目录 绪论1 第一章冲压工艺设计5 1.1零件介绍5 1.2零件工艺性分析6 1.3工艺方案及模具结构类型6 第二章排样设计7 2.1毛坯排样7 2.1.1毛坯排样方案的确定7 2.1.2条料搭边值的确定7 2.1.3条料的宽度8 2.1.4步距8 2.2冲切刃口设计原则9 2.3工序排样9 2.3.1工序排样遵循的原则9 2.3.2空工位的设置10 2.3.3载体的设置10 2.3.4定位销设置10 2.3.5导料板设置10 2.3.6工序排样10 2.3.7导正方式11 2.3.8条料尺寸与步距精度11 2.1.9产品零件材料成本12 第三章工艺计算13 3.1冲裁力的计算13 3.2弯曲力的计算14 3.3卸料力的计算14 3.4总压力的计算14 3.5压力中心的计算15 第四章级进模结构设计17 4.1级进模结构设计方法17 4.1.1级进模结构设计原则17 4.1.2级进模设计步骤17 4.1.3结构设计内容18 4.1.4结构概要设计内容18 4.2模具结构概要设计18 4.2.1基本结构形式18 4.2.2基本尺寸18 4.2.3模板厚度19 4.2.5选模架20 4.3模具结构详细设计20 4.3.1工作单元结构20 4.3.2卸料机构设计20 4.3.3定距机构设计21 4.3.4导正销结构21 4.3.5浮顶机构21 4.3.6送料机构和出件方式21 4.3.7模具零件的固定21 4.3.8安全装置21 4.3.9零件材料21 4.3.10模具装配图21 4.4本次模具总体结构22 4.5模具工作过程22 4.6模具零件设计23 4.6.1冲裁凸、凹模刃口尺寸计算23 4.6.2弯曲模工作部分尺寸的确定25 4.6.3凸模高度设计25 4.6.4弹性元件设计26 第五章压力机的选择和模柄的选用27 5.1压力机的选用27 5.1.1设备类型的选择27 5.1.2设备规格的选择27 5.1.3冲床的选择28 5.2压力机的校核28 5.3模柄的选择28 第六章结论30 参考文献31 致谢32 绪论 1.模具在现代生产中的作用 模具是现代工业生产的重要工艺装备，国民经济的各部门越来越多的依靠模具进行生产加工。例如，在各类型的汽车中，平均一个车型就需要冲压模具2000套，价值23亿元。据国际生产协会统计：现在产品零件粗加工的75精加工的25±模具直接成形。产品生产的各个阶段，无论是大量生产，批量生产，还是产品试制阶段，也越来越多地依靠于模具。因此，模具已是是国民经济的基础，在工业发达国家，商品模具已经占模具总量的70上。目前，模具已成为衡量一个国家，一个地区，一个企业制造水平的重要标志。 2.板料塑性成形工艺介绍 利用模具进行塑性成形是金属加工的方法之一，是指金属材料在一定的外力作用下，利用金属的塑性而使其成形为具有一定的形状及力学性能的加工方法。 板料成形是塑性成形的一种，可分为分离工序和成形工序。 1）分离工序是利用冲模在压力机外力的作用下，使板料分离出一定形状和尺寸的工件的冲压工序。包括落料、冲孔、切断、切边、剖切等工序。 2）成形工序是利用冲模在压力机外力的作用下，使板料产生塑性变形而得到要求的形状和尺寸的冲压工序。包括弯曲、拉深、翻边、涨形、扩口、缩口、旋压等工序。 塑性成形工艺材料利用率高，工件力学性能好，尺寸精度高，生产效率高，在机械、航空、航天、军工、仪表、电器等工业领域内应用广泛。 3.级进模基础知识 用于冲压的冷冲模有多种形式，从冲压工序的组合来看，可分为简单模、复合模和级进模。 简单模是在模具上只有一个加工工位，而且在冲床的一次行程中只完成一类冲压加工工艺。复合模也只有一个工位，但在冲床的一次行程中要完成两类以上的加工工艺。级进模又称连续模或跳步模，有两个或两个以上的工位，在冲床的一次行程中，在模具的各个工位上同时完成两个或两个以上不同的加工。条料在模具内向前送进过程中，经各工位逐步冲切，至最终工位形成产品零件。在压力机的每次冲程中，级进模至少冲出一个零件。在三类模具中，级近模最为复杂，设计难度也最大。级进模是冷冲模中的高精密模具。 1、级进模的功能介绍 1）级进模的基本功能 级进模的基本功能是利用凸模和凹模在板料上施加一定形式和大小的作用力，使材料产生塑性变形，从而将毛坯料转变为产品零件的能力。 一般零件的成形由多个工序组成，级进模设计中首先应将零件的成形工序分解，然后对工序内容进行组合排序，分别将确定的加工内容安排在若干个等距离的工位上，每个工位完成零件的一部分加工，从而将一个复杂零件的加工变为多个简单工序组的合成。冲压加工过程中，随着冲床的连续工作，被加工材料在（一般为条料或带料）在级进模内逐次向前送进，经过多个工位逐步加工后获得一个完整的冲压产品。一个复杂的零件用一副级进模就可以完成冲制。 2）级进模的辅助功能 级进模的辅助功能是支持完成基本功能所必备的功能，即“后勤”保障功能，它对产品质量和生产率有着重要的影响，是判断模具优劣的重要标志。 主要包括： （1）模具零件紧固和定位功能； （2）模具导向功能； （3）上料、出件和卸料功能； （4）板料、工序件定位功能； （5）模具刚性和安全保障等。 2、级进模的构成介绍 模具的功能与结构是统一不可分的，功能只有通过一定的结构才能实现，而模具的基本结构也必须以满足功能需要为前提。因此，根据级进模具的功能，其基本构成要素可划分为工作单元、卸料单元、导向单元、定位单元、安装单元和紧固单元等。 具体如下所示： 结构单元：典型零件 工作单元：凸模、凹模、凸凹模 卸料单元：卸料板、卸料螺钉、卸料弹簧 导向单元：模架、导柱、导套、导尺 定位单元：定位销 安装单元：模座 紧固单元：固定板、螺钉、圆柱销 当然，不同的产品零件的加工工艺方法不同，模具的功能要求也不同，因而导致结构不统一。另一方面，同一功能可以通过不同的结构来实现，这就形成了模具设计异彩纷呈的局面。 3、级进模特点 1）冲压生产效率高。级进模是复合工序冲模。在一副模具内可以完成复杂零件的冲裁、翻边、弯曲、拉深、立体成形以及装配等工艺，减少了中间转运和重复定位，显著提高了生产效率。 2）操作安全简单。级进模冲压时操作者不必将手伸入模具的危险区域，因而表现出操作安全和自动化程度高的特点，便于冲压操作过程的机械化和自动化。 3）模具寿命长。复杂内形或外形可分解为简单的凸模和凹模外形，分段逐次冲切，工序可以分散在若干个工位，不必集中在一个工位，在工序集中的区域还可以设置空位，从而避免了凸、凹模壁厚过小的问题，改变了凸、凹模受力状态，提高了模具强度，延长了模具寿命。此外，多工位级进模采用卸料板兼作凸模导向板，对提高模具寿命也十分有利。 4）产品质量高。多工位级进模在一副模具内完成产品的全部成形工序，克服了用简单模时多次定位带来的操作不便和累计误差。 5）生产成本较低。级进模由于结构比较复杂，所以制造费用比较高，同时材料利用率也往往比较低。但由于使用级进模时生产效率高，压力机占有数少，需要的操作工人数和车间面积少，减少了半成品的储存和运输，因而产品零件的综合生产成本并不高。 6）设计和制造难度大，对经验依赖性强。但随着国内模具产业的发展，国外先进技术的传入，级进模设计制造的技术日益成熟。 7）按订单生产，而不是按计划生产，订货受市场影响大。交货期要求短，一般一副模具只设计制造一次，属单件生产，模具制造中的固定费用高。 4.模具制造技术的发展趋势 1、模具粗加工技术向高速加工发展，以高速铣削加工技术代表了模具零件外形表面粗加工的发展方向。 2、成形表面的加工向精密、自动化发展，数控、数显和计算机控制技术的发展，使的模具加工设备的CNC水平不断提高。 3、工艺设计技术现代化，即利用计算机预测工艺方案的可行性，促进工艺的发展。 4、快速成形加工模具技术，特别适用于多品种，少批量用模具。 5、模具CAD/CAM技术将有更大的发展，是模具制造和设计的又一次革命，普及和提高模具CAD/CAM技术的应用是历史的发展的必然趋势。 1.2零件工艺性分析 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、尺寸大孝精度高低、原材料性能等多个方面进行考虑。 冲压材料：该冲压件的材料不不锈钢201，不锈钢201为优质碳素结构钢，料厚为0.5mm属薄料，具有较好的可冲压性能。 零件结构：该冲压件需经冲裁和弯曲同时完成来成型，成型有一定的难度，所以关键部位的结构设计要合理，使冲压性能保持良好。 尺寸精度：图中零件的尺寸有标注公差，符合一般级进冲压的经济精度要求，模具精度取为IT6级即可。 冲孔的工艺性：孔径为2.5mm，4mm孔尺寸精度要求一般，可采用冲孔。 弯曲的工艺性：图示零件有1个弯曲部位。弯角处的弯曲圆角半径为0.5mm，根据弯曲工艺性数据知，可以一次弯成。 综合以上几方面的情况可知：该工件适合冲压，冲压工艺性良好。 1.3工艺方案及模具结构类型 该工件包括毛坯落料、冲孔、弯曲三个基本工序，可以采用以下三种工艺方案： 一、先冲孔，再落料，再弯曲，采用单工序模生产。 二、冲孔落料弯曲复合冲压，采用复合模生产。 三、冲孔落料落料加弯曲连续冲压，采用级进模生产。 1模具结构简单，但需要三道工序、三道模具才能完成零件的加工，工件尺寸的累计误差大，操作不方便，不安全，生产效率较低，难以满足零件大批量生产的需求。 2由于零件有180度角的弯曲，模具结构会比较复杂，生产效率高，精度也能保证。 3由于采用级进冲压，工序分散，使得模具结构相对2要简单，模具寿命也较长，生产效率高，零件精度也能保证。 综合以上考虑选择方案③能满足本设计要求。 根据一般市场供应情况，原材料选1000mm×2000mm×0.5mm不锈钢板。 第二章排样设计 在进行多工位级进模设计时，首先要设计条料排样图，条料排样图的设计是多工位级进模设计时的重要依据。多工位级进模条料排样图设计的好坏，对模具设计的影响是很大的，排样图设计错误，会导致制造出来的模具无法冲制零件。条料排样图一旦确定，也就确定了被冲制零件各部分在模具中的冲制顺序、模具的工位数、零件的排样方式、模具步距的公称尺寸、条料载体的设计形式等一系列问题。在本模具中，排样设计总的原则是先进行冲切废料，然后切断搭边并弯曲，并要考虑模具的强度、刚度，结构的合理性。 2.1毛坯排样 2.1.1毛坯排样方案的确定 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的结构和寿命有着显著的影响。 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、对排、无费料排样、多排、混合排。 根据此次设计的零件结构特征，典型的排样方案有两种,一种是横排，另一种是竖排。 第一种横排方案要求的条料宽度小，模具宽度也就小，但是模具长度会变的较长，采用这种方案不便于实现复杂的弯曲工序。 第二种竖排方案，虽然模具宽度会增加，但是长度会缩短，便于弯曲，而且步距小，有利于提高生产率，但是弯曲工序中工件不便定位。但是该方案的板料轧向不符合零件图要求，所以，优先考虑零件质量，选用第一种方案的排样。 2.1.2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。其作用是使条料定位，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发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，有时还会被拉入到凸、凹模间隙中，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。 查文献1表3-2得： 材料厚度t=0.5，侧搭边a=1.8mm，中央搭边a1=2mm。 2.1.3条料的宽度 在排样方式和搭边数值确定以后，就可以确定条料的宽度。 无侧刃装置时，条料宽度为: B=D 2a C 式中B---条料的宽度； D---零件垂直于送料方向的最大尺寸； A---排样侧搭边； C---导料板与最宽条料之间的间隙 a---侧搭边值 由文献2表2-9得侧搭边值a=2 所以=D 2a C=22 1×2=24.5mm，条料宽度初定为24.5mm。 2.1.4步距 连续模的步距是确定条料在模具中每送进一次，所需要向前移动的固定距离。步距的精度直接影响到冲件的精度。设计连续模时，要合理的确定步距的基本尺寸和精度。步距的基本尺寸，就是模具中相邻工位的距离。连续模任何相邻两工位距离都必须相等。 此次设计的条料为单排，步距的基本尺寸等于冲压件的外形轮廓尺寸和两冲压件间的搭边宽度之和，其步距基本尺寸S为 S = L a 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 A沿送进方向的搭边值 该零件的步距确定为： S=30 2=32mm 2.2冲切刃口设计原则 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。 2.3工序排样 在多工位级进模冲压中，工序件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。由于各工位的加工内容互不相同，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，既级进模各工位的所要进行的加工工序内容，这一设计过程就是工序排样。 2.3.1工序排样遵循的原则 （1）工序排样要保证产品零件的精度和适用要求； （2）工序应尽量的分散，以提高模具寿命，简化模具结构； （3）合理安排个工序，使压力中心尽可能与模具几何中心接近； （4）同一工位个冲切凸模应尽量设计为同一高度； （5）冲孔在前，外形冲切和落料在后； （6）为保证条料送进能顺利排出； （7）排样方案考虑模具加工设备的条件。 2.3.2空工位的设置 空工位指工序经过时，不作任何的冲切加工的工位。在级进模设置的空工位时为了提高模具的强度，保证模具的寿命和产品的质量以及模具中特殊机构的设置等，空工位的设置非常普遍。 2.3.3载体的设置 级进模由多个工位组成，冲压过程中各个工位的加工内容不同，因此，把工序件从第一工位运送到最末工位是级进模的基本条件之一。载体要求必须由足够的强度，能平稳的将工序送进。为了保证弯曲过程中工序件的准确位置，选择双载体，取载体宽度为1mm。 2.3.4定位销设置 定位销是级进模常用的定距机构。其工作原理是在条料上冲出与送进步距相等的销钉孔，利用凸模上其它的定位销对条料在冲压时定位。用定位销定距精度可靠,生产率高。 2.3.5导料板设置 导料是工序件Y向定位机构，对条料横向（宽度方向）定位，从而使条料沿直线送进。否则，条料摆动会影向产品精度。该产品在生产时，用初始挡料销进行定位。 2.3.6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。根据该零件的要求以及上述工艺特点的分析,设计多工位连续工序排样方案。排样图如图3：