汽车覆盖件模具设计论文.docx

1、汽车覆盖件模具设计论文1 绪论1.1 我国汽车覆盖件模具的发展现状 目前，我国汽车销售量正以每年26%的速度增长，而汽车零部件的规模比整车还大，这些零部件90%都靠模具生产，大大推动了国内模具业的发展。由于汽车覆盖件模具市场需求旺盛，因此许多企业近年来都加大了技术改造力度，原来行业中公认的四大模具厂（一汽模具制造、东风汽车模具、天津汽车模具、四川成飞集成科技股份）都已具备了生产大中型汽车覆盖件模具200万左右工时的能力，模具年产值都超过1亿元，有的还超过了2亿元。国外汽车业发展已经有100多年的历史了 ，我国汽车业虽然说也经历了5O年的发展但是真正开始进行自主研发应该是近十年的事情。自主研发能

2、力，就是要把汽车模具的制造水平提升上来，关键在于CAE/CAD（计算机辅助分析、计算机辅助工程设计）技术的应用。国外一些著名的汽车公司很早就自行开发CAE/CAD软件，可以说CAE/CAD技术的应用水平已经成为评价一个国家汽车工业水平的重要指标。现在，上述技术在全国模具行业中已经是遍地开花。大部分模具制造企业已能够运用CAE分析软件进行冲压工艺成形性分析、运用CAD设计软件进行二维或三维模具设计并数控加工。尽管如此，在应用CAE技术进行冲压工艺分析方面我们与国外同行还存在较大差距。1.2国外汽车覆盖件模具设计技术现状 在欧洲，各大汽车生产公司都有一套自己的模具设计标准库（例如奔驰、奥迪、宝马、

3、大众、福特等）。所以欧洲的汽车覆盖件模具设计部门，必须依据以上的标准规范来完成制件的设计。我们所做的这套模具并不是依据课本书籍等资料设计的，而是依据奥迪汽车生产公司的标准库来设计的，完全符合国际标准。具有现实加工的意义。1.3 CATIA在汽车覆盖件模具设计中的应用 在C A D设计方面，国内模具行业发展很快，特别是一些大企业如一汽模具制造，2003年初开始尝试CATIA平台的三维实体设计，2004年上半年在解放换代货车项目中全面开始三维实体设计，至今已实现直接利用三维实体模型进行数控编程加工。CATIA是汽车工业的事实标准，是欧洲，北美和亚洲顶尖汽车制造商所用的核心系统。在汽车行业使用的所有

4、商用CAD/CAM软件中，CATIA已占到了60%以上。CATIA在造型风格，车身及引擎设计等具有独特的长处，为各种车辆的设计和制造提供了全方位的解决方案。CATIA涉及产品、加工和人三个关键领域。CATIA的可伸缩性和并行工程能力可显著缩短产品上市时间。1.4本次模具设计的主要任务本课题设计内容是：利用CATIA软件，完成托架模具第四工序OP40（包括整型、修边、冲孔）的三维设计。设计时，采用大众公司的标准件库，以及3D模型树均按照大众标准设计。所采用的设备是2500KN单动压力机。一、左右座架侧壁上支撑板图如下图所示。 图1-1 左右座架侧壁上支撑板零件图1.5本次模具设计的基本要求第一、

5、模具结构设计应合理，在运行时不能产生干涉。第二、在满足基本本工序基本要求的前提下，尽量减少模具重量，减少模具成本。第三、模具零部件应根据客户提供的标准设计，以便于客户对模具的制造加工。第四、CATIA模型树应根据客户要求设计。2 模具设计工艺准备2.1制件的工艺分析工艺总纲：通过几道工序安排，把钢板坯料冲压成合格的制件成品。一般包括：拉延、修边、冲孔、翻边、整形几大工序。工艺总纲包括我们进行模具设计的工序安排及压力机的相关参数。工艺总纲中压力机的选择也是至关重要的。常用压力机有1500KN、2500KN等。压力机选的过大，成本增加；压力机选的过小，不能满足使用要求。压力机的选择依据为制件片体的

6、大小。汽车覆盖件因其形状复杂、表面质量要求高、刚性要求高、外形尺寸大等特点使其成为板材加工领域中最难成形的零件。汽车覆盖件冲压成形工序主要包括：落料、拉延、修边、冲孔、整形、翻边等。此OP40工序图主要包括修边、冲孔、整形，为复合模具设计。如图2-1左右座架侧壁上支撑板OP40工序图： 图2-1左右座架侧壁上支撑板OP40工序图2.2 制件的主要参数表2-1 制件主要参数材料型号H 320 LAD板料厚度0.8mm尺寸规格320mmx210mmx117mm拉延深度117mm拉延系数2/1制件编号A204 636 69_70 31制件的以上参数由工艺分析人员给定，在ppt文件MP_制件名称_OP

7、ERACIONES中。2.3模具的主要尺寸参数表2-2 模具尺寸参数闭合高度1300mm长度2500mm宽度1500mm操做高度820mm顶件行程50mm取件高度870mm运输高度1000mm说明：模具取件高度（870mm）=操做高度（820mm）+顶件高度(50mm)。模具运输高度（1000mm）=模具取件高度（870mm）+制件拉延深度（117mm）+10mm。2.4 压力机结构的确定每个制件的汽车模具成功与否，最主要的是能否得到合格的冲压件。本毕业设计只针对OP40工序模具的设计，也就是修边、冲孔、整形复合模的设计。 压力机有两种结构形式：单动拉延和双动拉延。 单动拉延：凹模在上并向下运

8、动,压边圈在下，随凹模运动，凸模在下不动，为单动拉延。 双动拉延：凹模在下不动。压边圈在上，先压料。凸模在上并向下运动,为双动拉延。一般我们首选单动拉延模，因为相对双动拉延模其结构更简单，而且很重要的一点是各企业双动拉延机应用较少。但当制件形状复杂、拉延深度较大时就必须采用双动结构。这是由于以下因素：（1）单动压力机的压紧力不够，一般有气垫的单动压力机其压紧力等于压力机压力的20%25%，而双动压力机的外滑块压紧力为内滑块压力65%70%。（2）单动压力机的压紧力只能整个调节，而双动压力机的外滑块压力可用调节螺母调节外滑块四角的高低，使外滑块成倾斜状，调节模压料面上各部位的压料力，控制压料面上

9、材料的流动。（3）此制件拉延形状不是十分复杂。并且通过估算此制件需要的压边圈压力在100吨以内，而普通单动压机的气垫压紧力能够满足。综合上述条件，此套模具采用单动拉延结构。2.5工艺参数计算2.5.1 工序OP20拉延成型力的计算压力机规格的选择主要看制件拉延力的大小，在德国的汽车生产公司大多应用CAE软件Autoform进行拉延力模拟。因此，我在本次设计中用Autoform对该板料进行CAE分析，分析结果如图2-2，根据拉延成型力图可估算得出其拉延成形力F为11000KN,即1100T。根据公式2-5-1，计算拉延成型力为：F=1.2F=1.211000=13200(KN) （2-5-1）其

10、中：F-最终所需的成型力 1.2-为拉延成型安全系数 F-Autoform分析的成型力因此，本制件所需拉延成型力为13200KN，即1320T。图2-2 拉延成型力图2.5.2 工序OP30修边冲孔力计算根据公式2-5-2，计算修边冲孔力： F = LBRmS （2-5-2） =28930.8790001.3/1000000 =2376.70KN其中：L-修边、冲孔线的长度总和 B-板料的厚度 Rm-单位面积变形所需力 S-修边安全系数=1.3修边线的长度总和计算:L=418+104+287+185+508+230+104+418+287+88+88+88+88=2893 mm单位面积变形所需

11、力:Rm=790000KN/ m2（本制件材料为H 300 LAD）。所以，本制件所需的修边力为2376.70KN，即237.67 T。2.5.3 工序OP40整形力、翻边力计算根据公式2-5-3，计算整形力、翻边力： F = 2/3LBRm （2-5-3） =2/311120.879000/1000000 =467KN其中：L-整形线、翻边线的长度总和 B-板料的厚度 Rm-单位面积变形所需力 S-修边安全系数=1.3整形线、翻边线的长度总和计算:L=346mm+346mm+420mm=1112mm。单位面积变形所需力:Rm=790000KN/ m2（本制件材料为H 300 LAD）。因此，

12、本制件所需整形力、翻边力为467KN，即46.7T。2.5.4 工序OP50正修正冲+侧修侧冲的力的计算（1）根据公式2-5-4，计算正修正冲力： F = LBRmS （2-5-4） =9330.8790001.3/1000000 =76.64T其中：L-修边、冲孔线的长度总和 B-板料的厚度 Rm-单位面积变形所需力 S-修边安全系数=1.3对于H 300 LAD材料，单位面积变形所需力为790000KN/ m2=79000T/m2通过Catia软件测量得正修边线的长度总和为：L= 123+ 123+ 31+ 31+ 41+ 41+ 80+ 100+ 68+ 69+ 103+ 122= 93

13、3 mm（2）根据公式2-5-5，计算侧冲侧修力： F = LBRmSK （2-5-5） =699.6850.8790001.31.31/1000000 =75.30681668 T其中：L-侧修边、侧冲孔线的长度总和 B-板料的厚度 Rm-单位面积变形所需力 S-修边安全系数=1.3 K-侧冲侧修修正系数通过Catia软件测量得侧修边线的长度总和为：L= 349+ 260+ 50+ 41 =700 mm。K值公式计算： 滑块下置时:K = 1/cos(-) ；滑块上置时:K = 1/cos(-)此套模具选用滑块下置的侧冲机构，所以：K = 1/cos(-)=1/cos(55-15) =1.3

14、12.5.5 侧翻边力的计算根据公式2-5-6，计算侧冲翻边力： F =2/3LBRmK （2-5-6） =2/36090.8790001.31/1000000 =50.39 T其中：L-侧翻边线的长度总和 B-板料的厚度 Rm-单位面积变形所需力 S-修边安全系数=1.3 K-侧冲侧修修正系数侧翻边线的长度总和计算:L=350+ 260=609 mm。单位面积变形所需力:Rm=790000KN/ m2（本制件材料为H 300 LAD）。因此，本制件所需侧翻边力为503.9KN，即50.39T。2.6 模具设计规范 2.6.1 模具CATIA模型树的建立 模型树的建立个个客户都有自己的标准，所

15、以我们这套模具模型树是由奥迪公司提供给我们的。模型树制定的标准如图2-3，依据39D_944。模型树分为三大部分：第一部分，包括工艺线面，机床。 第二部分，上模全部。 第三部分，下模全部。图2-3 CATIA模型树标准下面详细讲解模具的模型树。第一：模具各部分的名称必须用德文。第二：工艺文件中，包括工件坐标系的建立。包括OP10到OP60模具坐标系，每工序大体有六个坐标系。第三：运输工件的三种载体。包括吸盘机、械手、方形铁板三种形式，其中吸盘运输方式最快，方形铁板形式成本最低。2.6.2 模具颜色的标准模具各部分的颜色根据加工方式和加工精度的不同，都用不同的颜色予以区分，色板是由客户提供的，如

16、下图2-4。图2-4 颜色标准2.6.3 模具全局坐标系的建立模具全局坐标系共有五个：制件坐标系（ap_axis）；下模座坐标系（ut_axis）；凸模坐标系（st_axis）；上模座坐标系（ot_axis）；压料芯坐标系（nh_axis）。其中制件坐标系是固定的，其它四个坐标系均以它为基准建立。3 整形冲孔复合模具结构设计3.1 模具结构设计的主要步骤第一步，设计凸模。第二步，设计压料芯。第三步，设计下模座。第四步，设计上模座。 其中，每一步骤都分为三个部分：第一部分，设计铸体部分。第二部分，设计标准件部分。第三部分，设计构造件部分。 在设计的过程中，我感觉有两点最为重要。第一点：模具排料方

17、式。第二点：压料芯桥的设计。这两点如果有一点设计不当，就会导致很大反工。模具排料方式有两种：第一种，左右两侧排料；第二种，前后排料。压料芯桥的设计最主要的是不能设计的太小，太小往往不能满足要求。3.2 凸模的设计3.2.1 凸模铸体部分的设计（1）用分模线和型面裁出凸模的形状。（2）确定刃口高度: 压料面为二维曲面时高度一般为40MM。 压料面为三维曲面时高度一般为50MM。（3）做出受力筋50MM，如图3-1所示。图3-1 凸模筋厚3.2.2 凸模标准件部分的设计（1）确定送料制件定位方式 制件多用定位健定位，但制件过长则采用定位板定位。 定位健尽量保证300mm均布。 定位键应该比制件高出

18、20mm，如下图3-2，根据要求选定位键长度为150mm，标准39D_995。（注：不考虑制件顶起高度。）图3-2 定位键（2）确定起吊螺栓的个数及大小 为保证起吊时的平衡，起吊螺栓的个数一般取4个。 通过CATIA软件中测量得，凸模重量为390Kg,查下表3-1选M12螺栓即可。表3-1 起吊螺栓（3）确定凸模安放柱的个数及大小 为防止凸模放置时顶件气缸受到损害，必须用4个支撑柱把凸模安放好。 凸模安放柱直径60mm,长度根据气缸地面高度而定，标准39D_951。（4）确定顶件装置用挡键规格 为防止顶件装置超出制件顶起高度，必须用键限制顶件装置的行程。 挡键高度比顶件高度大2mm，标准39D

19、_995。3.2.3 凸模构造件部分的设计（1）顶件装置的设计 顶件装置一般为两个独立的方形构造件，标准39D_995。 顶件装置的上下运动力由气缸提供。 顶件力必须均匀分布在制件片体四周，使制件受到平衡的上顶力，不使制件 被顶的变形。（2）冲套镶块的设计 冲套镶块一般有两个固定螺栓、两个定位销和一个防转键，标准39V_1290。 冲套镶块便于冲套的更换和冲套位置的调整。 冲套垫板厚度大于8mm,图3-3 所示。图3-3 冲套镶块3.3 压料芯的设计3.3.1 压料芯铸体部分的设计压料芯主要是起压料作用。在模具工作过程时，板料被压料芯的压料面与凸模的压料面压紧。（1）用分模线和型面裁出压料芯型

20、面的形状。（2）压料芯型面刃口高度如图3-4， N5值为50MM，标准39D_885。 （3）做出受力筋，如下图N2值为40MM,标准39D_885。图3-4 压料芯筋厚3.3.2 压料芯标准件部分的设计（1）上顶杆位置的布置 保证气顶均布在分模线外侧并尽量接近分模线。 尽量保证压料芯受力平衡。 上顶杆数量=压边力/单个气顶所受力（3T-4T）+安全个数（0-4）。（2）调整垫块布置 至少均匀安放4个调压垫，保证压料芯平衡如图3-5，标准39V_1162。 当压料芯很大时，尽量保证400MM均布。 除保持平衡的垫块，尽量让调压垫靠近分模线。图3-5 调整垫块（5）确定压料芯起重棒的个数及大小

21、为保证起吊时的平衡，起重棒的个数一般取4个。 通过CATIA软件中测量得，凸模重量为620Kg,查表图3-6，选d1=40mm,标准39V_1213。图3-6 起重棒(4)确定压料芯用导套的个数及规格 为保证压料芯的运动平衡，导套的个数一般取4个。 根据压料芯大小，查下图3-7，选导套直径63mm即可,一般选d1=40、50、63mm,标准39D_860。图3-7 导套说明：导向件主要类型有三种（导板；导柱；导板+导柱）。导板导向的定位精度较低，一般为0.1mm-0.15 mm，但可承受的侧向力较大，在拉延模中应用较多；导柱定位精度可达0.08 mm以内，适用于模具要求导向精度要求比较高的模具

22、；在汽车模具上一般不单独使用导柱、导套（落料模除外），很多时候要求与导板结合使用，成为复合导向。（5）确定弹性限位螺栓的个数及大小 为保证压料芯受力平衡，弹性限位螺栓一般取4个。 通过CATIA软件中测量得，压料芯重量为620Kg,则弹性限位螺栓负重为6200N,查下图3-8选d1=16mm,标准39D_650。图3-8 弹性限位螺栓（6）确定侧销的个数及大小 为保证压料芯受力平衡，侧销一般取4个。 通过CATIA软件中测量得，压料芯重量为620Kg,查下图3-9，选d1=40mm,标准39D_854。图3-9 侧销3.4 上模座的设计3.4.1 上模座铸体部分的设计（1）筋的结构。如下图3-

23、10，第一不能有十字筋；第二不能有局部过厚；第三不能有尖角。总之，要保证筋的截面厚度均匀，避免出现铸造缺陷。 图3-10 筋的结构（2）筋厚。如下图3-11，上模镶块支撑板厚B1值为60mm,模具底板厚B2及B5值为50mm,模具外围周圈支撑筋厚B3值为50mm，其余辅助支撑筋B4值为40mm，标准39D_885。图3-11 上模座筋厚（3）加工基准孔。加工基准孔直径10mm，深25mm。加工基准孔共4个，分别在上模座X、Y轴线上各2个。并且它们距模具中心的距离必须为5mm的倍数，如下图3-12。加工基准孔图3-12 加工基准孔（4）压板槽。左右两侧压板槽为模具调试时固定用，压板槽中心线距模具

24、中心线距离为225mm、525mm,825mm；前后两侧压板槽为模具安装时固定用，压板槽中心线距模具中心线距离为225mm、525mm。压板槽尺寸参考标准39d_601,如下图3-13。图3-13 压板槽（5）导腿。导腿宽度至少占整体宽度的1/6，最好能做到1/4左右。导腿应放在模具的左右两侧。（6）上模座定位销。上模座通常用两个40mm定位销。在上模座长度方向，它们的位置必须是距模座中心线200mm的整倍数；在上模座宽度方向，它们的位置必须是距模座中心线50mm、75mm、100mm、150mm、200mm处。如下图3-14，标准39d_603。图3-14 上模座定位销（7）吊耳。为保证上模

25、座起吊时受力平衡，吊耳一般取4个。通过CATIA软件中测量得，上模部分总重量为5372Kg,查下图3-15，选d2=52mm,d4=62mm,标准39D_867mm。吊耳位置在模具的前后两侧。图3-15 吊耳3.4.2 上模座标准件部分的设计（1）确定导柱的个数及大小 为保证上模座与下模座的运动平衡，导柱的个数一般取4个。 根据模具大小，查下图3-16，一般选d1=80mm、100mm、125mm,此模具选d1=100mm即可，标准39D_862。 导柱导向长度=导柱预先刃入量（60mm）+导板预先刃入量（60mm）+压料芯行程（40mm）+上下模座间距（60mm）=220mm,L1=导柱导向

26、长度(220mm)+L4(125mm）=345mm,如下表3-7，为了安全起见我们选L1=355mm,标准39D_863。图3-16 导柱（2）确定导板的个数及大小 为保证上模座与下模座的运动平衡，导板必须安装在X、Y轴两方向，导板的个数一般取8个，X、Y轴两方向各4个。 根据模具大小，查下表一般选b1=100mm、125mm,此模具选d1=100mm即可,标准39D_863。 导板导向面长度=导板预先刃入量（60mm）+压料芯行程（40mm）=100mm,如下图3-17，为了安全起见我们选L1=160mm,标准39D_863。图3-17 导板(3)冲头的设计 为防止冲头工作的时候转动，我们必

27、须给冲头加上防转销。 冲头长度一般选90mm,刃口长度为19mm,查下图3-18， 标准39D_966。 冲头的安装，用冲头固定块安装在上模座上。图3-18 冲头3.4.3 上模座构造件部分的设计(1)修边镶块的设计 修边镶块分为锻造件和铸造件两种，锻造修边镶块不常用，只有制件钢板的强度很大时才采用。由于铸件修边镶块成本低，强度一般能达到要求，所以我们选用铸件的形式，标准39v_1300。 如下图3-19，铸件修边镶块的高与宽比为：1/1.5。铸件修边镶块的宽最小80mm,铸件修边镶块的高最小55mm。图3-19 铸件镶块 设计模具时，修边镶块的刃入量为7mm，如下图3-20，标准39v_13

28、00。图3-20 修边镶块的刃入量 修边镶块安装台边缘线相对于修边镶块边缘线向里让位5mm，如下图3-21所示。图3-21 修边镶块安装台让位 铸件修边镶块常用螺栓为M16或M12，如标准DIN912。定位销用D12mm。螺栓孔中心线距离定位销孔中心线最小为25mm；螺栓孔中心线和定位销孔中心线距离修边镶块边缘最小为20mm。(2)整形镶块的设计 整形镶块形面必须比制件整形面大10mm；整形镶块最低高度50mm；整形镶块底面及侧面必须有6mm的调整板;整形镶块常用螺栓为M16。如下图3-22，标准39d_982。图3-22 整形镶块3.5 下模座的设计 3.5.1 下模座铸体部分的设计（1）筋厚。如下图3-23，下模镶块支撑板厚U1值为60mm,模具底板厚U3值为50mm,模具外围周圈支撑筋厚U3值为50mm，其余辅助支撑筋U4值为30mm，标准39D_885。其次，辅助支撑筋之间的间距为400mm左右。图3-23 下模座筋厚（2）筋的结构。第一不能有十字筋；第二不能有局部过厚；第三不能有尖角。总之，要保证筋的截面厚度均匀，避免出现铸造缺陷。（3）压板槽。左右两侧压板槽为模具调试时固定用，压板槽中心线距模具中