把手连接件级进模设计设计说明书.docx

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把手连接件级进模设计设计说明书

南京工程学院

毕业设计说明书（论文）

作者：

张皓学号：

240070840

学院（系、部）：

康尼学院

专业：

材料成型与控制工程（模具设计）

题目：

把手连接件级进模设计

指导者：

评阅者：

2011年6月南京

毕业设计说明书（论文）中文摘要

多工位级进模

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。

多工位级进模一般都与自动送料、自动出件、自动检测与自动保护等装置配置在一起，以实现自动化生产。

主要用与生产批量大、材料厚度较薄、形状复杂、精度要求高的中小型冲件的生产。

本文以铁芯压板为例，分析了它的成形工艺，并制定出了多工位级进模的成形方案。

分析了它的成形工艺特点，主要的成形工序包括冲孔、弯曲、落料等。

并且进行了工件的工艺分析、工序排样、工艺计算。

完成了级进模具的设计、零件设计、冲压设备的选择等工作。

关键词多工位级进模成形工艺模具设计

毕业设计说明书（论文）外文摘要

TitleTheFormingProcessesoftiexinyabanRotatingracksand

theMulti-PositionProgressive-DieDesign

Abstract

Multi-positionprogressivedieprogressivedieingeneraldevelopedonthebasisofprecision,highefficiency,highlifeexpectancyofadvancedmold.Multi-positionprogressivediegenerallywithautomaticfeeding,Autoparts,automaticdetectionandautomaticprotectiondevicesconfiguredtogethertoautomateproduction.Mainlyusedandtheproductionvolume,materialthicknessthinner,complexshape,highprecisionproductionofsmallandmediumsizedpieces.ThisarticleNCL-20rotatingracks,forexample,analyzedtheracksoftheformingprocessandtodevelopamulti-positionprogressivedieformingsolution.Analyzedthecharacteristicsoftheformingprocessracks,themainformingprocessesincludepunching,bending,blankingandsoon.Andconductedathree-dimensionalshapeoftheworkpiece,theworkpieceprocessanalysis,processlayout,processcalculation.Completedaprogressivediedesign,partdesign,stampingequipmentselection,etc.

KeywordsMulti-PositionProgressiveFormingProcess

MoldingDesign

前言

冲压工艺是一种生产效率很高的、少切削或无切削的先进加工方法，在经济和技术方面都具有很多的优点。

它操作方便，便于实现机械化和自动化，适合于较大批量零件的生产，其制品一般不需进一步的机械加工，尺寸精度和互换性也比较好。

所以，在航空，汽车，电子的工业中占有十分重要的地位。

其中级进模是冲压模具中一种先进、高效的冲压模具。

对某些形状较为复杂的，具有冲裁、弯曲、成形、拉深等多工序的冲压零件，可在一副多工位级进模上冲制完成。

多工位级进模是实现自动化、半自动化，确保冲压加工质量的一种模具结构形式。

合理的模具结构既要保证生产产品的各项技术指标要求，又要缩短模具制造周期，降低模具制造成本，以满足现代工业生产对模具的高质、高效、低成本的要求。

在当今世界，模具工业在现代制造业中所占的比例越来越大，模具设计水平的高低直接影响着工业产品的质量、成本和跟新换代的速度，而模具设计技术水平的高低最终体现在模具结构上。

并且模具工业的水平和发展也反映了一个国家的加工制造的水平。

国内的模具工业虽然起步较晚，但在过去的十多年中也取得了一些进步。

例如在冲压模具方面，国内设计制造的部分轿车覆盖件模、空调散热片级进模、电子定转子级进模、集成电路引线框架级进模，以及带自动冲切、叠压、铆合、级数、分组和安全保护等功能的铁芯精密多功能模，都已达到较高水平。

但从总体上看，与工业发达的国家相比还是有加大的差距。

例如精密加工设备在模具加工设备中的比例还比较低，CAD/CAE/CAM技术的普及率尚待提高，许多先进的模具技术应用还不够广泛等等。

特别是在大型、精密、复杂和长寿命模具上，一方面技术差距明显；另一方面也不能满足国内需要，因而仍需大量从国外进口。

所以，为了改变这种被动状态，尽快适应社会主义工业化建设对冲压工艺生产水平提高的需要，全方位大力做好模具基础、研发和推广工作，是至关重要的。

冷冲压是建立在金属塑性变形的基础上，在常温下利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件的一种压力加工方法。

在冷冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备称为冷冲压模具（俗称冷冲模）。

冷冲模在实现冷冲压加工中是必不可少的工艺装备，没有先进的模具技术，先进的冲压工艺就无法实现。

冷冲压的特点有：

1，节省材料2，制品有较好的互换性3制品有较好的互换性4生产效率高5操作简单6由于冷冲压生产效率高，材料利用律，故生产的制品成本较低。

随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，冲压及模具技术也在不断革新与发展。

主要表现在以下几个方面：

一.工艺分析计算方法现代化现在已开始采用有限变形的弹塑性有限方法，对复杂成形件的成形过程进行应力应变分析的计算机模拟。

二.模具设计制造技术现代化工业发达国家正在大力开展模具计算辅助设计和制造（CAD/CAM）的研究。

采用这一技术，一般可提高模具设计制造效率的2-3倍，应用这一技术，不仅可以缩短模具设计制造周期，还可提高模具质量，减少设计和政治早人员的重复劳动，使设计者有可能把精力用在创新开发上。

三.冲压生产机械化与自动化与柔性化为了适应大批量，高效率生产的需要，在冲压模具和设备上广泛应用了各种自动化的进出料机构。

对于大型冲压件，专门配置了机械手和机器人，这不仅大大的提高了冲压件的生铁芯压板质和生产率，而且也增加了冲压工作和冲压工人的安全性。

在中小件的大批量生产方面，现已广泛应用于多工位压力机活、或高速压力机。

在小批量生产方面，正在发展柔性制造系统（FMS）。

四.为了满足铁芯压板更新换代快和小批量生产的需要，发展了一些新的成形工艺，简易模具，数控冲压设备和冲压柔性制造技术等。

五.不断改进板料的冲压性能

本文主要介绍了多工位级进模的设计过程，以NCL-20旋转承架为例，详细的阐述了一副多工位级进模的设计过程，包括了工艺分析、工艺方案确定、工艺参数计算、模具总体设计、模具零件结构形式选择、主要零件的设计以及设备的选择校核。

第一章零件工艺性分析

1.1铁芯压板工艺性分析

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。

着重从产品的几何形状、尺寸大小、精度高低、原材料性能等多个方面进行考虑。

图1.1零件尺寸图

图1.2产品图

该铁芯压板的零件的尺寸如图1.1所示，零件图如图1.2所示，从零件图上看可知该铁芯压板是典型的冲裁件，其中还包括弯曲工艺，该零件的成形工序以冲裁和弯曲为主，其中包括了7个孔，尺寸为Φ4mm，异形孔以及2处弯曲。

材料为20刚，抗拉强度400MPa，抗剪强度300MPa，具有良好的冲压工艺性能，厚度为0.5mm最小孔径为Φ4mm,最小孔边距为7mm,均满足冲裁工艺要求。

零件上的孔都可一次冲出。

弯曲处离孔较远不会影响到孔，所以可先冲孔再进行弯曲。

另外考虑到弯曲时尽量减少回弹，所以在弯曲前可以进行预弯，即在弯曲处先压痕，这样在弯曲时既可是弯曲更容易，也可有效减少回弹。

所有公差均为未注公差，可按国标IT14级处理普通冲压即可满足精度要求。

综合以上几方面的情况可知：

该工件适合冲压，零件的冲压工艺良好。

1.2工艺方案确定

冲制该零件需要的基本工序是：

冲双侧刃，冲孔，折弯，落料等。

方案分析与选择

该零件有以下基本工序：

冲双侧刃，冲孔，折弯，落料等，因铁芯压板结构的结构复杂并根据以上基本工序可以拟出三种方案：

方案一、采用单工序模；方案二、复合模；方案三、腐蚀加工；方案四、采用多工位级进模制造。

方案比较:

由于铁芯压板批量较大所以不宜采用单一工序生产，单工序模就是一副模具只完成一个工序。

单工序模虽然模具简单但所需模具较多，且提高了生产成本有、效率低、工人操作安全性不高、制件所需设备多明显缺点，所以方案一不可行。

其次，本铁芯压板高精度小型冲裁件，位置精度与尺寸精度要求较高，虽然复合模有内外型相对位置及零件尺寸的一致性较好等优点，但是其凸凹模的壁厚有一定限制，尺寸不能太小，所以方案二也不可行。

方案四腐蚀加工虽然能达到很精细的精度,但无法达到较高的生产效率和较低生产成本。

采用级进模虽然有成本高等不利因素，但是在大批量成产如此小型复杂结构的零件时采用多工位级进模制造能够达到精度要求、保证质量。

故综合各方面的因素，选用方案四进行设计。

冲压工艺方案确定后，各工序的模具种类也就自然确定了。

冲压材料使用条料20刚，材料厚0.5mm。

第二章工艺计算

在进行多工位级进模设计时，最重要的就是排样图的设计，因为多工位级进模的结构是根据排样图来设计的，排样图就是明确了零件的成形顺序、过程，可以说排样图设计完成后，多工位级进模的结构也就确定下来了。

排样图设计的好坏，对模具设计的影响是很大的，排样图设计不合理或是出现错误，将会导致加工出来的模具无法冲制零件或者模具的寿命缩短，严重的甚至会导致无法加工出模具。

因此，排样图设计时应有多个方案，进行比较、归纳、综合得出最佳方案。

2.1毛坯排样设计

2.1.1毛坯排样

毛坯排样就是确定冲压件毛坯外形在条料上的截取方位及与相邻毛坯的关系。

毛坯排样方案对材料的利用率、冲压加工的工艺性以及模具结构和寿命等有着显著的影响。

据统计，在冲压件的成本中，材料费所占比例在60%以上。

因此，合理排样对提高材料利用率、降低产品成本具有重要意义。

毛坯排样的原则：

1）材料利用率要尽量高；

2）满足产品零件冲裁及后工序的要求。

该零件要在一副模具上生产，同时考虑到工序排样要求，以及生产效率。

所以毛坯采用多排方案。

为简化级进模结构,降低制造成本,初步设计的排样方案如图2.1：

图2.1毛坯排样图

2.1.2刃口分解设计

在级进模设计中，为了实现复杂零件的冲压或简化模具结构，一般总是将复杂的外形和内形孔分几次冲切。

冲切刃口外形的设计就是把复杂的外形轮廓和内形轮廓分解为若干个简单几何单元，各单元又通过组合和补缺等构成新的冲切轮廓的工艺设计过程。

刃口分解设计原则：

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。

设计的外形冲切刃口如图2.2所示。

图2.2刃口设计

2.2工艺排样设计

在多工位级近模冲压中，工序件在级进模内随着冲床每冲一次就向前送进一个步距，到达不同的工位。

由于各工位的内容各不相同，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，即级进模各工位所要进行的加工工序内容，这一设计过程就是工序排样。

工序排样是级进模设计的灵魂，它决定了级进模的基本形式。

工序排样应遵循的原则：

（1）工序排样要保证产品零件的精度和使用要求。

（2）工序应尽量分散，以提高模具寿命，简化模具结构。

（3）合理安排各工序，使压力中心尽可能与模具几何中心接近。

（4）同一工位各冲切凸模应设计应尽量设计为相同的高度，便于刃磨。

（5）冲孔在前，外形冲切和落料在后。

（6）为保证条料送进步距精度，第一工位安排冲切导正孔，第二位设导正销，在其后的各工位上，优先在易窜动的工位上设导正销。

（7）设置空位，可以提高凹模、卸料板和凸模的强度。

（8）工件和废料应顺利排出。

2.2.1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[2]中表3-14得：

（2.1）

式中S—步距基本尺寸；

B—工件外形尺寸；

M—搭边宽度；

故该零件的步距基本尺寸为：

S﹦22.5mm

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。

该零件的尺寸精度要求不高，但一些孔的相对位置精度有一定的要求，故按IT6级查其步距精度为±0.007mm。

2.2.2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2.3所示。

图2.3

2.3冲压工艺力的计算

2.3.1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。

在冲裁过程中，冲裁力是随凸模进入凹模材料的深度而变化的。

通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具重要依据之一。

用平刃冲裁时，其冲裁力Ｆ一般按下式计算：

F=KLtτb

式中　　F—冲裁力；

L—冲裁周边长度；

　　　　t—材料厚度；

　　　　τb—材料抗剪强度；

　　　　Ｋ—系数；

通过CAD-工具-查询-线段：

L=470mm

系数Ｋ是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀，刃口磨损、板料力学性能和厚度波动等原因的影响而给出修正系数，一般取Ｋ=1.3。

τb的值查表得τb=350Mpa

所以

F=KLtτb

=1.3×470×2×350

=427700N

根据计算，模具冲裁力为428KN。

在冲裁结束时，由于材料的弹性回复（包括径向回复和弹性翘曲回复）及摩擦的存在，将使冲落的材料梗塞在凹模内，而冲裁剩下的材料则紧箍在凸模上。

为使冲裁工作继续进行，必须将紧箍在凸模上的料卸下，将梗塞在凹模内的材料推出。

从凸模上卸下箍着的料称卸料力；一般按以下公式计算：

卸料力　　　

FX=KXF公式（5-5）

FX=KXF

=0.04×428KN=21.16KN

（KX、KD为卸料力系数，其值查表7可得）

2.3.2总压力的计算

总冲压力

FZ=F+FX

=428KN+21.16N

=449.16KN

压力机公称压力应大于或等于冲压力，所以拟选压力机为J23—63。

2.4压力中心的选择

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。

根据零件的整体形状简单类似矩形,设将冲模压力中心点定在G点上.如图2.4

图2.4

第三章模具总体概要设计

3.1模具结构概要设计

铁芯压板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，定位方式确定，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。

3.1.1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，由于正装的模具容易出件和排除废料，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，选用四周导柱模架，采用自制导柱、导套。

而且该零件尺寸较小，所以冲孔凸模的直径很小，卸料板要兼顾小凸模的导向和保护作用，所以还要选择小导套、导柱进行内导向。

条料的导向开始时采用导料板承料板进行导向，然后采用浮顶销进行导向。

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。

一般选用弹性卸料板。

4、送料方式

因冲压材料选用的是条料，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、出件方式

由工序排样图知，本模具在最后一个工位通过切断载体实现产品零件与条料的分离。

产品零件在送料过程中，零件由切断凸模中从凹模右侧落下（送料方向为由左向右），因此，在下模座上开槽以使零件落下，冲压过程中应注意从模具下面收集冲制好的产品零件。

3.1.2模具基本尺寸

1．凹模周界尺寸

本多工位级进模的凹模周界大小为：

300×170mm。

2．模板厚度尺寸

（1）垫板厚度

为了防止较小的凸模压损模座的平面，一般在凸模和模座之间加设垫板。

垫板外形尺寸多与凹模周界一致，垫板材料一般选T7、T8或45钢制成。

本级进模的总冲压力不大，故只上模部分使用垫板以支撑凸模，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本级进模凸模固定板的厚度H=30mm。

（3）卸料板厚度

型孔形状基本上与凹模孔形状相同（细小凹模孔及特殊型孔除外），因此在加工时一般与凹模配合加工。

由于卸料板上的孔对凸模兼起导向作用，即要满足模具完全打开时凸模应藏在卸料板里面，凸模与卸料板配合部分的长度要能满足导向的需要。

本级进模设计卸料板厚度H＝12.5mm。

3.1.3模架结构确定

1.模架的选择：

模柄及上、下模板中间联以导向装置的总体称为模架GB/12851.1～7－。

90至GB/12852.1～4－90列出了各种不同结构和不同导向形式的标准模架，通常都是按标准选定。

在这里我选择非标自制模架

结合此结构的特点，选用四导柱模架。

由于这种模架比较牢固，送料和操作也比较方便。

按标准选定标准模座时，应根据凹模（或凸模），卸料和定位装置等的平面布置来选择模座的尺寸。

一般应取模座的尺寸L大于凹模尺寸40～70mm，模座厚度应是凹模厚度的1～1.5倍。

下模座的外形尺寸每边应超出冲床台面孔边40～50mm。

模座常用材料为HT200，HT250或ZG35,ZG45。

但根据我们厂的实际情况，从节约材料方面考虑，我们选用的模座材料是45钢。

上（下）模座35×170×10材料45钢，此选择的模座为非标准模座，其形状及各个尺寸，都是根据我们工厂的实际情况来定的，既保证能正常生产，又最大限度的节约了材料。

2.模柄选择

模柄的作用是将模具的上模座固定在压力机的滑块上。

本次设计将采用带台阶的压入式模柄。

它与模座安装孔用H7/n6配合，可以保证较高的同轴度和垂直度。

选取标准的压入式模柄：

￠20×1945钢其形状及各尺寸，根据实际生产需要及（模具实用技术设计综合手册）来确定的。

3.1.4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=40+10+34.5+12.5+25+30+10+40+6=218mm

经总结模具类型为：

带有弯曲工艺得多工位级进模，该级进模采用标准钢板模架，滚动导柱、导套导向，设有小导柱、导套，卸料板对凸模进行导向，自动送料机构送料，带料的导向采用浮顶销和导料板配合导向。

3.2模具结构详细设计

3.2.1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在上模，凹模采用压入式固定在凹模座上，凸凹模与固定板的固定方法采用挂耳结构，其异形凸模采用单侧挂耳的结构。

3.2.2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，由于工件的卸料力不大，卸料板上开有4个固定卸料螺钉用的螺纹孔，与凸模有H7/f6配合的凸模过孔。

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。

3.2.3各模板结构

各模板的尺寸根据凹模周界定为410×170mm，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，内六角螺钉紧固。

3.3模具主要零件的设计及标准的选择

3.3.1工作零件的设计及标准的选用

1冲裁凸模的设计

冲孔凸模,孔尺寸为φ4。

采用台阶式的圆凸模。

装配部分与凸模固定板呈H7/m6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。

工作部分与卸料板配做呈H7/f6配合，表面粗糙度Ra为0.4，材料为Cr12MoV，热处理硬度为56-60HRC。

台阶高度值为

，装配后磨平。

凸模总长为固定板高度＋弹性元件空间高度＋卸料板高度＋料厚＋插入凹模深度，即70mm。

由参考文献[3]中式2-4得刃口尺寸：

（3.1）

式中d—工件公称尺寸（mm）；

Δ—零件公差；

xΔ—磨损量；

δp—凸模制造公差。

凸模制造公差按IT6选取，因此x=1。

结构如图所示

使用公式3.1进行刃口计算

dp1=4+1×0.04=4.04因此刃口尺寸为φ

结构如图所示

冲异形孔，采用单侧挂耳结构固定凸模。

并且考虑到加工方便，做成上下截面一样大，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/f6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。

材料为Cr12MoV，热处理硬度为56-60HRC。

挂耳高度值为