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湖 北 汽 车 工 业 学 院 毕 业（设 计） 论 文摘要论文主要介绍了东风重型车水箱护板翻边模具的设计过程，其中包括冲压件工艺过程的确定，工艺方案的技术和经济分析比较，模具结构的合理性分析，模具主要零件的结构形式、材料选择、公差配合和技术要求的说明，凸、凹模工作部分尺寸与公差的计算，冲压力的计算，模具主要零件的强度计算、压力中心的确定，弹性元件的选用与核算，冲压设备的选用依据，整个模具的装配步骤等。在设计过程中，严格按照零件的工艺要求，综合考虑模具结构的可靠性，产品质量的稳定性，安全及工作效率等因素。并且使用AutoCAD绘制二维图形，用PRO/Wildfire 3.0软件进行三维实体建模和虚拟装配。关键词：翻边模具 冲压力 三维实体建模 虚拟装配AbstractThis paper presents flanging die design process of the Dongfeng heavy vehicles tank-boards, including the identification process of the stamping, the technical and economic analysis of the programme, the reasonable analysis of the die structure, the main parts, structure of the mold form , material selection, the note of tolerance and meet the technical requirements, convex and concave die size and the tolerance of some of the terms-the pressure, the strength of the main components of the mold, the identification of the pressure on the centre, selection and accounting of the flexibility components, the optional basis of stamping equipment, the assembly steps of the whole mold. In the design process, accordance with the requirements of the parts in strict , considered the reliability of the die structure, the stability of quality, safety and efficiency of the product, and other factors. And the use of AutoCAD drawing two-dimensional graphics, with pro / eWildfire 3.0 software for 3D modeling and virtual assembly. Keyword: flanging die pressure three-dimensional modeling virtual assemblyThis paper presents the Dongfeng heavy vehicles tank-boards flanging die design process, including the stamping of the identification process, the programme of the technical and economic analysis, the die structure is reasonable analysis, mold forms the main part of the structure, Material selection, tolerance and meet the technical requirements of the note, convex and concave die size and the tolerance of some of the terms-the pressure, the main components of the strength of mold, the pressure on the centre of the identification, selection and flexibility components of the accounting, stamping equipment Optional basis, the whole mold assembly, and other steps. In the design process, in strict accordance with the requirements of the parts, considered the reliability of die structure, the stability of product quality, safety and efficiency, and other factors. And the use of AutoCAD drawing two-dimensional graphics, with pro / eWildfire 3.0 software for 3D modeling and virtual assembly. 前言制造业是我国国民经济的支柱产业，其增加值约占我国国民生产总值（GDP）的40%以上，振兴制造业是启动我国经济新高潮的杠杆。从技术进步角度看，以计算机为中心的新一代信息技术的发展，全面推动了制造技术的飞跃发展，在不断汲取其他相关领域新技术的基础上，使创新贯穿于制造全过程，并使技术与管理相结合，不断推出新的制造模式，推动了人类生产活动不断进步。中国已加入WTO，我国将获得一个更加稳定的国际经贸环境，大量外资企业将进入中国，各行各业将面临重大的机遇和挑战，模具行业也不例外，同时由于国内多数模具企业在技术上和质量上与国外先进水平存在较大差距，如何在最短时间内缩小这种差距，是关系到国内多数模具企业生存的关键问题。 随着我国汽车、摩托车、家电等工业的迅速发展，工业产品的外形在满足性能要求的同时，变得越来越复杂，而这些产品的制造离不开模具，这就要求模具制造行业以最快的速度、最低的成本、最高的质量生产出模具。为了达到上述要求，模具企业只有运用先进的管理手段和 CAD/CAM 集成制造技术，才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。本篇论文主要侧重于从工艺分析、冲裁力计算、结构设计、零件设计、计算机绘图等几个方面入手，通过分析计算设计出一套完整的水箱护板翻边模具。本文主要内容包括：简要描述了模具工业在国内外的发展现状、发展前景，简述了AutoCAD、PRO/E等计算机软件在模具设计中的应用；对零件进行工艺性分析，制定出工件的加工工艺，初步拟定该翻边模具的总体结构；对压力中心、冲裁力的计算；对凸、凹模的设计；对各标准件包括弹簧、导柱、导套和上、下模座选择过程的分析。同时，简要论述了AutoCAD、PRO/E在本模具设计中的应用及两者的结合。本文是在收集和阅读了大量的模具设计知识、网上查阅资料、模具工厂实地参观等基础上形成的。目录摘要IAbstractII前言III目录IV1 绪论11.1 本课题的来源、目的及意义11.2 课题背景及国内外研究现状11.2.1 模具CAD/CAM技术状况21.2.2 模具设计与制造能力状况21.2.3 专业化程度及分布状况31.2.4 冲压模具技术发展重点31.3 计算机技术在模具产业的应用31.3.1 CAD在模具设计中的应用31.3.2 PRO/E在模具设计中的应用42 工艺性分析和模具的结构形式52.1 零件的工艺性分析52.2 模具的结构形式53 模具设计计算过程73.1 计算冲模的压力中心73.2 计算冲压力83.2.1 弯曲力83.2.2 推件力和顶件力的计算93.3 回弹量的计算103.4 确定凸凹模工作部分尺寸103.4.1 凸凹模间隙103.4.2 凸凹模宽度尺寸计算113.4.3 凸模圆角半径123.4.4 凹模圆角半径和凹模深度133.5 凸凹模外形尺寸的确定133.5.1 凹模外形尺寸的确定133.5.2 凸模外形尺寸的确定154 模具的总体设计174.1 模具设计方案及可行性分析174.1.1 模具结构184.1.2 模具的闭合高度194.2 模具主要零部件的结构设计194.2.1 凸凹模的结构形式和固定形式194.2.2 定位零件的选择与安装214.3 推件和顶件装置的结构设计214.3.1 推杆、顶杆的尺寸计算214.3.2 选择橡胶弹簧224.4 导向零件的选择与安装244.4.1 导柱和导套尺寸的确定254.4.2 表面质量要求254.4.3 材料及热处理要求264.5 安装、紧固零件的结构设计264.5.1 模板的结构设计264.5.2 螺钉、销钉的选择与布置形式274.6 冲压设备的选择284.6.1 冲压设备类型的选定284.6.2 冲压设备规格的确定295 绘制模具总图315.1 绘制模具总图和各非标准件的零件图315.2 模具的功能要求和技术指标315.2.1 预计模具要达到的功能要求：315.2.2 技术要求：315.3 三维数字建模32主要模具零件的三维数字建模325.4 模具主要零部件制造及装配工艺编制335.4.1 凹模工艺规程335.4.2 下模座的工艺规程345.4.3 凸模的工艺规程355.5 上模板工艺规程365.6 翻边模装配工艺366 结论38结束语39致谢40参考文献41VII1 绪论1.1 本课题的来源、目的及意义课题来源于东风重型车生产实际中，设计一套重型车水箱护板翻边成型模具。通过对水箱护板翻边成型模具的改进，以提高加工精度和生产效率，缩短生产周期，降低制造成本，增长模具的使用寿命，而且依据生产过程的实施，可以建立或完善整个管理系统的和谐，从而更大程度上提高公司的生产发展水平，增强企业的市场竞争实力，获取更大的经济效益和社会效益。就东风汽车公司现生产中重型车水箱护板翻边成型模具进行现场调研发现存在如下主要问题：标准化程度低；模具制造周期长；模具品种少加工效率低；使用寿命短，材料利用率低等。基于上述原因，对东风重型车水箱护板翻边成型模具的研究已势在必行。通过对该模具的设计研究，不但能够缩短生产周期，降低制造成本，提高加工精度，延长模具寿命，而且通过计算机辅助设计，可以建立或完善三维数字化设计与装配仿真，从而更大程度上提高该模具的制造效率和质量，获取更大的经济利益。1.2 课题背景及国内外研究现状我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精密、复杂、长寿命的高档模具每年仍需大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。一些低档次的简单冲模，已趋供过于求，市场竞争激烈。大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。精度达到12m，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到Ra1.5m的精冲模，大尺寸（300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。 虽然中国模具产业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。计算机技术、信息技术、现代测控技术等在冲压领域的渗透与交叉融合，推动了先进冲压成形技术的形成和发展。1.2.1 模具CAD/CAM技术状况 近年来，已有一大批模具企业推广普及了计算机绘图技术，数控加工的使用率也越来越高，并陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统。如美国EDS的UG，美国Parametric Technology公司的PRO/Engineer，美国CV公司的CADS5，英国DELCAM公司的DOCT5，日本HZS公司的CRADE及space-E，以色列公司的Cimatron，还引进了AutoCAD、CATIA等软件及法国Marta-Daravision公司用于汽车及覆盖件模具的Euclid-IS等专用软件。国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了CAD/CAM技术，且模具的参数化设计也开始走向少数模具厂家技术开发的领域。在冲压成型CAE软件方面，除了引进的软件外，华中科技大学、吉林大学、湖南大学等都已研发了较高水平的具有自主知识产权的软件，并已在生产实践中得到成功应用，产生了良好的效益。 快速原型(RP)与传统的快速经济模具相结合，快速制造大型汽车覆盖件模具，解决了原来低熔点合金模具靠样件浇铸模具，模具精度低、制件精度低，样件制作难等问题，实现了以三维CAD模型作为制模依据的快速模具制造，并且保证了制件的精度，为汽车行业新车型的开发、车身快速试制提供了覆盖件制作的保证。1.2.2 模具设计与制造能力状况 在国家产业政策的正确引导下，经过几十年努力，现在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平，包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。虽然如此，我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。这些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都有较大差距。标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，和国外相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，仍存在一定差距。汽车覆盖件模具制造技术正在不断地提高和完善，高精度、高效益加工设备的使用越来越广泛。高性能的五轴高速铣床和三轴的高速铣床的应用已越来越多。NC、DNC技术的应用越来越成熟，可以进行倾角加工和超精加工。 模具表面强化技术也得到广泛应用。工艺成熟、无污染、成本适中的离子渗氮技术越来越被认可，碳化物被覆处理（TD处理）及许多镀（涂）层技术在冲压模具上的应用日益增多。真空处理技术、实型铸造技术、刃口堆焊技术等日趋成熟。激光切割和激光焊接技术也得到了应用。 1.2.3 专业化程度及分布状况 我国模具行业专业化程度还比较低，模具自产自配比例过高。国外模具自产自配比例一般为30%，我国冲压模具自产自配比例为60%。由于自配比例高，冲压模具生产能力的分布基本上跟随冲压件生产能力的分布。但是专业化程度较高的汽车覆盖件模具和多工位、多功能精密冲模的专业生产企业的分布有不少并不跟随冲压件能力分布而分布，而往往取决于主要投资者的决策。 1.2.4 冲压模具技术发展重点模具技术未来发展趋势主要是朝信息化、高速化生产与高精度化发展。从设计技术来说，发展重点在于大力推广CAD/CAE/CAM技术的应用，并持续提高效率，特别是板材成型过程的计算机模拟分析技术。模具CAD、CAM技术向宜人化、集成化、智能化和网络化方向发展，并提高模具CAD、CAM系统专用化程度。为了提高CAD、CAE、CAM技术的应用水平，建立完整的模具资料库及开发专家系统和提高软件的实用性十分重要。从加工技术来说，发展重点在于高速加工和高精度加工，提高模具标准化程度，搞好模具标准件生产供应， 模具表面的各种强化超硬处理等技术。 对于模具数字化制造、系统集成、逆向工程、快速原型/模具制造及计算机辅助应用技术等方面形成全方位解决方案，提供模具开发与工程服务，全面提高企业水平和模具质量，这更是冲压模具技术发展的重点。1.3 计算机技术在模具产业的应用1.3.1 CAD在模具设计中的应用模具行业是国家工业发展的重要基础行业，各种先进技术应首先应用于模具行业，CAD/CAE技术作为一项重要的技术手段，正越来越广泛地在模具行业得以应用。传统的模具设计是经过概念设计分析样品生产分析设计分析生产这样繁杂的过程后才最终确定那些复杂的模具原形。随着计算机的发展，CAD/CAE技术逐渐取代了传统的模具设计理念和设计方法，这种技术使得模具在进行真是的生产（包括样品生产）之前就已经通过了计算机应用软件进行了精确的结构设计、结构分析以及成形仿真过程。模具机构设计应用相应的CAD软件，根据要实现的功能、外观和结构要求，先设计草图，然后生成相应的实体，接着子装配和总体装配，仿真模具开模过程，检查干涉情况，并进行真实渲染。整个过程也可以从上到下进行修改，每个过程的参数都可以改变，并可以设定参数间的关联性。随着科技的不断进步，制造业正向数字化、全球化、网络化的方向发展，产品的生命周期越来越短，新产品的上市速度越来越快。模具是制造业的基本工艺设备，模具设计的、制造的效率对产品的开发效率有决定性影响。因此在模具设计的过程中，利用先进的CAD/CAE技术进行模具设计省事、省力，而且最为重要的是保证了成型后制品的准确性，减少了试模的次数，缩短了模具的设计及生产的周期。1.3.2 PRO/E在模具设计中的应用计算机辅助设计软件Pro/ E 是一个参数化的实体造型软件,不但能生成真实的几何形体,还可进行精确的模型分析,运动分析,干涉检查等。Pro/ E 的参数化特征造型技术大大减轻了设计人员的绘图工作量,提高了产品设计的效率和质量,利用Pro/ E相应的开发工具及技术开发冲压模具计算机辅助设计(CAD) 系统,可实现零件设计、装配设计、加工设计等同时进行,从而达到缩短模具的生产制造周期,提高产品质量的目的。PRO/ENGINEER 软件采用面向对象的统一数据库和参数化造型技术，具备概念设计、基础设计和详细设计的功能，为模具的集成制造提供了优良的平台。PRO/ENGINEER 软件为模具制造过程引进并行工程技术提供了可靠保证。 在实际生产过程中，应用PRO/ENGINEER软件，将原来模具结构设计模具型腔、型芯二维设计工艺准备模具型腔、型芯设计三维造型数控加工指令编程数控加工的串行工艺路线改为由不同的工程师同时进行设计、工艺准备的并行路线，不但提高了模具的制造精度，而且能缩短设计、数控编程时间达40%以上。 2 工艺性分析和模具的结构形式2.1 零件的工艺性分析产品工件图纸如图1所示，材料为铝合金（08AL），料厚为1.50.02mm，制件要求切端头精度为1mm，所有孔的位置精度为0.3mm。图2-1 零件图对零件分析可知，该零件形状简单、对称，精度要求低，可由拉延、修边、冲孔、翻边、压弯四道工序完成。根据各工序的变形特点和工件尺寸要求，为防止工件变形、保证工件的加工精度、减少工序数目和简化模具结构，冲孔需放在翻边前面，压弯放在最后。同时，修边和冲孔可在一道工序内完成。工序顺序为：（1）拉延；（2）修边冲孔；（3）翻边成型；（4）压弯。现对零件翻边成型的模具进行设计。2.2 模具的结构形式由于模具的结构比较灵活、多变，根据冲裁工艺性应满足工序数目少、模具结构简单而寿命长、产品质量稳定的原则，初步确定模具的结构，如图2所示。 图2-2 模具结构简图1模柄； 2垫板；3凸模； 4紧固螺钉；5上模板；6导套；7导柱； 8凹模镶块；9下模板；10顶料板；11定位销；12顶杆；13工件3 模具设计计算过程3.1 计算冲模的压力中心冲裁模的压力中心就是冲裁力合力的作用点。为了保证压力机和模具正常工作，必须使冲模的压力中心于压力机滑块中心线重合。否则，在冲压时会使冲模于压力机滑块歪斜，引起凸、凹模间隙不均匀和导向零件加速磨损，造成刃口和其它零件的损坏，甚至还会引起压力机导轨磨损，影响压力机精度。所以在设计模具时，必须要确定模具的压力中心，并使其通过模柄的轴线，从而保证模具的压力中心与压力机滑块中心重合。形状简单而对称的工件，如圆形、正多边形、矩形等，其冲裁时的压力中心于工件的几何中心重合。形状复杂的工件、多凸模冲孔模及连续模的压力中心则用解析法或作图发来确定（摘自文献1第15页）。凸模的截面形状如图3-1所示，用解析法确定凸模的压力中心。 图3-1 凸模的截面形状L1、L2 L10为基本线的长度，x1、 x2 x10为各基本线段的重心C到Z轴的距离，z1 z2 z10为各基本线段的重心C到X轴的距离 。 L1=45.8 x1=0 y1=0 z1=45.1L2=56.3 x2=28.15 y2=0 z2=22.2L3=47.9 x3= 79.45 y3=0 z3=6.2L4= 254.5 x4= 229.85 y4=0 z4=9.1L5=13.5 x5=363.85 y5=0 z5=4.55L6=316.8 x6=529 y6=0 z6=0L7= 16.3 x7=688.15 y7=0 z7=8.15L8=30.4 x8= 702.8 y8=0 z8=16.3L9= 51.7 x9=718 y9=0 z9=42.15L10=718 x10=359 y10=0 z10=68根据式得，压力中心到X轴的距离 （3.1）=(0+56.3*28.15+47.9*79.45+254.5*229.85+13.5*363.85+316.8*529+16.3*688.15+30.4*702.8+51.7*718+718*359)/(45.8+56.3+47.9+254.5+13.5+316.8+16.3+30.4+51.7+718)=363.49压力中心到Y轴的距离=0 （3.2）同理可得压力中心到Z轴的距离 （3.3） =（45.8*45.1+56.3*22.2+47.9*6.2+254.5*9.1+13.5*4.55+316.8*0+16.3*8.15+30.4*16.3+51.7*42.15+718*6）/（45.8+56.3+47.9+254.5+13.5+316.8+16.3+30.4+51.7+718）=37.153.2 计算冲压力3.2.1 弯曲力对于U形件,弯曲力的计算公式为 其中:材料在冲压行程结束时的自由弯曲力()；:弯曲件的宽度()；:弯曲件的厚度()；:弯曲件的内弯曲半径()；:材料的强度极限()；:安全系数,一般取=1.3。已知：=1.5，=325，=1，则各段弯曲时所需的弯曲力分别为：总弯曲力为：=14986+12750+23982+43759+25886+49269=1706323.2.2 推件力和顶件力的计算 推件力和顶件力（3.5）（3.6）其中：冲裁力()；：凹模里的工件数；、：分别为推件力系数、顶件力系数。已知：=170632，=1，知=0.07，=0.07，则 =1*0.07*17063211944 =0.07*17063211944冲压时的总工艺力为：（3.7） =170632+11944+11944 =1945203.3 回弹量的计算金属板材在塑性弯曲时总是伴随着弹性变形，因此当工件弯曲以后就会产生弹复，弹复量的多少将直接影响弯曲件质量，为了消除弹复对工件精度的影响，应当确定弹复值。回弹的大小通常用角度回弹量和曲率回弹量来表示。 翻边时工件的弯曲半径(58),工件的半径变化不大,则曲率回弹量=0 工件的弯曲半径=1，则曲率回弹量 弹角 AM程中，在尹 =03.4 确定凸凹模工作部分尺寸3.4.1 凸凹模间隙图3-2 凸、凹模间隙弯曲V形工件时，凸、凹模间隙靠调整压力机闭合高度来控制，不需要在模具结构上确定间隙。弯曲U形工件时，则必须选择适当的凸、凹模间隙。间隙的大小对工件质量和弯曲力又很大影响。间隙越小，弯曲力越大。间隙过小会使工件壁变薄，降低凹模寿命；间隙过大，则回弹较大，会降低工件精度，间隙值根据材料的种类、厚度以及弯曲件的高度和宽度（即曲线长度）来确定。弯曲有色金属时，间隙值为 其中:凸、凹模单面间隙()；：材料的最小厚度()；：材料的公称厚度()；：因数，于弯曲件高度和弯曲线长度有关。工件的材料为08,其厚度为=,因数=0.10,则凸、凹模单面间隙=1.633.4.2 凸凹模宽度尺寸计算根据凸凹模工作部位尺寸计算可得图3-3 凸、凹模尺寸按凸模尺寸配制，保证双面间隙Z或， 其中、：弯曲凸凹模宽度尺寸()；：凸、凹模单面间隙()；：弯曲件外形或内形尺寸()；：弯曲件的尺寸公差()；、：弯曲凸凹模制造公差()，采用IT7IT9级。已知：=64.2，Z=3.3，当弯曲件的基本尺寸为64.2，尺寸公差为IT14级时，公差值为=0.74；凸凹模的精度等级为IT8级，制造公差=46，则凸模宽度尺寸=凹模宽度尺寸=3.4.3 凸模圆角半径一般情况下，凸模圆角半径等于或略小工件内侧的圆角半径，但不能小于材料允许的最小弯曲半径。若，则应取，然后增加一次整形工序，使整形模的=。对于工件圆角半径较大（10），而且精度要求较高时，应考虑回弹的影响，将凸模圆角半径根据回弹角的大小作相应的调整，以补偿弯曲的回弹量（摘自文献1第103页）。08的最小弯曲半径=0.35=0.35*1.5=0.525。已知工件的内侧圆角半径值为1或3，根据可得凸模圆角半径 =1或=33.4.4 凹模圆角半径和凹模深度凹模的圆角半径一般不要少于3，以免弯曲时材料表面出现划痕。凹模两边的圆角半径应当一致，否则弯曲时毛坯会发生偏移。图3-4 凹模圆角半径和深度凹模深度要适当。若过小，毛坯两边自由部分太多，弯曲件弹复大，不平直；若过大，凹模增大，消耗模具钢材多，且需要压力机有较大的工作行程。已知：边长13.520.5,=1.5,得:凹模深度=12,凹模圆角半径=4。3.5 凸凹模外形尺寸的确定3.5.1 凹模外形尺寸的确定凹模的外形尺寸是指凹模的厚度、长度和宽度(盒形凹模)或厚度与外径（圆形凹模）。凹模板的厚度直接关系到模具的使用。厚度过小，影响凹模的强度和刚度；厚度过大，会使模具的体积和闭合高度增大，从而增加模具的质量。长度与宽度的选择直接与厚度有关，同时也是选择模架外形尺寸的依据（摘自文献1第51页）。1 查表确定凹模尺寸已知凹模内腔的最大尺寸为=660.12200,得:凹模壁厚=48,凹模厚度=30.2 按经验公式计算凹模尺寸根据式 (1.52),( 3040) 其中：垂直于送料方向凹模型孔壁间最大距离（） ：由和材料厚度决定的凹模厚度系数。可知:当=1.5，时, ，则凹模厚度 凹模壁厚 或按: （：冲裁力） 可得凹模厚度 如果按1计算的结果与按式2计算的结果比较接近,则说明按式(2.38)计算取值是适宜的.若计算的结果比按式(2.43)计算的值大,则应考虑适当减薄凹模厚度(摘自文献1第54页).取凹模厚度，凹模壁厚3 凹模强度校核凹模强度的校核主要是校核其厚度。凹模在冲裁力的作用下会产生弯曲，如果凹模厚度不够，就会产生较大的弯曲变形甚至断裂。图3-5 矩形凹模根据凹模强度校核计算公式 已知:, , 代入上式可得: 3.5.2 凸模外形尺寸的确定1 根据模具的结构确定凸模长度。凸模长度 其中：固定板厚度 （）； ：卸料板厚度 （）； ：导尺的厚度 （）； ：附加长度，主要考虑凸模进入凹模的深度（0.51）、总修磨量（10 15）及模具闭合状态下卸料板到凸模固定板间的安全距离（1520）等因素确定（摘自文献1第45页）。已知:=0，凸模进入凹模的深度为，修磨量为，模具闭合状态上模板到下模板间的安全距离为，则凸模长度, 取。2 凸模强度校核凸模工作时受到交变载荷作用，冲裁时受到轴向压缩作用，卸料时受到拉伸作用。由于冲裁时凸模刃口端面承受的轴向压力远大于卸料时受到的拉力，当用小凸模冲裁较厚或较硬的材料时，有可能因受到的压应力超过模具材料的许用压应力而损坏（摘自文献1第45页）。由可得: 其中:冲裁力() :凸模材料的许用压力() :凸模最狭窄处的截面积()已知: ， ，1000，则压应力= 4 模具的总体设计4.1 模具设计方案及可行性分析方案一：采用六块凹模镶块，导柱导套导向，顶杆顶件器。凹模结构如图3所示： 图4-1 凹模结构组成1导柱；2凹模镶块此方案凹模的各个镶块具有良好的工艺性，便于进行机械加工及热处理，当凹模局部磨损时可单独更换、调整，从而减少模具的使用数量，提高模具的使用寿命，降低模具的维修、制造成本，提高生产效率。导柱导套可直接采用标准件，装配、调整容易，可精确导向，保证上下模的间隙，提高凹模镶块的耐用度，延长其使用寿命，满足零件的加工要求。方案二：采用导块导向，顶杆顶件器。凹模结构如图4所示：图4-2 凹模结构组成图1，2，3，4凹模镶块；5导块此方案的导块采用标准件，其导向精度高、寿命长、使用安装容易、操作安全，但制造比较复杂，装配要求高，生产成本高。方案比较与选择：方案一与方案二相比，相同点：镶块具有良好的工艺性，便于进行机械加工及热处理，导向精度高，保证上下模的间隙，提高凹模镶块的耐用度，延长其使用寿命，满足零件的加工要求；当凹模局部磨损时可单独更换、调整，从而减少模具的使用数量，提高模具的使用寿命，降低模具的维修、制造成本，提高生产效率。但方案二的装配要求高，制造比较复杂，相应地增加了生产成本。从满足经济性、高效率、高精度的角度出发，选择方案一作为最终确定方案。4.1.1 模具结构图4-3 模具结构图该翻边模具采用导柱导套导向，圆柱销、菱形销定位，冲制的工件由推杆、橡胶弹簧组成的弹性装置和顶杆、顶板组成的刚性推件装置推出。4.1.2 模具的闭合高度模具的闭合高度是指模具在最低工作位置时，上、下模之间的距离。模具的闭合高度约为270mm。4.2 模具主要零部件的结构设计4.2.1 凸凹模的结构形式和固定形式翻边模具的凸、凹模分别与上下底板连接，在凸模与凹模的接触部分形状与零件翻边部分形状相同，加工时采用数孔加工。凸模和凹模的尺寸零件的结构尺寸、凸模和凹模的布置位置等因素考虑确定。凸模和凹模采用螺钉和销钉与上下模板连接。（1）镶块的分块主要原则。分块大小要适应加工条件，直线段适当长些，形状复杂或拐角处取短些，尽量取标准值。分块应便于加工、装备调整和误差补偿，最好为矩形。为了消除结合面制造的垂直度误差，两镶块之间的结合面宽度应尽量小些。对于易磨损的镶块，应尽量取小些，以便更换。由很多镶块依次相接时，特别是整周镶块，为了补偿镶块在制造中存在的偏差，需要设计一块镶块作为补偿镶块。补偿镶块应选在立体曲面比较平滑、形状简单处，其长度要比设计加长34mm。凸模镶块接合面和凹模镶块结合面应错开510mm距离，以避免工件产生毛刺。对于高度差较大的复杂整形表面，为了降低镶块的高度，保证镶块的稳定性，可将镶块底面做成阶梯状。相应地在上、下模座或固定板上也做成阶梯状。（2）镶块的紧固为了避免镶块沿受力方向产生位移和颠覆力矩，必须对镶块进行紧固。图5-1所示为两种常用的镶块固定形式。 图5-1 镶块固定为了保证镶块的稳定性，镶块的高度H与宽度B应具由一定的比列关系，一般取B=（1.21.5）H。镶块的长度L一般取150300mm，太长则加工和热处理不方便；太短则螺钉和销钉不好布置。考虑到模座加工螺纹孔方便和紧固可靠，镶块常用35个螺钉固定，一般以两排布置在接近整形工作面，并用两个圆柱销定位。定位销离整形工作面越远越好，相对距离尽量大。工件的长度为718mm，凸凹模的外形尺寸应大于此值，从模具加工和热处理方面考虑，将凸凹模分别分为3块。具体分块方式如下图所示：图5-2 凸凹模镶块4.2.2 定位零件的选择与安装定位元件的作用是保证定位元件的定位面和工件定位基准面相接触或配合，实现工件的定位。定位元件的设计应满足以下要求：1) 要有与工件相适应的精度；2) 要有足够的刚度，不允许受力后发生变形；3) 要有耐磨性，以便在使用中保持精度。一般多低碳钢渗碳淬火或中碳钢淬火，硬度为5862。工件定位表面有平面、外圆、内孔等各种形式。根据加工工件的结构和加工工艺性，应采用孔定位，即选用定位销定位。为保证加工精度，两销之间的距离越大越好。定位销主要用于直径小于50mm的中小孔定位。直径小于16mm的定位销，用T7A材料，淬火5358；直径大于16mm定位销，用20钢渗碳淬火5358。定位销工作部分可按h5、h6、g5、g6、f6、f7制造（摘自文献8第98页）。所选定位孔的直径为8mm和11mm，则定位销的基本尺寸分别为8mm和11mm，与顶件器的孔配合采用H7/n6的过盈配合。4.3 推件和顶件装置的结构设计4.3.1 推杆、顶杆的尺寸计算推杆，顶杆只承受压力作用，其受力状况如下图所示图5.3 推杆、顶杆受力图设杆的最小截面直径为，则必须满足，即 （5.1）已知：=11944，杆的材料为45钢，=600，则=5.04mm,取推杆、顶杆的直径为=12mm。其结构形式如图5-4所示：图5-4 推杆结构图推杆、顶杆用45钢制造。为了增加其表面硬度和耐磨性，在加工后应进行表面渗碳处理，渗碳层t=0.81.2mm，渗碳后的淬火硬度应为5862HRC。4.3.2 选择橡胶弹簧1）确定橡胶的自由高度 根据4中橡胶计算及选用步骤可得 （5.2） 其中=+ 橡胶的工作行程 凸模总修磨余量 橡胶的自由高度 =(3.54) =(3.54)*(15+2.5) =(61.2570) 取2）确定橡胶的横截面积 （5.3） 已知: =11944,=，则 横截面积 =3）确定橡胶弹簧的平面尺寸 根据4表6-10可得,圆柱形橡胶弹簧的直径 （5.4） 已知:, =，则 = 取直径4）校核橡胶弹簧的自由高度 自由高度与直径之比应该在如下的范围内: （5.5） = 如果比值超过1.5,应将橡胶分成若干段后在其间垫上钢垫片分隔开.若 比值小于0.5,则应重新确定其高度(摘自4). 将橡胶分成2段,在其间加上厚度为2垫片分隔开.5） 橡胶弹簧的安装高度 （5.6） 4.4 导向零件的选择与安装常用的导柱,导套一般有四种类型。如下图，图a所示的导柱,其全长直径都相同,即压入模座孔与深入导套部分直径是相同的.导柱与下模板孔配合为K7/n6。这类应用较少，b所示的导柱是两端设有中心工艺孔的导柱,加工用专用外圆磨削,故精度较高。c所示的导柱，其压入导套部分的直径与导向直径略有不同，两直径由退刀槽分界。这样的导柱压入模座时，可起导正作用，容易获得导柱对模座的垂直度，是目前应用最广泛的一种导柱结构形式。根据本模具的实际情况选择c型的导柱。 图5-5 导柱基本类型下图为常见的导套的类型。其中a为带肩台导套，常用于滑动导向模架。压入模架孔的直径小于露出模座平面的直径，是目前应用最广泛的一种导套结构。B是用于滚动导向模架中导套结构。C是可卸式带台肩的导套，不仅用于滑动导向模架，而且也用于滚动导向模架。D为应用于大，中型冲模的带凸模的导套，装配时可移动。 图5-6 导套基本类型4.4.1 导柱和导套尺寸的确定导柱，导套的外形尺寸及之间的配合间隙应按国标来确定。一般情况下，导柱的长度应保证冲模在最低位置时，导柱上端面与上模座顶面距离不小于1015mm；而下模座面与导柱压入底面的距离不应小于25mm。导柱和导套之间的配合间隙，应根据凸，凹模间隙要求来确定：1)当材料厚度t0.4mm时,导柱和导套的配合间隙应大于凸，凹模间隙；2)当材料厚度t=0.40.8mm时,导柱和导套的配合间隙应加工成H6/h5配合形 式； 3)当材料厚度t0.8mm时,导柱和导套的配合间隙应按H7/h6来配合。零件料厚为1.5mm,根据冲压力和导向精度要求，选用基本尺寸为40mm的导柱和导套，其配合采用H7/h6的间隙配合，导柱、导套和模座的配合分别采用H7/r6、R7/r6过盈配合。4.4.2 表面质量要求导柱，导套的外表面，在加工淬硬后应进行内外圆磨削和必要的研磨，其研磨的导套内孔及导柱的外圆配合部位表面粗糙度均应小于0.8m,而其余部分能达到6.3m即可。4.4.3 材料及热处理要求 导柱，导套一般用20号钢制造。为了增加其表面硬度和耐磨性，在加工后应进行表面渗碳处理，渗碳层t=0.81.2mm，渗碳后的淬火硬度应为5862HRC。4.5 安装、紧固零件的结构设计4.5.1 模板的结构设计模板的外形尺寸模板的外形轮廓有很多种结构形式，可根据需要进行选择。对于圆形凹模，最好选用中间为圆形的上，下模板结构。其工作部分的轮廓都要比凹模外轮廓直径大3070mm；对于矩形凹模，在凹模板的长度要比矩形凹模长4070mm，而宽度稍大于凹模宽度（510mm以上）即可。模板的厚度应根据凹模厚度而确定： (1.41.8) （5.7）式中:上,下模板的厚度(mm)；:凹模厚度(mm)。已知：凹模厚度=50mm，则有(1.41.8)= (1.41.8)*50=(7090) mm,取模板厚度=100mm。根据工件的外形尺寸可选择：上模板：1000mm*390mm*100mm；下模板：1000mm*390mm*130mm 。外形如图所示：图5-7 上、下模板模板的材料模板的材料一般采用铸铁及铸钢制造，常用的模板材料有：HT200，HT250，ZG230450，ZG270500。模板的表面质量模板的上、下平面表面粗糙度一般要求在1.60.40m之间,其余面要求6.33.2；四周可按非加工表面处理，一般不需要加工。4.5.2 螺钉、销钉的选择与布置形式螺钉与销钉是用于模具零部件进行固定与定位的元件。通常两者选用相同的直径。螺钉的直径与布置间距按凹模厚度选定。螺钉选用内六角形为宜。一般设计时，应不少于3个螺钉，拧入被连接件的深度，铸铁为，钢为（为螺钉直径）。销钉设计为2个，连接件的销钉孔应同时钻、铰，销钉与孔采用/过渡配合，孔壁的表面粗糙度应达，应压入连接件与被连接件的深度分别为和（为销钉直径），矩形板的销钉应取对角布置（摘自文献1第75页）。图5-8 螺钉、销钉的安装当凹模壁厚时，需选用螺钉，最小间距为，最大间距为。将凹模用销钉和螺钉固定时，螺孔和销孔间，螺孔或销孔与凹模刃口间的距离，一般大于两倍孔直径。图5-9 螺孔和销孔间，螺孔或销孔与凹模刃口间的距离。4.6 冲压设备的选择4.6.1 冲压设备类型的选定冲压设备类型的选定主要取决于工艺要求和生产批量。对于中小型的冲裁件，弯曲件或拉深件的生产，主要应用开式机械压力机。虽然开式冲床的刚度差，在冲压力的作用下床身的变形能够破坏冲裁模的间隙分布，降低模具的寿命或冲裁件的表面质量 。可是，由于它提供了极为方便的操作条件和非常容易安装机械化附属装置的特点，使它成为目前中、小型冲压设备的主要形式。对于大中型冲压件的生产，多采用闭式结构形式的机械压力机，其中有一般用途的通用压力机，也有台面较小而刚度大的专用挤压压力机、精压机等。在大型拉深件的生产中，应尽量选用双动拉深压力机，因其可使所用模具结构简单，调整方便。在小批量生产当中，尤其是大型厚板料冲压件的生产多采用液压机。液压机没有固定的行程，不会因为板料厚度变化而超载，而且在需要很大的施力行程加工时，与机械压力相比具有明显的优点。但是，液压机的速度小，生产效率低，而且零件的尺寸精度有时因为受到操作因素的影响而十分稳定。摩擦压力机具有结构简单、造价低廉、不易发生超负荷损坏等特点，所以在小批量生产中用来完成弯曲、成型等冲压工作。但是、摩擦压力机的行程次数较少，生产率低，而且操作也不太方便。在大批量生产或形状复杂零件的大量生产中，应尽量选用高速压力机或多工位自动压力机。根据实际情况，选用开式机械压力机。4.6.2 冲压设备规格的确定冲压设备规格的确定主要取决于工艺参数及模具结构尺寸，对于曲柄压力机必须满足以下要求：1） 所选压力机的公称压力必须大于冲压所需的总冲压力，即：。 2）压力机的行程大小要适当。由于压力机的行程影响到模具的张开高度，因此对于冲裁模具，其行程不宜过大，以免发生模座与导向装置脱开的不良后果。3）所选压力机的闭合高度应与冲模的闭合高度相适应。即满足：冲模的闭合高度介于压力机的最大闭合高度和最小闭合高度之间。4）压力机的工作台面的尺寸必须大于模具下模座的外形尺寸，并要留有安装固定的余地。一般每边应大出5070mm以上。压力机台面上的漏料孔尺寸必须大于工件（或废料）的尺寸（摘自文献1第183页）。根据所需的工艺力，模具的闭合高度，模具的外廓尺寸为，选用开式双柱固定台压力机JA21-160,其技术参数为:公称压力 1600滑块行程 最大封闭高度 工作台尺寸 *模柄孔尺寸 直径, 深度垫板尺寸 厚度130滑块底面尺寸 前后460, 左右650冲床的闭合高度是指滑块在下止点时，滑块底平面到工作台（不包括冲床垫板厚度）的距离。冲床的调节螺杆可以上、下调节，当滑块在上止点位置，调节螺杆向上调节，将滑块调整到最上位置时，滑块底面到工作台的距离，称为冲床的最大闭合高度。当滑块在下止点位置，调节螺杆向下调节，将滑块调整到最下位置时，滑块底面到工作台的距离，称为冲床的最小闭合高度。为使模具正常工作，模具闭合高度必须与冲床的闭合高度相适应，应介于冲床最大和最小闭合高度之间，压力机的闭合高度必须满足：-5+10 （6.1）如果模具闭合高度小于冲床的闭合高度时，可以采用垫板，其厚度为 ，压力机的闭合高度必须满足：-5-+10 （6.2）其中，-和- 分别为模具安装在冲床垫板上时，冲床的最大和最小装模高度。上式中的5mm是考虑装模方便所留下的间隙，10mm是保证修模所留尺寸。已知：=450mm，=320mm，=130mm，=270mm。压力机的行程可调节在离垫板上表面200mm315mm之间，模具的闭合高度在此范围里。因此根据冲压力、闭合高度、外阔尺寸等依据，选择该设备是合适的。5 绘制模具总图5.1 绘制模具总图和各非标准件的零
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