汽车备轮架加固板的模具设计毕业设计论文1

汽车备轮架加固板的模具设计第一章 绪论1.1 中国冲压模具现状根据考古发现，早在2000多年前，我国已有冲压模具被用于制造铜器，证明了中国古代冲压成型和冲压模具方面的成就在世界领先。1953年，长春第一汽车制造厂在中国首次建立了冲模车间，该厂于1958年开始制造汽车覆盖件模具。我国于20世纪60年代开始生产精冲模具。在走过了漫长的发展道路之后，目前我国已形成了300多亿元（未包括港、澳、台的统计数字，下同。）各类冲压模具的生产能力。近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具国内也能生产了。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。 1.1.1 模具CAD/CAM技术状况 我国模具CAD/CAM技术的发展已有20多年历史。由原华中工学院和武汉733厂于1984年共同完成的精冲模CAD/CAM系统是我国第一个自行开发的模具CAD/CAM系统。由华中工学院和北京模具厂等于1986年共同完成的冷冲模CAD/CAM系统是我国自行开发的第一个冲裁模CAD/CAM系统。上海交通大学开发的冷冲模CAD/CAM系统也于同年完成。20世纪90年代以来，国内汽车行业的模具设计制造中开始采用CAD/CAM技术。国家科委863计划将东风汽车公司作为CIMS应用示范工厂，由华中理工大学作为技术依托单位，开发的汽车车身与覆盖件模具CAD/CAPP/CAM集成系统于1996年初通过鉴定。在此期间，一汽和成飞汽车模具中心引进了工作站和CAD/CAM软件系统，并在模具设计制造中实际应用，取得了显著效益。1997年一汽引进了板料成型过程计算机模拟CAE软件并开始用于生产。 模具CAD/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量，已成为人们的共识。在“八五”、“九五”期间，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。DL图的设计和模具结构图的设计均已实现二维CAD，多数企业已经向三维过渡，总图生产逐步代替零件图生产。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，它标志着RPM应用于汽车车身大型覆盖件试制模具已取得了成功。 围绕着汽车车身试制、大型覆盖件模具的快速制造，近年来也涌现出一些新的快速成型方法，例如目前已开始在生产中应用的无模多点成型及激光冲击和电磁成型等技术。它们都表现出了降低成本、提高效率等优点。1.1.2 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。轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。虽然在设计制造方法和手段方面已基本达到了国际水平，模具结构功能方面也接近国际水平，在轿车模具国产化进程中前进了一大步，但在制造质量、精度、制造周期等方面，与国外相比还存在一定的差距。 标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种。有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具，已基本达到国际水平。但总体上和国外多工位级进模相比，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。这些都提高了模具型面加工精度，提高了模具的质量，缩短了模具的制造周期。 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 冲压模具的发展重点与展望 发展重点的选取应根据市场需求、发展趋势和目前状况来确定。可分为产品重点、技术重点两个方面来研究。1.2.1冲压模具产品发展重点。 冲压模具共有7小类，并有一些按其服务对象来称呼的一些种类。目前急需发展的是汽车覆盖件模具，多功能、多工位级进模和精冲模。这些模具现在产需矛盾大，发展前景好。 汽车覆盖件模具中发展重点是技术要求高的中高档轿车大中型覆盖件模具，尤其是外覆盖件模具。高强度板和不等厚板的冲压模具及大型多工位级进模、连续模今后将会有较快的发展。多功能、多工位级进模中发展重点是高精度、高效率和大型、高寿命的级进模。精冲模中发展重点是厚板精冲模大型精冲模，并不断提高其精度1.2.2 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。因此从设计技术来说，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技术应向宜人化、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。高速加工目前主要是发展高速铣削、高速研抛和高速电加工及快速制模技术。高精度加工目前主要是发展模具零件精度1m以下和表面粗糙度Ra0.1m的各种精密加工。提高模具标准化程度，搞好模具标准件生产供应也是冲压模具技术发展重点之一。为了提高冲压模具的寿命，模具表面的各种强化超硬处理等技术也是发展重点。 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中国冲压模具发展趋势根据国内和国际模具市场的发展状况，以及未来我国的模具行业做出调整后，将呈现出十大发展趋势：一是模具日趋大型化；二是模具的精度将越来越高；三是多功能复合模具将进一步发展；四是热流道模具在塑料模具中的比重将逐渐提高；五是气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将有较大发展；六是模具标准化和标准件的应用将日渐广泛；七是快速经济模具的前景十分广阔；八是压铸模具的比例将不断提高；九是塑料模具的比例将不断增大；十是模具技术含量将不断提高，中高档模具比例将不断增大。这就是我国模具行业未来的发展趋势。第二章 冲孔落料复合模设计与计算2.1.概述冲压工艺是塑性加工的基本加工方法之一。它主要用于加工板料零件，所以有时也叫板料冲压。冲压加工时，板料在模具的作用下，于其内部产生使之变形的内力。当内力的作用达到一定程度时，板料毛坯或毛坯的某个部位便会产生与内力的作用性质相对应的变形，从而获得一定的形状. 尺寸和性能的零件。冲压通常在冷态下进行，因此也称为冷冲压。板材冲压具有下列特点：（1） 材料利用率高。（2） 可加工薄壁、形状复杂的零件。（3） 冲压件在形状和尺寸精度方面的互换性好。（4） 能获得质量轻而强度高、钢性好的零件。（5） 生产率高，操作简单，容易实现机械化和自动化。因此，冲压工艺是一种产品质量较好而且成本低的加工工艺。用它生产的产品一般还具有重量轻且刚性好的特点。板材冲压常用的金属材料有低碳钢、铜、铝、镁合金及高塑性的合金钢等。冲压工艺在汽车，电机，仪器等各种民用轻工产品以及航空和兵工等的生产方面占据十分重要的地位。现代各先进工业化国家的冲压生产都是十分发达的。在我国的现代化建设进程中，冲压生产占有重要的地位。2.2设计任务 零件名称：汽车备轮架加固板 材料：08钢板 厚度：4mm 生产批量：大量生产 要求编制工艺方案。 图2-1 汽车备轮架加固板零件图 图2-2 汽车备轮架加固板实体图2.3冲压件的工艺分析该零件为备轮架加固板，材料较厚，其主要作用是增加汽车备轮架强度。零件外形对称，无尖角、凹陷或其他形状突变，系典型的板料冲压件。零件外形尺寸无公差要求，壁部圆角半径， 相对圆角半径为1.25，大于表相关资料所示的最小弯曲半径值，因此可以弯曲成形。的八个小孔和两个腰圆孔分别均布在零件的三个平面上，孔距有位置要求，但孔径无公差配合。 圆孔精度不高，弯曲角为，也无公差要求。 通过工艺分析，可以看出该零件为普通的厚板弯曲件，尺寸精度要求不高，主要是轮廓成形问题，又属大量生产，因此可以用冲压方法生产。2.4确定工艺方案2.4.1 计算毛坯尺寸该零件的毛坯展开尺寸可按式下式计算： 2-1上式中 圆角半径； 板料厚度; 为中性层系数，由表查得； ，为直边尺寸，由图2-3可知: 2-2 2-3将这些数值代入，得毛坯宽度方向的计算尺寸 2-4 考虑到弯曲时板料纤维的伸长，经过试压修正，实际毛坯尺寸取,同理，可计算出其他部位尺寸，最后得出如图2-3所示的弯曲毛坯的形状和尺寸。2.4.2 冲压工序性质和工艺方案的选择冲压该零件，需要的基本工序和次数有：（a） 落料；（b） 冲孔6个；（c）冲底部孔2个；（d）冲孔；（e） 冲2个腰圆孔；（f）首次弯曲成形；（g）二次弯曲成形。根据以上这些工序，可以作出下列各种组合方案。方案一：落料首次弯曲二次弯曲冲孔。方案二：冲孔落料首次弯曲二次弯曲。方案三：冲孔，落料（连续模）首次弯曲二次弯曲。方案四：冲孔，落料（复合模）首次弯曲二次弯曲。对以上三种方案进行比较，可以看出：方案一：全部冲孔工序安排在弯曲成形后进行，缺点是成形后冲孔，模具结构复杂，刃磨和修理比较困难，上、下料操作也不方便。方案二：单工序模，先冲孔再落料保证一定的精度，但主要适用于生产量较小或单件生产，生产率较低，且多了一模具，生产周期长。方案三：从生产效率、模具结构和寿命方面考虑，将落料和零件上的孔组合在三套模具上冲压，有利于降低冲裁力和提高模具寿命，同时模具结构比较简单，操作也较方便。但是连续模的结构复杂，对制造精度的要求高，制造成本高。方案四：落料和零件上的孔采用复合模组合冲压，优点是节省了工序和设备，而且有利于降低零件的生产成本，可以提高生产效率。通过以上的方案分析，选用方案四比较合理。2.4.3 确定排样方式和计算材料利用率2.4.3.1排样的意义冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法叫排样排样合理就能降低材料消耗。大批量生产时，材料的经济利用是一个重要问题，特别对贵重的有色金属。排样的合理与否将影响到材料的经济利用、模具结构与寿命、生产率、冲裁质量、生产操作方便与安全等。2.4.3.2材料的利用率排样是否合理，经济性是否好，可用材料利用率来衡量。利用率用下式来衡量： 2-8M成-一个成品的重量，kg H-一个零件的消耗定额,kg;M-冲压原料的重量，kg ;n-原材料上排样所得零件的数量，个确定条料的利用率6：（取板料的规格为3655001.4）工件的有效面积：S0=255500mm2条料的宽度：B=365mm 搭边值a=4mm,a1=5mm2.4.3.3 确定排样方式图2-3的毛坯形状和尺寸较大，为便于手工送料，选用单排冲压。有三种排样方式，见图2-4a、b、c。由表查得沿送料进方向的搭边，侧向搭边，因此，三种单排样方式产材料利用率分别为64、64和70。第三种排样方式，虽然材料利用率最高，但是落料时需二次送料而且模具结构复杂。为此，本设计选用第二种排样方法。 图2-3 冲压件展开图 a）材料利用率64% b）材料利用率64%c）材料利用率70%图2-4 排样方式2. 4 .3. 4 利用率的计算条料的宽度为450mm，则条料上可冲压工件的个数为：n1=33 取n=33假如条料的宽度为900mm,则条料上可冲压的零件个数为：n2=66 取n= 66当条料的长为500mm时的利用率: =0.70 =0.70即条料的利用率为：=702.5.冲裁工艺性分析及间隙的选择冲裁件的工艺性分析是指冲裁件对冲裁的适应性，即冲裁件的形状结构、尺寸的大小及偏差等是否符合加工的工艺要求。冲裁件的工艺性是否合理对冲裁件的质量、模具的寿命和生产率有很大影响。 2.5.1冲裁间隙的选择冲裁间隙指凸、凹模刃口间隙的距离。冲裁间隙是冲压工艺和模具设计中的重要参数，它直接影响冲裁件的质量、模具寿命和力能的消耗，应根据实际情况和需要合理的选用。冲裁间隙有单面间隙和双面间隙之分。根据冲裁件尺寸精度、剪切质量、模具寿命和力能消耗等主要因素，将金属材料冲裁间隙分成三种类型3：类（小间隙），类（中等间隙），类（大间隙）。2.5.2冲裁间隙对冲裁件的影响1、间隙过小时，由凹模刃口处产生的裂纹在继续加压的情况下将产生二次剪切，继而被挤入凹模。这样，制件端面中部留下撕裂面，而两头出现光亮带，在端面出现挤长的毛刺。毛刺虽长单易去除，只要中间撕裂不是很深，仍可用。2、间隙过大时，材料的弯曲与拉伸增大，拉伸应力增大，材料容易被撕裂，使制件的光亮代减小，圆角与断裂都增大，毛刺大而厚，难去除。所以随着间隙的增大，制件的断裂面的倾斜度的增大，毛刺增高。2.5.3 间隙对尺寸精度的影响 冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与公差尺寸的差值。这个差值包含两个方面的偏差，一是冲裁件相对于凸模或凹模尺寸的偏差，一是模具本身的制造偏差。其中凸、凹模间隙是影响凸模或凹模尺寸的偏差的主要因素。当凸、凹模的间隙较大时，材料所受拉伸作用增大。冲裁完后，材料的弹性恢复使落料尺寸小于凹模尺寸，冲孔孔径大于凸模直径。此时穹弯的弹性恢复方向与其相反，鼓薄板冲裁时制件尺寸偏差减小。在间隙较小时，由于材料受凸、凹模挤压力大，故冲裁完后，材料的弹性恢复使落料件尺寸增大，冲孔孔径减小。2.5.4 间隙对冲裁力的影响 随着间隙的增大，材料所受的拉力增大，材料容易断裂分离，因此冲裁力减小。但是继续增大间隙时，会因从凸、凹模刃口处产生的裂纹不重合，冲裁力减小。由于间隙的增大，使冲裁件的光亮面变小，落料尺寸小于凹模尺寸，冲孔尺寸大于凸模尺寸，因而使卸料力、推件力或顶件力也随之减小。但是，间隙继续增大时，因为毛刺增大，引起卸料力、顶件力也迅速增大。2.5.5 间隙对模具寿命的影响 冲裁模具的寿命通常以保证获得合格产品时的冲裁次数来表示。冲裁过程中模具的失效形式一般有：磨损、变形、崩刃和凹模刃口涨裂四种。 间隙增大时可使冲裁力、卸料力等减小，因而模具的磨损也减小；但当间隙继续增大时，卸料力增加，又影响模具磨损，一般间隙为（10%-15%）t时磨损最小模具寿命较高。间隙小时，落料件梗塞在凹模洞口的涨裂力也大。2.5.6 确定合理间隙的理论依据由以上分析可见，凸、凹模对冲裁件质量、冲裁力、模具寿命等都有很大的影响。因此，在设计和制造模具时有一个合理的间隙值，以保证冲裁件的断面质量好，尺寸精度高，所需冲裁力小，模具寿命高。生产中常选用一个适当的范围作为合理间隙。这个范围的最小值称为最小合理间隙,最大值称为最大合理间隙。设计与制造新模具时采用最小合理间隙值。 确定合理间隙的理论根据是以凸、凹模刃口处产生的裂纹相重合为依据。可以计算得到合理间隙值，计算公式如下：Z=2t(1- )tan 2-5由上式可看出，间隙z与材料厚度t、相对切入深度/t及破裂角有关。对硬而脆的材料， /t有较小值时，则合理间隙值较大。对软而韧的材料，/t有较大值，则合理间隙值较小。板厚越大，合理间隙越大。由于理论计算在生产中不便使用，故目前广泛使用的是经验数据。2.5.7合理间隙的选择 表2-1冲裁模较大单面间隙材料 厚度08、10、35、09Mn、Q235、B3Q23540、5065Mn最小值最大值最小值最大值最小值最大值最小值最大值0.50.0200.0300.0200.0300.0200.0300.0200.0300.60.0240.0360.0240.0360.0240.0360.0240.0360.80.0360.0520.0360.0520.0360.0520.0360.0520.90.0450.0630.0450.0630.0450.0630.0450.0631.00.0500.0700.0500.0700.0500.0700.04500.0631.20.0630.0900.0660.0900.0660.0901.50.0660.1200.0850.1200.0850.1202.00.1230.1800.1300.1900.1300.190间隙的选择可以按照如下原则：对于断面垂直度与尺寸公差要求较高的工件，选择较小的合理间隙值。这时冲裁力与模具寿命作为次要因素来考虑。对于断面垂直度与尺寸公差要求的前提下，应以降低冲裁力、提高模具寿命为主，采用较大的合理间隙值。 部分冲裁件的单面间隙值见表2-1。由表格可知，此复合模的最小单面间隙为=0.082 mm，最大单面间隙=0.11mm。2.6 冲裁力、卸料力、顶件力的计算及压力机的确定和选择2.6.1冲裁力的计算计算冲裁力的目的是为了选用合适的压力机、设计模具和检验模具强度。压力机的吨位必须大于冲裁力。一般平刃口模具冲裁时，冲裁力可按下式计算： 2-6P 冲裁力，N； F 冲切断面积，mm2；L 冲裁周边长度，mm; t 材料厚度，mm； 材料抗剪强度，Mpa； K 安全系数，一般取K1.3，考虑到模具刃口的磨损，凸凹模间隙的波动，材料机械性能的变化，材料厚度及偏差等因素,刚08的抗剪强度为210-300Mpa，取=260 Mpa4。2.6.2降低冲裁力的方法在冲裁高强度材料或厚度大、周边长的工件时，所需的冲裁力较大。如果超过现有压力机吨位，就必须采取措施降低冲裁力，主要有斜刃模具冲裁、阶梯模具冲裁和加热模具冲裁几种方法。本次设计采用斜刃模具冲裁以降低冲裁力。2.6.3落料冲裁力的计算（1）平刃口模具冲裁时，落料力按下式计算： 2-7 将加固板毛坯的周长，厚度以及08钢材料的抗剪强度代入上式，得为了降低落料力，改用斜刃口模具，落料力:上式中，为模具斜刃口部分长度。考虑到落料时条料容易安置和定位，模具的部分刃口可以设计成平口的。因此，表示刃口部分的长度（如果模具刃口全部做成斜口的，则），如图3-16所示。图中平刃口长度 ，斜刃口长度 ，取 则 (2) 推件力: 2-8设同时梗塞在凹模内的零件数，查表系数，代入上式，得（3）选用冲压设备这一工序的落料力，推件力，因此，工序所需的总压力 2 .6. 4 冲孔力的计算(1) 冲压8个孔，冲孔力 F1=44600N(2) 冲压底部圆孔，冲孔力(3) 腰圆孔冲孔力 (4) 选用冲压设备工序总的冲孔力 故可选用1000kN压力机。2.6.5顶件力、卸料力、推件力的计算冲裁结束后，由于弹性变形的恢复，会使工件卡紧在凸模或凹模上，必须施加外力，将其取下。卸料力：将紧箍在凸模上的料卸下所需的力推件力和顶件力：将卡在凹模中的工件推出或顶出所需的力表2-2 卸料力、推件力及顶件力的因数冲裁材料K卸K推K顶紫铜黄铜0.020.060.030.09铝、铝合金0.0250.080.030.07钢材 料厚 度mm0.10.10.50.52.52.56.56.50.060.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.030.100.0650.0500.0450.0250.140.080.060.050.03 2-9 2-10 2-11K卸、K顶、K推 卸料因数、推料因数、顶件因数，其值见表2-2；P 冲裁力， N ；n 卡在凹模孔内的工件数，nh/t(h为凹模刃口直高度，t为工件材料厚度)。落料： P卸落=K顶P =884.2KN冲孔： P1=K顶P=44.6KN P2=NK推P=89.2KNP3=K顶P=519KN P总=700KN切口： P卸切=K顶P=0.0410.48=0.42KN P推切=NK推P=20.0510.48=1.048KN则总冲压力为： P总=P落料+P冲孔+P切口=955.7KN2. 6. 6冲压设备的选择2.6.6.1 压力机参数的选择冲压设备的正确选择及合理使用将决定冲压生产能否顺利进行，并与产品、模具寿命、生产效率、产品成本等密切相关5。 冲压类型与应用1.开式压力机：在中、小型的冲裁件、弯曲件或拉深件的冲压生产中，主要选用开式压力机。2闭式压力机：在大、中和精度高的冲压生产中，主要选用闭式压力机。3液压机：在小批量和大型拉深、弯曲和成型件的生产中多选用液压机。打算内液压机一般不适于冲裁工作。4高速压力机：用于大批量生产。通常于连续模和自动送料装置配套使用。5精压机：用于精压和体积精压等工艺。6精冲压力机：用于精冲工艺，采用专用精冲模具，也可在普通压力机上实现精冲。2.6.6.2 冲压设备的选用原则冲压设备的选择主要是根据冲压工艺性质、生产批量大小、冲压件的形状、尺寸及精度要求等因素来决定的。冲压生产中常用的设备种类很多，选用设备时主要应考虑下述因素：1.冲压设备的类型和工作形式是否适用于应完成的工序，是否符合安全生产和环保的要求。2.冲压设备的压力和功率是否满足应完成任务工序的要求。3.冲压设备装模高度、工作台尺寸、行程等是否适合应完成工序所所使用的模具。4.冲压设备的行程次数是否满足生产率的要求等。2.6.6.3冲压设备的选用一般情况下所选压力机的标称压力大于或等于成型工艺力和辅助工艺力总和的1.3倍，对于工作行程小于标称压力行程的工序也可直按压力机的标称压力选择设备。故压力机的标称压力应大于（955.71.3）kN=1242.4kN。棕上所述，选用闭式双柱压力机J31-160A,技术参数如表2-3所示。表2-3 J31-160A压力机的技术参数公称压力/kN最大装模高度/mm滑快行程/mm行程次数/次min-1最大闭和高度/mm160037516032480连杆调节长度/mm工作台尺寸/mm滑块中心线至床身距离/mm模柄孔尺寸/mm电动机功率/kW左右/mm前后/mm直径深度12079071037584145102.6.6.4冲压机能量的校核此工序为冲裁，冲裁所需的功AA0.5Pt 2-6 A-成形的过程的功，NmP-成形工艺力和辅助工艺力之和,Nt-冲裁料厚度，mmA=0.5298.5741.4=209N电机的功率：N=2.89496kW所选的电动机的功率符合要求。由压力机的技术参数可知，压力机的封闭高度:Hmax=480mm Hmin=375mm模具的封闭高度: (Hmax-5)mm H (Hmin+10)mm275mm H 385mm由后面的模架选择可知，模具的封闭高度过小，可在压力机台面上加放垫板补偿。2.7模架的选择由以上的计算，在初步对凸凹模尺寸的确定以后，可以对模架进行选取模架选取原则可根据简明设计手册P418表15.2进行选取。其基本原则是：选择模架结构时要根据工件的受力变形特点，坯件定位，出件方式，材料的送进方向，导柱受力状态，操作是否方便等方进行综合考虑。选择模架尺寸时要根据凹模的轮廓尺寸考虑，一般在长度上及宽度上都应比凸模大3040mm摩板厚度一般等于凹模厚度的11.5倍。选择模架时还应注意到模架与压力机的安装关系，比如模座的宽度应比压力机工作台孔的孔径没每边大4050mm。冲压模具的闭合高度应大于压力机的最小装模高度，小于压力机的最小装模高度等。通常中小型冲模常采用后侧式。由以上原则，对模架进行选取。选择模架的型号如下： 模 架： 480380275385 上模座： 58838090 (GB/T 2855.5) 下模座： 588380100 (GB/T 2855.6) 导 柱： 64470 (GB/T 2861.1) 导 套： 9420066 （GB/T 2861.6） （单位：mm）其结构如冲孔落料装配图。 选择 模架周界：L=480mm B=380mm 闭合高度275385mm,I级精度的后侧导柱形模架;2.7.1模架各部分零件的设计与选择 （1）上下模板的选择：（由简明设计手册P426表15.21）其基本尺寸如表2-4表2-4 凹模周界HhL1SA1A2RlD（H7）LB基本偏差差差极限偏差250160452602501101954510045+0.05-0.0250-0.025-0.0525016050402602501101954510032（其外形尺寸见装配图）（2）导柱的选择由模架选择的结果可得：见简明手册P448表15.26，导柱为C型。其尺寸公差与外形如表2-5：尺寸如表2-5：表2-5基本尺寸极限偏差L640-0.011470注： 1 摘自GB/T2861.390。）2 材料：G Cr15.3 热处理：硬度6266HRC（3）导套的选择导套与导柱形成间隙配合，保证相对滑动顺畅。通过模架已选定。由简明手册P439表15.21得：图2-5（注：1摘自GB/T2861.390。2材料：20钢。3热处理：渗碳深度0.81.2mm，硬度5862HRC。）（4）模柄的选择因为用导柱式冲模，且为了便于安装，因此选用压入式模柄。（见课本P93）模柄的选择暂放在压力机后（5）固定板与垫板的选用 固定板的选用其基本原则是：用凸模固定板将凸模固定在模座上，其平面轮廓尺寸除应保证凸模安装孔外，还要考虑螺钉与销钉的设置。形式有圆形与矩形两种。一般取其厚度等于凹模厚度的60%80%。固定板孔与凸模采用过度配合（H7/m6），压装后端面要磨平，以保证冲模的垂直度。尺寸应与凹模相配合。 根据以上原则，选择L=320mm B=290mm H=40mm （见参考文献2 P94，参考文献1 P475表15.57）图2-6（注：材料 45钢）（6）垫板的选用：与固定板相类似 见参考文献P94垫板的作用是直接承受和扩散凸模传递的压力，以降低模座所承受的单位压力，保护模座以免被凸模端面压陷。冲裁凸模是否加垫板，根据模座承压的大小进行判断。凸模支承端面对模座的压力为 = 2.7 P冲裁力，N F凸模支承端面积， 如果凸模支承端面单位压力大于模座材料的御用应力。则需加经淬硬磨平的垫板；反之则不加。垫板厚度一般取412mm，材料选用45钢，T硬度按受力情况设计是自定。模板许用应力如下经过计算：113.65Mpa因此选用垫板轮廓尺寸为： L=200 mm B=125 mm H=10 mm2.7.2 卸料装置的设计卸料板的主要作用是把材料从凸模上卸下，有时也可以作压料板以防止材料变形，并帮助送料导向和保护凸模等。设计时应注意以下及方面。（1）卸料力一般取5%20%冲裁力、（2） 卸料板应有足够刚度，其厚度可按下式计算，即 H=（0.81.0）Hd式中 H卸料板厚度，mm Hd凹板厚度，mm（3）卸料要求耐磨，材料一般选45钢，淬火，磨削，（4） 卸料板安装尺寸，计算中要考虑凸模有46mm的刃磨量。 （5） 卸料板可根据工件之车圆形或矩形2.7.2.1 初步选用该模具的卸料弹性元件采用橡胶已知 P卸=33.39KN又根据冲模结构，该模具需安装四个橡胶P1= =8.35KN 式2.8P1单个弹性元件承受压力由冲压模具简明手册P459选取尺寸。其外形大小如图2-9： 图2-7聚酰胺橡胶由以上计算可得： 选取橡胶尺寸为 4512.5252.7.2.2 卸料板：选用弹性卸料板其厚度由简明手册P450表15.27得：=32mm其轮廓尺寸为：320 26032 （单位：mm）2.7.2.3 下推件顶件装置的设计与选用 对于落料件可在下模板设计安装一个由顶杆，顶板，顶块组成的下顶出机构，由弹簧装置驱动。落料后将工件顶出。其尺寸可由参考文献4表4.12根据实际情况选定。2. 8 凹凸模的设计2.8.1落料凹模凹模的刃口形式有直壁刃口凹模(如图2-7a、b)和锥形刃口凹模（如图2-7c、d）。直辟刃口凹模刃口强度较高，刃口修磨后工作部分尺寸不变，制造方便，适用于冲裁形状复杂或公差等级要求较高的工件。但是在刃口孔内易于聚集废料或工件，增大了凹模的胀裂力、推件力和孔壁的磨损。磨损后刃口形成倒锥形状，可能使冲成的工件从孔口反跳到凹模表面上造成操作困难。a)型一般适用于非圆形工件。b)型适于圆形工件、需将工件或废料顶出的模具或复合冲裁模。锥形刃口凹模刃口强度较低，刃口尺寸在修磨后有所增大，但一般对工件尺寸和凹模寿命影响不大。工件或废料很容易从凹模孔内落下，孔内不易积聚工件或废料，孔壁所受的摩擦力及胀裂力小，所以凹模的磨损及每次修磨量小。锥形刃口凹模适用于形状简单、公差等级要求不高、材料较薄的工件。冲孔落料复合模凹模采用锥形刃口形式。 图2-8 凹模的刃口形式 2.8.2凹模的轮廓尺寸的计算凹模的轮廓尺寸应保证有足够的强度和刚度。目前还不能用理论公式计算来确定，一般情况凹模的轮廓尺寸可按如下的经验公式确定7。凹模厚度： H=kb 2-11凹模壁厚： C1.2)H (轮廓为光滑的曲线时)C1.5H（轮廓与凹模边缘平行时）C 2H（轮廓线具有较复杂的形式或具有尖角时） b冲裁件的最大外形尺寸,mmk系数,查表2-6。 根据表2-6,k取0.244凹模的厚度H=84mmb/mm材料厚度/mm0.51233500.30.350.420.50.6501000.20.220.280.350.422.8.3凹模强度的校核凹模强度的校核主要是检查其高度H。凹模在冲裁力的作用下会产生弯曲，如果凹模的高度不够，就会产生较大的弯曲变形甚至会断裂。矩形凹模的校核公式：Hmin= 2-12P冲裁力，N许用弯曲应力；对于淬火硬度5862HRC的T8A、T10AGr12MoV和GGr15, =（300500）MPa;淬火钢为未淬火钢的1.53倍, Hmin凹模的最小壁厚，mm a,b下模座的方形孔尺寸，mm。根据经验取a=640mm,b=500mm，则Hmin=76110mm。取H=84mm。综上所述，凹模板选择64050084通过校核，可知凸凹模的壁厚有足够的强度。根据下卸料弹簧和下卸料板的厚度及模具结构,可选取凹模的高度为84mm 其结构如图2-9所示： 图2-9 落料凹模2.8.4冲孔凸模的设计(1)圆形孔凸模的长度计算L=H1+H2+H+H3 2-13H1卸料板的高度，mm;H2凸模的高度,mm;H3凸模固定板的高度,mm。H附加长度 L=32+140+20+1=193 mm(2)凸模承载能力及失稳弯曲应力检验凸模承载能力检验压=压 2-14P冲裁力，NF凸模最小端面积，mm2 压=93 Mpa查模座的许用应力：压=9811569MPa压rmin，然后增加一道整形工序，使整形模的凸模圆角半径 r t = r 当弯曲件的相对弯曲半径 r / t 较大（ r / t 10 ），精度要求较高时，必须考虑回弹的影响，根据回弹值的大小对凸模圆角半径进行修正。 3.3.2 凹模圆角半径 凹模入口处圆角半径 r a 的大小对弯曲力以及弯曲件的质量均有影响，过小的凹模圆角半径会使弯矩的弯曲力臂减小，毛坯沿凹模圆角滑入时的阻力增大，弯曲 力增加 ，并易使工件表面擦伤甚至出现压痕。 在生产中，通常根据材料的厚度选取凹模圆角半径： 当 t 2 mm ， r a = (3 6) t t 2 4 mm ， r a = (2 3) t t 4 mm ， r a = 2 t 对于 U形弯曲件凹模，其底部圆角半径可依据弯曲变形区坯料变薄的特点取 r a= (36) t=4t=4.5mm3.3.3 弯曲凹模深度 凹模深度要适当，若过小则弯曲件两端自由部分太长，工件回弹大,不平直；若深度过大则凹模增高，多耗模具材料并需要较大的压力机工作行程。图3-2对于 U 形弯曲件，若直边高度不大或要求两边平直，则凹模深度应大于工件的深度。如果弯曲件直边较长，而且对平直度要求不高，凹模深度可以小于工件的高度，见图 3c ，凹模深h0 值查参考文献2 P137表 4.12。表3-1是弯曲 U 形件凹模 的 h 0 值 (mm)板料厚度 t 1 12 23 34 45 56 67 78 810 h 0 3 4 5 6 8 10 15 20 25 表3-1表3-2是弯曲U形件的凹模深度(mm) 弯曲件边长 l 板 料 厚 度 t 1 1 2 24 46 610 50 15 20 25 30 35 5075 20 25 30 35 40 75100 25 30 35 40 40 100150 30 35 40 50 50 表3-2因此选择 h0=40mm（4）凹模深度h要适当若凹模深度h过小，则工件两端的自由部分太多，弯曲件回弹大，不平直，影响零件质量。 若凹模深度过大，会使凹模高度增大，增加了模具钢的用量，且需要压力机有较大的工作行程。 弯曲模的凹模和凸模尺寸要选择适当，尽量减少回弹，平直，保证质量。减少模具钢用量。降低成本。降低压力机行程。增加效率。（5）弯曲凸 、凹模的间隙 V 形件弯曲 时， 凸 、凹模的间隙是靠调整压力机的闭合高度来控制的。但在模具设计中，必须考虑到模具闭合时使模具工作部分与工件能紧密贴合，以保证弯曲质量。 对于 U 形件弯曲，必须合理确定凸 、凹模之间的间隙，间隙过大则回弹大，工件的形状和尺寸误差增大。间隙过小会加大弯曲力，使工件厚度减薄，增加摩擦，擦伤工件并降低模具寿命。 U 形件凸、凹模的单面间隙 值一般 可按式3.2计算：弯曲黑色金属: 3-133式中： 凸 、凹模的单面间隙( mm, 如图3-69a所示 )； tmax板料的最大厚度( mm )； t板料厚度的基本尺寸( mm )； C 间隙系数，其值按表3.4.5选取。 下表是表间隙系数C值 （ mm） 弯曲件 高度 h b/h 2 b/h