汽车覆盖件模具设计

第六章汽车覆盖件模具设计

1. 汽车覆盖件模具结构基本组成 (4)

2. 通用部分结构设计 (5)

2．1 导向部分 (5)

2．1．1导向结构的种类及导向特点 (5)

2．1．2导向结构的设计规范 (9)

2．2 限位部分 (16)

2．2．1上下模之间的限位结构设计 (16)

2．2．2活动部件的限位结构设计 (21)

2．3 安全部分 (24)

2．3．1模具安全设计的三大原则 (24)

2．3．2安全结构种类及其用途 (25)

2．4 安装部分 (29)

2．4．1模具的安装 (29)

2．4．2模具零件的安装 (32)

2．5 起重部分 (35)

2．5．1模具的起重 (35)

2．5．2模具中超重零件的起重 (38)

2．6 进出料部分 (38)

2．7 顶件装置 (39)

2．7．1弹性顶件装置 (40)

2．7．2气动顶件装置 (41)

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2．8 弹性元件 (41)

2．8．1 扁钢丝弹簧 (41)

2．8．2橡胶弹簧 (41)

2．8．3 氮气缸 (42)

2．9 定位部分 (45)

2．9．1 利用压床托杆定位的快速定位结构 (46)

2．9．2 利用压床键槽定位的快速定位结构 (46)

2．10 铸件结构设计 (47)

2．10．1铸件结构设计的重要性 (47)

2．10．2铸件结构设计的基本原则 (47)

3. 典型模具结构设计 (65)

3．1开卷落料模 (65)

3.1.1开卷落料模的作用和类型 (65)

3.1.2开卷落料模中力的计算及冲裁间隙的选取 (66)

3.1.3开卷落料模排样参考图例 (68)

3.1.4开卷落料模废料的处理 (70)

3.1.5开卷落料模送料机构的设计 (74)

3.1.6开卷落料模卷料导向机构的设计 (75)

3.1.7开卷落料模中板料防擦伤措施 (80)

3.1.8典型开卷落料模结构参考图例 (81)

3．2拉延模 (82)

3．2．1拉延模的种类，特点及标准断面结构 (82)

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3．2．2拉延模的工作部分结构设计 (85)

3．3修边冲孔模 (90)

3．3．1修边冲孔模工作部分结构设计 (90)

3．3．2修边冲孔模废料处理结构的设计 (99)

3．3．3修边冲孔模压料板结构设计 (107)

3．3．4修边冲孔模制件定位结构设计 (109)

3．3．5典型修边冲孔模结构图例 (112)

3．4翻边整形模 (113)

3．4．1翻边整形模的种类及结构图例 (113)

3．4．2翻边整形模工作部分结构设计 (115)

3．4．3翻边整形模制件定位结构设计 (125)

3．4．4翻边整形模压料板结构设计 (125)

3．4．5翻边整形模退料板结构设计 (129)

3．5斜楔模 (132)

3．5．1常见斜楔模的种类及结构图例 (132)

3．5．2斜楔模工作部分结构设计 (135)

3．5．3斜楔模压料板结构设计 (145)

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1. 汽车覆盖件模具结构基本组成

汽车覆盖件模具有很多种，但就其所实现的功能而言一般可分为成形模、刀口模和成形刀口复合模。而现生产中为了能让制造者对模具的功能能一目了然，对模具的命名也采用了功能说明法。如：拉延模、修边冲孔模、翻边整形模、斜楔翻边冲孔整形模等。

然而，对于如果按模具实现的功能来对覆盖件模具结构进行划分，既不利于设计者对各结构建立清晰的概念，也不利于覆盖件模具的模块化设计。

因此我们将覆盖件模具的结构分为两大部分：工作部分和非工作部分（通用部分）。工作部分是指按照覆盖件冲压工艺要求，在模具上直接用于实现的产品冲压的部分。工作部分与产品和冲压工艺息息相关，对模具设计师来讲很多地方是不能更改的，对这部分结构的设计要求在满足产品和冲压工艺的前提下尽可能的提高模具的强度、寿命、设计合理性和良好的操作性。非工作部分虽然不直接参与冲压产品，但往往是起到保证冲压精度、冲压连续性、冲压安全性及可操作性的重要作用。覆盖件模具虽然只是一种工具，但它自身的特点决定了覆盖件模具结构设计是一种产品性很强的设计，它要求设计者除了保证其应有功能的实现外，还要充分考虑人机工程学，设计出操作舒适、安全的覆盖件模具。因此，抛开冲压工艺设计水平，覆盖件模具非工作部分结构的设计是衡量一副模具设计好坏的标准。

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2. 通用部分结构设计

2．1 导向部分

导向结构在汽车覆盖件模具中主要用于三个地方：上下模之间、位于上模或下模的活动部件与底板或固定部件之间（如修边或翻边模的压料板）、斜楔的滑块和底板或固定部件之间。由于斜楔的设计已经模块化，所以本节导向结构的设计主要针对上下模之间和活动部件的导向，斜楔模中滑块的导向请见3.5节斜楔模。

2．1．1导向结构的种类及导向特点

模具上的导向通常有两大类导向结构：导柱导向和导板导向。

1．导柱导向

导柱导向顾名思义是采用圆柱体导向，它的特点是加工容易，导向精度高，一般在0.02-0.04mm，用于刀口模的导

向。按导套润滑方式可分为普通钢导套和自润滑导套（基体

一般为铜），出于制造成本考虑一般采用普通钢导套，而按

导柱导套的固定方式一般可将其分为以下三种类型：

①配入式

如图20.6-1所示，导柱、导套与上下底板导柱、导套孔之间为过盈配合（H7/p6），以便克服导向零件之间的摩

擦力，防止导柱导套在导向过程中被拔出，由于其装配及

拆卸不便，一般用于中小模具。

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图20.6-1

②装配式

如图20.6-2所示，导柱、导套与上下底板导柱、导套孔之间为H7/m6配合，导向零件依靠压板固定，其拆卸方便，但钳工装配麻烦，且浪费材料，常用于大中型模具。

图20.6-2

③侧面固定式

如图20.6-3所示，导柱、导套与上下底板导柱、导套

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孔之间为H7/n6配合，导柱依靠侧面紧钉螺丝，导套通过正

面紧钉螺丝固定，其装配拆卸均很方便，精度由机加工保证，

且节省材料，常用于大中型模具。

图20.6-3

2．导板导向

导板导向顾名思义是采用长方体三面导向，它的特点是装配简单，磨损后易于修补，且能承受侧向力但导向精度低，

一般在0.06-0.08mm，用于成形模的导向。按导板的不同类

型一般可将其分为以下两种类型：

①整体配入式

如图20.6-4所示，导板为一块整体，与底板安装槽之间为H7/h7配合，其拆卸方便，但钳工装配麻烦，精度不

易保证，且导向距离小，强度刚性都不好，承受侧向力的

能力差，一般用于中型模具。

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图 20.6-4

② 镶块靠背式

如图20.6-5所示，导板为镶拼式，用螺钉紧固在底板

铸出的安装台上（俗称导向腿），其装配拆卸方便，精度依 靠机加工保证，导向距离可以很大，自身强度刚性好，承 受侧向力的能力强，一般用于大中型模具。

图 20.6-5 采用镶块式导板时按照使用的个数可分为单面导板导

向（见图 20.6-5 a ）），双面导板导向（见图 20.6-5 b ）），

按照镶块式导板的润滑型式还分为普通钢导板（如图

20.6-6 a）所示导向面开有油槽，靠加外来润滑剂润滑）

和自润滑导板（如图 20.6-6 b）所示导向面上装有石墨，

可以自动润滑），而自润滑导板按基体材料的不同又分为铜

基自润导板，铸铁基自润导板两种。

图20.6-6

现生产证明，当两个导向滑动面，一面材质硬一面材质软时，导向零件的磨损最小。所以出于磨损和成本考虑

设计汽车覆盖件模具时，一般采用单面导向，导板采用铸

铁基自润导板。如用户要求也可采用双面导向，一面用普

通钢导板，另一面用铜基自润导板。

2．1．2导向结构的设计规范

导向零件的尺寸已经标准化，因此对于模具设计人员来说，不需要设计导向零件的尺寸，只需要掌握对不同的模具，应该如何选取其导向型式，如何在导向零件标准的不同系列尺寸中进行选择，以

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10 及相关的导向原则即可。对不同的标准，导向零件的尺寸会不同，但以上的原则是一样的。

1． 导向型式及尺寸的选取

汽车覆盖件模具工作部件（如压料板）的导向除特殊情况外（受制件形状限制没有布导板的位置或压合类导向精度要求高的模具）一般采用导板导向，而上下模之间的导向则是由以上两种导向型式组合而成，即导板导向、导柱导向、导板＋导柱导向。下面主要介绍模具上下模之间导向型式尺寸的选取。

① 导向型式的选取

② 使用2根导柱导向时，导柱直径的选取

料厚<=1.2

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③ 使用4根导柱导向时，导柱直径的选取

④ 使用整体配入式导板导向时，导板宽度的选取见 图20.6-7：

图 20.6-7

⑤ 使用镶块靠背式导板导向时，导板相关尺寸的设计见图 20.6-8:

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图 20.6-8

2． 导向结构设计的一般原则

① 导柱导向结构尺寸的设计要注意：

a. 保证在工作部分接触零件时，即整个模具开始工作

时，导向零件导向面之间最少要有10－15mm 的接 触（不计导向圆角）。简言之，要先导向后工作， 以确保模具有良好的工作状态，保证冲压精度和稳 定性。如图20.6-9所示。

b. 导柱导向时导柱导套配入孔中心距边尺寸最小要 等于导套的配入直径。如图20.6-9所示。

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图 20.6-9

② 导板导向结构尺寸的设计要注意（图20.6-10）：

a. 保证无论在模具行程的上死点还是下死点，实际导

向面最少要占整个导向面的1/2,最好是2/3以上。

b. 导板应镶拼在易于钻孔的一侧，当两侧都封闭时，

要留有可共手钻操作的300mm 以上的空间。

c. 配入式导板一面要设计挂台，以抵消导向面的摩擦

力，防止导板固定螺钉受较大的剪应力。挂台一般

设计在工作时起作用的一侧，如图20.6-10所示，

当压料板接触制件开始压料时导板所受的摩擦力

向下，因此挂台设计在导板下方。

d. 为方便导板的磨配及检查，对于如图20.6-10所示

的四周封闭的导板，要在底板相应出设计观察孔，

14 观察孔可以是园孔也可以是长方孔，观察孔铸出不 加工，所以其尺寸应以能铸出为准，一般最小的地 方不能小于40mm 。

图 20.6-10

③ 如果是选用的导板加导柱的导向型式，则导向的顺

序一定是先导板导向，然后导柱才开始导向。如图20.6-11所示。

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图 20.6-11 ④

上下模的导向结构尺寸不能设计成完全对称一致，要在模具宽度方向的尺寸上进行防反设计。以保证合模时不会出现合反的错误而导致模具的损坏，尤其对于对称的零件。

a. 当用导柱导向结构时防反设计如图20.6-12所示。或取消b ）中右下角的导柱，采用3个导柱。

图20.6-12

b.当采用导板导向或导板＋导柱导向结构时，

用导板防反，其设计如图20.6-13所示。

图20.6-13

2．2 限位部分

限位顾名思义就是对有相对运动的零部件或活动部件的运动范围进行必要的限制，以保证模具能正常安全的工作。

对于覆盖件模具而言，其上的限位结构与导向结构一样主要用于三个地方：上下模之间、位于上模或下模的活动部件与底板或固定部件之间（如修边或翻边模的压料板）、斜楔的滑块和底板或固定部件之间。同样，我们在这里只介绍前两处限位结构的设计，斜楔模中滑块的限位请见3.5节斜楔模。

2．2．1上下模之间的限位结构设计

1．限位结构型式特点及用途

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① 工作限位结构

a) 刚性限位结构－行程限制器

行程限制器是用来防止模具的工作行程过大的限位装置。覆盖件模具上下模之间的工作行程是靠调节压力机的行程来实现的，但是压力机的行程往往不能精确控制，其控制程度取决于设备状态。而工作行程一旦过大则会压损坏模具，甚至压力设备，所以汽车覆盖件模具无论大小都设计有行程限制器。

汽车覆盖件模具上使用的刚性限位结构主要有两种：

◎ 一种用于中小模具，有两种型式，如图20.6-14所示

图20.6-14

a)结构为一个带螺纹的圆柱体，其安装拆卸方便，但占用模具空间，b ）结构为一个可以套在导柱上的园环，为防止丢失用紧钉螺钉卡在导柱上。其加工方便，最大的优点时节省模具空间。

◎ 一种用于大中型覆盖件模具，如图20.6-15所示

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图 20.6-15（模具处于下死点）

b) 弹性限位结构－缓冲器

缓冲器是利用聚氨酯的弹性吸收压床滑块运动能量，其缓冲作用大于限位，主要用于减少震动和噪音。往往与刚性行程限制器一起用于大型覆盖件模具。其一般结构如图20.6-16所示。

19 图 20.6-16

② 非工作限位结构

a) 存放用限位结构－存放限制器

存放限制器主要用于模具存放时，为避免模具内的弹性元件由于上模的重量而受压长期不能处于自由状态，从而导致失效，减少其寿命。为节约模具空间，存放限制器往往与行程限制器作为合件设计。其结构如图20.6-17所示。

图 20.6-17 （模具处于闭合存放状态）

b) 运输用限位结构－连接板

连接板是为了使模具在运往用户处的长途运输过程中，不会 因为模具上下模出现相对运动而导致模具损坏。其结构如图20.6-18所示。

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图 20.6-18

2． 限位结构型式的选取原则及限位尺寸设计

与导向结构相同，限位零件的尺寸也已经标准化，而不需要设计人员设计，因此对于限位部分应掌握以下原则：

① 对于100T 以下的模具，由于是摸柄安装，其存放时

模具上不会再堆放其他模具，因此不需要存放限制器，此时应根据模具空间情况选取图20.6-14 a),b)所示的行程限制器。

a) 型式一般视模具空间的大小设计1－2个。

b) 型式则应与导柱的数量一致。

② 对于用压板槽安装的大中型模具，一般将图

20.6-15和图20.6-17所示的行程限制器和存放限制器联合使用，并用标准的联合件将二者连接起来

（见图20.6-17）。我们称之为限制器合件。

当模具长度<=1000mm时，应在模具左右两侧设计两个限制器合件。

当模具长度>1000mm时，应在模具左右两侧均布设计四个限制器合件。

③缓冲器和连接板都应设计四个均布于模具四角。连

接板的长度要按模具存放时的状态设计，即要考虑

存放限制器的工作高度（见图20.6-18）。

④行程限制器与模具上模的距离有0mm和1mm两种，

对于成形类整形类上下模有墩死时该值取0mm，修

边类模具该值取1mm。

⑤存放限制器的工作高度（见图20.6-17）要大于模

具中活动部件的行程，即要保证模具存放时弹性元

件仅受预压。

2．2．2活动部件的限位结构设计

1．限位结构型式及特点

①限位螺钉

a) 普通限位螺钉

如图20.6-19所示，普通限位螺钉实际上就是一个带台阶的螺钉，其结构简单，装配拆卸方便，但承受的

载荷小，易松动，安全性差。

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