小凸模模具设计毕业设计说明书.doc

沈阳工学院毕业设计说明书 摘 要 随着制造业的发展，现在模具设计应满足自动化、精密化等要求。级进模 比单工序模具和复合模更有利于实现冲压件生产的自动化，大大的提高了生产 率。而级进模的好坏依然取决于模具的结构。多工位级进模要求具有高精度、 长寿命，模具的主要工作零件常采用高强度的高合金工具钢、高速钢或硬质合 金等材料。模具的精加工常采用慢走丝线切割加工或成形磨削。在多工位级进 模中，常有很精细的小凸模，必须对这些小凸模进行精确导向和保护。因此要 求卸料板能对小凸模提供导向和保护功能。卸料板上相应的孔必须采用高精度 加工，其尺寸及相互位置应准确无误。 本模具的细小冲头采用了快换结构，凹模采用镶拼式结构，更有利于模具 的维护和维修；模具采用导料板导料，用侧刃及侧刃挡块进行粗定位，导正销 进行精定位，有效的保证了制件的精度。采用弹压卸料板，以此保证制件的平 整度。如此设计出的结构可确保模具工作运行可靠和冲压产品大批量生产的要 求。 关键词：级进模；排样；导正销；冲孔；弯曲 沈阳工学院毕业设计说明书 I Abstract Summary with the development of manufacturing, mold now design automation, precision requirements to be met. Than a single process of progressive die mold and more conducive to the realization of the compound die stamping production automation, significantly increases productivity. Is good or bad depending on the mould of the progressive die structure. Multi- position progressive die for requiring high precision, long life, major parts of the mold usually made of high alloy tool steel, high-speed steel or carbide material. Finishing often used wire cutting processing of mold or mold grinding. Multi-position progressive die, there is often a fine little punch must be precise guidance and protection for these small punch. Therefore asked the small punch stripper plate to provide guidance and protection. Corresponding holes on the stripper plate must be in high precision machining, its size and their location should be accurate This small punch using the quick change mold structure, die insert-type structure, more conducive to mold maintenance and repair; mould plate Guide material, with a side blade and rough position of side blade block, pilot punches for precision positioning, effectively guarantee the precision of parts. Flick-pressure reposition stripper plate, in order to ensure that flatness of the products. So design the structure ensures die working requirements for reliable operation and stamping products in large quantities. Keywords: progressive die; layout; pilot punches; punches; bend 沈阳工学院毕业设计说明书 II 目 录 摘 要I ABSTRACTII 目 录III 1 零件的工艺性分析.1 1.1 公差.1 1.2 结构.2 1.3 材料.2 2 确定工艺方案.3 3 工艺设计与计算.5 3.1 搭边值的确定5 3.2 送料步距5 3.3 弯曲展开尺寸计算5 3.4 排样图6 3.5 排样的利用率.7 3.6 刃口尺寸计算.8 4 冲裁力的计算.10 4.1 冲裁力分析.10 4.2 卸料力.11 4.3 推料力.11 4.4 弯曲力.11 4.5 总冲裁力的大小.12 5 压力机选择.12 6 模具整体结构的确定.13 6.1 模架的选择13 沈阳工学院毕业设计说明书 III 6.2 固定零件15 6.3 工作零件16 6.4 定位零件18 7 模具结构简图.21 致谢23 参考文献24 沈阳工学院毕业设计说明书 0 1 零件的工艺性分析 工件图如图 1.1 所示。 图 1.1 工件图 该制件为收音机上零件，形状较为复杂，尺寸较小，材料为 45 钢，料厚为 0.7mm，相对较薄，零件尺寸公差按 IT11 制造，工件成形部分为弯曲成形，在 模具设计应注意以下几点： （1）应尽量避免产生过多的毛刺，及弯曲回弹。 （2）模具的设计也有利于实现生产的自动化。 （3）有一定的批量，应重视模具材料和结构的选择，保证一定的模具寿命。 1.1 公差 该制件上未注尺寸公差按 IT11 级计算，所有工序需保证尺寸精度都为 沈阳工学院毕业设计说明书 1 IT11 级，其中凸模，凹模精度等级分别为 IT6,IT7 进行计算，以保证工件的精 度。 经分析，此工件的加工工序的基本步骤为：a.冲裁搭边及侧刃 b.弯曲 c. 冲孔 d.切断。 1.2 结构 1）该制件为条形板料，涉及的冲压工艺为冲孔、切断和弯曲； 2）制件尺寸较小，且单侧有弯曲成形，采用中间载体结构； 3）为保证制件上弯曲部位两孔的精度，所以在弯曲后再冲孔； 4) 制件料厚较小，有利于弯曲成形。 1.3 材料 该制件材料为 45 钢，查冲压工艺与模具设计P24 表 1.4.1 得材料抗剪 强度 =440-450Mpa, ,抗拉强度 b=550-700Mpa，伸长率 =16%，屈服强度 s=360 Mpa。 沈阳工学院毕业设计说明书 2 2 确定工艺方案 该制件工艺复杂程度一般，需要冲孔侧刃切边、弯曲等工序。考虑采用级 进模方案；由于该制件为大批量生产，若采用单工序模具会降低生产效率达不 到生产要求，不仅会增加模具成本，还不能保证制件的精度，所以否定单工序 模方案。采用复合模生产方案，由于该制件较小，凹模大径不满足要求，且工 件上有弯曲，所以虽然复合模方案符合大批量生产要求，但由于设计加工难度 大而屏弃；相对单工序模和复合模的弊端而采用级进模设计思想，采用级进模 可解决以上两种方案的弊端。 本制件涉及的工艺有：冲裁搭边、冲孔、弯曲、切断等工序 现考虑以下两种方案： 方案 1： 第一步 冲裁侧刃、搭边及冲导正孔 第二步 空工位（导正销） 第三步 冲裁搭边 第四步 冲裁搭边 第五步 空工位（导正销） 第六步 弯曲 第七步 冲孔（导正销） 第八步 切断 方案 2： 第一步 冲裁侧刃、搭边及冲导正孔 第二步 空工位（导正销） 第三步 冲裁搭边 第四步 冲裁搭边 第五步 冲孔（导正销） 第六步 弯曲 第七步 切断 沈阳工学院毕业设计说明书 3 比较以上两个方案，可以看出第二个方案比第一个方案省了一个工位。它 们的主要区别在于弯曲和冲孔的次序。第二个方案，是在弯曲前冲出制件上的 孔，这样虽然可以减少一个工位，但这样很难保证制件上孔的位置，所以选用 第一套方案。 在这两个方案中，排样的形式均为分次裁搭边形式。这种形式使模具刃口 分解和重组，把复杂的内外形轮廓分解为若干简单的几何单元，以简化凸模和 凹模的形式，便于加工，缩短模具制造周期。通过刃口的分解还能改善凸模和 凹模的受力状态，提高模具的强度和寿命，并可满足特殊的工艺需求，便于制 件在模具中的级进成形。分段冲切的分割原则： （1）刃口的分段应有利于简化模具结构，形成的凸模外形要简单、规则、 要便于加工，并要有足够的强度。 （2）内外形轮廓分解后，各段间的连接应平直或圆滑 （3）分段搭接点应尽量少，搭接点位置要避开产品的薄弱部位和外形的重 要部位。 （4）复杂外形以及有窄槽或细长臂的部位最好分解，复杂内形最好分解。 （5）刃口分解要考虑加工设备条件和加工方法，便于加工。 沈阳工学院毕业设计说明书 4 3 工艺设计与计算 3.1搭边值的确定 搭边值与制件的形状尺寸、料厚、排样的形式等有关，通常由经验所得。 搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料 方便。搭边过大，浪费材料。搭边太小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增 大冲件毛刺，有时还会拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命，或 影响送料工作。 查冲压工艺与冲裁模设计P48 表 2.5.2 经验数据，取 a=2.0 a1=1.5。 3.2送料步距 S=D+a1=9.8+1.5=11.3mm 式中 D平行于送料方向工件宽度； a1冲件间搭边值。 3.3弯曲展开尺寸计算 零件图如图 3.1 所示。 沈阳工学院毕业设计说明书 5 图 3.1 零件图 毛坯展开长度为： L=L +（2/360） 0 式中。xtr r/t=0.5/0.7=0.71 查冲压工艺与模具设计 P124，表 3.3.3 得：x=0.4 =0.787 . 04 . 05 . 0 所以 L=24.2+0.3+4.1+（2X3.14X0.78X90 /360） 00 32mm 3.4排样图 排样图如图 3.2 所示。 沈阳工学院毕业设计说明书 6 图 3.2 排样图 从图中可以看出，该模具分为八个工位，第一工位冲出侧刃（侧刃参与 成形，所以对称布置） 及 3 导正销孔；为满足凹模强度要求所以第二工位为 空工位，设有导正销；第三工位及第四工位为冲裁搭边；第五工位为空工位； 第六工位为弯曲成形；第七工位冲 1.5 孔；第八工位切断，在下模对应位置 上开有漏料孔。 由于工件尺寸较小，且单侧有弯曲成形，所以该模具采用中间载体结构。 3.5 排样的利用率 N=F/F0x100% 式中 F一个步距内零件的实际面积 F0一个步距内毛坯面积 N=（179/7711.3）100% =45% 沈阳工学院毕业设计说明书 7 所以该方案的有效利用率是 45%，经综合分析，材料利用率虽不高 但生 产效率比较高，精度易保证，所 以方案可行。 3.6 刃口尺寸计算 冲压件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度，模具的合理间隙值也 要靠模具刃口尺寸及制造精度来保证。正确确定模具刃口尺寸及其制造公差， 是设计冲裁模的主要任务之一。 凸模及凹模的加工方法主要有两类：分别加工法、配作加工法。分别加工 法是指凸模和凹模分别按图纸标注的尺寸和公差进行加工。冲裁间隙由凸模、 凹模刃口尺寸和公差来保证。要分别标注凸模和凹模刃口尺寸和制造公差，其 优点是具有互换性，但受冲裁间隙-的限制，适应于圆形和简单形状的冲压件。 配作加工法是先做好其中的一件作为基准件，然后以此基准件的实际尺寸来配 加工另一件。其优点是凸模凹模的间隙容易保证且标注较为简单。 由于该工件成型工艺多样，工件公差等级为 IT11 级。为保证凸模和凹模有 一定的间隙值，所以凸模和凹模采用配作法加工。 查冲压工艺与模具设计P36 表 2.2.4 得，mmc1 . 02 min 。mmc14 . 0 2 max 冲孔部分以凸模为基准，x 值查冲压工艺与模具设计P39 表 2.3.1 1、磨损后减小的尺寸：(11.4) x=1；（20.7）x=1；（7.3） 0 11 . 0 0 13 . 0 0 09 . 0 x=1； （6） x=1； （9） x=1； （8）x=1； 0 09 . 0 0 09 . 0 0 09 . 0 （5.3） x=1；（3.3） x=1；1.5 0 075 . 0 0 075 . 0 0 06 . 0 x=1； (12.5) x=1 0 11 . 0 (11.4) b1=( bmin +x) 0 11. 0 0 25. 0 =(11.29+10.11) 0 11 . 0 25 . 0 =11.4mm 0 028 . 0 沈阳工学院毕业设计说明书 8 （20.7） b2=(20.57+10.13) 0 13. 0 0 13 . 0 25 . 0 =20.7mm 0 033 . 0 （7.3） b3=(7.21+10.09) 0 09. 0 0 09 . 0 25 . 0 =7.3mm 0 022 . 0 （6） b4=（b1min+ x） 0 09. 0 0 25. 0 =（5.91+10.09） 0 09 . 0 25 . 0 =6mm 0 022 . 0 （9） b5=（8.91+10.09） 0 09. 0 0 09 . 0 25 . 0 =9mm 0 022 . 0 （8） b6=（7.91+10.09） 0 09. 0 0 09 . 0 25 . 0 =8mm 0 022 . 0 （5.3）b7=（5.23+10.075） 0 075 . 0 0 075 . 0 25 . 0 =5.3mm 0 019 . 0 （3.3）b8=（3.23+10.075） 0 075 . 0 0 075 . 0 25 . 0 =3.3mm 0 019 . 0 （1.5）b9=（1.44+10.06） 0 06. 0 0 06 . 0 25 . 0 =1.5mm 0 015 . 0 (12.5) b10=( bmin +x) 0 11. 0 0 25. 0 =(12.39+10.11) 0 11 . 0 25 . 0 =12.5mm 0 028 . 0 2、磨损后不变的尺寸：(12.3) ；(4.7) 0 11 . 0 0 075 . 0 沈阳工学院毕业设计说明书 9 （12.3） c1=（c1min+ 0.5）0.125 0 11. 0 =（12.19+0.50.11）0.1250.11 =12.250.013mm (4.7) c2=（4.63+0.50.075）0.1250.075 0 075 . 0 =4.670.009mm 冲孔凹模刃口尺寸按凸模相应部位的尺寸配制，保证双边最小间隙为 0.1mm。 4 冲裁力的计算 沈阳工学院毕业设计说明书 10 4.1 冲裁力分析 冲裁力的大小主要与材料的力学性能、厚度和工件将要实施冲裁的周边强 度有关。冲裁力一般按下式计算： Fp= KptL 式中 材料抗剪强度，MPa； L冲裁周长总长，mm； t材料厚度，mm； Kp安全系数，取 1.3。 查表 = =500Mpa Fp =1.30.7309.2500=140kN 4.2 卸料力 当上模完成一次冲裁后，冲入凹模内的制件或废料因弹性扩张而梗塞在 凹模内，模面上的材料因弹性收缩而紧箍在凸模上。为了使冲裁工作继续进行， 必须将箍在凸模上的材料刮下；将梗塞在凹模内的制件或废料向下推出或向上 顶出。从凸模上刮下材料所需的力，称为卸料力。 卸料力的计算 FQ =kFp =0.05140=7kN 4.3 推料力 从凹模内向下推出制件或废料所需的力，称为推料力。推料力与料厚和 凹模刃口厚度有关。 F =Fp =0.005140 =70kN 4.4 弯曲力 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。由于影响 沈阳工学院毕业设计说明书 11 弯曲力的因素较多，如材料性能、零件形状 、弯曲方法、模具结构、模具间隙 和模具工作表面质量等。因此，用理论分析的方法很难准确计算弯曲力。生产 中常用经验公式概略计算弯曲力，作为设计弯曲工艺过程和选择冲压设备的依 据。 F 弯=（0.7kbtb）/（r+t） 2 =0.71.360.7 600/（0.5+0.7） 2 =1.3 kN 4.5 总冲裁力的大小 F= Fp + FQ +F+ F 弯 =140+7+70+1.3 =218.3 kN =21.8t 沈阳工学院毕业设计说明书 12 5 压力机选择 冲压工作是将冲压模具安装在冲压设备上进行的，因而模具的设计与压力 机的类型和主要规格相匹配，否则不能工作。正确选择压力机，关系的压力机 的安全使用、冲压工艺的顺利实施及冲压件的质量、生产效率和模具寿命等一 系列重要问题。 冲压设备类型主要根据所要完成的冲压工艺、生产批量、冲压件的尺寸大 小和精度要求等来选择。 该模具的总压力为 218.3kN 最大闭合高度 H=190mm 查冲压模具设计手册书P298 页表7-1 选择压力机为开式双柱可倾式压力 机J23-40 型。 此压力机的技术规格： 公称压力： 400kN 滑块行程： 100mm 滑块行程次数 80 次/min 最大封闭高度 H： 300mm max 封闭调节高度量： 80mm 滑块中心线至床身距离： 220mm 工作台尺寸：前后为 630mm 左右为 420mm 垫板厚度 H ： 80mm 1 模柄孔尺寸： 直径为 50mm， 深度为 70mm 压力机闭合高度校核： H-H -5mmHH- H +10mm max1min1 300-80-5190220-80+10 215mm190150mm 由上式可以看出，J23-40 型号压力机满足要求。 沈阳工学院毕业设计说明书 13 6 模具整体结构的确定 6.1模架的选择 由于本模具为多工位级进模，所以导向装置必须准确，以保证模具在工 作过程中导向平稳，故采用四角导柱模架，尺寸参考标准（ GB/T 2851.7- 1990） 。导柱直径为 28mm。 模架的选择一般根据凹模，定位和卸料装置等的平面布置，来选择模座 的形状和尺寸。模座外型尺寸应比凹模相应尺寸大 40-70mm。模座厚度一般 取凹模厚度的 1-1.5 倍。下模座外型尺寸每边至少应该超过压力机台面孔约 50mm，同时选择的模架其闭合高度应与模具设计的闭合高度相适应。如图所 示 沈阳工学院毕业设计说明书 14 图 6.1 上模座二维图 沈阳工学院毕业设计说明书 15 图 6.2 上模座三维图 图 6.3 下模座二维图 沈阳工学院毕业设计说明书 16 图 6.4 下模座三维图 6.2固定零件 模具的固定零件有模柄、固定板、垫板、销钉、螺钉等。这些零件都可以 从标准中查得。模柄是连接上模与压力机的零件，用于 1000KN 以下的压力机 模具安装。 凸、凹模固定板主要用于小型凸模、凹模或凸凹模等工作零件的固定。固 定板的外形与凹模轮廓尺寸基本上一致，厚度为凹模厚度的（0.6-0.8）倍。材 料可选用 Q235 或 45 钢。垫板的作用是承受凸模和凹模的轴向压力，防止过大 的冲压力在上下模板上压出凹坑，影响模具正常工作。垫板的厚度根据压力大 小一般取 5-12mm，外形尺寸与固定板相同，材料为 45 钢，热处理后硬度为 43- 48HRC。 6.3工作零件 模具刃口要求有较高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力。因此应有较 高的硬度和适当的韧性。形状简单且模具寿命要求不高的凸模可选用 T8A、T10A 等材料；形状复杂且模具有较高寿命的凸模应选 沈阳工学院毕业设计说明书 17 Cr12、Cr12MoV、CrWMn 等制造。该模具选用的材料为 Cr12MoV。 凸模的结构通常分别为两大类，一类为镶拼式，一类为整体式。整体式中， 根据加工方法的不同，又分为直通式和台阶式。直通式凸模的工作部分和固定 部分的形状和尺寸做成一样，这类凸模一般采用线切割方法进行加工。台阶式 凸模一般采用机械加工，当形状复杂时成形部分常采用成形磨削。 平面尺寸比较大的凸模，可以直接用销钉和螺钉固定。中小型凸模多采用 台肩、吊装或铆接固定。对于有的小的凸模还可以采用浇注粘结固定。对于大 型冲模中冲小孔的易损凸模，可以采用快换凸模的固定方法。在这套模具中， 凸模用台阶或横销固定在固定板中，一些冲孔的凸模采用了快换结构，方便了 模具的维修（如图 6-1 所示） 。 为了方便模具的加工制造凹模采用了镶拼结构，如图 6-2 所示。凹模的刃 口采用直筒式，锥度为 2 度。 图 6.5 凸模固定方式 沈阳工学院毕业设计说明书 18 图6.6 凹模镶块结构 6.4定位零件 在级进模中，由于产品的加工工序安排在多个工位上顺次完成，为了保证 前后两次冲裁中，工序件的准确匹配和连接，必须保证其在每一工位都能准确 定位。根据工序件的定位精度，级进模的定位方式可采用挡料销、侧刃、自动 送料机构、导正销等。前三者使用时只能作为粗定位，级进模的精确定位可采 用导正销与其他粗定位方式配合使用。 在多工位级进模中一般都不使用挡料销，常使用自动送料机构，配合冲床 运动，使条料作定时定量送进。但不能单独靠自动送料机构定距，只有在单独