封闭板成形模及冲压工艺设计VIP

毕业设计说明书 I 摘要 随着全球经济一体化的深入，模具工业在国民经济中所发挥的作用越来越明显。模具设计水平的高低直接影响产品的质量及生产效率。 设计本模具是为了制造某车型中一个支柱端头的封闭板。设计中分析了封闭板零件的结构及工艺性，拟订该零件的冲压工艺为“落料 双向弯曲（翻边成形）”，讨论了复杂弯曲（翻边）零件毛坯展开形状和尺寸的确定方法，设计了落料模和双向弯曲（翻边）成形模，对关键零件的结构设计作了详细阐述，并指出了模具设计时的注意事项。其中，双向弯曲成形模是本设计的重点，将双向弯曲（翻边）成形集中于一套模具中，使得冲件 的质量和生产效率较高，满足了生产需要。 由于模具设计是一种经验性较强的设计，经过长期发展积累了大量丰富的冲压工艺技术资料，在设计这两套模具时必然要借鉴这些经验数据，含括了落料模、弯曲模、拉深模中常用的工艺数据以及模具材料的选取和压力机基本参数等等 . 关键词： 冲压 工艺 毛坯展开 双向弯曲成形模 毕业设计说明书 an of is to a of a of of of of of of - to of of is of of on a of to of As is a of in of of to ie of 毕业设计说明书 录 摘要 第一章封闭板成型模及冲压工艺设计 件结构及工艺分析 零件结构 工艺分析 章小结 二章 封闭板 落料模设计 闭板 落料毛坯形状和尺寸的确定 曲成形部分的毛坯形状和尺寸的计算 三处翻边成形的毛坯尺寸的确定和计算 闭板 排样和裁板 确定排样的方式并计算材料利用率 裁板 闭板 落料模结构设计 总体结构 导向装置 定位装置 卸料装置 闭板 落料模工艺计算 计算冲压力 确 定压力中心 凸、凹模刃口尺寸及制造公差 形模 工作零件的设计 凹模设计 凸模设计 形模 卸料元件的设计 成形模 卸料橡胶的选用和设计 成形模 卸料螺钉的设计 计其它零件并校核压力机 毕业设计说明书 其它零件的设计及选用 校核压力机 章小结 三章双向弯曲（翻边）成形模设计 形模结构设计 总体结构 工作原理 形模工艺计算 弯曲力的计算 回弹量的确定 计算压力中心 工作尺寸计算 形模 关键零件的 设计 凹模设计 翻边凸模设计 弹 簧的设计 计其它零部件并校核压力机 模座的选用 定位装置的设计 顶料板的设计 弯曲凸模的设计 计算闭合高度并校核压力机 章小 结 业设计总结 谢 考文献 录 ： 冷冲压工艺规程卡片、零件图、装备图 毕业设计说明书 1 第一章 封闭板成形模及冲压工艺设计 件结构及工艺分析 件结构 本课题设计的零件是某车型上支柱端头的封闭板，材料为 08厚 1图 1件图所示为封闭板左件，封闭板右件与其对称，生产中要求左、右件数量相等 ,生产纲领为中等批量。该零件 从图纸要求的尺寸和使用情况看，尺寸精度要求并不太高，外形尺寸按 即可，弯曲（翻边）高度的尺寸公差还可适当放大。 艺分析 该零件从形状上看是不对称的异形件，且存在双向弯曲（或翻边）成形，就其弯曲部分看，成形并不困难，但翻边部分即三处带圆弧的转角处的成形存在一定的困难。 图 1封闭板零件图 毕业设计说明书 2 （ 1） 零件图中 的翻边成形可按矩形件转角的拉深成形处理，由于底角半径 r=以 2 （ 式中 D 坯料直径（ d 圆筒形工件直径（ 取 5 2=10 h 圆筒形工件高度（ 取 10+1=11 将以上数据带入（ 得 2 = 1110410 2 =此最大相对高度 h/D=11/成形并不困难，可一次拉深成形。 （ 2） 而圆角 的翻边成形难度较大，属孔的翻边成形，由于其翻边半径 此成形后此处必 然拉裂，必须对其进行工艺处理，降低翻边高度。 （ 3） 若按拉深模型进行计算，则由于底角半径 r=对于转角半径 性层半径 )不可忽略，所以 22 （ 式中 D 坯料直径（ d 圆筒形工件直径（ 取（ 1+ 2=3 h 圆筒形工件高度（ 取 10+1=11 r 底角半径（ ,取 将以上数据带入（ 得 : 22 = 22 =此相对高度 h/D=11/毛坯的相对厚度 t/D=1/较大，故其一次成形有较大的困难。但从结构上看，其圆弧部分并不多，夹角仅为52左右，成形时多余三角形的材料并不太多，同时上部与其相邻的直角弯曲成形部分较短，且另一边是开放的，其对多余三角形所施加的切向力并不大，即圆角部分的多余三角形材料并不是完全按纯拉深时的径向流动，相反，这里由于切向缺少材料约束而以横向流动为主，这就大大改善了材料变形情况，使其能够一次翻边成形。当然，这使得此处的材料变形情况也变得较复杂，给毛坯展开计算带来了一定的难度。但考虑到右上部相邻的转角开了工艺缺口，故直壁部分翻边 毕业设计说明书 3 后有一定的误差也是允许的，只要保证外形尺寸即可，这使得毛坯形状的确定还是有可能的。 章小结 上文主要对零件结构分析与阐述，以及对零件的工艺进行了彻底深度详细的分析 。 毕业设计说明书 4 第二章 封闭板 落料模设计 料毛坯形状和尺寸的确定 图 2弯曲成形部分按常规的弯曲件毛坯尺寸计算方法计算即可，见图 2里着重讨论工艺分析中谈到的 3 处翻边成形的毛坯尺寸的确定和计算，即图 2 的 I、 ，图 4 所示为这 3 处的计算简图。 因为 R/t=表 4，得 K= 所以 =R+ (式中 中性层半径 ( R 弯曲内半径，取 K 中性层位置系数，取 t 材料厚度，取 1 将以上数据带入（ ，得 =R+1= /180 （ 式中 L 中性层展开长度（ 弯曲中心角度（）； 图 2坯展开图 毕业设计说明书 5 中性层半径（ 将数据带入 (，得： /180 1 = /180 74 /180 2 = /180 90 5-（ ） 弯曲直壁的展开高度 H=2/2= 总体展开长度 L= 2+2+ 中间部分的展开长度 L 中 =99. (1) 图 2的展开尺寸简图，该转 角具有 坯展开时通常是将其按盒形件转角处的拉深成形处理。但此零件由于上段的直角弯曲段较短，且外侧缺少材料的约束，使得圆弧部分拉深时的多余三角形材料并不像纯拉深时那样全部转化为圆弧直壁，使直壁高度增加，而是在切向应力的作用下横向流动。图 2这种横向流动远大于径向流动，这种材料的流动导致此处的变形变得复杂，使毛坯展开的定量计算较困难，只能定性的估算，然后通过试验确定。具体做法是：将直角弯曲侧壁的开放边 右倾斜取边长图 2曲成形部分的展开计算简图 毕业设计说明书 6 为弯曲直壁的高度 是假设材料横向流动后 1应扇形部分的材料分为两部分，一部分为宽 弧夹角为 材料全部转化为 面积相等原则，初步估算 然，若成形尺寸要求高的话，则 于本课题对此要求不高，所以不必再进行修整。 (2) 图 2的展开尺寸简图。该处的变形属圆孔翻边，对于图中圆弧半径为 边高度为 情况，翻边成形时边缘必然开 裂，故需进行工艺处理，降低该处的翻边高度，改善成形性能。具体做法如下： 由圆孔翻边系数公式 K=d/D, 得： d= (式中 d 翻边前毛坯孔的直径（ D 翻边后孔的中性层直径 ,D=( 2=8 K 翻边系数，取 K= 将以上数据代入（ ，得 d=8= 故翻边前毛坯的半径 r=d/2= 考虑到凹模的强度，将 圆弧按 60夹角（ 的圆弧的圆心角）用两条直线过渡到弯曲直边，其交线处再用半径值为 此便确定了其展开尺寸。 (3) 图 2示为图 处的毛坯展开简图。该处的变形属盒形件拉深时转角处的变形，其计算过程较为典型。即先按筒形件拉深变形计算出转角的圆弧半径 画出圆弧，如图 4c 所示，然后过 边部分展开尺寸计算简图 毕业设计说明书 7 反向延伸至弯曲边的直线，交接处用 圆弧光滑过渡连接，即完成该处的毛坯展开。 上述毛坯展开只是初 步估算，最终尺寸还要经过试模确定。 样和裁板 计算冲裁件的面积 A：充分利用 算物体质量特性的功能，依次点取“工具”（ 单“查询”（ “质量特性”（ ,得面积 A=5685订两种排样方案，如下： 方案一：直排，且无侧压装置。 (见图 2查表 2 16，得最小搭边值 a=2 条料宽度 =D+2( )+(式中 B 条料公称宽度（ D 垂直于送料方向的工件尺寸 ,取 D=15+ a 侧搭边值（ 条料与导板之间的间隙，查表 3 18，得 条料宽度的公差，查表 3 18 得 = 将以上数据代入（ 得 =D+2( )+=（ 2+距 h=2+一个进距的材料利用率 =h=(1 5685)/( 毕业设计说明书 8 图 2方案二：对排，且无侧压装置。（见图 2 查表 3 17，得最小搭边值 a=D=2= 查表 3 18，得 = 图 2二 将以上数据代入（ 得： =D+2( )+=（ +距： h=(15+(15+2=一个进距的材料利用率 =h=(2 5685)/(比较上述两方案，虽然对排比直排省料 ，但存在着下述问题：如果采取送一次料冲一件的方法，即用单凸模，模具结构与直排时基本相同，模具费用也相差不大，但在冲完一行后，需要到头冲另一行，冲另一行时，条料的刚度很差，给送料造成很大的困难。如果采取一次冲两件的方法，即用双凸模，则模具结构复杂了，模具长度增大了，因而模具费用也增加了。而直排的模具结构简单，且与对排相比，材料的利用率相差不多，所以决定选择方案一，即有搭边的直排。 08材料手册查得规格为 1 850 1800 若采用纵裁，则每板条数 50 条，余 每条个数 2个，余 毕业设计说明书 9 每板个数 n3= 22=176 个。 若采用横裁，则每板条数 800 7 条，余 每条个数 0个，余 每板个数 n3=7 10=170个。 显然，纵裁时材料利用率高，所以决定采用纵裁。 料模结构设计 该零件虽说是左、右对称件，但展开后的形状却是相同的。因此落料模只需设计 1副模具即可。模具采用导柱导向下出料式弹压卸料结构，冲出的零件通过凹模的内孔从冲床台面孔漏下，见图 2具的上部分由上模座 7、导套 5、模柄 11、凸模固定板 6、凸模 10、卸料板 15、卸料橡胶 14和螺钉、销钉组成，下部分由凹模 3、下模座 2、导柱 4以及螺钉、销钉组成。 采用模架导向，不仅能保证上、下模的导向精度，而且能提高模具的刚性、图 2料模 毕业设计说明书 10 延长模具的使用寿命、使冲裁件的质量比较稳定、使模具的安装调整比较 容易，因此决定采用模架作为上、下模的导向装置。 采用压入式模柄，固定段与上模座孔采用 H7/加骑缝销防止转动，装配后模柄轴线与上模座垂直度较好。 条料的送进，由两个定位销控制其方向，由一个钩形挡料销控制其进距，这种定位零件结构简单、制造方便，装在凹模上。为此，在卸料板上与单了定位销和钩形挡料销相应的位置上加工三个通孔，工作时，可使卸料板压紧条料；为便于刃磨，在下模座上相应的位置处也加工通孔，以便于拆挡料销。 由于实现外形分离的凸模装在上模，拟采用橡胶 作为弹性元件的卸料装置装在上模，由卸料板、橡胶和卸料螺钉组成弹压卸料装置。冲程时，橡胶块受压缩而积蓄能量，并使卸料板产生压力而起压料作用，冲出的落料件通过凹模的内孔从冲床台面孔漏下。回程时，橡胶块释放能量，使卸料板产生反向推力而将废料从凸模上卸下。在冲压时，还可压紧条料，提高冲裁质量。 闭板 落料模工艺计算 由于该模具采用下出料弹压卸料结构，因此压力机在本模具的冲压过程中，除要克服冲裁力以外，还要克服卸料力、推件力。 （ 1） 冲裁力的计算 F=b (式中 F 冲裁力（ N）； L 冲裁轮廓的总长度， 由 具”查询面积，查得 L=327 t 板料厚度，取 1 b 板料的抗拉强度，由材料手册查得 b=390 将以上数据代入（ ，得 F=b=327 1 390=127530N。 （ 2） 卸料力的计算 F 卸 =K 卸 F （ 式中 F 卸 卸料力（ N）； 毕业设计说明书 11 K 卸 卸料力系数，查表 2 卸 = F 冲裁力， F=127530N。 将以上数据代入（ ，得 F 卸 =K 卸 F=127530= （ 3） 推件力的计算 F 推 = F（ 式中 F 推 推件力（ N）； n 同时卡在凹模孔内的工件或废料片数， n=h/t, h=5 取 t=1 n=h/t=5/1=5 K 推 推件力系数，查表 2 K 推 = F 冲裁力， F=127530N。 将以上数据代入（ ，得 F 推 = F=5 127530= 综上，选择冲床时的总冲压力 F 总 =F+F 卸 +F 推 =127530+ 初步选择开式双柱可倾压力机 附录 压力中心是冲裁模各个冲裁力的合力作用点，在进行冲裁模设计时，必须使模柄中心线与冲模压力中心重合。如果二者偏移量超过允许范围，滑块将承受偏心载荷，在偏心弯矩的作用下，将导致：滑块与导轨非正常磨损，影响压力机精度和寿命；凸、模间隙不均匀，降低冲压件质量和加 剧磨损，甚至碰撞和损坏零部件。因此，准确求得压力中心是冲裁工艺设计和冲模设计的重要环节。 图 2力中心 毕业设计说明书 12 本冲压件轮廓形状复杂，无法直接计算其压力中心，故采用基于 007的冲模压力中心确定方法来求其压力中心，具体做法如下： 第一步：用 出刃口的轮廓线，选定坐标系 用“快捷工具”“修改（ “段线合并 (定义为多段线； 第二步：用“偏移（ 命令将轮廓线分别向两侧偏移极小的距离（ ,并删除原轮廓 ； 第三步：用“绘图（ 下的“面域（ 分别创建以内外多义线为边界的两个面域； 第四步：用“修改（ 菜单下的“实体编辑”中的“差集（ 命令创建环形面域； 第五步：依次点取“工具（ 菜单“查询（ “质量特性（ ,点选面域，然后回车，屏幕上的文本窗口将显示面域的质心： 模刃口尺寸及制造公差 查表 2 10，得间隙值 由于本冲裁件形状比较复杂，为了保证凸、凹模之间的间隙值，必须采用凸、凹模配合加工的方法制模，现以凹模为基准件，由于该零件的精度要求不高，外形尺寸按 即可，弯曲（翻边）高度的尺寸公差还可适当放大，故凹模尺寸采用毛坯尺寸，凸模的刃口尺寸按凹模的实际尺寸配制，作零件的设计 模设计 （ 1） 凹模板的外形尺寸 毕业设计说明书 13 因为一般模具，特别是标准模具，除去模架以外，前后左右都是对称的，模柄中心线要通过凹模板的中心。冲裁 过程中必须使冲压力的合力作用线（压力中心）与模柄中心线重合，使压力机滑块不受偏载，才能使模具平稳工作，减小对压力机滑块与模具导向零件的磨损。 为了用简单的方法满足上述要求，提出凹模有效面积一词。在排样图上沿着送料方向与垂直送料方向从凹模孔之间最大距离处画一矩形 l b,称为凹模的有效面积。由于压力中心 O 不与矩形 l b 的中心重合，因此要对凹模有效面积进行修正，取 l的一半，沿宽度方向到长边的最大距离为 b的一半，则 l b即为修正后的凹模有效面积。 自矩形 l b向四周扩大一个允许的凹模壁厚 得凹模外形尺寸 L B，就能保证压力中心与凹模及模柄中心线重合。 其中，凹模壁厚 时也要保证凹模的强度和刚度，查表 2 C=36图 2 查表 3凹模外形尺寸标准值对照，取 L B=200 160。 （ 2） 凹模板的厚度 凹模板的厚度按如下经验公式估算： H= (式中 H 凹模厚度（ K 因数，查表 3 K= b 凹模孔的最大宽度，取 b=15+ 图 2模外形尺寸的确定 毕业设计说明书 14 将以上数据代入（ ，得 H=25 （ 3） 凹模型孔侧壁形状 采用侧壁与凹模面垂直的台阶形直壁型孔，其设计参数有两个：一是直刃口有效高度 h；二是漏料孔比型孔单边扩大值 b。刃口高度按强度考虑应随冲裁的板料厚度增加而增大，并考虑刃磨量的需要，由于板料厚度为 1以取 h=5料孔比型孔单边扩大值 b,按 凹模强度考虑取小些，为了保证落料件顺利漏下又应取大些。一般取 b=1于本冲裁件形状复杂，所以 b 取 1 （ 4） 凹模板上卸料螺钉的安装 查表 3模刃口与挡料销的最小距离 C=5模具中，挡料销的规格选用 8 3，送料方向搭边值为 料销与凹模刃口的最小距离为 5模强度有保证。 （ 5） 凹模的选材及加工 选用 于凹模冲裁轮廓较复杂，故其型孔采用线切割加工，漏料孔采用化学腐蚀的方法加工，这样可有效保证加工精度和刃口强度。 采用直通式凸模，便于成形磨削或线切割加工，且可以先淬火后精加工，但在工作中容易松动，甚至拔出，因此，用螺钉吊装固定凸模，在固定板上不加工固定凸模的型孔，而增加两个销子对凸模进行定位，这种方法减小了凸模长度，为用线切割方法在一块坯料上同时制取凹模和凸模创造了有利条件，不仅节约了贵重的工具钢原材料，也使冲裁间隙容易均匀。 料元件的设计 橡胶块作为弹性元件，具有承受负荷比弹簧大、安全及安装调整方便等优点，且此落料模的工作行程较小，所以选择橡胶块作为弹压卸料装 置的弹性元件。 选用硬度为邵氏 70 80性能比合成橡胶优异，不仅可获得较大的压力，而且可延长其使用寿命。 （ 1） 橡胶块高度的确定 为了使橡胶块不因多次反复压缩而损坏其弹性，按下式限定其极限压缩量 毕业设计说明书 15 （ 式中 H 橡胶块自由状态下的高度（ j 橡胶块极限压缩率（ %），对于硬度为邵氏 70 80应取 j 35%。 为了使橡胶块具有一定的预压力，供卸料之用，必须使其在非工作行程 就具有一定的预压缩量 hy: (式中 y 橡胶块预压缩率（ %），对于聚氨酯橡胶， y=10%。 （ 减去（ 得橡胶块高度 H=（ ( y)= y)( (式中 橡胶块工作压缩量，对于卸料橡胶块， 般取 hg=t+1+修磨量， 1磨量取 5 将以上数据代入（ ，得： H=（ ( y)= y)=（ 1+1+5） /（ =28以上数据代入（ ，得 28= 橡胶块的装配高度 25 （ 2） 橡胶块截面尺寸的计算 考虑模具结构，决定用 6个厚壁筒形的聚氨酯弹性体，则每个弹性体的预压力 = 考虑橡胶块的工作压缩量较小，取预压缩率 y=10%。并由表 2 272查得单位压力 =q （ 式中 A 橡胶块截面面积（ 每个弹性体的预压力； 单位压力。 将以上数据代入（ ，得 A=q=1159.4 159 选用直径为 8卸料螺钉，选取弹性体穿卸料螺钉孔的直径 d= 弹性体的外径 D 可按下式求得： 由 （ （ 将以上数据代入（ ，得： = 1594 40 （ 3） 橡胶块高度的校核 毕业设计说明书 16 校核条件： H/D 数据代入，得 H/D=28/40=足校核条件。 采用圆柱头内六角卸料螺钉（ 81），在上模座上加工通孔，容易保证卸料板与模座平行。 卸料螺钉长度 ： L=0 （ 式中 固定板厚度（ ; 预压后弹性元件的高度（ 。 将以上数据代入（ ，得 L=0=20+25=45 注意：凸模经刃磨后，在重新安装弹性元件时，在螺钉头部应加垫圈，其厚度为刃磨量，以免预压后过大损害压力机。 垫板主要用于直接承受和扩散凸、凹模传来的压力，防止模座承受过大压力而出现凹坑，影响模具正常工作，由于本模具的模座采用钢板制造，且凸模截面面积不太小，故省去垫板。 根据凹模的最大外形轮廓尺寸 L B=200 160，从表 3 39中选取：凸模固定板厚度 20外形尺寸与凹模板相同；卸料板厚度 16形与中间型孔的形状和尺寸与凹模相同。 凸模的自由长度为 L=（ 25+16+1+1+5） 模进入凹模的深度为 1模的修磨量为 5 根据凹模的外形尺寸，选择模架： 本模具选用适合单个毛坯冲裁的中间导柱标准钢板模架，这种模架的导柱分布在矩形凹模对称中 心线上，冲压时可防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜，且两导柱的直径不同，可避免上模与下模装错而发生啃模事故。 上模座 L/B/H/00 160 40 下模座 L/B/H/00 160 50 导柱 d/L/0 150（左）、 32 150（右） 导柱 d/L/D/0 100 38（左）、 32 100 38（右） 毕业设计说明书 17 为了保证使用中的安全性与可靠性，应注意：当模具处于闭合位置时，导柱上端面与上模座的上平面留 10 15柱下端面与下模座下平面 留 25套与上模座上平面留不小于 3时，上模座开横槽，以便排气。 模具的闭合高度为 H 闭合 =（ 40+20+25+16+1+25+50） 77模座的外形尺寸为 355160附录 70小闭合高度为 215具的闭合高度小于冲床的最小闭合高度，所以要采用垫板 , 有： H 最大 H 模 H 最小 0 式中 垫板厚度（ 代入数据： 270177 2150 工作台尺寸（ 370560下模座的外形尺寸（ 355160 且工作台孔为 180会妨碍漏料。所以，确定采用 25 型压力机作为冲压设备。 章小结 上文是 落料板落料模设计，主要是封闭板落料毛坯形状和尺寸的确定，弯曲成形部分的毛坯形状和尺寸的计算，封闭板排样和裁板，封闭板落料模结构设计，封闭板落料模工艺计算，成形模工作零件的设，成形模卸料元件的设计，设计其它零件并校核压力机。 毕业设计说明书 18 第三章 双向弯曲（翻边）成形模设计 毕业设计说明书 19 图 3封闭板双向弯曲（翻边）成形模的结构见图 3模具分上下两部分，上部为常规的冲模结构形式，下部通过支承板将下模固定在底座上。这种结构形式的优点为：上部设计可不考虑压力机的闭合高度，使模具结构紧凑、灵活；适当设计支承板的高度和底座的固定槽，控制模具的闭合高度在压力机的闭合高度范围内，使得模具安装时不用垫铁和压板等，可直接用螺钉固定，模具安装快捷、安全、方便。 冲件在模具上采用外形定位，一次冲压动作能 完成双向弯曲（