保险杠支架工艺分析及模具设计毕业论文.doc

分类号 密级 U D C 编号 本科毕业论文（设计）题 目 保险杠支架 的冲压工艺分析和模具设计 院 （系） 机械与汽车工业学院 专 业 车辆工程 年 级 0911 学生姓名 学 号 指导教师 二一三 年 五 月4摘 要摘 要本设计题目为 支架冲压成形工艺分析与模具设计，体现了板类冲压零件的设计要求、内容及模具的基本构造，有一定的设计意义。通过对该零件模具的设计，进一步加强了设计者冲压模具构造的基础知识，为设计更复杂的冲压模具做好了铺垫并吸取了更深刻的经验。 本设计运用冲压成型工艺及模具设计的基础知识，首先分析了工件的成形工艺及模具成形结构对制件质量的影响。介绍了支架冲压模具设计时对于模具工作零件结构方式的选择，通过对制件进行工艺分析，可确定制件的落料冲孔为套复合模即可，成型使用弯曲模，工艺完成最后需再加冲孔模。关键词：保险杠支架、冲压工艺、模具设计。1AbstractAbstractThis design topic is （ ）bracket stamping process Analysis and mold design，which embodies the design requirements of the plate stamping parts and the basic structure of the mold design. The design requirements have certain design significance. The parts mold design process further strengthen the basics of designers stamping mold construction, and prepared the way for the design of more complex stamping die and draw a more profound experience. This design, first of all, analyze the impact on the quality of parts of the workpiece forming process and die forming structure with the basic knowledge of stamping forming technology and mode design. This paper gave an instruction of the bracket stamping die design choice for the die working part structure way. Determine sets composite modulus as blanking punching parts, mold with flexural modulus, and complete the final process to be coupled with the punching die according to the process analysis of the parts.Keywords：Bumper bracket Stamping process Mold design绪论目 录第一章 绪论11.1冲压工艺的介绍11.2冲压工艺及发展现状21.3模具的发展与现状3第二章 零件工艺分析42.1设计题目42.2 材料的性能42.3.冲压成型工艺分析52.4 冲压工艺方案确定52.5模具类型的选择72.6 排样的确定82.6.1 搭边值的确定82.6.2 确定条料布距92.6.3 毛培材料利用率的计算92.7 各部件工艺力的计算102.7.1 落料对模具的运动过程进行分析102.7.2 弯曲力的计算102.7.3冲孔力的计算112.7.4 卸料力、顶件力、推件力的计算112.9压力机的选择132.10 确立压力中心142.11本章小结14第三章 模具的结构设计及有关的计算153.1模具分类153.2模具设计的基本类容163.3模具的总体设计163.3.1确定模具结构型式173.3.2确定模具压力中心203.3.3初定模具外形尺寸203.4工作零件设计223.4.1弯曲模的设计223.4.2落料、冲孔模的设计243.5定位零件的设计253.6导向装置的设计263.7卸料、出件及压料零件263.8连接与固定零件的设计273.9模具设计要点283.10绘制模具总装图和零件图30第四章 总结与展望31参考文献32致谢33I绪论第一章 绪论1.1冲压工艺的介绍 冲压模具在实际工业生产中应用广泛。在传统的工业生产中，工人生产的劳动强度大、劳动量大，严重影响生产效率的提高。随着当今科技的发展，工业生产中模具的使用已经越来越引起人们的重视，而被大量应用到工业生产中来。冲压模具的自动送料技术也投入到实际的生产中，冲压模具可以大大的提高劳动生产效率，减轻工人负担，具有重要的技术进步意义和经济价值。冲压靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的成形加工方法。冲压和锻造同属塑性加工合称锻压。冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。全世界的钢材中，有6070是板材，其中大部分经过冲压制成成品。汽车的车身、底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包，容器的壳体，电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中，也有大量冲压件。冲压件与铸件、锻件相比，具有薄、匀、轻、强的特点。冲压可制出其他方法难于制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件，以提高其刚性。由于采用精密模具，工件精度可达微米级，且精度高、规格一致，可以冲压出孔窝、凸台等。冷冲压件一般不再经切削加工，或仅需要少量的切削加工。热冲压件精度和表面状态低于冷冲压件，但仍优于铸件、锻件，切削加工量少。冲压是高效的生产方法，采用复合模，尤其是多工位级进模，可在一台压力机(单工位或多工位的)上完成多道冲压工序，实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。生产效率高，劳动条件好，生产成本低，一般每分钟可生产数百件。 冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。分离工序也称冲裁，其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的工件。在实际生产中，常常是多种工序综合应用于一个工件。冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。 冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大。对于冲压材料的要求是：厚度精确、均匀；表面光洁，无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等；屈服强度均匀，无明显方向性；均匀延伸率高；屈强比低；加工硬化性低。在实际生产中，常用与冲压过程近似的工艺性试验，如拉深性能试验、胀形性能试验等检验材料的冲压性能，以保证成品质量和高的合格率。1.2冲压工艺及发展现状冲压成形作为现代工业中一种十分重要的加工方法，用以生产各种板料零件,具有很多独特的优势，其成形件具有自重轻、刚度大、强度高、互换性好、成本低、生产过程便于实现机械自动化及生产效率高等优点，是一种其它加工方法所不能相比和不可替代的先进制造技术，在制造业中具有很强的竞争力，被广泛应用于汽车、能源、机械、信息、航空航天、国防工业和日常生活的生产之中。 在吸收了力学、数学、金属材料学、机械科学以及控制、计算机技术等方面的知识后，已经形成了冲压学科的成形基本理论。以冲压产品为龙头，以模具为中心，结合现代先进技术的应用，在产品的巨大市场需求刺激和推动下，冲压成形技术在国民经济发展、实现现代化和提高人民生活水平方面发挥着越来越重要的作用。 汽车制造中有60%-70%的金属零部件需经塑性加工成形，冲压加工是完成金属塑性成形的一种重要手段，它是最基本、传统、最重要的金属加工方法之一。汽车冲压工艺技术如车身上的各种覆盖件、车内支撑件、结构加强件，还有大量的汽车零部件，如发动机的排气弯管及消声器、空心凸轮轴、油底壳、发动机支架、框架结构件、横纵梁等等，都是经冲压成形技术正向精密、多功能、高效节能、安全清洁的生产方向发展，冲压工件的制造工艺水平及质量，在较大程度上对汽车制造质量和成本又直接影响。1.3模具的发展与现状模具的发展与现状模具的发展与现状模具的发展与现状 模具是工业生产中的基础工艺装备，是一种高附加值的高技术密集型产品，也是高新技术产业的重要领域，其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志。随着国民经济总量和工业产品技术的不断发展，各行各业对模具的需求量越来越大，技术要求也越来越高。我国在模具设计制造水平和标准化程度上都有很高的提升，但是与德国、美国、日本等发达国家相比还存在相当大的差距。以大型覆盖件冲模为代表，我国已能生产部分轿车覆盖件模具。轿车覆盖件模具设计和制造难度大，质量和精度要求高，代表覆盖件模具的水平。在设计制造方法、手段上已基本达到了国际水平，模具结构功能方面也接近国际水平，在轿车模具国产化进程中前进了一大步。但在制造质量、精度、制造周期和成本方面，以国外相比还存在一定的差距。标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，与国外多工位级进模和多功能模具相比，存在一定差距。本文主要介绍说明了保险杠支架成型的各个工序及模具的设计。2零件工艺分析第二章 零件工艺分析2.1设计题目保险杆支架零件如图2-1所示：图2-1 保险杆支架零件图2.2 材料的性能保险杆支架使用的零件材料是16Mn。16Mn属于碳锰钢，碳的含量在0.16%左右，屈服点等于350MPa（强度级别属于350MPa级）。16Mn钢的合金含量较少，焊接性良好，焊前一般不必预热。但由于16Mn钢的淬硬倾向比低碳钢稍大，所以在低温下（如冬季露天作业）或在大刚性、大厚度结构上焊接时，为防止出现冷裂纹，需采取预热措施。在毕业设计中使用的16Mn钢材料厚为4mm。2.3.冲压成型工艺分析 此件为16Mn 厚度是4mm.具有良好的冲压能力，适合冲载。具有良好的冲压工艺性能。成型该零件需要冲载与弯曲工序完成。 该零件结构较简单，孔径最小为13mm，孔间距最小为60mm，尺寸精度较高，冲裁工艺性良好。但弯曲形状为Z形，且成型后左右两边高度不等，要保证左右两边的切边平滑，侧面在一个平面，对于第一序的落料冲孔的落料轮廓精度要求较高，而且要防止弯曲过程中产生偏移。因此在设计落料模和弯曲模时，要注意解决上述问题。2.4 冲压工艺方案确定保险杆支架的冲压工艺方案包括两种，方案一为：首先落料冲孔，然后再冲孔，最后进行成型处理；方案二为：首先落料冲孔，然后成型，最后进行冲孔。由于 支架的成型线距离孔较近，成型后再冲孔，孔容易变形，孔位精度难以保证，支架也是属于较简单的弯曲件，只需一次成型。因此毕业设计选择方案二：先落料冲孔，如图2-4-1 图 2- 4-1落料冲孔图然后成型，如图2-4-2图 2-4-2 成型图最后冲剩下的8个小孔的2个腰孔，如图2-4-3图2-4-3 冲孔图 支架的成型较简单，孔数量多：1.落料和两个16的冲压定位孔。2.成型。3.冲孔：3-15，1-13,4-13，共8个支架安装孔，2个腰孔。2.5模具类型的选择工艺方案确定后，即确定了冲压加工的工序数量、顺序以及工序的组合方式。选择模具 类型时，需综合考虑冲压件的使用要求（尺寸大小、精度要求及形状复杂程度）、生产批量大 小、冲压设备情况及模具制造能力等各方面的因素。通过分析比较，最终确定出是采用简易 模、单工序模，还是采用复合模、级进模。一般来说，简易模（聚氨酯橡胶模、低熔点合金 模、锌基合金模、板模及钢带冲模等）寿命低、成本低，通常适用于试制、小批量生产。对 于生产批量大、精度要求较髙的冲压件，应选用复合模或级进模。当冲压件尺寸很大时，为 便于制造模具及简化模具结构，应采用单工序模；当冲压件尺寸小且形状复杂时，为便于生 产操作，常采用复合模或级进模。在本次设计由于支架是大批量且为节约工时的成本对于第一序落料冲孔复合模，第二序弯曲模 ，第三序是冲孔模。2.6 排样的确定2.6.1 搭边值的确定冲裁模搭边：排样中相邻两工件之间的余料或工件与条料边缘间的余料称为搭边。搭边的作用：（1）补偿定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料步距误差、送料歪斜误差等原因而冲裁出残缺的废品。（2）还应保持条料有一定的强度和刚度，从而提高制件质量，沿整个封闭轮廓线冲裁，使受力平衡，提高模具寿命和工件断面质量。搭边是废料，从节省材料出发，搭边值应愈小愈好。但过小的搭边容易挤进凹模，增加刃口磨损，降低模具寿命，并且也影响冲裁件的剪切表面质量。一般来说，搭边值是由经验确定的。考虑：（1）材料的力学性能。塑性好的材料，搭边值要大些，硬度高与强度大的材料，搭边值小一些。（2）材料的厚度。材料越厚，搭边值也越大。（3）工件的形状和尺寸。工件外形越复杂，圆角半径越小，搭边值也越大。（4）排样的形式对排的搭边值大于直排的搭边。（5）运料及挡料用手工送料，有侧压板导向的搭边值可小一些。t2a=2.5t2t10mm)，则应考虑回弹的影响，将凸模圆角半径加以修正。当弯曲件的圆角半径r小于材料许可的最小弯曲半径rmin时，为避免弯裂，应取然后rrmin，然后增加一次整形工序，使整形模的r凸=r。 的相对弯曲半径r/t=10/4=2.5mm. R凸=10mm2凹模圆角半径凹模圆角半径I凹模圆角半径不宜过小，否则会使材料不易进入凹模，甚至使材料表面擦伤。r凹一般根据材料厚度选取：当t2mm r凹=(36)t t=24mm r凹=(23)t t4mm r凹 =2t 弯曲模凹模的圆角半径r凹=3*4=12mm3.凹模深度 凹模深度过小，毛坯两边自由部分太多，弯曲件回弹大，不垂直。但凹模深度增大，消耗模具钢材多，且需要压力机有较大的工作行程。 4. 凸凹模间隙Z弯曲凸、凹模的间隙，是指凸、凹模之间的单边间隙，简称弯曲间隙。间隙过大，则回弹大，降低弯曲件的精度；间隙过小，使弯曲力增大，工件直边壁厚变薄，降低模具寿命。 凸、凹模的单边间隙Z：，生产中常按工件材料的力学性能和厚度t来选取：对于钢板 Z=（1.051.15）t对于有色金属 Z=（11.1）t对于 成型弯曲模的间隙Z=4.4mm.(二）凸、凹模工作部分尺寸计算凸、凹模工作部分的尺寸计算，应根据弯曲件尺寸标注基准的不同而不同。当弯曲件标 注外形尺寸时，应以凹模为基准，间隙取在凸模上；当弯曲件标注内形尺寸时，应以凸模为 基准，间隙取在凹模上。如3-4-1-2 图图3-4-1-2 弯曲件的尺寸标注属于标注内形尺寸，应以凸模为基准凹模尺寸：A凹=（A+0.25+2Z）0+0.03 3-10 = （152+0.25*0.25+2*4.4）0+0.03 =160.86 0+0.03mm 凸模尺寸：A凸=（A+o.25）0-0.03 3-11 =152.20-0.03mm3.4.2落料、冲孔模的设计 式中查询冲压工艺学根据公式，冲孔以凸模为基准 3-12 3-13 式中 冲件的公称尺寸（mm） 、冲孔凸、凹模刃口尺寸(mm)；、 凸、凹模的制造公差； 最小双边合理间隙（mm）；磨损系数,与冲件精度有关；冲裁件的公差；查得凸凹模间隙Zmin=0.5,Zmax=0.58所以冲孔（）： D凸1=（d+x）0-凸=（13+0.75*0.43）=13.32 3-14 D凹1=（d+x+Zmin）0-凸=（13+0.75*0.43+0.58）=13.44 3-15 (15+0.250) D凸1=（d+x）0-凸=（15+0.75*0.3）=15.225 3-16 D凹1=（d+x+Zmin）0-凸=（15+0.75*0.3+0.58）=13.80 3-173.5定位零件的设计用于控制条料送进的定位零件条料（或带料）送进时，必须保证条料在模具中有正确的送进距离和送进方向。用于控 制条料送进距离的定位零件有挡料销、导正销和侧刃。用于控制条料送进方向的定位零件有导料板及侧压板等。挡料销用于限定条料的送进距离，因而起定位作用。挡料销可分为固定挡料销、活动挡料销和初始挡料销三类，初始挡料销仅用于级进模中。为了使提高冲压过程中的稳定性、确保冲压半成品件的尺寸精度符合要求，确保冲压件的表面平整，在 支架的设计中采用的是活动挡料销。在成型模中采用挡板条料（或带料）在模具中的定位方式(1）控制条料的送进距离，定位零件包括挡料销、定距侧刃、导正销。挡料销又分为固定式、活动式和初始挡料销三种，可用于各种类型的模具。定距侧刃和导正销多用于级进模，分别起到初始定位和精确定位的作用。(2)控制条料的送进方向定位零件包括导料板（导尺）、侧压板。导料板可用于各 类模具，有时也可用两个导料销代替。侧压板常用于级进模，以保证条料沿着导料板基准面 送进。为了使提高冲压过程中的稳定性、确保冲压半成品件的尺寸精度符合要求，确保冲压件的表面平整，在 支架的设计落料冲孔模采用的是活动挡料销。如图图3-4-1-3图3-4-1-3 活动挡料销3.6导向装置的设计导向装置用来保证上模相对于下模正确的运动，对于生产批量较大零件的要求较高，寿命要求较长的模具，一般都需要采用导向装置。1.滑动式导柱和导套滑动式导柱和导套结构简单，加工方便，是模具中应用最广的导向零件。2.滚动式导柱、导套滚动式导柱、导套导向是一种无间隙导向。与滑动式导柱、导套导向相比，导向精度高、寿命长，但刚度差，加工制造比较困难，因而使用范围受到一定限制。主要适用于賴密 冲裁模、硬质合金模和高速压力机上的模具及其他精密模具中。3.导板导板导向时结构简单，主要分为固定式导板和活动式导板两种结构型式。导板既作凸模 导向又兼起卸料作用。由于模具在开启和闭合时凸模始终不脱离导板，因此导板要足够厚， 一般取等于或稍小于凹模厚度。导板的平面尺寸可与凹模平面尺寸相同。在 支架的模具设计中落料冲孔模、弯曲模、冲孔模均采用滑动式导柱和导套如图3-6-1图3-6-1 滑动式导柱和导套3.7卸料、出件及压料零件卸料、出件及压料零件，是模具结构的重要组成部分。卸料零件是将包在凸模上的废料或工件卸下，如卸料板、废料切刀等。出件零件是将卡在囬模内的工件或废料推出或顶 出，如推件板、顶件板、推杆、顶杆等。压料零件是在冲压时将材料扭住，其目的或是为了获得平整的工件，或是为了防止材料偏移而使定位正确，或是为了防止拉深变形时产生起皱，如压料板、压边圈等。在卸料、出件及压料装置中，往往用到弹簧、橡胶等弹性元件。本次保险杠支架的设计中卸料、出件及压料装置采用的是弹簧、橡胶这两种弹性元件。3.8连接与固定零件的设计模具中的连接与固定零件，包括模柄、模板、凸模(或凹模）固定板、垫板、螺钉与销钉等。这些连接与固定零件，大都已有国家标准，设计模具时可按标准选用。模柄就是模具和机床连接的一种方式的一种工具而已,主要是中小型的.有的大的冲压模是用压板固定的，在模具四角上开有螺栓通孔，就可以在冲模上模座上锁一垫板，垫板上加工四角上螺丝。保险杠支架的模具尺寸较大不宜用模柄。一、上下模板 上下模板用于安装固定模具的全部零件，起着承受和传递冲压力的作用。模板可分为带导柱和不带导柱的两种。上下模板通过导柱、导套的连接而组成标准模架，设计模具时可按标准选用。生产中常用的模具有1.对角导柱模架。2中间导柱模架 3后侧导柱模架等。 支架的落料冲孔模采用的是对角导柱模架，其特点是导柱对称于模具中心而对角布置，因此受力平衡，有利于延长模具寿命。该模架可从两个方向送料，操作较方便。但因受导柱间距离的限制，使用 条料冲压时条料宽度不能太 大，故常用复合模。 冲孔模弯曲模用的是后侧导柱模架，采用的是其特点对于精度要求不高的零件，操作中零件进出模具方便，便于操作，提高工作效率。二、垫板垫扳的作用是直接承受和扩散凸模传递的压力，以降低模板所受的单位压力，防止模板被局部压陷。模具中最为常见的是凸模垫板，它被装于凸模固定板与模板之间。模具中是否加装垫板，要根据模板所受压力的大小进行判断。在保险杠之架设计中落料冲孔模、冲孔模由于冲载力较大所以采用了垫板。三、螺钉与销钉螺钉与销钉都是标准件，设计模具时按标准选用即可。螺钉用于固定模具零件，而销钉则起定位作用。模具中广泛应用的是内六角螺钉和圆柱销钉，其中M6M12mm的螺钉和 41 0mm的销钉最为常用。在模具设计中，选用螺钉、销钉应注意以下几点：（1）螺钉要均匀布置，尽量置于被固定件的外形轮廓附近。当被固定件为圆形时，一般采用34个螺钉，当为矩形时，一般采用46个。销钉一般都用两个，且尽量远距离错开布置，以保证定位可靠。（2）螺钉之间、螺钉与销钉之间的距离，螺钉、销钉距刃口及外边缘的距离，均不应过小，以防降低强度。（3）内六角螺钉通过孔及其装配尺寸应合理.3.9模具设计要点模具设计是在详细了解冲压件的技术要求并进行工艺分析、确定工艺方案及掌握现场生产条件的基础上，对冲压件所需的模具提供制造图样的全部工作过程。且某个冲压件的工艺方案确定以后，就要求设计人员依据确定的工艺方案设计出相应的模具实际生产中，由 子模具的类型及结构不同，因此设计模具时所考虑的问题也不尽一致。下面对生产中广泛应 用的冲裁模、弯曲模、拉深模、复合模、级进模的一般设计要点分别进行概括的叙述。、冲裁模设计要点（1）由于冲裁凸、凹模刃口间隙较小，故一般应考虑用导柱导套对上、下模进行导向， 以使凸、凹模良好对中。只有当冲裁件精度要求很低或压力机滑块导向精度能很好地满足冲裁间隙要求且生产批量不大时，才有可能考虑无导向冲裁。（2）确定凸、凹模刃口间隙时，在满足冲裁件尺寸精度和断面质量的前提下，应尽量 采用较大的迚裁间隙，以方便模具制造和提高模具寿命。（3）当冲裁复杂形状的外轮廓或内孔时，一般多采用镶拼式的凹、凸模结构。同时应 注意滑块不能仅依靠定位销承受侧向力，要用方键或将拼块嵌入固定板孔内，尤其当侧向 力较大时更应给予足够的重视。当具备较好的褸具加工条件时，也可考虑采用整体式凸、凹模结构，用线切割方法加工。（4）单面冲裁的模具，应在结构上采取措施，使凸模和凹模的侧向力相互平衡，不宜让模架的导柱和导套受侧向力。（5）冲裁非轴对称的外轮廓或内孔的模具及多凸模的模具，其凸、凹模要求紧固牢靠， 定位准确，不允许有任何转动或移动的可能性。冲裁非轴对称的外轮廓或内孔的模具及多凸模的摸具，必须确定压力中心，使压力中心与滑块中心相重合，以防损坏模具和设备。尤其当冲压力较大时更不容许忽视。（6）当冲压力较大且压力机吨位不能满足要求时，为了利用生产现场的设备条件，应考虑采用斜刃冲裁或阶梯凸模冲裁以减小冲压力。（7）具有多凸模的冲孔模，当孔间距不大且有中心距尺寸精度要求时，应特