丰田车身外部加强板汽车课程方案设计冲压模具方案设计.docx
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丰田车身外部加强板汽车课程方案设计冲压模具方案设计
第1章前言。
………………………………………………………3
第2章冲压件工艺性分析…………………………………4
2.1冲压件工艺分析。
………………………………………………5
2.2冲压件工艺方案的确定…………………………………………5
2.3级进模的设计流程………………………………………………6
第3章主要工艺参数计算
3.1主要问题及技术要求……………………………………………8
3.2确定工序的合并与工序顺序……………………………………9
3.3冲压零件的排样方法……………………………………………10
3.4相关尺寸计算……………………………………………………11
3.4.1材料的利用率……………………………………………………11
3.4.2冲压力与压力中心，初选压力机………………………………12
3.4.3整形力的计算……………………………………………………13
3.4.4凸模的长度……………………………………………………14
3.4.5冲裁模的间隙确定………………………………………………14
3.4.6计算凸凹模刃口尺寸及公差……………………………………14
第4章模具总体设计
4.1凸模、凹模的结构设计………………………………………15
4.2落料凹模的主要技术要求………………………………………16
4.2.1定位零件的设计……………………………………………16
4.2.2卸料装置的设计………………………………………………17
4.2.3行程限位的设计……………………………………………18
4.3模架的设计……………………………………………19
4.4导向零件的设计………………………………………………20
第5章结论………………………………………………20
第6章参考文献……………………………………………21
总装图……………………………………………22
第一章前言
模具工业可称之为「工业产品之母」，因为除了传统工业产品需借助「模具」，才能快速精确、或自动的生产外，目前的高科技产品也不例外。
我国模具标准化工作起步较晚，模具标准件生产、销售、推广和应用工作也比较落后，因此，模具标准件品种规格少、供应不及时、配套性差等问题长期存在，从而使模具标准件使用覆盖率一直较低。
近年来虽然由于外资企业的介入，比例已有较大提高，但总的来说还很低。
据初步估计，目前这一比例大致为40％～45％之间。
而国际上一般在70％以上，其中中小模具在80％以上。
由于我国模具企业的性质和所在的地区不同，模具标准件使用覆盖率存在很大差异。
三资企业要比其他企业高，南方的企业要比北方的企业高。
这在广东表现得最明显。
广东集中了大量的三资企业，他们带动了其他企业观念的转变和市场的发展，因而广东模具企业的模具标准件使用覆盖率要远远高于其他地区。
国民经济的高速发展对模具工业提出了愈来愈高的要求，促使模具技术迅速发展，作为生产各种工业产品和民用产品的重要工艺装备，模具已发展成为一门产业。
20世纪80年代以来，中国模具工业的发展十分迅速。
近20年来，产值以每年15%左右的迅速增长。
2000年我国模具工业总产值已达280亿元人民币。
在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其他各类模具约占11%。
在冷冲模具方面，代表当代模具技术水平的汽车覆盖件模具，我国东风汽车公司模具厂、第一汽车厂模具中心等都能制造。
他们在CAD/CAM/CAE的运用、加工工艺手段、冲压件质量及模具性能方面，均以达到或接近国际先进水平。
多工位连续模和多功能模具是我国重点发展的精密、高效模具品种。
目前，国内以可制造具有自动冲切、叠压、铆合、计数、分组、转子铁心扭斜和安全保护等功能的铁心精密自动叠压多功能模具。
生产电动机定、转子双回转叠片的硬质合金连续模的步距精度可大2μm，寿命达到1亿次以上。
用于生产集成电路引线匡架的20-30工位生产电子枪零件的硬质合金连续模和生产空调器散热片的连续模也已达到较高的水平。
模具工业是国民经济的基础工业，是高技术行业。
模具设计与制造技术水品的高低，是衡量一个国际产品制造水平高低的重要标志之一。
国外把模具称为“进入富裕社会的原动力”、“金属加工中的帝王”。
我国模具工业发展十分迅速，平均每年持续增长14%左右。
综上所述，模具技术是先进制造技术的重要代表，模具工业是高新技术产业的一个重要组成部分，模具工业又是高新技术产业化的重要领域。
第二章冲压件工艺性分析
产品名称：
外部加强板
生产批量：
大批量生产
材料：
SPCD270D
材料厚度：
1.2mm
1、冲压件工艺性分析
此工件共有压型、冲孔、落料三个工序。
材料为SPCD270D，具有良好的冲压性能，适合冲裁。
工件结构相对简单，有两个φ9mm的孔，孔与孔、孔与边缘之间的距离也满足要求，最小壁厚为3．5mm，压型程度比较小，相对比较简单。
工件的尺寸全部为自由公差，可看作IT12级，尺寸精度一般，普通冲裁完全能满足要求。
2、冲压工艺方案的确定
该工件包括压型、冲孔、落料三个工序，可有以下三种工艺方案：
方案一：
先落料，后压型，再冲孔。
采用单工序模生产。
方案二：
落料-冲孔-压型复合冲压。
采用复合模生产。
方案三：
压型-冲孔-落料级进冲压。
采用级进模生产。
三类方案的优缺点比较：
单工序模
复合模
级进模
结构
简单
较复杂
复杂
成本、周期
小、短
小、短
高、长
制造精度
低
较高
高
材料利用率
高
高
低
生产效率
低
低
高
维修
不方便
不方便
方便
产品精度
高
高
低
品质
低
低
高
安全性
不安全
不安全
安全
自动化
易于自动化
冲床性能要求
低
低
高
应用
小批量生产
大、中型零件的冲压试制
大批量生产
内外形精度要求高
大批量生产
中、小零件冲压
方案一模具结构简单，但需三道工序三副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产要求。
方案二只需一副模具，工件的精度及生产效率都较高，但工件最小壁厚3．5mm接近凸凹模许用最小壁厚3．2mm，模具强度较差，制造难度大，并且冲压后成品件留在模具上，在清理模具上的物料时会影响冲压速度，操作不方便。
方案三也只需一副模具，生产效率高，操作方便，工件精度也能满足要求。
通过对上述三种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案三为佳。
3、级进模设计流程。
级进模设计也是一个系统，其流程如下图所示。
具体可以分为四个阶段：
工艺设计、排样、概要设计、结构设计、零件设计。
1）工艺设计:
即是对产品零件所包括的成形工序逐一进行分析，以确定产品零件的加工工艺方案。
工艺设计前应充分了解产品零件的要求及实际的生产条件。
2）排样与概要设计以工艺设计可行为前提，具体确定级进模加工产品零件时的工序方案和模具的基本结构形式，初步给出模具的估价和制造周期，确定是否继续开展模具详细的设计和制造。
3）结构设计和零件设计就是为级进模正式投入生产而具体地开展的设计，在这一阶段部分模具零件的加工也将同期展开。
结构设计与零件设计的结果是模具装配图、需加工的模具零件的工程图。
下图表示级进模设计流程：
第三章主要工艺参数计算
1、主要问题及技术要求
冲裁件，具有材料薄、形状复杂、多为空间曲面、结构尺寸大和表面质量高等特点。
在覆盖件冲压工艺、冲模设计和冲模制造工艺上也具有独自的特点，因此对覆盖件及其冲模须作为一类特殊的问题来研究。
冲裁件表面不允许波纹、皱纹、凹痕、边缘拉痕、擦伤以及其他破坏表面完美的缺陷。
覆盖件上的装饰棱线、装饰盘条要求清晰、平滑、左右对称以及过渡均匀。
覆盖件之间的装饰棱线衔接处应吻合，不允许参差不齐。
表面上一些微小缺陷都会在涂漆后引起光的漫反射而损坏外观。
基本内容是利用垂直冲裁技术完成整形、冲孔、落料的工序，保证图中所示的尺寸正确。
完成此零件的相关配件的设计和各个配件的绘图任务，最后完成该零件的模具的设计。
由零件图可见，该冲压件外形简单，精度要求不高，可通过较少的工序冲裁。
影响冲裁件的工艺性的因素很多，从技术和经济两个方面来考虑，主要有以下几个方面：
1、冲裁件的公差等级和断面粗糙度
1）普通冲裁件由外形尺寸的经济性公差等级一般不高于IT11级，落料件公差等级底于IT10级，冲孔件最好底于IT9级。
2）冲裁件的断面粗糙度与材料塑性、材料厚度、冲裁间隙、刃口锐钝以及冲模结构有关。
当冲裁厚度为2mm以下的金属板料时，其断面粗糙度Ra一般可达12.5～3.2μm.
2、冲裁件结构形状与尺寸
1）冲裁件的形状应力求简单的规则，使排样时废料最少。
2）冲裁件内、外形的转角处要尽量避免尖角，应以圆弧过渡，减少热处理时开裂现象，减少冲裁时尖角处的崩刃和过快磨损。
如无特殊要求，在各直线或曲线的连接处允许有R﹥0.25t的圆角过渡。
3）冲裁件形状应尽量避免有过长的凸出悬臂和过窄的凹槽。
对于软钢、黄铜等材料，其宽度b≥1.5t；高碳钢或合金钢等硬材料b≥2t,板料厚度小于1mm时按1mm考虑。
4）为避免工件变形，冲裁件的最小孔边距不能过小。
5）在弯曲件或拉深件上冲孔时，孔边与直壁之间应保持一定的距离，以免冲孔时凸模受水平推力而折断。
6）冲孔时因受凸模强度的限制，孔的尺寸不应太小。
该套模具有六个部分组成
1第一部分是工作零件即凹模，凸模，凹模垫板它们是完成板料冲裁分离的最重要最直接的零件。
它们的形状尺寸决定了零件的形状尺寸。
2第二部分是卸料零件即卸料板，卸料板是将材料或工序件从凸模上卸脱的固定式或活动式板形零件，在这套模中压料板替代了卸料板。
3第三部分是定位零件即导正销，它的作用是保证条料送进时有正确的位置。
4第四部分导向零件即导柱、导套，它的作用是保证冲裁时的间隙均匀，从而提高零件的精度和模具的寿命。
5第五部分是基础零件即上模座、下模座、固定板、固定垫板。
它们的作用是固定凸模和凹模，并与压力机的滑块和工作台相连。
6第六部分是紧固零件即内六角螺钉和圆柱销。
它们的作用是把相关的零件固定或连接起来。
3、冲裁模的工作过程
直接或间接固定在上模座的零件组成模具的上模，并利用压板固定在冲床的工作台上，上模与下模通过导柱、导套导向。
工作时条料靠着挡料送进定位，当上模随滑块下降时，卸料板先压住板料。
接着凸模在板料上按照凹模的工序，依次完成冲裁。
当一次冲裁结束，送料器会自动向前送料，进入下一个工序。
所有的工序完成，会在最后一步利用废料刀把废料切除。
2.确定工序的合并与工序顺序.
①模具为级进模.
②工序的顺序为:
整型、冲孔→冲孔→落料→切断
第一序压型并冲定位销孔
第二序用定位销孔定位冲制件孔
第三序落料
第四序用废料刀切断废料
3.冲压零件的排样方法：
查表2.11得最小搭边值a=3.0mm，a1=2.0mm，由于中间有整形，因此选用经济实际值。
排样的方法：
冲裁件在板料上的布置叫排样。
（1）无废料.
（2）少废料.
（3）多废料.
4.相关尺寸计算：
1.材料的利用率
条料宽度为
B=Dmax+2A=150.6+2×4.7=160mm
Dmax---产品最大直径.
A----搭边值.
步距为:
H=112.0mm
冲裁件面积为15590.4
，一个步距内的胚料面积为17920
因此，材料利用率为
2冲压力与压力中心，初选压力机
a.冲裁力：
根据零件图可算出零件的周长，L=468.2274mm
又τ
=412Mpa.t=1.2,取k=1.3则
F=KLtτ
=1.3×468.2274×1.2×412=300939.11N
式中F—冲裁力（N）；
L—冲件周边长度（mm）；
t—材料厚度（mm）；
τ
—材料的抗剪强度（MPa）；
K—考虑模具间隙的不均匀、刃口的磨损、材料力学性能与厚度的波动等因素引入的修正系数，一般取K=1.3。
b.卸料力：
卸下包在凸模上材料所需要的力一般叫做卸料力。
查书《冲压模具及设备》中表4-22。
表4-22卸料力、推件力及顶件力的系数
冲件材料
KX
KT
KD
SPC270D
0.04～0.05
0.05
0.06
则k
=0.04
F
=k
F=0.04×300939.11=12037.564N
c.推料力：
顺着冲裁方向推出卡在凹模里的废料所需要的力一般叫推料力。
FT=nkTF
FT—推料力.
KT—推料力系数.
n—卡在凹模里废料或产品的个数。
FT=nkTF=1×0.05×300939.11=15046.955N
总冲压力：
F
=F+F
+F
=300939.11+12037.564+15046.955
=328023.62N
≈328KN
应选取的压力机公称压力为：
P≥（1.1-1.3）F
=（1.1～1.3）×328
=360.8kN～370.64kN
式中P—压力机的公称压力；
F
—冲裁时的总压力。
型号
公称压力/kN
滑块行程/mm
滑块行程次数/次.
min-1
最大封闭高度/mm
封闭高度调节量/mm
工作台厚度/mm
立柱距离/mm
工作台尺寸/mm
外形尺寸/mm
滑块底面尺寸/mm
模柄孔尺寸/mm
电动机
前后
左右
前后
左右
高度
前后
左右
直径
深度
型号
功率
JM36-110T
1100
180
35-65
400
90
130
1750
680
1650
2250
2370
3500
580
1360
60
70
Y2-880L-6
460
因此根据《冲压模具及设备》中表3-5选取压力机JM36-110T
d压力中心
本模具中压力中心可忽略不计原因：
1）模具所选用压力机相对模具是比较大的，因此压力中心可忽略不计
2）制件的压力中心是压型的几何中心，而压型的几何中心上下、左右几乎重合，因此压力中心可忽略不计
3.整形力：
整形力是第一序当中整形所需的力
P=1.15σb×t×（U×COSθ）×（1＋20﹪）
=1.15×195×1.2×（235×COSθ）×（1＋20﹪）
=1.15×195×1.2×203×（1＋20﹪）
=54766N×（1＋20﹪）
≈55KN×（1＋20﹪）
=66KN
式中σb—抗拉强度
U——整形件周边中性长度
COSθ—整形角度
T——材料厚度
4.凸模的长度：
L=H1+H2+H3+A’
L—凸模的长度。
H1—固定板的厚度。
H2—卸料垫板的厚度。
H3—卸料板的厚度。
A’—冲头进入凹模的尺寸。
L=30+8+46.7+4.1=88.8mm
根据数据采用标准件MISUMI（冲头）P69SJAL-C13-90-P9.1
5.冲裁模的间隙确定
a.凸模的双面间隙。
双面间隙取料厚的10％1.2×10％=0.12mm
6.计算凸凹模刃口尺寸及公差:
由于材料薄,故凸凹模采用分开加工为宜。
又根据排样图可知，选用凹模为制造基准件，故不论冲孔，落料，只计算凹模刃口尺寸，及公差，并将计算值标注在凹模图样上，各凸模仅按凹模各对应尺寸标注其基本尺寸，根据书《冲压模具及设备》中表4-9查得，并注明按凹模实际刃口尺寸配双面间隙0.12。
表4-9冲裁模初始双面间隙Z
（一）（mm）
材料厚度
钢w=0.08%～0.2%
Zmin
Zmax
1.0
0.10
0.13
1.2
0.12
0.16
………………
※落料凹模
（1）落料凹模刃口尺寸，按磨损情况分类计算：
a.凹模磨损后增大的尺寸，按公式计算
式中：
X=0.5
制造公差：
δ凹=0.06,δ凸=0.04
间隙值:
Zmin=0.12,Zmax=0.16
Amax—落料件的极限尺寸；
△—落料件的公差；
X—磨损系数。
（2）冲孔凹模刃口尺寸，按公式
计算
式中
dd1—冲孔凸、凹模刃口尺寸（mm）；
dmin—冲孔凸、凹模最小极限尺寸（mm）；
△—冲孔件的公差（mm）
Zmin—最小合理间隙（mm）
第四章模具总体设计
1、凸模、凹模的结构设计
冲模的工作零件（包括凸模、凹模及凸凹模）又称成型零件，是完成冲裁工序的关键零件。
（1）、凸模设计
凸模又称冲头，是冲模的关键零件之一，凸模又可分为刃口和固定部分。
凸模的尺寸根据刃口尺寸、卸料装置和安装固定要求确定，凸模的材料选用SKD11,工作部分热处理淬硬60～62HRC。
冲孔凸模的设计与凸凹模基本相同。
一般情况下冲孔凸模直径的强度均能满足要求，因此无需对凸模进行强度及刚度校核。
本模具有两种凸模1）冲孔凸模根据模具结构采用标准的冲头MISUMI（冲头）P69
SJAL-C13-90-P9.1SJAL-C13-80-P10.1
2）落料凸模根据零件图采用线切割
★凸模固定板
简称固定板，用于固定凸模，固定板的厚度可取凹模厚度的0.6-0.8倍。
固定板材料一般用Q235-A、45#钢。
固定凸模用的型孔与凸模固定部分相适应。
型孔位置应与凹模型孔位置协调一致。
凸模通常是压入凸模固定板中，其配合为H7/m6。
模具中采用标准的冲头固定块MISUMI（固定块）P777DPAR13
（2）、凹模设计
凹模设计，凹模采用挂台将镶嵌在凹模板上的镶件固定。
凹模材料可与凸模相同或优于凸模，淬火硬度可与凸模相同或略高于凸模，如可取60-62HRC,具体硬度值要根据凹模所选用的材料和凸模的作用而定。
凹模刃口要锋利，强度要大，表面粗躁度要小（一般为Ra=0.8um—0.4um），外轮廓棱角要倒钝。
表9-3冲模工作零件的材料选用及热处理要求
类别
模具名称
使用条件
推荐使用钢号
代用钢号
工作硬度/HRC
冲裁模
轻型冲裁模（料厚<2mm）
正常
SKD11
SKD11
60～62（凹模）
…………………………….
2、落料凹模的主要技术要求
落料凹模的型孔轴线与顶面应保持垂直，凹模的底面与顶面应保持平行。
为了提高模具寿命与冲裁精度，凹模的底面和型孔的孔壁应光滑，表面粗糙度Ra=0.8-0.4
m。
1、定位零件的设计
冲模的定位零件用以控制原料的正确送进，以及各个毛坯的正确位置。
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来定步距。
而第一件的冲压位置因为条料有一定的余量，可以靠操作工人目测来确定。
①条料在冲模中的定位分为纵向定位和横向定位。
纵向定位：
是确定条料在冲模中的送进的步距，有挡料销、导正钉或侧刃等元件完成。
横向定位：
是保持条料正确的送进方向，由导料尺、或卸料板等元件完成的。
②送料方式采用自动送料
2、卸料装置的设计
卸料装置的形式较多，它包括固定卸料板、活动卸料板、弹压卸料板和废料切刀等几种。
卸料板除了把板料从凹模上卸下外，有时也起压料或为凹模导向的作用。
因此，在大批量生产用的模具上。
要用淬硬的卸料板。
根据模具冲裁的运动特点,该模具采用弹性卸料方式比较方便。
弹性卸料装置一般由卸料板、弹性元件（弹簧或聚氨酯）和卸料螺栓组成。
常用于冲裁厚度小于1.5mm的板料。
卸料板与凸模之间的单边间隙取（0.01-0.015），这里选用0.01作为间隙。
固定方式为利用螺钉穿过凸凹模垫板和凸凹模固定板，连接在上模座上，利用矩形螺旋弹簧做弹性元件。
（1）选用矩形螺旋弹簧作弹性卸料装置：
因模具结构的因素，选用11个弹簧。
则每个弹簧所承受的预紧力为：
式中FY—每个弹簧所承受的预紧力；
FX—卸料力
根据弹簧所受预紧力选用标准件MISUMI（螺旋弹簧）P986
SWF18-30SWM40-50
3.行程限位的设置
限位件主要分为弹性限位和刚性限位，以及运动件的限位。
本模具采用刚性限位装置。
刚性限位装置与弹性限位比较具有以下特点：
a能安全地保护模具
b使用周期长
c所承受的力量比较高
1）整套模具的限位。
整套模具的限位是指当整套模具到位后冲压制件已完成，为了不损伤模具而采用的一种保护措施。
这种装置主要有：
行程限位块。
、
2）运动件的限位
本模具中采用卸料螺钉限位，其方便之处在于：
拆装模具比较方便
3、模架的设计
模架是由上、下模座、导向装置组成。
模架是整副模具的估价，模具的全部零件都固定在它上面，并且承受冲压过程中的全部载荷。
模架的上模座与压力机滑块相连，下模座用螺钉压板固定在压力工作台上面。
上、下模之间靠模架的导向装置来保持其精确位置，以引导凸模的运动，保证冲裁过程中间隙均匀。
模架都已经列入标准，设计模具时，会从标准中选出。
根据模具要求模架采用ss41
1）对模架的基本要求
（一）、要有足够的强度和刚度
（二）、要有足够的精度（如上、下模座要平行，导柱、导套中心要与上、下模座垂直，模柄要与上模座垂直等）
（三）、上、下模之间的导向要精确（导向件之间的间隙要很小，上、下模之间的移动应平稳和无滞住现象）
4、导向零件
※导柱与导套的选择
MISUMI（独立导柱组件）P740N-MYZP32-140
精确的导向是保证模具正常生产的前提条件，为了提高连续模工作的精度和稳定性本模具采用自润滑型独立式导柱组。
自润滑型独立式导柱组的特点
A自润滑式导柱组使旧产品的导柱座部分和导柱部分成为一体。
B与旧产品相比，提高了强度与高度。
C导柱部分的用于限位块安装的螺纹孔是按标准进行加工的：
D具有很高的互换性
第五章结论
经过一个多月的毕业设计，做下来有许多的深刻体会，当然，也有不少的收获，通过查参考资料、标准、结合学习期间所学到的理论知识，以及教科书、所查资料中的例题等方法进行计算，终于把本次的毕业设计顺利完成。
本模具采用压型、冲孔、落料的工序完成冲裁，设计比较简单重点在于模具中大部分零件都采用了标准件，整套模具的综合性能较好，精度相对被冲裁件而言一般，这样在能保证被冲裁件的精度，也保证了模具整体加工的简单。
实用性能很通俗，符合普通冲裁模具设计的惯例。
第六章参考文献
《冷冲模设计》丁松聚机械工业出版社
《冷冲压模具设计指导》王芳机械工业出版社
《冲压工艺与模具设计》侯义馨兵器工业出版社
《实用模具设计手册》陈锡栋主编机械工业出版社
《模具制造工艺》黄毅宏，李明辉主编机械工业出版社
《冲压工艺与模具设计》姜奎华机械工业出版社
《冲压工艺与模具设计》马正元韩启主机械工业出版社
《冲模设计手册》冲模设计手册编写组机械工业出版社
《模具标准应用手册》许发樾机械工业出版社
《实用模具设计制造手册》许发樾主编机械工业出版社
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
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