箱体散热片冲压工艺及模具设计

箱体散热片的冲压工艺及模具设计摘要 本文利用冲压工艺及模具设计的理论知识，同时以金属学与热处理、塑性力学等许多工程技术基础学科为基础，并联系冲压设备、模具制造工艺学等相关学科进行箱体散热片的冲压工艺及模具设计。在对箱体散热片进行零件工艺性分析以及确定冲压加工工艺方案的基础上设计冲裁模和弯曲模两副模具，并对所设计的两副模具按相关要求检查其加工工艺性以及生产的可行性。在设计过程中，应用Pro/Engineer软件绘制冲裁模和弯曲模的三维实体造型，同时采用CAD绘制两副模具的装配图和部分主要零件的零件图。设计结果表明，利用所设计的模具进行箱体散热片的生产，可以提高产品的质量及生产效率，达到高质量、低成本的预期目的。关键词 箱体散热片；冲压工艺；模具设计；冲裁模；弯曲模The Stamping Process and Die Design for The Box Heat SinkAbstract：In this paper, the stamping process and die design for the box heat sink is done by using the theoretical knowledge of stamping process and die design. At the same time, the paper is done on the basis of many knowledge, such as metal heat treatment, the mechanics of plastic, stamping equipment, the manufacturing technology of dies, and so on. The blanking dies and bending dies are designed on the basis of the work of technology analysis and process scheme determined. In the design process, using Pro/Engineer software design entities, and using Auto-CAD software making project plans together. The result of design shows that the quality and production efficiency for the box heat sink will improve by use the dies which are designed in this paper.Keywords：Box heat sink；Stamping process；Die design； Blanking die；Bending die目录引言11 零件的分析31.1 零件的功用与经济性分析31.2 零件的工艺性分析42 冲压工艺方案的分析与确定53 编写冲压工艺过程卡64 冲裁模的冲压工艺及模具设计84.1 零件展开尺寸的计算84.2 展开件的工艺性分析84.3 分析比较和确定冲裁工艺方案94.4 排样设计及计算94.5 确定模具总体方案结构104.6 工艺计算144.7 工作零件设计184.8 模具其他零部件设计214.9 绘制模具装配图225 弯曲模的冲压工艺及模具设计255.1 弯曲件的工艺性分析255.2 分析比较和确定弯曲工艺方案255.3 确定模具总体方案结构265.4 工艺计算275.5 工作零件结构设计及尺寸计算285.6 模具其他零部件设计305.7 绘制模具装配图326结论34致谢语35参考文献36引言模具是现代工业，特别是汽车、拖拉机、航空、无线电、电机、电器、仪器、仪表、兵器、日用品等工业必不可少的工艺装备。锻件、冲压件、压铸件、粉末冶金零件以及非金属零件，如塑料、陶瓷、橡胶玻璃等制品都是用模具成型的。模具技术直接影响制造业的发展、产品更新换代能力和产品竞争能力1。模具工业潜力很大，前景广阔。近十多年来，美国、日本、德国等发达国家的模具总产值已超过机床总产值。模具技术进步极大地促进了工业产品生产发展，因而深受赞誉。美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”；在日本，模具被誉为“进入富裕社会的原动力”；在联邦德国，模具被冠之以“金属加工业中的帝王”支称；在罗马尼亚，有“模具就是黄金”之说2。可见模具工业在世界各国经济发展中具有极其重要的地位。模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。模具工业是国民经济的基础工业，是高技术行业。模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一。模具设计与制造专业人才是制造业紧缺人才3。模具的类型较多，按照成形件材料的不同可分为冲压模具、塑料模具、锻造模具、压铸模具、橡胶模具、粉末冶金模具、玻璃模具和陶瓷模具。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。冲模、塑料注射模和压铸模是其中应用最为广泛的三类模具4。其中，冲压模具的种类繁多，结构各异。按其用途可将冲压模具分为冲裁模、弯曲模、拉深模、冷挤模等。冲压加工是现代机械制造业中先进、高效的加工方法之一，它是利用各种压力机和安装在压力机上的模具，使材料在常温下或高温状态下进行分离或塑性变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的一种方法。随着近代工业的发展，冲压技术得到了广泛应用。与传统的切削加工相比，我们可以发现冲压加工具有以下优点5。（1）通常有些零件用其它方法难以加工甚至无法加工，从而借助压力机的压力，利用模具能获得壁薄、质量轻、刚性好、形状复杂的零件。（2）冲压加工的零件精度高，尺寸稳定，具有良好的互换性。（3）冲压冲压加工是少无切削加工的一种，部分零件冲压直接成型，无需任何再加工，材料利用率高。（4）生产效率高，生产过程易于实现机械化和自动化。（5）操作简单，便于组织生产。但由于冲模制造一般是单件小批量生产，精度高，技术要求高，是技术密集型产品，制造成本高。因而，冲压生产只有在生产批量大的情况下才能获得较高的经济效益5。本文所研究的是箱体散热片的冲压工艺及模具设计。箱体散热片是一种钣金件，其特点在于材料薄，重量轻，广泛应用于日常生活中，产品需求量大，用传统加工方法难以加工，且无法达到精度要求。而根据上述的冲压加工特点，我们可以发现，采用冲压加工可以解决以上困难，而且采用冲压加工可以提高产品的生产率，操作起来也简单，便于组织生产，最终达到降低成本的目的。综上所述，冲压与其它加工方法相比，具有独到的特点，所以在工业生产中，尤其在大批量生产中应用十分广泛。相当多的工业部分都越来越多地采用冲压加工产品零部件，如机械制造、车辆生产、航空航天、电子、电器、轻工、仪表及日用品等行业。在这些工业部分中，冲压件所占的比重都相当大，不少过去用铸造、锻造、切削加工方法制造的零件，现在已被质量轻、刚度好的冲压件所代替。通过冲压加工，大大提高了生产率，降低了成本。可以说，如果在生产中不广泛采用冲压工艺，许多任务业部门的产品要提高生产率、提高质量、降低成本，进行产品的更新换代是难以实现的6。1 零件的分析箱体散热片零件如图1-1所示，材料为L2，料厚t=2mm，大批量生产，要求表面无严重划痕和毛刺。图1-1 箱体散热片零件图1.1 零件的功用与经济性分析该零件是广泛应用于散热装置中的一种散热零部件，产品需求量大，属于大批量生产。零件工作时受力不大，对其强度和刚度要求不是很高。如果用传统的加工方法进行加工，难度大，产品的生产率低，成本也较高，而采用用冲压加工可以解决以上难题，而且操作简单，便于组织生产。1.2 零件的工艺性分析1.2.1 结构与尺寸该零件的结构为Z形弯曲件，形状较复杂，尺寸较多，采用冲压加工比较容易生产。1.2.2 精度零件的尺寸公差除自由尺寸无精度要求之外，其余尺寸均为IT12级或比TI12级低，并无其它特殊要求，因此，利用普通冲压的方式就可以满足零件的图样要求。 1.2.3 材料该零件的材料为L2，抗剪强度，该材料具有较高的弹性和良好的塑性，冲压结构性较好。综上所述，该零件的工艺性较好，可以采用冲压加工。2 冲压工艺方案的分析与确定生产该零件所需的基本工序为冲孔、落料、弯曲。一般可以采用以下三种冲压工艺方案：方案一：先冲孔，再落料，再弯曲。方案二：冲孔、落料、弯曲级进冲压。方案三：先冲孔和落料，再弯曲。方案一，采用三副模具进行生产，生产率低，零件尺寸的累积误差大，但模具结构简单。方案二，采用一副级进模进行生产，生产率可大大提高，但模具制造困难。方案三，采用一副冲裁模和一副弯曲模进行生产，可保证零件的尺寸精度要求，也可提高生产率。综上所述，采用方案三的冲压工艺进行生产。3 编写冲压工艺过程卡箱体散热片的冲压工艺过程见表3-1。表3-1 箱体散热片冲压工艺过程卡集美大学冷冲压工艺卡片产品型号零（部）件名称共2页产品名称箱体散热片零（部）件型号第1页材料牌号及规格材料技术要求毛坯尺寸每毛坯可制件数毛坯重量辅助材料L6 2mm×175mm×54mm条料2mm×180mm×1400mm25件工序号工序名称工序内容加工简图设备工艺装备工时0下料剪床上裁板180mm×1400mm剪床1冲孔落料冲孔与落料复合J23-25冲孔落料复合模2弯曲Z形弯曲J23-25弯曲模续表3-1工序号工序名称工序内容加工简图设备工艺装备工时3检验按产品零件图检验编制（日期）审核（日期）会签（日期）标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期4 冲裁模的冲压工艺及模具设计4.1 零件展开尺寸的计算由于r/t=1/2=0.5，零件弯曲变形区材料变薄不严重，断面畸变较小，按应变中性层长度等于毛坯长度的原则来计算。由式（4-36）得应变中性层曲率半径的就是公式为5 ： =r+Kt (4-1)式中 K：应变中性层位移系数 r：弯曲内层半径 t：材料厚度由表4-3查得5 K=0.5，已知r=1mm、t=2mm 故 =1.5mm。由式（4-37）得弯一个直角弯曲件，其毛坯长度计算公式为5： L=L1+L2+ ( r+Kt) (4-2)式中 L：毛坯展开长度(mm)；L1、L2：工件直角边长度(mm)；工件有两个弯角，展开长度为L=47+96+27+2××1.5=174.7mm4.2 展开件的工艺性分析该零件的展开件结构尺寸较多。其中，凹模的最小宽度（t为材料厚度）。冲孔时有尺寸为，而冲孔时因受凸模强度的限制，孔的尺寸不能太小，冲孔的最小尺寸取决于材料性能、凸模的强度和模具结构等，根据表可查得圆形孔最小值得，所以满足工艺性要求6。展开件孔与孔之间，孔与边缘之间的距离受模具的强度和展开件质量的制约，其值不应过小，一般要求，由展开件图可知，由以上可知，孔与孔之间、孔与边缘之间的距离均满足工艺性要求。4.3 分析比较和确定冲裁工艺方案该展开件包括落料和冲孔两个基本工序，可采用的冲裁方案有单工序冲裁，复合冲裁和级进冲裁三种。零件属于大批量生产，因此采用单工序需要模具数量较多，生产率低，所用费用也高，不合理；若采用级进模冲裁，生产率高，操作方便，但模具较复杂，成本较高且整副模具的外形尺寸较大，不够合理；而采用复合模冲裁时，可以得出展开件的精度和平直度较好，生产率也高，模具生产周期短，成本较低且整副模具的外形尺寸不会太大。根据以上分析，该展开件采用复合冲裁工艺方案。4.4 排样设计及计算零件轮廓尺寸为174.7mm×53.9mm，工件形状类似长方形，参考表3-10的排样方法，采用有废料直排方式，如图4-1所示7： 图4-1 排样由表3-15查得4排样搭边a=2mm侧搭边a1=2.5 mm由CAD算得冲压件实际面积A=8558mm2条料宽度 B=（174.7+2x2.5）mm=179.7mm步距： h=（53.9+2）mm=55.9mm一个步距内的材料利用率为： =x100%=x100%=85.2% （4-3）排样方案图如图4-2所示。图4-2 排样方案4.5 确定模具总体方案结构4.5.1 模具结构形式根据零件的冲裁工艺方案，采用复合冲裁模，而复合模具有正装与倒装之分，正装复合模较适宜冲制材料较软的或者板料较薄的平直度要求较高的冲裁件，还可以冲制孔边距较小的冲裁件。而倒装式不宜冲制孔边距较小的冲裁件，但倒装式复合模结构简单，有可以直接利用压力机的打杆装置进行推件，卸件可靠，便于操作，并为机械化出件提供了有利保证，故应用十分广泛。本工件的外形轮廓较为复杂，凹模中两悬臂容易磨损，为了便于更换凹模，降低成本，凹模采用镶拼结构，若采用倒装复合模，两凹模镶块定位较难，磨损后容易松动，可能影响零件精度，因此本工件采用正装复合模。总体结构如图4-3所示。4.5.2 卸料装置卸料装置分为固定卸料装置和弹压卸料装置。固定卸料装置用螺钉和销钉固定，能承受较大的卸料力，其卸料可靠、安全；但操作不便，生产效率不高。比较适于冲裁板料厚度大于0.5mm，平直度要求不高的冲裁件。图4-3冲裁模总体结构图弹压卸料装置卸料力较小，但它既起到卸料作用有起压料作用，所得冲裁零件质量较好，平直度较高。适用于质量要求较高的冲裁件或薄板冲裁（t<0.5mm）。本模具为正装复合模，为方便操作，提高生产效率，减小零件变形，选用弹压卸料装置，由表2-297查得卸料板厚度为14mm。弹性元件采用橡胶：根据式（3-41）至（3-45）及表3-15，相关计算如下7：橡胶工作行程=卸料板工作行程+模具修磨量（4mm6mm）之和H工作=h工作+h修磨橡胶的自由高度=（2832）mm取H0=30mm 橡胶预压缩量一般为10%-15%，取预压缩量为15%，矩形橡胶在预压量为15%时的单位压力为0.5MPa橡胶截面积： 橡胶装配高度： H装配 =85%H自由=0.85 x 30=25.5mm 取H装配=25 mm采用两长方体橡胶，橡胶两端开卸料螺钉避让孔 11，橡胶宽度取36mm，长度为 200mm则总面积为:A=2×200×36-4×112=12880mm2 >9680 mm2条形橡胶折合成圆柱状的直径约为48mm满足橡胶垫高径比为0.51.5，橡胶符合要求。4.5.3 推件装置推荐装置是刚性的，由打杆、推板、推杆组成，其结构如图4-4所示。图4-4 推件装置 4.5.4 定位与导料装置采用一个固定挡料销挡料和两个固定导料销导料，为降低模具成本，可以采用手工送料方式。这种定位与导料零件结构简单、制造方便，装在凹模板上。为此，在卸料板上与挡料销、导料销相应的位置上加工三个避让孔，工作时，可使条料压紧，保证条料准确定位。4.5.5 导向装置导向装置主要有两种，第一种采用导柱和导套导向，第二种采用导板导向。（1）对于生产批量大，要求模具寿命高，工件精度较高的冲模，一般采用导柱、导套来保证上下模的精确导向。导套、导柱的结构形式有滑动和滚动两种。滑动导柱、导套都是圆柱形，其加工方便，容易装配，是模具行业应用最广的导向装置；滚珠导柱、导套是一种无间隙，精度高、寿命较长的导向装置，适用于高速冲模、精密冲裁模以及硬质合金模具的冲压工作。（2）导板 卸料板起凸模导向作用，适用于冲制形状简单，尺寸不大，材料厚度大于0.5mm的工件。在工作时，凸模始终在导板型孔内，且与导板制件的间隙小于凸、凹模间隙。由于箱体散热片生产批量大，外形相对复杂，精度不是很高，因此选用滑动导柱、导套进行导向。分别由表7.33和表7.35选用4导柱 A35h5×200 GB2861.1-81导套A35H6×115×43 GB2861.6-814.5.6顶件装置顶件装置一般是弹性的，由顶杆、顶件块、和装在下模的弹顶器组成。这种结构顶件力容易调节，工作可靠，冲裁件平直度较高。顶杆采用四根，弹性元件采用橡胶，其尺寸计算如下：根据式（3-41）至（3-45）及表3.15，相关计算如下8：橡胶工作行程=卸料板工作行程+模具修磨量（4mm6mm）之和即 H工作=h工作+h修磨橡胶的自由高度 =（2832）mm 取H0=30mm矩形橡胶在预压量为15%时的单位压力为0.5MPa 所需橡胶截面积： 橡胶装配高度： H装配 =85%H自由=0.85 x 30=25.5mm取H装配 =25mm 根据零件形状特点，橡胶外形采用矩形，中间开圆形孔10以避让双头螺柱，橡胶外形取130mm×70mm橡胶截面积为130×70-102 =87862500mm2 选用的橡胶可以满足要求。4.6 工艺计算4.6.1 计算冲压力，选择压力机 （1）落料力与冲孔力计算由式（3-24）得平刃口冲裁模的冲裁力F的计算公式为7 F=KLt (4-5)式中 K：系数(一般取1.3)；L：冲裁周边长度（mm）；t：材料厚度（mm）；：材料抗剪强度（MPa）；由CAD软件测得，冲孔总周边长度L1=123mm，落料周边总长度L2=477mm。故冲孔力 F1=1.3×123×2×78N=24.94×103N落料力 F2=1.3×477×2×78N=96.74×103N（2） 冲孔时的顶件力计算由式（3-28）得顶件力的经验公式为7 : FD=KDF1 (4-6)式中 KD为顶件力系数由表3-11查得3 KD=0.05故 FD =0.05×24.94×103N =1.25×103N （3）落料时的卸料力计算由式（3-26）得卸料力的经验公式为7： FX=KXF2 (4-7)式中 KX为卸料力系数由表3-11查得7 KX=0.05故 FX =0.05×96.74×103N =4.84×103N 选择冲床时的总压力为F总= F1+ F2+ FD +FX =127.77×103N（4） 压力机选用根据模具总压力为F总= 127.77×103N由表7-10选用J23-25开式双柱可倾压力机，相关参数如下4：公称压力：250KN滑块行程：65mm最大闭合高度:270mm滑块中心线到床身距离：200mm工作台尺寸：370mm x 560mm垫板厚度：50mm模柄孔尺寸：40mm x 60mm4.6.2 确定压力中心压力中心分析图如图4-5所示。图4-5 压力中心分析图由式（3-35）得压力中心坐标的计算式为7 Xo= （4-7） Yo= （4-8）由于外形类似长方形，可将外形轮廓的重心近似认为在其中心，玩轮廓周长为477mm,各孔周长和为123mm. 所以X0= =82mmY0=29mm4.6.3凸模刃口尺寸计算对于零件中未标注公差的孔尺寸，查表7-14其极限偏差为43mm， 3.5mm，4mm，5mm，7.5mm。根据条料厚度t=2mm、材料为L2，由表2-12查得冲裁模初始间隙值为4 Zmin=0.14mm ，Zmax=0.18mm由表2-17查得非圆形时磨损系数为4：X1=0.75，圆形时磨损系数X2=0.5由表2-17查得凸、凹模制造公差为4:p =0.02mm d =0.02mm 校核：Zmax- Zmin=0.04 p + d =0.04 满足 Zmax- Zminp +d 条件，各冲孔凸模与冲孔凹模采用分开加工法。（1）对于3mm的孔由式（2-13）得冲孔凸、凹模刃口尺寸计算式为5： dp=(d+x) （4-9） dd =( dp +Zmin) （4-10） 故 dp =(3+0.5×0.25) =3.13mmdd =(3.13+0.14) =3.27mm(2) 对于3.5mm的孔根据式（4-8）和式（4-9）dp =(3.5+0.5×0.18) =3.59mmdd =(3.59+0.14) =3.73mm(3) 对于4mm×5mm的孔由式(2-13)得冲孔凸、凹模刃口尺寸计算式为5： Lp=(d+x) （4-11） Ld =( dp +Zmin) （4-12） 故 4p =(4+0.75×0.18) =4.14mm4d =(4.14+0.14) =4.28mm5 p=(5+0.75×0.18) =5.14mm5 d=(5.14+0.14) =5.28mm(4) 对于4mm×7.5mm的孔根据式（3-12）和式（3-13）可知7.5 p=(7.5+0.75×0.22) =7.67mm7.5 d=(7.67+0.14) =7.81mm4.6.3凹模刃口尺寸计算凸模和凹模分开加工的方法适用于圆形或简单形状的工件，对于形状复杂或料薄的工件，为了保证凸、凹模间隙值，必须采用配合加工。本零件形状复杂，而且采用复合模冲裁采取以落料凹模为基准件，再按它们的实际配合尺寸加工凸凹模外形，并分别保证规定的间隙值。对于零件中未标注公差的外形尺寸中，凹模磨损后变大的尺寸：R3、7、4、2.2、30、36.4、50、174.7，凹模磨损后尺寸不变的尺寸：1 。由表2-17查得4:材料厚度2mm，公差小于0.20mm时磨损系数为1；公差为0.210.41mm时，磨损系数为0.75。查表7-14得各尺寸的极限偏差为4:A类尺寸：R3、7、4、36.4、174.7、50B类尺寸：1.7、59.3、2.7、30C类尺寸：1±0.13凹模刃口尺寸计算如下Ad=（A-x）R3d=（3-0.75×0.25）=2.81mm7 d =(7-0.75×0.22) =6.84mm4 d =(4-1×0.18) =3.82mm36.4 d =(36.4-1×0.16) 36.24mm174.7 d =(174.7-0.75×0.25）=174.51mm 50 d =(50-1×0.19) =49.81mmBd=（B+x）1.7 d=（1.7+1×0.1）=1.8mm2.7 d =(2.7+0.75×0.25）=2.88mm59.3 d=（59.3+1×0.19）=59.49mm30 d=（30+1×0.13）=30.13mmCd=C±1 d=1±=（1±0.03）mm 其他尺寸具体见零件图，计算方法同以上各尺寸算法。凸凹模落料刃口按凹模的实际尺寸配制，并保证双面间隙0.140.18mm，冲孔刃口尺寸见凸模刃口尺寸计算部分。 4.7 工作零件设计4.7.1 凹模设计凹模外形为长方体，凹模刃口处有两处悬臂，加工和热处理较难，而且当发生局部磨损时就会造成整个凹模报废，因此，将凹模做成镶拼结构。凹模采用螺钉锁紧和销钉定位的固定方式，凹模轮廓尺寸计算如下。由式（2-27 ）得凹模高度计算经验公式5 H=kb (4-13)式中 b为凹模孔的最大宽度（mm）；K为系数根据条料厚度t=2mm、最大外形尺寸，由表2-22查得凹模厚度系数为4 ：k=0.2故 H=0.2×174.7=35mm由式（2-28）凹模壁厚计算经验公式7 C=（1.52）H （4-14）故 C=52.5 mm70mm 取C=60mm 凹模总长L=174.7+2x60=294.7mm 凹模宽度B=53.9+2x60=173.9mm 按冲压模标准模架，由表7-31取凹模周界尺寸4LxBxH=315mm x 200mm x 35mm 结合模具压力中心的位置，凹模的外形确定如图4-6所示。图4-6 凹模外形图4.7.2 凸模设计凸模采用阶梯式，采用凸模固定板进行固定，凸模与凸模固定板配合部分为圆柱形，采用过渡配合，对于刃口非圆形的凸模在配合处用紧定螺钉锁紧，防止凸模转动，凸模材料选用T10A，工作部分热处理淬硬5862HRC，圆形凸模结构简图如图4-7所示。 图4-7 凸模冲孔凸模结构简单。因冲孔凸模直径较小，所以需要对最小凸模（冲孔凸模）进行强度和刚度校核。（1）凸模最小直径的校核（强度校核）根据式，可推出凸模的最小直径应满足7 （4-15）式中t冲裁件厚度，mm；冲裁件的抗剪强度，MPa；凸模材料的许用压应力，MPa。而最小冲孔凸模的直径3.13mm>0.84mm，故凸模强度足够。（2）凸模最大自由长度的校核（刚度校核）凸模工作部分由推件块导向，由式可知凸模不发生失稳弯曲的最大长度为7直径为部分（悬臂端）的长度为57，因此该冲孔凸模刚度符合要求，其结构及尺寸如图4-8所示。图4-8 冲孔凸模4.7.3 凸凹模设计 凸凹模采用整体式，采用凸凹模固定板进行固定，凸凹模与其固定板为过渡配合，凸凹模高度根据装配要求确定为58.5mm，材料选用Cr12MoV，工作部分热处理淬硬为5862HRC。4.8 模具其他零部件设计4.8.1 定位与导料零件的选用根据零件结构尺寸选择挡料销A6×4×3 GB2866.11-81，导料销A6×4×3 GB2866.11-81，安装在凹模板相对位置上保证条料准确定位与导料。4.8.2 模架选用根据排样设计，板料采用前后送料方式，采用中间式导柱模架，根据表7-311上模座选用 上模座 315×200×45 GB2855.9-81 HT200下模座选用 下模座 315×200×50 GB2855.9-81 HT2004.8.3 模柄选用常用模柄有旋入式模柄，压入式模柄，凸缘式模柄。旋入式模柄通过螺纹与上模座连接。用骑缝螺钉防止模柄转动。这种模柄拆卸方便，但与上模座的垂直度误差较大，主要用于有导柱的中小型模具上。压入式模柄采用骑缝销防止转动。装配后模柄轴线与上模座垂直度较好，主要用于上模座较厚而又没有开设推板孔的场合。凸缘式模柄采用3个或4个螺钉进行固定，上模座的沉孔与凸缘为H7/h6配合。由于沉孔底面的表面粗糙度较差，配合后模柄的垂直度远不如压入式模柄。这种模柄的优点在于凸缘的厚度不到模柄厚度的一半，凸缘模柄以下模座部分仍可以加工出形孔，以便容纳推件装置的推板。由于本模具需要在上模座加工出形孔，以便容纳推件装置的推板，因此选用凸缘式模柄，根据表7-39选用4 模柄A40×85 GB2862.3-81.Q2354.8.4 确定其他板类零部件的结构尺寸根据模具结构特点和使用要求，确定其他板类零部件的结构尺寸，如表4-2所示。表4-2 其他板类零部件的结构尺寸序号名称长×宽×厚（mm）材料数量1凸凹模固定板315×200×2045钢12隔板315×200×1245钢13凸模固定板315×200×2045钢14垫板315×200×845钢24.9 绘制模具装配图4.9.1 装配图冲裁模装配图如图4-18所示。模具闭合高度为235mm，J2325开式压力机的闭合高度为270mm，封闭高度调节量为55mm，所选压力机符合要求。4.9.2 装配技术要求（1）本模具选用级精度的模架；（2）各个零件的尺寸、精度、表面粗糙度和热处理等均应符合有关零件标准的技术要求和技术条件的规定；（3）模具装配前倒去除工作零件的工作部分外所有棱边；（4）凹模与凸凹模采用配合加工，其刃口的双边间隙应保证在0.140.18mm之间；（5）导柱、导套安装孔的轴线应与基准面垂直，其垂直度公差为0.01mm；（7）装配时保证整个模架处于水平,上模座和下模座装配后的平行度要保证在0.1mm以内，模柄轴心线对上模座上平面的垂直度误差应在0.05mm以内；（8）模具处于开模状态时，凸模与顶件块之间要有一定的操作空间；（9）模具开模状态下的高度为263mm，闭模状态下的高度为235mm；（10）装配后进行试模，所加工出的工件尺寸应在公差范围内；（11）模具装配完后要进行防锈处理。 1-螺母；2-双头螺柱；3-顶板；4、18-橡胶；5-下模座；6、23、28、36-内六角圆柱头螺钉；7、21-垫板；8-导柱；9-凸模固定板；10-隔板；11-凹模；12、13、19、37-凸模；14、24-销钉；15-导套； 16-卸料板；17-上模座；20-凸凹模固定板；22-卸料螺钉；25、26、31、32-推杆；27-推板； 29-打杆；30-模柄；33-凸凹模；34-导料销；35-挡料销；38-顶件块；39-顶杆4.9.3 模具工作过程模具工作时，条料沿两个导料销34送至固定挡料销35处定位。冲裁时，上模下行，卸料板与顶件块将板料夹紧，凸凹模外形和凹模38进行落料，落下的冲件卡在凹模中，同时冲孔凸模与凸凹模内孔进行冲孔，冲孔废料卡在凸凹模孔内。卡在凹模中的冲件由顶件装置从凹模中顶出。该模具采用装在下模座底下的弹顶器推动顶杆和顶件块，弹性元件高度不受模具有关空间的限制，顶件力大小容易调节，可获得较大的顶件力。卡在凸凹模内的冲孔废料由推件装置推出。每冲裁一次，冲孔废料被推下一次，凸凹模孔内不积存废料，胀力小，不易破裂。5 弯曲模的冲压工艺及模具设计5.1 弯曲件的工艺性分析该弯曲件为Z形弯曲，如图5.1所示，弯曲半径为1mm，而查表4-2可知4，L2的最小弯曲半径为00.3mm。所以，该弯曲件结构性较好，满足弯曲工艺性要求。图5-1 工件图5.2 分析比较和确定弯曲工艺方案从弯曲件的结构形状与要去来看，所需的基本工序为弯曲。其弯曲工艺方案有以下两种。方案1：采用一副与弯曲件形状相同的凸凹模，直接将坯料弯曲成所需零件。方案2：分阶段弯曲，先把坯料弯曲成L形，再弯曲成Z形。分析以上两种方案可以看出，方案1的优点是模具结构简单，工序单一，操作方便，但弯曲时零件形状不易保证，可能产生变形。方案2的模具结构虽然比方案1较为复杂，但可以保证零件的形状和精度，回弹易于控制，质量较高。综上分析，采用方案2较为合理。5.3 确定模具总体方案结构5.3.1 模具结构形式根据零件的弯曲工艺方案，采用单工序弯曲模，且在弯曲过程中必须能分两阶段弯曲，即顺序弯曲。弯曲模结构图如图5-2所示。图5-2 弯曲模结构图5.3.2 压料装置弯曲开始后，利用模具中的工作零部件将坯料压紧以达到压料效果。5.3.3 定位装置利用弯曲件上的通孔，采用一个固定定位销定位，在左边两个定位销，前面一个定位销，其中前面那个定位销与工件的距离公差加大，防止产生过定位，为降低模具成本，可以采用手工送料方式。5.3.4 导向装置考虑到冲裁件的结构工艺特点，可以采用中间导柱、导套导向。由于冲裁件的精度要求不是很高，可以采用级模架精度。5.4 工艺计算5.4.1 计算弯曲力，选择压力机（1）计算弯曲力凸模自由弯曲力： （5-1）凸模校正弯曲力： （5-2）式中：b弯曲件宽度（mm）；r弯曲件内弯曲半径（mm）；材料抗拉强度（MPa）；k系数，一般取11.3；q单位面积上的校正力（MPa）；A校正部分投影面积（）。（2）选择压力机根据式（4-43）可知校正弯曲时压力机选用依据为7F压机F校 （5-3）根据校正压力为122.5KN选择公称压力为250KN的压力机，即J23-25（查表）。压力机参数如表5-1所示。表 5-1 J23-25压力机名称量值名称量值公称压力/KN250工作台尺寸左右/mm560滑块行程/mm65前后/mm370标准行程次数>/55工作台孔尺寸左右/mm290最大闭合高度/mm270前后/mm110闭合高度调节量/mm55直径/mm260滑块中心到机身距离/mm200模柄孔尺寸/mm40×60立柱间距离>/mm270工作台垫板厚度/mm505.5 工作零件结构设计及尺寸计算（1）结构设计考虑到弯曲件Z形弯曲，凸模、凹模分开设计较简单，宽度和高度尺寸精度对弯曲件的成型没有影响，其结构简图如图5-3和5-4所示。 图 5-3凸模1图5-4 凸模2（2）回弹角的确定及回弹控制根据经验数值法确定回弹角为2度，采用补偿法和校正法进行回弹控制。（3）尺寸计算 由式（4-44）计算横向凹模尺寸7 （5-4）单边间隙： （5-5）横向凸模尺寸： （5-6） 纵向凹模尺寸纵向凸、凹模尺寸精度对制件质量不造成影响，取凸模纵向尺寸为60mm，凹模纵向尺寸为70mm. 凸模圆角半径确定 由表4-25可知最小弯曲半径rmin/t=0.3,弯曲件的弯曲半径r/t=1/2 ，r>rmin ，凸模的圆角半径取弯曲件的圆角半径，即r凸 =1mm。 凹模圆角半径确定根据材料厚度为2mm，r凹 =（36）t ，取r凹 =6mm凹模深度计算弯曲件两个边长分别为27mm、49mm,根据表4-95取凹模深度分别为21mm、21mm。其他尺寸根据装配要求确定。5.6 模具其他零部件设计5.6.1 顺序弯曲设计（1）设计方案利用弹性元件提供弹力的大小，施加不同的弹性力在两级工作零件上，实现零件的顺序弯曲。（2）顶件块处弹顶装置结构设计 弹性元件采用橡胶，所需顶件力为 （5-5）橡胶工作行程：根据式（8-14）可知橡胶自由高度为5 H自由=（3.54）S=(105120)mm （5-6）取橡胶自由高度110mm。确定橡胶截面面积 橡胶的预压缩量一般为（10%15%）H自由 ，取15% H自由 ，由表8-35查得橡胶预压15% 时的单位压力为0.5MPa,故 A=F顶/p=2839N/0.5MPa=5679mm2 （5-7）橡胶装配高度计算 H装配 =0.75H自由=0.85×110=94mm （5-8）橡胶形状选用 根据模具特点，采用长方体状橡胶块，长×宽=140×55，截面面积A0=140×55-×52 =7621 mm2 该橡胶折合成圆柱状橡胶时的直径约为99mm，高径比为1.05，满足橡胶高径比为0.5H/D1.5的要求，橡胶的选用合理。（3）托板处弹顶装置结构设计 设计要求，应使得托板处的弹力远大于顶件力。 拟用两个截面为160mm×50mm的条形橡胶，则每个橡胶需提供大于2366N的弹力。橡胶高度计算方法与顶出装置中橡胶高度的计算方法相同，计算结果为H自由 =110mm， H装配 =94mm 当橡胶的压缩量为15%时，橡胶的单位压力q=0.5MPa，此时，橡胶的弹力为 验证一块橡胶折合成圆柱状橡胶块时的直径为D=100mm橡胶的高度与直径之比为：，满足校核公式 。所以，所选用橡胶的弹力满足工艺要求，且其总压缩量也未超过其允许值。 根据橡胶结构，选择螺钉：圆柱头内六角卸料螺钉M10×100。5.6.2 压料装置设计弯曲开始后，利用活动凸模与活动顶件块将坯料压紧以达到压料效果，且满足弯曲件的平整度要求。5.6.3 定位零件的选用根据零件结构尺寸选择定位销3.5×6和定位销4×6，分别安装在顶件块和反侧压块的相对位置上保证条料准确定位，为了方便零件定位，工件前面加一个4×6挡料销，并加大其与工件的距离公差，防止过定位。5.6.4 确定导向装置，选择模架、模柄（1）根据工作零件轮廓尺寸、模架类型和大致的模具闭合高度，选中间导柱模架。（2）根据模架结构尺寸选择导柱导套：导柱A32h6×280，导套A32H7×115×43。（3）根据压力机型号选择凸缘模柄A40×60。5.6.5 确定其他板类零部件的结构尺寸根据模具结构特点和使用要求，确定其他板类零部件的结构尺寸，如表5-1所示。表5-1 其他板类零部件结构尺寸序号名称长×宽×厚（mm）材料数量1托板250×160×2045钢12压块80×60×63.545钢15.7 绘制模具装配图5.7.1 装配图弯曲模装配图如图5-5所示。1-双头螺柱；2-螺母；3、5、11-顶板；4、17-橡胶；5-销钉；6-导柱；7、19、21、24、29-螺钉；8、28-反侧压块；9-侧压块；10、12-定位销；13、23-凸模；14-托板；15-导套；16-上模座；18-卸料螺钉；20-模柄；22、25-垫圈；26-压块；27-定位销；30-顶杆；31-下模座5.7.2 装配技术要求(1)本模具选用级精度的模架；(2)各个零件的尺寸、精度、表面粗糙度和热处理等均应符合有关零件标准的技术要求和技术条件的规定；(3)模具装配前倒去除工作零件的工作部分外所有棱边；(4)导柱、导套安装孔的轴线应与基准面垂直，其垂直度公差为0.01mm；(5)装配时保证整个模架处于水平,上模座和下模座装配后的平行度要保证0.1mm以内,模柄轴心线对上模座上平面的垂直度误差应在0.05mm以内；(6)模具处于开模状态时，凸模与顶件块之间要有一定的操作空间；(7)模具开模状态下的高度为386mm，闭模状态下的高度为296mm；(8)装配后进行试模，所加工出的工件尺寸应在公差范围内；(9)模具装配完后要进行防锈处理。5.7.3 模具工作过程该模具有两个凸模进行顺序弯曲。为了防止坯料在弯曲汇中滑动，设置了定位销和挡料销。反侧压块能克服上、下模之间水平方向上的错移力。弯曲前凸模13与凸模23的下端面齐平。在下模弹性元件的作用下，顶件块11的上平面与反侧压块的上平面齐平。上模下行，活动凸模13与顶件块将坯料夹紧并下压，使坯料左端弯曲。当顶件块接触下模座后，凸模23停止下行，橡胶17被压缩，凸模23继续下行，将坯料右弯曲。当压块26与上模座接触后，零件得到校正。 6 结论本文利用冲压工艺及冲模设计的理论知识，同时以金属学与热处理、塑性力学等许多工程技术基础学科为基础，并联系冲压设备、模具制造工艺学等相关学科进行箱体散热片的冲压工艺及模具设计。在设计过程中，重点解决了冲裁模中弹性推件装置的设计、凹模镶块设计和弯曲模中防止工件回弹和滑移问题。在此期间同步应用Pro/Engineer软件进行实体造型设计，进行零部件运动的干涉性分析。在实体造型设计工作结束之后，紧接着便应用Auto-CAD软件绘制工程图。本设计完成了以下几部分内容：（1）对箱体散热片工件图纸进行分析，对比了几种常用的冲压加工方法，最终确定了箱体散热片的冲压工艺方案，并按要求填写了冲压工艺过程卡片。（2）根据冲压工艺方案，设计并绘制了冲裁模和弯曲模的三维装配图，经过对零件运动分析无发现干涉后采用CAD绘制了两副模具的二维工程图，同时绘制了冲裁模主要零部件的零件图，为了使冲裁模凹模刃口磨损后仍能使用凹模板，凹模采用组合式。（3）对所设计的两副模具按相关要求检查其加工工艺性以及生产的可行性。本次设计完成了箱体散热片的冲压工艺及模具设计。经过相关检查，模具的工艺性良好，可以通过正常加工得到。此外，利用所设计的模具进行箱体散热片的生产，可以提高该产品的质量及生产效率，最终达到高质量、低成本的预期目的。经过本次针对箱体散热片冲压工艺及模具设计的各项工作，如分析模具的受力情况，计算冲压力和压力中心等参数，确定模具的结构形式，选择成形压力机，对模具进行实体造型设计，绘制模具的装配实体图和各零部件的平面图等，综合考查自己在大学学习阶段掌握的知识结构、专业素质、技术技能等方面，并综合训练自己应用专业理论知识和技能的能力。熟练并巩固专业知识，将理论与实践相结合，培养自己自学知识和解决问题的能力等，为以后致力于模具行业打下了坚实的基础。致谢语本次毕业设计是在指导老师杨小璠老师的热情关怀和细心指导下完成的。杨小璠老师为人师表，教学严谨，诚恳待人，学识渊博，工作踏实等深深地影响了我一学期以来的学习、工作和生活，在毕业设计过程中对我的严格要求、热情关怀和细心指导更是令我终生难以忘怀。在此，谨向杨小璠老师致以最崇高的敬意和最衷心的感谢，感谢杨小璠老师辛苦为我所做的一切。在整个大学学习期间，得到辅导员老师以及多位任课老师的细心教导，使自己不断得到锻炼，收获知识硕果，不断适应即将踏入的社会大家庭。在此，对辅导员老师以及多位任课老师深表谢意和感激。同时，在四年学习期间，与同学的交流使我从中收获颇多，也得到同学们很多的帮助，在此，一并向身边一同生活、一同学习、一同收获的同学们表示感谢。最后，诚挚地感谢审阅本人毕业设计和参与毕业答辩的老师。参考文献1 CAD/CAM of dies/J. S. Gunasekera. -s.l.:s.n.,19892 Jeswiet,J.,Micari,F.,Hirt,G.,Bramley,A.,D