铰链侧板冲压工艺和模具设计本科学位论文.doc

济南大学毕业设计1 前言1.1 课题提出的背景模具是用来成型物品的工具，它主要通过所成型材料物理状态的改变来实现物品外形的加工。它集合了机械，电子，化工，计算机等多门学科，是反映一个国家制造技术乃至科学技术的重要方面1。近年来，我国模具行业快速发展，专业模具厂数量增长较快，其能力也显著提高。模具发展的主要方向是大型、精密、复杂、长寿命等中高档模具。虽然如此，我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。这一些主要 表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都有较大差距。轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。虽然在设计制造方法和手段方面基本达到了国际水平，模具结构周期等方面，与国外相比还存在一定的差距。1.2 小型五金件生产现状及发展前景随着工业技术的发展进步，家具五金配件已实现机械化批量生产，五金配件对通用性、互换性、功能性、装饰性有了更高的要求。基材的多样化，结构的改变和使用功能的增加，使家具五金在家具上的作用不再仅仅是装饰和部分活动部件的连接，对其功能性要求越来越高，涉及的领域也越来越广2。但是，设计正日益成为制约中国家具五金配件业发展的瓶颈。我国家具五金配件的设计水平、制造技术和管理水平还比较落后，与工业发达国家相比尚显稚嫩。因此，必须通过高新技术提高家具五金配件产品的设计和生产水平，配合先进的管理来加快发展，使我国的家具五金配件业更上一个新层次。1.3 设计的目的及意义门铰链侧板是门铰链的重要组成部分，用于连接铰链体和门扇。其冲压工艺多样，制件典型。对它的工艺制定及模具设计是对我们的一个很好的锻炼。通过此次设计力求达到以下目的：(1). 掌握冲压工艺的制订过程，全面了解冲压工艺制订时应考虑的因素和应避免的问题；(2). 重点掌握模具设计中工作部分的尺寸计算与强度校核，以及模具结构的合理性分析；(3). 通过对模具零件的设计，了解其加工过程，把握模具零件的制造精度；(4). 学会使用各种工具表达自己的设计的思路和方案，如计算机或手工绘图、以论文的方式表达自己的设计思路和方案等。2 工艺方案的确定冲压工艺方案的确定，是根据一定的生产条件及冲压件的技术要求，对该件所有工序作出合理的安排，找出一种技术上可行、经济上合理的工艺方案3。确定冲压工艺过程需要考虑的问题是多方面的，其主要内容有：(1). 对冲压件进行工艺分析；(2). 通过分析比较，确定最佳工艺方案；(3). 确定模具结构形式；(4). 合理选择冲压设备。此次设计成品的生产模式： 大批量生产，压力设备型号不受限制。首先，对实物进行测绘，再根据测绘数据绘制零件图。a.俯视图b.侧视图c.主视图图2.1 零件照片技术要求：详见零件图纸。图2.2 零件图考虑到与其他零件的配合要求，零件的三个平面有一定的平面度要求，通过弯曲工序即可满足，无需校平。另外，两侧面也有垂直度要求，以利于和铰链座装配。最后，对称的孔之间有同轴度要求。综上所述，零件结构不太复杂，尺寸精度要求一般，材料强度一般，厚度适中，加工工序不多，但可选择顺序组合多样，因此应仔细分析，以获得最佳方案。在进行工艺方案分析之前，首先要考虑解决好工艺与模具设计中的几个重要问题4：(1). 工艺方案和模具结构应保证能达到冲压件要求的高精度；(2). 弯曲模结构应能弯曲出零件所需外形；(3). 冲孔翻孔模应能一次完成成形；(4). 模具主要工作工作部分的强度和耐磨性应适应冲压材料强度的特点；(5). 模具设计的功能性、实用性、经济性、寿命等方面的考虑。2.1 对冲压件工艺的分析该零件是门铰链中的重要组成部分。原材料是常用的冷轧钢板，厚度一般，冲压性能良好。零件主要配合面为三个平面，主要配合部位为5个孔，因此这些部分决定了冲压工艺的选择。首先，为了制出外形，需对毛坯进行弯曲及翻边，大致有两种方案：(1). 先弯曲，再翻边；(2). 一次完成弯曲与翻边。这两种方案，第二种生产效率高，一次成型，定位精度高。但是模具设计比第一种复杂。但考虑到实用性及经济性要求，使用第二套方案较好。其次，在冲5个孔及翻孔工艺的处理上，也有两种方案：(1). 先冲孔，再翻孔；(2). 一次完成冲孔与翻孔。明显地，使用复合模比两套简单模更好，而且相对来说，成本更低。2.2 确定工艺方案2.2.1 冲压工序性质和工序排布(1) 落料(2) 整修 (3) 弯曲 (4) 翻边 (5) 冲孔 (6) 翻孔(7) 压印2.2.2 方案选择根据分析，压印工序应排在最后一步。所以，有如下几种方案可供选择：(1) 落料冲孔整修弯曲翻边翻孔压印(2) 落料整修弯曲翻边冲孔翻孔压印(3) 落料冲孔弯曲翻边翻孔压印对以上方案进行分析：方案(1)，生产效率高，工序很集中，但是主要问题是：由于冲出的孔离弯曲区域较近，且本零件弯曲角度大，所以可能会造成孔的变形，进而影响与铰链座的配合。方案(2)，工序较集中，分配也较均匀，弯曲、冲孔时可用落料时形成的槽进行定位，因此定位精度不比方案(1)差，且弯曲在冲孔前完成，不会影响孔的精度。方案(3)，工序分散，需多出一套模具，定位精度不高。综上，考虑到本零件设计的要求，应选择方案(2),这样，既可以保证零件的加工精度，也可以适当的减少模具套数，而且制件的精度高,生产效率高，经济性好。所以，最终确定的冲压工艺方案如下：a. 落料整修b. U型弯曲并翻边c. 冲孔并翻孔d. 压印其加工工序过程如下图：图2.3 零件工序图确定了工艺方案以后，就可以进行各道工序中模具材料选用，模具结构形式的设计与部件尺寸计算，冲压设备的选用等步骤。3 落料整修复合模设计压力机滑块在一次行程中，模具的同一工序上完成二个或二个以上的冲压工序，称复合冲压，该模具为复合模5。落料整修模一般应用于大规模生产，集落料，整修工序于一体，适合冲裁某些边缘粗糙度要求一般，无需二次精整的工件6。复合冲裁有如下特点：(1). 生产效率极高(2). 零件断面粗糙度可达到0.2-0.8m,其尺寸精度最高可达IT6-IT7。3.1 毛坯尺寸计算在进行模具设计之前，要先对零件进行选材尺寸估算，以便往后的模具设计与零件的加工。3.1.1 选材本零件属于日用五金件，对材料的要求主要有强度，硬度，表面光洁度等，综合考虑生产成本及实际情况，冷轧钢是较好的选择。冷轧是在室温条件下将钢板进一步轧薄至为目标厚度的钢板。和热轧钢比较，冷轧钢厚度更加精确，而且表面光滑、漂亮，同时还具有各种优越的机械性能，可以直接用于加工成品7。另外考虑到生产自动化等因素，选用冷轧钢带较好。牌号为Q235的冷轧钢屈服强度235MPa，其含碳锰量适中，冲压性能良好。表面镀锌后光洁度好，外观美观8。3.1.2 毛坯展开计算根据零件图1 给定的尺寸，下面对零件的展开毛坯进行尺寸计算。造成本零件外形尺寸变化的主要工序是弯曲和翻边，故此可根据弯曲和翻边中计算毛坯尺寸的方法得到落料件的尺寸。图3.1 弯曲后零件图根据冲压手册，当90°角的弯曲件尺寸标注在内侧时，毛坯尺寸可按下式近似计算：(3.1) =7+7.7-0.08=14.6mm另外，根据文献3，在制件边缘翻边处时采用外缘翻边工序，其应力应变情况类似于浅拉伸，尺寸计算也参照浅拉伸：首先，确定毛坯形状种类，该制件A=18.5，B=32.5，r=2mm，则=0.06，=1.65，则为A1类毛坯。直边部分按弯曲变形计算，其展开长度：(3.2) =3.3+3-0.43(1+1)=5.44mm圆角部分按四分之一圆筒件拉伸计算，展开的角部毛坯半径R用下式计算：(3.3) =4.6mm所以，毛坯在长度方向上全长为L=2×(14.6+2.8+5.4+12.7)=71mm，在宽度方向上全长为H=41+5.4=46.4mm。3.1.3 排样落料件外形为T型，排样方式主要有两种。一种为直排排样，另一种为直对排排样。下面给出这两种方法的排样示意图与材料利用率：直排：排样示意图如下：图3.2 直排材料利用率：(3.4) =71.2%直对排：排样示意图如下：图3.3 直对排材料利用率： =74.9%从排样图和材料利用率可以看出，方案材料利用率较高，但是考虑到使用的是条料，运用自动开卷送料机构，若直对排，则需使冲头在水平面有位置移动，这对压力机模具均提出了较高要求，且成本会提高。故此，综合考虑，决定使用方案，这样模具结构简单，方便生产。3.2 模具结构形式的确定在工艺方案分析和比较中已选用了模具种类，选用模具时一般有落料整修模，弯曲翻边模，冲孔翻孔模，压印模。在选择合理的模具结构形式,使它尽可能满足以下要求：(1). 能冲出符合要求的模具；(2). 能提高生产率；(3). 模具制造和修磨方便；(4). 模具有足够的寿命；(5). 模具易于安装调整，且操作方便、安全。针对第一套落料整修模，下置的整修凹模有两种形式，刮边整修式和挤光整修式。刮边整修是沿着工件的外形轮廓刮去一层金属，其机理类似于车削或拉削的精加工。挤光整修是对冲裁件的断面采用塑性变形的方法来实现零件精度的提高和断面光洁度的提高9。这两种整修方式不仅会对整修凹模的尺寸产生影响，整修出的制件断面质量也有一定区别。挤光整修件的断面质量低于刮边整修件，但其对塑性较好的材料较为适用，对材料较硬，形状较复杂的工件则加工效果不好。但挤光整修会对零件产生冷作硬化作用，使得制件断面处得表面硬度高于刮边整修的。而刮边整修件尺寸稳定，工件回弹小。结合本制件考虑，应选择刮边整修。3.2.1 凸凹模配置位置复合模根据凸凹模配置位置的不同，分倒装式和顺装式两种，落料凹模及整修凹模在下模的为倒装式，反之为顺装式。大多数情况应优先考虑倒装式复合模，这是因为倒装式复合模的落料制件可以通过凹模，从压力机工作台中漏出。条料废料卡在上模的落料凹模和冲孔凸模之间，通过卸料板即可卸下，条料得以继续向前输送。若采用顺装式，则冲下的落料件不能及时取出，若冲压时间安排不合理，则会造成误冲。所以，采用倒装式复合模生产效率高，可操作性好。3.3 冲裁模具的具体设计3.3.1 冲模的压力中心为了保证压力机和模具正常的工作，必须使冲模的压力中心于压力机滑块中心线相重合。否则，在冲压时会使冲模与压力机滑块歪斜，引起凸、凹模间不均和导向零件加速磨损，造成刃口和其它零件的损坏，甚至还会引起压力机导轨磨损，影响压力机精度。由于本落料件是均质件，则几何中心则是压力中心。3.3.2 凸凹模间隙凸、凹模间隙对冲裁剪质量、冲裁力、模具寿命都有很大影响。因此，合理的模具间隙会使落料件的断面质量较好、所需冲裁力较小、模具寿命较高。因此，根据材料厚度和性质，在文献2中选得落料模的初始双面间隙：Zmin=0.050mm,Zmax=0.070mm3.3.3 凸、凹模工作部分尺寸和公差对于该复合模，首先确定落料凹凸模的尺寸。在决定模具刃口尺寸及其制造公差时，需考虑如下原则10：(1). 落料制件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时孔的尺寸由凹模尺寸决定。故设计落料模是，以凹模为基准，间隙区在凸模上；设计冲孔模式，以凸模为基准，间隙取在凹模上；(2). 考虑到冲裁中凹，凸模的磨损，设计落料模时，凹模基本尺寸应去工件尺寸公差范围内的较小尺寸，；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则应取工件孔的尺寸公差范围内的较大尺寸。这样，在凸、凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格零件。凸、凹模间隙则取最小合理间隙值。(3).考虑工件精度与模具精度间的关系，在选择模具刃口的制造公差时，既要保证刃口制造公差要求，有要保证合理的间隙数值，一般冲模精度较工件精度高2-3级。a.尺寸计算：1).落料：按工件成形后精度为IT10 级来计算尺寸，查文献4标准偏差公差数值表得到各尺寸的极限偏差，则工件尺寸如图所示：图3.4 落料件采用凸凹模分开加工方式，可用下式计算：(3.6)(3.7)其中，根据文献2中表2-6中选择=0.02mm，=0.03mm，=0.2, Zmax=0.14mm，Zmin=0.1mm。则 凹模各边尺寸：(40+0.2+0.12)=40.32mm，(38+0.2+0.12)=38.32mm，(25.5+0.2+0.12)=25.82mm，=(70+0.2+0.12) =70.32mm凸模各边尺寸：(40+0.2)=40.2mm，(38+0.2)=38.2mm,(25.5+0.2)=25.7mm，(70+0.2)=70.2mm2)刮边整修：a. 确定整修余量查文献4得，该材料整修的双边余量为最小0.10mm，最大0.15mm。b. 精整修刃口尺寸的确定当工件公差为负偏差是，整修的凸、凹模尺寸如下：(3.8)(3.9)则 凹模各边尺寸：(40-0.75×0.062)=39.95，(38-0.75×0.062)=37.95(25.5-0.75×0.062)=25.45(70-0.75×0.062)=69.95凸模各边尺寸：(40-0.75×0.062-0.15)=39.80， (38-0.75×0.062-0.15)=37.80，(25.5-0.75×0.062-0.15)=25.3，(70-0.75×0.062-0.15)=69.803.3.4 冲裁力的计算冲裁时，工件或废料从凸模上取出的力叫卸料力。根据冲裁力的计算公式：(1).平刃口模具冲裁时的实际冲裁力：(3.10) =1.3×244×1×350=111.02(KN)(2).卸料力：=0.05×111.02=5.55(KN)(3.11)(3).推件力：=8×0.055×111.02=48.84(KN)(3.12)(4).采用弹性卸料装置和下出料方式的总冲裁力为： (3.13)=111.02+5.55+48.84 =165.41(KN)3.3.5 压力机的选用及模具的闭合高度在小型或中小型工件生产中，常选用开式机械压力机。这种压力机有一定的精度和刚度，操作方便，价格低廉11。适用于分离及深度浅的成形。在选定了压力机类型后，再根据冲裁力的大小，冲压件尺寸和模具尺寸来确定设备的规格。(1). 各种工序所需压力F总由上3.3.4 的计算可知：F =154.41(kN)；所选压力机的工称压力应是所需压力的1.3 倍以上。1.3×165.41=215.03(KN)故此，选用上海二锻生产的JH21-25型压力机，其滑块行程长度80mm。(2). 闭合高度h模冲模的闭合高度h模是指模具在最低的工作位置时，下模座的底面至上模座的顶面的距离。在设计模具时，它应与压力机的闭合高度相协调。由上述所选压力机可知，装模高度最大值250mm，则设计的冲模的闭合高度应小于压力机的最大装模高度:hmin+10mm<h模<hmax-5mm，即210mmh模245mm。由于考虑到希望以缩短的连杆工作,和以后因模具的修磨而使模具闭合高度减小,一般模具设计都近于机床的最大装模高度。h 模应取上限值，最好取在：h模=200+16.7=217mm(3.14)故拟定模具的闭合高度为220mm。3.3.6 凹模设计(1). 凹模的孔口形式的确定根据文献4，下图中所示的凹模孔口形式较为合适，图3.5 凹模孔口形式(2).凹模外形尺寸查文献4表2-39得出，凹模高度h=22mm，壁厚c=30mm。=15，=2°。(3). 凹模强度校核凹模强度校和主要是检查其高度h。因为凹模下面的下模座或垫板上的洞口较凹模洞口大，使凹模工作时受弯曲，若凹模高度不够，则易损坏。以下按近似公式进行强度校核：= 344.07=294490MPa(3.15)故此，凹模强度符合要求。3.3.7 凸模设计(1). 凸模形式本套模具凸模是轴对称件，不是简单回转体。其固定部分设计成圆柱状方便安装。(2). 凸模长度凸模长度一般是根据结构上的要求确定的，初步确定凸模长度为90mm。(3). 凸模强度校核对于非圆形的凸模，=111.02(3.16)本制件面积为3253.5mm，故符合要求。3.3.8 推件装置设计在倒装式复合模中，冲裁后工件嵌在上模部分的落料凹模内，需有钢性或弹性的推件装置推出。刚性推件装置可靠，但不能起到压件作用，故在冲载时，采用弹性推件装置对工件起压平作用。(1). 压料装置，顶料装置由于本模具的设计的特点，在设计上推件板时，也起到压料和顶料、卸料作用。(2). 弹性推件装置的尺寸计算弹性推件装置中的弹性元件常用的有两种：一种是弹簧；另一种是聚氨酯橡胶。后者允许承受的负载较大，占据的空间较小，安装调整比较方便灵活，而且成本低，压力均匀，是中小型冷冲模弹性卸料，顶件及压边的常用弹性元件。它与推件板的接触面积大，而受力平稳、均匀。所以此套模具选后者进行设计。橡胶的高度按下式计算:=47.1mm(3.17)式中：H 橡胶高度，单位为；L 工作行程，或橡胶在工作时的压缩量，单位为； 橡胶预压缩量； 工作行程末的橡胶压缩量。对于普通橡胶，可取 =10%15%,45%。对于聚氨酯橡胶, =5%10%， =10%35%。硬度越高，和都应减小。则橡胶的原长为：47.1÷(1-25%)=62.7。由下式复核：H=(0.51.5)D=(0.51.5)×340=170510如H过小，可适当放大。H 过大，可将橡胶分成数块，以免失稳弯曲。3.3.9 卸料装置设计在凸模完成冲裁后，条料废料会卡在凸模上随之上行。为使条料可以继续输送，则需有卸料装置将废料从凸模上卸下。根据条料厚度和制件形状，选择固定卸料板作为卸料装置。查文献4，卸料板与落料凹模的距离为6mm，挡料销高度为3mm，凸模与挡料板的单面间隙为0.3mm。3.3.10 导向装置设计由于工件精度要求较高，材料厚度较薄，模具间隙较小，故采用中间导柱模架。有关尺寸在查阅文献4后确定。3.3.11 定位装置设计定位装置的作用是限定送进冲模的毛坯有正确的位置，以保证制出正确的工件。(1). 挡料销由于前面选择了固定卸料板，在此选择圆柱头式挡料销。此种挡料销工作部分和固定部分直径相差很大，不至于削弱模具强度，并且制造简单，使用方便。(2).定位销a. 定位形式定位销一般用于单个毛坯的定位，这种定位可以采用轮廓定位，也可以采用内孔定位，本次冲压件属于小型冲压件,以外轮廓定位，故采用定位销。b. 定位装置设计根据“六点定位原理”，为减少“过定位”现象的发生，定位装置在制造时可以和模具零件配作。3.4 落料整修模示意图最终设计完成的落料整修复合模示意图如下，详细尺寸及公差请参看图纸：1-下模座 2-小导柱 3-定位螺钉 4-定位销 5-落料凹模 6-凸模 7-小导套 8-上模板9-防松螺钉 10-聚酯橡胶 11-凸模固定板 12-模柄 13-垫板 14-挤光凹模 15-卸料板 16-大导柱 17-下模板图3.6 落料整修模4 弯曲翻边模设计弯曲是将板料棒料管料或型材等弯成一定形状和角度零件的成形方法。在此套模具中，主要对弯曲翻边凸凹模进行设计。对于一些模具标准件，继续使用上套模具中的型号，这样，既节省时间，也可以减小工作量。4.1 弯曲件的工艺性为了提高生产率，希望本零件可以一次完成两个角90°弯曲。故此，要对一些重要参数进行计算及校核，以确保一次弯曲可以完成。4.1.1 最小弯曲半径由于弯曲线与轧制方向垂直，查阅文献3得，Q235的最小弯曲半径为0.8t，而本零件的厚度为1mm，弯曲半径为1.5mm，故此符合要求。4.1.2 弯曲件直边高度当弯曲90°角时，为保证工件的弯曲质量，必须满足弯曲件的直边高度为：本制件直边高度为h1=14mm，h2=6.9mm，所以符合要求。4.2 弯曲力的计算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，凹模支点之间的距离，弯曲半径以及模具间隙有关，也与弯曲方式有很大关系12。本制件属于U型弯曲件，所以：4.2.1 自由弯曲力(4.1) =3130.4(N)4.2.2 校正弯曲力由于本制件对弯曲件有一定的形位公差要求，所以采用凹模对制件进行校正，校正弯曲力为：(4.2) =88350(N)4.2.3 弯曲时压力机压力的确定对于校正弯曲，由于校正力是发生在下死点位置，校正力与自由弯曲力并非重叠关系，而且校正力比自由弯曲力大很多，F自值可以忽略不计，因此只按校正力选择设备即可。13=88.35(KN)所以，选用JH21-10型压力机。4.3 弯曲凸凹模的间隙弯曲U型件时，其凸凹模间隙c的大小，对弯曲件质量有直接影响，过大的间隙会引起弹复角的增加，过小时，会引起工件材料厚度的变薄，降低了模具的使用寿命。因此必须确定合理的凸凹模间隙值，一般可按下式计算：(4.3)=1+0.05+0.1=1.15mm式中 c-弯曲凸凹模单边间隙 t-材料厚度 -材料厚度正偏差 K-根据弯曲件高度h和弯曲线长度b而决定的系数4.4 弯曲模工作部分尺寸的计算4.4.1 凸凹模宽度的计算根据零件图的尺寸标注，凸、凹模宽度可按下式计算：(4.4)=13.93按凹模尺寸配做，保证双面间隙为2c。4.4.2 凸凹模的圆角半径和弯曲凹模深度的确定(1) 凸模圆角半径弯曲件内侧弯曲半径为r，则应取r凹=r=1.5mm(2) 凹模圆角半径与凹模深度凹模圆角半径一般不少于3mm，以免弯曲材料表面出现划痕。凹模深度要适当，若过小，毛坯两边自由部分太多，弯曲件弹复大，不平直，若过大，凹模增大，消耗模具钢材多，且需压力机有较大的工作行程。查文献4表3-20，得凹模圆角半径r凹和凹模深度l为：l=7mm，r凹=3mm4.5 弯曲模的结构设计在已拟定弯曲件的工艺方案的基础上设计弯曲模的结构，为保证达到工件要求，在进行弯曲模结构设计时，必须遵循以下原则13：a. 坯料放置在模具上应保证可靠定位；b. 在压弯过程中，应防止毛坯滑动；c. 为了减小弹复，在冲程结束时应使工件得到校正；d. 弯曲模的结构应考虑到制造与维修中减小弹复的可能；e. 毛坯放入到模具上和压弯后从模具中取出要方便。考虑到此模具中还要复合翻边工序，因此压弯时压料板将毛坯压住，弯曲后将工件顶起。4.6 翻边模具的设计外缘翻边时的应力应变情况均浅拉深，故根据浅拉深来进行模具设计。4.6.1 翻边模的凸凹模间隙确定因为此翻边工序与弯曲工序复合，所以不使用压边圈，=1.05mm式中 c-翻边模的单边间隙 tmax-材料厚度的最大极限尺寸4.6.2 翻边模工作部分尺寸的确定根据冲压手册，翻边模工作部分尺寸可由下式算出：(4.5)(4.6)则 凹模各边尺寸：(60-0.0465)=59.95mm， (40-0.0465)=39.95mm，(5-0.027)=4.97mm， (25.5-0.0465)=25.45，(14.5-0.0465)=14.45mm凸模各边尺寸：(60-0.0465-2.1)=57.85，(40-0.0465-2.1)=37.85，(5-0.027-2.1)=2.87，(25.5-0.0465-2.1)=23.35，(14.5-0.0465-2.1)=12.05。.4.6.3 翻边凹模和凸模的圆角半径查文献4表4-78，翻边凹模的圆角半径r凹为2mm，凸模圆角半径应与工件标注圆角半径一致。4.7 定位，导向和橡皮零件(1)定位钉由于在此模具上加工的是单件毛坯，因此选用固定式定位钉。其优点已在上章中阐述。(2)导柱和导套根据本工序性质，制件精度以及模具寿命的要求，选用导柱导套的配合精度为H7/h6，此为间隙配合，要求配合表面坚硬和耐磨，且有一定的强韧性，表面要经过渗碳淬火处理。(3)聚酯橡胶橡胶的选择同上套弯曲整修模。4.8 弯曲翻边模示意图最终设计完成的落料整修复合模示意图如下，详细尺寸及公差请参看图纸：1-下模座2-小导柱3-凹模4-卸料板5-聚氨酯弹性体6-凸模固定板7-垫板8-小导套9-上模座10-卸料螺钉11-模柄12-防转销13-紧定螺钉14-圆柱销15-大导柱16-大导套17-凸模18-顶件块19-顶杆图4.1 弯曲翻边模5 冲孔翻孔模设计翻孔，也被称作圆孔翻边，操作时，把板材内孔边缘向凹模弯曲的同时，通过将内孔沿圆周方向扩大而形成侧壁。在一般情况下，翻孔前都需要在毛坯上预冲定位孔，再进行翻孔。这样，就会使工序增多，生产效率降低。考虑到本制件材料厚度适中，需冲的孔尺寸和翻孔尺寸相差不大，工件形状较为简单且对翻孔后孔边缘的粗糙度要求不高，因此考虑将冲孔和翻孔两工序合二为一。5.1 冲孔翻孔模的总设计观察零件图，此工步需冲制5个孔，包括3个圆孔和2个腰孔。除在制件轴对称线上的孔外，其余2个圆孔和2个腰孔两两对称。因此，冲裁时只要布置冲头位置适当，不会发生偏斜的情况。需要同时完成冲孔和翻孔的冲头与只用来冲孔的冲头在结构上需要有些区别。初步设计该种冲头分为两段，第一段用来冲预制孔，第二段用来翻孔。考虑到凹模结构，第一段冲头不再采用传统的平头冲，改为使用斜面的冲头。一般使用多面体，夹角一般为60°，这种冲头可以一次冲孔翻孔并且没有废料粘模14。5.2 翻孔的工艺计算5.2.1 毛坯尺寸计算因为已知翻孔高度和最终孔径，所以可用以下式子计算预制孔直径：(1) 圆孔(5.1) =3.94mm另外一预制孔直径为1.88mm。(2) 腰孔由于该孔由两段弧线和两段直线构成，两弧线段属伸长类翻边，两直线段属弯曲，因此需分别计算预制孔每段的长度：单个弧线段：(5.2) =1.88mm单个直线段：由于被视为简单弯曲，则预制孔此部分长度即为4mm5.2.2 翻边力计算当采用圆柱形平底凸模时，翻边力可由下式计算：(5.3)=3701.3(N)另一孔翻边力为2532.47N，单个腰孔翻边力为2531.5N所以，同时翻5个孔的翻孔力为：=14998.07(N)5.2.3 翻边凸模凹模之间间隙为避免翻孔件侧壁成为曲面，翻孔凸模和凹模之间的单边间隙要控制在(0.750.85)t，使直壁稍微变薄，以保证加工质量。故此，在此取c1=0.8mm。5.2.4 翻边凸模形式由于最终翻孔后侧壁为斜坡状，故此不能使用直壁翻孔凸模。根据零件图，将凸模第二段设计成倾斜角为60°的圆台体，这样可有效减小翻边力，也更容易加工。5.3 冲孔的工艺计算5.3.1 凸模凹模工作尺寸的计算(1) 冲裁初始双面间隙查表2-24可得，Zmin=0.050mm，Zmax=0.070mm。(2) 凸模凹模刃口尺寸计算以预制孔径为3.94mm的孔为例，计算凸模凹模尺寸：(5.4)(5.5) 则 凸模刃口尺寸: (3.94+0.12)=4.06mm 凹模刃口尺寸：(3.94+0.12+0.05)=4.11mm另外一种冲圆孔凸模凹模尺寸：2.00mm 2.05mm冲腰孔凸模凹模尺寸：2.00mm 4.12mm 2.05mm 4.17mm5.3.2 冲裁力的计算由于此处不采用平刃冲头而选用四面体冲头，故此冲裁力按平刃冲头计算后应按比例缩小：=29778(N)5.4 压力机选择比较翻孔力和冲孔力，需根据冲孔力选择压力机，最终选定JH21-10型压力机。5.5 定位，导向和橡皮零件(1)定位块由于此毛坯在第一步落料是已冲出一矩形缺口，故此工步中使用它作为工件的定位部分。所以需在凹模上加工出与其配合的定位块。(2)导柱和导套选择对角式模架，通过查表得出导柱导套的尺寸数据。5.6 冲孔翻孔模具示意图最终设计成形的冲孔翻孔模示意图如下：1-下模座 2-小导柱 3-凹模 4-卸料板 5-长凸模 6-聚酯弹性体 7-小导套 8-上模座 9-排气槽10-卸料螺钉 11-模柄 12-防转销 13-紧定螺钉 14-圆柱销 15-大导套 16-大导柱 17-短凸模18-定位销钉 19-材料图5.1 冲孔翻孔模6 压印模设计压印是使材料厚度发生变化，并使材料充满模腔，在零件表面形成起伏花纹或字样的工序，属体积变形。对于本制件，压印的目的是制成起伏花纹，以增加部分区域的表面粗糙度，已使其与其他零件配合时摩擦力增大。6.1 压印力计算在压印过程中金属位移虽然不大，但为了得到清晰的花纹则需要相当大的单位压力。压印力据以下经验公式计算：(6.1) =800×72.5=58000(N)6.2 压印模具设计6.2.1 压印凸模凹模设计(1). 凸模 由于压印形状为中间有一孔的正方形，故此凸模工作部分也为此形状。(2). 凹模 凹模作用主要是支承、定位工件以及形成花纹，所以凹模上要加工定位块，并且要制出花纹。6.2.2 压印模其他部分的设计(1). 导向零件在此选用后侧导柱模架，导柱导套可按其尺寸选择。(2). 聚酯橡胶橡胶零件选择同上套模具。6.3 压印模示意图最终设计出的压印模如图所示：1-下模座 2-小导柱 3-凹模 4-卸料板 5-聚酯橡胶 6-导套 7-上模座 8-排气槽 9-卸料螺钉 10-模柄 11-防转销 12-紧定螺钉 13-圆柱销 14-大导套 15-大导柱 16-凸模 17-定位螺钉 18-工件图6.1 压印模7 自动送料设备在通用压力机上采用自动送料装置进行自动或半自动生产，一般可是生产效率提高2 3倍。所以，冲压加工过程实行自动化是提高生产效率和保证安全生产的根本途径。冲压机械自动化的内容包括贮（供）料、送料取料（件）制件的传输和废料的处理等环节15。7.1 贮料装置贮料装置的作用主要是为送料装置做准备工作。根据此次生产所用的原材料类型，应该选用卷料的贮料装置。卷料架是一种既能支承卷料，又能折卷的结构，是最简单的贮料装置。卷料架的结构主要有一垂直竖直的十子柄，其中伸出一根水平支承干，卷料被支承在水平支承杆上并可随十子柄一起转动。十子柄和卷料由支架支撑。7.2 送料装置送料装置是冲压自动化的主要组成部分。在此次生产中，选用辊式送料装置，其应用非常广泛，特点是结构钢简单，通用性好，偏于调整，容易制造。该装置通过周期转动的一对或两对辊子与坯料产生魔草里，用以克服送料阻力，实现坯料的周期性自动送进。7.3 取料装置取料装置亦称取件装置、初见装置、出料装置等，其作用是把冲压下的制件或废料及时送出。送料装潢ihe取料装置配套使用，可大大减轻操作者劳动强度，防止工伤事故。本次生产中选用气动取料装置，其利用压缩空气将已从模具中顶出的制件吹离模具。该装置结构简单，适用于小型冲压件，但制件被吹出的方位不能控制。8 结 论门铰链是常用的五金件，属于小型冲压件。其生产过程运用了冲孔、落料、弯曲、翻边等多种冲压工艺。产品较为典型，是学习研究冲压工艺的典型件。在此次设计中，通过认真研究与实践，我掌握了以下知识：(1) 冲压工艺是冲压件制造的核心部分。通过仔细观察，测绘零件，制定合理的冲压工艺对于生产合格的冲压件非常重要。而且，在实际生产中，不仅要合理安排工艺，更要考虑生产的经济性和实用性。这样才能生产出有竞争力的产品。(2) 模具设计是一种精密设计，模具的精度直接放映在产品上，而且它的寿命影响着产品的价格。因此，对于模具设计要综合考虑。(3) 经过对落料、冲孔、弯曲、翻边等模具的设计，我认为在选用和设计模具结构时，应根据各种模具的结构形式，权衡利弊，综合加以考虑。绝不能生搬硬套。应充分根据每个生产企业的实际生产规模、冲压设备状况和模具加工能力的情况，灵活处理。另外，对于应用已成熟的模具设计和创新的关系也要在综合评估后再做决定。(4) 在整个设计中，除冲压工艺方案的制定以外，我认为比较难和重要的是装配图中设计原则问题和零件图中的加工问题。前者直接关系到所设计的模具是否能正常工作，完成指定的动作；后者主要体现在零件图的标注上，零件图上的每一个标注都有它自己的含义，而且作为一个装配图中的一部分，它还应于其它零件配合加工。参 考 文 献1 薛启翔. 冲压模具设计制造难点与窍门M. 北京: 机械工业出版社, 2004.3:20-252 肖景荣, 姜奎华. 冲压工艺学M. 北京: 机械工业出版社, 2010.1:35-363 夏巨谌, 李志刚. 中国模具设计大典：第3卷 冲压模具设计M, 第2版. 南昌: 江西科学技术出版社, 2003.4:212-2134 冲模设计手册编写组. 冲模设计手册M, 第2版. 北京: 机械工业出版社, 1999.6:140-1455 韩进宏. 互换性与技术测量M. 北京: 机械工业出版社, 2009.6:23-256 H.瑞斯, 朱元吉. 模具工程M. 北京: 化学工业出版社, 2009.1:1987 王鹏驹, 成虹. 冲压模具设计师手册M. 北京: 机械工业出版社, 2001.9:2168 李奇, 朱江峰. 模具设计与制造M. 北京: 人民邮电出版社, 2008.11:2989 吴宗泽, 罗圣国. 机械设计课程设计手册M, 第3版. 北京: 高等教育出版社, 2006.5:10910 于爱兵. 材料成型技术基础M. 北京: 清华大学出版社, 2010.4:20511 吕琳, 邓明, 李梁. 冲裁和整修复合的精密轮廓件的加工J. 机械设计与制造, 1991,01:121-12312 李学勤，吴忠清冷冲压模具的失