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汽车零件冲压模设计【摘 要】本课题关键讲了汽车零件冲压模设计。设计内容从零件工艺性分析进行。首先，确定该模具类型是冲孔、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、推件力并确定模具压力中心、选择压力机和校核冲模闭合高度；然后，依据计算结果确定该模具凸、凹模尺寸及其形状。最终再设计出挡料销、卸料板、推件装置、卸料弹簧、导柱、导套和模柄等模具关键零部件，从而完成整套模具设计工作。【关键词】 : 汽车零件；冲孔；落料；复合模；弯曲模 目录第一章 绪论11.1 课题研究背景11.2 模具发展和现实状况1第二章 工艺分析及排样22.1 原始数据22.2 工艺分析22.3冲裁工艺方案确实定22.4模具结构形式确实定22.5工艺尺寸计算32.5.1排样设计32.5.2冲裁力和校正弯曲力计算32.5.3压力机公称压力初步确定4第三章 模具总体结构设计53.1模具类型选择53.2定位位方法选择53.3 出料装置53.4 模具结构特点53.5 模具工作过程6第四章 模具零件设计和计算74.1凸模凹模刃口尺寸计算74.1.1加工方法确实定74.1.2尺寸计算74.2凸凹模设计84.2.1凸模结构形式及固定84.2.2 凸模长度确实定94.2.3 凹模结构形式设计94.2.4 凹模结构尺寸确实定94.3 模板设计104.4模架设计及其它零部件10第五章 压力中心计算125.1 计算步骤125.2 压力中心计算12结 论14致 谢15参考文件16第一章 绪论1.1 课题研究背景模具技术包含多学科，模具作为一个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关键标志之一。世界上很多国家，尤其发达国家全部很重视模具技术发展，大力发展模具产业，主动采取优异生产技术和设备，提升模具制造水平，取得了显著经济效益。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，美国模具行业有超出家企业，从业人员超出17万人，总模具输出值达成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年超出48800亿日元，在40年间增加460倍，这是日本经济快速发展和占领国际市场关键原因之一。到了近代，伴随世界经济发展，模具行业是不可缺乏。1.2 模具发展和现实状况从中国汽车模具产业近几年发展来看，部分业内人士认为在自己生产能力发展同时，更要加强企业之间联合。中国汽车模具行业形成战略联盟，在市场上达成了共识，并已经开始多种形式合作。另一个显着汽车模具产业在中国发展特点是高新技术，快速提升技术水平，自主创新能力增强普及应用。现在，CAD/CAE/CAM技术已广泛应用于中国汽车模具行业，大多数企业2D或3D模具设计能够适适用于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，含有良好冲压性能，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冲孔结构，和一个中间弯曲工序如上图。工件尺寸落料按IT11级，冲孔按IT10级，弯曲无特殊精度要求。尺寸精度通常，一般冲裁完全能满足要求。2.3冲裁工艺方案确实定方案种类 该工件包含落料，冲孔和折弯三个基础工序，有三种方案。方案一：先落料，再冲孔，最终弯曲，采取单工序模生产。方案二：采取落料-冲孔-弯曲同时进行级进模生产。方案三：采取落料-冲孔复合模和单工序弯曲模，两套模具生产。方案比较 各方案特点及比较以下方案一：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：级进模是一个多工位，效率较高加工方法。但级进模轮廓尺寸较大，结构复杂，成本较高，而且该方案中弯曲工序，初步分析难以确保，所以也被排除。方案三：依据此零件结构特点，采取两套模具，能够同时发挥复合模和单工序模优点，也使得模具制造简单，加工方便。故采取此方案。2.4模具结构形式确实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方便性，故采取倒装式复合模。弯曲工序采取简单弯曲模，该模具特点是结构简单，在压力机上安装及调整方便，对材料厚度公差要求不高，制件在弯曲终了时可得到一定程度校正，所以回弹小。另外，制件回弹能够经过修模来消除。2.5工艺尺寸计算2.5.1排样设计(1)排样方法 依据所确定模具结构特点，不可能做到无废料排样，所以采取少废料样排方法。计算确定，复合模采取直排有废料排样 ，弯曲模无需排样。图2.2所表示图2.2 初步排样(2)确定搭边值 查表2-151，并取最好搭边值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=100=94.8(5)画出排样图 图2.3所表示。图2.3 排样图2.5.2冲裁力和校正弯曲力计算 (1) 冲裁力F1 查表9-11取材料Q195抗拉强度=500MPaF1=L1tL为冲裁周长已知 L=60 + 1502 + R=60+300+30=454.2所以 F1=454.21.5330=225KN(2)推件力 Fe=nkeF, Fe=49.5kNn为同时卡在凹模洞口件数。Ke为推件力系数，其数值见参考文件2表3-13。 (3)卸料力 FS=KSF, FS=9kNKs为卸料力系数，其值见参考文件2表3-13 (4)顶件力 FK=KKF, FK=13.5kNKk为顶件力系数，其值见参考文件2表3-13(5)校正弯曲力 F=qA5-31知 q=35MPa.A按水平投影面积计算。 A=60150+3020.5=10413 F=3510413=364.5KN2.5.3压力机公称压力初步确定a. 对于复合模Fz=F+Fe =225+49.5=274.5KN依据以上计算结果，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 模具总体结构设计3.1模具类型选择 由冲压工艺分析可知，采取落料冲压复合模和弯曲单工序模，即两套模具。3.2定位位方法选择a.对于复合模，因为该模具采取是条料，控制条料送进方向采取导料销，控制条料送进步距采取弹簧弹顶活动挡料销方法。b.对于弯曲模，毛坯放置在凹模凹槽中，横向由左右两侧槽定位，前后方向由挡料销定位。3.3 出料装置a.对于复合模，上模采取刚性推件装置，它是在冲压结束后上模回程时，利用压力机滑块上横梁，撞击上模内打杆，装在模柄孔内打杆在横梁阻挡下下落，并经过打料板，打料杆，推下推件器将质件从凹模中推出。下模采取弹性推件装置，即在卸料螺钉作用下，经过卸料板进行卸料。b.弯曲模经过下模中一带有弹簧顶杆卸料，顶杆在弯曲时起压料作用，可预防侧移，成型后又起出料作用。3.4 模具结构特点冲压落料复合模和弯曲模，图3.1和图3.2所表示。冲孔落料复合模 图3.1V形件弯曲模 图3.23.5 模具工作过程第一步：将裁剪好宽度为66mm条料放在复合模下模上，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：将第一步完成质件，放在弯曲凹模中，横向由左右两侧槽壁定位，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 模具零件设计和计算4.1凸模凹模刃口尺寸计算4.1.1加工方法确实定模具刃口尺寸计算方法分为两种。a.对于冲压落料模 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优点是凸模和凹模含有交换性，能够批量生产。不过为了确保合理间隙，要求加工凸模和凹模机床精度高，加工难度大，所以凸模和凹模分开加工方法仅适适用于形状简单冲裁模。 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，制造好后用它实际刃口尺寸来配做另一件，使它们之间达成最小合理间隙值。落料时，先做凹模，以它为基准件配做凸模，确保最小合理间隙值；冲孔时，先做凸模，以它为基准件配做凹模，确保最小合理间隙值。总而言之，选择凸模和凹模分开加工方法，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交换性。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：基础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。25D20-=600-0。19Zmin=0.15Zmax=0.19Zmax Zmin=0.19-0.15=0.04制件精度为：IT11级,故x依次0.75、1.=0.016=0.024d+p=0.04mmZmax ZminDd1=149.81+0.0240Dp=149.660-0.016Dd2=59.81+0.0240Dp=59.660-0.016对应凸模尺寸按凹模尺寸配作，确保双面间隙在0.150.19之间 冲孔凸模d10-=20+0.0840同上等级为IT10，x为0.75=0.016=0.024dp=20.060-0.016对应凹模尺寸按凸模刃口尺寸配作，确保双面间隙在0.150.19之间Dd1=20.21b.弯曲模尺寸计算.弯曲件相对简单，无需尤其尺寸计算4.2凸凹模设计4.2.1凸模结构形式及固定a.对于复合模。本设计中采取用圆形和方形两种形式凸模，材料选择65Mn钢，淬火硬度HRC56-60 必需时表面可进行渗氮处理。圆凸模可采取高精度外圆磨床加工，异形凸模能够采取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一个方法，能够取得高尺寸精度、高表面加工质量7）。凸模固定方法图4.2所表示：凸模以过渡配合（K6）固紧在凸模固定板上，顶端形成台肩，方便固定，并确保在工作时不被拉出，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。图4.3所表示。图4.3弯曲凸模图4.2 凸模4.2.2 凸模长度确实定a复合模凸模工作部分长度应依据模具结构来确定。通常不宜过长，不然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，从而使冲件质量及精度有所下降，严重时甚至会使凸模折断。依据模具设计结构形式，（1）冲孔凸模长度为L=凹模+凸模固定板+t由此得L=66.5mm（2）凸凹模当采取倒装复合模时，凸凹模尺寸计算以下： 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为材料厚度，1.5mm.h为闭模时凸凹模深入凹模深度，取2mm.b.弯曲模凸模圆角半径rp。取rp=r=2mmrmin=0.15，满足要求。4.2.3 凹模结构形式设计凹模是采取整体加工，凸凹模之间间隙值为一个料厚，凹模材料和凸模相同，选择65Mn钢，淬火硬度HRC58-62。4.2.4 凹模结构尺寸确实定a.复合模凹模凹模设计应考虑事项是相关凹模强度、制造方法及其加工精度等。尤其是凹模孔尺寸，在实用上是和制件尺寸一起来考虑。它关系到制件质量好坏，所以对其加工表面质量亦必需给予充足考虑。凹模厚度和外形尺寸，对于其承受冲裁力，必需含有不引发破损和变形足够强度。冲裁时，凹模承受冲裁力和水平方向作用，因为凹模结构形式不一，受力状态又比较复杂，尤其是对于复杂形状冲件，其凹模强度计算就相当复杂。所以，在现在通常生产实际情况下，通常全部是依据冲裁件轮廓尺寸和板料厚度、冲裁力大小等来进行概略估算及经验修正9。结构尺寸计算以下：凹模壁厚 凹模采取整体式，轮廓全部采取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第二章公式（2-24）和（2-25）计算：故有了凹模外形尺寸LBC=31520060.（其中L为宽度，B长度，为C为壁厚）b.弯曲模凹模(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，凹模口部圆角半径rd对于制件质量有显著影响。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大小和弯曲高度和材料厚度等相关，可查表4-151。V形凹模底部可开退刀槽或圆角半径rd, rd=(0.60.8)(rp+t)=2.12.8,取rd=2.8mm.(2)凹模深度L.凹模深度尺寸要适中，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工作行程。可查表4-151。L=30mm, rd=10mm.4.3 模板设计(a)复合模模板包含：凸模固定板、凸凹模固定板、垫板、卸料板。卸料板作用、包含压料、卸料、同时还含有一定导向作用；凸模固定板 LBh=31520030；上垫板 LBh=31520010； 凸凹模固定板 LBh=31520033.5；卸料板 LBh=31520025；（b）弯曲模模板 下模板依据凹模尺寸，考虑强度要求，尺寸以下： LBh=420300404.4模架设计及其它零部件a.复合模模架采取后侧导柱模架，以凹模周界尺寸为依据，查第九章7表9-45选择模架规格以下。上模座尺寸 GB/T2855.5 LBh=31520050下模座尺寸 GB/T2855.5 LBh=31520065导柱尺寸 （GB/T2855.5） 35230导套： （GB/T2855.5） 3512548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为凸模高度，66.5mm H为凸凹模高度，62mm；h为凸模冲裁后进入凹模深度，3.5mm。可见该模具闭合高度小于所选压力机J23-16最大装模高度280mm，所以结合225KN冲裁力计算，该压力机符合使用要求。其技术规格以下：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;封闭高度调整量 60mm;工作台尺寸（前后mm左右mm）380610;垫板尺寸（厚度mm）60；模柄孔尺寸（直径mm深度mm）50 70；第五章 压力中心计算5.1 计算步骤多凸模和连续模压力中心计算，可先将复杂制件形状分成简单 直线段及圆弧段，分别计算其冲裁力即为分力，由歌分力之和求出协力。然后任意选定直角坐标轴xy，并算出各简单图形、线段压力中心到x和y轴距离。最终依据“协力对某轴之力矩等于各分力对相同轴力矩之和”力学原理，即可求出压力中心坐标。此制件冲裁力关键包含起伏冲裁力和落料冲裁力。（1）建立平面直角坐标系XOY（2）计算出各单一图形压力中心到坐标轴距离x1、x2、x3、xn和y1、 y2、 y3、 yn ；直线段时，其压力中心在个直线段中心；圆弧线段时，其压力中心位置见图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F1、F2、F3、Fn是各线段冲裁力，各线段压力中心至坐标轴距离分别为x1、x2、x3、xn和y1、y2、y3、yn。5.2 压力中心计算（1）依据排样图设计及各工位在模具上相对位置，建立直角坐标系，各线段中心坐标依据相关公式进行计算。图5.2所表示：图5.2 （2）冲压件压力中心计算冲裁压力中心计算数据见下表5.3各段基础要素长度L/mm各基础要素压力中心坐标值X y冲裁力F/N备注ABCDEF15094.2 150 6062.8 62.8751697504515003060303030742504662974250297003108631086冲裁力计算公式F=Ltbb为材料抗拉强度，查表得b=330MPat为材料厚度，t=1.5.代入公式，计算得：X0=87.4 Y0=30结 论经过了多个月努力，在陆老师和同学和同事热心帮助下，我毕业设计立即结束，基础完成了老师部署各项任务。本论文关键叙述了汽车冲压模机构组成和相关工作原理。在还没做毕业设计之前，我认为这只是对大学三年学习一个总结而已。但当真开始做毕业设计时，才发觉这是一个理论和实践相结合过程。在此过程中我意识到自己知识还是有一定缺乏，只有在生活和工作中不停学习、积累，才能使自己变得更充实。经过这次毕业设计，我学到了很多东西，学会了怎样查阅资料和利用工具书，我愈加深刻地认识到只有将理论和实践相结合，才会有真正收获，才能巩固自已所学。