汽车配件轮边防尘罩冲压模具毕业设计Word文件下载.docx
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冲压加工与其他加工方法相比，无论在技术方面，还是在经济方面，都具有许多独特的优点。
生产的制件所表现出来的高精度、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。
但需要指出的是，由于进行冲压成形加工必须具备相应的模具，而模具是技术密集型产品，其制造属单件小批量生产，具有难加工、精度高、技术要求高、生产成本高（占产品成本的10%～30%）等特点。
所以，只有在冲压零件生产批量大的情况下，冲压成形加工的优点才能充分体现，从而获得好的经济效益。
1.2模具工业在当今市场的发展状况和前景
模具工业作为现代社会的一种新兴工业，它能够节约能源、节约原材料以及较高的生产效率，它能够保证比较高的加工精度等特点。
模具市场在世界上大部分都是供不应求的，它的市场需求量大致580亿至660亿美元之间，与此同时，模具工业在我国也迎来了一轮新的发展前景。
模具工业在我国最近几年总产值保持12.5%的年增长率，截止至2006年底模具产值预计超过550亿元。
1.3模具在现代工业中的地位
在现代工业生产中，模具是重要的工艺装备之一，它在铸造、锻造、冲压、塑料、橡胶、玻璃、粉末冶金、陶瓷制品等生产行业中得到了广泛应用。
由于采用模具进行生产能提高生产效率、节约原材料、降低成本，并保证一定的加工质量要求，所以，汽车、飞机、拖拉机、电器、仪表、玩具和日常品等产品的零部件很多都采用模具进行加工。
据国际技术协会统计，2011年产品零件粗加工的80%，精加工的60%都由模具加工完成。
1.4冲压工艺的种类
冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。
分离工序也称冲裁，其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量要求。
成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的工件。
在实际生产中，常常是多种工序综合应用于一个工件。
冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。
冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大，要求冲压材料厚度精确、均匀；
表面光洁，无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等；
屈服强度均匀，无明显方向性；
均匀延伸率高；
屈强比低；
加工硬化性低。
在实际生产中，常用与冲压过程近似的工艺性试验，如拉深性能试验、胀形性能试验等检验材料的冲压性能，以保证成品质量和高的合格率。
模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度。
模具制造成本和寿命则是影响冲压件成本和质量的重要因素。
模具设计和制造需要较多的时间，这就延长了新冲压件的生产准备时间。
模座、模架、导向件的标准化和发展简易模具（供小批量生产）、复合模、多工位级进模（供大量生产），以及研制快速换模装置，可减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于大批量生产的先进冲压技术合理地应用于小批量多品种生产。
冲压设备除了厚板用水压机成形外，一般都采用机械压力机。
以现代高速多工位机械压力机为中心，配置开卷、矫平、成品收集、输送等机械以及模具库和快速换模装置，并利用计算机程序控制，可组成高生产率的自动冲压生产线。
在每分钟生产数十、数百件冲压件的情况下，在短暂时间内完成送料、冲压、出件、排废料等工序，常常发生人身、设备和质量事故。
因此，冲压中的安全生产是一
个非常重要的问题。
1.5冲压行业阻力和障碍与突破
阻力一：
生产集中度低
许多汽车集团大而全，形成封闭内部配套，导致各企业的冲压件种类多，生产集中度低，规模小，易造成低水平的重复建设，难以满足专业化分工生产，市场竞争力弱；
摩托车冲压行业面临激烈的市场竞争，处于“优而不胜，劣而不汰”的状态；
封头制造企业小而散，集中度仅39.2%。
突破点：
走专业化道路
迅速改变目前“大而全”、“散乱差”的格局，尽快从汽车集团中把冲压零部件分离出来，按冲压件的大、中、小分门别类，成立几个大型的冲压零部件制造供应中心及几十个小而专的零部件工厂。
通过专业化道路，才能把冲压零部件做大做强，成为国际上有竞争实力的冲压零部件供应商。
阻力二：
机械化、自动化程度低
美国680条冲压线中有70%为多工位压力机，日本国内250条生产线有32%为多工位压力机，而这种代表当今国际水平的大型多工位压力机在我国的应用却为数不多；
中小企业设备普遍较落后，耗能耗材高，环境污染严重；
封头成形设备简陋，手工操作比重大；
精冲机价格昂贵，是普通压力机的5-10倍，多数企业无力投资阻碍了精冲技术在我国的推广应用；
液压成形，尤其是内高压成形，设备投资大，国内难以起步。
加速技术改造
要改变当前大部分还是手工上下料的落后局面，结合具体情况，采取新工艺，提高机械化、自动化程度。
汽车车身覆盖件冲压应向单机连线自动化、机器人冲压生产线，特别是大型多工位压力机方向发展。
争取加大投资力度，加速冲压生产线的技术改造，使尽早达到当今国际水平。
而随着微电子技术和通讯技术的发展使板材成形装备自动化、柔性化有了技术基础。
应加速发展数字化柔性成形技术、液压成形技术、高精度复合化成形技术以及适应新一代轻量化车身结构的型材弯曲成形技术及相关设备。
同时改造国内旧设备，使其发挥新的生产能力。
阻力三：
科技成果转化慢先进工艺推广慢
在我国，许多冲压新技术起步并不晚，有些还达到了国际先进水平，但常常很难形成生产力。
先进冲压工艺应用不多，有的仅处于试用阶段，吸收、转化、推广速度慢。
技术开发费用投入少，导致企业对先进技术的掌握应用慢，开发创新能力不足，中小企业在这方面的差距更甚。
目前，国内企业大部分仍采用传统冲压技术，对下一代轻量化汽车结构和用材所需的成形技术缺少研究与技术储备。
走产、学、研联合之路
我国与欧、美、日等相比，存在的最大的差距就是还没有一个产、学研联合体，科研难以做大，成果不能尽快转化为生产力。
所以应围绕大型开发和产业化项目，以高校和科研单位为技术支持，企业为应用基地，形成产品、设备、材料、技术的企业联合实体，形成既能开发创新，又能迅速产业化的良性循环。
阻力四：
冲压板材自给率不足，品种规格不配套
目前，我国汽车薄板只能满足60%左右，而高档轿车用钢板，如高强度板、合金化镀锌板、超宽板（1650mm以上）等都依赖进口。
所用的材料应与行业协调发展
汽车用钢板的品种应更趋向合理，朝着高强、高耐蚀和各种规格的薄钢板方向发展，并改善冲压性能。
铝、镁合金已成为汽车轻量化的理性材料，扩大应用已势在必行。
阻力五：
大、精模具依赖进口
当前，冲压模具的材料、设计、制作均满足不了国内汽车发展的需要，而且标准化程度尚低，大约为40%～45%，而国际上一般在70%左右。
提升信息化、标准化水平
必须用信息化技术改造模具企业，发展重点在于大力推广CAD/CAM/CAE一体化技术，特别是成形过程的计算机模拟分析和优化技术（CAE）。
加速我国模具标准化进程，提高精度和互换率。
力争2005年模具标准件使用覆盖率达到60%，2010年达到70%以上基本满足市场需求。
2冲压件的工艺过程
2.1分析零件的冲压工艺性
零件的名称轮边防尘罩，其材料为Q235，料厚t=2mm，分析其形状，主要由等六边形包含6个小孔以及200mm深的形腔组成，完成此零件的生产，其主要有拉深和冲孔组成。
如下图2.1所示
图2.1零件图
2.1.1分析其冲裁的工艺性
冲孔时，由于受到凸模强度的限制，孔的尺寸不宜过小，其数值与孔的形状、材料的机械性能、材料的厚度有关。
由零件图知，其孔的直径为20mm，大于孔的最小要求尺寸（1.2t=1.2x2=2.4mm），所以显然满足冲孔要求。
工件冲孔边缘离外形的最小距离不应小于1.5t=2mm,孔壁与拉伸直壁满足距离≥R+0.5t=9mm，均显然满足。
如下图2.2所示
图2.2孔边距
该零件端部六角为尖角，若采用落料工艺，则工艺性较差，根据该零件的装配使用情况，为了改善落料的工艺性，故将四角修改为圆角，取圆角半径为20mm。
如下图2.3所示
图2.3修边角
2.1.2分析其拉深的工艺性
此工件的拉深属于筒形件拉深，筒形形件是由圆角和筒形柱面两部分组成
拉深件侧壁与底面或凸缘连接处的圆角R，如图2.4，应取R≥2t,为使拉伸顺利进行，实际取R=4t=8mm,显然满足。
图2.4有凸缘的筒形拉深件
由拉深的高度为200mm，分析计算其拉深次数以及尺寸，如图2.5所示，则拉深时尺寸的计算如下
图2.5有凸缘的筒形件
a.修边余量的考虑
拉伸过程中，由于材料的各向异性，模具间隙不均，摩擦力不均及定位不准确等因素影响，使拉伸口不齐，为保证制件的高度方向的尺寸精度，须进行修边，在计算毛坯尺寸后需要计入修边余量。
b.毛坯直径计算
毛坯直径D=（d0²
+4dh-3.44rd）1/2
式中d=458,d0=577.35,h=200,单位mm,
代入相应数值得D=829
c.确定能否一次拉深成形
相对凸缘直径：
d0/d=577.35/458=1.26
相对毛坯厚度：
（t/D）×
100=（2/829）×
100=0.24
由相对凸缘直径和相对毛坯厚度查表2.1得：
h/d=0.45～0.53
而实际零件h/d=200/458=0.436<
［h/d］max，故此件能一次拉深成形，由于相对厚度太小，为保证不起皱，选择使用压边圈。
表2.1凸缘筒形件首次拉深极限相对高度h/d
凸缘的相对直径d0/d
毛坯相对厚度（t/D）×
100
>
0.06～0.20.2～0.50.5～1.01.0～1.5>
1.5
1.1～1.3
0.40～0.47
0.45～0.56
0.50～0.60
0.56～0.72
0.65～0.80
d.计算与选取
选取m1,并计算d1,若一次拉深成形，由d0/d=1.26和（t/D）×
100=0.24查表2.2得m1=0.55,符合使用压边圈m1取0.5～0.6规律，则：
d1=m1D=0.55x829=456mm
表2.2相对厚度
凸缘相对直径d0/d
毛坯相对厚度（t/d）x100
2～1.5<
1.5～1<
1.0～0.6<
0.6～0.3<
0.3～0.15
1.3
0.49
0.51
0.53
0.54
0.55
e.选定各工序的圆角半径r
暂定r=8mm
f.校核
计算拉伸高度，设第一次多拉入材料5%，则需要对配料放大若干，由面积公式计算得D=836.35取D=836,第一次的拉深高度h1=200.29mm［hi=0.25（D2-d02）/di+0.86ri通式］，满足要求。
综上：
此拉深件的拉深次数为1，第一次的拉深高度为200.29mm
2.1.3材料的性能
表2.3Q235的机械性能
材料名称
牌号
材料状态
抗剪τ
（N/mm2）
延伸率δ（%）
屈服点σs（N/mm2）
弹性模量
E/103MPa
普通碳素结构钢
Q235
已退火
304～370
21～25
235
200
2.2冲压件的工艺方案的拟定
分析该冲压件的结构，其基本的冲压工序为落料、一次拉深、冲孔、修边。
可拟出以下几种工艺方案：
方案
（一）、落料→一次拉伸→冲孔→修边
方案
（二）、落料一次拉深→冲孔修边
方案（三）、落料一次拉深→冲孔→修边
分析以上各种方案：
采用方案
（一）、生产率底，工件尺寸的积累误差大
采用方案
（二）、生产率相对最高，但是模具相对比较复杂，设计困难
采用方案（三）、生产率相对较高，减少了生产步骤，提高了工件的尺寸精度，落料拉深复合模的结构相对不会太复杂，设计模具时也相对较简单，其总体需要三副模具。
故综上所述，决定采用方案三。
（后记：
在设计过程中发现，当冲孔和修边一副模具完成时，在卸料上有麻烦，不好安装卸料板，故决定分开设计）
2.3毛坯尺寸的确定
分析零件形状，决定采用圆形毛坯，其形状如下图2.6所示
图2.6毛坯的形状与尺寸表示
带凸缘的拉伸件d0=577.35，d=458，d0/d=1.26,经查表2.4得出修边余量δ
表2.4凸缘筒形件的修边余量δ
凸缘直径d0
凸缘的相对直径d0/d
1.5以下>
1.5～2>
2～2.5>
2.5
>
250
6
5
4
3
修边余量δ=6
则毛坯的直径D0=D+2δ=841mm
所以毛坯为直径为841mm的圆。
3排样和搭边
3.1冲裁件的材料利用率
在大批量生产中，原材料费用占生产成本的60%～80%。
节省材料对降低成本有着重要的作用。
生产中，通常利用材料的利用率作为衡量材料经济利用程度的指标。
根据原材料供应情况生产实际的不同需求，材料利用率有着不同含义和计算方法。
单个零件的利用率、条料的利用率和板料的利用率的含义和计算公式见式3.1、式3.2和式3.3
单个零件的材料利用率η1：
η1=（n1A/Bh）×
100%
条料的材料利用率η2：
η2=（n2A/LB）×
板料的材料利用率η3：
η3=（n3A/L0B0）×
100%
式中：
A—冲裁件面积（mm2）；
B—条料宽度（mm）；
H—送料进距（mm）；
n1—一个进距内冲件数；
n2—一个条料上的冲件总数；
L—条料长度（mm）；
n3—一张板料上的冲件总数；
L0—板料长度（mm）；
B0—板料宽度（mm）；
由式可见，若原材料以板料的形式供货，则板料的材料利用率就是总的材料利用率。
为了提高材料利用率，需选择板料裁成条料的合理裁板方法。
根据毛坯形状，选择的板料规格为2mm×
3400mm×
1700mm
其裁板方法采用横排，其形式如下图3.1所示
图3.1裁板方法
材料的利用率还与条料宽度、送料进距、一个进距内的冲件个数、一条条料上的冲件总数和条料长度等多个参数有关。
而这些参数取决于制件在条料上的布置方法和搭边。
因此，选择合理的排样方法和搭边值是提高材料利用率的重要措施。
3.2排样和搭边
冲裁件在板料上的布置叫排样。
排样的合理与否不仅影响材料的经济利用，还影响模具结构与寿命，生产效率，工件精度，生产操作方便与安全等。
根据毛坯形状，使用的排样图如下图3.2所示
图3.2排样图
排样中相邻两制件之间或制件与条料边缘间的余料称为搭边。
搭边的作用之一是补偿定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料误差而冲出残缺的废品；
搭边的作用之二是保持条料在冲裁过程中的强度和刚度，保证条料的顺利送进。
此外，选取合理的搭边值还可以调整模具沿周边的受力状况，提高模具寿命和工件断面质量。
普通钢板冲裁件的搭边值（a）和沿边搭边值（b）见表3.1
表3.1普通钢板冲裁件的搭边值（a）和沿边搭边值（b）
材料厚度t（mm）
矩形件边长L>
50mm
2.0
a
a1
1.9
这里我取a=1.5a1=1.9
则条料宽度B=D0+2xa1=841+2x1.9≈845mm送料进距h=841+1.5=842.5mm
因为选用的板料规格为2mm×
1700mm,而且裁板方式为横裁，所以每块板料可以裁成4个条料，每块条料的长度为3400mm，宽度为850mm。
则：
板料面积A0=3400×
1700=5780000mm²
每个条料裁的零件数为：
n2=4
每个板料裁的零件数为：
n3=4x2=8个
每个零件的面积为A=πDO²
/4=555215.6mm²
所以总的材料利用率K=（n3A/A0）×
100%=76.8%
4压力机的选择
4.1落料拉深
4.1.1压力中心
因为工件为圆形，所以其压力中心与工件的几何中心重合即其圆心。
即，工件的几何中心就是压力中心。
落料时的力的计算：
冲裁力：
冲裁力是指冲裁过程中的最大抗力，也就是力—行程曲线的峰值。
它是合理选用冲压设备和校核模具强度的重要依据。
影响冲裁力的因素很多，主要有材料的力学性能、厚度、冲裁件的周边长度、模具间隙以及刃口锋利程度等。
平刃口的模具冲裁力可按4.1式计算
F=Ltτk
（4.1）
F—冲裁力；
N
L—冲裁件周长；
mm
t—材料厚度；
τk—抗剪强度；
MPa
考虑到冲裁与剪切、拉深的不同及速度的影响，以及刃口的磨损，凸凹模间隙的不均匀，材料的性能波动和厚度偏差等因素，实际所需的冲裁力还需要增加30%，如下式4.2：
F=1.3Ltτk≈Ltσb
（4.2）
σb—材料的抗拉强度，由表1-2知道，取370n/mm2
L—工件的周长，等于πD0=2642.1mm
t—材料厚度为2mm
所以F=2642.1×
2×
370=1823434N=1823.44KN
卸料力、推件力和顶件力
当冲裁件工作完成后，冲下的制件（或废料）沿径向发生弹性变形而扩张，废料（或制件）上的孔则沿径向发生弹性收缩。
同时，制件与废料还要力图恢复弹性穹弯。
这两种弹性恢复的结果，导致制件（或废料）梗塞在凹模内或抱紧在凸模上。
所以从凸模上将制件（或废料）卸下来的力叫卸料力；
从凹模内顺着冲裁力方向将制件（或废料）推出的力叫推件力；
逆冲裁方向将制件（或废料）从凹模洞口顶出的力叫顶件力。
这些力在选择压力机或设计模具时都必须加以考虑。
生产中常用式（4.3）、（4.4）和（4.5）来计算卸料力、推件力和顶件力。
Fx=KxF
（4.3）
Ft=nKtF
（4.4）
Fd=KdF
（4.5）
Kx、Kt、Kd—分别是卸料力、推件力和顶件力的系数，其值可以查表4-1。
n—梗塞在凹模内的工件数。
在此副模具设计中，采用刚性卸料板，总冲裁力按下式计算：
Fz=F+Ft
Ft=0.05×
1823440=91172N=91.17KN
所以：
Fz=1823.44+91.17=1914.61KN
表4.1卸料力、推件力和顶件力系数
材料及料厚（mm）
Kx
Kt
Kd
>
0.5～2.5
0.04～0.05
0.055
0.06
4.1.2压边力、拉深力的计算
落料拉深后的工件图如下图4.1所示
图4.1落料拉深后的工件图
压边力：
采用压边圈的条件：
除破裂外，拉深中常出现的问题还有压缩失稳起皱。
为了防止起皱，有效措施是设置压边圈。
分析可见，起皱取决于两个因素，一个是法兰处压应力的大小，另一个是板料的相对厚度。
分析电炉引线盒的板料相对厚度和拉深系数，查表5.70（现代冲压技术手册）可知，要用压边圈。
压边力的计算：
压边圈的压力必须适当，压边力过大会增加拉深变形阻力使制件拉裂，压边力过小会使工件的边壁或法兰失稳起皱。
压边力的计算公式如下：
F=Ap
（4.6）
A—压边圈的面积；
p
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