汽车玩具轮辋复合模设计

目 录 1 具行业发展现状及技术趋势 1 压技术发展特点 3 5 裁件的形状和尺寸 5 裁件的精度和粗糙度 5 裁件的尺寸基准 7 裁方案的确定 7 具结构形式选择 10 裁件的排样及材料利用率的计算 12 边 11 裁件的排样 14 裁工艺力的计算 14 力机的主要类型及选用 14 17 隙对冲裁件质量的影响 17 隙对冲裁力的影响 18 隙对模具寿命的影响 18 裁模凸凹模间隙数值 18 具刃口尺寸的计算 19 21 凹模设计计算 19 形凸模设计 20 圆形凸模设计： 21 模设计 22 24 架及模柄的选择 24 2 位装置 28 料板及顶件装置 29 具闭合高度的校核 29 钉的选用与校核 29 29 33 结论 35 参考文献 37 致谢 39 1 摘 要 本次设计了一套冲孔落料的模具。经过查 阅资料，首先要对零件进行工艺分析，经过工艺分析和对比，采用冲孔落料工序，通过冲裁力、顶件力、卸料力等计算，确定压力机的型号。再分析对冲压件加工的模具适用类型选择所需设计的模具。得出将设计的模具类型后将模具的各工作零部件设计过程表达出来。 在文档中第一部分，主要叙述了冲压模具的发展状况，接着是对冲压件的工艺分析，完成了工艺方案的确定。第二部分，对零件排样图的设计，完成了材料利用率的计算。再进行冲裁工艺力的计算和冲裁模工作部分的设计计算，对选择冲压设备提供依据。最后对主要零部件的设计和标准件的选择，为本次设计模 具 的绘制和模具的成形提供依据，以及为装配图各尺寸提供依据。通过前面的设计方案画出模具各零件图和装配图。 本次设计阐述了冲压倒装复合模的结构设计及工作过程。本模具性能可靠，运行平稳，提高了产品质量和 生产效率，降低劳动强度和生产成本。 关键词 ：冲压；落料冲孔；复合模；模具结构2 on at on to to on of so on to in to by in is by of ie 汽车玩具轮辋复合模设计 论 具行业发展现状及技术趋势 (1)现状 “中国汽车市场的巨大潜力，为汽车模具的发展带来了更加广阔的发展空间。” 中国模具工业协会副理事长、东风汽车模具有限公司总经理李建华在分析中国汽车模具市场时曾说。近几年，随着中国模具工业的迅猛发展，汽车模具也获得了空前的发展。 随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日 益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一，模具制造技术现已成为衡量一个国家科技水平的重要因素。 东部地域模具工业现状及优势 江苏：苏州地域模具工业开展较快，日前有各类模具厂近 1000 家，年销售额约 50亿元，模具产业成为该市新兴工业之一。苏州兰佩铸造、远轻模具等企业主要消费汽车发起机及轮毂等部件压铸模具和铸模；昆山中大模架、昆山精细模具规范件、昆山华星模具导向件等企业专业消费各种大型模架、模具导向件、模具弹簧等规范件。 山东：模具工业呈现 国有、民营企业齐头并进的场面，海尔、海信消费的大型家电模具在国内处于抢先位置，产品到达国际先进程度，海尔模具公司现向汽车大型注塑模具方向开展，产值到达 元。爱开模具简直全部出口。福田潍坊模具、墨吉泰、泰利、烟台汽模、旭海汽模、寿光万龙等一批汽车模具企业，总产值已占山东市场的 40%。现全省已构成一套完好的汽车模具配套消费链。 西部地域模具工业的优势 四川：全省有模具企业约 2000 余家，模具年产值近 30 亿元，散布于机械、电子、军工、航空航天、核工业及轻工、交通等范畴。四川原是中国工业的大前方，大批军事 工业的企业都具有先进的消费手腕和雄厚的技术力气，因而也涌现了一大批具有先进程度的模具企业，如宏明双新、东方电机、航天模塑、航发工 2 装、成飞汽模、兴光模具、长虹机械厂、华丰无线电厂、广元 4512 厂、旭光电子管厂、天兴仪表厂等，民营企业如天元模具、中飞模具、尚明模具等，特别是三资企业如赫比、宝利根、莫仕等公司的参加如虎添翼。散布在成都、德阳、绵阳、乐山等地。他们以雄厚的消费科研实力为依托，所制造的汽车掩盖件模具、冲压模、塑料模、压铸模、塑封模、接插件，许多到达了国内外先进程度。 重庆：是我国老的工业基地，机械、军 工、仪器仪表等产业实力雄厚。近年来其汽车、摩托车产业的崛起，促进了冲压、塑料、压铸等模具的高速开展。不只在汽摩消费及配套厂内具有强大的模具消费实力，而且在江北树立了面积达三千亩的模具工业园区，正在吸收着大批国内外模具企业进驻，将推进重庆模具工业的更大开展。优势是： 1、有扎实的模具工业根底， 2、有强大的市场需求， 3、有丰厚的人力资源， 4、有完善的配套体系， 5、有浓重的产业气氛。 由于川渝两地都在开展现代制造业，把完成新型工业化作为地域经济开展重心，两地分别以电子信息范畴、精细模具和汽车工业范畴中大中型复杂模具 为主，产生了较强的互补性，如能和东部增强结合可产生更大的互补性。 (2) 未来冲压模具制造技术发展趋势 最近几年我国汽车行业的迅猛发展，模具的需求猛增，模具企业为汽车模具服务的数量急剧增多。汽车行业的汽车模具企业，技术力量，设备配制和生产能力均是以汽车车身件的大型模具配备为主，利用自身的优势能力，集中精力以解决车身结构件等大型覆盖件的模具为主，对一些中小型零件的模具已没有较多投入能力，只能转向社会，使许多模具企业为其配套制作中小型汽车模具。 汽车的生产制作工艺已有较大的发展，对冲压工序通过造型， 限元分析，模具冲压过程，缩短了模具的制造、试模周期，降低了成本。 在制造过程中，大部分采用大型加工中心等关键设备，基本上与国外先进加工工艺接轨，几个较大的汽车模具企业，原则上均能制作汽车模具的整套工装，如一汽模具近期投入技改后加工中心已多达 36 台，北京比亚迪模具公司也有 25台以上，东风汽车模具、天汽模具、成飞模具等均有一定的加工实力。 汽车模具的制造周期缩短。技术改造的力度加大、技术水平的提高，使汽车改型的周期缩短，从原需要 1 年半到一年再缩短到 8 个月即能完成整车车型的车身全套模具，加快了汽车新车型的面市。 技改费用投入加大，收益回收困难。汽车行业的模具企业在技术改造上均 3 有较大的资金投入，一般均需 1 3亿元人民币以上才能扩大生产规模；模具产量也从原有 元增加到 3 4 亿元的产量，按 10的收益也要花费十年左右的时间，且是在汽车集团的大树下才能得以受到较大的技术装备改造。由于汽车模具具有较大的发展空间，需求量大，且集中、时间要求较短，没有相应关键设备的加工是无法完成的，必须加以适当的投入，再加上企业通过改制，因此资金、贷款都有一定困难。 汽车零部件出口量增加。在汽车工业得到飞速发展的同时，国外汽车制造业 看好中国市场，纷纷进入中国进行全球采购汽车零部件，使零部件的出口量加大，但是为与国际市场价格接轨，原生产工艺无法适应，加工成本大，为了适应国际市场出口的需求，必须压缩加工成本等费用。 技术水平的进一步提高与 应用与开发。技术进步是模具工业发展的基础，对于 须要有较强的开发能力与应用，要采用先进的设计技术与制造技术，目前关键设备均使用了先进的 制系统，而如何应用与开发是关键，缩短制造试模周期，对 限元分析的应用是当前最位薄弱的环节。 提高模具企业的管理水 平。企业要发展，管理水平必须跟上，传统模式的管理仅是一般企业管理的基础工作。在当今科技信息时期，要有一定的超前意识，在时间上赢得机会，从时间上赢得发展。当企业已有相当的生产制造能力以及采用先进的科技知识时，必须要拥有较先进的科学管理技术才能适应信息时代的高速发展。 中国模协经营管理委员会在模具行业推广应用信息化管理技术方面要加大宣传力度，进行市场调研摸底，目前部分已实施，部分可能准备采用，还有部分未考虑或正在计划之中。在这一基础上，按企业分类，按专业化生产，按模具产品分类等，从各渠道加强信息化管理的宣传，提 高认识，强化信息化管理的重要性，通过信息化管理应用逐步提升企业的管理水平与企业形象。 压技术发展特点 （ 1）充分运用 造。 用户对压力机速度、精度、换模效率等方面不断提高的要求，促进了模具的发展。外形车身和发动机是汽车的两个关键部件，汽车车身模具特别是大中型覆盖件模具，其技术密集，体现当代模具技术水平，是车身制造技术的重要组成部 4 分。车身模具设计和制造约占汽车开发周期三之二的时间、成为汽车换型的主要制约因素。目前，世界上汽车的改型换代 般约需 48个月，而美国仅需 30个月，这车要 得益于在模具业中应用了 术和三维实体汽年覆盖件模具结构设计软件。另外，网络技术的广泛应用提供了可靠的信息载体、实现了异地设计和异地制造。同时，虚拟制造等 将推动模具工业的发展。 （ 2）二、缩短金属成形模具的试模时间。 当前，主要发展液压高速试验压力机和拉伸机械压力机，特别是在机械压力机上的模具试验时间可减少 80%、具有巨大的节省潜力。这种试模机械压力机的发展趋势是采用多连杆拉伸压力机，它配备数控液压拉伸垫，具有参数设置和状态记忆功能。 （ 3）车身制造中的级进冲模发展 迅速。 在自动冲床上用级进冲裁模或组合冲模加工转子、定子板，或者应用于插接件作业，都是众所周知的冲压技术，近些年来，级进组合冲裁模在车身制造中开始得到越来越广泛的应用，用级进模直接把卷材加工为成型零件和拉伸件。加工的零件也越来越大，省去了用多工位压力机和成套模具生产所必需串接的板材剪切、涂油、板坯运输等后续工序。级进组合冲模已在美国汽车工业中普遍应用，其优点是生产率高，模具成本低，不需要板料剪切，与多工位压力机上使用的阶梯模相比，节约 30%。但是级进组合冲模技术的应用受拉伸深度、导向和传输的带材边缘材料表面 硬化的限制，主要用于拉伸深度比较浅的简单零件，因此不能完全替代多工位压力机，绝大多数零件应优生考虑在多工位压力机上加工。 5 2. 冲压件工艺 冲裁是利用冲模在压力机上是板料分离的一种冲压工艺。它包括切断、落料、冲孔、修边、切口等多种工序，但一般主要是落料和冲孔工序。冲裁的工艺性是指冲裁件对冲压工艺的适应性主要包括冲裁件的主要形状和尺寸；冲裁件的精度和表面粗糙度；冲裁件的尺寸基准。 裁件的形状和尺寸 图 工零件图 本工件是玩具汽车轮辋，由图可知其加工的工艺性并不是非常的复杂，在其精度要 求上也不是很高，其材料属铝合金（ 2故一次性冲裁即可完成，考虑到生产效率的高低采用复合模的形式进行加工。 由于工件中有一个中心孔，四个装饰孔加上一个落料工序，考虑到加工的复杂性，其下模是凸凹模采用线切割加工制成，而上模采用凸凹模分开加工后镶在一起。利用推件板作为一个导向机构从而保证其圆的同轴度和防止变形。 冲裁件的精度和粗糙度 (1)冲裁件内外形的经济精度不高于 ，一般要求低于 级，冲孔最好低于 表 2冲模型式 材料厚度 零件尺寸 12 24 普通 50150 50150 距尺寸） 冲模型式 材料厚度 零件尺寸 12 24 普通 50150 级 24 表适用于落料后再进行冲孔的情况： (2) 冲裁件的粗糙度一般在 冲裁件的断面光亮带宽度视被冲裁材料的厚度、机械性能及冲模间隙和刃口质量而定。 7 表 2材料厚度（ 12 23 粗糙度 (裁件的尺寸基准 由于工件是圆形件而且是一次成形，所以其尺寸基准以对称的中心线为基准线。 2. 4 冲裁方案的确定 汽车轮辋的设计方案有四种冲裁工艺方案 方案一：是用两道工序进行冲压，见图 序图 图中工序为先用复合模冲成垫圈半成品；工序二为用装有分度装置的不规则弧形凸模进行单装饰孔冲压 ,每冲好一孔将工件转 90度，依次冲出四个装饰孔。 方案二是用两道工序进行冲压，见图 图 序图 图中工序一为先用复合模冲成半成品，工序二为用弧形凸模将四个 装饰孔一次性冲出。 8 方案三是用三个工步进行，采用级进模在一次工序中将汽车轮辋冲出， 图 序图 图中第一二工步冲出 轴孔和两个工艺孔，第二工步冲出全部装饰孔，第三工步外形落料，压力机一次形成生产一个完整的汽车轮辋制件。 方案四是在复合模中将轴孔装饰孔及外形一次性冲出。图 序图 第一方案的特点是化整为零，将原来的复杂制件形状分解成内孔，一个装饰孔和外形三个形状较简单的单元，从而可简化模具刃口形状，便于模具制造，另外所需冲压力便因此而减少。但该方案的缺点是，需要两道冲 压工序，且第一道工序又是单孔冲出，生产效率较低；在冲装饰孔过程中要进行多次分度定位，操作不便；由于多次分度定位，装饰孔的同轴度与分度误差都较难达到高的精度。同时对于外形 60 这样的零件在第二道工序中的送出料也不够安全。因此，该方案适合在以下范围内应用： 9 (1)生产小批量； (2)复合模制造存在一定困难； (3)同轴度与装饰孔要求不很严格； (4)压力机吨位不够； (5)压力机工作台面不足以安装一次冲出大型汽车轮辋的大冲模时采用。但如时间紧迫，生产批量也不大，而加工复合模周期较长，这时采用单孔冲压也是合理的。 只是为了保证制件较高的精度要求，必须采用经选配补偿的滚柱轴承的分度盘和外圆定位结构，单孔冲模可达 5的分度精度。 方案二与方案一基本相同，不同之处在于第二方案可一次冲出四个装饰孔，故孔的分度误差较方案一小，能够满足弧形孔的分度精度要求。但此方案在冲装饰孔时仍以内孔定位，同轴度要求 较难保证。该方案在第二工序冲孔时由于制件较小，因而操作不安全，但这一方案对于中批量生产时有成功的使用经验。 方案三由于制件与装饰孔废料都可由压力机台下排出，操作方便安全，故生产效率最高。此外，如果在级进模上设 有弹性卸料装置，则可在高速冲床上进行连续冲压（而复合模具有困难的）。该方案的主要缺点是冲出汽车轮辋的精度不及复合模高。虽然在带料两侧预先冲出工艺孔用导正销定位，但冲出制件的同轴度仍不如复合模。此外，为了冲工艺孔加宽了带料的宽度，从而降低材料的经济利用率。一般来说，级进模的加工比起复合模要困难些，各装饰孔要有 30的斜度，以保证制件向下漏料的畅通。 方案四是将各工序复合在一起，一次冲出，生产率较高，操作也较安全。复合模冲裁的制件精度主要取决于模具制造精度，若采用高级精度（ 以上）复合模冲压本制件，则可保 证制件所要求的各项精度指标。此外，由于复合模冲裁时，由弹性卸料不宣而战先将毛坯压紧后再冲压，因此剪切断面质量较好。 经验证以后其抗剪强度是安全的。考虑到复合模刃口形状复杂，凸凹模应用的 应当指出，如果凸凹模内积存有废料，凸凹模的胀开力就会增大，从而容易胀裂刃口。因此在较薄壁厚的情况下，为安全起见，应避免凸凹模内积存废料。 综合以上四个方案分析比较结果表明，本制件采用第四方案最为适宜。 10 具结构形式选择 在大多数情况下，优先采用倒装式复合模。因为倒装式复合模的冲孔废料可通过凸凹模从压力 机工作台孔中漏出；制件由上面的凹模带上后由推件装置推出，再由压力机上附加的接件装置接走，条料由下模的卸料装置脱出，操作方便而安全，且能保证较高的生产率。而正装复合模冲孔废料由上模带上再由推料装置推出，制件则由下模的推件装置向上推出，条料由上模卸料装置脱出，三者混在一起，如果不能及时的排出废料或制件，而进行下一次冲压，就会崩裂模具刃口。 倒装式复合模冲裁后的制件嵌在上模部分的落料凹模内，需由刚性或弹性推件装置推出。采用刚性装置，可将制件平稳可靠的推出凹模，但在冲裁时对制件不会起压平作用，故制件平整度和尺寸精度 比用弹性推件装置时应低些。根据生产经验，用刚性推件装置能保证汽车轮辋的所有尺寸精度，而且刚性推件装置结构紧凑，维护方便，故以采用刚性推件装置为宜。 复合模冲裁时，各料将卡在凸凹模边缘，因而需要在下模设卸料装置。在下模的弹性卸料装置有两种形式，一种是将弹性零件装设在卸料板与凸凹模固定板之间，另一种是将弹性零件装设在下模板下面。由于汽车轮辋的条料的卸料率不大，故采用前一种结构并且采用橡皮作为弹性零件。 根据以上工作的方便性，故采用后侧两导柱式模架。 综合以上所述，这副玩具汽车轮辋冲片复合冲裁模的结构，如下图所示 ： 11 图 2配图 要点如下： （ 1）用倒装式复合模，凸凹模 23装在下模，冲孔凸模 8、 16和落料凹模21装在上模，以使冲孔废料向下出料，有利于安全操作并保护模具刃口； （ 2）模采用刚性推件装置，当上模向上回程时，压力机的顶件横梁使打杆 13通过推杆 15由推件板 14将制件从凹模 21内推出； （ 3）下模采用弹性卸料装置，橡皮的压力通过卸料板使废料从凸凹模上脱出； （ 4 在装配上采用环氧树脂或无机粘结浇注导套 18和上模座 10，以保证导柱导套的装配精度，并用环氧树脂胶合凸凹模和 下模固定板，以保证上下模之间的间隙均匀，便于装配； 裁件的排样及材料利用率的计算 边 对于本材料 2说，冲裁金属材料的搭边值如表 表 2 材料宽度 t 手工送料 自动送料 圆形 非圆形 往复送料 a a a a 12 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 8 8 4 5 6 7 4 5 6 2 6 7 8 4 5 6 7 3 5 6 7 8 9 2 5 6 7 8 3 4 5 6 7 8 2 3 4 5 6 7 注： 革、石棉、纸板等）时，搭边值应乘以 。 表知： a=2 条料的宽度和导尺之间的距离计算。 表 2z（ 材料厚度 无测压装置 有测压装置 100以下 100200 200300 100以下 100以上 1 2 2 3 3 4 4 5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5 5 5 5 5 5 8 8 8 8 8 8 表 2（ 13 材料宽度B 材料厚度 t 150500 500 普通精度 精度 ：本表所列公差只在凸模或凹模一个零件上标注，而另一件则标明配作间隙。 第四章 主要零部件设计 凹模设计计算 考虑到凸凹模加工的复杂性，故采用线切割一次来保证其加工精度，壁厚 c = 3 2 =6他尺寸图 20 图 凹模 形凸模设计 （ 1）为了增加凸模的强度与刚度，凸模非工作做表面部分直径应做成逐渐增加的多级型式： 小孔直径为 d = 10模长度应为 : L=h?1+28+32 =60 : 于常用的合金模具钢，可取 1000 圆形凸模如图 21 图 形凸模 有导向圆形凸模最大允许长度校核 = =0： ( 为弹性模量，取 104 圆形凸模设计： 非圆形凸模设计共 4 个，可采用线切割加工方法加工制造，其长度与圆凸模长度相同，形状如图 22 图 形凸模 强度校核，对异形凸模由 得 : （ 11+19） +16 2 300/（ 11+19） +16/50： ; ; ; 接触面积（ ，取刃口四周接触宽度为 t/2的面积 . 有导向异形凸模最大允许长度校核，由 得： =注： N）； 为弹性模量，取 104 模设计 凹模厚度（即有效刃口壁高度，刃壁无斜度）由工件是 2剪强度： =300表查得抗剪强度： =30000 P= =60 2 300=147 23 注：取安全系数为 模壁厚从冲件材料厚度（ 料宽取壁厚 C=40凹模厚度为H=32模长 L=60+2 40=140上述尺寸向标准靠拢为 160 160 32. 螺栓可选 螺孔中心到边缘的距离为 20直径为 6 凹模形状如图 图 模 凹模强度计算 274)7036021()28(21(M P 24 5. 标准件的选择 架及模柄的选择 图 侧导柱模架 标记示例 : 凹模周界 L=200B=125合高度 H=170205、 I 级精度的后侧导柱模架： 模架 200 125 170 205 I 术条件：按 8050凹模周界 闭合高度 H 零件件号、名称及标准编号 1 2 3 4 上模座 模座 柱 套 量 25 L B 最小 最大 1 1 2 2 规格 125 125 120 150 125 125 30 125 125 35 22 110 22 8028 140 165 22 130 140 170 125 125 35 125 125 45 22 130 22 8533 160 190 22 150 160 140 170 160 125 35 160 125 40 25 130 25 8533 160 190 25 150 170 205 160 125 40 160 125 50 25 160 25 9538 190 255 25 180 200 140 170 200 125 35 200 125 40 25 130 25 8533 160 190 25 150 170 205 200 125 40 200 125 50 25 160 25 9538 190 255 25 180 250 160 200 250 125 40 250 125 45 28 150 28 10038 26 180 220 28 170 190 235 250 125 45 250 125 55 28 180 28 11043 210 255 28 200 160 160 160 200 160 160 40 160 160 45 28 150 28 10038 180 220 28 170 190 235 160 160 45 160 160 55 28 180 28 11043 根据 B、 60 160 210柄的选择： 图 缘模柄 由于选压力机时模柄空孔 70，而凸缘模柄又易与定位故可选模 柄 27 /位装置 定位装置的作用是限定毛坯件（条料或块料）送入冲模的毛坯有正确的位置，以保证冲出的工件合格。 (1)挡料销 挡料销的作用是保证条料（带料）由准确的送料进距。 根据其加工工艺性选用的挡料销是活动的挡料销。 (2)导料销 由于是倒装复合膜故导料只能用导料销，为了加工方便，可选其与挡料销一致，其结构如下： 图 5结合导料要求，选 料板及顶件装置 (1)卸料板及推件装置形状如下： 卸料装置形状如下 : 28 图 料装置 卸料板厚度尺寸查标准得知 H=16图可看出卸料橡胶压缩量为 3以橡胶在自由状态下为 H=3/5凸凹模固定板厚度为 8 (2)推件装置如图 图 荐装置 根据在加工工件时的安全性、方便性要求采用的形式为弹性卸料装置及推件如上图所示： 推杆的设计，根据推料力可选直径为 8料为 45钢，数目为 3个。 强度校核： p=3 12565=p =杆的设计同理可选直径为 10，材料为 45钢，数目为 1个。 (3)固定板与垫板的设计计算 : 凸模固定板的厚度应取为凸模的长度的 40%，凹模与凸模装在同一个固定板上。 垫板至于模座和固定板之间，其作用是分散凸模传递的压力，凸模和一般的钢质凹模镶块与固定板选用 H7/7/合。 凸模、凹模压入固定板后应将底面与固定板一起磨平，细小的凸模与固定板之间应取 H7/ 29 垫板可查标准图册取厚度 8 具闭合高度的校核 闭合高度 33， 255H 210+10 由此模架符合要求，再验证压力机 250H 2500压力机也符合要求。 钉的选用与校核 (1)紧固螺钉 螺钉在工作时，主要承受拉应力，其许用载荷按下式计算： p 式中 P一个螺钉的许用载荷（ N）； 许用应力（ 对于紧固螺钉，取 =120选 表知其许用载荷为 4个为 以满足要求。 (2)卸料螺钉的选用与校核 卸料螺钉工作时，也是主要承受拉应力，其计算公 式与紧固螺钉相同，查表知一个 10个为 1447 =12 表 6零件名