汽车前反光碗模具设计.docx

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汽车前反光碗模具设计

XXXXXXX院毕业设计

题目:

汽车前反光碗模具设计

姓名：

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专业：

指导老师：

毕业论文答辩时间：

2015-11-20

前言

随着工业发展，冲压模具的应用越来越广泛。

同时由于产品更新换代速度的加快，除了要保证模具设计质量以外，对模具设计效率的要求也越来越高。

为了促进我国冲压模具技术的发展，从计算机技术、先进加工技术及装备、其它新技术与冲压模具等方面分析了我国冲压模具的技术现状。

结果表明：

经过几十年的发展，我国的冲压模具总量位居世界第三位，加工技术装备基本已与世界先进水平同步。

本文首先分析了复合模具的工艺结构，介绍了复合模具的设计，重点介绍了模具的结构、凹凸模的设计、冲裁力的计算以及冲压机的选型。

其次详细阐述了落料拉深冲孔复合模的工艺设计与结构设计过程、对拉深凸模、落料凹模、落料拉深凹凸等模具主要的成型零件以及各种标准零件进行设计计算和选择，基本上确定了落料拉深冲孔复合模的整体结构框架。

本文设计的复合模具适用于加工几何尺寸较大、形状复杂、精度要求较高的冲压类零件，通过理论分析和大量的工程实践探索，在模具上采用了一些特殊机构，可使操作简单，提高生产效率,对提高企业的市场竞争力有着现实的意义。

通过了复合模具的设计，可以将传统的分模加工合二为一，使落料、拉深、冲孔一次成形，避免了分模加工中定位误差的生产，从而保证了质量，降低了成本，提高了生产效率。

1.1冲压模具简介

1.1.1冲压成形与冲压模具的概念

冲压成形是指利用安装在压力机上的模具，对模具里的板料施加压力，使其生产分离或变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件加工方法。

冲压加工的对象一般为金属板料、薄壁管、薄型材等，板厚方向变形一般不侧重考虑，因此也称为板料冲压，并且通常是在室温状态下进行，所以也称为冷冲压[8]。

冲压模具是指在冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，俗称冲模

在冲压零件的生产中，合理的冲压成形工艺、先进的模具，高效的冲压设备是必不可少的三要素。

如图1-1所示。

图1-1冲压零件的影响因素

1.1.2冲压模具的分类

1.根据工艺性质分类

（1）冲裁模沿封闭或敞开的轮廓线使材料产生分离的模具。

如落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模、剖切模等。

（2）弯曲模使板料毛坯或其它坯料沿着直线产品弯曲变形，从而获得一定角度和姓张的工件模具。

（3）拉深模是把板料毛坯制成开口空心件，或使空心件进一步改变形状和尺寸的模具。

（4）成形模是将毛坯或半成品工件按照凸、凹模的形状直接复制成形，而材料本身仅产生局部塑性变形的模具。

如胀形模、缩口模、扩口模、起伏成形模、翻边模、整形模等[9]。

2、根据工序合程度分类

（1）单工序模在压力机的一次行程中，只完成一道冲压工序的模具。

（2）复合模只有一个工位，在压力机的一次行程中，在同一工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具。

（3）级进模（也称为连续模）在毛坯的送进方向上，具有两个或更多的工位，在压力机的一次行程中，在不同的工位上逐次完成两道或两道以上冲压工序的模具。

1.2本课题主要研究的内容及意义

本课题的研究对象是汽车前反光碗零件的落料拉深冲孔复合模具，做出工艺分析案，计算出工艺参数，设计模具的总体装配图，从而提高了理论分析能力和解决实际问题的独立工作能力。

主要内容具体可以分为以下几个部分：

1、对落料拉深冲孔复合模进行工艺设计和结构设计[10]。

2、主要工作部分尺寸的计算。

3、主要工艺参数的计算。

4、模具的工作总体设计及装配。

5、设计出模具总装配图。

随着科学的飞速发展，冲压模具在各行业中有着较广泛的应用，其组成零件中标准件占有很大比重。

而很多冲压制件都是系列化产品，它们的模具节哦故相同或相似而尺寸不仅相同，在设计过程中，设计人员需要反复查阅手册以确定模具零部件的标准外形与尺寸，重复设计的工作量很大。

由于产品的功能、结构日趋复杂，新产品的更新换代周期不断缩短，设计环节在产品的整个生命周期中占据了越来越重要的地位。

国外的模具制造企业，广泛使用先进的高精度、高速度、专业化加工装备，如日本丰田汽车模具公司拥有构造面加工数控铣床39台套、型面加工高速五轴五面铣床15台套、其它新型一体化专门加工设备6台套。

加工工艺方法包括等高线加工、最大长度顺向走刀加工等，精加工走刀移行密度仅有0.3mm。

同时，可以实现内凹圆角清根、外凸圆角加工到位等，因而可以控制模具配合的不等距间隙、最大可能的缩小型面误差，实现模面的精细加工。

日本、韩国、新加坡、德国、荷兰、美国及我国台湾、香港地区的独资、合资企业很多，民营模具企业很不少；苏州兰佩铸造、远轻模具等企业主要生产汽车发动机及轮毂等部件压铸模和铸模，昆山中大模架等企业专业生产各种大型模架、模具导向件、模具弹簧等标准件[11]。

国内的许多模具企业通过引进先进的加工装备，硬件上与国际水平的差距正在快速缩小：

上海的汽车模具企业，近年来通过大量购置先进的五轴高速加工机床、大型龙门加工中心和五轴联动数控高速铣床、数控车或复合加工机床、先进的大型测量和调试设备及多轴数控激光切割机等。

一汽模具公司已经拥有五轴高速数控铣床等大型高速加工设备；东风汽车模具公司拥有高速的数控铣床。

目前，资产过亿，拥有龙门加工中心10台以上的大型汽车模具企业已经达到10多家。

外国人都惊呼：

怎么两年之间中国大陆的汽车模具规模、数量和制造能力会有如此大的变化。

我国冲压模具产品的质量和生产工艺水平，总体上比国际先进水平低许多，而模具生产周期却要比国际先进水平长许多。

产品质量水平低主要表现在精度、表面粗糙度、寿命及模具的复杂程度上；生产工艺水平低则主要表现在加工工艺，加工装备等方面。

冲压模具加工工艺和装备对提高加工效率、确保模具精度、缩短交货周期有重要影响[12]。

过去的中国冲压模具行业，车、刨、铣、磨等传统普通机床和电火花线切割机床，曾经在绝大数冲压模具企业使用。

采用加工冲压模具时，通常需要对模具零件反复装夹和定位，因而加工生产效率低。

模具产品质量差。

模具是机械制造业中技术先进、影响深远的重要工艺装备、具有生产效率高、材料利用率高、制件质量优良、工艺适应性好等特点，被广泛应用与汽车，机械、航天、航空、轻共、电子、电器、仪表等行业。

2005年中国模具工业产值达到610亿元，增长率保持在25%的高水平，行业的生产能力约占世界总量的10%，仅次于日本、美国而位列世界第三。

目前我国大部分模具企业采用的仍然是传统的设计方法，特别四中小型模具企业，设计人员进行着大量的重复性劳动，在通用零件和标准件的设计过程中，不得不多次重复查阅设计手册，造成模具设计周期长、效率低、耗资大的现状，这也就影响了企业的市场竞争力[13]。

本课题汽车前反光碗，冲压该零件时，普遍采用落料、拉深、冲孔，翻孔四道工序，生产效率低，成本也高，为此，设计了冲压该零件的落料拉深、拉伸;冲孔;最后翻孔，14]。

第2章模具总体方案的分析与确定

本课题的研究对象是汽车前反光碗，材料为A3，料厚为0.5mm，是形状规则的旋转体零件大批量生产。

汽车前反光碗如图2-1所示。

2.1工艺方案分析

2.1.1工件的分析

工件图:

如图所示

生产批量:

大批量

材料:

A3

料厚:

0.5mm

图2-1工件的简图

图2-1所示为汽车前反光碗，材料为A3，料厚为0.5mm，是形状规则的旋转体零件，大批量生产。

2.1.2落料拉深工艺分析

由图2-1可见，该工件的加工涉及到落料、拉伸，翻孔，冲孔四种工序内容。

（1）落料拉深工艺分析

此工件为有凸缘圆筒形，工件,要求内形尺寸，没有厚度不变的要求。

此工件的形状满足拉深的工艺要求，可用拉深工序加工件底部圆角半径r=5.5mm，大于拉深凸模圆角半径r凸=3~6mm,满足拉深对圆角半径的要求。

尺寸Φ63mm，按公差表查得为IT14级，满足拉深工序对工件公差等级的要求。

表6毛料计算附表（mm）

序号_l_r_lr_序号_l_r_lr__1_17_79.25_1374.25_6_13.75_31.17_428.59__2_6.67_77.71_518.33_7_2_28_56__3_10.428_70.184_731.88_8_5.89_26.64_156.67__4_28.37_55.104_1563.3_9_24.25_12.13_293.43__5_5.25_39.375_206.72_∑lr=91.5mm_

根据公式计算得毛坯直径：

计算相对厚度：

δ/D*100=0.5/91.5*100=0.54

确定拉深次数：

根据h/dn=13.35/74=0.18

δ/D*100=1.4

查相关表得拉深次数为1，故一次能拉成。

1、翻孔工序概念翻孔是沿内孔周围将材料侧立凸缘的冲压工序。

2、翻孔的形式常见的翻孔形式，如图1。

图1a是在材料平整未变形部分翻孔；图1b是在拉

深件上翻孔，可以向外翻，也可以向内翻。

如果高度超过一次翻孔的允许值，可以先拉深，

再预冲孔，然后外翻成形，如图1c所示。

图1a

图1b

图1c

3、翻孔系数翻孔变形程度常用翻孔系数来表示：

K值越大，变形程度越小；K值越小变形程度越大。

影响翻孔系数的主要因素有：

1）、材料的性能，塑性越好，K值越小

3）、孔的加工方法，如果是钻出的孔，由于无撕裂面，翻孔时不易出现裂纹。

冲出的孔有部

分撕裂面，翻孔易开裂，故K值较大。

如果冲孔后对材料进行退火或将孔整修，可得到与钻孔

相接近的翻孔比。

此外，还可以将冲孔的方向和翻孔的方向相反，使毛刺位于翻孔内侧可减

少开裂。

4）、翻孔凸模的形式，球面凸模能使K值减小，增加变形程度。

各种材料的翻孔系数

材料（退火）

翻孔系数

K

Kmin

白铁皮

0.70

0.65

软钢t=0.25~2mm

0.72

0.68

软钢t=3~6mm

0.78

0.75

黄铜H62t=0.5~6mm

0.68

0.62

铝t=0.5~5mm

0.70

0.64

硬铝

0.89

0.80

钛合金TA1（冷态）

0.68

0.55

TA1加热（300~400℃）

0.50

0.40

TA5（冷态）

0.90

0.75

TA5（加热500~600℃）

0.75

0.65

D=14.55mm

2.2工艺方案的确定

根据制件的工艺性分析，其基本工序有落料、拉深和切边。

现拟定以下几种工艺方案：

方案一：

先落料，后拉深，冲孔，翻孔，切边，采用单工序模生产。

方案二：

落料拉深冲孔复合冲压拉伸，翻孔，采用复合模和单工序配合

方案三：

拉伸、冲孔，翻孔，拉伸，断料级进冲压，采用级进模生产。

方案分析：

方案一模具结构较为简单，但需要5副模具，成本高，生产效率低，难以满足大量生产的生产要求。

方案二只需要两副模具，减少了工序数量，工件的精度及生产效率都比较高，但模具制造时有一定的困难。

方案三也只需要一副模具，生产的制件精度不如复合模生产精度高，模具本身制造也有一定的难度，生产效率不如复合模高，并且生产过程中需要克服工件的精确定位问题。

通过对上述三种方案的综合比较，并且考虑模具的制造精度及制件的精度，该冲压工艺方案选用方案二较优。

本工件首先需要落料，制成直径D=91.5mm的圆片，然后D=91.5mm的原板料为毛坯进行拉深，拉深成为内径为Φ74mm、内圆角r为5mm的凸缘圆筒。

根据以上工艺分析，为了提高生产效率，该零件的加工采用落料、拉深冲孔复合模具然后翻孔成型的方式

第3章主要的工艺参数计算

3.1毛坯尺寸的计算

表3-1圆筒行拉深件的修边余量（mm）

工件高度h

工件的相对高度h/d

>0.5-0.8

>0.8-1.6

>1.6-2.5

>2.5-4

≤10

>10-20

>20-50

>50-100

>100-150

>150-200

>200-250

>250

1.0

1.2

2

3

4

5

6

7

1.2

1.6

2.5

3.8

5

6.3

7.5

8.5

1.5

2

3.3

5

6.5

8

9

10

2

2.5

4

6

8

10

11

12

圆筒形拉深工件的毛坯尺寸计算公式为：

D=（d2+4dH-1.72rd-0.56r2）1/2（3-1）

将d=74mm，H=h+Δh=13.5mm+1mm=14.5mm，r=（5+0.75）mm=5.75mm代入上式，即得毛坯的直径为：

D=91.5mm（3-2）

3.2排样

排样：

冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法。

合理的排样是提高材料利用率、降低成本，保证冲件质量及模具寿命的有效措施。

在排样时应考虑如下原则。

冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法叫排样。

同一零件可以采用不同的排样形式，排样方式不同，材料利用率不同。

大批量生产时，在冲裁件的成本中，材料费用一般占60%以上，因此，材料的经济利用是一个重要问题，特别对贵重的有色金属。

同时排样要考虑方便生产操作、冲模结构简单、寿命长以及车间生产条件和原材料状况等[16]。

要提高材料利用率，主要应从减少工艺废料着手。

减少工艺废料的措施有：

设计合理的排样方案，选择合适的板料规格和合理的裁板法（减少料头、料尾和边余料），或利用废料作小零件。

对一定形状的冲件，结构废料是不可避免的，但充分利用结构废料是可能的。

当两个不同冲件的材料和厚度相同时，较小尺寸的冲件可在较大尺寸冲件的废料中冲制出来。

例如，电机转子硅钢片，就是利用定子硅刚片的废料冲出的[17]。

（1）提高材料利用率。

（2）使工人操作方便、安全，减轻工人的劳动强度。

条料在冲裁过程中翻动要少，在材料利用率相同或相近时，应尽可能选条料宽、进距小的排样方法。

这样还可以板料裁切次数，节省裁备料时间。

（3）使模具结构简单、模具寿命长。

（4）保证冲件的质量。

（5）对于弯曲件的落料，在排样时还要考虑板料的纤维方向。

该工件排样根据落料工序设计，考虑操作方便及模具结构单，

故采用单排排样设计。

搭边值为a1=2，a=2，采用单挡料销挡料。

则：

条料宽为b=91.5mm+2a=95.5mm

条料的进距为h=91.5mm+a1=93.5mm

图3-1排样图

3.3工序压力计算

（1）落料力计算按式（3-3）

F落=1.3Ltτ（3-3）

式中F落　　——　落料力（Ｎ）

　　　　　Ｌ　——　工件外轮廓周长，Ｌ＝πD＝287.5mm；

t——材料厚度，t=0.5mm；

τ——材料的抗剪强度（MPa），由书末附录A1查得τ=400MPa。

落料力则为：

F落=1.3×287.5mm×0.5mm×400MPa≈74.8kN（3-4）

（2）卸料力按公式

F卸=K卸×F落（3-5）

式中K卸——卸料力因数，其值K卸=0.03

卸料力则为：

F卸=0.03×74.8N≈2.4kN（3-6）

（3）冲孔力计算按式（3-7）

F冲=1.3Ltτ（3-7）

式中L——工件内轮廓周长（mm）。

L=45.7mm

冲孔力则为：

F冲=1.3×45.7mm×0.5mm×400MPa≈12kN（3-8）

（4）拉深力计算由于零件为浅拉深，故可按有压边圈的圆筒形近似计算。

按公式：

F拉=Kπdtσb（3-9）

式中F拉——拉深力（N）；

d——拉深件的直径，d=56mm；

t——材料厚度；

σb——材料的强度极限（MPa），σb=380MPa；

K——修正因数。

由表查得修正因数K=0.93；

拉深力1则为：

F拉=0.93×3.14×74.5×0.5×380≈41.3kN（3-11）

P=1.1X3.14X0.5X（20-14.55）=9.4KN

3.4冲压设备的选择

冲压设备选用是冲压工艺设计过程中的一项重要内容。

模具的设计要与冲压设备的类型和主要规格相匹配，否则不能工作。

正确选择冲压设备，关系到设备的安全使用、冲压工艺的顺利实施及冲压件质量、生产效率、模具寿命等一系列问题。

冲压设备属锻压机械[18]。

常见冷冲压设备有机械压力机（以Jxx表示其型号）和液压机（以Yxx表示其型号）。

主要根据所要完成的冲压工艺性质、生产批量、冲压件的尺寸大小和精度要求来选择。

对于中小型冲裁件、弯曲件或拉伸件等，主要选用开式机机械压力机。

开式压力机虽然刚度不高，在较大冲压力的作用下床身的变形会改变冲模间隙分布，降低模具寿命和冲压件表面质量，但是由于它提供了极为方便的操作条件和易于安装机械化附属装置的特或工作点，所以目前仍是中小型冲压件生产的主要设备。

另外，在中小型冲压件生产中，若采用导板模或工作时要求导柱导套不脱离的模具，应选用行程较小的偏心轴压力机。

对于大中型冲压件，多选用闭式机械压力机，包括一般用途的通用压力机和专用的精密压力机、双动或三动拉伸压力机等。

其中薄板冲裁或精密冲裁时，选用精度和刚度较高的精密压力机；大型复杂拉深件生产中，应尽量选用双动或三动拉深压力机，因其可使所用模具结构简单，调整方便[19]。

在小批量生产中，多采用液压机或摩擦压力机。

液压机没有固定的行程，不会因为板料厚度变化而超载，而且在需要很大的施力行程加工时，与机械压力机相比具有明显的优点，特别适合大型厚板冲压件的生产。

但液压机的速度低，生产效率不高，而冲压件的尺寸精度有时受到操作因素的影响而不十分稳定。

摩擦压力机具有结构简单，造价低廉，不易发生超载破坏等特点，在小批量生产中常用来弯曲件，尤其适用校平、整形、压印等成形工序。

但摩擦压力机的行程次数小，生产效率低，而操作也不太方便。

在大批量生产或形状复杂件的大量生产中，应尽量选用高速压力机或多工位自动压力机[20]。

   冲压设备分类：

1.机械压力机按驱动滑块机构的种类可分为曲柄式和摩擦式；

2.按滑块个数可分为单动和双动；   

3.按床身结构形式可分为开式（C型床身）和闭式（Ⅱ型床身）；

4.按自动化程度可分为普通压力机和高速压力机等。

落料拉伸

对于浅拉深可按式F压≥（1.6～1.8）F总，估算公称压力来选择压力机。

选用公称压力为450kN的方式压力机。

其主要技术参数为：

公称压力：

450kN

滑块行程：

65mm

最大闭合高度：

280mm

封闭高度调节量：

45mm

工作台尺寸：

450mm×600mm

模柄孔尺寸：

Φ50mm×80mm

冲孔翻孔

其主要技术参数为：

公称压力：

400kN

滑块行程：

55mm

最大闭合高度：

270mm

封闭高度调节量：

65mm

工作台尺寸：

400mm×500mm

模柄孔尺寸：

Φ40mm×80mm

第4章主要工作部分尺寸计算

4.1落料刃口尺寸计算

由公差表查得Φ143为IT14级，取x=0.5mm。

则：

凹模Dd=（Dmax-xΔ）0+δd=91.410+0.03

凸模Dp=（Dd-2Cmin）0-δP=91.360-0.015

4.2冲孔刃口尺寸计算

冲裁属于分离工序，冲裁模凸、凹模带有锋利刃口，凸、凹模之间的间隙较小，其加工具有如下特点：

（1）凸、凹模材质一般是工具钢或合金工具钢，热处理后的硬度为58～60HRC，凹模比凸模稍硬一些；

（2）凸、凹模精度主要根据冲裁件精度决定，一般尺寸精度在IT6～IT9，工作表面粗糙度在Ra=1.6～0.4μm；

　（3）凸、凹模工作端带有锋利刃口，刃口平直（斜刃除外），安装固定部分要符合配合要求；

　（4）凸、凹模装配后应保证均匀的最小合理间隙。

　（5）凸模的加工主要是外形加工，凹模的加工主要是孔（系）加工。

凹模型孔加工和直通式凸模加工常用线切割方法。

由公差表查得Φ14.55为IT12级，取x=0.75mm。

则：

凸模dp=（dmin+xΔ）0-δP=Φ14.60-0.03

凹模dd=（dp+2Cmin）0+δd=Φ14.650+0.05

采用凸、凹模分开加工法时，为了保证凸、凹模间一定的间隙值，必须严格限制冲模制造公差，因此，造成冲模制造困难。

对于冲制薄材料（因Zmax与Zmin的差值很小）的冲模，或冲制复杂形状工件的冲模，或单件生产的冲模，常常采用凸模与凹模配作的加工方法。

 配作法就是先按设计尺寸制出一个基准件（凸模或凹模），然后根据基准件的实际尺寸再按最小合理间隙配制另一件。

这种加工方法的特点是模具的间隙由配制保证，工艺比较简单，不必校核+≤条件，并且还可放大基准件的制造公差，使制造容易。

设计时，基准件的刃口尺寸及制造公差应详细标注，而配作件上只标注公称尺寸，不注公差，但在图纸上注明：

“凸（凹）模刃口按凹（凸）模实际刃口尺寸配制，保证最小双面合理间隙值Zmin”。

4.3复合模具主要零件的设计

1、凸凹模的设计

凸凹模是复合模具中同时具有落料凸模和冲孔凹模作用的工作零件。

它的内外缘均为刃口，内外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸。

图4-1凸凹模的实体图

2、凸凹模的设计

图4-2凸模实体图

3、落料凹模的设计

图4-3落料凹模的简图

4、模柄的选用

模柄的作用是将模具的上模座固定在压力机的滑块上。

该模具采用凸缘式模柄，按照国家标准选取，标准件号为B40X85GB2862.3-1981，材料为A3钢，如图4-4。

图4-4模柄实体图

7、卸料板的设计

图4-7卸料板的简图

8、中间固定板的设计

该模具的固定板为圆形固定板，一般固定板取凹模厚度的0.6～0.8倍，其平面尺寸可与凹模、卸料板外形尺寸相同、但还应考虑紧固螺钉及销钉的位置。

固定板的凸模安装孔与凸模采用过渡配合。

固定板的材料采用45钢[21]。

图4-8中间固定板的简图

冲压模具的组成零件可以分为工艺零件和结构零件两大类。

如图4-10所示。

图4-10冲压模组成零件

1.工艺零件

工艺零件是指直接与完成冲压工艺过程并和配料直接发生作用的零件。

工艺零件进一步又可分为：

（1）工作零件：

是指实现冲压变形，使材料正确分离或塑性变形，保证工件或废料脱卸下来的零件。

卸料零件包括卸料板、弹簧、橡皮等。

出件零件包括推件块、推杆、顶件块、顶杆等[22]。

2.结构零件

结构零件是指不直接参与完成冲压工艺过程，也不和坯料直接发生作用，只对模具完成工艺过程起保证作用或对模具的功能起完善作用的零件。

结构零件进一步又可分为：

（1）导向零件：

是保证上模对下模正确位置和运动的零件，一般由导套和导柱组成。

（2）固定零件：

是承装模具零件或将模具安装固定到压力机上的零件，如上模座、下模座、凸凹模固定板、模柄等。

（3）紧固及其它零件。

如螺钉、定位销等。

压件形状的零件，包括凸模、凹模、凹凸模等。

（2）定位零件：

是指保证条料或毛坯在模具中的正确位置的零件，包括导料板、导料销、侧压板、导正销、侧刃、挡料销等。

（3）压料零件：

是指在拉深工序中防止工件起皱的零件，包括压料板、压料圈等。

（4）卸料零件：

是指将冲裁后由于弹性恢复而卡在凹模孔内或在凸模上的

第5章模具装配

模具装配是整个模具制造过程的最