【正文】 座與工作部分零件整體鑄造。要求既要有足夠的強度和剛度又要減輕重量，因此鑄件上非重要部分應掏空，在影響強度和剛度部分應設(shè)置加強筋。鑄件壁厚應盡可能均勻，避免由于冷卻速度差別過大形成熱北京工業(yè)大學耿丹學院 2022 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 應力，使鑄件薄厚連接處產(chǎn)生裂紋；避免厚壁處形成金屬聚集的熱節(jié)，致使厚壁處易于產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷。設(shè)計鑄件壁的連接或轉(zhuǎn)角時，也應 盡力避免金屬的積聚和內(nèi)應力的產(chǎn)生，這就要求鑄件壁間轉(zhuǎn)角處有適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)圓角或者 45 度倒角，避免銳角連接，厚壁與薄壁間的連接要逐步過渡。交叉接頭盡量采用丁字交叉，避免采用十字交叉。 拉延模的導向主要有下模與上模的導向、上模與壓邊圈的導向、下模與壓邊圈的導向。導向形式主要有導柱導向、導板導向，導柱導板同時使用三種。導柱導向的導向精度高，但不能承受太大的側(cè)向力，本設(shè)計由于壓料面是空間三維曲面，而采用單動壓力機拉延，在壓料面與上模開始合緊時，由于壓料面不對稱會導致壓邊圈偏斜，合模過程中，會在下模與壓邊圈之間、上模與壓 邊圈之間產(chǎn)生較大的側(cè)向力，因此適宜用導板導向。為提高導向面的耐磨性，在兩導向面其中一面設(shè)置耐磨板，導向面淬火硬度為 HRC52~56。 拉延模具凸模與凹模之間的間隙一般取料厚，這里選用料厚為間隙。為防止壓料圈與凸模摩擦或碰撞，壓料圈與凸模工作部分至少要有 5～ 10mm 的間隙，這里根據(jù)情況取 5mm。 綜上所述，本設(shè)計拉延模整體結(jié)構(gòu)形式為單動拉延模，凹模、凸模及壓邊圈為整體鑄造鑄件，各部分導向采用導板導向，共設(shè)置對稱導板多對。 模具主結(jié)構(gòu)的設(shè)計 模具中心的確定 考慮到平衡性問題，模具中心最好與 拉延件壓力中心一致，并于壓力機中心一致。以避免偏心載荷使模具歪斜，間隙不均，從而加速壓力機和模具的導向部分及模具凸、凹模工作部分的磨損，影響壓力機和模具壽命?？紤]到板料的形狀和壓力機頂桿的布置，模具中心可以適當偏心。 本設(shè)計拉延件板料幾何中心與壓力中心 X 方向上一致， Y 方向偏心 0mm，模具中心與拉延件壓力中心重合；壓 力機頂桿 Y 方向間距為 150mm，板料寬度為 820mm，則 Y 方向布置相鄰兩排頂桿為宜，如圖 31 所 示；則模具中心與壓力機中心 Y 方向偏心量為頂桿間距的一半即 75mm。頂桿 X 方向間距為 150mm，板料長 度為 330mm， X 方向布置 2 排頂桿為宜，模具中心與壓力機中心在 X 方向上重合。生產(chǎn)用頂桿數(shù)為 6，按圖 31 所示分布。 確定模具壓料面尺寸 壓料面的尺寸要比板料尺寸大，這樣才能保證壓料面能壓住整塊板料。避免北京工業(yè)大學耿丹學院 2022 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 拉延成形時，板料沒有完全被壓料面壓住，未被壓住部分還沒流入壓料面內(nèi)時即產(chǎn)生起皺現(xiàn)象，造成拉延失敗。本設(shè)計壓料面比板料尺寸單邊大 20mm。則壓料面長度為 350mm，寬度為 300mm，長度方向上以模具中心線為對稱軸對稱，寬度方向上以模具中心線偏為對稱軸對稱。 31 工作機械頂桿布置圖 壓邊圈的設(shè)計 單動拉延模的壓邊圈由氣墊通過頂桿頂出產(chǎn)生壓邊力，拉延工件時，壓料面與凹模壓緊板料，為拉延成形提供阻力，并與凸模的成形力共同提供板料的變形力，使板料產(chǎn)生充分的塑性變形。 工作時，壓邊圈受到較大的載荷，壓邊圈要有一定的厚度以滿足強度和剛度的要求。同時考慮到導板空間，為降低平衡塊高度 ,沿壓料面形狀鑄造，比壓料面低 10mm，本設(shè)計壓邊圈高度為 175mm。 壓邊圈寬度根據(jù)壓料面單邊加寬 150~200mm，留出足夠的空間設(shè)置合模限位塊。同時考慮導板空間，壓邊圈長度為 780mm ，寬度為 760mm。 為方 便運輸，在壓邊圈四角設(shè)置四根起重棒，起重棒直徑為 32mm，單根最大承重 噸，滿足起重要求。起重棒 材料為 45，鍛件，調(diào)質(zhì)處理，硬度為 HRC 28～ 32，壓邊圈加工完成后，將起重棒放入制定位置。 壓邊圈與上模之間要設(shè)置合模限位塊，間距為 150mm，壓邊圈上表面的合模限位塊凸臺加工 M10 的螺孔，用于與合模限位塊聯(lián)接。所有的合模限位塊凸臺加工精度為 IT7，表面粗糙度為 為減少加工面積，在壓邊圈上加工部分鑄出凸臺，高度為 530mm，合模限北京工業(yè)大學耿丹學院 2022 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 位塊凸臺直徑比合模限位塊大 10mm，頂桿凸臺直徑為按照頂桿避讓孔形狀 鑄出 ,但是直徑減小 10mm，定位器凸臺尺寸比定位器尺寸單邊大 6~10mm, 壓邊圈采用鑄件整體鑄造，為了減輕重量，鑄件上非重要部分應掏空，壓料面也要有筋條支撐。筋厚度為 30mm，倒角 C20。 壓邊圈采用鑄件整體鑄造，為了減輕重量，鑄件 上非重要部分掏空，在合模限位塊處設(shè)置加強筋。主筋厚度為 40mm，加強筋厚度為 30mm。在上表面鑄造6 個高 530mm，直徑未 70 mm 的平衡塊凸臺，用 M10 螺紋與平衡墊塊連接，在平衡塊凸臺下表面正下方設(shè)置 5 個凸臺支撐限位塊，凸臺形狀尺寸與平衡塊凸臺相同。 壓邊圈上要相應設(shè)置拉 延筋槽。由于壓料面就是覆蓋件本身的凸緣，拉深筋應設(shè)置在凹模的壓料面上以減少凹模壓料面的損耗。拉深筋在壓料面上的布置，根據(jù)零件的幾何形狀和變形特點決定 ,在拉深變形程度大，因而徑向拉應力也較大的圓弧曲線部位上，可以不設(shè)或少設(shè)拉深筋。在拉深變形程度小，因而徑向拉應力也較小的直線部位或曲率較小的曲線部位上，則要設(shè)或多設(shè)拉深筋。本零件設(shè)置的拉延筋根據(jù)前面的分析，在四周圍成一圈，拉延筋布置在凹模壓料面上，與鑄件一起鑄造出拉延筋，然后采用數(shù)控加工，加工后拉延筋部分淬火，硬度不低與 HRC52。 為便于加工，在壓邊圈位于壓力 機中心處設(shè)置 三處 加工基準孔，加工時用于與機床定位。 壓邊圈如圖 32 所示。 北京工業(yè)大學耿丹學院 2022 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 圖 32 壓邊圈結(jié)構(gòu)示意圖 凸模的設(shè)計 凸模作為零件成型的重要部件，凸模的質(zhì)量直接決定了沖壓件質(zhì)量的好壞。在凸模的設(shè)計中有幾種形式，常見的有兩種，即：整體式和組合式。所謂整體式是指將凸模和下模座一起鑄造出來。組合式是指將凸模和下模座分別鑄造，分別加工。在本設(shè)計中由于模具的外型尺寸比較大，考慮到鑄造和加工的方便性，采用組合式比較合理。凸模整體采用鑄造形式。由于覆蓋件的沖裁一般情況下是一次成型不要再次加工的成型方法， 所以多成型零部件的要求較高，因此，在凸模的上平面面積較大的地方要設(shè)置 C/H 孔在曲面較多和變化較大的地方，由于其本身的結(jié)構(gòu)形式已經(jīng)達到了排出氣體，平衡氣壓的作用，所以沒有必要設(shè)置透氣孔。凸模的結(jié)構(gòu)如下圖 33 所示： 北京工業(yè)大學耿丹學院 2022 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 圖 33 下模頂桿避讓孔 下模座的設(shè)計 由于在本設(shè)計中下模座和凸模采用了分別鑄造和加工的方式。所以，下模座在設(shè)計中起到至關(guān)重要的作用。 與壓邊圈對應，下模座的外形尺寸與壓邊圈相一致，下模座也要鑄出合模限位塊凸臺， 高度為 5mm，直徑為 70mm，用 M10 螺釘與合模限位塊連接 。 在下模座的鑄造中多不重要的部位也要挖空，以減輕模具的重量。在下模座上設(shè)置加強筋，其中沿 X 方向的厚度為 30mm，沿 Y 方向的厚度為 30mm，加強筋的設(shè)計要避免十字交叉，做成“丁字”交叉形式，用以增加相對剛度和強度。 模座根據(jù)壓力機工作臺 T 形槽位置，設(shè)置 6 處壓板槽，用于下模與壓力機工作臺的固定。 由于在本設(shè)計的工作過 程中，壓邊圈采用壓力機的液壓頂桿進行復位。根據(jù)壓力機工作臺的尺寸，在壓邊圈上設(shè)置了 6 根頂桿， 所以在下模座的相應位置也要 設(shè)置 6 處 用來安放頂桿的孔，壓力機頂桿直徑是 50mm，所以在下模座上用于頂桿通道的孔直徑為 90mm。 下模座底面位于壓力機中心處設(shè)置 2 處定位鍵槽，加工時用于與機床定位。 下模座結(jié)構(gòu)如下圖 34 所示。 北京工業(yè)大學耿丹學院 2022 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 34 下模結(jié)構(gòu)示意圖 上模的設(shè)計 上模的長度和寬度與下模一致，與壓邊圈對應，上模座也要鑄出平衡墊塊凸臺，高度為 540mm，直徑為 70mm。與壓邊圈上的定位器凸臺對應，上模座上要開 出 6 處 50mm? 35mm 的避讓孔，同時，為避免鑄造時應力集中，用半徑 R15過度。 根據(jù)壓力機上滑塊 T 形槽位置，查 相關(guān)手冊，中型模具設(shè)置壓板槽單邊數(shù)量為 2，用于上模與壓力機上滑塊的固定。 上模結(jié)構(gòu)圖如圖 35 所示，三維圖見三維數(shù)模附件上模。 北京工業(yè)大學耿丹學院 2022 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 圖 35 上模 上模座、下模座壓料圈勻采用 HT350材料實型鑄造（以泡沫塑料模型為基體）而成，實型鑄造技術(shù)是覆蓋件沖模制造的一種新技術(shù)。實型鑄造方法非常適用于大型復雜鑄件的單件生產(chǎn)。因此，我們在模座設(shè)計之前有必要對其進行詳細的了解。實型鑄造是在覆蓋件模具采用 CAM制造技術(shù)后，在要求鑄造毛坯的加工余量均勻的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的應用技術(shù)。型鑄造采用泡沫塑料制造模型，造型時，泡沫模型埋在 型砂里不取出來，澆注金屬溶液時，泡沫模型產(chǎn)生軟化、熔融、汽化、燃燒等一系列物理化學變化，最后金屬溶液填滿泡沫模型所處的空間，冷卻后就可以得到和泡沫模型一樣的鑄件 下模座的長度和寬度由凹凸模鑲塊寬度加上零件尺寸大小確定。 模具輔助零件設(shè)計 平衡墊塊設(shè)計 為了使上模進入下模后受力均勻，同時避免與壓邊圈直接碰撞，且防止傾斜北京工業(yè)大學耿丹學院 2022 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 而導致凸凹模加速磨損，必須在上模和壓邊圈之間設(shè)置平衡墊塊。平衡墊塊的設(shè)置主要參照行業(yè)標準，這里參照的標準是福田模具公司的設(shè)計標準，因本模具長度為 780mm，屬于中型模 具，參照標準，選用的平衡塊直徑為 60mm，高為 20mm，材料為 45， HRC2832，如下圖 36所示。 圖 36 平衡墊塊結(jié)構(gòu) 到底墊塊設(shè)計 到底墊塊的作用主要是為了限制凹模進入凸模的極限位置，可以有效防止上模沖壓行程超出時壓壞凸模，同 時也可以防止拉延過深使制件拉裂。當壓料板接觸到到底墊塊上時，也就說明拉延已經(jīng)結(jié)束。平衡塊的正下方必須有到底墊塊。這里到底墊塊的尺寸和平衡塊相同，材料為 45，調(diào)質(zhì)處理 HRC2835 見圖 37。 北京工業(yè)大學耿丹學院 2022 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 圖 37 到底墊塊 起重棒設(shè)計 鑄入式起重棒主要是將模具吊起，便于模具運輸。一般來說，鑄入式起重棒根據(jù)直徑分為 6 種，分別是直徑 3 50、 60、 70、 80、 90mm。選用標準為根據(jù)模具的重量和模具的大小來衡量。通常來說，必須保證模具起吊時絕對安全，即可以承受模具的重量。用于大型模具的 起重棒直徑為 70 到 90mm，中型的為 50到 60mm，小型的用 32 和 50mm。這里選用直徑為 32mm 的，單根最大承重 噸，起重棒 材料為 45，鍛件，調(diào)質(zhì)處理，硬度為 HRC 28～ 32，上模、下模、壓邊圈各用 4 個，共需要 12 個。模具鑄造前，把起重棒埋入模型的指定 位置中。起重棒的結(jié)構(gòu)如圖 39 所示。 D 圖 39 起重棒結(jié)構(gòu) 吊棒規(guī)格 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 L L1 32 32 60 20 22 34 32 36 125 140 北京工業(yè)大學耿丹學院 2022 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 其它零件的選用 本模具設(shè)計使用耐磨板作為導向裝置。耐磨板目前大多數(shù)都已經(jīng)成標準。本設(shè)計選用的是自潤滑導 板 MWF58100和自潤滑導板 MWF75100兩種型號的耐磨板各兩個，自潤滑外導板 OGPZ180280和 OGPZ150280。 模具材料的選用 沖壓模具是在較大的沖擊、溫升、磨損 等情況下工作，尤其是凹模、凸模的工作條件更差，所以沖模材料要求有好的耐磨性、耐沖擊性、淬透性，熱變形小，機加工性能好流動性好，易于形成集中縮孔，偏析小等，而且要價格便宜，采購方便。 如 小節(jié)所述，模具上模、下模和壓邊圈采用鑄造結(jié)構(gòu)。在拉延模中，一般采用的鑄件材料有合金鑄鐵、球墨鑄鐵和灰鑄鐵。與其他鑄鐵相比，灰鑄鐵價格便宜，應用廣泛，起產(chǎn)量占鑄鐵總產(chǎn)量 80%以上灰鑄鐵成分大致范圍如下： 北京工業(yè)大學耿丹學院 2022 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 34 %~%C， %~%Si， ~%Mn， %~%P， %~%S。 灰鑄鐵中的由于有石墨的存在，有優(yōu)良的減振性，是制造模座的好材料；石墨本身又是良好的潤滑劑，耐磨性好，機加工性也好。本設(shè)計采用高強度灰鑄鐵HT350，鑄件壁厚在 30~50mm 時，抗拉強度在 260~290MPa，顯微組織為細小的片狀 P。 HT350 屬孕育鑄鐵，經(jīng)孕育處理后，增加了石墨結(jié)晶的核心，石墨細小、均勻，并獲得珠光體基體，強度、硬度、耐磨性、韌性及塑性都比普通灰鑄鐵好。 鑄件在機加工前，需進行一次去應力退火，即人工時效處理，避免由于內(nèi)應力的存在使鑄件容易產(chǎn)生變形甚至開裂。 鑄件工作部分和導向部分表面在機 加工后用快速加熱的方法進行淬火處理，淬火后硬度為 48~55HRC。 輔助零件選用的材料有 45， Q235 以及 Cr12MoV。其中，