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设计说明书

毕业设计（论文）说明书

题目名称：

汽车安全气囊支架冲压模具设计

学院：

机械工程学院

专业年级：

机械设计制造及其自动化10

姓名：

史长军

班级学号：

机制10-2-01

指导教师：

罗春阳

二零一四年六月三日

摘要

在目前激烈的市场竞争中，产品投入市场的迟早往往是成败的关键。

模具是高质量、高效率的产品生产工具，模具开发周期占整个产品开发周期的主要部分。

因此客户对模具开发周期要求越来越短，不少客户把模具的交货期放在第一位置，然后才是质量和价格。

因此，如何在保证质量、控制成本的前提下加工模具是值得认真考虑的问题。

本设计为汽车安全气囊支架冲压模具设计，主要进行的加工工序为切边冲孔和冲孔两道工序。

根据设计零件的尺寸、材料、批量生产等要求，分析零件的工艺性，确定工艺方案及模具结构方案，其中在结构设计中，主要对凸模、凹模、凸凹模、卸料与出件装置等进行了设计，对于部分零部件选用的是标准件，并未深入设计。

关键词：

冲压模具；切边冲孔；冲孔

Abstract

Inthefiercemarketcompetition,theproductintothemarkettimeisthekeytosuccess.Moldisahighquality,high-efficiencyproductiontools,moulddevelopmentcycleofthemainpartoftheproductdevelopmentcycle.Thereforecustomersdiedevelopmentcyclemoreandmoreshort,manycustomerstomolddeliveryinthefirstposition,thenisthequalityandprice.Therefore,howtoensurethequality,costunderthepremiseofprocessingmoldisworthyofseriousconsideration.

Thedesignforstampingdieofautomobileairbagstentdesign,machiningprocessfortrimmingandpiercingandpunchingandpunchingprocessestwo.Accordingtothedesignofpartssize,material,batchproductionrequirements,partsoftheprocessanalysis,todeterminetheprocessschemeanddiestructurescheme,whichinthestructuraldesign,mainlytothepunch,die,punch,dischargeandthedeviceweredesigned,forsomepartsistheselectionofstandardpartsdesign,notindepth.

Keywords：

Stampingdie；Trimmingandpiercing；Punching

目录

第一章绪论1

1.1课题来源1

1.2选题意义及目的1

1.3冲压模具在国内外的现状1

1.4冲压模具的发展重点与展望3

1.4.1冲压模具产品发展重点3

1.4.2冲压模具技术发展重点3

1.5中国冲压模具发展趋势与优劣性3

1.5.1冲压模具发展趋势3

1.5.2国内冲压模具优劣性4

1.6课题的研究内容5

1.7课题的设计路线5

1.8设计过程中的关键问题6

1.9本章小结6

第二章冲压工艺分析及方案选取7

2.1冲压工艺7

2.1.1冲压加工的三要素7

2.1.2冲压加工的优点7

2.1.3冲压工艺分类8

2.2工件三维模型及工艺分析9

2.3冲压工艺的要求9

2.4冲压方案分析选取9

2.5本章小结10

第三章切边冲孔复合模具设计11

3.1工件的二维图11

3.2冲裁工艺计算11

3.2.1冲裁间隙的选用[5]11

3.2.2冲裁凸凹模刃口尺寸的确定13

3.3冲裁工艺力的计算13

3.3.1冲裁力的计算13

3.3.2卸料力、顶件力和推件力的计算14

3.4凸模设计15

3.5凹模设计16

3.6压力机选择16

3.6.1压力机选择[7]16

3.6.2冲压设备的选用原则17

3.6.3冲压设备的选用17

3.7模架的选择18

3.7.1导柱的选择19

3.7.2固定板的选用19

3.7.3垫板的选用19

3.8紧固件的选取20

3.9切边冲孔复合模具装配图20

3.10本章小结21

第四章冲孔模具设计22

4.1工件的二维图22

4.2冲孔模间隙22

4.3凸模与凹模刃口尺寸的确定23

4.3.1凸、凹模刃口尺寸计算的原则23

4.3.2凸模与凹模工作部分尺寸计算方法23

4.4凸模与凹模的设计25

4.4.1凸模的设计25

4.4.2凸模的强度校核25

4.4.3凹模设计26

4.5冲裁力的计算27

4.5.1冲裁力的计算27

4.5.2卸料力、推件力及顶件力的计算27

4.6模架的选取28

4.7退料板的设计28

4.8凸模固定板的设计29

4.9垫板的设计30

4.10压力机的选择30

4.11紧固件的选取31

4.12冲孔模具装配图32

4.13本章小结32

结论33

致谢34

参考文献35

第一章绪论

1.1课题来源

本次课题为北华大学机械工程学院教研实验室与龙山有机硅有限责任公司科研部联合研发的项目，主要目的是能够实现高效率、大批量的汽车安全气囊支架生产，满足行业的需求。

1.2选题意义及目的

随着社会的进步，汽车的供求量在逐步加大。

伴随着数量的增加，发生交通事故的频率也随之升高。

因此，安全气囊的诞生，大大减少了事故的伤亡率。

本次课题研究为安全气囊支架的冲压模具设计，只有有了好的支架，才能更好的保证安全气囊的装置与启用。

所以汽车安全气囊支架冲压模具设计具有一定的经济价值和社会地位。

本次设计的目的在于：

（1）针对题目使学生得到模具设计、结构工艺性分析、三维实体建模、工程图学等课程的综合训练。

（2）针对题目使学生获得整体方案确定、方案论证、资料的检索、绘制工程图、编制说明书等主要方面的训练。

（3）培养学生零部件结构设计、校核计算、文字运用、资料收集、按标准绘图等方面的能力。

1.3冲压模具在国内外的现状

冲压技术是一种具有悠久历史的加工方法和生产制造技术。

根据文献记载和考古文物证明，我国古代的冲压加工技术走在世界之前，对人类早期文明社会的进步发挥了重要的作用，作出重要贡献[1]。

利用冲压机械和冲压模具进行的现代冲压加工技术，已有近二百年的发展历史。

1839年英国成立了Schubler公司，这是早期颇具规模的、现今也是世界上最先进的冲压公司之一。

从学科角度上看，到本世纪10年代，冲压加工技术已经从一种从属于机械加工或压力加工艺的地位，发展成为了一门具有自己理论基础的应用技术科学。

俄罗斯（从前苏联时期开始）就有各类冲压技术学校。

日本也有冲压工学之说。

中国也有冲工艺学、薄板成形理论方面的教材及专著。

可以认为这一学科现已形成了比较完整的知识结构系统。

冲压技术中冲压模具是制造业的重要基础工艺装备。

用模具生产制件所达到的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低耗能、低耗材，使模具工业在制造业中的地位越来越重要。

国外将模具比喻为“金钥匙”、“金属加工帝王”、“进入富裕社会的原动力”等等。

国内也将模具工业称为“永不衰亡的工业”、“点铁成金的行业”、“无与伦比的效益放大器”等等。

现在，模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。

没有高水平的模具就没有高水平的产品已成为共识。

就工程制造而言，进入80、90年代，由于世界各国经济的高速发展和国民生活水准的大大提高，人们对汽车、家用电器、住宅等的需求与日俱增，促进了冲压技术的快速发展，同时也就对模具技术提出了更高的要求。

且由于电子计算机技术的广泛而有效的应用，不仅促进了冲压技术的理论深入发展，而且使冲压机械、模具及操作的自动化程度等，都达到了一个更高的阶段。

由此我们不难看出，计算机技术在当今模具设计制造中起着尤为关键的作用。

现今，冲压加工技术已发展成为了一种先进制造技术。

当然，冲压技术（分为分离加工和成形加工两大类）无论从理论上或实践上仍会不断向前发展。

根据考古发现，早在2000多年前，我国已有冲压模具被用于制造铜器，证明了中国古代冲压成型和冲压模具方面的成就在世界领先。

1953年，长春第一汽车制造厂在中国首次建立了冲模车间，该厂于1958年开始制造汽车覆盖件模具。

我国于20世纪60年代开始生产精冲模具。

在走过了漫长的发展道路之后，目前我国已形成了300多亿元（未包括港、澳、台的统计数字，下同。

）各类冲压模具的生产能力[2]。

近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。

大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。

为中档轿车配套的覆盖件模具国内也能生产了[3]。

精度达到1~2μm，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。

表面粗糙度达到Ra≦1.5μm的精冲模，大尺寸（Φ≧300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。

在国家产业政策的正确引导下，经过几十年努力，现在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平，包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。

虽然如此，我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。

这些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都有较大差距。

轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。

虽然在设计制造方法和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，在轿车模具国产化进程中前进了一大步，但在制造质量、精度、制造周期等方面，与国外相比还存在一定的差距。

标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种。

有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具，已基本达到国际水平。

但总体上和国外多工位级进模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，仍存在一定差距。

汽车覆盖件模具制造技术正在不断地提高和完善，高精度、高效益加工设备的使用越来越广泛。

高性能的五轴高速铣床和三轴的高速铣床的应用已越来越多。

NC、DNC技术的应用越来越成熟，可以进行倾角加工和超精加工。

这些都提高了模具型面加工精度，提高了模具的质量，缩短了模具的制造周期。

模具表面强化技术也得到广泛应用。

工艺成熟、无污染、成本适中的离子渗氮技术越来越被认可，碳化物被覆处理（TD处理）及许多镀（涂）层技术在冲压模具上的应用日益增多。

真空处理技术、实型铸造技术、刃口堆焊技术等日趋成熟。

激光切割和激光焊接技术也得到了应用。

1.4冲压模具的发展重点与展望

 发展重点的选取应根据市场需求、发展趋势和目前状况来确定。

可分为产品重点、技术重点两个方面来研究。

1.4.1冲压模具产品发展重点

冲压模具共有7小类，并有一些按其服务对象来称呼的一些种类。

目前急需发展的是汽车覆盖件模具，多功能、多工位级进模和精冲模。

这些模具现在产需矛盾大，发展前景好。

汽车覆盖件模具中发展重点是技术要求高的中高档轿车大中型覆盖件模具，尤其是外覆盖件模具。

高强度板和不等厚板的冲压模具及大型多工位级进模、连续模今后将会有较快的发展。

多功能、多工位级进模中发展重点是高精度、高效率和大型、高寿命的级进模。

精冲模中发展重点是厚板精冲模大型精冲模，并不断提高其精度。

1.4.2冲压模具技术发展重点

模具技术未来发展趋势主要是朝信息化、高速化生产与高精度化发展。

因此从设计技术来说，发展重点在于大力推广CAD/CAE/CAM技术的应用，并持续提高效率，特别是板材成型过程的计算机模拟分析技术。

模具CAD、CAM技术应向宜人化、集成化、智能化和网络化方向发展，并提高模具CAD、CAM系统专用化程度。

为了提高CAD、CAE、CAM技术的应用水平，建立完整的模具资料库及开发专家系统和提高软件的实用性十分重要。

从加工技术来说，发展重点在于高速加工和高精度加工。

高速加工目前主要是发展高速铣削、高速研抛和高速电加工及快速制模技术。

高精度加工目前主要是发展模具零件精度1μm以下和表面粗糙度Ra≦0.1μm的各种精密加工。

提高模具标准化程度，搞好模具标准件生产供应也是冲压模具技术发展重点之一。

为了提高冲压模具的寿命，模具表面的各种强化超硬处理等技术也是发展重点。

对于模具数字化制造、系统集成、逆向工程、快速原型/模具制造及计算机辅助应用技术等方面形成全方位解决方案，提供模具开发与工程服务，全面提高企业水平和模具质量，这更是冲压模具技术发展的重点。

1.5中国冲压模具发展趋势与优劣性

1.5.1冲压模具发展趋势

根据国内和国际模具市场的发展状况，以及未来我国的模具行业做出调整后，将呈现出十大发展趋势：

一是模具日趋大型化；二是模具的精度将越来越高；三是多功能复合模具将进一步发展；四是热流道模具在塑料模具中的比重将逐渐提高；五是气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将有较大发展；六是模具标准化和标准件的应用将日渐广泛；七是快速经济模具的前景十分广阔；八是压铸模具的比例将不断提高；九是塑料模具的比例将不断增大；十是模具技术含量将不断提高，中高档模具比例将不断增大。

这就是我国模具行业未来的发展趋势。

1.5.2国内冲压模具优劣性

随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新和发展，主要反映在以下几个方面：

（1）高速铣削加工

国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。

另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。

高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型腔模具制造注入了新的活力。

目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。

（2）模具扫描及数字系统

高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的研制和制造周期。

有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。

模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。

（3）电火花铣削加工

电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工（像数控铣削一样），因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。

国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。

预计这一技术将得到发展。

（4）提高模具标准化程度

我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。

国外发达国家一般为80%左右。

（5）优质材料及先进表面处理技术

（6）模具研磨抛光将自动化、智能化

模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。

（7）模具自动加工系统的发展

这是我国长远发展的目标。

模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。

模具是制造业的重要工艺基础，中国虽然很早就开始设计制造模具但长期未形成产业。

直到20世纪80年代后期，中国模具工业才进入发展的快车道，中国模具产量已位居世界第三，模具被应用的领域也越来越广。

世界模具有着很好的趋势发展　一、模具日趋大型化。

二、模具的精度将越来越高。

10年前精密模具的精度一般为5微米，现在已经达到2-3微米，1微米精度的模具也将上市。

三、多功能复合模具将进一步发展。

新型多功能复合模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，对钢材的性能要求越来越高。

四、热流道模具在塑料模具中的比重也将逐渐提高。

　五、随着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注塑成型等工艺的模具也将随之发展。

六、标准件的应用将日益广泛。

模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期，还能提高模具的质量和降低模具制造成本。

七、快速经济模具的前景十分广阔。

八、随着车辆和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例将不断提高。

同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求。

九、以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快，塑料模具的比例将不断增大。

由于机械零件的复杂程度和精度的不断提高，对塑料模具的要求也越来越高。

十、模具技术含量将不断提高。

中国模具虽然发展迅速但是与需求相比，显然是供不应求的，其主要缺口集中于精密、大型、复杂、长寿等模具领域。

中国在模具精度、寿命和制造周期及生产能力方面与国际平均水平和发达国家仍有较大的差距，国内主业模具厂是“大而全”、“小而全”的组织形式，而在国外模具企业是“小而专”、“小而精”。

因而发现了中国模具业的四大弊病：

1）体制不顺、基础薄弱；

2）科研开发及技术攻关方面投入太少；

3）工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低；

4）模具材料及模具相关技术落后。

1.6课题的研究内容

（1）通过所提供的零件图分析工件的工艺性，确定其最佳加工工艺方案；

（2）通过冲裁力计算，合理的选择冲压设备，确定压力机的技术参数；

（2）选取合理间隙，对凸、凹模进行强度校核;

（4）确定模具的结构型式，并进行模具设计；

（5）绘制模具的装配图和零件图，要求满足3.0张A0图纸；

（6）编写毕业设计说明书，要求15000字以上。

1.7课题的设计路线

图1.1设计路线图

1.8设计过程中的关键问题

本次设计的关键是掌握模具设计的整个过程，因此在设计过程中，应重点注意模具设计的一般步骤，关键零件的设计、计算、校核。

关键问题：

（1）冲压模具参数计算及落料尺寸的确定。

（2）根据工艺性、经济性等因素，凹模是否采用拼镶结构。

1.9本章小结

在本章中首先通过委托方提供的产品零件图进行研究，并通过图书馆和网上查找有关播种机的相关资料。

在收集到的资料中了解播种机的使用性能，材料还有所选课题的背景和意义和课题的先进性。

其次通过产品的零件图和相关查阅资料确定本课题的研究内容，在研究本课题的过程中所遇到的一些关键问题以及如何解决，解决方法有何创新点，这些创新点对研究的课题有什么帮助。

最后提出自己对完成该课题的的研究方法和设计思路。

在这其中主要体现的是针对产品零件的一些工艺设计要求和设计的一般过程。

第二章冲压工艺分析及方案选取

2.1冲压工艺

冷冲压也称板料冲压，是塑性加工的一种基本方法。

一般是以金属板料为原材料（也有采用金属管料和非金属材料的），利用压力机上的模具作往复运动，在常温下对金属板料施加压力，使金属板料内部产生变形的内应力。

当内用力的作用达到一定的数值时，板料毛坯或毛坯的某个部分便产生与内力的作用性质相对应的变形，也使板料分离（或局部分离）或产生塑性变形，从而获得所需尺寸及形状的零件。

冲压件与铸件、锻件相比，具有薄、匀、轻、强的特点。

冲压可制出其他方法难于制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件，以提高其刚性。

由于采用精密模具，工件精度可达微米级，且重复精度高、规格一致，可以冲压出孔窝、凸台等。

冷冲压件一般不再经切削加工，或仅需要少量的切削加工。

热冲压件精度和表面状态低于冷冲压件，但仍优于铸件、锻件，切削加工量少。

冲压是高效的生产方法，采用复合模，尤其是多工位级进模，可在一台压力机（单工位或多工位的）上完成多道冲压工序，实现由落料、冲孔、到成形、精整的全自动生产。

生产效率高，劳动条件好，生产成本低，一般每分钟可生产数百件，适合批量生产。

2.1.1冲压加工的三要素

1）合理的冲压成型工艺

2）先进的模具利用压力机上的模具作往复运动，在常温下对金属板料施加压力，使金属板料内部产生变形的内应力，从而获得所需尺寸及形状的零件。

3）高效合理的冲压设备

2.1.2冲压加工的优点

一、技术上

1）在材料消耗不大的前提下，制造出的零件重量轻，刚度好、精度高。

2）在压力机的简单冲击作用下，一次工序即可完成由其他加工方法不能完成或难以制作完成的较复杂形状零件的加工。

3）制件精度较高，且能保证零件尺寸的均一性和互换性。

不需进一步的机械加工即可以满足一般的装配和使用要求，

二、经济上

1）它是无屑加工，材料利用率高，一般为70%～85%；

2）压力机简单冲压下，能得到形状复杂的零件，而这些零件用其它的方法是不可能或者很难得到的，如薄壳件；

3）制得的零件一般不进一步加工，可直接用来装配，并具有一定精度和互换性；

4）被加工的金属在再结晶温度以下产生塑性变形，不产生切削，变形中金属产生加工硬化。

在耗料不大的情况下，能得到强度高、足够刚性而重量轻的零件，由于加工过程中不损坏原材料的表面质量，制得的零件外表光滑美观；

5）生产率高，冲床冲一次一般可得一个零件，而冲床一分钟的行程少则几次，多则几百次、上千次。

同时，毛坯和零件形状规则，便于实现机械化和自动化；

6）冲压零件的质量主要靠冲模保证，所以操作简单，要求的工人技术等级不高，便于组织生产；

7）在大量生产的条件下，产品的成本低。

2.1.3冲压工艺分类

由于各种冲压零件的形状、尺寸、公差要求和批量等的不同，所以生产中所采用的冲压工序种类繁多[4]。

通常可按下述方法分类：

1）按变形性质分类

（1）分离工序

被加工材料在外力下产生变形，但作用在变形部分的应力达到了材料的抗剪强度，材料便产生裂痕而分离，从而形成一定形状和尺寸的零件。

这些冲压工序统称为分离工序，如剪裁、冲压、落料、切口等。

（2）成形工序

被加工材料在外力作用下，作用在变形部分的相当于应力处于材料的屈服强度与抗拉强度之间，材料仅仅产生塑性变形，从而得到一定形状和尺寸的零件，这种冲压工序统称为称为成形工序，如弯曲、拉伸、成形等。

2）按基本变形方式分类

冲裁：

是材料沿封闭或不封闭的轮廓裁减而分离的冲压工序称为冲裁，如冲孔、落料。

弯曲：

将材料完成一定角度或形状的冲压工序称为弯曲,如压弯、卷边、扭曲等。

拉伸：

将平板毛坯拉成空心件，或将空心件的形状和尺寸用拉伸模进一步改变的冲压工序称为拉伸，分为变薄和不变薄拉伸。

成形：

使材料产生局部变形，以改变零件或毛坯形状的冲压工序称为成形，如：

翻边、缩口等。

3）按工序组合形式分

（1）简单工序批量不大、形状简单、要求不高、尺寸较大时，在工艺上采用工序分散的方案，即在一副模具内只完成零件的一个工序，此工序称为简单工