冲压跳步模具毕业设计.docx

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冲压跳步模具毕业设计

题目：

复杂弹簧钩零件的冲压跳步模具设计及加工工艺

专业：

机械设计及其自动化

班级：

姓名：

指导老师：

复杂弹簧钩零件的冲压跳步模具设计及加工工艺

专业：

机械设计制造及其自动化班级：

指导老师：

摘要

1绪论1

1.1前沿1

1.2模具的分类3

1.3模具材料与选料3

1.4模具的生产流程和设计原理4

1.5多工位级进模的含义与发展方向7

1.7多工位级进模对零件的基本要求10

2工艺方案的分析及设计12

2.1冲裁件的工艺分析12

2.2工艺方案的确定14

2.3排样设计15

2.3.1排样方案的选择15

2.3.2步距的确定17

2.3.3料宽的确定18

2.3.4条料利用率的计算18

2.4零件成形设计19

2.4.1零件成形工艺分析19

2.4.2关键工位的方案设计与选择19

2.4.3零件成形方案的确定21

3工艺计算23

3.1冲裁力的计算23

3.2弯曲力的计算24

3.3卸料力的计算25

3.4顶件力的计算25

3.5冲压总力的计算26

3.6压力中心的计算26

4模具结构设计28

4.1凸、凹模刃口尺寸计算及公差28

4.1.1冲裁凸、凹模刃口尺寸与公差28

4.1.2弯曲凸、凹模工作部分尺寸与公差31

4.2凸、凹模的结构设计31

4.2.1凹模结构设计31

4.2.2凸模结构的设计32

4.2.3凸模强度校核33

4.3模架的选择33

4.4定位零件34

4.4.1侧刃和导料板的设计35

4.4.2快速度拆装凸模的设计35

4.4.3燕尾形弯曲结构设计36

5模具装配及零件的加工工艺38

5.1上模座加工工艺过程38

5.2山字形冲裁凸模加工工艺过程40

5.3撕开弯曲凹模加工工艺过程42

5.4凸模和凹模等固定组装工艺45

5.5冷冲模装配要求45

5.6冷冲模装配要点46

5.7装配步骤46

6总结48

参考文献49

致谢50

附录51

摘要

第1章引言

1.级进模的概述

2.级进模的特点

3.级进模的发展概况

4.步距与定距方式

5.排样图设计

6.冲压技术的现状与发展方式

第2章设计要求及工艺图分析

1.设计题目

2.设计要求

3.零件的工艺性分析

1）.零件的工艺性分析

2）冲裁件的精度与粗糙度

3）冲裁件的材料分析

4.确定工艺方案

第3章模具总体结构设计

1.模具类型的选择

2.送料方式的选择

3.定距方式的选择

4.定位方式的选择

5.卸料装置的选择

6.导向方式的选择

第4章冲压模具工艺与设计计算

1.排样设计与计算

2.测刃的选择

3.设计冲压力与压力中心初选压力机

4.压力机公称压力的确定及压力机的初选

1）压力机公称压力的确定

2）.压力设备的确定

3）.压力中心的确定及相关计算

5.计算凹凸模刃口尺寸及公差

1）.凹凸模刃口尺寸的计算原则

2）.凹模与凸模配做法

3）.凹凸模刃口尺寸计算方法

4）.凹凸模刃口尺寸计算

第五章模具的结构特点

第六章其他零件的设计与选用

1.主要零件的结构设计形式

2.模具外形尺寸的选用

3.导正销的设计

4.导料板的设计及选用

5.螺钉规格的选用

6.垫板的设计与选用

7.卸料板的结构设计

8.导柱导套的结构设计

第七章压力机的校核

1.公称压力

2.滑块行程

3.行程和次数

4.工作台面的尺寸

5.闭合高度

第八章模具标准化

1.冷冲模国家标准的使用

总结

参考文献

2.工件的设计要求及工艺分析

2.1设计题目

工件的基本要求如下：

2.2设计要求

冲压技术要求：

材料：

磷青铜

料厚：

0.5mm

生产批量：

大批量

2.3工件的工艺性分析

2.3.1工件的工艺性分析

从工件的结构分析可知，工件既有冲裁又有弯曲成形，故对工件进行工艺分析如下：

（1）冲裁件孔的工艺性：

中间的成形六方形，需考虑冲裁六方形孔时的孔中心距与外形是否满足冲裁的要求。

一般为了保证工件的精度及其避免工件在冲压的过程中造成带料的变形。

（2）压弯的工艺性：

在工件的制造过程中，压弯成形时这个模具设计的关键，决定工件的好坏，为了满足要求，模具的上下部分采用镶拼的结构，并能够调整，有利于控制尺寸，便于加工制造，且镶件能采用磨削加工成较精确地尺寸。

压弯成形的深度比较小，，加上料的回弹量较小，在成形的过程就可以实现压弯，满足工件的精度要求。

2.3.2冲裁件的精度和粗糙度

冲裁件的标注公差为IT11级精度，其余未标注由技术要求可知为IT12级，零件的尺寸较小，成形的位置较紧凑，因此可用中级精度的冲裁，普通冲裁可以达到要求。

由于冲裁件没有断面粗糙度的要求，我们可以不必考虑。

2.3.3冲裁件材料分析

由下表可知，工件材料为磷青铜，有很好的塑性，冲压性能良好，冲裁性较好，可以冲裁加工。

2.4确定工艺方案

该工件由冲孔、落料、弯曲等多个基本工序组成，所以可有以下方案：

方案1：

先落料再冲孔最后弯曲的单个工序模具来实现；

方案2：

采用复合模一步成型；

方案3：

采用多工位级进模。

方案1采用单工序需要模具数量较多，生产率低，所用费用也高，不合理；方案2采用复合模，可以得出冲件的精度和平直读较好，生产率较高，但模具结构复杂，制造困难，不便于生产；方案3用级进模冲裁，生产率高，操作比较方便，通过合理设计可以达到较好的零件质量和避免模具强度不够的问题。

综上所述，决定采用方案3多工位级进模。

3.排样设计

3.1毛坯的排样设计

级进模的排样是指制件（一个或多个）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，不仅必不可少，而且作用很大。

它是多工位级进模设计时的重要依据，是设计模具图之前要做完的第一件大事。

当排样图确定之后，也就确定了如下内容：

（1）制件在模具中冲制顺序

（2）模具上共有几个工位

（3）模具的每个工位工序性质是什么

（4）冲压一次能出几件

（5）制件的排样方式

（6）排样的裁体形式与送料方向的设定

（7）导料方式、浮顶器和导正销的设置

（8）材料利用率的高低

（9）工位间步距大小

（10）步距的定位方式

（11）冲压用材料的宽度、厚度、供料形式及有关要求

（12）模具基本结构的组成与特点

毛坯在板料上可截取的方位很多，这也就决定了毛坯排样方案的多样性。

典型毛坯排样：

单排、斜排、対排、无费料排样、多排、混合排。

根据此次毕业设计的工件结构特征，决定采用单排、中间载体。

采用这种毛坯排样的模具结构相对简单，模具制造较方便。

工件展开图如下：

横向单排示意图如下：

3.1.1条料搭边值的确定

搭边是指排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下的剩料。

其作用是条料定位，保证零件的质量和精度，补偿定位误差，确保冲出合格的零件，并使条料有一定的刚度，不弯曲，便于送进，并能使冲模的寿命得到提高。

为了节约材料，应合理的选择搭边值。

搭边值过小，会使作用在凸模侧表面上的法向应力沿切口分布不均，降低冲裁质量和模具寿命，故必须使搭边的最小宽度大于冲裁时塑性变形区的宽度，一般可以取材料的厚度。

若搭边值小于材料的厚度，冲裁时搭边可能被拉断，有时还会被拉入到凹凸模间隙中，使零件产生毛刺，甚至损坏模具刃口。

搭边值的大小与材料的性能、零件的外形及尺寸、材料的厚度、送料及挡料的方式、卸料方式有关。

硬材料的搭边值可以小一些，软材料和脆材料的搭边值应大一些。

零件尺寸大或有尖突时，搭边值应大一些，厚材料的搭边值取大一些。

用手工送料、有侧压导向时搭边值可小一些，弹性卸料比刚性卸料要小一些。

由参考文献【1】表2-10得：

材料厚度为0.5mm时，工件边长大于50mm,搭边可以取a=2.5mm，a1=2.2mm。

3.1.2条料的宽度

条料采用无侧压边装置，由参考文献【1】中公式2-3得

其中由表2-11,2-12可得条料下料宽度偏差

，条料与导料板之间的间隙

3.1.3步距

步距是指级进模中相邻两工位间的距离大小值。

每一副级进模，一旦排样的步距值确定后，在该模具上相邻两工位间的距离，必须相等。

即在一副模具中，步距是个等值。

步距尺寸的大小与平行于送料方向制件外形尺寸、排样的排列类别和条料上制件之间的搭边大小等不同情况有关。

参考文献【1】公式2-2得：

步距

3.1.4材料利用率

根据参考文献【1】公式2-1可得：

材料利用率

3.2冲切刃口的外形设计

由于在毛坯排样时，采用先冲孔和冲出工件的外形，然后再弯曲的冲压工艺顺序，在此次刃口设计中主要应该考虑以下几点：

1.刃口分解与重组应有利于简化模具的结构，分解段数应尽量少，重组后形成的凸模和凹模外形要简单、规则，要有足够的强度。

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段间的连接应平直或圆滑。

4.分段搭接点应尽量少，搭接点位置要避开产品零件的薄弱部位和外形的重要部位，而放在不醒目的位置。

5.有公差要求的直边和使用过程中有滑动配合要求的边应一次冲切，不宜分段，以免累积误差。

6.复杂外形以及有窄槽或细长臂的部位或复杂内形最好分解。

7.外轮廓各段毛刺方向有不同要求时应分解。

8.刃口的分解应考虑加工设备条件和加工方法，便于加工。

综上所述，产品的刃口排样如下：

3.3工序排样

排样中未冲压成形的成品件，均为工序件或坯件，它在级进模内随着冲床一次就向前送一个步距，到达不同的工序。

在各工位的加工内容不相同，因此，在级进模的设计中，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，这就是工序排样。

3.3.1工序排样总体设计

在这次模具的工序排样中考虑到的工序应尽量分散，以提高模具寿命，简化模具结构，一共有11个工位。

其中外形的冲切分为3个工位。

3.3.2空工位的设置

空工位是指工序经过时，不作任何冲切加工的工位。

为了提高凹模、卸料板的强度和凸模应有足够的安装固定位置，在工位的布局中，可适当设置空工位。

空工位对于复杂弯曲件或拉深件来说尤为必要，可以利用空工位调整成形体材料的变形程度，达到材料变形量的合理分配。

3.3.3载体的设置

载体在排样中就是用来运载冲压零件向前送进的那一部分料。

因此它必须具有足够强度和刚度，保证送料过程中不因为载体自身的变形或断裂而影响送料，甚至损坏模具。

根据制件的形状、变形性质和料厚等不同情况，可选用的载体，基本类型有双侧载体、单侧载体、中间载体和边料载体。

在此次模具设计中采用中间载体。

是因为在零件的两侧都有弯曲成型工序，切形后坯料的弯曲部分已于条料分离，所以采用中间载体。

3.3.4侧刃设置

侧刃是级进模应用最广的定距机构。

其工作原理是在条料侧边上冲出于送进步距相等的缺口，利用侧刃挡块对条料缺口处台肩的阻挡实现定距。

侧刃定距精度可靠，生产率高，因此，是级进模常用的定距方式。

由于它以切去条料边缘少量材料形成的台肩定位，所以增加了材料的消耗和冲压力。

一般用于生产率要求高、步距较小、材料较薄的级进模。

在此次设计中第一工位设置了两个成型侧刃，侧刃的宽度即为步距16.2mm，与侧刃配合定距的是导料板上的凸台阶，凸台阶挡住条料的继续向前，完成条料的定位，每当侧刃冲切条料两侧的材料后，条料才可以继续向前送进，因策达到了定距的目的。

3.3.5导料板的设置

导料板是冲压模具中最常用的条料送进导向结构形式之一，将它沿条料（或带料）的送进方向，安装在凹模平面的两侧，并与凹模的中心线平行。

否则，条料摆动会影响产品精度。

该模具采用无侧压导料板。

3.3.6工序排样

多工位级进模的工序排样设计是多工位级进模设计的关键，是决定级进模优劣的主要因素之一。

根据该工件的要求及上述工艺分析，设计多工位连续工序排样方案。

排样图如下：

工位1，冲2个导正销孔；工位2，空位；工位3，冲切爪的两端余料，冲中间六边形孔；工位4，冲去两端废料；工位5，空位；工位6，爪的两端预压弯；工位7，空位，工位8，爪的两端再次弯曲；中部预压成形；工位9，空位；工位10，空位；工位11，弯曲成形，载体切断。

4.工艺计算

4.1冲裁工艺力的计算

冲裁工艺计算是冲裁模设计的重要部分之一，工艺计算为选用压力机、模具设计以及强度校核提供重要依据。

4.1.1冲裁力计算

冲裁力是指冲裁时所需要的压力，即在凸模和凹模的作用下，使板料在厚度方向分离的剪切力。

根据参考文献【1】公式2-15，平刃冲裁的冲裁力如下：

式中，

——冲裁力，N；

K——系数，常取K=1.3；

A——冲裁断面面积，mm

——材料的抗剪强度，MPa;

L——冲裁线总长，mm；

t——材料厚度，mm。

已知工件材料是磷青铜，取

=260MPa，材料厚度t=0.5mm，L值由全部冲裁线即冲裁零件周长尺寸组成：

部位

周长L/mm

冲裁力F/N

两个直径6mm的导正孔+两侧的成形侧刃

37.68+56.7

15950.22

中间六边形

64.116

10835

两侧异形多边形

88.276

14918.644

最终切断

8

1352

4.1.2弯曲力的计算

弯曲力是指压力机完成预定的弯曲工序所需施加的压力，是选择合适压力机的依据。

弯曲力的大小与毛坯尺寸、材料力学性能、凹模支点间的距离、弯曲半径、凸凹模间隙等因素有关，计算过程非常复杂，生产中常用经验公式进行计算。

由参考文献【1】公式3-6可知，

弯曲力：

式中，F——校正弯曲力，N；

P——单位校正力，MPa;

A——工件被校正部分在凹模上的投影面积，

第一次弯曲：

第二次弯曲：

第三次弯曲：

4.2压力机的选用

压力机类型主要根据所完成的冲压工艺性质、生产批量、冲压件的尺寸大小和精度要求等来选择。

对于中小型冲才能件、弯曲件或拉深件等，主要选用开式机械压力机。

开式压力机虽然刚度不高，并且在较大冲压力的作用下床身的变形会改变冲模间隙分布、降低模具寿命和冲件表面质量，但由于它提供了极为方便的操作条件和易于安装机械化附属装置的特点，所以目前仍是中小型冲压件生产的主要设备。

公称压力

所以

根据参考文献【2】选用开式固定压力机JA21-35

4.3压力中心的计算

5.模具的结构特点

5.1凸模

在冲压过程中，被制件或废料所包容的模具工作零件称为凸模，凸模的种类繁多，有冲裁凸模、弯曲凸模、拉深凸模、成形凸模。

多工位级进模中的凸模形式和固定方法很多，有带台式、铆接式、叠装式、垫键式、压块式、插入式、浇注粘接式、挤压式、保护式、拼台式。

采用较多的是带台式，因为它可以防止凸模从固定板中脱落，安装后稳定性非常好，能承受较大的冲压力。

5.1.1六方凸模

1.六方凸模的结构设计

L=

=20+0.5+24+0.5+15=60mm

式中，L为六方凸模的高度，

为凸模固定板高度，

为凸模进入凹模深度，

为卸料板高度，t为工件厚度，Y凸模固定板与卸料板之间的安全距离。

2.六方凸模的尺寸设计

刃口的尺寸计算：

设冲件孔径尺寸为

（如果零件尺寸标注的是其他偏差形式，则应换算成单向正偏差值）。

1.落料设零件外圆尺寸为

。

（如果零件尺寸标注的是其他偏差形式，则应换算成单向负偏差值）。

3.空心距当需一次冲出零件上孔距为

的孔时，凹模型孔中心距

按下式确定

凸、凹模刃口尺寸计算

因为工件有冲孔和落料，所以先确定冲孔凸模刃口尺寸和落料凹模刃口尺寸，并依此为基准配制冲孔凹模和落料凸模。

冲孔凸模损坏后，刃口尺寸变小，所以尺寸

变小，

变大。

所以，已知

取

查公差表得：

按公式计算得

落料凹模损坏后，刃口尺寸变大。

所以，

已知

取

查公差表得：

按公式计算得

冲孔凹模和落料凸模刃口尺寸的确定可根据最小间隙

进行实际尺寸的配制。