级进模模具设计.docx

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级进模模具设计

级进模模具设计

第一章工件的分析

.1工件的用途

此工件是微型电动机、电器元件里的一个关键零件，在电器行业中作为一种连接件使用相当普遍，主要用在电动竞技玩具、CPU风扇电机、录音机机芯等机电传动和微机控制中，承受的扭力和转矩大，是磨损最快的部位，成形质量的优劣直接影响电器元件的质量，其引脚部位与电机转轴接触是否良好将严重影响整台设备的正常运行。

该工件由圆弧与直线对称组成，尺寸精度要求较高。

如果尺寸满足不了产品设计要求，将对产品整个传动机构造成严重影响可能使传动机构接触不良，不能正常工作。

其次本身的形状较为复杂，多种不同性质的冲压工艺为一身，因此形成具有一定难度。

其厚度很薄，体积小，全长只有15mm。

将外形视为冲孔，则其他需要冲的孔有4个，其中两个

1.2mm的球形盲孔因材质薄可在冲U形槽时直接用球头凸模局部胀形将板料拉伸成凸起或凹进形状，起伏成形（又名压肋、压凸包、球包成形）。

2.冲裁工序

要求冲裁件形状尽可能简单、对称、避免复杂形状的曲线，并在许可情况下，把冲裁件设计成少、无废料排样的形状以减少废料。

由上图可知，总长1.6mm和总长4mm的矩形孔两端用圆弧连接，有利于模具加工。

若工件的转角处R小于0.5t或以尖角过渡时，不仅会使凹模热处理时发生淬裂，而且冲压时，在凸凹模尖角处也容易磨损，影响冲裁件的加工精度。

该产品样图各直线或曲线连接处已尽量避免锐角和尖角，采用很多45°倒角，若采用镶拼模可不用圆角相连以免除其后附加工序，满足图纸要求并节省材料。

为利于模具制造，提高模具寿命，在冲裁件未标注倒角的四周，线段夹角a>=90°时落料模最小圆角半径取0.18t，冲孔模最小圆角半径取0.20t；a<=90°时落料模最小圆角半径取0.35t，冲孔模最小圆角半径取0.50t。

另外，冲裁件的孔径因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，冲孔的最小尺寸取决于冲压材料的力学性能，凸模强度和模具结构。

如果采用带保护套的凸模，稳定性高，凸模不易折断，最小冲孔尺寸可以减小。

由表1及参考资料《冲压工艺与模具设计》表2-18、2-19知d=1≥0.9×0.11，b=0.7≥0.6×0.11，因此孔能用无保护套的凸模冲出。

冲孔件上孔与孔、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。

由《冲压工艺与模具设计》表2-20最小圆孔间距为3.1t=3.1×0.11＜（2－1.2）/2,方孔为4.6t=4.6×0.11＜0.5,所以孔的结构是合理的。

3.弯曲部位

1）弯曲的圆角半径

材料产生塑性变形才能形成所须的形状，为了实现弯曲件的形状，弯曲圆角半径最大值是没有限制的。

例如，可以将0.3mm厚的铁板卷成

300mm的圆桶，只需计算或试验出其回弹量，就可制出所需的形状。

板料弯曲的最小半径是有限制的，如果弯曲半径过小，弯曲时外层材料拉伸变形量过大，而使拉应力达到或超过抗拉强度

则板料外层将出现断裂，至使工件报废。

因此，板料弯曲存在一个最小圆角半径允许值，板料弯曲圆角半径不应小于此值。

最小弯曲半径值可按下表2选用。

当弯曲件有特殊要求，其圆角半径必须小于最小弯曲圆角半径时，可设法提高材料的塑性，例如将材料退火或再加热状态下弯曲。

在冲压工艺安排和模具设计上也可采取一些方法，如厚板弯曲时要求半径小，可采用预先开槽或压槽的方法，使弯曲部位的板料变薄，能防止弯曲部位开裂，如《冲模设计应用实例》图3-4所示。

2）板料的纤维方向与弯曲线夹角

表1列出了弯曲线与纤维线之间的角度关系。

用于冷冲压的材料大都属于轧制板材，轧制的板材在弯曲时各方向的性能是有差别的，纤维纹的方向就是轧制的方向。

对于卷料或长的板料，纤维线与长边方向平行。

作为弯曲用的板料，材料沿纤维方向塑性姣好，所以弯曲线最好与纤维线垂直。

这样，弯曲时不易开裂，如图3-5所示。

如果在同一零件上具有不同方向的弯曲，在考虑弯曲件排样经济性的同时，应尽可能使弯曲件与纤维方向夹角

不小于30º，如图3-6所示。

3）最小弯曲高度

在进行直角弯曲时，如果弯曲的直立部分过小，将产生不规则变形，或称为稳定性不好，如图3-7b所示。

为了避免这种情况，应当如图3-7a所示，使直立部分的高度H>2.5t。

当H<2.5t时，则应在弯曲部位加工出槽，使之便于弯曲，或者加大此处的弯边高度H，在弯曲后再截去加高的部分。

4）工艺孔、槽及缺口

在一些弯曲工件的工艺设计中，为了防止材料在弯曲出受力不均匀而产生裂纹、角部畸变等缺陷，应预先在工件上设置弯曲工艺所要求的孔、槽或缺口，即所谓工艺孔、工艺槽或工艺缺口。

如图3-8a所示，压弯后难以形成理想的直角，甚至将产生裂纹或使支架在H处变宽，若如图所示在该处弯曲前加工出M

N的缺口，则能得到较好的弯曲成形。

图3-8b所示为在弯曲处K预冲工艺孔可以防止偏移，得到正确的形状和尺寸。

对于需经过多次弯曲才能成形的工件，如图3-8c所示，可以在图中D位置增加定位工艺孔，作为压弯工序的定位基准，这样虽然经过多次弯曲工序，仍能保证其对称性和尺寸要求。

为防止毛坯的偏移，在设计模具时应该考虑增加压料板、定位销等定位元件。

3.5mm引脚处可以以

1.2的球形凹包为定位工艺孔来保证左、右引脚形状与尺寸的对称性要求。

因为直立部分宽度为（2.4-1.7）/2=0.35mm＞2.5×0.11不需开工艺槽，且45°的倒角也有利于底侧边作75°/2弯曲时的稳定性。

5）孔与弯曲处的最小距离

工件在弯曲线附近有预先冲处的孔，在弯曲后由于弯曲时材料的流动，会使原有的孔变形。

为了避免这种情况，必须使这些孔分布在变形区外的部位。

如图3-9所示，设孔的边缘至弯曲半径R中心的距离为L，则应满足下列关系：

当t<2mm时，L

t。

当t>2mm时，L

t。

该工件t=0.11mm＜＜2mm，盲孔到弯曲半径中心的距离为0.8－1.2/2=0.2＞0.11，弯曲后不会使原有的盲孔变形，满足工艺要求

工件不能满足上述要求时，可采用《冲模设计应用实例》图3-10所示的方法，以保证孔的正确性。

6）冲裁毛刺与弯曲方向

弯曲件的毛坯往往是经冲裁落料而成的。

其冲裁的断面以面是光滑的，另一面是有刺的。

弯曲件应尽量使有毛刺的一面作为弯曲件的内侧，如图3-11a所示，当弯曲方向必须将毛刺面置于外侧时，应尽量加大弯曲半径，如图3-11b所示。

参考《冲模设计手册》图4-22，由《冲模设计应用实例》表3-2中性层位置因数K与R/t比值的关系

105°处折弯处垂直于纤维方向R=1t=0.11，K=0.31。

对V形件，由表3-4V形弯曲回弹值，根据力学性能以30CrMnSiA近似计算。

弯曲角度为105°时，回弹角度为1°30′

75°处折边处平行于纤维方向R=3t=0.33，K=0.42对两个管脚的U形件，参照《冲模设计手册》图4-13钝角U形弯曲模的尺寸差，R=0.2与折边的圆角过渡可以有效的防止拉裂和截面畸变。

为防翘曲可以采用带侧板的弯曲模，阻止材料沿弯曲线侧向流动。

4.冲压件的精度

冲压加工与任何机械加工一样，也有其自身的加工精度范围。

在实际生产中，由于影响加工精度的因素太多，因此对冲压件的精度要求不宜太高。

若精度要求过高势必给工艺设计，模具设计和制造都带来困难，有时则需增加整形，整修等冲压工序，甚至机加工等工序才能达到工件的要求。

对冲压件进行设计要根据其功用和要求标注尺寸公差、形位公差等质量指标；在对冲压件进行工艺过程设计时，必须考虑这些质量指标。

冲压件的精度主要从其尺寸精度，冲截断面粗糙度，毛刺高度三个方面的指标来衡量，在不影响冲压件使用要求的前提下，应采用经济级尺寸精度，以便简化模具结构，方便模具制造与维修，从而降低生产成本。

锡青铜带的厚度偏差由《冲模设计手册》表D-19,厚度＞0.09~0.12时普通级偏差为±0.010,基本尺寸为2的宽边,公差为0.02mm=20um,查《机械设计手册·软件版R2.0》精度高于IT8,为精密级要求

锡青铜线的抗拉极限强度据GB/T1239.6-1992直径（mm）=＞0.1～2.5时抗拉强度σb=550MPa.作为宽度很小,精度很高的异形件,级进冲裁可达到IT5~8级精度，可以满足上述要求

圆球凹进部位尺寸0.45

在材料厚度0.11＜1，零件尺寸介于10~50之间时偏差在IT10级以上。

对于普通冲裁件，其经济精度不高于IT11级，冲孔件比落料件高一级，如果工件精度高于上述要求，则需要在冲裁后整修或采用精密冲裁

锡青铜带的长度15.2±0.1,基本尺寸大于10至18mm,IT10级精度.折弯部位处9.7±0.1为IT10级,其它尺寸精度均未作要求，可采用普通经济冲裁。

对于冲压件中未注公差的尺寸，可有两种方法确定其公差等级：

按国标（GB）IT12～IT14标准公差等级选取；或按行业标准（JB）A、B、C、D四个精度等级选取。

5.冲压件尺寸标注

冲压件的尺寸标注应符合冲压工艺的要求。

一般情况下，在标注冲压件时应遵循以下原则：

（１）冲压件的各尺寸数值，若在结构使用上没有特殊要求时，应选用整数或偶数，以有利于冲压工艺计算及模具设计。

（２）冲压件在使用上如果没有配合尺寸要求，其尺寸尽量不要标注公差，一般可按自由公差处理。

（３）对弯曲或拉深成形的工件，应允许其壁部有变薄现象。

（４）冲压件的尺寸基准应尽可能与冲压加工的定位基准重合，这可避免尺寸的加工误差。

（５）冲压件上孔的位置尺寸基准应尽可能选择在冲压过程中自始至终不参加变形的面或线上。

（６）拉深件的径向，只允许标注外形尺寸或内形尺寸，不允许两者同时标注。

本冲裁件的尺寸基准与制造模具时的定位基准重合,1.9mm的凹孔中心距不会随模具磨损增大,避免产生基准不重合的误差,比较合理

6.经济分析

所谓经济性，就是以最小的耗费取得最大的经济效果。

也就是生产中的“最小最大”原则。

在冲压生产中，保证产品质量，完成产品数量，品种计划，劳动安全，环境保护的前提下，产品成本越低，说明企业经济效果越大。

由以上技术分析，仅需要在精度高于1T10的冲裁部位2±0.02与0.5±0.02处局部加以整修或采用精密冲裁工艺，对板料施加测向压力，使变形达三向压力状态。

（1）采用V型齿圈压板

（2）采用极小的冲裁间隙（3）具有反向顶力的顶板（4）落料凹模或冲孔凸模做成R0.01-0.03的圆角，获得纯剪切分离的冲裁断面。

从经济角度考虑，采用

（2）光洁冲裁的方法；其他部位的尺寸精度要求可以通过普通冲裁达到生产工艺要求.采取一冲三的结构,多个工件同时成形。

本产品的材料是QSn6.5-0.1。

我国的材料基本上采用前苏联的标号。

7.材料的分析

锡青铜有较好的机械性能；耐磨、耐低温、耐蚀、可焊，工业上变形锡青铜多可用作弹性元件以及耐磨抗磁零件。

磷能有效的进行脱氧增加合金的流动性。

锡青铜是工业上广泛使用的弹性材料。

而国标中：

厚度0.05~0.15mm时，宽度容许20~300mm

电刷作为永磁直流微电机的关键零件，起导电和换向作用。

其所选材料要求不但要有较好的导电性、弹性和抗疲劳性，而且要有较好的冲压成形性能。

为此，本文选用材料QSn6.5~1，厚度为0.1mm的带料,剪床下料

选取材料=锡青铜QSn6.5-0.1

弹性模量\E\Gpa=113切变模量\G\Gpa=41

泊松比\

=0.32～0.35抗剪强度\

\MPa=480

抗拉强度\

b\MPa=650屈服强度\

s\MPa=546

特性及应用=锡青铜、磷青铜，有高的强度、弹性、耐磨性和抗磁性，在热态和冷态下压力加工性良好，对电火花有较高的抗燃性，可焊接和钎焊，切削性好，在大气和淡水中耐蚀。

用于制作弹簧和导电性好的弹簧接触片，精密仪器中的耐磨零件和抗磁零件，如齿轮、电刷盒、振动片、接触器。

由《工程材料及应用》表8-8常用青铜的牌号、成分、性能及用途：

QSn6.5-0.1属于压力加工锡青铜，第一主加元素锡含量Wsn=6.0~7.0，具有很好的冷变形塑性，其他Wp=0.5~1.0，余量为Cu

加工硬化状态的力学性能：

b=400Mb，

=65℅硬度80HB；600℃退火状态下的力学性能：

b=600Mb，

=180℅硬度180HB

由生产加工图纸，纬氏硬度为HV=P/S，由于不同硬度法测得的硬度无可比性，据《工程材料及应用》附录A，GB1172-74，HV160~200换算应相当HBS148~181，为半硬（Y2）锡青铜

第二章冲压模具选型

1.模具的介绍

模具是指制造零部件时使用的各种剪切冲裁、成型用的“模型工具”。

换句话说，能够按照预先设计好的图样或格式，制造出固定形式的制品式样模型或工具，皆属于模具的范畴。

在钣金冲压加工模具（DiesforSheetMetalWorking）方面，其应用的模具泛称“冲压模具”（StampingDies）或“冲床模具”（PressDies），因而简称为冲模。

其加工内容以薄金属板的冲裁与成型为主要加工对象。

同时，塑料板、皮革、纸板、布料、橡胶、软木（Cork）、云母（Mica）等非金属板的剪切冲裁、落料及冲孔等方面也常使用。

导柱直径d:

28尺寸d0:

35.5尺寸d1:

28.5

H:

84α:

36°尺寸l:

4

尺寸t:

8尺寸h:

2.5尺寸d2:

4.1

十七冲模导向装置

A型小导柱尺寸d（h5）|基本尺寸:

16尺寸d（h5）|极限偏差:

0/-0.008

尺寸d1（m6）|基本尺寸:

16尺寸d1（m6）|极限偏差:

+0.018/+0.007

尺寸d2:

19L:

70尺寸l:

20

R:

2

小导套

D（h5）|基本尺寸:

16D（h5）|极限偏差:

+0.011/0

尺寸d（r6）|基本尺寸:

22尺寸d（r6）|极限偏差:

+0.041/+0.028

L:

18R:

1.5

十八开式压力机基本参数

公称压力/KN100

发生公称压力时滑块离下极点距离/mm4

滑块固定行程/mm60

滑块调节行程/mm60/8

标准行程次数（不小于）（次/min）135

（快速型）发生公称压力时滑块离下极点距离/mm1.5

（快速型）滑块行程/mm30

（快速型）行程次数（不小于）（次/min）300

（最大闭合高度）固定台和可倾/mm235

（最大闭合高度）活动台位置（最低/最高）/mm-

闭合高度调节量/mm50

（标准型）滑块中心到机身距离（吼深）/mm130

（标准型）工作台尺寸（左右×前后）/mm360×240

（标准型）工作台孔尺寸（左右×前后）/mm180×90

（标准型）工作台孔尺寸（直径）/mm130

（标准型）立柱间距离（不小于）/mm180

活动台压力机滑块中心到机身紧固工作台平面之距离/mm-

模柄孔尺寸（直径×深度）/mmФ30×50

工作台板厚度/mm50

倾斜角（不小于）（°）30

十九凸模固定板

L:

200B:

160H：

28

矩形垫板

L:

200B:

160H：

8

二十圆柱螺旋压缩弹簧

材料直径d:

2弹簧中径D:

12节距t:

4.28

工作极限负荷Fj:

188尺寸L:

28有效圈数n:

5.5

变形量hj:

11.2展开长度l:

283

二一定位销（上模）

名称＝普通圆柱销

标准=摘自GB/T119-1986参照ISO8734-1987

单位=（mm）

-----------------------------------------------------------

（公称直径）d=12a≈=1.6c≈=2.5

l（商品规格范围）=22～140100mm长的重量（kg）≈=8.87

-----------------------------------------------------------

（公称直径）d=10a≈=1.2c≈=2.0

l（商品规格范围）=18～95100mm长的重量（kg）≈=6.11

-----------------------------------------------------------

（公称直径）d=3a≈=0.40c≈=0.50

l（商品规格范围）=8～30100mm长的重量（kg）≈=0.552

二二内六角螺钉（M12*60）

名称＝内六角圆柱头螺钉

标准=摘自GB/T70-1985等效ISO4762-1977

单位=（mm）

-----------------------------------------------------------

螺纹规格d=M12p=1.75b参考=36

dk\光滑头部（max）=18dk\滚花头部（max）=18.27

da（max）=13.7ds（max）=12e（min）=11.43

k（max）=12r（min）=0.6s（公称）=10

t（min）=6w（min）=4.8l范围=20～120

全螺纹时最大长度=45100mm长的重量（kg）≈=0.09034

-----------------------------------------------------------

螺纹规格d=M8p=1.25b参考=28

dk\光滑头部（max）=13dk\滚花头部（max）=13.27

da（max）=9.2ds（max）=8e（min）=6.86

k（max）=8r（min）=0.4s（公称）=6

t（min）=4w（min）=3.3l范围=12～80

全螺纹时最大长度=35100mm长的重量（kg）≈=0.03923

-----------------------------------------------------------

螺纹规格d=M10p=1.5b参考=32

dk\光滑头部（max）=16dk\滚花头部（max）=16.27

da（max）=11.2ds（max）=10e（min）=9.15

k（max）=10r（min）=0.4s（公称）=8

t（min）=5w（min）=4l范围=16～100

第六章机械加工工艺过程

小导柱

序号

工序名称

技术条件及检查要求

工序简图

设备

1

粗车外圆　

表面粗糙度不大于Ra<6.3umφ22

C732型多刀半自动车床

2

精车大端头

表面粗糙度不大于Ra<1.6umφ19

C732型多刀半自动车床

3

精车小端头

表面粗糙度不大于Ra<1.6umφ16

C732型多刀半自动车床

YG8普通车刀

4

精车越成槽和倒圆角

表面粗糙度不大于Ra<1.6um

2×0.5

R1.5

C732型多刀半自动车床

YG8普通车刀

5

精磨外圆

表面粗糙度不大于Ra<0.2um

外圆磨床M1332

双顶尖千分尺

第七章数控编程

加工的零件为导柱.彷真加工的软件是开放式数控系统OpenSoftCNC托普软件

G92X0Z10

S500M03M08

G00X0Z2

G01Z0F100

G71U4R2X03Z03P100

G00X300Z10M05M09

S500M03M08

G00X90Z0

G03X100Z-5I0K-5F50;

G01Z-10F80

X160Z-140

Z-200

X180

Z-270

X200Z-340

G00X300Z10

M02

%100

G01X200Z0

X100

Z-20

X160Z-140

Z-200

X190

Z-270

X200Z-340

M99

第八章装配原理图

1.主视图

支撑零件有1-下模座，8-上模座，12-模柄，30-凸模固定板，29-垫板。

导向零件有22-导柱，24-导套，25-小导柱，39-小导套。

定位零件有侧刃，侧刃挡块，37-导正销，35-导料板。

工作零件有凸模4-切断成型凸模，5-成形弯曲凸模，6-U形弯曲凸模，9-切断凸模，14-切边凸模，16-冲孔凸模，2-成形弯曲凹模，21-U形弯曲凹模，20-切断凹模，19-切边凹模，18-冲孔凹模。

卸料压料零部件有3-套筒式浮顶器，17-弹性浮顶销，32-弹性卸料板。

2.俯视图

工作原理：

条料从导料板中穿过，经过弹性浮顶销的顶部，到达侧刃挡块，凸模落下，进行冲导正孔和侧刃定位。

接着分模后，条料连续向前推进一个步距（节距、跃度，英文为Progression），这个步距的长度由侧刃的长度确定，凸模第二次落下进行冲孔。

第二次分模后，条料连续向前推进另外一个步距，凸模落下进行第三个工序。

条料这样连续向前推进，这样的模具叫做连续模（或者叫级进模，英文叫做ProgressionDies）。

也就是这个题目：

级进模设计。

3.侧视图

致谢

论文脱稿之际，特别感谢指导老师范丰老师为我讲解、提供具有代表性的课题、材料，以及在我遇到难题时，能及时为我解答，使我顺利完成毕业设计。

无锡技师学院的多位老师在我撰写毕业论文过程中以及在学校期间，给予了很多热情的帮助和大力支持。

为此，向他们表示诚挚的谢意！

向所有关心、支持、帮助过我的各位老师、同学、朋友们表示谢意！

最后，向热心评审本论文和参加答辩的老师们致以衷心的感谢！

参考文献

《冷冲压工艺与模具设计》陈剑鹤主编机械工业出版社出版

《冷冲压模具设计指导》王芳主编机械工业出版社出版

《机械制图》刘小年刘振魁主编北京大学出版社出版

《模具设计与制造》谢煜北主编高等教育出版社出版

《公差配合与技术测量基础》劳动和社会保障部教材办公室组织编写

中国劳动社会保障出版社出版

《高等学校毕业设计（论文）指导手册机械卷》

国家教委高等教育司、北京市教育委员会编

高等教育出版社、经济日报出版社出版

《冲压模具简明设计手册》郝滨海主编化学工业出版社出版

《机械加工工艺及装备》上海市职业技术教育课程改革与教材建设委员会编

机械工业出版社出版

《数控机床加工工艺及设备》田萍主编电子工业出版社出版