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1、精冲与级进模技术学生班级： 学生学号：学生姓名： 指导老师： 板厚0.5mm ，材料为10号碳素结构钢，制造精度IT10 弯曲部分圆角半径为r=0.5mm 图一零件构思：此零件采用为徐先弟中的徐字中的一局部，如左图可以知道，对于那两点跟那个勾比较麻烦因此进行简化，将两点和那个勾转换为一个大圆里面加个小圆来表示，即成为此零件。1，工艺分析此零件为典型的冲压件，尺寸精度要求高，涉及的工序多。若采用单工序或复合模加工，使用的模具数量多，定位困难，误差大，且生产批量大、生产效率高，故采用级进模加工，即可以节约冲压设备，又可以提高模具的经济效率。此零件要使用10号钢，10钢属于优质碳素结构钢，抗剪强度为
2、260340Mpa，抗拉强度为300440Mpa，极限伸长率为29%，屈服极限为210Mpa，因此其塑性好，焊接性好，冷塑性好,板材正火或高温回后性能及佳,切削性,冷拉正火较退火态好, 易焊接，是很好的冲压材料。此工件基本上是平面的冲裁，只有一处是弯曲的，且其他形状均为规则或接近规则的矩形或圆形，工件中也没有什么不适合的圆孔和尖角，形状中有伸出的部分但是没有过长或过窄，悬臂和凹槽的长度都在冲裁适合的比例范围内。工件中的圆孔的孔边距也很大，不必考虑最小孔边距，这也非常适合冲裁，制造精度IT10，冲裁模是可以达到的。由图可以看出制件包括冲孔，落料以及弯曲三种基本工序，其中有直线冲裁和圆弧冲裁两种。
3、而且可以看到冲孔和落料的尺寸精度均要求较高，但是可以通过合理安排工序顺序，提高模具的设计能力与制造精度来保证，所以零件连续冲压的可行性较大。2， 从图中可以知道此冲压零件为大多为冲裁工序，只有一步为弯曲工序，因此按照一般规则，先冲轮廓，再弯曲，然后冲孔，最后切断。同时由于零件的轮廓复杂，轮廓冲裁必须分步进行。同时R2.5的孔的放在最后的切断之前冲出，以防止提前冲出由于后续工序（例如弯曲等）的影响而导致R2.5的精度得不到保证。因此冲压工序的顺序为先冲导正孔 冲裁轮廓 弯曲 冲孔 切断 等5个大步骤。同时注意到对于工件的轮廓外形比较曲折，复杂。所以工件的轮廓不能一步冲裁出来，模具强度也不允许一次
4、切割成形，所以应该有所分解，从工件的结构出发，分解成5步冲裁轮廓，从而保证和增加冲裁制件的精度，减弱其所受应力，保证并提高模具的使用寿命。 另外为防止出现冲裁不完全和断面重复冲裁（重复冲裁易导致废屑留在下模表面，影响制件表面质量且损坏工作零件），正确的处理方式有两种。一种是自然过切，另一种是人为过切，所谓人为过切是选择制件断面允许处，在前一工位切进轮廓0.20.5mm,这样为后一工位提供让位，避免两次冲裁。人为过切无法避免地会在制件上留下过切痕迹，所以过切位置一定要选择在非重要部位，不影响产品的使用效果。3，工序设置与冲压顺序设计（图二）从零件图上可以看到本制件既有冲孔，落料，又有弯曲。按照级
5、进模的设计准则，先进行轮廓冲切，然后再弯曲，为了避免弯曲对冲孔产生影响，所以冲孔安排在弯曲工步的下一步，最后在切断得到制件。冲切轮廓的时候由于轮廓复杂，故采用多次冲裁的工艺，以保证工件的精度。由上面的图形就可以知道本制件最终的冲压次数为9次。冲压顺序为：冲导正孔 冲外形轮廓 冲外形轮廓 冲外形轮廓 冲外形轮廓 冲外形轮廓 弯曲 冲孔 切断 通过上面的九步就可以得到所需要的工件。4，由上面的冲压工艺分析以及对工序的分解，可以粗略得到下面四种排样方式：（图三）直对排（图四）60斜排（图五）有废料直排（图六）少废料直排以上几幅排样图分别为直对排，为斜排，直排，少废料直排（1） 由图三可以知道不用计算
6、就可以知道，相对于直排比直对排的少了一些搭边废料，故其材料利用率一定比直排的利用率高，但是直对排光从感觉上就可以知道这种排样宽度比较大，通过估算其宽度为60*2+15=135mm这样的带料有点宽，同时加上板料厚度只有0.5mm，这样一来135mm的宽度就更显的大了，要保证送料的稳定性和平顺性就必须对模具进行再设计，还要加强导料和载体，这样对模具的制造就会造成困难，同时135mm的宽度的模具很大，模具制造困难外，其板料的强度和定位，都很难满足，而且制造成本也比较高，基于这一系列的难点，所以不选择这种排样方法。（2） 图六为少废料排样，此制件的制造精度为10级，使用少废料排样由于没有搭边或仅有少量
7、的搭边，材料利用率是提高了，可是却使制造精度达不到保证，使制件达不到要求。而且在级进模设计中一般应该是先冲裁轮廓，再弯曲，这样才能使精度达到保证，可是在使用少废料排样的时候，其工序如图六所示，可以知道，少废料排样必须存在先弯曲，然后再才冲裁最后一步轮廓，所以对制件的精度会产生影响。综上所述就可以知道，不应该使用少废料排样。少废料排样无法无法满足精度要求，那么无废料要求更是不能满足要求，所以为了满足制件精度要求，所以采用有废料的排样方法。（3） 图四和图五都是有废料排样，一个为直对排，一个是斜排，通过比较其精度都可以达到保证，且尺寸都比较小都可以实现。现在就只能从材料利用率来判断他们优劣。 对于
8、图四的斜排：斜排的步距为 其中C为制件展开时最大的尺寸; 其中b为制件件的搭边 为倾斜角，这里取为60； 即步距为：=38mm 注：这里的33mm怎么来的在下面5-（2）里面有详细的介绍有详细的介绍 条料宽度为60*sin60+2*2+4*2=64mm故：一个步距所占用的实际面积为 A0=64*38=2432 而制件的实际占有面积为：A=30*10+10*10+30*10+10*10+1/4*20*20-1/4*10*10 =300+100+300+100+100*3.14-25*3.14 =800+75*3.14 =1035.5 所以斜排所占用的面积为：=1035.5/2432 =42.5%
9、 对于图五的有废料直排：在下面的5-（5）中有详细的介绍和计算过程在这里就不再过多的赘述了。从下面的计算可以知道图五的直排的材料利用率为48.6%。综上所述就可以知道选用直排排样法就是比较好的排样方案，因此图五（直排）就是我们所需要的排样方案。 5，（1）搭边值与边宽度的确定（参考实用冲模结构设计手册张正主编114） 搭边宽度值的计算对于金属板冲裁件，其排样的搭边最小宽度bmin可以按下式计算：当t=1.5mm时，bmin=0.57*t+0.64本例中的t=0.5mm 故可以得到如下式子： =1.16mm同时可以查表得到其沿边为b=1.31mm 取整得到为2mm条料宽度的确定（参考实用冲模结构
10、设计手册张正主编114）按冲压工艺要求确定，冲压件的排样方式、搭边值、已经沿边确定以后，便可以计算所需条料或带料宽度B，由于料宽还与冲模的导料系统有关。本例模具的板料较薄，且尺寸较小因此冲模的采用导料槽有侧压装置的结构。 （ 图七）条料宽度 D为时间尺寸宽度即： D=30+10+20=60mm 为条料宽度的单向负极限偏差查表2.4-9可以得到=0.5mm 同时2.4-11查得最小间隙为C1=5mm 由以上可以知道： mm 同时也可以得到导料槽的宽度：B+C1=D+2*b+C1 =64.5+5 =69.5mm（2），步距的确定步距是指级进模中相邻两个工位之间距离的大小值（mm）。本次设计的排样的
11、单行纸牌，其优越性上面已有论述，此处不做解释。步距的基本公式为：A=C+b A为步距； C为与送料方向平行的制件外形尺寸（mm）； 这里的b为其搭边值（mm），由设计手册可以得到，上面的的步骤已经将bmin求出来了，这里去整去b=2mm 从图中可以看到此零件存在弯曲工序，且料厚t=0.5mm 因为0.5*t=0.5*0.5=0.25mm 且弯曲部位r=0.5mm 即r 0.5*t 此类弯曲件的变薄不严重，其毛胚的展开长度可以按弯曲前后中性层长度不变的原则进行计算，毛胚的展开长度等于弯曲件直线部分的长度与弯曲部分中性长度总和。即Li为直线部分的长度，为弯曲部分的角度，xi为圆弧中性层位移系数从图
12、中可以知道L1=26-0.5*.2=25 L2=2-0.5=1.5 L3=2-0.5=1.5其中弯曲中心角为1=2=90 其中半径为r=0.5mm 料厚为t= 0.5mm其中x为圆弧中性层位移系数 由r/t=0.5/0.5=1 由此查表 5-9（211）可以知道x=0.32 =25+1.5+1.5+（0.5+0.32*0.5）*3.14*90/180*2 =30.0724综上所述就可以知道：A=C+b =30.0724+2 =32.0724mm取整则取步距A为33mm（3）定距（自动送料机构与导正销联合定距）由于产品的很薄，t=0.5mm，不适用于侧刃边定距，且制造精度较高位IT10级，考虑到
13、生产效率，采用带料自动送料机构满足生产效率，根据步距精度选取适的自动送料机构，利用自动送料机构做条料的粗定位，由于制件较小且精度要求较高，故还要采用导正销作为精定位，这种送进定位可以达到0.01可以满足精度要求。（4）载体分析由于料厚仅为t=0.5mm,很薄，且制件的精度要求高，且此制件的外形是纵向对称而不是横向对称所以不能使用单侧载体和中间载体，只能使用双侧载体，同时为了保证精度要求，使条料的送进跟平稳，因此要采用双侧等宽载体。所谓的双侧等宽载体就是材料由自动送料机构送进，在两侧载体上均设置导正销，在全部送进过程中两侧载体均可以控制送进定距，在最后工步才将工件切断。同时为了提高条料的刚度，载
14、体宽度应尽量大。采用双侧载体，使送进平稳，满足了精度要求，但是它却使材料的利用率有所下降。（5）材料的利用率计算工件的实际有效面积A=30*10+10*10+30*10+10*10+1/4*20*20-1/4*10*10 =300+100+300+100+100*3.14-25*3.14 =800+75*3.14 =1035.5一个工步消耗是实际面积：A0=33*64.5 =2128.5所以材料的使用率为=A/A0 =1035.5/2128.5 =48.6%从数值上可以看出来本工件的材料利用率有点低，但是可以看出其中大部分是结构废料而不是工艺废料，要想提高材料的利用率，结构废料是无法消除减少的
15、，只能从工艺废料入手，但是本制件的结构中的工艺废料已经是保证制件的要求下几乎很难减少，所以从此处来看可以可以知道这个材料利用率还是可以接受的。6,（1）各个工位刃口尺寸的计算连续级进模中无论工位有多少，就像此工件的制造过程中，只有冲孔、落料和弯曲三种类型的工位，而且冲裁工位占大多数，而且落料工位大多是在最后一个工位上，冲孔工位是多个，包括冲圆孔、方孔、三角形孔以及异型孔，多数凹模板是整体的，所有的冲孔、落料的模孔全在一块凹模板上。而凸模则是单个的，即每一个凹模孔配一个单体凸模，并按凹模尺寸及要求都装在凸模固定板上，凹模板凸模固定板用线切割加工模孔，一切割完成，所有的凸模只能按凹模加工后的模孔尺
16、寸配制，故对于多工位连续模用配作法设计刃口尺寸，即用主凹模制模法计算模具刃口尺寸。由于大多是冲孔模，依据原则应该按凸模作为基准，因此要将配作的凹模尺寸，换算到凸模上。主凹模法的尺寸计算：凹模磨损后变大的尺寸计算公式： 凹模磨损后变大的尺寸计算公式：转换为配置凸模的尺寸计算公式：凹模磨损后变大的尺寸变为凸模公式为：凹模磨损后变大的尺寸变为凸模公式为：通过查阅有关书籍可以知道，为制件的公差，依题意为0.2mm。对于x为磨损系数，在此工件上对于非圆形x=0.75，对于圆形x=0.5, /4就为0.05mm，。制件的双边间隙也查到为，因此在工位的两个孔的刃口尺寸为磨损后尺寸变大的适用第一个式子，即：
17、转换为凸模尺寸：工位的刃口尺寸计算： 工位的刃口尺寸计算： 工位的刃口尺寸计算： 工位的刃口尺寸计算： 工位的刃口尺寸计算： 此凸模轮廓有点复杂，且是对称的，所以在凸模做成两个一样的块 工位的刃口尺寸计算： 此工序为弯曲工序，而且此工件为用外形尺寸标注的弯曲件，因此应以凹模为基准先确定凹模尺寸，且工件采用的双向偏差。故凹模尺寸为 ：凸模尺寸为：其中为尺寸偏差，为0.1mmL为弯曲件的基本尺寸为L=20mmC为单边间隙，p，d为凸凹模制造公差。一般模具的制造公差要按零件的尺寸要求决定，一般模具的制造精度比冲压件的精度高2-3级，此零件的制造精度为10级，所以我们模具的制造精度采用8级精度。所以查
18、资料可以知道p，d为0.033mm查阅相关资料单边间隙计算公式为： 其中t为材料厚度基本尺寸为0.5mm 为材料厚度正偏差，在理想条件下取0.1； X为间隙系数由B/H确定，此处B/H=20/10=2故查表可以知道x=0.05 故C=0.5+0.5*0.05 =0.525mm依题意有此工件的外形尺寸为200.1mm，如下计算：凹模的尺寸为： 凸模尺寸为：工位的刃口尺寸计算： 工位的刃口尺寸计算： 综上所述，采用配作法先制造出凹模，再配作凸模，从上面计算可以知道各个工位的凹模刃口尺寸，形状如下图，至于凸模的尺寸按配作法配置即可，此处不再画出。（图八）凹模各个刃口形状与尺寸7，制件的排样图（图九）
19、级进模最终排样图从上图可以看出步距为33mm，工位为9个，各个尺寸也如图所示，料宽为72.5mm各个刃口形状如上面第6项图八所示。由于此零件不算怎么复杂，因此不设置空位。8，压力中心的计算如下图所示各个工位的坐标位置分别设为：（x1，y1），（x2，y2），（x3，y3），（x4，y4），（x5，y5），（x6，y6），（x7，y7），（x8，y8），（x9,y9），计算过程也如下所示：（1）各个冲切工位坐标的从上图看以看出各个工位的坐标，下面依次说明各个工位的坐标已经冲切线的长度,从上面的计算可以知道料带的宽度为64.5mm，这里有为了导正孔的方便又多加了8mm，因此实际的料带宽为72.5m
20、m。因此各个冲切工位的坐标如下所示：X1=16.5/2=8.25mm Y1=72.5-2=70.5mmX2=16.5+16/2+0.5=25mm Y2=72.5-4-1=67.5mm X3=16.5*2+16.5/2=41.25mm Y3=72.5-4-2-5=61.5mmX4 =16.5*3+16.5/2=57.35 mm Y4=72.5-4-2-10-5=51.5mmX5=16.5*4+16.5/2=74.25mm Y5=72.5-4-2-10-10-5=41.5mmX6=16.5*5+16.5/2=90.75mm Y6=72.5-4-2-10-10-10-10-14=12.5mmX7=1
21、6.5*6=99mm Y7=72.5-4-2-5=61.5mmX8=16.5*7=132mm Y8=72.5-4-50-2=16.5mmX9 =16.5*9=148.5mm Y9=72.5/2=36.25mm注：的Y6为计算方便使用了近似代替。（2）压力中心的计算 压力中心计算公式对于形状规则的图形，其压力中心就是其几何中心；对于那些不规则的图形就要利用理论力学公式进行计算。不规则图形的压力中心计算公式为：X0=（f1*x1+f2*x2+f3*x3+fn*xn）/（f1+f2+f3+fn）Y0=（f1*y1+f2*y2+f3*y3+fn*yn）/（f1+f2+f3+fn）由于冲裁力与冲裁周长成
22、正比，所以式中各个冲裁力f1，f2，fn可以用各冲裁周长L1，L2，Ln来代替，因此上面的公式可以化简得到如下公式：X0=（L1*x1+ L 2*x2+ L 3*x3+ L n*xn）/（L 1+ L 2+ L f3+ L n）Y0=（L 1*y1+ L 2*y2+ L 3*y3+ L n*yn）/（L 1+ L 2+ L 3+ L n）各个冲压的周长（即冲切线的长度）：L1=*2*2=4=12mmL2=(16.5-0.5-1)*2+2*2=30+4=34mmL3=（10+2）*2=24mmL4=(10+10+2)*2+10*2=44+20=64mmL5=（10+2）*2=24mmL6=144
23、*2*20/360+10+10+2+16.5-0.5-1=16+22+15=53mmL7=10*2*2=40mmL8=5*=5=15mmL9=2*1*2=4mm从上面就可以知道各个工位的冲切线的长度为：12mm，34mm，24mm，64mm，24mm，53mm，40mm，15mm，4mm。各个冲裁力的计算：根据冲裁力的计算公式F=L*t* L为凸凹模边缘尺寸的周长（mm）； 其中t为板料厚度（mm） 为材料的抗拉强度（Mpa）； 由上面的公式可以求出相应的冲压力 从1中可以知道，10号钢的抗拉强度极限为300440Mpa，这里为计算方便取=350Mpa即：F1=4*0.5*350=2100NF
24、2=34*0.5*350=5950NF3=24*0.5*350=4200NF4=64*0.5*350=11200NF5=24*0.5*350=4200NF6=53*0.5*350=9275NF8=5*0.5*350=2625NF9=4*0.5*350=700N第七工序为弯曲，属于L弯曲，其计算公式为：F=0.6*K*b*t*t*/(r+t)其中b为弯曲件的宽度，这里的是10mm其中t为料厚为0.5mm其他r为弯曲半径0.5mm其中K为安全系数一般取1.3综上有：F=0.6*1.3*0*5*0.5*0.*350/（0.5+0.5） =682.5/1 =682.5N所以总的冲裁力为：F0=F1+F
25、2+F3+F4+F5+F6+F7+F8+F9 =2100+5950+4200+11200+4200+682.5+9275+2625+700 =40284.125N =41KN卸料力：F01=Kx*F0=0.05*41=2KN推件力：F02=n*Kt*F0=9*0.065*41=24KN 其中n为同时卡在凹模中的制件数目，此中为9；顶件力：F03=Kd*F0=0.08*41=3.3KN以上Kx、Kt、Kd为相应系数，通过查表均可以得到。压力中心的计算X0=（L1*x1+ L 2*x2+ L 3*x3+ L n*xn）/（L 1+ L 2+ L f3+ L n） =（8.25*4*3+25*34+
26、41.25*24+57.35*64+74.25*24+90.75*53+5*3*132+4*148.5+40*99）/（4*3+34+24+64+24+53+5*3+4+40） =18834.15/270 =69.8mmY0=（L 1*y1+ L 2*y2+ L 3*y3+ L n*yn）/（L 1+ L 2+ L 3+ L n） =（4*3*70.5+34*67.5+24*61.5+64*51.5+24*41.5+53*12.5+5*3*16.5+4*36.25+40*61.5）/（4*3+34+24+64+24+53+5*3+4+40） =9964/270 =46.0mm由上面的计算就可以
27、知道，此制件的压力中心为X0=69.8mm，Y0=46.0mm（5）确定各个冲切线的搭接位置时注意事项：，将外形（或型孔）的折线连接处分解为若干型孔，分工位切割，每两个型孔连接处都留出一个搭接区，保证型孔间连接良好。，模具强度不允许一次切割成形，分三次布置在不同工位切割型孔，保证冲切凸模的工作强度，改平接为搭接，分两个或多个冲切外形，完成冲裁加工。，保证平接质量，在不影响冲件的精度和使用功能的情况下，平接处增设工艺缺口的方法保证连接质量。，在冲件的直边上或斜面上先切割去一部分，在以后某一工位上再冲切余下的部分，先后切割的直线段或斜线段经连接后成为一个完整的直边或斜面。材料利用率提高，易出现外形的连接错位、缺口、尖角。参考资料：1. 多工位级进模设计方法与技巧/宁建华编著 机械工业出版社2. 多工位级进模设计标准教程/欧阳波仪编著 化学工业出版社3. 多工位级进模设计及实例精解/刘占军编著 化学工业出版社4. 多工位级进模设计/邱永成 国防工业出版社5. 实用冲模结构设计手册张正主编
