U型支架级进模设计

毕业设计说明书

题 目： U型支架冲压工艺分析及模具设计 学 生 姓 名： 郭皓 学 号： 1000406011 指 导 教 师： 李戬 、郭彦宏 专 业 年 级： 材料成型及控制工程 2010级材成（1）班 所在学院和系： 机械工程学院 完 成 日 期： 2014年06月03日 答 辩 日 期： 2014年06月14日

摘要

U型支架冲压工艺分析及模具设计

摘要

冲压成型是金属成型的一种重要方法，它主要适用于材质较软的金属成型，可以一次成型形状复杂的精密制件。本课题就是将石化、化工、电力等行业的法兰密封结构中的垫片作为设计模型，将冷冲模具的相关知识作为依据，阐述冷冲模具的设计过程。

本设计对指定工件进行的级进模设计，利用Auto CAD软件对制件进行设计绘图。明确了设计思路，确定了冲压成型工艺过程并对各个具体部分进行了详细的计算和校核。如此设计出的结构可确保模具工作运用可靠，保证了与其他部件的配合。并绘制了模具的装配图和零件图。

本课题通过对工件的冲压模具设计，巩固和深化了所学知识，取得了比较满意的效果，达到了预期的设计意图。

关键词：释放键，级进模，弯曲，冲孔

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ABSTRACT

ANALYSIS OF BRACKET STMPING PROCESS AND DIE

DESIGN OF U TYPE

ABSTRACT

Stamping is an important method of metal forming, it is mainly applied to relatively soft metal forming, can be a molding of precision parts of complex shape. This topic is to petrochemical, chemical, electric power industries in the flange gasket sealing structure as a design model, Die related knowledge as a basis to explain the design process of Die.

The design of the suspension by the progressive die design, the use of Auto CAD software to design parts drawing. Clear design ideas, determine the process of stamping and forming part of the various specific details of the calculation and verification. The structure of such a design die is used to ensure reliability, ensure coordination with other components. And the mapping of the mold assembly and part drawings.

Suspension of the project through the stamping die design, consolidate and deepen the knowledge, and achieved satisfactory results, to achieve the desired design intent.

KEY WORDS： the release button, progressive die, bend, punching

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方案一模具结构简单，制造周期短，制造简单，但需要两副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产的要求。

方案二只需一副模具，制件精度和生产效率都较高，且工件最小壁厚大于凸凹模许用最小壁厚模具强度也能满足要求。冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高，板料的定位精度比方案三低，模具轮廓尺寸较小。

方案三只需一副模具，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，模具制造工作量和成本在冲裁简单的零件时比复合模低。

通过对上述三种方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案三为佳。

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4 确定模具总体结构方案

4确定模具总体结构方案

4.1 模具类型

根据零件的冲裁工艺方案，优先采用级进冲裁模。

4.2操作与定位方式

虽然零件的生产批量较大，但合理安排生产可用手工送料方式能够达到批量要求，且能降低模具成本，因此采用手工送料的方式。考虑零件尺寸较小，材料厚度较薄，为了便于操作和保证零件的精度，宜采用导料板导向，侧刃定距的定位方式。为减小料头和料尾的材料消耗和提高定距的可靠性，采用双刃左右对称布置。

4.3卸料与出件方式

考虑零件厚度较薄，采用弹性卸料的方式。为了便于操作、提高生产率，冲件和废料采用由凸模直接从凹模洞口推下的出件方式。

4.4 模架类型与精度

由于零件厚度薄，冲裁间隙小，又是级进模，因此采用导向平稳的中间导柱模架。考虑零件精度要求不是很高，但冲裁间隙较小，因此采用1级精度的模架。

4.5 导向形式的确定

方案一：采用对角导柱模架。由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳。常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。

方案二：采用后侧导柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便。因为导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导套导柱单边磨损，严重影响模具使用寿命，且不能使用浮动模柄。

方案三：四导柱模架。具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件，以及大量生产用的自动冲压模架。

方案四：中间导柱模架。导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。但只能一个方向送料。 根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为提高模具寿命和工件质量，该级进模采用中间导柱的导向方式，即方案二最佳。

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5 弯曲件尺寸、排样形式和材料利用率计算

5.1 弯曲件展开尺寸的计算

弯曲件毛坯展开长度是根据应变中性层弯曲前后长度不变以及变形区在弯曲前后体积不变的原则来计算的。

弯曲属于90°角弯曲，圆角半径r?2mm，厚度t?3mm，r?2/3t?0.5t属于圆角半径较大

的

弯

曲

件

，

圆

角

??90?。

，则弯曲部分的长度

L弯曲??（r?x0t）/2?1.57(r?x0t)其中

x0为弯曲件中性层系数，根据表3-1（《塑性成型工艺与模具设计》）选取得

x0=0.40，则

L弯曲?1.57（2?0.4?3）?5.024?5.02300mm。

，则弯曲毛坯长度为

mm，而坯料的宽度为

L总??L直边??L弯曲?50?15?15?5.02?2?90.045.2 排样方式的选择

方案一：有废料排样 沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。冲件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。

方案二：少废料排样 因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。

方案三：无废料排样 冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。

方案四：采用中间载体来连接各工位之间的冲裁、弯曲及切断等工作，其兼有单侧载体和双侧载体的优点，材料利用率高。

通过上述四种方案的分析比较，综合考虑模具寿命、冲件质量、材料利用率和零件结构，该冲件的排样方式选择方案四为佳。

零件的排样图如下

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5 弯曲件尺寸、排样形式和材料利用率计算

图5.1 零件的排样图

5.3 搭边值的确定

搭边值的作用，搭边是指排样时零件与条料侧边这间留下的剩料。其作用是使条料定位，保证零件的质量和精度，补偿定位误差，确保冲出合格的零件，并使条料有一定的刚度，不弯曲，便于送进，并能使冲模的寿命提高。为了节约材料，应选择合理的搭边值，它一般与卸料板的形式，条料厚度，冲压宽度L有关。

本设计采用弹性卸料方式，条料厚度t=3mm,矩形件边长L=90mm>50mm,且圆角r=2<2t=6,又其材料为低碳钢，通过查表（《塑性成型工艺与模具设计》），得工件间a=2.5,侧面搭边值a1?2.8,但由于本次设计的送料方式为直接送料，且条料精度可以达到零件要求，所以不需要搭边值。参照如图所示为了方便加工所设计的排样方式，则各零件间的距离为5mm。

5.4 送料步距与条料宽度计算

按排样图所示，本次排样选用无废料排样，则条料宽度可由下式计算：

o0B??(D?2a??)，???，其中B为条料的宽度，D为零件垂直于送料方向的最大尺寸（mm）

为90.04mm，a为侧搭边的最小值（mm），为0，?为条料宽度的偏差（mm），查表2-7（《塑性成型工艺与模具设计》）的??0.8mm，则计算得B?(90.04?0?0.8)?0.80?90.86，但由

于本次设计的精度要求为1T14级，条料的精度要求不高，又零件在弯曲时会发生变形，使条料变宽，则可以直接选用宽度为90mm的标准条料。

条料在模具上每次送进的距离为送料步距，用A表示，则A?300?2.5?302.5。

5.5计算材料的利用率

冲裁件的实际面积与所用板料的面积的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用

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材料的重要指标，用η

300?90.04/302.5?96.44?92.6％。

表示，??S1/S0?(S1/LB)?100％=

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11主要零件的设计和选用

11.1 模架的选择与计算

本次设计为级进模设计，根据零件的技术要求计划选用四导柱模架，该模架四个导柱分别安装在凹模周界的四个角上，模架刚性好，受力平衡，导向精度高，适用于冲制精度较高，大量生产和自动化的多工位级进模。

根据《多工位级进模设计手册》选用标准冲模模架中的四导柱模架，查表8-22 钢板滑动导向四导柱模架（摘自JB/T7181.4-1995），知模架的选用是根据级进模的长宽来选用的，则如以下两图所示，为本次设计级进模具各凹凸模的装配位置关系及大小，可知所选模架的最小公称尺寸为

Bmin?184mm，Lmin?927.5mm，则根据表8-22选用凹模周界尺寸为L?1000mm，B?500mm的标准模架。

根据表8-22可得所选用模架的各基本尺寸如下表所示：

凹模周界 L 1000 上模座 B 400 下模座 外形尺寸 L1 1000 导柱 B1 750 闭合高度H 最小 330 导套 JB/T7187.3 最大 370 JB/T7185.4 JB/T7184.4 JB/T7187.1 数量 1 1 1 3 规格 800?500?80 800?500?10060?320 63?320 1 3 60?160?78 63?160?78 36 机械工程学院

11 主要零件的设计和选用

11.1.1上模座的选择与绘图

根据凹模周界为L=1000，B=500根据表9-18 滑动导向四导柱上模座（摘自GB/T2855.1-2008）（《冲模设计速查手册》）的上模座的尺寸数据如下表所示：

L 1000 S B 400 S1 H 80 R h 45 l2 L1 1010 D H7 B1 580 d1 L2 1140 t B2 710 S2 1010 590 76 100 76 M24-6H 46 800 为了使模具装配在压力机上，应在上模座的压力中心位置冲上安装模柄的梯形槽。尺寸由模柄尺寸选择。

则上模座的结构设计如下图所示：

11.1.2下模座的选择与绘图

根据凹模周界为L=1000，B=500根据表9-19 滑动导向四导柱下模座（摘自GB/T2855.2-2008）（《冲模设计速查手册》）的上模座的尺寸数据如下表所示：

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L 1000 S B 500 S1 H 100 R h 50 l2 L1 1010 D R7 B1 580 d1 L2 1140 t B2 710 S2 1010 590 76 100 60 M24-6H 46 800 同时本次设计为级进模设计，为了便于卸去冲孔时余下的废料，应在下模座上与冲孔凹模相对应的地方冲上相应的通孔，跟凹模垫板相同，则下模座的结构设计如下图所示：

11.1.3导柱的选用与绘制

由于下模座的D=60，则根据表9-29 滑动导向导柱-B型（摘自GB/T2861.1-2002）选择导柱数据如下表所示：

d h5或h6 60 d1 r6 60 L 320 l 90 则导柱的形式如下图所示：

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11 主要零件的设计和选用

11.1.4导套的选用与绘制

由于下模座的D=60，上模座的D=76，则根据表9-31 滑动导向导套-B型（摘自GB/T2861.3-2008）选择导套数据如下表所示：

D H6或H7 60 则导套的结构如下图所示

d r 6 76 L 160 H 58

11.1.5模架的结构与装配关系如下图所示

11.2凸模垫板与凹模垫板的选择与计算

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冲模在工作时，凸模要承受很大的冲裁力，这个力通过凸模的固定端传递到上模座。如果作用在模座上的力大于其许用应力时，就会在模板上压出凹坑，从而影响凸模的正确位置。为了避免模座的损坏，在凸模固定板和上模座之间加装一块淬硬的垫板。如果作用在模座上的力大于其许用应力时，就会在模板上压出凹坑，从而影响凸模的正确位置。为了避免模座的损坏，在凸模固定板和上模座之间加装一块淬硬的垫板。设计时，一般根据需要在国标中选取标准的垫板型号。一般垫板的的形状和尺寸大小与凹模板相同。材料选用T7、T8钢，热处理的淬火硬度为48～52HRC，上下表面的粗糙度为Ra0.8以下。

凸模垫板与凹模垫板在选择时大小应与模架相互配合，本次设计已选用的模架为标准模架，所以根据模架的尺寸和模架的工作尺寸选择凸模垫板与凹模垫板的尺寸都为长1000mm，宽500mm，厚度根据模架的闭合高度与凹凸模的高度相互配合而选用为厚度15mm，同时由于垫板是安装在模座上的，所以在垫板的四周应打上10个螺纹孔以便安装在模座上，根据模座的尺寸选择为内螺纹六角螺钉，则凸模垫板的结构如下图所示：

凹模垫板与凸模垫板的尺寸相同，t同时也应该在四周打上10个内六角螺纹孔以便于安装在下模座上。同时为了便于卸料，应在级进模冲孔的相应部分打上与凹模孔口直径相同的卸料孔，则凹模垫板的形式如下：

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