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1、常州机电职业技术学院毕业设计（论文）作 者： 学 号：系 部： 模具技术系专 业： 模具设计与制造题 目： U 形件冲孔、落料、弯曲级进模设计指导者：评阅者：2011 年 4 月毕业设计（论文）中文摘要该文阐述了 U形件冲孔、不完全落料、弯曲、完全落料的冲压模具设计过程。 通过对制件进行冲压工艺性分析，综合考虑了产品质量要求和生产实际，确定了 最佳工艺方案为冲孔 -不完全落料 -弯曲-完全落料，并对模具总体结构进行设计和 分析论证。对工艺参数进行精确详细的计算，正确的选择了压力设备，并对冲模 零件进行设计。设计过程中有效利用了冷冲模国家标准和典型组合，提高了模具 设计效率，适应了当代模具设计要
2、求；最后对主要模具零件的加工工艺过程及装 配工艺也进行了介绍。 整个过程采用 AutoCAD 软件绘制模具的二维装配图和 零件图，然后利用 UG 软件进行冲压模具设计 , 设计全部模具零件 , 完成装配。关键词： 级进模 多工位 AutoCAD 装配目录1 引言12 工艺分析22.1 精度分析32.2 材料分析32.3 结构分析33 工艺方案的确定 34 冲孔落料工作部分工艺设计4.1 毛坯展开尺寸计算44.2 排样 44.3 材料的利用率64.4 计算冲压力74.5 计算压力中心74.6 压力机的初选择84.7 凸凹模刃口尺寸计算85 弯曲模工作部分工艺计算5.1 凸模圆角半径105.2 凹
3、模的圆角半径105.3 凹模深度105.4 凸、凹模间隙105.5 凸凹模横向尺寸及公差115.6 模架的选择125.7 其他主要零部件的设计 参考文献 12引言改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。 近年来，模具工业一直以 15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制 成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得 到了快速发展。 近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度， 将技术进步 视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维 CAD，并陆续开始使 用 UG、Pro/Engineer 、I-DEAS、 Euclid-I
4、S 等国际通用软件。虽然中国模具工业 在过去十多年中取得了令人瞩目的发展， 但许多方面与工业发达国家相比仍有较 大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低； CAD/CAE/CAM 技术的普及率不高； 许多先进的模具技术应用不够广泛等等， 致使相当一部分大 型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。导柱式冲裁模的导向比导板模的准确可靠 , 并能保证冲裁间隙的均匀 , 冲裁 的工件精度较高、 模具使用寿命长， 而且在冲床上安装使用方便， 因此导柱式冲 裁模是应用最广泛的一种冲模 , 适合大批量生产。尤其是在我国加入 WTO之后， 在全球化经济竞争的市场的环境下，为生产符合“交货期短” 、
5、“精度高”、“质量 好”、“价格低”等要求服务的模具产品，研究、开发、改进模具生产设备与模具 设计方式更具有深远的现实意义和紧迫性。2 工艺性分析工件图厚 :1.5 材料： 08 钢2.1 精度分析2.1.1 尺寸精度完全由弯曲工序得到的尺寸有 30、60、 80，都未注尺寸公差，属于未注公差 尺寸，精度很容易达到要求。由冲裁工序得到的尺寸有 15，尺寸为自由公差， 精度很容易达到要求， 但可 能会受弯曲工序的影响。2.1.2 角度精度角度也未标注公差， 属于未注公差尺寸， 所以该零件的角度精度要求不高， 很容 易达到要求。2.2 材料分析该材料采用 08 钢，具有良好的冲压成形性能。因此，该
6、工件可用冷冲压加工成 形。2.3 结构分析 零件外形结构简单对称，对冲裁加工较为有利。该零件的最小弯曲半径为 3.5 ，而 08 钢冷作硬化状态的最小的圆角半径为 0.4t 0.4 ×3.5 1.4 ，因此， 该零件弯曲半径，所以弯曲时不会有裂纹，弯曲后也不用整形。3 确定工艺方案制成该零件所需的基本工序为冲孔、落料和弯曲。 零件上的孔，尽量在毛坯上冲出，以简化模具结构，便于操作。而零件上的 15 孔的边缘到弯曲中心的距离为 17.5 ，大于 1.0t（3.5 ） ，弯曲时不会引起孔 变形，因此 15 孔可在压弯前冲出，冲出的 15 孔可以做后续工序定位孔用。 因此完成该零件的弯曲成
7、形，可能的工艺方案有以下几种。方案一：冲 15 孔落料与弯曲复合级进模 方案二：冲孔落料（不完全）弯曲落料（完全）级进模方案三：冲 15 孔落料与弯曲复合两副模具 方案四 : 冲孔与落料复合弯曲两副模具 方案五：冲孔落料弯曲三套模具 在上述列举的方案中，各方案的优、缺点如下： 方案一优点：只需一副模具， 工序集中，生产效率高，工件的回弹易于控制， 第二道工序可靠第一道工序中的 15 定位，尺寸和形状准确，表面质量高。缺 点：模具结构复杂，安装、调试、维修困难，制造周期长。方案二优点：只需一副模具， 生产效率高，模具寿命长。缺点：模具安装、调试、 维修困难，精度稍低。方案三优点：工序集中，由一副
8、模具完成所有工序，生产效率高。缺点：模具结 构复杂，制造周期长。方案四优点：模具结构简单。缺点： 需两套模具，生产效率低，零件精度稍差， 难以满足零件年产量的要求。方案五优点：模具结构简单， 制造简单，寿命长。缺点：需三套模具，工序分散， 生产效率低。综上所述，考虑到零件较简单，为保证各项技术要求与精度要求，采用方案二。 其工序如下：冲孔落料（不完全）弯曲落料（完全）级进模4 冲孔落料工作部分工艺设计4.1 毛坯展开尺寸计算r3.5 0.5t 0.5 ×1.5 7.5 r <0.5t 弯曲变形时不仅制件的圆角变形区产 生严重的变薄， 而且与其相邻的直边部分也产生变薄， 故应按变
9、形前后体积不变 条件确定坯料长度。 U形件的坯料展开尺寸为 LZl1l2l 30.6t 5728.5 28.50.6 ×1.5 114.94.2 排样模具采用导料板导料， 查表得工件与工件之间的搭边值为 1.8 ，工件与侧边之 间的搭边值为 2 ，根据零件形状， 采用直排的方式， 零件可能的排样方式有如 下所示两种。a）现选用 1500 ×1000 的钢板，则需计算采用不同裁剪方式时，每张板能裁出 的零件总个数。1）裁成宽 84、长 1000 的条料，则一张板能出的零件总个数为1500 1000 × 17× 8 13684116.72）裁成宽 84、长
10、1500 的条料，则一张板能出的零件总个数为10001500 × 11× 1213284116.73）裁成宽 118.9 、长 1000 的条料，则一张板能出的零件总个数为15001000 × 12× 12144118.9 81.84) 裁成宽 118.9 、长 1500 的条料，则一张板能出的零件总个数为 1000 1500 × 8×18 144118.9 81.8显然，第三、四两种裁剪方案的利用率高，采用第三种裁剪方案，即裁剪成宽118.9 、长 1000 的条料。具体排样图如下：为了简化模具结构， 提前把板裁成 114.9 宽，
11、整体考虑模具结构， 具体排样如下：4.3 计算材料的利用率一个步距内的材料利用率为×100%91%114.9 80 3.14 7.5 7.5 -114.9 3 1114.9 83整张板料的材料利用率为×100%86.55%114.9 77 144 3.14 7.5 7.521500 10004.4 冲压力的计算完成该零件所需的冲压力由冲裁力、弯曲力及卸料力、推件力组成。1）冲裁力的计算公式为F 冲 KLt 式中 K 系数， K 1.3L 冲裁周边长度（）材料的抗剪强度（ Mpa）由模具 设计 指导书上 的表 4-12 查 得 300Mpa,零件 的落 料周 长为 （114.
12、9+80+3+114.9 ）×2 625.6 ，冲孔周长为 2r（2×3.14 ×7.5 ） 47.1 ，厚度 t 为 1.5 ，则所需冲裁力为F 落 1.3 × 625.6 × 1.5 × 300N 844.56kNF 孔1.3 ×47.1 ×1.5 ×300N28kNF 冲 872.56 kN2）弯曲力的计算，采用校正弯曲由文献 2 校正弯曲力 F 弯的计算公式为F弯 Ap式中 A 变形区投影面积（ 2）P 单位校正力（ Mpa），查文献2 表4-13 单位校正力 p值取 80Mpa。F弯 2
13、5; 5× 80×80N 64kN3）卸料力 F卸和推件力 F推由文献 2 卸料力、推件力的计算公式F卸 K 卸 F 冲F推 nK 推 F 冲式中 K推、K卸系数，由冷冲压技术教材表 3-19 卸料力、推件力和顶料力的系 数，得 K推 0.055 K 卸0.05n 为卡在凹模直壁洞口内的制件数，一般卡 3 5 件，该例取 n 5。F卸0.05×256 kN12.8 kNF推5×0.055×256 kN70. 4 kNF F 冲 F 弯F卸F 推（872.56 64 12.8 70.4）kN 1019.76kN4.5 初选压力机查文献 2 表 1
14、-8 开式双柱可顷压力机部分参数，初选压力机型号规格为J23-125 。主要技术参数如下：公称压力1250kN滑块行程140行程次数50/min封闭高度调节度 120滑块中心到床身的距离120 工作台尺寸970前后） 650 （左右）工作台孔尺寸460前后） 250（左右） 340（直径）立柱间距离460模柄孔尺寸30×95工作台板厚度120 4.6 计算压力中心该零件图形规则，上下、左右对称，根据作图法求压力中心，建立如下图所示指教坐标系很显然，该零件的压力中心为（ 201.5 ，57.45 ）。4.7 凸、凹模刃口尺寸的计算根据零件形状特点，刃口尺寸计算采用分开制造法零件尺寸全委
15、自由公差，按 IT14 来计算 由教材公差与测量查得各尺寸的上下偏差为80 -00 .74 、114.9 -00 .87、15 +00.43 、3 -00 .25 、34.75 -00 . 62、40 -00 .62落料件尺寸的基本计算公式为DADT+ADmax X ) 00DA Zmin) - T2-1)2-2)尺寸 80 -00 .74 ，由教材冷冲压技术查得该零件凸、凹模最小间隙 Zmin0.132，最大间隙Zmax0.240 ；凸模制造公差 T0.020 ，凹模制造公差 A0.030 。将以上各值代入 TAZmaxZmin 校验是否成立。经校验，不等式成立，所以可代入式 （ 2-1 ）
16、和式（2-2 ）计算工作零件刃口尺寸。 由冷冲压技术表 3-7 查得系数 X为 0.5。DA1( 800.5 × 0.74 ) +00.030 79.63 +00.030 0 -0DT1( 79.63 0.132 )-0.020 79.498 -0.020 尺寸 114.9 -0.87 ，查得 Z min0.132 Zmax 0.240 T 0.025 A0.035 X0.5 ，经校核，满足要求。+0.035 +0.035DA2( 114.9 0.5 × 0.87 ) 0 114.465 0DT2( 114.465 0.132 )-0.025 114.333 -0.025
17、尺寸 3-0.25 ，查得 x=0.75 ， T 0.02，A 0.02 ， Zmin 0.132DA3( 30.75 ×0.25 ) +00.02 2.8125 +00.02 T3( 2.8125 0.132 ) -00 .020 2.6805 -00 .020 尺寸 37.45-0.62 ，查得 x=0.5 ， T 0.02，A 0.03，Zmin0.132+0.03 +0.03DA4( 37.45 0.5 × 0.62 ) +00.03 37.44 +00.03 T4( 37.44 0.132 )-0.020 37.308 -0.020 0尺寸 40 -0.62，查得
18、 x=0.5 ， T 0.02 ，A 0.03 ，Zmin0.132400.5 ×0.62 ) +00.03 39.69 +00.03 DA5DT539.69 0.132 )-0.020 39.558 -0.020 冲孔件的基本公式为Tdmin X ) TAdminZmin) + 0A尺寸15 +00.43 查得Zmin0.132 Z max0.240 T0.020 A0.020 X 0.5， 经校核，满足要求。dT（ 150.5 × 0.43 ） -0.020 15.215 -0.020dA（ 15.215 0.132 ） +00.020 15.347 +00.0205
19、弯曲部分的设计与计算5.1 凸模圆角半径当工件的相对弯曲半径 r t 较小时，凸模圆角半径 rT取等于工件的弯曲半 径，但不应小于冷冲压技术表 4-2 所列的最小弯曲半径值。 当 r t > 10 时，则应考虑回弹，将凸模圆角半径加以修正。本题中 r t 2.3 <10，所以 rT取 3.5。5.2 凹模圆角半径 凹模圆角半径不能过小，以免擦伤工件表面，影响冲模寿命。凹模两边的圆 角半径应一致，否则在弯曲时坯料会发生偏移。 r A值通常根据材料厚度取为t 2 时 r A（ 36）t本题中 t 1.5<2 则 r A（ 4.5 9），取 6 。5.3 凹模深度 凹模的工件深度将
20、决定板料的进模深度，对于常见的弯曲件，弯曲时不需全 部直边进入凹模内。 只有当直边长度较小且尺寸精度要求高时， 才使直边全部进 入凹模内，凹模深度过大，不仅增加模具的消耗， 而且将增加压力机的工作进程， 使最大弯曲力提前出现。中小型弯曲件通常都使用模具在机械压力机上进行加 工，最大弯曲力提前出现，对压力机是很不利的。凹模深度过小，可能造成弯曲 件直边不平直，降低其精度。因此，凹模深度要适当。 本题中弯曲件的弯曲高 度较大，而且平直度要求不高，由冷冲压技术表 4-12 查得，l 020 。5.4 凸凹模间隙对于 U形件弯曲模， 应选择适当的间隙。 间隙过小，会使工件弯边厚度变薄， 降低凹模寿命，
21、增大弯曲力；间隙过大，则回弹大，降低工件的精度。 U形件弯 曲模的凸、凹模单边间隙一般按下式计算：Zt maxCtt Ct式中 Z 弯曲模凸凹模单边间隙t 工件材料厚度 材料厚度的正偏差C 间隙系数，可查冷冲压技术表 4-14 ，得 C0.10 。Z 1.5 0.1 0.10 × 1.5 1.75取单边间隙为 1.75 5.5 凸凹模横向尺寸及公差 弯曲凸、凹模工作尺寸的计算与工件尺寸的标注形成有关。一般原则是： 当工件标注外形尺寸时， 应以凹模为基准件， 间隙取在凸模上， 当工件标注内行 尺寸时，应以凸模为基准件，间隙取在凹模上尺寸标注在外形上的弯曲件计算公式为 凹模尺寸为LA（L
22、max0.75） + 0A （600.75×0.74） + 00.046 59.445 + 00.046 凸模尺寸为L T（ LA2Z） -0 T（59.4452×1.75） -00 .030 55.945 -00 .030式中 LA、LT 凸凹模横向尺寸L max弯曲件横向的最大极限尺寸弯曲件横向尺寸的公差，按 IT14A、T凸凹模的制造偏差， 可采用 IT7 IT9 ，本题中凸模取 IT7 凹模取 IT8 。5.6 模架的选择标准模架选用的依据为凹模的外形尺寸，所以应首先计算凹模周界的大小。由凹模高度和壁厚的计算公式得， 凹模高度 HKb0.2 ×114.9
23、22.98 23 ，凹模壁厚 C（1.5 2）H34.546，取 40 。所以，凹模的总长 L2322×40312 ，取 315 ，凹模的宽度 B 80 2×40 160 ，取 180模具采用后置导柱模架， 根据以上结果，可查得模架规格为： 上模座 315 × 180 × 45 ，下模座 315 × 180 × 55 ，导柱 35 × 280 ，导套 35 × 115× 43 。5.7 其他主要零部件的设计凸模由凸模固定板固定，凹模采用整体式凹模，模柄采用压入式模柄，规格为 A30× 95翁其金史铁梁柴建国 路春玲参考文献1冷冲压技术2模具设计指导3机械制图4模具材料及表面处理陈勇