车型顶盖修边模具设计毕业设计 精品.docx

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车型顶盖修边模具设计毕业设计精品

毕业设计

车型顶盖修边模具设计

3.1模具镶块设计12

4.1铸件结构设计方法26

基于UG的某车型顶盖修边模具设计

摘要：

在工业生活中，用各种压力机和装在压力机上的专用工具，通过压力把金属和非金属材料制出所需形状的零件或制品，这种专用工具统称为模具。

目前，模具工业已经成为国民经济的重要基础工业。

汽车工业是国民经济的支柱产业，汽车的更新换代主要取决于车身的开发周期。

而车身开发的关键在于汽车覆盖件模具的设计与制造。

汽车顶盖是车厢顶部的盖板，本课题是利用UG设计汽车顶盖修边模具。

顶盖的冲压工艺、模具设计、制造工艺、调试以及使用与其它模具相比，都存在其独到之处。

以冲压工艺而言，顶盖与其他冲压件相比具有材料薄，形状复杂，且多为立体曲面，结构尺寸大，表面质量高等特点，要获得一个合格的覆盖件，关键在于其工艺性是否合理。

利用三维软件开发出参数化的模具结构、建立标准零件库对模具进行整体驱动，能大大减少重复性劳动，提高设计效率，缩短设计周期。

从分析顶盖冲压件工艺性，可以看到，顶盖材料厚度0.8mm，属于薄板料成形，需要经过拉延、修边和整形三道工序。

通过UG软件对汽车顶盖分析，经过DL图的预处理，从而设计出修边模模镶块。

关键词：

汽车顶盖修边模修边模具设计UG

AmodelbasedonUGthattrimmingmolddesign

Abstract：

Intheindustriallife,withallsortsofpressandputpressureonboardinthespecializedtools,throughthepressuretoputmetalandnonmetalmaterialforpointingouttheshapeofthepartsorproducts,thespecialtoolscollectivelyreferredtoasthemould.Atpresent,themouldindustryhasbecometheimportantbasisoftheindustryofthenationaleconomy.Thecarindustryispillarindustryofthenationaleconomy,theupdatemainlydependsonthecarbodydevelopmentcycles.Andthedevelopmentofkeytobodyautomobilecoveringdiedesignandmanufacture.Abovethatisthetopofthecarcompartmentcoverplate,thesubjectisusingUGdesignthatcartrimmingmold.Thecoverofthestampingprocess,molddesignandmanufacturingprocess,debugginganduseandotherthandie,thereistheunique.Tostampingprocessisconcerned,andthatotherstampingcomparedwiththinmaterials,shapecomplex,andmoreforthree-dimensionalsurface,structuresizeandsurfacequalityhighercharacteristic,togetaqualifiedcovering,thekeyliesinitstechnologyisreasonable.Useof3dsoftwaretodevelopparametricdiestructure,establishingstandardpartslibrarytomoldforoveralldrive,cangreatlydecreasetherepetitivework,improvethedesignefficiency,shortenthedesigncycle.Fromtheanalysisoftheabovethatstampingtechnology,cansee,materialthicknessof0.8mmabovethat,belongtotheplatematerialforming,needtopassanddelay,trimmingandplasticthreeprocedure.ThroughtheUGsoftwarethatanalysisofcar,afterDLfigurepretreatmentandthusdesignedtrimmingmouldmouldsetpieces.

Keywords:

ThatcarTrimmingdiesTrimmingdiesmoulddesignUG

1绪论

1.1课题背景及意义

在工业生活中，用各种压力机和装在压力机上的专用工具，通过压力把金属和非金属材料制出所需形状的零件或制品，这种专用工具统称为模具。

模具是工业产品生产用的重要工艺装备，在现代工业生产中，60%—90%的工业产品需要使用模具，模具工业已成为工业发展的基础，许多新产品的开发和研制在很大程度上都依赖于模具生产。

而作为制造业基础的机械行业，根据国际生产技术协会的预测，21世纪机械制造工业的零件，其粗加工的75%和精加工的50%都将依靠模具完成，因此，模具工业已经成为国民经济的重要基础工业。

汽车工业是国民经济的支柱产业，汽车的更新换代主要取决于车身的开发周期。

而车身开发的关键在于汽车覆盖件模具的设计与制造。

据统计，一辆汽车或客车上有80%的零部件需要利用模具加工制造。

一般汽车车身由数百个冲压件组成，冲压模高达1000套以上，模具的开发成本大约在2亿美元左右。

同时，在车型设计——模具设计与制造——模具调试——产品投产的整个周期中，模具设计和制造约占2/3的时间，成为制约新车型快速上市的关键因素。

众所周知，汽车冲压件中顶盖是最大的冲压件，顶盖质量的好坏直接影响整车的外观和质量，同时还影响着前风挡玻璃、前后车门、前后门柱、后围等几个较大的冲压件的装配质量，因此，顶盖是一个在工艺设计、模具设计以及制造等方面都具有较大难度和较高要求的冲压件。

如何利用自有的技术，设计并生产出不仅要性能可靠，结构先进合理，而且对外观、质量也有很高要求的覆盖件模具产品，一直是国内模具技术人员急需解决的课题，

1.2本课题及相关领域的国内外现状及发展

1.2.1国外汽车覆盖件模具发展现状

从80年代初开始，美国、日本的一些大型的汽车制造企业开始着手建立自己的覆盖件模具CAD/CAM软件。

美国通用汽车公司依托UGII平台开发了SheetMeatlDesign、PunchPress等钣金和冲压设计模块。

福特汽车公司在其车身设计的PDGS系统中开发了StampingEngineeringCAD/CAM模块进行覆盖件产品的工艺设计。

日本丰田汽车公司于90年代初推出的汽车覆盖件模具CAD/CAM系统——DiefaceCAD软件，它以人机交互的方式完成了工艺补充面、压料面、拉延台阶、拉延筋等覆盖件特有要素的造型，同时以几何分析为手段，从凸模接触区扩展行为、截面线形状变化、平均截面线长度变化率、局部伸长率等不同方面，对覆盖件的成形性进行评估，由此建立了“虚拟试模系统”。

日本三菱汽车公司从80年达初期开始应用模具CAD技术，该公司的模具CAD系统实现了CAM系统的集成，其功能包括冲压方向的选择、模具型面设计和模具图的绘制等。

1.2.2国内汽车覆盖件模具发展现状

与国外发达国家汽车行业相比，国内大多数汽车行业的模具设计制造在CAD/CAM技术上的应用还不是很成熟，没有形成设计制造一体化的有机联系。

虽然国内现在也有许多厂商采用CAD/CAM系统进行生产，但是很多厂商为了缩短设计时间，而把设计的一些细节留给后续工程，留给生产的钳工灵活处理。

厂商认为只要增加质检次数就可以保证产品质量。

其实不然，这样会增加产品的等待时间和增加了人力。

加工过程中灵活处理会产生的后续的不可控的连锁反应；国内许多企业也仅仅是在三维平台上进行手工造型，完成模具的设计过程。

由于模具结构的差异，即使对同一类型的模具设计，也需要设计人员按照同一流程完成设计过程，极大降低了设计效率。

1.2.3汽车顶盖修边模具简介

汽车顶盖是车厢顶部的盖板，本课题设计的汽车顶盖修边模具。

模具使用材料为SPCEN，即冷压碳素结构钢。

碳素结构钢含碳量约0.05%～0.70%，个别可高达0.90%。

用途很多，用量很大，主要用于铁道、桥梁、各类建筑工程，制造承受静载荷的各种金属构件及不重要不需要热处理的机械零件和一般焊接件。

1.3基于UG的覆盖件模具设计

1.3.1UG简介

本课题是基于UG的汽车顶盖修边模具设计。

UG是SiemensPLMSoftware公司出品的一个产品工程解决方案，它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。

UnigraphicsNX针对用户的虚拟产品设计和工艺设计的需求，提供了经过实践验证的解决方案。

它是一款集CAD/CAE/CAM一体的三维参数化软件，是当今世界最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件，广泛应用于航空、航天、汽车、造船、通用机械和电子等工业领域。

利用UG软件进行模具设计，分析汽车顶盖的冲压工艺性，确定工艺方案。

根据对该零件的冲压工艺及模具结构的设计，对提高生产效率，提高产品质量有重要意义。

在设计过程中主要培养学生理论联系实际的能力，加深学生对书本知识的理解并能系统地、综合地运用于分析处理实际问题，培养学生独立从事冲压事业相关工作的能力。

1.3.2UG在汽车覆盖件模具中的应用

随着计算机技术的不断发展，计算机辅助设计（CADComputerAidedDesign）技术在减轻模具设计工作强度、提高设计速度等方面已经提供了令模具设计者满意的效果．目前，越来越多的模具设计工作者在利用三维设计软件的过程中逐渐认识到了减少重复设计、提高设计效率、有效利用以往积累的设计经验和设计成果等的必要性和重要性，纷纷开展了建立参数化的模具结构和标准零件库方面的工作．模具设计中一个最主要的问题就是设计更改困难，往往是工件产品有一处小的修改就会引起整套模具的大变动，需要重新设计很多零部件，而且，以往的设计资料很难被有效利用．因此，综合以往的设计经验、设计资料，利用三维软件开发出参数化的模具结构、建立标准零件库对模具进行整体驱动，从而大大减少重复性劳动，提高设计效率，缩短设计周期．

而同一般冲压件相比，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等特点。

覆盖件的工艺设计、冲模结构设计和冲模制造工艺都具有特殊性。

形状较复杂的覆盖件要经过多道工序的冲压才能完成，大型覆盖件模具的设计和制造调试是汽车制造厂家和模具制造厂家必须攻克的一道难题。

。

计算机辅助设计与制造（CAD／CAM）发展成为一个强大新兴行业，引起了制造业一场新的技术革命。

应用模具CAD／CAM系统能够克服传统的模具设计与制造方法中所存在的问题，显示其优越的性能和广阔的前景。

UG是基于特征的、全参数化的辅助设计软件，它能实现CAD，CAE，CAM等各种功能，涵盖机械设计各个领域．它的许多特点非常适合于模具的参数化设计，如①直接建模，UG可以直接生成实体的基本体素特征，通过特征操作设计出所需要的零件，并通过直接修改参数来任意改变零件尺寸，方便、快捷；②UG中的虚拟装配以主模型为基础，可保持几何相关性和零件的自动刷新功能，实现参数化约束零件之间的定位关系，使一些零件随着关键零件的改动而改动，实现“牵一发，而动全身”的效果；③精确的干涉检查，尺寸测量能让设计人员在第一时间知道零件问的装配关系，了解设计的效果，避免实际装配中的干涉。

2顶盖修冲整形复合模设计

2.1DL信息的获取

DL图即DieLayout图，反映了模具的工序内容，是模具设计的重要依据。

在设计顶盖修边模具之前要读懂DL图内容。

包括修边线位置，整形线位置，斜楔位置，有无其他特殊要求。

图2.1DL图内容

由外向内两条线分别代表修边线，整形线。

此零件材质为SPCEN，料厚0.8；

此工序内容为正修边，修边线长度5000mm。

由此计算修边力：

修边力P[kg]

P=t×L×τ

其中t：

料厚（mm）

L：

切断长度（mm）

τ：

切断强度（kg/mm2）

τ按下表（剪切强度系数）

表2.1切断强度表

板材质

τ（kg/mm2）

普通材料SPC-C

35（kg/mm2）

高强度钢材

40（kg/mm2）

P=t×L×τ=0.8×5000×35=140000（kg）=140（ton）

卸料力：

修边模剪断加工后，拔起凸模时必须有分离产品的附着力的力量，这时被称为卸料力。

卸料力根据板厚剪断形状等不同而不一样，但一般是冲裁力的6%~10%

（外板8%~10%，内板6%~8%）。

卸料力在冲孔间隙小于10%的时候要显著提高。

软钢板（SPCEN）的情况下的卸料力使用下面计算方法：

板厚2mm以下。

形状简单的场合：

Ps=P*0.06；形状复杂的场合：

Ps=P*0.07。

由此计算卸料力：

Ps=P*0.06=8.4（ton）

图2.2废料刀

废料刀：

废料刀一共10把，废料最大长度为450mm，满足生产排废料小于500的要求。

废料刀原则上设计成直刃口，切刃高度应与修边刃口有一高度差，废料刀切刃长度应略大于废料对应尺寸。

根据DL图可以选择模具的典型结构

上模

修边镶块

压料芯

下模

图2.3典型断面结构

修边冲孔模设计要求：

⑴导向：

采用导柱导套导向，修边侧向力较大时应采用复合导向，或增加反侧装置。

当采用复合导向时，导板应先于导柱30至50毫米导入。

⑵修边镶块的分块：

凸凹模镶块的拼合面不能重合，最少应错开5毫米以上。

修边镶块在分块时，应避免刃口处产生尖角，保证镶块刃口处≥60°

⑶下模修边镶块的拼合面位置与废料刀位置应最少错开5毫米以上。

⑷上模修边镶块的拼合面分在废料切断处，作为废料切断的刃口。

⑸冲孔凸模的选用：

垂直冲孔时通常采用带定心销的台肩式凸模。

斜楔冲孔采用带顶销的台肩凸模，当孔径较小（孔径小于8毫米）时，为了便于更换凸模，应选用球锁快换凸模。

⑹冲孔凹模的防转：

当凹模型面不是平面时，凹模应设置防转装置。

通常选用￠4防转销防转，有时也可采用键防转。

⑺修边冲孔的卸料一般采用弹性压料器，压料器的限位通常采用侧销，小型模具也可采用卸料螺钉限位。

⑻压料器的弹性元件有矩形扁钢丝弹簧、聚氨脂弹簧、氮气弹簧等。

当采用氮气弹簧时，不允许使用二级侧销锁死。

⑼压料器的导向：

一般采用导板导向，特殊情况下也可采用导柱导套导向或导板加导柱导套的复合导向方式。

⑽修边冲孔的废料排出：

废料通常采用滑板滑出。

废料滑板的角度应≥25°，当由于高度限制废料滑板不能满足≥25°时，可改用网纹钢板。

2.2DL图预处理过程

图2.4DL图

缝合模面：

采用UG默认的0.0254公差进行缝合，以确保模具图纸与模具的符合性。

采取0.0254的公差缝合修边线，在每段修边线范围内通过光顺曲线来把每条曲线的控制点数量控制在100个以内。

并在保存好相对坐标的前提下将处理好的DL图原点移动至绝对坐标系下面。

图2.5DL图处理参数设计

3结构设计

3.1模具镶块设计

3.1.1凹模镶块设计

根据江淮技术要求镶块材质选定为空冷钢

镶块材质：

空冷钢也称火焰钢，通称模具钢，淬火后硬度为HBC50~65。

目前，主要用来制作汽车模具。

图3.1镶块

镶块螺钉设计要求：

1、螺钉孔中心离挡墙面及配合面距离C1～C2，D1～D2为5mm的整数倍；

2、螺钉孔中心间距A1～A5，B1～B5为20mm的整数倍；

3、使用M16的螺钉；

镶块在设计中要考虑以下三点：

1，项目总体要求，在不同的项目当中由于产品的生命周期不尽相同，导致镶块的结构式样不同；

2，镶块铸造，加工的需求：

镶块铸造要求镶块设计要符合铸造工艺性，加工要保证加工刀具可以加工到每个加工面；

3，一个整车项目，在整个周期中设变的次数是很频繁的，修边线常常改动，在设计过程中往往会留有余量

图3.2镶块

基于以上三点考虑，我们利用的UG中的镶块制作工具来进行镶块设计，此种带参镶块设计的方法可以克服以上三点中的所有问题。

一个镶块的形状控制有一下几点：

刃口形状，规格式样，安装平面。

有了一下几点，我们可以任意的制作镶块，较原有周期相比，可以节约时间一半以上。

图3.3镶块典型断面图

图3.4镶块设计以及参数设计

有了参数化设计，如果发生数据变更或者优化，只需要更改图3.4中的参数，即可完成调整，而不用再实体进行操作，从而节约了时间。

图3.5凹模镶块

3.1.2凸模设计

此图即为设计出的凸模型面。

为了在冲模上加工必要最小量的型面，以减少加工工时，型面最小尺寸见下图。

图3.6凸模型面基本尺寸

同凹模设计步骤，设计完成的凸模镶块。

图3.7凸模镶块

设计出来的凸模镶块

3.2压料芯（板）的设计

3.2.1设置基准（压料芯（板）行程确定方法）

基本上，在上方刃口离板件10mm（余量）时，开始压料。

压料行程为余量a加上板件料厚，再加上切口切入量的总和。

压料芯（板）压住板件时，上方刃口和板件之间的余量a为10mm。

设置的余量a要使加工开始时压料芯（板）的压力能起到作用。

不起作用时，可以增加余量a或增加弹性元件，以使压料芯（板）的压力大于或等于理论压料力。

压料芯（板）的行程=余量+板件厚度+最大切入量

h=余量（10mm）+板件厚度（0.8mm）+最大吃入量（最大翻边深度）30mm=40mm

据此设计压料芯行程为40mm，工作侧销设计行程40mm，安全侧销行程设计在工作侧销的行程基础上增加40mm。

3.2.2导板、弹簧及平衡块的选择

压料芯采用导套导柱和导板的复合导向，根据设计标准中的原则，设计导板滑动距离要求为压料芯行程的2倍，要求计算出导板的长度最小为140mm，根据标准件手册选择导板长度为150mm。

此顶盖宽度为1180mm左右，根据标准中导向宽度为零件长度的1/5到1/8，选择导向宽度为200mm分配到两个导板，由此计算出导板的型号100*150，型号为MWF150-100.

弹簧的选择：

根据前面计算出来的压料力8.4ton，SWM60-100。

采用底部固定的方式。

弹簧常数95/mm压缩量40mm.单个弹簧的力95N*40=0.38吨

8.4/0.38=22根

图3.8氮气弹簧

压料芯中间导柱导向设计。

导柱要选用GPM50-200，导套选用GBF50

为了避免导柱磨损不均匀，采用导柱导向要超出导套10mm以上。

图3.9导柱

为了避免凹面积物，通常将导套布置在模具上方，凸导柱设计的模具下方

3.2.3设计步骤

压料芯设计的具体步骤：

1.产品型面向Z轴粗偏50mm。

2.将分模线投影至XY平面

3.利用分模线沿Z正向拉伸300mm

4.利用产品型面以及粗偏过的型面对拉伸实体进行剪切，保留中间部分。

即可做为压料芯的工作部分。

图3.10DL图

模具型面是靠数模利用加工中心进行加工的，整体的型面加工是浪费的，具体有以下几点：

刀具走完整个型面，耗费的时间长；

刀具走完整个型面，刀的磨损量大；

刀具走完整个型面，精度要求会增加；

由于以上三点原因，模具的符合型面通常有如下定义：

对于内板模具，修边的付型面要在30-40mm之间，整形翻边类模具付型面要在40-50mm之间,

对于外板模具，修边的付型面要在40-60mm之间，整形翻边类付型面要在60-80mm之间，对于外板模具，上付型区域要小于下付型区域单边5-10mm，以保证面品。

我们设计的模具属于第二种条件，所以要设置40-60mm的付型区域。

弹簧布置：

对于压力源的设计要有如下几个原则：

弹簧要靠近修边线，或者翻边线的位置。

弹簧要均匀布置，保证没有偏心布置。

根据以上原则，我们把弹簧分成了均布在压料芯上已达到力的平衡。

3.2.4侧销

用途：

防止压料芯脱落及限定压料芯的行程。

1）侧销直径选择按下式计算

L•（S•m+W1）≤n•Qp

S：

冲击力系数（如表3.2.41所示）m：

压料板自重（kg）W1：

初期载荷（kg）

Qp：

侧销抗弯强度（表3.2.42所示）n：

侧销数量L：

作用点长度（L=20mm）

表3.1压料行程与冲压力系数的关系表3.2侧销直径与侧销抗弯强度关系

注：

压料芯墩死时，W1按墩死时的载荷、冲击系数按3.2计算，根据工作条件及墩死两方面因素选定直径。

2）设定基准

a）侧销安装位置考虑可操作性，以下述为准。

优先按设计说明书。

串联、全自动生产线模具：

送料方向的前后侧，特殊情况可以放在送料方向的左右侧。

图3.11侧销安装位置

b）侧销安装在与模具中心线平行且装卸容易的位置，模座加工面与压料芯加工间隙取5mm。

侧销的布置：

侧销分为两种，一种是工作侧销，另外一种是安全侧销。

工作侧销的作用是保证压料芯在工作的时候起到一个悬挂的作用，安全侧销的作用是保证万一工作侧销断裂的情况下，有一个辅助的悬挂作用防止压料芯从上模里面掉出来。

通常安全侧销的行程大于工作侧销10-20毫米。

工作侧销的布置原则为压料芯的尽量四角处，保证压料芯在下落后，有四个平衡的支撑点。

测得实体重量为1500kg，单根侧销承担的重量为1500/4=350kg按照设计标准选择半径为50的侧销6根。

工作侧销型号为ccspsp50-120

安全侧销为两段式ccspwp50-120

工作侧销为单节，起到工作限位的作用

安全侧销为双节，作用是在生产修模的时候可以将侧销插入压芯的孔中，来维修刃口。

另外在设计的过程中要考虑模具加工的合理性。

3.12导板

在导板的布置过程中要考虑，导板的安装面加工时要与本体保证一定的距离，即图示中导板A的边缘要与压料芯本体边缘有30mm的距离，因为导板是用于垂直方向面采用的是插铣的工艺进行加工的，插铣刀的最小半径为30mm故需要留有足够的加工距离。

3.3上模本体设计

3.13上模本体

上模座的设计，上模的整体形状是一个盒子的形状，中间为Z向的掏空，四周为了强度的要求采用了侧面掏空的形式。

上模座的作用：

承担着镶块的安装作用，使压力机的力量通过上模座到翻边整形修边的镶块。

通过侧销，导板以及弹簧，承担着压料芯的安装。

刀块通过刀块安装面安装在上模上面。

刀块安装面的形状与刀块相同，是利用UG中得拉伸命令，将刀块下平面拉伸10mm形成的。

刀块安装面要有与刀块挡墙配合的挡块，挡块结构是起到定位安装以及防止侧向力的作用，它的厚度按照设计标准的要求需要