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冲压模具设计

河北工业大学城市学院

毕业论文

作者：

学号：

系：

材料科学与工程系

专业：

模具设计及制造

题目：

仪表盘固定支架A冲压模具设计

指导者：

讲师

（姓名）（专业技术职务）

评阅者：

（姓名）（专业技术职务）

2014年06月10日

毕业设计（论文）中文摘要

仪表盘固定支架A冲压模具设计

摘要：

仪表盘固定支架是固定仪表的重要零件。

本课题以仪表盘固定支架为研究对象，经过工艺分析，确定其加工的工艺方案，完成冲裁模具和弯曲模具的结构，对模具设计过程中出现的问题进行及时的解决，并正确的选择在生产上应用的压力机型号。

使用AutoCAD软件绘制了两套模具的二维模具装配图及主要成型零件的零件图。

初步掌握从事科学研究工作的能力，达到专业素质培养目标的要求。

关键词：

仪表盘固定支架模具设计制图

毕业设计（论文）外文摘要

TitleDashboardmountingbracketAstampingdiedesign

Abstract

Theimportantpartsdashboardmountingbracketisfixedinstruments.Thetopicstodashboardmountingbracketforthestudy,throughprocessanalysis,todetermineitsprocessingtechnologyprogram,completethepunchingdieandbendingmoldstructure,themolddesignprocessappearstosolveproblemsinatimelymanner,andtherightchoiceproductionontheapplicationofpressmodels.ApplicationofAutoCADsoftwarefortwomainmoldingpartsmoldstructureandthecorrespondingtwo-dimensionaldrawing,completedUGthree-dimensionalmappingsoftwareontheproduct.Initialgraspofscientificresearchwork,tomeettherequirementsofprofessionalqualitytrainingobjectives.

Keywords：

DashboardmountingbracketMoldDesignMapping

第一章前言

1.1冲压的概念及其优点

1.1.1冲压的概念

冷冲压是在常温下利用冲模在压力机上对材料施加压力，使其产生分离或变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件加工方法。

.它是一种压力加工方法，是机械制造中的先进加工方法之一。

.冲压模具是一个特殊的，一次性的一类精密工具，通过切割与塑形的方式使金属成为一个理想的形状或外形［1］。

.

1.1.2冲压的优点

冷冲压和线切割相比较，具有生产效率高、加工成本低、材料利用率高、产品尺寸精度稳定、操作简单容易实现机械化和自动化等一系列有点，特别适合于大批量生产。

.

冲压模具成形作为现代工业中一种十分重要的加工方法，用以生产各种板料零件,具有很多独特的优势，其成形件具有自重轻、刚度大、强度高、互换性好、成本低、生产过程便于实现机械自动化及生产效率高等优点，是一种其它加工方法所不能相比和不可替代的先进制造技术，在制造业中具有很强的竞争力，被广泛应用于汽车、能源、机械、信息、航空航天、国防工业和日常生活的生产之中［2］。

.

现代冲压模具生产是一种大规模继续作业的制造方式，由于高新技术的参与和介入，冲压生产方式由初期的手工操作逐步进化为集成制造。

.生产过程逐步实现机械化、自动化、并且正在向智能化、集成化的方向发展。

.实现自动化冲压作业，体现安全、高效、节材等优点，已经是冲压模具生产的发展方向。

.［2］

近几十年来，冲压技术有了飞速的发展，它不仅表现在许多新工艺与新技术在生产的广泛应用上，如：

旋压成形、软模具成形、高能率成形等，更重要的是人们对冲压技术的认识与掌握的程度有了质的飞跃。

.

1.2冷冲压模具国内外现状

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。

.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［3］。

.

1.2.1模具CAD/CAM技术状况

我国模具CAD/CAM技术的发展已有20多年历史。

.由原华中工学院和武汉733厂于1984年共同完成的精冲模CAD/CAM系统是我国第一个自行开发的模具CAD/CAM系统［4］。

.21世纪开始CAD/CAM技术逐渐普及，现在具有一定生产能力的冲压模具企业基本都有了CAD/CAM技术。

.其中部分骨干重点企业还具备各CAE能力。

.

模具CAD/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量，已成为人们的共识。

.在“八五”、“九五”期间，已有一大批模具企业推广普及了计算机绘图技术，数控加工的使用率也越来越高，并陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统。

.国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了CAD/CAM技术。

.DL图的设计和模具结构图的设计均已实现二维CAD，多数企业已经向三维过渡，总图生产逐步代替零件图生产。

.且模具的参数化设计也开始走向少数模具厂家技术开发的领域［4］。

.

1.2.2模具设计与制造能力状况

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［6］。

.

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［5］。

.

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。

.

1.2.3专业化程度及分布状况

我国模具行业专业化程度还比较低，模具自产自配比例过高。

.国外模具自产自配比例一般为30%，我国冲压模具自产自配比例为60%。

.这就对专业化产生了很多不利影响。

.现在，技术要求高、投入大的模具，其专业化程度较高，例如覆盖件模具、多工位级进模和精冲模等。

.而一般冲模专业化程度就较低［7］。

.

由于自配比例高，所以冲压模具生产能力的分布基本上跟随冲压件生产能力的分布。

.但是专业化程度较高的汽车覆盖件模具和多工位、多功能精密冲模的专业生产企业的分布有不少并不跟随冲压件能力分布而分布，而往往取决于主要投资者的决策［8］。

.

1.3我国冲压模具发展趋势

我国冲压模具行业自形成以来，发展迅猛，占模具进出口总额的百分比分别为40.33%和25.12%，已经成为国际冲压模具领域重要的出口国之一［9］。

.目前，我国精密冲压模具正在积极走向国际舞台，参与国际竞争。

.目前，国内五金冲压模具行业发展特征明显，大型、精密、复杂产品成为行业主流，技术含量将不断提高，制造周期不断缩短，冲压件加工模具生产将继续朝着信息化、数字化、精细化、高速化和自动化方向发展，行业综合实力和核心竞争力显著提升［10］。

.业内相关专家表示，价廉物美的中国冲压模具在国际市场颇受欢迎，国产冲压模具在我国的模具进出口总额中占据第二的重要位置［11］。

.

国内冲压模具行业正在不断追赶世界先进水平，不断缩小与发达国家的技术差距，不少国产精密冲压模具在主要性能上已经能够和进口产品媲美，行业总体水平显著提高，不仅实现进口替代，还有相当一部分产出口到美国、日本等工业发达国家和地区［12］。

.

虽然和发达国家还存在一定的差距，但是按照目前国内行业的发展提示，今后几年，国内冲压模具行业必将实现赶超，成为推动国内模具行业发展的中坚力量，提升行业整体技术水平向更高层次发展。

.模具行业进一步提升技术和工艺水平，将大幅提升国内企业把握市场的能力，从而在今后的五到十年之内实现产业规模和技术水平的双重质变。

.

第二章冲压工艺及模具结构设计

2.1制件的工艺性分析及工艺计算

2.1.1工艺分析

图2-1工件二维图

如图为工件图，工件材料为Q235，厚度为1mm，工件尺寸精度要求为IT12级，工件材料的力学性能如下：

表2-1工件材料的力学性能

牌号

抗剪强度

抗拉强度

屈服强度

伸长率

Q235

304-313Mpa

432-461Mpa

235Mpa

23%

2.1.2冲裁模的工艺方案的确定

根据制件工艺性分析，其基本工序有落料、冲孔和弯曲三种。

.按其先后顺序组合，可得如下方案：

方案一：

冲孔—落料—弯曲复合模完成冲孔落料，单工序模完成弯曲；

方案二：

落料—冲孔—弯曲单工序模分别完成落料，冲孔，弯曲；

方案三：

冲孔—落料—弯曲用级进模顺序依次是冲孔，落料，最后是弯曲。

.

下面对三种方案进行比较分析：

方案二属于单工序冲压。

.由于此制件生产批量较大，尺寸较小，这种方案生产率低，操作不安全，故不宜采用。

.方案三，如果选择用级进模，与方案一比较成本太大，故不宜使用。

.

方案一冲裁件内外所能达到的经济精度为IT12。

.将以上精度与零件简图中所标注的尺寸公差相比较，可认为该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证。

.其它尺寸标注、生产批量等情况，也均符合冲裁的工艺要求，故决定采用利用导料销或导柱导套进行定位、弹性卸料装置、自然漏料方式的落料冲孔复合模进行加工。

.

2.1.3计算毛坯尺寸

制件的尺寸如图2-1所示。

.厚度为1mm，弯曲角度均大于0.5倍的板料厚度，所以这种弯曲称为有圆角半径的弯曲。

.

根据《冷冲模设计》中的公式：

经计算L=89mm，宽度B=25mm。

.

2.1.4排样及工艺计算

（1）冲裁件的面积

分析零件的形状特点及精度要求；考虑采用直排有废料排样方式，如图1-2为冲裁件。

.

图2-2冲裁件

经计算冲裁件的面积A=2189.68。

.

（2）搭边值与条料宽度的确定

由《冷冲模设计》表3-10搭边数值确定，查得：

a1=1.5mma=1.2mm

送料步距：

S=25+1.2=26.2mm，条料宽度：

B=（D+2a1+△）0-△

式中D——冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸；

△——为板料冲裁时的下偏差。

.

由《冷冲模设计》表3-11查得△=0.5，由上计算得B=92.90-0.5=92.40mm。

.

图2-3排样图

（3）材料利用率计算

由《冷冲模设计》材料利用率通用计算公式：

式中n——个歩距内冲裁件数目；

A——冲裁件面积（包括内形结构废料）；

S——歩距长度；

B——板料宽度；

取：

n=1；A=2189.68；S=26.2；B=92.9得：

材料利用率η=89.96%。

.

2.2冲压力及压力中心的计算

2.2.1冲压力计算

（1）冲裁力F

式中K——系数，K=1.3L——冲裁周边长度（mm）

——材料的抗剪强度（MPa）

——材料的抗拉强度（MPa）

得

=400MPa

（2）卸料力

根据《冷冲模具设计》提供的表3-8得

。

.

（3）顶出力

根据《冷冲模具设计》提供的表3-8得

。

.

（4）总冲压力:

2.2.2计算压力中心

如图2-4以冲裁件的左下角为坐标原点建立坐标系：

图2-4

其中:

孔1的周长L1=3mm，孔2的周长L2=6mm，X1=39.5，Y1=8，X2=49.5，Y2=18。

.

由公式：

得压力中心为：

=42.8

=11.3

2.3凸模凹模凸凹模刃口及结构尺寸计算

2.3.1计算模具刃口尺寸

本制件形状简单，薄料，可按分别加工法计算尺寸。

.

由于零件是由冲孔、落料两道工序完成的，所以落料以凹模为基准尺寸，冲孔以凸模为基准尺寸，零件上包含四个基本尺寸：

落料尺寸:

L=

W=

冲孔尺寸:

由《冷冲模具设计》表3-3查得冲裁模刃口双间隙：

由《冷冲模具设计》表3-6查得凸、凹模制造偏差，代入此公式

均不成立，故凸、凹模的制造偏差由公式

计算得

。

.

磨损系数x落料部分为0.75，冲孔部分为0.75。

.

落料

冲孔

2.3.2落料凹模结构尺寸计算

落料凹模尺寸如图2-5所示。

.

由《冷冲模具设计》公式：

凹模厚度：

H=Kb凹模壁厚：

W=（1.5～2）H

式中b——冲裁件的最大外形尺寸；

K——系数，考虑板料厚度的影响。

.差《冷冲模具设计》表4-3得K=0.22。

.

由上得到：

H=20mm，W=40mm，L=169mm，B=105mm。

.

图2-5落料凹模尺寸

2.3.3冲孔凸模结构尺寸确定

冲孔凸模的形式根据国标选择GB2863.2-81

图2-6凸模尺寸

H1——凸模固定板的厚度H2——凹模高度

H3——垫板厚度H——冲孔凸模的长度

根据凹模结构H1=20mm，H3=15mm，凹模高度H2=20mm。

.

得到冲孔凸模长度H=55mm。

.

根据国标冲大孔凸模的直径取6mm，冲小孔凸模取3mm。

.

2.3.4凸凹模结构尺寸确定

图2-6凸凹模各部分尺寸

（1）凸凹模高度H确定

H=H1+H2+H3=15+40+25=80mm

式中H1——卸料板厚度取H1=15mm；

H2——橡皮高度取H2=40mm；

H3——凸凹模固定板厚度取H3=25mm。

.

（2）冲孔凹模的洞口形状的选择

由于冲件的形状简单，材料较薄，而且模具为复合模。

.故选择：

直壁式。

.

（3）凸凹模壁厚校核

查《冷冲模具设计》表4-4知，倒装复合模凸凹模最小壁厚

（料厚t=mm）；

本设计中最小壁厚为两个孔间的厚度18.35＞2.7。

.

所以凸凹模壁厚校核合格，按图设计的凸凹模符合要求。

.

2.4其它非标准件的设计

2.4.1橡胶垫

为保证橡胶垫不过早失去弹性而破坏，其允许的最大压缩两不得超过摘要高度的45%，一般取自由高度的35%～45%。

.橡胶垫的预压缩量一般取自由高度的10%～15%。

.

橡胶垫产生的力

式中F—压力；

A—橡胶垫横截面积；

P—与橡胶垫压缩量有关的单位压力，如表1所示。

.

表2-2橡胶压缩量和单位压力

橡胶压缩量（%）

单位压力（MPa）

橡胶压缩量（%）

单位压力（MPa）

10

15

20

0.26

0.50

0.70

25

30

35

1.03

1.52

2.10

取A=169×105-88.57×24.74=15554mm

。

.

取压缩量为15%，预压缩量为10%，工作行程

。

.

所以橡胶垫的自由高度为：

，取40mm。

.

2.4.2推件块

推件块根据凹模内型尺寸确定，材料为45钢，结构尺寸如图2-7

图2-7推件块结构

2.4.3卸料板

采用弹性卸料板。

.因为是倒装式复合模，所以卸料板安装在下模。

.卸料板与凸凹模之间的间隙取（0.1-0.5）t=0.5mm，材料为45钢，国标2858.2-81尺寸如图2-8：

图2-8卸料板

2.4.4凸凹模固定板

凸凹模固定板形状与凹模板一致，厚度为25mm。

.

2.4.5凸模固定板

凸模固定板将凸模固定在模座上，其平面轮廓尺寸与凹模板外形尺寸相同，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H7/n6、H7/n6，压装后将凸模端面与固定板一起磨平。

.凸模固定板厚度一般取凹模厚度的0.6-0.8倍，材料为45钢。

.

2.4.6垫板

垫板装在固定板与上模座之间，垫板的作用就是减轻冲击力，防止冲裁时凸模压坏模座，同时调整模具的闭合高度，通过垫板的选择更为方便的选取模架和压力机。

.本套模具垫板采用45号钢，其外形尺寸与凹模周界相同，厚度为10mm。

.

2.5标准件的选择

2.5.1送料定位机构设计

（1）导料销

采用伸缩式导料销纵向定位，安装在橡胶垫和活动卸料板之间。

.工作时可随凹模下行而压入孔内，工作很方便。

.由国标选择2866.7-81，材料为45钢，取d=3mm。

.

（2）挡料销

由国标选择2866.11-81，材料为45钢，取d=8mm。

.

2.5.2卸料螺钉

采用圆柱头卸料螺钉，根据国标选择M10×75，GB2867.5-81，材料为45钢。

.

2.5.3推杆

根据国标选择8×45，GB2867.3-81，材料为45钢。

.

2.5.4推板

根据国标选择GB2867.4-81，材料为45钢，结构尺寸如图2-9：

图2-9推板

2.5.5模架的选择

根据凹模板的尺寸，模座采用标准的中间导柱模架，材料采用HT200。

.

标记为：

模架200×125×（190-225）GB2851.5.81

上模座200×125×40GB2855.9—81

下模座200×125×50GB2855.10—81

导套2595×38（28×95×38）GB2861.6—81

导柱25×160（28×160）GB2861.1—81

2.5.6紧固螺钉

根据国家标准选择三种紧固螺钉分别是：

内六角螺钉GB165-2000M10×65

开槽圆柱头螺钉GB70.1-2000M10×90

开槽圆柱头螺钉GB70.1-2000M8×30

2.5.7圆柱销钉

根据国家标准选择圆柱销钉为GB119.1-2000，三种销钉的尺寸分别为：

10×90mm，10×60mm，10×60mm。

.

2.5.8模柄

中小型模具都是通过模柄固定在压力机滑块上的。

.对于大型模具可用螺钉、压板直接将上模座固定在滑块上。

.本次冲裁为小型模具，根据国家标准GB2862.3-81，选取带凸缘式模柄，材料为A3。

.尺寸为A50×100mm（其尺寸由后文压力机选择完毕所确定模柄孔的尺寸而定）。

.

2.6压力机与模具总体结构

2.6.1压力机的确定

模具的闭合高度为：

H闭=H上模＋H垫＋L＋H＋H下模－h2=（40+8+55+80+50-2）mm=231mm

式中L——凸模长度，L=55mm；

H——凸凹模厚度，H=80mm；

h2——凸模冲裁后进入凹模的深度，h2=2mm。

.

选择压力机J23-25

公称压力250KN大于冲裁力；

最大闭合高度270mm；

最小闭合高度205mm；

所以

。

.

压力机工作台尺寸370×560，一般工作台面尺寸每边应大于模具下模座尺寸50～70mm，所以选择压力机J23-25合格。

.

2.6.2模具总体结构

冲孔废料由冲孔凸模冲入凹模洞口中，积累到一定数量，由下模漏料孔排出，不必清除废料，操作方便，应用很广，但工件表面平直度较差，凸凹模承受的张力较大，因此凸凹模的壁厚应严格控制，以免强度不足。

.

经分析，此工件有三个孔，若采用正装式复合模，操作很不方便；另外，此工件无较高的平直度要求，工件精度要求也较低，所以从操作方便、模具制造简单等方面考虑，决定采用倒装式复合模如图2-10所示：

图2-10落料冲孔复合模具整体结构

第三章弯曲工艺及模具结构设计

3.1制件的工艺性分析及工艺计算

3.1.1制件的工艺性分析

本产品为典型的四角形弯曲件如图2-1所示。

.如果选择一次弯曲成型，由于制件高度过大，材料在弯曲时会有明显的拉长现象，零件托幕后，其外角形状不准，竖边会有明显的变薄现象。

.如果使用两次弯曲成型，需要有两套模具来成型，这样及麻烦又不经济。

.综合考虑选择一次成型分布弯曲复合模具。

.

3.1.2弯曲力计算

由《冷冲模设计》U形件的自由弯曲力：

式中K——是安全系数，一般取1.3；

B——是弯曲件的宽度（mm）；

T——是弯曲材料的厚度（mm）；

R——是弯曲件的内弯曲半径（mm）；

——是材料的强度极限（MPa）。

.

经计算

=2.28KN，顶件力和卸料力

近似等于自由弯曲力的30%--80%。

.故

=1.14KN。

.

3.2弯曲模工作部分尺寸的计算及结构的确定

3.2.1弯曲模的圆角半径

因为弯曲半径r/t=3较小，根据工件的结构尺寸，取弯曲模的圆角半径R=3mm。

.

3.2.2弯曲凸模和凹模之间的间隙

对于U形弯曲件，凸模和凹模之间的间隙值对弯曲件回弹、表面质量和弯曲力均有很大影响。

.由《冷冲模设计》凸模和凹模单边间隙Z：

式中t——材料厚度基本尺寸；

——材料厚度的上偏差；

c——间隙系数。

.

由《冷冲模设计》可查的c为0.05，经计算的Z=1.15mm。

.

3.2.3弯曲凸模和凹模宽度的计算

由于本工件标注的是外形尺寸则模具以凹模为基准件，间隙取在凸模上。

.由于弯曲模设计成如图3-1所示，故计算如下四个尺寸：

图3-1弯曲模工作部分结构

根据《冷冲模设计》关于凸、凹模宽度尺寸的计算公式：

式中

——弯曲件宽度的最大尺寸；

——凸模宽度；

——凹模宽度；

——弯曲件宽度的尺寸公差；

——凸模凹模的制造偏差。

.

其中

=0.21，凸模凹模的制造公差等级选IT9级。

.

凸模和凸凹模配合部分：

凹模和凸凹模配合部分：

3.3凸模、凹模和凸凹模结构设计

3.3.1凸模结构

根据前面弯曲模工作部分的结构选择，凸模整体结构如图3-2所示

图3-2弯曲凸模

3.3.2弯曲凸凹模结构

根据前面弯曲模工作部分的结构选择，凸凹模整体结构如图3-3所示

图3-3弯曲凸凹模

3.3.3弯曲凹模结构

根据前面弯曲模工作部分的结构选择，凹模整体结构如图3-4所示

图3-4弯曲凹模

3.4其它非标准零部件的设计

3.4.1定位板

定位板用来固定毛坯件的位置，由工件的厚度确定定位板厚度取4mm，内形尺寸长宽分别取89mm、25mm，外形尺寸与凹模相同。

.定位板采用45钢，结构如图3-5。

.

图3-5定位板

3.4.2垫板

垫板分别装在凸凹模与上模座之间和凹模与下模座之间，垫板的作用就是减轻冲击力，防止冲裁时压坏模座，同时调整模具的闭合高度，通过垫板的选择更为方便的选取模架和压力机。

.本套模具垫板采用45号钢