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XXXX 學 院
畢業(yè)設計說明書(論文)
作 者： XXX 學 號： XXX
學院（系、部）： XXXX
專 業(yè)： XXXX
題 目： 金屬鈕扣多工位級進模設計
指導者：
評閱者：
20013 年 XX月 XX
第II頁
畢業(yè)設計說明書（論文）中文摘要
本文闡述了采用多工位級進模生產的可能性，分析了金屬鈕扣多工位級進模的成形工藝及特點。詳細對比了零件的幾種排樣方案和沖切刃口的設計，列舉了利用軟件對零件的毛坯進行展開、沖壓工藝的計算以及凸模強度的校核等過程；本文所介紹的級進模共有13個工位，是一副集多個工序為一體的模具，其成形的工序主要包括沖裁、彎曲等；為了保證模具在工作時不干涉，在設計時應予以綜合考慮；在文章的最后簡單的介紹了級進模材料的選用及熱處理并且詳細列出了壓力中心的計算過程。
關鍵詞 級進模 排樣 模具設計
Title Progressive Die Design of Frame Cover
Abstract
This paper described the feasibility using progressive die and analysed the forming process and characteristic of the progressive die . Some kinds of stock layout and the design of cutting edge were compared in detail about this part . Blank expanding by software , process calculation and verifying the punch strength were introduced.The progressive die had ten stations . The forming process contained blanking , bulging , bent and so on , In order to ensure nonintervention of the die in working , the forming process must be considered synthetically. Finally, the selection and heat treatment of die material and the computational process of pressure center were discussed in detail.
Keywords progressive die stock layout die design
畢業(yè)設計說明書（論文）外文摘要
畢業(yè)設計說明書（論文）
目 錄
前 言 1
第一章金屬鈕扣介紹及沖壓工藝性分析 3
1.1金屬鈕扣零件圖的繪制 3
1.1.1金屬鈕扣二維零件圖 3
1.2金屬鈕扣工藝設計 4
1.2.1 工藝分析 4
第二章 排樣設計 8
2.1 概述 8
2.2 毛坯排樣 8
2.2.1 毛坯排樣 8
2.2.2 搭邊 9
2.2.3 步距 10
2.2.4 條料的寬度 10
2.2.5 材料利用率 11
2.3 沖切刃口設計 11
2.4 輪廓分解時分段搭接頭應注意的問題 12
2.5 工序排樣 12
2.5.1 工序排樣類型 12
2.5.2 載體設計 12
2.5.3 條料定位方式 12
2.6 工序排樣 13
2.7 條料尺寸及步距精度 15
第三章 工藝計算和設備選擇 16
3.1沖壓力的計算 16
3.1.1 沖裁力的計算 16
3.2 彎曲力的計算 18
3.3 總沖裁力的計算 18
3.4 卸料力的計算 18
3.5 卸料樹脂的選用 19
3.6 確定壓力中心 20
3.7 凸、凹模刃口尺寸的計算 21
3.7.1 凸、凹模刃口尺寸的計算原則 21
3.7.2 刃口尺寸計算方法 21
3.8 彎曲模的結構設計 25
3.9 設備的選擇 28
3.9.1 完成各種工序所需的壓力 28
3.9.2 壓力機的校核 28
第四章 模具設計 30
4.1 模具結構概要設計 30
4.1.1 模具基本結構形式 30
4.1.2模具基本尺寸 31
4.1.3 模架的選定 31
4.2 模具工作零件設計 31
4.2.1模具零件的連接 31
4.2.2 模板類零件的連接 32
4.3 卸料機構的設計 32
4.3.1 卸料板的安裝形式 32
4.3.2 小導柱、小導套 33
4.4導料與定距機構 34
4.4.1導料裝置 34
4.4.2定距裝置 34
4.5 安全機構設計 35
4.6金屬鈕扣模具非成型零件的設計 35
4.7 模具零件選材 36
4.8金屬鈕扣模具裝配圖 37
4.8.1 模具的工作原理 37
4.8.2 模具閉合狀態(tài)時的結構圖 38
第五章 級進模制造 40
5.1 級進模零件加工工藝 40
5.2 級進模裝配技術 41
第六章 結論 42
致 謝 43
參考文獻 44
第45頁
前 言
模具作為特殊的工藝裝備，在現(xiàn)代制造業(yè)中越來越重要。有了模具，企業(yè)有可能向社會提供品種繁多、質優(yōu)價廉的商品，滿足人們日益增長的多方面的消費需要。有了模具，人們的衣、食、住、行，可直接或間接地變得豐富多彩。說得具體一點，人們日常接觸到的如：汽車、手表、手機、電話、電腦、空調傳真機、復印機、彩電、冰箱、照相機、兒童玩具等，可以說一切用品，大到飛機、輪船、火車、火箭，小到一根縫衣針，都離不開模具加工或生產其中某個零件。模具的廣泛應用，不僅得到了人們普遍的認識，同時，模具水平的高低，關系到現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展與進步，關系到經濟建設的速度。大力提高制造模具水平，是提升模具技術檔次的關鍵。
沖模按其功能和模具結構，有單工序模、復合模和級進模之別。它們都是借助壓力機，將被沖的材料放入凸、凹模之間，在壓力機的作用下使材料產生變形或分離，完成沖壓工作。
單工序模，指在壓力機的一次行程中，完成一道沖壓工序的沖模。
復合模，指模具只有一個工位，并在壓力機的一次行程中，完成兩個或兩個以上的沖壓工序的沖模。
級進模，又稱跳步模、連續(xù)模和多工位級進模。指模具上沿被沖原材料的直線送進方向，具有至少兩個或兩個以上工位，并在壓力機的一次行程中，在不同的工位上完成兩個或兩個以上沖壓工序的沖模。常見的沖壓工序有（圓孔和異形孔、窄縫、窄槽等）、壓彎（一次壓彎和多次壓彎）、拉深、再拉深、整形、成形、落料等。由于沖件各不相同，所完成的沖壓工序和工位數也各不相同，內容非常豐富。其所用的模具在統(tǒng)稱級進模的前提先，一般用制件名稱或多少工位加制件名稱冠在級進模的前面，以此稱呼其不同的級進模，如簧片級進模、10工位簧片級進模等。
級進模在過去，因技術水平的限制，工位數相對較少，3～5個常見，10個工位就算多了，10個工位以上的就很少見了，所以多工位這個詞過去很少聽到。近年來由于對沖壓自動化、高精度、長壽命提出了更高的要求，模具設計與制造高新技術的應用與進步，工位數已不再是限制模具設計與制造的關鍵，從目前了解到的情況，工位間步距精度可控制在±3μm之內，工位數已達幾十個，多的已有70多個。沖壓次數也大大提高，有原來的每分鐘沖幾十次，提高到每分鐘沖幾百次，對于純沖裁高達1500次/min（帶彎曲的加工500～600次/min），級進模的重量亦有過去的幾十公斤增加到幾百公斤，直至上噸。沖壓方式有早期的手工送料、手工低速操作，發(fā)展到如今的自動、高速、安全生產。調整好后的模具在有自動檢測的情況下實現(xiàn)無人操作。模具的總壽命由于新材料的應用和加工精度的提高，也不是早先的幾十萬次，而是幾千萬次，上億沖次。當然級進模的價格和其它模具相比要高一些，但在沖件總成本中，模具費所占的比例還是很少很少。
由此可見，多工位級進模是當代沖壓模具中生產效率最高、最適合大量生產應用，已越來越多地被廣大用戶認識并使用的一種高效、高速、高質、長壽的實用模具。
第一章 金屬鈕扣介紹及沖壓工藝性分析
1.1 金屬鈕扣零件圖的繪制
1.1.1 金屬鈕扣二維零件圖
利用AutoCAD繪圖軟件繪制如圖1.1所示的二維零件圖。
圖1.1 零件二維圖
1.2 金屬鈕扣工藝設計
1.2.1 工藝分析
1.零件的簡單介紹
金屬鈕扣是大眾系列轎車零部件的一個護罩，尺寸精度要求較高，所用材料為45鋼,材料厚度為0.7mm。零件的主體形狀為圓形，切邊以后單邊彎曲，根據零件的形狀特點，零件需要切邊、沖孔、彎曲等工序才能完成。零件的技術要求為沖裁斷面整齊、邊緣無毛刺和倒圓、允許外輪廓上的接刀口存在，，為典型的180°彎曲件，該零件生產批量適中，要求設計級進模結構。
2.確定零件的基本沖壓工序
圖1.1所示零件為一圓形帶孔彎曲件，其沖壓工序分析如下：
(1) 毛坯落料
(2) 沖孔及切邊
(3) 彎曲
3.毛坯展開
按照彎曲毛坯展開的原則進行計算，圖1.3a為該零件毛坯展開的二維圖。
圖1.3 展開毛坯圖
該零件的主要成形工序有：沖裁、彎曲，沖裁和在零件的毛坯展開中可不予考慮，故毛坯展開時只須考慮彎曲部分，該零件的彎曲部分圓角半徑滿足，這類彎曲件的展開長度是根據彎曲前、后中性層長度不變的原則進行計算的。其展開長度等于直線部分的長度和彎曲部分中性層展開長度之和。具體計算步驟如下：
(1)計算出各直線段的長度。
(2)根據，查出中性層位移系數X的值。
(3)計算中性層彎曲半徑。
(4)根據、…與彎曲中心角、…計算、…弧的展開長度：
(1.1)
(1.2)
(5)計算毛坯總長度
考慮到采用傳統(tǒng)的方法進行沖壓工藝的計算耗時耗力，特別是查表的過程比較煩瑣，本次畢業(yè)設計中將借助軟件來完成沖壓工藝的計算，圖1.4為用軟件計算該零件彎曲內側半徑為0.8mm過程：
圖1.4 r=0.7mm的彎曲部分展開總長度
圖1.5 r=0.8mm的彎曲部分和直邊長度為16.1mm的展開總長度
經計算，彎曲部分展開的總長度=19.6mm
3. 分析零件沖壓工藝性
圖中零件尺寸未注公差的按慣例取為IT12級，符合一般級進沖壓的經濟進度要求。材料為45鋼，該鋼種具有低碳（絕大多數鋼）、高鉻（17%～25%）和較高鎳（8%～29%）的成分特點。此類鋼具有最佳的耐蝕性，但相應地價格也較高。Ni的存在使得鋼在室溫下為單相奧氏體組織，這不僅可以進一步改善鋼的耐蝕性，而且還賦予了優(yōu)良的低溫韌性、高的加工硬化能力、耐熱性和無磁性等特性，其冷塑性加工性和焊接性能較好。外形落料形狀不太復雜，屬中小尺寸零件，料厚0.7mm，尺寸精度要求一般，因此可用沖裁落料工藝；所沖孔徑分別為2mm、8X3.95mm、滿足的要求，所沖裁的圓角半徑R的最小值也滿足要求，且孔邊距離較大，因此可用普通沖孔方法得到，，彎曲內0.7mm，經查表該種材料在退火或正火后的最小彎曲半徑為1t，均大于最小彎曲半徑，每個彎角都可以一次彎曲成功；綜上所述，該零件主要沖壓工序的工藝性良好。
4.擬訂沖壓工藝方案
該零件所需要的基本沖壓工序為切邊、沖孔、彎曲，可擬訂出如下三種工藝方案：
方案一：用簡單模進行加工，即落料—沖孔——切邊—彎曲內側—彎曲外側；
方案二：用復合模進行加工，即首次沖孔落料復合，
方案三：采用級進模沖制。
采用方案一，生產率低，工件尺寸的積累誤差大，操作不方便，不安全。因此該方案不適合。
采用方案二，生產效率較方案一有所提高，但仍需多副模具，分多次加工且模具結構復雜，因此這種方案不是最佳方案。
采用方案三，既可以得到較高的生產效率，又避免了操作不便、不安全，同時又能保證工件的精度要求，因此方案三是本零件成形的最佳方案。
第二章 排樣設計
2.1 概述
排樣是模具結構設計的主要依據，排樣圖的好壞，直接關系到模具設計。排樣圖設計有錯誤，會導致制造出來來的模具無法沖出合格制件而將整副模具報廢，對于初次實踐多工位級進模的設計人員來說，這種體會往往是非常深刻的，永遠不會忘記。因此，在進行多工位級進模排樣設計時，一定要仔細、反復思考后，可以確定幾種不同方案，進行分析比較，與有經驗的模具工作者多研討，得出一個最優(yōu)化的方案才能使用。
多工位級進模的排樣設計，與單工序模的排樣設計相比要復雜得多。
在一副級進模里，因沖的制件不同，各工位就有不同的沖壓工序，如沖切、一次壓彎、二次壓彎、再次壓彎、壓包、等，每個工位的沖壓性質都須遵守一定的規(guī)則，合理分布，違背了就沖不出合格制件，所以必須要求具有豐富實踐經驗和較高沖壓理論知識的設計人員，才能設計好排樣。排樣的設計過程中，還要善于與模具制造和模具用戶隨時交流，保持緊密合作。這樣，即使是一副工位數較多，排樣又較為復雜的級進模，但由于考慮周密，各工位安排合理，使沖壓過程通暢無阻，模具的制造、操作使用與維護都很方便，對于這樣的排樣設計就是最成功的。
2.2 毛坯排樣
毛坯排樣就是確定沖壓件毛坯外形在條料上的截取方位及與相鄰毛坯的關系。毛坯排樣方案對材料的利用率、沖壓加工的工藝性以及模具結構和壽命等有著顯著的影響。據統(tǒng)計，在沖壓件的成本中，材料費所占比例在60%以上。因此，合理排樣對提高材料利用率、降低產品成本具有重要意義。
2.2.1 毛坯排樣
(a)
坯排樣如下，如圖2.1所示。
圖 2.1 毛坯排樣
本案為直排，產品與產品的答辯為1mm這樣可以提供材料的利用率。
2.2.2 搭邊
搭邊是指排樣時毛坯外形與條料側邊及相鄰毛坯外形之間設置的工藝余料。搭邊的作用是保證毛坯從條料上分離，補償由于定位誤差使條料在送進過程中產生的偏移所需要的工藝余料。搭邊分為側搭邊和中心搭邊。搭邊的基本要求是要有足夠的強度，而搭邊的強度主要由搭邊寬度決定。
根據本排樣方案，初步選用單側載體進行運載條料，。單載體尺寸如圖2.2所示。
圖2.2 單、單載體尺寸
根據上表所提供的數據選取B=3mm，初定整副模具定位方式為送料機與導正銷混合使用，；綜上所述，該種排樣的側搭邊一側為5mm，一側為5mm。
2.2.3 步距
步距指沖壓過程中條料每次向前送進的距離，其值為排樣時沿送進方向兩毛坯之間的最小距離值。步距可定義為:
(2.1)
S=L+a
s—沖裁步距
L—沿條料送進方向，毛坯外形的最大寬度值
a—沿送進方向的搭邊值
如排樣時方案三所述，即使沖裁步距等于毛坯外形輪廓的最大寬度值即61mm；由于彎曲部分切邊量比較大，兩彎曲對頭部分仍有較大的搭邊值，最終確定沖裁步距S=61mm。
2.2.4 條料的寬度
條料寬度指根據排樣結果確定的毛坯所需條料寬度方向的最小尺寸。理論上條料寬度可按下式計算：
(2.2)
B—條料寬度的理論值
D—垂直于送進方向毛坯的最大輪廓尺寸，它隨毛坯排樣方位變化
B—側搭邊值
本設計中B=10+5+5=20mm。
2.2.5 材料利用率
材料利用率定義為
(2.3)
A—代表產品毛坯外形所包容面積；
B—代表條料寬度；
S—代表沖裁步距；
2.3 沖切刃口設計
在級進模設計中，為了實現(xiàn)復雜零件的沖壓或簡化模具結構，一般總是將復雜的外形和內形孔分幾次沖切。沖切刃口外形的設計就是把復雜的外形輪廓和內形輪廓分解為若干個簡單幾何單元，各單元又通過組合和補缺等構成新的沖切輪廓的工藝設計過程。
由于零件的一端有彎曲，因此在彎曲之前必須將帶彎曲的部分與條料分離，而其余部分又必須與條料相連，以保證實現(xiàn)級進沖壓，因此設計的外形沖切刃口如圖2.3所示。
圖2.3 外形沖切刃口設計
2.4 輪廓分解時分段搭接頭應注意的問題
內外輪廓分解后，各段之間必然要形成搭接頭，不恰當的分解會導致搭接頭處產生毛刺、錯牙、尖角、塌角、不平直和不圓滑等質量問題。
該零件在刃口分解時，有一部分直邊是分兩次沖切而成的，這就帶來一個問題，兩次沖切刃口平行、共線，但不重疊。平接在搭接頭容易產生毛刺、錯牙、不平直等質量問題，直邊分二次沖切時，為消除搭接頭處的毛刺，在第二次沖切的搭接頭處用退位槽，第一次先沖出退位槽，第二次在接頭處重疊沖切，即想辦法將平接轉化為交接，本次設計中，為了保證產品邊緣無毛刺和倒圓，產品直邊分兩次沖切的部分在第一次沖切的工位上均設計了用于沖切退位槽的刃口。
2.5 工序排樣
2.5.1 工序排樣類型
根據零件的沖壓要求，由于含有彎曲工序，所以本零件的沖壓不適用選落料型工序排樣。考慮到零件最后沖壓完成后出件，選切型工序排樣。
2.5.2 載體設計
載體就是級進模沖壓時條料上連接工序件并將工序件在模具上穩(wěn)定的送進部分材料，載體與毛坯排樣時的搭邊有相似之處，但作用完全不同。搭邊是為滿足把工件從條料上沖切下來的工藝要求而設置的，而載體是為運載條料上的工序件至后續(xù)工位而設計的。載體必須要有足夠的強度能平穩(wěn)的將工序件送進。一旦載體發(fā)生變形，條料的送進精度就無法保證，甚至阻礙條料送進和造成事故，損壞模具。
為了保證彎曲過程中工序件的準確位置，選擇單載體，載體寬度為3mm。
2.5.3 條料定位方式
由于多工位級進模將產品的沖壓加工工序分布在多個工位上順次完成，要求前后工位上工序件的沖切刃口能準確的銜接、匹配，這就要求工序件在每一工位都能準確定位，因此級進模必須有可靠準確的手段用于工序件準確位置的控制。
X向：條料送進方向的送進步距控制用進行粗定位，導正銷進行精定位。為了確保定位精度，選用帶有導向的。
Y向：本零件涉及的彎曲工序，采用的浮頂機構工作可靠協(xié)調，所以直接采用槽式浮頂銷兼寬度方向的導料。
Z向：由于工序件在加工過程中有彎曲工序，所以本設計中零件沖壓過程采用雙側浮頂銷。
導正方式：為了保證零件上孔的精度，采用間接導正。導正孔布置在兩側的載體上。參考表2.1，導正孔直徑取2.0mm。
表2.1 導正孔直徑mm
2.6 工序排樣
在多工位級近模沖壓中，工序件在級進模內隨著沖床每沖一次就向前送進一個步距，到達不同的工位。由于各工位的內容各不相同，因此，在級進模設計中要確定從毛坯板料到產品零件的轉化過程，即級進模各工位所要進行的加工工序內容，這一設計過程就是工序排樣。工序排樣是級進模設計的靈魂，它決定了級進模的基本形式。
(1)工序排樣應遵循的原則
(2)工序排樣要保證產品零件的精度和使用要求。
(3)工序應盡量分散，以提高模具壽命，簡化模具結構。
(4)合理安排各工序，使壓力中心盡可能與模具幾何中心接近。
(5)同一工位各沖切凸模應設計應盡量設計為相同的高度，便于刃磨。
(6)沖孔在前，外形沖切和落料在后。
(7)為保證條料送進步距精度，第一工位安排沖切導正孔， 第二位設導正銷，在其后的各工位上，優(yōu)先在易竄動的工位上設導正銷。
(8)設置空位，可以提高凹模、卸料板和凸模的強度。
(9)工件和廢料應順利排出。
(10)排樣方案要考慮模具加工設備條件。
經過以上幾方面的設計，綜合比較分析后，可確定該零件的沖壓工序排樣圖如圖2.4，即零件的沖制用十工位級進模。
第一工位 沖導正孔
第二工位 沖圓孔、沖腰圓孔
第三工位 沖圓孔、
第四工位 空位
第五工位 沖異形孔
第六工位 空位
第七工位 彎曲
第八工位 空位
第九工位 彎曲
第十工位 空位
第十一工位 彎曲
第十二工位 空位
第十三工位 斷料
圖2.4 工序排樣圖
2.7 條料尺寸及步距精度
條料寬度52.9mm
步距11mm
步距精度：
(2.4)
—步距精度；
—制件沿條料送進方向最大輪廓尺寸精度提高3級后的實際公差值（mm）；
n—多工位級進模的工位數；
K—因數，見表2.2。
表2.2 因數K
(取=±0.01mm)
所以該零件的步距的對稱偏差值為±0.01mm
第三章 工藝計算和設備選擇
3.1沖壓力的計算
3.1.1 沖裁力的計算
沖裁在理論上可以近似認為是剪切斷裂，所以最大沖裁力可以按板料的抗剪強度來計算。平刃沖模的沖裁力可以按下式計算：
(3.1)
F—沖裁力(N)
L—零件剪切周長(mm)
t—材料厚度(mm)
—材料抗剪切強度(Mpa)
K—系數。考慮到模具間隙值的波動及均勻性、刃口的磨損、材料力學性能及厚度的波動潤滑情況等因素對沖裁力的值都有影響，故一般取K=1.3
第一工位上的沖裁力：
F1 1.3*12.56*0.7*450=5.1KN(沖導正孔)
第二工位上的沖裁力：
F1 1.3*29.5*0.7*450=12.1KN （沖孔）
第三工位上的沖裁力：
F1 1.3*6.2*0.7*450=2.5KN
第四工位上的沖裁力：
F1 1.3*70.8*0.7*450=29.4KN第五工位上的沖裁力：
第六工位上的沖裁力：
F1 1.3*110*0.7*450=45.2KN (切邊落料)
3.2 彎曲力的計算
(3.4)
彎曲內圓角半徑R=0.8mm所需要的彎曲力F=292.5N
3.3 總沖裁力的計算
=222402.83734+46531.8048=268934.64214N
3.4 卸料力的計算
第一段卸料所需要的卸料力
==
第二段卸料所需要的卸料力
==
鋼的厚度在0.1mm～0.8mm之間時，卸料系數為0.045～0.055，上式中取K=0.05。
3.5 卸料樹脂的選用
第一段卸料樹脂的選用
(1)根據模具的安裝位置，擬選用10根樹脂，則每根樹脂的負荷為：
(3.5)
這里需要說明一下，按的要求選用樹脂是比較保守的，特別是當卸料力很大時，所選用的樹脂數量過多，這樣使模具結構龐大或受模具結構空間限制而使樹脂無法布置。因此在實踐中按，或使來選用樹脂也能滿足要求。
(2)查參考文獻[1]，并考慮到模具結構尺寸，初選樹脂參數為：=22mm，d=4mm，t=7.12mm，=670N，=60mm(規(guī)格標記為：樹脂)
(3) 樹脂的基本特性：
4.檢查樹脂最大壓縮量是否滿足上述要求：
>20.8mm
故所選樹脂是合適的。
第二段卸料樹脂的選用
第二段安裝與第一段相同規(guī)格、相同數量的樹脂，以保證條料所受卸料力均衡。
3.7 確定壓力中心
成形力的合力中心稱為壓力中心.對于中心模具,壓力中心應于模柄中心線大體重合,以保證壓力過程中模具各零件受力均衡和工作平穩(wěn).如果壓力中心不與模柄中心線一致,就會產生偏心力矩,使壓力機滑塊、導軌、模具的導柱與導套、模具刃口之間發(fā)生嚴重磨損甚至啃傷，使模具過早失效。
模具的壓力中心坐標值（x，y）
(3.6)
(3.7)
經求解得：x0=290mm，y0=43mm。
詳細壓力中心的求解見附錄。
3.8 凸、凹模刃口尺寸的計算
凸、凹模刃口尺寸精度是否合理，直接影響沖裁件的尺寸精度及合理間隙值是否保證，也關系模具的加工成本和壽命。
3.8.1 凸、凹模刃口尺寸的計算原則
計算沖裁凸、凹模刃口尺寸的依據為：（1）沖裁變形規(guī)律，即落料件尺寸與凹模刃口尺寸相等，沖孔尺寸與凸模刃口尺寸相等。（2）零件的尺寸精度。（3）合理的間隙值。（4）磨損規(guī)律，如圓形件凹模尺寸磨損后變大，凸模磨損后變小，間隙磨損后變大。（5）沖模的加工制造方法。
因而計算刃口尺寸時應按下述原則進行。
（1）保證沖出合格的零件
（2）保證模具有一定的使用壽命
（3）考慮沖模制造修理方便、降低成本
3.8.2 刃口尺寸計算方法
制造沖模的關鍵主要是控制凸、凹模刃口尺寸及其間隙合理。由于模具加工方法不同，凸、凹模刃口尺寸的計算和公差標注也不同。凸、凹模刃口尺寸的計算方法基本上可分為兩類。
(一)凸模與凹模分別加工
這種加工方法適用于圓形或簡單規(guī)則形狀的沖裁件。
沖孔：零件孔的尺寸，根據上述原則，首先確定基準件凸模刃口尺寸，再加上便是凹模刃口尺寸。
(3.8)
落料：零件外徑尺寸，根據上述原則，先確定基準見凹模刃口尺寸，再減去便是凸模刃口尺寸。
(3. 9)
、—沖孔凸、凹模刃口尺寸(mm)；
、—落料凸、凹模刃口尺寸(mm)；
d—零件孔徑公稱尺寸(mm)；
D—落料件外徑公稱尺寸(mm)；
—零件公差(mm)；
—最小合理間隙(mm)；
、—凸、凹模制造公差(mm)，通常按模具的制造精度來定；
—磨損量，磨損系數x是為了使零件的實際尺寸盡量接近零件公差帶的中間。x值在0.5～1之間，與零件制造精度有關。零件精度為IT10以上時，x=1；零件精度為IT11～IT13時，x=0.75；零件精度為IT14時，x=0.5。
采用凸、凹模分別加工法，采用分別標注凸、凹模刃口尺寸及公差，為了保證合理的間隙，必須滿足下列條件：｜｜＋｜｜。若出現(xiàn)｜｜＋｜｜的情況，但大得不多時，凸、凹模公差按公式和適當調整，以滿足上述條件。如果｜｜＋｜｜時，則應采用凸、凹模配做。
本次設計中，用于沖制2mm的結構孔和2mm的導正孔凸模和凹模采用分別加工的方法進行設計：
a.沖制2mm的孔，孔的精度為IT12級，公差為0.1mm，x=0.75
（2+0.75*0.12）0.02 =2.090.02
=（2.09+0.05）0.02=2.140.02
驗算是否滿足條件：
｜｜＋｜｜=0.02+0.02=0.04mm
滿足｜｜＋｜｜≤的條件。
。
3.9 彎曲模的結構設計
該零件的彎曲部分需要三次彎曲才能成形，工序安排如下：彎曲時應先成形90度，而后成45度最后達到180度 滿足要求。
彎曲件的回彈：
在外力作用下板料產生的彎曲總變形由塑性變形和彈性變形兩部分組成。外力去掉后，板料中的塑性變形保留下來，彈性變形則完全消失。當彎曲件從模具中取出后，發(fā)生了彎曲角和彎曲半徑與模具不一致的現(xiàn)象，稱為彎曲回彈。該零件的前兩個彎曲角度的基本尺寸分別為90°和45°，所允許回彈的角度分別為10°和在彎曲模結構設計上，我們可以采用補償法來減少回彈，根據彎曲件的回彈趨勢（和的值是增大還是減少），進行修正彎曲凸?；虬寄９ぷ鞑糠值某叽?，從而使工件的回彈量得到補償。以彎曲90°的角為例，產品圖上允許此成形部分的彎曲角度在86°～96°之間，首先利用軟件算出該零件的回彈系數，如圖3.5所示。
圖3.5 零件回彈系數的計算過程
經過計算，該種材料的回彈系數K=0.959，根據此種材料的回彈系數，算出成形角度為91度部位的回彈角，如圖3.6a所示，由軟件可以計算得出工件回彈前圓弧所對中心角，相當于凸模圓弧所對中心角度。。
同理可以得到下面的兩個角度
(a)
圖3.6 回彈角度的計算過程一
(b)
圖3.6b 回彈角度的計算過程二
3.10 設備的選擇
沖壓設備的選擇是設計中的一項重要內容,它直接關系到設備的合理使用、安全、產品質量、模具壽命、生產效率和產品的一系列重要問題。
3.10.1 完成各種工序所需的壓力
各工序的所需力的總和分別為：
=22632.48+41808+5818.08+19545.48267+17646.72+19233.48267+4016.688+4016.688+23306.4+28137.84133+30422.89467+23277.8416+23253.9632=263116.56214N
==1318.002+1318.002=2636.004N
=2+=2292.5+178.287+251.272=1014.559N
=+=13446.732107N
=263116.56214+2636.004+1014.559+13446.732107=280213.857247N=280.21385724KN
初選型號為J75G-16閉式雙點高速精密壓力機，該壓力機的主要技術參數如下：
公稱壓力：160KN
公稱力行程：2mm
滑塊行程：30mm
行程次數：150～400次/min
最大裝模高度：220mm
裝模高度調節(jié)量：50mm
工作臺尺寸(前后左右)：400mm550mm
模具孔尺寸(直徑深度)：40mm60mm
3.10.2 壓力機的校核
(一)行程和行程次數
該零件的最大高度為17.5mm，小于壓力機的滑塊行程，所以校核通過。
(二)最大裝模高度
所設計沖模的閉合高度(在最低工作位置時，上下模板二底面間的距離)，應小于壓力機的最大裝模高度。
(3．11)
本設計中模具的閉模高度為185.7mm，該壓力機的裝模高度為220mm，模具的閉模高度相對與壓力機的裝模高度小得多，故得在壓力機臺面上放墊板。
(三)壓力機的臺面尺寸校核
模具的外形尺寸為360mm320mm，工作臺板尺寸為400mm550mm，滿足實際工作條件。
第四章 模具設計
4.1 模具結構概要設計
概要設計是級進模結構設計的開始,它以工序排樣圖為基礎,根據產品零件要求,確定級進模的基本結構框架。
4.1.1 模具基本結構形式
(1)正倒裝關系的確定:根據上述分析，本零件的沖制包含落料、沖孔、彎曲等工序。而且已確定為采用級進模沖壓。因此選正裝式結構。
(2)導向方式確定：本零件的生產是大量生產，為了確保零件的質量和穩(wěn)定性，選用外導向模架。本零件的精度要求比較高，所以在外導的基礎上再加上內導向進行精確的導向。為了更好的保證其精度，選擇四導柱式模架。
(3)卸料方式確定：本零件沖壓工序中包含落料和沖孔，所以應選用卸料機構。又由于零件沖壓過程中有彎曲工序，所以應選用彈性卸料板。
(4)模具結構示意圖：根據已確定的幾項結構，本零件沖壓級進模結構如圖4.1所示。
圖4.1 模具結構概要
4.1.2模具基本尺寸
(1)模具的平面尺寸
模具平面尺寸是指模具輪廓最大尺寸，它依凹模外形尺寸為基礎，最終選擇的模架尺寸為準，根據上面工序排樣圖，凹模的工作區(qū)域尺寸基本在635.91mm 150mm左右。圓整后，模具基本尺寸最終選擇為636mm 210mm。其它模板的尺寸取為與凹模板平面一致。
(2)模板規(guī)格
上模墊板：H=10mm，第一段的長度=240mm，第二段的長度=200mm；
上模固定扳：H=20mm，第一段的長度=240mm，第二段的長度=200mm；
卸料板：H=16mm，第一段的長度=240mm，第二段的長度=200mm；
凹模板：H=30mm，第一段的長度=240mm，第二段的長度=200mm；
下模墊板：H=10mm，第一段的長度=240mm，第二段的長度=200mm。
4.1.3 模架的選定
模架的基本作用是導向機構，連接上下模并使他們具有準確位置關系。由于采用自動送料，考慮到精度要求較高，選四導柱滑動模架。根據板平面和工作區(qū)高度要求，
下模座：36032040
上模座（JB/T 7184.4）：360320350
導柱（JB/T 7187.2）：30 120
導套（JB/T 7187.4）：30 75040
4.2 模具工作零件設計
級進模由多個零件組成，各零件通過一定的聯(lián)系方式相互聯(lián)系在一起，形成一個有機的整體，完成特定的沖壓加工任務。
4.2.1模具零件的連接
模具零件相互連接在一起時的基本要素是位置要正確，連接要可靠、穩(wěn)定。凸模等柱類零件采用孔與軸的過渡或過盈配合來定位，具有可靠性高，工作穩(wěn)定等特點。在本設計中絕大多數異形凸模采用吊裝式式固定，圓形凸模、異形凸模與凸模固定板之間分別采用H7/m6配合,對于保護凸模和凸模導向的卸料板,它與凸模之間的配合,采用單邊0.05mm，并使凸模工作過程中不離開卸料板,運動自如,使之工作壽命提高。
4.2.2 模板類零件的連接
模板類零件包括凸模固定板、凹模板等，一般采用銷釘定位，內六角螺釘連接，當模板層數超過三層時，應分層連接。在本模具設計中在模板的四周采用六個螺釘連接，兩個銷釘定位，這樣連接比較可靠穩(wěn)定。
4.3 卸料機構的設計
4.3.1 卸料板的安裝形式
本次設計中，所采用的卸料方式為彈性卸料，通過卸料螺釘和彈性元件等安裝在模具上組成的，模具閉合時，樹脂被壓縮，當上模開啟時，包在凸模上的料在樹脂回彈力的作用下推動卸料板被卸下，因此自由狀態(tài)下的彈壓卸料板總是高出凸模底面一頂高度。這樣沖壓開始時先壓主料，然后再沖壓；沖壓結束后，料被順利卸下。卸料螺釘的安裝形式如圖4.2所示。
圖4.2 卸料螺釘安裝的形式
卸料螺釘的此種安裝方式考慮到了卸料板與各凸模的間隙是很小的，所以安裝卸料板是見非常麻煩的事。一般情況下，盡可能不把卸料板從凸模上卸下，考慮到凸模在刃磨時，既要不讓卸料板從凸模上卸下，又要使卸料板低于凸模平面，可考慮如上圖所示卸料板的安裝形式。即將樹脂安裝在上模座內，然后用螺釘限位，只要旋出螺塞，樹脂即可從模座內取出，不受樹脂作用的卸料板隨之可以自由移動。
4.3.2 小導柱、小導套
在精密級進模設計中，卸料板要對凸模進行導向。為了保證卸料板具有精確的導向精度，還必須要對卸料板進行導向，對卸料板進行導向稱著為內導向，內導向機構包括小導柱和小導套，小導柱和小導套分別可以裝配于凸模固定板或凹模或卸料板上，圖4.3為本次設計中采用的內導向機構。
圖4.3 內導向機構
小導柱和小導套之間的間隙要小（表4.1），一般為凸模和卸料板之間配合間隙的1/2，這樣才能起到卸料板的導向作用，小導柱和小導套之間可以設計成間隙配合，一般為H6/h5。
表4.1 小導柱和小導套之間的間隙(mm)
4.4導料與定距機構
4.4.1導料裝置
本次設計中采用雙側導料桿進行導料，它兼有浮料的功能，其工作原理如圖4.4所示。
圖4.4 導料桿的工作原理
4.4.2定距裝置
在多工位級進模中，定距定位比較可靠，也是應用最多的一種混合定距定位。這是由兩種定位方式或三種定位方式聯(lián)合在一起使用的。這種定位方法是在一瞬間內先粗定位，后精定位，最終達到精度定位的要求。目前應用比較普遍的幾種組合有：①擋料釘與導正銷；②與導正銷；③自動送料器(裝置或機構)與導正銷或自動送料器、與導正銷等。本次設計中所采用的定距裝置為與導正銷混合使用，導正孔在第一個工位上沖出，導正銷的設置緊挨在沖導正孔的第二工位；為導向式，該是在刃口后面多了一段起導向作用的尾巴，在沖裁前，這一部分先進入凹模內進行導向，如圖4.5所示，故克服了沖裁時產生的側向力，保持正確位置，定位效果較好。
圖4.5 導向式
4.5 安全機構設計
安全第一是沖壓生產的其本要求，在沖壓加工中除了要求沖壓工作時嚴格遵守車間所規(guī)定的各種制度、守則和操作規(guī)程外，更重要的是模具設計過程中就要充分考慮安全。級進模常見的安全問題主要有：
(1)條料的誤送進，工序件送不到位。
(2)操作者手進入上下模之間。
(3)廢料與凸模粘連。
(4)小凸模折斷。
(5)凹模落料孔堵塞，使凹模脹裂。
4.6 金屬鈕扣模具非成型零件的設計
這部分是對模具成型零件以外的其他零件的設計，如板類零件，緊固件，定位零件，輔助零件，支撐零件等。
其中板類零件主要有：（1）上模座板；（2）上墊板；（3）凸模固定板；（4）卸料板；（5）凹模固定板；（6）下墊板；（7）下模座板。其設計要求都因結構要求，強度要求和需要而定。其中凸模固定板,凹模固定板,卸料板要求相對要高一些.
緊固件,定位零件,輔助零件和一些支撐零件等都按需要而定.板類零件在設計時要考慮到各個模板的強度，因在該成型過程中，所需要的成型力小。板類零件的厚度一般均由經驗估算。
板類零件在連接時，一般采用銷釘定位，內六角螺釘連接。模板層數少于三層時，可用螺釘連接，超過三層時，應該分層連接。
取定螺釘數量和直徑時還要考慮能承受卸料力。緊固常用內六角螺釘（GB70—76），螺釘擰入模體的深度不要太深；銷釘常用圓柱銷（GBT119.1），其直徑與螺釘直徑相近，每個模具上只需兩個銷釘，其長度不要太長。在選用銷釘和螺釘時，直徑最好一致，以便于加工。
板類零件的通孔現(xiàn)在一般用線切割加工。其制造的精度控制在IT4級精度內。
4.7 模具零件選材
級進模的特點是產品零件精度高、批量大，模具要求高精度、長壽命。因此模具材料的要求比較高，模具材料選擇是否合理，直接影響到模具的使用壽命、精度、效率。
在沖壓過程中，級進模受沖擊載荷作用，而且被加工材料的變形阻力較大，尤其是凸模和凹模的刃口部，在工作過程中受到強烈的沖擊、彎曲、剪切、磨檫和擠壓作用。因此對模具主要零件選用材料時，應滿足：
(1)滿足模具的使用要求，尤其是細長凸模，為了防止折彎和斷裂，因此必須選擇高的強度。
(2)良好的工藝性能，如優(yōu)良的機械加工性能、淬透性要好、熱敏感性小……
(3)適當考慮經濟性，應選擇價格便宜，資源豐富，容易獲得的材料。在可能的情況下應選用好的材料。
表4.2和表4.3列出了級進模主要零件常用的材料。
表4.2 凸模具和凹模常用材料
表4.3 冷沖模主要零件選材及熱處理要求
4.8 金屬鈕扣模具裝配圖
4.8.1 模具的工作原理
條料由導料板導入置凹模板上，凹模表面兩側設有槽式浮頂器，中間增設浮料銷，板料的導向由槽式浮頂器完成，擋塊對第一個工位進行粗定位，在第一個工位上分別完成導正孔的沖制和的沖切，在第二個工位上安排導正銷，在以后的各個工位上由進行粗定位，導正銷進行精定位；模具在閉合的時候先由導正銷進入到導正孔內進行板料的定位，而后彈壓式卸料板進行壓料，使條料在壓得比較服帖的情況下進行工作；開模時，彈壓式卸料板在樹脂的作用下緊緊壓住條料，上模座、上模墊板、上模固定板以及固定在凸模固定板上沖裁凸模隨著壓力機滑塊而上行，由于條料被卸料板緊緊壓住，從而完成了沖裁卸料，當滑塊繼續(xù)上行時，卸料板在卸料螺釘的拉緊作用下一同上升，條料在浮頂銷及導料桿的作用下被托離凹模表面，繼而將條料繼續(xù)向前送進一個步距，對條料進行再次成形，直至產品從模具右側落下，完成整個產品的加工。
4.8.2 模具閉合狀態(tài)時的結構圖
模具閉合時的結構如圖4.6所示，a 主視圖，b 左視圖，c 俯視圖。
(a)
圖4.6 模具結構圖
第五章 級進模制造
級進模的制造過程從總體上可分為零件的加工和裝配兩部分，具體加工過程如圖5.1所示。
圖5.1 模具加工過程
5.1 級進模零件加工工藝
在這里列出凹模板的加工方案。凹模板即凹模，是模具上最為重要的零件，它的精度決定了模具的產品的精度、模具的壽命等一系列重要的參數。所以凹模的加工成為模具所有零件加工的重點，所以這里簡略給出凹模板的加工過程。
此零件主要是采用線切割加工，其一般加工過程是：下料—鍛造—退火——機械粗加工—淬火與回火—磨加工—線切割加工—鉗修。
1.毛坯的預孔加工 先在毛坯的適當位置進行預孔加工，即穿絲孔加工。
2.熱處理，減少組織缺陷。
3.基準面，以模具板的左面作為基準，在機械粗加工時應先加工這個面，后以這個面為參考，逐次加工。磨削時應同樣先磨削左面，后在磨削其他形狀孔或面。
4.在編制線切割程序時，必須注意零件的標注，要按照先根據左面加工出導正孔，然后以導正孔為基準加工其它凹模型孔。
5.電火花加工落料孔，或在線切割時采用錐度切割，但此加工時必須保證其加工后凹模刃口厚度。
其他墊板則可根據間隙補償原理直接割制出外形。
5.2 級進模裝配技術
級進模裝配就是將全部合格的零件按設計要求組裝在一起的過程。多工位級進模裝配的核心是凹模與凸模固定板和卸料板上的型孔尺寸和位置精度的協(xié)調，其關鍵就是保證多個凸凹模的工作間隙和位置要求。
多工位級進模一般都采用精密導向裝置，如滾珠導套的標準模架或非標準模架，因此在裝配時，常利用導向裝置，以凹模作為裝配基準件，先將凹模固定在下模座上，再以凹模為基準，調整好間隙，將多個凸模裝配在固定板上，同時將固定板與上模座相連接，然后完成其它零件的裝配。級進模的一般裝配順序如圖5.2所示。
圖5.2 級進模裝配過程
第六章 結論
通過本次畢業(yè)設計可得出如下結論：
1.多工位級進模沖壓用材料，大多是長的帶料，常用分條機裁切成一定寬度，要求料寬的直線性好，絕不允許有“鐮刀”彎之類缺陷存在，否則將直接影響送料。
2.為了使沖壓一開始就應按一定步距送料，定距用或導正銷孔必須安排在第一工位。
3.在模具設計中，導正孔一般在條料排樣的第一工位沖出，導正銷的設置都是緊挨沖導正孔的第二工位。
4.在選用卸料樹脂時，按F預>F卸的要求選用樹脂是比較保守的，特別是當卸料力很大時，所選的樹脂數量過多，這樣使模具結構龐大或受模具結構空間限制而使樹脂無法布置。因此實踐中有按F1≥F預，或使F預>0.5F卸來選擇樹脂的也能滿足要求。
5.導料桿一般為多個使用，間距不宜過大，以免條料在送進過程中呈波浪式前進，送料不便。
6.條料的送進高度必須嚴格保持一致，送進高度一般為制件的最大高度加上1.3到3.5毫米左右。
由于本人尚無實際生產經驗，設計中仍存在許多不足之處，需要進一步的修改和完善。
致 謝
大學四年生活即將結束，在此畢業(yè)設計即將完成之際，我僅以個人名義向曾經關心過我，幫助過我的前輩、老師、同學、朋友們表示衷心的感謝和誠摯的祝福！
本次畢業(yè)設計是在老師的悉心指導下順利完成的，郝老師對于本次畢業(yè)設計所采取的態(tài)度是非常嚴謹的，嚴格按照學校所規(guī)定的日程進行指導，在設計的過程中，郝老師給予了非常具體、非常有效的專業(yè)知識指導，在此對于郝老師這種認真負責、一絲不茍的敬業(yè)精神表崇高的敬意和誠摯的謝意！
最后，對于本次畢業(yè)設計學院領導所提供的軟硬件設施表示深深的感激！
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