U形件冲孔、落料、弯曲级进模设计解析

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常州机电职业技术学院毕业设计说明书1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-IS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”、“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。常州机电职业技术学院毕业设计说明书22工艺性分析工件图材料：08钢厚:1.5㎜2.1精度分析常州机电职业技术学院毕业设计说明书32.1.1尺寸精度①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。②由冲裁工序得到的尺寸有φ15，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φ15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φ15孔可在压弯前冲出，冲出的φ15孔可以做后续工序定位孔用。因此完成该零件的弯曲成形，可能的工艺方案有以下几种。方案一：冲φ15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φ15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，常州机电职业技术学院毕业设计说明书4第二道工序可靠第一道工序中的φ15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r＝3.50.5t＝0.5×1.5＝7.5r＜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LZ＝l1＋l2＋l3＋0.6t＝57＋28.5＋28.5＋0.6×1.5＝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。常州机电职业技术学院毕业设计说明书5（a）(b)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[841500]×[7.1161000]＝17×8＝1362）裁成宽84㎜、长1500㎜的条料，则一张板能出的零件总个数为[841000]×[7.1161500]＝11×12＝1323）裁成宽118.9㎜、长1000㎜的条料，则一张板能出的零件总个数为[9.1181500]×[8.811000]＝12×12＝144常州机电职业技术学院毕业设计说明书64)裁成宽118.9㎜、长1500㎜的条料，则一张板能出的零件总个数为[9.1181000]×[8.811500]＝8×18＝144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，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η1＝83114.93114.9-.57.574.13809.114×100%＝91%整张板料的材料利用率为η2＝10001500.57.574.13144779.114×100%＝86.55%常州机电职业技术学院毕业设计说明书74.4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＝KLtτ式中K——系数，K＝1.3L——冲裁周边长度（㎜）τ——材料的抗剪强度（Mpa）由模具设计指导书上的表4-12查得τ＝300Mpa,零件的落料周长为[（114.9+80+3+114.9）×2]㎜＝625.6㎜，冲孔周长为2πr＝（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＝1.3×47.1×1.5×300N≈28kNF冲＝872.56kN2）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＝2×5×80×80N＝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＝0.055K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＝0.05×256kN＝12.8kNF推＝5×0.055×256kN＝70.4kNF＝F冲＋F弯＋F卸＋F推＝(872.56＋64＋12.8＋70.4)kN＝1019.76kN4.5初选压力机常州机电职业技术学院毕业设计说明书8查文献[2]表1-8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φ30×95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。常州机电职业技术学院毕业设计说明书9零件尺寸全委自由公差，按IT14来计算由教材《公差与测量》查得各尺寸的上下偏差为800-0.74、114.90-0.87、φ15+0.430、30-0.25、34.750-0.62、400-0.62落料件尺寸的基本计算公式为DA＝（Dmax－XΔ）+δA0（2-1）DT＝（DA－Zmin）0-δT（2-2）尺寸800-0.74㎜，由教材《冷冲压技术》查得该零件凸、凹模最小间隙Zmin＝0.132㎜，最大间隙Zmax＝0.240㎜；凸模制造公差δT＝0.020㎜，凹模制造公差δA＝0.030㎜。将以上各值代入δT＋δA≤Zmax－Zmin校验是否成立。经校验，不等式成立，所以可代入式（2-1）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＝（80－0.5×0.74）+0.0300㎜＝79.63+0.0300㎜DT1＝（79.63－0.132）0-0.020㎜＝79.498-0-0.020㎜尺寸114.90-0.87㎜，查得Zmin＝0.132Zmax＝0.240δT＝0.025δA＝0.035X＝0.5，经校核，满足要求。DA2＝（114.9－0.5×0.87）+0.