载体：
中间载体：
4分段冲切的设计
（1）分段冲切的目的
有的冲压零件内孔和外形的形状较为复杂，同时零件还包含有弯曲、拉深、成形等多种冲压工序。
把复杂的内、外形轮廓分解为若干简单的几何单元，使模具刃口分解和重组，简化凸模和凹模形状，便于加工，缩短模具制造周期。
如图6.2.15外形分解为5个部分组合成零件轮廓。
图7.2.15刃口分解要求
（2）分段冲切的分割原则
1）形成的凸模外形要简单、规则，要便于加工，并要有足够的强度。
2）内、外形轮廓分解后，各段间的连接应平直或圆滑。
3）分段搭接点应尽量少，位置要避开产品零件的薄弱部位和外形的重要部位。
4）有公差要求的直边和使用过程中有配合要求的边应一次冲切，不宜分段。
5）复杂外形以及有窄槽或细长臂的部位最好分解，复杂内形最好分解。
6）外轮廓各段毛刺方向有不同要求时应分解。
7）刃口分解要考虑加工设备条件和加工方法，便于加工。
（3）分段切除时的搭口形式选择
搭口是两次冲裁的连接位置，必须合理地选择连接方式，使各段间连接得非常平直和圆滑，以免出现毛剌、错位、尖角、塌角等。
连接方法可分为搭接、平接、切接三种方式。
搭接如图6.2.16所示，若第一次冲出A、C两区,第二次冲出B区，图示的搭接区是冲裁B区凸模的扩大部分。
搭接在分段切除中大部分都采用这种连接方式。
图6.2.16搭接方法
平接是在零件的直边上先冲切去一段，然后在另一工位再切去余下的一段，两次冲切刃口平行，共线但不重叠，如图6.2.17。
平接方式易出现毛刺、错牙和不平直等质量问题，
图6.2.17平接连接方式示意图图6.2.18切接连接方式示意图
切接的方式与平接相似，平接是指直线段，而切接是指在零件的圆弧部分上或圆弧与圆弧相切的切点进行分段切除的连接方式（图6.2.18）。
缺陷与平接相似。
5空位工位及步距设计
（1）空位工位
空位工位：
当料带送到这个工位，不作任何冲压加工，随着条料的送进，再进入下一工位。
增设空位工位的目的：
保证凹模、卸料板、凸模固定板有足够的强度；
保证模具中设置特殊结构的安装空间；
设计必要的储备工位、便于试模时调整工序用。
由于空位工位的设置，无疑将会增大模具的尺寸，使模具的误差累积增大，因此，在排样考虑空位工位设置时要遵循以下原则：
1）用导正销做精确定位的条料排样图因步距积累误差较小，对产品精度影响不大，可适当地多设置空位工位；而单纯以侧刃定距的多工位级进模，其条料送进时随着工位数的增多而误差累积加大，不应轻易增设一个空位工位。
2）当模具的步距较大时（步距＞16mm），不宜多设置空位工位。
当步距过小，如果不多增设空位工位，模具的强度就较低，模具的一些零部件就无法安装，应考虑增加空位工位。
3）精度高、形状复杂的零件在设计排样图时，应少设置空位工位；精度较低、形状简单的零件在设计排样图时，可适当地多设置空位工位。
（2）步距基本尺寸的确定
步距的基本尺寸，就是模具中两相邻工位的距离。
步距的精度越高，冲件精度也越高，但模具制造也就越困难。
所以步距精度的确定必须根据冲压件的具体情况来定
多工位级进模步距精度的经验公式为：
（6.2.1）
式中δ为多工位级进模步距对称极限偏差值（㎜）；β为冲件沿条料送进方向最大轮廓基本尺寸（指展开后）精度提高三级后的实际公差值（㎜）；n为模具设计的工位数；k为修正系数。
单载体时：
每步有导正销，k=1/2；双载体时：
每步有导正销，k=1/3；当载体每隔一步导正时，精度系数取1.2k；每隔二步导正时，精度系数取1.4k。
6定位形式选择与设计
（1）定位形式
在多工位精密级进模中一般都不使用挡料销定位，常使用侧刃、自动送料机构、导正销等。
前两种使用时作为粗定位，精定位都是采用导正销与导正孔的配合。
（2）导正孔的
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