汽车备轮架加固板落料冲孔复合模设计有cad图Word格式.docx
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1.3冲压工艺过程的制定4
1.3.1拟定冲压工艺过程的原始资料4
1.3.2确定冲压工艺过程的步骤及方法5
1.4本课题的主要研究内容6
2冲压工艺设计和冲压力的计算7
2.1冲压件（汽车备轮架加固板）简介7
2.2冲压工艺分析和工艺方案分析8
2.2.1冲压的工艺分析8
2.2.2冲压工艺方案的确定8
2.3工件的毛坯尺寸计算8
2.4确定其搭边值9
2.5确定排样图10
2.5.1利用率的计算10
2.5.2确定排样图10
2.6计算各工序冲压力11
2.7本章小结12
3落料、冲孔复合模的设计13
3.1模具零件刃口尺寸计算13
3.1.1尺寸计算原则13
3.1.2模具间隙的选择13
3.1.3尺寸分类14
3.1.4凸、凹模尺寸计算15
3.2冲模工作零件的设计与计算16
3.2.1凸模的计算和校核16
3.2.2凹模的计算和校核17
3.2.3凸凹模的计算和校核17
3.3本章小结19
4模具结构零件设计20
4.1确定模具的结构形式20
4.1.1正、倒装结构的选择20
4.1.2定位方式的选择20
4.1.3卸料、出件方式的选择21
4.1.4导向方式的选择21
4.2冲模零件的设计21
4.2.1导向零件的设计21
4.2.2卸料装置22
4.2.3承料装置23
4.2.4挡料和导正装置23
4.2.5定位装置24
4.2.6出件装24
4.2.7固定板25
4.2.8垫板25
4.2.9模柄26
4.3螺钉的选择26
4.4上下模板（模座）26
4.5本章小结27
5设备的选择28
5.1模具的压力中心28
5.2模具闭合高度的确定29
5.3压力机的选取30
5.3.1设备类型的选取30
5.3.2设备规格的选择30
5.4本章小结31
6结论32
参考文献33
致谢34
1绪论
冲压是机械制造中先进的加工方法之一，它利用压力机通过模具对板料加压，使其产生塑性变形或分离，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件。
冲压主要用于加工板料零件，所以也叫板料冲压。
冲压加工的范围十分广泛，在电子工业产品的生产中，已成为不可缺少的加工方法之一，据概率统计，在电子产品中，冲压件的数量约占85%以上。
冲压加工的汽车、电机、电器、仪器仪表等机械工业和国防工业以及日常生活用品方面，也占据着十分重要的地位。
1.1模具工业在国民经济中的地位
模具是工业生产的基础工艺装备，被称为“工业之母”。
75%的粗加工工业产品零件、50%的精加工零件由模具成型，绝大部分塑料制品也由模具成型。
作为国民经济的基础工业，模具涉及机械、汽车、轻工、电子、化工、冶金、建材等各个行业，应用范围十分广泛。
中国经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，也为其发展提供了巨大的动力。
近10年来，中国模具工业一直以每年15%左右的增长速度快速发展。
有数据显示，我国目前模具总产值已跃居世界第三，仅次于日本和美国，其中，汽车、摩托车、家电行业是模具最大的市场，占整个模具市场份额的80%以上。
当今世界正进行着新一轮的产业调整．一些模具制造逐渐向发展中国家转移，中国正成为世界模具大国。
近年来，外资对我国模具行业投入量增大，工业发达国家将模具向我国转移的趋势进一步明朗化，这代表着我国模具行业迎来新一轮的发展机遇，也代表着面临国外先进技术和高品质制品的挑战[1]。
冲压无论在技术还是经济方面和其它加工方法想比较都有许多独特的优点。
在压力机的简单冲击下，能获得壁薄、重量轻、刚性好、形状复杂的零件，这些零件用其它方法难于加工甚至无法加工，其具体优点如下：
所加工的零件精度高、尺寸稳定，具有良好的互换行；
冲压加工是无屑加工，材料利用率高；
生产率高，生产过程容易实现机械化自动化；
操作简单，便于生产。
1.2冲压技术的现状及发展方向
近十多年来，随着对发展先进制造技术的重要性获得前所未有的共识，冲压成形技术无论在深度和广度上都取得了前所未有的进展，其特征是与高新技术结合，在方法和体系上开始发生很大变化。
计算机技术、信息技术、现代测控技术等冲压领域的渗透与交叉融合，推动了先进冲压成形技术的形成和发展。
其主要表现和发展方向如下。
1.2.1冲压成形理论及冲压工艺方面
冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。
目前，国内外对冲压成形理论的研究非常重视，在材料冲压性能研究、冲压过程中应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究方面均取得了较大的进展。
特别是随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善，近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术，即利用有限元（FEM）等数值分析方法模拟金属的塑性成形过程，根据分析结果，设计人员可预测某一工艺方案成形的质量问题，并通过在计算机上选择修改相关参数，可实现工艺及模具的优化设计。
这样既节省了昂贵的试验费用，也缩短了制模周期[2]。
研究推广能提高劳动生产率及产品质量、降低成本和扩大冲压工艺范围的各种冲压新工艺，也是冲压技术的发展方向之一。
目前，国内外相继涌现出了精密冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺、超塑性成形工艺及无模多点成形工艺等精密、高效、经济的冲压新工艺[3]。
其中，精密冲裁加工零件的厚度可达25mm，精度可达IT6～IT7级；
用液体、橡胶、聚氨酯等作柔性凸模或凹模来代替刚性凸模或凹模的软模成形工艺，能加工出用普通加工方法难以加工的材料和复杂形状的零件，在特定生产条件下具有明显的经济效果；
采用爆炸等高效成形方法对于加工各种尺寸大、形状复杂、批量小、强度高和精度要求较高的板料零件，具有很重要的使用意义；
利用金属材料的超塑性进行超塑性成形，可以用一次成形代替多道普通的冲压成形工序，这对于加工形状复杂和大型板料零件具有突出的一种先进工艺技术，我国已自主设计制造了具有国际领先水平的无模多点的成形设备，解决了多点压机成形法，从而可以随意改变变形路径与受力状态，提高了材料的成形极限，同时利用反复成形技术可消除材料内残余应力，实现无回弹成形。
无模多点成形系统以CAD/CAT技术为主要手段，能快速经济地实现三维曲面的自动化成形[4-6]。
1.2.2冲模设计与制造方面
冲模是实现冲压生产的基本条件。
在冲模的设计和制造上，目前正朝着以下两方面发展：
一方面，为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需要，冲模块正向高效率、高精度、精密、高寿命及多功能方向发展，与此相适应的新型模具材料及其热表处理技术，各种高效、精密、数控、自动化的模具加工机床和检测设备以及模具CAD/CAM技术也正在迅速的发展；
另一方面，为了适应产品更新和试制或小批量生产的需要，锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展[7]。
精密、高效的多工位及多功能级进模和大型复杂的汽车覆盖见冲模代表了现代冲模的技术水平。
目前，50个工位以上的级进模进距精度可达2μm，多功能级进模不仅可以完成冲压全过程，还可以完成焊接、装配等工序。
我国已能自行设计制造出达到国际水平的精密多工位级进模，如某机电一体化的铁芯精密自动化多功能级进模，其主要零件的制造精度可达2～5μm，进距精度2～3μm，总寿命达1亿次。
我国主要汽车模具企业，已能生成套轿车覆盖件模具，在设计制造的方法、手段方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，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[8]。
模具材料及热处理与表面处理工艺对模具加工质量和寿命的影响很大，世界各主要工业国因此在此方面的研究取得了较大进展，开发了许多的新钢种，其硬度可达HRC58～70。
如火焰淬火钢可局部硬化，且无脱碳；
我国研制的65Nb、LD和CD等新钢种，具有如加工性能好、如处理变形小、抗冲击性能佳等特点。
与此同时，还发展了一些新的热处理和表面处理工艺，主要有气体软氮化、离子氮化、渗硼、表面涂镀、化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、激光表面处理等。
这些方面能提高模具工作表面的耐磨性、硬度和耐蚀性，使模具寿命大大延长[9-11]。
模具制造技术是现代化模具工业发展的基础。
计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正在向传统制造技术渗透、交叉、融合形成了现代化模具制造技术。
其中高速铣削加工、精密磨削及抛光技术、数控测量代表了现代冲模制造的技术水平[12]。
高速铣削加工不但具有加工速度高及良好的加工精度和表面质量（主轴转速一般为15000-40000r/min，加工精度一般可达到10μm，最好的表面粗糙度Ra≤1µ
m），而且与传统切削加工相比较具有温度低、切削力小，因而可加工热敏材料和钢性差的零件，合理选择刀具和切削用量还可以实现硬材料加工；
电火花铣削加工是以高速旋转的简单管状电极作三维或二维轮廓加工，因此不用制造昂贵的成形电极，精密磨削及抛光已开始使用数控成形磨床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光机等先进设备技术；
模具加工中的检测技术也取得了很大发展，现代三坐标测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外，其良好的温度补偿装置、可靠的抗震能力、严密的除尘措施和简单的操作步骤，使得现场自动化检测成为可能[13]。
此外，利用RPM技术快速成形三维原型后，通过陶瓷精铸、电弧涂喷、消失模、熔模等技术可快速制造各种成形模。
一汽模具制造公司在以CAD/CAM加工的主模型为基础，采用瑞士汽车的高强度树脂浇注成型的树脂冲模用在国产轿车调试中，具有制造精度较高、周期短、费用低等特点，达到90年代国际水平，为我国轿车试用和小批量生产开辟了新的途径[14]。
模具CAD/CAE/CAM技术是改造传统模具生产方式的关键技术，它以计算机软件的形式为用户提供一种有效的辅助工具，使工程技术人员能借助计算机对产品、模具结构、成形工艺、数控加工及成本等进行设计和优化，从而显著缩短模具设计与制造的周期，降低生产成本，提高产品质量。
1.2.3冲压设备和冲压生产自动化方面
性能良好的冲压设备是提高冲压生产水平的基本条件，高精度、高寿命、高效率的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备相匹配。
为了满足大批量高速生产的需要，目前冲压设备也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多功能、高速和数控方向发展，加之机械手乃至机器人的大量应用，使冲压生产效率得到大幅度提高，各式各样的冲压自动线和高速自动压力机纷纷投入使用。
如在数控四边折弯机中送入板料毛坯后，在计算机程序控制下便可依次完成四边弯曲，从而大幅度提高精度和生产率；
在高速压力机上冲压电机定转子冲片时，一分钟可冲几百片，并能自动叠成定、转子铁芯，生产率比普通压力机提高几十倍，材料利用率高达97%；
工称压力为250KN的高速压力机的滑块行程次数已达2000次/min以上。
在多功能压力机方面，日本本田公司生产的2000KN“冲压中心”采用CNC控制，只需5min时间就能自动完成换模、换料和调整工艺参数等工作。
近年来，为了适应市场的竞争，对产品质量的要求越来越高，且其更新换代的周期大为缩短。
冲压生产为适应这一新的要求，开发了多种适合不同批量生产的工艺、设备和模具[15]。
1.3冲压工艺过程的制定
冲压件的生产过程通常包括原料的准备、各种冲压工序的加工和其他必要的辅助工序（如退火、酸洗、表面处理等）[16]。
对于某些组合件或精度要求较高的冲压件，还需经过切削加工、焊接或铆接等才能最后完成制造的全过程。
指定冲压工艺过程就是针对某具体的冲压件恰当地选择各工序的性质，正确确定坯料尺寸、工序数量和工序件尺寸，合理安排各冲压件工序及辅助工序的先后顺序及组合方式，以确保产品质量，实现高生产效率和低成本生产。
同一冲压件的工序方案可以有多种，设计者必须考虑多方面的因素和要求，通过分析比较，从中选择出技术上可行、经济上合理的最佳方案。
1.3.1拟定冲压工艺过程的原始资料
制定冲压工艺过程应在收集、调查、研究并掌握有关资料的基础上进行。
原始资料主要包括以下内容。
a、冲压件的零件图及使用要求
冲压件的零件图对冲压件的结构形状、尺寸大小、精度要求及有关技术条件作出明确的规定，它是制定冲压工艺过程的主要依据[17]。
而了解冲压件的使用要求及在机器中的装配关系，可以进一步明确冲压件的要求，并且在冲压件工艺性较差时向设计部门提出修改意见，以改善零件的冲压工艺性。
当冲压件只有样件而无图样时，一般应对样件测绘后绘制出图样，作为分析与设计的依据。
b、冲压件的生产批量及定型程度
冲压件的生产批量及定型程度也是制定冲压件工艺过程中必须考虑的重要内容，它直接影响加工方法及模具类型的确定。
c、冲压件原材料的尺寸规格、性能及供应状况
冲压件原材料的尺寸规格是确定坯料形式和下料方式的依据，材料的性能及供应状态对确定冲压件变形程度与工序数量、计算冲压力、要否安排热处理辅助工序等都有重要的影响。
d、冲压设备条件
工厂现有冲压设备的类型、规格、自动化程度等是确定工序组合程度、选择各工序压力机型号、确定模具类型的主要依据。
e、模具制造条件及技术水平
冲压工艺与模具设计要考虑模具的加工。
模具制造条件及技术水平决定了制模能力，从而影响工序组合程度、模具结构与精度的确定。
f、有关的技术标准、设计资料与手册
制定冲压工艺过程与设计模具时，要充分利用与冲压有关的技术标准、设计资料与手册，这有助于设计者进行分析与设计计算、确定材料与尺寸精度、选用相应标准和典型结构，从而简化设计过程、缩短设计周期、提高工作效率。
1.3.2确定冲压工艺过程的步骤及方法
1）工件的分析
（1）冲压件的功用与经济性分析
了解冲压件的使用要求及在机器中的装配关系与装配要求。
（2）冲压件的工艺分析
根据冲压图样和样件，分析冲压件的形状、尺寸、精度及所用材料是否符合冲压工艺要求。
2）工艺方案的分析与确定
冲压件进行工艺分析的基础上，便可着手确定冲压方案。
确定冲压工艺方案主要是确定各次冲压加工的工序性质、工序数量、工序顺序和工序组合方式。
冲压工艺方案的确定是制定冲压工艺过程的主要内容，需要综合考虑各方面的因数，有的还需要进行必要的工艺计算，因此，实际确定时通常先提出几种可能的方案，再在此基础上进行分析、比较和择优。
（1）冲压工序性质的确定冲压工序性质是指成形冲压件所需冲压工序种类，如落料、冲孔、切边、弯曲、拉深、翻孔、翻边、胀形、整形等都是冲压加工中常见的工序。
（2）工序数量的确定
工序数量是指同一性质的工序重复进行的次数。
工序数量的确定主要取决于零件几何形状复杂程度、尺寸大小与精度、材料冲压成型性能、模具强度等，与冲压工序性质有关。
（3）工序顺序的确定
冲压各工序的先后顺序，主要决定于冲压变形规律和零件质量要求，如果工序顺序的变更并不影响零件质量，则应当根据操作、定位及模具结构等因素确定。
顺序的确定一般可按下列原则进行:
Ø
工序的先后顺序应保证每道工序的变形区为相对弱区，同时非变形区应为相对强区而不参与变形。
前工序成形后得到的符合零件图样要求的部分，在以后各道工序中不得在发生变形。
工件上所有的孔，只要其形状和尺寸不受后续工序的影响，都应在平面配料上先冲出。
对于带孔的或有缺口的冲裁件，如果选用单工序模冲裁，一般先落料、再冲孔。
对于带孔的弯曲件，孔边与弯曲变形区的间距较大时可以先冲孔，后弯曲。
带孔的拉深件，一般来说，都是先拉深，后冲孔。
对于多角弯曲件，应从弯曲时材料的变形和运动两个方面来考虑安排弯曲的先后顺序，一般是先弯外角。
再弯内角。
冲压件需要整形或校平等工序时，均应安排在工件基本成形以后进行。
1.4本课题的主要研究内容
本课题是汽车备轮架加固板落料冲孔复合模设计，他融合了冲压成形原理、冲压工艺、冲压模具设计等内容。
因此要做好此设计，就必须掌握冲压工艺过程编制、复合模具设计的基本方法。
故首先对汽车备轮架加固板进行冲压工艺分析，进行设计计算，得出各种参数，合理的选择冲压设备，确定压力机的技术参数。
最终确定模具的具体结构。
2冲压工艺设计和冲压力的计算
2.1冲压件（汽车备轮架加固板）简介
备轮架加固板（如图2.1所示）的主要作用是增加汽车备轮架强度。
，本次设计的备轮架加固板为中国第一汽车制造厂生产汽车的一个零件，对其进行测绘、研究。
1）备轮架加固板的特性如下：
外形简单。
结构简单，形状规则对称。
备轮架加固板造价低，适于批量生产。
2）产品加工材料的选择
根据上述介绍，选取工件的材料及特性如下：
选取材料为：
SPCC—SB（冷轧板），选用08此种钢材广泛用于汽车制造业。
材料的其它特性见表1：
表1SPCC—SB材料的特性
材料名称
牌号
状态
抗剪强度τ/MPa
抗拉强度σ1/MPa
伸长率δ（%）
优质碳素结构钢
08
已退火
260~360
330~450
32
图1工件图
2.2冲压工艺分析和工艺方案分析
2.2.1冲压的工艺分析
零件外形对称，无尖角、凹陷或其他形状突变，系典型的板料冲压件。
1）工件的外形及内形分布均匀，无尖锐的角，符合冲裁要求。
2）孔边距a≥1.5δ（圆孔=1.5），符合冲裁要求。
3）工件无细长的旋臂与窄槽，模具结构简单，适合冲裁。
4）材料为优质碳素结构钢，是常用的冲裁材料，具有良好的冲裁性能。
工件尺寸属于装配要求精确尺寸，此尺寸可定为加工尺寸。
7）成型件的尺寸要求不高，表面粗糙度要求不大，变形量很小，不会引起破裂，在成形过程中无需增加预成型工艺，可以一次成型。
综上所述，此工件适宜冲裁。
2.2.2冲压工艺方案的确定
经过对冲压件（备轮架加固板）的工艺分析后，结合产品图进行必要的工艺计算，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分析方案。
1）冲压的几种方案
（1）落料、冲孔、单工序模具生产。
（2）落料、冲孔复合模模具生产。
（3）落料、冲孔连续进行采用级进模生产。
方案一：
结构简单，需要三道工序，三套模具才能完成工件的加工，成本高。
方案二：
加工工序减少，节省加工时间，制造精度高，成本相应减少，提高了劳动生产率。
方案三：
在方案二的基础上加大了制造成本，既不经济又不实惠。
一个工件往往需要经过多道工序才能完成，编制工序方案时必须考虑两种情况：
单工序模分散冲压或工序组合采用复合模连续冲压，这主要取决于冲压件的生产批量，尺寸大小和精度等因素。
通过产品质量、生产率、设备条件、模具制造和寿命、操作安全以及经济效益等方面的综合分析，比较决定采用方案二。
即：
落料、冲孔→成品。
2）各加工工序次数的确定
根据工件的形状和尺寸及极限变形程度可进行以下决定：
落料、冲孔一次成型，
2.3工件的毛坯尺寸计算
由于工件主要成型的工序是落料、冲孔,工件变形量不是很大，可以直接落下工件的实际尺寸，根据《冲模设计手册》可知毛坯尺寸计算如下：
毛坯的长度：
L=150+106×
2=362mm
L1=106mm
L2=150mm
L3=106mm
毛坯的宽度：
B=48+143+65=256mm
B1=48mm
B2=143mm
B3=65mm
所以毛坯形状及尺寸如图2.2所示：
图2零件图
2.4确定其搭边值
考虑到成型范围，应考虑以下因素：
1）料的机械性能软件、脆件搭边值取大一些，硬材料的搭边值可取小一些。
2）冲件的形状尺寸冲件的形状复杂或尺寸较大时，搭边值大一些。
3）材料的厚度厚材料的搭边值要大一些。
4）材料及挡料方式用手工送料，且有侧压装置的搭边值可以小一些，用侧刃定距的搭边值要小一些。
5）卸料方式弹性卸料比刚性卸料大搭边值小一些。
综上所述，根据《冲模设计手册》确定其搭边值：
工件侧面搭边值：
a=4.0mm
条料宽度：
B=L+2a=256+2×
4=264mm
2.5确定排样图
2.5.1利用率的计算
一段条料能冲出的工件的重量与这段条料重量之比的百分数称为材料利用率。
由于板料冲裁时板厚时一定的，所
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