側(cè)板扣件彈片多工位級進模設(shè)計【沖壓模具設(shè)計稿】

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側(cè)板扣件彈片成形工藝與級進模設(shè)計 摘要：本文闡述了采用多工位級進模生產(chǎn)的可能性，分析了-側(cè)板扣件彈片多工位級進模 的成形工藝及特點。詳細(xì)對比了零件的幾種排樣方案和沖切刃口的設(shè)計，列舉了利用軟 件對零件的毛坯進行展開、沖壓工藝的計算以及凸模強度的校核等過程；本文所介紹的 級進模共有 10 個工位，是一副集多個工序為一體的模具，其成形的工序主要包括沖裁、 成型、彎曲等；為了保證模具在工作時不干涉，在設(shè)計時應(yīng)予以綜合考慮；在文章的最 后簡單的介紹了級進模材料的選用及熱處理并且詳細(xì)列出了壓力中心的計算過程。 關(guān)鍵詞：級進模；排樣；模具設(shè)計 Side panel fasteners shrapnel forming technology and progressive die design Abstract: This paper describes the possibility of using multi-position progressive die production, analysis of the - side panels fasteners shrapnel multi-position progressive die forming technology and features. Detailed comparison of the parts of several nesting programs and cutting edge design, citing the use of software parts rough commence the calculation of the stamping process and punch strength check process; described in this article Progressive Die from 10-position, is a set of a plurality of processes as one of the mold, the step of forming including punching, forming, bending, etc.; in order to ensure that the mold is of non- interference in the work, should be designed considering; the end of this article a brief introduction of the progressive die material selection and heat treatment and sets out in detail the calculation of the center of pressure. Key words: progressive mode; nesting; mold design 目 錄 前 言 ......................................................................1 1 側(cè)板扣件彈片介紹及沖壓工藝性分析 .........................................3 1.1 側(cè)板扣件彈片零件圖的繪制 ..............................................3 1.2 側(cè)板扣件彈片工藝設(shè)計 ..................................................3 2 排樣設(shè)計 .................................................................7 2.1 概述 ..................................................................7 2.2 毛坯排樣 ..............................................................7 2.2.1 毛坯排樣 ..........................................................7 2.2.2 搭邊 ..............................................................8 2.2.3 步距 ..............................................................9 2.2.4 條料的寬度 ........................................................9 2.2.5 材料利用率 .......................................................10 2.3 沖切刃口設(shè)計 .........................................................10 2.4 輪廓分解時分段搭接頭應(yīng)注意的問題 .....................................10 2.5 工序排樣 .............................................................11 2.5.1 工序排樣類型 .....................................................11 2.5.2 載體設(shè)計 .........................................................11 2.5.3 條料定位方式 .....................................................11 2.6 工序排樣 .............................................................12 2.7 條料尺寸及步距精度 ...................................................13 3 工藝計算和設(shè)備選擇 ......................................................15 3.1 沖壓力的計算 .........................................................15 3.2 成型力的計算 .........................................................16 3.3 彎曲力的計算 .........................................................17 3.4 總沖裁力的計算 .......................................................17 3.5 卸料力的計算 .........................................................17 3.6 卸料樹脂的選用 .......................................................18 3.7 確定壓力中心 .........................................................19 3.8 凸、凹模刃口尺寸的計算 ...............................................19 3.8.1 凸、凹模刃口尺寸的計算原則 .......................................19 3.8.2 刃口尺寸計算方法 .................................................19 3.9 彎曲模的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .....................................................21 3.10 設(shè)備的選擇 ..........................................................22 3.10.1 完成各種工序所需的壓力 ..........................................22 3.10.2 壓力機的校核 ....................................................22 4 模具設(shè)計 ................................................................24 4.1 模具結(jié)構(gòu)概要設(shè)計 .....................................................24 4.1.1 模具基本結(jié)構(gòu)形式 .................................................24 4.1.2 模具基本尺寸 .....................................................24 4.1.3 模架的選定 .......................................................25 4.2 模具工作零件設(shè)計 .....................................................25 4.2.1 模具零件的連接 ...................................................25 4.2.2 模板類零件的連接 .................................................25 4.3 卸料機構(gòu)的設(shè)計 .......................................................26 4.3.1 卸料板的安裝形式 .................................................26 4.3.2 小導(dǎo)柱、小導(dǎo)套 ...................................................26 4.4 導(dǎo)料與定距機構(gòu) .......................................................27 4.4.1 導(dǎo) 料 裝 置 ........................................................27 4.4.2 定距裝置 .........................................................28 4.5 安全機構(gòu)設(shè)計 .........................................................28 4.6 側(cè)板扣件彈片模具非成型零件的設(shè)計 .....................................29 4.7 模具零件選材 .........................................................29 4.8 側(cè)板扣件彈片模具裝配圖 ...............................................31 4.8.1 模具的工作原理 ...................................................31 4.8.2 模具閉合狀態(tài)時的結(jié)構(gòu)圖 ...........................................32 5 級進模制造 ..............................................................33 5.1 級進模零件加工工藝 ...................................................33 5.2 級進模裝配技術(shù) .......................................................34 結(jié)論 ......................................................................35 致 謝 ....................................................................36 參考文獻 ..................................................................37 側(cè)板扣件彈片成形工藝與級進模設(shè)計 1 前 言 模具作為特殊的工藝裝備，在現(xiàn)代制造業(yè)中越來越重要。有了模具，企業(yè)有可 能向社會提供品種繁多、質(zhì)優(yōu)價廉的商品，滿足人們?nèi)找嬖鲩L的多方面的消費需要。 有了模具，人們的衣、食、住、行，可直接或間接地變得豐富多彩。說得具體一點， 人們?nèi)粘＝佑|到的如：汽車、手表、手機、電話、電腦、空調(diào)傳真機、復(fù)印機、彩 電、冰箱、照相機、兒童玩具等，可以說一切用品，大到飛機、輪船、火車、火箭， 小到一根縫衣針，都離不開模具加工或生產(chǎn)其中某個零件。模具的廣泛應(yīng)用，不僅 得到了人們普遍的認(rèn)識，同時，模具水平的高低，關(guān)系到現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展與進步， 關(guān)系到經(jīng)濟建設(shè)的速度。大力提高制造模具水平，是提升模具技術(shù)檔次的關(guān)鍵。 沖模按其功能和模具結(jié)構(gòu)，有單工序模、復(fù)合模和級進模之別。它們都是借助 壓力機，將被沖的材料放入凸、凹模之間，在壓力機的作用下使材料產(chǎn)生變形或分 離，完成沖壓工作。 單工序模，指在壓力機的一次行程中，完成一道沖壓工序的沖模。 復(fù)合模，指模具只有一個工位，并在壓力機的一次行程中，完成兩個或兩個以 上的沖壓工序的沖模。 級進模，又稱跳步模、連續(xù)模和多工位級進模。指模具上沿被沖原材料的直線 送進方向，具有至少兩個或兩個以上工位，并在壓力機的一次行程中，在不同的工 位上完成兩個或兩個以上沖壓工序的沖模。常見的沖壓工序有（圓孔和異形孔、窄 縫、窄槽等） 、壓彎（一次壓彎和多次壓彎） 、拉深、再拉深、整形、成形、落料等。 由于沖件各不相同，所完成的沖壓工序和工位數(shù)也各不相同，內(nèi)容非常豐富。其所 用的模具在統(tǒng)稱級進模的前提先，一般用制件名稱或多少工位加制件名稱冠在級進 模的前面，以此稱呼其不同的級進模，如簧片級進模、10 工位簧片級進模等。 級進模在過去，因技術(shù)水平的限制，工位數(shù)相對較少，35 個常見，10 個工 位就算多了，10 個工位以上的就很少見了，所以多工位這個詞過去很少聽到。近年 來由于對沖壓自動化、高精度、長壽命提出了更高的要求，模具設(shè)計與制造高新技 術(shù)的應(yīng)用與進步，工位數(shù)已不再是限制模具設(shè)計與制造的關(guān)鍵，從目前了解到的情 況，工位間步距精度可控制在3m 之內(nèi)，工位數(shù)已達(dá)幾十個，多的已有 70 多個。 沖壓次數(shù)也大大提高，有原來的每分鐘沖幾十次，提高到每分鐘沖幾百次，對于純 沖裁高達(dá) 1500 次/min（帶彎曲的加工 500600 次 /min） ，級進模的重量亦有過去的 幾十公斤增加到幾百公斤，直至上噸。沖壓方式有早期的手工送料、手工低速操作， 發(fā)展到如今的自動、高速、安全生產(chǎn)。調(diào)整好后的模具在有自動檢測的情況下實現(xiàn) 無人操作。模具的總壽命由于新材料的應(yīng)用和加工精度的提高，也不是早先的幾十 側(cè)板扣件彈片成形工藝與級進模設(shè)計 2 萬次，而是幾千萬次，上億沖次。當(dāng)然級進模的價格和其它模具相比要高一些，但 在沖件總成本中，模具費所占的比例還是很少很少。 由此可見，多工位級進模是當(dāng)代沖壓模具中生產(chǎn)效率最高、最適合大量生產(chǎn)應(yīng) 用，已越來越多地被廣大用戶認(rèn)識并使用的一種高效、高速、高質(zhì)、長壽的實用模 具。 側(cè)板扣件彈片成形工藝與級進模設(shè)計 3 1 側(cè)板扣件彈片介紹及沖壓工藝性分析 1.1 側(cè)板扣件彈片零件圖的繪制 側(cè)板扣件彈片二維零件圖 利用 AutoCAD 繪圖軟件繪制如圖 1.1 所示的二維零件圖。 圖 1.1 零 件 二 維 圖 1.2 側(cè)板扣件彈片工藝設(shè)計 1.零件的簡單介紹 側(cè)板扣件彈片是大眾系列轎車零部件的一個護罩，尺寸精度要求較高，所用材 料為 SECC,材料厚度為 0.8mm。零件的主體形狀為長方形形，切邊以后一邊成對不 稱彎曲，根據(jù)零件的形狀特點，零件需要切邊、沖孔、成型、彎曲等工序才能完成。 零件的技術(shù)要求為沖裁斷面整齊、邊緣無毛刺和倒圓、允許外輪廓上的接刀口存在， 特別是成形后要求角度為 90，為典型的 90彎曲件，該零件生產(chǎn)批量適中，要 求設(shè)計級進模結(jié)構(gòu)。 側(cè)板扣件彈片成形工藝與級進模設(shè)計 4 180l 2.確定零件的基本沖壓工序 圖 1.1 所示零件為一圓形帶孔彎曲件，其沖壓工序分析如下： (1) 毛坯落料 (2) 沖孔及切邊 (3) 彎曲 3.毛坯展開 按照彎曲毛坯展開的原則進行計算，圖 1.3 為該零件毛坯展開的二維圖 圖 1.3 展 開 毛 坯 圖 該零件的主要成形工序有：沖裁、成型、彎曲，沖裁和成型在零件的毛坯展開 中可不予考慮，故毛坯展開時只須考慮彎曲部分，該零件的彎曲部分圓角半徑滿足 ，這類彎曲件的展開長度是根據(jù)彎曲前、后中性層長度不變的原則進行計算/2rt 的。其展開長度等于直線部分的長度和彎曲部分中性層展開長度之和。具體計算步 驟如下： (1)計算出各直線段的長度。 (2)根據(jù) ，查出中性層位移系數(shù) X 的值。/rt (3)計算中性層彎曲半徑。 (4)根據(jù) 、 與彎曲中心角 、 計算 、 弧的展開長度：12121l2 (5)計 算 毛 坯 總 長 度 12nlabll (1.1) (1.2) 側(cè)板扣件彈片成形工藝與級進模設(shè)計 5 考慮到采用傳統(tǒng)的方法進行沖壓工藝的計算耗時耗力，特別是查表的過程比較 煩瑣，本次畢業(yè)設(shè)計中將借助軟件來完成沖壓工藝的計算，圖 1.4 和圖 1.5 分別為 用軟件計算該零件彎曲內(nèi)側(cè)半徑為 0.8mm 的過程： 圖 1.4 r=0.8mm 的彎曲部分和直邊長度為 13.4mm 的展開總長度 圖 1.5 r=0.8mm 的彎曲部分和直邊長度為 15.8mm 的展開總長度 經(jīng)計算，彎曲部分展開的總長度 =15.8mmLL總 直 邊 彎 曲 側(cè)板扣件彈片成形工藝與級進模設(shè)計 6 3. 分析零件沖壓工藝性 圖中零件尺寸未注公差的按慣例取為 IT12 級，符合一般級進沖壓的經(jīng)濟進度 要求。材料為 SECC，該鋼種具有低碳（絕大多數(shù)鋼 ） 、高鉻0.12%c （ 17% 25%）和較高鎳（ 8%29%）的成分特點。此類鋼具有最佳的CrNi 耐蝕性，但相應(yīng)地價格也較高。Ni 的存在使得鋼在室溫下為單相奧氏體組織，這不 僅可以進一步改善鋼的耐蝕性，而且還賦予了優(yōu)良的低溫韌性、高的加工硬化能力、 耐熱性和無磁性等特性，其冷塑性加工性和焊接性能較好。外形落料形狀不太復(fù)雜， 屬中小尺寸零件，料厚 0.8mm，尺寸精度要求一般，因此可用沖裁落料工藝；所沖 孔徑分別為 5mm、5.5mm、6mm 滿足 的要求，所沖裁的圓角半徑 R 的最小1.3dt 值也滿足要求，且孔邊距離較大，因此可用普通沖孔方法得到，亦可安排在彎曲前 沖；圖示有兩個彎角，兩邊呈不對稱彎曲，彎曲內(nèi)側(cè)半徑分都是 0.8mm，經(jīng)查表該 種材料在退火或正火后的最小彎曲半徑為 1t，均大于最小彎曲半徑，每個彎角都可 以一次彎曲成功；綜上所述，該零件主要沖壓工序的工藝性良好。 4.擬訂沖壓工藝方案 該零件所需要的基本沖壓工序為切邊、沖孔、成型、彎曲，可擬訂出如下三種 工藝方案： 方案一：用簡單模進行加工，即落料沖孔成型切邊彎曲內(nèi)側(cè)彎曲外 側(cè)； 方案二：用復(fù)合模進行加工，即首次沖孔落料復(fù)合，成型與切邊復(fù)合，四個角 一起彎曲； 方案三：采用級進模沖制。 采用方案一，生產(chǎn)率低，工件尺寸的積累誤差大，操作不方便，不安全。因此 該方案不適合。 采用方案二，生產(chǎn)效率較方案一有所提高，但仍需多副模具，分多次加工且模 具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此這種方案不是最佳方案。 采用方案三，既可以得到較高的生產(chǎn)效率，又避免了操作不便、不安全，同時 又能保證工件的精度要求，因此方案三是本零件成形的最佳方案。 側(cè)板扣件彈片成形工藝與級進模設(shè)計 7 2 排樣設(shè)計 2.1 概述 排樣是模具結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要依據(jù)，排樣圖的好壞，直接關(guān)系到模具設(shè)計。排樣 圖設(shè)計有錯誤，會導(dǎo)致制造出來來的模具無法沖出合格制件而將整副模具報廢，對 于初次實踐多工位級進模的設(shè)計人員來說，這種體會往往是非常深刻的，永遠(yuǎn)不會 忘記。因此，在進行多工位級進模排樣設(shè)計時，一定要仔細(xì)、反復(fù)思考后，可以確 定幾種不同方案，進行分析比較，與有經(jīng)驗的模具工作者多研討，得出一個最優(yōu)化 的方案才能使用。 多工位級進模的排樣設(shè)計，與單工序模的排樣設(shè)計相比要復(fù)雜得多。 在一副級進模里，因沖的制件不同，各工位就有不同的沖壓工序，如沖切、一 次壓彎、二次壓彎、再次壓彎、壓包、成型等，每個工位的沖壓性質(zhì)都須遵守一定 的規(guī)則，合理分布，違背了就沖不出合格制件，所以必須要求具有豐富實踐經(jīng)驗和 較高沖壓理論知識的設(shè)計人員，才能設(shè)計好排樣。排樣的設(shè)計過程中，還要善于與 模具制造和模具用戶隨時交流，保持緊密合作。這樣，即使是一副工位數(shù)較多，排 樣又較為復(fù)雜的級進模，但由于考慮周密，各工位安排合理，使沖壓過程通暢無阻， 模具的制造、操作使用與維護都很方便，對于這樣的排樣設(shè)計就是最成功的。 2.2 毛坯排樣 毛坯排樣就是確定沖壓件毛坯外形在條料上的截取方位及與相鄰毛坯的關(guān)系。 毛坯排樣方案對材料的利用率、沖壓加工的工藝性以及模具結(jié)構(gòu)和壽命等有著顯著 的影響。據(jù)統(tǒng)計，在沖壓件的成本中，材料費所占比例在 60%以上。因此，合理排 樣對提高材料利用率、降低產(chǎn)品成本具有重要意義。 2.2.1 毛坯排樣 典型的毛坯排樣有如下三種，如圖 2.1 所示。 (a) 側(cè)板扣件彈片成形工藝與級進模設(shè)計 8 (c) 圖 2.1 毛 坯 排 樣 第一種方案要求的條料寬度較小，模具寬度也小，但模具長度會較長，彎曲部 分在彎曲前的切邊量也比較大，由于該制件的成形高度比較大，初步擬定采用導(dǎo)料 桿進行導(dǎo)料，該方案彎曲部分兩邊切邊量比較大，條料兩側(cè)變形比較嚴(yán)重，由于導(dǎo) 料桿對條料的送料導(dǎo)向?qū)儆邳c接觸間斷性的，所以對條料的寬度精度和兩側(cè)的平直 度要求較高且導(dǎo)料桿易和沖裁凸模具發(fā)生干涉。 第二種方案較第一種方案更易于實現(xiàn)復(fù)雜彎曲工序，而且送進步距小，有利于 提高生產(chǎn)效率，但該種方案是以毛坯的最大輪廓為橫向排樣的，條料比較寬，此方 案材料浪費較嚴(yán)重，不能做到經(jīng)濟生產(chǎn)。 第三種方案為斜排，將制件旋轉(zhuǎn)一定的角度，是材料的利用率達(dá)到最大化，送 進步距相對一、二兩種方案來得更少，條料寬度也較小，經(jīng)綜合考慮，擬選用第三 種方案。 2.2.2 搭邊 搭邊是指排樣時毛坯外形與條料側(cè)邊及相鄰毛坯外形之間設(shè)置的工藝余料。搭 邊的作用是保證毛坯從條料上分離，補償由于定位誤差使條料在送進過程中產(chǎn)生的 偏移所需要的工藝余料。搭邊分為側(cè)搭邊和中心搭邊。搭邊的基本要求是要有足夠 的強度，而搭邊的強度主要由搭邊寬度決定。 根據(jù)第三種排樣方案，初步選用單側(cè)載體進行運載條料，雙載體又稱標(biāo)準(zhǔn)載體， 它是在條料兩側(cè)分別留出一定寬度的材料運載工序件，雙載體比單載體更穩(wěn)定，具 有更高的定位精度。單載體尺寸如圖 2.2 所示。 (b) 側(cè)板扣件彈片成形工藝與級進模設(shè)計 9 圖 2.2 單 、 雙 載 體 尺 寸 根據(jù)上表所提供的數(shù)據(jù)選取 B=3mm，初定整副模具定位方式為送料機與導(dǎo)正 銷混合使用，經(jīng)查表可以得出送料機切去的余料寬度,根據(jù)條料厚度查得送料機切邊 量為 2mm；綜上所述，該種排樣的側(cè)搭邊一側(cè)為 3。7mm，一側(cè)為 4.4mm。 2.2.3 步距 步距指沖壓過程中條料每次向前送進的距離，其值為排樣時沿送進方向兩毛坯 之間的最小距離值。步距可定義為: S=L+a s沖裁步距 L沿條料送進方向，毛坯外形的最大寬度值 a沿送進方向的搭邊值 如排樣時方案三所述，即使沖裁步距等于毛坯外形輪廓的最大寬度值即 33.3mm；由于彎曲部分切邊量比較大，兩彎曲對頭部分仍有較大的搭邊值，最終確 定沖裁步距 S=37mm。 2.2.4 條料的寬度 條料寬度指根據(jù)排樣結(jié)果確定的毛坯所需條料寬度方向的最小尺寸。理論上條 料寬度可按下式計算： (2.1) 側(cè)板扣件彈片成形工藝與級進模設(shè)計 10 2BDb B條料寬度的理論值 D垂 直 于 送 進 方 向 毛 坯 的 最 大 輪 廓 尺 寸 ， 它 隨 毛 坯 排 樣 方 位 變 化 B側(cè) 搭 邊 值 本 設(shè) 計 中 B=75.1+3.7+4=82.8mm。 2.2.5 材料利用率 材料利用率定義為 A代表產(chǎn)品毛坯外形所包容面積； B代表條料寬度； S代表沖裁步距； 2.3 沖切刃口設(shè)計 在級進模設(shè)計中，為了實現(xiàn)復(fù)雜零件的沖壓或簡化模具結(jié)構(gòu)，一般總是將復(fù)雜 的外形和內(nèi)形孔分幾次沖切。沖切刃口外形的設(shè)計就是把復(fù)雜的外形輪廓和內(nèi)形輪 廓分解為若干個簡單幾何單元，各單元又通過組合和補缺等構(gòu)成新的沖切輪廓的工 藝設(shè)計過程。 由于零件的一端有彎曲，因此在彎曲之前必須將帶彎曲的部分與條料分離，而 其余部分又必須與條料相連，以保證實現(xiàn)級進沖壓，因此設(shè)計的外形沖切刃口如圖 2.3 所示。 圖 2.3 外 形 沖 切 刃 口 設(shè) 計 (2.2)10%S (2.3)3215.60%073.2%7ABS 側(cè)板扣件彈片成形工藝與級進模設(shè)計 11 2.4 輪廓分解時分段搭接頭應(yīng)注意的問題 內(nèi)外輪廓分解后，各段之間必然要形成搭接頭，不恰當(dāng)?shù)姆纸鈺?dǎo)致搭接頭處 產(chǎn)生毛刺、錯牙、尖角、塌角、不平直和不圓滑等質(zhì)量問題。 該零件在刃口分解時，有一部分直邊是分兩次沖切而成的，這就帶來一個問題， 兩次沖切刃口平行、共線，但不重疊。平接在搭接頭容易產(chǎn)生毛刺、錯牙、不平直 等質(zhì)量問題，直邊分二次沖切時，為消除搭接頭處的毛刺，在第二次沖切的搭接頭 處用退位槽，第一次先沖出退位槽，第二次在接頭處重疊沖切，即想辦法將平接轉(zhuǎn) 化為交接，本次設(shè)計中，為了保證產(chǎn)品邊緣無毛刺和倒圓，產(chǎn)品直邊分兩次沖切的 部分在第一次沖切的工位上均設(shè)計了用于沖切退位槽的刃口。 2.5 工序排樣 2.5.1 工序排樣類型 根據(jù)零件的沖壓要求，由于含有彎曲工序，所以本零件的沖壓不適用選落料型 工序排樣?？紤]到零件最后沖壓完成后出件，選切型工序排樣。 2.5.2 載體設(shè)計 載體就是級進模沖壓時條料上連接工序件并將工序件在模具上穩(wěn)定的送進部分 材料，載體與毛坯排樣時的搭邊有相似之處，但作用完全不同。搭邊是為滿足把工 件從條料上沖切下來的工藝要求而設(shè)置的，而載體是為運載條料上的工序件至后續(xù) 工位而設(shè)計的。載體必須要有足夠的強度能平穩(wěn)的將工序件送進。一旦載體發(fā)生變 形，條料的送進精度就無法保證，甚至阻礙條料送進和造成事故，損壞模具。 為了保證彎曲過程中工序件的準(zhǔn)確位置，選擇雙載體，載體寬度為 3mm。 2.5.3 條料定位方式 由于多工位級進模將產(chǎn)品的沖壓加工工序分布在多個工位上順次完成，要求前 后工位上工序件的沖切刃口能準(zhǔn)確的銜接、匹配，這就要求工序件在每一工位都能 準(zhǔn)確定位，因此級進模必須有可靠準(zhǔn)確的手段用于工序件準(zhǔn)確位置的控制。 X 向：條料送進方向的送進步距控制用送料機進行粗定位，導(dǎo)正銷進行精定位。 為了確保送料機定位精度，選用帶有導(dǎo)向的送料機。 Y 向：本零件涉及的彎曲工序，采用的浮頂機構(gòu)工作可靠協(xié)調(diào)，所以直接采用 槽式浮頂銷兼寬度方向的導(dǎo)料。 側(cè)板扣件彈片成形工藝與級進模設(shè)計 12 Z 向：由于工序件在加工過程中有彎曲工序，所以本設(shè)計中零件沖壓過程采用 單側(cè)浮頂銷。 導(dǎo) 正 方 式 ： 為 了 保 證 零 件 上 孔 的 精 度 ， 采 用 間 接 導(dǎo) 正 。 導(dǎo) 正 孔 布 置 在 兩 側(cè) 的 載 體 上 。 導(dǎo) 正 孔 直 徑 取 4.0mm。 2.6 工序排樣 在多工位級近模沖壓中，工序件在級進模內(nèi)隨著沖床每沖一次就向前送進一個 步距，到達(dá)不同的工位。由于各工位的內(nèi)容各不相同，因此，在級進模設(shè)計中要確 定從毛坯板料到產(chǎn)品零件的轉(zhuǎn)化過程，即級進模各工位所要進行的加工工序內(nèi)容， 這一設(shè)計過程就是工序排樣。工序排樣是級進模設(shè)計的靈魂，它決定了級進模的基 本形式。 (1)工序排樣應(yīng)遵循的原則 (2)工序排樣要保證產(chǎn)品零件的精度和使用要求。 (3)工序應(yīng)盡量分散，以提高模具壽命，簡化模具結(jié)構(gòu)。 (4)合理安排各工序，使壓力中心盡可能與模具幾何中心接近。 (5)同一工位各沖切凸模應(yīng)設(shè)計應(yīng)盡量設(shè)計為相同的高度，便于刃磨。 (6)沖孔在前，外形沖切和落料在后。 (7)為保證條料送進步距精度，第一工位安排沖切導(dǎo)正孔， 第二位設(shè)導(dǎo)正銷， 在其后的各工位上，優(yōu)先在易竄動的工位上設(shè)導(dǎo)正銷。 (8)設(shè)置空位，可以提高凹模、卸料板和凸模的強度。 (9)工件和廢料應(yīng)順利排出。 (10)排樣方案要考慮模具加工設(shè)備條件。 經(jīng)過以上幾方面的設(shè)計，綜合比較分析后，可確定該零件的沖壓工序排樣圖如 圖 2.4，即零件的沖制用十工位級進模。 第一工位 沖導(dǎo)正孔 第二工位 空位 第三工位 沖圓孔 第四工位 沖圓孔 第五工位 成型 第六工位 且廢料 第七工位 空位 第八工位 彎曲 第九工位 彎曲 第十工位 切邊 側(cè)板扣件彈片成形工藝與級進模設(shè)計 13 圖 2.4 工序排樣圖 2.7 條料尺寸及步距精度 條料寬度 82.8mm 步距 37mm 步距精度： 步距精度； 制件沿條料送進方向最大輪廓尺寸精度提高 3 級后的實際公差值（mm） ； n多工位級進模的工位數(shù)； 32Kn (2.4) 側(cè)板扣件彈片成形工藝與級進模設(shè)計 14 K因數(shù)，見表 2.2。 表 2.2 因 數(shù) K (取 =0.01mm)330.95460.370.14878921Kn 所以該零件的步距的對稱偏差值為0.01mm 側(cè)板扣件彈片成形工藝與級進模設(shè)計 15 3 工藝計算和設(shè)備選擇 3.1 沖壓力的計算 沖裁力的計算 沖裁在理論上可以近似認(rèn)為是剪切斷裂，所以最大沖裁力可以按板料的抗剪強 度來計算。平刃沖模的沖裁力可以按下式計算： FKLt F沖 裁 力 (N) L零 件 剪 切 周 長 (mm) t材 料 厚 度 (mm) 材 料 抗 剪 切 強 度 (Mpa) K系 數(shù) 。 考 慮 到 模 具 間 隙 值 的 波 動 及 均 勻 性 、 刃 口 的 磨 損 、 材 料 力 學(xué) 性 能 及 厚 度 的 波 動 潤 滑 情 況 等 因 素 對 沖 裁 力 的 值 都 有 影 響 ， 故 一 般 取 K=1.3 第 一 工 位 上 的 沖 裁 力 ： (沖 切 導(dǎo) 正 孔 )31.840.581.0FLt N (沖 切 導(dǎo) 正 孔 )4K 第 二 工 位 上 的 沖 裁 力 ： (沖 制 條 形 孔 )1.3560.48176.2FLt (沖 切 5.5 的 孔 )312708N 第 三 工 位 上 的 沖 裁 力 ： (沖 切 5mm 的 孔 )1.84.5416.FKLt 第 四 工 位 上 的 沖 裁 力 ： (沖 切 孔 )1.370.230.t N 第 六 工 位 上 的 沖 裁 力 ： (切 邊 )1.9185.4817.43FKLt 第 十 工 位 上 的 沖 裁 力 ： (3.1) 側(cè)板扣件彈片成形工藝與級進模設(shè)計 16 (切 邊 落 料 )1.374608.5480237.416FKLt N 3.2 成型力的計算 判斷加強筋是否能夠一次成形 根據(jù)零件形狀和材料性質(zhì)，局部成型可以由一次或多次工序完成。對于壓強筋 等成形，材料一次成形極限用斷面變形程度 表示：p p=(l-l0)/l0 (0.70 0.75) 成形前的原始長度(mm)0l 成形后加強筋的曲線輪廓長度(mm) 材料伸長率 由 UG 軟件計算得出 =6.2762mm， =5.5136mm，如圖 3.1 所示：l0l 圖 3.1 在 UG 軟 件 下 測 繪 零 件 的 相 關(guān) 尺 寸 所以可以得出：(0.7.5)0.7.50.735.0.2450.6:::: 經(jīng)理論計算，計算結(jié)果滿足上述條件，可以由一次工序完成。 第三工位上的成型力： (3.2) 621638pl 側(cè)板扣件彈片成形工藝與級進模設(shè)計 17 F變形力(N)； K系數(shù)，可取為 0.71，當(dāng)加強筋形狀窄而深時取較大值，寬而淺時取小值； L加強筋周長(mm) ； t毛坯厚度(mm)； 材料抗拉強度(Mpa)。b 第四工位上的成型力： 3.3 彎曲力的計算 彎 曲 內(nèi) 圓 角 半 徑 R=0.8mm 所 需 要 的 彎 曲 力 F=292.5N 彎 曲 內(nèi) 圓 角 半 徑 R=3mm， 寬 度 b=5.334mm 所 需 要 的 彎 曲 力 F=178.287N 彎 曲 內(nèi) 圓 角 半 徑 R=3mm， 寬 度 b=7.5167mm 所 需 要 的 彎 曲 力 F=251.272N 3.4 總沖裁力的計算 =222402.83734+46531.8048=268934.64214NF第 一 段 第 二 段 3.5 卸料力的計算 第一段卸料所需要的卸料力 = =1FK卸 沖 0.524.837=120.4867N (3.3)0.7620.5(9628)6013. b bFKlt MpaN:取即 ： 0.7620.5(9628)6013.b blt paF:取即 ： (3.4) bLt 20.6bKtFr 側(cè)板扣件彈片成形工藝與級進模設(shè)計 18 6702.9.56.07931.jjFNhmm預(yù) 預(yù) 第二段卸料所需要的卸料力 = =2FK卸 沖 0.54631.80=26.594N 鋼的厚度在 0.1mm0.8mm 之間時，卸料系數(shù)為 0.0450.055，上式中取 K=0.05。 3.6 卸料樹脂的選用 第一段卸料樹脂的選用 (1)根據(jù)模具的安裝位置，擬選用 10 根樹脂，則每根樹脂的負(fù)荷為： 這里需要說明一下，按 的要求選用樹脂是比較保守的，特別是當(dāng)卸料F預(yù) 卸 力很大時，所選用的樹脂數(shù)量過多，這樣使模具結(jié)構(gòu)龐大或受模具結(jié)構(gòu)空間限制而 使樹脂無法布置。因此在實踐中按 ，或使 來選用樹脂也能滿足要1卸 0.5F預(yù) 卸 求。 (2)查參考文獻 1，并考慮到模具結(jié)構(gòu)尺寸，初選樹脂參數(shù)為： =22mm， d=4mm，t=7.12mm， =670N， =60mm(規(guī)格標(biāo)記為：樹脂2DjF0h )4 (3) 樹脂的基本特性： 4.檢查樹脂最大壓縮量是否滿足上述要求： 17.3520.8h預(yù) 工 作 修 模 20.8mm20.9jm 故所選樹脂是合適的。 0.56.079356.07931Nn卸預(yù) (3.5) 側(cè)板扣件彈片成形工藝與級進模設(shè)計 19 第二段卸料樹脂的選用 第二段安裝與第一段相同規(guī)格、相同數(shù)量的樹脂，以保證條料所受卸料力均衡。 該種樹脂的具體參數(shù)如圖 3.2。 3.7 確定壓力中心 成形力的合力中心稱為壓力中心.對于中心模具,壓力中心應(yīng)于模柄中心線大體 重合,以保證壓力過程中模具各零件受力均衡和工作平穩(wěn).如果壓力中心不與模柄中 心線一致,就會產(chǎn)生偏心力矩,使壓力機滑塊、導(dǎo)軌、模具的導(dǎo)柱與導(dǎo)套、模具刃口 之間發(fā)生嚴(yán)重磨損甚至啃傷，使模具過早失效。 模具的壓力中心坐標(biāo)值（x，y） 經(jīng)求解得：x 0=290mm，y 0=43mm。 詳細(xì)壓力中心的求解見附錄。 3.8 凸、凹模刃口尺寸的計算 凸、凹模刃口尺寸精度是否合理，直接影響沖裁件的尺寸精度及合理間隙值是 否保證，也關(guān)系模具的加工成本和壽命。 3.8.1 凸、凹模刃口尺寸的計算原則 計算沖裁凸、凹模刃口尺寸的依據(jù)為：（1）沖裁變形規(guī)律，即落料件尺寸與 凹模刃口尺寸相等，沖孔尺寸與凸模刃口尺寸相等。 （2）零件的尺寸精度。 （3）合 理的間隙值。 （4）磨損規(guī)律，如圓形件凹模尺寸磨損后變大，凸模磨損后變小，間 隙磨損后變大。 （5）沖模的加工制造方法。 因而計算刃口尺寸時應(yīng)按下述原則進行。 （1）保證沖出合格的零件 （2）保證模具有一定的使用壽命 12n0LxLx 12nyyLL (3.6) (3.7) 側(cè)板扣件彈片成形工藝與級進模設(shè)計 20 （3）考慮沖模制造修理方便、降低成本 3.8.2 刃口尺寸計算方法 制造沖模的關(guān)鍵主要是控制凸、凹模刃口尺寸及其間隙合理。由于模具加工方 法不同，凸、凹模刃口尺寸的計算和公差標(biāo)注也不同。凸、凹模刃口尺寸的計算方 法基本上可分為兩類。 (一 )凸 模 與 凹 模 分 別 加 工 這 種 加 工 方 法 適 用 于 圓 形 或 簡 單 規(guī) 則 形 狀 的 沖 裁 件 。 沖 孔 ： 零 件 孔 的 尺 寸 ， 根 據(jù) 上 述 原 則 ， 首 先 確 定 基 準(zhǔn) 件 凸 模 刃 口 尺 寸0d ， 再 加 上 便 是 凹 模 刃 口 尺 寸 。pdminZ0()pxmin0min0()d ddpxZ 落 料 ： 零 件 外 徑 尺 寸 ， 根 據(jù) 上 述 原 則 ， 先 確 定 基 準(zhǔn) 見 凹 模 刃 口 尺 寸0D ， 再 減 去 便 是 凸 模 刃 口 尺 寸 。dDminZ 、 沖 孔 凸 、 凹 模 刃 口 尺 寸 (mm)；pd 、 落 料 凸 、 凹 模 刃 口 尺 寸 (mm)；Dd d零 件 孔 徑 公 稱 尺 寸 (mm)； D落 料 件 外 徑 公 稱 尺 寸 (mm)； 零 件 公 差 (mm)； 最 小 合 理 間 隙 (mm)；minZ 、 凸 、 凹 模 制 造 公 差 (mm)， 通 常 按 模 具 的 制 造 精 度 來 定 ；pd 磨 損 量 ， 磨 損 系 數(shù) x 是 為 了 使 零 件 的 實 際 尺 寸 盡 量 接 近 零 件 公 差 帶 的x (3.8)0minin0()d ddpxDxZ (3. 9) 側(cè)板扣件彈片成形工藝與級進模設(shè)計 21 中 間 。 x 值 在 0.5 1 之 間 ， 與 零 件 制 造 精 度 有 關(guān) 。 零 件 精 度 為 IT10 以 上 時 ， x=1； 零 件 精 度 為 IT11 IT13 時 ， x=0.75； 零 件 精 度 為 IT14 時 ， x=0.5。 采 用 凸 、 凹 模 分 別 加 工 法 ， 采 用 分 別 標(biāo) 注 凸 、 凹 模 刃 口 尺 寸 及 公 差 ， 為 了 保 證 合 理 的 間 隙 ， 必 須 滿 足 下 列 條 件 ： 。 若 出 現(xiàn) pdminaxZ 的 情 況 ， 但 大 得 不 多 時 ， 凸 、 凹 模 公 差 按 公 式pdminaxZ 和 適 當(dāng) 調(diào) 整 ， 以 滿 足 上 述 條 件 。 如 果 )(4.0inmaxZ)(6.0minaxZd 時 ， 則 應(yīng) 采 用 凸 、 凹 模 配 做 。pdminax 本 次 設(shè) 計 中 ， 用 于 沖 制 4.1mm 的 結(jié) 構(gòu) 孔 和 3mm 的 導(dǎo) 正 孔 凸 模 和 凹 模 采 用 分 別 加 工 的 方 法 進 行 設(shè) 計 ： a.沖 制 4mm 的 孔 ， 孔 的 精 度 為 IT12 級 ， 公 差 為 0.1mm， x=0.75 （ 4+0.75*0.1） 0.02=4.0750.02 （ 4.075+0.06） 0.02=4.1350.02 驗 算 是 否 滿 足 條 件 ： =0.02+0.02=0.04mmpdmaxin.84Z 滿 足 的 條 件 。pdmaxinZ b. 沖 制 5mm 的 孔 ， 孔 的 精 度 為 IT12 級 ， 公 差 為 0.12mm， x=0.75 （ 5+0.75*0.1） 0.02=5.0750.02 （ 5.075+0.06） 0.02=5.1350.02 驗 算 是 否 滿 足 條 件 ： =0.02+0.02=0.04mmpdmaxin.84Z 滿 足 的 條 件 。pdmaxinZ 側(cè)板扣件彈片成形工藝與級進模設(shè)計 22 3.9 彎曲模的結(jié)構(gòu)設(shè)計 該零件的彎曲部分需要兩次彎曲才能成形，工序安排如下：彎曲時應(yīng)先成形外 側(cè)部分，而后成內(nèi)側(cè)部分。由于外側(cè)要求成形后角度為 90，為典型的 090彎曲件 0，而后壓彎成所需要的角度(彎曲模的結(jié)構(gòu)形式如圖 3.4a 和 b 所示)；在進行第二次 彎曲時，還必須考慮對第一次彎曲的部位進行讓位，防止第二次彎曲時破壞第一次 的成形的部位或發(fā)生干涉 3.10 設(shè)備的選擇 沖壓設(shè)備的選擇是設(shè)計中的一項重要內(nèi)容,它直接關(guān)系到設(shè)備的合理使用、安全、 產(chǎn)品質(zhì)量、模具壽命、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的一系列重要問題。 3.10.1 完成各種工序所需的壓力 各工序的所需力的總和分別為： =22632.48+41808+5818.08+19545.48267+17646.72+19233.48267+4016.6F沖 裁 88+4016.688+23306.4+28137.84133+30422.89467+23277.8416+23253.9632=263116. 56214N = =1318.002+1318.002=2636.004N脹 形 12 =2 + =2 292.5+178.287+251.272=1014.559NF彎 曲 3F = + =13446.732107N1卸 料 0.1486732.5904 =263116.56214+2636.004+1014.559+13446.73210總 脹 形 沖 裁 卸 料 彎 曲 7=280213.857247N=280.21385724KN 初 選 型 號 為 J75G-125 閉 式 雙 點 高 速 精 密 壓 力 機 ， 該 壓 力 機 的 主 要 技 術(shù) 參 數(shù) 如 下 ： 公 稱 壓 力 ： 1250KN 公 稱 力 行 程 ： 2mm 滑 塊 行 程 ： 30mm 行 程 次 數(shù) ： 150 400 次 /min 最 大 裝 模 高 度 ： 380mm 裝 模 高 度 調(diào) 節(jié) 量 ： 50mm 工 作 臺 尺 寸 (前 后 左 右 )： 800mm 1300mm 側(cè)板扣件彈片成形工藝與級進模設(shè)計 23 模 具 孔 尺 寸 (直 徑 深 度 )： 80mm 120mm 3.10.2 壓力機的校核 (一)行程和行程次數(shù) 該零件的最大高度為 15mm，小于壓力機的滑塊行程，所以校核通過。 (二)最大裝模高度 所設(shè)計沖模的閉合高度(在最低工作位置時，上下模板二底面間的距離)，應(yīng)小 于壓力機的最大裝模高度。 max5()h模 本設(shè)計中模具的閉模高度為 200.8 該壓力機的裝模高度為 380mm，模具的閉模 高度相對與壓力機的裝模高度小得多，故得在壓力機臺面上放墊板。 (三)壓力機的臺面尺寸校核 模具的外形尺寸為 600mm 400mm，工作臺板尺寸為 1300mm 800mm，滿足 實際工作條件。 (311 ) 側(cè)板扣件彈片成形工藝與級進模設(shè)計 24 4 模具設(shè)計 4.1 模具結(jié)構(gòu)概要設(shè)計 概要設(shè)計是級進模結(jié)構(gòu)設(shè)計的開始,它以工序排樣圖為基礎(chǔ),根據(jù)產(chǎn)品零件要求, 確定級進模的基本結(jié)構(gòu)框架。 4.1.1 模具基本結(jié)構(gòu)形式 (1)正倒裝關(guān)系的確定:根據(jù)上述分析，本零件的沖制包含落料、沖孔、彎曲等 工序。而且已確定為采用級進模沖壓。因此選正裝式結(jié)構(gòu)。 (2)導(dǎo)向方式確定：本零件的生產(chǎn)是大量生產(chǎn)，為了確保零件的質(zhì)量和穩(wěn)定性， 選用外導(dǎo)向模架。本零件的精度要求比較高，所以在外導(dǎo)的基礎(chǔ)上再加上內(nèi)導(dǎo)向進 行精確的導(dǎo)向。為了更好的保證其精度，選擇四導(dǎo)柱式模架。 (3)卸料方式確定：本零件沖壓工序中包含落料和沖孔，所以應(yīng)選用卸料機構(gòu)。 又由于零件沖壓過程中有彎曲工序，所以應(yīng)選用彈性卸料板。 (4)模具結(jié)構(gòu)示意圖：根據(jù)已確定的幾項結(jié)構(gòu)，本零件沖壓級進模結(jié)構(gòu)如圖 4.1 所示。 側(cè)板扣件彈片成形工藝與級進模設(shè)計 25 圖 4.1 模 具 結(jié) 構(gòu) 概 要 4.1.2 模具基本尺寸 (1)模具的平面尺寸 模具平面尺寸是指模具輪廓最大尺寸，它依凹模外形尺寸為基礎(chǔ)，最終選擇的 模架尺寸為準(zhǔn)，根據(jù)上面工序排樣圖，凹模的工作區(qū)域尺寸基本在 460mm 150mm 左右。圓整后，模具基本尺寸最終選擇為 600mm 400mm。其它模板的尺 寸取為與凹模板平面一致。 (2)模板規(guī)格 上模墊板：H=10mm ，第一段的長度 =500，第二段的長度 =300；1l 2l 上模固定扳：H=20mm ，第一段的長度 =500，第二段的長度 =300； 卸料板：H=16m ，第一段的長度 =500，第二段的長度 =300；1l 2l 凹模板：H=35mm ，第一段的長度 =500，第二段的長度 =300； 下模墊板：H=10mm ，第一段的長度 =500 第二段的長度 =300。1l 2l 4.1.3 模架的選定 模架的基本作用是導(dǎo)向機構(gòu)，連接上下模并使他們具有準(zhǔn)確位置關(guān)系。由于采 用自動送料，考慮到精度要求較高，選四導(dǎo)柱滑動模架。根據(jù)板平面和工作區(qū)高度 要求， 下模座：600 500 45 側(cè)板扣件彈片成形工藝與級進模設(shè)計 26 上模座：600 500 40 導(dǎo)柱：30 130 導(dǎo)套：40 140 48 4.2 模具工作零件設(shè)計 級進模由多個零件組成，各零件通過一定的聯(lián)系方式相互聯(lián)系在一起，形成一 個有機的整體，完成特定的沖壓加工任務(wù)。 4.2.1 模具零件的連接 模具零件相互連接在一起時的基本要素是位置要正確，連接要可靠、穩(wěn)定。凸 模等柱類零件采用孔與軸的過渡或過盈配合來定位，具有可靠性高，工作穩(wěn)定等特 點。在本設(shè)計中絕大多數(shù)異形凸模采用吊裝式式固定，圓形凸模、異形凸模與凸模 固定板之間分別采用 H7/m6 配合,對于保護凸模和凸模導(dǎo)向的卸料板 ,它與凸模之間 的配合,采用單邊 0.05mm，并使凸模工作過程中不離開卸料板,運動自如,使之工作壽 命提高。 4.2.2 模板類零件的連接 模板類零件包括凸模固定板、凹模板等，一般采用銷釘定位，內(nèi)六角螺釘連接， 當(dāng)模板層數(shù)超過三層時，應(yīng)分層連接。在本模具設(shè)計中在模板的四周采用六個螺釘 連接，兩個銷釘定位，這樣連接比較可靠穩(wěn)定。 4.3 卸料機構(gòu)的設(shè)計 4.3.1 卸料板的安裝形式 本次設(shè)計中，所采用的卸料方式為彈性卸料，通過卸料螺釘和彈性元件等安裝 在模具上組成的，模具閉合時，樹脂被壓縮，當(dāng)上模開啟時，包在凸模上的料在樹 脂回彈力的作用下推動卸料板被卸下，因此自由狀態(tài)下的彈壓卸料板總是高出凸模 底面一頂高度。這樣沖壓開始時先壓主料，然后再沖壓；沖壓結(jié)束后，料被順利卸 下。卸 料 螺 釘 的 此 種 安 裝 方 式 考