汽车车门扇形齿板精冲模具设计毕业设计论文.docx

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汽车车门扇形齿板精冲模具设计毕业设计论文

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

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所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

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日期：

年月日

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作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

绪论

冲压是利用安装在冲压设备上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。

冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。

冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一。

冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。

冲模是将材料批量加工成所需冲件的专用工具。

冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。

冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。

由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。

概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。

上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。

在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。

这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不同，又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。

复合冲压——在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。

级进冲压——在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。

复合-级进——在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。

冲模的结构类型也很多。

通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。

但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。

工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。

上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。

精冲是精密冲裁的简称。

精冲属于无削加工技术，是在普通冲压技术的基础上发展起来的一冲精密冲裁方法。

它能在一次冲压行程中获得比普通冲裁零件尺寸公差小、形位精度高、冲裁面光洁、表面平整、垂直度和互换性好的优质精冲零件，并且以低成本达到产品高质量的改善。

1课题分析

1.1课题来源

加工件是一扇形齿板,如图1所示，它是汽车车门玻璃升降器的重要传动零件，它的齿形精度、断面质量和平面度，对玻璃升降器的传动精度、传动平稳性和耐用度等都有很大影响。

由于使用普通冲孔落料技术冲压出来的产品有精度低、断面质量差的问题，所以进行技术改进，设计精冲方案进行生产。

该板材料25BⅡ，厚度3mm，齿板外形尺寸精度为IT6级。

图1-1加工件零件图

1.2设计内容

根据零件图的要求，设计出加工该零件的精冲复合模具，该模具需要完成外形和孔的精冲并满足精度要求。

该设计需要运用冲裁模具设计和精密冲裁的知识，合理运用。

具体要求如下:

（1）设计出生产该扇形齿板的冲裁模具；

（2）按照国家标准用AutoCAD软件绘制模具装配图以及非标准零件图；

（3）撰写说明书，用图片和文字结合说明，并注明计算公式的出处；

1.3工作步骤的拟定

通过对课题的研究和查找相关的资料，笔者拟定了整个设计过程中模具设计部分的设计方案，设计步骤如下：

（1）凹模、凸模和凹凸模结构的设计；

（2）计算凸模和凹模的刃口尺寸；

（3）选择模具的正倒装结构；

（4）确定卸料和出件方式；

（5）计算模具压力中心；

（6）设计V型环；

（7）选择标准模架；

（8）对凸模进行校核；

2制件分析

2.1工艺分析

从产品的使用要求来看，扇形齿板的外形主要是要保证齿形部分的精度和光洁度，因为它是直接影响传动精度的。

在扇形齿板的四个孔中，主要是要保证φ13孔和φ5.2孔的位置精度，因为他们对装配精度有影响。

精冲工艺不用于普通冲压工艺。

精冲需要三重动作和压力，除主冲裁力外，还需要有齿圈压板压力和反压板压力，从而使变形区内外，上下形成三向压应力，并在近似于纯剪切状态下成形。

本文论述了采用通用压力机与液压模架、精冲模具组合的方式来实现精冲工件的目的，即靠压力机提供主冲裁力，通过液压模架上的两个液压缸获得齿圈压板压力和反压板压力，从而达到精冲的三重动作和压应力的要求，完成图1中所示扇形齿板的精密冲裁。

2.2方案制定

零件需要加工外形（齿板）和4个孔，用精密冲裁满足要求。

初拟的几个方案如下：

方案一：

先落料，再冲孔，采用单工序模进行生产。

方案二：

落料—冲孔复合冲压，采用复合模进行生产。

方案三：

冲孔—落料连续冲压，采用级进模进行生产。

方案一模具结构简单，但需要两道工序，两套模具，生产效率低，且两次定位难以满足精度要求，生产效率低。

方案三使用级进模，级进模的结构复杂，制造精度高，成本高，且同样有多次定位误差，不太合适。

个人比较倾向于方案二，用复合模进行生产可以提高生产效率，该零件精度要求较高，用复合模也可以满足要求。

2.3工艺尺寸计算

2.3.1毛坯尺寸

根据图1计算，得长度方向为164mm，宽度为95mm，厚度为3mm。

φ164.5扇形弧长:

L=π×d×θ/360=π×164.5×158/360

=226.70mm

φ13孔周长：

L1=π×d=π×13

=40.82mm

φ15孔周长：

L2=π×d=π×15

=47.1mm

φ5.2孔周长:

L3=π×d=π×5.2

=16.33mm

扇形边缘边长：

L4=85.48mm

2.3.2排样

排样搭边确定，根据参考文献[1]表11-1得x=4.5，y=5.5。

如图2-1所示。

图2-1毛坯排样图

3精冲工艺的力能参数

3.1精冲工艺力的计算

精冲工艺过程是在压边力，反压力和冲裁力三者同时作用下进行的，这三个力对模具设计和保证工件质量以及提高模具寿命具有重要意义。

根据参考文献[1]p91～95的内容，分别计算冲裁力，压边力，反压力，总压力以及卸料力和顶件力。

3.1.1冲裁力

冲裁力P1大小取决于冲裁内外周边的总长度，材料的厚度和抗拉强度。

可按参考文献[1]p92由Timmerbeil提出的经验公式计算：

P1=f1Lttσb（2-1）

式中f1—系数，取决与材料的屈强比

Lt—内外周边的总长（mm）

t—材料厚度（mm）

σb—材料的抗拉强度（N/mm2）

其中Lt=L+L1+L2+L3+2×L4=775.35mm

t=3mm

σb=550N/mm2

考虑到精冲时由于模具的间隙小，刃口有圆角，材料处于三向受压的应力状态和一般冲裁相比提高了变形抗力，因此f1根据参考文献[1]图6-2取0.9。

故冲裁力为：

P1=0.9×775.35×3×550=1150KN（大约115T）

3.1.2压边力

V型环压边力的作用有三：

防止剪切区以外的材料在剪切过程中随凸模流动；

夹持材料，在精冲过程中是材料始终和冲裁方向垂直而不翘起；

在变形区建立三向受压的应力状态。

因此压边力对于保证工件剪切面质量，降低动力小号和提高模具的使用寿命有密切关系。

可以按照参考文献[1]p93经验公式计算：

P2=f2Le×2hσb（2-2）

式中f2—系数，取决于σb；

Le—工件外周边长度（mm）；

h—V形齿高（mm）;

σb—材料的抗拉强度（N/mm2）

其中Le=624mm；

h=0.8mm；

σb=550N/mm2

f2根据参考文献[1]表6-1查得取1.8。

故压边力为：

P2=1.8×624×0.8×550=494KN（大约49T）

3.1.3反压力

反压板的反压力也是影响精冲件质量的重要因素，它主要影响工件的尺寸精度，平面度，塌角和孔的剪切面质量。

反压力可以根据参考文献[1]p93经验公式计算：

P3=20%P1（2-3）

故反压力为：

P3=20%×1150=230KN（大约23T）

3.1.4总压力

工件完成精冲所需的总压力Pt是选用压力机的主要依据，根据参考文献[1]p94

PT=P1+P2'+P3（2-4）

式中P1—冲裁力（N）；

P2'—保压压边力（N）；

P3—反压力（N）

由于在实践过程中发现V形环压边圈压入材料所需的压边力P2，远远大于精冲过程中为了保证工件剪切面质量要求V形环压边圈保持的压力P2',一般P2'只有P2的30%～50%。

故保压压边力：

P2'=（30%～50%）P2=200KN（大约20T）

故总压力为：

PT=P1+P2'+P3=1150+200+230=1580KN（大约158T）

3.1.5卸料力和顶件力

精冲完毕，在滑块回程过程中不同步的完成卸料和顶件。

压边圈将废料从凸模上卸下，反压板蒋工件从凹模中顶出。

卸料力P4和顶件力P5可以按参考文献[1]p95经验公式计算：

P4=5%～10%P1=115KN（大约11.5T）（2-5）

P5=5%～10%P1=115KN（大约11.5T）（2-6）

3.2精冲工艺功的计算

根据参考文献[2]p275～276的内容，分别计算冲裁功，齿圈功，反压力功和总功。

3.2.1冲裁功

根据参考文献[2]p275冲裁功为：

As=fc×lss2σb/103（2-7）

式中ls—剪切线长度（mm）；

S—材料厚度（mm）；

σb—材料的抗拉强度（N/mm2）

fC—系数。

其中ls=775.35mm

S=3mm

σb=550N/mm2

fC=0.3（由参考文献[2]图1-59中查得）

故冲裁功为：

As=0.3×775.35×32×550/103=1151.4J

3.2.2齿圈功

齿圈压紧时所做的功，根据参考文献[2]p275齿圈功为：

AR=0.5P2h/103（2-8）

其中P2—压边力（N）；

h—V形齿高（mm）。

其中P2=494KN

h=0.8mm

故齿圈功为：

AR=0.5×494000×0.8/103=197.6J

3.2.3反压力功

克服反压力时所做的功，根据参考文献[2]p276反压力功为：

AG=P3×S/103（2-9）

式中P3—反压力（N）；

S—材料厚度（mm）

其中P3=230KN

S=3mm

故反压力功：

AG=230000×3/103=690J

3.2.4总功

AT=AS+AR+AG

=1151.4+197.6+690=2039J

4模具的结构设计

4.1凸模、凹模和凹凸模结构的设计

4.1.1凸模的结构形式

根据参考文献[3]p83表2-43选择凸模的结构形式，在经过比较之后，选择刚度好，便于装配，固定方便的圆形凸模B，如图4-1所示

图4-1凸模结构图

4.1.2凹模的结构形式

该凹模的作用是与凹凸模一起，冲裁出该扇形齿板的外形。

结构如图4-2所示。

图4-2凹模结构图

4.1.3凹凸模结构

凹凸模需要同时与凸模以及凹模配合工作，来完成对齿板外形的冲裁和内部孔的冲裁，其结构如图4-3所示。

图4-3凹凸模结构图

4.2确定模具的结构形式

因为制件的生产批量较大，选择复合模具和级进模都可以完成，但考虑到加工要求和设计的难度，所以采用复合模。

根据制件的尺寸和精度要求，齿板外形精度为IT6级，表面粗糙度值为Ra0.6微米，外形尺寸精度和表面质量要求都比较高，且整个零件表面要求平整光滑，断面质量要求良好。

这种条件下，复合模是最合适的加工方法，其他的加工方式都难免会有不足之处。

精冲模具的结构，有固定凸模式和活动凸模式两种。

对于在普通压力机上加液压模架的精冲，一般选择固定凸模式结构，即凹模和凸模装在下底板上。

这种结构受力平衡，但因精冲后制件，条料和冲孔废料都留在了模子上，操作不便。

因此，根据产品的使用个要求，决定只对外形精冲，对孔做一般冲孔来处理。

这样可以将固定凸模式结构倒过来装，冲孔废料可以从下面漏出，操作方便又安全，如图4-4所示。

图4-4倒装结构图

倒装模具结构的优点：

（1）采用弹压卸料装置，使冲制出的工件平整，表面质量好。

（2）采用打料杆将制件或者废料冲凹模孔中打下，因而制件或废料不在凹模孔内积聚，可以减少制件或废料对孔的涨力。

从而可以减少凹模壁厚，使凹模的外形尺寸缩小，节省模具的材料。

（3）制件或废料不在凹模孔内积聚，可以减少制件或废料对刃口的磨损，减少凹模的刃磨次数，从而提高了凹模的使用寿命。

（4）制件或者废料不再凹模内积聚，因此也就没有必要加工凹模的反面孔（出料孔）。

可以缩短模具的制作周期，降低模具的加工费用。

由于所选用的倒装结构是将凹凸模装在下模座上，所以不用考虑落料的废

料如何排出的问题，只需要考虑如何将制件和冲孔废料如何从凸模和凹凸模上卸下的问题。

这些问题已经通过精冲模具的常用方式解决。

4.3卸料与出料装置

精冲完成后，上模上行，下液压缸通过托杆，齿圈压板将条料从凹凸模上退出，上液压缸通过推杆和反压板将制件从凸模和凹模中顶出。

废料从凹凸模的孔中通过下模板的废料槽排出。

4.4压力中心的计算

冲裁力合力的作用点陈为冲模的压力中心。

设计冲模时，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合，即冲模的模柄中心应与冲模的压力中心一致，以保证冲模在压力机上正常，平衡地进行工作。

求压力中心的通常方法有解析法和图解法两种，本次计算中我采用的是解析法。

解析法的计算依据是：

各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴的力矩。

求出合力作用点的坐标位置，即为所求模具的压力中心。

冲裁合力中心S相对与Y轴的距离为：

冲孔φ13的中心：

（X1,Y1）=（12.5,0）

L1=13π

冲孔φ15的中心：

（X2,Y2）=（71.5,0）

L2=15π

冲孔φ15的中心：

（X3,Y3）=（42.9,-50.6）

L3=15π

冲孔φ5.2的中心：

（X4,Y4）=（46.7，43.0）

L4=5.2π

冲R82.25弧的中心：

（X5,Y5）=（71.1,0）

L5=72.2π

冲扇形上边的中心：

（X6,Y6）=（14.1,40.4）

L6=85.5

冲扇形下边的中心：

（X7,Y7）=（14.1，-40.4）

故根据参考文献[1]p155的公式:

X=（X1L1+X2L2+X3L3+X4L4+X5L5+X6L6+X7L7）/（L1+L2+L3+L4+L5+L6+L7）

=45.5

Y=（Y1L1+Y2L2+Y3L3+Y4L4+Y5L5+Y6L6）/（L1+L2+L3+L4+L5+L6）

=-3.1

即压力中心（X,Y）=（45.5,-3.1）

由于Y轴方向上的压力中心与X轴比较接近，为了设计方便，将压力中心定在（45.5，0）上。

图4-5冲孔中心线分布图

5模具零件的选用与设计

5.1模具零件的选用与设计

根据工件的加工特点，有冲孔φ13，冲孔2-φ15，冲孔φ5.2和齿板外形的精冲。

5.1.1固定板

上模固定板选用参考文献[3]p116～117表2-65矩形固定板，选取JB/T7643.2中的标准模版，有关数据315×250×28。

下模固定板选用参考文献[3]p116～117表2-65矩形固定板，选取JB/T7643.2中的标准模版，有关数据250×250×28。

5.1.2垫板

上模垫板选用参考文献[3]p118表2-67矩形垫板，选取JB/T7643.3中的标准模板，有关数据315×250×8。

下模垫板选用参考文献[3]p118表2-67矩形垫板，选取JB/T7643.3中的标准模板，有关数据250×250×8。

5.1.3凹模

凹模的材料选用Cr12MoV模具钢，该材料的淬透性、淬火回火的硬度、耐磨性、强度均比较高，适合做尺寸较大的冲孔凹模。

凹模采用板状结构和直接通过螺钉，销钉和上模座固定的方式。

根据参考文献[3]p96公式：

L=l+2c（5-1）

B=b+2c（5-2）

式中l—沿凹模长度方向刃口型孔的最大距离（mm）；

b—沿凹模宽度方向刃口型孔的最大距离（mm）；

c—凹模壁厚（mm）。

其中l=164mm；

b=95mm;

c考虑布置螺孔和销孔的需要，再参照参考文献[3]p97表2-48根据材料厚度为3mm选取c的范围为38～48mm。

故：

L=230mm；

B=190mm；

根据参考文献[3]p97公式：

H=

（5-3）

其中F—冲裁力（N）；

—凹模材料修正系数；

—凹模刃口周边长度修正系数。

其中F=1150KN；

=1（材料为合金工具钢取1）；

=1.37（根据参考文献[3]p97表2-49查得）。

故H=66.62mm。

由于该公式计算的是整体式凹模的厚度，本设计中凹模并不是直接固定在模座上，而是通过固定板再固定在模座上，所以可以在厚度上去除固定板的厚度28mm，再根据标准凹模尺寸系列进行修正，取40mm。

5.1.4凸模

材料选用Cr12MoV。

由于冲裁力较大，使用T10A等材料其硬度不够，因而使用淬透性、淬火回火的硬度、耐磨性、强度等性能均优良的Cr12MoV。

凸模的结构已经确定，需要计算凸模的长度。

根据