冲压模具翻遍整形模毕业设计说明书.docx

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冲压模具翻遍整形模毕业设计说明书

汽车门柱连接件翻边整形模具设计

摘要

本说明书在所要加工零件的基础上，经过仔细的论证和计算，完成了本次毕业设计题目的相关内容。

由于此次加工零件的加工工艺复杂，所以不能用一套模具来完成零件的加工，要单独设计两套模具，一套落料冲孔模、一套翻边成型模。

由于模具尺寸较大且不对称，模具的模座和冲头等不是标准件，要另行设计。

在模具设计过程中，主要进行了上下模座的设计，上下垫板的设计，落料和冲孔部分的设计，刃口尺寸的设计及计算，翻边部分的设计及计算，冲裁力的计算，翻边力的计算，压力机的选择，相关标准件的选择，考虑加工的工艺性等。

因被加工的零件窄且长，成形、翻边时不易定位，可能使翻边高度不均匀，在模具设计完成后根据实际加工情况，重新调整板料的尺寸和外形才可以正常加工。

在模具设计过程中，运用CAD技术进行模具结构设计和零件图纸的绘制。

考虑模具整体制造难度较大且整体重量较大，整副模具将增加制造和安装的难度，经过经验及相关计算，可以使用组合分体模具完成该模具的全部制造。

关键字：

模具、落料冲孔、翻边成型、标准件。

AutomotiveConnectorspostmolddesignplasticflange

Abstract

Thisinstructionbookletinmustprocessthecomponentsinthefoundation,aftercarefulproofandcomputation,hascompletedthisgraduationprojecttopicrelatedcontent.Becausethisprocessingcomponentscraftiscomplex,sowecannotuseadietocompletetheprocessingofthisparts,mustalonedesigntwosetsofdies,acuttingpunchedholedie,aupsidingdownedgesdie.Becausethemoldsizeisbigalsoisasymmetrical,thediebaseandpunchisnotastandardhardware,mustseparatedesign.Indiedesignprocess,mainlyprocessprojectonthepunchset,dieset,punchpad,diepad,pierce,forming,toolpointdesignandsizecalculation,upsidingdownedgesofthedesignandcalculation,stampingpowercalculation,upsidingdownedgespowercalculation,hydraulicmachineselect,Relatedstandardsofstandardpartsatc.Becausethecomponentsprocessesisbeennarrowalsoislong,bendingandupsidingdownedgesnotpositioning,Indiedesignbasedontheactualcompletionoftheprocessing,readjuststhesheetsizeandthecontouronlythenmayprocessnormally.Indiedesignprocess,exertionCADstructuraldesignandlayoutforthepartsdrawings.Consideramoldingtoolawholemanufacturingadifficultybiggerandwholeweighttocomparegreatly,thewholemoldingtooldifficultyofincrementmanufacturingandfixing,throughexperienceandtherelatedcalculation,canuseadiscretemoldingtoolofcombinationtocompleteallmanufacturingsofthismoldtool.

Keyword：

die,punchedhole,upsidingdownedges,standardparts

目录

引言1

第1章设计任务书2

第2章确定工艺方案3

第3章相关计算4

3.1内孔翻边的工艺计算4

3.1.1翻边件的口部壁厚5

3.1.2翻边力P和翻边功A5

3.1.3翻边间隙和凸、凹模尺寸5

3.2内凹外缘翻边的计算6

3.3翻边凹模刃部的入模量7

第4章初步选定压力机9

4.1压力机类型的选择9

4.2压力机规格的选择9

第5章模具安装11

第6章翻边模具主要零件的结构设计与加工工艺12

6.1模具材料的选用12

6.2模具的总体设计12

6.3工作零件的结构设计12

6.4模架、模柄的选择14

6.5螺钉的选择14

第7章成形模具凸凹模的数控加工工艺分析15

7.1产品分析15

7.2成型零件结构与分析15

7.3工艺分析15

7.3.1工艺基准选择16

7.3.2装夹方式的选择16

7.3.3加工顺序安排16

7.4基于MaterCAM的数控加工工艺过程17

7.5分析与小结17

第8章选定设备19

总结20

参考文献22

引言

模具是用以限定生产对象的形状和尺寸的装置。

它在工业生产中有着举足轻重的作用，在“十五”规划中，模具被认为是“工业生产的基础工艺装备”，国民经济的五大支柱产业机械、电子、汽车、石化、建筑都要求模具工业发展与之相适应。

中国成模具制造大国当今世界正进行着新一轮的产业调整，一些模具制造逐渐向发展中国家转移，中国正成为世界模具大国。

结合本专业，将本次毕业设计的内容定为一个冲压成形零件的设计。

在设计过程中，为了保证零件的精度，形状，以及降低模具的复杂程度，我们将此零件的制作分成两个过程，分别为落料拉深冲孔和翻边整形。

由于零件采用1mm镀锌钢材料且结构较为复杂，在拉深，冲裁过程中毛坯易产生变形，所以作为成形工艺的翻遍整形是必不可少的工序。

翻边是将制件的边缘翻成竖直或呈一定角度的直边，是冲压工艺中的成形工序之一。

翻边用于制出便于装配的部位，或者制出提高制品刚度的特定形状，在大型钣金成型时，也可作为防破裂或防折皱的手段。

按其工艺特点翻边可分为孔翻边，外缘翻边和变薄翻边等。

按变形性质可分为伸长类翻边、压缩类翻边以及属于体积成形的变薄翻边等。

伸长类翻边的特点是：

变形区材料受拉应力、切向伸长、厚度变薄、易发生破裂，如圆孔翻边和外缘翻边中的内曲翻边等。

压缩类翻边的特点是：

变形区材料切向受压应力、产生压缩变形、厚度增厚，易起皱，如外缘翻边中的外曲翻边。

整形是对立体制件进行形状和尺寸的修正。

整形主要用来获得形状和尺寸精度要求高的立体制件。

修正弯曲件的回弹、拉深件筒壁的锥形、冲压件的尺寸误差或圆角过大等。

由于制件的几何形状、精度及整形内容不同，整形所用的方法和整形过程中的应力应变状态也有所不同。

模具将在工业生产中占据越来越重的地位，本次设计会加深我们对模具的了解，也必将为我们更好的适应将来的设计工作起到非常重要的作用。

第1章设计任务书

设计题目：

汽车门柱连接件翻边整形模具设计

课题来源：

工厂

课题依据：

毕业设计课题来自企业生产的某型汽车门板立柱连接件，为了安装连接刚度和强度等功能要求，采用金属板材冲压成型，零件的结构形状比较复杂，小孔尺寸及其中心距精度要求较高，成型工艺涉及冲裁、拉伸、翻边和整形等工序。

设计依据：

实物零件

图1

第2章确定工艺方案

确定方案就是确定冲压件的工艺路线，主要包括冲压工序数，工序的组合和顺序等。

确定合理的冲裁工艺方案应对不同的工艺分析进行全免的分析与研究，比其综合的经济技术效果，选择一个合理的冲压工艺方案。

本零件的成形设计落料、拉深、冲孔、翻边整形四个工序，大体有三中工艺方案供选择：

方案一：

单工序模。

一次完成落料、拉深、翻边整形工序。

方案二：

落料拉深模与翻边整形模配合完成。

方案三：

落料拉深翻边复合模

第一种方案实现要四个模具分四次完成，成本及复杂程度都较高；第三种方案可以一次成形，但是模具较复杂，对零件的精度要求会较高，制造精度也不好保证。

综合这些因素，最终决定选择第二种方案。

第3章相关计算

3.1内孔翻边的工艺计算

内空翻边的工艺主要是依据制件尺寸计算出预制孔直径d和核算翻边高度H。

由于翻边时材料主要沿切向拉深，厚度变薄，径向变形不大，所以可以根据弯曲件中性层长度不变的原则近似计算预制孔的孔径。

实践证明，这种近似计算方法的误差不大。

图2

对于拉伸毛坯内孔翻边，若要求制件的高度H>Hmax,就不能直接采用平板毛坯一次翻边成形，而应该先拉深、底部冲预制孔后再进行翻边。

这时，首先要确定翻边所能达到的最大高度h，然后确定拉深高度h1。

翻边所能达到的最大高度h计算如下：

h=（D-d）/2-（r+t/2）+π/2（r+t/2）或h≈D/2（1-d/D）+0.57r

（1）

若以极限翻边系数mmin代入，即可求得直壁的极限翻边高度：

Hmax=D/2（1-mmin）+0.57r

（2）

预拉深高度h1为

h1=H-h+r+t（3）

预制孔直径为

d=mminD或d=D-2h+1.14r（4）

3.1.1翻边件的口部壁厚

翻边时，直壁部分口部变薄比较严重，可以近似计算如下：

t’=t√d/D（5）

式中：

D——翻边孔中线直径;

h——翻边的直壁高度;

r——翻边圆角半径

t——板料厚度

3.1.2翻边力P和翻边功A

一般说来，翻边所需要的力并不大。

对用圆柱形平底凸模翻边，可按式（4）进行计算

P=1.1πtσs（D-d）（N）（6）

式中σs——材料的屈服强度，MPa。

如采用球形、锥形或抛物线形凸模时，上式翻边力可降低20%~30%左右。

无预制孔的翻边力是有预制孔的1.33-1.75倍。

翻边所需要的功A为：

A=Ph（N*m）（7）

式中：

h——凸模的有效行程，m。

P——翻边功率，其计算与拉深时相同。

3.1.3翻边间隙和凸、凹模尺寸

由于翻边时直壁厚度有所变薄，因此翻边的单边间隙Z一般小于材料原有的的厚度。

翻边的单边间隙见下表：

材料厚度t

平板翻边间隙z

拉深件翻边间隙z

0.3

0.25

-

0.5

0.45

-

0.7

0.6

-

0.8

0.7

0.6

1.0

0.85

0.75

1.2

1.00

0.90

1.5

1.30

1.10

2.0

1.70

1.50

2.5

2.20

2.10

一般情况下，圆孔翻边的单向间隙Z=（0.75-0.85）t,这样使翻边直壁稍有变薄，以保证筒壁直立。

Z在平板件上可取较大些，而拉深件上则应取较小些。

对于具有小圆角半径的高筒壁翻边，如螺纹底孔或与轴配合的小孔筒壁，取Z=0，65t左右，以便使模具对板料产生一定的挤压，从而保证直壁部分的尺寸精度。

当Z增大到（4-5）t时，翻边力可降低30%-35%，所翻出的制件圆角半径较大，相对其筒壁高度较小，尺寸精度低。

适合用于翻制飞机、汽车、轮船的门窗和某些大中型件上的竖孔。

这样既美观，又可减少构件的质量，同时还可以提高构件的强度和刚度。

翻边内孔的尺寸精度主要取决于凸模。

翻边凸模和凹模的尺寸按下式计算：

Dp=（D0+Δ）

Dd=（Dp+2Z）

式中：

Dp——翻边凸模的直径；

Dd——翻边凹模的直径；

δp——翻边凸模直径的公差；

δd——翻边凹模直径的公差；

D0——翻边竖孔的最小直径；

Δ——翻边竖孔内径公差。

通常不对翻边竖孔的外形尺寸和形状提出较高的要求，其原因是在不变薄的翻边中，模具对变形区直壁外侧无强制挤压，加上直壁各处厚度变化不均匀，因而竖孔外径不易控制。

如果对翻边竖孔的外径精度要求较高时，凸凹模之间应取小的间隙，以便凹模对直壁外侧产生挤压作用，从而控制其外形尺寸。

3.2内凹外缘翻边的计算

图3

沿着具有内凹形状的外缘进行翻边就称为内凹外缘翻边，如图3所示这也是一种拉深类成形。

内凹外缘翻边的变形程度εd用下式表示

Εd=b\R-b

式中：

b——翻边的外缘宽度；

R——翻边的内凹圆半径。

3.3翻边凹模刃部的入模量

翻边凹模刃部剖面相关尺寸见图7a所示，通常情况下h1=3+R。

翻边凹模刃部R的确定：

当料厚<1.2mm时，R=3mm；当料厚≥1.4mm时，R=5mm。

翻边凹模刃部的入模量的确定应遵循以下原则：

（1）当翻边线弯曲，翻边高度相同时，沿冲压方向的凹模刃部入模量不变。

（2）翻边高度有变化时，应按高的翻边处确定凹模刃部入模量。

（3）整形尺寸小于翻边高度时，凹模刃部入模量由一个定值L1逐渐变化到整形尺寸L2（见图7b所示）。

（4）斜面翻边时，应使端部先翻边，即A>B，且A缓慢变化至B（见图7c所示）。

图4

第4章初步选定压力机

4.1压力机类型的选择

（1）中、小型冲压件选用开式机械压力机；

（2）大、中型冲压件选用双柱闭式机械压力机；

（3）导板模或要求导套不离开导柱的模具，选用偏心压力机；形模等。

（4）大量生产的冲压件选用高速压力机或多工位自动压力机；

（5）校平、整形和温热挤压工序选用摩擦压力机；

（6）薄板冲裁、精密冲裁选用刚度高的精密压力机；

（7）大型、形状复杂的拉深件选用双动或三动压力机；

（8）小批量生产中的大型厚板件的成形工序，多采用液压压力机。

4.2压力机规格的选择

（1）公称压力

压力机滑块下滑过程中的冲击力就是压力机的压力。

压力的大小随滑块下滑的位置不同，也就是随曲柄旋转的角度不同而不同。

压力机的公称压力----我国规定滑块下滑到距下极点某一特定的距离Sp（此距离称为公称压力行程，随压力机不同此距离也不同，如JC23-40规定为7mm,JA31-400规定为13mm，一般约为（0.05～0.07）滑块行程）或曲柄旋转到距下极点某一特定角度α（此角度称为公称压力角，随压力机不同公称压力角也不相同）时，所产生的冲击力称为压力机的公称压力。

公称压力的大小，表示压力机本身能够承受冲击的大小。

压力机的强度和刚性就是按公称压力进行设计的。

压力机的公称压力与实际所需冲压力的关系----冲压工序中冲压力的大小也是随凸模（或压力机滑块）的行程而变化的。

两种实际冲压力曲线不同步，与压力机许用压力曲线也不同步。

在冲压过程中，凸模在任何位置所需的冲压力应小于压力机在该位置所发出的冲压力。

图中，最大拉深力虽然小于压力机的最大公称压力，但大于曲柄旋转到最大拉深力位置时压力机所发出的冲压力，也就是拉深冲压力曲线不在压力机许用压力曲线范围内。

故应选用比图中曲线1所示压力更大吨位的压力机。

因此为保证冲压力足够，一般冲裁、弯曲时压力机的吨位应比计算的冲压力大30%左右。

拉深时压力机吨位应比计算出的拉深力大60%～100%。

（2）电动机功率的选择

必须保证压力机的电动机功率大于冲压时所需要的功率。

常用压力机的技术参数可查阅有关手册。

翻边整形：

选定公称压力大于125KN的双动薄板冲压液压机

第5章模具安装

在压力机上安装与调整模具，是一件很重要的工作，它将直接影响制件质量和安全生产。

因此，安装和调整冲模不但要熟悉压力机和模具的结构性能，而且要严格执行安全操作制度。

模具安装的一般注意事项----检查压力机上的打料装置，将其暂时调整到最高位置，以免在调整压力机闭合高度时被折弯；检查模具闭合高度与压力机闭合高度之间的关系是否合理；检查下模顶杆和上模打料杆是否符合压力机的除料装置的要求（大型压力机则应检查气垫装置）；模具安装前应将上下模板和滑块底面的油污揩拭干净，并检查有无遗物，防止影响正确安装和发生意外事故。

模具安装的一般顺序（指带有导柱导向的模具）：

（1）根据冲模的闭合高度调整压力机滑块的高度，使滑块在下止点时其底平面与工作台面之间的距离大于冲模的闭合高度。

（2）先将滑块升到上止点，冲模放在压力机工作台面规定位置，再将滑块停在下止点，然后调节滑块的高度，使其底平面与冲模座上平面接触。

带有模柄的冲模，应使模柄进入模柄孔，并通过滑块上的压块和螺钉将模柄固定住。

对于无模柄的大型冲模，一般用螺钉等将上模座紧固在压力机滑块上，并将下模座初步固定在压力机台面上（不拧紧螺钉）。

（3）将压力机滑块上调3～5mm，开动压力机，空行程1～2次，将滑块停于下止点，固定住下模座。

（4）进行试冲，并逐步调整滑块到所需的高度。

如上模有顶杆，则应将压力机上的卸料螺栓调整到需要的高度。

第6章翻边模具主要零件的结构设计与加工工艺

6.1模具材料的选用

模具材料的选用，不仅关系到模具的使用寿命，而且也直接影响到模具的制造成本，因此是模具设计中的一项重要工作。

在冲压过程中，模具承受冲击负荷且连续工作,使凸、凹模受到强大压力和剧烈磨擦，工作条件极其恶劣。

因此选择模具材料应遵循如下原则：

（1）根据模具种类及其工作条件，选用材料要满足使用要求，应具有较高的强度、硬度、耐磨性、耐冲击、耐疲劳性等；

（2）根据冲压材料和冲压件生产批量选用材料；

（3）满足加工要求，应具有良好的加工工艺性能，便于切削加工，淬透性好、热处理变形小；

（4）满足经济性要求。

模具材料的种类很多，应用也极为广泛。

冲压模具所用材料主要有碳钢、合金钢、铸铁、铸钢、硬质合金、钢结硬质合金以及锌基合金、低熔点合金、环氧树脂、聚氨酯橡胶等。

冲压模具中凸、凹模等工作零件所用的材料主要是模具钢，常用的模具钢包括碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢、高速工具钢、基体钢、硬质合金和钢结硬质合金等（可参见GB/T699—1999、GB/T1298—1986、GB/T1299—2000、JB/T5826—1991、JB/T5825—1981、JB/T5827—1991等）。

6.2模具的总体设计

根据已经确定的工艺方案，分析可知模具结构采用单件加工，翻边方向向下，凹模定位，固定装置卸料，模架结构形式采用中间导柱标准模架。

6.3工作零件的结构设计

图5

翻遍整形凸摸：

结构与零件外表面结构一致，凸缘尺寸为零件外表面尺寸

图6

翻遍整形凹模：

结构与零件内表面结构一致，预留内孔翻边和内缘翻边尺寸

图9

翻遍凹模：

主要负责零件的外缘翻边与压出加强筋

6.4模架、模柄的选择

（1）模架采用中间导柱模架，根据凹模周界尺寸L=400，B=125查手册表22.4-48初步选定模架400×125×（195～240）,又依据模具结构草图的各板厚度，测量或计算得模具闭合高度H=200mm，在模架最大最小闭合高度之间，所以所选模架合适。

上下模座的尺寸分别400*125*40、400*125*50。

根据已选定的模架选择A型导柱导套，可确定参数如下:

导柱A32h6×190JB/T7187.1，导套A32H7×100×38JB/T7187.3。

（2）模柄本模具采用凸缘模柄，根据所选的压力机，可得到模柄孔尺寸参数，可确定模柄相关参数如下：

C32JB/T7646.3

6.5螺钉的选择

（1）上模紧固螺钉

材料：

45#

规格：

GB699M20×40

（2）模柄紧固螺钉

材料：

45#

规格：

GB699M9×25

第7章成形模具凸凹模的数控加工工艺分析

成形模具的凸凹模往往具有各种自由曲面，非常适合在数控机床上进行加工。

数控加工的工艺与普通加工工艺有较大区别。

数控加工工艺是指采用数控机床加工零件时，所运用各种方法和技术手段的总和，应用于整个数控加工工艺过程。

由于数控加工具有加工效率高、质量稳定、对工人技术要求相对较低、一次装夹可以完成复杂曲面的加工等特点，所以，数控加工在模具制造行业的应用越来越广泛，地位也越来越重要。

数控工艺设计的好坏将直接影响数控加工尺寸的尺寸精度和表面质量、加工时间的长短、材料和人工的耗费，甚至直接影响加工的安全性。

下面通过实例对典型模具成型零件的数控加工技术进行分析。

7.1产品分析

本文举例的产品为某型汽车门板立柱连接件，材料为镀锌钢材。

产品的结构比较简单，存在拉伸表面、内孔翻边、内缘翻边和外缘翻边。

由于该产品为功能性零件，不属于精密的结构件，故产品的外观质量要求较高，尺寸公差要求不严格。

7.2成型零件结构与分析

在获得产品的实体造型或者工程图后，其模具可以使用Pro/ENGINEER、MaterCAM或者NX中的CAD功能进行设计，设计出来的模具。

该模具凸凹模具有以下特点：

（1）凹模毛坯尺寸为200×80×90mm，加工后尺寸为183×70×75mm，材料为CrWMn。

（2）凸模高度为58mm，倒角圆角较多且凹槽宽度较窄，最小圆角只有R1mm，用铣刀直接加工的话难度较大，可以利用放电加工达到要求。

由于产品的尺寸公差要求不高，所以可以对该凸凹模直接使用数控机床进行精加工。

7.3工艺分析　　

数控加工工艺与传统的加工工艺是有一定区别的。

由于数控机床大多都不具备工艺处理能力，加工过程的每一细节都必须预先确定，加工按照编好的程序自动完成，因此,必须在编程前对加工工艺做详细的分析，并设计好相应的加工工序。

7.3.1工艺基准选择

数控加工多采用工序集中原则进行加工，因此，在选择工艺基准时，应尽可能选择合适的基准要素，减少装夹次数，提高加工效率和加工精度;同时，选择定位基准时，需参照图纸的要求，使工艺基准与设计基准重合，减少因基准不重合带来的误差。

本例中，工件毛坯是经过磨削加工的长方体坯料，平行度、垂直度和尺寸精度都已得到保证，因此，可以选用长宽两方向相对面作为水平方向（XY方向）的基准;选用底面作为高度方向（Z方向）的基准。

同时在机床上找一对刀基准，以保证换刀后仍然可以准确地找到编程的高度基准，即工件坐标系的Z0点。

这些基准面在数控加工过程中不再加工，作为加工基准可以保证基准的准确性和前后的统一性。

7.3.2装夹方式的选择

　铣削加工时，工件的装夹方式一般有采用压板加螺栓装夹、使用机用平口钳装夹和使用专用夹具装夹等形式。

模具凸凹模属于单件订单生产，一般不使用专用夹具;本模具凹模的尺寸为200×80×90mm，属于小型工件，因此，选择用机用平口钳进行装夹。

　采用机用平口钳装夹时，要考虑到凸模的高度为58，因此，装夹后毛坯顶面离平口钳钳口的高度应大于58mm，底面可用等高垫铁垫起。

7.3.3加工顺序安排

在数控机床上加工的零件，一般按照工序集中的原则划分工序，即每道工序应包括尽可能多的加工内容。

工序划分方法有按所用的刀具划分、按安装次数划分、按粗精加工划分或按加工部位划分等。

本例为模具凸凹模，属于单件生产，故在安排加工顺序