汽车备轮架冲压模具设计毕业设计论文.doc

xxxxx 大 学

毕 业 论 文（设计）

论文题目 汽车备轮架冲压模具设计

2015 年 5月

目录
摘要： 3
绪 论 4
1. 模具工业在国民经济中的地位 4
1.2 冲模设计与制造方面 4
1.3 冲压设备和冲压生产自动化方面 4
2 冲压工艺设计和冲压力的计算 5
2.1冲压件（汽车备轮架加固板）简介 5
2.2冲压工艺分析和工艺方案分析 6
2.2.1冲压的工艺分析 6
2.2.2冲压工艺方案的确定 7
2.3工件冲孔落料毛胚尺寸计算 11
2.4 确定其搭边值 12
2.5确定排样图 12
2.5.1利用率的计算 12
2.5.2确定排样图 13
2.6计算冲孔落料各工序冲压力 13
3 落料、冲孔复合模的设计 14
3.1凸、凹模尺寸计算 14
3.2冲模凸模工作零件的设计与计算 16
3.3 冲模凹模与凹凸工作零件的设计以及其他零件 19
3.4模柄，螺钉以及模架的选择 29
3.5落料冲孔复合模总装图 29
4.弯曲模设计 33
4.1弯曲工艺分析 33
4.2 第一次弯曲模设计 34
4.3第二次弯曲模设计 36
5 结论 38
参考文献 39

汽车备轮架加固板冲压模具毕业设计
作者：xx 指导老师：xxx
xxxx大学工学院 专业xxxx 合肥230036
下载须知：本文档是独立自主完成的毕业设计，只可用于学习交流，不可用于商业活动。另外，有需要电子档的同学可以加我2353118036，我保留着毕设的全套资料，旨在互相帮助，共同进步，建设社会主义和谐社会。

摘要：
冲压模具一种高效的加工零件的方法，在工业生产中得到广泛的应用。冲压模具，是在冷冲压加工中，将材料加工成零件的一种特殊工艺装备，称为冷冲压模具（俗称冷冲模）。冲压，是在室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。
本次设计是针对汽车备轮加固板的落料、冲孔的模具设计。设计中应用AutoCAD和CATIA对其结构进行设计。本次设计工作量比较大，设计了一个冲孔落料复合模与两套弯曲模，设计的零件超过一百。设计集中考虑了模具的加工、装配量产以及冲压件的生产效率等因素并对其进行了详细的设计计算，以保证冲压加的精度。
关键词：冲孔 落料 弯曲

Abstract
Method of stamping die for machining parts of the efficient, widely used in industrial production. Stamping die, is in the cold stamping processing, metal or non-metallic materials processing into parts (or semi-finished products) of a special technical equipment, known for cold stamping die (commonly known as cold die). Stamping is at room temperature, using the installed in the press mould to exert pressure on the material to produce plastic deformation or separation, thus obtaining the necessary parts of a pressure processing method.
This design is for the wheel frame plate blanking, punching die design of automobile production. Its structure was designed using AutoCAD and CATIA design. The design workload is relatively large, a punching blanking compound die with two sets of bending die, parts of the design more than one hundred. Design considers production mold processing, assembly and stamping parts of the production efficiency and make the detailed design calculation to the, in order to ensure the stamping of precision.
Key words: punching blanking bend
1 绪 论
冲压成型是指靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件（冲压件）的加工成型方法。冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。全世界的钢材中，有60～70%是板材，其中大部分经过冲压制成成品。汽车的车身、底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包，容器的壳体，电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中，也有大量冲压件。
1.1 模具其作用
模具是工业生产的基础工艺装备。振兴和发展我国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中，60～80%的零部件，都要依靠模具成形。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。
1.2 冲模设计的发展
冲模是实现冲压生产的基本条件。在冲模的设计和制造上，目前正朝着以下两方面发展：一方面，为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需要，冲模块正向高效率、高精度、精密、高寿命及多功能方向发展，与此相适应的新型模具材料及其热表处理技术，各种高效、精密、数控、自动化的模具加工机床和检测设备以及模具CAD/CAM技术也正在迅速的发展；另一方面，为了适应产品更新和试制或小批量生产的需要，锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展[7]。
1.3 冲压设备自动化
性能良好的冲压设备是提高冲压生产水平的基本条件，高精度、高寿命、高效率的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备相匹配。为了满足大批量高速生产的需要，目前冲压设备也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多功能、高速和数控方向发展，加之机械手乃至机器人的大量应用，使冲压生产效率得到大幅度提高，各式各样的冲压自动线和高速自动压力机纷纷投入使用。如在数控
2 冲压工艺设计和冲压力的计算
2.1 冲压件（汽车备轮架加固板）简介
1）备轮架加固板的特性如下：
冲压件零件图与三维图如下：

外形简单。
结构简单，形状规则对称。
备轮架加固板造价低，适于批量生产。
2）产品加工材料的选择
根据上述介绍，选取工件的材料及特性如下：
选取材料为：SPCC—SB（冷轧板），选用08此种钢材广泛用于汽车制造业。材料的其它特性见表1：
表1 SPCC—SB材料的特性
材料名称
牌号
状态
抗剪强度τ/MPa
抗拉强度σ1/MPa
伸长率δ（%）
优质碳素结构钢
08
已退火
260~360
330~450
32
2.2冲压工艺分析和工艺方案分析
2.2.1冲压的工艺分析
零件外形对称，无尖角、凹陷或其他形状突变，系典型的板料冲压件。
1. 工件的外形及内形分布均匀，无尖锐的角，符合冲裁要求。
2. 孔边距a≥1.5δ（圆孔=1.5），符合冲裁要求。
3. 工件无细长的旋臂与窄槽，模具结构简单，适合冲裁。
4. 该零件为备轮架加固板，材料较厚，其主要作用是增加汽车备轮架强度。零件外形对称，无尖角、凹陷或其他形状突变，系典型的板料冲压件。零件外形尺寸无公差要求，壁部圆角半径5,相对圆角半径tr为1.25，大于表相关资料所示的最小弯曲半径值，因此可以弯曲成形。φ11mm的八个小孔和两个腰圆孔分别均布在零件的三个平面上，孔距有们置要求，但孔径无公差配合，弯曲角为90°，也无公差要求。
通过上述工艺分析，可以看出该零件为普通的厚板弯曲件，尺寸精度要求不高，主要是轮廓成形问题，又属大量生产，因此可以用冲压方法生产。
2.2.2冲压工艺方案的确定
（1）落料—弯曲—冲孔，单工序冲压。
（2）落料—冲孔—弯曲，单工序冲压。
（3）切边—弯曲—冲孔，单件复合冲压。
（4）切边（落料）—冲孔—弯曲，单件复合冲压。
冲孔时：冲底部两个直径11孔、一个直径21孔和两个腰形孔，其余六个直径11 孔转削加工。方案（1）、（2）属于单工序冲压，由于此制件生产批量较大，生产效率低，不宜采用。方案（3）由于先弯曲，造成冲孔时非常不方便，增加了模具的制造难度，故不宜采用。方案（4）加工零件时较为容易，且效率较高，故此方案最为合适。工序流程二维，三维图如下:
1）毛胚

\

2）冲孔落料：
3)第一次弯曲
4)第二次弯曲

2.3 工件冲孔落料毛胚尺寸计算
由于工件主要成型的工序是落料、冲孔,工件变形量不是很大，可以直接落下工件的实际尺寸，根据《冲模设计手册》可知毛坯尺寸计算如下：
毛坯的长度：
L=150+102×2=364mm
L1=102mm
L2=151mm
L3=102mm
毛坯的宽度：
B=48+156+50=254mm
B1=48mm
B2=156mm
B3=50mm
所以毛坯形状及尺寸如图所示：
2.4 确定其搭边值
1） 料的机械性能 软件、脆件搭边值取大一些，硬材料的搭边值可取小一些。
2）冲件的形状尺寸 冲件的形状复杂或尺寸较大时，搭边值大一些。
3）材料的厚度 厚材料的搭边值要大一些。
4）材料及挡料方式 用手工送料，且有侧压装置的搭边值可以小一些，用侧刃定距的搭边值要小一些。
5） 卸料方式 弹性卸料比刚性卸料大搭边值小一些。
综上所述，根据《冲模设计手册》确定其搭边值：
工件侧面搭边值：a=5.0mm
条料宽度：B=L+2a=254+5×2=264mm
2.5 确定排样图
2.5.1利用率的计算
本零件使用条料坯料，准确的材料利用率应考虑导料头、料尾的材料消耗，按下式计算整条料的材料利用率：
公式 (2.1)
式中 K— 材料利用率（%）；
n — 条料上生产的冲件数；
a — 每一冲件的面积（mm2）；
A0— 条料面积（mm2）。
根据以上数据，确定两工件间的搭边值：a1=4mm；
工件侧面搭边值：a2=5mm。
a=256×362-(48+191)×73/2×2-150×43-150×72-28×52×2-(л×142)×2-(л×5.52)×2
-(л×5.52)- (л×10.52)=72793.452≈72794mm
n=(1500-4)/372 =4.02；取n=4
K=(19×5906.363)/(370×1000)×100=71.05。
2.5.2确定排样图

2.6计算冲孔落料各工序冲压力
为了合理设计模具和正确选用压力机，就必须计算冲裁力。计算公式如下：
公式 （2）
式中 P0 —冲裁力（N）；
—材料抗剪强度（MPa）；
L —材料轮廓长度（mm）；
t —材料厚度（mm）。
本次设计中，工件的轮廓长度：
L1=106+72+150+72+106+165+163.33+48+33.5+43+150+43+33.5+48+163.33+65
+65=1361.66mm；
L2=11×л×2+21×л+28×л×2+52×4=311.62mm；
L=L1+L2=1361.66+311.62=1673.28mm；
已知t=4.0mm，则 P0=300×1673.28×4.0=2007936(N)；
则 P=1.3P0=1.3×2007936=2610316.8（N）≈2611KN
2）卸料力
卸下包在凸模上材料所需要的力一般叫做卸料力。卸料力的计算公式如下：
公式 （3）
式中Px—卸料力（KN）；
Kx—卸料力系数，查表取0.04；
P—冲裁力（KN）。
则 Px=0.04×2611=104.44KN。
3）推料力
顺着冲裁方向推出卡在凹模里的材料所需的力，一般叫做推料力。推料力的计算公式如下：
公式 （4）
式中 PT—推料力（KN）；
KT—推料力系数，查表取0.045；
n —卡在凹模里的料的个数n=h/t，其中，h为凹模刃壁垂直部分高度（mm）；t为料厚（mm）；
PT=0.045×2611=117.5KN
4）顶料力
逆着冲裁方向顶出卡在凹模里的料所需要的力一般叫做顶料力。顶料力的计算公式如下：
公式 （5）
式中 PD—顶料力（KN）；
KD—顶料力系数，查表取0.05；
PD=0.05×2611=130.55KN，
则根据式2.6得出，总的冲压工艺力为：
公式 （6）
F=2611+104.44+117.5+130.55=2833.5KN
则落料、冲孔复合模选择冲床时的总压力为F总=1.3F=3116.85KN。
3 落料、冲孔复合模的设计
3.1凸、凹模尺寸计算
孔11=110+0.43mm、21=210+52mm、14=140+0.43mm、52=1500+0.74mm的圆形凸模和凹模分开加工，其余尺寸配合加工，先做凸模，配做凹模，用复合模冲工件，落料凹模刃壁垂直。
1）分开加工的尺寸
先计算分开加工的尺寸：E0+△=110+0.43mm
根据《模具设计手册》查表得：当t=4.0mm时，
2Cmax=0.58mm，2Cmin=0.5mm
即 1/2Zmax=0.22mm，1/2Zmin=0.16mm
查《模具设计手册》得δ需满足以下两式：
δ≤0.4（2Cmax-2Cmin）即δ≤0.032mm
δ≤△-Ms △=0.2mm；查表取Ms=0.05mm,即δ≤0.15mm
比较δ≤0.032mm与δ≤0.15mm，取δ=0.032mm
=0.58-0.0.5-0.032=0.058mm
公式 （7）
其中，E=11，N7查表按△=0.43，δ=0.064mm得N7=0.145mm,
因Ms=0.05mm，查表得N2=0.015。
故 dE =11+0.145+0.015=11.16mm
公式 （8）
=11.16+0.22=11.38mm。
故凸模为Φ11.380-0.032，凹模为Φ11.380+0.058。
依次类推可得：
E1+△=210+0.52mm时，凸模为Φ21.380-0.032，凹模为Φ21.380+0.058
E2+△=520+0.74mm时，凸模为Φ52.380-0.032，凹模为Φ52.380+0.058
E3+△=140+0.43mm时，凸模为Φ14.380-0.032，凹模为Φ14.380+0.058
2）配合加工尺寸
配合加工的尺寸计算如下：
孔类尺寸

冲模凸模工作零件的设计与计算
凸模的尺寸与形状如下图 与三维图 ：

3.3 冲模凹模与凹凸工作零件的设计以及其他零件

凸凹模固定板：

上垫板：

凸模固定板

推件块：

下垫板：

卸料板：

3.4模柄，螺钉以及模架的选择
模柄：
在本次设计中采用的模柄为凸缘模柄，材料为Q235，技术条件按照JB/T 7646-1994的规定，选用B型模柄，代号为B76×136 JB/T 7646.3—1994。
螺钉的选择：
紧固螺钉选择的为内六角圆柱螺钉，螺纹规格为d=M12和M16,性能等级为8.8级，表面氧化的A级内六角圆柱头螺钉，代号为GB/T 70.1。在本次设计中，选用的螺钉标准件有M12、M16两种。如图4.6所示。

模架的选择：
据《模具设计大典》，联系实际,凹模周界为500mm×400mm，选择的四导柱导柱模架代号为GB/T2851.5，其技术条件按照JB/T8050-1999的规定，材料为45钢。选取的中间导柱上模座和下模座为：
500×500×85的四导柱上模座，代号为GB/T2855.9；
500×500×85的四导柱下模座，代号为GB/T2855.10。
技术条件均采用JB/T8070-1995的规定。
3.5落料冲孔复合模总装图

4.弯曲模设计
本设计中完成此制件的加工，一共需要两次弯曲：
（1）压弯加固板的顶部和底部； 
（2）压弯加固板的两侧部。 
为保证制件弯曲质量，有效控制回弹，采用校正弯曲。由文献【1】查得校正弯曲力的计算公为式如下：         
F=AP 
式中：A——工件被校正部分在垂直于凸模运动方向上的投影面积    
  P——单位校正力，MPa，查文献【1】表5-9取P=60MPa。 
由上式和制件零件图可求得： 
F1=3646.86KN
F2=4897.89KN
（3）计算弯曲模工作部分尺寸 
弯曲模工作部分的尺寸主要指凸、凹间隙、圆角半径、凹模深度及凸、凹模横向宽度尺寸等。 
（4）弯曲时凸模与凹模之间的间隙 
 弯曲V形工件时，凸、凹模间隙时靠调整压力机闭合高度来控制的，不需要在模具结构上确定间隙。U形工件的弯曲，则必须选择适当的间隙。间隙的大小对于工件质量和弯曲力有很大影响。间隙越小，弯曲力越大。间隙过小，则会使工件壁变薄，并降低凸模寿命。间隙过大，则回弹较大，还会降低工件精度。 
查文献得凸、凹模单边间隙可按下式计算：
C=t+kt+D=4.28mm
4.1弯曲工艺分析
该工件由两次直角型弯组成，即直角弯曲。简单工艺，但在工序的安排与组合上却直接决定该工件成型的正确性与可行性，若考虑安排不当，将导致弯曲工艺的错误。可以初步判断一次弯曲很难成型；应考虑采用两次弯曲结构。 下面就两种工序安排进行分析比较：
（1） 先进行壁部两侧的直角弯曲，然后进行四个小角的弯曲：该方案工艺简 单，但首次弯曲后工件底部与小角部成90度，无法设计模具的二次弯曲，因此会造成零件无法成型。
（2） 首先进行四个小角部分的直角弯曲，然后使用完全嵌入式凸模进行二次 弯曲。 由以上分析可看出此次设计为U型件弯曲选择第二种方案可行，便于大规模生产。

4.2 第一次弯曲模设计

4.3第二次弯曲模设计

5.结论
备轮架加固板落模具的设计在老师以及同学的帮助下完成，经过为期三个多月的设计，关于这套模具已经绘制出装配图及其主要零件图。
在设计过程中，由于受个人水平和时间的限制设计中存在很多的缺点，有很多问题还有待解决。主要表现在以下几个方面：
1）由于本次设计中大量选择标准件，没有对其进行强度校核，可能在生产中存在一些问题。
2）在结构设计方面，没有对零件的结构进行全面的分析，在结构的优化设计方面还不完善。
作为一名即将毕业的机制专业的大学生，学好、应用好专业知识在以后的学习工作中是非常必要的。把此次设计中存在的问题带到以后的工作中去，认真学好模具设计。

参考文献
1. 胡建华.冲压工艺与模具设计.北京：北京大学出版社，2013
2.陈国定，吴立言.机械设计.北京：高等教育出版社，2013
3.江洪，李仲兴.CATIA基础教程，北京：机械工业出版社，2011
4.尹成龙.冲压模具课程设计指导书.安徽农业大学出版社，2011

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