弹簧支架级进模设计及其制造工艺

海量机械毕业设计，请联系Q99872184摘要阐述了级进模的结构设计工程及其工作过程，通过系统的工艺分析，采用冲孔、翻边、落料等工序进行加工。通过计算工艺力以确定模具压力中心，并选择压力机的型号。落料凹模通过凹模固定板与下模座连接来固定。模具采用下出料方式和弹性卸料卸料装置。本模具结构较简单，性能可靠，工作平稳，提高了生产效率，降低劳动强度和生产成本。关键字：级进模，冲压工艺，模具设计，冲孔，落料，翻边海量机械毕业设计，请联系Q998721841ABSTRACTThepassageexpoundsonthestructuredesigningprojectandworkprocessoftheprogressivedie,andusessomeworkingprocedures,suchaspunching,flanging,blankingandsoon,toprocessthroughthetechnologicanalysisofthesystem.Throughcalculatingtheprocesstodeterminethecenterofthedie’spressure,andselectthemodelofthepresses.Blankingdieisfixedbyconnectingthedieholderwiththedieset.Thedieadoptsthewayoflowerejectionandelasticitydischargedevices.Itsstructureisrelativelysimple,theperformanceisreliableandtheworkissteady.Ithasimprovedtheproducingefficiencyandreducedtheintensityoflaborandcostofproduction.Keywords:Progressivedie;Stampingprocess;Molddesigning;Punch;Blanking;Flanging第1章绪论板料成形一般称为冲压，它是对厚度较小的板料，利用专门的模具，使金属板料通过一定模孔而产生塑性变形，从而获得所需的形状、尺寸的零件或坯料。冲压这类塑性加工方法可进一步分为分离工序和成形工序两类。分离工序用于使冲裁件与板料沿一定的轮廓线相互分离，如冲裁、剪切等工序；成形工序用来使坯料在不破坏的条件下发生塑性变形，成为具有要求形状和尺寸的零件，如弯曲、拉深等工序。随着生产技术的发展，还不断产生新的塑性加工方法，例如连铸连轧、液态模锻、等温锻造和超塑性成形等，这些都进一步扩大了塑性成形的应用范围。塑性加工按成形时工件的温度还可以分为热成形、冷成形和温成形三类。热成形是充分进行再结晶的温度以上所完成的加工，如热轧、热锻、热挤压等；冷成形是在不产生回复和再结晶的温度以下进行的加工，如冷轧、冷冲压、冷挤压、冷锻等；温成形是在介于冷、热成形之间的温度下进行的加工，如温锻、温挤压等。本工件的成形属于冷成形。虽金属塑性成形的方法多种多样，具有各自的特点。但它们具有共同的特点，即都要利用金属的塑性，并都要借助于一定的外力使其产生塑性变形，这就是所谓的金属塑性加工。金属的塑性加工是以塑性为前提条件。塑性越好，则预示着金属具有更好的塑性成形适应能力，允许产生更大的变形量；反之，如果金属一受力即行断裂，则塑性加工也就无从进行，因而，从工艺角度出发，人们总是希望变形金属具有良好的塑性。因而对金属塑性成形工艺应提出相应的要求：1）使金属具有良好的塑性；2）使变形抗力小；3）保证塑性成形件质量，即使成形件组织均匀、晶粒细小、强度高、残余应力小等；4）能了解变形力，以便为选择成形设备、设计模具提供理论依据。3第2章冲压件工艺分析冲压件的工艺性，是指冲压件对冲压工艺的适应性，即冲裁件的形状结构、尺寸大小、尺寸偏差、形位公差与尺寸基准等是否符合冲压工艺要求。本次设计的工件形状如图2-1，现对该工件冲压工艺性进行分析：2.1分析工件的技术要求2.1.1加工表面的尺寸精度及尺寸基准工件中对标有尺寸精度的尺寸按照零件图的精度进行设计，对其他未标尺寸按一般精度设计，即按国标对非圆形工件精度等级取IT14级设计，对圆形工件精度等级取IT10级设计。冲裁件的尺寸基准应尽可能和制模时的定位基准重合，以避免产生基准不重合误差。孔位尺寸基准应尽量选择在冲裁过程中始终不参加变形的面或线上，切不要与参加变形的部分联系起来。如图1-2所示：原设计尺寸的标注图（a），对冲裁图样是不合理的，因为这样的标注，尺寸L1、L2必须考虑到模具的磨损而相应给以较宽的公差，造成孔心距的不稳定，孔心距公差会随着模具磨损而增大。改用图（b）的标注，两孔的孔心距才不会受模具磨损的影响，比较合理。本工件的标注也属于图（b）类型的标注，它的孔位尺寸基准在冲裁过程中不参加变形，因而能保证工件上两5.5mm孔的孔心距不受模具磨损的影响，比较合理。2.1.2主要加工表面的形位公差精度通过分析零件图，该零件的主要形位公差精度是中心凸台处中心孔的位置公差，即要保证中心孔的同轴度偏差不超过0.05mm。其他未表注形位公差精度按一般的精度要求处理即可满足工艺要求。2.1.3表面质量要求该工件为标有表面质量精度要求按照一般要求处理即可满足工艺要求，即表面粗糙度3.2Ra。2.2工件材料及机械性能2.2.1工件材料化学成分对塑性的影响工件材料Q215-F，为碳素结构钢。其化学成分（查文献[2]第105页表8-1）及影响如下：含C量为0.09%～0.15%，为低碳钢，碳对碳钢性能的影响最大，碳能固溶于铁，形成铁素体和奥氏体，它们都具有良好的塑性。当碳的含量超过铁的溶碳能力时，多余的碳便与铁形成化合物Fe3C,称为渗碳体。渗碳体具有很高的硬度，而塑性几乎为零，对基体的塑性变形起阻碍作用，而使碳钢的塑性降低，随着含碳量的增加，渗碳体的数量亦增多，塑性的降低也越大。图51-3为退火状态下，含碳量对碳钢的塑性和强度指标的影响曲线。因而，对于冷成形用的碳钢，含碳量应低。含Mn量为0.25%~0.55%，Mn为钢中的杂质元素，Mn元素会与钢中的碳形成硬而脆的碳化物，使钢的强度提高，而塑性下降，但碳化物的影响还与它的形状、大小和分布状态有密切关系。因而Mn在该工件的材料中含量不宜过高。含Si量不大于0.30%，含S量不大于0.050%，含P量不大于0.045%，一般来说Si、S、P都是钢中有害杂质，它们在铁中会形成各种化合物，使钢的强度、硬度提高，而使塑性降低，因而Si、S、P应尽量减少其含量。氧在铁中的溶解度很小，主要是以氧化物的形式存在于钢中，它们多以杂乱、零散的点状分布于晶界处。氧在钢中无论以固溶液还是氧化物形式存在都使钢的塑性降低，以氧化物形式存在时尤为严重，因为它在钢中起空穴和微裂纹的作用。氧化物还会与其他夹杂物形成易熔共晶体分布于晶界处，造成钢的热脆性，因而氧元素在钢中也不宜太高，因而脱氧方法采用沸腾处理，以减少氧在钢中的含量，提高钢的塑性。2.2.2工件材料的机械性能Q215-F的机械性能的技术数据如下（查文献[2]第106页表8-2）：屈服强度s（钢材厚度（直径）16mm）215MPa,抗拉强度335410bMPa，伸长率s（钢材厚度（直径）16mm）31%.板料的机械性能对冲压成形性能也有影响：板料的强度指标越高，产生相同变形量的力越大；塑性指标越高，成形时所承受的极限变形量就越大；刚性指标越高，成形时抵抗失稳的能力就越大。对冲压成形性能的要求，即屈强比sb要小。Q215-F的屈强比2153500.614sbMPaMPa，较小，塑性指标也较高适宜冲压成形。综上所述，本工件采用Q215-F较为合理，可满足该工件的生产工艺要求。2.3零件的结构工艺性分析此工件为弹簧支架，工件体积不大。主要工序为冲孔、落料、翻边。2.3.1冲孔部分工艺性要求所示工件部分要采用冲孔工序。冲裁件的形状应尽可能简单、对称、避免复杂形状的曲线，在许可的情况下，把冲裁件设计成少、无废料排样的形状，以减少废料。矩形孔两端宜用原弧连接，以利于模具加工。冲裁件各直线或曲线的连接处，尽量避免锐角，严禁尖角。除在少、无废料排样或采用镶拼模结构时，都应有适当的圆角相连，以利于模具制造和提高模具寿命，圆角半径R的最小值可参考文献[4]第75页表2-17选取。冲裁件凸出或凹入部分不能太窄，尽可能避免过长的悬臂和窄槽，见图1-6。最小宽度b一般不小于1.5t，若冲裁件为高碳钢时，2bt，max5Lb,当材料厚度1tmm时，按1tmm计算。冲裁件的孔径受冲孔凸模强度和刚度的限制，不宜太小，否则容易折断或压弯，冲孔的最小尺寸可参考文献[4]第75页表2-18。如果采用带保护套的凸模，稳定性高，凸模不易折损，最小冲孔尺寸可以减小，参考文献[4]第76页表2-19。冲孔件上孔和孔、孔与边缘之间的距离不能过小，以避免工件变形、模壁过薄或因材料易被拉入凹模而影响模具寿命。一般孔边距取：对圆孔为（1～1.5）t，对矩形孔为（1.5～2）t（图1-7）。孔距的最小尺寸可见文献[4]第76页表2-20。在弯曲件或拉深件上冲孔时，为避免凸模受水平推力而折断，孔壁与工件直壁之间因保持一定的距离，使L≥R+0.5t。本工件基本符合上述各项要求，因而在结构上是满足工艺的，能够进行冲孔落料加工。72.3.2翻边部分工艺性要求本工件属于圆孔翻边的中间阶段，即凸模下面的材料尚未完全转移到侧面之前，如果停止变形，就会得到如图1-8所示的成形，这种成形叫做扩孔成形，其变形区材料受拉应力，切向伸长，厚度减薄，易发生破裂，属伸长类翻边。所以在圆孔翻边时，应保证毛坯孔边缘的金属伸长变形小于材料塑性伸长所允许的极限值。本工件翻边高度较小，翻边系数K（K=0.789）较大满足工艺要求。影响圆孔翻边成形极限的因素如下：1．材料伸长率和硬化指数n大，Kl小，成形极限大。2．孔缘如无毛刺和无冷作硬化时，Kl较小，成形极限较大。为改善孔缘状况，可采用钻孔代替冲孔，或在冲孔后进行整修，有时还可在冲孔后退火，以消除孔缘表面硬化。3．用球形、锥形和抛物线形凸模翻边时，变形条件比平底凸模优越，Kl较小。在平底凸模中，其相对圆角半径rp/t越大，极限翻边系数可越小。4．板材相对厚度越大，Kl越小，成形极限越大。综上所述，本工件结构满足工艺要求，可以采用模具进行加工。第3章工艺方案确定3.1工艺方案的提出根据本工件的外形尺寸及形状，可确定本工件属于落料冲孔工序，中间带有孔的凸台。凸台的加工方法有两种：1）凸台采用翻边的中间工序，扩孔成形，即先冲孔，再翻边；2）先进行浅拉深，再采用冲孔的方法将孔冲出。根据上述的加工方法可提出以下几种模具典型结构所设计的模具加工方案：1）单工序模生产单工序模结构简单，制作周期短，制作成本低廉，生产效率低，冲出的制件精度不高，且工人劳动强度大，不适合大批量的生产。2）复合模生产复合模结构紧凑，冲出的制件精度较高，适合大批量生产，特别是孔与制件外形的同心度容易保证。但模具结构复杂，模具制造较困难，制造成本高，制造周期长等缺点。3）级进模生产在一副级进模上可对形状十分复杂的冲压件进行冲裁、弯曲、拉深成形等工序，故生产率高，便于实现机械化和自动化，适于大批量生产。由于采用条料（或带料）进行连续冲压，所以操作方便安全。级进模的主要缺点是结构复杂，制造精度高，周期较长，成本高。在生产本工件时若采用单工序模生产，制作本工件至少需要5个单工序，也就意味着需要5副以上的模具来进行生产，而且本工件需要长年大批大量生产，采用单工序不但所需的单工序模较多而且会造成产品精度无法保证，经济效益低等缺点，故不宜采用单工序模进行生产。若采用复合模生产，本工件因工件有带孔凸台，且为内圆翻边，若采用扩孔成形，则模具中间部分不但结构非常复杂，而且加工非常困难，装配也困难，故不采用扩孔成形加工带孔凸台，而采用先进行浅拉深再冲孔。在进行拉深时，圆锥部分的