覆盖件模具设计规范.docx
《覆盖件模具设计规范.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《覆盖件模具设计规范.docx（52页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
覆盖件模具设计规范
覆盖件模具设计规范
在客车行业，普遍存在批量小、周期快的情况，常规模具就不能满足客车的需要，同时为了节约成本，提高生产效率，尽可能的缩短前期模具的制作程序，就不能遵循正规模具的设计工序（分为落料、拉延、切边、翻遍等），本规范仅介绍拉延模具的设计，对于后面几序，如有需要再编写相应的规范。
本规范分为以下部分：
（有的部分仅作介绍，便于了解拉延模具）
1.拉延模的基本结构
2.设计要素
3.拉延模的导向
4.压边圈结构设计
5.调压垫块的设定
6.凹模结构设计
7.凸模结构设计
8.带冲裁刃口的拉延模
9.拉延模的压力源
10.气垫行程的设定
11.气垫托料设计
12.排气孔的设定
13.坯料的定位
14.拉延模的铸件壁厚和模口材质
15.拉延筋的种类及确定
1拉延模的基本结构
1.1基本结构：
压床有单动压床和双动压床之分，相对于拉延模也有单动拉延模和双动拉延模之分。
单动拉延模的压料力通常是由压床气垫提供的，因此其适用范围受气垫压料力和行程的限制，以及受压床气垫顶杆位置分布的限制。
双动拉延模的凸模和压边圈通过辅助垫板与压床的内、外滑块相连接，双动拉延模的压料力是由双动压床外滑块提供的。
双动拉延模很少应用，就不做介绍。
一般拉延模主要由三大件组成，即：
凸模、凹模、压边圈。
见下图。
1.2活动顶出器结构：
（很少用）
拉延凹模中可以设计活动顶出器结构，用于拉延件深度较大、直壁较长，需要活动顶出器将拉延件顶出的拉延模。
当有反拉延（反拉延指与拉延成形方向相反的成形）需要退料时也适合使用这种结构。
顶出器依靠压床气垫或弹性元件工作。
2设计要素
2.1中心重合原则：
根据工艺数模中心确定与模具中心、压床中心的相互关系，在可能的条件下尽量使三个中心重合，保证压床不偏载（必要时可偏载max75）。
模具中心也是平面设计中心（基准），
确定模具中心时要考虑能够在凸模轮廓附近（压料面下方）设置气垫顶杆。
（UG中需要这些中心，便于找正，与模具加工，catia中好像是分析产品后直接设计模具）
2.2Z向设计基准：
工艺数模中心的Z向高度是模具设计的Z向基准。
根据数模中心的Z向高度和工艺所给的模具闭合高度H，以及根据模具结构强度的需要，确定模具各部件的设计基准面到Z向数模中心的高度,各高度值必须取整数（取整5整10，必要时可以调整H）。
参考下图。
2.3拉延间隙：
拉延间隙为1.1-1.2倍的料厚。
数模表面为基准表面。
2.4模具闭合高度的确定方法：
1）通常在所选压床闭合高度的min+20、max–10的范围内确定模具闭合高度。
2）根据送料高度和压边圈的强度等因素决定下模的高度，送料高度在压边圈升起时确定。
3.拉延模的导向
3.1导向的基本关系：
（“上模”即“凹模”）
3.2导向的基本结构
单
动
拉
延
模
压边圈的导向
上模与下模之间的导向
说明
①压边圈与凸模内导向
②上模与压边圈导向
通常采用①+②
③压边圈与下模座外导向
④上模与下模座导向
用于侧力较大时：
采用③+④
⑤压边圈与导向块外导向
⑥独立导板导向
用于小件生产时：
采用①+⑥
或⑤+⑥
客车设计一般为小批量生产，优先于选择方式⑥（独立导板导向），如下图：
3.3压边圈常见导向形式：
压边圈的导向形式是指压边圈在内部与凸模（或在外部与下模座）的导向形式，以及在每一形式中压边圈与上模（凹模）的导向形式。
压边圈的导向形式分为压边圈与凸模导向和压边圈与下模座导向两大类。
后者在本公司一般不用。
3.4压边圈与凸模形式的优缺点：
（压边圈与下模座导向不做介绍）
此导向的优点：
a.模具结构紧凑，导向精度高；
b.压边圈下面凸模外侧全部敞开，便于观察气垫顶杆，也便于现场调整各处的压料力；
c.当凸模轮廓较宽、变化较小、容易布置内导向导板时，以及压边圈受侧向力较小时，压边圈适合采用内导向，此种导向形式最常用。
此导向的缺点：
a.不适用于细长制件；
b.不利于压边圈承受侧向力。
3.5各导向形式中的注意事项：
①拉延模各处的导向一般使用导板导向。
（当拉延模中有冲裁刃口时，在安装冲裁刃口镶块的模具部件间需增加导柱导向。
）
②压边圈与上模（凹模）之间的导向，即是本公司所指的外导向，其导板高度与拉延行程无关，与压料行程有关。
所以该处导板高度应根据压料行程设计，一般高80mm即可。
③设计者根据制件的大小、形状、料厚和受力情况决定采用哪种拉延模具的导向形式。
3.6凸模和压边圈之间的导向设计：
3.6.1导板的技术要求：
①此材质为45#钢，尺寸大小，数量根据实际情况设计人员自己定；
②此导板公差请严格依据技术要求；
③导向面磨平后整体调质处理；
④未注倒角请做到C1或C3，且以美观为度。
3.6.2导向的平面位置设计：
①平面位置：
应尽量确保导板之间的距离。
导向面加工后，铣刀应能退出。
（距导板边缘40mm以内应
没有干涉部位。
）
②压边圈的导向面应位于凸模的
轮廓线外侧5-10mm。
（防止压边圈不能进入凸模。
）
③相对的导板应搭接50mm以上。
④原则上导向面应与模具中心线平行设计。
⑤外导板的图示见下图：
外导向统一用M16的螺栓固定导板。
3.6.3导板数量的设定：
根据凸模轮廓的长度（宽度）决定导板的数量和宽度。
设定数量：
a＜400
一面1个
a＞400
一面2～3个
b＜400
一面1个
b＞400
一面2～3个
单侧尽量设计2个。
3.6.4导板宽度的设定：
应确保导滑面的宽度至少占凸模轮廓长度（a/b）的20%。
（目标）
轮廓长度a/b（mm）
需要的导滑宽度
导板宽度
数量
301～1000
＞100
75
2个
1001～1500
＞200
100
2个
1501～2000
＞300
150
2个
2001～3000
＞400
200（150）
2个
3001～
＞600
200
2个
注:
由于凸模结构、侧力等原因，也可大于上述尺寸。
3.6.5导向的剖面位置设计：
①压边圈在到底位置时，凸模导板的上边缘与压边圈凸缘的间隙为30mm以上。
见下图。
结构上不能确保30mm以上时，把带宽的一部分做逃离，也要确保其间隙在30mm以上。
②拉延模的行程在80mm（小件50）以上，当压边圈与凹模压住坯料后下行，凸模开始成
形时，压边圈与凸模导向的导入量应在100mm（小件80）以上。
按该导入量设计导向面高度。
当拉延模的行程不大（80mm以下）时，也可按压边圈在托起位置时，压边圈与凸模导向的导入量在80mm（小件50）以上，设计导向面高度。
3.7导板的紧固
内导向板统一用M12的螺栓固定导板，外导向统一用M16的螺栓固定导板。
4.压边圈结构设计
4.1压边圈的弱点：
◆压边圈铸件中空，工作时处于悬浮状态，容易发生强度和刚性的不足，结构设计时应
特别注意克服这一弱点。
◆如果压边圈刚性不足，抗变形能力差，工作时发生挠性变形，会造成拉延性能不好，
产品的质量差。
因此，压边圈的设计应确保其强度和刚性。
4.2压料面边界的确定：
（加工少，研磨少）
①压料面边界尺寸按D/L图的毛坯尺寸单边加大15-20mm，尺寸取整五整十。
②考虑加工研合的工作量，当压料面为曲面，且曲面落差较大时，应注意按坯料预弯后
的边界单边加大15-20mm作为压料面边界，避免压料面过大而增加研合工作量。
③确定压料面边界时，应考虑到毛坯尺寸是否会有变更而需要加大边界尺寸。
4.3压边圈模口分模线处的结构设计：
上图中字母含义见表1、表2。
表1：
压料面为平面
压料面为曲面
L1
30
40
L2
40
40
C
20-30
20-30
表2：
轮廓线简单平直
轮廓线复杂并有可能修改
B1
10-20
15-25
B2
10-20
15-25
4.4压边圈的最小截面尺寸：
①压边圈的最小截面尺寸（或基本尺寸）包括最小截面的厚度尺寸H和宽度尺寸W。
②前面提到的压边圈的弱点，即容易发生强度和刚性不足，主要与H和W尺寸有关。
4.4.1最小截面的宽度尺寸W：
W尺寸参考右边公式设计：
W≥0.8HWmin=150（mm）
4.4.2最小截面的厚度尺寸H：
1厚度尺寸H参考模具铸件厚度设计的比例公式计算。
②比例公式如下：
（公式简化为2个，内容上有扩展。
）
（一）当L＜2000mm时，H值按公式1计算：
公式1：
H=L*0.1±（10～20）
（二）当L≥2000mm时，H值按公式2计算：
公式2：
H=200+a*L*0.01
③公式1、公式2的使用说明：
◇公式中L为压边圈的长度（长边）尺寸，单位是mm。
◇公式1中的L按压边圈实际长度带入，（仅当L＜2000mm时）；
按公式1计算H时，首先要满足：
Hmin=150（mm）。
即对于小型拉延模，压边圈的最小截面厚度Hmin不小于150（mm），但对于其它铸件厚度的计算无此要求。
◇公式2中的L取整米数，整米数一般向下取整，单位是mm。
即当：
2000mm≤L＜3000mm时，L按2000mm带入公式2；
3000mm≤L＜4000mm时，L按3000mm带入公式2，以此类推。
◇公式2中的系数a，对于计算压边圈的厚度H、取值为：
a=3。
◇H的计算值取整数，一般取整到10位数，单位是mm。
◇按公式1、公式2计算出的厚度值，即是理想尺寸，也是下限尺寸。
设计者可根据铸件的大小、形状、受力等具体情况，酌情加或减10～20mm的调整量。
◇对于大U字形压边圈，最小截面厚度H还应专门加厚些。
4.4.3使用公式1、公式2计算举例：
①设压边圈的长度为1300mm，求压边圈的最小截面厚度H：
将1300直接带入公式1：
H=L*0.1±（10～20）=1300x0.1=130（mm）
因拉延模首先要满足：
Hmin=150（mm），所以直接取值：
H=150（mm）。
②设压边圈的长度为1700mm，求压边圈的最小截面厚度H：
将1700直接带入公式1：
H=L*0.1±（10～20）=1700x0.1±（10～20）
=170±（10～20）=170+20=190（mm）
为了增加压边圈的强度，上式计算结果170加了20的调整量等于190。
③设压边圈的长度为3600mm，求压边圈的最小截面厚度H：
将3600向下取整米数，按3000整数带入公式2：
H=200+a*L*0.01=200+3x3000x0.01=200+3x30=290（mm）
4.5压边圈厚度设计的误区：
压边圈的厚度，由下图中4处尺寸决定。
其中3处尺寸已有规定，仅h尺寸是可变的。
对于同一长度L的压边圈，拉延行程的增加就意味着增加下图中的h尺寸。
当制件的拉延行程较大时，按比例公式算出的压边圈的厚度H有时会出现压边圈的导向面高度不够用的情况，这时应首先考虑压边圈的厚度H应随拉延行程的加大而加大，即增加下图中的h尺寸，而不是计算出的H尺寸不变，在压边圈的导向面下加导向腿。
压边圈的导向不要首选使用导向腿，只有在确保压边圈的最小截面厚度后，或者模具的闭合高度受到限制无法增加压边圈的厚度时才设计导向腿。
4.6压边圈导向腿的设计规定：
1导向腿的高度：
≤80mm。
2在压边圈托起状态时，压边圈
的初始导入量不能仅包含在导
向腿中，应包含在压边圈本体
中至少40-50mm。
因此，压边
圈的导向腿不可设计过长。
4.7压边圈端头设计：
压边圈端头：
有两个导板导滑面，根据实际情况可以做成开通式的（如下图所示）。
不做开通式的要留空刀，便于加工。
4.8压边圈与凹模间的防侧：
对于大型拉延模，因压料面起伏很大，
且形面不对称，压边圈与凹模之间在压料时受力
不平衡。
为了稳定压边圈与凹模之间的相对关系，
可在它们之间设置4个导向块，在宽度方向上进
行防侧。
4.9压边圈起重棒设计注意事项：
如下图所示，在起吊过程中，为了便于起吊，凸模起重棒与压边圈起重棒要满足：
①凸模起重棒与压边圈起重棒在同一方向（竖直方向）
②若不能满足①，要保证两个起重棒的
间距：
≥50mm。
（通过钢丝绳）
3起重棒的大小：
φ50（中小型模具），
φ60（大型模具）。
4.10压边圈的掏芯问题：
压边圈在长度方向上优选侧掏芯，在宽度方向上优选下掏芯。
涉及铸造工艺性，压边圈
有些位置应侧掏芯与下掏芯相结合，一味侧掏会导致狭小芯空间的产生。
一些立筋应使
用方筋代替圆筋，以免产生死角影响铸造清砂。
4.11压边圈侧芯立筋的间距：
为保证压边圈的强度，侧芯立筋的间距不宜过大。
间距设定为：
250～300mm。
4.12压边圈上窥视孔的设计：
（介绍）
为了确认凸模的工作状况，在压边圈的前
后便于操作者目视的位置，设计φ60以上
的铸孔。
小型模一处，大型模两处以上。
该孔的设置不只是窥视孔，还作为排气孔
使用。
为了防止制件变形，提高排气效率，
确保排气的最短路径。
应注意不要因开窥视孔破坏压边圈的强度。
5.调压垫块的设定
5.1目的：
①用于拉延模的凹模与压边圈之间的压力调整及保持。
②用于压边圈与下模之间的支撑，模具需要敦实的情况下用。
（本公司一般不用）
5.2调压垫块的位置见右图：
本公司只用压边圈上的调压垫块（目前本公司很少用），至于下模座上安装的一般不用。
5.3调压垫块的设置原则：
①应接近压料面的边缘，还应根据加工界限的要求在距压料面边缘30mm以上设定。
②调压垫块安装面的下部，必须设计到底的加强筋。
安装齐子面的高度为10mm。
③压边圈上的调压垫块高度应随压料面的高度变化，当用气缸侧推自动出件时，出件方向的调压垫块高度应低于压料面。
④压边圈上的调整垫块间距为300－500mm。
⑤压边圈上用φ60的调压垫块，在大型拉延模的下模座上可选用φ80的调压垫块。
⑥调压垫块应设置在平衡良好的位置（压料面的拐角的部位优先）。
小件设置6个，大、中件设置8个以上。
⑦本公司的拉延模具现不考虑敦实情况。
6.凹模结构设计
6.1拉延凹模的强度设计：
拉延凹模是制件成形的重要部件，对于深拉延件、厚板件、高强板件、蒙皮件、异型件等，其凹模强度问题应高度重视，特殊情况要特殊处理。
决定凹模强度的主要因素有：
①凹模所用的材料；
②凹模的最小截面厚度H（不是凹模坑底厚度，见下图。
）；
③凹模底部立筋的最小高度；
④凹模重要部位的铸造壁厚。
6.1.1拉延凹模的最小截面厚度（或基本厚度）H首先参考比例公式计算：
1比例公式的使用方法见本章4-4中的内容，
②拉延凹模的最小截面厚度H，建议与压边圈的计算取值方法一致。
即：
按比例公式1计算H时，首先要满足：
Hmin=150（mm）。
按比例公式2计算H时，令：
a=3。
6.1.2拉延凹模底部立筋的最小高度h的规定：
按比例公式计算出的拉延凹模厚度，从以往经验来看，作为拉延凹模的最小截面厚度或
基本厚度在多数情况下是没有问题的。
但按比例公式计算的值没有反应出拉延凹模的厚度随拉延深度变化的关系，在同一模具长度下，按比例公式计算的H为同一值，而对应的各拉延件可以有不同的拉延深度。
当拉延深度（凹模深度）较大时，会出现凹模底部高度（坑底高度）变小的情况，而凹模底部的高度对凹模的强度是有影响的。
为了解决这个问题，对拉延凹模底部立筋的最小高度作出规定。
这样，凹模的厚度就会随拉延深度而变化，拉延深度增加，凹模厚度也会相应增加。
凹模底部立筋的最小高度h的规定如下：
（例图如下）
对于小型拉延模凹模：
minh=80（mm）（L≤1200）
对于中型拉延模凹模：
minh=120（mm）（1200＜L≤2400）
对于大型拉延模凹模：
minh=150（mm）（2400＜L）
◇最小高度h的规定，原则上要尽量做到。
对于大型深拉延凹模，当个别局部情况做
不到minh=150时，也应至少保证minh=100。
◇设计时，按比例公式算出凹模的最小截面厚度或基本厚度H，还要用凹模底部立筋的最小高度h来检查。
凹模的厚度应同时满足这两方面的要求（大V、U字形凹模除外），否则，对凹模厚度做出调整。
6.1.3拉延凹模重要部位的铸造壁厚：
1凹模形面的铸造壁厚常用为40（mm），
小型凹模可为35。
（当凹模镶拼块时，拼块安装面的厚度也不能小于50（mm）。
因为既然镶拼块，就说明是厚板或高强
板拉延，铸造壁厚一定要保证。
）
②凹模底部的立筋厚度T，对于本公司蒙皮件建议不要设计成30厚，一般设
计为：
T=40（mm）。
③凹模底部的立筋上减重孔设计。
6.1.4凹模口对应凸模轮廓线的下面必须设计加强筋，以此再设计间距为320～400的普通筋。
6.2拉延凹模形面的逃离
6.2.1设计原则：
凹模形状面以外的铸造部位应逃离，但在蒙皮件曲率较小的部位如果逃离，制件有可能产生表面变形。
6.2.2常用的逃离办法：
1蒙皮件在距R切点以内最小100mm处逃离。
内部件在距R切点或切边线最小20mm
处逃离。
②强度没有问题时用铸造通孔逃离。
内部件上、下模均可逃离，蒙皮件仅凹模许可逃离。
7凸模结构设计
设计原则：
一般本公司有拉延模具有两种方法：
全铸造和仅凸模铸造（其他配做）。
小批量的为了节约成本选择仅凸模铸造（其他配做）；大批量为了提高效率，产品拉延效果选择全铸造。
全铸造时，拉延凸模和下模座设计成一体形式。
仅凸模铸造时就不用下模座，此时就是仅铸造凸模，没有下模座，压边圈，凹模配做（目前也有很多这种结构）。
后者的优点是凸模和下面的支撑块，可以使用不同的材料，从而降低材料费用，加工灵活方便。
7.1全铸造凸模
按一般模具设计，但是与一般模具又有所不同（见下图）
①与压边圈上的加工平台相对应，是在模具不工作状态下，通过四个平台来支撑压边圈
②是气垫顶杆的过孔，一般取值：
min90。
③是下模座，应该叫凸模支承座，其高度根据凸模的长宽高来决定。
其减重要通过下掏芯来完成（保证强度）。
④起重棒大小与凹模上一样。
详见4.10
⑤加工基准孔Φ10，便于以后修模找到模具基准，防止出现加工错误。
⑥压板槽便于机床的装夹
⑦导板的安装面如右图所示：
要凸出凸模轮廓线至少5mm，便于加工导板安装面。
（竖直方向
7.2仅铸造凸模
⑴仅凸模铸造结构导向有两种情况：
①：
导板安装在凸模上②导板安装在凸模紧固的支撑台上见下图：
⑵仅凸模铸造螺钉安装台的数量及尺寸：
安装台数量：
小型拉延凸模6-8处，当分体凸模较小，但与压边圈内导向时，应注意凸模的紧固螺钉（安装台）要多一些。
大中型拉延模或使用压床吨位较大时，安装台的数量应适当增加。
安装台的尺寸见下图。
⑶分体凸模常用紧固螺钉的规格：
对于拉延凸模，使用紧固螺钉规格：
M16；
⑷凸模都要设计几个如下图所示的凸台，几个凸台为加工基准台，起到支撑作用，便于凸模的底面和形面的加工，加工后再把凸台去掉。
7.3细长凸模的侧芯设计：
当凸模为细长形状时，铸件无法向下掏芯，这时
应采用侧掏芯方法，主支撑筋厚度应≥60mm。
凸模侧面还应设计加强筋，并根据使用压床的吨
位按凸模横截面积检验承重强度。
（10kg/mm2）。
8带冲裁刃口的拉延模
8.1本标准为带冲裁刃口的拉延模设计规定
带冲裁刃口的拉延模指切角拉延、带冲工艺切口及冲工艺孔的拉延。
8.2切角拉延：
◇制件拉延成形时角部材料流动困难、易破裂，这时需要切去角部余料。
为了省去落料
模故采用此种切角拉延的复合方法。
结构参考下图。
◇切角刃口的入模量为：
6-8mm。
◇下图中切角处为斜面溜料，也可以不设计溜料斜面，废料直接留在切刃附近。
这时应设计一定的存料空间，并为取料铸造出下手空间。
由于本公司的批量较小，可以提前切割掉，不需要采用切角拉延的复合方法。
8.3切口拉延：
◇材料拉伸超过极限会产生破裂，因此加入切口或冲孔使材料易于流动。
◇外板件应注意切口时产生的粉末会给制件造成斑点。
8.4.1设计标准：
①破裂刀的凸出刃口应设计在拉延模口的凹形一侧。
破裂刀的突出刃口需低于周围制件形面，但当突出刃口的高度小于所需要的提前切入
量时，另一侧的破裂刀刃口也可高出制件形面，以满足所需的提前切入量，但要保证
不划伤制件表面。
②为了能够调整破裂刀的切入量，在凸模破裂刀的底面安装5mm的垫片。
③冲孔时尽量为正圆形。
④切口破裂刀的位置和形状由设计人员决定，破裂刀的高度（切口时机）根据CAE分析结果确定。
切口的切入量最大为15mm，一般为10mm。
⑤破裂刀的安装部位形状应尽量简单，安装部位的轮廓线与拉延凸模或凹模贴合，不留
缝隙。
8.4.2破裂刀的几种形式：
下图中右边的刺破刀适用于薄板料，且刺破位置的制件表面形状平缓。
9.拉延模的压力源（仅介绍）
9.1.单动拉延模压力源的种类：
①使用压机上的气垫：
最常用的方法是利用压机上的气垫，用气垫顶杆传递气垫的压力。
②使用弹簧：
利用压缩弹簧进行拉延加工，将弹簧留出需要的行程并施加预压的方法，一般用于行程
50mm以下的拉延加工。
弹簧使用组件，使用时每根分别施加预压。
③使用橡胶：
与弹簧不同之处在于有永久性变形，不能施加预压，因此增加了不必要的行程量，使材料的投入性和成形性困难。
④使用氮缸：
氮气缸有独立式和串联式两种使用方式，可以获得高压力，最适合于50mm以上的深
拉延件。
独立式比串联式在成本方面有绝对的优势。
10.气垫行程的设定
10.1单动拉延模的气垫行程是根据从压料面的托起位置
到拉延下死点位置的高度来确定的。
◇压边圈位于气垫托起状态并持有毛坯，这时应
确保毛坯不接触凸模形面的最高点。
制件如果在托起状态时与凸模接触，其表面
质量有可能不合格（皱纹）。
10.2所谓不接触凸模形面的高度是指从侧面看气垫由下死
升级会员 