支撑架级进模设计
支撑架级进模设计
本设计为一副弯曲冲裁多工位级进模。根据设计零件的尺寸、材料、批量生产等要求，首先分析零件的工艺性，确定冲裁工艺方案及模具结构方案，然后通过工艺设计技术，确定排样，计算冲压力和压力中心，初选压力机，计算凸、凹模尺寸和公差，最后设计选用零、部件，对压力机进行校核，绘制模具总装草图以及三维实体图，以及对模具主要零件的加工工艺规程。其中在结构设计中，主要对凸模、凹模、定位零件、卸料装置等进行了设计。基于以上的研究工作，可以建立一套可行的、适合于小型钢制零件的冲压级进模的设计方法，并在争取实际生产中应用。
关键词 多工位，级进模，工艺方案，模具结构
1 绪论 1
1.1 冲压及其特点 1
1.2 级进模的概述 1
1.3 级进模的特点及其发展现状 2
1.4 级进模的设计要点与步骤 3
2 零件工艺性分析 4
3 方案及排样图设计 4
3.1 冲裁方案的设计 4
3.2 零件的相关尺寸计算 5
3.3 排样设计 6
3.4 步距的确定于步距精度 9
3.5 载体的选择 10
3.6 切除余料选择及导正方式 11
3.7 材料的利用率 11
4 模具工艺计算 12
4.1 凸、凹模间隙值的确定 12
4.2 公称压力的计算 12
4.3 压力机设备的选择 13
4.4 压力中心的计算 13
5 模具结构 14
5.1 模架结构 14
5.2 凸模、凹模结构设计 14
5.3 卸料装置的结构设计 16
6 主要零部件的设计与选用 17
6.1 凸凹模刃口尺寸计算与长度确定 17
6.2 初始定位装置 19
6.3 结构零件的选用 19
结论 21
致谢 22
参考文献23
1 绪论
1.1 冲压及其特点
冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就难以实现。
冲压加工作为一个国家的基础行业，在国民经济的加工工业中占有重要的地位。根据统计，冲压件在各个行业中均占有相当大的比重，尤其在汽车、电机、仪表、军工、家用电器等方面所占比重更大。冲压件在形状和尺寸精度方面的互换性较好，所以具有质量轻、刚度好、精度高和外表光滑、美观等特点。而且冲压加工是一种商生产率、高材料利用率的加工方法。
冲压加工与其他加工方法相比，具有以下特点：
（1）操作简单，易于实现自动化，并且具有较高的生产效率。
（2）冲压加工可以获得其他加工方法不能或难以制造的形状复杂，精度一至的制件，而且可以保证互换性。
（3）冲压过程耗能少，材料利用率高，加工成本低。冲压加工不像切削加工呢样需要消耗很多能量，把大量金属切成碎屑后获得零件，材料的利用律一般可达70%-85%。
（4）冲压件刚性好，强度高，重量轻，表面质量好。冲压加工过程中，材料边面不易遭受破坏，而且通过塑料变形还可以使制件的机械性能有所提高。
（5）冲压加工中所用的模具结构一般比较复杂，制造周期长，生产成本高，因此在小批量生产中受到限制。
（6）冲压件的精度主要取决于模具精度，如果零件的精度要求过高，用冲压生产的方法就难于达到。
1.2 级进模的概述
多工位级进模是冷冲模的一种。级进模又称跳步模，它是在一副模具内，按所加工的零件分为若干个等距离工位，在每个工位上设置一定的冲压工序，完成冲压零件的某部分加工。被加工材料（一般为条料或带料）在控制送进距离机构的控制下，经逐个工位冲制后，便得到一个完整的冲压零件（或半成品）。这样，一个比较复杂的冲压零件，用一副多工位级进模即可冲制完成。在一副多工位级进模中，可以连续完成冲裁、弯曲、拉深、成型等工序。一般地说，无论冲压零件的形状怎样复杂，冲压工序怎样多，均可用一副多工位级进模冲制完成。
多工位级进模的结构比较复杂，模具制造精度高，这对模具设计者来说需要考虑的内容很多，尤其是级进模条料排样图的设计，模具各部分结构的考虑等都是十分重要的。
级进模，尤其是多工位级进模，配合高速冲床，实现高速自动化作业，能使冲压生产率大幅度提高。它在提高生产效率、降低成本、提高质量和实现冲压自动化等方面有着非常现实的意义。多工位级进模可以对于一些形状十分复杂的冲压件进行冲裁、弯曲、拉深、成形加工。对大批量生产的冲压零件尤其应当采用多工位级进模进行冲制。
1.3 级进模特点及其发展现状
级进模是在压力机一次行程中完成多个工序的模具，它具有操作安全的显著特点，模具强度较高，寿命较长。使用级进模便于冲压生产自动化，可以采用高速压力机生产。级进模较难保证内、外形相对为位置的一致性。
多工位级进模冲压工艺具有生产效率高，材料利用率高，冲压设备比较简单，对操作工人技术等级要求不高等优点，所以在工业生产中，应用广泛，并已成为不可缺少的重要加工手段之一。
1.3.1 多工位级进模特点
多工位级进模精度高、寿命长，其工作元件常采用高速钢或硬质合金制造。用硬质合金制造的模具寿命一般可达到1亿次，最高可达到3亿次。模具加工的位置精度为±（0.002~0.005）mm，尺寸精度一般为0.005mm，高的可达0.0025mm。特别对一些小凸模而言，其寿命显得更为重要。在多工位级进模中，通常凸模都很细小，因此，它需要精确的导向和保护，常常将卸料板上的凸模相配的孔做得很精确，其尺寸及相互位置也做得正确无误。在冲压过程中凸模平稳、精确，就需要卸料板对凸模导向和保护作用，而卸料板也大多采用导柱导向。
多工位级进模有自动送料装置，送料精度高，送料布局能精确调整。目前生产中常采用夹持式、滚动式、有离合器和琨式、凸模琨是、摆动琨式等送料装置，送料误差可控制在±（0.002~0.005）mm。另外，在一些冲裁速度较慢、不要场合也采用手工进料的方式。
总的来说，多工位级进模有以下特点：
（1）适用于制件的大批量生产。
(2)冲制件质量可靠、稳定，即制件尺寸的一次性好。
(3)由于自动送料和自动出件等装置，尤其是多工位级进模，适用于高速冲床上进行自动化冲制，也最适宜卷、带料供料。
(4)级进模可以完成冲裁、弯曲、拉深、成形等多道工序，效率比复合模更高，且在级进模上工序可以分散，任意留出空工位（当然要在满足制件的冲制要求前提下），故不存在复合模的最小壁厚问题，因而保证了模具的强度，延长了模具的使用寿命。
(5)模具主要零件具有互换性，使模具维修方便，更换迅速、可靠。
(6)多工位级进模结构复杂，制造精度高，调试、维修困难，价格昂贵；
(7)多工位级进模对冲压设备、板料要求高。
1.3.2 多工位级进模在我国的发展现状
由于种种原因，我国模具工业与当前工业发展还很不适应，无论是在设计制造技术和生产能力方面，还是在管理水平方面，模具共均远远不能满足需求，它严重影响了工业产品的品种、质量和生产周期，削弱了其在国际市场上的竞争能力。今年来，我国模具进口量呈大幅度下降之势，并有超亿元出口额。大型、复杂、精密、高效和长寿命模具也逐年上新的台阶，提醒高水平制造技术的多工位级进模也越来越多，冲压自动线、自动冲床技术也得到了广泛应用。我国模具行业技术水平迅速提高，模具国产化已经取得了十分可喜的成绩，这将对我国在国际市场上的竞争力和综合国力的提高起到有力的促进作用。
1.4 级进冲模的设计要点与步骤
对冲件进行科学、合理的工艺性分析是模具设计的机床，正确的排样设计是关键，模具的结构总成是实现自动或半自动冲压生产合格零件的具体体现。
（1）冲件的工艺性分析 级进冲模是集分离工序和成形工序的多工艺、多工序冲压加工于一体的模具。所需冲制零件的工艺性分析较普通冲模要求高。必须全面了解、掌握冲件的材料状态、形状结构、公差等级、展开尺寸、尺寸基准、冲裁面的毛刺方向、生产批量等信息。
（2）排样图设计是在掌握全部正确的工艺书记后进行的一项关键工作，排样的设计基准必须遵循基准同意的原则，工序的分解与排列顺序、定距方式要合理，载体的选择与重建的工序连接形式要恰当，结合模具的强度与模具工作零件及辅助机构的设计应避免干扰有效空间，最大限度地提高冲件材料的利用率等。
（3）在排样图设计后，模具中工作零件、结构零件、辅助零件的设计与标准零件的选用要结合总体结构要求进行，先设计结构总图在绘制模具零件图，并提出相应的使用、保养与维护要求。
2 零件工艺性分析
本课题主要是完成某型号支撑架多工位级进模设计，其材料为Q195，该零件结构较复杂，零件上有较多孔洞，两端进行了90°折弯，右侧折弯部分还有小凸起，故冲裁的工序主要为冲裁（压凸起）、弯曲和落料。
该制件未标注尺寸公差，经过查阅资料，精度要求不高，故制件制造公差按IT13计算。
用Pro-E绘制零件的实物图，如图2.1所示，
图2.1 零件实物图
该支撑架采用的钢材为Q195，是一种碳素结构钢。价格较便宜。用于建筑，结构，摩托车车架等。屈服强度195MPa。比Q235强度低。
3 方案及排样图设计
3.1 冲裁方案的设计
零件形状孔过多，在冲裁过程中大部分需要冲裁下形状不规则的废料，再者制件有在弯曲之后的弯曲折起。综合考虑，该制件在冲裁时必须先冲孔再弯曲，最后才落料得到需要的零件。
由于零件的需求量大，需要大批量自动化的生产，因此拟设计的模具用自动送料装置，采用中间载体，靠导正销精确定位，靠浮顶装置来限位、导向回。初定前几个工位冲孔，折弯分成两部分折弯，第一次折弯下面及其左面部分，第二次折弯折右边的部分，最后落料。
因为零件要求产量为大量，需要长期生产，且零件属于典型的冲裁、弯曲复合件。与普通的弯曲件相比，形状更为复杂，对工艺与模具的要求更高。
本设计为一副弯曲冲裁多工位级进模。根据设计零件的尺寸、材料、批量生产等要求，首先分析零件的工艺性，确定冲裁工艺方案及模具结构方案，然后通过工艺设计技术，确定排样，计算冲压力和压力中心，初选压力机，计算凸、凹模尺寸和公差，最后设计选用零、部件，对压力机进行校核，绘制模具总装草图以及三维实体图，以及对模具主要零件的加工工艺规程。其中在结构设计中，主要对凸模、凹模、定位零件、卸料装置等进行了设计。基于以上的研究工作，可以建立一套可行的、适合于小型钢制零件的冲压级进模的设计方法，并在争取实际生产中应用。
关键词 多工位，级进模，工艺方案，模具结构
1 绪论 1
1.1 冲压及其特点 1
1.2 级进模的概述 1
1.3 级进模的特点及其发展现状 2
1.4 级进模的设计要点与步骤 3
2 零件工艺性分析 4
3 方案及排样图设计 4
3.1 冲裁方案的设计 4
3.2 零件的相关尺寸计算 5
3.3 排样设计 6
3.4 步距的确定于步距精度 9
3.5 载体的选择 10
3.6 切除余料选择及导正方式 11
3.7 材料的利用率 11
4 模具工艺计算 12
4.1 凸、凹模间隙值的确定 12
4.2 公称压力的计算 12
4.3 压力机设备的选择 13
4.4 压力中心的计算 13
5 模具结构 14
5.1 模架结构 14
5.2 凸模、凹模结构设计 14
5.3 卸料装置的结构设计 16
6 主要零部件的设计与选用 17
6.1 凸凹模刃口尺寸计算与长度确定 17
6.2 初始定位装置 19
6.3 结构零件的选用 19
结论 21
致谢 22
参考文献23
1 绪论
1.1 冲压及其特点
冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就难以实现。
冲压加工作为一个国家的基础行业，在国民经济的加工工业中占有重要的地位。根据统计，冲压件在各个行业中均占有相当大的比重，尤其在汽车、电机、仪表、军工、家用电器等方面所占比重更大。冲压件在形状和尺寸精度方面的互换性较好，所以具有质量轻、刚度好、精度高和外表光滑、美观等特点。而且冲压加工是一种商生产率、高材料利用率的加工方法。
冲压加工与其他加工方法相比，具有以下特点：
（1）操作简单，易于实现自动化，并且具有较高的生产效率。
（2）冲压加工可以获得其他加工方法不能或难以制造的形状复杂，精度一至的制件，而且可以保证互换性。
（3）冲压过程耗能少，材料利用率高，加工成本低。冲压加工不像切削加工呢样需要消耗很多能量，把大量金属切成碎屑后获得零件，材料的利用律一般可达70%-85%。
（4）冲压件刚性好，强度高，重量轻，表面质量好。冲压加工过程中，材料边面不易遭受破坏，而且通过塑料变形还可以使制件的机械性能有所提高。
（5）冲压加工中所用的模具结构一般比较复杂，制造周期长，生产成本高，因此在小批量生产中受到限制。
（6）冲压件的精度主要取决于模具精度，如果零件的精度要求过高，用冲压生产的方法就难于达到。
1.2 级进模的概述
多工位级进模是冷冲模的一种。级进模又称跳步模，它是在一副模具内，按所加工的零件分为若干个等距离工位，在每个工位上设置一定的冲压工序，完成冲压零件的某部分加工。被加工材料（一般为条料或带料）在控制送进距离机构的控制下，经逐个工位冲制后，便得到一个完整的冲压零件（或半成品）。这样，一个比较复杂的冲压零件，用一副多工位级进模即可冲制完成。在一副多工位级进模中，可以连续完成冲裁、弯曲、拉深、成型等工序。一般地说，无论冲压零件的形状怎样复杂，冲压工序怎样多，均可用一副多工位级进模冲制完成。
多工位级进模的结构比较复杂，模具制造精度高，这对模具设计者来说需要考虑的内容很多，尤其是级进模条料排样图的设计，模具各部分结构的考虑等都是十分重要的。
级进模，尤其是多工位级进模，配合高速冲床，实现高速自动化作业，能使冲压生产率大幅度提高。它在提高生产效率、降低成本、提高质量和实现冲压自动化等方面有着非常现实的意义。多工位级进模可以对于一些形状十分复杂的冲压件进行冲裁、弯曲、拉深、成形加工。对大批量生产的冲压零件尤其应当采用多工位级进模进行冲制。
1.3 级进模特点及其发展现状
级进模是在压力机一次行程中完成多个工序的模具，它具有操作安全的显著特点，模具强度较高，寿命较长。使用级进模便于冲压生产自动化，可以采用高速压力机生产。级进模较难保证内、外形相对为位置的一致性。
多工位级进模冲压工艺具有生产效率高，材料利用率高，冲压设备比较简单，对操作工人技术等级要求不高等优点，所以在工业生产中，应用广泛，并已成为不可缺少的重要加工手段之一。
1.3.1 多工位级进模特点
多工位级进模精度高、寿命长，其工作元件常采用高速钢或硬质合金制造。用硬质合金制造的模具寿命一般可达到1亿次，最高可达到3亿次。模具加工的位置精度为±（0.002~0.005）mm，尺寸精度一般为0.005mm，高的可达0.0025mm。特别对一些小凸模而言，其寿命显得更为重要。在多工位级进模中，通常凸模都很细小，因此，它需要精确的导向和保护，常常将卸料板上的凸模相配的孔做得很精确，其尺寸及相互位置也做得正确无误。在冲压过程中凸模平稳、精确，就需要卸料板对凸模导向和保护作用，而卸料板也大多采用导柱导向。
多工位级进模有自动送料装置，送料精度高，送料布局能精确调整。目前生产中常采用夹持式、滚动式、有离合器和琨式、凸模琨是、摆动琨式等送料装置，送料误差可控制在±（0.002~0.005）mm。另外，在一些冲裁速度较慢、不要场合也采用手工进料的方式。
总的来说，多工位级进模有以下特点：
（1）适用于制件的大批量生产。
(2)冲制件质量可靠、稳定，即制件尺寸的一次性好。
(3)由于自动送料和自动出件等装置，尤其是多工位级进模，适用于高速冲床上进行自动化冲制，也最适宜卷、带料供料。
(4)级进模可以完成冲裁、弯曲、拉深、成形等多道工序，效率比复合模更高，且在级进模上工序可以分散，任意留出空工位（当然要在满足制件的冲制要求前提下），故不存在复合模的最小壁厚问题，因而保证了模具的强度，延长了模具的使用寿命。
(5)模具主要零件具有互换性，使模具维修方便，更换迅速、可靠。
(6)多工位级进模结构复杂，制造精度高，调试、维修困难，价格昂贵；
(7)多工位级进模对冲压设备、板料要求高。
1.3.2 多工位级进模在我国的发展现状
由于种种原因，我国模具工业与当前工业发展还很不适应，无论是在设计制造技术和生产能力方面，还是在管理水平方面，模具共均远远不能满足需求，它严重影响了工业产品的品种、质量和生产周期，削弱了其在国际市场上的竞争能力。今年来，我国模具进口量呈大幅度下降之势，并有超亿元出口额。大型、复杂、精密、高效和长寿命模具也逐年上新的台阶，提醒高水平制造技术的多工位级进模也越来越多，冲压自动线、自动冲床技术也得到了广泛应用。我国模具行业技术水平迅速提高，模具国产化已经取得了十分可喜的成绩，这将对我国在国际市场上的竞争力和综合国力的提高起到有力的促进作用。
1.4 级进冲模的设计要点与步骤
对冲件进行科学、合理的工艺性分析是模具设计的机床，正确的排样设计是关键，模具的结构总成是实现自动或半自动冲压生产合格零件的具体体现。
（1）冲件的工艺性分析 级进冲模是集分离工序和成形工序的多工艺、多工序冲压加工于一体的模具。所需冲制零件的工艺性分析较普通冲模要求高。必须全面了解、掌握冲件的材料状态、形状结构、公差等级、展开尺寸、尺寸基准、冲裁面的毛刺方向、生产批量等信息。
（2）排样图设计是在掌握全部正确的工艺书记后进行的一项关键工作，排样的设计基准必须遵循基准同意的原则，工序的分解与排列顺序、定距方式要合理，载体的选择与重建的工序连接形式要恰当，结合模具的强度与模具工作零件及辅助机构的设计应避免干扰有效空间，最大限度地提高冲件材料的利用率等。
（3）在排样图设计后，模具中工作零件、结构零件、辅助零件的设计与标准零件的选用要结合总体结构要求进行，先设计结构总图在绘制模具零件图，并提出相应的使用、保养与维护要求。
2 零件工艺性分析
本课题主要是完成某型号支撑架多工位级进模设计，其材料为Q195，该零件结构较复杂，零件上有较多孔洞，两端进行了90°折弯，右侧折弯部分还有小凸起，故冲裁的工序主要为冲裁（压凸起）、弯曲和落料。
该制件未标注尺寸公差，经过查阅资料，精度要求不高，故制件制造公差按IT13计算。
用Pro-E绘制零件的实物图，如图2.1所示，
图2.1 零件实物图
该支撑架采用的钢材为Q195，是一种碳素结构钢。价格较便宜。用于建筑，结构，摩托车车架等。屈服强度195MPa。比Q235强度低。
3 方案及排样图设计
3.1 冲裁方案的设计
零件形状孔过多，在冲裁过程中大部分需要冲裁下形状不规则的废料，再者制件有在弯曲之后的弯曲折起。综合考虑，该制件在冲裁时必须先冲孔再弯曲，最后才落料得到需要的零件。
由于零件的需求量大，需要大批量自动化的生产，因此拟设计的模具用自动送料装置，采用中间载体，靠导正销精确定位，靠浮顶装置来限位、导向回。初定前几个工位冲孔，折弯分成两部分折弯，第一次折弯下面及其左面部分，第二次折弯折右边的部分，最后落料。
因为零件要求产量为大量，需要长期生产，且零件属于典型的冲裁、弯曲复合件。与普通的弯曲件相比，形状更为复杂，对工艺与模具的要求更高。
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