复杂板金件成型模具设计.docx
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复杂板金件成型模具设计
1.前言
随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。
近年来许多模具企业因此加大了用于技术进步的投资力度，一些国内模具企业已普及了二维CAD,并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、l-DEAS等国际通用软件，目前，以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步。
此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发，在模具CAD/CAE/CAN技术方面取得了显著进步。
而模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求。
由于本设计内容复杂，从设计方案的制定，零件的设计及选择，各类图形的绘制，设计说明书的撰写等方面均为两人互相合作完成。
图纸方面：
凸模是是黄伟健设计；凹模是有蓝琦设计。
其它部分主要是在双方一起探讨下互相合作完成的。
说明书方面：
模具方案A、B是有黄伟健提出，C是有蓝琦提出，故选用最好的B方案。
凸模是是黄伟健设计；凹模是有蓝琦设计。
在冲压设备的选用；定位装置制定方面是有蓝琦负责，压力中心设计；冲裁间隙的分析、计算及其选取主要是有黄伟健负责。
2.主要设计内容
2.1零件特点和工艺分析
2.1.1零件分析
本零件是结合压形、冲孔、翻边翻孔、切边成形的复杂零件。
冲压件尺寸精度高，尤其是四个安装卡位精度要求高，孔的位置公差要求一般，表面粗糙度一般，互换性能好。
具有强度高、刚性好的特点。
2.1.2批量
该零件总生产数量为大批量生产。
2.1.3工件及其冲压工艺性分析
底板是薄板件，工件的四边上的四个安装孔的位置要求高，四个安装卡位的位置是用来装配的，所以定位和形状的精度都很严格。
其他的尺寸和表面粗糙度要求一般。
图2-1产品图
2.1.3.1零件形状和技术要求制定工序顺序
冲压该零件的基本工序顺序有压形、冲孔、翻边翻孔成形，其中成形、冲孔决定了零件的总体形状和尺寸，因此工序十分重要。
凸模采用凸模，凹模采用成型冲头，周壁采用翻边模。
（图2-2）
图2-2模具基本结构
2.1.3.2材料性能[2]
上模板：
A3
上模：
45#
压料板：
45#
下模：
45#
下模固定板：
A3
下模板：
A3
支撑板：
45#
退料顶板：
45#
顶杆：
45#
模脚：
A3
导柱：
滚珠导柱Ф35
2.2难点、成型质量控制
难点在于控制四个安装卡位的位置和尺寸的控制。
2.3难点处理
在制造过程中模具质量一定要严格控制，并要进行多次的试验。
2.4零件制造方案制定
A方案：
采用压形、切边、冲孔、翻边翻孔成形。
其优点：
工序分散、工件尺寸精度高，特别孔的定位尺寸精度高。
其缺点：
工序分散，占用设备和人员比较多。
B方案：
采用压形、切边冲孔、翻边翻孔，冲孔成形。
其优点：
工序分散、模具制造、装配简单。
其缺点：
孔的定位一定要准确，否则孔的定位尺寸不能保证。
C方案：
采用落料、压形冲孔复合模、翻边翻孔成形。
其优点：
工序集中，占用设备和人员少。
其缺点：
模具制造、装配复杂、体积大、重量重、模具制造成本高。
综上所述：
该零件只对周边四个孔的定位和安装卡位的尺寸要求高，其他的尺寸精度要求一般是自由公差。
以上三种方案均能满足要求，但考虑到模具制造成本、体积大小、占用设备和人员情况，工厂生产批量大，维修的方便和改造，以及工厂设备的实际情况，B方案最好，故选用。
建议在批量小时，工厂设备允许的情况下使用C方案，以提高生产效率。
2.5冲压设备的选用
2.5.1压力机类型的选择
加工小型拉深件，多选用开式单柱机械压力机。
因为这种压力机的生产效率高，能源消耗较低，因此成本也较低。
对于大中型拉深件，可选用闭式双柱机械压力机，最好配备气垫装置。
对于大量生产的较大拉深件，最好选用双动拉深压力机，以使模具结构简单，调整方便，工艺稳定性也好。
由于本模具的需要所以选用油压机。
2.5.2压力机行程的确定
多数拉深模都采用逆出件方式，为了方便处件，压力机的行程必须大于工序件高度的2倍。
如果小型拉深模采用顺出件方式，拉入凹模内的工件可以从凹模下漏出，则压力机的行程只要大于工序件高度与凹模深度之和就可以了。
2.5.3冲裁力的计算
计算冲裁力的目的为了合理地选用和设计模具，冲床的吨位必须大于计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。
一般情况下，冲裁力按以下公式（式2-1）计算：
F=Ltбb=480KN=48吨（式2-1）
其中：
F=冲裁力（N）
t=加工材料厚度（mm）
L=冲裁轮廓的周长（mm）
бb=材料的抗剪强度（mpa）
其中：
t=1.2，бb=280mpa，冲裁轮廓周长1406mm
2.5.4卸料力的计算
采用固定卸料逆处件，凸模内设置一个压料板，冲裁时用这种卸料方式就可获得很平整的工件。
有些工厂对于要求平整的小型冲裁件，先采用顺出件式模具完成冲裁加工，再用平板式的校平模进行校平。
这样安排工序是不合理的，一方面由于弹性变形的存在，用压平的方法不可能完全消除冲裁时产生的弯曲变形，因而得不到很平整的工艺；另一方面对单个的小工序件进行再加工时不够安全，很容易压伤手指。
虽然在工艺规程中可以规定不允许徒手送取，要求使用镊子夹取工件，但是连续多次夹取后，操作者就容易因手指感到疲乏而改为徒手操作，压伤手指的事故仍可能发生。
冲压技术工作者应当十分重视安全生产问题，在工艺设计时就注意消除任何不安全的隐患。
如果上述工件采用固定卸料逆出件式模具冲裁，省去校平工序，既可满足工件对平面度的要求，又能保证安全生产。
因此，在设计过程中，压力的计算是一个必要的环节的。
压力计算内容包括卸料力、推件力、顶件力。
影响卸料力、推件力和顶件力的因素很多，其中以冲裁间隙、冲裁件的形状及尺寸影响较大，其次是材料的力学性能、板料厚度、搭边料的宽度、润滑与粘附情况等。
一般地讲，冲裁间隙较小时，材料与凸模的包紧力或与凸模的张紧力都比较大，因此卸料力、推件力和顶件力也都比较大，随冲裁间隙的增大，这些力都将减小。
但当冲裁间隙过大时，由于冲裁时板料产生较大的弯曲变形，反而使这些力增大。
由上述分析可见，影响卸料力、推件力和顶件力的因素很多，，根本无法准确计算。
在生产中均采用下列经验公式计算：
FQ1=K1F（N）（式2-2）
FQ2=K2nf（N）（式2-3）
FQ3=K3F（N）（式2-4）
式中FQ1、FQ2、FQ3——分别为卸料力、推件力、顶件力；
K1、K2、K3、——分别为卸料力系数、推件力系数、顶件力系数，其值见《冲压工艺与模具设计》[1]表1-7；
n——同时卡在凸模孔内的工件或废料片数，n=h/t,h为凹模直刃高度，t为板厚；
F------冲裁力（N）。
计算结果如下：
FQ1=21.6KN,FQ2=290KN,FQ3=28.8KN
其中参数选择K1=0.045、K2=0.05、K3=0.06、n=12、F=480KN
总冲压力为：
F0=F+FQ1+FQ2+FQ3=820.4KN（式2-5）
2.5.5额定压力的确定[4]
确定压力机额定压力主要依据是总冲压力。
在选择机械压力机进行拉深加工时，特别应引起注意的是不能简单地按总从压力确定压力机的额定压力，以为只要压力机的额定压力大与总冲压力就可选用，那很不合理的。
从分析压力曲线图[1]可以看出这一点。
故在选择机械压力机用与拉深加工时，一般可按下式核算：
浅拉深时:
∑F≤（0.7～0.8）F0（式2-6）
浅拉深时：
∑F≤（0.5～0.6）F0（式2-7）
式中∑F-——总冲压力；
F0——机械压力机额定压力。
根据以上经验公式可确定压力机的额定压力为1000KN。
根据以上原则选定压力设备为油压机，其相关参数如下：
公称压力1000KN
公称力行程10mm
滑块行程150mm
工作滑块速度快进120mm/s工进5mm/s回程100mm/s
2.6定位装置
采用接触定位，用活动挡料销。
活动挡料销是一种可以伸缩的挡料销。
采用弹簧顶挡料装置，使用可靠且耐用。
下模定位销分布如图（图2-3）
图2-3下模定位销分布图
2.7关于压力中心
模柄中心线要通过凹模板的中心。
冲裁过程中心须使冲压力的合力作用线（压力中心）与模柄中心线重合，否则将使冲模和压力机滑块承受侧向力，引起凸、凹模间隙不均匀和导向零件加速磨损，甚至还会引起压力机导轨的磨损、影响压力机精度。
图2-4压力中心示意图
2.8冲裁间隙的选取[6]
2.8.1冲裁间隙对冲裁件质量的影响
1、冲裁间隙对断面质量的影响
冲裁件的断面质量主要指塌角的大小、光亮带占板料厚度的比例、剪切面的表面粗糙度及断裂面的斜角大小等。
2、冲裁间隙对毛刺的影响
冲裁件的毛刺问题属于断面质量问题，但由于它十分重要，故在此单独讨论。
一般使用的冲裁件对尺寸精度没有过高的要求，毛刺高度便成为评定其质量的主要指标。
冲裁间隙是影响毛刺大小的主要因素，但材料不同时其影响程度却有较大差别。
3、冲裁间隙对尺寸精度的影响
尺寸精度是指工件的实际尺寸与图样上标注的基本尺寸的差值所能达到的公差等级。
冲裁件的尺寸精度应包括两类：
一是外形和内形的形状尺寸精度；二是孔距、同心度、平面度等形位尺寸精度。
前者主要受凸模和凹模刃口尺寸制造精度的影响，也受冲裁间隙的影响。
而后者的影响因素较多，与模具结构类型有关，还受模具装配误差和定位误差的影响，板平面的平面度也受冲裁间隙的影响。
2.8.2冲裁间隙值的确定
根据《冲压工艺与模具设计》[1]表1-3中所提供的参考依据选择可得，单面间隙c=3-7%，t=1.2mm,取c=0.6mm。
2.8.3定模具刃口尺寸及其制造公差设计原则
3、设备
根据F=48吨
FQ1=21.6KN,FQ2=290KN,FQ3=28.8KN
总冲压力为：
F0=820.4KN
所以压力机采用1000千牛的油压机，（根据冲裁力选择）
4、设计总结
通过这次冲压模具的设计，我真正地了解到一套模具的完整结构，从收集资料到设计一步一步做过来，把我们三年来所学的知识全部结合运用，正真做到灵活贯通。
我相信通过这次毕业设计的训练，对于我们即将进入社会打好了一定的基础。
本复杂板金成型模具设计,我的第一副比较全面的模具设计,选题难,尺寸精度要求高.在规定的时间内完成从模具装配.结构及零件的设计.除了自己的努力外,更多的是要感谢各位老师在我设计过程中对我的指导.
同时,在我的图纸绘制,工艺分析,模具零件加工工艺分析等方面的有了更进一步的提高,使我的专业知识增加坚固，还有就是应用软件Pro/EAUTOCAD的使用更加熟练。
这次毕业设计令我们获得很多宝贵经验，让我在一张白纸上画上了框架，这些东西对我们以后出来找工,做工提供了很好的帮助.
参考文献
[1]钟毓斌主编.冲压工艺与模具设计[M].北京：
机械工业出版社，2004.6.
[2]丁德全主编.金属工艺学[M].北京：
机械工业出版社，2000.5.
[3]赵跃文等编.冲压工艺与模具设计[M].北京：
北京大学出版，2005.
[4]模具实用技术丛书编委会.冲模设计应用实例[M].北京：
机械工业出版社，1999.
[5]付宏生主编.冷冲压成形工艺与模具设计制造[M].北京：
化学工业出版社，2005.
[6]贾崇田李名望主编.冲压工艺与模具设计[M].北京：
人民邮电出版社，2006.
致谢
在此，我要感谢我的指导老师温炜坚、李俊松老师在我设计课题从方案确定到具体实现结构上的热情指导。
他们的指导，让我修正了设计中
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