【導(dǎo)讀】本文詳細(xì)介紹了汽車覆蓋件——縱梁的沖壓工藝制定及其模具設(shè)計的過程。第二工序的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計。設(shè)計進行設(shè)計要點分析和說明，著重強調(diào)了鑲塊在設(shè)計中的標(biāo)準(zhǔn)和需要考慮的問題。

　　

【正文】 就是，在導(dǎo)入數(shù)模開始設(shè)計畫圖的時候，繪圖的中心、模具中心、床臺的中心要與工法的華南理工大學(xué)廣州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 18 中心重合，因為模具是自動線 生產(chǎn)，送料高度是給定的，如果產(chǎn)生偏離，加工模具的時候高度就偏離了原本的中心，導(dǎo)致模具報廢。因此，這是貫穿繪制三維圖形的整個過程的。這一部分在 CATIA 軟件中的設(shè)計順序為：先設(shè)計根據(jù)模面、分模線等給定的數(shù)據(jù)進行下模鑲塊設(shè)計，然后是鑄件鑲塊，接著是根據(jù)壓力機床臺繪制出下模座的總體形狀，最后按需選用標(biāo)準(zhǔn)件進行模具的裝配。 下模鑲塊設(shè)計 鑲塊對于汽車模具設(shè)計來說，可以說是一個很重要的部分，是一個通用部分。它一般與其他工作零件分開制造，使用時鑲嵌在主體工作零件上作為局部工作零件。 圖 48 是下模鑲塊的示意圖。 圖 48 下模鑲塊 使用鑲塊一個很重要的原因是模具成形的零件較為復(fù)雜，局部易磨損。如果鑲塊改為與其他工作零件整體式制造，會給機械加工帶來極大的困難。在沖壓過程中，局部工作部分的損壞會導(dǎo)致整個主體工作部分無法使用，甚至使模具報廢，使用鑲塊后，如果發(fā)生磨損等情況，只需要更換鑲塊就可以。而且在熱處理的時候，只需要把鑲塊拆下來即可，方便工作人員安裝。 當(dāng)鈑件的厚度 t≥，或鈑件為高強度板，或者鈑件拉延深度大（段差大于 100）時，為了防止鈑件起皺或拉裂，應(yīng)對模具上模、壓板或模仁進行局部或全局地鑲鋼塊處理（視具體情況而定 ）。 選取局部鋼塊說明設(shè)計原則，如圖 49 所示。 圖 49 鑲塊局部 第四章 拉延模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 19 鑲塊加工前是一個方塊，方塊的尺寸按圖面尺寸加上加工量，進行加工時將多余的部分加工掉。 分割鑲塊時，要從多個方面考慮，其中，最重要的 就是思考如何節(jié)省材料，鑲塊的最大長度取 300350mm 為宜，寬度留下能夠鎖附螺栓的位置即可。厚度至少要有 30mm，以保證鋼塊的強度。其次，拼接線要有利于鑲塊的組立，拼接線不能與材料流動方向一致，且不能與上模的鑲塊拼接線重合，最好能錯開 10mm以上或有 5176?！?10176。的夾角 。在圓角處分塊時，分割線要距圓角切點 510mm。當(dāng)鑲塊的質(zhì)量超過 15kg時，應(yīng)該設(shè)置 M16 的起重孔，方便現(xiàn)場進行搬運加工。繪制螺栓孔位的時候，要保證緊固螺栓和銷釘?shù)闹睆健?shù)量符合強度要求，要錯開分布。螺栓數(shù)量不能少于兩個，相鄰螺栓間距 125L mm? 。 鑄件鑲塊及下模座 鑄件鑲塊如圖 410 所示。 a)鑄件鑲塊上部 b)鑄件鑲塊底部 圖 410 鑄件鑲塊 由于凹模需要加工出形面，如果將形面與模座整體制造加工，那么，話費的成本會很高。如果將形面部分以鑲件的形式制造出來，成本將會大大降低。鑄件鑲塊長 1720mm，寬 660mm，高 145mm。表面加工成形面（凹模），周邊區(qū)域加工出用于安裝鑲塊的平面，鍵槽，上表面加工調(diào)整塊安裝面，側(cè)面四周加工背托，用于在模座上安裝鑄件鑲塊，如圖410a 所示。底部需要與下模座用螺栓連接，因此加工出一個平面，并鉆出螺栓孔，如圖410b 所示。 下模座結(jié)構(gòu)如圖 411 所示。 圖 411 下模座 華南理工大學(xué)廣州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 20 根據(jù)壓力機的床臺參數(shù)確定下模座的尺寸。模具各個部分的高度一般只要均勻即可，但是因為這套模具用于自動線生產(chǎn)，將下模座的中心與數(shù)模中心重合，這樣便可以確定下模座的高度。在本次設(shè)計的拉延模中，床臺中心水平面與下模座 底 面的高度為 740mm，考慮到使用的是客戶提供的標(biāo)準(zhǔn)模架，下模座長度為 2350mm，寬度為 1600mm。 上模結(jié)構(gòu)設(shè)計 上模部分主要是上模座的設(shè)計，材料是 MoCr,包括凸模形面加工、導(dǎo)板安裝面的設(shè)置，挖減重孔，加工用于安裝起吊螺栓的平面，大體為中空式的殼體結(jié)構(gòu)。凸模形面高度約為65mm。導(dǎo)板 設(shè)置按照圖 46 的方法布置。經(jīng) CATIA 軟件測得，質(zhì)量為 2242kg，整體規(guī)格約為 1 8 3 2 1 1 7 0 7 6 0m m m m m m??。形面部分， 在分模線位置保留 5060mm的刃口厚度，刃口下部作出 510mm的逃讓。 上模座結(jié)構(gòu)如圖 412 所示。 圖 412 上模座 壓邊圈設(shè)計 壓邊圈也稱為環(huán)模，在拉伸過程中，為防止工件口緣部分失穩(wěn)而起皺，在凹，凸模之間邊緣部分設(shè)置的圈形壓緊裝置。如圖 413 所示。 a)整體形狀 b) 上部 c)底部 圖 413 壓邊圈 第四章 拉延模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 21 壓料面設(shè)計 根據(jù)工藝數(shù)模，將素材線向外偏離 20mm左右就可以得到有效的壓料面積。但是壓料面的邊界距離模具中心不能小于 40mm，最大的距離也不能超過 100mm。壓料面的面積能夠把坯料壓住即可，面積不宜過大，避免增加工人的研磨量。 壓邊圈尺寸 根據(jù)設(shè)計規(guī)范，壓邊圈的高度一般不小于 250mm，在保證凸模與壓邊圈導(dǎo)滑面的長度以及有足夠的避讓空間的前提下，即可得到大致的壓邊圈高度。 壓邊圈上表面需要布置調(diào)整塊、素材定位 器等部件，在確定好這些部件的安裝位置之后，就可以得出壓邊圈的長度和寬度。 在保證壓邊圈強度的前提下，鑄件較厚的地方應(yīng)掏空以減輕重量，調(diào)整塊下方需要加上到底肋條進行補強。 綜上所述，壓邊圈的高度為數(shù)模中心到壓邊圈下表面的距離，經(jīng)軟件測得為 560mm，長度為 2370mm，寬度為 1752mm。因為本次設(shè)計由客戶提供模架，所以壓邊圈的大致形狀已經(jīng)確定下來。 其他組件設(shè)計 這里所說的其他組件包括 U 溝、素材定位器、 C/H 孔、調(diào)整塊。 U 溝的形式如圖 414所示 ： 圖 414 U溝尺寸 U 溝為模具安裝在壓力機上的部位。上模 U 溝數(shù)量：模具長 1600（含）以下，一側(cè)設(shè)置 2 處，前后共 4 處；模具長 1600 以上，一側(cè)設(shè)置 3 處（中間 U 溝對角設(shè)置），前后共 6處。下模 U 溝數(shù)量：不論模具大小，一側(cè)設(shè)置 2 處，前后共 4 處。這里值得注意的是，若客戶有提供設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)或者模架，以客戶的要求為準(zhǔn)。不管是試模床臺還是生產(chǎn)床臺， U 溝的設(shè)置要與床臺上的鎖槽配對，確保模具能夠固定在壓機床臺上。 素材定位器顧名思義，是用來定位板件的。本套模具的定位具有兩種，一種是定位導(dǎo)華南理工大學(xué)廣州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 22 正銷， CAE軟件將板件的形狀割去四個半圓，以便定位。另一種是素材感應(yīng)器，位置盡量設(shè)置在較長的一邊，素材邊線與感應(yīng)器平面貼合。這兩種部件都可以在標(biāo)準(zhǔn)件庫中選取，安放在合理的位置即可，對應(yīng)模具的干涉部分作出逃讓。這里不作詳細(xì)介紹。 到底 標(biāo)記和 C/H 銷，如圖 415 所示，吃入板件的厚度為 。到底標(biāo)記是為了驗證一些成形類模具，如拉延、成形、整形類模具是否達到成形所需要的深度而設(shè)定的。一般在凹模上，在板件最終接觸點（凹部）組裝。 C/H 銷是為了了解在試模過程中模具的定位情況而設(shè)立的，設(shè)計時根據(jù)工法圖所給的位置來布置。 圖 415 到底記號 調(diào)整墊塊主要用來承受機床加載上模具的壓力。墊塊最好的間距是 300350mm，且下面應(yīng)有肋條支撐到底。調(diào)整塊應(yīng)盡量靠近凸模輪廓線來布置，但至少要保留 30mm，安裝面也應(yīng)該要比形面低，以免加工形面時破壞安裝面。安裝面的尺寸應(yīng)該要比調(diào)整塊的直徑多 10mm，如圖 416 所示。調(diào)整塊的數(shù)量 =壓邊力 /10N（ kgf） ；小型模具設(shè) 6 個，中、大型模具設(shè) 8 個以上（調(diào)整塊許用單位面壓力 2100 /kN mm? ）。 圖 416 調(diào)整塊安裝尺寸 第四章 拉延模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 23 壓力機的校核 設(shè)計出模具以后，用軟件測得拉延模模具的長為 2380mm，寬為 1640mm，閉合高度為 1450mm。通過第二章的數(shù)模分析可得，數(shù)模提供的壓力機為濟二 2020T，其規(guī)格參數(shù)如表 44 所示。 表 44 濟二 2020T 壓機規(guī)格 項目 數(shù)值 公稱壓力 2020T 公稱力行程 13mm 滑塊行程 1100mm 滑塊行程次數(shù) 10~18 次 /分 最大裝模高度 1600mm 裝模高度調(diào)節(jié)量 600mm 臺面尺寸 4500*2400 T 槽夾持高度 70（ +,0） 拉伸墊力 4000kN 拉伸墊有效行程 0~350mm 最大模具重量 2020T/60T 拉延成形力為 1400T，壓力機的公稱壓力為 2020T，模具閉合高度為 1450mm，壓力機的最小裝模高度為最大裝模高度與裝模高度調(diào)節(jié)量之差，即 1 6 0 0 6 0 0 1 0 0 0m m m m??，壓力機的選擇符合要求。 模具工作原理 （ 1）將模具安裝在壓力機上； （ 2）將板件放在模具的壓料面上，并準(zhǔn)確定位； （ 3）壓力機上的滑塊下行帶動上模下行； （ 4）上模和壓邊圈壓料面首先與板料接觸，將板料壓?。? （ 5）上模繼續(xù)向下運動，開始拉深成形； （ 6）壓力機的上滑塊到達下死點，拉延過程結(jié)束； （ 7）彈頂銷將制件頂出，取出制件。 華南理工大學(xué)廣州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 24 本章小結(jié) 本章對拉延模的設(shè)計作了詳細(xì)的介紹。拉延模按照壓力機壓料方式的不同分為單動拉延模與雙動拉延模。以客戶要求采用的雙動拉延模為例，首先確定了模具主體的材料，凸模部分采用鉬鉻鑄鐵 MoCr，凹模和壓邊圈部分 Cr12MoV。介紹了模具導(dǎo)向，采用導(dǎo)柱導(dǎo)套和導(dǎo)板進行導(dǎo)向。模具最關(guān)鍵的工作部分是壓邊圈鑲塊和下模鑲塊，分割鑲塊時主要從節(jié)省材料的角度考慮，便于制造和裝配。鑄件壁厚按規(guī)范設(shè)置，保證強度與剛度即可。 第五章 修邊沖孔模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 25 第五章 修邊沖孔模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 修邊沖孔模介紹 修邊沖孔模具是在完成拉延工序后的板件在側(cè)壁上按照要求將輪廓進行修邊和孔的沖制的復(fù)合模具。汽車板件上通常都會有許多的孔，但是在汽車覆蓋件模具設(shè)計時，一般不會采用單沖孔的模具，通常將一些孔的沖制合并到修邊的工序中，提高生產(chǎn)效率，節(jié)省成本。因為修邊是在板件的外輪廓進行的，沖孔在板件的內(nèi)部進行，因此，沖孔的工序不會對修邊工序產(chǎn)生影響，節(jié)省了一個工序。 如上一章寫道，修邊沖孔?？梢苑譃榇怪毙捱厸_孔模、水平修邊沖孔模以及傾斜修邊沖孔模三大類。 修邊沖孔方向與壓力機滑塊運動方向一致的是垂直修邊沖孔模，這是覆蓋件模具中形式最簡單的一種，也是最常用的一種形式 [11]。如圖 51 所示。 水平修邊沖孔模，其修邊沖孔方向與壓力機滑塊運動方向垂直，如圖 52 所示。這種模具需要將壓力機滑塊的垂直運動變?yōu)樗竭\動，但是一般不這樣做，選用斜楔滑塊機構(gòu)即 可，模具結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 在實際生產(chǎn)中，有一些板件的修邊的位置與孔的位置并不一定垂直或水平，它們往往與壓力機上滑塊的運動方向成一定的夾角，這類模具就是傾斜修邊沖孔模 [11]，如圖 53 所示。這類模具也需要斜楔滑塊機構(gòu)。 圖 51 垂直修邊示意圖 圖 52 水平 修邊 示意圖 53 傾斜修邊示意圖 結(jié)合本設(shè)計，板件上有垂直修邊與傾斜修邊，因此要采用斜楔滑塊機構(gòu)。 修邊沖孔模材料 與拉延模一樣，修邊沖孔模具的鑄件材料也大同小異，具體可以參考表 41，這里不重復(fù)介紹。 修邊沖孔模鑄件結(jié)構(gòu) 參照客戶提供的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，采用客戶提供的模架，其結(jié)構(gòu)和鑄件壁厚尺寸如圖 54 所示。 華南理工大學(xué)廣州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 26 圖 54 修邊沖孔模的鑄件結(jié)構(gòu) 上模結(jié)構(gòu)設(shè)計 上模部分主要包括上模座主體、壓料芯、修邊刀塊、斜楔滑塊機構(gòu)等部件。在軟件中的設(shè)計順序為修邊刀塊設(shè)計 → 壓料芯設(shè)計 → 上模座設(shè)計 → 斜楔機構(gòu)選用。其結(jié)構(gòu) 示意圖如圖 55 所示。 圖 55 上模結(jié)構(gòu)示意圖 第五章 修邊沖孔模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 27 修邊刀塊設(shè)計 修邊刀塊的材料為 Cr12MoV，熱處理 HRC58～ 62。本課題的板件厚度為 ，以上模為基準(zhǔn)，下?？鄣袅虾?。修邊刀塊尺寸設(shè)計如圖 56 所示，吃入位置如圖 57 所示。 圖 56 修邊刀塊設(shè)計尺寸圖 57 修邊刀塊吃入示意圖 閉合狀態(tài)下修邊刀塊的設(shè)定吃入 6mm即可。刀塊上鎖附螺栓的位置盡量為間隔 20mm的網(wǎng)格式排列。 切邊刀的固定原則上采用銷孔定位和螺栓緊固，布置數(shù)量視切邊刀的大小及 形狀而定。具體原則與第四章鑲塊的螺栓設(shè)置原則相同。設(shè)刀塊長度為 L，當(dāng) L≤200mm時用 2 個螺栓；當(dāng) L200mm時用 3 個以上螺栓。 使用螺栓 M1650 （經(jīng)驗值為每 100mm 刀長布置 1 個螺栓，螺栓盡可能丁字形布置）。效果圖如圖 58 所示。 圖 58 修邊刀塊 上、下刀塊的拼縫不要重合，防止剪邊時產(chǎn)生毛刺；刀塊的拼縫要避開鈑件的尖角和R 角；刀塊拼接處需避讓逃料；刀塊末端為斜面時，需補強處理；刀塊為鍛鋼時，不要太長或形狀厚度有急劇變化；刀塊設(shè)計時，盡量減小刀塊尺寸，分割合理；刀塊