毕业设计汽车零件冲压模设计.docx
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毕业设计汽车零件冲压模设计
汽车零件冲压模设计
【摘要】
本课题主要讲了汽车零件冲压模的设计。
设计内容从零件的工艺性分析进行。
首先，确定该模具的类型是冲孔、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、推件力并确定模具的压力中心、选择压力机和校核冲模的闭合高度；然后，根据计算的结果确定该模具的凸、凹模尺寸及其形状。
最后再设计出挡料销、卸料板、推件装置、卸料弹簧、导柱、导套和模柄等模具的主要零部件，从而完成整套模具的设计工作。
【关键词】:
汽车零件；冲孔；落料；复合模；弯曲模
目录
第一章绪论1
1.1课题研究背景1
1.2模具的发展与现状1
第二章工艺分析及排样2
2.1原始数据2
2.2工艺分析2
2.3冲裁工艺方案的确定2
2.4模具结构形式的确定2
2.5工艺尺寸计算3
2.5.1排样设计3
2.5.2冲裁力和校正弯曲力的计算3
2.5.3压力机的公称压力的初步确定4
第三章模具的总体结构设计5
3.1模具类型的选择5
3.2定位位方式的选择5
3.3出料装置5
3.4模具的结构特点5
3.5模具工作过程6
第四章模具零件的设计与计算7
4.1凸模凹模刃口的尺寸计算7
4.1.1加工方法的确定7
4.1.2尺寸计算7
4.2凸凹模的设计8
4.2.1凸模的结构形式及固定8
4.2.2凸模长度的确定9
4.2.3凹模结构形式设计9
4.2.4凹模结构尺寸的确定9
4.3模板的设计10
4.4模架的设计及其他零部件10
第五章压力中心的计算12
5.1计算步骤12
5.2压力中心的计算12
结论14
致谢15
参考文献16
第一章绪论
1.1课题研究背景
模具技术涉及多学科，模具作为一种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的重要标志之一。
世界上许多国家，特别发达国家都非常重视模具技术的发展，大力发展模具产业，积极采用先进的生产技术和设备，提高模具制造水平，取得了显著的经济效益。
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，美国模具行业有超过2000家企业，从业人员超过17万人，总模具输出值达到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年超过48800亿日元，在40年间增长460倍，这是日本经济迅速发展和占领国际市场的重要原因之一。
到了近代，随着世界经济的发展，模具行业是不可缺少的。
1.2模具的发展与现状
从我国的汽车模具产业近几年的发展来看，一些业内人士认为在自己的生产能力发展的同时，更要加强企业之间的联合。
国内汽车模具行业形成战略联盟，在市场上达成了共识，并已经开始各种形式的合作。
另一个显着的汽车模具产业在中国的发展特点是高新技术，快速提升技术水平，自主创新能力增强的普及应用。
目前，CAD/CAE/CAM技术已广泛应用于中国汽车模具行业，大多数企业的2D或3D模具设计可以适用于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，具有良好的冲压性能，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的冲孔结构，和一个中间弯曲工序如上图。
工件的尺寸落料按IT11级，冲孔按IT10级，弯曲无特殊精度要求。
尺寸精度一般，普通冲裁完全能满足要求。
2.3冲裁工艺方案的确定
①方案种类该工件包括落料，冲孔和折弯三个基本工序，有三种方案。
方案一：
先落料，再冲孔，最后弯曲，采用单工序模生产。
方案二：
采用落料-冲孔-弯曲同时进行的级进模生产。
方案三：
采用落料-冲孔复合模和单工序弯曲模，两套模具生产。
②方案比较各方案的特点及比较如下
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：
级进模是一种多工位，效率较高的加工方法。
但级进模轮廓尺寸较大，结构复杂，成本较高，而且该方案中的弯曲工序，初步分析难以保证，因此也被排除。
方案三：
根据此零件结构特点，采用两套模具，可以同时发挥复合模和单工序模的优点，也使得模具制造简单，加工方便。
故采用此方案。
2.4模具结构形式的确定
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的方便性，故采用倒装式复合模。
弯曲工序采用简单弯曲模，该模具的特点是结构简单，在压力机上安装及调整方便，对材料厚度的公差要求不高，制件在弯曲终了时可得到一定程度的校正，因而回弹小。
另外，制件的回弹可以通过修模来消除。
2.5工艺尺寸计算
2.5.1排样设计
（1）排样方法根据所确定的模具结构特点，不可能做到无废料排样，所以采用少废料的样排方法。
计算确定，复合模采用直排有废料排样，弯曲模无需排样。
如图2.2所示
图2.2初步排样
（2）确定搭边值查表2-15[1]，并取最佳搭边值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η=
×100％=94.8％
（5）画出排样图如图2.3所示。
图2.3排样图
2.5.2冲裁力和校正弯曲力的计算
（1）冲裁力F1
查表9-1[1]取材料Q195的抗拉强度
=500MPa
F1=L1σt
L为冲裁周长
已知
L=60+150×2+∏R=60+300+∏×30=454.2
所以F1=454.2×1.5×330=225KN
（2）推件力Fe=nkeF,Fe=49.5kN
n为同时卡在凹模洞口的的件数。
Ke为推件力系数，其数值见参考文献[2]表3-13。
（3）卸料力FS=KSF,FS=9kN
Ks为卸料力系数，其值见参考文献[2]表3-13
（4）顶件力FK=KKF,FK=13.5kN
Kk为顶件力系数，其值见参考文献[2]表3-13
（5）校正弯曲力
F=qA
5-3[1]知q=35MPa.A按水平的投影面积计算。
A=60ⅹ150+∏ⅹ302ⅹ0.5=10413
F=35ⅹ10413=364.5KN
2.5.3压力机的公称压力的初步确定
a.对于复合模
Fz=F+Fe
=225+49.5=274.5KN
根据以上计算结果，冲裁设备拟选JC23-35。
b.对于弯曲模。
由校正弯曲力，选JG23-80.
第三章模具的总体结构设计
3.1模具类型的选择
由冲压工艺分析可知，采用落料冲压复合模和弯曲单工序模，即两套模具。
3.2定位位方式的选择
a.对于复合模，因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料销，控制条料的送进步距采用弹簧弹顶的活动挡料销的方式。
b.对于弯曲模，毛坯放置在凹模的凹槽中，横向由左右两侧的槽定位，前后方向由挡料销定位。
3.3出料装置
a.对于复合模，上模采用刚性推件装置，它是在冲压结束后上模回程时，利用压力机滑块上的横梁，撞击上模内的打杆，装在模柄孔内的打杆在横梁的阻挡下下落，并通过打料板，打料杆，推下推件器将质件从凹模中推出。
下模采用弹性推件装置，即在卸料螺钉的作用下，通过卸料板进行卸料。
b.弯曲模通过下模中的一带有弹簧的顶杆卸料，顶杆在弯曲时起压料作用，可防止侧移，成型后又起出料作用。
3.4模具的结构特点
冲压落料复合模和弯曲模，如图3.1和图3.2所示。
冲孔落料复合模图3.1
V形件弯曲模图3.2
3.5模具工作过程
第一步：
将裁剪好的宽度为66mm的条料放在复合模的下模上，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：
将第一步完成的质件，放在弯曲凹模中，横向由左右两侧的槽壁定位，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；
第四章模具零件的设计与计算
4.1凸模凹模刃口的尺寸计算
4.1.1加工方法的确定
模具刃口尺寸计算方法分为两种。
a.对于冲压落料模
①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的尺寸和公差。
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的优点是凸模和凹模具有互换性，可以批量生产。
但是为了保证合理的间隙，要求加工凸模和凹模的机床精度高，加工难度大，因此凸模和凹模分开加工的方法仅适用于形状简单的冲裁模。
②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，制造好后用它的实际刃口尺寸来配做另一件，使它们之间达到最小合理间隙值。
落料时，先做凹模，以它为基准件配做凸模，保证最小的合理间隙值；冲孔时，先做凸模，以它为基准件配做凹模，保证最小的合理间隙值。
综上所述，选择凸模和凹模分开加工的方法，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的互换性。
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的方法就能满足要求。
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：
基本尺寸及分类
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。
25
D20-△
=600-0。
19
Zmin=0.15
Zmax=0.19
Zmax–Zmin
=0.19-0.15
=0.04㎜
制件精度为：
IT11级,故x依次0.75、1.
=0.016
=0.024
δd+δp
=0.04mm≧Zmax–Zmin
Dd1=149.81+0.0240
Dp=149.660-0.016
Dd2=59.81+0.0240
Dp=59.660-0.016
相应凸模尺寸按凹模尺寸配作，保证双面间隙在0.15～0.19之间
冲孔凸模
d10-△
=20+0.0840
同上
等级为IT10，x为0.75
=0.016
=0.024
dp=20.060-0.016
相应凹模尺寸按凸模刃口尺寸配作，保证双面间隙在0.15～0.19之间
Dd1=20.21
b.弯曲模尺寸计算.
弯曲件相对简单，无需特别的尺寸计算
4.2凸凹模的设计
4.2.1凸模的结构形式及固定
a.对于复合模。
本设计中采用用圆形和方形两种形式的凸模，材料选用65Mn钢，淬火硬度HRC56-60必要时表面可进行渗氮处理。
圆凸模可采用高精度外圆磨床加工，异形凸模可以采用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的一种方法，可以获得高尺寸精度、高表面加工质量[7]）。
凸模固定方式如图4.2所示：
凸模以过渡配合（K6）固紧在凸模固定板上，顶端形成台肩，以便固定，并保证在工作时不被拉出，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。
如图4.3所示。
图4.3弯曲凸模
图4.2凸模
4.2.2凸模长度的确定
a．复合模
凸模工作部分的长度应根据模具的结构来确定。
一般不宜过长，否则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，从而使冲件的质量及精度有所下降，严重时甚至会使凸模折断。
根据模具设计结构形式，
（1）冲孔凸模的长度为
L=凹模+凸模固定板+t
由此得L=66.5mm
（2）凸凹模
当采用倒装复合模时，凸凹模尺寸计算如下：
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为材料的厚度，1.5mm.h为闭模时凸凹模深入凹模的深度，取2mm.
b.弯曲模
凸模圆角半径rp。
取rp=r=2mm>rmin=0.15，满足要求。
4.2.3凹模结构形式设计
凹模是采用整体加工的，凸凹模之间的间隙值为一个料厚，凹模材料与凸模相同，选用65Mn钢，淬火硬度HRC58-62。
4.2.4凹模结构尺寸的确定
a.复合模的凹模
凹模设计应考虑的事项是关于凹模强度、制造方法及其加工精度等。
特别是凹模孔的尺寸，在实用上是和制件尺寸一起来考虑的。
它关系到制件质量的好坏，因此对其加工表面质量亦必须予以充分的考虑。
凹模的厚度和外形尺寸，对于其承受的冲裁力，必须具有不引起破损和变形的足够强度。
冲裁时，凹模承受冲裁力和水平方向的作用，由于凹模的结构形式不一，受力状态又比较复杂，特别是对于复杂形状的冲件，其凹模的强度计算就相当的复杂。
因而，在目前一般的生产实际情况下，通常都是根据冲裁件的轮廓尺寸和板料厚度、冲裁力的大小等来进行概略的估算及经验修正的[9]。
结构尺寸计算如下：
凹模壁厚凹模采用整体式，轮廓全部采用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]的第二章公式（2-24）和（2-25）计算：
故有了凹模外形尺寸
LⅹBⅹC=315ⅹ200ⅹ60.（其中L为宽度，B长度，为C为壁厚）
b.弯曲模的凹模
（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，凹模口部的圆角半径rd对于制件质量有明显的影响。
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的大小与弯曲高度和材料厚度等有关，可查表4-15[1]。
V形凹模底部可开退刀槽或圆角半径rd’,rd’=（0.6～0.8）（rp+t）=2.1～2.8,取rd’=2.8mm.
（2）凹模深度L.凹模的深度尺寸要适中，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的工作行程。
可查表4-15[1]。
L=30mm,rd=10mm.
4.3模板的设计
（a）复合模模板包括：
凸模固定板、凸凹模固定板、垫板、卸料板。
卸料板的作用、包括压料、卸料、同时还具有一定的导向作用；
凸模固定板
LⅹBⅹh=315ⅹ200ⅹ30；
上垫板
LⅹBⅹh=315ⅹ200ⅹ10；
凸凹模固定板
LⅹBⅹh=315ⅹ200ⅹ33.5；
卸料板
LⅹBⅹh=315ⅹ200ⅹ25；
（b）弯曲模模板下模板根据凹模尺寸，考虑强度要求，尺寸如下：
LⅹBⅹh=420ⅹ300ⅹ40
4.4模架的设计及其他零部件
a.复合模
模架采用后侧导柱模架，以凹模周界尺寸为依据，查第九章[7]表9-45选择模架规格如下。
上模座尺寸GB/T2855.5
LⅹBⅹh=315ⅹ200ⅹ50
下模座尺寸GB/T2855.5
LⅹBⅹh=315ⅹ200ⅹ65
导柱尺寸（GB/T2855.5）35ⅹ230
导套：
（GB/T2855.5）35ⅹ125ⅹ48
上模板H上取50mm，下模板H下取65mm,上垫板H垫取10mm，则该模具的闭合高度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为凸模的高度，66.5mm
H为凸凹模的高度，62mm；
h为凸模冲裁后进入凹模的深度，3.5mm。
可见该模具的闭合高度小于所选的压力机J23-16的最大装模高度280mm，因此结合225KN的冲裁力的计算，该压力机符合使用要求。
其技术规格如下：
[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;
封闭高度调节量60mm;
工作台尺寸（前后mm
左右mm）
380ⅹ610;
垫板尺寸（厚度mm）60；
模柄孔尺寸（直径mm
深度mm）
50ⅹ70；
第五章压力中心的计算
5.1计算步骤
多凸模和连续模的压力中心的计算，可先将复杂制件形状分成简单的直线段及圆弧段，分别计算其冲裁力即为分力，由歌分力之和求出合力。
然后任意选定直角坐标轴xy，并算出各简单图形、线段的压力中心到x和y轴的距离。
最后根据“合力对某轴之力矩等于各分力对相同轴力矩之和”的力学原理，即可求出压力中心的坐标。
此制件的冲裁力主要包括起伏冲裁力和落料冲裁力。
（1）建立平面直角坐标系XOY
（2）计算出各单一图形的压力中心到坐标轴的距离x1、x2、x3、…xn和y1、y2、y3、…yn；直线段时，其压力中心位于个直线段的中心；圆弧线段时，其压力中心的位置见图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=
其中的F1、F2、F3、…、Fn是各线段的冲裁力，各线段压力中心至坐标轴的距离分别为x1、x2、x3、…、xn和y1、y2、y3、…、yn。
5.2压力中心的计算
（1）根据排样图设计及各工位在模具上的相对位置，建立直角坐标系，各线段中心坐标根据相关公式进行计算。
如图5.2所示：
图5.2
（2）冲压件的的压力中心的计算
冲裁压力中心计算数据见下表5.3
各段
基本要素长度L/mm
各基本要素压力中心的坐标值
X
y
冲裁力F/N
备注
A
B
C
D
E
F
150
94.2
150
60
62.8
62.8
75
169
75
0
45
150
0
30
60
30
30
30
74250
46629
74250
29700
31086
31086
冲裁力计算公式F=Ltσb
σb为材料的抗拉强度，查表得σb=330MPa
t为材料厚度，t=1.5.
代入公式，计算得：
X0=
87.4Y0=
30
结论
经过了几个月的努力，在陆老师以及同学和同事的热心帮助下，我的毕业设计即将结束，基本完成了老师布置的各项任务。
本论文主要阐述了汽车冲压模的机构组成以及相关的工作原理。
在还没做毕业设计之前，我认为这只是对大学三年学习的一个总结而已。
但当真的开始做毕业设计时，才发现这是一个理论与实践相结合的过程。
在此过程中我意识到自己的知识还是有一定的缺乏的，只有在生活和工作中不断的学习、积累，才能使自己变得更充实。
通过这次毕业设计，我学到了很多东西，学会了怎样查阅资料和利用工具书，我更加深刻地认识到只有将理论与实践相结合，才会有真正的收获，才能巩固自已的所学。
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