接触器触头托片级进模设计及其制造工艺.docx

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接触器触头托片级进模设计及其制造工艺

1选题背景及其意义

本课题所用零件来自工厂，主要研究的是级进模的设计。

级进模是在压力机一次冲程中，在有规律排列的几个工位上分别完成一部分冲裁工序，在最后工序冲出完整工件。

因为级进模是连续冲压，生产过程中相当于每次冲程冲制一个工件，故生产效率高。

级进模冲裁可以减少模具数量，操作方便安全，便于实现冲压生产自动化。

但它在定位中产生的累计误差会影响工件精度，因此级进模多用于生产批量大，精度要求不高，需要多工序冲裁的小零件加工。

导师选择了接触器触头托片级进模设计及其制造工艺设计课题，做为对级进模深入了解和学习的切入点，透过毕业设计的工艺分析优化、模具结构设计优化、CAD软件操作应用等过程，进步巩固、拓展专业知识、掌握多工位级进模的特点及典型结构，提高了理论联系实际解决实际问题的能力，对将来走向工作岗位，更好的适应工作具有指导意义。

2文献综述（国内外研究现状与发展趋势）

模具是工业生产中重要的工艺装备，是国民经济各部门发展的重要基础之一，它在工业生产中起着及其重要的作用。

模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，因为模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力[1]。

在现有的多种冲压模具中，精密多工位级进模是较为先进的一种，它具有高效率、高精度和高寿命等优越性。

级进模所具有的先进性被广泛应用于电子、电机、家用电器、仪器仪表、汽车及其配件等行业冲压制件的生产。

在现代冲压技术中，多工位级进模已占有主导地位，世界各工业发达国家也都十分重视对多工位级进模技术的研究和开发。

我国是进入20世纪80年代后才开始研制级进模的，尽管经历了近二十年的努力，从无到有，模具技术有了较大的发展。

国内一些企业，在消化吸收国外先进级进模技术的基础上，自行研制出的一些中小型级模具，在生产中获得了较好的使用效果[2]。

现代模具制造技术不但是知识密集、技术密集，而且也是资本密集的产业。

与国外工业发达国家比较，我国的多工位级进模技术仍然存在较大的差距，主要表现在：

①冲压工序比较单一，多数以冲裁级进模为主，少部分为冲裁拉深级进模，模具结构比较简单、功能性不强。

②模具模板幅面尺寸比较小，一般在内，一次冲制的产品数量也在十几件以内，属中小型级级进模。

③模具精度不高，冲裁间隙误差在0.015mm以上，制件产品易产生毛刺。

④模具使用寿命相对较短，一般一次刃磨在50万次以内，模具材料主要以普通模具钢为主或采用硬质合金。

另外，国内很少有人在此领域从事深入系统的研究[3]。

3研究内容

3.1冲压件外形及其尺寸如图3-1所示。

图3-1冲压件外形

3.2冲压工艺分析

本次课题选用的是QSn6.5-0.1锡青铜

磷锡青铜，有高的强度.弹性.耐磨性和抗磁性，在热态和冷态下压力加工性良好，对电火花有较高的抗燃性，可焊接和纤焊，可加工性好，在大气和淡水中耐蚀，由于材质比较软所以最小弯曲半径非常小，制件取0.25mm，由于这是一个弯曲件，一般需要预弯来保证制件精度，但由于铜的制件非常软回弹可忽略不计所以可以不需要采用预弯。

根据冲压件的形状判断这是一个非圆形制件，所以采用凸凹模配合加工[4]。

根据冲压件的形状采用有废料排样。

3.3产品的展开计算

读懂产品图后，首先对零件进行展开计算，冲件的平面几何展开主要是确定该工件的冲裁的内、外形状以及具休的冲裁尺寸。

在零件尺寸中，有一般自由尺寸，也应注有公差要求的配合尺寸或关键尺寸。

因此在计算其展开尺寸时，不能直接取名义尺寸进行计算，必须根据工件标出的公差带方向，结合工件弯曲或拉伸处由于材料厚度偏差、上下模之间的间隙以及弯曲或拉伸方式等而产生的拉长因素而确定模具的最终弯曲或拉伸尺寸[5]。

3.4级进模排样设计

对零件进行工艺分析后，进行排样。

设计排样图的过程，就是确定模具结构的过程。

在进行排样设计时，要从全局进行详尽的考虑，不能受限于局部结构，而且还要多注意细节。

在保证条料能顺利送进和稳定生产的前提下，应尽量减少料宽和步距，以降低成本。

4研究方案

使用材料：

QSn6.5-0.1锡青铜

冲压件厚度：

0.5mm

批量：

大批量

图4-1制件图

4.1工艺方案分析及确定

4.1.1工艺方案分析

冲裁工序可分为单工序冲裁、复合工序冲裁和连续冲裁。

（1）单工序模在一副模具中完成只完成一种工序的冲模，如落料模，冲孔模，拉深模等结构较为简单，生产效率不高，一般适用于小批量生产[6-8]。

（2）复合模是在单工序模的基础上发展起来的一种较先进的模，在一副冲模中一次定位可以同时完成几个工序。

复合模结构紧凑，一套模具能完成若干工序，大大减少了模具和占用的冲压设备的数量，减少了操作人员和周转时间，劳动生产效率高[6-8]。

（3）连续模是把完成一个冲件的几个工序，排列成一定的顺序，组成连续模，在一副模具中，可以完成包括冲裁，弯曲，拉深和成形等多道冲压工序；减少了使用多副模具的周转和重复定位过程，显著提高了劳动生产率和设备利用率。

多工位级进模主要用于冲制厚度较薄（一般不超过2mm）、产量大，形状复杂、精度要求较高的中、小型零件[6-8]。

从零件图可看出，该零件包括冲孔、多次冲裁外形和落料,弯曲等基本工序，可以采用以下三种工艺方案：

（1）先落料，再冲孔，再冲外形，最后弯曲采用四副单工序模生产。

（2）冲孔－落料复合冲压，再弯曲采用复合模—单工序生产。

（3）冲孔、冲外形弯曲和落料连续冲压，采用级进模生产。

对以上三种工艺方案进行分析比较：

方案一：

模具结构简单，但需要三道工序、三套模具才能完成零件的加工，生产效率较低，而且难以保证零件定位精度，无法满足零件大批量生产的需求。

方案二：

复合模定位精度高并且满足大批量生产的要求，仍然需要一副复合模和一副单工序模，成本较高。

同时需要考虑提高劳动效率和节约人力成本，该工件并不适合用复合模加工。

方案三：

级进模本身能满足大批量生产，而且生产效率最高，也能够自动进料，节约人力。

由于工件精度无特别要求，所以可以采用级进模。

综上所述，最后确定用级进冲裁方式进行生产。

4.2排样设计及方案确定

排样的目的旨在确定从毛坯材料转变为产品零件的工序过程。

排样包括：

毛坯排样，

冲切刃口排样，

工序排样。

4.2.1工件展开尺寸计算

板料弯曲过程中，应变中性层的长度不变，因此，可以根据这一原理来确定弯曲件的毛坯展开尺寸。

当r>0.5t毛坯展开长度计算公式,按公式4-37[4]。

L=l1+l2+l3+l4+l5+3/2*π（r+xt）+110/180*π（r+xt）

式中l1——左斜边长度（mm）；

l2——左垂直边长度（mm）；

l3——中间平板长度（mm）；

l4——右边垂直边长度（mm）；

l5——右边平板长度（mm）；

r——弯曲件内圆角半径（mm）；

x——中性层位移系数；

t——板料厚度（mm）。

已知l1=5mm,l2=2mm,l3=8.7mm,l4=2mm,l5=4mm,r=0.25mm，x=0.33，t=0.5mm，则：

L=34.974mm

故工件弯曲部位展开长度为34.974mm。

计算得到毛坯的总体尺寸如图4-2所示：

图4-2毛坯尺寸

4.2.2工序排样设计

根据冲压件的形状判断这是一个非圆形制件，所以采用凸凹模配合加工。

其主要工序包括：

冲孔

切废料

弯曲④落料[9-10]。

根据工序排样的基本原则，一般先冲孔，后冲外形，将复杂的外形分解为简单的几何形状。

90°弯曲工序，弯曲半径为0.25mm。

110°弯曲工序，弯曲半径为0.25mm[11-16]。

结合以上工艺性分析及基本工序，查阅相关资料，利用UG软件进行排样设计，得到以下三个方案：

方案一：

图4-3排样方案

图4-4排样等二测视图

图4-5排样尺寸图

如图4-34-44-5所示，采用双排竖排排列，分10个工位。

查文献[5]表3-6得搭边值，边距a=1.8mm，制件间b=1.8mm，则：

条料宽度B=D+2a

式中B─条料宽度尺寸；

n—一个步距内制件数；

D─垂直于送进方向毛坯的最大轮廓尺寸；

B=D+2a=[2*34.974+4*1.8]mm=77.148mm

考虑到料带需冲侧刃定位，应选取宽度为80mm料带

歩距S=L+b

式中S─冲裁步距；

　　L─沿条料送进方向，毛坯外形轮廓的最大宽度值；

　　b─沿送进方向的搭边值。

S=L+b=（8+1.8）mm=9.8mm

材料利用率η=nA/（BS）100%=2*243.7063/（80×9.8）=62.17%

　式中η─材料利用率；

n—一个步距内制件数；

　　A─产品毛坯外形所包容的面积；

　　B─条料宽度；

　　S─冲裁步距。

方案二：

图4-6排样俯视图

图4-7排样等二测视图

图4-8排样尺寸图

如图4-64-74-8所示，采用双排竖排排列，分5个工位。

查文献[5]表3-6得搭边值，边距a=1.8mm，制件间b=1.8mm，则：

条料宽度B=D+2a

式中B─条料宽度尺寸；

n—一个步距内制件数；

D─垂直于送进方向毛坯的最大轮廓尺寸；　　

B=D+2a=[2*34.974+4*1.8]mm=77.148mm

考虑到料带两边需冲侧刃定位，应选取宽度为85mm料带

歩距S=L+b

式中S─冲裁步距；

　　L─沿条料送进方向，毛坯外形轮廓的最大宽度值；

　　b─沿送进方向的搭边值。

S=L+b=（8+1.8）mm=9.8mm

材料利用率η=nA/（BS）100%=2*243.7063/（85×9.8）=58.51%

　式中η─材料利用率；

　　A─产品毛坯外形所包容的面积；

　　B─条料宽度；

　　S─冲裁步距。

方案三：

图4-9排样俯视图

图4-10排样等二测视图

图4-11排样尺寸图

如图4-94-104-11所示，采用单排竖排排列，分10个工位。

查文献[5]表3-6得搭边值，边距a=1.8mm，制件间b=1.8mm，则：

条料宽度B=D+2a

式中B─条料宽度尺寸；

n—一个步距内制件数；

D─垂直于送进方向毛坯的最大轮廓尺寸；

B=D+2a=34.974+2*1.8mm=38.574mm

考虑到料带需冲侧刃定位，应选取宽度为45mm料带

歩距S=L+b

式中S─冲裁步距；

　　L─沿条料送进方向，毛坯外形轮廓的最大宽度值；

　　b─沿送进方向的搭边值。

S=L+b=8+1.8mm=9.8mm

S取9.8mm

材料利用率η=A/（BS）100%=243.7063/（45×9.8）=55.26%

　式中η─材料利用率；

　　A─产品毛坯外形所包容的面积；

　　B─条料宽度；

　　S─冲裁步距。

4.2.3方案比对确定

由上述三种方案，对其进行分析，如表4-1：

表4-1排样方案比对

项目

方案一

方案二

方案三

导正

方式

条料采用双侧中间载体，为保证零件上的孔精度，采用侧刃加导正销定位，导正孔选用直径为2的孔。

条料采用双侧载体，为保证零件上的孔的精度，采用侧刃定位。

条料采用中间载体，为保证零件上的孔精度，采用侧刃加导正销定位，导正孔选用直径为2的孔。

工序

10道工序

8道工序

10道工序