内外缘翻边模具设计.docx
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内外缘翻边模具设计
摘要
通过对冲裁工件工艺的正确分析，设计了一副一模一腔的翻边模。
本设计详细地叙述了模具成型零件包括凸模、凹模及其他零件如卸料板、固定板、垫板、导柱、导套等的设计，重要零件的工艺参数的选择与计算，并对着重对模具的设计部分作了详细介绍。
关键词模具设计翻边模具
Abstact
Byblankingoftheworkpiecetothecorrectanalysis,designamodelofacavityinarowkindofcross-blankdie.Designofthedetaileddescriptionofthemoldcomponents,includingpunch,dieandothercomponentssuchasdischargeplate,plate,plate,PillarI.setsinthedesignandfabricationprocess,importantpartsoftheprocessparametersandoptions,Blankingagenciesanddischargedevicesandotherstructuraldesignprocess,andfocusesonthedesignofthemoldgaveadetailedbriefing.
Keywordsdiedesigncross-nestingblankingDie
第1章引言
大学四年的本科学习即将结束，毕业设计是其中最后一个环节，是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。
随着我国经济的迅速发展，采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用。
在完成大学四年的课程学习和课程、生产实习，我熟练地掌握了机械制图、机械设计、机械原理等专业基础课和专业课方面的知识，对机械制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理解，达到了学习的目的。
对于模具设计这个实践性非常强的设计课题，我们进行了大量的实习。
经过在深圳市石岩镇深圳峰盛五金机械有限公司将近三个月的毕业实习，我对于模具特别是冲压模具的设计步骤有了一个全新的认识，丰富了各种模具的结构和动作过程方面的知识，而对于模具的制造工艺更是实现了零的突破。
在指导老师的协助下和在工厂师傅的讲解下，同时查阅了很多相关资料并亲手拆装了一些典型的模具实体，明确了模具的一般工作原理、制造、加工工艺。
并在图书馆借阅了许多相关手册和书籍，设计中，将充分利用和查阅各种资料，并与同学进行充分讨论，尽最大努力搞好本次毕业设计。
在设计的过程中，将有一定的困难，但有指导老师的悉心指导和自己的努力，相信会完满的完成毕业设计任务。
由于学生水平有限，而且缺乏经验，设计中不妥之处在所难免，肯请各位老师指正。
1．1本课题的意义、目的、研究范围及要达到的要求
在现代产品生产中，模具由于其加工效率高，互换性好，节约原材料，所以得到很广泛的应用。
随着现代化工业和科学技术的发展，模具的应用越来越广泛，其适应性也越来越强。
已成为工业国家制造工艺水平的标志和独立的基础工业体系。
另外，采用模具进行成形加工，是少、无切削的主要工装，在大批、大量加工中，可使材料利用率达90%或以上。
本设计根据工件的尺寸及相关技术要求，设计一采用后导柱模架式的交叉排样的单工序落料模，其设计和制造无特殊要求，一律按GB/T2851.1～2851.7—1990、GB/T2852.1～2852.4—1990、JB/T8085—1990（冲模模架），和JB/T7643～7653（冷冲模）选用标准模架和标准件，并符合相应的技术要求。
冲模零件不允许有裂纹，工作表面不允许有划痕、机械损伤、锈蚀等表面缺陷。
经热处理后的零件硬度应均匀，不允许有软点和脱碳区，并清除氧化物等。
冲模各零件的材料和热处理硬度应优先按《实用模具设计与制造手册》中表22.2-3、表22.2-4选用，允许采用性能高于表22.2-3、表22.2-4规定的其他钢种。
零件图中普通螺纹的基本尺寸应符合GB/T196的规定，选用的极限与配合应符合GB/T197的规定。
零件图上未注明倒角的尺寸，除刃口外所有锐边均应倒角或倒圆。
视零件大小，倒角尺寸为0.5×45º～2×45º，倒圆尺寸为R0.5～1mm。
经磁性吸力磨削后的钢件应退磁。
零件上销钉孔的配合长度一般不应小于销钉直径的1.5倍。
固定板、凹模、垫板、卸料板的形状和位置公差按GB/T1182-1996等的规定。
固定卸料的导料板应磨成等高。
冲模各零件的几何形状、尺寸精度、表面粗糙度等应符合设计图样要求。
零件图中未注公差尺寸的极限偏差按GB/T1804的规定。
零件图中未注的形状和位置公差按B/T1184-1996的规定。
成形工作零件的口部圆角及拉伸筋等必须圆滑过渡，符合设计要求并允许在试模时给予修正，以达到冲压零件的要求。
冲裁模之凸、凹模刃口及侧刃等必须锋利，不允许有崩刃、缺刃和机械损坏。
冲裁模凹模工作孔不允许有倒锥度用锻压加工的零件不应有过热、过烧的内部组织和机械加工不能去掉的裂纹、夹层及凹坑。
1．2本课题在国内外的发展概况及存在的问题
模具是制造业的重要工艺基础。
由于在国外，特别是工业发达国家，起步早，底子厚，其研发水平高，生产能力强，处于成熟稳定的发展状态。
在我国，虽然很早就开始制造模具和使用模具，但长期未形成产业。
直到20世纪80年代后期，中国模具工业才驶入发展的快车道。
近年，我国除了在技术与设备的国外引进外，自主研发与制造能力也在突飞猛进地发展，不仅国有模具企业有了很大发展，三资企业、乡镇（个体）模具企业的发展也相当迅速。
虽然我国模具总量目前已达到相当规模，模具水平也有很大提高，但设计制造水平总体上落后于德、美、日、法、意等工业发达国家许多。
在此仅对国内模具行业当前存在的问题和差距作一简要分析，其主要表现在以下几个方面：
总量供不应求、模具产品水平大大低于国际水平，生产周期却高于国际水平、开发能力较差，经济效益欠佳、人才严重不足，科研开发及技术攻关投入太少工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低、专业化、标准化、商品化程度低，协作能力差、模具材料及模具相关技术落后。
1．3本课题的指导思想及应解决的主要问题
本设计旨在通过分析计算所给待生产工件的各项工艺及要求和数据，根据模具设计生产的工作流程，并按照模具设计的各项标准进行设计及调整，达到符合工业生产所需的要求。
在设计过程，解决模具设计中材料的选择、尺寸的计算、标准件的选择、各装配零件的配合等各项问题，以期所设计模具能低成本加工及模具成品能加工出符合要求的工件。
第2章模具设计程序及步骤
2．1冲件工艺分析
2.1.1翻边工件的形状、尺寸、精度、断面质量、装配关系分析
图2-1工件图（材料Q235t=1.0）
根据所提供的产品图样可知，图示结构中需要对零件的内外缘进行翻边加工，首次冲压时用初始挡料销和固定挡料销定位，条料顺序送进一条料长度后，需使条料反转后再顺序送进，用两个挡料销和固定挡料销定位。
条料尺寸不大，结构简单，所以模具属于小型的单工序落料模，为降低生产成本，使用手工送料的方式。
图样中有未注圆角，根据相关要求，选择圆角尺寸为R2mm。
冲裁件内外形应尽量避免有尖锐清角，为提高模具寿命，建议将所有的90度清角改为R1的圆角。
图样中精度及断面质量均没有特别的要求。
零件图上的所有的尺寸均未标注公差，属于自由尺寸，即在IT12—IT18取公差值,按IT14级确定工件尺寸的公差。
可查《互换性与测量技术基础》公差表，各尺寸公差为：
1200-0.30440-0.22450-0.22200-0.22R60-0.18
断面质量按一般标准处理。
根据生产实践可知其装配关系大致为一般的普通落料模形式的改进。
2.1.2模具的结构形式、材料选用
由图样及相关说明可知，该模具属于精度要求不高，冲击负荷较低，要求批量生产的单工序落料模，其由手动进料即可。
则有四种结构形式可选择：
有导向固定卸料式落料模、弹压式落料模、顺装上出件落料模和倒装式落料模。
由于条料需要间隔反转，考虑到生产成本的控制，本设计选择弹压式落料模。
本设计为冷冲压模具，材料选择市场上价格不高且较为常用的冷作模具钢：
08钢（GB/T699-1988）。
08钢是一种应用广泛的冷作模具钢，为极软的碳素钢，强度、硬度很低，而韧性和塑性极高，具有良好的深冲、拉延、弯曲和镦粗等冷加工性能、焊接性能。
但存在时效敏感性，淬硬性及淬透性极低。
大多轧制成高精度的薄板或冷轧钢带用以制造易加工成形，强度低的深冲压或深拉延的覆盖零件和焊接构件。
2．2模具工艺计算
2.2.1计算毛坯尺寸，合理排样并绘制排样图，计算出材料利用率
由零件图可知，该零件需要对外缘何内孔进行同时的翻边加工，因此需要对零件的翻边进行逐一的分析，首先对内孔翻边进行分析。
（一）内孔的翻边
（1.）圆孔翻边得工艺性（图2-2）要求如下：
翻边高度h〉1.5r
圆角半径r
1+1.5t
凸缘宽度B
h
并且翻边方向与冲孔的方向相反时，翻边不易破裂。
（2）翻边系数在圆孔翻边时，变形程度决定于毛坯预制孔直径与翻边直径之比，即翻边系数K（图2-2）。
图2-2
K=d/D（2-1）
当一次翻边能达到一定的翻边高度时，各种材料允许的翻边系数为一次翻边系数，见表2-1，表2-2。
表2-1低碳钢的极限翻边系数K
翻边方法
孔的加工方法
比值d/t
100
50
35
20
15
10
8
6.5
5
3
1
球形凸模
钻后去毛刺用冲孔模冲孔
0.70
0.75
0.60
0.65
0.52
0.57
0.45
0.52
0.40
0.48
0.36
0.45
0.33
0.44
0.31
0.43
0.30
0.42
0.25
0.42
0.20
_
圆柱形凸模
钻后去毛刺用冲孔模冲孔
0.80
0.85
0.70
0.75
0.60
0.65
0.50
0.60
0.45
0.55
0.42
0.52
0.40
0.50
0.37
0.50
0.35
0.48
0.30
0.47
0.25
_
表2-2其他一些材料的翻边系数
退火的材料
翻边系数
K
白铁皮
黄铜H62，t=0.5~6mm
铝，t=0.5~5mm
硬铝
软钢，t=0.25~2mm
0.70
0.68
0.70
0.89
0.72
0.65
0.62
0.64
0.80
0.68
第二次以后圆孔翻边工序的翻边系数
=（1.15~1.2）K（2-1）
式中K为表2-1中查出的翻边系数。
（3）翻边的工艺计算
1）尺寸的计算：
在翻边工序之前，须在毛坯上预加工出工艺底孔，其大小应按翻边直径和翻边高度来计算。
预制孔直径：
d=D-2（h-0.43r-0.72t）（2-2）
翻边高度：
（2-3）
式中各符号见图2-1。
最大翻边高度：
（2-4）
当制件要求高度h>
时，不能一次直接翻边成形，可采用加热翻边，多次翻边，或拉深后冲底孔再翻边的方法，如图2-3所示
图2-3
在拉深件底部冲孔翻边时，应先决定翻边所能达到的最大高度，然后求出拉深高度，翻边高度（图2-2）
（2-5）
或
（2-6）
预制孔直径d为
（2-7）
或
（2-8）
拉深高度
（2-9）
2）孔翻边次数的确定：
如果制件翻边高度很大，计算所得的翻边系数小于表2-1，表2-2中所列数值时，需多次翻边。
计算方法：
（2-10）
式中n--------翻边次数；
K-------翻边系数按表2-1，表2-2选取
-----多次翻边系数，一般取
=1.15~1.2K。
3）翻边力的计算：
翻边力要比拉深力小的多，一般用圆柱形平底凸模进行翻边时，计算翻边力的公式为
（2-11）
式中
-----材料的屈服强度（MPa）
无预制孔的翻边力比有预制孔的大1.33~1.75倍，凸模形状和凸，凹模间隙对翻边力有很大影响，如果用球形凸模或锥形凸模翻边时，所需的力略小于用上式计算的数值，约降低20%~30%。
4）翻边凸凹模形状，尺寸：
由零件图分析可知翻边的内孔为10mm以下，因此对于内孔的翻边应选用带有定位销，竖直直径为10mm以下的翻边凸模。
如图2-4所示
图2-4
5）翻边凸凹模间隙计算：
在平面毛坯上冲孔的翻边和先拉深后冲孔的翻边所用的凸，凹模间隙值可按表2-3选取。
表2-3翻边时凸，凹模间隙值
材料厚度
0.3
0.5
0.7
0.8
1.0
1.2
1.5
2.0
平毛坯翻边
0.25
0.45
0.6
0.7
0.85
1.0
1.3
1.7
拉深后翻边
-----
----
----
0.6
0.75
0.9
1.1
1.5
当翻边时内孔有尺寸精度要求时，尺寸精度由凸模保证。
此时，按下式计算凸，凹模尺寸：
（2-12）
（2-13）
式中
、
--------凸、凹模直径；
、
--------凸、凹模公差；
D--------竖孔最小内径；
-------竖孔内径公差。
如果对翻边竖孔的外径精度要求较高时，凸凹模之间应取最小间隙，以便凹模对直壁外侧产生挤压作用，从而控制其外形尺寸。
（二）外缘翻边
由零件图可以知道该零件需要对外凸外缘和内凹外缘进行翻边。
1．外凸外缘翻边
外凸外缘翻边指沿着具有外凸形状的不封闭外缘翻边，这种翻边的变形情况近似于浅拉深。
外凸外缘翻边的变形程度
用下式表示：
（2-14）
式中b------翻边的宽度；
R----翻边的外凸缘半径。
外凸外缘翻边的极限度变形程度见表2-4
表2-4外缘翻边时材料的允许变形程度
金属和合金的名称
变形程度
/%
变形程度
/%
橡皮成型
模具成型
橡皮成型
模具成型
铝
合
金
L4（M）①
L4硬
LF21（M）
LF21硬
LF2（M）
LF2硬
LY12（M）
LY12硬
LY11（M）
LY11硬
25
5
23
5
20
5
14
6
14
5
30
8
30
8
25
8
20
8
20
6
6
3
6
3
6
3
6
0.5
4
0
40
12
40
12
35
12
30
9
30
0
黄
铜
H62软
H62半硬
H68软
H68半硬
30
10
35
10
40
14
45
14
8
4
8
4
45
16
55
16
钢
10
20
1Cr18Ni9软
1Cr18Ni硬
2Cr18Ni9
——
——
——
——
——
38
22
15
40
40
——
——
——
——
——
10
10
10
10
10
2．内凹外缘翻边
内凹外缘翻边指沿着具有内凹形状的外缘，这种翻边得变化情况近似于圆孔翻边。
内凹外缘翻边的变形程度
用下式表示：
（2-15）
表2-4为内凹外缘翻边的极限变形程度。
由零件图2-1可以知道在零件的外缘需要做内外缘翻边，因此可以确定此零件的大致翻边方法，如图2-5
图2-5
2.2.2翻边工序的计算
1）核算能否采用一次翻边达到零件要求的高度
根据表2-2取极限翻边系数
代入式（2-6）中
平刃口冲裁模的冲裁力F一般按下式计算：
F=KLtτb（2-2）
在这里为计算简便，也可按下式估算冲裁力：
F≈Ltsb（2-3）
影响这些力的因素较多，主要有材料的力学性能、材料的厚度、模具间隙、凹模洞口的结构、搭边大小、润滑情况等，一般常用下列经验公式计算：
卸料力
Fx=KxF（2-4）
推件力
FT=nKTF（2-5）
其中：
查表取
碳素结构钢Q235的抗拉强度：
sb=460/MPa（GB700—1988）
卸料力系数：
Kx=0.05
推件力系数：
KT=0.055
同时梗塞在凹模内的工件数：
n=h/t=3/1=3
冲裁周边长度（圆角按清角计算）：
L=45+（120-6）×2+（45-20）+p6
=316.85/mm
材料厚度：
t=1/mm
所以：
落料力F≈316FT.85×460=146/KN
卸料力Fx=KxF=0.05×146=7.3/KN
推件力FT=nKTF=3×0.055×146=24.09/KN
2.2.3确定压力机公称压力
压力机的公称压力必须大于或等于冲压力。
计算总冲压力FZ，原则上只计算同时发生的力，并应根据不同的模具结构分别对待。
本设计中模具使用弹性卸料装置和下出料方式的结构形式，因此冲压力由冲裁力、卸料力及推件力构成，可由下式计算得出：
FZ=F+Fx+FT（2-6）
所以总冲压力：
FZ=146+7.3+24.09=177.4/KN
则压力机的公称压力应大于或等于177.4/KN，由此查询国家标准（GB/T14347-1993）选择公称压力为250kN的Ⅰ类开式可倾标准工作台。
如图示：
2.2.4计算压力中心
模具的压力中心应该通过压力机滑块的中心线。
对于有模柄冲模来说，须使压力中心通过模柄的中心线。
否则，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨和模具导向部分不正常的磨损，还会使合理间隙得不到保证，从而影响制件质量和降低模具寿命甚至损坏模具。
在实际生产中，可能出现冲模压力中心在冲压过程中发生变化的情况，或者由于冲件的形状特殊，从模具结构考虑，不宜于使压力中心与模柄中心相重合的情况，这时应注意使压力中心的偏离不致超出所选用压力机允许的范围。
（图2-3）
根据工件图分析可知，工件图虽是对称图形，但形状有一定的复杂性，所以，需按冲裁复杂形状零件的压力中心时的公式计算，即先选定坐标轴X和Y，将组成图形的轮廓线划分为若干简单的线段，求出各线段长度和各线段的重心位置，然后按以下公式计算压力中心坐标（X0,Y0）：
（2-7）
（2-8）
冲裁圆弧段时，其压力中心的位置（图2-4）按下式计算：
（图2-4）
（2-9）
式中l---------弧长；
R---------半径；
b---------弦长。
/mm
则压力中心为：
/mm
=0/mm
。
2.3.选定定位元件
为了保证模具正常工作和冲出合格冲裁件，必须保证坯料或工序件对模具的工作刃口处于正确的相对位置，即必须定位。
条料横向定位装置和纵向定位原件均使用固定挡料销：
（其中横向）
固定挡料销：
本设计中，在送料方向的垂直方向上需用上两个初始挡料销对首次冲裁时定位用，其结构与纵向的固定挡料销一样，采用圆柱头式挡料销（GB2688.11-81）。
其结构如下：
.
A型固定挡料销（摘自JB／T7649.10—1994）（图2-8）
直径d（h11）=60-0.075/mm的A型固定挡料销：
固定挡料销A6JB/T7649.10
d1（m6）=3+0.008+0.002/mmh=3/mmL=8/mm
材料：
45，热处理硬度43~48HRC
技术条件：
按JB/T7653-1994的规定
（图2-9）
2.3.1.4固定板、垫板设计与标准
根据模具结构分析，本设计只在凸模采用矩形的固定板固定，其平面轮廓尺寸除应保证凸模安装孔外，应还考虑螺钉和销孔的位置，厚度一般取为凹模的60%~80%。
固定板孔与凸模采用过渡配合（H7/m6），压装后端面磨平，以保证冲模的垂直度。
垫板主要用于直接承受和扩散凸（凹）模传来的压力，防止模座承受过大压力而出现凹坑，影响模具正常工作。
垫板厚度一般取6~12mm，外形尺寸按固定板形状决定。
常用材料为45钢、T7A。
固定板、垫板的基本结构、尺寸可按GB2858.1-81~GB2858.6，GB2859.~GB2859.6选取。
尺寸选择如下：
矩形固定板：
矩形固定板（摘自JB／T7643.2—1994）（图2-10）
长度L=160/mm、宽度B=125/mm、厚度H=20/mm、材料为45钢的矩形固定板：
固定板160×125×20-45钢JB/T7643.2
材料：
45、Q235-AF
技术条件：
按JB/T7653-1994的规定
矩形垫板：
矩形垫板（摘自JB／T7643.3—1994）（图2-11）
长度L=160/mm、宽度B=125/mm、厚度H=6/mm、材料为45钢的矩形垫板：
垫板160×125×6-45钢JB/T7643.3
材料：
45、T8A
技术条件：
按JB/T7653-1994的规定
2.3.1.5导向零件的种类和标准的确定
模具中导向副的作用是保证上模相对于下模有一精确的位置关系。
根据设计要求及成本考虑，本设计采用在中、小型模具中应用最广的滑动导向副结构。
其布置形式采用操作方便的后侧导柱形式。
滑动导向副由导柱、导套组成，如图2-9所示。
导套和上模座采用H7/r6过盈配合，导套孔与导套柱间采用H6/h5、H7/h6的间隙配合。
为使导套内便于贮油并经常保持摩擦副润滑，导套内孔开有油槽。
导套、导柱均有国家标准，国标中对导套、导柱的尺寸、材料、表面质量等都有相应的规定。
具体可查GB2861.1-1990~GB2861.7-1990。
本设计采用B型导柱和型导套。
导柱导套装配图（图2-12）
具体尺寸如下：
B型导柱（摘自GB/T2861.2-1990）（图2-13）
直径d=320-0.016/mm、公差带h6、长度L=190/mm、l=50/mm的B型导柱：
导柱B32h6×190×50GB/T2861.2
d1（r6）=32+0.050-0.034/mm
技术条件：
按JB/T8070-1995的规定
R*由制造厂决定
A型导套（摘自GB/T2861.6-1990）（图2-14）
直径d=32+0.0250/mm、公差带H7、长度L=105/mm、H=43/mm的A型导套：
导套A32H7×105×43GB/T2861.6
D（r6）=45/mmb=3/mma=1/mm
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