汽车某支架冲压工艺及模具设计设计

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 谢世耀 学号 28 指导教师 彭成允 职称 教授 时 间 2013.5.242013.5.27 目 录摘 要1Abstract21 绪论31.1 冲压模具发展31.2 冲压工艺方面42 冲压工艺分析及工艺方案的确定62.1设计题目 62.2零件的工艺分析 72.3最佳工艺方案 73.落料冲孔复合模的计算与设计83.1 毛坯的尺寸计算83.2 排样设计93.3冲压力的计算103.4压力中心的计算113.5工作零件的尺寸计算123.6冲压设备的选择143.7落料冲孔复合模的主要零部件的设计154 成形模的计算和设计 224.1成形模的冲压力的计算 224.2 压力中心的计算234.3工作零件的设计和确定 244.4 成形的冲压设备的选取254.5 模具零件的结构尺寸255 翻边冲孔模的计算与设计 285.1 翻边冲孔冲压力的计算285.2 压力中心的计算295.3 工作零件的设计和确定305.4 冲压设备的选择335.5 模具主要零件的结构尺寸336 弯曲模的计算与设计 386.1 弯曲模冲压力的计算 386.2 模具工作零件的计算与设计396.3 冲压设备的选择416.4 模具主要零件的设计和确定42结束语 45参考文献 46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 Sheet metal forming technology and mold design is not only the foundation of preparation work in stamping production, but also the basis of organizing formal stamping production. The level of stamping process and mold design marks the advancement, reliability and economics of stamping process, and it reflects the factories production technology level. Production practice proves that the reasonable stamping process scheme and die structure, not only provides technical assurance to stabilize the product quality and reduce the cost of stamping, but also have created favorable conditions for stamping into production organization and management. Conversely, any error of stamping technology and die design, will bring undue losses to the production of stamping, and even cause human injury and equipment damage. This article maily expounds the stamping process and mold design of a car bracket. Accoding to the design process requirements, determine the general design thought. Through the analysis of process of pruduct parts, determine the best process solution. Due to the workpiece is relatively complax, should be through the blanking, punching forming, flanging and bending ect. There the main difficulties of product in forming are the blaking of unusal shaped blank, the workpiece wrinkle and rupture in forming and flanging, as well as the pruducts location problem and springback in bending, ect.Key words: stamping process mold design bracket 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。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。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 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xr/t0.10.20.30.40.50.60.70.811.2x0.210.220.230.240.250.260.280.30.320.33r/t1.31.522.5345678x0.340.360.380.390.40.420.440.460.480.5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249.9168.51mm，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%10062.56%3.3冲压力的计算 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330450Mpa。则有P=1718.31.2450N=927882N927.9kN。 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12.32，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，取初始单边间隙类（0.07-0.10）t，再由表2.36可得单边间隙0.063mmC0.48mm，故不会弯裂。其次，因为计算工件相对弯曲半径r/t=3.175，取料后弯曲弯曲件圆角半径的回弹可以不予考虑，而弯曲中心角的回弹，采用校正弯曲来控制。（1）自由弯曲的弯曲力 U形弯曲自由弯曲力 式中：P弯曲力（N）； K系数，取0.30.6； b弯曲件的宽度（mm）； t料厚（mm）； 材料的抗拉强度（Mpa）。 则有P=0.61131.2450=43934.4N43.9kN（2）校正弯曲时的弯曲力 =Aq 式中：校正力（N）； A校正区的投影面积（）； q校正所需单位压力（Mpa）。 则有=4011339=176280N176.3kN（3）顶件力 顶件力可近似取自由弯曲力的30%80%，即 =（0.300.8）P=（0.300.8）43.9=13.235.1kN此处采用校正弯曲，因此弯曲总冲压力为：=+=176.3+（13.235.1）=189.5211.4kN6.2模具工作零件的计算与设计凹模的计算和设计（1）凹模圆角半径。凹模圆角半径不宜过小，以免擦伤工件表面，影响冲模的寿命，凹模两边的圆角半径应一致，否则在弯曲时工件会发生偏移。当料厚t2mm，=（36）t则有=（36）1.2=3.67.2mm，取=5mm。（2）凹模深度。凹模深度过小，则工件两端未受压部分太多，工件回弹大且不平直，影响其质量；深度过大，则浪费模具材料，且需要压力机有较大的工作行程。考虑工件的形状和弯曲的长度，则取凹模深度H=15mm。（3）凸、凹模间隙。 计算凸、凹模单边间隙： C=t+kt=1.2+0.051.21.26mm（4）凸、凹模横向尺寸及公差。工件标注外形尺寸，应以凹模为基准，间隙取在凸模上。则有：=（L-x）=（113-0.50.87）=112.56mm=（112.56-21.26）=110.04mm（5）凹模的结构尺寸弯曲凹模的宽度根据工件的宽度进行稍微的增加，且把凹模分成两部分进行加工，考虑定位和工件的形状，凹模的外形进行异形设计，另一个对称加工，其结构如图所示：图6-1 凹模凸模的计算和设计（1）凸模的长度计算L。如图6-2所示，保证工件弯曲起来时不碰到上模座，凸模的长度为：L=68.8mm（2）凸模的纵向尺寸可取80mm，且要有避让。凸模的具体结构尺寸如图6-3所示。图6-2 各模板的关系图图6-3 凸模6.3冲压设备的选择由前面计算的总的冲压力=189.5211.4kN，再考虑模具的大小和必和高度，查参考文献1表13.9，选用开式可倾工作台压力机。开式可倾压力机参数： 公称压力： 250kN 滑块行程： 80mm 最大闭合高度： 250mm 工作台尺寸（前后左右）：560360mm 模柄：A5070mm6.4模具主要零件的设计和确定6.4.1模具非标准零件的设计（1）凸模固定板 凸模固定板的厚度取18mm，其结构尺寸如图所示：图6-4 凸模固定板（2）凹模垫板凹模垫板的厚度取8mm，其结构尺寸如图所示：图6-5 凹模垫板（3）推板推板的厚度取11mm，用螺钉和弹簧连接，起到卸料的作用，和凹模一起起到使工件弯曲。其结构尺寸如图所示：图6-6 推板6.4.2模座的选择根据凹模周界尺寸，查参考文献6可以确定模座，采用滑动导向后侧导柱标准模架，初定下模座尺寸号为250mm125mm45mm，上模座尺寸为250mm125mm40mm。如图所示：图5-12 上模座图5-13 下模座导柱和导套的选取根据模具的各关系图6-2，由模具的闭合高度和模座可以选择导柱的长度和导套，选择A型滑动导向导柱和A型滑动导向导套，选择如下：导柱 A28195 GB/T2861.1-2008导套 A283890 GB/T2861.3-2008螺钉、销钉的选取根据模具的各关系图5-14，查参考文献8附表1-10和2-5选取。六角螺钉：上模座与凸模固定板连接，下模座与凹模连接，分别为：数量：4 规格： M1240，2838HRC。数量：6 规格： M1275，2838HRC。圆柱销：上模座与凸模固定板连接，下模座与凹模板连接，分别为：数量：2 规格：1250， 2838HRC。数量：2 规格：1280， 2838HRC。 沉头螺钉： 凸模和凸模固定板连接数量：2 规格： M845，2838HRC。 防转销钉： 数量：1 规格：M812，2838HRC。卸料装置的选用和设计根据模具的各关系图5-14，查参考文献5附录L1选取卸料螺钉。 下模座和推板连接用，分别如下： 数量：2 规格：M860， 3540HRC。查参考文献5附录C1，弹簧的选用： 数量：2 规格：1440 黄色模具各零件具体设计尺寸见成形模工程图。结束语首先，非常感谢我的指导教师彭成允教授在本次的毕业设计中耐心、细心地指导，以及这段时间来的关心和照顾。同时也感谢同一组的同学，和我一起讨论，一起奋斗，感谢他们的帮助，让我能顺利完成本次设计。经过这次对所给的汽车支架的冲压工艺和模具设计，巩固了相关的专业知识，更加清楚冲压模具的设计流程及其结构的设计、工艺规程编制、加工工艺制定等。期间，也再一次增强了查阅资料、分析数据和解决问题的能力。同时，也检验了我在大学期间的学习的知识，以及运用CAD、UG等专业绘图工具的能力和熟练程度。此外，我也看到自己的一些不足之处，并能借此及时改正。本次模具的设计，也让我学会理论联系实际，把所学的专业知识运用到实际的问题当中。这也为即将走向工作岗位的我做好准备，让我能更快更好地融入未来的工作中。参考文献：1 郝滨海编.冲压模具简明设计手册.北京：化学工业出版社，2004.112冲模设计手册编写组编.冲模设计手册.北京：机械工业出版社，1999.63邓明主编.冲压工艺及模具设计.北京：化学工业出版社，2009.14廖念钊等编.互换性与技术测量第五版.北京：中国计量出版社，2007.65匡和碧、孙卫和主编.冲压模具设计.北京：电子工业出版社，2011.16马朝兴主编.冲压模具设计手册.北京：化学工业出版社，7杨占尧主编.最新模具标准应用手册.北京：机械工业出版社，2011.48杨裕根、诸世敏主编.现代工程图学.北京：北京邮电大学出版社，2008.4