弯曲级进模毕业设计论文

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本科生毕业论文（设计）

题 目:

姓 名: 学 院: 专 业:

班 级: 学 号:

HCB991冲件弯曲成型工艺 与多工位级进模设计 彭 敏 南农工学院 材料成型及控制工程 08级3班 3338327

指导教师: 夏荣霞 职称: 讲师

2012年5月11日 南京农业大学教务处制

目 录

摘要 ................................................................ - 3 - 关键词 .............................................................. - 3 - Abstract ............................................................ - 3 - Key words ........................................................... - 3 - 第一章 绪论 ........................................................ - 4 -

1.1 级进模的概述 ................................................. - 4 - 1.2 级进模特点及其现状 ........................................... - 4 -

1.2.1 多工位级进模特点 ....................................... - 4 - 1.2.2 多工位级进模在我国的发展现状 ........................... - 5 - 1.3 级进冲模的设计要点与步骤 .................................... - 5 - 第二章 产品的工艺性分析 ............................................. - 5 - 第三章 方案及排样图设计 ............................................ - 6 -

3.1 冲裁方案的设计 ............................................... - 6 - 3.2 毛坯展开尺寸计算 ............................................. - 6 - 3.3 排样图的设计 ................................................. - 7 -

3.3.1 排样图的设计 ........................................... - 7 - 3.3.2 排样图的设计方案与比较 ................................. - 8 - 3.4 步距与步距精度 ............................................... - 9 -

3.4.1 步距基本尺寸的确定 ..................................... - 9 - 3.4.2 步距精度 .............................................. - 10 -

第四章 模具工艺计算 ............................................... - 11 -

4.1 凸、凹模间隙值的确定 ........................................ - 11 - 4.2 公称压力的计算 .............................................. - 11 - 4.3 压力设备的选择 .............................................. - 11 - 4.4压力中心的确定 .............................................. - 11 - 第五章 模具结构 ................................................... - 12 -

5.1 模架结构 .................................................... - 12 - 5.2凸模、凹模结构设计 .......................................... - 12 -

5.2.1 凸模结构设计 ......................................... - 13 - 5.2.2 凹模的结构设计 ....................................... - 13 - 5.3 卸料装置结构的设计 ......................................... - 14 - 第六章 主要零、部件的设计与选用 ................................... - 14 -

6.1 工艺零件 .................................................... - 14 -

6.1.1 各工位凸、凹模刃口尺寸计算及长度的确定 ................ - 14 - 6.1.2 定位装置 .............................................. - 18 - 6.2 结构零件的选用 .............................................. - 19 -

6.2.1 导向零件的选用 ........................................ - 19 - 6.2.2 模柄的选用 ............................................ - 19 - 6.2.3 紧固零件的选用 ........................................ - 19 - 6.2.4弹性元件的选用 ......................................... - 19 -

第七章 主要零件的制造工艺 ......................................... - 19 -

- 1 -

7.1 凸模的加工工艺 .............................................. - 19 -

7.1.1 直通式异形凸模 ........................................ - 19 - 7.1.2 圆凸模、长圆凸模 ...................................... - 19 - 7.2 凹模的加工工艺及Pro/E数控加工 .............................. - 19 - 7.3 其他零件的加工工艺 .......................................... - 22 -

7.3.1 卸料板的制造工艺 ...................................... - 22 - 7.3.2 凸固定板的加工工艺 .................................... - 22 -

第八章 总结 ....................................................... - 22 - 致谢 ............................................................... - 22 - 参考文献 ........................................................... - 2 -

- 23 -HCB991冲件弯曲成型工艺与多工位级进模设计

专业姓名 材料成型及控制工程 彭敏

指导教师 夏荣霞

摘要

本设计为一弯曲冲裁多工位级进模，根据设计零件的尺寸、材料、批量生产等要求，首先分析零件的工艺性，确定冲裁工艺方案及模具结构方案，然后通过工艺设计技术，确定排样，计算冲压力和压力中心，初选压力机，计算凸、凹模尺寸和公差，最后设计选用零、部件，对压力机进行校核，绘制模具总装草图以及三维实体图，以及对模具主要零件的加工工艺规程。其中在结构设计中，主要对凸模、凹模、定位零件、卸料装置等进行了设计，对于部分零件选用的标准件，本文就没深入设计，并且在结构设计的同时，对部分零部件进行了加工工艺分析，最终才完成本毕业设计。

关键词

多工位级进模；工艺性分析；总装图；凸模

The forming process and multi-position progressive die design of

HCB991 metal stamping

Student majoring in material formating and control engineering Peng Min

Tutor Xia Rongxia

Abstract

This paper designs a bent and punched multi-position progressive die. According to the measurement, material and requirements of batch production of the indispensable components, manufacturability of the components is carefully analysed in the first place to determine the structure of the dies and how to punch them. Afterwards, process design method was employed to decide layout and calculate stamping pressure and pressure center with which pressing machines can be chosen. At the same time, the measurements of both cavity and terrace die and their tolerance were calculated. In the end, proper components were designed using Pro/E. In the design of die structure, the cavity and terrace die, locating element and discharge unit were specially designed. As to some components, standard components were adopted. Meantime, working process were analysed in details.

Key words

multi-position progressive die；manufacturability analysis；assembly drawing;terrace die

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第一章 绪论

1.1 级进模的概述

一个冲压零件，如用简易模具冲制，一般来说，没项冲压工序，如冲模（冲孔、冲切或落料）、弯曲、拉深、成型等，就需要一副模具。这对于一个比较复杂的冲压零件来说，则需要几副模具才能完成。因此这种简易模具的生产效率，相对来说仍是较低的。对于大批量生产的定性产品，用简易模具进行生产是极不适应的。

多工位级进模是冷冲模的一种。级进模又称跳步模，它是在一副模具内，按所加工的零件分为若干个等距离工位，在每个工位上设置一定的冲压工序，完成冲压零件的某部分加工。被加工材料（一般为条料或带料）在控制送进距离机构的控制下，经逐个工位冲制后，便得到一个完整的冲压零件（或半成品）。这样，一个比较复杂的冲压零件，用一副多工位级进模即可冲制完成。在一副多工位级进模中，可以连续完成冲裁、弯曲、拉深、成型等工序。一般地说，无论冲压零件的形状怎样复杂，冲压工序怎样多，均可用一副多工位级进模冲制完成。

多工位级进模的结构比较复杂，模具制造精度高，这对模具设计者来说需要考虑的内容很多，尤其是级进模条料排样图的设计，模具各部分结构的考虑等都是十分重要的。

级进模，尤其是多工位级进模，配合高速冲床，实现高速自动化作业，能使冲压生产率大幅度提高。它在提高生产效率、降低成本、提高质量和实现冲压自动化等方面有着非常现实的意义。多工位级进模可以对于一些形状十分复杂的冲压件进行冲裁、弯曲、拉深、成形加工。对大批量生产的冲压零件尤其应当采用多工位级进模进行冲制。 1.2 级进模特点及其现状

级进模是在压力机一次行程中完成多个工序的模具，它具有操作安全的显著特点，模具强度较高，寿命较长。使用级进模便于冲压生产自动化，可以采用高速压力机生产。级进模较难保证内、外形相对为位置的一致性。

多工位级进模冲压工艺具有生产效率高，材料利用率高，冲压设备比较简单，对操作工人技术等级要求不高等优点，所以在工业生产中，应用广泛，并已成为不可缺少的重要加工手段之一。 1.2.1 多工位级进模特点

多工位级进模精度高、寿命长，其工作元件常采用高速钢或硬质合金制造。用硬质合金制造的模具寿命一般可达到1亿次，最高可达到3亿次。模具加工的位置精度为±（0.002~0.005）mm，尺寸精度一般为0.005mm，高的可达0.0025mm。特别对一些小凸模而言，其寿命显得更为重要。在多工位级进模中，通常凸模都很细小，因此，它需要精确的导向和保护，常常将卸料板上的凸模相配的孔做得很精确，其尺寸及相互位置也做得正确无误。在冲压过程中凸模平稳、精确，就需要卸料板对凸模导向和保护作用，而卸料板也大多采用导柱导向。

多工位级进模有自动送料装置，送料精度高，送料布局能精确调整。目前生产中常采用夹持式、滚动式、有离合器和琨式、凸模琨是、摆动琨式等送料装置，送料误差可控制在±（0.002~0.005）mm。另外，在一些冲裁速度较慢、不要场合也采用手工进料的方式。

总的来说，多工位级进模有以下特点： 1）适用于制件的大批量生产。

2）冲制件质量可靠、稳定，即制件尺寸的一次性好。

3）由于自动送料和自动出件等装置，尤其是多工位级进模，适用于高速冲床上进行自动化冲制，也最适宜卷、带料供料。

4）级进模可以完成冲裁、弯曲、拉深、成形等多道工序，效率比复合模更高，且

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在级进模上工序可以分散，任意留出空工位（当然要在满足制件的冲制要求前提下），故不存在复合模的最小壁厚问题，因而保证了模具的强度，延长了模具的使用寿命。

5）模具主要零件具有互换性，使模具维修方便，更换迅速、可靠。

6）多工位级进模结构复杂，制造精度高，调试、维修困难，价格昂贵； 7）多工位级进模对冲压设备、板料要求高。 1.2.2 多工位级进模在我国的发展现状

由于种种原因，我国模具工业与当前工业发展还很不适应，无论是在设计制造技术和生产能力方面，还是在管理水平方面，模具共均远远不能满足需求，它严重影响了工业产品的品种、质量和生产周期，削弱了其在国际市场上的竞争能力。今年来，我国模具进口量呈大幅度下降之势，并有超亿元出口额。大型、复杂、精密、高效和长寿命模具也逐年上新的台阶，提醒高水平制造技术的多工位级进模也越来越多，冲压自动线、自动冲床技术也得到了广泛应用。我国模具行业技术水平迅速提高，模具国产化已经取得了十分可喜的成绩，这将对我国在国际市场上的竞争力和综合国力的提高起到有力的促进作用。

1.3 级进冲模的设计要点与步骤

对冲件进行科学、合理的工艺性分析是模具设计的机床，正确的排样设计是关键，模具的结构总成是实现自动或半自动冲压生产合格零件的具体体现。

1）冲件的工艺性分析 级进冲模是集分离工序和成形工序的多工艺、多工序冲压加工于一体的模具。所需冲制零件的工艺性分析较普通冲模要求高。必须全面了解、掌握冲件的材料状态、形状结构、公差等级、展开尺寸、尺寸基准、冲裁面的毛刺方向、生产批量等信息。

2）排样图设计是在掌握全部正确的工艺书记后进行的一项关键工作，排样的设计基准必须遵循基准同意的原则，工序的分解与排列顺序、定距方式要合理，载体的选择与重建的工序连接形式要恰当，结合模具的强度与模具工作零件及辅助机构的设计应避免干扰有效空间，最大限度地提高冲件材料的利用率等。

3）在排样图设计后，模具中工作零件、结构零件、辅助零件的设计与标准零件的选用要结合总体结构要求进行，先设计结构总图在绘制模具零件图，并提出相应的使用、保养与维护要求。

第二章 产品的工艺性分析

本设计任务为HCB991冲件弯曲成型工艺与多工位级进模设计，其材料为08钢，该零件结构较复杂，有向上向下两个相反方向的弯曲（此处是本设计的难点），同时，在弯曲面上有较多孔，主要保证安装孔的位置尺寸。

从技术要求和使用条件来看，该制件有较高的强度和刚度，因为未标注尺寸公差，故制件制造公差按IT14技术。制件图形如下：

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图2-1 零件二维图

图2-2 零件三维图

第三章 方案及排样图设计

3.1 冲裁方案的设计

如图2-2所示，零件形状较怪异，而且孔多，再者制件有向上向下两个相反方向的弯曲。综合考虑，该制件在冲裁时必须先冲孔再弯曲。同时，材料必须先切断再弯曲，而且采用上出料方式，人工取料。用回带式挡料装置定距，初定四个工位：工位一，冲定距切口；工位二，冲切余料；工位三，冲孔；工位四，切断制件、完成两个弯曲。

本设计课题要求：材料为厚1mm的08钢，要求产量为大量。该零件属于典型的冲裁、弯曲复合件。与普通的弯曲件相比，形状更为复杂，对工艺与模具的要求更高。 3.2 毛坯展开尺寸计算

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图3-1 展开图

r 板厚t=1mm，弯曲半径r=R=1mm，?1，查《冲压工艺及冲压模具设计》P137表

t4-3得，应变中性层位移系数K=0.32。弯曲件展开尺寸公式L?l1?l2??2尺寸A由冲件总长加上高度为18mm的弯曲部分展开得来，所以由公式得，

?A?16.7?149.7??1?0.32?0.3??168.8mm，

2?B?31?3.9??0.32?1?1??37mm，

2?C?2.3?6.3??1?0.32?1??10.7mm。

23.3 排样图的设计

设计多工位级进模时，首先要设计条料排样图，这是设计多工位级进模的重要依据。条料排样图一旦确定，也就确定了一下几方面： 1）被冲制零件各部分在模具中的冲制顺序； 2）模具的工位数，及其作业内容；

3）确定了被冲零件排列式样（单排、双排、多排），方位（正排、斜排）等。并反应出材料利用的高低；

4）确定了模具步距的公称尺寸和定距方式； 5）条料的宽度、条料纹向与送料方向的关系； 6）条料载体的设计形式； 7）基本上确定了模具的结构；

多工位级进模条料排样图设计得好坏，对模具设计的影响是很大的。排样图设计错误会导致制造出来的模具无法冲制零件。

一般在设计多工位级进模条料排样图时，要拿出多种排样方案，加以比较、归纳、综合，最后得出一个最佳方案。多工位级进模条料排样图设计是否最佳方案，首先要看工位分布是否合理、条料能否在连续冲压过程中通畅无阻；是否便于使用、制造、维修和刃磨；是否经济合理。 3.3.1 排样图的设计

条料排样图直接关系到级进模设计，因此在设计排样图时，主要需考虑到以下几个因素。

1）送料方式：高速冲压的多工位级进模，用自动送料机构送料，用导正钉精确定距；手工送料则多用侧刃定距，用导正钉精确定距。

2）冲压零件形状分析：每一个冲压零件都有它的一些特点，因而在设计条料排样时，必须对这些特点加以分析、研究。

3）模具的具体结构和加工工艺性：在设计条料排样图的同时，必须考虑模具的具体结构，要把每一个环节，没一个具体部分的装配关系，装配顺序，以至对没部分的加工方案等都要考虑全面。这样，设计出来的条料排样图才能够指导模具设计。

4）被加工材料：多工位级进模对被加工材料的要求都是很严格的。在设计排样图时，对材料的供料状态、被加工材料的机械性能、材料厚度、条料宽度与材料纹向、材料利用率等都要给予全面考虑。

5）正确安排侧刃孔与导正钉孔：导正钉孔与导正钉的位置安排对于多工位级进模的精确定位时很关键的。

6）分段切除过程零件形状连接方式的选择：多工位级进模的分段切除的排样图，其连

?Kt?r?。

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接方式基本上可以分为三种：即搭接、平接和切接。搭接最有利于保证冲件的连接质量，因此在分段切除过程中绝大部分都采用搭接连接方式。

7）载体：条料载体是条料在送进过程中，经过不断地冲切余料，条料内连接冲压零件运载前进的这部分材料称为条料载体。条料载体分为：双侧载体、单侧载体和中间载体三个基本形式。

8）工位的确定与空位工位：在划分工位时，对零件要求精度比较高的部位，应尽量集中在一个工位一次冲压完成为好，以避免步距误差影响精度要求。对于一个零件的两个弯曲部分有尺寸精度要求时，则弯曲部分也应当在同一工位一次加工成形。这样不仅保证了尺寸精度，并且能够准确地保持成批零件加工后的一致性。在排样图中，增设空位工位的目的是为了保证模具有足够的强度，确保模具的使用寿命，或是为了便于模具设置特殊结构。

9）各种冲压工序在条料排样图设计中的顺序原则：在一般冲冷模设计中，各种冲压工序之间的顺序关系已形成一定规律。但是在多工位级进模连续冲压时，常有一些不同之处，如果在设计条料排样图时，没有很好的掌握这些特点和内在关系，会使模具的设计与制造走弯路，甚至影响模具顺利冲制和冲压零件的质量。在本设计属于冲裁弯曲多工位级进模，应冲切掉孔和弯曲部分的外形余料，再进行弯曲。 10）冲裁力的平衡：力求压力中心与模具中心重合，其最大偏移量不超过模具长度的1/6（或宽度的1/6）；同时要分析多工位级进模在冲压过程中可能产生的侧向力的部位，大小和方向，力求抵消侧向力。 3.3.2 排样图的设计方案与比较 1）绘制排样图

绘制排样图过程：

○1首先根据已绘制的零件图、零件展开图的形状、特点，初定采用单排。 ○2零件的排样方式有两种，直排和斜排。

○3初步估计工位数，以排样基准线为准画一排零件的展开图。 ○4按零件图的形状，考虑对弯曲、成形部分分解加工工序。

○5综合考虑产品各内孔外形和各分解加工成新的内容，共分多少工位，以及各工位加工 内容。

2）两种方案的比较

直排：虽然这种排样方式比较简单，但是经计算，其材料利用率不足30%，所以不可取。

斜排：排样结构紧凑，经计算，除去料头料尾，其材料利用率可超过70%（详见3.5），而且方案可行，故采用斜排的方式。如下图：

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图3-2 排样图

工位○1：冲定距侧刃槽； 工位○2：冲周边余料； 工位○3：空工位； 工位○4：冲制件上的孔； 工位○5：切断制件、弯曲成型。

该方案较好的解决了最后一个工位的动作，即切断制件，同时利用两个弯曲凸模不同高度进行向上弯曲以及向下弯曲；另外，也较好的解决了各凸模之间的干涩问题，又使各凹模壁厚比较合理。 3.4 步距与步距精度

级进模的步距是确定条料在模具中每送进一次，所需要向前移动的固定距离。步距的精度直接影响冲件的精度。 3.4.1 步距基本尺寸的确定

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图3-3 冲件步距与条料宽度

查《多工位级进模设计与制造》P44表3-2得，工件间的搭边值a=1.5mm，工件与条料间的搭沿值a1=1.8mm。

条料宽度B?37?sin53??168.8?cos53??9.5?cos53??2a1 其中a1——条料与工件间的搭沿值，为1.8mm。 所以B?138.97mm。

B?M8.8?2.2??13.77mm。 步距的基本尺寸 S?sin53?sin53?3.4.2 步距精度

步距的精度直接影响冲件的精度。由于步距的误差，不仅影响分段切除余料，导致外形尺寸的误差，还影响冲件内、外形的相对位置。也就是说，步距精度愈高，冲件精度也愈高，但步距精度过高，模具制造也就愈困难。所以步距精度的确定必须根据冲件的具体情况而定。

影响步距精度的因素很多，但归纳起来主要有制件的精度等级、制件形状复杂程度、制件的材质和厚度、模具的工位数，以及冲压时条料的送进方式和走距方式等。

由实践经验总结出多工位级进模的步距精度可由下式确定：

????3k

2n式中 δ——多工位级进模步距对称偏差值；

β——制件沿条料送进方向最大轮廓基本尺寸（指展开后）精度提高三级后的实际公差值；

n——模具设计的工位数；

k——修正系数，查《多工位级进模设计与制造》P127表5-1，取k=1。

如图3-3所示，排样图中沿送料方向的最大轮廓尺寸为13.77mm，共分为5个工位。

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尺寸13.77的IT14级公差值为0.43mm。模具的双面冲裁间隙为[0.1,0.14]mm。所以式中 β=0.43mm，n=5，k=1， 带入公式计算得

?0.43???3k??3?0.125

2n25所以这副多工位级进模的步距公差为±0.125mm。 3.5 材料的利用率

排样的材料利用率（除去料头料尾）：

A1372.75???100%??100%?71.7%

BS138.97?13.77第四章 模具工艺计算

4.1 凸、凹模间隙值的确定

材料为08钢，厚度为1mm。

对冲裁，其凸、凹模间隙值可查《冲压工艺及冲模设计》P41表3-4得冲裁模初始双面间隙Z=[0.1mm,0.14mm]。

对弯曲，其凸模和凹模之间的间隙值可由下式来决定：

Z?tmax?nt

式中 Z——弯曲凸模与凹模的单面间隙（mm）；

tmax、tmin——材料厚度的最大尺寸和最小尺寸（mm）；

n——间隙系数。查《冲压工艺及冲模设计》P155表4-10得，n=0.05。 计算得，单面间隙为Z=1.3mm。 4.2 公称压力的计算

压力机的公称压力必须大于或等于冲压力。计算总冲压力F时，原则上要计算同时发生的所有的力，但由于弯曲力、卸料力、推件力、顶件力与冲裁力相比较小，所以计算公称压力的时候，可只计算冲裁力，而忽略其他三种力，并相应的提高。 冲裁力计算公式：

F?1.3Lt?

式中 L——冲裁轮廓线总长度（mm）； t——板料厚度（mm），此处t=1mm； τ——材料抗剪强度（MPa），查表08钢τ=310MPa。

据排样图，工位一中冲裁力为F1?1.3??9.66?2.5??1?310?4500N

工位二：F2?480?1.3?1?310?1.93?105N 工位三：空工位；

工位四：F4?1.3??24??8??1?310?3.36?104N 工位五：F5?1.3?20?1?310?8000N。

F公称压力＞1.2F总?1.2??F?1.2?240KN?288KN。

4.3 压力设备的选择

根据以上计算，查《简明冲压模具设计手册》P452表9-2，选压力机型号为J23-40，其参数为：公称力=400KN，滑块行程：100mm，模柄尺寸：Φ50mmx70mm。 4.4压力中心的确定

冲裁时的合力作用点或多工序模各工序冲压力的合力作用点，成为模具压力中心。如果模具压力中心与压力机滑块中心不一致的话，在冲压过程中就会产生偏载，导致模具以及滑块与导轨的急剧磨损，降低模具和压力机的使用寿命。通常利用求平行力系合力作用点方法确定模具的压力中心。

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图3-3

压力中心的计算公式：

x0??lxi?1nnii?li?1，y0??lyii?1nni

i?li?1i分段计算，分工位计算，由于公式繁琐，故在这里就省略，最后计算得x=102.44mm，y=102.4mm。

第五章 模具结构

5.1 模架结构

冲模模架有铸铁模架和钢铁模架，其中钢铁强度高、加工工艺性较好，但比铸铁模架稍贵，在精密模具中使用较多。因本设计精度要求不算高，所以本设计选用铸铁模架。本设计中凹模周界范围为220mm×220mm，且精度要求不高，故选用后侧导柱模架。根据模具各零件厚度初稿，选用模具型号为220×220×190~230 I GB/T 2851.3-1990，技术条件按JB/T 8050-1999的规定。

该模架为后侧导柱模架，其凹模周界尺寸为220mm×220mm，模架高度为190mm~230mm，导柱为Φ35mm×180mm，导套Φ53mm×115mm。 5.2凸模、凹模结构设计

凸模和凹模直接担负着冲压工作。由于加工性质的不同，凸模与凹模的形状、结构也不同。多工位级进模一般都含有两种或两种以上的冲压工艺，凸模和凹模数量之多是可想而知的。要使之能够适应高速连续冲压，必须满足各种特定的技术条件，而绝不能用一般凸模、凹模的方法进行设计。凸、凹模的设计要遵循以下几点原则：

1）凸、凹模要有足够的强度和刚度。设计凸、凹模应选择强度较好的材料，选择

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合理的热处理工艺和规范：在条件许可时可减少凸模长度，增加凹模厚度，在结构上增加他们的强度和刚度。

2）凸、凹模必须安装牢固，便于维修和更换，保证冲件的精度。

3）多工位自动级进模的凸、凹模要有统一的标准，这样既便于加工，又不会出现位置上的误差。

4）余料排除方便及时。为了避免损坏模具，应采取及时的措施来清除余料，一般在凸模上设置余料顶针，凹模上设置高压气孔等措施。 5.2.1 凸模结构设计

在凸模安装结构中，在1、4、5工位上，考虑到凸模需要便于更换及力求结构的简单的原则，采用了直接插入式的固定安装结构，如图1-5，是靠凸模与固定板的摩擦力

H7固定，一般采用过渡配合，同时用粘合剂粘粘凸模，以便防止凸模旋转。本设计中

n6的材料为08刚1mm，冲压过程中卸料力也比较小。综上分析，使用该凸模安装结构可满足实际要求。

在工位2中，凸模形状较大，又是直通式异形凸模，本设计使用了在多工位级进模中常用的一种异形凸模安装结构。直通式非圆形凸模又称等截面凸模，生产中常用成型磨、坐标磨或线切割加工而成。凸模与凸模固定板的配合一般选用H7/m6,H7/h6配合。

图4-3 圆形凸模及长圆形凸模安装结构示意图

5.2.2 凹模的结构设计

多工位级进模的凹模设计是比较复杂的。要考虑各工位工作形孔的形状、精度，又要考虑各形孔的相对位置，确定各形孔的基准和相互间的坐标关系；又要考虑加工方便和使用寿命等因素，所以多工位级进模凹模机构的种类较多。

凹模的分类：整体凹模、镶套式凹模、拼合形孔凹模、分段拼合凹模。 分析各凹模的使用场合及优缺点：

1）整体式凹模：对于多工位级进模，不论其凹模的形孔多少，复杂程度如何，凹

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模设计为一个整体的称为整体凹模。它具有如下的优点：凹模只是一块板状零件，比较完整，使模具的结构比较紧凑，设计和加工简单，制造装配比较方便，成本比较低；缺点是局部损坏后，不便于修理，对大一些的级进模不利于加工，因此只适用于外形尺寸不能太大的（一般小于400mm）的场合。

2）镶套式凹模：对于某些小圆孔和小的异形孔，为了便于加工、刃磨和更换，可在整体凹模上或凹模固定板上采用镶套式结构。镶套式凹模的镶件除整体结构外，还有拼合的。外面有圆形、方形、直通式镶件。

3）拼合形孔凹模：对于某些不易加工的异形凹模形孔，变内形加工为外形加工，这样较易满足高精度的质量要求，此时可以采用拼合形孔凹模。

4）分段拼合凹模：在多工位级进模中，对于大一点的凹模，为便于加工，也为了提高个工位孔形位置精度，常采用分段拼合凹模结构。它是将凹模分为若干段，分别将每一段加工成一定尺寸要求，，然后再将各段凹模的结合面研合后组合在一起固定到下模内，并在下面加上淬硬的垫板，组成一个完整的凹模。这种固定方法比较稳定可靠，强度也好，承载力比较大，但装拆不方便。

综合分析之后，本设计采用整体式凹模，该结构能更好的解决各凸模的位置，模具的结构比较紧凑，设计和加工叫简单，制造装配比较方便，成本也较低。 5.3 卸料装置结构的设计

卸料装置在级进模中是个很重要的组成部分，常用的有固定卸料和弹压卸料两种形式。本设计采用弹压卸料装置，其作用是：在多工位级进模工作前，弹压卸料装置把条料压住，防止条料在冲压过程产生位移和塑性变形；卸料装置必须对各凸模起导向和保护作用。

在级进模中，弹压卸料板都要设计成反凸台形。冲压时，突出部分正好进入两导料板之间。凸台和导板之间应有适当的间隙。同时应满足下例注意事项：

1）卸料板各工作形孔应当与凹模形孔同心。这种要求要从模具设计及工艺上加以保证。另外，卸料板的各形孔与对应凸模的配合间隙只有凸模与凹模冲裁间隙的1/3~1/4,这样才能起到对凸模的导向和保护作用。

2）卸料板各工作形孔应有良好的粗糙度，应适应高速冲压导向和保护作用。卸料板各工作形孔的粗糙度应控制在Ra0.1~Ra0.4um

3）多工位级进模的卸料板应具有耐磨性，对于冲压速度不高的卸料板选用中碳钢以上或碳素工具钢材料制作，淬火硬度HRC40~45。

4）卸料板对凸模要有一定的导向高度，越是细小凸模其导向高度也越高。

5）为了保持卸料力平衡，卸料螺钉孔应当布置在全部工作形孔的外围，使得卸料螺钉受力均匀。

6）卸料螺钉的工作长度在一副模具勒内应严格一致，否则安装以后卸料板不能平稳，形成不平衡卸料，容易损伤凸模。在本次多工位级进模设计中用了如图所示的安装结构，可以保证卸料螺钉工作长度一致性。

7）卸料螺钉沉孔深度要有足够的活动量，否则，当凸模经过多次刃磨后，卸料螺钉帽头在重头道德最低位置时会高出上模座的上平面，从而损坏模具或者设备。

在本次多工位级进模中采用弹压卸料装置，很重要的一个环节是卸料要平稳，有足够大的卸料力，以保持顺利卸料。

第六章 主要零、部件的设计与选用

6.1 工艺零件

6.1.1 各工位凸、凹模刃口尺寸计算及长度的确定 工位一：冲侧刃

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刃口工作部分尺寸如图6-1：

图6-1 刃口工作尺寸

?0.25公差等级为IT14，查表得尺寸2.5mm→2.50mm。凹、凸模采用分别加工法，计算得：

00 dp??dmin?x????p??2.5?0.5?0.25??0.016?2.6250?0.016mm ；

dd??dp?Zmin?0??d??2.625?0.1?0?0.024?0.024?2.7250mm。

考虑到刃口在模具中的定位以及分布，在刃口下端增加1mm。

考虑到该凸模在模具中的位置以及工作内容，初定凸模长度为55mm，材料为Cr12。

4500F经校核，其凸模最小截面的压应力??A ??255MPa?????450MPa。?3.725??1?tan75?工位二：冲裁余料

边料凸模II需冲切部分尺寸如图6-2：

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图6-2

?0.25?0.25?0.25公差等级为IT14，各尺寸查表后添加上公差，2→20，2.2→2.20，2.3→2.30，008.8→8.80?0.36，37→37?0.62,74.4→74.4?0.74。该部分应当是冲孔所得，采用配合加工法进行加工，带入公式，各尺寸计算得： 尺寸 变化情况 凹模尺寸 凸模尺寸 ?0.2520mm 2.12502.225mm 变大 ?0.06mm ?0.252.30mm ?0.252.20mm 变大 变大 变小 变小 不变 2.525mm 2.425mm 8.72mm 36.79mm 74.13mm 2.4250?0.06mm 2.3250?0.06mm ?0.098.620mm ?0.15536.690mm 8.80?0.36mm 370?0.62mm 74.40?0.74mm 74.03?0.09mm 边料凸模I需冲切部分尺寸如图6-3：

图6-3

公差等级为IT14，尺寸2.2mm、1.8mm、74.4mm如边料凸模II中尺寸一样，其凸、?0.25?0.25?0.25凹模工作尺寸亦一样。各尺寸查表后添加上公差，1.99→1.990,3→30, 1.5→1.50，

?0.3?0.43?0.5228.68→28.680，5.3→5.30,9.5→9.50,10.7→。该部分是冲孔加工完成，其10.70?0.36凸、凹模采用配合加工法完成，各尺寸带入公式，计算之后得： 变化情况 尺寸 凹模 凸模 - 16 -

?0.251.990mm ?0.2530mm ?0.251.50mm 变大 变大 变大 不变 不变 变小 变小 2.225mm 3.225mm 1.725mm 29.04mm 5.55mm 9.42mm 11.015mm 2.1150?0.06mm 3.1250?0.06 1.6250?0.06mm 28.94?0.065mm 5.45?0.038mm ?0.099.320mm ?0.1110.9150mm ?0.5228.680mm ?0.305.30mm 9.50?0.36mm ?0.4310.70mm 该两个凸模长度与工位一凸模长度一致，为55mm。经校核，其承压能力符合要求。 工位三：空工位，无刃口尺寸计算。 工位四：冲孔。

有直径Φ3、直径Φ2，以及1xΦ2长圆孔。该工位凸、凹模采用分别加工法，采用冲孔方法得到，其凸、凹模工作部分尺寸如下表： 尺寸 凹模 凸模 ?0.25?0.024?20mm ?2.2250mm ?2.1250?0.016mm ?0.25?30mm ?0.024?3.2250mm ?3.1250?0.016mm ????????各孔的孔心距按公式Ld??Lmin???d??Lmin???。

2?2?2?8?该工位凸模长度与工位一、二相等，亦为55mm。 工位五：弯曲I、弯曲II、切断。

1.凸模与凹模的圆角半径和凹模深度

1）凸模圆角半径 查《冲压工艺及冲模设计》P129表4-2得rmin=0.4mm，而本设计中，弯曲件圆角半径大于rmin，所以r弯曲件?r凸。

2）凹模圆角半径 t=1mm，所以r凹?（3~6）t，取4mm。

3）弯曲件凹模深度L0。

查《冲压工艺及冲模设计》P154表4-9得，L0=15mm。 2.凸模与凹模之间的间隙

生产中，凸模和凹模之间的间隙值可由下式来决定：

Z?tmax?nt

式中 Z——弯曲凸模与凹模的单面间隙（mm）；

tmax、tmin——材料厚度的最大尺寸和最小尺寸（mm）；

n——间隙系数。查《冲压工艺及冲模设计》P155表4-10得，n=0.05。 计算得，单面间隙为Z=1.3mm。

弯曲凸模I弯曲部分尺寸如图6-4：

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图6-4

?0.075，带入公式得L?40mmL?3.925mm，L凸??L凹-Z??2.625-0.075mm。 ?0.3凹00其中该弯曲部分带有冲切刃口，工作尺寸为：9.50-0.36mm，采用分别加工法，落料完成。带入公式

?0.024得凸、凹模工作尺寸为：Dd?9.320mm，Dp?9.220?0.016mm。

该工位动作比前四个工位都要提前，所以该工位凸模要长。由于U形弯曲中，制件需要进入凹模的长度已查出，为15mm，故此工位凸模要长15mm，取70mm。但弯曲凸模I为工位五的第一个动作，故比另外两个弯曲凸模要长，设定为75mm。 弯曲凸模II弯曲部分尺寸如图6-5

图6-5

尺寸151.750-1mm，带入公式计算得L凹?150切断冲模凸、凹模工作尺寸

?0.0246.20mm，Dp?5.920-0.36mm 落料冲模，Dd?6.020?0.016mm。

0

?0.25mm，L凸?149.70-0.25mm。

?0.075尺寸5.90mm，L凸?4.7750-0.30mm，L凹?5.8250-0.075mm。

6.1.2 定位装置

本设计中采用回带式挡料装置进行定位，使用人工送料。在凹模与导料板之间安装一个挡料块，送料时，由搭边撞击挡料块端头斜面，使挡料块往导料板中运动，压缩弹簧。及时回来条料，弹簧回弹，推动挡料块运动，嵌入条料的切槽里，便可定距。如图

图6-6 定位装置

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6.2 结构零件的选用 6.2.1 导向零件的选用

导柱、导套由选择的模架一同选定，如5.1中所述，导柱为Φ35mm×180mm，导套Φ53mm×115mm。安装方法亦按具体要求进行安装。 6.2.2 模柄的选用

模柄尺寸根据压力机中模柄尺寸要求进行选定，规格为Φ50mm×70mm。选用凸缘模柄，上模座的沉孔与凸缘为H7/h6配合，并用三个内六角螺钉进行固定。 6.2.3 紧固零件的选用

螺钉的选用按装配图中明细栏的要求选定。 6.2.4弹性元件的选用 卸料弹簧的选用

卸料力FX?KXF，其中KX为卸料力系数，查《冲压工艺及冲模设计》P57表3-11得，KX取0.05，F为冲裁力，由前面计算得F=288KN，所以卸料力F=14.4KN。卸料弹簧为4根，故每根弹簧的预压力F预?F斜/k?14.4/4?3.6KN，选用蝶形弹簧5，其内径为18.3mm，允许符合Pmax=5180N。 顶件弹簧的选用

顶件弹簧只需顶件，零件的重量不大，综合考虑选用直径为Φ2mm的弹簧即可。

第七章 主要零件的制造工艺

7.1 凸模的加工工艺 7.1.1 直通式异形凸模

直通式异形凸模在本次设计的模具中占有非常重要的位置。他在模具中承载了所有的板料外形的切除工作。直通式异形凸模利用一般的加工方法难以加工。在生产中通常采用电火花线切割来完成加工。电火花线切割不需要制作复杂的成形电极，而是利用不断移动的电极丝作为工具，工件则按照预定的轨迹运动从而“切割”出所需要的复杂零件。

加工工艺过程为：

1、下料，粗加工毛坯； 2、磨安装面和基准面； 3、划线加工穿丝孔；

4、淬硬后再磨安装面和基准面； 5、电火花线切割机床上切割成型； 6、抛光、磨刃口； 7.1.2 圆凸模、长圆凸模

1、下料、车削加工毛坯； 2、淬火； 3、精磨；

4、工件表面抛光和刃磨。

7.2 凹模的加工工艺及Pro/E数控加工

本设计中，因工件孔小，而且多，且要保证孔距精度。对于凹模上圆形孔系，采用坐标铣削的方法来加工，达到保证孔距精度的目的。

具体的加工工艺为： 1、下料；

2、粗精加工毛坯上下表面和凹模外形； 3、磨上下表面和定位基准面；

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