本科毕业论文---汽车仪表板冲压工艺及模具设计.doc

济南大学毕业设计第一章 前言1.1 中国模具的发展现状模具是机械、汽车、电子、通讯、仪表、家电工业产品的基础工艺装备， 模具制造是一切制造业之首，模具行业实现工业化和商品化生产，是制造业生产技术进步的标志。现代模具设计与制造技术，涉及机械工程、信息与电子工程、冶金与材料工程、工程管理等学科专业范围。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。目前，根据专家统计统计，中国约有模具生产厂点2万余家，从业人员有50多万人，全年模具产值达534亿元人民币。近年来，模具行业结构调整步伐加快，主要表现为大型、精密、复杂、长寿命模具标准件、模具标准件发展速度高于行业的总体发展速度；塑料模和压铸模比例增大；面向市场的专业模具厂家数量及能力增加较快；随着经济体制改革的不断深入，“三资”及民营企业的发展很快。中国模具工业的发展在地域分布上存在不平衡性，东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。模具生产最集中的地区在珠江三角和长江三角地区，其模具产值约占全国产值的三分之二以上。1.2 中国模具的发展趋势“十二五”时期是我国妥善应对国内外发展环境重大变化、加快实现全面建设小康社会目标的关键时期，也是我国模具制造行业健康发展的关键时期，国内外环境不确定因素虽然很多，但我国经济发展仍在高速增长期内，我国模具在国际模具市场上的比较优势仍旧存在，国内模具市场预期也继续看好，模具行业发展呈现大趋势。一是模具的精度越来越高。10年前，精密模具的精度一般为5微米，现在已达到23微米，不久1微米精度的模具将上市。这要求超精加工。 二是模具日趋大型化。这是由于模具成型的零件日渐大型化和高生产效率要求而发展的一模多腔所造成的。 三是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，对钢材的性能要求也越来越高。 四是热流道模具在塑料模具中的比重逐渐提高。由于采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节约制作的原材料，因此热流道技术的应用在外国发展很快，许多塑料模具厂生产的塑料模具一半以上采用了热流道技术，有的厂家使用率达到80%以上，效果十分明显。热流道模具在我国也已生产，有些企业使用率上升到20%30%。 五是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射成型等工艺的模具将随之发展。这类模具要求刚性好，耐高压，特别是精密模具的型腔应淬火，浇口密封性好，模温能准确控制，所以对模具钢的性能要求很严。 六是标准件的应用将日渐广泛。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，且还能提高模具的质量和降低模具制造成本。因此，模具标准件的应用在十五期间必将得到较大的发展。 七是快速经济模具的前景十分广阔。现在是多品种小批量生产时代，21世纪，这种生产方式占工业生产的比例将达到75%以上。由此，一方面是制品使用周期缩短，另一方面花样变化频繁，要求模具的生产周期愈短愈好。因此开发快速经济模具将越来越引起人们的关注。 八是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，这也是产品结构调整所导致模具市场走势的变化。 十是以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快，塑料模具的比例将不断增大。同时，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。第二章 工艺方案的制订2.1 零件的工艺性分析本零件为汽车仪表板，材料为Q235，板厚为1，大批量生产。图2.1 汽车仪表板该零件有四处90度弯曲，有多处冲孔。因而此工件包含了落料，弯曲，冲孔等工艺步骤。其工件最小圆角半径1mm符合最小圆角半径要求。从技术要求和使用条件来看，零件的精度要求一般，适合冲压生产。工件的冲压精度和粗糙度都要求不高，符合冲裁要求。2.2 毛胚尺寸计算工件的主要成形工序为落料、弯曲、冲孔，零件尺寸如图2.4，所以毛坯的尺寸即为弯曲件的展开尺寸。U型弯曲件的毛胚展开长度计算公式 （2-1）式中 U型弯曲件直边长度U型弯曲件直边长度U型弯曲件直边长度弯曲半径弯曲件厚度中性层位移系数则工件毛坯的长度L1为工件毛坯的宽度L2为依上所述，该零件的坯料尺寸可定为长度404，宽度350。2.3 工艺方案的制定经过以上分析，可以进一步明确，该零件的冲压加工包括以下基本工序：落料、冲孔、弯曲。此工件的成形工艺可以有以下几种方案：方案一：按照基本工序顺序：落料冲孔弯曲方案二：落料弯曲冲孔方案三：落料、冲孔复合，其他按照基本工序：落料、冲孔弯曲分析以上三种方案，可以看到：方案一：按照基本工序排列的冲压工艺每步工序都只使用简单模具，结构简单，制造周期短，成本较低，但不能保证冲孔件孔的精度。方案二：落料后先弯曲，再冲孔，不仅使模具结构简单，制造周期短，成本较低，而且保证冲孔件孔的精度。方案三：将落料、冲孔复合，实现二道工序在一副模具上完成，减少了工序数和模具数，但模具复杂，提高了生产成本。通过上述对三种方案的分析，最终选用方案二：落料弯曲冲孔（1） 零件的排样图，如图2.2。搭边的最小宽度大于塑变区的宽度，由板厚1查搭边数值表，沿边搭边为2，工件间搭边为1.5。图2.2 排样图（2） 第一步工序：落料，工件如图2.3。 图2.3 落料工件图（3） 第二步工序：弯曲，工件如图2.4图2.4 弯曲工件图（4） 第三步工序：冲孔，工件如图2.5。图2.5 冲孔工件图第三章 落料模设计3.1冲压工艺的计算3.1.1排样方案查表2-12 合理搭边值 1，确定搭边数值。当t=1时，沿边搭边为2，工件间搭边为1.5。图3.1 排样图一个进距的材料利用率 % （3-1）式中 A冲裁件的面积； n一个进距内冲裁件数目； b条料宽度； h进距；所以 = =98.32%3.1.2冲压压力的计算（1） 落料冲裁力 （3-2）式中 f1系数；取决于材料的屈强比，可从图2-5 f1与材料屈强比的关系1求得，因此取f1=0.65； L落料件周长； 材料厚度； 材料抗拉强度；Q235 =375460，取=420；所以 =0.652（404+350）1420 =411.68(KN)（2） 推件力的计算 （3-3）式中 n卡在凹模洞口里的工件数； k2推件力系数；查表2-7 卸料力、推件力和顶件力系数1，取k2=0.055； F0落料力；所以 =10.055411.68 =22.64(KN)（3） 总冲压力的计算 （3-4） =411.68+22.64 =434.32(KN)（4） 压力机的初步选择选择压力机吨位时，考虑刃口磨损和材料厚度及波动、力学性能等因素，实际冲裁力可能增大，所以取 （3-5） =564.62(KN) 因此初步选择压力机的型号为J2363开式双柱可倾压力机，公称压力为630KN，最大封闭高度为360，最小封闭高度为270。3.1.3模具的压力中心的计算由于毛坯内外周边形状对称，所以模具的几何中心就是压力中心。3.1.4模具刃口尺寸的计算根据表2-4 冲裁模始用间隙1查得间隙值Zmin=0.10，Zmax=0.14。根据表2-15凸凹模的制造公差表1查得凸凹模的制造公差为： 凸模 凹模 为了保证冲模的间隙小于最大合理间隙： 因为 则 由于零件形状比较简单，所以凸凹模可以分开加工，且零件的公差等级为IT12，精度要求不高。由零件的基本尺寸L1=404,L2=350,L3=384,L4=330 查表3-2常用尺寸的标准公差数值表6得公差查表2-7 系数x7得系数则落料凹模的尺寸： （3-6） 落料凸模的尺寸： (3-7) 3.2落料模主要零件的设计3.2.1落料凹模（1） 厚度Ha 查表9-6 凹模厚度H和壁厚C1，从凹模孔的最大宽度（404200）及料厚（10.81.5），取凹模厚度Ha=30，壁厚C=48。（2） 凹模的外形尺寸由壁厚C=48，可确定凹模的外形尺寸。 凹模长：404+48+48=500 凹模宽：350+48+48=446（3） 刃壁形式因此落料模结构简单，且材料较薄，结合表9-3 常见冲裁凹模刃口及孔壁结构形式1选择序号4直壁形式。（4） 凹模的固定形式利用销钉和螺钉固定在下模座上。3.2.2落料凸模（1） 凸模的刃口形式凸模加工成等截面结构。（2） 凸模的固定形式 利用销钉和螺钉固定在上模座上。（3） 凸模的长度凸模的长度根据零件的结构来确定 （3-8）式中 Hta凸模的长度；凸模固定板厚度； 卸料板厚度； 导尺厚度； 自由长度；则 Hta =0+14+8+60=82 所以取凸模长度Hta =85。3.2.3卸料板的设计由于此件的厚度较小，且要求表面平整，可采用固定卸料版，查表9-15卸料板厚度1。选用卸料板长度 500卸料板宽度 446 卸料板厚度 h0=18卸料板材料选用45钢，不用热处理淬硬。3.2.4模座的设计（1） 模座的外形尺寸由于凹模的最大外形尺寸为500，查模架标准结构表4，可确定下模座的尺寸为，上模座的尺寸为。（2） 模座的材料一般选用铸铁HT200，也可选用A3,A5结构钢，但从为了降低模具成本，本设计则考虑选用铸铁HT200。（3） 垫板选择查表9-23 垫板尺寸1，从凹模尺寸（500446）凸模尺寸（404350）可确定上垫板尺寸50044612下垫板尺寸404350123.2.5挡料装置的设计挡料装置在单工序落料或复合模中，主要作用保持冲件轮廓的完整和适量的搭边。根据此落料模的设计，选用导尺进行导料。挡料装置利用挡料销进行挡料。3.2.6冲模闭合高度的确定模具闭合高度是模具在最低的工作位置时，下模座的底平面至上模座的顶平面之间的距离（不含模柄高度）。压力机的闭合高度是指滑块在下止点时工作台面（不含垫板高）至滑块下平面件的距离。即： (3-9)式中 冲模闭合高度；上模座厚度；下模座厚度；上垫板厚度；下垫板厚度；凹模厚度；凸模的长度；凸模刃口进入凹模刃口的深度；则 冲模设计时，必须使冲模的闭合高度与压力机的闭合高度相适应，通常应满足下列关系： （3-10）式中 压力机最大闭合高度，=360； 压力机最小闭合高度，=270；由于冲模闭合高度满足，则模具的闭合高度为283符合要求。3.2.7模柄、导柱、导套的选用 根据所选压力机的模柄孔，根据标准件表4，查得相应标准的模柄，选标标准的压入式模柄d=50,D=54。根据标准件表4，选用标准的导柱、导套，导柱，导套。3.2.8模具材料的选用凸模和凹模是在强压、连续使用和有很大冲击的条件下工作，并伴有温度的升高，工作条件极其恶劣。所以对凸凹模的材料要求有较好的耐磨性，耐冲击性，淬透性和切削性。硬度要大，热处理变形小，而且价格要低廉。结合上述原则，由凸、凹模材料的选用与热处理表5推荐材料有：1) 凸模，凹模采用9Mn2V；2) 导柱，导套采用20 钢；3) 挡料销，定位销采用Q235 钢；4) 卸料板采用45钢；5) 上、下模座采用HT200；第四章 弯曲模设计4.1弯曲件工艺计算4.1.1弯曲件展开长度计算因为零件弯曲半径r0.5，所以弯曲件的展开长度按直边区与圆角区分段进行计算。视直边区在弯曲前后长度不变，圆角区展开长度则在按弯曲前后中性层长度不变的条件下进行计算。根据前面冲压件毛坯尺寸的计算，可得出此弯曲件展开尺寸如图2.4所示。4.1.2弯曲件回弹值的计算(1) 弯曲回弹值确定由于此工件的r/=1/1=10.81.5），取凹模厚度Ha=30，壁厚C=48。（2） 凹模的外形尺寸 由壁厚C=48，可确定凹模的外形尺寸。 凹模长：388+48+48=484 凹模宽：334+48+48=430（3） 凹模圆角半径查表4-13 V形和U形弯曲模工作部分结构与尺寸1 可确定凹模圆角半径ra=3。（4） 凹模的工作深度查表4-13 V形和U形弯曲模工作部分结构与尺寸1 可确定m=3,则凹模的工作深度ha=3+3+10=16。（5） 凹模的固定形式利用销钉和螺钉固定在下模座上。4.2.2弯曲凸模（1） 凸模的刃口形式 凸模加工成等截面结构。（2） 凸模的固定形式 利用销钉和螺钉固定在上模座上。（3） 凸模的长度凸模的长度根据零件的结构来确定 （4-7）式中 Hta凸模的长度；凸模工作深度； 自由长度；则 Hta =15+40=55 所以取凸模长度Hta =55。4.2.3推板的设计选用推板厚度h0=14，材料选用45钢，不用热处理淬硬。4.2.4顶料装置的设计选用带有橡胶垫的弹性顶料装置。4.2.4模座的设计（1） 模座的外形尺寸由于凹模的最大外形尺寸为484，查模架标准结构表4，可确定下模座的尺寸为，上模座的尺寸为。（2） 模座的材料一般选用铸铁HT200，也可选用A3,A5结构钢，但为了降低模具成本，本设计则考虑选用铸铁HT200。（3） 垫板选择凹模底面积则因模座采用铸铁材料，则，不需加垫板。4.2.5挡料装置的设计根据此弯曲模的设计，选用定位板进行定位。挡料装置利用挡料销进行挡料。4.2.6冲模闭合高度的确定模具闭合高度是模具在最低的工作位置时，下模座的底平面至上模座的顶平面之间的距离（不含模柄高度）。压力机的闭合高度是指滑块在下止点时工作台面（不含垫板高）至滑块下平面件的距离。即： (4-8)式中 冲模闭合高度；上模座厚度；下模座厚度；凹模厚度；凸模的长度；凸模刃口进入凹模刃口的深度；则 冲模设计时，必须使冲模的闭合高度与压力机的闭合高度相适应，通常应满足下列关系： （4-9）式中 压力机最大闭合高度，=250； 压力机最小闭合高度，=180；由于冲模闭合高度满足，则模具的闭合高度为190符合要求。4.2.7模柄、导柱、导套的选用 根据所选压力机的模柄孔，根据标准件表4，查得相应标准的模柄，选标准的凸缘模柄d=50，D=110。根据标准件表4，选用标准的导柱、导套，导柱，导套。4.2.8模具材料的选用凸模和凹模是在强压、连续使用和有很大冲击的条件下工作，并伴有温度的升高，工作条件极其恶劣。所以对凸凹模的材料要求有较好的耐磨性，耐冲击性，淬透性和切削性。硬度要大，热处理变形小，而且价格要低廉。结合上述原则，由凸、凹模材料的选用与热处理表5推荐材料有：1) 凸模，凹模采用9Mn2V；2) 导柱，导套采用20 钢；3) 挡料销，定位销采用Q235 钢；4) 推板采用45钢；5) 上、下模座采用HT200；第五章 冲孔模设计5.1冲压工艺的计算5.1.1冲压压力的计算（1） 落料冲裁力 （5-1）式中 f1系数；取决于材料的屈强比，可从图2-5 f1与材料屈强比的关系1求得，因此取f1=0.65； L落料件周长；mm； 材料厚度；mm； 材料抗拉强度；Q235 =375460，取=420；所以 F01=0.6551420=4.29 (KN) F02=0.65201420=17.14 (KN)F03=0.6541420=3.43 (KN)F04=0.65（5+902）1420=53.43(KN)F05= F03=3.43(KN)F06=0.65101420=8.57(KN)F07= F03=3.43 (KN)F08= F03=3.43(KN)F09= F04=53.43 (KN)F10= F03=3.43(KN)F11= F03=3.43 (KN)F12= F04=53.43(KN)F13=0.65（5+542）1420=33.77 (KN)F14= F03=3.43(KN)F15= F03=3.43 (KN)F16= F04=53.43 (KN)F17= F03=3.43 (KN)F18=0.652041420=21.84(KN)F19= F03=3.43(KN)F20= F03=3.43 (KN)F21= F04=53.43 (KN)F22= F01=4.29 (KN)F23= F03=3.43 (KN)F24=0.6510+2（10-）+51420=11.60(KN)F25= F24=11.60(KN)F26= F01=4.29 (KN)F27= F03=3.43 (KN)F28=0.65（204+54）1420=27.3 (KN)F29=0.65（1002+402）1420=76.44(KN)F30= F28=27.3 (KN)F31= F03=3.43(KN)F32= F03=3.43 (KN)F33=0.65（802+402）1420=65.52(KN)F34= F03=3.43(KN)F35= F03=3.43 (KN)F36= F03=3.43(KN)F37=F06=8.57 (KN)F38= F03=3.43 (KN)F39= F01=4.29 (KN)F40=F02=17.14(KN)F41= F03=3.43 (KN)F42= F03=3.43 (KN)则 F0=F01+F02+F03+F42=4.29+17.14+3.43+53.43+3.43+8.57+3.43+3.43+53.43+3.43+3.43+53.43+33.77+3.43+3.43+53.43+3.43+21.84+3.43+3.43+53.43+4.29+3.43+11.60+11.60+4.29+3.43+27.3+76.44+27.3+3.43+3.43+65.52+3.43+3.43+3.43+8.57+3.43+4.29+17.14+3.43+3.43=683.13(KN)（2） 卸料力计算 (5-2)式中 k1推件力系数；查表2-7 卸料力、推件力和顶件力系数1，取k1=0.045； F0落料力；所以 =0.045683.13 =30.74(KN)（3） 推件力的计算 （5-3）式中 n卡在凹模洞口里的工件数； k2推件力系数；查表2-7 卸料力、推件力和顶件力系数1，取k2=0.055； F0落料力；所以 =10.055683.13 =37.57(KN)（4） 总冲压力的计算 （5-4） =411.68+22.64 =434.32(KN)（5） 压力机的初步选择选择压力机吨位时，考虑刃口磨损和材料厚度及波动、力学性能等因素，实际冲裁力可能增大，所以取 （5-5） =976.87(KN) 因此初步选择压力机的型号为J23100开式双柱可倾压力机，公称压力为1000KN，最大封闭高度为400mm，最小封闭高度为290mm。5.1.2模具压力中心的计算工件建立如图所示坐标系各个孔中心坐标（x1，y1）=（10，320）（x2，y2）=（64，300）（x3，y3）=（64，270）（x4，y4）=（64，210）（x5，y5）=（128，315）（x6，y6）=（128，300）（x7，y7）=（128，285）（x8，y8）=（128，270）（x9，y9）=（128，210）（x10，y10）=（182，300）（x11，y11）=（192，270）（x12，y12）=（192，210）（x13，y13）=（224，300）（x14，y14）=（266，300）（x15，y15）=（256，270）（x16，y16）=（256，210）（x17，y17）=（320，320）（x18，y18）=（320，300）（x19，y19）=（320，280）（x20，y20）=（320，270）（x21，y21）=（320，210）（x22，y22）=（374，320）（x23，y23）=（320，150）（x24，y24）=（322.5，120）（x25，y25）=（322.5，70）（x26，y26）=（374，10）（x27，y27）=（256，150）（x28，y28）=（256，120）（x29，y29）=（220，60）（x30，y30）=（192，120）（x31，y31）=（192，150）（x32，y32）=（128，150）（x33，y33）=（90，100）（x34，y34）=（140，100）（x35，y35）=（64，150）（x36，y36）=（80，55）（x37，y37）=（80，40）（x38，y38）=（40，20）（x39，y39）=（10，10）（x40，y40）=（40，40）（x41，y41）=（40，60）（x42，y42）=（40，100）则压力中心坐标x0= (5-6)=186.63y0= (5-7)=173.87取工件压力中心为（187，174）5.1.3模具刃口尺寸的计算根据表2-4 冲裁模始用间隙1查得间隙值Zmin=0.10，Zmax=0.14。根据表2-15凸凹模的制造公差表1查得凸凹模的制造公差：孔1、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、19、20、21、22、23、24、25、26、27、31、32、34、35、36、37、38、39、41、42凸模凹模 孔2、18、28、30、40凸模凹模孔29、33凸模凹模为了保证冲模的间隙小于最大合理间隙： 因为 则取 由于零件形状比较简单，所以凸凹模可以分开加工，且零件的公差等级为IT12，精度要求不高。根据零件孔的基本尺寸查表3-2常用尺寸的标准公差数值表6得公差1=3=4l=4d=5=7=8=9l=9d=10=11=12l=12d=13l=13d=14=15=16l=16d=17=19=20=21l=21d=22=23=24b=25b=24l=25l=26=27=28b=30b=31=32=34=35=36=38=39=41=42=0.126=24l=25l=24d=25d=37=0.152=18=28l=30l=40=0.2129b=33b=0.2533l=0.3029l=0.35查表2-7 系数x7得系数则各孔的模具刃口尺寸孔1、22、26、39冲孔凸模尺寸 （5-8） 冲孔凹模尺寸 （5-9）孔3、5、7、8、10、11、14、15、17、19、20、23、27、31、32、34、35、36、38、41、42冲孔凸模尺寸 冲孔凹模尺寸 孔10、37冲孔凸模尺寸 冲孔凹模尺寸 孔24、25冲孔凸模尺寸 冲孔凹模尺寸