汽车右后轮外挡泥板的冲压工艺设计.docx
《汽车右后轮外挡泥板的冲压工艺设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车右后轮外挡泥板的冲压工艺设计.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
汽车右后轮外挡泥板的冲压工艺设计
摘要
本文分析了汽车右后轮外挡泥板的冲压工艺方案，详细说明了汽车右后轮外挡泥板修边冲孔模的结构和设计过程，具体内容包括冲压工艺的确定、工艺参数的计算、压力机的选择等。
并且对模具结构中的辅助设计进行了说明,对模具制造、操作及维护要点进行了阐述。
关键词：
修边冲孔模具设计
ABSTRACT
Thisarticleanalyzestherightnearwheelfenderofcartampingprocess;Detaileddescriptionoftherightnearwheelfendertrimmingandpunchingmolddesignandstructure.lncludingspecificthecertainoftrimmingprocess、processofparameterscalculation,thechoiceofpress,andsoon.andexplainthemoldstructureofcomputer-aideddesign,Moldonthemanufacture,operationandmaintenanceofthemainpointsdiscussed.
Keywords:
trimmingpunchingdiedesign
目录
第一章概论5
1.1课题来源，目的及意义5
第二章当前国内外模具工业的现状与发展6
2.1国内外模具技术现状6
第三章工艺分析及模具设计方案的确定9
3.1零件结构工艺性分析9
3.2工艺方案的选择9
3.3冲压方向和送料方向示意图11
第四章工艺计算及主要参数确定13
4.1凸、凹模刃口尺寸计算13
4.2冲压力的计算14
4.2.1压边力的计算14
4.2.2冲裁力计算14
4.2.3卸料力[9]14
4.2.4顶出力[9]15
4.3压力机的选用15
4.4模架闭合高度的校核15
第五章模具结构方案的确定17
5.1修边模的总体结构设计17
5.1.1修边模设计的基本原则[6]17
5.1.2模具结构方案17
5.2模具功能分析17
5.3模具总体结构19
5.4修边凸凹模设计21
5.5废料刀设计23
5.6压件器设计24
5.7模具的导向机构24
5.8起重装置的设计25
5.9连接板25
第六章模具操作及维护要点26
致谢27
参考文献28
第一章概论
1.1课题来源，目的及意义
1.1课题背景及意义
本课题内容为来自于东风汽车股份有限公司汽车分公司的汽车右后轮外挡泥板冲压工艺分析与修边冲孔模设计。
产品零件外形及整体零件结构较为复杂，其间有较多孔、拉延及翻边等结构，设计中将对外形及内部结构进行深入的工艺分析，并以此为基础进行后序俢冲模具设计。
本次毕业设计过程中的工艺分析及模具设计将综合整理大学期间所学习的专业理论知识并将其运用于实践设计之中，从而提高自己的动手能力，以做到学以致用、融会贯通。
通过本次设计过程，我将对冲压模具的设计有更深的体会和认识，全面整体的了解冲压模具设计的过程，以及在设计中通过各种软件对零件及模具进行分析优化，从而获得较为完善的加工工艺和理想的模具结构，以适应生产，满足各方面要求。
1.2课题目标与工作内容
拟订其工艺路线，根据其合理的工艺方案，设计出适用生产的整套模具。
通过本次冲压模设计进一步巩固理论知识，能根据实际情况提出个几种可行方案，并根据实际情况进行综合分析、比较确定最优方案。
撰写设计说明书，不少于8000字，说明书中要求尽量使用三维图凸显制件要求和模具（包括典型零件）结构，设计说明书内容要求全面分析得理，计算无误，结论正确，符合书写要求。
第二章当前国内外模具工业的现状与发展
2.1国内外模具技术现状
随着与国际接轨的脚步不断加快[1]，市场竞争的日益加剧，模具制造技术现已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定企业的生存空间。
近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。
一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。
以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步。
我国已能生产部分轿车覆盖件模具。
如东风汽车公司冲模厂，已设计制造了富康轿车部分内覆盖件模具。
一汽模具中心生产了捷达王轿车外覆盖件模具。
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。
在设计制造方法，手段上面已基本达到了国际水平，模具结构功能方面也接近国际水平，在轿车模具国产化进程中前进了一大步。
但在制造质量、精度、制造周期和成本方面，与国外相比还存在一定的差距。
标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种。
有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动叠片多功能模具，已达到国际水平。
如南京长江机器制造厂的电机铁芯自动叠铆硬质合金多工位级进模具有自动冲切、叠压、铆合、计数、分组，转子铁芯扭斜，安全保护等功能，凹模采用拼块式，零备件可互换。
常州宝马集团公司的步进电机定转子带双回叠片硬质合金级进模。
具有转子冲片落料、旋转72°再叠片，定子冲片落料、回转90°再叠片、（以消除料厚误差）等功能。
这两项模具精度达2μm，步距精度2-3μm，双回转精度1′，寿命达到1亿次以上，制造周期5-6个月，而价格仅为同类进口模具的1/2-1/3，已达到国际先进水平，完全可以替代进口。
其他如48、54、68条腿集成电路框架多工位级进模、电子枪硬质合金多工进级进模、别克轿车安全带座式工位级进模、空调器散热片多工位级进模，均达到国外同类产品水平。
但总体上和国外多工位级进模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，仍存在一定差距。
在一般冲模方面，浙江慈溪鸿达电面模具制造中心的铁芯片复合冲模，实现系列化、标准化、专业化生产，质量稳定，模具费用较一般低30%-50%，交货周期7-20天，并备有现货供应。
在适应市场经济方面迈出了可喜的一步。
此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。
经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。
例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS软件，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM软件，上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件等在国内模具行业拥有不少的用户。
虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。
例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口[1]。
2.2国内外模具技术上存在的差距
1）产需矛盾
尽管经过半个世纪的发展，我国模具工业取得较大进步，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要。
主要原因有三：
设计和工艺技术落后，如模具CAD/CAM技术采用不普遍，加工设备数控化率低等。
专业化、标准化程度低。
模具生产效率不高、周期长，不能满足市场的需要。
2）企业结构方面
模具生产企业结构不合理，主要生产模具能力集中在各主机厂的模具分厂（或车间）内，模具商品化率低，模具自产自用比例高达70%以上。
而国外，70%以上模具是商品化。
可见在我国冷冲压模具占居主导地位，作冲压模设计十分必要。
3）产品水平
衡量模具产品水平，主要有模具加工的制造精度和表面粗糙度，加工模具的复杂程度、模具的使用寿命和制造周期等。
国内外模具产品水平仍有很大差距。
4）工艺装备水平
我国机床工具行业已可提供比较成套的高精度模具加工设备，如：
加工中心、数控铣床、座标磨床、三座标测量机等。
但在加工和定位精度、加工表面粗糙度、机床刚性、可靠性等方面，跟国外仍有较大差距[2]。
2.3模具技术的发展趋势
（1）进入90年代以来，高新技术全面促进了传统成形技术的改造及先进成形技术的形成和发展。
21世纪的冲压技术将以更快的速度持续发展，发展的方向将更加突出“精、省、净”的需求。
（2）冲压成形技术将更加科学化、数字化、可控化。
科学化主要体现在对成形过程、产品质量、成本、效益的预测和可控程度。
成形过程的数值模拟技术将在实用化方面取得很大发展，并与数字化制造系统很好地集成。
人工智能技术、智能化控制将从简单形状零件成形发展到覆盖件等复杂形状零件成形，从而真正进入实用阶段。
（3）注重产品制造全过程，最大程度地实现多目标全局综合优化。
优化将从传统的单一成形环节向产品制造全过程及全生命期的系统整体发展。
（4）对产品可制造性和成形工艺的快速分析与评估能力将有大的发展。
以便从产品初步设计甚至构思时起，就能针对零件的可成形性及所需性能的保证度，作出快速分析评估。
（5）冲压技术将具有更大的灵活性或柔性，以适应未来小指量多品种混流生产模式及市场多样化、个性化需求的发展趋势，加强企业对市场变化的快速响应能力。
（6）重视复合化成形技术的发展。
以复合工艺为基础的先进成形技术不仅正在从制造毛坯向直接制造零件方向发展，也正在从制造单个零件向直接制造结构整体的方向发展。
加入WTO以后，中国的汽车工业、航空航天工业等支柱产业必将有大的发展。
我国的冲压行业既充满发展的机遇，又面临进一步以高新技术改造传统技术的严峻挑战。
国民经济和国防建设事业将向冲压成形技术的发展提出更多更新更高的要求。
我国的板料加工领域必须加强力量的联合，加强技术的综合与集成，加快传统技术从经验向科学化转化的进程。
加速人才培养，提升技术创新能力，提高冲压技术队伍的整体素质和生产企业的竞争力[3]。
2.4数字化成形技术的发展
先进成形技术是在传统成形技术的基础上[3]，以计算机为支柱，综合利用信息、电子、材料、能源、环境工程等各项高新技术及现代管理技术，有利于最终实现产品全生命期综合优化的冲压成形技术，是能越大程度地达到“精、省、净”目标，获得高综合效益的成形技术。
发展先进成形技术的关键在于[4]：
（1）大力发展冲压成形过程的计算机分析仿真技术（CAE）。
（2）并行工程（CE）、并行工作模式逐步取代传统的串行顺序式工作模式。
计算机辅助过程分析仿真（CAE）是20世纪后期对于金属成形最具重大意义的技术进步之一，其核心是有限元分析技术。
以有限元法为基础的冲压成形过程中计算机仿真技术或数值模拟技术，以冲压模具设计、冲压过程设计与工艺参数优化提供了科学的新途径，将是解决复杂冲压过程设计和模具设计的最有效手段。
国外大型企业的应用步伐非常迅速，而汽车工业走在前列，现已逐渐成熟，用于模具设计和试模的时间减少50%以上。
美国GM居世界领先地位。
数值模拟技术的发展趋势可概括如下[5]：
（1）进一步提高模拟计算的精度和速度。
重点突破回弹精确预测；发展快速有限元模拟技术，实现“当天工程”、甚至“2小时工程”；同时加强基础研究，解决复杂变形路径等基础性问题。
（2）降低软件对人员专业素质的要求。
目前市场软件功能强大，主要面向分析师，买了先进软件系统，不一定能获得好的模拟结果。
面向中小企业，推广更加困难。
（3）降低软件对硬件平台的要求。
目前，几乎著名的冲压模拟软件都已完成向微机版的转化。
（4）加强初始化设计环节的研究。
初始化设计环节（初始方案），作为计算分析的起点和修改的基础，至今仍需要靠有经验的人员完成。
迫切需要发展知识库工程（KBE），将专家系统（ES）、人工智能技术（AI）与有限元模拟软件相结合，实现智能化初始工作，减少对工艺专家的依赖。
（5）加强基础试验。
材料性能本构关系、摩擦状态、缺陷判据等数据来自试验，其真实性、准确性是限制模拟分析达到可靠精度的重要因素。
（6）进一步向产品冲压制造系统扩展，实现制造全过程、全生命期的综合优化。
目前，成形过程分析，仍重在解决成“形”问题。
未来，将同时向改“性”发展，实现变形方式、成形过程及成形后性能的综合优化。
（7）普及CAE技术势在必行。
CAD技术经过5-10年的大力普及，基本解决了手工绘图问题。
未来5-10年，CAE技术的普及将势在必行。
中小机械制造企业70多万家，冲压、模具企业为数甚大，以高新技术改造传统技术的任务十分艰巨，结合产业调整，统筹规划，需要提上日程。
第三章工艺分析及模具设计方案的确定
3.1零件结构工艺性分析
零件如图3.1所示:
图3.1零件
3.2工艺方案的选择
该零件为大型薄壁冲压件。
从零件外形分析，该零件可能需要进行拉延、冲孔、翻边、修边、整形等加工。
在冲压过程中，零件易发生开裂、伤线、起皱等缺陷，尤其孔周围易发生变形。
对该零件的工艺方案分析主要集中于对拉延、冲孔、翻边、修边、整形几道加工工序顺序的安排。
根据零件的外形分析，初步定出3种工序方案：
（1）拉延——修边——冲孔——翻边——整形
（2）拉延——冲孔——修边——翻边——整形
（3）拉延——修边——冲孔、翻边——整形
图3-1可以看出，零件上有3个大孔，还有较多的小孔，若先冲孔后拉延，冲出的孔容易出现变形且位置也会变化，所以我将拉延作为第一道序。
先进行拉延加工，成型主要外形部分。
首先比较
（1）、
（2）两种方案，这两种方案的区别主要在于第2道序和第3道序，
（1）首先进行修边加工，去除边角余料后再冲孔，这样孔的加工将集中化，但是由零件图3-1可以看出，该零件孔较多，而且部分孔位于倾斜平面之上，如此安排工序，会增加冲孔模具的设计和加工难度，在生产中也会加大生产难度；
（2）方案把冲孔安排在修边之前，仍然无法避免
（1）方案中将孔集中加工的缺点，且在孔成型后进行修边加工，容易使孔周围部分发生如开裂、伤线此类变形，比较两种方案，
（1）较
（2）有优势；比较
（1）、（3）方案可以发现，（3）不仅延续了
（1）中冲孔集中加工的缺陷，而且将此种缺陷更加复杂化，表面上看，（3）将两种工序合二为一，简化了加工过程，但是在本来已经高难度的集中冲孔加工中又整合了翻边加工，更增加了模具本身的设计和制造难度，在这三种工艺方案中，无疑
（1）方案比较适合该零件的生产。
但是从零件图可以看出，该零件上有许多孔，如采用方案
（1），冲孔的集中化加工不太适合生产，即使忽略模具设计的难度和成品模具的繁复程度，在生产中，对于模具的维修和保养难度也比较大，综合考虑后，决定将孔分散于2，3，工序中分别加工，最后定立了如下的工序方案：
拉延——修边、冲垂直孔——冲侧孔、修端头——翻边、整形
拉延：
拉延加工主要成型零件的主要外形，不进行其他加工。
在此道工序中，要注意生产中应多避免板材在拉延过程中起皱，拉裂现象的发生；
修边、冲垂直孔：
以外形定位进行加工，如图3-1，修边主要剪去左右侧边余料，成型两侧边翻边前主要外形，同时冲孔。
冲侧孔、修端头：
以外形和2序中加工的孔进行定位，生产中采用斜契、吊契冲头冲孔，主要加工倾斜型面上的孔和部分位于水平形面上的孔。
在冲孔的同时也利用斜契修两端头，起到第一次整形的作用；
翻边、整形：
在此道工序中，采用外形定位，主要对两侧上下边进行翻边加工，并在翻边的同时对零件进行第二次整形加工，在此道工序中，要注意尽量避免零件起皱、伤线。
3.3冲压方向和送料方向示意图
图3.3工序内容修边
图3.4工序内容冲孔
第四章工艺计算及主要参数确定
4.1凸、凹模刃口尺寸计算
由于修边的刃口尺寸特别的复杂，画图时是根据数模来确定凸模和修边凹模镶块的尺寸。
具体操作时凸凹模尺寸按沿周间隙为0.075,形状和轮廓按数模轮廓。
对于冲孔为非圆形件，存在因模具磨损而变小的尺寸、增大的尺寸和无变化的尺寸应用下列方式来处理。
、变小的尺寸（A类）Ad=（A+XΔ）0-δp
、增大的尺寸（B类）Bd=（B-XΔ）+δd0
、无变化的尺寸（C类）
当零件孔的尺寸为C+Δ0时Cd=（C+1/2Δ）±δd
当零件的尺寸为C-Δ0时Cd=（C-1/2Δ）±δd
当零件孔的尺寸为C±Δ¹时Cd=C±δd
我做的都是冲孔，且有3个是圆，另外的都是圆弧和直线组合的简单冲头，只有A类和C类尺寸，作图时冲头的形状是按照工序制件形状加工，凹模则是按照单边间隙为0.075配做。
4.2冲压力的计算
汽车覆盖件的形状复杂，本件中把拉延力、压边力、卸料力、顶件力等加起来就是冲压力。
冲压力是选择压力机的依据。
4.2.1压边力的计算
Q=F*q
Q——压边力；
F——压边的面积，F=392175mm2；（经测量计算得面积）
q——单位压边力，查<<模具设计与制造简明手册>>得:
q=2.5～3N/mm2[7]。
Q=Fq=392175×3=1196525N
1197KN
4.2.2冲裁力计算
公式为：
P=kAτ=1.3τLt（一般取k=1.3）[8]
式中：
P----冲裁力（N）
t-----板料厚度（mm）
τ----材料抗剪强度
L----周长（mm）
已知：
零件材料为ST1403,t=0.8（㎜）
由资料得：
=220-310Mpa。
取τ=310
修边周长由UG系统分析算得L1=3283.2（㎜）。
故：
修边冲裁力:
P1=1.3τL1t
=1.3×310×3283.2×0.8
=1058.5（kN）
4.2.3卸料力
F卸=K卸料P1=0.04P1=0.04×1058.5
42.3KN
4.2.4顶出力
K顶=K顶P1=0.06P1=0.06×1058.5
63.5KN
所以总的冲裁力为：
P
=Q＋P＋F卸＋F顶=1197＋1058.5＋42.3＋63.5
=2361.3KN
4.3压力机的选用
常用的冲压设备有：
曲柄压力机,双动拉深压力机,摩擦压力机,液压机等.压力机又可分为开式压力机和闭式压力机,开式压力机与闭式压力机的区别在于:
闭式压力机的操作空间只有前后两个方向，而开式压力机的操作空间有三个方向是敞开的。
操作者能够从压力机的前面、左面、或者是右面接近模具，因而操作较为方便。
开式压力机的缺点：
机床的刚度较差，因而只用于小吨位的冲压。
打吨位的冲压件都要用闭式压力机[10]。
根据冲裁力和模架的周界以及压力P=1.2P
可以确定最佳的压力机为JA39-630（闭式四点单动压力机）
表4-1JA39-630压力机参数
设备参数
冲压线名称
B线
压床型号
JA39-630
内滑块压力（KN）
6300
内滑块行程（mm）
500
行程次数（次/分）
12
内滑块最大装模高度（mm）
1100
内滑块装模高度调节量（mm）
400
垫板尺寸（左右*前后*厚）
4000*2000
内滑块尺寸（左右*前后）
4000*2000
4.4模架闭合高度的校核
模架整体闭合高度Hm=900mm；
压力机的最大闭合高度为1100mm；
封闭高度调节量为400mm。
压力机的装模高度必须符合模具闭合高度的要求，即
Hmax-5mm≥Hm≥Hmin+10mm
式中:
Hmax——压力机的最大装模高度（mm）;
Hmin——压力机的最小装模高度（mm）；
Hm——模具闭合高度（mm）
考虑到上下模座的高度有：
1100-5≥Hm≥400+10，故模具的闭合高度满足要求。
第五章模具结构方案的确定
5.1修边模的总体结构设计
5.1.1修边模设计的基本原则[6]
1）模具结构和模具材料应与制件批量相适应。
2）尽量选用标准模架和模具零件。
3）模架的平面尺寸，除与凹模尺寸相符，还应与压力机台面尺寸及开孔大小相符。
4）刃口尖角处宜用镶块，既便于加工，也可防止应力集中导致开裂。
5）安装于模具内的弹簧，在结构上应能保证弹簧断裂时不致蹦出伤人。
6）修边模的定位。
7）对于大型落料与修边模或冲件内孔有窄小凸出与凹槽时，应采用镶块结构。
5.1.2模具结构方案
修边冲孔模可采用一般的基本结构形式，修边凹模镶块和冲孔凸模装在上模座，修边凸模和废料刀装在下模座。
凸模旁对称布置8个废料切刀（切刀刃口应低于凸模刃面约3～5倍料厚）。
其他结构设计如下：
导向装置：
导柱和导套导向。
顶件装置：
使用顶出器顶件。
卸料装置：
采用卸料螺钉、弹簧以及卸料板进行卸料。
连接与固定：
大部分零件用螺钉连接固定。
定位装置：
通过形状对板料定位。
5.2模具功能分析
本套模具是修边冲孔模。
模具装在JA39-630闭式双点压力机上，模具闭合高度为900㎜，上下底板的尺寸为1830×1300㎜,设计出的模具要在压床上运动。
因此，模具的设计要考虑到压床上、下台面的形状和尺寸，以便设计出的模具能够正确的安装在压床上。
压床的上下台面上都有螺栓，它是用来固定上、下模板的，因此上下模板上都有用来固定的压板槽。
为了在安装过程中移动的方便，还要在上下模板上设计出起重棒。
模具的装配图如下图所示：
1上底板2导套3凹模镶块4压件器5凸模6固定板
7起重棒8弹簧9凸模镶块10托料块11气缸12导板
13导柱14上底板15废料刀16废料盒
图5.1装配图
图5.2上模图
图5.3下模图
模具的工作过程如下：
当冲床在上止点时将制件放入凹模，制件依靠周边废料刀及型面定位。
机床上滑块下行，压件器首先将制件压贴在凸模上，弹簧被压缩。
当压件器压入凹模时，凸凹模刃口进行修边、冲孔，上模座与安放于下模座上的限位器接触时，机床滑块正好到下止点，此时废料被完全切断并滑落到工作台面上。
滑块回程，气缸通过顶出器将制件从凸模中托起，取出制件，在滑块到达上止点时顶出器回位，完成整个修边冲孔过程。
5.3模具总体结构
图5.4爆炸图
图5-5B-B剖视图
图5-6F向视图
5.4修边凸凹模设计
综合考虑模具结构和成本，该模具采用镶块结构。
对于大型和复杂形状的冲模，采用镶块结构是合理的。
这不但可节约贵重的工具钢，使模具易损部位更换方便，且能解决无法锻造大钢料、热处理变形等问题，并便于采用成形磨削，使制造简单化。
但模具的装配比较困难。
为了便于制造和维修，修边凸模镶件和冲孔凹模镶件应做成两体。
这时还可以将凸模镶件局部开槽或开孔，放入冲孔凹模。
但是必须考虑是否会影响凸模镶件强度和热处理变形等，在这种情况下镶件可设计得短一些，以便更换。
经常使用的镶件材料为Cr12MoV，热处理硬度58～62HRC。
因镶件是整体加热淬火，变形大，因此镶件需留有淬火后的精加工余量。
以下为凸凹模设计示意图：
图6.1凹模镶块
图6.2凹模镶块二维图
压料圈图6.3冲孔凸模图
冲孔凸模固定在固定板上，在压力
升级会员 