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摘 要冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。弯曲是将板料、棒料、管材和型材弯曲成一定角度和形状的冲压成形工序。本文主要研究工作：利用钢制零件特征之间的关系建立级进模排样设计模型，引如冲压排样设计原则；进一步将钢制零件的形状特征应用于模具结构设计中，建立模具模型，进行模具工艺设计和结构设计，从而确定总体的模具形式；模具投入制造后，可能在制造和生产调试过程中表现出设计的不足和错误，通过总结概括这些问题，可以进行修正工艺设计和模具结构设计，或增加新的工艺规则，为以后的模具设计提供宝贵的经验。基于以上的研究工作，可以建立一套可行的、适合于小型钢制零件的冲压级进模的设计方法，并在实际生产中应用。关键词：钢制零件 ; 级进模 ； 排样设计Steel parts of the stamping process and die designAbstractStamping is installed in the use of stamping equipment (mainly press) on the mold to exert pressure on the materials to produce plastic deformation or separation, to obtain the necessary components of a pressure processing methods. Sheet metal bending is, bar, pipe-bending and profiles some perspective and shape of the stamping process. This paper studies: The use of steel parts to establish the relationship between the characteristics of the Progressive Die layout design models, such as punching with layout design principles; further steel components used in the shape of die structure design, create a model die, die design and technology Structural design, to determine the overall form of the mold; Die in manufacturing, may be in the manufacturing and production process of debugging demonstrated the inadequacies and errors in design, through the speech summed up these problems, that can process design and die structure design, new or increased Technology rules, the die design for the future provide a valuable experience. Based on the above studies, the establishment of a viable, suitable for small steel parts stamping progressive die design and application in production. Key Words：Steel Parts；Progressive Die；Layout Design目录摘要. IAbstract.II第一章绪论.11.1 冲压特点.11.2 冲压加工的作用和地位 21.3 冲压技术的发展趋势2第二章 零件的工艺性分析42.1工件的冲压工艺性分析42.2 H62材料的化学成分和机械性能.5第三章 方案的确定和毛坯尺寸的确定.63.1弯曲件展开尺寸的计算.63.2排样方案.6第四章 模具设计.84.1模具类型及结构形式的选用 .84.2主要工艺计算.84.2.1. 冲裁力.84.2.2 弯曲力.94.2.3 推件力与卸料力 .94.3 模具总体结构设计.104.3.1 基本结构形式.104.3.2 基本尺寸.104.3.3 模架.104.3.4 压力机的选择.104.3.5 模柄.104.4结构设计.114.4.1工作单元结构.114.4.2卸料机构.114.4.3定距机构.114.4.4送料方式.114.4.5模具零件固定.114.4.6安全装置.114.4.7零件材料.114.5模具主要零部件的结构设计.114.5.1凸、凹模设计的原则.114.5.2凸、凹模结构设计.124.5.2.1冲裁凸、凹模的结构设计124.5.2.2弯曲凸、凹模结构设计134.5.2.3冲裁切断凸、凹模设计134.5.2.4侧刃尺寸计算.144.5.2.5孔边距，孔间距确定144.5.2.6凹模的结构设计.154.5.3卸料板的结构设计.154.5.4 导料系统的设计.154.5.5导正定位装置的设计.164.5.6辅助装置的设计.16第五章 结论.17参 考 文 献.18第一章绪论模具工业的发展标志一个国家工业水平及产品开发能力。冲压加工作为一个国家的基础行业，在国民经济的加工工业中占有重要的地位。根据统计，冲压件在各个行业中均占有相当大的比重，尤其在汽车、电机、仪表、军工、家用电器等方面所占比重更大。冲压件在形状和尺寸精度方面的互换性较好，所以具有质量轻、刚度好、精度高和外表光滑、美观等特点。而且冲压加工是一种商生产率、高材料利用率的加工方法。当然，冲压加工和其他加工方法一样，也有其自身的局限性，例如，冲模的结构比较复杂，模具价格又偏高。因此，对小批量，多品种生产时采用昂贵的冲蕈，经济上不合算。目前为了解决这个问题，正在努力发展某些简易冲模。采用冲压与焊接或胶接等复合工艺，可以使零件结构更趋合理，加工更为方便，成本更易降低，这是制造复杂形状结构件的发展方向之一。模具心脏冲压设备等正随着科学技术的发展而不断发展，从总体看，现代冲压工艺与模具的主要发展方向可以归纳为几个方面：1、冲压成型工艺与理论研究；2、冲压加工自动化和柔性化；3、冲模CAD/CAM；最后，关于冲模的破损机理和寿命分析，以及新型模具材料方面，近年来也有不少新的进展。从其发展方向可以看出冲压工艺和模具课程的理论性和实用性均很强，故研究时应从理论和实践相结合的角度来研究、探讨，并侧重加强工程实践能力。冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就难以实现。1.1 冲压特点冲压加工与其他加工方法相比，具有以下特点：（1） 操作简单，易于实现自动化，并且具有较高的生产效率。（2） 冲压加工可以获得其他加工方法不能或难以制造的形状复杂，精度一至的制件，而且可以保证互换性。（3） 冲压过程耗能少，材料利用率高，加工成本低。冲压加工不像切削加工呢样需要消耗很多能量，把大量金属切成碎屑后获得零件，材料的利用律一般可达70%-85%。（4） 冲压件刚性好，强度高，重量轻，表面质量好。冲压加工过程中，材料边面不易遭受破坏，而且通过塑料变形还可以使制件的机械性能有所提高。（5） 冲压加工中所用的模具结构一般比较复杂，制造周期长，生产成本高，因此在小批量生产中受到限制。（6） 冲压件的精度主要取决于模具精度，如果零件的精度要求过高，用冲压生产的方法就难于达到。1.2 冲压加工的作用和地位 由于冲压加工具有许多突出的优点，因此在工业生产中，尤其是大批量生产中得到广泛应用。从精细的电子元件，仪表针到汽车的覆盖件，高压容器封头以及航空航天器的蒙皮，机身等均许冲压加工。据粗略统计，在汽车制造业中，有60%-70%的零件是采用冲压工艺制成的。在机电及仪表生产中有60%-70%的零件是用冲压工艺完成的。在电子产品中，冲压件的数量约占总数的85%以上。在飞机，导弹。各中枪弹与炮弹生产中。冲压件所占的比例也相当大。占世界钢产量60%-70%以上的板材，管材及型材，其中大部分是通过冲压制成成品。随着工业长品的不断发展和生产技术水平的不断提高，不少过去用铸造，切削加工的方法制造的零件啊，已被质量轻，刚度好的冲压件所代替。可以说，冲压加工已成为现代工业生产的重要手段和发展方向，是提高生产效率，提高产品质量，降低产品成本，进行产品更新换代的重要保证。1.3 冲压技术的发展趋势 冲压技术一直在不断发展。国内、外21世纪的发展方向和动向主要有以下几点：（1） 冲压成型工艺与理论研究 计算机辅助工程（CAE）的引人，使虫牙成型已从原来对应力应变进行有限元等分析而逐步发展到采用计算机进行工艺工程的模拟与分析，以实现冲压过程的优化设计。 对冲压成型性能极限的研究，冲压件成型难度的判断以及成型预报等技术的发展，均标志着冲压成型走向计算机辅助工程化和智能化的发展道路。（2） 新一代冲模设计软件技术 新一代冲模设计软件是建立在从模具设计实践总共归纳总结出大量知识上，具有智能化意义的软件。 新一代冲模设计软件以立体的思想，直观的感觉来设计模具结构，所生成的三维结构信息能方便地用于模具可制造性评价和数控加工，既可对多方案进行筛选，又可对模具设计过程中的合理性和经济性评估，并为模具设计者提供修改依据。 新一代冲模设计软件还具有面向装配的功能，因为模具的功能只有通过其装配结构才能体现出来。（3） 在模具设计制造中广泛运用CAD/CAE/CAM/技术 模具设计制造是一个多环节的复杂过程，从处始设计到最后的装配检测，实际上是将产品设计信息在生产环节间不断传送，处理并反馈的过程。正确的模具设计制造方法应该是采用并行工程的方法，要实现模具CAD/CAE/CAM等各个模具见信息的提取，交换和处理的集成化，必须建立模具集成化的产品信息模型。采用基于他正变量化设计，工程数据库管理系统等技术已成为目前研究的热门。 利用和集成各种计算机技术，以网络为通讯手段，协调企业的各种行为以获得最好的经济效益为目标来制造产品。模具工业为一种特殊的工业无疑要向集成制造方向发展这是未来模具设计制造总的发展趋势。（4） 冲压加工自动化，精密化和柔性化 为了适应大批量，高效生产需要，在冲压模具和设备上广泛运用了各种自动化的进、出料机构。近年来，集成制造系统（CIMS）也正在被引入冲压加工系统，出项了冲压加工中心，并且使设计、冲压生产、零件运输、仓储、品质检查以及生产管理等全面实现自动化。 （5）冲模新材料及模具热处理新技术的研制、开发以及推广运用我国模具的使用寿命与国外模具的使用寿命仍存在着较大的差距，究其原因，很大程度在于模具材料和热处理、表面处理技术上。使用进口模具材料，虽然对提高模具寿命有利，但价格昂贵，增加了模具成本。因此，必须努力提高国产模具材料的质量，研究和推广先进的热处理、表面处理技术，充分发挥模具材料的潜力。（6）提高冲模标准化水平和模具标准件的使用率 实现模具零件标准化和专业化是缩短模具制造周期、降低模具成本的行之有效的途径，同时也会为计算机辅助设计与制造创造有利条件。因此，也必须加快模具制造的产业调整以满足市场的需要，走出一条降低成本、高效益的发展之路。第二章 零件的工艺性分析2.1工件的冲压工艺性分析图 2.1如图2.1所示，该工件厚0.8，形状较不复杂，图形简单。主要工序有冲孔、冲裁、弯曲。弯曲时考虑最小弯曲半径，查表1.2-45 最小弯曲半径模具工实用技术手册第二版，取最小弯曲半径。若采用单工序模，工序很多，工件小，手工操作，定位难以达到精度，生产效率低，误差较大，质量难以保证。该工件属于大批量生产，因而适宜采用多工位级进模制造，采用多工位级进模制造提高了劳动生产率和设备利用率、降低了生产成本、提高了操作的安全性。2.2 H62材料的化学成分和机械性能H62 黄铜 主要机械性能如下：抗剪强度（/MPa）：255抗拉强度（/ MPa）：330600伸长率（/%）：49屈服强度（/ MPa）：110500第三章 方案的确定和毛坯尺寸的确定3.1弯曲件展开尺寸的计算弯曲件毛坯展开长度是根据应变中性层弯曲前后长度不变以及变形区在弯曲前后体积不变的原则来计算的。圆角半径r = 0.1t =0.08，r 0.5。查模具工实用技术手册第二版 江苏科学技术出版社 表1.2-48可知弯曲件毛坯长度按下式计算：3.2排样方案由零件图可以看出，展开后形状采用直排有废料的方法比较合理。由于大批量生产，考虑精度以及模具设计过程中的难易程度排样方案如下：方案一：查冲压工艺与模具设计第二版 高等教育出版社出版 表2.5.2 搭边值 材料利用率方案二：查冲压工艺与模具设计第二版 高等教育出版社出版 表2.5.2 搭边值 材料利用率两种方案比较，材料利用率基本相同，从模具设计，冲孔的精度及弯曲精度考虑，方案二采用对称弯曲更好。为保证零件的精度和每个工位顺利条料的宽度略大点取55mm不影响材料利用率。所以最后确定方案二的排样方式。排样图分为7个工位，各工位的工序内容如下：第1工位：切边冲孔；第2工位：冲孔；第3工位：切口；第4工位：导正；第5工位：弯曲；第6工位：空位；第7工位：切断第四章 模具设计4.1模具类型及结构形式的选用条料采用导正销进行精确定位。在第1工位冲出孔后，在第2、3、5工位设置导正销，用以对后面的各工位进行定位。从根本上保证了工件冲压加工精度的稳定性。条料依靠在模具两侧设置的带台式导料板导向，为了使条料紧靠导料板一侧正确送进，采用侧刃装置。采用刚性卸料装置和下出料方式的冲模。模具采用滑动导向对角导柱模架。上模部分有卸料板、凸模固定板、垫板和各个凸模组成；模具下模部分有凹模和垫板及导料板等组成。4.2主要工艺计算4.2.1. 冲裁力 模具共有4个冲裁区，冲裁力由下式计算。 式中：冲裁力（N）；冲裁件周边长度（）；材料厚度（），；材料抗剪长度（MPa），。各冲裁区只是冲裁线的长度不同，材料抗剪长度和材料厚度均相同，用上式可分别计算各冲裁区的冲裁线长度和冲裁力，见表4-1。表4.1冲裁线长度和冲裁力部 位第1工 位16.283321.12第2工 位16.283321.12第3工 位6713668第7工 位5511220总计31530.244.2.2 弯曲力该零件弯曲属于V形件弯曲。弯曲力有公式冲压工艺与模具设计第二版 高等教育出版社出版 ，确定式中 自由弯曲力（）； 弯曲件宽度（）， 弯曲件材料厚度（） 弯曲件内半径（）， 材料抗拉强度， 安全因数，（）4.2.3 推件力与卸料力查冲压工艺与模具设计第二版 高等教育出版社出版 P推=nK推P冲， F卸=K卸P冲n-同时卡在凹模里的工件数目 （h-圆柱形凹模腔口高度，t-材料厚度）查2-38得，K推=0.05，K卸=0.05P推=3X0.05X31530.24=4729.536（N）P卸=0.05X31530.24=1576.512(N)P总= P推+P卸+P冲=37836.288(N)P= P弯+P总=98.643.488(N)4.3 模具总体结构设计4.3.1 基本结构形式正倒装结构：采用正装式级进模导向：由于采用手工送料，为方便操作选用滑动导向对角导柱模架。根据零件精度要求，模架选用外导向。卸料方式：选用弹压卸料装置。4.3.2 基本尺寸 模板尺寸：根据工序排样图，凹模工作区尺寸基本在40mmX55mm左右，圆整后取80mmX63mm。其他模板尺寸与凹模一致。 工作行程：最大行程在工位4弯曲工序，实际弯曲行程5.9mm，模具开启状态下，凸模下表面到凹模上表面的最小距离6mm。 模板厚度及冲孔凸模高度：凹模板厚20mm，卸料版厚12mm，凸模固定板厚25mm，垫板厚6mm，冲孔凸模高度50mm。4.3.3 模架根据国家标注选取：模架80mmX63mmX110mm130mm I GB/T2851-2008；上模座80mmX63mmX25mm GB/T2855.1-2008；下模座80mmX63mmX30mm GB/T2855.2-2008；导柱18mmX120mm，20mmX120mm GB/T2861.1-2008；导套18mmX65mmX23mm，20mmX65mmX23mm GB/T2861.3-2008。模具开启高度150mm，闭合高度130mm。4.3.4 压力机选取根据冲压力选取J23-16型压力机，其工作参数满足模具工作要求。4.3.5 模柄选压入式模柄，规格A32X80 JB/T7646.1-2008Q235。4.4结构设计4.4.1 工作单元结构凸模采用固定板安装在上模座，凹模采用镶拼式结构，采用采用定位销定位，用螺钉固定在下模座上。4.4.2 卸料机构卸料版采取整体式，其工作行程为4mm，选取弹簧提供弹压力。4.4.3 定距机构采用侧刃定距。4.4.4 送料方式采取手动送料。4.4.5 模具零件固定模板采取定位销定位，螺钉固定。由于各凸模平面尺寸较小，因此模板上凸模的配合定位均采用凸台或铆开式结构固定。4.4.6 安全装置模具采用手工送料，但操作在模具危险区之外，这样比较安全。为了使废料顺利落下，下模座的漏料孔应比凹模落料孔大。4.4.7 零件材料凸模与凹模选用合金工具钢Cr12MoV，卸料版选用T10A。4.5 模具主要零部件的结构设计4.5.1.凸、凹模设计的原则1.1凸模和凹模要有足够的刚性与强度由于在高速连续作业的条件下，振动极大，就是在普通机床上冲制，由于连续作业，凸模、凹模的磨损也比一般模具大的多；在多工位级进模中的许多凸模、凹模的受力状态是不均匀、不对称、不垂直的，模具的损坏可能性也较大。所以在允许的条件下，应当适当增加其强度。在多工位级进模设计中，一般采用强度较好的合金工具钢制造，并要选择合适的硬度，合理地安排热处理。1.2凸模和凹模必须便于稳定安装和更换多工位级进模的凸摸、凹模必须要求安装后具有稳定性，这不仅能保证冲制精度，可以提高冲压次数，从而扩大了经济效果。对于各种不同冲压工序的凸模、凹模之间都要保持稳定的间隙，而且间隙应当均匀一致。1.3多工位级进模的凸模、凹模要有统一的基准，各种不同冲压性质的凸模、凹模必须谐调一致。1.4便于排料方便及时多工位级进模的连续冲制过程中，绝不允许把余料带在凸模上，或留在凹模工作面上，以免损坏模具。1.5便于制造、测量和组装4.5.2.凸、凹模结构设计4.5.2.1冲裁凸、凹模的结构设计凸模材料选用Cr12MoV，凸模刃口淬火硬度为HRC5862，尾部回火至4050HRC。1)压应力的校核：由于最小凸模为圆形，故压应力的校核按公式Amin4t/冲压工艺与模具设计第二版 高等教育出版社出版 ，确定。式中：凸模最小截面的截面积（）； 冲裁力（）； 凸模材料的许用压应力（MPa），=1500 MPa= 4t/=0.544，满足压应力的要求。2)冲孔凸凹模间隙 查冲压工艺与模具设计第二版 高等教育出版社出版 表2.2.4 对于零件图中未注注公差尺寸，一律采用IT12级。查表，2+0.10mm取x=0.75，2+0.10 mm取x=1，3+0.10 mm取x=1。设凸凹模分别按IT6和IT7级加工制造，则 冲孔2+0.10mm校核：0.006+0.010.045+0.075满足间隙公差条件。 冲方孔校核：0.006+0.010.045+0.075满足间隙公差条件。4.5.2.2弯曲凸、凹模结构设计1）弯曲凸凹模间隙 对V型件 Z=t=0.82）凸模圆角半径 查冲压设计资料表3-15 凹模工作部分尺寸 （采用IT8）3）材料同冲孔凸模4.5.2.3 冲裁切断凸、凹模设计1)压应力的校核：压应力的校核按公式（3-29）冲压工艺与模具设计，确定。式中：凸模最小截面的截面积（）； 冲裁力（）；F=13668 凸模材料的许用压应力（MPa），=1500 MPa，满足压应力的要求。2)凸凹模间隙 在切口和切断工序中，凸凹模只在3个方向与板料作用使之分离，为保证制件外形尺寸，为使计算简便，直接取a，a1，为凸模基本尺寸，间隙取在凹模上。 4.5.2.4侧刃尺寸计算侧刃为标准件，根据送料步距和修边值查侧刃表，按标准取侧刃尺寸。侧刃厚度B=4mm，侧刃宽度L=6.5mm。间隙取在凹模上，故侧刃孔口尺寸为：,.4.5.2.5孔边距，孔间距确定该制件这类尺寸较多，工位累计误差较大，会造成凸凹模间隙不均匀，影响冲裁质量和模具寿命，故而应将模具制造精度提高。考虑到加工经济性，送料方向的尺寸按IT7级制造，其他位置尺寸按IT8、IT9级制造，凸模固定板与凹模配做。卸料板各型孔应与凸模保持0.5Zmin间隙，并且卸料板应有导向装置，有利于有利于保护凸凹模刃口不被啃伤。凸模固定板各孔与凸模配合，按照H7/n6或H7/m6。4.5.2.6凹模的结构设计凹模的刃口形式：查冲压设计资料表2-39冲孔凹模采用形刃口形式。锥角a=，如图4.5图4.24.5.3 卸料板的结构设计卸料装置是起卸料作用，在多工位级进模工作前，弹压卸料装置把条料压住，防止条料在冲压过程产生位移和塑性变形；卸料装置必须对各凸模起导向和保护作用。对于不同的冲压工序卸料装置有不同的作用：在冲裁工序中，它起卸料与压料作用；在弯曲工序中，它不仅是卸料，也可以起到局部成型的作用；在拉深工序中还要起到压边圈的作用。卸料板分为固定卸料板和弹压卸料板两种。固定卸料板属于硬性卸料，卸料力大，稳固而可靠。此模具选择固顶卸料板。4.5.4 导料系统的设计由于多工位级进模除纯冲裁件冲压属于平面加工以外，对于带有弯曲、成型的冲制件均属于立体加工。因此对于条料在分断切除余料加工过程中，条料不能受到任何障碍。条料的送进，必须浮离下模平面，并给予严格控制，导料系统决不能影响侧冲与倒冲机构的工作。多工位级进模导料系统一般包括：左右导料板、承压板；条料侧压机构；条料浮顶机构；除尘装置和障碍检出机构等。多工位级进模的导料系统直接影响模具冲制的效率和精度。因此，设计多工位级进模的导料系统时必须根据以下因素考虑各项机构的选用。1. 根据冲件的特点、排样图上各工位的安排决定导料板式样、长短、高矮，决定浮顶器式样、种类及浮顶高度等。2. 根据冲床速度选择合适的导料系统。3. 根据送料方式不同、对导料系统的要求也不同。4. 结合已确定的模具结构考虑导料系统的选用。5. 卸料装置与导料系统必须结合起来考虑。一、导料板导料板是对条料进行导向的装置之一，沿条料送进方向，安装在凹模形孔的两侧，并与模具中心线平行。一般导料板分平直式和带凸台式两种。平直式多用于低速，手工送料的极进模；带台式多用于高速、自动送料的级进模。在多工位级进模中，导料板设计成带凸台结构是为了使条料在浮动送料中，浮顶器对条料的弹顶作用，仍能控制条料自始至终保持在导料板内运动。4.5.5 导正定位装置的设计导正销导正材料的位置方式采用间接导正，结构上采用圆柱销导正销。导正销工作部位直径为，导正销制造偏差为。导正销设在第4工位，导正销直接装在凹模上。制造凹模时，导正销的位置偏差不应大于0.005。4.5.6 辅助装置的设计一、凸模固定板模具中的固定板，又称为安装板，它的主要任务是对凸模固定，并通过它安装在模座上。对凸模固定板的要求：1. 固定板必须能够安装全部凸模及其它的零部件并使之正常稳定工作。这样，就要求固定板有足够的刚性和强度。一般固定板的厚度相当于工作凸模总长度的或更大一些。2. 固定板的耐磨性要好。固定板可选用45钢或T10A钢，淬火硬度应在HRC3540。3. 对于较大的凸模或有较大侧向力的凸模应用过盈配合装配，要有较大的过盈量。4. 各型孔位置精度应当与卸料板保持同心。行之有效的办法是给定凹模各孔位置精度，固定板与卸料板只标注孔距公称尺寸和具体要求，由制造工艺来保证精度。凸模固定板的结构形式：固定板采用整体型结构，材料选用45钢，淬火硬度为HRC3540，取凸模固定板的厚度为25。二、垫板垫板主要是防止凸模和凹模中的镶件在冲压过程中，由于冲压力的集中而把模座的接触面压坏。在高速冲压时，最容易损伤凸模，所以一般在固定板与模座之间增设垫板。垫板需淬火处理HRC5256，且两面平行光洁。垫板尺寸的确定：垫板尺寸通过查表模具设计制造简明手册表1-163，确定为垫板厚度为6。第五章 结论参考文献：成虹，冲压工艺与模具设计第二版，北京：高等教育出版社， 2006.7。胡石玉，模具工实用技术手册第二版，南京：江苏科学技术出版社，2008.1。
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