奇瑞A21汽車中支板沖壓工藝分析及基于UG修邊沖孔模具設計

1、奇瑞A21汽車中支板沖壓工藝分析及基于UG修邊沖孔模具設計第一章 概述1.1 課題來源本次畢業(yè)設計的題目是奇瑞 A21汽車中支板沖壓工藝分析及基于 UG修邊 沖孔模具設計 , 該課題來源于東風汽車模具有限公司。零件材料為B210P1深沖壓用高強度鋼（B?寶鋼、210?最小屈服點值、P?強化方式、1?超低碳），厚度為1.2mm零件圖如下：圖1.1 奇瑞A21汽車中支板產品圖1.2 課題背景及意義該零件屬汽車覆蓋件 , 而修邊沖孔模更是沖壓模具中的典型 , 因此對該課 題進行設計研究是必要的。 源于生產實際,不同于一般的理論性設計 ,對我們學習 模具設計的學生來說 ,這樣的應用型課題不但是對理論知

2、識的鞏固、 提高,更是一 種對于大型模具設計經驗的積累 , 為日后的工作提供寶貴的財富。東風汽車模具有限公司是國內最大的汽車模具設計與制造企業(yè)之一 ,它 不僅為東風汽車公司 , 還為國內其他汽車廠家設計制造模具。隨著市場競爭日益 激烈, 汽車改型周期大幅度縮短 , 對這一技術的掌握程度變成了衡量企業(yè)競爭能 力的重要指標之一。公司在過去使用的是傳統(tǒng)的二維 CADS統(tǒng)進行自底向上“搭 積木”式地裝配設計 , 這種設計過程是從沖模零件設計到沖?？傮w裝配設計 , 既不 支持沖模從概念設計到詳細設計 , 又不能支持零件設計過程中的信息傳遞 , 零部 件之間沒有必要的內在聯(lián)系和約束 , 其設計意圖、功能要

3、求以及許多沖模的裝配 信息都得不到必要的描述 , 設計效率極低。近幾年來公司為了滿足客戶的需求和 自身快速發(fā)展的需要 ,提高自己的模具設計水平、 縮短模具設計周期 ,改用三維軟 件（如UG軟件）進行自頂向下的全參數(shù)化設計。結合工藝性和制件的特點 , 在分析修邊沖孔模結構設計特點的基礎上 ,以UG作為開發(fā)平臺進行三維修邊沖孔模 CAD隨著我國汽車工業(yè)的迅速發(fā)展,新車 型更新?lián)Q代的速度不斷加快 , 傳統(tǒng)的覆蓋件模具設計制造方法已不能適應產品開 發(fā)的要求。汽車覆蓋件模具作為汽車車身生產的重要工藝裝備 ,直接制約著汽車 產品的質量和新車型的開發(fā)。 覆蓋件模具因其設計制造難度大、 周期長而常常成 為制約

4、汽車生產的主要因素。在 UG平臺上提高模具設計的技術水平、縮短模具 設計周期 , 適于汽車覆蓋件模具結構設計。1.3 車身沖壓模具的現(xiàn)狀和發(fā)展1.3.1 現(xiàn)狀近年來 , 國內汽車工業(yè)發(fā)展迅速。隨著市場的擴大 , 用戶對汽車質量的要 求也越來越高 , 尤其是作為汽車“臉面” ?汽車車身的表面質。汽車外形確定以 后, 根據各部位的功能區(qū)分 , 即可確定車身外覆蓋件的形狀與尺寸。為了減輕車身的自重和降低生產成本 , 轎車車身構件大部分為薄鋼板沖 壓件, 約占 60%-75%。沖壓件具有質量輕、強度高、制品尺寸穩(wěn)定、表面平整、 形狀美觀等特點 , 而沖壓加工具有加工時間短、勞動量小、工具消耗量低和材料

5、 利用率高無切屑的優(yōu)點 , 是車身制造的主要加工方法。車身沖壓件一般采用厚度為0.6-1.2mm的薄鋼板,厚度大于1.6 mm勺鋼板只用在結構需要加強的構件上。其成形過程一般要經過沖剪、拉延、切邊、沖 孔、復合沖剪、 彎曲、復合彎曲等工序中的若干種。 然而為了保證沖壓件的質量 , 其沖壓材料必須具有良好的拉延性、延展性、彎曲性和凸緣拉伸性 , 復合成形性 等性能。一般根據沖壓件的成形難易程度來選擇具有相應成形能力和所需機械性 能的材料 ,以使沖壓件制品既符合使用要求 ,又不產生斷裂、 折皺、成形不完整等 缺陷。沖壓材料主要使用冷軋鋼板、 防銹表面處理鋼板及輕型高強度鋼板等適合 市場需求的鋼板。

6、車身沖壓件成形方法一般是拉延成形 , 尤其是外表面件要求美 觀。車身沖壓模具分類 :沖模的種類一般分為成形模、沖裁模灣曲模 3 種,模 具結構可根據壓力使用情況做更詳細的劃分。 成形模的種類有拉延、 成形、整形 和壓印等 ;沖裁模的種類有落料、 沖孔、修邊、切斷和切廢料等 ; 彎曲模的種類有 翻邊、彎曲、折彎和卷邊等。1.3.2 新技術與發(fā)展趨勢當今世界汽車行業(yè)普遍認為 , 汽車車身沖壓成形技術是汽車制造技術的 重要組成部分 , 每一次汽車車身的更新?lián)Q代都需要開發(fā)相應的專用模具和增加必 要的生產線。因此在沖壓生產中 ,如何提高沖壓生產效率、 降低生產成本 ,正確選 取和采用新設備、新材料、新工

7、藝等是沖壓技術中的主要課題。眾所周知 ,汽車車身的金屬件幾乎 100%為沖壓件 , 而且汽車車身的更新 換代速度快。這就決定了沖壓成形技術在汽車產品的開發(fā)中不僅影響制造周期 , 還直接影響成本和產品品質。 汽車車身沖壓成形技術的關鍵是沖壓工藝與模具技 術。沖壓工藝的合理與否決定了模具調試的難易程度 : 模具設計決定了模具制造 的難易程度及制造管理過程 , 因而直接影響模具制造成本和周期。盡管國內外己通過長期的實踐積累了大量的經驗 , 形成了較系統(tǒng)的設計 制造規(guī)則和方法 , 但新技術的出現(xiàn)仍可能為沖壓工藝和模具技術的重大變革帶來 機遇。特別指出的是,以CAD/CAM/CA為特征的計算機技術在沖壓

8、成形中的應用 不僅能引起傳統(tǒng)工藝流程在周期、成本和品質方面的變化 , 而且使一些以前難以 實現(xiàn)的工藝設想可能成為現(xiàn)實 , 根據目前國際汽車沖壓和模具技術的發(fā)展趨勢 , 已經形成了包括模具設計和沖壓技術模塊化、新材料及復合材料沖壓加工工藝、 計算機模擬沖壓成形及虛擬試模技術、特種成形技術和模具制造技術等重大課 題。主要有如下幾點 :1 模塊式沖壓模塊式沖壓的突出優(yōu)點在于能把沖壓加工系統(tǒng)的柔性與高 效生產有機的結合在一起。柔性的含義較廣 , 如沖壓件的幾何形狀的多種要求 , 只要通過自由編程就可獲得 , 體現(xiàn)了加工形狀的柔性。又如既適用大批量單品種 沖壓件的生產 , 更對小批量多品種加工發(fā)揮優(yōu)勢

9、, 也表現(xiàn)出柔性。概括而言 , 模塊 式沖壓的特點是 :(1) 在沖壓成形過程中可快速更換組合模具以提高生產效率 ;(2) 由于具有帶材的供帶和矯帶裝置 , 可省卻另設上料下料工序 ;(3) 實現(xiàn)了大工件的 不停機加工 ;(4) 既能獨立又能成系列的控制組合沖模動作 , 能連續(xù)進行沖壓加 工;(5) 沖模具有可編和的柔性特點。2. 模具設計和沖壓技術的模塊化。3. 車身模具新材料。目前汽車行業(yè)的研發(fā)熱點是車身輕量化成形工藝 ,歐洲汽車專家預測。在未來 10年里轎車自身重量還將比現(xiàn)在減輕 20%。當前, 發(fā) 達國家在材料和成形技術開發(fā)與應用方面正方興未艾。 使用鋁合金和鎂合金代替 鋼鐵是目前各國

10、汽車制造商主要的減重措施。 預計到 2010年, 適合于鋁、鎂等各 種不同輕質材料的汽車車身沖壓工藝CADCAPP 口沖壓件成形技術會得到進一步 完善。4. 先進制造技術。最近幾年 , “亞毫米沖壓”概念逐漸深入人心。亞毫米沖壓是指汽車車身沖壓件的精度控制在 O?1.0mm勺范圍內，與過去制造業(yè)通行的 誤差2mn湘比,是個非常大的提高。亞毫米沖壓的中心是沖壓件的精度與敏捷度 兩個目標 , 精度就是使沖壓件尺寸準確度控制在 O 毫米或亞毫米的水平 , 其關鍵 是控制車身支架、立柱等結構件的尺變動 , 并使汽車覆蓋件分塊度大 , 如采用整體 左右側板和頂蓋板等。敏捷度含義則是指減少沖壓件的生主準備

11、時間達30%包括模具設計、試樣制造和工裝準備時間 , 以達到極大縮短新車型制造周期的目的。5. 特種沖壓技術。如：液力拉深、內高壓成形、電磁成形。6. 沖壓工藝改進和計算機輔助技術。第二章 制件結構工藝分析及沖壓工藝方案設計2.1 制件結構工藝分析此次設計用的材料為B210P1厚度為1.2mm從零件的結構圖可知 ： 該制件為中支板 , 制件形狀比較簡單 , 總體尺寸不 是太大(422mm x 130mm)形狀和結構不復雜。題目為制件的修邊沖孔工序。沿 周修邊 , 并且沖若干孔。而零件底部其余部分由翻邊翻孔工序來完成。采用一模 一件的沖壓工藝方案。2.2 制件沖壓工藝分析2.2.1 沖壓工藝方案

12、比較和確定該零件包含的既有落料、修邊、沖孔等分離工序 , 又有拉延、翻邊、翻孔 等成型工序。因此, 必須對工序進行合理的組合以及對沖壓順序進行合理的安排 , 才能保證產品的質量 , 提高生產效益 , 滿足大批量生產要求。 本設計中應確定的為大批量生產的覆蓋件沖壓工藝方案。 綜合該產品的形狀及工藝分析可以初步的定 義以下的幾種設計工藝方案 :方 案 一 方 案 二 方 案 三(1) 拉延(2) 修邊(3) 翻邊(4) 沖孔(5) 翻孔 (1) 拉延(2) 沖孔(3) 修邊(4) 翻邊 +翻孔 (1) 拉延(2) 修邊 +沖孔(3) 翻邊 +翻孔各個方案的分析對比與確定 :方案一: 此方案與其它兩

13、個的不同之處在與拉延、修邊、翻邊后再沖孔、 翻孔, 雖然這樣可以得到的產品質量最好 , 但是由于工序過多 , 會造成很大的資源 浪費, 此方案可以在方案二、三不能被采用時用。方案二: 此方案與其它兩個的不同之處在于方案二是先沖孔后修邊 , 結合 產品圖我們可以知道 , 先沖孔而后修邊非常容易引起產品的變形 , 實際的操作中 不但不能獲得到合格的產品 ,同時還會出現(xiàn)廢品 , 所以為了能達到產品的要求 ,不 應采用方案二。方案三: 方案三是三個方案中比較好的 ,此方案與其他的兩個的不同之處 在于, 它將沖孔與修邊同時進行 , 沖孔與修邊同時進行是在產品的孔與修邊的邊界距離不太小的情況下是合理的。綜

14、合產品的設計要求 , 我們可以知道沖孔與修 邊同時進行在保證產品質量的前提之下是具有可行性的 , 因此我們在設計中可以 采用方案三。通過對以上各個方案的分析比較 , 可以得出方案三是比較理想的設計方 案。2.2.2 工藝基準模具零件在加工、測量和裝配的過程中所應用的基準稱為工藝基準?？?分為: 定位基準、測量基準和裝配基準。 其中定位基準還可以進一步分為粗基準、 精基準和附加基準。沖模中心線是沖模最主要的基準。將沖模中心線劃在沖模及其零部件的 實物上,以該線為依據找正 , 此法曾被廣泛采用。在沖模有關零部件上增設工藝基 準,以這些工藝基準為依據找正 , 這樣做雖然存在基準不重合誤差 , 但由于

15、其可靠 性好、累積誤差小且易于控制又便于長久保留 , 因此得到廣泛采用。這些工藝基 準的科學設置與合理使用有利于提高模具的制造精 度和便于以后模具的維修。圖 2.1 工藝基準2.2.3 修邊沖孔模設計要點修邊、沖孔工藝屬于剪切加工 , 其設計重點有 :a. 沖壓方向和切斷面的強 度 ;b. 沖模刃口的選擇 ;c. 廢料處理廢料形狀、盛廢料裝置、廢料滑槽角度 ;d. 操 作性卸料裝置 ;e. 加工壓力 ;f. 沖模剛性等。修邊沖孔模三維實體設計的步驟 : 從拉延工序得到拉深模工序件三維曲面數(shù)模T凸模鑲塊實體造型T廢料刀鑲塊實體造型T凹模鑲塊實體造型T頂出 器實體造型f沖孔凸模、凹模、固定板造型f

16、完善下底版出廢料部分的造型f設 計沖壓件定位、取件裝置一設計和裝配模具上其他標準件一導出二維工程圖。修邊沖孔模是模具中結構比較復雜、 零件比較多的模具。 設計要點在于 :1. 模具零件三維設計順序遵循工序制件f工作部分f結構部分f輔助部 分。2. 參數(shù)化問題。在設計初始階段保留參數(shù) , 以便于更改、提高效率。3. 三維實體設計規(guī)范和標注規(guī)范。三維實體造型到二維工程圖是計算機 自動完成的，與CAD二維設計圖紙有區(qū)別，規(guī)范標注，比如,實體造型中采用顏色 來區(qū)分加工面、非加工面。4. 模具三維標準件庫。提高設計效率。5. 采用裝配的設計方法。清晰表達模具零件的屬組和層次。2.3 基于UG平臺的沖壓工

17、藝設計2.3.1 工序件的制作產品圖如圖 2.2圖 2.2 產品圖將產品圖的翻邊、 翻孔處都展開 , 補好沖掉的若干孔便是工序件了。 沿綠 色部分四周邊緣的線為修邊線 , 修邊線外藍色部分為工藝補充部分 , 紅色部分為 拉延筋。工序件如圖 2.3。圖 2.3 工序件2.3.2 工程計劃圖的制作工藝方案流程圖如下圖 2.4 至圖 2.6 所示:圖 2.4 第一道工序圖 2.5 第二道工序 圖 2.6 第三道工序本課題的主要內容是修邊沖孔這道工序模具的三維設計工藝計算及主要參數(shù)的確定3.1 沖裁間隙的確定及方向的確定 合理的沖裁間隙確定有兩種常用的確定方法 :(1) 理論確定法 : 理論確定法的主

18、要根據是保證上、 下裂紋重合 , 以獲得良 好的沖裁斷面。間隙的大小可以由下面的公式來確定 :其中h?凹模壓入深度t? 材料的厚度? 裂紋方向與垂線間的夾角(2) 經驗確定法 ( 通過查設計標準 )料厚(mm)單面間隙Cmm雙面間隙2Cmm間隙量%0.50.030.0550.60.030.0650.70.040.0750.80.040.0850.90.060.1271.00.070.1471.20.100.1981.40.140.28101.80.180.36102.00.200.40102.30.230.46102.60.260.52102.90.290.5810圖 3.1 標準間隙速查表料

19、厚為1.2mm,查圖3.1表得合理的沖裁間隙為0.10mm單邊間隙)。間隙 的方向:以凹模為基準,間隙取在凸模上 ;而在設計沖孔模時 ,以凸模為基準,間隙 取在凹模上。3.2 沖裁力、推件力、卸料力的計算3.2.1 沖裁力的計算由公式 其中:F?沖裁力(N)L? 零件周長 (mm)t? 材料厚度 (mm)? 材料抗剪強度 (MPa)K? 系數(shù)通常取 1.3在實際的計算沖裁力過程中 , 為了簡便也可以按下式估算沖裁力由資料可知材料B210P1查表取a圖 3.2 測量修邊線長度在UG中測量修邊線的長度得L1584.8343mm;t1.2mm則由上面的公式可以得 :F1584.8343mm x 1.

20、2mrriX 350MPa665630.406N勺為 66.6 噸3.2.2 卸料力、推件力、頂件力的計算退料力 :推下包在凸模上的料所需要的力 , 叫退料力。退料力K退x P(Kg)式中:K退?退料力系數(shù);P?沖裁力(Kg)推出力 :順著沖裁方向推出卡在凹模里的材料所需要的力 , 叫推出力。推料力nK推x P(Kg)式中:n?卡在凹模里料的數(shù)量;K推？?推料力系數(shù)。頂出力 :逆著沖裁方向頂出卡在凹模里的料所需要的力 , 叫頂出力頂出力K頂x P(Kg)式中:K頂？?頂出力系數(shù)。圖 3.3 退料力、推出力、頂出力示意圖料厚 K退K推K頂鋼 0.10.06-0.090.1 0.140.1-0.5

21、0.04-0.070.0650.080.5-2.50.025-0.060.050.062.5-6.50.02-0.050.0450.056.5 0.015-0.04 0.025 0.03鋁、鋁合金 0.03-0.08 0.03-0.07紫銅、黃銅 0.02-0.06 0.03-0.09圖 3.4 系數(shù)表料厚為 1.2mm,由圖 3.4 知:K 退 0.025-0.06;K 推 0.05;K 頂 0.06則: 已知沖裁力為 665630.406N;退料力 F 退 665630.406 x 0.0533281.5203NF 推 665630.406x0.0533281.5203NF 頂 66563

22、0.406x 0.0639937.82436N則總的沖裁力為 :F 總 F+F退+F 推+F 頂 772131.27N3.2.3 壓料力的計算及彈簧的選定壓料力是指加工開始時為防止制件變形和錯動所需的壓力。導軌間距離 （ 毫米）1340PsP x壓件器壓下時的系數(shù)（Kg）在開始切割板件時 （ 刃口開始切件 ）, 要滿足所需壓力。壓料力隨產品形狀和厚度的不同而不同。一般為修邊力的5流右，壓力系數(shù)見圖 3.5圖 3.5 壓力系數(shù)本設計中壓件器不受側向力 , 通過圖 3.5 中查到壓力系數(shù)為 5%。則有 F 壓 772131.27 x 5%38606.564N勺為 3.9 噸。然后壓料力通過壓件器實

23、現(xiàn) , 所以在工作中 , 壓件器的壓力有彈簧提供 , 考慮到壓件器上位置分布等諸多問題 , 選用氮氣彈簧。氮氣彈簧的標準X500-25,瑞典凱爾標準,參數(shù)為初始壓力為7400N,終點 壓力為14000N 3個氮氣彈簧，總共能提供的壓力為 42000N38606.564N則彈簧 選擇是合適的。3.2.4 壓力機的選擇根據實際情況、工作臺臺面的尺寸、閉合高度的大小、初步確定的總的 沖裁力的大小選擇在實際的設計中使用壓力機 :模具所用的設備為J31-400C,其工藝參數(shù)如下：公稱壓力噸 400滑塊行程毫米 400滑塊行程次數(shù) 次/ 分 20最大裝模高度 毫米 650裝模高度調節(jié)量 （ 毫米 ）250

24、 工作臺板尺寸 左右x前后毫米1500 X 1400工作臺墊板厚度毫米 200滑塊底面尺寸 前后X左右毫米1490 X 1300電機總容量 45凈重（噸） 53外形尺寸（長X 寬 X 高）（mm） 3560 X 2910X 67203.3 凸、凹模刃口尺寸的計算3.3.1 設計的原則1 、保證沖出合格的零件2 、保證模具有一定的使用壽命3 、考慮沖模制造修理方便、降低成本3.3.2 尺寸的計算本套模具中修邊凸、凹模的刃口采用配合加工的方法加工 , 保證模具間隙 為0.10mm左右,所有沖孔凸、凹模均采用分開加工的方法制造。（1） 凸模與凹模分別加工時的公式如下 :沖孔:由公式知 :落料:由公式

25、知 :以上各式中 , 系數(shù) x 是為了使沖裁件的實際尺寸盡可能最接近沖裁件公差的中間尺寸。x在0.51之間取值與工件的制造精度有關可查相關手冊,或按列關系取值 :工件的公差等級為 IT10 或更高,取 x1;工件的公差等級為 IT11IT13, 取 x0.75;工件的公差等級為 IT14, 取 x0.5 。由于在此零件中未標注公差值 , 按國家標準的非配合尺寸的 IT14 級處 理。以下所有的凸、凹模刃口尺寸的計算中均取 x0.5 。對于最小合理雙面間隙 Zmin,由于所有的手冊上都查不到與設計中所用的B210P1相對應的值，一般取板料厚度的10%故經驗公式Zmin10%t,式中t為板料厚度。

26、制件的厚度為1.2mm, 于是有Zmi n10%t10% 1.2mm0.12mm根據制件的 IT14 級精度, 查表 3.1 可得制件的公差。由公式和計算可得凸、凹模刃口尺寸。表3.1基準件公差值基本尺寸 /mm 公差等級IT9 IT10 IT11 IT12 IT13 IT1436610101830361830251001402504352 4048587084 607590110130120150180210180220270330300360430520凹模極限偏差表 3.2 規(guī)則形狀 （ 圓形、方形 ） 沖裁凸模、凹模的極限偏差基本尺寸 /mm凸模極限偏差1830308080120120

27、180180260260360360500500 -0.020-0.020-0.020-0.025-0.030-0.030-0.035-0.040-0.050 +0.020+0.025+0.035+0.030+0.040+0.045+0.050+0.060+0.070注: 摘自沖壓手冊(2) 在設計沖孔時的凸、凹模刃口部分的尺寸情況如下 :圖 3.7 工序件圖例如沖孔 32 查表 3.2 得 :0.020mm;0.030mm;x0.5 則可以將以知和查的數(shù)據代入到 (2-11) 及 (2-12) 中得(32+0.5 X 0.52)32.26(32+0.5 X 0.52+0.12)32.38同理

28、其它各個孔的沖孔凸、 凹模刃口尺寸可按以上方法計算 , 計算結果如表 3.3 所示 :表 3.3 凸、凹模刃口尺寸制件孔基本尺寸 /mm 凹模刃口尺寸 /mm 凸模刃口尺寸 /mm32 32.3832.269 9.189.303.4 確定沖模閉合高度7 7.187.30模具閉合高度主要是考慮到 :1, 閉合高度應該盡量小 ,以節(jié)省成本。 2,應 該考慮到壓機的性能參數(shù) , 模具的閉合高度應該在壓機的最小閉合高度以上 （ 如 果再小,就無法安裝,當然,可以使用墊塊 ,但是這樣的模具就是非常規(guī)設計了 ,一 般設計資料上不推薦使用墊塊 ）, 而在最大閉合高度以下。理論上來說 , 模具可以 使用機床最

29、大閉合高度 ,但是,實際生產中 ,模具的制造誤差存在 ,不可能完全達 到設計的閉合高度。如 , 設計的閉高為 650, 由于加工及裝配誤差的存在 , 閉合高 度就變?yōu)榱?655 了, 同樣, 如果機床的最小閉合高度為 400,而設計時雖然閉合高 度為 400,但是由于誤差的存在 , 閉合高度變?yōu)?395,這樣的閉合高度也是無法安 裝的。這樣的誤差在生產及裝配中是不可避免的 , 是現(xiàn)實存在的。所以, 在設計時 , 要提前考慮到這樣的誤差的存在 , 將模具的閉合高度設計在機床最大閉合高度以 下10mn左右。所以，機床的最小閉合高度+10W模具閉合高度w機床的最大閉合高度 -10mm。由 3.3.4

30、 得出 H最大 650mm;H調 250mm;H最小 650-250400mm則 400+1CX H 閉 w 650-10,即 410W H 閉 w 640現(xiàn)閉合高度為600mm符合以上的設計原則。3.6 校合起重棒模具本體的測量主要依靠 UG的自帶測量功能,?分析？質量屬性，可以查 處模具的質量。圖 3.8 模具總體質量測量如圖 3.8 可以得到模具本體的質量為 :1351.9995kg, 即 1.3 噸左右。起重棒的選擇 , 按東風模具設計標準 , 起重棒的允許載荷為 :圖 3.9 起重棒選擇標準選擇 d40 的起重棒 , 它的允許載荷已經達到了 2.5 噸 ,4 根起重棒的載荷 為 10

31、 噸 , 已經遠遠滿足要求 , 保證了安全。模具結構方案及主要部件設計4.1 修邊沖孔模的典型結構由于汽車覆蓋件的結構形狀不同 , 修邊線的空間形狀不同以及修邊部位 的不同,修邊方向也不同 , 因此修邊輪廓多是立體的不規(guī)則的形狀 , 所以修邊刃口 不能設計在一個平面上 , 而是有許多塊刃口鑲塊組成修邊刃口。這種結構可以大 大減少模具刃口的制造工作量 , 減少刃口材料的消耗 , 降低模具的制造成本 , 且結 構簡單,故被廣泛采用。 根據修邊鑲件的運動方向 , 修邊模中結構最簡單、 應用最 多的是垂直修邊模 , 這類模具修邊鑲件的運動方向與壓力機滑塊的運動方向一致 做垂直方向的運動。典型結構如圖

32、4.1 。圖 4.1 修邊沖孔模模具主要包括 6 個部分:刃口部分 ,定位部分 ,物流部分,導向部分 ,限位 部分, 安裝部分。刃口部分 : 主要是模具的工作部分 , 確保零件的修沖及翻整等操作 , 一般 來說, 硬度要求比較高 ,用鑲塊來做刃口 ,鑲塊的材質由料厚決定。定位部分 : 主要是保證制件在模具上的定位 , 以便沖裁時 , 制件能準確安 放。料流部分:主要是考慮制件在模具內的流動 ,如:坯料件的放置 ,成品件的 取出, 及加工中廢料的流動。導向部分 : 主要保證模具在工作時 , 上下模的導向 , 及壓件器在上模內的 導向。限位部分 : 主要考慮活動部分在模具內的限位 , 如: 上下模

33、合模的時候的 限位, 及壓件器在上模內的限位。安裝部分 : 安裝部分是模具的主體 , 主要是保證以上幾個部分的安裝 , 及 模具的強度。一般為鑄件材質。4.2 工藝分析在模具設計前 , 首先明確工藝要求。圖 4.2 工藝分析從圖 4.2 上可以看出 ,沿綠色部分輪廓為修邊部分 , 紅色部分為沖孔部 分。大致可以將整個工作部分分為 3 個區(qū)域, 如圖所示 :1. 修邊區(qū)域 , 需要設計修邊鑲塊 （凸模和凹模 ） 。2. 沖孔部分 , 這五個孔都是標準圓孔 , 可以使用標準件裝置來完成沖孔。3.2 個長圓孔，它的尺寸為11.5 x 44mm這個長度是無法用標準沖孔裝置 來完成的。（按模具設計標準，

34、標準沖孔的沖頭最大尺寸為44.99mm,凹模套為44.99時，它的直徑已經達到了 56mm如果安裝一個凹模套,則修邊刃口到凹模套 的距離太近,會導致刃口的強度太差 ）4.3 修邊沖孔模主要部件的設計4.3.1 凸模的設計1. 從工藝角度經過工藝分析 ,大致可以得出鑲塊的刃口結構如圖 4.3 所示。圖 4.3 修邊鑲塊修邊鑲塊的上模鑲塊應在綠色區(qū)域 （修邊輪廓）外,下模鑲塊應在綠色區(qū) 域（修邊輪廓）內。即:凸模鑲塊在下模上 ,凹模鑲塊在上模上。 設計這樣分布的原因是, 凸模鑲塊放在下模上 ,它的符形型面 ,還可以用作型面定位 ,便于工件的穩(wěn) 定安放。5 個標準孔可以直接使用標準沖孔裝置。 2 個

35、異形孔 , 需要單獨設計凸 模,（ 如上述原因 ）, 同時,因為是做異行沖孔 , 沖孔凸模和凹模的邊界都必須沿著 沖孔線。作為沖孔凹模 , 可以將形狀做大后直接用螺釘固定 ,但是, 由于孔 1 長為 44mm寬為11.5mm，如果只做單體的凸模,要是螺釘固定（M10的螺釘沉孔直徑為 17.5mm）可能鑲塊空間太小無法安裝螺釘；所以，這個異形沖頭,必須另外設計沖 孔凸模的鑲塊固定座。2. 從材料角度鑲塊材料的選擇原則 , 料厚 t, 決定了鑲塊的材料 ,（ 材料決定鑲塊的大 ?。?t 1.2 材料:7CrSiM nMoV（鑄件）,1.2t 1.5,材料:T10A（鍛件）1.5 t 2.0 材料:

36、更好的材料由于本制件的料厚為1.2mm材料可以選用鑄鋼件:7CrSiMnMoV 做為鑄鋼件鑲塊 , 能達到的最大值理論上可以到 500?600,但是, 因為鑲 塊的刃口部分硬度要求很高（HRC55以上）,需要淬火處理。如果在鑲塊后續(xù)的淬 火過程中 , 鑲塊太大 , 刃口淬火極容易變形 , 這樣會導致型面不準確。鑒于這些原因 , 工作鑲塊長度定為 300 左右。3. 從制件的定位角度零件在模具上的定位 , 可以決定鑲塊的符型面的大小 , 顯然, 鑲塊的符型面越多 , 件的定位越準確 ! 但是從生產的角度上來說 ,需要用盡可能小的符型面 , 換取更準確的定位 .所以, 符型面的大小決定了鑲塊的分塊

37、。圖 4.4 工序件圖從制件外觀上觀察 , 零件四周有陡壁和凸包 , 這些部位可以防止制件上下 左右的偏移。 所以, 這些地方符形面是必不可缺的。 同時考慮到制件的安置穩(wěn)定 , 應該合理的增加些必要的符形面 ,以支持定位 , 同時可以確定制件的定位方式 :設 計選用型面定位為佳。修邊部分，沿修邊線的周圍30mm區(qū)域內必須有符形面，以保證有足夠強 度進行修邊。這些地方的符型面 , 也是必不可少的 !沖孔部分,在孔的周圍30mm區(qū)域也要有符形面，以保證有足夠強度完成 沖孔。 （邊緣的沖孔除外 ）在設計中, 考慮到制件的型面區(qū)域較小 ,所以,設計時, 全部使用了符型。通過以上的分析 , 可以確定刃口

38、鑲塊的具體形狀 , 如圖, 修邊區(qū)域, 分成了 2塊修邊鑲塊，鑒于修邊線的左端到右端總體長度只有 450mn左右，如果只使用一 塊鑲塊,鑲塊長度稍微顯得長了點,所以分兩塊鑲塊（每塊在250mm左右）來完成 修邊的刃口。4.3.2 凹模的設計對于上模來說 , 上模的刃口因為會包圍著修邊線 , 所以, 上模的鑲塊會顯 得大些,而總體的修邊線只有450mm左右,可以估算到上模鑲塊的總體長度會在 670mm左右（單邊加上60mm）這樣的話,設計可以將上模的修邊鑲塊分為 4塊,因為,上模不需要考慮件的定位 ,所以, 上模鑲塊的分塊只需要考慮到鑲塊的合理分 塊大小就可以了。如上所述 ,上模的鑲塊圖可以得出

39、 ,如圖4.5 所示:圖 4.5 鑲塊圖上模修邊鑲塊的符型區(qū)。因為上模的符型區(qū)不需要拿來定位 , 所以, 作為 上模,只需要滿足沖切就可以了。一般上模鑲塊 （鑄鋼件鑲塊 ）如圖。圖 4.6 斷面圖4.3.3 壓件器的設計經過加工變形后的沖壓件 , 一般都存在不同程度的彈性變形 , 而且這種彈 性變形在模具設計、制造中要想控制和消除是很困難的。由于彈性變形的結果 , 使沖壓件與按理想形狀的模型制造的定位器的定位面不相貼服 , 從而導致修邊沖 孔尺寸的不穩(wěn)定 ,空間修邊制件易移動 , 因此為保證沖壓件質量的穩(wěn)定 ,在確保定 位可靠的情況下 ,利用壓件器將制件強行壓服在凸模上 , 使制件不能夠產生位

40、移。 壓件器不僅起到壓料的作用 , 同時起定位和將制件從凹模內推出的作用。壓件器 的設計要求其型面形狀及精度滿足定位要求 , 同時有一定的導正作用和限位要 求。修邊模的壓件器 , 主要涉及到修邊部分和沖孔部分。壓件器的修邊部分，主要是沿著修邊線，長度在15-20mm左右，如果壓件 器的導向需要依賴刃口 ,則壓件器的刃口長度還需要加長 ,以便于刃口導向更加 的精確和平穩(wěn)。圖 4.7 壓件器刃口分布材料選用 45 鋼, 熱處理 HRC30-32。如果是沖孔時 ,壓件器就需要讓開上模的沖頭 ,按照設計資料 , 沖孔時,壓 件器刃口與鑲塊刃口的關系 ,如圖所示。所有沖孔區(qū)域 ,都可以按照上圖所示直接

41、在壓件器上做出沖頭過孔 （相當于沖孔的刃口 ） 。圖 4.8 沖孔剖視圖4.3.4 廢料刀的設計廢料刀是修邊鑲塊的一部分。選擇使用廢料刀結構 ,清除修邊后產生的廢料有兩個方法 , 一個是利用卸 料板, 一個是廢料刀?？紤]到簡化模具結構 （卸料板結構在制造和加工上比廢料刀 麻煩）和工廠實際生產 （切斷后的廢料自動滑落 ,方便收集 ）等原因,在本模具中選 擇廢料刀。修邊后產生的廢料是用鑲塊式廢料刀切斷的 , 鑲塊式廢料刀是利用修邊 凹模鑲塊的接合面作為一個廢料刀刃口 , 相應地在修邊凸模鑲塊外面安置廢料刀 作為另一個廢料刀刃口組成鑲塊式廢料刀。廢料刀高度必須低于凸模鑲塊 , 修邊 凹模鑲塊上的廢料

42、刀高度要與廢料刀高度相適應以保證刃口有切斷作用。圖 4.9 廢料刀的標準結構廢料刀的切入量為7mm要注意的是廢料刀刀刃要超過毛坯輪廓線，這樣 才能切斷。廢料刀的材料一般和修邊鑲塊的材料一樣 , 本模具中, 為鑄鋼件材料。4.3.5 鑄件結構設計 （上下底板 ）鑄件部分是模具的主體部分。 鑄件部分的設計是綜合所有設計 , 再做出的 設計。材料用 HT250。由于鑄件部分沒有標準 （ 根據各自的模具需要 , 鑄件就會有不同的形狀 ）, 一般來說 , 是設計者自己從以下幾個方面確定。1. 鑄件部分必須保證一定的筋厚 , 如, 一般來說盡量保證 40 的筋厚。當材 料厚度比較小的時候 , 如0.5-0

43、.8 左右的材料厚度時候 ,鑄件可以使用 30的筋厚; 而當材料為2個mm以上的高強度板材時，筋厚也要相應的增加，如可以增加到 50mm厚;而當材料增加為3-4mm的厚度時候，即使是落料模也要增加筋厚到 60mm 厚, 本模具為非高厚度高強度板料件 , 所以, 選用一般的厚度 40mm。2. 鑄件部分一定要設計出應該有的加工面。 粗糙度為 1.6 的加工面, 鑲塊是安裝在鑄件上的。 而鑲塊不可能安裝在 未加工的鑄件面上 ?鑄件面太粗糙 , 所以 , 鑲塊在鑄件上的安裝面一定要經過機 床的加工 , 必須要機床加工出一個光潔面出來 , 然后, 鑲塊安裝在這樣的光潔面上 , 才能保證鑲塊安裝的準確。

44、 這個加工出來的鑲塊的安裝面 , 粗糙度為 1.6, 這樣的 安裝面在設計時候 , 要在實體上涂紅色 , 以區(qū)別其它的鑄件表面。象這樣的 1.6 的加工面還有 : 模具上下底板面 , 導板的安裝面 , 導柱的安裝底面 （ 不是導柱的鏜 孔安裝面 ）, 導柱的上表面安裝臺面 , 安全平臺面 , 存放限制器的安裝面 , 模具前側 的基準加工平面 , 側銷的側平面 , 各個鑲塊的安裝面 , 氮氣彈簧的安裝面 （ 上模和 壓件器上的面 ）, 鐓死塊的安裝面 （上模和壓件器上的 ）等, 具體見實體上紅色面。 粗糙度為 0.8 的加工面 , 這樣的加工面主要是以下幾種面 :a, 導板導滑 面, 這樣的面要

45、求很光滑 , 需要加工用精度銑刀加工 ;b, 導柱鏜孔面 , 導柱的表面 為0.8mm,它的安裝面必須精鏜孔到0.8;c鑲塊刃口面,這樣的面是參與制件的切 割, 或者成型 , 它們的粗糙度直接影響到制件的表面質量 , 必須在精加工后 , 由工 人用油石蹭光 , 以保證刃口的精度。 d, 與制件接觸的面。 這樣的面是型面 , 對于成 型模來說 ,在成型過程中 , 材料會在這樣的型面上流動 , 它們的精度如果太低 (如圓角蹭光不到位 ), 會影響材料在圓角上的流動 , 從而造成制件的圓角成型困難 , 或者成型后,圓角上有劃痕,這對于制件來說 ,是不允許的。 粗糙度為 6.3 的面, 這樣的加工面主

46、要是 : 壓板槽的各個面 ,沒有精度 要求,而只是需要加工的面 ,如下面這個鑲塊的藍色面 ,因為,按常規(guī)設計 ,這個鑲 塊要符型做 , 但是, 鑒于如果全部按型面做 , 鑲塊的那一塊會聳立的很高 , 而且,壁 厚太薄,這樣的話,對于鑲塊來說 ,反而沒有必要 ,所以設計時,完全可以將這聳立 的一塊切掉 , 既可以保證符型面 ,又可以節(jié)省加工 , 藍色的面就表示設計意圖是 : 只需要將它切掉 ,但是,不用管切的精確度 , 因為, 它與制件是讓開的 , 讓開多少沒 有關系, 只要切掉聳立的部分就可以了。3. 鑄件部分要考慮到廢料的流料孔。在廢料部分已經提過 ,廢料的流料設計與鑄件設計緊密相關。 有廢

47、料滑板 , 廢料盒的地方 ,鑄件設計時 ,必須要留出相應的空洞出來 , 并且,還要加上一定的 安裝小塊 , 以便固定或者安防廢料盒。這里不再贅述。4. 鑄件設計要考慮到鑄件的減輕孔。鑄件不能太厚 ,不能太大,不能太長,不能太集中 ,這些是從鑄造性能方面 來考慮的。一般來說 , 鑄件設計要考慮鑄件是否可以挖減輕孔。按設計標準 , 如圖 4.10 為拉延模的鑄造減輕孔 , 由于拉延模一般筋比較 高,而且受力比較大 , 所以,設計資料上給出的數(shù)據沿周比較大。在設計修邊模具 的減輕時 , 距邊數(shù)據可以相應的減少點。圖 4.10 減輕孔設置至于底板上的挖空 , 則與工作部分的鑲塊的分布 , 及廢料的排除

48、相關。工 作鑲塊的分布 ,影響受力。受力的地方就需要補筋 ,而廢料排除 ,就需要筋讓開廢料流動空間。這樣的筋的位置的設計 ,就比較自由 ,主要由設計者根據實際情況給 出。而設計筋的距離的時候 ,按設計資料,如圖 4.11。圖 4.11 筋的設置即,如果筋厚T設計為40,則筋的距離A最大為:8T-12T,即320?480之間。關于側向掏空的條件 , 按設計標準如圖 4.12 所示。圖 4.12 挖空標準鑄件作為模具的主體 , 設計時最主要的 , 還是保證模具工作時候的強度 , 如工作部分的強度 ,靠背大小是否足夠 ,安裝面的厚度是否足夠等 ,導向部分的強 度:如導柱安裝部分的筋厚是否已經達到了最

49、小壁厚30 等,這樣的強度問題 ,在設計時候要考慮到。本設計中 , 已經全部保證了。4.4 其它部分設計4.4.1 定位部分設計關于定位部分 ,按照設計資料 ,概括起來,模具定位有以下幾種形式 :1. 使用型面定位。 即當零件表面有一定的起伏的時候 , 如果下模上有與零 件一樣的型面 , 則這些零件表面的起伏會限制零件在模具上的串動 , 這樣的方式 叫型面定位。2. 使用零件上的孔位定位 （孔位定位是最準確的 ）, 即在本次沖壓的前序 沖壓過程中 , 有沖孔工序 , 亦即在本序沖裁中零件上有孔存在 , 則可以按照這些孔 位，加上相應的定位銷（如直徑為8mm勺孔,用8的錐形銷）定位?？锥ㄎ坏娜秉c

50、 就是, 由于有加工誤差的存在 , 常常在實際中模具給出的定位銷位置不準確 , 需要 工人現(xiàn)場確定銷的位置。3. 如果零件的型面只能防止零件向上下 , 或者向左右方向串動 , 這樣就必 須在不能防止串動的方向上 , 增加一個外形定位。即按照本序中零件的外形曲線 , 做出一個定位塊擋著零件這個邊 , 以防止零件挪動。4. 如果制件的形狀比較平緩 , 如落料制件 , 拉延制件 , 都是平板料 , 沒有型 面,這樣的定位就必須在制件的前后 ,左右 2 個（或者四個 ）方向都增加定位塊 ,以 幫助零件定位 ,如果是 4個方向定位 ,定位塊必須是可調的 ,以保證定位不準確的 時候?？梢哉{節(jié)定位塊的位置。

51、本模具的定位部分的設計 , 已經在做刃口部分分析的時候有過說明。 鑒于 零件型面有一定的起伏 , 本模具可以使用型面定位 ,即做下模刃口鑲塊時 , 考慮鑲 塊符型面的大小。越多的符型面 ,零件定位越準確 ,但是制造成本也越高 , 所以, 需要用最小 的符型面 ,來完成最可靠的定位。 本模具設計的符型面的大小已經在鑲塊上反應。4.4.2 料流部分設計所謂料流部分 , 就是零件在模具中的流動 ,即包括毛坯件的放置 , 沖切時 產生的廢料的流動方向 , 沖切完后 , 制件的取出三個部分。1. 毛坯的放置單體模具采用手工放置。 這樣設計主要考慮到的是 , 放件高度在人手能夠 達到的高度 , 不能太高

52、,即設計需要控制底板到鑲塊型面的高度 ,需要在人能控制 的高度以內，目前設計高度為600mm加上半米左右的機床高度，工人的操作高度 大概為 1100 左右, 基本滿足要求。2. 取件方式 按模具設計資料 , 人工取件有以下幾種形式 : 在修邊類的模具中 ,遇到有沿周修邊類的模具時候 , 由于沖切毛刺的存 在 , 制件與下模鑲塊的刃口貼合的非常緊密 , 制件的表面又很光滑。所以 , 一般很 難用手去取出制件 ,這樣的情況下 ,如果制件較大 , 修邊的區(qū)域也很大 ,一般可以 在修邊線以內加上氣缸 ,翹桿之類的頂件裝置 ,在修邊后 ,頂起制件至一定高度 , 以方便人手取出。同時, 氣缸裝置價格高 ,

53、對于生產成本來說 , 不利于成本的控制。 而翹桿是一個近似于杠桿的裝置 ,即人腳去踩杠桿的一端 ,然后另一端受力 , 向上 頂起制件 ,這樣的裝置雖然成本上便宜 , 但是由于操作麻煩 ,而且本模具有更好的 取件方式 , 這樣的方式不推薦使用。 沿周修邊時候 , 如果制件太小 , 無法安裝氣缸 （因為氣缸尺寸比較大 ）, 則設計可以在工人取件的一側安裝彈性的頂銷 （ 通用標準件 ）, 將制件稍微頂起一 點點高度 , 使工人可以手工取件既可。圖 4.13 彈頂銷裝置這樣的出件方式的缺點 : 由于一些模具的定位方式是靠型面定位 , 而彈頂 銷會在沒有外力的時候伸出一點（大約5mm勺距離）,即會破壞型

54、面定位的準確性 但是, 如果將彈頂銷設計的分布合理 , 可以將型面的破壞減小到可以忽略的程度。 若非沿周修邊 , 只是局部修邊 , 或者是部分沿周修邊 , 如剩下一端沒有 修邊,（ 一般情況下 , 這樣的修邊線是工藝人員考慮到了取件的情況 , 而特意空開 的一端取件區(qū)域 ） 這樣的情況下 , 可以在沒有修邊的區(qū)域 , 使用這些空間來取件 , 即空手槽取件。本模具屬于沿周修邊 , 考慮到成本和方便等原因 , 選用彈頂銷的取件方式。3. 廢料的排除廢料的排除是一個復雜的設計部分 , 廢料的排除方式的設計和模具底座 是相關聯(lián)的 , 如小孔廢料是用廢料盒接 , 而大片的廢料則需要用廢料滑板來滑出 模具本體 ;有廢料盒的模具 , 鑄件上就必須讓開相應的空間 ;而用廢料滑板來滑的 鑄件上就必須有相應的斜面或者有足夠的空間來安防廢料滑板等。 如果廢料無法 自由掉落 ,還必須添加輔助的裝置如 ,彈性裝置 ,掛鉤裝置等幫助廢料排除 ,而鑄 件上就必須有這些裝置的安裝空間。圖 4.14 廢料的滑出廢料經廢料刀切斷后 ,如4.14 圖,從1、2、3、