说明书

广西工学院毕业设计书

第 1章 绪论

1.1课题背景及其研究意义

汽车工业在国民经济中具有重要地位，对国民经济具有极大的拉动作用。近年来国内汽车制造得到了迅速发展，汽车产量已经名列世界汽车生产前茅。模具工业是汽车产品开发和大批量生产的重要组成部分。一辆汽车上有80%的零件是用模具加工制造的，而又以冲压模最多。其中汽车覆盖件模具又以其大型、复杂、精密等特点成为模具中举足轻重的部分。目前我国汽车模具工业还不能适应整车开发和换型的要求，其中一个原因是汽车模具设计与制造水平较低，制造装配落后。我国汽车模具产业发展还不平衡。有一些企业使用了计算机辅助设计和计算机辅助制造等先进技术，也有较多的企业还处于较低的设计制造水平。

汽车制造中有60%-70%的金属零部件需经塑性加工成形，如车身上的各种覆盖件、车内支撑件、结构加强件，还有大量的汽车零部件，如发动机的排气弯管及消声器、空心凸轮轴、油底壳、发动机支架、框架结构件、横纵梁等等。冲压工件的制造工艺水平及质量，在较大程度上对汽车制造质量和成本有直接的影响[2]。

冲压加工是通过模具来实现的，从模具角度来看，模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，因为模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。“模具是工业生产的基础工艺装备”也已经取得了共识。据统计，在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。同时，冲压加工也创造了巨大的价值增值，模具是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。目前全世界模具年产值约为600亿美元，日、美等工业发达国家的模具工业产值已超过机床工业，从1997年开始，我国模具工业产值也超过了机床工业产值。其中冲压模具在所有模具（锻造模、压铸模、注塑模等）中，无论从数量、重量或者是从价值上都位居榜首。

由此可见，板料冲压加工及其模具制造技术对国民经济的发展已经并将继续作出重大的贡献。随着我国经济的发展，对这种生产技术的发展及专业技术人才的需求将与日俱增。因此，加强对板料冲压加工及其模具制造技术的研究，具有重要的意义。覆盖件作为汽车的重要组成部分，对汽车覆盖件模具新产品的开发及设计具有极为深远的意义。

1.2 汽车覆盖件模具的发展现状

汽车覆盖件作为汽车的重要组成部分，覆盖件最有难度的是外覆盖件模具设计，主要表现在以下两个方面:

(1)克服由回弹造成的零件型面偏差：

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破裂、起皱、回弹是汽车冲压件成形过程中的主要缺陷，由于汽车外覆盖件外形尺寸大、拉深深度浅、塑性变形程度低，一般不易拉裂，因而回弹就成为该类零件制造过程中的主要问题，它将严重影响零件间的相互配合关系。有限元模拟软件在冲压模具设计中得到普遍应用，已经能够比较准确地预测破裂和起皱，从而有助于设计合适的工艺补充面来改善拉深过程中材料的流动状况，提高零件的成形性能。然而，迄今为此，大多数有限元软件还不能精确地预测冲压件从模具当中取出后的回弹变形。因此，对外覆盖件回弹问题的处理，主要还是依靠经验来修改模具型面，使冲压件过正成形，来抵消由于回弹导致的变形。 (2)冲压件的取件：

由于外覆盖件(如前盖外板、车顶、翼子板)都需进行复杂的翻边整形或预卷边工艺，这就使得在模具结构设计时，必须考虑冲压件成形后的取件问题，目前，大都依靠复杂的多斜楔机构联动来实现模具工作部分对零件让位，以实现方便取件，由此造成整个模具的结构十分复杂。

1.2.1国外覆盖件模具设计

鉴于传统模具型面设计的种种问题，随着近年来计算机技术的飞速发展，世界各主要工业发达国家都在大力发展计算机技术在模具型面设计中的应用。尤其是计算机辅助技术、虚拟产品开发技术的应用，正在汽车覆盖件模具的设计和制造中起着越来越大的作用。

目前外国发达国家较先进的覆盖件模具前期设计和制造流程见图1。

1-1 先进覆盖件模具设计与制造流程

从这个流程中，我们可以清楚的看到国外汽车覆盖件冲压模具设计过程中，先进的软件环境的大量应用。除了必要的CAD软件之外，还大量应用了有限元模拟软件来辅助冲压工艺设计。而这正是国内落后世界先进水平的主要因素之一。下面，以autoform为例，说明计算机辅助技术在汽车覆盖件冲压模具设计过程中先进性。

autoform是一款由瑞士开发的专业薄板成形快速模拟软件，可以用于薄板、拼焊板的冲压成形、液压胀形等过程的模拟，配合不同的功能模块，还可以进行冲压件单步

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法成形模拟以及拉深工序工艺补充面((addendum)的设计。轿车冲压件中，约有2/3可以利用autoform的diedesigner module模块设计addendum，该模块根据由设计者指定的或由软件自动产生的压边圈型面，以及工艺补充面的多条截面线(profile)，能够快速地生成工艺补充面，用于拉深工序的模拟。这种快速设计是建立在对addendum曲面的粗略构造上的，即曲面面片本身以及曲面面片之间的连续并非十分光顺，尽管这种曲面不能够直接用于模具表面的机械加工，但是对于模拟精度的影响却不是很大。根据模拟结果，设计者可以很方便地对工艺补充面进行调整，直到模拟结果满足设计要求。最后，将压边圈、addendum曲面和profile以中性数据格式igs或vda输出，在cad软件中进行曲面重构，并结合产品数模，就能够得到机加工可以使用的拉深工序模具数模。 传统设计方法:

首先，在经验基础上，利用cad设计工艺补充面;其次，将cad数模传递给autoform等cae软件进行拉深过程模拟;根据模拟结果，在cad中对工艺补充面进行调整，并将新的cad数模传递给cae，开始新的模拟，直到满足要求为比。这是一个从cad到cae再回到cad的不断反复的过程。由于每次在cad中构造曲面都远较在autoform中复杂，因此，整个过程所花费的时间就多得多。而新方法在冲压工艺设计初期，就用diedesigner module在autoform软件中设计并调整拉深工艺补充面，与传统的设计方法相比，就能够大大提高设计效率。

1.2.2国内汽车覆盖件模具的发展概况及发展方向

我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国家经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。 我国模具制造方面与工业发达国家相比，差距较大主要表现在：

（1）计算机辅助技术应用少。目前，国内大部分还是设计人员凭借设计经验，人为确定冲压方向、工艺补充面等工艺参数，通过手工绘图、制作主模型等方法来设计，之后还要进行反复多次的模具试制、调试、修配等这样的传统方法。即使部分采用了计算机辅助技术的设计部门，大部分也只是利用了一些通用的CAD/CAM软件，如autocad 等进行辅助绘图或简单的造型，真正能利用UG等大型CAD/CAM/CAE软件在计算机中作模具的三维参数化造型，并进行冲压仿真来指导设计的还是少数。

传统设计方法十分依赖于设计人员的经验和水平，工作量大，时间长，并存在以下主要弊端：一，难以精确描述模具型面的形状。在传统的设计方法中，汽车覆盖件的零件图是模具设计的主要依据。由于二维图形只能给出一系列的截面线和一些关键的坐标点，难以准确表达复杂的空间曲面形状。在设计模具时，型面部分也采用同样的描述方法，除给出线图和坐标点外，图纸上通常都标有“未注明部分的形状从主模型测量”。实际上，除测量一些关键点外，在形状处理上有一定的随意性；二，凭经验设计，结果难以预测。传统的设计方法缺少定量的设计准则，分析计算十分困难，主要依靠设计者

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的经验。而且设计时未对塑性成形过程进行理论分析，对冲压材料的成形性能也缺少可靠的评价，只能凭经验来预估，因此，覆盖件模具的设计结果往往难以预测，能否成形并达到产品设计要求，在很大程度上依赖于模具的反复调试及修改，甚至存在彻底推翻原设计的可能性，即使经过各种努力最终一般只能保证零件成形，而很难考虑设计的最优化。三，不能提供数控加工所需的信息。传统的模具设计方法最终得到的是模具图纸，不能提供模具型面的完整信息。为了编制NC加工程序，需从线图或模型上测量数据，再用造型方法生成型面。这种做法工作量太大，严重阻碍了模具CAM的采用，从而出现了“三维数控铣干不了三维型面活”的局面，致使昂贵的数控机床未能发挥其效能。四，设计效率低，设计周期长。覆盖件产品的描述可以分为三类：二维工程图（线图）、实物模型和电子数据产品。如果用户提供的是二维线图和主模型，首先要根据线图确定冲压方向，添加工艺补充部分，画出模具图，然后再根据模具图进行曲面造型，以便生成NC代码，进行数控加工。因为模具图不能给出完整的曲面数据，还需从线图或主模型上测取数据，再重新造型生成曲面，工作量大，效率低，而且易产生误差。如果用户提供的是电子数据产品，则其设计过程更为复杂，首先要从产品模型上测取特征点和特征线的数据，设计工艺补充部分，画出模具图，然后根据模具图在产品模型上设计模具型面。在模具型面的设计中，只能利用通用CAD/CAM系统的造型功能设计每一个曲面片。由于曲面片的位置和大小很难确定，设计效率非常低。 （2）标准化程度低。

目前，标准化程度低、标准杂乱、标准件跟不上需要已严重制约了汽车覆盖件模具的发展。不断提高标准化程度，在一定范围内逐渐统一标准，加快标准件生产供应是加快汽车覆盖件模具发展速度、提高质量、缩短制造周期和降低成本的重要途径，这已成为业内人士的共识。

（3）模具制造精度低、周期长。

综上所述, 虽然中国模具工业在过去十多年取得了令人瞩目的发展, 但是在模具制造精度、模具寿命及模具生产周期等方面, 与世界发达国家相比仍存在较大的差距。例如, 精密加工设备在模具加工设备中的比重还比较低, CAD/ CAE/ CAM 技术的普及率不高, 许多先进的模具技术应用还不够广泛等等。如模具技术目前还主要以跟踪与模仿为主,原创性的设计和研究很少,专业化水平还很低,先进技术的应用水平不高,制造技术的基础薄弱等,这些都是我国模具技术发展中必须关注的问题。因此要充分利用目前制造业逐步国际化以及世界制造业向中国转移的机遇,及时调整我国模具产业的产品结构,努力发展中高档模具产品,促进我国模具行业的整体水平早日与国际先进水平接轨。 基于以上情况，国内汽车覆盖件工艺/ 模具设计系统未来的发展方向应该是:

a. 全面推广CAD/CAM/CAE技术 模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网

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络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源重新整合，使虚拟制造成为可能。

b.高速铣削加工 高速铣削加工是指利用主轴转速在10000r/min以上的数控加工机床进行切削加工的一种加工技术。由于采用高速铣削加工不仅提高模具零件的切削加工效率，还可提高模具表面的加工质量，减少后期的模具研磨加工量，并可直接用于切削硬度高达63HRC的淬硬钢，避免加工后的热处理对零件精度的影响，从而极大地提高了模具制造质量，缩短了模具制造周期。目前，该技术已在发达工业国家的模具制造中得到普及，而国内仅有部分由一定技术实力和经济实力的企业在应用。

c.多轴联动加工 由于模具形状愈来愈复杂，三轴联动的数控加工机床有时也无能为力。与三轴联动相比，五轴联动可随时调整刀具轴线方向，灵活地设定走刀路线，从而加工出更加复杂的模具表面形状。另外，五轴联动加工还可获得优化的切削加工条件，减少刀具磨损，提高加工质量，缩短加工时间。因此，五轴联动加工机床在模具制造中的应用也将会日益增多。

d.快速制模 随着缩短模具制造周期压力的不断增大，以及快速原型制造技术的发展，目前已开发出多种基于快速成形的快速制模技术，如基于快速原型的热喷涂直接金属模具制造、基于快速原型的金属模具零件的复制制造技术等。这些技术在制造小批量生产用模具方面具有成本低、周期短等特点，已在塑料模、拉深模、铸造模的快速制造中获得应用。

e.精密电火花 电火花加工时目前模具制造中不可或缺的一种加工技术，特别是对模具中的一些窄缝、深槽，通常都依赖于电火花加工技术。随着技术的进步，目前电火花加工技术已朝着高速主轴的方向发展，加工的效率、精度和表面质量也愈来愈高，它将在模具制造中发挥更加重要的作用。

1.3 毕业设计的意义和收获

毕业设计是大学四年的综合实践环节，目的是通过课题的设计研究，培养综合运用各门课程的能力，培养独立分析问题和解决问题的能力，同时毕业设计应该应该与生产实际相结合，应与培养职业能力相结合，应体现本科的特点。在指导老师周密安排和精心指导下，这次毕业设计从确定设计课题、拟定设计方案、设计过程到答辩都按照毕业设计工作计划进行。

以下是这次毕业设计的步骤和体会。

第一， 充分调研，确定应用型毕业设计课题。

选好毕业设计题目是实现毕业设计目标、保证毕业设计质量的前提，我们的毕业设计的课题取自企业生产实际。这个课题能较全面地应用学生所学专业知识或者将来工作所需的专业技术，达到综合运用的目的，技能够解决企业急需的生产技术问题，又能够培养学生的职业岗位能力，难度不是很大，符合我们应用型本科生的专业理论知识水平和实际设计能力，工作量恰当，能够在规定的时间内完成。但是该课题是真题真做，虽

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然难度不是很大，但要使设计图纸能直接用于生产，去制造出零件，装配成机器，并能满足使用要求，也是不容易的。 第二， 反复论证，确定产品设计方案。

明确课题的性质、意义、设计内容、设计要达到的技术经济指标和完成时间，并确定好正确合理的设计方案是完成设计任务的保证，指导老师、企业技术员让我们参与设计方案的讨论，使我们对课题设计方案心中有数。 第三， 虚心求教，仔细认真地进行毕业设计。

为了使我们很快地进入工作状态，指导老师耐心向我们介绍机械产品设计方法、一般步骤和设计过程中应该注意的事项。熟悉零件加工对设计的要求，使设计能用于生产。我们在设计过程中能主动请教指导老师，培养综合运用机械制图、工程材料与热处理、公差配合、计算机绘图等专业知识的能力，培养查阅技术资料和其它专业文献的能力。培养严谨的工作态度和踏实的工作作风。明确必须有高度责任心、严肃认真的工作习惯，才能做好设计工作，减少工作失误，充分发挥主观能动性，积极思考，大胆创新。 第四， 完善设计，准备毕业设计答辩。

完整的设计包括设计图纸和设计说明书等技术文件。根据任务书要求，全面检查设计技术资料，按照指导老师的批改，认真修改图纸错误，认真修改说明书。应该说，在指导老师的认真指导下，我基本完成了这套拉延模的设计工作，通过这次设计学到了很多知识和技术。

本课题的设计将涉及二维和三维的软件的应用，如AUTOCAD、UG等,以及相关分析软件的应用。零件的工艺补充主要是用UG软件来进行的，还有零件的拉延模设计过程也主要是用UG软件来做，有一些相关的零件图需要用CAD软件来画图。因为在做毕业设计之前，基本是是不怎么用UG软件来进行画图工作的，所以在这次的毕业设计过程中将会使我运用这些软件的能力得到提升及更深的了解。同时本次毕业设计还涉及到汽车覆盖件拉延模具设计的相关知识。之前学过的课程中，讲到这方面的知识是比较少的，记得在上《冲压成型工艺》这门课程的时候，老师给我们大概的了解汽车覆盖件模具设计的一些东西，不过基本上也是忘记了很多了。所以汽车覆盖件拉延模具设计对于我来说是一个新领域，这次毕业设计对我自学能力的培养是一个很好的机会。因此通过本次毕业设计将对我进一步巩固所学知识及灵活应用所学知识来解决实际问题有着深远的意义。

另外，通过本次毕业设计，将使我掌握写论文的一般步骤及方法。同时也提高了我如何快速而有效的查阅相关信息的方法，不仅锻炼了我在遇到困难时冷静分析。独立思考及解决问题的能力，而且培养了我和同学相互讨论，相互学习的习惯。针对此次的设计思考了如下几个问题：一，如何对零件进行工艺补充及零件分模线的确定；二如何着手拉延模的设计；三，如何完善拉延模的模具各个结构的设计，；四，如何在二维图中将模具结构通过三视图很好的表达清晰；五，如何写好说明书，六，如何通过答辩把自己设计的模具介绍清楚。为了完成此次设计，我采取了循序渐进的方法，在设计过程中

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发现问题时及时请教指导老师和同学，并且利用网络查找相关专业资料，以最快的速度解决，同时不定时的进行自我总结，避免再次遇到类似问题时不知怎么下手，在完善结构的同时思考着相关问题，希望可以在预期内完成自己所设定的设计内容，并摄取到一定的理论知识，为以后的社会工作做好准备，为此，在整个毕业设计过程中我都保持着严谨的态度投入到设计工作中。

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第2章 覆盖件拉延模的工艺设计

2.1 汽车覆盖件的设计要点

汽车覆盖件是指构成汽车车身或驾驶室、覆盖发动机和底盘的薄金属板料制成的异形体表面和内部零件。轿车的车前板和车身、载重车的车前板和驾驶室等都是由覆盖件和一般冲压件构成的。

同一般冲压件相比，汽车覆盖件具有材料薄、形状复杂、结构尺寸大和表面质量要求高（光滑、美观），刚性好等特点。汽车覆盖件一般制造过程要经过落料（或剪切）、拉深、整形、修边、翻边、冲孔等多道工序才能完成。实践证明，在多数情况下，拉深工序是制造这类零件的关键，它直接影响产品质量、材料利用率、生产效率和制造成本。为保证覆盖件在拉深时能经受最大限度的塑性变形而不至于产生破裂，对原材料的机械性能、金相组织、化学成分、表面粗糙度和厚度精度都提出很高很严的要求。以下通过资料对汽车覆盖件中的一些设计要点做简单阐述：覆盖件的特点决定了它的特殊要求。 （1）表面质量

覆盖件的表面质量跟模具工作部分的表面质量有关，模具的工作部分形状质量直接影响了产品的最终形面质量。汽车覆盖件有内覆盖件也有外覆盖件，外覆盖件的美观影响整个汽车的质量。汽车覆盖件上出现波纹、皱折、凹痕、擦伤、边缘拉痕和其他破坏表面美感的缺陷都是不允许的，并且覆盖件上的装饰棱线和筋条都要求清晰、平滑而且过渡均匀，棱线衔接应吻合流杨，不允许参差不齐，因此在设计汽车拉延模设计的时候，模具的工作部分形状和产品的曲面形状保持一致，均采用圆弧平滑过度。为了防止覆盖件出现波纹、拉列等产品缺陷，还要通过试模来调整并最终确定毛胚尺寸和最佳的合模压力。

（2）尺寸形状

覆盖件的形状多为空间立体曲面，其形状很难在覆盖件图上完整准确地表达出来，因此覆盖件的尺寸形状常常借助主模型来描述。主模型是覆盖件的主要制造依据，覆盖件图上标注出来的尺寸形状，其中包括立体曲面形状、各种孔的位置尺寸、形状过渡尺寸等，都应和主模型一致，图面上无法标注的尺寸要依赖主模型量取，从这个意义上看，主模型是覆盖件图必要的补充。由于覆盖件的形状多为空间立体曲面，在二维图上面如何表达清楚此汽车拉延模的零件尺寸是决定模具能否顺利制造的关键。为了解决这个问题，工厂将UG所建立的三维模型经过软件分析后用数控加工的方法在铣床上用泡沫加工出模具形状，再采用铸造的方法得出所需要的拉延模模形状，以保证模具可以得到符合需求的曲面形状。对于模具上的各种孔的位置尺寸、形状过渡尺寸等，在铸造之后可以通过钻床、铣床和其他的一些数控设备加工得出，这些数据可以通过二维图直观获得。由于本次毕业设计做的汽车覆盖件零件料厚为1.2mm总长约为928mm，拉延深度大概为20mm左右，左右两边各有一个小孔，零件不是对称的。该零件看起来像是弯曲件，不过

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有很多的成型都是要用拉延来完成的，不能通过弯曲来成型，因此要用拉延模来成型。零件本身有两个直径为8mm的小孔，这两个小孔并不是左右对称的。零件的弯曲部分是用半径为5mm和4mm的圆弧来连接的。零件四周有半径为5mm的圆弧过渡。从该零件的结构形状与要求来看，所需的基本工序为拉深、切边、整形和冲孔。但是零件本身不是对称的，在拉深时会由于胚料受到的拉深力部均匀而产生侧移。这样就会影响到拉深的进行以及模具的寿命。所以本人在做工艺补充的时候就做成一模两件式，就是一次拉延得到两个零件。这样就可以让胚料在拉延过程中受力均匀，而且又可以大大的提高生产效率。一模两件式在拉延时毛料变形、应力比较均匀，成形，表面塑性变形程度较大，但应力不太大，只要材料合格或模具技术状态良好，一般不会破裂。拉延模具也比较简单，之后的整形模具及修边模具容易设计等。 (3)刚性

大型覆盖零件由于形状复杂且不对称，在拉深过程中应力、变形很不均匀，而且多数情况要求工件一次拉深成形，材料需要承受很大的应力，产生最大限度的塑性变形，因此，它对深拉深钢板的冲压性能，提出了很高要求。本次的毕业设计的板料厚度是0.8mm，对于拉延件来说是相对薄的，拉深深度大概是20mm左右，拉深深度一般，变形不是很大，零件上有两个直径为8mm的孔，有来固定零件用。拉延件的刚性可能会不足，对此要做拉延筋增加进料的阻力，增加变形，以提高拉深件的刚性。影响深拉深钢板冲压性能的因素很多，钢板的表面质量、厚度公差、化学成分、机械性能、工艺性能和金相组织都直接或间接地影响其冲压性能。覆盖件拉延成型时，由于其塑性变形的不均匀性，往往会使某些部位刚性较差。刚性差的覆盖件受至振动后会产生空洞声，用这样零件装车，汽车在高速行驶时就会发生振动，造成覆盖件早期破坏，因此覆盖件的刚性要求不可忽视。检查覆盖件刚性的方法，一是敲打零件以分辨其不同部位声音的异同，另一是用手按看其是否发生松弛和鼓动现象。在模具压料面上设计上拉延筋可以变弹性变形为塑性变形，提高工件的刚性，还能使工件的棱角更清晰美观。也是覆盖件模具中经常采用的方法，另外采用刚性更好的板材也可以有效提高产品的刚性。 (4) 工艺性

冲压工艺性是指冲压件对工艺品的适应性，即所设计的冲压件尺寸大小、尺寸精度与基准、结构形状等是否符合冲压加工的工艺要求。覆盖件的结构形状和尺寸决定该件的工艺性，覆盖件的工艺性关键是拉延工艺性，覆盖件一般都采用一次成型法，为了创造一个良好的拉延条件，通常将翻边展开，窗口补满，再加添工艺补充部分，构成一个拉延件。

工艺补充是拉延件不可或缺的组成部分，它既是实现拉延的条件，又是增加变形程度获得刚性零件的必要补充。工艺补充的多少取决于覆盖件的形状和尺寸，也和材料的性能有关，工艺补充的多余料需要在以后工序中去除，所以工艺补充部分应在满足拉延成形的前提下尽量减少，以提高材料的利用率。工艺补充不仅要考虑拉延工艺和压料面的需要，还要考虑修边和翻边等后续工序的需要。

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本人在对零件做工艺补充时知道了做工艺补充要遵守的一般原则是： 1、成形深度尽量浅。拉深深度浅，制件容易成形。

2 、修边线在拉延件压料面上，压料面就是覆盖件的凸缘面，修边采取垂直修边。为了在模具使用中打磨压料筋槽不影响修边线，修边线到拉延筋的距离一般取25mm。 3、尽量采用垂直修边。垂直修边比水平或倾斜修边所需工艺补充面小，模具结构简单，废料也好排除。

4、工艺补充部分尽量小。工艺补充面在拉深以后将被修掉，所以工艺补充部分也是工艺上必要的材料消耗，因此在能够拉深出满意制件的条件下，尽可能减小工艺补充面，以节约材料。

5、使后续工序定位可靠。拉深件后续工序的定位基准面，主要采用拉深件上的侧壁形状或拉深槛形状。也可在拉深时穿刺或冲制工艺孔来形成定位基准面。为使制件后续工序定位可靠，必须在确定拉深工艺补充面时予以充分考虑。 6、在做工艺补充时尽量做到圆弧过渡以改善成形条件。

7、做工艺补充的压料面要尽量是一个平面，如果是曲面也要用圆弧光滑过渡。

2.2零件的特点及成形性分析

2.2.1零件的特点

大地板左右外侧梁如图2-1所示，材料为ST13（DQ）（上海宝钢牌号，与国标牌号08Al Z钢材性能相当， DQ表示冲压级钢材），料厚t=1.2mm。要求在JQ36-400压力机上加工，大批量生产。该零件是某车型加强大地板强度的梁类零件，分左右两件，图2.1（a）为左件，图2.1（b）为右件，左件与右件对称。要求该件的凸缘与底部的曲面、侧面形状以及成形高度、孔径和孔位必须达到产品设计要求。成形后要求表面平整光滑，无翘曲、褶皱、裂纹等缺陷。对零件进行合理的成形性分析，制定合理的冲压工艺方案和选择合理的设备，有利于提高材料的利用率、生产率、以及模具寿命，同时能够降低模具制造难度和制造成本。

(a)左件 （b 图2.1零件数模

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右件

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2.2.2成形可能性分析

该汽车覆盖件是拉延件，通过拉深得到。单件形状类似弯曲件，在弯曲的部分由半径为4mm和5mm圆弧来过渡，在弯曲的地方有变形区，变形不大，但是该零件不能用弯曲变形来得到，因为其不只是简单的弯曲变形得到的。因为该零件左右前后不对称，如果在拉深时采用单件式生产的话，毛料会由于受力不均匀产生侧向移动，有可能使拉延工序无法进行或是拉延模具过早的损坏，不经济。因此，在做工艺补充时采用一模两件变形成形，最后在做得的工艺补充的压料件如下图2.2-1。由图2.2-1中可以看得出来做完工艺补充后的拉延件类似于半封闭“U”形件的拉深。其中红色部分为所需零件，其余部分均为工艺补充部分，毛坯经过拉延模拉深成形后再用冲孔修边模冲孔及切边便可得到完全相同的左右件零件。

正面

反面

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图2.2-1

汽车覆盖件成形可能性分析不能简单地利用简单的冲压工序的工艺参数或零件尺寸参数加以确定。因此要采用分析方法来确定一次成形可能性。 分析方法有下面几种形式：

1、类比法 即参考以往冲压过的类似零件的工艺资料，进行分析比较，以判断一次成形的可能性。这种类比只是近似的。

2、应力应变分析法 覆盖件能否顺利成形取决于两方面：一是转力区的承载能力，即专力区是否有足够的抗拉强度；二是变形区的变形方式及可能产生的问题。覆盖件的成形一般是伸长与压缩两种变形的组合，以伸长类为主或以压缩类为主，或两种变形差不多。伸长变形可能产生过量边薄和破裂；压缩变形可能产生失稳起皱。 3、成形度判断法 成形度α按下面的公式计算：

Lα=（-1）X 100%

L0式中L是成形后零件纵截面的长度；L0是成形前相应截面的胚料长度。

下面以成形度判断法莱分析覆盖件的成形性能：由所作的工艺补充用UG量出La=980mm，La0=928mm；Lb=160mm，Lb0=137mm。将所得数据代入上式有αa=5.6%，αb=16.7%，α平均=11.15%；La代表毛料的长度方向的长，Lb代表宽度方向的长。αa代表长度方向的成形度，αb代表宽度方向的成形度。当α平均≧5%或α最大≧10%时，不能只靠胀形成形，必须使胚料以拉深方式从凸模边缘拉入凹模。通过以上分析可知该汽车覆盖件可以经过一次拉深成形；汽车覆盖件上的凹下部分也可认为是浅形圆筒拉深件，也可一次拉深成型。可以判断该覆盖件能够一次成型。

2.3冲压工艺性分析及方案的选择

2.3.1冲压工艺性分析

该零件料厚t=1.2mm，材料为低碳钢，含碳量≤0.08，伸长率≥34％（标距l0=80mm），可见材料塑性好，冲压加工性能良好。屈服强度≤240MPa，抗拉强度为270～370MPa，弹性模量E=2.07E5MPa，塑性硬化指数n=0.237，厚向异性指数r=2.295，硬化指数在钢材中是比较高的，材料成形极限较大。

由于整个零件为半封闭“U”形，而且没有急剧突变的形状，取有代表性的某截面分析，凸缘与侧壁之间、侧壁与顶部间有R5的圆角，顶部有R4的凹槽，半径皆大于2t，凸缘与顶部落差不大，成形工艺性好，零件中段截面形状如图2.3.1-1所示。

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图2.3.1-1零件截面图

零件边线简单，都是由规则的圆弧和直线组成，两直边在铅垂方向上投影平行，水平方向落差不大，零件上没有尖角，凸缘边缘圆角半径为R5，在转折处可以避免应力集中的出现，而且圆弧过渡可以使冲压工艺性能更好；该零件上有3个半径为4mm孔，相邻孔之间的距离分别为150mm和200mm，，由于孔径和间距适中，所以可以在冲孔模上同时将3个空冲出，冲裁工艺性能良好。零件左右件完全对称。若左右件单独成形，就要有各自的工艺补充，这势必造成材料利用率低，且需要制造两套模具，单件成本高。考虑到左右件完全对称的特点，把两件合为一件冲压成形，这样周边材料受力均匀，便于成形；且压力中心易于确定，模具结构左右对称，为模具设计制造提供了极大的方便。下图所示为零件的边线及内孔的形状，如图2.3.1-2.所示。

图2.3.1-2零件边线及内孔形状

2.3.2拉延件的冲压方向

冲压方向的确定是汽车钣金件工艺设计的关键一步，是确定拉深件在模具中的空间

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位置，它不但决定能否拉出合格的拉延件，而且影响到工艺补充部分的多少和压料面的形状。不同的冲压方向会带来不同形状的工艺补充，直接涉及到产品拉深工序的最终成形条件，以及后续成形条件。合理的冲压方向应既满足冲压形状的要求又要适应工艺补充、压料面形状的规范。

确定拉延冲压方向，应满足如下几方面的要求： 延的部位要在一次冲压中完成。

（2）拉延开始时，凸模和坯料的接触面积要大，避免点接触，接触部位应处于冲模中心，以保证成型时材料不致窜动。

（3）压料应尽量保证毛料平放，压料面各部位进料阻力应均匀。拉延深度均匀，拉入角相等，才能有效地保证进料阻力均匀。[2]

本设计用JQ36-400压力机，属于单动压力机，因此拉延类型为单动拉延，单动拉延时，上模是凹模，因此零件在拉延模中应如图2.3.2-1所示放置，分析零件数模可知，冲压方向平行于-Z方向最佳，此时凸模两侧的拉入角能够基本保持一致，这使得两侧进料阻力也可以保持均衡。拉延开始时凸模与坯料表面接触为面接触，接触面积大，且分布均匀，不会出现因应力集中造成局部破裂现象，而且零件顶部凹槽的反拉延也能满足如上要求。

（1）保证拉延凸模能够顺利进入拉延凹模，不应出现凸模接触不到的死区，所有需拉

图2.3.2-1 冲压方向从上垂直往下

2.3.3工艺补充部分设计

为了给覆盖件创造一个良好的拉延条件，需要将覆盖件上的窗口填平，开口部分连接成封闭形状,有凸缘的需要平顺改造使之成为有利成型的压料面，无凸缘的需要增补压料面，这些增添的部分称为工艺补充部分。工艺补充是拉延工艺不可缺少的部分，拉延后又需要将它们修切掉，所以工艺补充部分应尽量减少，以提高材料的利用率。工艺补充部分除考虑拉延工艺和压料面的需要外，还要考虑修边和翻边工序的要求、修边方向应尽量采取垂直修边。根据模具设计需要，该覆盖件采取的修边线在拉延件压料面上，为了在模具使用中打磨加强筋槽不致影响修边线，修边线至拉延筋的距离A一般取

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25mm，按具体工件尺寸形状而定。

由下面的零件形状图可以知道，覆盖件的上表面与下表面有一定的落差跟角度，不是在同一个平面上，落差的高度大概为20mm，角度大概为3度左右。覆盖件上有三个直径为8mm的孔，有以圆弧过渡的开口部分，零件前后左右不对称，因此在做工艺补充时要将开口部分连接成封闭形状，凸缘要用圆弧过渡使其光滑，三个直径为8mm的孔要填满。该覆盖件可以做成一模单件式，也可以做成一模两件式。经过观察分析知道，该覆盖件是不对称的，采用单件式时毛料受力不均匀，成型性能不好；采用两件式时零件左右对称，毛料在拉延时受力均匀，成型性能良好，而且模具不易顺坏，生产效率高等。我对该覆盖件的拉延工艺补充中使用一模两件式，以上表面做为压料面。工艺补充部分在三维图中已经给出。其尺寸根据理论设计经验得出。 本次毕业设计零件及工艺补充图如下：

2.3.3-1 零件形状

2..3.3-2 工艺补充图

2.3.4 建立压料面

压料面对于非轴对称曲面零件的成形起着重要作用。其位置、形状及尺寸直接影响到成形阻力及变形力的大小与分布，从而影响整个坯料成形时各处塑性变形状态。

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压料面是覆盖件工艺补充面的一个组成部分，即位于凹模圆角半径以外的那一部分毛坯。在拉深前，压料圈将要拉深的毛坯压紧在凹模压料面上。拉深过程中，压料面被逐步拉入凹模型腔内，形成覆盖件本体。因此，压料面的形状不但要保证压料面上的材料不起皱，而且在尽量造成凸模下的材料下凹，以降低拉深深度，最终保证拉入凹模里的材料不皱不裂，获得合格成品。压料面有两种形式。

（1）.压料面就是覆盖件本身的凸缘面，即为覆盖件本体的一部分。这种压料面的形状是确定的，为便于拉深过程的进行，也可以做某些部分变动，但必须在以后的适当工序中加以整形，以达到覆盖件的整体形状要求。

（2）.压料面是与工艺补充面所组成的。在拉深工序以后的冲孔修边工序中，这种压料面将被切除。所以应尽量减小这类压料面的材料消耗。

覆盖件拉延成形的压料面形状是保证拉延过程中材料不破裂和顺利成形的首要条件，确定压料面形状应满足一下要求：

a.压料面应为平面、圆柱面、圆锥面或曲率很小的双曲面等可展面。当毛坯被压紧时，不应产生褶皱或扭曲现象，以便材料向凹模内顺利流。

b. 压料面与拉深凸模的形状应保持一定的几何关系，保证在拉深过程中毛坯始终处在拉胀状态，拉入凹模腔内的材料不会出现“多料”现象，以免产生皱纹。

c.压料面应平滑光顺有利于毛料往凹模内流动。压料面上不得有局部的鼓包、凹坑和下陷等。如果压料面是覆盖件本身的凸缘面。而凸缘上有凸起和下陷时，应在后续的工序中增加整形工序。

同时压料面形状还要考虑到毛坯定位的稳定、可靠和送料、取件的方便。由所给的零件图，做出的工艺补充知道，我所选择的压料面是工艺补充面的部分组成，并且压料面是零件的上平面，是一个水平面。

确定后的工艺补充数学模型如图

2.3.4-1

所示。

2.3.4-1压料面的确定

2.3.5 拉延筋的设计

2.3.5.1拉延筋的作用:

(1).增加进料阻力，使整个拉延件进料速度达到平衡状态

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拉延件压料面上各部位的进料阻力存在很大差别。在拉延时，四处圆角部分的材料要进入凹模型腔内，毛坯在径向拉应力、切向压应力和双向反复弯曲应力的作用下，变形阻力很大，所以这部分不需要加拉延筋，否则在增加阻力会在内壁危险断面处拉裂或者起皱，对成形不利。相反，在工件平面轮廓的直线部分，主要是弯曲变形，进料阻力相对圆角部分小得多，材料的流动会形成内皱，且无法排除。为使进料均匀，在直线部分要布置有拉延筋，在拉延件的凹处，凹得较深，转折比较厉害，所以也不设拉延筋。而且在直线部分设置拉延筋，既增加了进料阻力，也使直线部分和圆角部分的进料阻力均匀化，从而防止材料“多则皱、少则裂”的现象发生。 (2).加大拉延成型的内应力数值，提高覆盖件的刚性。

在一般拉延成型过程中，为了减少内皱，往往采取增加毛料尺寸的方法。增加一条拉延筋，可以代替增加不少压料面积所取得的增加阻力的效果。拉延筋的设置可以提高覆盖件的进料阻力，况且拉延筋通过调整修磨间隙的方法，十分方便有利。 (3).加大径向拉应力，减少切向压应力，延缓或防止起皱。 (4).降低压料面加工要求

采用拉延筋后，压料面的间隙可适当加大，也可适当降低对压料面加工粗糙度的要求。 (5).稳定拉延过程

某些拉延件不用拉延筋也能成形，但形状不够稳定，刚性较差拉延筋是否设置，设计位置、数量和形状等是拉延成形中的重要问题，它往往成为拉延成败的关键。 2.3.5.2拉延筋的结构和布置

(1).拉延筋的结构有圆形、半圆形和方形三种形式，一般装在压料圈上，而与凹模上开出相应的槽相配合。此次的设计采用的是半圆形的拉延筋，淬火硬度为58～62HRC，半径为7mm，高度为6mm。拉延筋也可以和压料圈或者凹模的压料面做成整体形式，本次设计的拉延筋就是与压边圈做成整体式，这样制造容易，修磨方便，得到了广泛的应用。 （2）布置原则和方法：

拉延筋的位置、数目和长短是根据拉延件外形、起伏特点和拉延深度等因素确定。

a. 拉延筋的布置原则见表2—1。

表2—1 拉延筋的布置原则 要求 增加进料阻力，提高材料变形程度 毛坯起皱 调整进料阻力和进料量 拉延深度大的直线部位，放1～3条拉延筋； 拉延深度大的圆弧部位，不放拉延筋； 拉延深度相差较大时，在深的部位不设拉延筋，浅的部位设拉延筋 布置原则 放整圈的或间断的一条拉延槛或1～3条拉延筋 增加径向拉应力，降低切向应力，防止在容易起皱的部位设置局部的短筋 第 17 页 共 48 页

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b. 按凹模口形状布置。拉延筋的布置方法见表2—2

表2—2 按凹模口形状布置拉延筋的方法 序号 1 2 形状 弧 大内凹圆补偿变形阻力不足；避免拉延时，设置1条长筋和2条短筋 弧 3 材料从相邻两侧凸圆弧部分挤过来而形成皱纹 小外凸圆塑流阻力大，应让材料有可能向直不设拉延筋；相邻筋的位弧 4 线区段挤流 置应与凸圆弧保持3°～12°夹角关系 小内凹圆 将两相邻侧面挤过来的多余材料沿凹模口不设筋； 在离凹弧 5 直线 延展开，保证压边面下的毛坯处于模口较远处设置两段短筋 良好状态 补偿变形阻力不足 根据直线长短设计1～3条拉延筋（长者多设，并呈塔形分布，短者少设） （3）.拉延筋布置方向。拉延筋一定要与材料流动方向垂直。

（4）.拉延筋的深浅与多少。拉延深度的部位不设或者少设，深度浅的部位一定要设置或多设置。拉延筋最多设置三根，最里面一圈常为封闭形状，第二、第三只在直线部分设置，第三圈长度最短。

本次所设计的零件，由于拉延成型的深度大概为20mm左右，拉深深度一般，零件的变形部分较少，在两个弯曲的部位是主要的变形区。为了防止在拉延后的零件刚性不足，因此设计的拉延筋是按修边线的形状设计成封闭式的，拉延筋半径是6mm，高度是6mm。拉延筋可以加大进料的阻力，增强零件的刚度。拉延筋的布置方式如下图2.3.5-1所示：

要求 布置方法 设置1条 大外凸圆补偿变形阻力不足 第 18 页 共 48 页

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2.3.5-1拉延筋

2.3.6 毛坯尺寸确定

本零件形状相对比较简单，截面大致呈Z形,在采用一模两件式做好工艺补充后，零件形状大致为“U”形，由俯视看去呈长方形,因此采用矩形的毛坯拉延，拉延下料可以通过剪板机方便地获得。由《福田冲压模具设计规范》中的公式算出，公式如下

用UG的测量命令，量出长度方向的a1=a2=417mm，宽度方向的a1=55mm a2=50mm，将量得的数据代入上式，得出工件毛料的基本尺寸是长?宽为884mm?97mm，因为在做工艺补充时通过测量发现如果按上式计算得的毛料的数据用来做下料的尺寸的话，用UG量出从压边筋最外轮廓到毛料的最外轮廓得到的料长度大概为10mm左右，如果下料长?宽为884mm397mm用来生产的话会比较危险，可能会拉不出工件，或是在生产时凸模会把料拉入凹内，损坏模具。因此在上面用公式算出料长?宽为884mm397mm的基础上再把长单边放料22.5mm,宽单边放料20mm。最后得出的下料长?宽为929mm3137mm，取此值为毛坯尺寸。

2.3.7确定工艺方案

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经过对零件的工艺性分析后，结合产品图进行必要的计算，并在分析冲压工艺类型、冲压次数、冲压顺序和工序组合方式的基础上，提出各种可能的冲压工艺方案，然后通过对产品质量、生产率、设备条件、模具制造和寿命、操作、安全以及经济性等方面的综合分析、比较，确定出一种适合于本部门生产的最佳工艺方案。

冲压加工的基本工序包括成形工序和分离工序两大类。成形工序——材料的变形力学范围是在塑性变形范围，包括拉深、缩口、翻边、胀形、扩口、弯曲等；分离工序——材料的变形力学范围表现为产生断裂变形的工序，包括切断、切口、剖切、冲孔、修边，落料、整修等。

经过对零件的分析，此件为半封闭的“U”形件，看似可以弯曲成形，但零件凸缘部分并不严格平坦，成形时并不是按照一定的曲率或角度进行，且底部还有凹槽，因此拉延成形方法才能冲压出合格的产品。

对于分离工序，获取毛坯形状需要用到落料或切断工序，冲内孔需要用到冲孔工序，为了获得零件外部形状，还应有修边工序，因为是两件合并成形，还需剖切工序分离左右件。零件图如下：

2.3.7-1零件图 零件材料采用低碳钢，厚度t=1.2mm，含碳量≤0.08，伸长率≥34％（标距l0=80mm），可见材料塑性好，冲压加工性能良好。屈服强度≤240MPa，抗拉强度为270～370MPa，弹性模量E=2.07E5MPa，塑性硬化指数n=0.237，厚向异性指数r=2.295，硬化指数在钢材中是比较高的，材料成形极限较大。

通过对该覆盖件的分析，可知其要求的表面必须光顺平滑、棱线清晰、刚性良好，零件的结构一般、拉延部分的过渡圆角半径为4mm和5mm，工件四周有半径不等的圆弧过渡。零件上表面跟下表面不是在一个平面上，上表面跟下表面间的角度大概是3度。零件上有两出凹下，在凹下的地方旁边有三个直径为8mm的孔，零件的总长度为402 mm,总宽度为67mm，拉深深度大概为20mm，深度一般。由上面数据可以知道该零件相对来

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说是一个细长且拉深深度一般的工件。该零件需要经过多道工序才能完成。根据该工件的工艺分析，工件的基本冲压工序为：拉延、整形、修边、冲孔。

对于分离工序，获取毛坯形状需要用到落料或切断工序，冲内孔需要用到冲孔工序，为了获得零件外部形状，还应有修边工序，因为是两件合并成形，还需剖切工序分离左右件。

基于以上分析，不同工序的组合可能有以下A、B两种工艺方案。

方案A：落料、冲孔——拉延——修边、剖切 方案B：切断——拉延——冲孔、修边、剖切

方案A特点：坯料由落料冲孔模获得，获得坯料外形的同时，可以冲出内孔，此方案的优点是内孔可以用于后面拉延工序和修边、剖切工序的定位。但是冲孔后再拉延的加工顺序不能保证孔的形状和位置精度，且拉延件上有内孔可能会导致拉延的失败。

方案B特点：坯料可以由剪板机切断板料获得，不需要设计落料模，降低了成本。而冲孔是分离零件与内部废料，在工件的内部进行，修边和剖切是分离零件与外部废料，在工件外轮廓进行，所以冲孔修边剖切可以同时进行，此方案是可行的，而且同时冲孔修边剖切可以提高加工轮廓的位置精度。由于只需要设计制造一套模具，降低了成本，收到很好的经济效益。

经过全面分析、综合考虑，以零件质量、生产效益及经济性几个方面衡量，认为两种方案中方案B最佳，故本设计采用方案B。

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第3章 拉延模设计

拉延模是保证制成合格覆盖件最主要的装备。其作用是将平板状毛料经过拉延工序 使之成型为立体空间工件。拉延模有正装和倒装两种型式。正装式拉延模的凸模和压边圈在上，凹模在下，它使用双动压力机，凸模安装在内滑块上，压边圈安装在外滑块上，在拉延成型时外滑块首先下行，压边圈将毛料紧紧压在凹模面上，然后内滑块下行，凸模将毛料拉人凹模型腔内，毛料在凸模、凹模和压边圈的作用下受到拉应力与压应力的作用，生产塑性变形，最后成型为我们所要的工件形状。倒装式拉延模的凸模和压边圈在下，凹模在上，它使用单动压力机。凸模直接装在下工作台上，压边圈则使用压力机下面的顶出缸，通过顶杆获得所需的压料力，压边力比较小，不能提供较大的拉深行程。双动压力机所选用的拉延模的结构比较简单，主要由三大件（凸模、凹模和压边圈）或四大件（凸模、凸模固定模座、凹模和压边圈）组成。形状简单、拉延深度浅的覆盖件一般采用单动压力机来成型。倒装型式拉延模只有在顶出缸压力能够满足压料需要的情况下方可采用。

3.1 冲压设备的选择

3.1.1 拉深力的计算

该零件的材料为ST13，属于冲压级冷轧薄钢板，塑性好，冲压加工性能良好。屈服强度≤240MPa，抗拉强度为270～370MPa，弹性模量E=2.07E5MPa，塑性硬化指数n=0.237，厚向异性指数r=2.295，硬化指数在钢材中是比较高的，材料成形极限较大。具有良好的拉深成形性能。

由于这个覆盖件是不规则形状，不能用一般的圆筒件、带法兰圆筒件、锥形零件等进行计算，因此采用任何形状的拉深力的计算：

P=Ltób Kb[3]，

式中，L —凸模周边的长度， t—为材料的厚度1.5mm， ób—材料的抗拉强度（Mpa） Kb—系数取0.9(由表4—80)

[3]

，

ób为由上面的工艺分析知为270～370N2mm2在此为了安全起见取较大值计算350M pa,

凸模周边的长度L，由于凸模的是一个复杂的曲面，不能用一般的计算方法进行计算其周长，在此借助UG进行计算（“分析—质量属性—面积使用曲线计算—边界临时的”选择凸模的外轮廓曲线，最后得出了所需的曲线的周长与面积分别了21064.08mm, 68540.856mm2。因此拉深力为：

P=Ltób Kb=21064.08x1.2x350x0.9=7962222.24N=7962.222KN

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3.1.2 压边力的计算

压边圈的压力必须适当，如果过大，就要增加拉延力，而增加拉延力会使工件拉裂，而压边圈的压力过低就会使工件的边壁或凸缘起皱。压边力的计算公式为[1] 127136mm2。因此，Q=127136X2=254272N=254.272KN。

Q=Fq,,其

中q值取2Mpa,F为压边圈上坯料的投影面积，由拉深工艺图并且借助UG进行计算约为

3.1.3 压力机的选择

对于单动压床P压=P+Q，

式中P压 —压床的公称压力； P——拉深力 Q——压边力

因此，单动压力机的P压=P+Q=7962.222+254.272=8216.494KN. 在实际生产中按下式确定压力机的公称压力=1.8x8216.494KN=14789.69KN,

根据工厂生产实际选压机为：JQ36-400(闭式双点单动压力机).

[4]

Fg≥(1.6~1.8) P

压

3.2 模具结构形式的确定

根据使用冲压设备不同，汽车钣金件拉延模可分为单动拉延模和双动拉延模。

单动拉延模在单动压力机上使用，上模是凹模，下模是凸模，中间的压边圈通过弹簧、橡皮或气垫获得压边力。单动拉延模的特点是结构简单、造价低。对于单动拉延模，凸模安装在下工作台面上，压边圈用拉力机的顶杆顶出，通过顶杆得到所需的压边力，凹

模在上称为到装式拉延模。下图3.2-1为到装式单动拉延模的典型结构 及相关参数

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图3.2-1单动拉延模的典型结构

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表3-1 单动拉延模的典型结构的参数 单位:mm GM241火焰淬火硬度HRC50-55 符号 等级 大型 A B C D E F G H Min55 50 40 40 35 300 60 60 中小型 Min50 40 40 40 30 300 50 50 备注 符号 公差 ±2.0 ±2.0 ±2.0 ±2.0 ±0.5 ±0.5 1 2 3 4 5 6 7 8 一般 GM241 GM241 GM241 板件厚度 形状复杂且材料流动较大处 GM241 需刷镀 GM241 需刷镀 GM241 备注 I 35 30 ±2.0 9 双动拉延模在双动压力机上使用，双动压力机上滑块分内滑块和外滑快两个部分，上模固定在内滑块上，压边圈固定在外滑块上，压边力由外滑块获得。双动拉延模的特点是压边力大，便于调节，且压边力是刚性的，压边稳定可靠；行程大，可拉延深度大的拉延件。一般用于拉延成形型面复杂落差大、表面质量要求高的大型零件。下图3.2-2为正装式双动拉延模的典型结构及相关参数。

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图3.2-2双动拉延模的典型结构

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表3-2双动拉延模的典型结构的参数 单位：mm

等级 中小型 Min50 40 40 40 30 300 50 50 30 备注 符号 公差 ±2.0 ±2.0 ±2.0 ±2.0 ±0.5 ±0.5 ±2.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 一般 GM241 GM241 GM241 FC30 板件厚度 形状复杂且材料流动较大处 A B C D E F G H I Min55 50 40 40 35 300 60 60 35 GM241 需刷镀 GM241 需刷镀 GM241 FC30 备注 符号 大型 综上所述，形状简单、拉延深度不大的钣金件一般采用单动压力即来成形。在进行完工艺补充后知道,工艺补充后的拉深深度大概为20mm左右，深度相对比较浅，而且补充后的零件是前后对称的。根据零件特点，本设计宜采用单动拉延模，且本设计按JQ36-400压力机参数设计，JQ36-400压力机属闭式双点单动压力机，因此本设计拉延模结构为单动拉延模。

3.3导向装置

3.3.1拉延模的导向

拉延模导向分内导向和外导向。外导向一般指压边圈和凹模之间的导向，内导向一般指压边圈和凸模之间的导向。外导向模具体积大成本高,但导引稳定性及平衡性佳。可以在生产过程中了解到模具的导向是否良好。而且耐滑板的更换比较方便。内导向可以使模具紧凑体积小成本底,但导向稳定性及平衡性较差，而且在生产过程中无法看到模具的导向，不能时刻了解模具间导向是否良好，耐滑板的更换不方便。

常用的导向零件有导向板、导向块和背块块三种。一般冲压模使用的导柱导套，在覆盖件拉廷模中，只有当拉延兼冲孔时才兼而用之。选用的导向板结构由《汽车冲模标准件2006-2007》可知，导向板结构及尺寸如图3.3-1所示

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图3.3-1

导向板广泛用于中小型的拉延模具中，其长宽尺寸依据模具的大小和受力的方向等进行调节。为了使导向板便于进入导向面，其一端制成30度的斜面。本是毕业设计做零件的拉延工序，拉深深度大概为20mm，采用倒装式拉延模，凹模在上。模具在工作时，在凹模下行与工件接触前，凹模必须要有30mm以上的导向先行进入压边圈内，跟压边圈导向，同时压边圈又不应该跟凸模导向脱离。因此综合以上各个方面的因素，本次做毕业设计全部采用外导向，即凸模跟压边圈用外导向，压边圈跟凹模也使用外导向。选用的导向板为A型，长 X 宽=100mm X 100mm。这样可以很好的满足上面的要求。

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因为使用倒装式拉延模，因此压边圈与下模的导向就是压边圈与凸模的导向。常用的导向方法是在压边圈和下模上铸出凸台，对凸台进行加工，并在其上安装导向板以起导向作用，导向间隙为0.05?0.02mm。凸模与压边圈的导向是用4—8对导板导向，本设计采用4对导板导向。对于是在压边圈上的凸台还是在下模上的凸台安装导向板，应该根据需要和导向板的安装及更换是否方便原则来定。

安装导向板的凸台应该注意的是：在导向板的下表面接触处要有背托，且背托的有效高度应该为25mm以上，背托下表面应该做出相应的倒角。背托的作用是为使模具在生产时通过导向板产生的摩擦力不是用固定导向板的螺钉来承受，而是通过背托使力转给模具，使导向平稳安全。

本套拉延模的压边圈与凸模的导向方式采用外导向。外导向虽然使模具的尺寸增大，成本有所提高，但是在加工导向面与安装导向板的时候是很方便的，而且模具在生产的时候，导向的整个过程是可以看见的。当导向板磨损的时候，也可以方便的对其进行更换。压边圈的纵向和横向都进行导向，共用8块导向板，它们的安装如图所示，

图3.3-2

由图3.3-2可见，导向板分别安装在压边圈的凸台上面。这样可以方便的加工导向面及方便的安装导向板，又可以在导向板磨损的时候方便更换。

3.3.2上模和压边圈的导向

在倒装式拉延模中上模和压边圈的导向即凹模与压边圈的导向。常用的导向方法是在压边圈和凹模非工作表面上铸出凸台，对凸台进行加工，并在其上安装导向板以起导向作用，导向间隙为0.05?0.02mm。对于是在压边圈上的凸台还是在凹模上的凸台安装导向板，应该根据需要和导向板的安装及更换是否方便原则来定。安装导向板的凸台注意事项上面已经说出。凹模与压边圈的导向是用4—8对导板导向，本设计采用3对导板。导板数量根据模具大小及具体结构选定，导板应放置在上模外轮廓的直线或形状平滑的部位。导向面应在压边圈内轮廓与上模外轮廓之间空隙处。拉延开始前导向面的接

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触应不小于30mm，拉延结束时．上模导板不脱离压边圈导板。下面以三维形式说明导向板在压边圈与凹模的安装位置。如图3.3-3和图3.3-4所示

图3.3-3

图3.3-4

由图3.2-3及图3.2-4可以知道，导向板分别安装在压边圈及凹模的凸台上面。其中有两对导向板安装在凹模的加工凸台上，一对导向板安装在压边圈的加工凸台上。这样可以方便的加工导向面及方便的安装导向板，又可以在导向板磨损的时候方便更换。同时在进行拉延生产时又可以很清楚地看到在凹模与毛料接触前，压边圈和凹模是否有合适的导向长度。

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3.4壁厚选择

覆盖件拉延模形状复杂，主要零件的毛坯凸模、凹模、压边圈都是采用铸造成形。为了既减轻又保证不使模具的强度受影响，铸件要求质量轻，又要有足够的强度和刚度。因此需要将铸件的非重要部分挖空，并在影响强度和刚度的部位增加加强筋。

一般来说，模具铸件的壁厚与模具尺寸、生产批量和受力情况有关。铸件的壁厚和结构参数没有统一的标准，根据《汽车覆盖件模具设计与制造》及《福田冲压模具设计规范》中的参考数据和个人设计过程的总结。铸件壁厚的设计如下：与零件接触的铸件壁厚是50mm左右、铸件非加工上表面的壁厚是40mm左右、铸件非加工下表面的壁厚是30mm左右、加强筋的厚度是30mm左右、受力的主筋厚度是40mm左右、最大筋的厚度是80mm左右。其中，受力的主筋是分布在凸模的最外围、压边圈的内围及凹模的内围；最大筋是调整垫块处，调整垫块的凸台直径为80mm。因为调整垫块是一个受力很大的地方，因此为了更好的让其强度、刚度等得到满足，在设计加强筋时，就直接将凸台拉到铸件下表面，使之成为筋；在压边圈下表面还有顶杆凸台，该处受力也很大，主要是受到压边力的作用，设计时用10个顶杆，相应的就会在压边圈上有8个顶杆凸台，在该处设计出筋的厚度为30mm，本套模具设计的最小壁厚是30mm，最大壁厚为80mm。在最大壁厚与最小壁厚处利用圆角及倒角等方法做了很好的过渡。基本上做到了铸件设计时的壁厚尽量要均匀一致，满足了铸件铸造性能良好的要求。

3.5减重孔及清砂孔的设置

铸件中应该设置减重孔和清砂孔。减重孔的作用是为了减轻铸件的重量，方便运输及加工，同时又可以减少铸件原材料的使用，节约能源，节约成本。清砂孔的作用是为了在铸件铸造出后方便清砂，同时也方便在加工铸件时清理铸件内部的削屑，还可以减轻铸件重量。减重孔及清沙孔的尺寸在不同的厂家中有不同的标准。设计时参考《汽车覆盖件模具设计与制造》该书中的减重孔及清沙孔的尺寸如下表3-1

A 最小50 B 最小20 C 最小60（2.5A以下） D 最小40（T/2以上） H 2.5A以下 T 25~60 第 29 页 共 48 页

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设计的凸模高度为385mm、凹模高度为345mm、压边圈的高度为245mm、模具的长X宽=1500mm X700mm 。综合上面的参考尺寸及自己做的模具高度，我取的清沙孔的尺寸数据如下：B=20mm、D=40mm、C=60mm~200mm、T=30mm~40mm。因为该模具的尺寸相对较小，挖空部分的高度不是很深，最到的深度为200mm，所以本模具中不做出减轻孔。不过在做清沙孔的时候，我有目的的把清沙孔的数目增多，这样也可以起到清沙跟减轻的作用。

3.6筋的布置

根据铸件的铸造性能及筋的受力情况的好坏，我们可以知道，加强筋布置的合理性对模具结构、受力及铸造等有很大的影响。加强筋主要可以使模具的受力均匀，使模具的受力集中部位的到强有力的支撑，提高模具的强度等。加强筋的设置还可以使模具铸件的壁厚均匀，有力于将非重要部位挖空的同时又不会降低模具的强度。由铸件的铸造性能等我们知道筋设置的注意事项有： （1）避免十字交叉，最好是丁字交叉； （2）非直角时，加大R角或采用大的倒角值；

（3）筋的设置避免集中交叉，同时筋与筋之间的距离要有一定的要求； （4）筋的厚度应尽量均匀，避免急骤变化的斜面；

（5）不同厚度的肋交叉时注意增大相接面，如使用斜直线过渡再使用大倒角接合等。

在设计的时候，综合了筋布置的各种注意事项及自己在做设计时的问题，如图3.6-1图3.6-2分别是我做出的凸模、凹模的筋的布置，由下面的三个图，可以知道我在此汽车覆盖件拉延模设计中，尽量避免了十字交叉，基本上采用丁字交叉，在受力集中的地方，都有筋的设置。筋的最大厚度是40mm，最小厚度是30mm，厚度均匀。

因为筋的布置最好是丁字交叉，避免十字交叉，壁厚尽量均匀，避免急剧变化的斜面。加强筋的厚度为T，T值除特大模具外，最大值为40mm。各肋之间的间隔尺寸的数值一般为（8～100）T，最大值不宜超过400mm。我选用的铸造副肋的厚度为30mm，主筋的厚度为40mm。

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图3.6-1凸模加强筋的布置

图3.6-2凹模加强筋的布置

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3.7模具中心的确定

考虑到平衡性问题，模具中心最好与拉延件压力中心一致，并于压力机中心一致。以避免偏心载荷使模具歪斜，间隙不均，从而加速压力机和模具的导向部分及模具凸、凹模工作部分的磨损，影响压力机和模具寿命。考虑板到料的形状和压力机顶杆的布置，模具中心可以适当偏心。

本设计拉延件板料几何中心与压力中心X方向上一致，Y方向偏心2.5mm，偏心量不大，模具中心可以与拉延件压力中心重合；压力机顶杆Y方向间距为150mm，板料宽度为137mm，则Y方向布置相邻两排顶杆为宜，如图11所示；则模具中心与压力机中心Y方向偏心量为顶杆间距的一半即75mm。顶杆X方向间距为200mm，板料长度为928mm，X方向布置5排顶杆为宜，模具中心与压力机中心在X方向上重合。生产用顶杆数为10

图3.7-1 模具中心与机床中心位置关系

生产及试模顶杆孔位置,原则以尽量靠近分模线排列且全数设置,仅与内导板干涉时取消. 顶杆孔必须与机台顶杆位置相配置,以平衡稳定为前提均匀分布。压边圈上各顶杆凸台处必须有筋条支撑。

因为所选用的压力机顶杆直径为50mm，所以在压边圈上，对应的顶杆孔尺寸设计为直径为80mm，选择顶杆孔数量为10，顶杆孔在液压机上的选取位置如上图3.6-1所示。顶杆孔凸台在压边圈上的位置分布如下图3.7-2中所示。

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图3.7-2顶杆孔凸台位置

由上图3.6-2中的顶杆孔凸台在压边圈上的位置布置可以看出，顶杆位置分布比较合理。在用模具进行生产时，共有10根顶杆将压边圈往上顶，顶杆在压边圈上的分布是前后左右对称的，压边圈受力均匀、平衡，使模具导向良好，生产安全。

3.8压边圈的设计

由于采用倒装式拉延模，倒装式拉延模的压边圈跟凸模一起安装在压力机的下工作台上。压边圈由下顶出油缸通过顶杆顶出产生压边力，拉延工件时，压料面与凹模压紧板料，为拉延成形提供阻力，并与凸模的成形力共同提供板料的变形力，使板料产生充分的塑性变形。

工作时，压边圈受到较大的载荷，压边圈要有一定的厚度以满足强度和刚度的要求。同时考虑到导板空间，本设计压边圈高度为170~185mm。

压边圈宽度根据压料面单边加宽100~120mm，留出足够的空间设置合模限位块。同时考虑导板空间，压边圈长度为1500mm ，宽度为660mm。

压边圈重量估算：按总长、总宽、总高相乘再乘于0.35的系数计算体积，则压边圈重量约为450kg。

为方便运输，在压边圈四角设置四根起重棒，起重棒直径为40mm，单根最大承重0.7吨，满足起重要求。起重棒材料为45，锻件，调质处理，硬度为28～32HRC，压边圈铸造前，把起重棒埋入模型的指定位置中。

压边圈与下模之间、压边圈与上模之间要设置合模限位块，间距为300~500mm。压

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边圈上表面的合模限位块凸台加工M12的螺孔，用于与合模限位块联接。所有的合模限位块凸台加工精度为IT7，表面粗糙度为1.6

为减少加工面积，在压边圈上加工部分铸出凸台，高度为10mm，合模限位块凸台直径比合模限位块大10mm，顶杆凸台直径为60mm，定位器凸台尺寸比定位器尺寸单边大10mm。

压边圈采用铸件整体铸造，为了减轻重量，铸件上非重要部分应掏空，在顶杆处和合模限位块处设置加强筋，压料面也要有筋条支撑。主筋厚度为40mm，加强筋厚度为30mm。

压边圈采用铸件整体铸造，为了减轻重量，铸件上非重要部分掏空，在调整垫块处及顶杆作用处设置加强筋。主筋厚度为40mm，副筋厚度为30mm。压边圈上表面与料接触的地方，壁厚为50mm，下表面的壁厚为40mm。在上表面铸造6个高10mm的调整垫块凸台，用M10螺纹与调整垫块连接。在压料面外围挖出6个高度为25mm的凹台放置板料定位器，定位块用M8的螺纹与压边圈连接。由于该模具采用外导向形式，压边圈的左右还应设置耐滑板凸台，耐滑板凸台的高度取10mm，背托高度取18mm，背托倒角为

10mm。耐滑板用M12螺纹与压边圈连接。压边圈用UG三维模型如

图3.8-1压边圈

3.9凸模设计

凸模的长度和宽度与压边圈一致，模座高度为110mm。凸模重量约为670kg，考虑到模具装配后的总重，选用4根直径为50mm起重棒设置于凸模四角。

压边圈采用铸件整体铸造，为了减轻重量，铸件上非重要部分应掏空，在合模限位块处设置加强筋。主筋厚度为40mm，加强筋厚度为30mm。

由于机床工作台有10根顶杆穿过凸模顶起压边圈而产生压边力，凸模座要在相应位置开出直径为80mm的顶杆避让孔。

本设计由于凸模工作部分宽度太小，强度不够，需在根部加宽，考虑到避开顶杆，

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凸模根部整体加宽到60mm，而在离顶杆较远部位用筋条的形式加宽，加宽到130mm，筋条宽度为60mm。与压边圈对应，凸模座也要铸出合模限位块凸台，高度为10mm，直径为80mm，用M12螺钉与合模限位块联接。模座根据压力机工作台T形槽位置，设置4处压板槽，用于下模与压力机工作台的固定。凸模座底面位于压力机中心处设置四处定位键槽，加工时用于与机床定位。

压板槽的设置原则由《福田冲压模具设计规范》该书中查得如下 压板槽的数量

表3.9-1

压板槽的结构尺寸

图3.9-2

压板槽与加强筋的最小间距

图3.9-3

该模具长度为1500mm，宽度为700mm由上表3.9-1可以知道凸模座上的压板槽的数量为2 X 2。压板槽的尺寸及与加强筋的距离参考图3.9-2及图3.9-3，并结合自己做的模具实际情况。取压板槽的直径为40mm，与凸模座外围距离为49mm，压板槽宽度为80mm，压板槽的加工凸台高度为10mm等。凸模与凸模座做成整体式，采用铸件整体铸

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造，为了减轻重量，铸件上非重要部分掏空，在调整垫块处及顶杆作用处设置加强筋。主筋厚度为40mm，副筋厚度为30mm。压边圈上表面与料接触的地方，壁厚为50mm，下表面的壁厚为40mm。筋的内部设置有清沙孔，孔径为40mm。凸模三维模型如图3.9-4所示：

图3.9-4

3.10凹模设计

凹模的作用是形成凹模压料面和凹模拉延圆角。拉延毛坯是通过凹模圆角逐步进入凹模内腔，直至拉延成凸模的形状。

上模的长度和宽度与下模一致，模座高度为155mm。与压边圈对应，上模座也要铸出平衡垫块凸台，高度为10mm，直径为80mm。与压边圈上的定位器凸台对应，上模座上要开出6处60mm?70mm的避让孔。根据压力机上滑块T形槽位置，上模座也设置4处压板槽，用于上模与压力机上滑块的固定。凹模与压边圈的导向采用3对导向板进行外导向。

倒装式拉延模，工作时凹模用螺杆及压板安装在压力机的上工作平面上，因此在凹模上也应设置出压板槽，压板槽的数量、结构尺寸及与筋之间的最小距离由上面表3-.8-1图3.8-2及图3.8-3得到，结构尺寸与凸模上的压板槽一样。

凹模的的数模三维如图3.10-1 所示：

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图3.10-1

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第4章 标准件的选用

标准件是指结构、尺寸、画法、标记等各个方面已经完全标准化，并由专业厂生产的常用的零（部）件是指结构、尺寸、画法、标记等各个方面已经完全标准化，并由专业厂生产的常用的零（部）件。标准件的选用在模具设计有着重要的意义和作用，现在的模具设计，在很多的情况下都是尽可能的选择标准件。一道模具上面的标准件使用越多就意味着模具的总加工用时就越少，模具的生产效率快，模具的设计与制造周期短等。模具标准件的使用还可以方便当模具某些零部件损坏时的更换。模具上标准件使用越多，该模具的互换性就越高。总之标准件的选用有利于模具生产周期的缩短，节约成本，方便模具的维修等。

由于标准件的优点很多，最后我结合自己做模具时的问题，在自己设计的模具中所选用的各种标准件如下：

4.1 耐滑板及其固定螺钉的选用

耐滑板安装在模具的导向面上，对模具起到导向作用。同时因为有了耐滑板，由可以对模具的导向面起到保护的作用。耐滑板的使用可以方便的调节模具间的导向间隙，当模具与耐滑板由于工作过多而磨损时，可以通过更换耐滑板，调整耐滑板与模具的间隙，使导向平稳。本次做毕业设计选用的耐滑板是通过《汽车冲模标准件2006-2007》一书中选取的。本套模具的耐滑板共用7对，其中凸模与压边圈用4对，凹模与压边圈用3对。耐滑板具体选用过程已在3.2.1拉延模的导向这一节中说明。所选用的耐滑板为A型，长X宽=100mm X 100mm，厚度为20mm。耐滑板的结构如图4-.1-1所示

图4.1-1

固定耐滑板用螺钉的选用，耐滑板要用螺钉固定在模具的导向面上。如上图4.1-1所示，耐换板的沉头孔直径为20mm，底孔直径为13.5mm，因此选用的螺钉为M12内六

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角螺钉。内六角螺钉的选用参考《机械设计基础课程设计》第132页表13-11。由表13-11得有效螺纹长度b=35mm，螺钉长度L=40mm。各参考数据见表13-11。

4.2 调整垫块及其固定螺钉的选用

调整垫块的使用方便模具间隙的调整及模具平衡的调整。本次毕业设计选用的调整垫块参考《汽车冲模标准件2006-2007》中的标准来选取。在该书第278-279页有选用的标准参考如图4.2-1

图4.2-1

由上图4.2-1，我选用的调整垫块的直径D=60mm，厚度为20mm，沉头孔直径为18mm，沉头孔深度为14mm，底孔直径为12mm。

固定调整垫块有内六角螺钉的选用参考《机械设计基础课程设计》第132页表13-11。因为由调整垫块的选用可以知道，调整垫块底孔直径为12mm，因此我选用的内六角螺钉为M10。由表13-11得有效螺纹长度b=32mm，螺钉长度L=35mm。各参考数据见

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表13-11。

4.3 材料定位块及其固定螺钉的选用

材料定位块作用是使毛料在拉延前，其位置前后左右固定准确，以保证拉延的顺利进行。定位块是用内六角螺钉安装在压边圈上的，在市场上也有其标准件买，不过在工厂中也有自己设计加工使用的。自己设计加工使用可以节约成本，方便灵活。本次我做的毕业设计的定位块也是自己根据所设计的模具结构来设计的。三维模型如图4.3-1

图4.3-1

定位块的底板厚度为20mm，定位块厚度为20mm，长度为50mm，宽度为40mm，高度为60mm。定位块上开出固定内六角螺钉用的槽，方便定位块的位置调整。

固定定位块用的内六角螺钉选用参考《机械设计基础课程设计》第132页表13-11。由表13-11中选择M8内六角螺钉，其中内六角螺钉的有效螺纹长b=28mm，螺钉长度L=30mm。

4.4 套筒式限位螺钉的选用

限位螺钉的作用是为了防止压边圈在压力机下顶出油缸的作用下顶到上死点时，顶出行程超出范围，同时也防止压边圈超出规定的工作行程。本次做的毕业设计，根据模具的实际情况，参考《汽车冲模标准件2006-2007》第198-199页如下表4-1所示

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