毕业设计论文链节零件冲孔切断弯曲级进模的设计与制造精品.docx
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毕业设计论文链节零件冲孔切断弯曲级进模的设计与制造精品
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…………………………………………………………………3
1、坯料展开尺寸的计算………………………………………………………5
2、排样方式的选择………………………………………………………………5
3、裁板方法………………………………………………………………………6
4、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………………………6
1、冲裁力…………………………………………………………………………7
2、弯曲力…………………………………………………………………………7
3、卸料力…………………………………………………………………………7
4、推件力…………………………………………………………………………7
5、压力机的选择…………………………………………………………………3
6、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………………………………………………………10
1、模具类型的选择………………………………………………………………10
2、操作方式………………………………………………………………………10
3、出件方式………………………………………………………………………10
4、确定送料方式…………………………………………………………………10
5、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…………………………………………………………13
1、冲孔凸模………………………………………………………………………13
2、冲孔凹模………………………………………………………………………13
3、弯曲凸模、凹模的设计………………………………………………………14
4、定位零件………………………………………………………………………15
5、卸料板的设计…………………………………………………………………15
6、上下模座………………………………………………………………………15
7、模柄……………………………………………………………………………16
8、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……………………………………………………17
1、冲孔凸模加工工艺过程……………………………………………………17
2、冲孔凹模加工工艺过程……………………………………………………18
3、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
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
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。
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）。
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。
式中：
—冲裁力（N）；
—冲裁件周边长度（
）；
—材料厚度（
），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
第3工位
243.69
97476
第9工位
188.864
75545.6
总计
173021.6
2、弯曲力
弯曲力公式
＝0.6kBtt
/（R+t）（4-14）《冲压工艺与模具设计》
式中
—自由弯曲力（
）；
—弯曲件宽度（
），B＝34.6+4.3+8.3
t—弧曲件材料厚度（
）t＝0.8
—弯曲件内半径（
），R＝0.1t＝0.08
—材料抗拉强度，
—安全因数，
＝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=0.05
4、推件力
查《模具设计使用手册》查得
（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=0.05
F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
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=
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（
）
=
=56.90mm
=
=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影响，此外，冲裁间隙还影响模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。
冲裁过程中，凸模与被冲的孔之间，凹模与落料件之间均有摩擦，间隙越小，模具作用的压应力越大，摩擦也越严重，而降低了模具的寿命。
较大的间隙可使凸模侧面及材料间的摩擦减小，并延缓间隙由于受到制造和装配精度的限制，虽然提高了模具寿命而，但出现间隙不均匀。
因此，冲裁间隙是冲裁工艺与模具设计中的一个非常重要的工艺参数。
用理论方法确定合理间隙值：
Z=
（3-1）《冲压工艺与模具设计》
式中t—材料厚度
—产生裂纹时凸模挤入材料深度，单位mm
—产生裂纹时凸模挤入材料的相对深度
—剪切裂纹与垂线的夹角
通过计算Z=0.072mm.0
第六章模具结构形式的确定
1、模具类型的选择
由冲压工艺分析可知，采用级进模方式冲压，所以模具类型为级进模
2、操作方式
零件的生产批量为大批量，为提高生产效率，可用自动送料机构送料，既要满足生产要求，又可以降低生产成本，提高经济效益。
3、出件方式
采用推件出料
4、确定送料方式
因选用的冲压设备为开式压力机且垂直于送料方向的凹模宽度B小于送料方向的凹模长度L故采用横向送料方式，即由左向右送料。
5、确定导向方式
方案一：
采用对角导柱模架。
由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳。
常用于樢向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。
方案二：
采用后侧导柱模架。
由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便。
因为导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导套导柱单边磨损，严重影响模具使用寿命，且不能使用浮动模柄。
方案三：
四导柱模架。
具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。
常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件，以及大量生产用的自动冲压模架。
方案四：
中间导柱模架。
导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。
但只能一个方向送料。
根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为提高模具寿命和工件质量，该级进模采用四导柱的导向方式，即方案三最佳。
模架的导向装置是指在上下模座上安装了主要由导柱、导套等零件组成的导向副，有了它们，可以使得上下模相对运动时，对应位置始终沿着一个正确的方向运动，从而达到精密冲压的目的。
这里选用滚动导向装置，即在导柱和导套之间加一层钢球保持圈，使得导柱、滚珠、导套间不但没有间隙还有0.01-0.02mm的过盈量。
同时为了控制保持圈不脱离导柱，或是将保持圈的活动量控制在一定的范围内，这时滚动式导柱结构有了一点变化，如图8所示：
图8滚动保持圈控制式导柱
1、6——轴用弹性挡圈；2——限位帽；3——导柱；4——螺塞；
5——导轴；7——钢球保持圈
第七章冲孔刃口尺寸计算
按下面关系选取。
工件精度IT10以上x=1
工件精度IT11~IT13x=0.75
工件精度IT14x=0.5
δA、0.5δA、δA——凹模制造偏差，通常取δA=△/4。
系数x选取
料厚t（mm）
非圆形
圆形
x=1
x=0.75
x=0.5
x=0.75
x=0.5
工件公差△/mm
1
1~2
2~4
＞4
＜0.16
＜0.20
＜0.24
＜0.30
0.17~0.35
0.21~0.41
0.25~0.49
0.31~0.59
≥0.36
≥0.42
≥0.50
≥0.60
＜0.16
＜0.20
＜0.24
＜0.30
≥0.16
≥0.20
≥0.24
≥0.30
对于形状复杂或料薄的冲压件，为了保证冲裁凸、凹模间有一定的间隙值，必须彩用配合加工。
此方法是先按尺寸和公差制造出凹模或凸模其中一个（基准件），然后依此为基准再按最小合隙配作另一件。
这种加工方法的特点是：
（1）模具的冲裁间隙在配制中保证，不需受到︱dP︱＋︱dd︱≤2Zmax－2Zmin条件限制，加工基准件时可适当放宽公差，使工容易。
根据经验，普通冲裁模具的制造偏差dP或dd一般可取△／4（△为制件公差）。
（2）尺寸标注简单，只在基准件上标注尺寸和制造公差，配制件只标注公称基本尺寸并注明做所留的间隙值。
但该方法制造的凸模、凹模是不能互换的。
尺寸（凸凹模刃口尺寸）。
在计算复杂形状的凸模、凹模工作部分的尺寸时，其各部分尺寸在模具工件时磨损性质不同，一个凸模或凹模会同时存在着三类不同磨损性质的尺寸：
①第一类尺寸—凸模或凹模磨损会增大的尺寸；②第二类尺寸—凸模或凹模磨损后会减小的尺寸；③第三类尺寸—凸模或凹模磨损后基本不变的尺寸。
根据查《冲模设计应用实例》书，表2－10落料、冲孔模刃口始用间隙：
冲裁模初始双面间隙Zmax＝0.104mmZmin＝0.072mm。
未标公差的毛坯尺寸按照IT14级精度计算，也可查《冲模设计应用实例》书末附录D1。
根据《冲模设计应用实例》书中的附录查得零件各尺寸公差为：
1、落料凹模的基本尺寸：
280-0.52260-0.52450-0.626.60-0.36230-0.528.30-0.3634.60-0.62
以上尺寸为第一类尺寸
280-0.52对应凹模尺寸为（28－0.5×0.52）0+0.52/4=27.740+0.13mm
260-0.52对应凹模尺寸为（26－0.5×0.52）0+0.52/4=25.740+0.13mm
450-0.62对应凹模尺寸为（45－0.5×0.62）0+0.62/4=44.690+0.155mm
6.60-0.36对应凹模尺寸为（6.6－0.5×0.36）0+0.36/4=6.420+0.09mm
230-0.52对应凹模尺寸为（23－0.5×0.52）0+0.52/4=22.740+0.13mm
8.30-0.36对应凹模尺寸为（8.3－0.5×0.36）0+0.36/4=8.120+0.09mm
34.60-0.62对应凹模尺寸为（34.6－0.5×0.62）0+0.62/4=34.290+0.155mm
22.70+0.52为第二类尺寸，其对应的凹模尺寸为
（22.7+0.5×0.52）0-0.52/4=22.960+0.13mm
16.750-0.43为第三类尺寸，其对应的凹模尺寸为
（16.75－0.43+0.5×0.43）+-0.125×0.43=16.535+-0.05375mm
落料凹模的基本尺寸与凸模相同，同时在技术条件中注明：
凹模刃口尺寸与落料凹模刃口实际尺寸配置，保证间隙在0.072～0.104mm之间。
2、冲孔凸模的基本尺寸：
Ф1.80-0.25对应凸模尺寸为（1.8+0.5×0.25）0-0.25/4=1.9250+0.0625mm
冲孔凹模的基本尺寸与凸模相同，凹模刃口尺寸与冲孔凹模刃口实际尺寸配置，保证间隙在0.220～0.320mm之间。
第八章主要零件的设计
1、冲孔凸模
凸模材料选用Cr12MoV，凸模刃口淬火硬度为HRC58～60，尾部回火至40～50HRC。
此凸模为圆形凸模所以凸模的固定方式使用阶梯固定方式,如图所示
凸模长度计算：
模具采用固定卸料装置根据公式
L=
+h2+t+h
式中L—凸模长度
—凸模固定板厚度
—卸料板厚度
t—材料厚度
L=16+14+4+20=54mm
h为附加长度，包括凸模的修磨量，凸模进入凹模的深度及凸模固定板与卸料板间的安全距离，一般为15～20mm。
2、冲孔凹模
凹模的刃口形式：
查《冲压工艺与模具设计》冲孔凹模采用形刃口形式。
，
此凹模固定采用螺钉和销钉直接直接固定在支撑板上
凹模大小按照固定板和垫板的大小
冲孔凹模凹模厚度
公式H＝kb
式中k—系数
b—凹模刃口最大尺寸
（查表取K＝0.35）
凹模厚度系数K
S/mm
材料厚度t/mm
≤1
＞1～3
＞3～6
≤50
0.30～0.40
0.35～0.50
0.45～0.60
＞50～100
0.20～0.30
0.22～0.35
0.30～0.45
＞100～200
0.15～0.20
0.18～0.22
0.22～0.30
＞200
0.10～0.15
0.12～0.18
0.15～0.22
取凹模厚度H＝0.35×45＝15.75mm
凹模边壁厚：
c≥（1.5～2）H=（1.5～2）×15.75=（23.625～31.5）mm
取H=18mmc=30mm
凹模板宽度：
B=45+2c=（45+2×30）mm=105mm
根据排样图、螺钉、销钉及卸料螺钉的布局，可求L=53×9+2×4=485mm
查标准JB/T-6743.1-94:
凹模板长度：
L取500mm（送料方向）
故确定凹模板外形为：
500×125×20（mm）。
3、弯曲凸模、凹模的设计
1）弯曲凸凹模的圆角半径
（1）此弯曲件的相对弯曲半径较小，所以凸模的圆角半径就取弯曲件的弯曲半径0.5t
（2）
凹模圆角半径
材料厚度t
2-4
凹模圆角半径r
（3-6）t
（2-3）t
2t
因为弯曲件的相对弯曲半径较小，所以据表取凹模的园角半径为3t
2）弯曲凹模深度
弯曲U件的凹模深度
值
弯曲件变长L
材料厚度
1
1-2
2-4
4-6
4-10
50
15
20
25
30
35
50-75
20
25
30
35
40
75-100
25
30
35
40
40
100-150
30
35
40
50
50
150-200
40
45
55
65
65
据表，弯曲凹模深度取15
3）弯曲凸模与凹模间的间隙
式中Z——弯曲模的凸、凹模单边间隙
t——工件材料厚度
——工件材料的最大厚度
C——间隙系数（查《冲压工艺与模具设计》表4-13得0.05）
Z＝0.15﹢0.05×0.15＝0.1575mm
4、定位零件的设计
（1）导正销的设计
使用导正销的目的是对已冲孔的条料在落料前导正孔位，补偿微小的送料进给误差，保证空与外形相对位置公差的要求。
导正销通常与挡料销配合使用，导正销进行精定位，固定挡料销作粗定位。
凸模固定板上设置一个导正销，借用工件上中间孔ø5mm作导正孔。
导正销导正部分与导正孔采用
的配合。
规格为ø5mm×48mm。
采用T8A钢制作，热处理硬度为56～60HRC，有较高的耐磨损性。
（2）导料板的设计
导料板的内侧与条料接触，外侧与凹模齐平，导板与条料之间的间隙取1mm,查《冷冲压工艺及模具设计》表2-30知：
导板的厚度为8mm，采用45钢制作
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