模具毕业设计论文

第一章 绪论

随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新和发展。其主要表现和发展方向如下:

(1) 冲压成形理论及冲压工艺方面

冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。目前，国内外对冲压成形理论的研究非常重视，在材料冲压性能研究、冲压成形过程应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展。特别是随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善，近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术，即利用有限元（FEM）等有值分析方法模拟金属的塑性成形过程，根据分析结果，设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题，并通过在计算机上选择修改相关参数，可实现工艺及模具的优化设计。这样既节省了昂贵的试模费用，也缩短了制模具周期。

(2) 冲模是实现冲压生产的基本条件.

在冲模的设计制造上,目前正朝着以下两方面发展:一方面,为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需要，冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向发展，与此相比适应的新型模具材料及其热处理技术，各种高效、精密、数控自动化的模具加工机床和检测设备以及模具CAD/CAM技术也在迅速发展；另一方面，为了适应产品更新换代和试制或小批量生产的需要，锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展。

精密、高效的多工位及多功能级进模和大型复杂的汽车覆盖件冲模代表了现代冲模的技术水平。目前，50个工位以上的级进模进距精度可达到2微米，多功能级进模不仅可以完成冲压全过程，还可完成焊接、装配等工序。我国已能自行设计制造出达到国际水平的精度达2~5微米，进距精度2~3微米，总寿命达1亿次。我国主要汽车模具企业，已能生产成套轿车覆盖件模具，在设计制造方法、手段方面已基本达到了国际水平，但在制造方法手段方面已基本达到了国际水平，模具结构、功能方面也接近国际水平，但在制造质量、精度、制造周期和成

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本方面与国外相比还存在一定差距。

模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正在不断向传统制造技术渗透、交叉、融合形成了现代模具制造技术。其中高速铣削加工、电火花铣削加工、慢走丝切割加工、精密磨削及抛光技术、数控测量等代表了现代冲模制造的技术水平。高速铣削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面质量（主轴转速一般为15000到40000r/min）,加工精度一般可达10微米，最好的表面粗糙度Ra≤1微米），而且与传统切削加工相比具有温升低、切削力小，因而可加工热敏材料和刚性差的零件，合理选择刀具和切削用量还可实现硬材料（60HRC）加工；电火花铣削加工（又称电火花创成加工）是以高速旋转的简单管状电极作三维或二维轮廓加工（像数控铣一样），因此不再需要制造昂贵的成形电极，模具加工过程中的检测技术也取得了很大的发展,现在三坐标测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外,其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措施及简单操作步骤，使得现场自动化检测成为可能。此外，激光快速成形技术（RPM）与树脂浇注技术在快速经济制模技术中得到了成功的应用。利用RPM技术快速成形三维原型后，通过陶瓷精铸、电弧涂喷、消失模、熔模等技术可快速制造各种成形模。

(3) 冲压设备和冲压生产自动化方面

性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件，高精度、高寿命、高效率的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备相匹配。为了满足大批量高速生产的需要，目前冲压设备也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多功能、高速和数控方向发展，加之机械乃至机器人的大量使用，使冲压生产效率得到大幅度提高，各式各样的冲压自动线和高速自动压力机纷纷投入使用。如在数控四边折弯机中送入板料毛坯后，在计算机程序控制下便可依次完成四边弯曲，从而大幅度提高精度和生产率；在高速自动压力机上冲压电机定转子冲片时，一分钟可冲几百片，并能自动叠成定、转子铁芯，生产效率比普通压力机提高几十倍，材料利用率高达97%；公称压力为250KN的高速压力机的滑块行程次数已达2000次/min以上。

近年来，为了适应市场的激烈竞争，对产品质量的要求越来越高，且其更新换代的周期大为缩短。冲压生产为适应这一新的要求，开发了多种适合不同批量

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生产的工艺、设备和模具。其中，无需设计专用模具、性能先进的转塔数控多工位压力机、激光切割和成形机、CNC万能折弯机等新设备已投入使用。特别是近几年来在国外已经发展起来、国内亦开始使用的冲压柔性制造单元（FMC）和冲压柔性制造系统（FMS）代表了冲压生产新的发展趋势。FMS系统以数控冲压设备为主体，包括板料、模具、冲压件分类存放系统、自动上料与下料系统，生产过程完全由计算机控制，车间实现24小时无人控制生产。同时，根据不同使用要求，可以完成各种冲压工序，甚至焊接、装配等工序，更换新产品方便迅速，冲压件精度也高。

(4) 冲压标准化及专业化生产方面

模具的标准化及专业化生产，已得到模具行业和广泛重视。因为冲模属单件小批量生产，冲模零件既具的一定的复杂性和精密性，又具有一定的结构典型性。因此，只有实现了冲模的标准化，才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化、商品化，从而降低模具的成本，提高模具的质量和缩短制造周期。目前，国外先进工业国家模具标准化生产程度已达70%~80%，模具厂只需设计制造工作零件，大部分模具零件均从标准件厂购买，使生产率大幅度提高。模具制造厂专业化程度越不定期越高，分工越来越细，如目前有模架厂、顶杆厂、热处理厂等，甚至某些模具厂仅专业化制造某类产品的冲裁模或弯曲模，这样更有利于制造水平的提高和制造周期的缩短。我国冲模标准化与专业化生产近年来也有较大发展，除反映在标准件专业化生产厂家有较多增加外，标准件品种也有扩展，精度亦有提高。但总体情况还满足不了模具工业发展的要求，主要体现在标准化程度还不高（一般在40%以下），标准件的品种和规格较少，大多数标准件厂家未形成规模化生产，标准件质量也还存在较多问题。另外，标准件生产的销售、供货、服务等都还有待于进一步提高。

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第二章 零件的分析

2.1零件介绍

图2.1所示为某监控电器前支架,材料为厚1mm的Q235冷轧板。由于该零件在产品中是对其他精密电子器件起定位支承作用,故尺寸和形状精度要求比较高,又由于产品批量较大,对零件的一致性要求比较高,为减少零件生产中多次定位对其精度和生产效率的不良影响,故决定采用多工位级进模在普通冲床上冲压。

图2.1零件图

2.2零件工艺性分析

由图2.1可以看出,该零件外形尺寸不大,但有多处折弯,且有一条翻边,零件表面质量要求高,各弯曲成形角度误差须小于±30′,零件属于中小型精密冲压件。为了确保零件精度和模具质量,首先根据零件尺寸算出展开料,在线切割机上切割几件坯料,通过成形实验发现,尺寸33.2±0.05mm变大,这是因为这条边冲压成形时,在41.75mm长边的折弯中,由于R17mm圆弧的影响,使成形高度减小,成形后回弹又影响了33.2±0.05mm这个尺寸,据此可知,先冲R17mm圆弧再折弯成形是不可取的。零件成形的另一个难点是B处的翻边成形,先成形这条边会给后面成形带来干涉,后成形这条边又会对尺寸精度带来影响,因此工件的合理排

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样及减小成形时的相互干涉,将成为零件能否顺利成形的关键。

2.3 冲压工艺方案的确定

2.3.1 冷冲压模具的介绍

单工序模又称简单模，是指在压力机的一次行程内，只完成单一工序的模具，如落料模、 冲孔模、弯曲模、和拉深模等。特点是模具结构简单，制造成本低，但如果制件结构复杂就需要多套模具，而且每道工序之间的累计误差较大，制件精度较低。

复合模是在压力机的一次行程内在模具的一个工位上完成两道以上冲压工序的模具，是一种多工序冲压模。结构复杂，不宜制造，制件精度较高，但存在最小壁厚问题。如制件有多道工序，则模具结构特别复杂。

级进模也是多工序模具，即在压力机的一次行程内，在连续模具的不同工位上完成多道冲压工序。于单工序模、复合模相比，级进模的主要特点是生产效率高，容易实现生产机械化和自动化。

级进模精度高、寿命长，其工作元件常采用高速钢或硬质合金钢制造。适用于制件的大批量生产。制件质量可靠、稳定，及制件尺寸的一致性好。级进模结构复杂，制造精度高，调试，维修困难，价格昂贵。由于有自动送料装置和自动出料装置，适合于高速冲床上进行自动化冲制。也适合卷料、带料供料。级进模可以完成冲裁、弯曲、拉深、成形等多道工序，效率比复合模高且在基金模具上可以工序分散，任意留出空位，故不存在复合模的最小壁厚的问题，因而保证了模具的强度，延长了模具的寿命。模具的主要零件具有互换性，使模具维修方便，更换迅速、可靠。

在本次设计中由于制件较为复杂，如果选用单工序模，则就会用到多套模具，而制件精度较高，用单工序模各道工序之间的定位误差累积较大，故在这次设计中不宜选用单工序模。由于制件工序较多，复合模也不适合用于这次设计。所以选定用级进模具。

2.3.2 级进模的介绍

多工位级进模是在普通级进模的基础上发展起来的一种高精度、高效率、长寿命的模具，是技术密集型模具的重要代表，是冲模发展方向之一。这种模具除进行冲孔落料工作外，还可根据零件结构的特点和成形性质，完成压筋、冲窝、弯曲、拉深等成形工序，甚至还可以在模具中完成装配工序。冲压时，将带料或

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条料由模具入口端送进后，在严格控制步距精度的条件下，按照成形工艺安排的顺序，通过各工位的连续冲压，在最后工位经冲裁或切断后，便可冲制出符合产品要求的冲压件。为保证多工位级进模的正常工作，模具必须具有高精度的导向和准确的定距系统，配备有自动送料、自动出件、安全检测等装置。所以多工位级进模与普通冲模相比要复杂，具有如下特点：

（1） 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。

（2） 由于在级进模中工序可以分散在不同的工位上，故不存在复合模的“最小壁厚”问题，设计时还可根据模具强度和模具的装配需要留出空工位，从而保证模具的强度和装配空 间。

（3） 多工位级进模通常具有高精度的内、外导向（除模架导向精度要求高外，还必须对细小凸模实施内导向保护）和准确的定距系统，以保证产品零件的加工精度和模具寿命。

（4） 多工位级进模常采用高速冲床生产冲压件，模具采用了自动送料、自动出件、安全检测等自动化装置，操作安全，具有较高的生产效率。目前，世界上最先进的多工位级进模工位数多达50多个，冲压速度达1000次／分以上。 （5） 多工位级进模结构复杂，镶块较多，模具制造精度要求很高，给模具的制造、调试及维修带来一定的难度。同时要求模具零件具有互换性，在模具零件磨损或损坏后要求更换迅速，方便，可靠。所以模具工作零件选材必须好（常采用高强度的高合金工具钢、高速钢或硬质合金等材料），必须应用慢走丝线切割加工、成型磨削、坐标镗、坐标磨等先进加工方法制造模具。

（6） 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。用这种模具冲制的零件，精度可达IT10级。

由上可知，多工位级进模的结构比较复杂，模具设计和制造技术要求较高，同时对冲压设备、原材料也有相应的要求，模具的成本高。因此，在模具设计前必须对工件进行全面分析，然后合理确定该工件的冲压成形工艺方案，正确设计

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模具结构和模具零件的加工工艺规程，以获得最佳的技术经济效益。显然，采用多工位级进模进行冲压成形与采用普通冲模进行冲压成形在冲压成形工艺、模具结构设计及模具加工等方面存在许多不同，重点介绍它们在冲压工艺与模具设计上的不同之处。表2.1就级进模具各主要零件的功能做了简要分类：

表2.1

单元 工作单元 辅助单元 功能 成型加工 卸料 定位 X向 Y向 Z向 精定位 导向 外导向 内导向 固定 其他

主要零件 凸模、凹模 卸料板、卸料螺钉、弹簧 挡料销、侧刃 导料板、侧压装置 浮顶销 导正销 模架、导柱、导套 小导柱、小导套 凸模固定板、上下模座。模柄、螺钉、销钉 承料板、限位板、安全检测器 2.4 级进模冲裁工位的设计要点

（1）在级进冲压中，冲裁工序常安排在前工序和最后工序，前工序主要完成切边（切出制件外形）和冲孔。最后工序安排切断或落料，将载体与工件分离。 （2）对复杂形状的凸模和凹模，为了使凸模、凹模形状简化，便于凸模，凹模的制造和保证凸模、凹模的强度，可将复杂的制件分解成为一些简单的几何形状多增加一些冲裁工位。

（3）对于孔边距很小的工件，为防止落料时引起离工件边缘很近的孔产生变形，可将孔旁的外缘以冲孔方式先于内孔冲出，即冲外缘工位在前，冲内孔工位在后。 对有严格相对位置要求的局部内，外形，应考虑尽可能在同一工位上冲出，以保证工件的位置精度。

2.5 多工位级进模弯曲工位设计要点

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2.5.1 冲压弯曲方向设计要点

在多工位级进模中，如果工件要求向不同方向弯曲，则会给级进加工造成困难。弯曲方向是向上，还是向下，模具结构设计是不同的。如果向上弯曲，则要求在下模中设计有冲压方向转换机构（如滑块、摆块）；若进行多次卷边或弯曲，这时必须考虑在模具上设置足够的空工位，以便给滑动模块留出活动的余地和安装空间。若向下弯曲，虽不存在弯曲方向的转换，但要考虑弯曲后送料顺畅。若有障碍则必须设置抬料装置。

2.5.2分解弯曲成形的设计要点

零件在作弯曲和卷边成形时，可以按工件的形状和精度要求将一个复杂和难以一次弯曲成形的形状分解为几个简单形状的弯曲，最终加工出零件形状。 可见，在分步弯曲成形时，不变形部分的材料被压紧在模具表面上，变形部分的材料在模具成形零件的加压下进行弯曲，加压的方向需根据弯曲要求而定，常使用斜滑块和摆快技术进行力或运动方向的转换。如要求从两侧水平加压时，需采用水平滑动模块，将冲床滑块的垂直运动转变为滑动模块的水平运动。

2.5.3弯曲时针对坯料滑移的设计要点

如果对坯料进行弯曲和卷边，应防止成形过程中材料的移位造成零件误差。采取的措施是先对加工材料进行导正定位，当卸料板、材料与凹模三者接触并压紧后，再作弯曲动作。

2.6 多工位级进模拉深成形工位的设计要点

在进行多工位级进拉深成形时，不像单工序拉深那样以散件形式单个送进坯料，它是通过带料以载体、搭边和坯件连在一起组件形式连续送进，级进拉深成形。但由于级进拉深时不能进行中间退火，故要求材料应具有较高的塑性。又由于级进拉深过程中工件间的相互制约，因此，每一工位拉深的变形程度不能太大。由于零件间留有较多的工艺废料，材料的利用率有所降低。

要保证级进拉深工位的布置满足成形的要求，应根据制件的尺寸及拉深所需要的次数等工艺参数，用简易临时模具试拉深，根据试拉深的工艺情况和成形过

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程的稳定性，来进行工位数量和工艺参数的修正，插入中间工位或增加空工位等，反复试制到加工稳定为止。在结构设计上，还可根据成形过程的要求，工位的数量，模具的制造组成单元式模具。

级进拉深按材料变形区与条料分离情况，可分为无工艺切口和有工艺切口两种工艺方法。

无切口的级进拉深，即是在整体带料上拉深。由于相邻两个拉深工序件之间相互约束，材料在纵向流动较困难，变形程度大时就容易拉裂。所以每道工序的变形程度不可能大，因而工位数较多。这种方法的优点是节省材料。

由于材料纵向流动比较困难 ，它只适用于拉深有较大的相对厚度[（t/D）×100>1]，凸缘相对直径较小（dt /d=1.1～1.5）和相对高度h/d较低的拉深件。

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第三章 级进模具排样设计

3.1 排样设计概述

在一幅级进模里，因冲的制件不同，各工位就有不同的冲压工序，每个工位的冲压性质都须遵循一定的规则，如果违背就冲不出合格的制件，所以必须设计好。排样是模具结构设计的主要依据，排样图的好坏，直接关系到模具的设计。

级进弯曲是指弯曲件采用级进模在多个工位上分步弯曲成形的一种冲压方法。由于在冲压过程中，毛坯始终在长长的条料上进行，所以级进弯曲除了遵守多道单工序模弯曲变形规律之外，其弯曲工序往往比单工序模要增多一些，使级进模结构变得较为复杂。

级进弯曲模一般由冲裁工序和弯曲工序组成。冲裁工序在开始的几个工位二合最后，弯曲工序后面工位。冲裁工序在级进冲压过程中，担当切除弯曲件展开外形之外的多余部分料、加工出必要载体和供定距用导正销孔、弯曲后冲孔和分离制件等。

在绘制排样图的过程中，应注意提高冲压原材料的利用率。但提高原材料的利用率，不能以大幅提高冲裁模结构的复杂程度为代价。

3.1.1 排样设计的原则

多工位级进模的排样，除了遵守普通冲模的排样原则外，还应考虑如下几点： （1）先制作冲压件展开毛坯样板（3～5个），在图面上反复试排，待初步方案确定后，在排样图的开始端安排冲孔、切口、切废料等分离工位，再向另一端依次安排成形工位，最后安排工件和载体分离。在安排工位时，要尽量避免冲小半孔，以防凸模受力不均而折断。

（2）第一工位一般安排冲孔和冲工艺导正孔。第二工位设置导正销对带料导正，在以后的工位中，视其工位数和易发生窜动的的工位设置导正销，也可在以后的工位中每隔2-3个工位设置导正销。第三工位可根据冲压条料的定位精度，设置送料步距的误差检测装置。

（3）冲压件上孔的数量较多，且孔的位置太近时，可分布在不同工位上冲出孔，但孔不能因后续成形工序的影响而变形。对有相对位置精度要求的多孔，应

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考虑同步冲出。因模具强度的限制不能同步冲出时， 应有措施保证它们的相对位置精度。复杂的型孔可分解为若干简单形孔分步冲出。

（4）成形方向的选择（向上或向下）要有利于模具的设计和制造，有利于送料的顺畅。若成形方向与冲压方向不同，可采用斜滑块、杠杆和摆块等机构来转换成形方向。

（5）为提高凹模镶块，卸料板和固定板的强度，保证各成形零件安装位置不发生干涉，可在排样中设置空工位，空工位的数量根据模具结构的要求而定。 （6）对弯曲和拉深成形件，每一工位的变形程度不宜过大，变形程度较大的冲压件可分几次成形。这样既有利于质量的保证，又有利于模具的调试修整。对精度要求较高的成形件，应设置整形工位。为避免U形弯曲件变形区材料的拉伸，应考虑先弯曲45度，再弯成90°【6】。

（7）在级进拉深排样中，可应用拉深前切口，切槽等技术，以便材料的流动。

（8）当局部有压筋时，一般应安排在冲孔前，防止由于压筋造成孔的变形。突包时，若突包的中央有孔，为有利于材料的流动，可先冲一小孔，压突后再冲到要求的孔径。

（9）当级进成形工位数不是很多，工件的精度要求较高时，可采用“复位”技术，即在成形工位前，先将工件毛坯沿其规定的轮廓进行冲切，但不与带料分离，当凸模切入材料的20%～35%后，模具中的复位机构将作用反向力使被切工件压回条料内，再送到后续加工工位进行成形。

3.1.2 对工件排样分析

根据上述原则,如果先弯工件的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ处,然后弯A处,根据零件图可看出,先弯Ⅰ或Ⅱ、Ⅲ处后,A处无法弯曲,只有A、B两处一次弯曲成形才不会引起干涉,而A、B两处一次弯曲成形时,该处材料严重受拉,对前面的弯曲尺寸又会有影响(38.8mm及相关尺寸很难保证)。为保证工件质量,综合考虑后认为,应先成形A处,其次成形B处,再成形Ⅰ处,最后成形Ⅱ、Ⅲ处。先成形A处,当材料往下折30.2mm后,材料继续往前送进严重受阻(推料装置不可能抬那么高),为解决此问题,在成形A处为90°(也可大于90°)的同时,B处进行预成形(与水平面夹角135°,也可以更小一点),这样材料尾部抬高很多,条料又能够顺利送进,同时也

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解决了B处整形时凹模的强度问题(若仅A处先成形,则凹模侧边厚小于6.5mm)。根据工件变形情况,从理论上应在全部成形完后再冲裁废料,分离工件,但腰形孔的废料尺寸比较大,冲裁力较大,故凹模强度不可忽视。

3.2 排样设计

3.2.1 零件展开的分析

零件展开后弯曲尺寸件长Ll1l2l3l43c如图3.1。

l1、l2、l3、l4为标注在外侧的弯曲件尺寸

C为弯曲时纤维伸长的修正系数在此取c=1.5 L=63

条料宽度B=2D+2a+2b D单件的零件长 a搭边值，取a=1.0mm

b件与件之间距离，取b=1.0mm B=130

图3.1 零件展开图

通过综合分析,决定采用一出二,两件对排的排样方案,排样图如图3.2所示,步距43.75mm,料宽129mm,其中第1~3工位完成冲孔、导正及所需外形部分的轮廓冲裁,第4~7工位主要完成工件成形,第8工位切除废料,两工件分离,最后由条料送进时把工件向前推动而自由滑落。这种排样方式达到了非对称弯曲件成对弯曲的目的,改善了模具受力情况,提高了产品质量及材料利用率。

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图3.2排样图

3.2.2 冲裁力的计算

冲裁力F1.3tl（在本次设计中零件为对排故要注意公式中的l）为材料的抗剪强度Q235的=310-380MPa取350MPa

t为材料厚度t=1mm

l为冲裁周长

第一工位中冲成形侧刃l=159.6mm，F=145KN; 第一工位中冲Φ7导正孔F=10KN; 第二工位中冲四个Φ2.4小孔F=13.7KN; 第二工位中冲两个Φ2.5小孔F=7.14KN; 第三工位中冲长槽F=38.2 KN; 第三工位中冲方孔F=14.6 KN; 第六工位中冲腰形孔F=48.6 KN; 第八工位中十字切断F=25 KN; 弯曲力的计算

弯曲力F0.6kbt2rtb F最大自由弯曲力；

b材料抗拉强度Q235的b=380-470MPa取450MPa；

k安全系数，一般取1.3； b弯曲件宽度。

r为弯曲半径，在此r=0.1t；

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第五工位F12.8 KN; 第六工位F12.8 KN; 第七工位F11.5 KN。 总冲压力F总Fi

i1nF总340KN

3.2.3 压力中心的确定

计算压力中心的坐标定在第一工位冲导正孔的中心，从排样图可看出图形沿x轴对称，所以y方向上的压力中心坐标为零。故只用计算x方向的压力中心。

XcFiXii1nn

Fii1Xc=75.21mm

即压力中心距第一工位冲导正孔中心偏左75.21mm。 卸料力的计算

在冲裁各工位中冲裁力F0302.24KN 卸料力F卸KF0

K卸料因数在此取0.05

F卸15.112 KN

3.2.4 冲裁间隙及凸凹模刃口尺寸计算

冲裁间隙值的选取对工件质量、冲裁力的大小、模具寿命都有显著的影响： 1.冲裁间隙对总裁件的质量的影响：

当间隙大时，材料所受拉伸作用增大，冲裁完毕后，因材料的弹性恢复，冲裁件尺寸向实体方向收缩，使落料件尺寸小于凹模尺寸，而冲孔件的孔径则大于凸模尺寸；当间隙小时，凸模压入板料接近于挤压状态，材料受凸、凹模挤压力大，压缩变形大，冲裁完毕后，材料的弹性恢复使落料件尺寸增大，而冲孔件的孔径则变小。

2.冲裁间隙对模具寿命的影响：

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因为总裁过程中，模具端面受到很大的垂直压力与侧压力，而模具表面与材料的接触面限在刃口附近的狭小区域，这就意味即使整个模具和板材的接触面之间产生局部附着现象，当接触面发生相对滑动时，附着部分便发生剪切而引起磨损-—附着磨损，这是模具磨损的主要形式。当模具间隙减小时，接触压力会随之增大，摩擦距离也随之增长，摩擦发热严重，因此模具磨损加剧，甚至使模具与材料之间产生粘着现象。而接触压力的增大，还会引起刃口的压缩疲劳破坏，使之崩刀。小间隙还会产生凹模胀裂，小凸模折断，凸、凹模相互啃刃等民常损坏，这些都是导致模具寿命大大降低。因此，适当增大模具间隙，可使凸、凹模侧面与材料间摩擦减小，并减缓间隙不均匀的不利因素，从而提高模具寿命。但间隙过大时，板料的弯曲拉伸相应境大，使模具刃品商面上的下面上在正压力增大，容易产生崩刃或产生塑性变形加剧，降低模具寿命。同时，间隙过大，卸料力会随之增大，也会加剧模具的磨损。所以选用合理的总裁间隙对于提高总裁制品的精度、模具寿命、减小冲裁力是至关重要的。

本冲压件电器前支架，并无较高尺寸精度要求，但应尽量少毛刺，选用较小的间隙。根据我国《冲裁隙指导性技术文件》，对１０钢在冲裁件断面质量、尺寸精度要求较高时，单面间隙c=3-7%，t=0.8mm ．取c=0.05mm【11】

冲切：各处凸模均为切边型凸模，类似于简单模中的冲孔，以凸模为基准设计．按级进模刃口设计原则，凸模基本尺寸以相应部分的名义尺寸为准．凹模尺寸以各相应部分单边放大一冲裁间隙c：0.05mm

冲裁间隙较大时会出现废料穿过板料而随凸模上升的现象，也会使脆性材料从凹模孔中高速穿过，以致危及操作者的安全。本套模具所使用的是Q235冷轧板，厚度1mm。冲裁间隙根据资料查得0.12mm 弯曲间隙值是指单边间隙工件精度要求较高时，弯曲间隙为1mm

3.2.5冲裁凸凹模刃口计算

模具的刃口尺寸精度是影响冲裁件尺寸精度的首要因素，模具的合理间隙值也要靠模具刃口尺寸及其公差来保证。丛生产实践中可以发现：

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Z 2Z=t 2

由于凸凹模之间存在间隙，使落下的料或冲出的孔都是带有锥度的，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小段端尺寸等于凸模尺寸。

在测量与使用中，落料件是以大端尺寸为基准，冲孔件以小端尺寸为基准。 冲裁时，凸、凹模要与冲裁零件或废料发生摩擦，凸模越磨越小，凹模越磨越大，结果使间隙越来越大。

由此在决定模具刃口尺寸及其制造公差时，需考虑下述原则：

落料件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时的尺寸由凸模尺寸决定。故设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上；设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取在凹模上。

考虑到冲裁中凸、凹模的磨损，设计落料模时，凹模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内较小的尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则应取工件孔的尺寸公差范围较大的尺寸。这样，在凸凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格零件。凸、凹模间隙则取最小合理间隙值。

确定冲裁刃口制造公差时，应考虑制件的精度要求。如果对刃口精度要求过高，会使模具制造困难，增加成本，延长生产周期；如果刃口精度要求过低，则生产出来的零件可能不合格，或是使模具的寿命降低。若零件没有标注公差，则对于非圆形件可按IT14级精度来处理，冲模则可以按IT11级精度制造；对于圆形件，一般可按IT6~7精度来制造模具

由此可知，落料制件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时孔的尺寸由凸模尺寸决定。故设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上；设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取在凹模上。本套模具各冲裁工位均为冲孔。凸凹模选用配合加工

根据凸模磨损情况可分为以下三类： 第一类是凸模磨损后增大尺寸（Ⅰ类）； 第二类是凸模磨损后减小尺寸（Ⅱ类）； 第三类是凸模磨损后不变尺寸（Ⅲ类）。

Ⅰ类： Aj(Amaxx)0

Ⅱ类： Bj(Bmaxx)0

Ⅲ类： Cj(Cmax0.5)

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Aj、Bj、Cj为基准件的尺寸；

Amax、Bmax、Cmax为相应的工件极限尺寸；

为工件公差；

为基准件制造偏差，当刃口尺寸公差标注形式为+（-）时，=0.25，当标注形式为+-时，=0.125。

第一工位成形侧刃考虑到加工时用线切割故尺寸标注在外轮廓如图3.3所示

图3.3 成形侧刃落料图

在成形侧刃的凸模尺寸中

Ⅰ类尺寸包括：D、G、K Ⅱ类尺寸包括：E、F、I

Ⅲ类尺寸包括：A、B、C、H、J、L 经计算得：

A=15

0.10

B=20

0.130

C=8

0.090

D=12.95

0.110

17

E=4.05

00.0900.06

F=2.03

G=19.94

0.130

H=2

0.0600

I=11.06

0.1

J=8

0.040

K=2.47

0.060

L=21

0.130

以上该零件的凹模刃口尺寸按上述凸模的相应部分配制，保证双面间隙值为0.12mm

第一工位的冲导正孔的凸模尺寸 导正孔直径为7mm，凸模直径D=6.95

0.090

第二工位中冲Φ2.4小孔 凸模直径D=2.37

0.0600.060

第二工位中冲Φ2.5小孔 凸模直径D=2.47第三工位中冲方孔 方孔长A=6.05

00.0900.06

方孔宽B=2.03

第三工位中冲长槽

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槽长A=20.07

00.13

槽宽B=2.03

00.06

第六工位冲腰形孔 圆半径R=17.05

00.1

宽B=33.2800.16

第八工位十字切断 槽长A=20.07

00.13

槽宽B=2.03

00.06

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第四章 模具设计

4.1模具结构

4.1.1 模具基本结构的确定 级进模结构设计有如下的要求：

(1)尽量选用成熟的模具结构或标准结构。

(2)模具具要有足够的刚性，以满足寿命和精度的要求 (3)结构应尽量简单、实用、耍只有合双的经济性。 (4)能方便地送料．操作要简便安全，出件容易。 (5)要考虑废科的处理。

(6)模具零件之间定位要准确可靠．连接要牢靠。 (7)要有利于模具零件的加工。 (8)模具结构与现有的冲压设备要协调。 (9)模具容易安装，易损件更换方便。 计设中各考虑要素，如表4.1所示

表4.1

项目 冲压过程 要素 材质，种类，特性，形状，精度 加工方法与过程，加工极限、工艺条件、材料的运动、成形工序，成形障碍，排样尺寸精度，外观、性能 材料定位 毛坯材料在X,Y,Z方向的运导正销，导向，切边，挡料销，动及与模具之间相对位置的浮顶器，推板，打板，误动作保持 检测 模具结构 与加工单元的关系 模具类型。模板类型，模板结与毛坯材料的运动的关系 构，鞋料螺钉的使用方法，挡凸凹模关系的保持 料销 确保模具刚性的方法 挡料销 安装与安模具在冲床上的安装与送料行程、送料线高度，夹持方法，全 机构的关系与模具维护的关模具的起吊。模具的大小，外系 形、模具的装配、分离、调整搬运、保养、安全对策 及防止危险的对策

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内容 毛坯材料 ↓ 加工方法及工艺问题 ↓ 产品

从级进模设计结构的原则上综合考虑，模具具体结构则如图4.1所示,采用标准滑动导向模架,模板分为5块,分别是凸模固定板、凸模垫板、卸料板、成形凹模、、凹模及凹模固定板。其中凸模固定板和凸模垫板及卸料板固定在上模具座上，成形凹模和凹模及凹模固定板固定在模具下模座上。

在模具工作过程中，由于部分冲孔凸模细小,故卸料板又兼作凸模导向板,因此在卸料板与固定板之间还安装了导向装置,卸料板与固定板的平行度由卸料螺钉的台阶长度保证。在折弯成形中,凸模行程为8mm,这样卸料板的压缩量也是8mm,为了保证卸料橡胶有足够的变形量,橡胶布置在垫板四周的上模板与卸料板之间,平衡了模具各处的受力，采用这种弹性卸料的好处是能保证工件的精度。在两处精度要求较高的凹模具下，安装弹顶销，它的作用在于每次成形后将工件顶出，以免造成成形过程中工件的底面不平，而使工件继续推进或推进有困难。由于凹模包括了冲裁和成形,工位比较多,为了保证制造精度、模具强度和维护使用方便,各工位凹模设计采用了可分可合的原则。即凹模都采用螺栓、销钉固定，若要更换凹模只需将要更换的那部分凹模镶块更换掉，节省了时间，更换和维护方便。

针对技术要求中各弯曲成形角误差须小于±30′的问题,考虑到零件成形位置尺寸小,模具结构上不方便设置整形机构等情况,为保证图纸要求,在设计成形凸、凹模时开设了相应的成形后角,并严格控制成形凸、凹模之间的间隙,以保证成形角度达到要求。

模具的上模座连接的是高速冲床以保证模具冲小孔或方槽时的精度，模具重要的零件部分，在加工时应进行热处理用以保证其在工作过程中的精度。由于该模具工作过程是高速运行的状态，因此模具上的易损坏零件应经常进行保养和维修，对于已损坏的零件应当及时更换，以免对模具的其他零件造成损伤。

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图4.1模具结构图

4.1.2 凸模结构及安装

根据零件精度及排样图,决定冲裁凸模单个制造,然后用适当方法固定在凸模固定板中，一般为凸模的台阶设计得与凸模固定板的厚度一样高，在凸模的后面、即在上模垫板和上模座的对应位置上钻一个小孔，然后用凸模盖板盖住凸模，再利用螺钉将凸模盖板与凸模固定板联接。第4、5工位的成形凸模做成整体式,第4工位成形时,因凸模呈W形,条料不会卡在上、下模上,因而不需设置弹顶卸料装置;第5工位因是成形U形,并要求在行程终了时镦死整形(减少成形后的回弹),固凸、凹模是在零间隙或负间隙下成形,因此成形后条料一定会包在凸模上,为了保证条料顺利脱模,在凸模上设置了2个弹顶销。其他成形凸模做成分体镶拼式,采用镶拼式有利于卸料板预压料和卸料,并保证成形制件的平整和尺寸精度。

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4.1.3 凹模结构及安装

为了使条料在冲裁时始终保持在一水平上,弯曲成形保持在另一个水平上,两者高差为7.5mm。凹模的设计制造有以下几种方案:

(1)

凹模采用整体制造。该方案机械加工余量很大,平面磨削也不方便,成形模块向上凸起,且成形模块磨损后不可修复,必须整块凹模更换。

(2)

凹模仍采用整体制造,成形模块的凸起部分(高7.5mm部分)另外制成镶件,嵌入凹模孔中,该方案加工工艺性比较好,工件冲裁工艺性也比较好,但工位比较多,假若某一个工位出一点问题,仍会导致整块模板更换。

(3)

把1~3工位的冲裁凹模制成一体,有利于保证凹模强度和步距精度,第4工位的成形凹模因形状比较复杂,单独制成1件,第5~8工位的切废料部分和成形部分做成一个整体,这样可保证冲裁部分的强度,第5工位的成形模块做成镶块,磨损后便于更换(或调整间隙),第6~7工位的成形模块是凸模,磨损很小,因此和凹模做成一体,这样可减少因镶件太多而增加的制造工作量,同时又能保证相对位置精度。安装在下模板上的凹模由3件组成,为了保证3件在同一条轴线上,外形线切割时应割出相应的定位键,以利于安装和调试。

本设计选用的是第三套方案以快速更换冲裁凹模镶块,因为凹模(尤其冲裁凹模)是易损件，需经常更换，所以该级进模设计的凹模镶块外侧不带台阶。更换凹模时，用一个销钉从下模垫板的废料漏孔将凹模镶块从固定板内顶出，不必拆卸联接固定板的螺钉和销钉，有时还无需将模具从高速冲床上卸下，因此更换凹模速度快，而且可保证模具的重复装配精度，提高模具的使用寿命。因为卸料板能弹性压料，所以在生产过程中不带台阶的凹模镶块不会从下模固定板中形跳出。

4.2 抬料机构及其行程的确定

从第4工位条料成形开始,条料已不是一块平整的板料,因此给送料带来困难。为使送料平稳和成形顺利,必须设置抬料机构,冲裁工位共设置了4个抬料销,

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成形工位设置了6个抬料销,抬料行程为8mm。

4.3 冲压设备的选择

4.3.1 计算冲裁力的目的

其目的是为了合理地选用冲床和设计模具，冲床的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。

4.3.2 冲裁力的计算

一般情况下，冲裁力按以下公式计算： F=1.3tLk 其中： F=冲裁力（N） t=加工材料厚度（mm）

L=冲裁轮廓的周长（mm） k=材料的抗剪强度（MPa） 冲裁轮廓周长的计算： L1=128mm L2=18.86mm L3=168.04mm

L4=54mm

L=L1+L2+L3+L4 =369mm

各L长由AUTOCAD的二次开发软件计算出来. F=1.33690.8k=115KN 压料力的计算:

压料力的计算式:Fu=FK1 =45450.860.13=5908.61KG 4.3.3 推件力和卸料力的计算:

一般情况下,冲裁件从板料切下后,径向因弹性变形而扩张,板料上的孔则沿径向发生弹性收缩。同时，冲下的零件与余料还要力图恢复弹性弯曲。这两种弹性恢复的结果，会使落料梗塞在凹模内，而冲裁后剩下的板料则箍紧在凸模上。因此，须要计算卸料力和推件力.

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卸料力：从凸模上将零件或废料卸下料所需的力称卸料力。 推件力：从凹模内顺着冲裁方向把零件或废料从凹模腔顶出的力称推件力。

推件力：F1=nK2F 卸料力：F2=K3F 其中： F----冲裁力；

n----同时梗塞在凹模内的零件数； K2、K3----推件力、卸料力系数；

对于连续模具结构，为了使条料能顺利通过，废料采用下出料方式。所以：采用弹性卸料装置和下出料方式的总冲裁力的计算方式为：

F0=F+F1+F2

F1=0.05115000=5.8KN

F2=0.16115000=18KN

F0=140KN

4.3.4 校正弯曲力计算:

板料经自由弯曲阶段后,开始与凸、凹模表面全面接触，此时，如果凸模继续下行，零件受到模具挤压继续弯曲，弯曲力急剧增大，称为校正弯曲。由于弯曲冲头折弯部分的半径为1.3t,校正弯曲后材料会变薄.校正弯曲的目的：在于减少材料回弹，提高弯曲质量。

校正弯曲计算式： F教=AP

其中： A----弯曲件校正部分在受力方向上的投影面积，单位为mm2 p----单位校正力 p取100MP

A=A1 +A2 +A3

F教=6031N

F拉深 =3.14d1tobK1

得F拉深=14195N

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得F=172KN

4.3.5 关于压力中心的计算

由于级进模在安装时，用的是装夹槽装夹，而不需要用模柄，故一般不需要计算压力中心，只是在排样设计时，尽量使冲裁力和弯曲力分布均匀。

4.4 冲压设备的选用

冲压设备的选用原则:

（1）压力机的行程大小，应该能保证成行零件的取出与毛坯的放进，例如拉深所用压力机的行程，至少应大于成品零件高度的两倍以上。

（2）压力机工作台面的尺寸应大于冲模的平面尺寸，且还须留有安装固定的余地，但是过大的工作平面上安装小尺寸的冲模对工作台的受力是不利的。压力机工作台面的尺寸大于压力机滑块底面积, 压力机滑块底面积必须大于模具的尺寸,所以只须考虑压力机滑块底面积的大小。

（3）所选的压力机的封闭高度应与冲模的封闭高度相适用。

模具的闭合高度H0是指上模在最低的工作位置时，下模板的底面到上模板的顶面的距离。压力机的闭合高度H是指滑块在下死点时，工作台面到滑块下端面的距离。大多数压力机，其连杆长短能调节，也即压力机的闭合高度可以调整，故压力机有最大闭合高度Hmax和最小闭合高度Hmin。

设计模具时，模具闭合高度H0得数值应满足下式 Hmax-5mm≥H0≥Hmin+10mm

无特殊情况H0应取上限值，即最好取在：H0≥Hmin+1/3L，这是为了连杆调节过长，罗纹接触面积过小而被压坏。如果模具闭合高度实在太小，可以在压床台面上加垫板。

（5）冲压设备的吨位必须大于所计算的冲压力； 根据以上原则选:定400KN压力机,相关参数如下: 公称压力 400KN 发生公称压力时滑块离下死点距离 7mm 滑块行程 100mm 标准行程次数 80/min

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最大封闭高度 300mm 封闭高度调节量 80mm 工作台尺寸（左右） 630mm 工作台尺寸（前后） 420mm

4.5 模具强度的效核

由于本模具冲裁力小,各凸模都不得设计成台阶状.加上卸料板下端对各凸模的导向作用.经计算各凸模的尺寸均能满足刚度和强度要求。

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设 计 小 结

在当今，工业的迅速发展，其中各种精度要求较高的冲压零件数量日益增多，追求产品价格及质量十分剧烈，采用先进的多工位级进模是一项行之有效的最佳途径，它既提高制件质量及生产率，又可减少设备投资和模具费用，从而明显降低了产品成本，经济效益显著。

由于在模具设计制造前,对零件结构工艺和材料的成形性能做了一些准备工作,因此模具投入生产后使用正常,产品质量符合图纸要求。只是在使用时间长了以后,因成形侧刃的磨损,使工件外形有一点毛刺,后把侧刃形状稍作修改,解决了毛刺问题,工作情况良好。

通过对零件的综合分析,决定采用一出二,两件对排的排样方案。上、下模固定板具有高精度、长寿命。可快速更换凸模和凹模镶块，并且重复装配精度高，可延长模具的使用寿命。

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致 谢

本毕业设计选题难,结构比较复杂.在规定的时间内完成从模具装配.结构及零件的设计.除了自己的努力外,更多的是要感谢各位老师在我设计过程中对我的指导.

在此,我要感谢我的指导老师韩玉坤老师和鑫盛机床厂的工程师们,他们的指导,让我修正了设计中一个又一个的错误,更重要的是我从中学到了很多东西,这些在原来学过的教材中是无法找到了,这些也是我以后工作中很宝贵的财富.

在此期间，韩玉坤老师每个星期都要给我们组的同学讨论设计进展情况，布置下一星期的新任务，指导我们设计中应该注意的问题，避免使我们再重复上几届学长走的弯路，使我们节约了许多设计的时间和经费。韩玉坤老师带领我们参观了模具室。

模具具体的生产过程以及各个部件的材料和工艺方法有了大体的了解，增强了我们对模具的认识，使我们从近几个星期的笼统印象中跳出来，终于知道该如何下手开始设计了。

在设计期间，我又重新巩固了自己CAD画图，手工绘图的能力，以及WORD文档的操作能力，并且学到了网上查阅文献资料以及翻译外文资料的方便快捷的方法，这对自己以后的论文写作以及工作都有很大的帮助。

我的本科毕业设计要感谢指导老师韩玉坤老师的精心指导及鑫盛机床厂工程师们的热心指点，还要感谢和我在一组的同学,在做毕业设计期间,我们共同讨论,互相帮助,才能使我的设计最终完成。

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