【文章內(nèi)容簡介】 為：(1)當(dāng)下模板的長、寬尺寸之和小于1200 mm時，稱為小型沖模。(2)在1200~3000 mm之間的稱為中型沖模。(3)大于3500 mm的則稱為大型沖模。2 車輪輪輻模具設(shè)計(jì) 輪輻成型工藝性分析 制件結(jié)構(gòu)分析，材料為Q235(A3鋼)，生產(chǎn)綱領(lǐng)為大批量生產(chǎn)。該零件結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，需要多道工序才能加工完成，而各工序之間相互影響較大，必須加以考慮。所以，其工藝方案的制定至關(guān)重要。 6JJx15型車輪輪輻從零件圖可以看出，該零件在底部有一個直徑為φ54的中心孔，四個需要擠壓成型的Sφ17的螺栓孔及四個工藝凸臺，在零件的底側(cè)面還有16個等距的通風(fēng)孔。由于零件的形狀極為復(fù)雜，工序又多，使得零件安裝面的結(jié)構(gòu)形狀好壞將直接影響車輪在行駛時的穩(wěn)定性、平順性以及配套輪胎的使用性能和使用壽命，以上這些情況在模具設(shè)計(jì)時均應(yīng)予以考慮。 輪輻加工工藝方案的確定圍繞著該零件的技術(shù)難點(diǎn)和使用要求, 經(jīng)過分析、探索, 并借鑒同種類型的車輪輪輻加工工藝, 該零件可以選擇如下沖壓工藝方案[9]：圓形件落料 輪輻拉伸成形 沖中心孔及螺栓孔 沖側(cè)壁十六個通風(fēng)孔 擠螺栓孔 切邊。由于該零件結(jié)構(gòu)形狀極復(fù)雜，加工工序較多，減少工序間的相互影響極其重要。該零件的形狀復(fù)雜，成形時易起皺， 拉伸成形模上需考慮加壓邊裝置；沖中心孔時，應(yīng)保證不破壞拉伸成型的零件底部形狀；孔的邊緣變薄嚴(yán)重，容易出現(xiàn)裂紋，要求提高中心孔的加工精度，減少孔邊毛刺及加工硬化；沖中心孔及底部的螺栓孔和工藝孔后，沖側(cè)壁十六個通風(fēng)孔時，由于有較大的側(cè)向應(yīng)力存在,應(yīng)避免中心孔和螺栓孔和工藝孔變形。該零件的成形難點(diǎn)在零件的拉伸成形，輪輻零件拉伸成型的質(zhì)量將一定程度上直接決定該輪輻零件的最終質(zhì)量。拉伸成型結(jié)束后，沖中心孔、螺栓孔和沖十六個通風(fēng)孔相對比較簡單，并且可以保證其尺寸精度。因此本設(shè)計(jì)著重對拉伸成形模具的設(shè)計(jì)進(jìn)行論述研究。對落料模、沖中心孔及螺栓孔和十六通風(fēng)孔模、擠孔螺栓孔模等設(shè)計(jì)只做簡要介紹。 零件毛坯尺寸的確定因?yàn)樵摿慵橹行膶ΨQ的筒形件，因此坯料可直接為圓形，根據(jù)復(fù)雜形狀旋轉(zhuǎn)體零件的坯料求解公式進(jìn)行坯料尺寸計(jì)算，具體方法是：把形成旋轉(zhuǎn)體的繞軸母線分為若干直線或圓弧l1 , l2 ，．．． ln ，找出每一段母線的重心，并求出每段母線重心到軸線的旋轉(zhuǎn)半徑之后求和，據(jù)等面積原理和重心法原理，毛坯直徑為[10]： ()()得圓形毛坯直徑為518mm。還可利用有限元軟件，將零件導(dǎo)入有限元軟件Dynaform之后利用BSE模塊，進(jìn)行坯料反求得其坯料尺寸。此外，坯料尺寸還必須進(jìn)行拉伸成形模試驗(yàn)進(jìn)一步修正，再切割毛坯進(jìn)行試驗(yàn)。一般經(jīng)過1~3次修正即能滿足要求。 毛坯尺寸計(jì)算(1) 計(jì)算毛坯直徑。(2) 判斷拉伸次數(shù)工件總的拉伸因數(shù) m總=d1/D=381/518=毛坯的相對厚度 t/D=查模具設(shè)計(jì)簡明手冊知，該拉伸模需要加壓邊圈。查模具設(shè)計(jì)簡明手冊得，~，首次拉伸的拉伸因數(shù)為m 1=~。此時，m 1m總 則對于無凸緣拉伸件的工件只需一次拉伸成型。(1)計(jì)算壓邊力、拉伸力[11]a)由文獻(xiàn) 計(jì)算壓邊力 ()，取單位壓邊力P為3Mpa。其中，D=518mm，d1=381mm,r凹=5mm，則有=(5182(381+25)2)3=b)計(jì)算拉深力由于待加工零件是采用帶壓邊圈的圓形件，則由沖壓模具簡明手冊表知 （）由沖壓模具簡明手冊查得修正因數(shù)K=，Q235鋼的強(qiáng)度極限是475Mpa。== C)壓力機(jī)的公稱壓力為=(+)=，應(yīng)取4000KN。(2)模具工作部分尺寸計(jì)算a)拉伸模的間隙，查得拉伸模的單邊間隙為：=1t==則拉伸模的間隙為Z=7mm。 b）拉伸模的圓角半徑凸模的圓角半徑=14mmC）凹凸模工作部分的尺寸和公差，由于工件要求外形尺寸，則以凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。凹模尺寸： ()凸模尺寸： ()=，=，把D=381mm，=，代入式（） ()，得凹模和凸模尺寸分別為：= = 373mm 3實(shí)體設(shè)計(jì)模具的工作零件、定位零件、壓料和卸料零件、導(dǎo)向零件、連接和緊固零件、彈簧等零件的設(shè)計(jì)，首先按冷沖模國家標(biāo)準(zhǔn)選用，若不能按標(biāo)準(zhǔn)選擇，則對其進(jìn)行設(shè)計(jì)。、凹模的設(shè)計(jì)，由于輪輻材料為厚鋼板，所需的變形力比較大，模具必須有足夠強(qiáng)度和剛度。所以選擇該凹模的外型尺寸為480mm，高度為60mm?；顒影寄Ｍㄟ^卸料螺釘和彈簧與上模板連接，內(nèi)活動凹模高度為80mm(外圓角中心處)，內(nèi)活動凹模高度與凹模高度相對應(yīng)，以保證零件形狀。其中，內(nèi)活動凹模用的彈簧在自然狀態(tài)下應(yīng)使內(nèi)活動凹模比凹模凸出10mm。當(dāng)上凹模處于自由狀態(tài)時，內(nèi)活動凹模較外活動凹模處于較低位置。這樣，當(dāng)滑塊帶動上模下降時，內(nèi)活動凹模首先與板料接觸，能起到一定的壓料作用，從而保證制件的質(zhì)量。當(dāng)拉伸完成時，滑塊帶動上模上移，直壁凹模在上模固定座的帶動下向上移動，而活動凹模則在壓縮彈簧的作用下不動，使拉伸件不能停留在凹模內(nèi)，這樣，就可以保證拉伸件肯定會脫離凹模，達(dá)到卸料的目的。因凸模尺寸較大，也將其設(shè)計(jì)成鑲塊結(jié)構(gòu)。內(nèi)凸模與內(nèi)活動凹模形狀尺寸相對應(yīng)。外凸模固定于下模固定板上然后與下模座相連，凸模底部有一厚度為10mm，寬度為10mm的環(huán)形槽，以保證其與下模固定板之間的定位。本模具壓邊采用半固定壓邊裝置，壓邊圈外圓尺寸與凹模外型尺寸相同，內(nèi)圓尺寸為φ381 mm，厚度為60mm，壓邊圈由卸料桿和彈簧相連接，同時起到壓料和卸料作用。沖模模架由上、下模座及導(dǎo)向裝置（導(dǎo)柱與導(dǎo)套）組成。根據(jù)上、下模座材料性質(zhì)分為鑄鐵模架與鋼板模架兩種，根據(jù)導(dǎo)向裝置中導(dǎo)柱與導(dǎo)套間的摩擦性質(zhì)，模架又可分為滑動與滾動導(dǎo)向模架兩大類。每類模架中又可由導(dǎo)柱的安裝位置及導(dǎo)柱數(shù)分為多種[12]。，本模具模架設(shè)計(jì)采用按國標(biāo)(GB/)選用鑄鐵中間導(dǎo)柱模架。其凹模面積是導(dǎo)套間的有效區(qū)域，其具有導(dǎo)向精度高、上模座在導(dǎo)柱上，運(yùn)動平穩(wěn)的特點(diǎn) 。 模架結(jié)構(gòu)圖根據(jù)凹模周界為φ480mm，因此選用模架500500320~360,其中上模板為(500mm500mm55mm)下模板為(500mm500mm65mm)壓力機(jī)的選擇主要包括類型和規(guī)格選擇。壓力機(jī)類型的選擇主要依據(jù)所要完成的沖壓性質(zhì)、生產(chǎn)批量、沖壓件的尺寸及精度等。壓力機(jī)規(guī)格的選擇主要依據(jù)沖壓件的尺寸、變形力及模具尺寸等，選擇壓力機(jī)規(guī)格時主要選擇壓力機(jī)的公稱壓力、閉合高度等參數(shù)，閉合高度要在模具零件設(shè)計(jì)完之后，進(jìn)行必要的校核再確定具體尺寸。1) 公稱壓力的選擇拉伸時，所選壓力機(jī)的公稱壓力要大于拉伸力的總和，即P0≥F壓 其中，F(xiàn)壓=3141KN，所以，本壓力機(jī)的公稱壓力可初選為4000KN，選擇型號為閉式單點(diǎn)單動壓力機(jī)，其標(biāo)稱壓力為4000kN。2) 閉合高度壓力機(jī)的閉合高度是指沖模在最低工作位置時，上模座上平面至下模座下平面之間的距離。a) 壓力機(jī)的閉合高度可以通過調(diào)節(jié)連桿長度來改變其大小，將連桿調(diào)至最短時，閉合高度最大，稱最大閉合高度。將連桿調(diào)至最長時，閉合高度最小，稱最小閉合高度。標(biāo)稱壓力為4000kN閉式單點(diǎn)單動壓力機(jī)最大裝模高度為550mm，裝模高度調(diào)節(jié)量為250mm。b)模具的閉合高度是指模具在最低工作位置時，上模座上平面至下模座下平面之間的距離。它與壓力機(jī)的配合應(yīng)該遵守下列關(guān)系HmaxH15 ≥ H ≥HminH1+10 ()壓力機(jī)上設(shè)置墊板，：499mm≥H ≥245mm其中，Hmax——壓力機(jī)的最大閉合高度；Hmin——壓力機(jī)的最小閉合高度；H——模具的閉合高度mm ；H1——墊板厚度。c)壓力機(jī)工作面尺寸應(yīng)大于下模周界50~70mm，所選型號壓力機(jī)的工作臺面尺寸（前后左右）為800800mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足要求。d)模具的壓力中心應(yīng)與沖床滑塊軸線重合，否則沖模在工作中就會產(chǎn)生偏心負(fù)荷彎矩，模具發(fā)生歪斜，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)不均勻磨損，直接影響模具壽命和沖壓件質(zhì)量。此拉伸零件為軸對稱零件，其壓力中心就是工件的對稱中心。凹模中心、下模座中心及模柄中心應(yīng)該在一條直線上。針對拉伸中可能出現(xiàn)的問題 ，在成形模上增加了壓邊圈 ，同時增加壓制停留時間，能有效地解決拉伸中出現(xiàn)的問題。由于零件是以原點(diǎn)對稱的，故毛坯各部分能均勻地進(jìn)入凹模，但零件容易在凹模內(nèi)卡緊，有時無法靠彈性卸料自動彈出，為了防止零件在凹模中卡緊我們將拉伸模改為凹模在上的倒裝結(jié)構(gòu)，并采用卸料螺釘卸料，沖壓出來的零件能夠滿足設(shè)計(jì)的要求[13]。 1225固定螺釘 27卸料螺釘 26彈簧 由于該零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且尺寸較大，因此，該模具的凸、凹模不能設(shè)計(jì)為整體結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用凸、凹模鑲塊結(jié)構(gòu)，鑲塊結(jié)構(gòu)有利于模具維修及鑲塊更換。，由于輪輻材料為厚鋼板，所需的變形力比較大，模具必須有足夠強(qiáng)度和剛度。模架采用中間式導(dǎo)柱，下模板放在墊鐵上，構(gòu)成空腔以放置推料板，凹模1活動凹模11和上模固定座13構(gòu)成凹模腔，活動凹模還兼卸料作用，能在凹模腔內(nèi)靠壓縮彈簧作用上下移動，活動凹模11裝有3個壓縮彈簧。當(dāng)上模在自由狀態(tài)時，活動凹模11較凹模16伸出一段距離，在壓縮彈簧8作用下，起到了預(yù)先壓料作用，并能防止輪輻翹起，限制輪輻軸向位移，且卸料時，活動凹模11較凹模16繼續(xù)下降一段距離，保證輪輻零件能夠順利脫離凹模。外凸模2內(nèi)凸模2墊板22固定于下模座上，當(dāng)下模在自由狀態(tài)時，將輪輻放置在壓邊圈19上使其定位，凸模外徑處的壓邊圈19與凸模采用較精密的配合，以保證壓邊圈上下精確運(yùn)動，并起到卸料作用。墊板22用于輪輻厚度限位，以便對輪輻料厚度不一進(jìn)行控制，保證壓邊力均勻一致。模具工作時，上模固定于4000 kN壓力機(jī)滑塊中，下模安裝于工作臺上。開動沖床，使工作臺氣墊頂桿落在推料板的合適位置上，調(diào)整沖床工作行程后，將輪輻放到壓邊圈上。沖床滑塊下行，凹模接觸輪輻后一起壓在壓邊圈上，使壓邊圈下移，在推桿作用下沖床氣墊壓縮，板料開始拉進(jìn)凹模腔，滑塊繼續(xù)下行，上模矩形彈簧逐漸壓縮，活動凹模11首先與板料接觸，之后凹模16與板料接觸，直至板料全部進(jìn)入凹模，達(dá)到極限位置，從而完成了輪輻拉伸成形任務(wù)。同時，為提高拉伸成型質(zhì)量，可增加壓制時間，能有效地解決拉伸中出現(xiàn)的問題。之后，滑塊上行，上模退出凸模，活動凹模11受壓縮彈簧的推動，使輪輻不隨凹模上行，與此同時沖床頂出缸通過推桿、推料板和壓邊圈將輪輻頂出卸料，完成一個工作循環(huán)。4建模、裝配與動畫 模具零件的設(shè)計(jì)根據(jù)前面的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果，采用Pro/E三維實(shí)體建模板塊，對該模具各零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。在主菜單中選擇“文件”“新建”，打開“新建”對話框，在該對話框左側(cè)“類型”選項(xiàng)中選擇“零件”，右側(cè)“子類型”默認(rèn)為實(shí)體。在“名稱”對話框中輸入零件名稱。