U形件冲孔落料弯曲级进模设计.docx

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U形件冲孔落料弯曲级进模设计

常州机电职业技术学院

毕业设计（论文）

作者：

学号：

系部：

模具技术系

专业：

模具设计与制造

题目：

U形件冲孔、落料、弯曲级进模设计

指导者：

评阅者：

2011年4月

毕业设计（论文）中文摘要

该文阐述了U形件冲孔、不完全落料、弯曲、完全落料的冲压模具设计过程。

通过对制件进行冲压工艺性分析，综合考虑了产品质量要求和生产实际，确定了最佳工艺方案为冲孔-不完全落料-弯曲-完全落料，并对模具总体结构进行设计和分析论证。

对工艺参数进行精确详细的计算，正确的选择了压力设备，并对冲模零件进行设计。

设计过程中有效利用了冷冲模国家标准和典型组合，提高了模具设计效率，适应了当代模具设计要求；最后对主要模具零件的加工工艺过程及装配工艺也进行了介绍。

整个过程采用AutoCAD软件绘制模具的二维装配图和零件图，然后利用UG软件进行冲压模具设计,设计全部模具零件,完成装配。

关键词：

级进模多工位AutoCAD装配

1引言………………………………………………………………………………1

2工艺分析…………………………………………………………………………2

2.1精度分析……………………………………………………………………3

2.2材料分析……………………………………………………………………3

2.3结构分析……………………………………………………………………3

3工艺方案的确定…………………………………………………………………3

4冲孔落料工作部分工艺设计

4.1毛坯展开尺寸计算…………………………………………………………4

4.2排样………………………………………………………………………4

4.3材料的利用率………………………………………………………………6

4.4计算冲压力…………………………………………………………………7

4.5计算压力中心………………………………………………………………7

4.6压力机的初选择…………………………………………………………8

4.7凸凹模刃口尺寸计算………………………………………………………8

5弯曲模工作部分工艺计算

5.1凸模圆角半径………………………………………………………………10

5.2凹模的圆角半径……………………………………………………………10

5.3凹模深度……………………………………………………………………10

5.4凸、凹模间隙………………………………………………………………10

5.5凸凹模横向尺寸及公差……………………………………………………11

5.6模架的选择…………………………………………………………………12

5.7其他主要零部件的设计

参考文献……………………………………………………………………………12

引言

改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。

近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。

近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。

一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件。

虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。

例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。

导柱式冲裁模的导向比导板模的准确可靠,并能保证冲裁间隙的均匀,冲裁的工件精度较高、模具使用寿命长，而且在冲床上安装使用方便，因此导柱式冲裁模是应用最广泛的一种冲模,适合大批量生产。

尤其是在我国加入WTO之后，在全球化经济竞争的市场的环境下，为生产符合“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”等要求服务的模具产品，研究、开发、改进模具生产设备与模具设计方式更具有深远的现实意义和紧迫性。

2工艺性分析

工件图

材料：

08钢厚:

1.5㎜

2.1精度分析

2.1.1尺寸精度

①完全由弯曲工序得到的尺寸有30、60、80，都未注尺寸公差，属于未注公差尺寸，精度很容易达到要求。

②由冲裁工序得到的尺寸有φ15，尺寸为自由公差，精度很容易达到要求，但可能会受弯曲工序的影响。

2.1.2角度精度

角度也未标注公差，属于未注公差尺寸，所以该零件的角度精度要求不高，很容易达到要求。

2.2材料分析

该材料采用08钢，具有良好的冲压成形性能。

因此，该工件可用冷冲压加工成形。

2.3结构分析

零件外形结构简单对称，对冲裁加工较为有利。

该零件的最小弯曲半径为3.5㎜，而08钢冷作硬化状态的最小的圆角半径为0.4t＝0.4×3.5＝1.4，因此，该零件弯曲半径，所以弯曲时不会有裂纹，弯曲后也不用整形。

3确定工艺方案

制成该零件所需的基本工序为冲孔、落料和弯曲。

零件上的孔，尽量在毛坯上冲出，以简化模具结构，便于操作。

而零件上的φ15孔的边缘到弯曲中心的距离为17.5㎜，大于1.0t（3.5㎜），弯曲时不会引起孔变形，因此φ15孔可在压弯前冲出，冲出的φ15孔可以做后续工序定位孔用。

因此完成该零件的弯曲成形，可能的工艺方案有以下几种。

方案一：

冲φ15孔→落料与弯曲复合级进模

方案二：

冲孔→落料（不完全）→弯曲→落料（完全）级进模

方案三：

冲φ15孔→落料与弯曲复合两副模具

方案四:

冲孔与落料复合→弯曲两副模具

方案五：

冲孔→落料→弯曲三套模具

在上述列举的方案中，各方案的优、缺点如下：

方案一优点：

只需一副模具，工序集中，生产效率高，工件的回弹易于控制，第二道工序可靠第一道工序中的φ15定位，尺寸和形状准确，表面质量高。

缺点：

模具结构复杂，安装、调试、维修困难，制造周期长。

方案二优点：

只需一副模具，生产效率高，模具寿命长。

缺点：

模具安装、调试、维修困难，精度稍低。

方案三优点：

工序集中，由一副模具完成所有工序，生产效率高。

缺点：

模具结构复杂，制造周期长。

方案四优点：

模具结构简单。

缺点：

需两套模具，生产效率低，零件精度稍差，难以满足零件年产量的要求。

方案五优点：

模具结构简单，制造简单，寿命长。

缺点：

需三套模具，工序分散，生产效率低。

综上所述，考虑到零件较简单，为保证各项技术要求与精度要求，采用方案二。

其工序如下：

冲孔→落料（不完全）→弯曲→落料（完全）级进模

4冲孔落料工作部分工艺设计

4.1毛坯展开尺寸计算

r＝3.50.5t＝0.5×1.5＝7.5r＜0.5t弯曲变形时不仅制件的圆角变形区产生严重的变薄，而且与其相邻的直边部分也产生变薄，故应按变形前后体积不变条件确定坯料长度。

U形件的坯料展开尺寸为LZ＝l1＋l2＋l3＋0.6t＝57＋28.5＋28.5＋0.6×1.5＝114.9

4.2排样

模具采用导料板导料，查表得工件与工件之间的搭边值为1.8㎜，工件与侧边之间的搭边值为2㎜，根据零件形状，采用直排的方式，零件可能的排样方式有如下所示两种。

（a）

（b）

现选用1500㎜×1000㎜的钢板，则需计算采用不同裁剪方式时，每张板能裁出的零件总个数。

1）裁成宽84㎜、长1000㎜的条料，则一张板能出的零件总个数为

[

]×[

]＝17×8＝136

2）裁成宽84㎜、长1500㎜的条料，则一张板能出的零件总个数为

[

]×[

]＝11×12＝132

3）裁成宽118.9㎜、长1000㎜的条料，则一张板能出的零件总个数为

[

]×[

]＝12×12＝144

4）裁成宽118.9㎜、长1500㎜的条料，则一张板能出的零件总个数为

[

]×[

]＝8×18＝144

显然，第三、四两种裁剪方案的利用率高，采用第三种裁剪方案，即裁剪成宽118.9㎜、长1000㎜的条料。

具体排样图如下：

为了简化模具结构，提前把板裁成114.9㎜宽，整体考虑模具结构，具体排样如下：

4.3计算材料的利用率

一个步距内的材料利用率为

η1＝

×100%＝91%

整张板料的材料利用率为

η2＝

×100%＝86.55%

4.4冲压力的计算

完成该零件所需的冲压力由冲裁力、弯曲力及卸料力、推件力组成。

1）冲裁力的计算公式为

F冲＝KLtτ

式中K——系数，K＝1.3

L——冲裁周边长度（㎜）

τ——材料的抗剪强度（Mpa）

由模具设计指导书上的表4-12查得τ＝300Mpa,零件的落料周长为[（114.9+80+3+114.9）×2]㎜＝625.6㎜，冲孔周长为2πr＝（2×3.14×7.5）㎜＝47.1㎜，厚度t为1.5㎜，则所需冲裁力为

F落＝1.3×625.6×1.5×300N≈844.56kN

F孔＝1.3×47.1×1.5×300N≈28kN

F冲＝872.56kN

2）弯曲力的计算，采用校正弯曲

由文献[2]校正弯曲力F弯的计算公式为

F弯＝Ap

式中A——变形区投影面积（㎜2）

P——单位校正力（Mpa），查文献[2]表4-13单位校正力p值取80Mpa。

F弯＝2×5×80×80N＝64kN

3）卸料力F卸和推件力F推——由文献[2]卸料力、推件力的计算公式

F卸＝K卸F冲

F推＝nK推F冲

式中K推、K卸——系数，由冷冲压技术教材表3-19卸料力、推件力和顶料力的系数，得K推＝0.055K卸＝0.05

n为卡在凹模直壁洞口内的制件数，一般卡3～5件，该例取n＝5。

F卸＝0.05×256kN＝12.8kN

F推＝5×0.055×256kN＝70.4kN

F＝F冲＋F弯＋F卸＋F推＝（872.56＋64＋12.8＋70.4）kN＝1019.76kN

4.5初选压力机

查文献[2]表1-8开式双柱可顷压力机部分参数，初选压力机型号规格为J23-125。

主要技术参数如下：

公称压力1250kN

滑块行程140㎜

行程次数50/min

封闭高度调节度120㎜

滑块中心到床身的距离120㎜

工作台尺寸970（前后）650（左右）

工作台孔尺寸460（前后）250（左右）340（直径）

立柱间距离460㎜

模柄孔尺寸φ30×95

工作台板厚度120㎜

4.6计算压力中心

该零件图形规则，上下、左右对称，根据作图法求压力中心，建立如下图所示指教坐标系。

很显然，该零件的压力中心为（201.5，57.45）。

4.7凸、凹模刃口尺寸的计算

根据零件形状特点，刃口尺寸计算采用分开制造法。

零件尺寸全委自由公差，按IT14来计算

由教材《公差与测量》查得各尺寸的上下偏差为

800-0.74

、114.90-0.87、φ15+0.430、30-0.25、34.750-0.62、400-0.62

落料件尺寸的基本计算公式为

DA＝（Dmax－XΔ）+δA0（2-1）

DT＝（DA－Zmin）0-δT（2-2）

尺寸800-0.74㎜，由教材《冷冲压技术》查得该零件凸、凹模最小间隙Zmin＝0.132㎜，最大间隙Zmax＝0.240㎜；凸模制造公差δT＝0.020㎜，凹模制造公差δA＝0.030㎜。

将以上各值代入δT＋δA≤Zmax－Zmin校验是否成立。

经校验，不等式成立，所以可代入式（2-1）和式（2-2）计算工作零件刃口尺寸。

由《冷冲压技术》表3-7查得系数X为0.5。

DA1＝（80－0.5×0.74）+0.0300㎜＝79.63+0.0300㎜

DT1＝（79.63－0.132）0-0.020㎜＝79.498-0-0.020㎜

尺寸114.90-0.87㎜，查得Zmin＝0.132Zmax＝0.240δT＝0.025δA＝0.035X＝0.5，经校核，满足要求。

DA2＝（114.9－0.5×0.87）+0.0350＝114.465+0.0350

DT2＝（114.465－0.132）0-0.025㎜＝114.3330-0.025㎜

尺寸30-0.25㎜，查得x=0.75，δT＝0.02，δA＝0.02，Zmin＝0.132

DA3＝（3－0.75×0.25）+0.020㎜＝2.8125+0.020㎜

DT3＝（2.8125－0.132）0-0.020㎜＝2.68050-0.020㎜

尺寸37.450-0.62㎜，查得x=0.5，δT＝0.02，δA＝0.03，Zmin＝0.132

DA4＝（37.45－0.5×0.62）+0.030㎜＝37.44+0.030㎜

DT4＝（37.44－0.132）0-0.020㎜＝37.3080-0.020㎜

尺寸400-0.62㎜，查得x=0.5，δT＝0.02，δA＝0.03，Zmin＝0.132

DA5＝（40－0.5×0.62）+0.030㎜＝39.69+0.030㎜

DT5＝（39.69－0.132）0-0.020㎜＝39.5580-0.020㎜

冲孔件的基本公式为

dT＝（dmin＋XΔ）0-δT

dA＝（dmin＋Zmin）+δA0

尺寸φ15+0.430查得Zmin＝0.132Zmax＝0.240δT＝0.020δA＝0.020X＝0.5，经校核，满足要求。

dT＝（15＋0.5×0.43）0-0.020＝15.2150-0.020

dA＝（15.215＋0.132）+0.0200＝15.347+0.0200

5弯曲部分的设计与计算

5.1凸模圆角半径

当工件的相对弯曲半径r／t较小时，凸模圆角半径rT取等于工件的弯曲半径，但不应小于《冷冲压技术》表4-2所列的最小弯曲半径值。

当r／t＞10时，则应考虑回弹，将凸模圆角半径加以修正。

本题中r／t＝2.3＜10，所以rT取3.5。

5.2凹模圆角半径

凹模圆角半径不能过小，以免擦伤工件表面，影响冲模寿命。

凹模两边的圆角半径应一致，否则在弯曲时坯料会发生偏移。

rA值通常根据材料厚度取为

t≤2㎜时rA＝（3～6）t

本题中t＝1.5＜2则rA＝（4.5～9）㎜，取6㎜。

5.3凹模深度

凹模的工件深度将决定板料的进模深度，对于常见的弯曲件，弯曲时不需全部直边进入凹模内。

只有当直边长度较小且尺寸精度要求高时，才使直边全部进入凹模内，凹模深度过大，不仅增加模具的消耗，而且将增加压力机的工作进程，使最大弯曲力提前出现。

中小型弯曲件通常都使用模具在机械压力机上进行加工，最大弯曲力提前出现，对压力机是很不利的。

凹模深度过小，可能造成弯曲件直边不平直，降低其精度。

因此，凹模深度要适当。

本题中弯曲件的弯曲高度较大，而且平直度要求不高，由《冷冲压技术》表4-12查得，l0＝20㎜。

5.4凸凹模间隙

对于U形件弯曲模，应选择适当的间隙。

间隙过小，会使工件弯边厚度变薄，降低凹模寿命，增大弯曲力；间隙过大，则回弹大，降低工件的精度。

U形件弯曲模的凸、凹模单边间隙一般按下式计算：

Z＝tmax＋Ct＝t＋Δ＋Ct

式中Z——弯曲模凸凹模单边间隙

t——工件材料厚度

Δ——材料厚度的正偏差

C——间隙系数，可查《冷冲压技术》表4-14，得C＝0.10。

Z＝1.5＋0.1＋0.10×1.5＝1.75

取单边间隙为1.75㎜

5.5凸凹模横向尺寸及公差

弯曲凸、凹模工作尺寸的计算与工件尺寸的标注形成有关。

一般原则是：

当工件标注外形尺寸时，应以凹模为基准件，间隙取在凸模上，当工件标注内行尺寸时，应以凸模为基准件，间隙取在凹模上

尺寸标注在外形上的弯曲件计算公式为

凹模尺寸为

LA＝（Lmax－0.75Δ）+δA0＝（60－0.75×0.74）+0.0460＝59.445+0.0460

凸模尺寸为

LT＝（LA－2Z）0-δT＝（59.445－2×1.75）0-0.030＝55.9450-0.030

式中LA、LT——凸凹模横向尺寸

Lmax——弯曲件横向的最大极限尺寸

Δ——弯曲件横向尺寸的公差，按IT14

δA、δT——凸凹模的制造偏差，可采用IT7～IT9，本题中凸模取IT7凹模取IT8。

5.6模架的选择

标准模架选用的依据为凹模的外形尺寸，所以应首先计算凹模周界的大小。

由凹模高度和壁厚的计算公式得，凹模高度H＝Kb＝0.2×114.9㎜＝22.98㎜≈23㎜，凹模壁厚C＝（1.5～2）H＝34.5～46㎜，取40㎜。

所以，凹模的总长L＝232㎜＋2×40㎜＝312㎜，取315㎜，凹模的宽度B＝80㎜＋2×40㎜＝160㎜，取180

模具采用后置导柱模架，根据以上结果，可查得模架规格为：

上模座315㎜×180㎜×45㎜，下模座315㎜×180㎜×55㎜，导柱35㎜×280㎜，导套35㎜×115㎜×43㎜。

5.7其他主要零部件的设计

凸模由凸模固定板固定，凹模采用整体式凹模，模柄采用压入式模柄，规格为A30×95

参考文献

1．《冷冲压技术》翁其金

2．《模具设计指导》史铁梁

3．《机械制图》柴建国路春玲

4．《模具材料及表面处理》陈勇