毕业设计汽车零件冲压模设计.docx
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毕业设计汽车零件冲压模设计
汽车零件冲压模设计
【摘要】
本课题主要讲了汽车零件冲压模的设计。
设计内容从零件的工艺性分析进行。
首先，确定该模具的类型是冲孔、落料复合模外加单工序弯曲模；其次，进行工艺计算，计算出冲压力、卸料力、推件力并确定模具的压力中心、选择压力机和校核冲模的闭合高度；然后，根据计算的结果确定该模具的凸、凹模尺寸及其形状。
最后再设计出挡料销、卸料板、推件装置、卸料弹簧、导柱、导套和模柄等模具的主要零部件，从而完成整套模具的设计工作。
【关键词】:
汽车零件；冲孔；落料；复合模；弯曲模
第一章绪论
1.1课题研究背景
模具技术涉及多学科，模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技术水平已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一。
世界上许多国家，特别发达国家都非常重视模具技术的发展，大力发展模具产业，积极采用先进的生产技术和设备，提高模具制造水平，取得了显著的经济效益。
美国是世界超级经济大国，在模具行业世界领先，早在20世纪80年代在20世纪60年代末，美国模具行业有超过2000家企业，从业人员超过17万人，总模具输出值达到64.47亿美元。
日本模具业开始于1957年，总产值只有106亿日元，到1998年超过48800亿日元，在40年间增长460倍，这是日本经济迅速发展和占领国际市场的重要原因之一。
到了近代，随着世界经济的发展，模具行业是不可缺少的。
1.2模具的发展与现状
从我国的汽车模具产业近几年的发展来看，一些业内人士认为在自己的生产能力发展的同时，更要加强企业之间的联合。
国内汽车模具行业形成战略联盟，在市场上达成了共识，并已经开始各种形式的合作。
另一个显着的汽车模具产业在中国的发展特点是高新技术，快速提升技术水平，自主创新能力增强的普及应用。
目前，CAD/CAE/CAM技术已广泛应用于中国汽车模具行业，大多数企业的2D或3D模具设计可以适用于CAD设计软件，并实现了数控加工模具。
第二章工艺分析及排样
2.1原始数据
注：
弯曲内半径为2mm
图2.1制件尺寸
制件
2.2工艺分析
此零件有落料、冲孔和弯曲三道工序，材料为Q195、厚度t=1.5mm，具有良好的冲压性能，适合冲裁，工件结构比较简单，落料长为180mm、宽为60mm，两个直径为20的冲孔结构，和一个中间弯曲工序如上图。
工件的尺寸落料按IT11级，冲孔按IT10级，弯曲无特殊精度要求。
尺寸精度一般，普通冲裁完全能满足要求。
2.3冲裁工艺方案的确定
①方案种类该工件包括落料，冲孔和折弯三个基本工序，有三种方案。
方案一：
先落料，再冲孔，最后弯曲，采用单工序模生产。
方案二：
采用落料-冲孔-弯曲同时进行的级进模生产。
方案三：
采用落料-冲孔复合模和单工序弯曲模，两套模具生产。
②方案比较各方案的特点及比较如下
方案一：
模具结构简单，制造方便，但需要三套模具，成本相对较高，同时生产效率也较低，故不选此方案。
方案二：
级进模是一种多工位，效率较高的加工方法。
但级进模轮廓尺寸较大，结构复杂，成本较高，而且该方案中的弯曲工序，初步分析难以保证，因此也被排除。
方案三：
根据此零件结构特点，采用两套模具，可以同时发挥复合模和单工序模的优点，也使得模具制造简单，加工方便。
故采用此方案。
2.4模具结构形式的确定
复合模有正装式复合模和倒装式复合模两种形式。
考虑到该工件成型后脱模的方便性，故采用倒装式复合模。
弯曲工序采用简单弯曲模，该模具的特点是结构简单，在压力机上安装及调整方便，对材料厚度的公差要求不高，制件在弯曲终了时可得到一定程度的校正，因而回弹小。
另外，制件的回弹可以通过修模来消除。
2.5工艺尺寸计算
2.5.1排样设计
（1）排样方法根据所确定的模具结构特点，不可能做到无废料排样，所以采用少废料的样排方法。
计算确定，复合模采用直排有废料排样，弯曲模无需排样。
如图2.2所示
图2.2初步排样
（2）确定搭边值查表2-15[1]，并取最佳搭边值a=3.0mm。
（3）确定条料步距步距180+3=183mm,宽度B为66mm.
（4）材料利用率η=
×100％=94.8％
（5）画出排样图如图2.3所示。
图2.3排样图
2.5.2冲裁力和校正弯曲力的计算
（1）冲裁力F1
查表9-1[1]取材料Q195的抗拉强度
=500MPa
F1=L1σt
L为冲裁周长
已知L=60+150×2+∏R=60+300+∏×30=454.2
所以F1=454.2×1.5×330=225KN
（2）推件力Fe=nkeF,Fe=49.5kN
n为同时卡在凹模洞口的的件数。
Ke为推件力系数，其数值见参考文献[2]表3-13。
（3）卸料力FS=KSF,FS=9kN
Ks为卸料力系数，其值见参考文献[2]表3-13
（4）顶件力FK=KKF,FK=13.5kN
Kk为顶件力系数，其值见参考文献[2]表3-13
（5）校正弯曲力
F=qA
5-3[1]知q=35MPa.A按水平的投影面积计算。
A=60ⅹ150+∏ⅹ302ⅹ0.5=10413
F=35ⅹ10413=364.5KN
2.5.3压力机的公称压力的初步确定
a.对于复合模
Fz=F+Fe
=225+49.5=274.5KN
根据以上计算结果，冲裁设备拟选JC23-35。
b.对于弯曲模。
由校正弯曲力，选JG23-80.
第三章模具的总体结构设计
3.1模具类型的选择
由冲压工艺分析可知，采用落料冲压复合模和弯曲单工序模，即两套模具。
3.2定位位方式的选择
a.对于复合模，因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料销，控制条料的送进步距采用弹簧弹顶的活动挡料销的方式。
b.对于弯曲模，毛坯放置在凹模的凹槽中，横向由左右两侧的槽定位，前后方向由挡料销定位。
3.3出料装置
a.对于复合模，上模采用刚性推件装置，它是在冲压结束后上模回程时，利用压力机滑块上的横梁，撞击上模内的打杆，装在模柄孔内的打杆在横梁的阻挡下下落，并通过打料板，打料杆，推下推件器将质件从凹模中推出。
下模采用弹性推件装置，即在卸料螺钉的作用下，通过卸料板进行卸料。
b.弯曲模通过下模中的一带有弹簧的顶杆卸料，顶杆在弯曲时起压料作用，可防止侧移，成型后又起出料作用。
3.4模具的结构特点
冲压落料复合模和弯曲模，如图3.1和图3.2所示。
冲孔落料复合模图3.1
V形件弯曲模图3.2
3.5模具工作过程
第一步：
将裁剪好的宽度为66mm的条料放在复合模的下模上，并挡料销定位。
上模上行，条料靠手动向前送一步，上模下行，落料凹模，冲孔凸模、凸凹模完成落料冲孔工序；
第二步：
将第一步完成的质件，放在弯曲凹模中，横向由左右两侧的槽壁定位，前后方向由挡料销定位，上模下行，弯曲凸、凹模完成弯曲工序；
第四章模具零件的设计与计算
4.1凸模凹模刃口的尺寸计算
4.1.1加工方法的确定
模具刃口尺寸计算方法分为两种。
a.对于冲压落料模
①凸模和凹模分开加工
在这种情况下，需要分别计算和标注凸模和凹模的尺寸和公差。
落料时，间隙取在凸模上；冲孔时，间隙取在凹模上。
凸模和凹模分开加工的优点是凸模和凹模具有互换性，可以批量生产。
但是为了保证合理的间隙，要求加工凸模和凹模的机床精度高，加工难度大，因此凸模和凹模分开加工的方法仅适用于形状简单的冲裁模。
②凸模和凹模配合加工
所谓配合加工就是在凸模和凹模中先选定一件为基准件，制造好后用它的实际刃口尺寸来配做另一件，使它们之间达到最小合理间隙值。
落料时，先做凹模，以它为基准件配做凸模，保证最小的合理间隙值；冲孔时，先做凸模，以它为基准件配做凹模，保证最小的合理间隙值。
综上所述，选择凸模和凹模分开加工的方法，因为制件零件简单，形状规则，且大批量生产，要求凸模和凹模有一定的互换性。
b.对于弯曲模。
所选模具为V形件弯曲模，该模具结构简单，选择凸模和凹模分别加工的方法就能满足要求。
图4.1制件
4.1.2尺寸计算
a.复合模尺寸计算，见表4.1.2-1：
表4.1.2-1：
基本尺寸及分类
冲裁间隙
磨损系数
计算公式
制造公差
计算结果
落料凹模
D10-△
=1500-0。
25
D20-△
=600-0。
19
Zmin=0.15
Zmax=0.19
Zmax–Zmin
=0.19-0.15
=0.04㎜
制件精度为：
IT11级,故x依次0.75、1.
=0.016
=0.024
δd+δp
=0.04mm≧Zmax–Zmin
Dd1=149.81+0.0240
Dp=149.660-0.016
Dd2=59.81+0.0240
Dp=59.660-0.016
相应凸模尺寸按凹模尺寸配作，保证双面间隙在0.15～0.19之间
冲孔凸模
d10-△
=20+0.0840
同上
等级为IT10，x为0.75
=0.016
=0.024
dp=20.060-0.016
相应凹模尺寸按凸模刃口尺寸配作，保证双面间隙在0.15～0.19之间
Dd1=20.21
b.弯曲模尺寸计算.
弯曲件相对简单，无需特别的尺寸计算
4.2凸凹模的设计
4.2.1凸模的结构形式及固定
a.对于复合模。
本设计中采用用圆形和方形两种形式的凸模，材料选用65Mn钢，淬火硬度HRC56-60必要时表面可进行渗氮处理。
圆凸模可采用高精度外圆磨床加工，异形凸模可以采用慢走丝线切割加工或成形磨削加工（成形磨削是模具零件成形表面精加工的一种方法，可以获得高尺寸精度、高表面加工质量[7]）。
凸模固定方式如图4.2所示：
凸模以过渡配合（K6）固紧在凸模固定板上，顶端形成台肩，以便固定，并保证在工作时不被拉出，安全可靠。
b.对于弯曲模。
其结构简单，用销钉把凸模固定在模柄上。
如图4.3所示。
图4.3弯曲凸模
图4.2凸模
4.2.2凸模长度的确定
a．复合模
凸模工作部分的长度应根据模具的结构来确定。
一般不宜过长，否则往往因纵向弯曲而使凸模工作时失稳。
致使模具间隙出现不均匀，从而使冲件的质量及精度有所下降，严重时甚至会使凸模折断。
根据模具设计结构形式，
（1）冲孔凸模的长度为
L=凹模+凸模固定板+t
由此得L=66.5mm
（2）凸凹模
当采用倒装复合模时，凸凹模尺寸计算如下：
HtA=h1+h2+t+h=25+33.5+1.5+2=62mm
式中，h1为卸料板厚度，取25mm.h2为凸凹模固定板厚度，取33.5mm.t为材料的厚度，1.5mm.h为闭模时凸凹模深入凹模的深度，取2mm.
b.弯曲模
凸模圆角半径rp。
取rp=r=2mm>rmin=0.15，满足要求。
4.2.3凹模结构形式设计
凹模是采用整体加工的，凸凹模之间的间隙值为一个料厚，凹模材料与凸模相同，选用65Mn钢，淬火硬度HRC58-62。
4.2.4凹模结构尺寸的确定
a.复合模的凹模
凹模设计应考虑的事项是关于凹模强度、制造方法及其加工精度等。
特别是凹模孔的尺寸，在实用上是和制件尺寸一起来考虑的。
它关系到制件质量的好坏，因此对其加工表面质量亦必须予以充分的考虑。
凹模的厚度和外形尺寸，对于其承受的冲裁力，必须具有不引起破损和变形的足够强度。
冲裁时，凹模承受冲裁力和水平方向的作用，由于凹模的结构形式不一，受力状态又比较复杂，特别是对于复杂形状的冲件，其凹模的强度计算就相当的复杂。
因而，在目前一般的生产实际情况下，通常都是根据冲裁件的轮廓尺寸和板料厚度、冲裁力的大小等来进行概略的估算及经验修正的[9]。
结构尺寸计算如下：
凹模壁厚凹模采用整体式，轮廓全部采用数控线切割机床即可一次完成，其轮廓尺寸可按参考资料[2]的第二章公式（2-24）和（2-25）计算：
故有了凹模外形尺寸LⅹBⅹC=315ⅹ200ⅹ60.（其中L为宽度，B长度，为C为壁厚）
b.弯曲模的凹模
（1）凹模圆角半径rd.工件在压弯过程，凸模将工件压入凹模而成形，凹模口部的圆角半径rd对于制件质量有明显的影响。
如过小，弯曲板料表面出现划痕；如凹模两边圆角半径不一致，则毛坯会产生偏移。
凹模圆角半径rd的大小与弯曲高度和材料厚度等有关，可查表4-15[1]。
V形凹模底部可开退刀槽或圆角半径rd’,rd’=（0.6～0.8）（rp+t）=2.1～2.8,取rd’=2.8mm.
（2）凹模深度L.凹模的深度尺寸要适中，若过小，毛坯两边自由部分太多，弯曲件弹复大又不平直，弯曲件质量下降；若过大，凹模增大，则模具耗材也增多，且压力机需要有较大的工作行程。
可查表4-15[1]。
L=30mm,rd=10mm.
4.3模板的设计
（a）复合模模板包括：
凸模固定板、凸凹模固定板、垫板、卸料板。
卸料板的作用、包括压料、卸料、同时还具有一定的导向作用；
凸模固定板LⅹBⅹh=315ⅹ200ⅹ30；
上垫板 LⅹBⅹh=315ⅹ200ⅹ10；
凸凹模固定板 LⅹBⅹh=315ⅹ200ⅹ33.5；
卸料板LⅹBⅹh=315ⅹ200ⅹ25；
（b）弯曲模模板下模板根据凹模尺寸，考虑强度要求，尺寸如下：
LⅹBⅹh=420ⅹ300ⅹ40
4.4模架的设计及其他零部件
a.复合模
模架采用后侧导柱模架，以凹模周界尺寸为依据，查第九章[7]表9-45选择模架规格如下。
上模座尺寸GB/T2855.5LⅹBⅹh=315ⅹ200ⅹ50
下模座尺寸GB/T2855.5LⅹBⅹh=315ⅹ200ⅹ65
导柱尺寸（GB/T2855.5）35ⅹ230
导套：
（GB/T2855.5）35ⅹ125ⅹ48
上模板H上取50mm，下模板H下取65mm,上垫板H垫取10mm，则该模具的闭合高度H闭为
H闭=H上+H上+H垫+H+L-h=50+65+10+62+66.5-3.5=250mm.
式中
L为凸模的高度，66.5mm
H为凸凹模的高度，62mm；
h为凸模冲裁后进入凹模的深度，3.5mm。
可见该模具的闭合高度小于所选的压力机J23-16的最大装模高度280mm，因此结合225KN的冲裁力的计算，该压力机符合使用要求。
其技术规格如下：
[1]
公称压力350KN;
滑块行程80mm;
最大闭合高度280mm;
滑块中心线至床身距离205mm;
封闭高度调节量60mm;
工作台尺寸（前后mm
左右mm）380ⅹ610;
垫板尺寸（厚度mm）60；
模柄孔尺寸（直径mm
深度mm）50ⅹ70；
第五章压力中心的计算
5.1计算步骤
多凸模和连续模的压力中心的计算，可先将复杂制件形状分成简单的直线段及圆弧段，分别计算其冲裁力即为分力，由歌分力之和求出合力。
然后任意选定直角坐标轴xy，并算出各简单图形、线段的压力中心到x和y轴的距离。
最后根据“合力对某轴之力矩等于各分力对相同轴力矩之和”的力学原理，即可求出压力中心的坐标。
此制件的冲裁力主要包括起伏冲裁力和落料冲裁力。
（1）建立平面直角坐标系XOY
（2）计算出各单一图形的压力中心到坐标轴的距离x1、x2、x3、…xn和y1、y2、y3、…yn；直线段时，其压力中心位于个直线段的中心；圆弧线段时，其压力中心的位置见图5-1，按下式计算。
y=
=
图5.1
（3）将计算数据分别代入下面式，即可求得压力中心坐标（x0,y0）。
X0=
y0=
其中的F1、F2、F3、…、Fn是各线段的冲裁力，各线段压力中心至坐标轴的距离分别为x1、x2、x3、…、xn和y1、y2、y3、…、yn。
5.2压力中心的计算
（1）根据排样图设计及各工位在模具上的相对位置，建立直角坐标系，各线段中心坐标根据相关公式进行计算。
如图5.2所示：
图5.2
（2）冲压件的的压力中心的计算
冲裁压力中心计算数据见下表5.3
各段
基本要素长度L/mm
各基本要素压力中心的坐标值
X
y
冲裁力F/N
备注
A
B
C
D
E
F
150
94.2
150
60
62.8
62.8
75
169
75
0
45
150
0
30
60
30
30
30
74250
46629
74250
29700
31086
31086
冲裁力计算公式F=Ltσb
σb为材料的抗拉强度，查表得σb=330MPa
t为材料厚度，t=1.5.
代入公式，计算得：
X0=87.4Y0=30
结论
经过了几个月的努力，在陆老师以及同学和同事的热心帮助下，我的毕业设计即将结束，基本完成了老师布置的各项任务。
本论文主要阐述了汽车冲压模的机构组成以及相关的工作原理。
在还没做毕业设计之前，我认为这只是对大学三年学习的一个总结而已。
但当真的开始做毕业设计时，才发现这是一个理论与实践相结合的过程。
在此过程中我意识到自己的知识还是有一定的缺乏的，只有在生活和工作中不断的学习、积累，才能使自己变得更充实。
通过这次毕业设计，我学到了很多东西，学会了怎样查阅资料和利用工具书，我更加深刻地认识到只有将理论与实践相结合，才会有真正的收获，才能巩固自已的所学。
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