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畢業(yè)設計
開題論證報告
專 業(yè) 機械設計制造及其自動化
學生姓名 郭 峰
班 級 B機制052班
學 號 0510110207
指導教師 袁鐵軍
完成日期 2009年3月31日
課題名稱：基于pro/e的接線墊片級進模的設計及凸模的加工仿真
一、課題來源、課題研究的主要內容及國內外現(xiàn)狀綜述
1、課題來源： 上海斯特斯五金有限公司。
2、課題研究的主要內容：接線墊片是比較復雜的鈑金件，對沖壓工藝及模具的設計與制造有很高的要求，是一類結構復雜。形狀和尺寸精度要求高的沖壓零件。該制件在市場上需求很大，是一種典型的大批量生產的鈑金制件。而擁有復雜結構的級進模級進模，也叫連續(xù)模由多個工位組成，各工位完成不同的加工，各工位順序關聯(lián)，在沖床的一次行程中完成一系列的不同的沖壓加工生產精度高，，生產精度高，便于實現(xiàn)自貢話或半自動化生產，特別是以大批量生產，耗材耗能低，送料方便、安全可靠，不易發(fā)生事故，是制造接線墊片的理想工藝。但級進模也存在一些確定，特別是多工位級進模，結構比較復雜，造價很高，制造周期長，因此在設計多工位級進模是，必須全面、細致、持慎重態(tài)度。進行級進模設計，需要大量的全面的機械設計以及模具方面的知識。在設計以及制造模具中全面涉獵到數(shù)字化技術，包括產品及模具的三維造型和采用數(shù)控加工技術制造產品的的全過程。
3、國內沖壓模水平現(xiàn)狀
標志沖模技術先進水平的精密多工位級進模，具有結構復雜、制造難度大、精度高、壽命長和生產效率高等特點，是我國重點發(fā)展的精密沖模。但是同時也存在一些缺點，結構比較復雜，造價很高，制造周期很長。從精密多任務位級進模的沖制件來看，包括電機鐵芯片級進模、空調器翅片級進模、集成電路引線框架級進模、電子連接器級進模、彩管電子槍零件級進模、汽車零件級進模、家電零件級進模等?？梢哉f，沖制件覆蓋了電子、通訊、汽車、機械、電機電器、儀器儀表和家電等產品范疇。從當前國內制造的精密多任務位級進模的水平分析，在模具的技術含量、制品質量、外觀制造精度、使用壽命和制造周期等方面均獲得了明顯進步。其中，部分高檔優(yōu)質模具的總體水平與國際同類模具水平相當。不僅替代了進口，而且還出口到歐、美、日等工業(yè)發(fā)達國家和地區(qū)。越來越多的大型、精密、復雜、長壽命模具出口大幅增加。 現(xiàn)在，中國已能生產精度達到2μm的多工位級進模，壽命可達3億沖次以上。有的企業(yè)甚至能生產出可在2000次／min的高速沖床上使用的多工位級進模，精度可達微米。
其中T05一0318汽車零件18工位級進模，模具外形尺寸3100 mm×1210mm×650mm，模具重量約7T，制品材制為2.5mm厚的冷軋板，一次可沖出不同形狀的兩種制品，制品形狀復雜，拉延深度起伏較大的立體曲面。模具壽命300萬沖次，制造周期45d等指標，達到了美國同類模具水平和用戶的認可。
有代表性的電機鐵芯自動疊片硬質合金多工位級進模，精度達2 m，步距精度達3 m，雙回轉精度1 ，拼塊精度1 m，表面粗糙度Ra0.1～0.4 m，壽命1億次；美國奧伯格、日本黑田、法國寶捷時等電機鐵芯雙排自動疊片模，精度為1 m，步距精度2 m，模具壽命2億次。雖然精度已接近國外先進水平，但壽命有一定差距。
高水平的空調器翅片多工位級進模，精度達2 m，凸、凹模的工作面近千處，沖裁間隙為0.01mm的達300多處，一次沖出翅片數(shù)達36列，模具壽命2億次以上；日本日高精機、美國OAK、意大利GBS公司制造的36～72列數(shù)翅片級進模，精度達2 m，步距精度3 m，壽命5億次以上。同樣，精度已接近國外先進水平，但模具壽命有較大差距。
二、本課題擬解決的問題
1、接線墊片屬沖裁零件，零件形狀簡單，但直線和圓弧過渡處的圓角太小。生產規(guī)模要求大，需要確定合適的工藝方案。
2、、傳統(tǒng)的設計，絕大多數(shù)都是依靠工程人員的經驗來進行鑄件及模具的設計，這既耗時又耗力，模具的設計周期長，從而影響生產效益。本課題將采用基于CAD/CAM/CAE技術來設計制造模具，從而提高模具設計與制造的速度。
3、沖壓工藝規(guī)程是沖壓工藝人員，在零件投產錢所編制的一種能知道整個生產過程的工藝性技術文件。一個合理的工藝規(guī)程，既能使生產做到有條不紊，穩(wěn)定而高效，同時還能達到確保產品質量和降低成本的目的。假如工藝規(guī)程編制的不合理，則會造成生產周期長、工模具的破損、成本提高等一系列的不良后果。嚴重時，由于設備、模具選擇的不合理還會發(fā)生人身傷亡事故。
4、級進模設計復雜，特別是級進模排樣圖的設計更為重要，其好壞決定模具的成敗。設計多工位級進模時，首先要設計條料的排樣圖，這是多工位級進模的重要依據(jù)。
5、如何合理確定步距的大小。級進模的步距是確定條料在模具中每送進一次所需要向前移動的固定距離。步距的精度直接影響零件的精度。
三、解決方案及預期效果
（一）解決方案
（1）接線墊片沒有標注公差，尺寸的極限偏差數(shù)值可按GB/T1800.3-1998
IT14級處理。模具試沖是允許毛刺高度在0.05mm內，生產時允許毛刺高度在0.15mm內。表面粗糙度為6.3微米。在先落料再沖孔、沖孔落料復合模和沖孔落料級進模三個工藝方案中選擇沖孔落料級進模方案，以保證生產效率高，模具結構簡單，易于制造，采用導正銷定位還可以保證零件尺寸的精度。
（2）把數(shù)字化設計及制造的理念貫穿到全部的設計及制造工作中去，使用Pro/e軟件進行鑄件及模具的設計，在設計過程中用Pro軟件進行沖壓分析，以設計出沖壓系統(tǒng)，制定合理的鑄造工藝，同時用專業(yè)的高效的大型加工軟件對凸模進行數(shù)控仿真加工。
（3）分析沖壓件的工藝性，確定出各加工工序的性質、數(shù)量、加工順序及復雜程度，并將幾種不同的工藝方法加以分析和比較，從中選擇一種合理的加工方案，并且根據(jù)技術要求，制定出所需的其他輔助工序，如熱處理、磷化處理及表面處理和組裝等。
（4）計算確定最經濟的皮料形狀、排樣方式、條料裁剪方式及材料的消耗量。計算沖裁力以合理地選擇壓力機和設計模具。
（5）確定步距的基本尺寸。步距基本尺寸取決與零件的外形輪廓尺寸和兩零件間的搭邊寬度。影響步距精度的因素主要有：零件的精度等級、形狀復雜程度、零件材質和厚度；磨具的工位數(shù)；沖壓時條料的送進方式和定距方式等。合理的配合適用級進模的四種定距方式:定位銷定距、側刀定距、導正銷定距和自動送料機構定距以使定距效果更好。
（二）預期效果：
1. 產品迎合市場要求，有廣闊的市場前景，適于自動化及機械化生產，表面精度達到一定水平，結構精度較高。
2.在實際生產中，材料消耗小，工序數(shù)量和工時省，模具結構簡單、制造容易、維修方便、壽命提高，生產效率高，滿足生產精度要求。
3 模具具高效率、長壽的特點，模具制造成本低。
4.模具使用方便，定位裝置和定位兩件穩(wěn)定可靠，擋料及頂尖裝置靈活，坯料的傳遞路線、傳遞動作最簡單。同時模具維修方便。
四、課題進度安排
2月27日～2月28日 布置任務。
3月1日～3月14日 調查研究，畢業(yè)實習。
3月15日～3月31日 方案論證，總體設計----開題階段。
4月1日～4月14日 技術設計（部件設計）。
4月14日～5月14日 工作設計（零件設計）。
5月15日～5月31日 撰寫畢業(yè)設計說明書--中期工作階段。
6月1日～6月2日 畢業(yè)設計預答辯。
6月3日～6月9日 修改資料。
6月10日～6月11日 評閱材料。
6月12日～6月13日 畢業(yè)答辯。
6月14日～6月15日 材料整理裝袋。
五、指導教師意見
簽名:
年 月 日
六、專業(yè)系意見
簽名:
年 月 日
七、學院意見
簽名:
年 月 日
5
鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009
目 錄
1 前言 1
2工藝規(guī)程設計 5
2.1進行工藝性分析 5
2.2確定工藝方案 6
2．3級進模結構設計 6
2.4沖裁件的工藝性設計 7
2.5沖裁間隙 7
2.6排樣設計 8
2.6.1排樣設計的原則 9
2.6.2排樣方式的選擇及計算 9
2.7壓力機的選用 10
2.7.1沖壓設備的選用原則 10
2．7.2壓力機的選用及計算 10
2.8凸模和凹模的設計 10
2.8.1 凸模的設計 12
2.8.2 凹模的設計 12
3凸模的加工仿真 15
4 結論 18
參考資料 19
致謝 20
附錄 21
基于pro/e的接線墊片級進模的設計及凸模的加工仿真
摘要：級進模精度高、壽命長，其工作元件常采用高速鋼或硬質合金鋼制造。適用于制件的大批量生產。制件質量可靠、穩(wěn)定，及制件尺寸的一致性好。級進模結構復雜，制造精度高，調試，維修困難，價格昂貴。本文作者從工藝的合理性出發(fā)，分析了接線墊片精度特點，以及在加工過程中的控制點，然后在滿足加工精度的基礎上充分考慮節(jié)約成本確定了接線墊片最優(yōu)化的沖裁加工工序；緊接著通過熟悉各類模具的加工特點及內部結構，完成模具總體結構分析；隨后作者進行毛坯尺寸、排樣、工序尺寸、沖壓壓力、壓力中心、模具工作部分尺寸等工藝計算，力爭以最好的性價比設計了模具各零件的結構及裝配關系，在此基礎上確定模具的外形，完成了裝配圖和非標準的零件圖。最后確定壓力機類型及主要參數(shù)。
關鍵詞：級進模，排樣，壓力機
Designing for wiring pads by progressive die based on pro / e and the simulation of core plate
Abstract: Progressive Die ,with high precision, long life, its components are often used high-speed steel and carbide steel, what is applicable to the high-volume production. Products have good quality, stability, and consistency of a good-sized parts. Progressive Die with complex structure and demands high precision manufacturing, commissioning, maintenance difficulties, which is very expensive. Author of this text proceed from rationality of the craft, analyse character of the , and the control point in the course of processing, Consider and economize cost confirm wiring pads blanking that shelf optimizes most process the process fully on the basis of satisfying the machining accuracy; And then pass the processing characteristic familiar with all kinds of moulds and inside structure, Finish the ensemble architecture analysis of the mould ; Author carry on blank size, arrange kind, process size, punching pressure, pressure in the center afterwards, mould work some size,etc. craft calculate, Strive to design the structure of every part of the mould and assembly relation with the best cost performance, Confirm the appearance of the mould on this basis, has finished the installation diagram and non-standard part picture. Confirm the type of the press and main parameter finally.
Key words: Progressive Die; Arrange kind；automatic punching machine
1前言
級進模也是多工序模具，即在壓力機的一次行程內，在連續(xù)模具的不同工位上完成多道沖壓工序。于單工序模、復合模相比，級進模的主要特點是生產效率高，容易實現(xiàn)生產機械化和自動化。
級進模精度高、壽命長，其工作元件常采用高速鋼或硬質合金鋼制造。適用于制件的大批量生產。制件質量可靠、穩(wěn)定，及制件尺寸的一致性好。級進模結構復雜，制造精度高，調試，維修困難，價格昂貴。由于有自動送料裝置和自動出料裝置，適合于高速沖床上進行自動化沖制。也適合卷料、帶料供料。級進?？梢酝瓿蓻_裁、彎曲、拉深、成形等多道工序，效率比復合模高且在基金模具上可以工序分散，任意留出空位，故不存在復合模的最小壁厚的問題，因而保證了模具的強度，延長了模具的壽命。模具的主要零件具有互換性，使模具維修方便，更換迅速、可靠。
多工位級進模是在普通級進模的基礎上發(fā)展起來的一種高精度、高效率、長壽命的模具，是技術密集型模具的重要代表，是沖模發(fā)展方向之一。這種模具除進行沖孔落料工作外，還可根據(jù)零件結構的特點和成形性質，完成壓筋、沖窩、彎曲、拉深等成形工序，甚至還可以在模具中完成裝配工序。沖壓時，將帶料或條料由模具入口端送進后，在嚴格控制步距精度的條件下，按照成形工藝安排的順序，通過各工位的連續(xù)沖壓，在最后工位經沖裁或切斷后，便可沖制出符合產品要求的沖壓件。為保證多工位級進模的正常工作，模具必須具有高精度的導向和準確的定距系統(tǒng)，配備有自動送料、自動出件、安全檢測等裝置。所以多工位級進模與普通沖模相比要復雜，具有如下特點：
（1） 在一副模具中，可以完成包括沖裁，彎曲，拉深和成形等多道沖壓工序；減少了使用多副模具的周轉和重復定位過程，顯著提高了勞動生產率和設備利用率。
（2） 由于在級進模中工序可以分散在不同的工位上，故不存在復合模的“最小壁厚”問題，設計時還可根據(jù)模具強度和模具的裝配需要留出空工位，從而保證模具的強度和裝配空
間。
（3） 多工位級進模通常具有高精度的內、外導向（除模架導向精度要求高外，還必須對細小凸模實施內導向保護）和準確的定距系統(tǒng)，以保證產品零件的加工精度和模具壽命。
（4） 多工位級進模常采用高速沖床生產沖壓件，模具采用了自動送料、自動出件、安全檢測等自動化裝置，操作安全，具有較高的生產效率。目前，世界上最先進的多工位級進模工位數(shù)多達50多個，沖壓速度達1000次／分以上。
（5） 多工位級進模結構復雜，鑲塊較多，模具制造精度要求很高，給模具的制造、調試及維修帶來一定的難度。同時要求模具零件具有互換性，在模具零件磨損或損壞后要求更換迅速，方便，可靠。所以模具工作零件選材必須好（常采用高強度的高合金工具鋼、高速鋼或硬質合金等材料），必須應用慢走絲線切割加工、成型磨削、坐標鏜、坐標磨等先進加工方法制造模具。
（6） 多工位級進模主要用于沖制厚度較?。ㄒ话悴怀^2mm）、產量大，形狀復雜、精度要求較高的中、小型零件。用這種模具沖制的零件，精度可達IT10級。
由上可知，多工位級進模的結構比較復雜，模具設計和制造技術要求較高，同時對沖壓設備、原材料也有相應的要求，模具的成本高。因此，在模具設計前必須對工件進行全面分析，然后合理確定該工件的沖壓成形工藝方案，正確設計模具結構和模具零件的加工工藝規(guī)程，以獲得最佳的技術經濟效益。顯然，采用多工位級進模進行沖壓成形與采用普通沖模進行沖壓成形在沖壓成形工藝、模具結構設計及模具加工等方面存在許多不同，重點介紹它們在沖壓工藝與模具設計上的不同之處。。
標志級進模技術先進水平的精密多工位級進模，具有結構復雜、制造難度大、精度高、壽命長和生產效率高等特點，是我國重點發(fā)展的精密沖模。但是同時也存在一些缺點，結構比較復雜導致造價很高，制造周期很長。從精密多任務位級進模的沖制件來看，包括電機鐵芯片級進模、空調器翅片級進模、集成電路引線框架級進模、電子連接器級進模、彩管電子槍零件級進模、汽車零件級進模、家電零件級進模等?？梢哉f，沖制件覆蓋了電子、通訊、汽車、機械、電機電器、儀器儀表和家電等產品范疇。從當前國內制造的精密多任務位級進模的水平分析，在模具的技術含量、制品質量、外觀制造精度、使用壽命和制造周期等方面均獲得了明顯進步。其中，部分高檔優(yōu)質模具的總體水平與國際同類模具水平相當。不僅替代了進口，而且還出口到歐、美、日等工業(yè)發(fā)達國家和地區(qū)。越來越多的大型、精密、復雜、長壽命模具出口大幅增加。 現(xiàn)在，中國已能生產精度達到2μm的多工位級進模，壽命可達3億沖次以上。有的企業(yè)甚至能生產出可在2000次／min的高速沖床上使用的多工位級進模，精度可達微米。
模具制造技術現(xiàn)代化是模具工業(yè)發(fā)展的基礎。計算機技術、信息技術、自動化技術等先進技術正在不斷向傳統(tǒng)制造技術滲透、交叉、融合形成了現(xiàn)代模具制造技術。其中高速銑削加工、電火花銑削加工、慢走絲切割加工、精密磨削及拋光技術、數(shù)控測量等代表了現(xiàn)代沖模制造的技術水平。高速銑削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面質量（主軸轉速一般為15000到40000r/min）,加工精度一般可達10μm，最好的表面粗糙度Ra≤1μm），而且與傳統(tǒng)切削加工相比具有溫升低、切削力小，因而可加工熱敏材料和剛性差的零件，合理選擇刀具和切削用量還可實現(xiàn)硬材料（60HRC）加工；電火花銑削加工（又稱電火花創(chuàng)成加工）是以高速旋轉的簡單管狀電極作三維或二維輪廓加工（像數(shù)控銑一樣），因此不再需要制造昂貴的成形電極，模具加工過程中的檢測技術也取得了很大的發(fā)展,現(xiàn)在三坐標測量機除了能高精度地測量復雜曲面的數(shù)據(jù)外,其良好的溫度補償裝置、可靠的抗振保護能力、嚴密的除塵措施及簡單操作步驟，使得現(xiàn)場自動化檢測成為可能。此外，激光快速成形技術（RPM）與樹脂澆注技術在快速經濟制模技術中得到了成功的應用。利用RPM技術快速成形三維原型后，通過陶瓷精鑄、電弧涂噴、消失模、熔模等技術可快速制造各種成形模。
模具的標準化及專業(yè)化生產，已得到模具行業(yè)和廣泛重視。因為沖模屬單件小批量生產，沖模零件既具的一定的復雜性和精密性，又具有一定的結構典型性。因此，只有實現(xiàn)了沖模的標準化，才能使沖模和沖模零件的生產實現(xiàn)專業(yè)化、商品化，從而降低模具的成本，提高模具的質量和縮短制造周期。目前，國外先進工業(yè)國家模具標準化生產程度已達70%~80%，模具廠只需設計制造工作零件，大部分模具零件均從標準件廠購買，使生產率大幅度提高。模具制造廠專業(yè)化程度越不定期越高，分工越來越細，如目前有模架廠、頂桿廠、熱處理廠等，甚至某些模具廠僅專業(yè)化制造某類產品的沖裁模或彎曲模，這樣更有利于制造水平的提高和制造周期的縮短。我國沖模標準化與專業(yè)化生產近年來也有較大發(fā)展，除反映在標準件專業(yè)化生產廠家有較多增加外，標準件品種也有擴展，精度亦有提高。但總體情況還滿足不了模具工業(yè)發(fā)展的要求，主要體現(xiàn)在標準化程度還不高（一般在40%以下），標準件的品種和規(guī)格較少，大多數(shù)標準件廠家未形成規(guī)?；a，標準件質量也還存在較多問題。另外，標準件生產的銷售、供貨、服務等都還有待于進一步提高。
級進模沖裁工位的設計要點有
（1）在級進沖壓中，沖裁工序常安排在前工序和最后工序，前工序主要完成切邊（切出制件外形）和沖孔。最后工序安排切斷或落料，將載體與工件分離。
（2）對復雜形狀的凸模和凹模，為了使凸模、凹模形狀簡化，便于凸模，凹模的制造和保證凸模、凹模的強度，可將復雜的制件分解成為一些簡單的幾何形狀多增加一些沖裁工位。
（3）對于孔邊距很小的工件，為防止落料時引起離工件邊緣很近的孔產生變形，可將孔旁的外緣以沖孔方式先于內孔沖出，即沖外緣工位在前，沖內孔工位在后。 對有嚴格相對位置要求的局部內，外形，應考慮盡可能在同一工位上沖出，以保證工件的位置精度。
表就級進模具各主要零件的功能做了簡要分類：
表1-1模具主要零件功能分類
單元
功能
主要零件
工作單元
成型加工
凸模、凹模
輔助單元
卸料
卸料板、卸料螺釘、彈簧
定位
X向
擋料銷、側刃
Y向
導料板、側壓裝置
Z向
浮頂銷
精定位
導正銷
導向
外導向
模架、導柱、導套
內導向
小導柱、小導套
固定
凸模固定板、上下模座。模柄、螺釘、銷釘
其他
承料板、限位板、安全檢測器
2.工藝規(guī)程設計
單工序模又稱簡單模，是指在壓力機的一次行程內，只完成單一工序的模具，如落料模、 沖孔模、彎曲模、和拉深模等。特點是模具結構簡單，制造成本低，但如果制件結構復雜就需要多套模具，而且每道工序之間的累計誤差較大，制件精度較低。
復合模是在壓力機的一次行程內在模具的一個工位上完成兩道以上沖壓工序的模具，是一種多工序沖壓模。結構復雜，不宜制造，制件精度較高，但存在最小壁厚問題。如制件有多道工序，則模具結構特別復雜。
級進模也是多工序模具，即在壓力機的一次行程內，在連續(xù)模具的不同工位上完成多道沖壓工序。于單工序模、復合模相比，級進模的主要特點是生產效率高，容易實現(xiàn)生產機械化和自動化。
級進模精度高、壽命長，其工作元件常采用高速鋼或硬質合金鋼制造。適用于制件的大批量生產。制件質量可靠、穩(wěn)定，及制件尺寸的一致性好。級進模結構復雜，制造精度高，調試，維修困難，價格昂貴。由于有自動送料裝置和自動出料裝置，適合于高速沖床上進行自動化沖制。也適合卷料、帶料供料。級進模可以完成沖裁、彎曲、拉深、成形等多道工序，效率比復合模高且在基金模具上可以工序分散，任意留出空位，故不存在復合模的最小壁厚的問題，因而保證了模具的強度，延長了模具的壽命。模具的主要零件具有互換性，使模具維修方便，更換迅速、可靠。
在本次設計中由于制件較為復雜，如果選用單工序模，則就會用到多套模具，而制件精度較高，用單工序模各道工序之間的定位誤差累積較大，故在這次設計中不宜選用單工序模。由于制件工序較多，復合模也不適合用于這次設計。所以選定用級進模具。
設計要求為：接線墊片零件，材料：10鋼，料厚：2mm，大量生產。設計其工藝規(guī)程。
2.1工藝性分析
該零件屬沖裁零件，零件形狀簡單，但只限和圓弧過渡處的圓角大小。尺寸沒有標注公差，屬于未注公差尺寸，其尺寸的極限偏差數(shù)值可按GB/T1800.3-1998 IT14級處理。模具試沖時允許毛刺高度≤0.05mm，生產時允許毛刺高度≤0.15mm。表面粗糙度Ra為6.3μm。
圖2-1 零件尺寸圖
2.2確定工藝方案
方案一：先落料，再沖孔。
方案二：沖孔、落料復合模。
方案三：沖孔、落料級進模。
采用方案一，生產效率太低，零件尺寸積累誤差大。
采用方案二，雖然生產效率高，但是模具結構復雜，凸凹模上弧形孔與周邊的壁厚僅3mm，小于沖壓手冊表2-42中查的最小值4mm，故不易采用復合模。
采用方案三，生產效率高，模具結構簡單，易于制造，采用導正銷定位還可以保證零件尺寸的精度，根據(jù)批量大小要求，確定采用方案三。
從級進模設計結構的原則上綜合考慮，采用標準滑動導向模架,模板分為5塊,分別是凸模固定板、凸模墊板、卸料板、成形凹模、、凹模及凹模固定板。其中凸模固定板和凸模墊板及卸料板固定在上模具座上，成形凹模和凹模及凹模固定板固定在模具下模座上。
2.3級進模機構設計
級進模結構設計有如下的要求：
(1)盡量選用成熟的模具結構或標準結構。
(2)模具具要有足夠的剛性，以滿足壽命和精度的要求
(3)結構應盡量簡單、實用、耍只有合雙的經濟性。
(4)能方便地送料．操作要簡便安全，出件容易。
(5)要考慮廢科的處理。
(6)模具零件之間定位要準確可靠．連接要牢靠。
(7)要有利于模具零件的加工。
(8)模具結構與現(xiàn)有的沖壓設備要協(xié)調。
(9)模具容易安裝，易損件更換方便。
模具初步結構如圖所示。
圖2-2 初步確立的模具結構圖
2.4沖裁件的工藝性設計
沖裁體的精度應該在經濟范圍內進行選擇,在本沖裁中,屬于一般性常見的普通沖裁,因此精度應選擇在IT12-IT14。
毛刺的高度與沖裁方式，材料，厚度有關，正常沖裁中的毛刺高度為:
a 試模時≤0.05mm
b 生產時≤0.15mm
2.5沖裁間隙
模具端面受到很大的垂直壓力與側壓力，而模具表面與材料的接觸面限在刃口附近的狹小區(qū)域，這就意味即使整個模具和板材的接觸面之間產生局部附著現(xiàn)象，當接觸面發(fā)生相對滑動時，附著部分便發(fā)生剪切而引起磨損-—附著磨損，這是模具磨損的主要形式。當模具間隙減小時，接觸壓力會隨之增大，摩擦距離也隨之增長，摩擦發(fā)熱嚴重，因此模具磨損加劇，甚至使模具與材料之間產生粘著現(xiàn)象。而接觸壓力的增大，還會引起刃口的壓縮疲勞破壞，使之崩刀。小間隙還會產生凹模脹裂，小凸模折斷，凸、凹模相互啃刃等民常損壞，這些都是導致模具壽命大大降低。因此，適當增大模具間隙，可使凸、凹模側面與材料間摩擦減小，并減緩間隙不均勻的不利因素，從而提高模具壽命。但間隙過大時，板料的彎曲拉伸相應境大，使模具刃品商面上的下面上在正壓力增大，容易產生崩刃或產生塑性變形加劇，降低模具壽命。同時，間隙過大，卸料力會隨之增大，也會加劇模具的磨損。所以選用合理的總裁間隙對于提高總裁制品的精度、模具壽命、減小沖裁力是至關重要的。
確定沖裁間隙的原則是：落料時，因制件尺寸隨凹模尺寸而定，故間隙應在減小凸模尺寸上取得；沖孔時，因孔的尺寸隨凸模尺寸而定，故間隙應在增大凹模尺寸的方向上取得。
根據(jù)經驗公式確定合理沖裁間隙：
c=mt---------------------------------------------（2-1）
沖裁間隙系數(shù)m=20%
∴ c=mt
=20%×2
=0.4(mm)
2.6排樣設計
在一幅級進模里，因沖的制件不同，各工位就有不同的沖壓工序，每個工位的沖壓性質都須遵循一定的規(guī)則，如果違背就沖不出合格的制件，所以必須設計好。排樣是模具結構設計的主要依據(jù)，排樣圖的好壞，直接關系到模具的設計。
級進彎曲是指彎曲件采用級進模在多個工位上分步彎曲成形的一種沖壓方法。由于在沖壓過程中，毛坯始終在長長的條料上進行，所以級進彎曲除了遵守多道單工序模彎曲變形規(guī)律之外，其彎曲工序往往比單工序模要增多一些，使級進模結構變得較為復雜。
級進彎曲模一般由沖裁工序和彎曲工序組成。沖裁工序在開始的幾個工位二合最后，彎曲工序后面工位。沖裁工序在級進沖壓過程中，擔當切除彎曲件展開外形之外的多余部分料、加工出必要載體和供定距用導正銷孔、彎曲后沖孔和分離制件等。
在繪制排樣圖的過程中，應注意提高沖壓原材料的利用率。但提高原材料的利用率，不能以大幅提高沖裁模結構的復雜程度為代價。
2.6.1 排樣設計的原則
多工位級進模的排樣，除了遵守普通沖模的排樣原則外，還應考慮如下幾點：
（1）先制作沖壓件展開毛坯樣板（3～5個），在圖面上反復試排，待初步方案確定后，在排樣圖的開始端安排沖孔、切口、切廢料等分離工位，再向另一端依次安排成形工位，最后安排工件和載體分離。在安排工位時，要盡量避免沖小半孔，以防凸模受力不均而折斷。
（2）第一工位一般安排沖孔和沖工藝導正孔。第二工位設置導正銷對帶料導正，在以后的工位中，視其工位數(shù)和易發(fā)生竄動的的工位設置導正銷，也可在以后的工位中每隔2-3個工位設置導正銷。第三工位可根據(jù)沖壓條料的定位精度，設置送料步距的誤差檢測裝置。
（3）沖壓件上孔的數(shù)量較多，且孔的位置太近時，可分布在不同工位上沖出孔，但孔不能因后續(xù)成形工序的影響而變形。對有相對位置精度要求的多孔，應考慮同步沖出。因模具強度的限制不能同步沖出時， 應有措施保證它們的相對位置精度。復雜的型孔可分解為若干簡單形孔分步沖出。
圖2-3 排樣圖
2.6.2排樣方式的選擇及計算
零件外輪廓尺寸為Ф42mm，考慮操作方便，采用單排。由設計資料《沖壓手冊》中表2-17及2-18查得搭邊數(shù)值a=2mm，=1.5mm。
條料寬度：b=42+2*a=（42+2*2）mm=46mm
進距：h=(42+1.5)mm=43.5mm
選用的板料規(guī)格為：2mm*1000mm*2000mm
條數(shù)： =2000∕46=43條，余22mm
每條零件個數(shù)：=（1000-2）∕（42+1.5）=22個，余41mm
每張板上的零件個數(shù)：= =43*22=946個
零件的面積：S=［（-）-3*∕6*（-）］=1028.8
材料利用率：η=*100%=48.66
2.7壓力機的選用
2.7.1沖壓設備的選用原則:
（1）壓力機的行程大小，應該能保證成行零件的取出與毛坯的放進，例如拉深所用壓力機的行程，至少應大于成品零件高度的兩倍以上。
（2）壓力機工作臺面的尺寸應大于沖模的平面尺寸，且還須留有安裝固定的余地，但是過大的工作平面上安裝小尺寸的沖模對工作臺的受力是不利的。壓力機工作臺面的尺寸大于壓力機滑塊底面積, 壓力機滑塊底面積必須大于模具的尺寸,所以只須考慮壓力機滑塊底面積的大小。
（3）所選的壓力機的封閉高度應與沖模的封閉高度相適用。
模具的閉合高度H0是指上模在最低的工作位置時，下模板的底面到上模板的頂面的距離。壓力機的閉合高度H是指滑塊在下死點時，工作臺面到滑塊下端面的距離。大多數(shù)壓力機，其連桿長短能調節(jié)，也即壓力機的閉合高度可以調整，故壓力機有最大閉合高度Hmax和最小閉合高度Hmin。
（4）設計模具時，模具閉合高度H0得數(shù)值應滿足下式
Hmax-5mm≥H0≥Hmin+10mm
（5）無特殊情況H0應取上限值，即最好取在：H0≥Hmin+1/3L，這是為了連桿調節(jié)過長，羅紋接觸面積過小而被壓壞。如果模具閉合高度實在太小，可以在壓床臺面上加墊板。
2.7.2 壓力機的選用及計算
根據(jù)零件材料：10鋼，料厚：2mm
查《沖壓手冊》表8-7得：σb =400MPa，σs=210Mpa
查《沖壓手冊》表2-37得：K推=0.055
一般情況下,沖裁件從板料切下后,徑向因彈性變形而擴張,板料上的孔則沿徑向發(fā)生彈性收縮。同時，沖下的零件與余料還要力圖恢復彈性彎曲。這兩種彈性恢復的結果，會使落料梗塞在凹模內，而沖裁后剩下的板料則箍緊在凸模上。因此，須要計算卸料力和沖孔力.
故落料力： P1=Lt=3.14*42*2*400N=105504N
沖孔力：P2 =Ltσb≈（10 +*26+/2*36）*2*400N=102992N
卸料力：=n()=4*0.055*(105504+102992)N=45868N
式中 n---凹模刃口內積存零件個數(shù)，n===4（h為刃口高度，取h=8）。
總壓力：
=++=9105504+102992+45868)N≈250kN
選擇250kN開式壓力機。其規(guī)格如下：
公稱壓力∕kN 250
公稱行程∕mm 6
滑塊行程∕mm 80
行程次數(shù)∕（次∕min） 100
最大封閉高度∕mm 250
封閉高度調節(jié)量∕mm 70
滑塊中心到床身距離∕mm 190
工作臺尺寸 前后*左右∕mm 360*560
工作臺孔尺寸 前后*左右∕mm 130*260
直徑∕mm 180
立柱間距離∕mm 260
活動臺壓力機滑塊中心島床身緊固臺面平面距離∕mm 180
模柄孔尺寸（直徑*深度）∕mm Ф50*70
工作臺板厚度∕mm 70
墊板厚度∕mm 65
2.8凸模和凹模的設計
分別確定沖孔與落料的凸模與凹模
1） 沖孔凹模上分布一個圓孔和三個弧形孔，外形為圓形。將土臺兩側修平行，配入凹模固定板上，以防止凹模轉動。
2） 落料凹模為圓形，內孔按零件尺寸決定，在保證強度和結構工藝要求的情況下，確定外形尺寸。
3） 根據(jù)有關資料沖孔凸模中有一個圓形凸模和三個弧形凸模。
4） 落料凸模是圓形，尺寸較大，可參照標準設計成與沖孔圓凸模相似的壓入式凸模，中間留有導正銷孔。
2.8．1設計凸模、凹模固定板
根據(jù)凸模的結構形狀，設計凸模固定板。為便于調整模具間隙，沖孔凸模與落料凸模的固定板分別設計，凸模固定板采用整體式。
2.8.2 凸模的設計
a.固定部分：
由于所沖工件形狀較復雜，并且要求具有防轉要求，所以固定部分根據(jù)要求，設計成如圖所示的形式，這樣，不僅解決了防轉問題，而且還節(jié)約了材料。
圖2- 4 固定部分的形式
b.臺階部分
起防止凸模被拉下的作用，即承受卸料力的作用，其尺寸在此固定部分長2～3mm左右。
c.工作部分
工作部分的尺寸前面已標注。由于其形狀復雜，加工時采用仿形刨。
2.8.2 凹模的設計
根據(jù)工件的形狀、大小以及一模沖兩件的特點來選擇凹模的形狀，由于中小型凹模常采用整體式凹模，只有大型凹模通常選用鑲拼式，本落料模系中小型，所以選取整體式凹模。
a.凹模的刃口形式
采用下圖所示的凹模刃口形式
圖2-5 凹模刃口形式
這種刃口的凹模，刃口無斜度，有一定的高度，刃磨后，刃口尺由于刃口后
端擴大，因此凹模工作部分強度差些。它滿足使制件順沖壓方向推下的要求，因此能夠選用此刃口形式的凹模。
模具的刃口尺寸精度是影響沖裁件尺寸精度的首要因素，模具的合理間隙值也要靠模具刃口尺寸及其公差來保證。叢生產實踐中可以發(fā)現(xiàn)：
由于凸凹模之間存在間隙，使落下的料或沖出的孔都是帶有錐度的，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，沖孔件的小段端尺寸等于凸模尺寸。
在測量與使用中，落料件是以大端尺寸為基準，沖孔件以小端尺寸為基準。
沖裁時，凸、凹模要與沖裁零件或廢料發(fā)生摩擦，凸模越磨越小，凹模越磨越大，結果使間隙越來越大。
由此在決定模具刃口尺寸及其制造公差時，需考慮下述原則：
落料件尺寸由凹模尺寸決定，沖孔時的尺寸由凸模尺寸決定。故設計落料模時，以凹模為基準，間隙取在凸模上；設計沖孔模時，以凸模為基準，間隙取在凹模上。
考慮到沖裁中凸、凹模的磨損，設計落料模時，凹?；境叽鐟」ぜ叽绻罘秶鷥容^小的尺寸；設計沖孔模時，凸?；境叽鐒t應取工件孔的尺寸公差范圍較大的尺寸。這樣，在凸凹模磨損到一定程度的情況下，仍能沖出合格零件。凸、凹模間隙則取最小合理間隙值。
通過proe進行模型制作。
圖2-6 初步pro/e模型圖
3.凸模的加工仿真
Cimatron是以色列Cimatron公司開發(fā)的功能全，集成度高的CAD/CAM軟件。其功能強大，可快速地形成無過切的粗加工和精加工刀具路徑。確保生產出高質量的零件和模具。本課題需完成的成品如如下：
圖3-1凸模的模型圖
將Pro/E的型腔文件另存為iges格式，進入Cimatron環(huán)境下，導入型腔iges文件，在CAD模式下新建一個加工坐標系，保存文件。新建一個編程文件，加載保存好的iges文件。進行編程前處理。
刀具圖如下所示：
圖3-2 刀具圖
粗加工需要根據(jù)毛坯的類型和模具型面得情況而定。如果毛坯為鍛件或鋼件，那么粗加工最好先選好區(qū)域清除模型加工，將毛坯的大部分余料去除，得到均勻的毛坯余量，為后續(xù)加工提供方便。
圖3-3 粗加工示意圖
半精加工的主要目的是保證精加工時余量均勻，最常用的方法是先算出殘留材料的邊界輪廓，然后選用較小的道具來加工這些三維輪廓區(qū)域，而不用重新加工整個模型。一般用沿面銑削方法加工殘留材料區(qū)域內部。
局部精加工一般是指殘留清角加工。清角加工可以自動自動偵測大道具銑削后的殘留余料區(qū)域，在以小刀具針對局部區(qū)域進行后續(xù)處理。
在精加工中，除非模具型腔表面高低變化比較大，否則最好選擇曲面加工。因為曲面加工不但計算速度快，而且刀具路徑光順，加工完成的模具型腔表面質量比較好。而平行方式加工方式則會在局部表面產生步距不均的現(xiàn)象，為了避免這一現(xiàn)象，可以再布局不均處補加程序，Cimatron會自動在產生步距不均的地方，補加垂直刀路。
圖3-5 精加工示意圖
4.結論
當今的工業(yè)的迅速發(fā)展，其中各種精度要求較高的沖壓零件數(shù)量日益增多，追求產品價格及質量十分劇烈，采用先進的多工位級進模是一項行之有效的最佳途徑，它既提高制件質量及生產率，又可減少設備投資和模具費用，從而明顯降低了產品成本，經濟效益顯著。
這次為期三個多月的畢業(yè)設計已接近尾聲，在這段時間里我結合設計課題和設計任務書的要求，首先進行畢業(yè)實習，在工廠中對模具結構有了理性的認識，對模具設計奠定了基礎，同時對沖壓模具設計和制造進行文獻檢索，了解模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，并制定了設計方案和計劃。
按照畢業(yè)進度安排，對其進行加工工藝分析，確定了各個零件之間的關系，對模具整體按照設計手冊進行設計計算，取得各個零件的設計參數(shù)，繪制了模具裝配圖。最后實現(xiàn)型腔的仿真加工。
通過這次畢業(yè)設計我對模具結構有了清楚的認識，了解了注塑模具的工作方式，對型腔、型芯等主要零件的設計及要求有了初步知識。能夠對模具設計中出現(xiàn)的問題予以解決，正確選取了型腔數(shù)、模具結構尺寸。在模具設計中，精度要求的確定是至關重要的一步，要綜合考慮尺寸精度及配合要求，特別是各模板及型腔、型芯等配合精度要求高的部件，其精度確定的合理與否將影響到塑件的質量，從而對產品的使用性能及企業(yè)的經濟效益產生很大的影響。
在設計中由于使用最新的模具設計軟件是工作效率大大提高，并且提高了模具結構的合理性。但由于實踐工程經驗的欠缺，在設計中對零件的加工精度和成型零件的加工工藝的確定由很多不足之處，在以后的工作學習中還有待改進。
參 考 資 料
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致 謝
本人在這次畢業(yè)設計中，充分利用這四年所學習的專業(yè)知識和平時自學的軟件應用，特別是在工程領域分析問題，解決問題的方法。通過這次畢業(yè)設計使我對Pro/E、Cimatron E有了進一步的掌握，對于使用Pro/E三維造型和使用Cimatron制作模架感到很是方便，對于使用Cimatron進行仿真加工和數(shù)控編程中的實際加工問題進行了分析，對于AUTO CAD有的使用進一步的練習。在使用過程中對這些應用軟件的優(yōu)缺點有了很深的印象，充分利用它們的優(yōu)點對我的設計幫助很大，不僅效率高了而且對工作質量有很大的益處。
在本次鈑金設計過程中得到袁鐵軍老師的耐心指導和幫助，袁鐵軍老師每個星期都要給我們組的同學討論設計進展情況，布置下一星期的新任務，指導我們設計中應該注意的問題，避免使我們再重復上幾屆學長走的彎路，使我們節(jié)約了許多設計的時間和經費。在畢業(yè)設計過程中提供了很多寶貴的資料、設計和方向、設計思路，以及模具結構原理方面的知識，在此向他表示衷心的感謝。因本人工程實踐經驗與理論水平有限，時間較短促，設計過程中難免存在錯誤，請老師批評指正。
附 錄
序號 名稱 圖幅 數(shù)量
1 模具裝配圖 A0 1
2 凸模固定板 A3 1
3 導套 A4 1
4 導柱 A3 1
5 凹模固定板 A3 1
6 凹模板 A3 1
7 凸模墊板 A3 1
8 排樣圖 A3 1
9 接線墊片 A3 1
10 下模座 A3 1
11 卸料板固定 A3 1
12 卸料板 A3 1
13 上模座 A2 1
14 三維圖冊 1 冊
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