毕业设计（论文）不锈钢弹片连续模设计.doc

目录第一章：不锈钢材料特性分析 6 1-1 SUS不锈钢弹片材料介绍 6 1-2材料硬度、折弯角度、圆角对折弯回弹影响 7 1-2-1硬度 7 1-2-2 折弯角度 7 1-2-3折弯圆角 8 1-2-4克服回弹的办法 9 1-3材料硬度、折弯角度、圆角对折弯外缘开裂的影响，及防止措施 10第二章：零件加工工艺性分析 12 2-1分析零件的冲压工艺性 12 2-2确定零件的冲压工艺方案 13第三章：设计步骤 13 3-1展开尺寸计算方法 13 3-2排样图绘制及注意事项 15 3-2-1材幅设计 15 3-2-2 排样、入块放置 16 3-3本次课题零件排样技巧 19 3-4模具总体结构及尺寸确定 20 3-5模具材料选择及热处理要求 22 3-6成型元件绘制 24 3-7出组装图、零件图、出标准件清单 25总结展望 29致谢 29参考文献 30附录A 31 不锈钢弹片连续模设计摘要： 本文通过举例一个典型不锈钢弹片模具设计,系统分析了此类模具设计的要点及注意事项。着重分析研究了常用于制作弹片的不锈钢材料特性。分析折弯回弹问题及克服方法，从而精确控制折弯尺寸。折弯角度、弯曲圆角、材料硬度与折弯开裂的关系，以及解决开裂问题的办法。展开计算、排样图绘制的要点与注意、模具组装图设计、具体局部结构设计、成型元件绘制等。介绍了由于弹片、板簧零件太小不易拿取、板厚较薄不易模内定位，所以目前都采用连续模结构冲压完成。并且介绍了由于不锈钢材料特性，模具成型元件的材料选择和热处理要求。 本文通过日常工作中以及从同事、社会同行处收集、总结，然后系统整理出不锈钢弹片模具设计的要点，几乎涵盖了此类模具设计的主要经验、技巧，便于后来者参考。 也作为一个设计手册类的资料，供设计时参考。 由于技术所限以及研究条件所限，本文还比较肤浅，对于一些关键的问题没有作很深入的研究，也没有很详尽的数据。以及一些新工艺也没有进行深入探讨。诸多不足之处还请指导老师多多包涵，并且会在以后的工作中进一步深入研究，并加以完善。关键词：连续模、冲头、凹模、不锈钢 A tractate about follow mold producing spring made of stainless steel  Abstract：In this tractate, through the example of a typical mold design about follow mold producing spring that made of stainless stee stainless, systematic analysis of such mold design important points and considerations. Focused analysis of the material features used in the production of stainless steel material properties. Overcome bending and springback analysis method to accurately control the bending dimensions. The relationship about bending angle, hardness and bending curved corner to bending splited, and solve the bending splited problem. The important points and considerations about open calculation, layout drawing, the mold assembly drawing design, specific local structural design, punch die and other forming components drawing. Introduced spring parts is so small not easy to pick up, thickness not easy to mold positioning, we now have to use follow die structure. And introduced as stainless steel material properties, molding components, materials selection and heat treatment requirements.        In this tractate, through in my daily work, social peers collected, summarized, to summed up the main points of stainless steel mold design, covering almost the principal of such experience, skills, easy reference to laterones . Also as a design manual type of information , for designer reference.        Due to technical limited, and research conditions, this is still relatively shallow, for some key issues have not made a very in-depth research, and have no very detailed data to. As well as some new techniques have no depth research. And please bear of the shortcomings in my tractate also please excused, and I will continue research in my future work, and reform it.Key words ：follow mold、punch、die、stainless steel引言现代炼钢工业，随着扎制工艺的提高，通过控制加工硬化程度来精确控制铬镍系（30系）不锈钢板料硬度成为可能。从而使SUS301-CSP、SUS304-CSP两种不锈钢有了1/4H、1/2H、3/4H、H、EH各5种不同硬度出厂状态的产品供用户选择。 而有了这些稳定的硬度的不锈钢卷料，又由于不锈钢具有不易生锈的优点。在一些电器元件中，采用这种不锈钢板簧代替弹簧加传动元件组成的组件被大量采用。与弹簧加传动元件组成的组件比较，这类弹片、板簧具有结构简单、组装方便、动作可靠寿命长的优点。 所以不锈钢弹片、板簧越来越多的被采用。由于弹片、板簧零件太小不易拿取、板厚较薄不易模内定位，所以目前都采用连续模结构冲压完成。 而又由于板料较薄、具有一定的硬度，所以对冲压机的送料机构有一定要求。必须要具有薄料整平功能的送料机。 本文通过设计一副典型的不锈钢弹片零件的模具来分析其设计、制作要点和注意事项。 首先从不锈钢材料特性来分析折弯回弹问题及克服方法，从而精确控制折弯尺寸。然后分析材料硬度、折弯角度、最小圆角对折弯外缘开裂的影响，以及如何防止克服。而后通过展开计算公式及展开方法来完成零件展开图绘制。接着完成模具排样图绘制，讨论不锈钢弹片排样图绘制的要点。 具体模具设计步骤如下：1、产品图展开，2、料带排样图绘制，3、入块位置确定（如果入块位置有冲突需调整展开），4、模具总体结构及尺寸确定，5、根据不锈钢材料特性来选择模具零件材料，出模板材料清单（提前订购模板）6、周边辅助零件绘制（大多数标准件已在模具总体结构及尺寸确定时绘制），7、成型元件（冲头、凹模）入块绘制，8、零件图绘制、尺寸标注、加工注解，标准件列表清单 文章会在具体章节中详细探讨由于SUS材料特性，导致每一个步骤的具体设计注意事项。 最后结合生产实际完成了这副模具的制作，生产出首件送检合格。并在量产中正常量产。 本文通过对一个典型零件的设计研究工作。把以前对于SUS材零件的模具设计的经验进行了汇总和总结。形成了一个设计要领，以供业界同行参考。 由于技术所限以及研究条件所限，本文还比较肤浅，对于一些关键的问题没有作很深入的研究，也没有很详尽的数据。对于防止折弯擦伤，在连续模的冲头上如何加滚轴结构也没有涉及。对于避免折弯滑块对尺寸的影响，采用先把料带折过头，然后把小于90°的角完成，然后再把料带再折回来，这里也没有进行探讨。以及其它一些新工艺也没有进行探讨。诸多不足之处还请指导老师多多包涵，并且会在以后的工作中进一步深入研究，并加以完善。第一章 不锈钢材料特性分析1-1不锈钢材料介绍 不锈钢之所以会不锈是因为其含有铬，会在金属表面生成一层铬膜，从而隔断了钢与空气的接触。为了达到不锈，钢中必须至少含铬12%以上。 不锈钢按化学成分分主要有： CR系：铁素体或马氏体不锈钢，俗称40系不锈铁，典型SUS430 CR-NI系：奥氏体不锈钢，俗称30系不锈钢，典型SUS301、304 目前市场在售不锈钢种有230种左右，常用的有50种，80%为奥氏体（18铬-8镍）的衍生物，20%为13铬衍变来。如市场常用的906高耐酸不锈钢、631镜面不锈钢都是奥氏体不锈钢，属于30系。目前市场新出现一些20系（以锰部分代镍降低成本），也是30系不锈钢的衍生物。 40系不锈钢俗称不锈铁，有磁性，无加工硬化现象。含碳量较高的钢种可淬火硬化（如用于耐腐蚀的镜面塑胶模具钢S136）。 30系不锈钢：30系不锈钢中的镍可以用来提高耐酸碱腐蚀性。 典型30系不锈钢： 1、SUS301：1Cr17-Ni7無淬火硬化效果, 無磁性、易加工硬化，随着加工硬化量，磁性逐渐产生。可固溶强化热处理，提高强度、韧性。2、SUS304：1Cr18-Ni8奥氏体不銹钢，無淬火硬化效果, 無磁性、较易加工硬化，随着加工硬化量，磁性逐渐产生（磁性较弱）。可固溶强化热处理，提高强度、韧性。3、SUS316：1Cr18-Ni12-Mo2.5耐酸碱性更优（添加了钼），但是加工硬化性优（不易加工硬化），所以没有不同出厂硬度，所以无法作为弹片。降低含碳量，减少杂质的316L耐酸碱性更优。316L-DDQ的拉伸性能优。4、SUS321：1Cr18-Ni9-Ti 在304中添加了钛，提高了使用温度，可达800。其余性能与304相同。但是作为弹片使用价格较高，有点浪费（在高温下，零件弹性降低，达不到效果。一般弹片也是在常温下使用。） 我们日常作为弹片材料都为30系不锈钢，利用控制加工硬化量控制出厂硬度，达到所需的弹性。典型弹片材料301、304。SUS材料硬度表详见附录A:1-2材料硬度、折弯角度、圆角对折弯回弹影响1-2-1硬度 选取0.4材料厚度的铝AL5052、磷青铜C5210R、不锈钢SUS301-CSP-3/4H、镀锌钢板SECC作为试模材料测试90°V折的回弹，经过实践得出数据如下：得出结论如下：相同板厚情况下，材料的塑性越好，回弹越小，材料越硬，回弹越大。不同板厚情况下，板厚越厚，材料外层塑性变形越充分，所以回弹越小，但是折弯开裂的倾向也越大。1-2-2折弯角度 选取0.5材料厚度的SUS304-CSP-1/4H作为测试材料测试不同折弯角度下的回弹量：得出结论如下：材料相同情况下，折弯角度越大，塑性变形越充分，回弹越小。1-2-3折弯圆角 选取0.5材料厚度的SUS304-CSP-1/4H不锈钢作为测试材料测试不同折弯圆角下的回弹量：得出结论如下：对于SUS304-CSP-1/4H这类较硬的材料，折弯圆角对折弯回弹有较大影响。圆角越大，弹性变形越大，回弹越大。1-2-4克服回弹的办法方法一：可以采用加凹模刻印线的办法。将中心层外移，使外层拉伸变形充分，减小回弹。但是需注意三点：1、仅适用于1/4H、1/2H的不锈钢（SECC等软料完全可以采用），不适用于3/4H、H、EH硬度的不锈钢（原因：硬料折弯压线加剧了材料外缘的拉伸变形，使折弯外缘易出现开裂，禁止加压线）。2、采用压线，展开系数需取较大值。加压线要比不加压线折弯边低0.05t的料厚，所以展开系数加压线比不加压线大0.05。3、对于不锈钢材料，加压线，须把压线抛出下图所示R角。 压线高度A取料厚10%20% 圆角R取压线高度的50% 方法二：选择需要的模具间隙 采用带有稍许变薄的弯曲，对减少回弹会更有用。因为负间隙弯曲，可以改变板料的应力状态，使其由普通的弯曲转化为具有拉弯性质的弯曲。所以采用拉弯工艺对控制回弹是很有好处的。但是也加大了开裂倾向，并且使折弯擦伤严重。一般禁止采用。方法三：采用凹模负角，然后控制凸模圆角过压量的办法。 左图型式A：凸模直通式，无法过 压产品折弯圆角来补偿回弹，无法 调 整折弯间隙（如果需要收间 隙，控制回弹。 需要线割脱板 孔、固定板孔）。 型式B：凸模包圆角，可以通过 配合凹模负角，控制强压量来控 制折弯回弹。 L尺寸加工时必须控制在±0.02 包圆角量为板厚t 或稍大0.1mm 包它多会使产品变形（拱形）。1-3材料硬度、折弯角度、圆角对折弯外缘开裂的影响，及防止措施 正常情况：材料越厚、折弯角度越大，材料折弯外缘变形越严重，越容易开裂。材料越硬，材料折弯外缘越容易开裂。 折弯圆角越小，完成相同的折弯形变，折弯变形区域越小，折弯越容易开裂。加大折弯圆角对防止开裂是好的，但是会使折弯回弹变大。为了使折弯不开裂，必需要有一个最小弯曲圆角半径，弯曲时弯曲半径越小，板料外表面的变形程度越大，若弯曲半径过小，则板料的外表面将超过材料的变形极限，而出现裂纹或拉裂。在保证弯曲变形区材料外表面不发生裂纹的条件下，弯曲件列表面所能行成的最小圆角半径与料厚的比值r/t称为最小弯曲圆角系数。下面是一些材料的最小弯曲圆角系数rmin/t。Secc 0t、sus 1/4h 0.2t、sus 1/2h 0.3t、sus 1/2h 0.6t、sus h 0.8t折弯线处如果有接刀口，那弯曲圆角要比现在的要大，所以不锈钢硬料我们不把接刀口放在折弯线处。 防止折弯开裂的措施：可以通过把一个折弯角度分两次折，第一次折弯线位置外移，加大折弯变形区域来解决。这样就可以使折弯圆角略小于最小弯曲圆角。（正常折弯为了控制折弯回弹，一般不放折弯圆角。特殊折弯W折、Z折也是把折弯圆角控制在最小，并且补正角度回弹量） 通过上图可以看出，将90°折弯分成预折45°，再折90°。预折45°外移到折弯展开系数的外侧，变形区（图中绿色）也外移。90°折弯的折弯线才是图纸折弯位置，同时原绿色变形区又被折弯冲头压平，但是这个绿色区被压平时也会有少许回弹，所以90°折弯会形成12°的内扣，也正好补偿了折弯回弹。 其它一些防止措施：1、不锈钢材料冲压时，需加拉伸油作为润滑油，一般不采用速干油，这样对防止折弯开裂、润滑成型元件是好的。但是清洗成本以及清洗废水处理成本有所增加。2、冲头加滚轴，减小冲头与折弯外缘的摩擦力，对防止折弯开裂有好处。同时对于防止折弯擦伤也有好处，改善零件外观质量。滚轴孔内需抛光，滚轴材质为钨钢 直径根据折弯边高度与允许的折弯冲头 大小，以及零件板厚。 一般弹片类多为薄料最大6mm，足够大。最小可以做到2.5mm。滚轴需做防脱出装置。第二章 零件加工工艺性分析2-1分析零件的冲压工艺性 零件加工工艺性分析就是分析零件外形结构、尺寸精度是否能够模具加工，模具工艺能力是否足够。下面以本次设计课题的零件说明。冲裁件的工艺性主要包括冲裁件的结构工艺性（模具结构上是否能够实现）、冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度等。本次课题资料准备：1、材料：SUS301-CSP-3/4H2、材料厚度：0.4mm3、生产批量：40K/月4、生产设备：带薄料整平机的冲压设备,初步选定60吨。5、零件图： 折弯11、图中可以看到，切斜需先开一个工艺口。2、由于折弯1凹模需要滑块（移动方向上有切斜），所以在折弯线上也开工艺口，去掉折弯线，这样滑块上就可以开相应的避位槽（给切斜避位）。3、图中（11.84±0.3，3.6±0.25）凸包中心到基准边尺寸。由于经过三道折弯、凸包高度误差，保证公差有难度，所以需适当放宽公差。并且在模具设计（工序排样）时作适当考虑。4、需确认图档尺寸与图纸公称尺寸是否一致，如遇图纸上有单边公差，需将图档尺寸移到公差尺寸的中心。2-2确定零件的冲压工艺方案 根据月产量首选连续模，并且零件较小单冲拿取不便，零件较薄，单冲定位不便。 本例可以选单边带料和双边带料，由于零件精度较高，量比较大，考利连料稳定，采用双边带料。由于量不是很大，又由于零件形状不是很规则，所以不考虑一模出两件排样。具体排样方案见下一章。第三章 不锈钢弹片连续模设计步骤3-1展开图设计 进行课题零件 的展开图设计，利用等体积法（由于产品在弯曲过程中有的地方被拉长或压缩，但总可以找到某一层的弯曲线长度是不变的,这一不变的层叫中心层）。1、中心层展开法 以中心层（不是中间层）的长度之和求得的方法。L=a + b +2(R+kt)a/3601):当r/t<=0.50时 k=0.252):当0.5<r/t<=1.0时 k=0.250.303):当1.0<r/t<=2时 k=0.300.334):当2.0<r/t<=4时 k=0.330.385):当r/t>4.0时 k=0.380.45*当r/t=00.5时,即所谓的清角,此时k=0.25t,若是90°弯曲, 此时弯曲部分的补偿值L=2K/4。K=0.250.30t(板薄取大值，厚取小值）L=2K/4=2*0.25t/4=t/8=0.3925t=0.40tL=2K/4=2*0.30t/4=t/8=0.4710t=0.45t所以当90 °清角折弯时L=a+b+0.4t0.45t(板薄取大值，厚取小值）等体积法适合于所有材料没有拉伸变薄的折弯展开。有拉伸变薄的展开有下面23说明。2、特殊角度： L=A+B+0.4t3. Z型展开（材料有伸长） a. h接近于0时 b. t<h<3t时 L=A+B+0.1 L=A+B+h+0.45t一次成形 一次成形c. 10>h>5t时 L=A+B+h+2*0.45t 二次成形 L=A+B+h+0.30t 一次成形 课题零件的展开尺寸计算如下：L=13+4.325+5.92+9.15+2*0.45*0.4+0.45*0.4*26.67/90 =32.80 3-2排样图绘制3-2-1、材幅设计 进行部品的下料设计，先要计算材幅的大小，并确定料纹与部品的交角，同时保证料宽和步距间的乘积最小，即P*W的值最小（相对而言），还要初步确定冲头的形状，这时候还要考虑双边带料还是单边带料。（一般双边带料较浪费材料，利用率较低，但稳定性较好，单边带料的材料利用率较高，但稳定性较差，一般使用较少）。 由于不锈钢带材有扎制料纹方向，平行于料纹方向的折弯易导致开裂，所以夹角需20°及以上。 确定角可以利用旋转功能，如间隔0.5 °旋转一下。然后计算P、W的值，P*W乘积值越小，则材料利用率越高。 然后根据冲头强度和料带强度将P、W值加大。冲头宽度2mm且大于1.5倍料厚。 料带强度（中间A、边上B 2.5mm) 同时需要考虑导钉孔位置。 注意：P、W的值最好是整数或是小数点后一位，这样能方便排样、标注和加工定位等等下图是材幅设计图，其中P=24mm，W=42mm， =24.5°可以 3-2-2排样、入块放置确定工位步数、条料大小、die、 punch的形状和尺寸，并初步确定各镶块的大小和位置。 工位数的确定：这是根据部品的形状和精度要求来确定的。其基本原则有以下几条： 1、包、冲孔、后冲外形。但当孔的精度较高并靠近外形轮廓时，为防止冲外形时造成孔变形，应先冲外形后冲孔。 2、为保证凸包高度和防止开裂，凸包需分两次完成。第一次先用较大的凹模圆角拉高0.10.2mm，第二次再回压到高度尺寸，并把圆角 减小。本次课题零件上的凸包就是采用的两次成型。 3.复杂型孔可以分解为若干简单型孔，分步进行冲裁。 4.工序要分散，以确保凹模有足够的强度。一般凹模镶块壁厚应在3.5mm以上，保证强度足够。如果镶块之间有干涉，需增加一步。模板孔壁厚4mm，如果不足可将孔割通（把两个镶件合成一个镶件），或增加一步。 5.精度高的轮廓应布置在较后的工位上。如折弯后冲中间的精度孔，可保证在两个折弯面上的孔与孔距离位置精度。 6.孔距精度要求高的孔应在同一工位上冲或安排到相邻的工位上。 7.外形薄弱部分的冲切应安排在较前的工位上。 8.冲切工艺力较大的工位应尽量安排到中间，以利于压力中心与模具几何中心重合。 9、切缺要兼顾连料稳定和切断、出件稳定。如本次课题零件，切缺要到下图A位置，而不是B 位置，是为了给内扣的折弯避位。需避位 10、为了保证折弯尺寸稳定，一般折弯次序从外往内（特殊：为了简化折弯步数、避免采用滑块，有打乱折弯次序） 11、连料要在零件大面、基准面上。如本次连料在面A，而不是在面B（在此面上还可以使折弯简化）。是因为这样在图纸大面上，尺寸稳定、符合图纸。而连料如选在B面，由于面较小，容易使折弯压不住料，使料带扭曲，不好面B面A 12、连料、折弯次序、切缺要考虑折弯是否会撞连料料带。 在工序排定以后，再将各镶块的