柜门缓冲支架冲孔弯曲级进模设计.docx

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柜门缓冲支架冲孔弯曲级进模设计

编号：

毕业设计（论文）说明书

题目：

柜门缓冲支架冲孔

弯曲级进模设计

学院：

国防生学院

专业：

机械设计制造及其自动化

学生姓名：

学号：

指导教师：

职称：

题目类型：

理论研究实验研究工程设计工程技术研究软件开发

2014年05月04日

摘要

冲压模具技术是模具制造业中最重要的组成部分，机械、电子、轻工业等制造生产中大量使用了冲压零件。

冲压模具技术水平的高低，发展前景的好坏直接影响到整个制造业的发展。

随着产品竞争日益激烈，产品更新加速，促使了冲压技术的发展更加快速、更加完善。

多工位级进模是在普通级进模的基础上发展起来的精密、高效、高寿命的先进模具。

多工位级进模在不同的工位可以连续完成复杂零件的冲裁、弯曲、拉深、翻孔、翻边及其它成形等工序。

主要用于生产批量大、材料厚度较薄、形状复杂、精度要求较高的中小型冲压件的生产。

本毕业设计以柜门缓冲支架冲孔弯曲级进模设计为题，内容包括产品的工艺分析和设计模具的整个冲压模设计的流程。

首先，从该产品的特点入手，通过进行工艺分析，确定该制件的加工流程，用一套级进模一次性依次完成冲孔、冲裁外形、弯曲、成形。

阐述了冲孔弯曲级进模的整体结构特点及工作过程，应注意的问题和装配工艺性。

重点分析了级进模具的结构的工作原理。

冲孔弯曲模是本次毕业设计的难点和创新点，它在未来的模具发展中具有重要的实用性。

关键词：

冲压；级进模；冲孔；弯曲

Abstract

Stampingdiemoldmanufacturingtechnologyisthemostimportantpartofthemachinery,electronics,lightindustrymanufacturingheavyuseofstampingparts.Thelevelofstampingdietechnology,thedevelopmentprospectsofadirectimpactontheentiremanufacturingindustry.Withtheincreasinglycompetitiveproducts,productupdatestoaccelerate,promptingthestampingtechnologyfasterandmorecomplete.

Multi-positionintomodulesareo-levelintomodeinthedevelopedonthebasisofprecision,highefficiency,highlife-spanadvancedmold.Multi-positionintothemoldindifferentlocationcancontinuouslycompletecomplexcomponentscutting,bending,deepdrawing,theholeflanging,flangingandotherformingprocesses.Mainlyfortheproductionofbatchbig,materialisverythin,complexshape,higheraccuracyofsmallandmedium-sizedstampingproduction.

Thegraduationtothedoorcushionbracketpunchingbendingprogressivediedesignstagetitle，leveloftechnologyincludesproductdesignandanalysisofthewholestampingdiemoulddesignprocess.First,fromtheproduct'scharacteristicsoftechnology,throughanalysisoftheparts,anddeterminetheprocessingflow,usingasetofcompleteprogressivedieinPunching,blanking,bending,formingshape.ExpoundstheProgressivediepunchingbendingamoldstructurecharacteristicsandworkingprocess,Focusontheanalysisofthestructureofprogressivedieworkingprinciple.Punchingbendingdieisthegraduationdesigndifficultiesandinnovations,itinfuturemoulddevelopmenthaveanimportantpractical.

Keywords:

stamping；Progressivedie；punching；bending

引言

模具行业的发展现状及市场前景。

现代模具工业有“不衰亡工业”之称。

世界模具市场总体上供不应求，市场需求量维持在700亿至850亿美元，同时，我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。

近几年，我国模具产业总产值保持15%的年增长率（据不完全统计，2005年国内模具进口总值达到700多亿，同时，有近250个亿的出口），到2007年模具产值预计为700亿元，模具及模具标准件出口将从现在的每年9000多万美元增长到2006年的2亿美元左右。

单就汽车产业而言，一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元，而当汽车更换车型时约有80%的模具需要更换。

2005年我国汽车产销量均突破550万辆，预计2007年产销量各突破700万辆，轿车产量将达到300万辆。

另外，电子和通讯产品对模具的需求也非常大，在发达国家往往占到模具市场总量的20%之多。

目前，中国17000多个模具生产厂点，从业人数约50多万。

1999年中国模具工业总产值已达245亿元人民币。

工业总产值中企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。

在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。

模具的发展是体现一个国家现代化水平高低的一个重要标志，就我国而言，经过了这几十年曲折的发展，模具行业也初具规模，从当初只能靠进口到现在部分进口已经跨了一大步，但还有一些精密的冲模自己还不能生产只能通过进口来满足生产需要。

随着各种加工工艺和多种设计软件的应用使的模具的应用和设计更为方便。

随着信息产业的不断发展，模具的设计和制造也越来越趋近于国际化。

现在模具的计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）技术的研究和应用。

大大提搞了模具设计和制造的效率。

减短了生产周期。

采用模具CAD/CAM技术，还可提高模具质量，大大减少设计和制造人员的重复劳动，使设计者有可能把精力用在创新和开发上。

尤其是pro/E和UG等软件的应用更进一步推动了模具产业的发展。

。

数控技术的发展使模具工作零件的加工趋进于自动化。

电火花和线切割技术的广泛应用也对模具行业起到了飞越发展。

模具的标准化程度在国内外现在也比较明显。

特别是对一些通用件的使用应用的越来越多。

其大大的提高了它们的互换性。

加强了各个地区的合作。

对整个模具的行业水平的提高也起到了重要的作用。

冲压工艺是塑性加工的基本加工方法之一。

它主要用于加工板料零件，所以有时也叫板料冲压。

冲压不仅可以加工金属板料，而且也可以加工非金属板料。

冲压加工时，板料在模具的作用下，于其内部产生使之变形的内力。

当内力的作用达到一定程度时，板料毛坯或毛坯的某个部位便会产生与内力的作用性质相对应的变形，从而获得一定的形状、尺寸和性能的零件。

冲压生产靠模具与设备完成加工过程，所以它的生产率高，而且由于操作简便，也便于实现机械化和自动化。

利用模具加工，可以获得其它加工方法所不能或难以制造的、形状复杂的零件。

冲压产品的尺寸精度是由模具保证的，所以质量稳定，一般不需要再经过机械加工便可以使用。

冲压加工一般不需要加热毛坯，也不像切削加工那样大量的切削材料，所以它不但节能，而且节约材料。

冲压产品的表面质量较好，使用的原材料是冶金工厂大量生产的轧制板料或带料，在冲压过程中材料表面不受破坏。

因此，冲压工艺是一种产品质量好而且成本低的加工工艺。

用它生产的产品一般还具有重量轻且刚性好的特点。

冲压加工在汽车、拖拉机、电机、电器、仪器、仪表、各种民用轻工产品以及航空、航天和兵工等的生产方面占据十分重要的地位。

现代各种先进工业化国家的冲压生产都是十分发达的。

在我国的现代化建设进程中，冲压生产占有重要的地位。

当今，随着科学技术的发展，冲压工艺技术也在不断革新和发展，这些革新和发展主要表现在以下几个方面：

（1）工艺分析计算方法的现代化

（2）模具设计及制造技术的现代化

（3）冲压生产的机械化和自动化

（4）新的成型工艺以及技术的出现

（5）不断改进板料的性能，以提高其成型能力和使用效果。

级进模是冲压模具的一种，它是在单工序冲压模具基础上发展起来的多工序集成模具。

它又称为跳步模、连续模和多工位级进模。

被冲材料在模具上沿直线方向送料，在压力机一次行程中，在多个不同工位完成不同的加工工序。

级进模在过去，由于技术水平的限制（主要是制造精度的限制），工位相对很少，一般为3至5个工位，10个工位就算很多了，而且也比较少见。

近年来由于对冲压自动化、高精度、长寿命提出了更高的要求，模具设计与制造高新技术的应用和进步。

多工位级进模的工位数量可以达到几十个，多的以有70多个。

多工位级进模作为现代冲压生产的先进模具，它具有冲压生产效率高；操作安全，自动化程度高；冲件质量高；模具寿命长；设计制作难度大，但冲压生产的总成本较低。

多工位级进模是当代冲压模具中生产效率最高、最适合大量生产应用，已越来越多地被广大用户认识并使用的一种高效、高速、高质、长寿的先进模具。

它的广泛应用，展示了现代冲压模具水平的一个重要标志。

1冲裁件的工艺性分析

冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。

分离工序也称冲裁，其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量要求。

成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的工件。

在实际生产中，常常是多种工序综合应用于一个工件。

冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。

冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大，要求冲压材料厚度精确、均匀；表面光洁，无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等；屈服强度均匀，无明显方向性；均匀延伸率高；屈强比低；加工硬化性低。

在实际生产中，常用与冲压过程近似的工艺性试验，如拉深性能试验、胀形性能试验等检验材料的冲压性能，以保证成品质量和高的合格率。

模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度。

模具制造成本和寿命则是影响冲压件成本和质量的重要因素。

模具设计和制造需要较多的时间，这就延长了新冲压件的生产准备时间。

模座、模架、导向件的标准化和发展简易模具（供小批量生产）、复合模、多工位级进模（供大量生产），以及研制快速换模装置，可减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于大批量生产的先进冲压技术合理地应用于小批量多品种生产。

冲压设备除了厚板用水压机成形外，一般都采用机械压力机。

以现代高速多工位机械压力机为中心，配置开卷、矫平、成品收集、输送等机械以及模具库和快速换模装置，并利用计算机程序控制，可组成高生产率的自动冲压生产线。

在每分钟生产数十、数百件冲压件的情况下，在短暂时间内完成送料、冲压、出件、排废料等工序，常常发生人身、设备和质量事故。

因此，冲压中的安全生产是一个非常重要的问题。

冲裁件的工艺性是指冲裁件在冲裁加工中的难易程度。

所谓冲裁工艺性好是指能用普通的冲裁方法，在模具寿命和生产率较高、成本较低的条件下得到质量合格的冲裁件。

因此，冲裁件的结构形状、尺寸大小、精度等级、材料及厚度等是否符合冲裁的工艺要求，对冲裁件质量、模具寿命和生产效率有很大的影响。

1.1冲裁件的结构工艺性

1.1.1冲裁件的形状

工件名称：

柜门缓冲支架

生产批量：

大批量

材料：

Q235

厚度：

1.0mm

图1.1零件图及尺寸

此制件的形状简单，尺寸完整，材质为Q235，材厚为1.0mm，结构一般，柜门缓冲支架零件，容易实现冲裁。

1.1.2冲裁件的尺寸精度

冲裁件的精度主要以其尺寸精度、冲裁断面粗糙度、毛刺高度三个方面的指标来衡量，根据零件图上的尺寸标注及公差，可以判断属于尺寸精度为IT12—IT14的经济级普通冲裁。

2制件冲压工艺方案的确定

2.1冲压工序的组合

冲裁工序可以分为单工序冲裁、复合工序冲裁和连续冲裁。

冲裁方式根据下列因素确定：

（1）根据生产批量来确定对于年产量需求100万件的产品来说采用复合模或级进模较合适。

（2）根据冲裁件尺寸和精度等级来确定复合冲裁所得到的冲裁件尺寸精度等级高，而连续冲裁比复合冲裁的冲裁件尺寸精度等级低。

（3）根据对冲裁件尺寸形状的适应性来确定，产品的尺寸较小，考虑到单工序送料不方便和生产效率低，因此常采用复合冲裁或连续冲裁。

连续冲裁又可以加工形状复杂、宽度很小的异形冲裁件。

（4）根据模具制造安装调整的难易和成本的高低来确定,对复杂形状的冲裁件来说，采用复合冲裁比采用连续冲裁较为适宜，因为模具制造安装调整较容易，且成本较低。

（5）根据操作是否方便与安全来确定复合冲裁取出件或清除废料较困难，工作安全性较差，连续冲裁较安全。

综上所述分析，在满足冲裁件质量与生产率的要求下，选择级进模冲裁方式，其模具寿命较长，生产率高，操作较方便和工作安全性高。

2.2冲压顺序的安排

经分析，本设计分侧刃定位，冲孔，下料共三道工序。

3制件排样图的设计及材料利用率的计算

3.1展开尺寸的计算

产品展开尺寸的计算，如表3.1所示：

表3.1弯曲展开的基本公式

该制件弯曲端展开后的长度L和宽度B计算按表3.1公式5计算：

mm

取L=108

B尺寸不变，参考图纸

该毛坯的展开图如图3.1所示：

此制件材料厚度为1.0，材质是Q235，由于此产品尺寸不大，结构一般，精度要求不高，年产量比较大，所以采用级进冲压模可以实现。

图3.1毛坯的展开图

3.2制件排样图的设计

冲裁件在条料或板料上的布置方法称为排样，其设计的内容包括选择排样方法、是否设置工艺切口确定搭边数值、计算条料宽和步距、画出排样图。

排样方法选择

级进模的排样是指制件在条料上分几个工位冲制的布置方法。

排样不同，材料的利用率、制件的尺寸精度、生产率、模具结构与制造复杂程度、模具使用寿命长短等都不同。

所以排样作为级进模设计的重要步骤，它是多工位级进模设计时的重要依据。

排样可以分为有废料排样和少、无废料排样。

（1）有废料排样法

有废料排样法是冲裁件与冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间都有工艺预料的存在，冲裁件分离轮廓封闭，冲裁件质量还、模具寿命长，但是材料的利用率较低。

（2）少、无废料排样法

少废料排样法是只有在冲裁件与冲裁件之间或冲裁件与条料之间留有搭边，这种方法的冲裁件只沿着冲裁件的部分轮廓进行。

材料的利用率可达到70％～90％。

无废料排样翻是冲裁件与冲裁件之间以及冲裁件与条料之间均无搭边存在，这种怕有的冲裁件时间上是支接切断获得，多以材料的利用率可达85％～95％。

因为本次设计采用冲孔落料弯曲级进模，分析零件的形状特点及精度要求，并且条料是连续送进，确保压力机对板料加工时冲压力平衡，所以必须选择有废料排样。

为了降低模具的复杂程度，本次设计采用有废料直排方式。

排样时需考虑如下原则：

1）提高材料利用率（不影响冲件使用性能前提下，还可适当改变冲件的形状）

2）合理排样方法使操作方便，劳动强度低且安全。

3）模具结构简单、寿命长。

4）保证冲件的质量和冲件对板料纤维方向的要求。

3.2.1搭边与料宽

1）搭边排样中相邻两个零件之间的余料或零件与条料边缘间的余料称为搭边。

搭边的作用的作用有下几点：

1　补偿条料的剪裁误差、送料步距误差，补偿由于条料与导料板之间由间隙所造成的送料歪斜误差。

若没有搭边则可能出现制件缺角、缺边或尺寸超差等废品。

2　使凸、凹模刃口能沿着封闭轮廓线冲裁，受力平衡，合理间隙不易被破坏。

模具寿命和制件断面都能提高。

3　对于利用搭边拉条料的自动送料模具，搭边使条料有一定的刚度，一保证条料的连续送进。

搭边过大，浪费材料。

搭边过小，起不到搭边作用。

过小的搭边还可能被拉入凸、凹模之间的缝隙中，使模具刃口破坏。

合理的搭边值就是保证冲裁件质量，保证模具较长寿命，保证自动送料时不被拉弯、拉断条件下允许的最小值。

因此，搭边的最小宽度大于塑性变形区的宽度，一般可取等于材料的厚度。

搭边值的大小还与材料的力学性能、厚度、零件的形状与尺寸、排样的形式、送料及挡料方式、卸料方式等因素有关。

搭边值一般由经验确定，根据所给材料厚度δ=1.0mm，确定搭边工作间a1为1.5mm,a为1.8mm。

产品靠双边侧刃定位，侧刃最小宽度为3.0mm。

具体可见排样图如图3.2所示：

图3.2排样图

2．送料步距和条料宽度的确定

1）送料步距条料在模具上每次送进的距离成为送料步距。

每次只冲一个零件的步距S的计算公式为

（3-1）

式中D——平行于送料方向的冲裁宽度；

a1——冲裁之间的搭边值。

2）条料宽度的确定条料宽度的确定与模具的结构有关,确定的原则是，最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值；最大条料宽度能在冲裁时顺利地在导料板之间送进条料，并有一定的间隙。

采用无测压装置的模具，其条料宽度应考虑在送料过程中因条料的摆动而使侧面搭边减小。

为了补偿侧面搭边的减小部分，条料宽度应增加一个可能的摆动量。

故条料宽度为（参考《冲压工艺与模具设计》57页）：

条料宽度

（3-2）

式中B——条料的宽度（mm）；

Dmax——冲裁件垂直于送料方向的最大尺寸（mm）；

a——侧搭边值；

Δ——条料宽度的单向（负向）公差；

剪切条料宽度偏差

因此

。

此产品要靠双边侧刃定位，且侧刃宽度为3mm，则

导料板间距离：

3.2.2材料利用率的计算

一个步距内的材料利用率η为

（3-3）

式中F——一个步距内冲裁件面积（包括冲出的小孔在内）；

n——一个步距内冲裁件数目；

B——条料宽度（mm）；

s——步距；

4确定总冲压力和选用压力机及计算压力中心

4.1冲压力

冲压力是指冲裁力、卸料力、推件力和顶件力的总称。

4.1.1冲裁力的计算

在本次设计当中，冲裁部分有冲孔和落料。

所以总冲裁力是两个工位的的冲裁力的合力。

计算每个工位的冲裁力公式是一样的，唯一变化的参数是冲裁剪切周边的长度。

由于冲裁加工复杂性和变形过程的瞬间性，使得建立十分精确的冲裁力理论计算公式相对困难。

通常说的冲裁力是指工作于凸模的最大抗力。

如果视冲裁力为纯剪切变形，（参考《冲压工艺与模具设计》60页）冲裁力可按以下公式计算：

（4-1）

=110.1KN

式中：

F——冲裁力（N）；

L——冲裁件周边长度（mm）；

τ——材料抗剪强度（MPa）；查得Q235抗剪强度为310-380，取τ=300MPa。

δ——材料厚度；（mm）

K——系数，通常K=1.3；

冲孔力计算,查阅

（4-2）

4.1.2卸料力、推件力及顶件力的计算

生产中常用下列公式计算

（4-3）

式中：

F——冲裁力；

——卸料系数

综上所述，冲压过程的总工艺力为

4.1.3弯曲力的计算

弯曲力是设计弯曲模和选择压力机吨位的重要依据。

特别是在弯曲板料较厚、弯曲变形程度较大，材料强度较大时，必须对弯曲力进行计算。

在凸、凹模隔着材料吻合以前的弯曲过程称为自由弯曲。

为了提高弯曲件的精度，减小回弹，在弯曲的终了阶段对弯曲件的圆角及直边进行精压，凸模继续下压，弯曲力急剧上升，称为校正性弯曲。

此制件存在四处弯曲，它们的合力就是要求的自由弯曲力或校正性弯曲力。

影响弯曲力大小的基本因素有变形材料的性能和质量；弯曲件的形状和尺寸；模具结构及凸凹模间隙；弯曲方式等，因此很难用理论的分析法进行准确的计算。

实际中常用经验公式进行概略计算，以作为弯曲工艺设计和选择冲压设备的理论。

1）自由弯曲力的计算

Ư形弯曲件的经验公式为：

（4-4）

——自由弯曲力；

B——弯曲件的宽度（mm）；

t——弯曲件材料的厚度（mm）；

γ——内弯曲半径（等于凸模圆角半径）（mm）。

σb——弯曲件的抗拉强度（MPa）（查机械手册σb=335（MPa）。

K——安全系数，一般取1.3.

根据公式4-4

2）校正弯曲的弯曲力计算

为了提高弯曲件精度，减小回弹，在弯曲的终了阶段对弯曲件的圆角及直边进行精压，称为校正弯曲。

校正弯曲的弯曲力计算公式为：

（4-5）

式中

——校正弯曲力（N）；

q——单位面积上的校正力（MPa），按表4.1得q=30~40Mpa取

；

A——工件被校正部分的投影面积（mm²）。

表4.1单位校正力q值（Mpa）

材料

材料厚度t/mm

≤1

>1~2

>2~5

>5~10

铝

10~15

15~20

20~30

30~40

黄铜

15~20

20~30

30~40

40~60

10、15、20

20~30

30~40

40~60

60~80

25、30、35

30~40

40~50

50~70

70~100

根据公式4-5

3）对于有顶件或压料装置的弯曲模，顶件力或压料力可近似取弯曲力的30%～80%。

弯曲力:

4.2压力中心的计算

模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。

为了确保压力机和模具正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合，否则会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的摩擦，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。

冲模的压力中心，可按下述原则来确定：

（1）对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。

（2）工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。

（3）形状复杂的零件、多孔冲模、级进模的压力中心可用解析计算法求出冲模压力中心。

解析法的计算依据是：

各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴的力矩。

求出合力作用点的坐标位置X0，Y0（即x=0，y=0），即为所求模具的压力中心。

单个零件的压力中心计算如下：

（4-7）

（4-8）

式中：

-压力中心的横坐标；