汽车外壳支架a1级进模本科毕业论文.doc

本科毕业论文（设计）

题目 汽车外壳支架A1级进模设计

学 院 机电工程学院
专 业 机械设计制造及其自动化
班 级
学 号
姓 名
指导教师
起讫时间 2014.11.——2015.5.

1

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明
本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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使用授权说明

本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
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学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名： 日期： 年 月 日

学位论文版权使用授权书
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导师签名： 日期： 年 月 日
注 意 事 项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
建议成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师： （签名） 单位： （盖章）
年 月 日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
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二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
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2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
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评阅教师： （签名） 单位： （盖章）
年 月 日

教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格

评定成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）
年 月 日
教学系意见：
系主任： （签名）
年 月 日

目录
设计总说明 1
1绪 论 1
1.1级进模简介 1
1.1.1级进模的含义 1
1.1.2级进模的特点 1
1.2级进模与模具技术现状 1
1.3 未来冲压模具制造技术发展趋势 2
2 产品工艺性分析及方案的确定 3
2.1产品材料分析、工艺性 3
2.2工艺方案的确定 3
3 排样图的设计和料带利用率的计算 4
3.1 排样的设计 4
3.3材料利用率的计算 9
4 主要工艺的计算 10
4.1冲裁力的计算 10
4.1.1冲裁力的计算公式 10
4.2冲凸包力的计算 13
4.3弯曲力的计算 13
4.3.1 弯曲件工件展开的计算 13
4.3.2 弯曲力的计算 14
4.4拉深力的计算 14
4.4.1 计算毛坯尺寸 14
4.4.2 检验能否一次拉深成功 15
4.4.3 拉深力的计算 15
4.5压力中心计算 15
5 冲压设备的选择 18
5.1冲压设备类型的选择 18
5.2确定设备的规格 18
6 级进模具工作部分设计 19
6.1冲裁间隙 19
6.1.1对工件质量的影响 19
6.1.2 间隙对冲压力的影响 19

6.2合理间隙的选用 20
6.3 模具刃口尺寸的计算 21
6.3.1凸凹模刃口设计计算。 22
7 凸模和凹模设计 26
7.1凸模设计 26
7.1.1凸模形式 26
7.1.2凸模的固定方法 26
7.1.3凸模的长度 26
图7-2 凸模的长度计算 27
7.2落料凹模设计 28
7.2.1落料凹模的刃口形式 28
7.2.2落料凹模的外形和尺寸确定 28
7.3凸凹模设计 29
8 模具总体设计 31
8.1三维图截图 31
8.2模具总装配图 31
致 谢 34
参考文献 35

设计总说明
随着中国在不断的发展，模具工业方面发展表现极其突出，近年来，我国建立了不少模具厂。模具工业技术水平在世界上也有了一定的影响。随着汽车行业不断的的发展，它的需求量也增加了，需要生产时间越短，生产产品的品质越高。本次的毕业设计题目是汽车外壳支架A1级进模设计，题目来自于瑞鹏飞实习单位，因为商业的保密性，没能说明他在汽车外壳是哪一个支架，有什么作用的。只能根据这个汽车外壳支架设计出级进模。多工位级进模是模具的一种，级进模在各个制造业领域都有着着极其重要的地位，本设计是在多工位级进模设计过程中结合生产实际，从汽车覆盖件支架的工艺性分析开始，根据工艺性要求进行设计，进行了冲孔、落料、压弯、切断级进模的设计。级进模是精密高速的冲模，在一套模具中可以完成很多个工序，如冲裁、弯曲、成形、拉深等多个工序。文中简述了多工位级进模目前的发展状况和趋势。对汽车外壳支架进行了工艺分析，确定了工艺方案。对产品排样分析以及材料的利用率的计算，步距的确定，冲裁力的计算，弯曲的计算，按照级进模的设计方法，设计了该级进模模具上的主要零部件，选用了满足要求的的冲压设备。设计过程中，有了必要的计算，对凸凹模进行了必要的校核计算。多工位级进模比单工序模和复合模的劳动效率高，生产出来的工件质量高。
设计中涉及冲压分析、排样设计、间隙分析、刃口的计算、模具总体设计、卸料零件计算、主要零部件设计及标准件的选择等。本次设计采用冲孔、落料、拆弯综合性级进模具，减少了使用多副模具的周转使用，可以不用多次定位的，提高了生产效率。由于级进模的结构复杂，镶块、定位块很多，级进模的制造产品精度要很高，给级进模的制造带来了一定的难度，因此，要求模具零件具有互换性。
在如今的工业发展过程中，模具有着无可替代的工业地位。但是，我国简单的模具已经供过于求，复杂精密的模具大多还得靠进口，所以，对于模具行业来说，提升技术行量迫在眉睫。在模具中，多工位级进模是模具中精密的模具，生产出的产品精度也比较高，比一般的模具效率也高。

关键词：级进模；冲压设备；冲孔；压弯；切断

 General description of design
With China's continuous development, mold industry has been extremely outstanding development, in recent years, China has established many mold factory. Die industrial technology has a certain impact in the world. With the development of the auto industry, the amount of demand is also increased, the shorter the production time, the higher the quality of the production.. The graduation design topic is car shell bracket A1 level into the mold design, the topic from Yu Rui Pengfei internship units, because of commercial confidentiality, fail to show he is a bracket which in the shell of a car, what role. The only can be designed according to the automobile shell bracket design progressive die. Multi position progressive die is the mold of a progressive die in each manufacturing sector has a very important position, the design is in multi position into the die design process in combined with the actual production, from the car cover support process analysis, according to the process requirements of the design, punching, blanking, bending, cutting off the progressive die design. Progressive die is a precision high-speed die, in a set of molds can complete many processes, such as blanking, bending, forming, drawing and other processes. The development status and trend of the multi station progressive die are described in this paper.. The technical analysis of the automobile shell bracket is carried out, and the technological plan is determined.. The product layout analysis and material utilization rate calculation, step away from the determined, blanking force calculation, calculate the bending, in accordance with the level into the die design method, design the class into die of main parts, used to meet the requirements of stamping equipment. In the design process, with the necessary calculation, to die for the necessary checking calculation. The labor efficiency of the multi station progressive die is higher than that of the single operation mode and the compound die, and the quality of the workpiece is high..
The design involves punching analysis, layout design, gap analysis, cutting edge calculation, die design, unloading spare parts, main spare parts design and standard parts selection, etc.. The design uses punching, blanking, bending comprehensive progressive die, reduce the use of multi vice mold turnover, can not many times, improve the production efficiency. Due to progressive die structure is complicated, the insert block, a positioning block a lot of progressive die manufacturing precision products to high, to the level in mould manufacturing brings certain difficulty. Therefore, it is required that mold parts interchangeable.
In today's industrial development process, the mold has an irreplaceable position in industry. However, China's simple mold has over supply, the complexity of the mold is mostly still complicated and sophisticated imports, so for the mold industry, the upgrading of technology is imminent. In the mold, multi station progressive die is the precision mold, the production of the product accuracy is also higher, than the general mold efficiency is also high.

 Keywords : Progressive dies; Stamping equipment; Punching; Bending; Cut
1绪 论
1.1级进模简介
1.1.1级进模的含义
模具有一般分为单工序模、复合模和级进模。在压力机的压力下，将被冲的工件放入凸、凹模之间，在压力机的作用下使材料成为满足条件的需要。
1 单工序模：指压力机在完成一次行程的压力过程下，可以完成一个工序的冲压模具。
2 复合模 ：指模具在压力机的一次压力下完成一个工位，可以完成两个或两个以上冲压工序的模具。
3 级进模 ： 具有至少两个工位的，并在压力机的完成一次行程的冲压过程中，在多个工位上完成多个冲压工序的冲模。冲压工序常见的有冲孔（圆孔、异形孔、窄缝、窄槽等）、压弯、拉深、整形、落料。由于工件形态各异，所以冲压工序和工位数都不一样。
1.1.2级进模的特点
⑴级进模是多工序模，可以完成很多道工序，如拉深、冲裁、都可以在同一模具中完成；
⑵级进模容易实现自动化；
⑶级进模的工序可以分散，可以不集中在一个工位上，因此，它的寿命比其它的模具寿命长；
⑷级进模的工位多，内部结构太复杂，制造精度要求高，周期太长，所花费的成本较高。
1.2级进模与模具技术现状
我国的工业发展比较晚，对于级进模的技术更为落后。它的精度比较高，它的结构比较复杂，加上工资的不断提高，材料的要求较高，因此，它的成本较高。以前工业发展的落后，导致了模具行业的落后。现在，虽然有了很大的发展，但是，跟发达国家相比，还是落后。现在的发展要求模具的精度和自动化要求更高，现在的模具寿命显然跟不上现在模具发展的要求。近年来，我国的模具工业有了长足的进步，但是跟美国以及一些发达国家相比，依然显得落后。模具技术先进的标志是级进模，可以从级进模的发展看到模具行业的发展。汽车不断的发展，覆盖件要求的精度更高了，设计和制造的难度大大的提升了。
1.3 未来冲压模具制造技术发展趋势
现在的汽车行业不断发展，相应的制造汽车零件的工业也得到了较快的发展，汽车的加速发展，促进了汽车模具的不断更新换代。要求产品的生产效率更快，精度要求更高，这符合级进模的生产特点。未来模具标准件将不断增多，零件的互换性将更高。模具将自动化、智能化的将模具抛光研磨，模具的发展应该向着模具产品的价格低，质量好，精度高的方向发展，模具的自动化要求将更高；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。模具应该能冲压更多的材料，使材料成为合格的产品。在未来，模具产业应该向着更智能的方向的发展。
随着软件的不断升级，对建模的速度，精度更加完美，这也是促进模具的发展。

2 产品工艺性分析及方案的确定
2.1产品材料分析、工艺性
汽车支架材料为S420MC，查文献[1] ：

图2-1 零件
其C ≤0.12%，Si ≤0.50%，抗拉强度σ b=480-620Mpa，屈服强度δS≥420Mpa，延伸率不小于16％。为细晶粒钢，它有很好的冷成型性 。
工件厚度为2.5mm ，形状较为复杂，最小圆孔直径为6.26mm，倒角半径为1mm。弯曲，拉深。要求：大批量生产，有足够的效率。
2.2工艺方案的确定
汽车外壳支架A1的主要工序有冲孔、冲裁、成形、弯曲。如果采用单工序模，工序很多，工件较小，所以采用单工序效率低，而且不利于操作；如果采用复合模，虽然效率比单工序高，但是冲压出来的强度得不到保证。如果采用级进模，效率高，能够大批量生产，正确的排样会解决强度等质量问题。因此，采用级进模生产。
3 排样图的设计和料带利用率的计算
3.1 排样的设计
工件在料带上正确合理的分布的方法称为排样。排样是否合理，直接影响到材料的成本，有效面积的利用率，还会对生产产品的质量受到影响等，因此，排样对模具来说，是很基本和最重要的工作。

图3-1 零件展开图
模具中花费成本最高的是材料的费用，而且毛坯的材料费要超过成本的一半以上，因此要正确合理的排样将会使成本降低很多，会将材料的利用率提高很多。材料的利用率就可以用来衡量经济的是否合理。一般习惯上有下面三种：

（a）有废料排样
（b）少废料排样
（c）无废料排样

图3-2 排样方法

排样的是否合理，应该是将废料是否减到最少。考虑到该工件的形状和料带的利用情况，此采用单边载体排样方式：

图3-3 工件的排样
排样共有20个工位：⑴冲导正孔；⑵切边、E区拉深；⑶、⑷、⑹、⑼、⑽、⒀、⒃、⒆冲裁轮廓；⑹拉深K区；⑸、⑺整形⑻B区折弯90°⑾F区向下折弯16°；⑿A区向下折弯90°，G区向上折弯60°⒅C区折弯90°；⒇切断。
3.2搭边的选取
（1）搭边
搭边的作用是补偿定位误差。
搭边值要合理确定。如果留有太大的搭边，将会使料带的利用率降低，增大成本。如果太小的搭边，将会使材料利用率增加，但是搭边就起不到作用了，将会使工件在加工的过程中会极有可能被拉断，成为废品。
根据汽车外壳支架 宽度和材料厚度，由文献[3] P72得到工件间的搭边值为a=14mm,在侧面的搭边为a1=11mm。
（2）料带宽度的确定
料带宽度的确定原则是：最小料带宽度一定要保证工件在加工时四周有足够多的搭边，最大条料宽度一定要保证工件在加工时不能卡在加工的过程中。所以料带宽度是否合理时一定要想到模具导料板之间有没有侧压装置。
如图3-4，没有侧压装置时，计算如下
（3-1）
上式引自文献2。
公式中 B—料带的标称宽度（mm）；
D—工件垂直于送料方向的最大尺寸（mm）；
—侧搭边（mm）；
—料带宽度的公差（mm），查表3.1[15]。
—料带与导料板之间的的间隙（mm），查表3.2[15]。

当导料板之间有侧压装置时，料带的宽度按下式计算
（3-2）
式中各符号意义同上。
导料板之间的距离：

图3-5 有侧压装置料带宽度的确定
表3.1 剪切条料宽度的公差 （mm）
条料宽度B
材 料 厚 度 t
～1
1～2
2～3
3～5
～50
50～100
100～150
150～220
220～300
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3

表3.2 料带与导料板之间的间隙 （mm）
·
条 料 厚 度
无 侧 压 装 置
有 侧 压 装 置
条 料 宽 度
≤100
>100～200
>200～300
≤100
>100
≤1
>1～5
0.5
0.5
0.5
1
1
1
5
5
8
8
表3.1、表3.2引自文献[2]P73表2-14和表2-15.
当模具有侧刃时，条料宽度按下式计算（图3-6）
（3-3）
式中 n——侧刃数；
C——侧刃冲切的料边宽度（mm），见表3.2。
其余符号意义同前。
导料板间的距离：

式中 ——冲切后料带宽度与导料板间的间隙。

图3-6 有侧刃时条料宽度的确定
表3.3 和C值 (mm)
材料厚度
C
b
～1.5
1.5
0.10
〉1.5～2.5
2.0
0.15
〉2.5～3
2.5
0.20
上表引自文献[2]P74表2-16.
进距是指工件在模具上每次前进的距离，每个进距都可以完成一个零件，也可以完成几个零件。进距是挡料销位置的重要参数。
每次完成一个零件的进距的计算公式为
3-4）
—平行于送料方向工件的宽度；
a—冲件之间的搭边值。
因为这个工件形状的特殊性，所以该工件在加工生产的过程中，送料要使用导料板，如图3-4：
条料宽度
B=[D+2（a1+Δ）+C1] 0 –Δ=[193+2(2+0.6)+1.5 ] 0 -0.6 =199.7 0 -0.6 mm
料带与导料板之间的间隙，查表3.1 得△=1mm,
料带与导板间的间隙 查表3.3 得C1=2.5mm。

3.3材料利用率的计算
一个步距的材料利用率h为
h= nA/Bh×100% (3-5)
上式引自文献[2]P67式2-21.
式中 A——冲裁件的有效面积（mm2）；
n——一个步距内冲裁件数目；
B——条料宽度（mm）；
h——进距（mm）；
冲裁件的面积A=62.18×8+（21.8-8）×12+3.14×62-3.14×1.52=769.015mm2
进距S=B+a=199+1.5=200.5mm
故一个进距内的材料利用率为:
η=nA/Bh×100%=2×769.015/194.5.5×34.5×100%=31.4.5%
如果按照下面二种方案的排列，分别计算料带的利用率为
方案1(B=43.3)：h总1=1×769.015/43.3×34.5×100%=26.8%
方案2(B=61.5)：h总2=1×769.015/61.5×34.5×100%=23.6%
经过对比，B=200mm及内冲件数目为1的方案将料带的利用率提高到31.4%。

4 主要工艺的计算
4.1冲裁力的计算
冲裁力是模具加工工件过程中工件和料带分离的力，冲裁力一般有下面四个力：冲裁力、卸料力、推件力、顶件力。冲裁力的计算非常重要，利用冲裁力，可以用它来选择合适的冲压设备，才能生产出合格的产品。

4.1.1冲裁力的计算公式
冲裁力的大小主要与工件的材料、厚度及工件的形状大小有关。因为要想到工件的加工成本和工件质量精度的要求，所以该模具决定采用平刃口的方式冲裁，冲裁力计算公式如下F（N）：
（4-1）
上式引自文献[2]P50式。
式中 L——被冲件的周长（mm）；
t——材料厚度（mm）；
τ——材料抗剪强度（MPa）；
K——系数。由经验一般取K=1.3。
材料的抗剪强度（MPa）查文献[1]P3-196表3-2-14：取σb=420 MPa
式中，σb为材料的抗拉强度。
一般情况下，材料的σb=1.3τ，故F =L t σb
工位1：冲两个导正孔 R=6.55mm
(4-2)
=863N
工位3：冲外形 测得L=264mm
=360N
工位4：冲外形 419mm
冲圆孔 R=3.13mm =20mm
=599N
工位5：冲外形 测得 =137mm
=187N
工位7：冲外形 测得 =43mm
=58.6N
工位8: 冲外形 测得 =129mm
=176N
工位9：冲外形 测得 =220mm
=300N
工位10：冲外形 测得 =243mm
=331N
工位12：冲外形 测得 =92mm
=125N
工位13：冲外形 测得 =242mm
=330N
工位14：冲外形 测得 =180mm
=245N
卸料力
推件力
顶件力
式中 F –冲裁力（N）;
，见表4.1

表4.1 卸料力、推件力和顶件力的系数
料厚（mm）

钢
≤0.1
>0.1～0.5
>0.5～2.5
>2.5～6.5
> 6.5
0.065～0.075
0.045～0.055
0.04～0.05
0.03～0.04
0.02～0.06
0.1
0.063
0.055
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
铝 铝合金
紫铜 黄铜
0.025～0.08
0.02～0.06
0.03～0.07
0.03～0.09
注：表4-1引自文献[2]。

如果采用刚性的卸料装置和模具下面出料的方式 模具的总压力为
（4-5）
如果采用弹性的卸料装置和模具下面出料的方式 模具的总压力为
（4-6）
如果采用弹性的卸料装置和模具上面出料方式 模具的总压力为
（4-7）
式（4-5）、（4-6）、（4-7）引自文献[2]P52。

因为工件厚2.5mm，工件比较厚，所以采用弹性卸料装置下面出料方式，模具总冲压力 ：

=393KN

4.2冲凸包力的计算
由下式计算
（4-8）

式中L上凸包的周长 ，K=1.3， =420MPa 由上式计算凸包冲压力为900kN
4.3弯曲力的计算
4.3.1 弯曲件工件展开的计算
⑴ R＞0.5t的工件弯曲部分展开长度的计算
（4-9 ）