汽车覆盖修边模件毕业设计Word文件下载.docx

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本此设计为应用三维CAD软件UG设计汽车机盖内板修边、冲孔用模具。

通过对某车型内板件进行分析，确定工艺方案。

模具的设计过程主要包括三部分：

首先对该模具主要成形零件修边镶块和冲头进行了设计；

再根据镶块及冲头的特点对主要工作部分进行设计,主要包括修边刃口的处理，气顶、定距块等标准件的选择，防过载相关零件及运输翻转机构的设计，导向机构的布置，镶块等非标准件的设计。

完成三维结构设计后，利用UG的制图功能得到二维图纸。

根据汽车覆盖件模具设计的经验和规则，在UGNX5平台上，利用NX的参数化建模、模具设计模块、标准件管理和装配，进行模具三维参数化模具设计，可以大大提高模具的设计效率。

关键词：

汽车覆盖件；

修边冲孔；

UG；

模具设计

ABSTRACT

Automotivepanelischaracterizedbycomplexshape，largestructuresize,highprecision,highsurfacequality,soitsdiedesignisthekeytechnologywhichrestrictthedevelopmentofdieindustryespeciallyautomobileindustry.

TrimmingandpunchingiscommonstampingprocessusedtoformAutomobilecoverpanel.Thisdesignistocompletethetrimming&

punchingdieforinnerhoodinUGsoftware.Processprogramisdeterminedbyanalysistheinnerhoodofonetypecar.Therearethreepartsinthediedesignprocess.Atfirstthetrimminginsertsandpunchesofthediearedesigned.Thenthemainpartsofthediearedesignedaccordingtothecharactersoftheinsertsandthepunches,includingthecuttingedgetreatment,theaircushionsselection,blockandotherstandardpartsdesign,thesafecomponentsandoverturnunitsdesign,theguideunitslayoutandothernon-standardpartsdesignetc.Atlastthestructureofthecastingisdesigned,thescrapeoutflowsystemareoptimizedandadjusted.

Bythedesignexperienceandrulesoftheautomobilepaneldies，onthebasisofNX5andparametricdesign，diedesigntooling,standardpartmanagementtoolandassemblies，the3Dparametricdiehasbeendesigned，itcangreatlyimprovetheefficiencyofdiedesignwithpractice.

KeyWords：

Coverpanel;

Trimming&

Punching;

UG;

Diedesign

1绪论

1.1我国汽车产业现状

汽车工业协会近来公布了2010年中国汽车产销统计，2010年中国汽车产销分别完成1379.10万辆和1364.48万辆，同比分别增长48%和46%。

中国以300多万辆的优势，首次超越美国，成为世界汽车产销第一大国，比原先预计的提前了5～6年，中国成为全球主要的汽车消费市场。

模具工业是汽车工业的重要支撑产业，一辆汽车约有60%的零部件是采用模具加工的，一个车型的覆盖件总数有200～300件，需要模具总数大约在600～1000副。

因此，模具设计、制造速度的效率高低，直接影响着汽车业的发展。

汽车覆盖件（简称覆盖件）是指构成汽车车身或驾驶室、覆盖发动机和底盘的异形体表面和内部的汽车零件，属于非旋转体大尺寸薄板曲面零件。

这类零件的外形尺寸大、板料相对厚度小、表面质量要求高且形状复杂。

从工艺角度上讲，板料变成一定空间形状的零件，一般要通过拉延、修边、翻边整形等几道工序，相对应的模具分为拉延模、修边模、翻边整形模等几大类。

虽然每类模具的功能不同，但结构有很大的相似性，拉延模一般由凸模、凹模、压边圈这三大部分组成，而修边模、翻边整形模一般由上模、下模、压料器三部分组成。

目前，我国汽车模具工业还不能适应整车开发和换型要求，其中一个原因是汽车模具设计与制造水平较低，制造装备落后。

为使汽车模具工业能尽快满足汽车生产发展的需要，使我国汽车工业以实力跻身于国际竞争大潮中，并取得巩固和发展，除了国家有关汽车和汽车模具产业的方针政策外，也需要汽车模具产业成员的共同努力，在汽车模具生产技术方面赶上世界先进水平。

1.2汽车覆盖件模具CAD技术的发展现状

1.2.1国内外模具CAD技术的发展现状

早在20实际60年代初期，国外一些汽车制造公司就开始了模具CAD的研究。

这一研究始于汽车车身的设计，在此基础上复杂曲面的设计方法得到了发展，各大汽车公司都先后建立了自己的CAD/CAM系统，并将其应用与模具设计与制造。

20世纪70年代以来，曲面造型与实体造型技术发展迅速。

新一代的CAD软件均是实体造型与曲面造型兼备的系统。

能适用于复杂模具的设计与制造，在模具界得到了广泛的应用。

一些模具CAD/CAM软件取代了手工设计与制造，设计方面采用人机交互进行三维图形处理、工艺分析与设计计算等工作，并最终完成二维绘图，生成零件图、材料表以及工序、定额、成本等文件。

系统还包括一些专业工具，如工艺补充面的设计、弹塑性变形的分析、回弹控制与曲面零件外形的展开等，这些部分已用于生产，部分还在研究、完善当中。

目前，我国已有许多企业采用模具CAD技术，并在计算机自动编程技术上积累了丰富的经验和掌握了一些实用技巧，使模具精度和生产率大为提高。

绘图软件正在模具行业中逐渐普及，计算机绘图正逐渐取代手工绘图。

国内的一些大中型企业（以汽车和家电行业为主），陆续从国外引进了相当数量的CAD系统，并配置了一些设计、分析等专用软件，取得了明显的经济效益。

但是由于多方面的原因，现在仍有许多企业还停留在手工设计模具的阶段，尽管有些单位已经甩掉了图版，实现了无图纸设计，其模具CAD工作的相当部分也只是用计算机画图和进行二维设计，只有极个别企业的汽车模具设计和制造能力接近国际先进水平。

因而，需要推广三维CAD系统在汽车模具行业中的应用，尽快缩小与国外的差距。

1.2.2汽车覆盖件模具CAD的特点

1、汽车覆盖件模具CAD的技术特点

一般覆盖件成型都要依次经过拉延、切边、整形、翻边和冲孔等几道工序。

第一道工序，即拉延工序中最重要的是工艺补充面的设计。

工艺补充面设计的好坏直接影响到所设计的模具能否拉出合格的零件，能否减少调试模具的时间，缩短整个模具的设计周期。

2、汽车覆盖件模具结构CAD的特点

大型模具结构一般都比较复杂，一副大型覆盖件模具上有上百个零件，模具的外形尺寸也比较大。

模具结构设计一般可分为二维设计和三维设计两种，两种设计方法各有其优缺点。

计算机二维设计，其优点是设计速度快、占用计算机内存小、对计算机硬件配置要求不高，是一种投资小、见效快的方法；

它的缺点是不直观，设计错误不易被发现，不能直接用于分析和加工。

三维设计有很多优点，如可实现参数化设计、基于特征、全相关等，使得产品再设计阶段易于修改，同时也使得并行加工成为可能。

三维设计形象、直观，设计结构是否合理是人一目了然。

同时，三维设计的自动标注尺寸减少了设计错误，但三维模具设计由于运算数据量大，目前也存在一些计算机资源要求较高等问题，需要进一步完善[1]。

1.2.3汽车覆盖件模具CAD的发展趋势

目前在模具CAD技术的发展方面存在着以下几种趋势。

模具CAD的参数化

参数化造型法是CAD技术中较先进的造型方法，也是提高CAD工作效率的有效手段。

它是针对各种冲压模具总体结构一般均具有较规范形式的特点，为各个零件的基本尺寸建立相应的参变量。

在实际的几何和拓扑的基础上建立各零件要素之间的相互关系。

当由于模具结构不同而导致模具零件尺寸发生变化时，改变有关参变量的取值，则与之相关的零件模型中的相应尺寸值亦发生变化，通过尺寸驱动处理后，自动生成大小符合实际要求的的零件。

模具CAD的智能化

冲压件模具设计的难度主要表现在设计理论的不完备性，以及只能意会而难以言传的专家经验表达和利用上。

同手工设计一样，在利用通用CAD软件进行覆盖件模具设计时，在很大程度上必须依赖于模具设计专家的干预。

为了实现模具结构设计的自动化，减少对模具设计专家的依赖性，必须开发专用的汽车覆盖件模具结构设计智能化软件，把总结出来的以往设计、制造中的成功经验应用到到模具设计中去，形成计算机中的知识库和智能库，生成专家系统，从而使CAD系统能够胜任模具设计专家的工作，设计出符合要求的汽车覆盖件模具。

模具CAD的一体化

模具CAD的一体化就是从传统的设计方式向CAD/CAE/CAM一体化方向发展，将模具的冲压工艺设计、结构设计、成形分析、数控加工程序的编制等有机的结合起来，对模具开发过程中信息的产生、转换、存储、流通进行分析和控制，以取得最佳效益。

模具CAD的专业化

模具CAD将走向更专业化的道路。

一些通用软件由于其功能繁多，专业性较差，已不能满足大型模具CAD的需要。

更好的方法是软件公司与专业模具厂密切合作，开发专用性很强的模具CAD软件。

对于国内的模具厂家来说，在引进国外先进CAD软件的基础上，利用二次开发技术，针对本部门产品的特点，开发专用模具CAD系统是一套可行的实用之路[2]。

1.3UGNX参数化设计

1.3.1UGNX简介

UGSNX是由西门子UGSPLM软件开发，它是集CAD/CAE/CAM于一体的产品生命周期管理软件。

UGSNX支持产品开发的整个过程，从概念（CAID），到设计（CAD），到分析（CAE），到制造（CAM）的完整流程。

NX将产品的生命周期阶段整合到一个终端到终端的过程中，运用并行工程工作流、上下关联设计和产品数据管理使其能运用在所有领域。

自UG19版以后，产品更名为NX。

2009年10月，西门子发布了最新版本的NX7。

1.3.2UGNX参数化设计

UGNX是基于特征的、全参数化的辅助设计软件。

它的许多特点非常适合于模具的参数化设计，如①直接建模，NX可以直接生成实体的基本体素特征，通过特征操作设计出所需要的零件，并通过直接修改参数来任意改变零件尺寸，方便、快捷；

②NX中的虚拟装配以主模型为基础，可保持几何相关性和零件的自动刷新功能，实现参数化约束零件之间的定位关系，使一些零件随着关键零件的改动而改动，实现“牵一发而动全身”的效果；

③精确的干涉检查，尺寸测量能够知道零件间的装配关系，了解设计的效果，避免实际装配中的干涉。

基于NX的全参数化建模特点，NX提供了电子表格法、表达式法和程序设计法多种参数化设计方法，它们具有简单、实用、功能强大等特点，还可以根据设计要求进行后参数化设计。

1.3.3UGNX模具设计

UGNX模具设计（DieDesign）提供了一组工具用于模具的结构设计。

模具结构的典型部件，如修边镶件、翻边镶件、废料刀等，可以通过UGNX的标准建模功能完成。

但采取这种方法，每一部件将有众多特征，难于管理和编辑。

而采用模具设计（DieDesign）功能，则可通过一个特征来进行描述。

模具的结构部件具有相关性，当参数或产品零件模型发生更改后，模具结构部件将相应进行更新。

如图1-1所示为冲模设计（DieDesign）工具条。

图1-1冲模设计工具条

1.4模具3D设计流程

1.4.1设计思路

按照功能要求的不同，汽车覆盖件模具可分为拉延模、修冲模和翻边模，故可以建立这三种模具的产品系列，即拉延模系列、修冲模系列、翻边模系列等。

这些模具结构具有一定相似性，将模具结构再进行详细分析，划分成若干层的若干个功能模块，这些模块都能进行三维尺寸参数驱动，并具有灵活性、可变换性和可组合性。

每个模块都由产品决定的模具基本参数驱动，模块内部用各种关系式进行驱动，形成参数化模板。

1.4.2设计流程

详细设计流程见图1-2

图1-2三维模具设计流程

模具零件可分为标准件与非标准件。

标准件在市场上可以直接进行采购，企业可以建立常用标准件库，设计时直接进行调用。

标准件主要有模架、导向件、定位件、弹性元件、斜楔结构等；

非标准件又可分为成型零件与非成型零件（结构件），成型零件的特征有成型特征与非成型特征之分，成型特征可以使用NX模具设计工具直接进行建模。

模块造型完毕需要进行装配。

UGNX为建模提供了强大而有效的装配功能，为了完美地实现参数化模板的目标，模块之间的装配定位应当使用约束定位（Mte），而且应当尽可能地使用WAW技术，WAVE技术的突出特点是它的相关拷贝功能。

在压形模板的设计中，上模基座就是通过下模基座WAVE生成，秉着求同存异的原则，上模基座除导腿外，与下模基座相同，所以建立上模基座时，应用WAVE技术，将下模基座的草图抽取过来。

这样设计工作不仅简便，而且避免了大量的参数关联，然后装配上相应的标淮件。

模具的基本结构形状已经具备，必用的标淮件已经装入，结合特定的用户要求，只需作很小的改动就可以成为一套真正可以应用于实际生产的模具。

2制件的工艺分析及修边冲孔模具设计计算

2.1制件的工艺分析

工件的工艺性是指工件对冲压加工工艺的适应性，它是从冲压加工角度对产品设计提出的工艺要求。

工艺分析就是要判断产品在技术上能否保质、保量地稳定生产，在经济上是否有效益。

因此，冲压工艺就是对产品的冲压工艺方案进行技术和经济的可行性分析。

良好的工艺性体现在材料消耗少，工序数目少，模具结构简单而寿命长，产品质量稳定，操作简单方便。

图2-1为汽车机盖内板零件图，该工序的任务是修剪掉拉延工序的补充部分和压料面多余材料并冲裁出六个异形孔。

该件关于Y轴方向对称，有利于简化模具结构，但关于X轴方向不对称，在冲裁时会产生一定的侧向力。

六个异形孔占的面积较大，并且孔与孔之间的距离较小，所以起吊装置和受力筋的布置受到一定的限制。

图2-2为修边冲孔工艺指示线。

图2-1机盖内板主视图

图2-2修边、冲孔工艺示意图

2.2修边、冲孔模具特点及参数

2.2.1修边、冲孔模具构造

修边冲孔模具主要包括以下几个部分：

上模基体、下模基体、上模压料芯、下模镶块、修边镶块及冲头，如图2-3所示。

图2-3修边冲孔

①——上模基体②——上模压料芯③——修边镶块④——冲头⑤——下模镶块

⑥——下模基体

2.2.2模具工作运动方式

在进行修边、冲孔工序中，冲压必须要在板料在压紧的状态下进行，在冲压工作完成后，板料要有顶起装置顶起，便于取出工件，为下一次冲压桌准备，所以修边冲孔模具的冲压过程可以分为五个阶段[3]：

准备阶段

在准备阶段模具的状态如图2-4所示

图2-4初始状态

在准备阶段，模具处于开模的最高点，此时模具处于静止状态，放入要冲压的工件，同时定位该工件。

压紧工件板料的压紧是指在修边冲孔工作前，通过压料芯下移，将定位好的零件固定，避免在工作中由于受力而导致制件相对模具的位移，同时，防止在修边冲孔时，在修边线和孔附近产生变形，模具状态如图2-5所示。

图2-5工件的压紧

工件的修边及冲孔模具状态如图2-6所示。

图2-6修边及冲孔

在修边冲孔时，压料芯仍处于压紧状态，上模座继续下移，则安装在上模座上的修边镶块和冲头随上模座一起下移，完成对工件的修边冲孔。

被修剪的废料将通过滑料板流出模具体外，落入料坑。

完成冲压动作，上模座升起，模具状态如图2-7所示。

图2-7上模座升起

在修边冲孔的动作完成后，上模座升起，同时安装在上模座上的修边镶块和冲头一块升起。

当达到一定的距离后，在限位螺钉的作用下压料芯也随模座升起。

压料芯和工件分离，压料力消失。

工件的顶起模具状态如图2-8所示

图2-8工件的顶起

为了便于取出工件，在上模座上升到开模的最高点时，顶料装置把工件顶起，如图2-8所示。

把工件取出，同时放入下一个工件，为下一次动作做准备。

顶料装置一般为氮气缸和弹性橡胶，本设计采用氮气缸顶出。

至此，本工件的修边冲孔动作全部完成。

2.2.3参数计算

1、冲裁力的计算

P=Ltσbs（N）

P：

冲裁力（N）

L：

冲裁轮廓长度（mm）

t：

板厚（mm）

σb：

抗拉强度

s:

修边安全系数=1.3

通过UGNX的测量，冲裁轮廓长度为3530.161mm，该制件的材料为DC04，其屈服强度为210MPa,该件的厚度为0.7mm。

P=3530.161×

0.7×

210×

1.3=674613.76N

2、退料力Ps

退料力依据板厚、形状的不同而变化，一般为冲裁力的4-20%，如间隙为板厚的10%以下时，退料力将增大。

P为冲裁力：

t≤2mm：

退料力Ps=0.05P（形状简单）；

Ps=0.06P（形状复杂）

t=2～4.5mm：

退料力Ps=0.07P（形状简单）；

Ps=0.08P（形状复杂）

t≥4.6mm：

退料力Ps=（0.10-0.20）P；

该制件形状相简单，所以Ps=0.05P=0.05×

674613.76=337306.88N

3、卸料力

卸料力因料厚、形状等的不同而各异，一般取冲裁力的2～6%。

（常取5%）

2.3本次设计介绍

本次毕业设计的汽车机盖内板零件模型形状和机构简单，但包含的工序内容较多，有拉延、修边、冲孔、翻边、整形等，本课题主要针对修边、冲孔设计一套模具。

覆盖件修边模就是特殊的冲裁模，修边模适用于将拉延模工艺补充部分和压料面多余材料切掉的模具。

覆盖件修边模就是特殊的冲裁模，与一般冲孔、落料模的主要区别是：

所要修边的冲压件形状复杂，模具分离刃口所在的位置可能是任意的空间曲面。

冲压件通常存在不同程度的弹性变形，分离过程通常存在较大的侧向冲裁力等。

因此，进行模具设计时，在工艺上和模具结构上应考虑冲压方向、制件定位、模具导正、废料的排除、工件的取出、侧向力的平衡等问题。

覆盖件修边模可分为垂直修边模、斜楔修边模和垂直斜楔修边模。

垂直修边模的修边方向与压力机滑块运动方向一致，是覆盖件修边模最常用的形式，应尽量采用。

斜楔修边模的修边镶块作水平或倾斜方向运动，有一套将压力机滑块运动方向转变成刃口镶块沿修边方向运动的斜楔机构，所以结构较复杂。

垂直斜楔修边模的一些修边镶块作垂直方向运动，另一些修边镶块作水平或倾斜方向运动，该修边模用于同一模具上需要垂直修边和斜楔修边的情况，模具结构复杂。

本次毕业设计为垂直修边模。

本课题主要的任务是：

根据现有设备和国家和企业标准进行汽车模具的设计及计算。

理解汽车零件模具的工艺安排，更具自动化设备工作情况进行汽车零件模具的设计，并且能够完整、独立设计出该模具。

通过对模具的设计来巩固UGNX软件的应用和专业知识的运用。

通过模具总体结构设计、行程和操作高的确定、导向形式、定位方法、安全装置、顶出装置、排料系统、压力控制和特殊工作机构及零件的设计，完成本课题的设计工作。

本课题的基本要求是：

模具操作方便、安全可靠，便于加工、调试、装配及运输。

模具应该保证生产出的零件能够达到图纸所要求的形状、尺寸、精度要求，以及相关零件的装配关系与装配要求，利于废料的排出。

模具零件的平均使用寿命及可调性好，能够满足冲压成产的批量，对薄弱零件的可调和调换方便，间接延长模具的使用寿命。

模具结构设计时要考虑到加工性能及计量减小加工面积和加工机床。

模具的主要尺寸参数如表2-1。

表2-1模具尺寸参数

模具的闭合高度

1050mm

模具的操作高度

730mm

模具的长度

2600mm

模具的宽度

1750mm

上下模座的安全平台宽度

150mm

3主要工作部分的设计要点

3.1修边镶块的设计要点

3.1.1镶件分块的原则

①小圆弧部分单独作为一块,接合面距切点5～10mm。

大圆弧、长直线可以分成几块，接合面与刃口垂直,并且不宜过长，一般取12～15mm.；

②凸模上和凹模上的接合面应错开5～10mm,以免产生毛剌；

③易磨损比较薄弱的局部刃口，应单独做成一块，以便于更换；

如图3-1凸模的局部镶块用于转角、易磨损和易损坏的部位，凹模的局部镶块装在转角和修边线带有突出和凹槽的地方。

各镶块在模座组装好后，再进行仿形加工，以保证修边形状和刃口间隙的配做要求。

图3-1修边镶块位置图

3.1.2修边镶块的类型及选用

在修边镶块的选用上，主要是根据工作对象的材料属性来决定的，镶块分为两种一种为铸件镶块，另外一种为锻件镶块，优先选用以铸造形式制造毛胚的铸件镶块，因为该镶块的制造和加工成本较低。

但是对材料为超高强度钢板的制件进行修边时，铸件镶块则不适用，因为铸件镶块与锻件镶块相比其强度和硬度等力学性能均比锻件镶块要差，在对超高强度钢板制件进行修边时，制件镶块的磨损较快，使用寿命大大的缩短，当板料的材料的强度和硬度过高时，如果用铸件镶块进行修边时，很容易出现“崩刃”的现象[4]。

相对铸件镶块而言，通过锻造工艺处理后的材料的力学性能要比铸件镶块好，在实际工程中，常常用于超高强度钢板的修边，因为，锻件镶块的材料成本要比铸件镶块的高，在生产制造的过程中，锻件镶块的材料利用率比铸件镶块低，而且加工量大，起制造成本也有所怎能加。

本毕业设计制件的材料为DC04，在汽车制件材料中的材料性能为一般，属于中等高强度材料使用铸件镶块能够满足要求。

考虑经济性的因素，选用铸件镶块为该序模具的镶块类型。

3.1.3工作方式的选择

在修边中，不能保证修边时修边镶块的修边方向与制件的修边线处的法线一致，不可避免的会产生一