车身支架体底板压弯成形模具设计

湖 北 汽 车 工 业 学 院 毕 业（设 计） 论 文摘 要论文主要介绍了湖北省东风（十堰）车身部件有限责任公司车身支架体底板的压弯成形模设计。本文侧重于计算机辅助设计与制造，使用AutoCAD绘制二维工程图，运用pro/EWildfire 4.0软件进行三维数字化建模，模具的虚拟装配，以及部分主要零部件的制造仿真，干涉分析。本文对模具部分主要零部件的结构、技术要求作了详细说明；还对工艺方案的经济性和技术可行性进行了分析比较，模具参数作了理论计算；对整个模具的装配步骤作了介绍，对主要零部件编制了制造工艺卡。着重介绍了数字化制造的概念，及NC加工的过程。笔者在整个压弯成形模的设计过程中，严格按照零件的工艺要求，综合考虑了模具结构的可靠性与科学性，确保制件质量的前提下，运用数字化手段缩短模具设计制造周期。关键词： 车身-支架体-底板 压弯成形模具 CAD/Pro/E 三维数字化设计制造 虚拟装配 制造仿真Abstract Paper introduces the Hubei Dongfeng (Shiyan) Body Parts Co., Ltd. body frame backplane of bending the body forming die design. This paper focuses on computer-aided design and manufacturing, two-dimensional engineering drawings using AutoCAD drawing using the pro / EWildfire 4.0 software for three-dimensional digital modeling, mold assembly, and some major parts of the manufacturing simulation, interference analysis. This part of the main components of the mold structure, a detailed description of the technical requirements; also craft programs of economic and technical feasibility analysis and comparison, mold parameters have been calculated; of the entire mold assembly steps are introduced,the preparation of the main components of the manufacturing process card.Highlighted the concept of digital manufacturing, and NC machining process.I bend forming die in the entire design process, in strict accordance with the part of the process requirements, considering the reliability of the mold structure and science, under the premise of ensuring the quality of parts, the use of digital means to reduce the mold design and manufacturing cycle.Keywords：Body - stents body - floor bending Die CAD/ Pro/E Three-dimensional digital design and manufacturing modeling of virtual assembly manufacturing simulation 目 录摘 要1Abstract2目 录31 绪 论71.1 课题来源、目的、意义71.1.1 课题的来源71.1.2 本课题研究目的71.1.3本课题研究的意义71.2 国内外模具发展与现状81.2.1冲压模具市场情况81.3模具工业未来前景91.4 CAD在模具设计中的应用101.4.1 国内外模具CAD的发展状况101.4.2 模具CAD技术的特点111.5 数字化在模具设计中的应用122 工艺分析与模具结构形式设计132.1 工艺分析132.1.1零件结构分析132.1.2零件加工工艺分析132.2 制定工艺方案133 工艺计算153.1 毛坯展开计算153.2弯曲力的计算163.2.1自由弯曲力163.2.2顶件力173.2.3弯曲时压力机的压力确定173.3计算压力中心173.3.1 确定压力中心的目的173.3.2 压力中心的计算方法174 冲压设备选择194.1冲压设备选择的原则194.2典型冲压设备194.2.1冲压设备类型的选择194.2.2冲压设备规格的确定原则204.3选择冲压设备204.4模具闭合高度校核214.4.1闭合高度214.4.2闭合高度的校核215 模具结构设计225.1 模具总体结构设计225.1.1方案分析225.1.2方案的可行性分析246 模具主要零部件设计256.1 模具主要零件256.2 凸、凹模设计256.2.1计算凸模和凹模之间的闭合间隙256.2.2凹模结构设计266.2.3凸模结构设计276.3上、下模板选择276.3.1技术要求276.3.2上模板286.3.3下模板286.4 弹簧的选择286.4.1 弹簧选择原则286.4.2 卸料弹簧的选择296.5定位方式设计296.5.1工件定位296.6导向零件选择306.6.1导柱、导套选择306.7 托杆设计306.8 挡块317 模具二维图绘制327.1模具工程图要求327.1.1功能要求327.1.2技术指标327.2二维工程图337.2.1上模板337.2.2下模板347.2.3凹模镶块357.2.4凸模367.2.5固定座377.2.6总装配图388 三维数字化设计398.1三维数字化设计的基本概念398.1.1数字化398.1.2数字化设计398.1.3传统的设计过程与数字化设计过程的比较398.2 零件建模418.2.1建模的基本概念418.2.2三维实体建模的意义428.2.3三维实体建模使用的软件平台428.2.4上模板建模过程438.2.5三维建模中应注意的问题438.3 总装配448.4干涉检查、分析459 模具主要零部件制造工艺的编制469.1数控加工工艺设计469.1.1数控加工工艺路线设计469.1.2数控加工工艺489.2上模板加工工艺499.3下模板加工工艺509.4凹模镶块加工工艺519.5凸模加工工艺529.6固定座加工工艺539.7装配工艺5410 数字化制造5510.1 基本概念5510.1.1数字化制造5510.1.2 设计模型5510.1.3工件5510.1.4制造模型5610.1.5数控加工模型5610.1.6数字化设计制造的主要性能要求5610.1.7 NC加工的优势5710.2 Pro/Mfg的操作流程5710.3 Pro/MFG加工方法5810.4凸模NC加工5910.4.1建立参考模型5910.4.2进行制造设置5910.4.3加工序列6010.4.4各序列的参数设置如下表6010.4.5数控加工程序（见附件）62结 论63致谢64参考文献65591 绪 论1.1 课题来源、目的、意义1.1.1 课题的来源本课题将针对湖北省东风（十堰）车身部件有限责任公司制造车间实际生产的车身支架体底板进行压弯成形模具设计。1.1.2 本课题研究目的通过对汽车车身支架体底板的研究，综合模具设计所要考虑的各个方面，运用所学知识结合三维软件PRO/E，设计出一套完整的模具，并达到操作方便，省时省力，效率高，精度高等指标。由于汽车车身支架体底板是大批量生产，且是薄板零件，从加工工艺方面要求考虑，选用冲压模具进行加工制造最为适合，因此本毕业设计将紧紧围绕冲压模具，充分运用我们所学的专业知识，结合实习实践对其设计，同时以三维软件PRO/E为辅助完成这套冲压模具的设计。从而达到对大学知识的巩固，锻炼我们应用知识的能力和解决实际问题的能力，为以后的就业作铺垫。1.1.3本课题研究的意义模具是零件成形过程的重要工艺装备，是汽车、摩托车、电机电器等制造业的重要基础装备。由于用模具成形的产品精度高、一致性好、外形美观，加之生产过程可实现高效、大批量并节材节能，所以模具也常被人们誉为现代工业生产之母。模具技术水平的高低，已经成为衡量一个国家制造业水平的重要标志，也是保持其产品在国际市场上优势的核心竞争力。通过毕业设计的研究性设计，可以使模具的尺寸精确、表面光洁；结构合理、生产效率高、易于自动化；设计符合工艺需要，缩短生产周期、降低制造成本，增长模具的使用寿命；通过数字化的设计流程，提高模具制造效率、产品质量和加工精度，从而可以使企业获得更大的经济效益，增强企业的市场竞争力。1.2 国内外模具发展与现状1.2.1冲压模具市场情况 1.2.1.1 我国模具行业的总体状况1我国政府对模具工业和模具技术发展非常重视，特别是在改革开放以来，充分肯定了模具工业和技术在制造业和国民经济中的重要基础地位。国家投入大量资金，已取得不少技术成果，大大缩短了我国与世界发达国家的技术差距。概括起来主要有以下几个方面：1.我国模具工业从基本上是以企业内部自产自配为主的、附属于产品生产的工装行业，发展成了有相当规模的，具有高技术行业特征的资金密集型、技术密集型装备制造产业。2.模具的生产从主要以传统的、钳工师傅为主导的技艺型手工生产方式，进入到了普遍采用数字化、信息化设计生产技术的现代化工业生产的时代。3.模具产品结构更趋合理。重点骨干模具企业队伍已经形成。一批企业的生产能力和技术水平有了大幅的提高。企业装备水平普遍提高，加工中心等数控机床、CADCAM技术普遍采用，CAE技术也逐渐被采用。4.为模具制造配套服务的体系日趋完善，我国模具工业体系基本完整。模具产业布局有所改善。但与发达国家相比，我国模具工业还有较大差距，主要是，我国还处于全球产业链分工的中低端，模具产品也处于中低档。1.2.1.2 国外模具制造业的现状21、在组织模具开发、生产方面，发达国家普遍采用并行工程和项目管理等技术和管理方法，加强了对工作流的控制，缩短了模具开发周期，保证了质量；在专业化生产方面，发达国家更加普遍。专业化分工是提高生产效率，缩短模具设计制造周期和保证产品质量的必然发展趋势，它有利于突出自己的核心业务，有利于积累产品开发、生产管理及服务的经验，以在短期内提供高质量、低威本模具;2、在高新技术的应用方面，发达国家对各种高新技术的应用更加广泛，更加深入，水平也较高，包括数字化模具技术(三维设计、CAPP、CAM、CAT)、成形过程模拟(CAE)技术、高速加工技术、自动化加工技术、新材料成形技术、表面处理技术、新型模具技术、信息化管理技术等等。高新技术的不断开发和广泛应用使得模具的设计制造水平达到空前的高度.目前3D设计已达到了70%89%。PRO/E、UG、CIMATRON等软件的应用很普遍。应用这些软件不仅可完成2D设计，同时可获得3D模型，为NC编程和CAD/CAM的集成提供了保证。3、在新技术研发创新方面，包括威形方法的创新，成形品质改善的创新，新材科成形技术的创新等1.2.1.3 我国模具行业的发展方向1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。冲压技术发展方向满足产品开发在T(Time)、Q(Quality)、 C(Cost)、S(Service)、E(Environment)的要求。(1)冲压成形理论及冲压工艺：加强理论研究，开展CAE技术应用。开发和应用冲压新工艺。(2)模具先进制造工艺及设备：数控化、高速化、复合化加工技术、先进特种加工技术、精密磨削、微细加工技术、先进工艺装备技术、数控测量；(3)模具新材料及热、表处理：提高使用性能,改善加工性能，提高寿命。(4)模具CAD/CAM技术：二、三维相结合的数字化设计技术与数字化制造技术。(5)快速经济制模技术：加快模具的制造速度，降低模具生产成本。适应小批量试制。(6)先进生产管理模式：并行工程思想、标准化、专业化生产。1.3模具工业未来前景未来冲压模具制造技术发展趋势应该是适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。要达到这一要求未来冲压模具制造技术发展有以下几个趋势4： (1)全面推广CAD/CAM/CAE技术。模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，模具CADCAECAMPDM正向集成化、三维化、智能化、网络化和信息化方向发展。 (2)高速铣削加工。国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。 (3)模具扫描及数字化系统。高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。 (4)电火花铣削加工。电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工，是电火花成形加工领域的重大发展。 (5)提高模具标准化程度。我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右。 (6)优质材料及先进表面处理技术。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具表面处理应发展工艺先进的气相沉积等离子喷涂等技术。 (7)模具研磨抛光将自动化、智能化。模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。（8)模具自动加工系统的发展。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。1.4 CAD在模具设计中的应用1.4.1 国内外模具CAD的发展状况6 CAD技术经过近半个世纪的发展，在理论、技术、系统和应用等方面都有了长足的进步。CAD技术的发展带来了设计、制造和生产水平质的飞跃，它已经成为企业现代化、信息化和集成化的攻关任务。在一些工业水平发展比较高的国家里，CAD技术已成为解决模具设计薄弱环节的有效手段、模具行业自动化的重要工具。汽车行业CAD技术的应用状况直接影响了企业的发展水平。 美国CAD技术始于50年代末期。进入70年代，出现了面向中小企业的CAD/CAM商品化系统。自80年代以来，伴随着计算机软、硬件技术的突飞猛进，CAD/CAM技术迅速普及，从产品设计扩展到工程设计。机械行业率先应用CAD技术的是飞机制造和汽车制造等大型企业。各大汽车公司已经开发建立了自己的CAD /CAM系统。日本模具CAD技术在80年代初已具备相当规模。三菱汽车公司从1960年开始发展，至今已形成了从车型款式设计到车身组装的完整的CAD/CAM/CAE系统。丰田汽车公司在80年代初采用冷冲模CAD/CAM系统，该系统包括设计覆盖件的NTDFE和CADETT软件及加工凸凹模的TINCA软件。1989年正式推出了汽车覆盖件模具CAD/CAM系统，即模具Die-CAD软件11。 在西欧各国中，英国利兰汽车公司主要发展了车身CAD技术，他们已在IBM370/158计算机、DEA Alpha三坐标测量仪及其它图形设备上建立了完善的系统，可对油泥模型上采集的原始数据进行修改，生成车身曲面并进行光顺处理；法国雷诺公司应用 Euclid软件作为CAD/CAM的主导软件，目前已有95%的工作量由该软件进行，雷诺公司进一步开发了各种实用性模块，如用于干涉检验的Megavision，用于钣金分析的OPTRIS等。 1.4.2 模具CAD技术的特点 模具CAD/CAM技术之所以成为解决模具设计与制造薄弱环节的有效手段，成为划时代的新技术，是因为它具有如下特点： (1)便于实现模具通用化 CAD/CAM技术中特征技术和参数化技术的引入，基本完成了几何造型向参数化造型的过渡，使零件设计的通用化成为可能。特征技术以工序零件为依据，实现从工艺特征到结构特征的映射。模具CAD/CAM系统通过特征识别或图形交互输入的方法，获取特征信息，从而迅速设计出相应零件。 (2)提高产品质量和生产效率 传统的模具设计为手工设计，从二维草图出发，依靠图纸组织整个生产过程，模具制造基本基于经验和技巧。采用CAD/CAM技术，发挥人机各长，模具质量不再依赖于人的因素，更大程度上依赖于物化因素，模具质量更为可靠。计算机模拟仿真能够迅速完善模具结构，减少返修时间和成本，可以为企业赢得了生产时间。 (3)增加企业经济效益 CAD/CAM软件初期投资较大，收益具有一定的滞后性。但从长远来看CAD/CAM技术的应用能为企业带来可观的经济效益。计算机的高速运作，将大批模具工作者从繁重的体力劳动和复杂的设计计算过程中解放出来，有能力从事新产品和新技术的开发。以计算机为工具，发挥人的能动性和创造性，企业能够快速适应市场形势的变化，应变能力增强。 (4)实现远程制造服务 CAD/CAM技术的应用，缩短了用户和制造商之间的距离。利用网络可以进行远程设计和服务，便于发挥各研究部门的专长，进行优势互补。1.5 数字化在模具设计中的应用数字化已成为产品研制生产的必要手段。采用数字化技术，可以实现制造系统和制造过程信息的存储、传输、共享和处理，从而实现对复杂系统问题的定量化、最优化、可视化的解决方案。以数字化为核心的制造业信息化技术已成为制造业发展的重要基础和支撑。现代产品的研制生产过程包括概念设计、功能仿真、结构设计等设计过程，还包括工艺设计、加工制造、质量保证、使用维护、维修乃至报废的产品全生命周期的各个环节。数字化设计制造改变以模拟量为主的传递方式，不仅可以提高几何模型的传递精度，而且可以提高设计效率，缩短周期。数字化设计制造应用的工具主要有：CAD、UG、CATIA、PRO/E等。其中计算机辅助设计软件Pro/ ENGINEER 是一个参数化的实体造型软件,不但能生成真实的几何形体、装配出比较复杂的产品，还可进行精确的模型分析,运动分析,全局干涉检查等。Pro/ E 的参数化特征造型技术大大减轻了设计人员的绘图工作量,提高了产品设计的效率。利用Pro/ E相应的开发工具及技术开发冲压模具计算机辅助设计(CAD) 系统,可实现零件设计、装配设计、加工设计等同时进行,从而达到缩短模具的生产设计制造周期,提高生产效率和质量的目的。Pro/E软件为模具制造过程引进并行工程技术提供了可靠保证。Pro/E软件采用面向对象的统一数据库和参数化造型技术，具备概念设计、基础设计和详细设计的功能，为模具的集成制造提供了优良的平台。2 工艺分析与模具结构形式设计2.1 工艺分析2.1.1零件结构分析汽车支架体-底板压弯成形后工序零件如图2.1.1所示：板厚2.3mm。图2.1.1零件图2.1.2零件加工工艺分析根据东风车身厂有限公司生产加工实际情况，分为七道工序：1、落料冲孔；2、压弯成形；3、整形修边；4、冲孔翻孔 ；5、焊接；6、修边冲孔；7、整形。本课题研究其中的第二道工序：压弯成型工序。2.2 制定工艺方案东风车身厂有限公司汽车支架体底板是大批量生产，零件为薄壁件，形状较复杂，用冲压工艺完成比较合适。制件材料SPHC，热轧钢板，屈服强度，抗拉强度；先落料冲孔，再经过压弯成形后的制件图如下。 图2.2制件图 加工本工序的模具为单工序模，模具结构相对简单，加工制造相对方便，制造周期短，工艺成本低；要求能够冲压出合格的外形，能够自动顶出冲压件、适合工厂大批量生产，生产效率高，模具制造容易，模具的使用寿命长。在压弯成形模中，凹模采用镶块形式节省工具钢，降低成本，同时使加工制造方便，在保证模具质量的同时，还便于模具的调整、维修和更换。3 工艺计算3.1 毛坯展开计算 3.1.1零件尺寸图制件毛坯尺寸的确定：长度方向：256.7+0.25*3.14*12+28=294.1mm宽度方向：（32+137.2）*2+86=424.4mm确定坯料尺寸：取修边余量单边为25mm，长度的修边余量也单边加25mm，故毛坯的计算尺寸为：344.1mm*474.4mm。在实际生产中所用的毛坯板料尺寸为416.76mm*526.3mm。 零件的毛坯图如下： 3.1.2毛坯图3.2弯曲力的计算14为了选择压力机和设计模具，必须计算弯曲力。弯曲力的大小不仅与毛坯尺寸、材料机械性能、凹模形腔宽度、弯曲半径以及模具间隙等因素有关。而且与弯曲方式也有很大关系。因此，要从理论上计算弯曲力是很困难的、很复杂的，而且计算精度也不高。通常在生产实际中是采用经验公式或者经过简化的理论公式进行计算的。3.2.1自由弯曲力对U形件 （3-1）式中F弯曲结束时的自由弯曲力（N）； b弯曲件宽度（mm）； t弯曲件厚度（mm）； r弯曲件的弯曲半径（mm）； b材料的强度极限（MPa）； k安全系数，一般取1.3；在本课题中毛坯的材料为热轧钢板SPHC,b=270MPa；b=81.4mm;t=2.3mm;r=6mm;代人公式可以求得F=12747N3.2.2顶件力对于设有顶件装置的弯曲模，其顶件力可以近似取自由弯曲力的30%-80%。即Q=(0.30.8)F （3-2）Q=0.7X12747N=8923N3.2.3弯曲时压力机的压力确定压力机压力：P=F+Q= P 压 = 112747N +8923N =21670N3.3计算压力中心 3.3.1 确定压力中心的目的 模具的压力中心就是冲压合力的作用点。为了保证压力机和模具的正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心线相重合。3.3.2 压力中心的计算方法模具的压力中心有两种计算方法：（1）简单几何图形压力中心的位置 简单几何图形压力中心的位置在几何图形的几何中心。（2）确定多个凸模模具的压力中心确定多个凸模模具的压力中心，是将各个凸模的压力中心确定后，再计算模具的压力中心。该模具的压力中心是弯曲力的作用点。 图3.3.2坐标轴如图，简单直线长和压力中心到Y轴的距离如图标示。图形关于X轴对称 所以压力中心（x0、y0）Y0=0LX155-54296-6331.84246455653641.573.7725104894151912207.5108.5211.751110.32161217.5224.751310236.251421.723915R13243代入L,X,Y值后得出： =mm 计算得压力中心（x0 ,y0）为（90.38 ,0）4 冲压设备选择4.1冲压设备选择的原则冲压设备的选择是工序设计和模具设计的一项重要的内容。合理地选用设备对工件保证质量、提高生产效率、安全操作等有重大的影响，也为模具的设计带来方便。冲压设备的选择主要是依据模具的行程和尺寸来匹配压力机的类型和规格。4.2典型冲压设备 常规的冲压设备，即指压力机。压力机的种类很多，按照不同的角度可以把压力机分成不同的类别。如：按驱动滑块力的种类分为机械的、液压的、气动的等；按滑块个数可分为单动、双动、三动式等；按驱动滑块机构的种类可分为曲柄式、肘杆式、摩擦式等；按机身结构形式可分为开式、闭式的等等。4.2.1冲压设备类型的选择17冲压设备类型的选定主要取决于工艺要求和生产批量。对于中小型的冲裁件，弯曲件或拉深件的生产，主要应用开式机械压力机。虽然开式冲床的刚度差，影响模具的寿命和冲裁件的表面质量。但它操作方便、易安装机械化附属装置，是目前中小型冲压设备的主要形式。对于大中型冲压件的生产，多采用闭式结构形式的机械压力机。在大型拉深件的生产中，应尽量选用双动拉深压力机，因其可使所用模具结构简单，调整方便。在小批量生产当中，尤其是大型厚板料冲压件的生产多采用液压机。液压机无固定的行程，不会因为板料厚度变化而超载，而且在需要很大的施力行程加工时，与机械压力相比具有明显的优点。但其速度低，生产效率不高，且零件的尺寸精度受操作因素的影响而不稳定。摩擦压力机具有结构简单、造价低廉、不易发生超负荷损坏等特点。但其行程次数较少，生产效率低，且操作不便。在大批量生产或形状复杂零件大量生产中，选用高速压力机或多工位自动压力机。根据实际情况，本模具拟选用开式机械压力机。4.2.2冲压设备规格的确定原则 冲压设备规格的确定主要取决于工艺参数及模具结构尺寸，曲柄压力机必须满足： 1）所选压力机的公称压力必须大于冲压所需的总冲压力，即：。 2）压力机的行程大小要适当。由于压力机的行程影响到模具的张开高度，因此对于冲裁模具，其行程不宜过大，以免发生模座与导向装置脱开的不良后果。3）所选压力机的闭合高度应与冲模的闭合高度相适应。即满足：冲模的闭合高度介于压力机的最大闭合高度和最小闭合高度之间。4）压力机的工作台面的尺寸必须大于模具下模座的外形尺寸，并要留有安装固定的余地。一般每边应大出50-70mm以上。4.3选择冲压设备根据所需的工艺力F=1556KN，模具的闭合高度H=413.3mm，行程174.2mm模具的外廓尺寸为，选用开式双柱固定台压力机JD31-630,其技术参数为:公称压力 6300KN； 公称力行程13mm；压力行程400mm；滑块行程次数12次/分；最大装模高度700mm；装模高度调节量250mm；模具最大闭合高度805mm；模具最小闭合高度595mm；工作台尺寸 1700mm1500mm；工作台垫板厚度200mm；气垫压紧力100t；滑块底面尺寸前后1400mm。4.4模具闭合高度校核 4.4.1闭合高度冲床的闭合高度是指滑块在下止点时，滑块底平面到工作台（不包括冲床垫板厚度）的距离。冲床的调节螺杆可以上、下调节，当滑块在上止点位置，调节螺杆向上调节，将滑块调整到最上位置时，滑块底面到工作台的距离，称为冲床的最大闭合高度。当滑块在下止点位置，调节螺杆向下调节，将滑块调整到最下位置时，滑块底面到工作台的距离，称为冲床的最小闭合高度。4.4.2闭合高度的校核为使模具正常工作，模具闭合高度必须与冲床的闭合高度相适应，应介于冲床最大和最小闭合高度之间，压力机的闭合高度必须满足：-5+10 （5-1）如果模具闭合高度小于冲床的闭合高度，可以采用垫板，其厚度为 ，压力机的闭合高度必须满足：-5-+10 （5-2）其中，-和- 分别为模具安装在冲床垫板上时，冲床的最大和最小装模高度。上式中的5mm是考虑装模方便所留下的间隙，10mm是保证修模所留尺寸。模具闭合高度H=413.3mm模具工作时最大高度H=413.3+137.2+37=587.5mm模具闭合高度825-5575+10不满足，因而需加垫板=200mm-5=825-200-5=620mm-+10=575-200+10=385mm已知：=587.5mm，=413.3mm，压力机的行程可调节在离垫板上表面285mm620mm之间，模具的闭合高度在此范围内。因此，根据冲压力、闭合高度、外阔尺寸等依据，选择该设备是合适的。5 模具结构设计5.1 模具总体结构设计5.1.1方案分析5.1.1.1 方案一导柱导套导向，选用正装式结构,凹模安装在下工作台, 凸模安装在上模板上,采用弹性压料装置，同时又作卸料装置10。模具组成如图所示：图5.1.1.1 方案一 1-导柱导套 2-固定座 3-凸模 4-上模板 5-凹模 6-行程限位器 7-下模板 8-顶出器 9-托杆 10-反侧板优点：采用导柱导套导向方便可靠，虽然制件精度及质量要求较高，但是标准件，成本较低；在凸模内安装三个弹簧，既作弹性压料装置又作卸料装置；缺点：由于镶块较多，凹模制造比较复杂，对工人模具装配的要求较高；由于冲压面不是平面，有一定的侧向冲压力，而导柱导套导向抗侧压力的能力弱。5.1.1.2 方案二导柱导套导向，选用倒装式结构,凸模安装在下模板上, 凹模安装在上模板上,采用弹性压料装置，弹性卸料装置，模具结构如图所示： 图5.1.1.2 方案二1-导柱导套 2-顶出器 3-行程限位器 4-固定座 5-下模板 6弹簧 7-凹模 8-凸模 9 -反侧板优点：不用托杆，结构得到简化。缺点：倒装结构凸模在下模板，放制件又不易找正，取制件时会损坏凸模和制件；较大的凹模跟随上模板运动，对凹模有较大冲击，操作和安全性差，维修不方便。5.1.1.3方案三导板导向，选用正装式结构,凹模安装在下工作台,凸模安装在上模板上, 采用弹性压料装置，顶出器卸料装置10。如图所示： 图5.1.1.3 方案三 1-反侧板 2-弹簧 3-上模板 4-凸模 5-导板 6-固定螺钉 7-下模板 8-顶出器 9-托杆优点：正装结构，放制件时由于自重容易找正，；采用导板导向能承受冲击力，结构简单成本低，便于操作；缺点：采用导板导向，由于间隙较大，导致制件精度达不到要求。5.1.2方案的可行性分析方案一与方案二比较：方案二采用倒装结构顶出制件的能力有限，易造成取件困难；同时对装配和维修有影响；方案一凹模装配虽然对精度要求高，但放制件时由于自重容易找正，维修方便。方案一与方案三比较：方案三采用导板导向，虽然成本低，结构简单，可以承受侧向力，但导向精度不高，一般用于精度不高的场合，另外它的加工比较困难，而且必须采用行程可调压力机；方案一用导柱导套导向，其导向比导板可靠，精度高，寿命长，安装使用方便，广泛用于生产批量大，精度要求高的冲裁件。综合以上几方面考虑，方案一采用导柱导套导向、凸凹模正装，适合大批量生产，模具寿命长，有利于生产组织和操作安全，工件精度高；同时正装调整容易，定位加工精度高，模具寿命较长。虽然模具相对较为复杂、成本也相对较高，但大批量生产还是可取的。因此，从满足经济性、高效率、高精度的角度出发，选择方案一作为最终确定方案。6 模具主要零部件设计6.1 模具主要零件19 凸模 工作零件 凹模镶块 挡料销 导正销 定位销 工艺零件 定位零件 导料销 卸料板 顶件器 卸料、推料 顶杆（顶销） 及压料零件 托杆模具零件 上下模座 支持及 凹模固定板 夹持零件 垫板 行程限位 导柱 辅助结构零件 导向零件 导套 螺钉 销钉 紧固及 弹簧 其他零件 其他6.2 凸、凹模设计6.2.1计算凸模和凹模之间的闭合间隙由于本道工序为压弯复杂曲面，因而凸模与凹模之间的间隙为制件的厚度，其间隙为2.3mm。6.2.2凹模结构设计20压弯成形模具的凸、凹模分别与上下底板连接，凸模与凹模的接触部分形状与制件的外轮廓一致，加工时采用数控加工。凹模镶块和凸模采用圆销定位，再用螺钉连接在上下模板上。凹模采用镶块形式，方便加工维修。 （1）镶块的分块主要原则 分块大小要适应加工条件，直线段适当长些，形状复杂或拐角处取短些，尽量取标准值。 分块应便于加工、装备调整和误差补偿，最好为矩形。 为了消除结合面制造的垂直度误差，两镶块之间的结合面宽度应尽量小些。 对于易磨损的镶块，应尽量取小些，以便更换。 由很多镶块依次相接时，特别是整周镶块，为了补偿镶块在制造中存在的偏差，需要设计一块镶块作为补偿镶块。补偿镶块应选在立体曲面比较平滑、形状简单处，其长度要比设计加长34mm。（2）凹模镶块结构图6.2.2凹模镶块6.2.3凸模结构设计凸模采用整体结构，该模具是左右对称件冲压，凸模也是左右对称的整体结构。凸模结构为：图6.2.3凸模6.3上、下模板选择 模板应具有足够的承受冲击负荷的性能，特别是下模板还必须有良好的抗弯曲性能。上下模板和导柱导套构成了模具的模架，一般在实际生产中，尽量采用标准模架。这种模架零件结构型式、规格和技术条件实行统一标准，以便于专业化加工和制造。生产中采用标准模架，是改变模具单件生产的基本措施，是简化设计，提高模具制造质量和劳动生产率，降低生产成本、缩短生产周期、推动模具标准化的有效措施和方法。因为本道工序为压弯成形，对模具的导向精度要求很高，模板选用导柱导套导向。6.3.1技术要求1. 模板的上下平面平行度允差要求为：0.05：500。上下表面粗糙度为Ra 1.6 - 0.8m ,在保证平行度的前提下，可允许降低为Ra3.21.6m。2. 模板上的导柱、导套孔，必须与基面垂直，其垂直度允差为：0.01：100（mm）3. 模板上的自由尺寸按IT14制造；4. 非工作部分外缘铣角边，制成（24）45倒角；5. 模板上、下工作平面，精磨后的表面粗糙度要求为R1.60m；6. 非安装表面可按非加工表面要求处理。6.3.2上模板取上模座厚度=80mm，L=780mm，B=550mm,上模座：HT250 参考标准为：QM1105-02。 6.3.3下模板取下模座厚度=100mm，L=780mm，B=550mm,上模座：HT250 参考标准为：QM1105-02。6.4 弹簧的选择6.4.1 弹簧选择原则 1）压力要足够。即 （6.1）式中 弹簧的预压力（N）； 卸料力或顶出力（N）； n弹簧的根数。压缩量要足够。即 = + + 弹簧允许的最大压缩量，mm； 弹簧需要的压缩总量，mm； 弹簧与压缩量，mm； 托料板、推件块，压边圈的工作行程，mm； 模具修磨量或者调整量，mm，一般取4-6mm。2) 弹簧应保证脱料力足够，且分布合理。脱料力F=（0.070.2）冲裁力P乘以系数K式中系数K,超薄材料取0.07,3mm以上取0.2；冲裁力P=箭口周长LX抗剪强度SX材料厚度t；抗剪强度S经验值AI为8，Cu为25，PCU为30，SPHC为35，SUS为60。3）弹簧应对称分布，并且要集中在凸模中心线处。4) 要符合面具结构空间的要求。因模具闭合高度的大小，限定了所选弹簧在预压状态下的长度；上下模座的尺寸限定了卸料板的面积，也就限定了允许弹簧占用的面积，所以选取弹簧的根数、直径和长度，必须符合模具结构空间的要求。6.4.2 卸料弹簧的选择4选取弹簧标准QM7112-02 选取DminXH0=32X150查手册知：f弹簧刚度， f=42.9N/mm 弹簧压缩量， s=52.5m 弹簧荷重， FS=f*s=2250N模具所需的卸料力F卸=8923N 弹簧个数N= FS /F卸=8923/22503 ，取弹簧个数为 3。6.5定位方式设计 6.5.1工件定位定位元件的作用是保证定位元件的定位面和工件定位基准面相接触或配合，实现工件的准确定位。定位元件的设计应满足以下要求：要有与工件相适应的精度；要有足够的刚度，不允许受力后发生变形；要有耐磨性，以便在使用中保持精度。因为本道工序为压弯成形，因而对模具的导向精度要求较高，因而选用导柱导套导向。由于冲压时侧向力不大，因而下模板和凹模镶块的定位采用圆销定位，上模板和凸模也采用圆销定位。6.6导向零件选择 6.6.1导柱、导套选择 导向零件是用来保证上模相对于下模的正确运动。模具中应用最广的导向零件是滑动导柱和导套。导柱、导套的外形尺寸及之间的配合间隙应按国标来确定。一般情况下，导柱的长度应保证冲模在最低位置时，导柱上端面与上模座顶面距离不小于1015mm；而下模座面与导柱压入底面的距离不应小于25mm。零件料厚为2.3mm,根据冲压力和导向精度要求，选用基本尺寸为50mm的导柱和导套，其配合采用H7/h6的间隙配合，导柱、导套和模座的配合分别采用H7/r6、R7/r6过盈配合。导柱查QM1202-02，标记为d=50mm，L=355mm；导套查QM1222-02，标记为D=50mm。6.7 托杆设计托杆承受压力作用设杆的最小截面直径为，则必须满足，即 （6.1）压料力为=8923N,用3根推杆则每个托赶上的力为F=/3=2974N则：=2974N杆的材料为45钢 查续表7.1可知=600，则=2mm,查QM4105-93，取直径为=38mm，取L=557mm热处理后表面硬度达到：HRC452。图6.7 托杆6.8 挡块为了更加精确的定位，防止毛坯在压弯时移动，在凸模和顶出器间用挡块定位，尺寸规格为2070一件，挡块厚度为10mm，挡键用内六角螺钉固定在顶出器上。热处理后表面硬度达到：HRC302。如图：图6.8 挡块7 模具二维图绘制7.1模具工程图要求7.1.1功能要求4（1）凸、凹模是模具上的关键零件，它应有足够的强度和硬度，不能在冲压过程中断裂或破坏。对其材料及热处理应有适当要求，防止硬度太高而脆裂。（2）模具要有恰当的闭合高度，应满足用户冲床要求，为使模具正常工作，闭合高度必须与冲床的闭合高度相适应，应介于最大与最小闭合高度之间。（3）螺钉、弹簧等紧固弹性零件采用标准件，选用时在保证紧固和弹性顶出功能同时，为避免碰伤人手和妨碍操作，应避免紧固件暴露在外表面操作位置上。（4）导向零件的作用是保证凸凹模在冲压工作时有精确的配合间隙。因此，导柱、导套的间隙应小于冲裁间隙。导柱设在下模座，应安排在远离模块和压料板的部位，保