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汽车覆盖件模具设计与制造 第一章概述 一 开课目的 1 车身设计的知识外延2 加大就业面3 当前汽车业发展及对汽车模具的需求二 汽车覆盖件的定义 分类 1 定义 汽车覆盖件 以下简称覆盖件 是指构成汽车车身或驾驶室 发动机 底盘等薄金属板料制成的异形体表面或内部零件 2 分类 按功能和部位 a 外部覆盖件 A级表面精度的汽车覆盖件有引擎盖板 车顶盖 左 右车侧围 前 后车门 前 后 左 右翼子板 行礼箱盖板等b 内部覆盖件 车门内板 地板等c 结构类 B柱 C柱 发动机加强板等骨架类零件按工艺特征分类如下 a 对称于一个平面的覆盖件 诸如发动机罩 前围板 后围板 散热器罩和水箱罩等 这类覆盖件又可分为深度浅呈凹形弯曲形状的 深度均匀形状比较复杂的 深度相差大形状复杂的和深度深的几种 b 不对称的覆盖件 诸如车门的内 外板 翼子板 侧围板等 这类覆盖件又可分为深度浅度比较平坦的 深度均匀形状较复杂的和深度深的几种 c 可以成双冲压的覆盖件 所谓成双冲压既指左右件组成一个便于成型的封闭件 也指切开后变成两件的半封闭型的覆盖件 d 具有凸缘平面的覆盖件 如车门内板 其凸缘面可直接选作压料面 e 压弯成型的覆盖件 汽车 轿车 拆解简图 三 覆盖件的特点与要求 同一般冲压件相比 覆盖件具有材料薄 形状复杂 结构尺寸大和表面质量要求高等特点 覆盖件的工艺设计 冲模结构设计和冲模制造工艺都具有特殊性 因此 在实践中常把覆盖件从一般冲压件中分离出来 作为一各特殊的类别加以研究和分析 覆盖件的特点决定了它的特殊要求 1 表面质量外观覆盖件表面上任何微小的缺陷都会在涂漆后引起光线的漫反射而损坏外形的美观 因此覆盖件表面不允许有波纹 皱折 凹痕 擦伤 边缘拉痕和其他破坏表面美感的缺陷 覆盖件上的装饰棱线和筋条要求清晰 平滑 左右对称和过渡均匀 覆盖件之间的棱线衔接应吻合流畅 不允许参差不齐 总之覆盖件不仅要满足结构上的功能要求 更要满足表面装饰的美观要求 2 尺寸形状覆盖件的形状多为空间立体曲面 其形状很难在覆盖件图上完整准确地表达出来 因此覆盖件的尺寸形状常常借助数模来描述 数模是覆盖件的主要制造依据 覆盖件图上标注出来的尺寸形状 其中包括立体曲面形状 各种孔的位置尺寸 形状过渡尺寸等 都应和数模一致 图面上无法标注的尺寸要依赖数模量取 从这个意义上看 数模是覆盖件图必要的补充 3 刚性覆盖件拉延成型时 由于其塑性变形的不均匀性 往往会使某些部位刚性较差 刚性差的覆盖件受至振动后会产生空洞声 用这样零件装车 汽车在高速行驶时就会发生振动 造成覆盖件早期破坏 因此覆盖件的刚性要求不可忽视 4 工艺性覆盖件的结构形状和尺寸决定该件的工艺性 覆盖件的工艺性关键是拉延工艺性 覆盖件一般都采用一次成型法 为了创造一个良好的拉延条件 通常将翻边展开 窗口补满 再加添上工艺补充部分 构成一个拉延件 四 覆盖件模具的分类 一 覆盖件冲模1 拉延模拉延模是保证制成合格覆盖件最主要的装备 其作用是将平板状毛料经过拉延工序使之成型为立体空间工件 拉延模有正装和倒装两种型式 正装拉延模和凸模和压料圈在上 凹模在下 它使用双动压力机 凸模安装在内滑块上 压料圈安装在外滑块上 成型时外滑块首先下行 压料圈将毛料紧紧压在凹模面上 然后内滑块下行 凸模将毛料引伸到凹模腔内 毛料在凸模 凹模和压料圈的作用下进行大塑性变形 倒装拉延模的凸模和压料圈在下 凹模在上 它使用单动压力机 凸模直接装在下工作台上 压料圈则使用压力机下面的顶出缸 通过顶杆获得所需的压料力 倒装型式拉延模只有在顶出压力能够满足压料需要的情况下方可采用 2 修边模修边模用于将拉延件的工艺补充部分和压料凸缘的多余料切除 为翻边和整形准备条件 在小批量生产时 可以用手工和其他简单装备代替 修边模修边往往兼冲孔 修边模在修边的同时 要将废料切成若干段 每段长在200 300mm之间 分割后的废料便于打包外运 3 翻边模翻边模是将半成品工件的一部分材料相对另一部分材料发生翻转 根据翻边的冲压方向不同 翻边模可分为垂直翻边模和水平翻边模两大类 水平翻边 含倾斜翻边 则需要斜楔结构完成翻边成型工作 番边模也是制成合格覆盖件的必要装备 四 覆盖件模具的分类 续 二 覆盖件夹具1 焊装夹具焊装夹具是覆盖件总成焊装的重要装备 按照总成的内容和层次 可分为若干种类夹具 通常冠以各种总成的名称 2 检验夹具检验夹具是对覆盖件及其总成件进行综合性检测的主体量具 其检测内容主要是立体型面 轮廓形状和尺寸 检测数据和检查基准书内规定的公差要求进行对照 用来判断工件是否合格 三 模型1 实体模型传统的冲模加工方法是采用实体模型作为加工依据 实体模型具有直观 采集数据可靠 加工设备要求低等优点 因此 目前国内大多数厂家仍采用实体模型加工方法 2 数学模型应用电子计算机建立覆盖件的数学模型 为汽车模具的计算机辅助设计与制造创造了条件 数学模型可以在计算机的屏幕上进行模拟装配 调整冲压方向 这是实体模型无法实现的 因此 采用数学模型加工模具代表了模具工业的发展方向 它将彻底改变模具质量依靠工匠技艺的状态 四 覆盖件模具的分类 续 四 覆盖件模具的成套覆盖件具的成套性有两个含意 一个是指全车模具的成套性 另一个指某个覆盖件所需若干模具的成套性 汽车车身由数百个冲压件构成 全车所需冲模高达一千套以上 见下表 全车模具的协调一致和成套性供应是保证全车质量的关键 如果把全车模个的成套性视为一个大的系统工程 则每个覆盖件的成套模具就是一个子系统 子系统的成套协调是保证全车质量的基础 采用计算机辅助设计和辅助制造方法 可有效地保证模具的成套性 思考题 1 目前汽车行业的发展前景如何 2 汽车覆盖件特点是什么 3 如何检测覆盖件的准确性 五 汽车覆盖件成型工艺分析 一 工艺内容设计工艺设计是在模具设计制造之前的技术准备工作 通常由用户方进行 其主要内容有以下诸项 1 根据生产纲领确定工艺方案 2 根据覆盖件结构形状 分析成型可能性和确定工序数及模具品种 3 根据装配要求确定覆盖件的验收标准 4 根据工厂条件决定模具使用的压床 5 根据制造要求确定协调方法 6 提出模具设计技术条件 其中包括结构要求 材料要求等 五 汽车覆盖件成型工艺分析 二 成型可能性分析覆盖件成形的可能性分析是一项艰苦细致的工作 由于覆盖形状十分复杂 其成型可能性计算没有固定的方法 下面仅介绍几种最基本的分析方法 1 用基本冲压工序的计算方法进行类比分析2 变形特点分析覆盖件的成型工序 大都可以认为是一种平面应力状态下进行的 垂直板料方向的应力一般为零 或者数值很小 可以忽略不计 因此板料的变形方式 基本上可以分为以下两大类 1 以拉伸为主的变形方式 2 以压缩为主的变形方式 3 成型度 值判断法对不规则形状拉延件的成型 还可以用成型度 值进行估算和判断 成型度 L L0 1 100 式中L0 成型前毛坯长度 L 成型后工件长度 五 汽车覆盖件成型工艺分析 二 成型可能性分析覆盖件成形的可能性分析是一项艰苦细致的工作 由于覆盖形状十分复杂 其成型可能性计算没有固定的方法 下面仅介绍几种最基本的分析方法 1 用基本冲压工序的计算方法进行类比分析2 变形特点分析覆盖件的成型工序 大都可以认为是一种平面应力状态下进行的 垂直板料方向的应力一般为零 或者数值很小 可以忽略不计 因此板料的变形方式 基本上可以分为以下两大类 1 以拉伸为主的变形方式 2 以压缩为主的变形方式 3 成型度 值判断法对不规则形状拉延件的成型 还可以用成型度 值进行估算和判断 成型度 L0 L 1 100 式中L0 成型前毛坯长度 L 成型后工件长度 4 CAE软件分析用CAE常软件 DYNAFORM AUTOFORM DEFORM等 五 汽车覆盖件成型工艺分析 五 汽车覆盖件成型工艺分析 三 工艺方案覆盖件的冲压工艺方案编制依据是产品的生产纲领 工艺方案应保证产品的高质量 生产的高效率和降低成本 1 小批量生产的覆盖件冲压工艺方案小批量生产是指月产量小于1000件 此时的生产稳定性极差 限期生产形状改变可能性大 小批量生产的拉延模 常采用锌铝合金和HT200 HT250灰口铸铁制造 也可采用焊接骨架结构作模体2 中批量生产的覆盖件冲压工艺方案当月产量大于1000件 且小于10000件 卡车 或30000件 轿车 是被视为是中批量生产 拉延模常用HT200 HT250灰口铸铁制造 表面火焰淬火处理 模具结构采用导板导向 机械取件3 大批量生产的覆盖件冲压工艺方案当月产量大于10000件 卡车 或30000件 轿车 且小于100000件时 属于大批量生产 大批量生产的冲模选择系数一般为1 4以上 冲模结构要求功能齐全 对于容易损坏的模具 不但要求快速更换易损冲头 而且要制造备模 以使模具修复时冲压生产线照常运转 六 汽车覆盖件DL图设计 六 汽车覆盖件DL图设计 六 汽车覆盖件DL图设计 六 汽车覆盖件DL图设计 六 汽车覆盖件DL图设计 六 汽车覆盖件DL图设计 六 汽车覆盖件DL图设计 七 汽车覆盖件模具发展现状 1概况从20世纪以来 我国就开始重视模具行业的发展 提出政府要支持模具行业的发展 以带动制造业的蓬勃发展 我国制造业加工成本相对较低 模具加工业日趋成熟 技术水平不断提高 人员素质大幅提高 国内投资环境越来越好 各种有利因素使越来越多国外企业选择我国作为模具加工的基地 目前 我国模具总产值已跃居世界第三 仅次于日本和美国 其中 汽车 摩托车 家电行业是模具最大的市场 占整个模具市场份额的80 以上 以汽车行业为例 一种车型的轿车共需模具约4000副 价值达2 3亿元 单台电冰箱需要模具生产的零件约150个 共需模具约350副 价值约400万元 国家统计局数据 统计范围包括全部国有企业和年销售收入500万元以上的非国有企业 以下同 显示 2008年1 5月 全国模具行业工业总产值已经超过360亿元 与2007年同期相比保持平稳上升趋势 模具行业近9年工业总产值与产销率情况见图1 图12000 2008年5月模具行业工业总产值与产销率情况2008年全年模具行业产值预计仍会有20 左右的增长 模具生产将继续朝着信息化 数字化 精细化 高速化 自动化的方向发展 模具企业将继续向着技术集成化 设备精良化 产品品牌化 管理信息化 经营国际化方向发展 为了适应企业发展和市场竞争的需要 中汽车模具公司还应积极寻求国际合作 尝试由单纯的生产型企业转向资本运营型企业 国家统计局数据显示 2007年 中国模具市场容量已超过700亿元人民币 预计 十一五 末期 中国模具业市场份额将达l400亿元人民币 七 汽车覆盖件模具发展现状 最近几年 模具行业市场容量不断扩大 整体发展良好 整个模具行业的良好发展带动了模具企业的快速进步 国家统计局数据显示 2008年前5个月 企业数量就比2007年全年增加了15 我国模具企业最近9年大概的发展状况见图2 随着我国模具行业的产品细分化 专业化的发展 汽车模具行业迅速发展起来 但汽车模具是在最近几年才发展成为一个行业 我国汽车模具业的建立可以追溯到国内汽车工业发展之初 诸如一汽 东风等整车企业当时都设有配套的模具厂 生产的模具仅仅为了企业能自给自足 随着市场需求逐年增大 在原有大型国有企业基础上 一些民营 合资甚至外商独资企业也纷纷涌入这一市场 这也使得汽车模具行业竞争愈发激烈 目前 具有一定规模的国内汽车车身模具制造企业有100多家 其中产值超过1亿元的就有20家 国内大型数控机床数量已经超过800台 与德国 美国 日本的大型数控机床数量相近 以中国目前逐年递升的汽车产量 外资纷纷进入中国设厂 要同时满足炽热的内需及出口需求 汽车模具的需求必然是中国模具行业迈入升级换代的一个良好契机 5年前中国进出口模具价值比为5 8 1 而2007年进出口的比值为1 45 1 模具出口额超过了14亿美元 它标志着中国模具产业以规模化进入国际市场的时代已经到来 而另一方面 我国离模具强国的距离还很远 模具又品种繁多 赶超世界先进水平也不可能齐头并进 因而 十一五 期间 我国应抓住重点企业和重点产品进行突破 汽车覆盖件模具就是突破口之一 在汽车覆盖件模具中 加大中高档轿车模具的投入力度 下功夫突破某些关键技术尤其重要 七 汽车覆盖件模具发展现状 2汽车与汽车模具制造业汽车业是我国模具企业的最大客户 车身和各种零部件都离不开模具成形 我国汽车工业的发展 极大地推动了模具行业的发展 国家统计局数据显示 2007年国内汽车总产量高达900万辆 见图4 列日本和美国之后 位居世界第三 我国汽车总产量占全球产量的12 2 10年前中国汽车模具主要是以一汽 二汽 天汽 南汽 成飞以及我国台湾的模具团队为行业的标志性企业 今天汽车模具企业已发展到数十家 一批快速崛起的民营企业已经具备相当的规模 无论是技术上 还是产能上这些企业都大大超过了当年的标志性企业 3汽车零部件与汽车模具制造业目前 我国汽车销售量正以每年26 的速度增长 而汽车零部件的规模比整车还大 这些零部件90 都靠模具生产 大大推动了国内模具业的发展 在汽车工业飞速发展的同时 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 原生产工艺已无法适应 加工成本较大 为了适应国际市场出口的需求 必须压缩加工成本等费用 模具结构应以多工位级进模及传递模来替代传统的单工序模 这样模具的制造精度 技术水平又要上一档次 又需加大技改投入的力度 包括模具加工的关键加工设备以及大吨位冲压设备 以适应多工位传递模与级进模冲压的要求 七 汽车覆盖件模具发展现状 汽车模具行业未来供给及市场需求预测总的来说 中国技术含量低的模具已供过于求 市场利润空间狭小 而技术含量较高的中 高档模具还远不能适应经济发展的需要 精密 复杂的冲模 轿车覆盖件模等高档模具仍有很大发展空间 中国汽车模具行业今后的发展方向应该注重产品结构的调整和定位 进一步提升模具的制造技术水平 占领结构复杂 精度高 技术含量高的高档模具市场 目前 国内汽车冲模行业年生产能力只有80 90亿元 而中国汽车市场的模具需求量已达到200多亿元 中国汽车工业的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求 也为其发展提供了巨大动力 当前汽车覆盖件模具每年市场容量约60亿元 主要包含两部分需求 一是新车型 二是改型车 一款全新车型需汽车覆盖件模具350 400副 款 价值约1 2亿元 款 按2006年全新车型30款计 折合36亿元 一款改型车平均约有25 的汽车覆盖件模具需要更换 更换的模具价值约0 3亿元 款 按2006年约87款改型车计 折合26 1亿元 受益下游汽车行业的快速增长 预计汽车覆盖件模具行业市场需求增速将达20 年 2010年汽车覆盖件模具的市场容量将超过95亿元 第二章拉延模设计 一 拉延模具的分类 1 拉延设备简介 单动压力机 双动压力机2 单动拉延模具3 双动拉延模具 双动压力机 单动压力机 单动拉延模具结构 双动拉延模具结构 二 拉延模具结构详解 一 拉延模总装结构图 二 拉延模具结构详解 二 拉延模凸模 二 拉延模具结构详解 三 拉延模压边圈 二 拉延模具结构详解 四 拉延模凹模 上模 思考题 1 汽车覆盖件成型分析的基本内容 2 DL图是什么 其基本要素有哪些 3 拉延模基本结构 设计依据是什么 三 拉延模型面设计 一 拉延件的冲压方向覆盖件的拉延件设计 首要是确定冲压方向 确定拉延冲压方向 应满足如下几方面的要求 1 保证拉延件凸模能够顺利进入拉延凹模 不应出现凸模接触不到的死区 所有需拉延的部位要在一次冲压中完成 2 拉延开始时 凸模和毛料的接触面积要大 避免点接触 接触部位应处于冲模中心 以保证成型时材3料不保证拉延件凸模能够顺利进入拉延凹模 不应出现凸致窜动 3 压料应尽量保证毛料平放 压料面各部位进料阻力应均匀 拉延深度均匀 拉入角相等 才能有效地保证进料阻力均匀 4 图 a 凸模两侧的拉入角心可能作到基本一致 使两侧进料阻力保持均衡 凸模表面同时接触毛料和点要多而分散 并尽可能分布均匀 防止成型过程中毛料窜动 如图 b 所示 当凸模和毛料为点接触时 应适当增加接触面积 如图5 c 所示 以防止力集中造成局部破裂 应 三 拉延模型面设计 二 压料面的确定覆盖件拉延成形的压料面形状是保证拉延过程中材料不破裂和顺利成型的首要条件 确定压料面形状应满足如下要求 1 有利于降低拉延深度 平压料面压料效果最佳 见图1 但为了降低拉延深度 常使压料面形成一定的倾斜角 2 压料面应保证凸模对毛料有一定程度的拉延效应 压料圈和凸模的形状应保持一定的几何关系 使毛料在拉延过程中始终处于紧张状态 并能平稳渐次地紧帖凸模 不允许有多余的产生皱纹 为此 必须满足下列条件 见图2 图3 L L1 式中L 凸模展开长度 L1 压料面展开长度 凸模表面夹角 压料面表面夹角 三 拉延模型面设计 3 压料面平滑光顺有利于毛料往凹模型腔内流动 压料面上不得有局部的鼓包 凹坑和下陷 如果压料面是覆盖件本身的凸缘上有凸起和下陷时 应增加整形工序 压料面和冲压方向的夹角大于90度 会增加进料阻力 也是不可取的 平面压料面不但有利于成型 而且加工也容易 应尽量采用 单曲率压料面和双曲率压料面多用在拉延深度较深的拉延模 三 拉延模型面设计 三 工艺补充部分设计定义 为了给覆盖件创造一个良好的拉延条件 需要将覆盖件上的窗口填平 开口部分连接成封闭形状 有凸缘的需要平顺改造使之成为有利成型的压料面 无凸缘的需要增补压料面 这些增添的部分称为工艺补充部分 工艺补充是拉延工艺不可缺少的部分 拉延后又需要将它们修切掉 所以工艺补充部分应尽量减少 以提高材料的利用率 工艺补充部分除考虑拉延工艺和压料面的需要外 还要考虑修边和翻边工序的要求 修边方向应尽量采取垂直修边 可能采用的几种修边型式如下 1 修边线在拉延件压料面上 如图 a 所示 此时压料面应是覆盖件的凸缘面 修边采取垂直修边 为了在模具使用中打磨压料筋槽不致影响修边线 修边线至拉延筋的距离A一般取25mm 2 修边线在拉延件底面上 如图 b 所示 采用垂直修边 工艺补充尺寸一般取 B 3 5mm C 10 20mm D 按保留有多于1 5根完整拉延筋形状考虑 R凸 3 10mm 深度浅和直线部分取下限 深度深和曲线部分取上限 R凹 8 10mm 三 拉延模型面设计计 三 工艺补充部分设计D 按保留有多于1 5根完整拉延筋形状考虑 R凸 3 10mm 深度浅和直线部分取下限 深度深和曲线部分取上限 R凹 8 10mm 修边线在拉延件短斜面上 如图 c 所示 采用垂直修边 工艺补充尺寸一般取 E B 3 5mm 5度 修边线在拉延件长斜面上 如图 d 所示 垂直修边 修边线是按覆盖件翻边展开确定的 所以拉延轮廓外形不能完全平行修边线 图中F是变化的 不同情况取不同最小值 F还和拉延件在修边时的定位有关 如图11所示 一般取 F 8mm 用拉延槛定位 F 3 5mm 用侧壁定位 6 修边线在拉延件侧壁上 如图 e 所示 采用水平修边或倾斜修边 修边线至凹模圆角半径的距离G是一个变量 它决定水平修边凹模镶块的强度 三 拉延模型面设计 四 拉延筋与拉延坎覆盖件拉延成型时 在压料面上敷设拉延筋或拉延槛 对改变阻力 调整进料速度使之均匀化和防止起皱具有明显的效果 归纳起来敷设拉延筋的主要作用有如下几点 1 增加局部区域的进料阻力 使整个拉延件进料速度达到平衡状态 2 加大拉延成型的内应力数值 提高覆盖件的刚性 3 加大径向拉应力 减少切向压应力 延缓或防止起皱 拉延筋和拉延槛的形状见图 a b 拉延筋的断面形状为半圆形 一般取筋半径R 6 10mm 筋高h 5 7mm 钢件 或3 5mm 铝合金件 拉延筋的凹槽一般不和工件吻合 通过修整凹槽的宽度来改变进料阻力 拉延槛的阻力更大 它多用在深度浅的拉延件上 三 拉延模型面设计 四 拉延筋与拉延坎拉延筋和拉延槛的敷设原则如下 1 拉延件有圆角和直线部分 在直线部分敷设拉延筋 使进料速度达到平衡 2 拉延件有直线部分 在深度浅的直线部分敷设拉延筋 深度深的直线部分不设拉延筋 3 浅拉延件 圆角和直线部分均敷设拉延筋 但圆角部分只敷设一条筋 直线部分敷设1 3条筋 当有多条拉延筋时 注意使外圈拉延筋 松 些 内圈拉延筋 紧些 改变拉延筋高度可达到此目的 4 拉延件轮廓呈凸凹曲线形状 在凸曲线部分设较宽拉延筋 凹曲线部分不设拉延筋 5 拉延筋或拉延槛尽量靠近凹模圆角 可增加材料利用率和减少模具外廓尺寸 但要考虑不要影响修边模的强度 四 拉延模典型零件设计 一 主要成型部件拉延模的主要成型部件是凹模 压边圈 凸模 一般情况下都采用铸件制作 由于这些零件尺寸很大 既要保证强度和刚度 又要减轻重量 所以会在铸件内部挖空处理 在影响强度的地方加立筋 以下图和表是模具整体细部结构随模具外形尺寸变化的尺寸 中小批 四 拉延模典型零件设计 一 主要成型部件以下图和表是模具整体细部结构随模具外形尺寸变化的尺寸 大批量 在相同材料的条件下 大批量生产对应的模具强度相应提高 当然 模具的强度与刚度不只是依赖结构 同时还要考虑材料 与热处理条件 四 拉延模典型零件设计 1 凹模结构拉延凹模的作用是提供了拉延压料面 凹模圆角 凹模型腔面 1 压料面 平 弯曲拉延筋2 凹模圆角 经验公式R凹 6 10 Xtt为料厚在补充面上的凹模圆角视走料的难易程度可以修改 用以改善拉延效果 3 凹模型腔 a 带活动顶出块的凹模型腔特点 整体拉延件基本可用凸模成型 零件中间位置有反拉延 形状可在顶出块加工 取件容易 容易加工 如图 是双动拉延模的结构 四 拉延模典型零件设计 1 凹模结构b 整体凹模结构特点 现在模拉延模具的通用结构 适合整体铸造 型腔面复杂的零件 对于取件困难的可采用顶部吹气法 下图分别是双动和单动拉延凹模示意图 四 拉延模典型零件设计 1 凹模结构c 通口凹模结构特点 适用于形状复杂但没有直壁的零件 类似于整体凹模结构 下图是双动拉延凹模示意图在铸造技术及数控技术高度发展的今天 如何选用结构已不是非常重要的问题 四 拉延模典型零件设计 2 压边圈结构压边圈采用整体铸造 在结构上连接凹模 凸模 在成型过程中运动 右图中 为单动拉延模压边圈正面结构绿色面为拉延面 圆台为限位面 蓝色区域为导向块 绿色凹槽为拉延筋 四 拉延模典型零件设计 2 压边圈结构右图中 为单动拉延模压边圈反面结构 高圆台为拉延模封闭高度调整台低圆台是顶出杆顶出圆台 中部掏空后加筋 四 拉延模典型零件设计 3 凸模结构右图中 为单动拉延模凸模结构 圆孔对应顶出孔 圆台对应压边圈调整圆台 黄色区域与压边圈导向 用定位槽确定模具在工作台的位置通过压边槽固定于压机下工作台 思考题 1 拉延模具型面设计基本内容 2 拉延筋 坎 敷设原则是什么 3 拉延模主要成型部件是什么 四 拉延模辅助零件设计 1 导向零件设计拉延模的导向分为两种 内导向外导向内导向 压边圈与凸模的导向外导向 压边圈与凹模的导向常用导向零件 导向板 导向块 背靠块特点 导向精度不高 导正力大 主要应用于拉延模导向 1 导向板 a 普通导向板 油槽 材料 T8热处理 HRC53 57系列产品 有标准 根据模具导向尺寸选择规格应用范围 中小型拉延模具对应尺寸看右图 四 拉延模辅助零件设计 1 导向零件设计b 自润滑导向板 石墨柱 材料 铸铁 特殊铜合金系列产品 有标准 根据模具导向尺寸选择规格应用范围 铸铁 小批量生产 降低成本特殊铜合金 大批量生产斜楔位置对应尺寸看右图 四 拉延模辅助零件设计 1 导向零件设计导向板的企业 北京世茂 大连盘起等根据市场要求 做的更细化 四 拉延模辅助零件设计 1 导向零件设计查询方法 四 拉延模辅助零件设计 1 导向零件设计2 导向块 使用方法同导板技术参数同导板结构不同 一般三面导向适用范围不大3 背靠块与基体同体 承受力大通常与导向板配合使用模具精度高时与导向柱与导柱配合使用配合使用 四 拉延模辅助零件设计 2 压料圈与凹模的导向常用方法 在凹模或压边圈铸出平台或凹槽 加工后配装导板使用 间隙0 3mm常用结构 单动结构 凸台铸在凹模 凹槽铸在压边圈双动结构 与单动相反优点 有利于安装 调整导向板 方便修磨压料面 拉延筋等 适用于压料面复杂的模具 四 拉延模辅助零件设计 2 压料圈与凸模的导向根据模具大小及结构 确定安装数量和导向长度通常 a 导向板数量不低于4个 b 拉延开始时 导向板进入不低于50mm 结束时导向板仍有不低于30mm重合 c 铸造的安装凸台有利于加工 一般结构 单动 四 拉延模辅助零件设计 3 拉延筋 坎 结构设计1 拉延筋作用 a 增加进料阻力b 均匀进料阻力c 加大进料阻力以减小压料面积d 降低压料面加工精度要求e 稳定拉延过程2 拉延筋种类及结构尺寸 如下图 种类 半圆嵌入式整体加工式结构 四 拉延模辅助零件设计 3 拉延筋 坎 结构设计材料 整体式和基体一致嵌入式 45 钢热处理 HRC45以上尺寸 四 拉延模辅助零件设计 3 拉延筋 坎 结构设计3 拉延筋布置 分布原则与方法 a 按拉延筋作用布置 如下表 b 按凹模口形状布置 如下图 表 四 拉延模辅助零件设计 3 拉延筋 坎 结构设计凹模口形状分布 四 拉延模辅助零件设计 c 按方向布置 拉延筋截面垂直于进料方向d 拉延筋的数量 最多三层 内层封闭 外层是具体情况确定 4 拉延筋位置尺寸 双动结构敷设在压边圈 上模 上 单动结构敷设在凹模 上模 上 以方便修磨拉延筋凹槽 具体尺寸如下 四 拉延模辅助零件设计 4 出件和退件装置1 出件装置a 顶件器顶出b 机械手 机械类 气动类等 2 退件装置根据拉延模结构及拉延件形状确定卸料方法 5 限位装置限位装置a 合模限位块b 存放限位块c 压料圈限位螺钉 五 拉延模其他细节设计 1 通气孔作用 拉延时 压料圈与凹模腔封闭 需排出因拉延运动 体积变化引起的多余气体 否则可能造成零件变形 无法卸料等故障 通气孔的数量及位置依以下原则确定 1 拉延件底部投影面积2 拉延件底部曲率变化和起伏变化3 成型材料和厚度4 拉延速度下表是不同位置通气孔尺寸 五 拉延模其他细节设计 2 工艺孔作用 当拉延件在下道工序无法定位时 采用工艺孔定位工艺孔一般布置在第一道拉延筋中心线上 优点 穿工艺孔无废料缺点 有方向性 六 拉延模典型零件制造方法简介1 毛胚铸造2 铸件加工3 模面研配4 模具装配5 试模调整 思考题 1 拉延模具导向零件有几种 2 拉延筋的作用是什么 3 限位装置有哪几种 第三章修边模设计 一 修边模具的分类 定义 修边模是将拉延件工艺补充部分及压料面多余材料切除的模具 根据修边刃口的运动方向分以下三类 1 垂直修边模修边刃口运动方向与压机滑块运动方向一致 称垂直修边模 在条件允许的情况下 制定工艺时优先考虑垂直修边结构 优点 模具结构简单 易于加工 制造成本低 右图为垂直修边模具结构 一 修边模具的分类 2 斜楔修边模修边刃口做水平或倾斜运动 以压机滑块运动方向参照 的修边模叫斜楔修边模特点 以垂直运动部件通过斜楔改变刃口运行方向 完成侧向或倾斜修边缺点 斜楔工作部件增大模具轮廓尺寸 结构复杂 制造成本高 一 修边模具的分类 3 垂直 斜楔修边模修边刃口一部分做垂直修边 另一部分做倾斜 水平 修边 称垂直 斜楔修边模特点 适用于复杂修边件缺点 结构更复杂 制造成本高两种情况 a 垂直切边与倾斜 水平 修边简单合并b 垂直切边与倾斜 水平 修边相关交接其结构如右图所示 二 修边镶块 修边刃口是由修边镶块组合而成 是修边模具主要的工作部件 因此修边镶块的稳定性是修边模的主要条件 一 结构形式1 整体式修边刃口与模体不分开 刃口直接堆焊在主模体上 如下图所示 结构特点 修边型面形状简单 制造成本相对低 加工自动化程度低 尺寸精度不易保证 对于小型修边模具 刃口多用整体实型铸造适用范围 现在已基本淘汰 此工艺主要应用于修焊模具失效的修边刃口 二 修边镶块 2 板块式修边刃口由板块拼接 主要用于修边线曲率和高低变化不大的情况 同时 如果需切边的材料料厚超过1 5mm 也要用板块式 材料 合金工具钢如 Cr12MoV等 板块式结构如右图特点 制造灵活 修配方便 加工成本较高模具刃口寿命长 适用范围 适合大批量生产 材料料厚大于1 5mm的零件修边 二 修边镶块 3 角式修边刃口由铸造模块拼接 主要用于型面复杂的情况 材料 空冷钢如 7CrSiMnMoV等 板块式结构如右图特点 制造灵活 修配方便 加工成本较高刃口可修焊 采用火焰热处理 空气冷却 适用范围 最常用刃口形式 适合中 大批量生产 二 修边镶块 4 组合式组合式镶块用于高度变化大 平面平滑的修边线 上下模均可采用 材料 镶块体采用结构钢焊接 刃口堆焊组合式结构如右图特点 较老的生产工艺 目前已普遍淘汰 二 修边镶块 5 刀片式刀片式镶块用于高度变化大的下模 刀片式结构如右图特点 较老的生产工艺 目前较厚板料用 二 修边镶块 二 刃口结构尺寸修边刃口要求锐利 废料脱落容易 刃口保留的废料不可超过2片 1 板式修边镶块结构尺寸如下图 二 修边镶块 2 角式 组合式 刀片式修边镶块结构尺寸如下图 二 修边镶块 三 倾斜面垂直修边当修边面处于倾斜状态时 采用垂直修边时 修边面倾斜度必须控制在一定的范围内 并要求有良好的压料机构 1 锐角修边 修边面倾角小于15度时 可不采取其他措施 直接修边 大于15度时 凸 凹模刃口加2mm平台 修边面倾角最大不允许超过30度 2 钝角修边 修边面倾角小于30度时刃口可不采取其他措施 修边间隙取正常间的50 当在30 60度间时 刃口要做局部平刃口 平面部分为料厚3倍 但最大不超过5mm 二 修边镶块 四 立边修边刃口结构尺寸立边修边是剪切性质 刃口和被修边须成一定角度 立边修边采取以下措施 1 通常修边刃口圆角比修边件圆角大3mm即R1 r1 3R2 r2 32 刃口立边与修边件立边成10度夹角 3 刃口受侧向力 需注意增加导向块消除 二 修边镶块 五 修边镶块接缝原则 1 接缝原则上垂直于修边线 如果倾斜 不得超过30度 2 接缝位于直线部位 不得位于转角处 二 修边镶块 六 修边镶块的安装固定修边刃口是由修边镶块组合而成 因此修边镶块的稳定性是修边模的主要条件 修边镶块的固定与定位 考虑到模座采用机动攻丝方便和紧固可靠 镶块的紧固用M16螺钉3 5个 应接近修边刃口和接合面 并作参差布置 为了定位可靠而相应地采用 16 的圆柱销两个 离刃口越远越好 相对距离尽量大 为便于维修和刃磨修边镶块的刃口 其宽度为12 15 斜度一般取30 而肩台厚度一般取30 为了修边镶块的稳定性 修边镶块的高度H和宽度B应有一定的比例 即H B 1 1 125 1 75 修边镶块的长度L一般取150 300 太短 螺钉和圆柱销无法布置 太长 加工不方便 三 斜楔滑块 斜楔修边模中修边凹模镶块作水平或倾斜方向运动是靠冲模上斜楔滑块实现的 斜楔安装在上模座上是驱动件 滑块安装在下模座或安装件上是从动件 斜楔角不但影响到滑块行程的大小 同时对力的传递和效率也有很大影响 在作水平运动时 建议斜楔角采用40 作倾斜运动时 建议斜楔角采用40 为了平衡水平或倾斜运动的斜楔的反侧力 一般在斜楔背面都装有反侧块 一 斜楔的滑块的形式1 水平斜楔水平运动的斜楔滑块 滑动行程s是设计要求数据 斜楔滑块角一般确定为40 或根据具体情况确定 在闭合状态时斜楔距底面的蹁不小于25 斜楔行程可计算得出 斜楔开始与滑块接触面b应保持一定的尺寸 应不少于接触面的五分之一 这样滑块高度H就确定了 斜楔高度H1应根据结构需要的闭合高度确定 三 斜楔滑块 一 斜楔 滑块的形式2 正向倾斜斜楔在斜楔驱动下 滑块产生斜下方运动 3 反向倾斜斜楔在斜楔驱动下 滑块产生斜上方运动 三 斜楔滑块 二 斜楔滑块的结构尺寸1 基本形式a 斜楔角度和行程的关系 右图a b 水平运动 S1 S ctg 倾斜运动 S1 S csc cos 式中 S1 斜楔行程S 滑块行程 斜楔角 即垂直面与斜面夹角 倾斜角 滑块斜面与水平夹角b 基本尺寸斜楔角 水平运动 40度 倾斜运动 40 2倾斜角 根据修边面要求决定 通常 正向 35 45反向 15 30滑块行程S 设计所需参数 已知 斜楔行程S1 根据 S计算 三 斜楔滑块 2 斜楔滑块组合零件的实际结构a 滑块尺寸确定滑块宽度W2应保证斜楔作用力点B与滑动面的交点A 不得位于W2之外 经验值 W2 1 5 2 H 最小是H 滑块长度取决于修边线的长度 当滑块比较长时 要适当增加W2以保持稳定 三 斜楔滑块 b 传动器 斜楔 当不使用挡块时 结构参照右图 a b 用于侧向修边力较小的情况 且尺寸上满足W1 1 5H1当修边力较大 推荐使用挡块 传动器长度根据滑块长度而定 数量可参考下表 三 斜楔滑块 c 后挡块后挡块是消除斜楔侧向反力的受力零件 当修边力较大或模具没有对称斜楔时 推荐使用 图a适用于小型轻载荷 材料用T10A制造 用键或者螺钉 圆柱销固定 图b为常用结构 材料HT200 用键防止外移 图c同图b 凸台嵌入基体 防动效果更好 图d为大型模具使用 铸成一体 尺寸关系 W H 思考题 1 修边模具按刃口运动方向分哪几类 2 修边镶块有几种结构形式 3 斜楔滑块有哪几种结构 四 修边凹模镶块的交接 一 交接状态就修边而论 修边凹模镶块的运动方向最好和被切制件的修边表面形状垂直 而在覆盖件的修边中由于覆盖件本身的形状多为曲面 所以不能满足上述要求 总是在某些部位是非垂直于修边表面修边的 考虑到修边刀口的钝锐和毛剌 一般修边方向与修边表面形成的夹角小于50 根据这种要求确定修边件的修边方向和凹模镶块的运动方向 采用垂直方向运动和水平或倾斜方向运动相结合的修边方案 在修边模的结构中就出现了垂直方向运动的凹模镶块和水平或倾斜方向运动的凹模镶块的交接问题 如右图 四 修边凹模镶块的交接 二 交接状态结构利用斜楔滑块的特点 使作水平或倾斜方向运动的修边凹模镶块先修边 垂直方向同时运动着凹模镶块后修边 水平或倾斜修边凹模镶块和垂直方向运动的修边凹模镶块应选在切向修边表面上 这样水平或倾斜方向运动的修边凹模镶块不仅修两侧的边 而且也修掉与两侧相边的一部分立边 水平或倾斜方向运动和垂直方向运动的修边凹模镶块之间必须保持一定的空隙 在空隙和水平或倾斜方向运动的修边凹模镶块的一段长度的切向修边表面上存在交接 该段略有接头毛刺 一般修边凹模镶块之间的交接距离取3 5 水平或倾斜方向运动的修边凹模镶块先进入修边凸模镶块的进距取13 然后垂直修边凹模进入凸模开始修边 此处的修边凹模进入凸模的距离比较短约为2mm 五 滑块的行程与作用力 一 滑块的行程计算水平运动 S1 S ctg S S1Xtg 倾斜运动 S1 S csc cos S S1 sin sec 式中 S1 斜楔行程S 滑块行程 斜楔角 即垂直面与斜面夹角 倾斜角 滑块斜面与水平夹角 滑块的行程 决定斜楔机构的布置面积 滑块的作用力决定斜楔机构的刚度和度 此二者直接影响斜楔结构的复杂程度 因此要对其准确计算 五 滑块的行程与作用力 一 滑块的作用力计算1 水平方向滑块作用力 右图a 理论状态下 各种力的关系如下 式中 Q 压力机压力 KN N2 斜楔与滑块之间的正压力 KN 斜楔滑块角度p 冲裁力 KN N1 斜楔的反侧力 KN N3 滑块与基座之间的正压力 KN 五 滑块的行程与作用力 一 滑块的作用力计算2 倾斜方向滑块作用力 右图b 理论状态下 各种力的关系如下 式中 Q 压力机压力 KN N2 斜楔与滑块之间的正压力 KN 斜楔滑块角度 滑块运动方向与水平面夹角p 冲裁力 KN N1 斜楔的反侧力 KN N3 滑块与基座之间的正压力 KN 六 滑块的复位力及方式 一 滑块复位力的计算1 克服方向摩擦力 1 水平方向 f f uG kn 式中 f 复位力f 摩擦力G 滑块重力u 摩擦系数 2 斜向上方向复位 f f G1 Gsin uGcos 式中 f 复位力f 摩擦力G 滑块重力u 摩擦系数 滑块倾斜角G1 G在加工方向上的分力3 斜向下方向复位 f f G1 uGcos 式中 f 复位力f 摩擦力G 滑块重力u 摩擦系数 滑块倾斜角G1 G在加工方向上的分力2 复位弹簧力复位弹簧克服摩擦力 卸料力等F kf kn k为安全系数 取3 5 滑块在完成冲裁任务后 在斜楔上移后需要恢复初始位置 这个过程需要复位机构实现 六 滑块的复位力及方式 二 滑块复位方式1 单向斜楔滑块复位方式 1 弹性元件a 复位弹性元件安装在挡板后面b 复位弹性元件安装在滑块下面c 复位弹性元件安装在凸模和滑块之间d 气动 液压 元件替代 六 滑块的复位力及方式 四种复位方式的优缺点 六 滑块的复位力及方式 二 滑块复位方式1 双向斜楔滑块复位方式 驱动器两个斜面 一个驱动滑块前进 另一个带动滑块复位a 滑块被强制复位要求滑块上口开槽 一般用于大型模具b 刚性复位机构一般和弹簧复位机构并用 滑块轻时可以用防磨板代替复位版 七 修边废料的处理 一 废料处理的技术要求1 原则上废料靠自重落下 但如果废料有挂在刃口的可能就要加弹 顶 柱塞等机构强迫其落下 2 废料集中落在压力机后面 与操作人员分开 通过废料槽自由滑落 废料槽斜度大于30度 3 大的废料要切断 不允许有锐角和大毛刺 废料规格 细长型废料 不大于600X250 mm mm L型废料 不大于500X250 mm mm 4 废料每行程落下一次 七 修边废料的处理 二 废料刀切断装置1 废料刀的位置安排a 修边线凸起的位置安排废料刀b 废料刀的开口角取10度 便于废料脱落模具c 废料刀沿凸模布置一圈 刃口沿顺时针 逆时针 一个方向排列 长度不大于600mm d 刃口相对时 开口角取20度e 废料刀切凸角时 刀坐不得突出修边线f 角部废料刀位置保证废料重心在修边线外 g 下模用废料刀的刃口 和凸模修边刃口接缝错开 七 修边废料的处理 三 修边废料的处理一般靠自重落下并沿滑道进入废料箱 但有时会挂在刃口 采用强制退料 强制卸料方法 1 打料杆排除法 如右图2 气缸顶出法3 杠杆或压缩空气 八 修边冲孔模设计细则 一 应用范围覆盖件上有孔 通常将冲孔工艺安排在修边工序 修边是外轮廓整形 冲孔是在内部工作 一般不会互相影响 同时降低模具费用 减少生产工序 提高生产效率 但是也提高了模具制作的难度 修边冲孔工艺应用范围 1 下道工序要采用的工艺孔 必须要在修边工序作出 工艺定位孔是保证产品精确定位的重要手段 此类孔可能借用 也可能是工艺孔 2 和工件外形定位有严格要求的孔 3 工件上孔多 距离近 要求分离一部分 可在修边工序合并 4 工件上孔数少 单独开冲孔模不合算 5 在翻边工序的立边有孔 为避免侧冲模具复杂化 要与修边合并冲出总体上说 如果不影响产品的质量 应尽量采用修边冲孔工艺方案 八 修边冲孔模设计细则 二 修边冲孔模结构方案结构方案与修边模基本类似 只是增加冲孔内容 1 垂直修边冲孔模冲头的运动方向与水平面垂直 但孔的位置所在表面不一定与水平面垂直 有一定的角度控制 冲孔表面与水平面夹角不大于15度时 冲头采用图a结构 冲孔表面与水平面夹角大于15度小于30度时 冲头采用图b结构 冲孔表面与水平面夹角大于30度时 不再适宜垂直冲孔 八 修边冲孔模设计细则 2 斜楔修边冲孔模冲头的运动方向与水平面不垂直 冲头装在斜楔结构的滑块上 凹模装在修边凸模的基座上 在冲孔凸模上加小卸料板 右图3 垂直斜楔修边冲孔模结构复杂 在非必要的前提线 避免使用4 吊楔修边冲孔模吊楔结构 其特征是 吊楔的上部分和吊楔的下部分分别固定在上底板和压料板上 在压料板与下底板之间安装有平衡块 在冲孔凸模上套用小退料器 八 修边冲孔模设计细则 三 修边冲孔模设计细则修边冲孔模特点1 冲孔凸模a 冲孔凸模 冲头 尽量采用标准件 并考虑快速拆换 b 冲孔凸模 冲头 采用小固定板 便于单个或成组拆除 采用标准件再加工 b 卸料常用的方式 垂直 整体式压 卸 料装置 斜楔 可拆卸式 2 冲孔凹模a 冲孔凹模采用标准件 b 冲孔位靠近修边线时 按右图结构 c 小凹模采用压块固定并防转 八 修边冲孔模设计细则 3 冲孔废料排出a 废料在下滑孔排出 或从模体上的缺口排出 b 大孔废料排出要防卡死 4 修边冲孔模导向修边冲孔模采用导向一般采用导柱 导套结构 压 卸 料板与模座用导板导向 以防止撞断冲头 精度要求高时采用内部小导柱导向 卸料板与冲头采用大间隙 经验值 配合 思考题 1 如何计算斜楔模滑块的行程和作用力 2 简述几种单向斜楔滑块复位的优缺点 3 简述修边废料切到的位置安排原则 第四章翻边模设计 一 翻边的基本概念覆盖件翻边的目的 1 满足装配 焊接的需要 2 保持边缘光滑 整齐 美观 覆盖件翻边的特点 1 翻边时 一部分材料相对另一部分材料发生反转 其准确形状由模具保证 2 翻边模设计不仅要根据覆盖件边的特点 还要消除拉延 修边工序留下的回弹 变形 一 翻边件的形状特点 1 平腹板直线翻边翻边变形集中在拐角处 翻边后材料厚度不变化 图a 2 平腹板凸曲线翻边翻边轮廓呈凸曲线状 翻边后翻边宽度上的材料变厚 图b 3 平腹板凹曲线翻边翻边轮廓呈凹曲线状 翻边后翻边宽度上的材料变薄 图c 4 凸腹板翻边腹板呈凸起曲面状态 向下翻边材料变厚 图d 一 翻边的基本概念 5 凹腹板翻边覆盖件腹板凹陷 翻边方向与凹陷方向一致 翻边材料变薄 图e6 封闭状窗口翻边翻边零件轮廓呈封闭或半封闭形状 翻边材料变薄 图f 一 翻边的基本概念 二 翻边变形性质及翻边极限材料的成型性质 一般除角部外无材料厚度变化的 称弯曲 有变化的 称拉延 变形性质及极限 1 弯曲变形性质弯曲的变形区集中在圆角处 板厚中性层以内受压 以外受拉 变形程度取决于圆角大小 2 纯翻边变形性质孔展开翻边是在预冲孔d0与翻边轮廓之间的变形 特点 由d0向轮廓变形逐渐变大 存在边缘出现裂口的危险 一 翻边的基本概念 3 凹曲线翻边当计算所的数值KA的大于 翻边许用值 表中的数值时 翻边可能会出现裂纹 一 翻边的基本概念 4 凸曲线翻边当计算所的数值KT的大于 翻边许用值 表中的数值时 翻边可能会出现起皱 一 翻边的基本概念 由以上分析可知 覆盖件翻边的概念已超出普通意义以上的翻边概念 既有翻边的内容有 又有弯曲和拉延 产生的极限情况既有拉延导致的破裂 也有压缩导致的起皱 二 翻边模的类型 1 翻边凸模或翻边凹模作垂直方向运动的翻边模称垂直翻边模 这类冲模结构简单 制件翻边后包在凸模上 退料时要推翻边的边 但必须同时推 否则会造成退料后的制件变形 2 翻边凹模单面向内作水平或倾斜方向运动的翻边模称斜楔翻边模 翻边后制件能够取出 因此翻边凸模是一整体 3 翻边凹模对称两面向内作水平或倾斜方向运动的翻边模称斜楔两面开花翻边模 翻边以后翻边件包在翻边凸模上 无法取出 因此必须将翻边凸模做成活动的 扩张成翻边形状 这类冲模的结构比较复杂 4 翻边凹模三面或封闭向内作水平或倾斜方向运动的翻边模称斜楔圆周开花翻边模 翻边以