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1、0 第 1 章 绪 论 1.1 选题的背景、目的及意义 从我国参加 WTO 后，机械制造业迎来了前所未有的发展机会，我国正渐渐成为 “世界制造中心”。制造业为了增强竞争实力，提高产品质量和出产效能，改进原材 料利用率，节约能源，普遍地选用各种模具成形工艺更换传统的切削加工工艺。当前 机械、汽车、电子信息、轻工等工业产品有 60% 到 80%的工件选用模具成形工艺。 在成形模具的加工中，冷冲压模具加工具备很多的优势，我国着重发展的精密、 高效模具种类中最重要的是多工位的连续模与多功能的模具。尤其是机械、仪表行业、 电子、电气的体积小，形状复杂，精度要求比较高的金属制件，普遍的使用多工位级 进模生
2、产。 在现代冲压技术中，发展连续级进型模具有重要地位，尤其是对冲压件需要大批 量生产的，更该选用多工位级进模进行加工制造。多工位级进模与普通模具相比，提 高劳动生产率和设备利用率，高精度定位和精确的距离测量系统的尺寸，高精度的生 产，表面质量好。选用多工位连续模作为设计课题是非常具有现实意义的。 1.2 国内外研究状况和相关领域中已有的研究成果 因冷冲压拥有众多突出的优势，所以在机械制造、电子、电器等各行各业中都获 得了普遍的使用。涵盖汽车的覆盖件，小到钟表及仪器、仪表元件，大多是采用冷冲 压方法得到的。当前，选择冷冲压工艺所获得的冲压成品，在现代汽车、仪器、电器、 拖拉机、电机、仪表及各种电
3、子产品和人们日常生活中，都有着十分重要得地位。根 据一个大略的统计，在汽车的加工制造行业里有着六至七成的零件都是选用冲压得工 艺制成的，整个汽车工业总劳动量的 25%至 30%是由冷冲压生产所占有的劳动量来 完成的。在机电及仪器、仪表生产中使用冷冲压工艺，加工制成了 60%至 70%的零 件。在电子类产品中，占到零件总数的约 85%及以上的零件是由冷冲压件组成的。在 飞机、导弹、各类枪弹与炮弹的生产加工中也是有相当大的部分是由冲压件来组成的。 各种金属产品在人们的日常生活使用的，冲压材料占有更加重要的数量和比重，如铝 锅，不锈钢餐具，陶瓷盆等冷冲压产品。占到世界钢产量 60%至 70%以上的板
4、材、 管材及其它各类型材，其中很大的一部分是经过冲压加工制成成品的。在许多先进的 工业国家，对冲压和模具制造的高度重视，使得模具工业已成为一个重要的产业部门， 而冲压生产则成为生产高质量先进机电产品生产的重要手段。 1 目前，国内相当多的模具企业普及了计算机绘图，应用各种 CAD 软件进行模具设 计。我国东风汽车公司模具厂、第一汽车模具中心等都能制造加工代表当代模具技术 水平的汽车覆盖件模具。他们使用 CAD/CAE/CAM 的技术，加工方法，冲压模具的 质量和性能，已达到或接近国际水平。第一汽车厂模具制造有限公司制造的大红旗轿 车的左/右前和翼板拉深模和发动机罩外板拉深模均采用 CAD/CA
5、E/CAM 技术及高速 铣削加工技术，模具具有精度高，质地好等优点，基本上达到国际水平。多工位连续 级进模和多功能模具是我国重点发展的精密，高效模具种类。另外，国内已可制造出 的铁心精密自动叠片多功能模具已经具备了自动冲切、叠压、铆合、计数、分组、转 子铁心扭斜和安全保护等功能。生产电动机定子、转子双回转叠片的硬质合金连续模 的步距精度已可达 2um，寿命可以达到 1 亿次以上。用于生产集成电路引线框架的 20 到 30 个工位的连续模，用于生产电子枪零件的硬质合金连续模和生产空调散热片 的连续模均已达到较高的水准。在国外，ADP 公司的转塔式冲床车间中，有 9 台转 塔式冲床，用来生产面板类
6、零件，对剪切模具的改进，缩短磨刀和换模时间，每周可 提高冲床生产时间 7 小时，大大降低了模具成本，提高了生产效率。我国模具与工业 发达国家相比在技术、加工精度、效率、寿命、生产周期等方面差距相当大，我国模 具加工业要想在短期内赶上世界发达国家的工业水平，还需付出许多艰辛的努力。 1.3 对选题的研究设想、研究方法 本课题是设计一个起滑动功能的电气元件，制件尺寸较小，成形工序比较多，精 度要求比较高，适合于使用多工位级进模加工。与单工序模具相比较，连续模具具有 高效率和优质生产的基本优势。连续级进模减少了大量的人力和时间消耗的单步操作， 消除各个运行环节定位的定位误差，所以它的产品质量好，生产
7、效率高，且操作安全。 但是连续模具制造成本比单工序模要高，故比较适合中小型零件的大批量的生产。 首先是对零件进行工艺性分析，对级进模设计分析的基础就是对零件结构进行工 艺性的分析。工艺分析是否准确，工艺措施是否得当，将直接影响到模具的工作效能 和零件的加工质量。用“分解法”来解决那些不符合规范要求的工艺难点，是解决这 类问题的基本方法。特别是对那些从总体上看很难一次性成型，或一次性成型模具强 度很难达到的技术难点，然后分解分析，一般是能够找到解决的方法的。工艺分析的 结果应包括:一般工艺分解的顺序，特殊工艺分解的设计过程及具体的技术参数。为 下一步设计方案奠定基础。然后，根据工艺分析的结果来确
8、定工步顺序的安排，并画 出排样图。工步的顺序安排应当基本满足工艺分解的设计要求；尽量对称的安排被加 工要素，以控制生产和模具压力中心。最后，设计模具的总体结构。 2 1.4 预期结果和意义 多工位级进模的结构设计虽与普通单工序模具有共同点，而不是将几个单工序模 具结构简单地结合。连续模具有明显的结构特点，比如具有高精度的导向装置、高精 度的步距定位装置、高精度的自动送料装置，有的还带有自动机构装置来满足某些成 形要求，为了使级进模能够适应“高速、自动、精度、安全”的四个基本要求，优化 对于连续模的结构设计是非常重要的。 3 第 2 章 模具的设计方案 2.1 工件的规格参数 名称：滑盖 生产批
9、量：大批量 材料：Q235 厚度：t = 0.5 工件简图：图 2.1 图 2.1 工件图 2.2 工件的工艺分析 这里所指的工艺分析，主要是依据冲压工艺本身的工艺规范和特点，分析零件上 所有结构要素的形成能否满足其规范要求，并结合连续模本身能进行多工序组合的特 点，制定相应的工艺措施。工艺分析的内容应包括:一般工艺分解的顺序，特殊工艺 分解的设计过程及具体的技术参数。由零件简图中的各尺寸标注可以看出，该零件对 于尺寸有着严格的精度要求；从零件的结构分析，它的加工工艺包括落料，冲孔，成 形，弯曲，切断等工序，成形工艺较复杂；采用单工序模生产，工序较多。 4 2.3 工件的加工工艺方案 确定加工
10、工艺的方案，就是合理的制定工序。应该在各工步上考虑控制步距精度 的定位方式，如有必要则可以通过开设工艺孔来满要求；连接位置的选择方面，应充 分考虑形成连体刚度，并在时间作为部分创造便利条件的最后一个步骤相同，避免产 生连续的处理情况；如果冲压冲压方向没有规定或清楚的表面质量的要求，应选择能 促进料，可以简化模具结构的加工方向的方向；如果你想和过程分解是不矛盾的，应 尽可能将弯曲步骤相对集中在几个步骤简化最终的，方便的进料和模具结构；最后工 步数的确定应以模具的强度允许为原则，结合工艺分解步数合理确定。必要时不妨适 当添加工步数以满足模具的强度要求或模具结构所需要的空间位置要求。 按照该零件加工
11、工艺可以确定下基本工序：冲裁2.4mm 工艺孔、冲裁R1 的突 起、冲裁分离槽、冲裁成形槽、两翼弯曲和切断。 根据这些基本工序可以拟出三种工艺方案。 方案一：采用单工序模；方案二：弯曲冲孔复合，其余单工序；方案三：采用多 工位连续模制造。 对三种方案进行比较可知，方案一与方案二的工序较多，并且需要手工操作，定 位难以达到所需精度，质量很难得到保证。由于零件对于尺寸精度要求较高，且为大 批量生产，以提高生产效率，保证质量，决定采用多工位连续模设计制作。 2.4 加工工序的确定 方案一：第一工位冲裁2.4mm 工艺孔，第二工位冲裁分离槽，第三工位冲裁 成形槽，第四工位使两翼弯曲，第五工位冲裁 R1
12、 的突起，第六工位为切断。 方案二：第一工位冲裁2.4mm 工艺孔，第二工位冲裁 R1 的突起，第三工位冲 裁分离槽，第四工位冲裁成形槽，第五工位使两翼弯曲，第六工位为切断。 由于胀形属于局部成形，对材料的变形影响不大，所以根据零件的结构特点，第 二方案比较合理。 2.5 模具装配特点 多工位连续模的装配关键是要使凸模固定板、凹模固定板与卸料镶块固定板上的 型孔尺寸和位置精度相互协调，并且保证多个凸模、凹模或镶块的间隙与位置符合要 求。 多工位连续模装配通常运用部分分装，总装组合的方法:即第一化整为零，先装 配凹模固定板、凸模固定板和卸料镶块固定板等首要部件，第二再进行模具总装，先 装配下模部
13、分，后装配上模部分，最后再调整模具的间隙和进距精度。 5 2.6 本章小结 本章主要对所要制作的零件进行了工艺分析，制定了零件的加工方案，为模具的 结构设计奠定了基础。通过对这些要求的分析后，所要制作的零件可以满足冲压成形 工艺性良好，适合冲压成形的要求。 6 第 3 章 模具主要工艺参数的计算 3.1 毛坯尺寸的计算 因为胀形是属于局部变形的，所以工件的坯料尺寸需要按照弯曲件来进行计算。 确定中性层曲率半径： （3.1）xtr 已知为 r=0.5 , t=0.5，由文献1有， 由 r/t = 1 ，可查得 x =0.32 5 . 032 . 0 5 . 0 = 0.66 确定中性层长度： 1
14、80 l （3.2） 已知 90， 180 9066 . 0 l mm04. 1 因 r0.5t，该弯曲是有圆角半径的弯曲形式， 毛坯展开尺寸： 直线圆弧 LlL （3.3） 直线部分长度： mm2 . 7 1 L mm7 . 15 . 02 . 2 2 L mm 6 . 1027 . 12 . 7 直线 L 毛坯尺寸： mm68.1204. 12 6 . 10L 3.2 排样图设计 7 多工位连续模设计的关键是对工位排样得设计，它不但对材料的经济使用、冲压 件精度、模具制造的难易程度有影响，并且直接影响了模具在各工位冲压时的协调和 稳定。各种成型工位的分布及送料类型的选择是一个完整的工位排样
15、应当具有的内容。 在设计多工位连续模时，首先要确定排样。排样的内容主要包括定位基准、载体、 分型、工位数及工位顺序等。排样样式是否合理决定了模具的复杂程度、冲压寿命和 冲压件的质量，因此排样是多工位连续模设计中的重要组成部分之一。每一个设计者 的想法不可能完全一致，So 排样也不可能完全相同，但是必须满足以下要求。能保 证冲压件对于质量、精度的要求；模具有足够强度，满足冲压对于寿命的要求；模具 结构分局合理，制造和返修工艺性能良好；合理选择载体，尽力提高材料使用率。 搭边是在排样时冲裁件与冲裁件之间（a）以及冲裁件与条形料之间（a1）留下 的工艺余料。 根据文献1查得， mm，mm5 . 1a
16、8 . 1 1 a 条料宽度： 1 2aDB （3.4） 因为所制作的零件尺寸较小，为了提高零件的生产效率，安排使一个工位同时冲 四件。又考虑到载体得大小以及成形工艺的要求，计算条料宽度为 58.6mm 送料步距： aDA （3.5） mm16 排样图： 8 图 3.1 排样图 3.3 各部分工艺力的计算 1.冲压力的计算： （1）第一工位；冲2.4 工艺孔 冲裁力 F = KLt （3.6） F 冲裁力（N）； L 冲裁件周长（mm）； t 板料厚度（mm）； 材料的抗剪强度（MPa）； K 安全系数。常取 K =1.3。 根据文献1查得， MPa340 3405 . 04 . 23 . 1 1 冲 F N 3 . 1666 由于一个工位冲四件工件，所以第一工位需要的总冲裁力 43 .1666 1 F N2 .
