汽车某支架冲压工艺及模具设计.doc

汽车某支架冲压工艺及模具设计.doc

《汽车某支架冲压工艺及模具设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车某支架冲压工艺及模具设计.doc（50页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

重庆理工大学毕业论文汽车某支架冲压工艺及模具设计

编号

毕业设计（论文）

题目汽车某支架

冲压工艺及模具设计

二级学院材料科学与工程学院

专业材料成型及控制工程

班级109090102

学生姓名学号

指导教师彭成允职称教授

时间2013.5.24～2013.5.27

重庆理工大学毕业论文汽车某支架冲压工艺及模具设计

目录

摘要…………………………………………………………………………………1

Abstract………………………………………………………………………………2

1绪论…………………………………………………………………………………3

1.1冲压模具发展……………………………………………………………………3

1.2冲压工艺方面……………………………………………………………………4

2冲压工艺分析及工艺方案的确定…………………………………………………6

2.1设计题目…………………………………………………………………………6

2.2零件的工艺分析…………………………………………………………………7

2.3最佳工艺方案…………………………………………………………………7

3.落料冲孔复合模的计算与设计……………………………………………………8

3.1毛坯的尺寸计算…………………………………………………………………8

3.2排样设计…………………………………………………………………………9

3.3冲压力的计算……………………………………………………………………10

3.4压力中心的计算…………………………………………………………………11

3.5工作零件的尺寸计算……………………………………………………………12

3.6冲压设备的选择…………………………………………………………………14

3.7落料冲孔复合模的主要零部件的设计…………………………………………15

4成形模的计算和设计……………………………………………………………22

4.1成形模的冲压力的计算………………………………………………………22

4.2压力中心的计算………………………………………………………………23

4.3工作零件的设计和确定………………………………………………………24

4.4成形的冲压设备的选取………………………………………………………25

4.5模具零件的结构尺寸…………………………………………………………25

5翻边冲孔模的计算与设计………………………………………………………28

5.1翻边冲孔冲压力的计算………………………………………………………28

5.2压力中心的计算………………………………………………………………29

5.3工作零件的设计和确定………………………………………………………30

5.4冲压设备的选择………………………………………………………………33

5.5模具主要零件的结构尺寸……………………………………………………33

6弯曲模的计算与设计……………………………………………………………38

6.1弯曲模冲压力的计算………………………………………………………38

6.2模具工作零件的计算与设计…………………………………………………39

6.3冲压设备的选择………………………………………………………………41

6.4模具主要零件的设计和确定…………………………………………………42

结束语………………………………………………………………………………45

参考文献……………………………………………………………………………46

-3-

摘要

冲压工艺及模具设计既是冲压生产准备工作的基础，又是组织正式冲压生产的依据。

冲压工艺及模具设计水平标志着冲压工艺的先进性、合理性及经济性，它在很大程度上反映了工厂的生产技术水平。

生产实践证明，合理的冲压工艺方案和模具结构，不仅为稳定产品质量、降低冲压成本提供了技术保证，而且也为冲压成产的组织与管理创造了有利的条件。

反之，冲压工艺及模具设计的任何失误，都会给冲压生产带来不应有的损失，甚至造成人身、设备事故。

本文主要阐述汽车某支架的冲压工艺及其模具设计。

根据设计工艺要求，确定设计的大体思路。

通过对产品零件的工艺分析，确定最佳工艺方案。

由于工件相对比较复杂，主要经过冲裁落料、冲孔、成形、翻边和弯曲等工序。

产品的成形工艺难点主要有异形坯料的冲裁，成形时工件和翻边时的起皱和破裂，弯曲时的定位和回弹等等。

关键词：

冲压工艺模具设计支架

Abstract

Sheetmetalformingtechnologyandmolddesignisnotonlythefoundationofpreparationworkinstampingproduction,butalsothebasisoforganizingformalstampingproduction.Thelevelofstampingprocessandmolddesignmarkstheadvancement,reliabilityandeconomicsofstampingprocess,anditreflectsthefactories’productiontechnologylevel.Productionpracticeprovesthatthereasonablestampingprocessschemeanddiestructure,notonlyprovidestechnicalassurancetostabilizetheproductqualityandreducethecostofstamping,butalsohavecreatedfavorableconditionsforstampingintoproductionorganizationandmanagement.Conversely,anyerrorofstampingtechnologyanddiedesign,willbringunduelossestotheproductionofstamping,andevencausehumaninjuryandequipmentdamage.

Thisarticlemailyexpoundsthestampingprocessandmolddesignofacarbracket.Accodingtothedesignprocessrequirements,determinethegeneraldesignthought.Throughtheanalysisofprocessofpruductparts,determinethebestprocesssolution.Duetotheworkpieceisrelativelycomplax,shouldbethroughtheblanking,punchingforming,flangingandbendingect.Therethemaindifficultiesofproductinformingaretheblakingofunusalshapedblank,theworkpiecewrinkleandruptureinformingandflanging,aswellasthepruduct’slocationproblemandspringbackinbending,ect.

Keywords:

stampingprocessmolddesignbracket

1绪论

1.1冲压模具方面

1.1.1模具在现代工业中的作用

模具是用来成形各种工业产品的一种重要工艺设备，是机械制造工业成形毛坯或零件的一种手段。

它在现代工业生产中具有重要作用，用模具成形产品的工艺应用非常广泛，可实现少、无切削的加工，具有优质、高产、低消耗和低成本等特点，因此应用范围很广。

现代工业产品的发展和技术水平的提高，在很大程度上取决于模具工业的发展水平，因此模具工业对国民经济和社会的发展将会起越来越大的作用。

模具工业的薄弱将严重影响工业产品造型的变化和新产品的开发。

模具水平的高地和模具质量的好坏，对产品的精度、余量、生产率、成本及先进设备的利用率起决定性作用。

1.1.2模具工业的现状

近年来，我国的模具生产发展速度较快，已能满足国内对中、低档模具100%的需求，少量模具已开始向日本、美国、新加坡、泰国等地出口。

模具工业逐渐发展成为国民经济的基础工业。

虽然国内模具工业近十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大差距。

主要表现在精密加工设备在模具加工设备中的比重较低，CAD/CAE/CAM技术的普及率不高，许多先进的模具技术应用不够广发，。

据统计，我国目前的模具生产只能满足需要的60%，其余需要完全通过进口。

我国模具中、长期的科技发展战略是以国内市场为导向，以开发精密、大型、长寿命成套模具为重点，减少进口，促进出口。

发展模具基础技术，如数控加工、快速制模、特种加工等；发展高技术，如CAD/CAM、加工中心等；加速模具新结构、新工艺、新材料的研究，提高精度和寿命；发展模具成套加工精密设备。

1.1.3模具工业和技术的发展趋势

模具工业的发展和现代工业的发展紧密相联的。

随着机械、电子、轻工、国防等工业生产的不断发展，特别是电子工业和汽车工业的飞速发展，对模具的需求量与日俱增，给模具工业带来了广阔的前景，同时也带来了新的挑战。

模具技术的发展趋势有：

1）模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展；

2）模具制造向精密、高效、复合和多功能方向发展；

3）快速经济制模技术得到应用；

4）特种加工技术有了进一步的发展；

5）高速铣削加工将得到更广泛的应用；

6）模具高速扫描及数字化系统将在逆向工程中发挥更大的作用；

7）超精加工和复合加工将得到发展；

8）模具标准化程度将不断提高，发展专业化成产；

9）模具材料及表面处理技术发展迅速。

1.2冲压工艺方面

在常温下，利用安装在冲床上的模具对板材施加压力，使其分离或成形，从而获得一定形状和尺寸的产品，这种加工方法称为冲压（又称冷冲压）。

板材、冲压、模具和冲床是冲压加工的三个必备要素，称为冲压三要素。

1.2.1冲压加工的特点

与其他加工方法相比，冲压加工有以下优点：

1）材料利用率高，操作方便，生产效率高，生产成本低。

2）产品质量好，尺寸稳定，精度较高，互换性好。

3）特别适用于大批量生产。

但是，冲压加工也存在以下缺点：

1）模具制造周期较长、成本较大。

2）冲压加工产生的振动大、噪声大。

3）在单件小批量生产中应用受限制。

1.2.2冲压工序的分类

由于冲压件的形状特点、尺寸大小、精度要求及生产批量等各不相同，所用的冲压工序也是种类繁多。

冲压工序的分类方法如下：

1）按照变形性质分类

A.分离工序：

切断、冲孔、落料、切边、切舌和剖切等。

B.成形工序：

弯曲、拉深和局部变形等。

2）按照基本变形方式分类

A.冲裁：

普通冲裁、精密冲裁。

B.弯曲

C.拉深

D.局部变形

3）按照工序组合方式分类

A.简答冲压工序

B.复合冲压工序

C.连续冲压工序

1.2.3冲压工艺和模具设计

1）冲压工艺设计

冲压工艺设计是指针对给定的产品图，考虑产品的生产批量，现有冲压设备、模具制造条件及技术水平等因素，从冲压工艺分析入手，经过必要的冲压工艺计算，合理制定出冲压工艺方案，并以冲压展开图、冲压工序图等形式表达。

冲压工艺设计的几本要求如下：

A.遵循材料的变形规律，保证冲出合格的产品。

B.经济合理，安全高效。

C.符合具体的生产条件，便于冲压生产的组织与管理。

2）冲压模具设计

冲压模具设计是指根据已有的冲压工艺方案，考虑产品的定位、卸料、出件及模具的制造、使用、维修等问题，构思符合现有生产条件的模具结构，合理确定相关尺寸，并以模具装配图、模具零件图、模具开发备料单、五金零件需求表等形式表达。

冲压模具设计的几本要求如下：

A.模具结构合理、动作灵活，保证冲出合格的产品。

B.模具结构简单，制造、维修方便，成本合理。

C.模具操作方便、安全可靠、寿命合理。

D.符合具体的生产条件，满足客户的特殊要求。

2冲压工艺分析及工艺方案的确定

2.1设计题目

图1所示工件，材料为08钢，厚度为1.2mm，大批量生产。

对支架零件进行冲压工艺分析研究，找到产品的成形工艺的难点所在，并在工艺方案上提供相应的解决措施。

结合生产实际，对支架零件进行冲压工艺设计和全套模具设计，以生产能用为目标。

零件名称：

汽车支架零件生产批量：

大批量

材料：

08钢t=1.2mm

图2-1汽车支架零件CAD平面图

图2-2汽车支架零件UG三维图

2.2零件的工艺分析

该零件是对称的，属于异形件，分析零件的成形工艺，主要经过的工序有落料、冲孔、成形、翻边、弯曲等工序。

由于工件的边缘精度要求不是很高，不需要切边和修边工序，所以落料的时候，可以一次性冲裁出坯料的外形。

零件两侧异形孔中间的凸起部分的成形，必须在冲出异形孔后再进行压弯或成形，并且其上的矩形孔也只能同时冲出或者后冲制，否则矩形孔可能会发生变形和位置不能得到保证。

中间的加强筋和两边的凸包，在为弯曲前是同一方向凸起，所以可以同时进行冲压。

零件最后进行弯曲，这一工序需单独完成，制成要求的形状和尺寸。

2.3最佳工艺方案的确定

由前面分析可知，零件所需的成形工艺有落料、冲孔、成形、翻边、弯曲。

现在将所有可能的方案列举如下：

方案一：

单工序模，落料、冲圆孔和异形孔、成形、冲矩形孔、翻边、弯曲。

方案二：

落料和冲圆孔、异形孔复合，成形、冲矩形孔和翻边复合，弯曲。

方案三：

落料和冲圆孔、异形孔复合，成形，冲矩形孔和翻边复合，弯曲。

方案四：

连续模。

方案一是由单工序模组成，此方案模具制造简单，维修方便，但是工序过多，生产效率低，制造成本高。

方案二采用复合模，生产效率较高，成本也较低，但是模具结构复杂，维修比较麻烦。

方案三和方案二一样采用复合模，生产效率也较高，成本也较低，但是和单工序模结合，使得模具制造比较和维修比较方便。

方案四采用连续模，生产效率更高，但是本工件的尺寸比较大，用连续模的话，模具会比较大，占地大，且维修不那么方便。

通过以上方案的分析比较，方案三比较优越，所以确定为最佳工艺方案，并采用方案三进行模具设计。

3落料冲孔复合模的计算与设计

3.1毛坯的尺寸计算

3.1.1工件展开

把工件的弯曲部分和翻边部分进行展开，就可以得到坯料外形，按有圆角半径的弯曲展开，方法如下：

图3-1有圆角半径的弯曲

圆角部分的展开长度等于对应的中性层的长度，式子3-1，即

式中——各圆角部分的展开长度（mm）；

——弯曲度（°）；

r——弯曲半径（mm）；

x——中性层位移系数，与相对弯曲半径r/t、弯曲方式等因素有关，见表3-1；

t——材料厚度（mm）

表3-1中性层位移系数x

r/t

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

1

1.2

x

0.21

0.22

0.23

0.24

0.25

0.26

0.28

0.3

0.32

0.33

r/t

1.3

1.5

2

2.5

3

4

5

6

7

≥8

x

0.34

0.36

0.38

0.39

0.4

0.42

0.44

0.46

0.48

0.5

由式子3-1和表3-1可以计算工件的弯曲部分和翻边部分，得到坯料的外形尺寸见图3-2所示：

图3-2坯料的外形尺寸

由于工件在落料之后没有大的变形影响外形尺寸，所以落料时的形状和大小为展开时的外形尺寸。

3.2排样设计

毛坯的外轮廓最大尺寸为249.9×168.51mm，尺寸比较大，考虑到送料等问题，采用单排形式进行排样，如图3-3所示。

查参考文献[1]表2.25，查出侧面废料宽度为a=2.5mm，工件间的间隙b=3mm。

则有：

条料的宽度为B=249.9+2a=254.9mm

步距为S=168.51+b=171.51mm

图3-3排样图

一个步距内的材料利用率为

×%100≈62.56%

3.3冲压力的计算

3.3.1冲裁力计算

经计算：

落料冲裁的总长L=1718.3mm

冲裁力

式中P——冲裁力（N）；

L——冲裁总长度（mm）；

t——料厚（mm）；

——材料的抗拉强度（Mpa），查表得330～450Mpa。

则有P=1718.3×1.2×450N=927882N≈927.9kN。

3.3.2卸料力、顶件力

采用上取件的方式进行落料

卸料力

顶件力

以上查参考文献表[1]2.32，所以总的冲压力为

927.9+46.4+55.7=1030kN

3.4压力中心的计算

冲裁力合力的作用点称为冲模的压力中心。

在进行冲模设计时，必须使模具的压力中心与压力机滑块中心重合，否则冲压时会产生偏载，导致模具以及压力机滑块与导轨的急剧磨损，降低模具和压力机的使用寿命，严重时甚至损坏模具和设备，造成冲压事故。

所以，冲模压力中心的准确确定，在模具设计中起着至关重要的作用。

另一方面使加工出来的制件不合格。

冲模的压力中心按下述原则确定：

（1）对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。

（2）工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。

（3）形状复杂的零件，多孔冲模，级进模的压力中心可用解析法求出冲模压力中心。

由于工件左右对称，根据直线段的重心在线段的中点，圆弧的重心位置按照

进行计算，式中

R——圆弧半径

——为圆弧二分之一角度

b——圆弧弦长

在工件图上建立坐标系，则有

压力中心到Y轴的距离

压力中心要X轴的距离

按照此方法计算出来的压力中心如图所示

图3-4压力中心

3.5工作零件的尺寸计算

落料冲孔复合模，属于异形零件，采用配合加工，以落料凹模为基准进行计算，落料凸模按照间隙以凹模为基准计算，查参考文献[1]表2.34，取初始单边间隙Ⅱ类>（0.07-0.10）t，再由表2.36可得单边间隙0.063mm

工件制造公差为IT14级，则零件尺寸按IT11级计算。

3.5.1刃口尺寸计算

1.落料凹模

此为落料冲孔模，故以落料凹模为基准计算，落料凸模按间隙值配制。

磨损后尺寸变大的A类

磨损后尺寸变小的B类

磨损后尺寸不变的C类

式中：

-基准件尺寸，mm

、B、C-毛坯尺寸，mm；

工件制造公差，mm；

-基准件制造偏差；

x-磨损系数，见参考文献[3]表2-5，此处取0.5。

落料凹模一些主要尺寸的计算①249.9②168.51③72.88④129.51

A类尺寸

①=（249.9-0.5×0.81）=249.5

②=（168.51-0.5×0.63）=168.2

B类尺寸

③=（72.88+0.5×0.46）=72.65

C类尺寸

④=（129.51+0.5×0.63）±0.08=129.2±0.08

凹模的其他刃口尺寸可以类似的计算出来

2.凸凹模

凸凹模的外形各尺寸与落料凹模进行配合加工，间隙为0.08mm。

所以凸凹模如图3-5所示：

图3-5凹凸模的外形和尺寸

3.冲孔凸模

冲孔凸模的尺寸则根据凸凹模进行配合加工，且冲孔凸模1装配的时候要铆接，且上平面需要磨。

冲孔凸模公差也按IT11计算。

如图所示：

图3-6冲孔凸模1

图3-7冲孔凸模2

3.6冲压设备的选择

3.6.1冲压设备的选用原则

冲压设备的选择主要是根据冲压工艺性质、生产批量大小、冲压件的几何形状、尺寸及精度要求等因素来确定。

冲压生产中常用的设备种类很多，选用冲压设备时主要应考虑一下因素：

1）冲压设备的类型和工作形式是否适用于应完成的工序，是否符合安全生产和环境要求；

2）冲压设备的压力和功率是否满足应完成工序的需求；

3）冲压设备的装模高度、工作台面尺寸、形成等是否适合应完成工序所用的模具；

4）冲压设备的行程次数是否满足生产率的要求等。

3.6.2压力机的选用

根据模具的总冲压力1030kN，模具的闭合高度，凹模的外形尺寸，现有的设备和工作台的大小，查阅参考文献[1]表13.11，选用闭式单点单动压力机。

压力机参数：

标称压力：

1600kN

滑块行程长度：

250mm

滑块行程次数：

20次/min

最大装模高度：

450mm

装模高度调节量：

200mm

工作台尺寸（前后/左右）：

800×mm

3.7落料冲孔复合模的主要零部件的设计

（1）落料凹模结构尺寸

根据参考文献[1]式2.18计算凹模高度：

mm

查参考文献[1]表14-5以及参考文献[3]表2-10得凹模壁厚：

C=48mm

垂直于送料方向的尺寸：

B=b+2C=249.9+2×48=345.9mm

送料方向的尺寸：

A=a+2C=168.51+2×48=264.51mm

考虑到模具刃磨并参考参考文献[5]附录F1标准举行凹模板尺寸，对以上尺寸适当放大、取整可确定长、宽、高尺寸为：

400mm×315mm×50mm。

落料凹模的结构尺寸如图：

图3-8落料凹模

（2）标准模座初步设计

根据凹模周界尺寸，查