N5汽車前門后視鏡支承板級進模設計【全套圖紙】 .doc

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1、 編號： 畢業(yè)設計說明書 題 目：N5汽車前門后視鏡支承板 級進模設計 院 （系）： 機電工程學院 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 學生姓名： 學 號： 指導教師： 職 稱： 講 師 題目類型：理論研究 實驗研究 工程設計 工程技術研究 軟件開發(fā)

2、 2012年 05月 15 日 摘 要 模具是制造業(yè)的重要工藝基礎，在我國，模具制造屬于專用設備制造業(yè)。中國雖然很早就開始制造模具和使用模具，但長期未形成產業(yè)。直到20世紀80年代后期，中國模具工業(yè)才駛入發(fā)展的快車道。近年，不僅國有模具企業(yè)有了很大發(fā)展，三資企業(yè)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)模具企業(yè)的發(fā)展也相當迅速。冷沖壓模具在現(xiàn)代工業(yè)中具有很重要的作用，其在機械制造、電子、電器 等各行各業(yè)中都有廣泛的應用。用冷沖壓加工方法可以得到形狀復雜、用其它加工方法難以加工的工件，如薄殼零件等。冷沖壓的尺寸精度是由模具保證的，因此，尺寸穩(wěn)定，互換性好。 多工位級進模是在普通級進模的基礎上

3、發(fā)展起來的精密、高效、高壽命的先進模具。多工位級進模在不同的工位可以連續(xù)完成復雜零件的沖裁、彎曲、拉深、翻孔、翻邊及其它成形等工序。主要用于生產批量大、材料厚度較薄、形狀復雜、精度要求較高的中小型沖壓件的生產。 本次畢業(yè)設計以N5汽車前門后視鏡支承板級進模具設計為題，內容包括產品的工藝分析和設計模具的整個沖壓模設計的流程。首先，從該產品的特點入手，通過進行工藝分析，確定該制件的加工流程，用一套級進模依次完成沖孔、裁剪、彎曲沖壓、沖孔沖裁落料。闡述了本次支承板零件級進模具的整體結構特點及工作過程，應注意的問題和裝配工藝性。重點分析了浮動托料導向裝置和安全保護裝置設計原理與過程。送料裝置與安全保

4、護裝置的設計是本次畢業(yè)設計的難點和創(chuàng)新點，它在未來的模具發(fā)展中具有重要的實用性。 關鍵詞：后視鏡；支承板；級進模；自動化 全套圖紙，加153893706 Abstract The mold is the manufacturing industry important craft foundation, in our country, the mold manufacture belongs to the special purpose equipment manufacturing industry. China althoug

5、h very already starts to make the mold and the use mold, but long-term has not formed the industry. Straight stabs 20 centuries 80s later periods, the Chinese mold industry only then drives into the development speedway. Recent years, not only the state-owned mold enterprise had the very big develop

6、ment, the three investments enterprise, the villages and towns the mold enterprises development also quite rapid. Cold stamping die has a very important role in modern industry, machinery manufacturing, electronics, appliances and other industries. Cold stamping method can be complex shape, with oth

7、er processing methods are difficult to process work pieces, such as the shell parts, etc. Cold stamping molds to ensure dimensional accuracy, therefore, dimensional stability, interchangeability. Multi-position into modules are o-level into mode in the developed on the basis of precision, high effi

8、ciency, high life-span advanced mold. Multi-position into the mold in different location can continuously complete complex components cutting, bending, deep drawing, the hole flanging, flanging and other forming processes. Mainly for the production of batch big, material is very thin, complex shape,

9、 higher accuracy of small and medium-sized stamping production. The graduation project Progressive N5 car front door mirror support plate mold design for the title, including the product of the process analysis and design of mold stamping die design process. First, starting from the features o

10、f the product, process analysis, to determine the processing flow of the parts, progressive die with a level in order to complete punching, cutting, bending stamping, punching and blanking. Described the overall structure and working process of the support plate part of the Progressive mold, should

11、be noted that the assembly process. The focus of analysis of the design principles and processes of the floating material holding-oriented devices and safety protection devices. Feeding device and safety protection device design is the difficulty of the graduation project and innovation, it has impo

12、rtant practical in the future mold development. Keywords: Rearview mirror ；support plate ；Progressive Die ；Automation 目 錄 引言 1 1 緒論 2 1.1 選題背景及研究意義 2 1.1.1國內外級進模的研究現(xiàn)狀 3 1.1.1國內級進模存在的不足 4 1.2 級進模設計的關鍵技術問題 5 1.3 本文研究目標與應用前景 6 1.4 本文工作的主要內容 6 2 制件工藝性分析及工藝方案的確定 8 2.1 制

13、件的工藝分析 8 2.1.1制件材料的選擇 8 2.1.2制件生產方案的確定 9 2.2 制件外形尺寸工藝分析 9 2.2.1支承板制件的結構形狀 9 2.2.2支承板制件的工藝分析 10 2.3 制件工藝方案的確定 10 3 制件沖裁工藝的計算與設計 12 3.1 毛坯的計算 12 3.2 排樣設計 13 3.2.1材料的經濟利用 13 3.2.2排樣方法的選擇 14 3.2.3工藝切口的確定 14 3.2.4搭邊與載體設計 14 3.2.5進距與條料寬度的確定 16 3.2.6條料的選擇 17 3.2.7排樣設計圖 17 3.3 壓力機的選擇 18 3

14、.3.1沖裁作用力計算 19 3.3.2彎曲總壓力計算 21 3.3.3壓邊力計算 21 3.3.4總沖壓力計算 22 3.3.5壓力機的選用 22 3.4 模具壓力中心的計算 23 3.5 沖裁間隙值的確定 24 3.5.1沖裁間隙對沖壓的影響 24 3.5.2間隙值的確定 25 3.6 沖裁凸、凹模刃口尺寸計算 25 3.5.1凸、凹模刃口尺寸計算依據(jù) 25 3.5.1凸、凹模刃口尺寸的確定 26 4 制件級進模各零部件的選擇與設計 29 4.1 模具零件的分類和標準化 29 4.1.1模具零件的分類 29 4.1.2模具標準化的意義 29 4.2 凸模與

15、凸模組件的結構設計 30 4.2.1凸模結構形式、長度及材料的確定 30 4.2.2凸模承壓能力和失穩(wěn)彎曲極限長度校核 31 4.2.3導正銷孔凸模的選擇 32 4.2.4工藝切口凸模設計 32 4.2.5裁邊凸模設計 33 4.2.6彎曲沖壓凸模設計 33 4.2.7沖孔凸模的選擇與設計 35 4.3 凹模的結構設計 35 4.3.1凹模洞口形狀與外形尺寸的確定 35 4.3.2凹模的固定方法和主要技術要求 37 4.3.3導正銷孔凹模與工藝切口凹模的設計 37 4.3.4裁邊凹模設計 38 4.3.5沖孔凹模的設計 38 4.4 帶料的導正定位 39 4.5

16、帶料的導向和托料裝置 40 4.6 安全保護裝置 43 4.6.1防止制件或廢料的回升或堵塞 43 4.6.2模面制件的清理 44 4.7 其他相關模具零件的設計 45 4.7.1凸模固定板的設計 45 4.7.2墊板的設計 46 4.7.3凹模固定板的設計 46 4.7.4卸料板的設計 47 4.7.5橡膠板的選擇與設計 47 4.7.6彈性元件的選擇 48 4.8 模架和支撐零件的選擇與設計 50 4.8.1模架的選擇 50 4.8.2模柄的選擇 50 4.8.3定位零件的選擇 51 4.8.4緊固零件的選擇 51 4.9 級進?？傃b配圖 52 5 模具

17、零件材料的選擇及其加工工藝 53 5.1 模具零件材料的選擇與熱處理 53 5.2 模具主要零件的加工工藝設計 53 5.2.1凸、凹模的加工工藝 53 5.2.2凸模固定板加工工藝卡 54 5.2.3模架的加工工藝 55 6 模具的試沖與調試 56 6.1 沖模試沖與調整的目的 56 6.2 沖模調試的內容與要求 56 6.3 沖模的安裝與試沖 59 7 總結與展望 62 7.1 總結 62 7.2 展望 62 謝 辭 63 參考文獻 64 桂

18、林電子科技大學畢業(yè)設計（論文） 第 66頁 共 64頁 引言 沖壓是利用壓力機和沖模對材料施加壓力，使其分離或產生塑性變形，以獲得一定形狀和尺寸的制品的一種少、無切削加工工藝。通常該加工方法在常溫下進行，主要用于金屬板料成型加工，故又稱沖壓或者板料成型。沖壓按其功能和模具結構，有單工序模、復合模和級進模之別。它們在壓力機的壓力下，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。沖壓技術在機械、航空、汽車、電子、輕工、儀表和家電等工業(yè)部門生產中應用十分廣泛。 級進模是沖壓模具的一種，它是在單工序沖壓模具基礎上發(fā)展起來的多

19、工序集成模具。它又稱為跳步模、連續(xù)模和多工位級進模。被沖材料在模具上沿直線方向送料，在壓力機一次行程中，在多個不同工位完成不同的加工工序。級進模在過去，由于技術水平的限制（主要是制造精度的限制），工位相對很少，一般為3至5個工位，10個工位就算很多了，而且也比較少見。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和進步。多工位級進模的工位數(shù)量可以達到幾十個，多的以有70多個。多工位級進模作為現(xiàn)代沖壓生產的先進模具，它具有沖壓生產效率高；操作安全，自動化程度高；沖件質量高；模具壽命長；設計制作難度大，但沖壓生產的總成本較低。 多工位級進模是當代沖壓模具中生

20、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、長壽的先進模具。它的廣泛應用，展示了現(xiàn)代沖壓模具水平的一個重要標志。 1 緒論 1.1 選題背景及研究意義 模具是制造業(yè)的重要基礎工藝裝備，是國民經濟各部門發(fā)展的重要基礎之一，在工業(yè)生產中起著極其重要的作用。國外將模具比喻為“金鑰匙”、“進入富裕社會的原動力”，國內也將模具工業(yè)稱為“永不衰亡的工業(yè)”、“無與倫比的效益放大器”等等。在現(xiàn)代機械制造業(yè)中，模具工業(yè)已成為國民經濟中一個非常重要的行業(yè)，許多新產品的開發(fā)和生產，在很大程度上依賴

21、于模具制造技術。模具作為一種高附加值和技術密集型產品，其技術水平的高低已成為衡量一個國家產品制造水平的重要標志之一[9]。 在工業(yè)生產中，許多機械零件普遍采用模具沖壓成型的工藝方法，有效地保證了產品的質量，提高了勞動生產率，并使操作技術簡單化，而且還能省料、節(jié)能，可以獲得顯著的經濟效益。據(jù)不完全統(tǒng)計，沖壓件在電子產品中占80～85%，在汽車、農業(yè)幾下產品中占75～80%，在輕工業(yè)產品中占90%以上，航天航空工業(yè)中沖壓件也占很大的比列[10]。 沖床 材料 模具 圖1.1 沖壓加工三要素 沖裁、彎曲、拉深、成形是四種最基本的沖壓加工工序，由此四種工序的組合可以實現(xiàn)復雜產品的沖

22、壓加工。各種產品的結構、尺寸、材料、精度各異，所采用的沖壓加工方法也各不相同，但沖床、模具和材料是每一個沖壓過程不可缺少的。沖床、模具和材料是沖壓加工的三個基本要素（如圖1.1所示）。與一般機械加工不同，沖壓過程對操作者的技術水平要求低，而相關的技術含量實際上體現(xiàn)在模具上，因此對模具設計有很高的技術要求。 圖1.2 級進模 冷沖模是指進行沖壓加工的模具，冷沖模有多種形式，按照沖壓加工工序的性質可分為沖裁模、彎曲模、拉伸模等；從沖壓工序的組合來看，可分為簡單模、復合模和級進模，其中后一種分類方法 更為普遍。簡單模是在模具上只有一個加工工位，而且在沖床上的一次行程中只完成一種沖壓加工

23、工藝。復合模也只有一個工位，但在沖床的一次行程中要完成兩種以上的加工工藝。級進模（如圖1.2所示）又稱為跳步模，它是在一副模具內，按所加工的零件，分為若干個等距離工位，在每個工位上設置一定的沖壓工序，完成沖壓零件的某部分加工。被加工材料（一般為條料或帶料）在控制送進距離機構的控制下，經逐個工位沖制后，便得到一個完整的沖壓零件（或半成品）。這樣，一個比較復雜的沖壓零件，用一副多工位級進模即可沖制完成。一般地說，無論沖壓零件的形狀怎樣復雜，沖壓工序怎樣多，均可用一副多工位級進模沖制完成。特別是對于汽車后視鏡支承板這樣一類尺寸小、形狀復雜、精度要求較高、產量大的零件，級進模更為適用。據(jù)統(tǒng)計，在各類冷

24、沖模具中，級進模所占的比例達到27%[10]。可見，在現(xiàn)代沖壓技術中，級進模已占有主導地位，世界各工業(yè)發(fā)達國家也都十分重視對多工位級進模技術的研究與開發(fā)工作。 1.1.1國內外級進模的研究現(xiàn)狀 （1）國外級進模的研究現(xiàn)狀 ①CAD/CAE/CAM已成為普遍應用的技術。在CAD地應用方面，已經超越了甩掉圖板、二維繪圖的初級階段，目前3D設計已經達到了70～89%[5]。PRO/E、UG、CIMATRON等軟件的應用很普遍，一些國家還開發(fā)了級進模專用的3D設計軟件。應用這些軟件不僅可以完成2D設計，同時可獲得3D模型，為NC編程和CAD/CAM的集成提供了保證。應用3D設計，還可以再設計時進

25、行裝配干涉的檢查，保證設計和工藝的合理性。此外，CAE技術已經逐漸成熟，應用Dynaform、Autoform等軟件，模擬金屬變形過程，分析應力應變的分布，預測破裂、起皺、回彈等缺陷。 ②設計上采用了先進的設計理念。如為了便于模具設計與計算，各道工序均以一個統(tǒng)一的基準點為中心，以坐標尺寸的方式標注尺寸。選定基準點后，產品上任何一個點的坐標尺寸，都能準確地計算出來。各工序的模具 尺寸以該基準點為中心，用坐標尺寸標注，給模具設計與制造帶來方便。此外，將各工序的加工內容、尺寸要求、加工部位、沖壓方向、壓力中心及相互關系等，用一張圖表表示出來，稱為加工要領圖。有了加工要領圖，對各道工序的關系就可一目

26、了然，不僅便于模具設計，而且對模具加工和調整也方便。 ③各模具生產企業(yè)根據(jù)自身的生產能力、經驗等，制定了自己的標準。它包括設計的標準化，模具零件和模具結構的標準化。模具標準件的采用率一般均在80%以上。模具企業(yè)的主要任務是設計模具結構和零件，并加工凸、凹模等主要零件（其制造精度在，壽命可達2億沖次[5]），進行裝配調試等。其他模具零件均可作為標準件在市場上采購。有些模具企業(yè)，模具零件的粗加工、半精加工，也由相對固定的協(xié)作廠家去完成。因此，模具設計和生產周期大大縮短。 （2）國內級進模的研究現(xiàn)狀 國內是進入20世紀80年代才開始研制級進模的，經歷了近三十多年的努力，從無到有，模具技術有了較

27、大的發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下幾個方面： ①模具CAD/CAE技術得到普遍采用，許多高校在軟件開發(fā)上做了大量的工作。如華中科技大學給予人工智能技術開發(fā)出軸對稱深拉深件的工藝設計專家系統(tǒng)和彎曲成形工序設計專家系統(tǒng)，以及塑性成形模擬（CAE）軟件FASTAMP；浙江大學開發(fā)了一套智能級進模CAD/CAE系統(tǒng)，該系統(tǒng)適用于2D沖裁件的級進模設計；上海交通大學也進行了級進模CAD/CAE系統(tǒng)的研制工作，這些國產軟件適合于中國設計人員的習慣，它們的推廣應用提高了模具設計質量，縮短了模具設計時間，使級進模結構上形成初步的規(guī)范化、典型化和標準化。 ②模具的綜合性能已達到了較高水平，國內一些企業(yè)，如20世紀80

28、年代后期的上海星火模具廠、北京市機電研究院精密模具公司以及一些汽車配套企業(yè)等，在消化吸收國外先進級進模技術的基礎上，自行研制出一些中小型汽車零件級進模，在生產中獲得了較好的使用效果。此外，有代表性的集機電技術一體化的電機鐵芯自動疊片硬質合金級進模，主要零件制造精度可達，表面粗糙度[8]。該模具在高速沖床上使用，具有自動沖壓、疊片、扭槽、分組、回轉等功能，沖制出成批的鐵芯組合件，替代率單片零件。模具總壽命可達1億沖次以上。 ③模具的制造周期逐步縮短，現(xiàn)代模具制造技術進一步得到推廣應用，標準化程度逐步提高，大型模具的制造周期約為4個月，中型的為3個月，小型的為2個月。我國設計制造的汽車零部件級進

29、模與國外同類模具相比，從模具結構、制造精度、制造周期、使用壽命等指標來衡量，水平與國外進口模具雖然有一定的差距，但價格則只有進口模具的三分之一，具有一定的市場競爭力。 1.1.2國內級進模存在的不足 （1）沖壓工序比較單一，多數(shù)以沖裁加簡單彎曲級進模為主，模具結構比較簡單，功能性不強，對一些復雜對偶件級進模的開發(fā)能力還比較弱。 （2）模具模板的幅面尺寸比較小，一般在內，一次沖制的產品數(shù)量通常為一件，屬中小型級進模。 （3）模具精度不高，沖裁間隙誤差在0.01mm左右，產品易產生毛刺、外形尺寸偏差大、插拔力達不到規(guī)定要求等缺陷。 （4）模具使用壽命與國外先進水平相比，約低一個檔次，一般

30、一次刃磨在50萬次以內。 （5）模具在高速運行生產中的可靠性與國外模具相比，有一定的差距。 （6）模具材料主要以普遍模具鋼為主或采用硬質合金，在表面處理手段和標準化程度方面，也存在著較大的差距。 由于種種歷史原因，我國模具工業(yè)無論是在設計制造技術和生產能力方面，還是在管理水平方面，均遠遠不能滿足需求，它嚴重影響工業(yè)產品的品種、質量和生產周期，消弱了在國際市場上的競爭能力。因此，必須有適用于本國國情的模具設計思想和理論，才能在較短時間內趕超國外模具工業(yè)的先進水平。國內級進模技術面臨如何在消化吸收著我國工業(yè)化進程的加速，特別是汽車制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，以汽車零部件模具為代表的多工位精密復雜

31、級進模的需求將會越來越大，迫切需要有自己的理論指導和實踐經驗來實現(xiàn)高品質模具國產化。因此，本文的選題具有一定的學術研究價值。 1.2 級進模設計的關鍵技術問題 級進沖壓是指壓力機的一次行程中，在模具的不同工位同時完成多種工序的沖壓。所使用的模具即是級進模，又稱跳步模或連續(xù)模。在級進沖壓中，不同的沖壓工序分別按一定次序排列，坯料按步距間歇移動，在等距離的不同工位上完成不同的沖壓工序，經逐個工位沖制后，便得到一個完整的零件（或半成品）。無論沖壓零件的形狀怎樣復雜，沖壓工序怎樣多，均可用一副多工位級進模沖制完成。對于批量非常大，面厚度較薄的中、小型沖壓件，宜采用多工位級進模。在設計時，與其

32、他模具相比，多工位級進模設計技術較復雜，概括來說有如下幾個關鍵問題： （1）多工位級進模的設計計算中，對各種沖壓工序的排列順序及各工位上工序尺寸的確定十分關鍵，它不僅關系到被加工材料的利用率，而且進一步影響到制件的精度及能否順利地沖壓生產。沖壓制件的形狀千變萬化，欲確定合理的排樣和正確的工序尺寸，需要根據(jù)沖壓成形理論，對各沖壓工序的變形特性進行分析和詳細計算。 （2）多工位級進模必須確保送料準確。沖壓過程來看，級進模是采取工序分散，分步沖壓的方式進行工作的，因此必須保證每次送料的位置正確，達到所要求的步距精度，而制件帶料的送進是靠自動送料裝置來完成的，送料誤差往往是影響制件的質量和造成模具

33、損壞的主要原因。如何確定送料方式和消除送料誤差是一個非常重要的問題。 （3）多工位級進模在結構上較復雜。模具中包含幾種沖壓工序，而每種工序又由數(shù)個工位組成，因此一副模具的工位數(shù)可達幾十個之多；同時，制件帶料要在模具中連續(xù)運動，模具往復上、下合模，這就要設計有送料、卸料、托料、導向、定位以及安全裝置、保護裝置和限位裝置，一副多工位級進模各類零件多達數(shù)百種。由此可見，多工位級進模的結構式十分復雜的。 （4）多工位級進模有較高的精度要求。級進模有三項主要的精度要求：一是模具上、下合模的模架運動精度；二是模具各工位之間的位置精度（即步距精度）；三是為降低制造成本，并便于調整和消除累計誤差，凹模大多

34、數(shù)采用嵌拼式結構，凸、凹模都應達到較高的互換性精度。上述要求給模具制造和裝配帶來了很大的難度。 （5）多工位級進模往往應用于自動化程度較高的大批量制件的生產，沖床的工作頻率一般都在200次/分以上，模具總使用壽命也要求在上百萬次以上，這就要求模具材質具有良好的抗磨損性能。在制定的工作狀態(tài)上，模具材質應具備哪些條件 才能獲得高耐磨性能，也是值得研究的問題。 （6）多工位級進模制造成本高，價格昂貴，用戶希望模具具有多種功能，生產多種產品，并便于刃磨維修、更換易損件，延長模具的總使用壽命，因而使得模具結構更為復雜精度要求更高。 對于大型精密復雜級進模的設計，上述問題更為突出，尤其是受機床加工性

35、能的限制，使得模具制造、模具裝配和零件加工的難度更大。從上面的討論可以看出，一副級進模的使用效果也是由這幾方面的因素綜合決定的。因此，對多工位級進模進行綜合性技術研究是十分重要的。因此，本文對N5汽車前門后視鏡支承板級進模的設計就顯得更具參考價值了。 1.3 本文研究目標與應用前景 在概述了級進模設計時應注意的關鍵技術問題以及對國內外級進模的研究現(xiàn)狀之后，可以得出這樣的結論：加強級進模技術的綜合性研究，是一條提高我國模具技術總體水平的有效途徑。由于個人能力有限，在本次N5汽車前門后視鏡支承板級進模設計時，所參考級進模關鍵技術問題存在一定的差距，但是，本文的研究目的是從模具在實際生產中的應用

36、出發(fā)，探索級進模的設計和制造理論及方法，從而促進我國模具技術水平的不斷提高。 隨著我國國民經濟健康穩(wěn)步的發(fā)展，模具對工業(yè)產品的影響也越來越大。作者相信，本課題所研究的N5汽車前門后視鏡支承板級進模設計，在設計階段就對工藝進行優(yōu)化，為沖壓工藝、模具設計、制造和調試提供理論依據(jù)，縮短模具設計制造和試模的時間，將會帶來一定的社會效益和經濟效益，對促進我國模具工業(yè)及相關工業(yè)的發(fā)展起到積極的推動作用，它的應用前景極為廣闊。 1.4 本文工作的主要內容 本文工作的主要內容，其實就是每一章研究的內容，本文內容分為七部分，主要內容如下。 第一部分，引言與緒論。通過查閱相關資料文獻，概述了國內外模具的研

37、究情況，尤其是對多工位級進模的研究情況，從而引出了本課題的研究意義。 第二部分，即制件的工藝性分析以確定工藝方案。對制件結構尺寸、精度要求及其作用進行工藝分析，確定最優(yōu)的工藝方案。 第三部分，制件沖裁工藝的計算與設計。本章節(jié)主要根據(jù)制件的結構尺寸，以及其工藝方案來確定本次制件級進模設計的排樣圖；然后計算出模具工作所需的總沖壓力與模具壓力中心，并由此選用合適的壓力機；最后由沖裁間隙的影響，計算出各凸、凹模刃口尺寸，為之后的凸、凹模結構尺寸設計提供依據(jù)。 第四部分，即制件級進模各零部件的選擇與設計。本章節(jié)根據(jù)之前的研究的基礎上，首先對制件級進模具畫出草圖，然后再對級進模具各零部件進行選擇與設

38、計。級進模設計中，若有相關標準件，可直接選用；如無標準件，則可根據(jù)某些標準件進行設計，最后畫圖總裝配圖。模具材料的選擇及其熱處理；本次級進模設計采用浮動托料導軌式送料裝置，采用壓縮空氣進行送料，保證送料精度；采用壓縮空氣對制件和廢料的清理。 第五部分，即模具零件材料的選擇與加工工藝。主要對模具零部件材料選擇的一個匯總表，并對主要零部件進行加工工藝分析。 第六部分，模具的安裝與調試。模具安裝完成后，對其進行試沖與調整，并說明其重要性。 第七部分，對本問研究的總結，并對多工位級進模發(fā)展的美好展望。

39、 2 制件工藝性分析及工藝方案的確定 沖裁工藝設計包括沖裁件的工藝性分析和沖裁工藝方案確定。良好的工藝性和合理的工藝方案，可以用最少的材料，最少的工序數(shù)和工時，使得模具結構簡單且壽命長，能穩(wěn)定地獲得合格沖件，因而可以減小勞動量和沖件成本。勞動量和沖裁件成本是衡量沖裁工藝設計合理性的主要指標。 2.1 制件的工藝分析 2.1.1制件材料的選擇 N5汽車前門后視鏡支承板主要是用來支撐后視鏡的支架，要具有一定的強度，由于零件需經過沖孔、彎曲、拉深、沖裁等工序才沖制出來，因此，材料還要求具有足夠的塑性和較小的屈彈比，以保證沖壓成形過程中不易開裂，還要具有較小的屈強比，能使零件的形狀

40、和尺寸準確。 N5汽車前門后視鏡支承板零件如圖1-1所示，該制件的材料選用20號鋼，是一種鋼材的材質。零件材料主要參數(shù)查表（參考文獻[11] 548頁）可得：經退火后，抗剪強度τ=280～400 MPa，抗拉強度σb＝360～510MPa，屈服強度σs=250MPa，拉伸率δs=25%，因此，取τ=300 MPa，σb＝390 MPa。該材料具有較高的彈性和良好的塑性，其可成形性性能較好。沖裁加工性能好，易于裁切和彎曲沖壓成形。由于含碳適中，綜合性能較好，強度、塑性和焊接等性能得到較好配合，有較好的可沖壓性能，用途最廣泛，大量用作對性能要求不太高的機械零件。材料厚度0.8mm，批量生產。主要

41、有沖孔、彎曲、拉深特征。需要通過沖孔、彎曲、拉深、裁剪落料等工藝完成。零件結構較復雜，但是制件對孔的尺寸精度要求較低，如圖2.1所示。 圖2.1 制件結構尺寸圖 2.1.2 制件生產方案的確定 N5汽車前門后視鏡支承板是汽車生產的組成零件，是屬于較大批量生產的零件，現(xiàn)有以下三種沖壓方案可選擇： 方案一、單工序摸：在一幅模具中的一個工位上只完成一種工序的沖壓模具。單工序摸制造和調整都比較容易，有時幾幅單工序摸的制造成本可能會比一幅復合模（或級進模）還要低，應優(yōu)先考慮采用單工序摸，在多工位壓力機上使用多個單工序摸，不但可以獲得與級進模相同的生產率，而且沖壓過程中還可以隨意改變毛坯的沖壓方向

42、。但是，對于N5汽車前門后視鏡支承板這樣形狀比較復雜的零件，采用單工序進行生產是存在許多困難的，對于單工序模的制造是非常困難的，其實，從理論上也很難實現(xiàn)該零件的生產，故不能采用單工序模進行沖壓成形生產零件。 方案二、復合模具：在一幅模具中的一個工位上完成兩個或兩個以上不同的工序的沖壓模具。咋一看，本次設計的零件可以采用復合模進行沖壓成形生產，這樣可以成倍地提高生產率，降低制造成本，但是，再深入思考時發(fā)現(xiàn)，采用復合模進行沖壓成形生產并不能達到經濟效益的最大化，原因是復合模的復合工序數(shù)一般在2道工序數(shù)以下，更多的工序數(shù)將使模具結構過于復雜，模具的強度、剛度和可靠度也隨之降低，制造及維修更加困難。

43、對于本次研究的要經過沖孔、彎曲、拉深、沖裁等工序才能沖制出的支承板零件，采用復合模進行生產就更加不理想了。 方案三、級進模具：又稱連續(xù)模具或跳步模具，指在壓力機一次行程中，在一幅模具的不同工位上同時完成兩道或多道工序的沖壓模具。它可以包括沖裁、彎曲、拉深和成形等多道工序，取件和排除廢料都比較容易，便于實現(xiàn)機械化和自動化，因而可以采用高速壓力機生產。從零件圖分析知道，支承板零件的側壁上沒有沖切或局部成形工藝，所以，這使得模具結構比較簡單了，而且采用級進模進行沖壓成形生產，不僅可以達到了較大批量的生產要求，而且還避免了模具結構的復雜化，制造和維修困難，模具壽命短等缺陷。所以考慮采用級進模進行沖壓

44、成形生產，這樣可以保證成品的尺寸精度，并且大大提高生產效率，降低生產的成本。 2.2 制件外形尺寸工藝分析 2.2.1支承板制件的結構形狀 從零件圖1.1所示的尺寸分析，支承板制件厚度為0.8mm，長度為170mm，寬度為106mm，高度為22mm，四個轉角位R5mm的圓角，制件的兩個ψ8mm小孔對位置精度有一定的要求。從制件彎曲變形來看，其彎曲角度較小，而且有較大的圓角過渡，所以，彎曲半徑較大，不易出現(xiàn)因彎曲變形而產生的開裂等缺陷，但是，還要注意其回彈問題，同時，支承板零件形狀比較復雜，制件在沖壓成形過程中，零件的某些彎曲突變部位會產生起皺現(xiàn)象，對零件的外形尺寸精度影響較大，因此，防止

45、起皺現(xiàn)象的產生，避免彎曲回彈的影響，保證支承板零件外形尺寸精度也是本文設計的重點。 2.2.2支承板制件的工藝性分析 制件的結構形狀、尺寸、材料性能對沖壓成型工藝的適應性稱為制件的工藝性。支承板零件的主要彎曲變形，其次為沖壓成形，所以主要以彎曲變形進行工藝性分析。對彎曲件的工藝性分析應遵循彎曲過程變形規(guī)律，通常從以下幾個方面進行分析： （1）彎曲半徑 彎曲件的彎曲半徑不宜過大或者過小，過大因受回彈影響，彎曲件的精度不易保證；過小則會產生彎裂。一般要求r/t＞rmin/t。經查表，材料20號鋼最小相對彎曲半徑rmin/t=0.5，支承板制件的相對彎曲半徑r/t=5/0.8=6.25，滿足

46、r/t＞rmin/t，所以滿足彎曲件的工藝要求。 （2）直邊高度 彎曲件的直邊高度不宜過小，一般h＞r+2t,直邊高度過小時，彎曲成形時在模具上的支持長度過小，不易形成足夠的彎矩，很難得到精確形狀的制件。由于支承板零件不存在垂直的彎曲角度，故該零件不需考慮此工藝要求。 （3）孔邊距離 孔邊到彎曲中心的距離L要保證當t＜2mm時，L≥t；當t≥2mm時，L≥2t。分析支承板零件，厚度為t=0.8mm，Lmin=2.0mm，L≥t，零件符合彎曲工藝要求。 （4）彎曲線與板材扎制方向 支承板零件彎某些曲線與板材扎制方向垂直?？梢灶A防彎裂、減少彎曲件的回彈，彎曲件的工藝達到最佳。

47、 （5）工藝分析 分析零件的結構形狀，該支承板零件結構形狀比較復雜，且不屬于對稱形狀，但是沒有豎直邊，且高度小，可以一個工位上沖壓成形。對零件圖進行分析，可以確定支承板零件的工序數(shù)目和工序順序為沖孔、彎曲及沖壓、沖孔、沖裁落料四個工序。 但是，沖孔也是支承板零件的重要工藝之一，由圖1.1所示的零件圖分析知道，兩個直徑為Φ80.1mm的小孔有一定的尺寸精度和位置精度要求，對于這兩個孔的沖制，可以采用較好的凸、凹模和合理沖裁間隙，同時采用導正銷進行定位即可獲得較好的位置精度。對于直徑為Φ10mm的孔，可以簡單的沖制出來，但是，對于最大的那個孔，它是比較靠近彎曲邊上的了，因此，該孔不能在

48、彎曲變形之前沖制出來，否則，由于應力主要集中在彎曲邊上，制件在彎曲變形過程中會產生開裂或畸形的現(xiàn)象。所以，該孔需要在彎曲變形之后才能沖制出來。 2.3 制件工藝方案的確定 根據(jù)零件的工藝性特點，其加工方案初步設計有以下幾種： 方案一、利用一副復合模完成零件的沖孔、彎曲、整形，然后沖裁落料，再通過其他機械加工完成整形修邊，使零件獲得準確的外形尺寸。 方案二、利用一般級進模加工方式進行加工，把沖孔、彎曲、整形、落料等加工方式，按一定的順序進行排列，在一副模具中完成加工。落料后再進行修邊，保證零件相對形狀的精度。 方案三、利用沖孔、彎曲及整形、沖孔、沖裁落料多工位級進模具進行加工，其加工工

49、序為，首先通過沖裁的方法裁切出毛坯所需的總長度，留有一定的載體以方便送料準確；其次，通過沖孔加沖裁的方法沖制出兩個直徑為Φ80.1mm的小孔和一個直徑為Φ10mm的小孔，沖孔時，依靠凸模對孔的定位之便，同時沖裁掉一邊的送料載體，這樣便成了單邊載體送料方式；再次，利用導正銷對兩個直徑為Φ80.1mm的小孔的定位導正，進行彎曲、沖壓整形，使零件獲得了全部的彎曲變形；最后，還得利用導正銷對兩個Φ80.1mm的小孔定位導正，然后沖制出最大的孔，同時沖裁掉另一邊的送料載體，這樣就可以獲得了外形尺寸準確地零件。 根據(jù)以上幾種方案的特點進行確定合理的加工方案： 第一種方案，把零件困難的部分與簡單部分分開

50、加工，從而簡化了模具的結構，方便制造模具，而且加工時模具沖壓機的沖壓力也較小。但是其缺點也很明顯：由于分開加工需要幾副模具進行加工，則需要多次進行定位，使得零件由于累計誤差的影響，達不到設計的要求。并且用幾副模具進行加工使得操作不方便，生產率較低。 第二種方案，采用級進模的方法生產，它把沖孔、彎曲、整形、落料的工序集中在一副連續(xù)生產模具中，與方案一比較，它的生產率有較大的提高。但是普通的落料始終不能保證支承板零件外形尺寸的要求，必需在落料后進行修邊加工。資源浪費也比較嚴重，總的經濟效益還是比較低的。 第三種方案，通過把各個工序合理的分散與組合，不僅避開了前兩個方案的許多不足之處，同時，還使

51、得整個設計過程更加簡單明了，便于模具的設計與制造，提高了模具的壽命，提高生產率，總的經濟效益有了更大的提高。 由以上的分析可以看出，第一種方案不僅生成率低而且零件精度難以保證，第二種方案不符合模具生產的發(fā)展趨勢，即不符合生產過程全自動化。第三種方案不僅能保證制件的精度，而且大大提高了生產效率，降低了人為勞動量，自動化程度高。在大批量的生產中，雖然模具的制造費用和難度較高，但是效益好，經濟性更加完善，所以選擇第三種方案。 3 制件沖裁工藝的計算與設計 3.1 毛坯的計算 毛坯的尺寸大小主要取決于零件形狀尺寸的大小。該零件是一個矩形的彎曲件，因此必須由彎曲件計算出

52、毛坯的尺寸大小。計算的依據(jù)是：變形區(qū)彎曲變形前后體積不變；應變中性層在彎曲變形前后長度不變。即：彎曲變形區(qū)的應變中性層長度，就是彎曲件的展開尺寸，也就是所要求的毛坯長度。 支承板零件r/t=5/0.8=6.25＞0.5,這類彎曲屬于有圓角半徑彎曲，其彎曲變薄不嚴重，且斷面畸變較輕，可以按照中性層長度等于坯料展開長度的原則計算，查閱文獻【2】，可查得，彎曲90時，彎曲件相對彎曲半徑r/t與中性層系數(shù)χ的關系，如下表3.1所示。 表3.1 彎曲90時中性層系數(shù)值 r/t 0.1 0.25 0.5 1.0 2.0 4.0 4～8 ＞8 χ 0.32 0.35 0.38

53、 0.42 0.445 0.47 0.475 0.50 由圖2.1所示的支承板零件圖，可知，之間毛坯的長度為=170mm，其寬度則由彎曲件的計算可得。由支承板零件實物圖可測量得制件的寬度方向的彎曲尺寸，如圖3.1毛坯寬度計算簡化圖所示。 圖3.1 毛坯寬度計算簡化圖 查文獻【2】制件展開寬度的計算公式為： （3.1） 式中： —制件展開寬度尺寸（mm）； —制件在162彎曲角下，與彎曲變形程度有關的中性層系數(shù)，其值可參考表3.1所示數(shù)值； —制件在155彎曲角下，與彎曲變形程度有關的中性層系數(shù)，其值可參考表3.1所示數(shù)值； t —制件厚度（mm）。

54、 該零件的最小彎曲半徑r=5mm，坯料厚度t=0.8mm，可知r/t=6.25，由表3.1可查得，χ=0.475；又由圖3.1毛坯寬度計算簡化圖，可知=10mm，=27mm， =66mm，彎曲角度有162和155將以上數(shù)據(jù)代入公式得： 由于，支承板零件對外形尺寸精度要求較低，所以取毛坯總長度=121mm。 所以，經過計算可得毛坯的尺寸為。 3.2 排樣設計 沖壓件在條料或板料上的布置方法稱為排樣。其設計的內容包括材料的經濟利用，選擇排樣方法，確定是否需要工藝切口，確定搭邊數(shù)值，計算條料寬度和步距，畫出排樣圖。 3.2.1材料的經濟利用 在沖壓零件的成本中，材料費用約占60%

55、以上，因此材料的經濟利用具有非常重要的意義。合理的排樣可以提高材料的利用率，降低制造成本，保證沖件質量及模具使用壽命。 沖裁件的實際面積與所用板料面積的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用材料的經濟性指標，可用下式計算： （3.2） 式中，——材料的利用率； S——沖壓件的實際面積； ——所用材料的面積，包括沖壓件面積與廢料面積； B——條料的寬度； A——步距（相鄰兩個制件對應點的距離）。 從上式可看出，若能減少廢料面積，則材料利用率高。廢料可分為工藝廢料與結構廢料兩種（見圖3

56、.2所示）。結構廢料由工件的形狀特點決定，一般不能改變；搭邊和余料屬于工藝廢料，是與排樣形式及沖壓方式有關的廢料，設計合理的排樣方案，減少工藝廢料，才能提高材料利用率。 排樣合理與否不但影響材料的經濟利用，還影響到制件的質量、模具的結構與壽命、制件的生產率和模具的成本等技術、經濟指標。因此，設計排樣時應考慮一下幾個原則。 （1）提高材料利用率（在不影響制件使用性能前提下，還可適當改變制件形狀）； （2）排樣方法應使沖壓操作方便，勞動強度小且安全； （3）模具結構簡單、壽命高； 圖3.2 廢料分類 （4）保證制件質量和制件對板料纖維方向的要求。

57、3.2.2 排樣方法的選擇 級進模的排樣是指制件在條料上分幾個工位沖制的布置方法。排樣不同，材料的利用率、制件的尺寸精度、生產率、模具結構與制造復雜程度、模具使用壽命長短等都不同。所以排樣作為級進模設計的重要步驟，它是多工位級進模設計時的重要依據(jù)。排樣可以分為有廢料排樣和少、無廢料排樣。 （1）有廢料排樣法 有廢料排樣法是沖裁件與沖裁件之間以及沖裁件與條料側邊之間都有工藝預料的存在，沖裁件分離輪廓封閉，沖裁件質量還、模具壽命長，但是材料的利用率較低。 （2）少、無廢料排樣法 少廢料排樣法是只有在沖裁件與沖裁件之間或沖裁件與條料之間留有搭邊，這種方法的沖裁件只沿著沖裁件的部分輪廓進行。

58、材料的利用率可達到70％～90％。無廢料排樣翻是沖裁件與沖裁件之間以及沖裁件與條料之間均無搭邊存在，這種怕有的沖裁件時間上是支接切斷獲得，多以材料的利用率可達85％～95％。 因為本次支承板設計采用多工位級進模，考慮到毛坯外形是矩形，并且條料是連續(xù)送進，確保壓力機對板料加工時沖壓力平衡，所以必須選擇有廢料排樣。 3.2.3 工藝切口的確定 本文設計的是N5汽車前門后視鏡支承板級進模設計，由零件圖和實物圖可知，該零件外形比較復雜，且需要通過彎曲沖壓變形加工工序，所以，當整條條料在連續(xù)彎曲沖壓變形過程中，由于相鄰兩個工位之間的材料相互影響，相互牽連，尤其是沿送料方向的材料流動比較困難，這不像

59、單個毛坯在彎曲沖壓變形時那樣材料較均勻自由地塑性變形。 為了避免彎曲沖壓變形時相鄰兩個工位之間材料的相互影響，在相鄰的兩個工位之間沖裁出一定形狀的切縫或切口，這樣可以減小兩工位間材料的影響和相互約束，有利于材料的塑性變形，送料的方便以及毛坯的準確定位。因此，在條料進行彎曲沖壓變形前設置工藝切口，工藝切口為細長矩形切口。 3.2.4 搭邊與載體設計 （1）搭邊值得確定 排樣時沖裁件之間以及沖裁件與條料側邊之間留下的工藝廢料叫搭邊。搭邊的作用有以下幾點。 ①補償條料的剪裁誤差、送料步距誤差，補償由于條料與導料板之間由間隙所造成的送料歪斜誤差。若沒有搭邊則可能出現(xiàn)制件缺角、缺邊或尺寸超差等

60、廢品。 ②使凸、凹模刃口能沿著封閉輪廓線沖裁，受力平衡，合理間隙不易被破壞。模具壽命和制件斷面都能提高。 ③對于利用搭邊拉條料的自動送料模具，搭邊使條料有一定的剛度，一保證條料的連續(xù)送進。 搭邊值對沖裁過程及沖裁件質量有很大的影響，因此，一定要合理確定搭邊數(shù)值。搭邊過大時，材料利用率低，浪費材料；搭邊過小時，搭邊的強度和剛度不夠，沖裁時會輕易發(fā)生翹曲或被拉斷，不僅會增大沖裁件毛刺，有時甚至搭邊拉入模具間隙，造成沖裁力不均，損壞模具刃口。根據(jù)生產的統(tǒng)計，正常搭邊比無搭邊沖裁時的模具壽命高50%以上。搭邊值通常由經驗確定，查文獻【1】得表3.2所列搭邊值為普通沖裁時經驗數(shù)據(jù)之一。 表3.2

61、 搭邊a和a1數(shù)值（低碳鋼） 材料厚度 圓件及r>2t的工件 矩形工件邊長L<50mm 矩形工件邊長L>50mm或r<2t的工件 工件間a1 沿邊a 工件間a1 沿邊a 工件間a1 沿邊a <0.25 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.0 0.25～0.5 1.2 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 0.5～0.8 1.0 1.2 1.5 1.8 1.8 2.0 0.8～1.2 0.8 1.0 1.2 1.5 1.5 1.8 1.2～1.6 1.0 1.2 1.5 1.8 1.8 2.0

62、1.6～2.0 1.2 1.5 1.8 2.0 2.0 2.2 由本文設計的支承板零件為矩形工件，其邊長=170mm>50mm，且該制件的厚度為t=0.8mm，由表3.2可以查得沿邊a=2mm，工件間a1=2mm，取a1=3mm。 （2）載體設計 載體是指級進模沖壓時，條料內連接工序件并運載其穩(wěn)定前進的這部分材料。在排樣過程中，載體設計是非常重要的，不僅決定了材料的利用率，而且關系到制件的精度和沖制效果，更是直接影響模具結構的復雜程度和制造的難易程度。載體與一般沖裁時條料的搭邊不盡相同，搭邊的作用主要是補償定位誤差，滿足沖壓工藝的基本要求，使條料有一定的剛度，便于送料，保證沖

63、出合格的制件。而條料的載體除了滿足以上的要求外，必須有足夠的強度，要能夠運載條料上沖出的零件，并且能夠平穩(wěn)地送進到后續(xù)沖壓工位。 載體的強度非常重要。載體發(fā)生變形，則整個條料的送進精度就無法保證，嚴重者會使條料無法送進而損壞模具造成事故。因此從保證載體強度出發(fā)，載體寬度遠大于搭邊寬度。但條料載體強度的增強，并不能單純靠增加載體寬度來保證，重要的是要合理地選擇載體形式。由于被加工零件的形狀和工序要求不同，其載體的形式是各不相同的。載體的基本形式主要有雙側載體、單側載體和中間載體這三種。 ①雙側載體 雙側載體是在條料的邊緣兩側設計的載體，被加工的零件連接在兩側載體的中間。雙側載體是理想的載體

64、，可使工件到最后一個工位前條料的兩側仍保持有完整的外形，這對于送進、定位和導正都十分有利。采用雙側載體送進十分平穩(wěn)可靠，但材料利用率較低。雙側載體可分為等寬雙側載體和不等寬雙側載體。 等寬雙側載體一般應用于送進步距精度高、條料偏薄，精度要求較高的沖裁件多工位級進?；蚓容^高的沖裁彎曲件多工位級進模。在載體兩側的對稱位置可沖出導正銷孔，在模具的相應位置設導正銷，以提高定位精度。 不等寬雙側載體寬的一側稱為主載體，窄的一側稱為副載體。一般在主載體上設計導正銷孔。此時，條料沿主載體一側的導料板前進。沖壓過程中可在中途沖切去副載體，以便進行側向沖壓加工或其他加工。在沖切副載體之前應將主要沖裁工序都

65、進行完畢，以確保沖制精度。 ②單側載體 單側載體是在條料的一側設計的載體，實現(xiàn)對工序件的運載。導正銷孔多放在單側載體上，其送進步距精度不如雙側載體高。有時可再借用一個零件本身的孔同時進行導正，以提高送進步距精度，防止載體在沖制過程中有微小變形，影響步距精度。與雙側載體相比，單側載體應取更大的寬度。在沖壓過程中，單側載體以產生橫向彎曲，無載體一側的導向比較困難。 單側載體一般應用于條料厚度為0.5mm以上的沖壓件，特別是對于零件一端或幾個方向都有彎曲，往往只能保持條料的一側有完整外形的場合，采用單側載體較多。 ③中間載體 中間載體是指載體設計在條料中間，此法一般適用于對稱零件，尤其是兩

66、外側有彎曲的對稱零件。它不僅可以節(jié)省大量的原材料，還利于抵消由于兩側壓彎時產生的側向力。對于一些不對稱的單向彎曲的零件，也可采用中間載體將被加工的零件對稱于中間載體排列在兩側，變不對稱零件為對稱排列，即提高了生產效率，又提高了材料利用率，也抵消了彎曲時產生的側向壓力。 由于本次支承板零件主要是彎曲沖壓變形，所以，本次排樣設計中采用單側載體實現(xiàn)對工序件的運載。為了增加單側載體的強度的同時提高材料的利用率，則可取單側載體的寬度b側=17mm。 3.2.5進距與條料寬度的確定 （1）進距的基本尺寸 進距是指條料在模具中逐次送進是每次向前移動的距離。進距大小及精度直接影響沖壓件的外形精度、內外形相對位置精度和沖切過程能否順利進行。 在級進模設計中，對送料進距精度的要求是比較高的，它直接關系到一系列工位加工的精度，送料進距又由側刃保證。送料進距的基本尺寸可按公式（3.3）計算： A=+a1=170+3=173mm （3.3） 式中：a1為毛坯之