冲压汽车灯罩设计

第 36 页 摘 要本文介绍了汽车前灯罩的冲压模具设计。设计内容包括产品零件工艺分析、模具设计以及主要零件制造工艺的确定等。此零件结构复杂，需要多道工序完成，基本工序包括落料、拉深、冲孔、弯曲、翻边等。针对此产品件，应明确设计路线，确定设计方案，构思模具结构。首先对产品进行结构和尺寸分析，利用AUTOCAD绘出零件的三向视图，确定尺寸；之后确定优选的工艺方案（落料、拉深胀形、冲孔胀形、冲孔修边、冲孔弯曲冲孔、翻边）；然后再进行必要的工艺计算和尺寸计算，利用AUTOCAD完成第一道工序落料拉深复合模装配图，并绘出各非标零件；然后同样用AUTOCAD完成第二道工序胀形冲孔复合模；对其它工序进行分析，确定每道工序的细节工作；最后完成设计。关键词：灯罩；冲压；模具；工艺；设计目 录1 汽车前灯罩成形工艺分析 11.1 分析制件的冲压工艺性 11.1.1 材料 11.1.2 结构分析 11.1.3 尺寸精度与表面粗糙度 11.2 确定冲压工艺方案 11.3 模具形式 21.4 毛坯展开计算 21.4.1 拉深部分 21.4.2 弯曲部分 31.4.3 其它部分（直接由CAD得出） 32 落料拉深复合模设计 42.1 排样 42.2 确定冲压方向和冲压中心 42.2.1 确定冲压方向 42.2.2 确定压力中心 52.3 确定拉深次数 62.4 确定冲裁力和拉深力 72.4.1 冲裁力 72.4.2 压边力 72.4.3 拉深力的计算 82.5 选择压力机 82.6 选用标准模架 92.7 工作部分尺寸计算 92.7.1 拉深工作部分尺寸 92.7.2 落料工作刃口部分尺寸计算 112.8 模具总体设计 132.8.1 工作零件 132.8.2 其它主要零件 152.9 模具结构尺寸验算 203 胀形冲孔复合模设计 213.1 成形部分 213.2 变形力与冲裁力的计算 223.2.1 胀形变形力 223.2.2 冲裁力 233.3 确定压力中心 233.4 选择压力机 253.5 选用标准模架 253.6 工作部分刃口尺寸计算 263.6.1 对冲裁刃口尺寸进行计算 263.6.2 胀形刃口尺寸的说明及确定 263.7 模具结构设计 273.7.1 主要工作零件 273.7.2 其它零件设计 29结 论 31致 谢 32参考文献 33第1章 汽车前灯罩成形工艺分析1.1 分析制件的冲压工艺性1.1.1 材料 08钢 材料厚度 t=1mm由冲压模具设计与制造技术P19，表1-8：抗拉b 335450（N/）抗剪 260360（N/mm）弹性模数 E 190000 (N/mm)屈服点s 200 （N/mm） （%） 32%1.1.2 结构分析该零件是汽车前灯的壳罩，形状特征包括弯曲面，拉深面，压凸包，加强筋，外沿边等，并且是非对称结构，较为复杂。产品零件需要经过多道工序才能完成，基本工序应包括拉深、冲孔、弯曲、胀形、翻边等。且制件水平方向有不同层次的水平面，都是通过拉深、弯曲、胀形工序制成，表明成形工序较为复杂。拉深底部冲出一大孔，尺寸精度相对比较高。制件应注意尺寸之间的影响，以及工序之间相互的影响。1.1.3 尺寸精度与表面粗糙度尺寸精度按IT12级精度；表面粗糙度Rn=12.51.2 确定冲压工艺方案根据产品零件的外形结构和尺寸精度要求，首先确定是不能用级进模工作，因为如果用级进模，工作零件会发生相互的干涉现象，模具结构也相当复杂，并且不能保证零件的尺寸精度和位置精度。那么将其成形过程分为单工序完成。每工序可以设计为复合模或单工序模工作，以确保能够生产出合格的产品零件。该零件成形的基本工序包括落料、拉深、冲孔、胀形、弯曲、修边、翻边。比较如下三个方案：方案一：先落料冲孔，后拉深，再胀形，最后弯曲翻边；方案二：先落料拉深，后冲孔，再胀形，再冲孔，最后弯曲翻边；方案三：先落料拉深，再胀形冲孔，再胀形冲孔，最后弯曲翻边。方案一如果先冲孔后拉深，肯定会影响拉深的质量和孔之间的定位尺寸，并且会影响其后的成形工序，提高了经济成本。那么对于此件上的孔应该分开冲，比如胀形上的孔，拉深底部的大孔。为了保证零件的质量，方案一的成形工序还不足。方案二单从模具结构来看过于简单，中间三步都是简单的单工序模。而且方案也不完善，从零件的结构来看，胀形部分不能一步完成。需要从两个方向分别胀形，才能保证零件的质量方案三解决了前两个方案的缺点，但所生产的零件的尺寸精度不高。总结以上三种方案，得出方案四：落料、拉深胀形、冲孔胀形、冲孔修边、冲孔弯曲冲大孔、翻边方案四虽然分六步工序完成，简单的说需要六套模具。对于模具制造工作比较繁重，成本也比较高。但是由于是批量生产，而且根据零件外形和尺寸精度来说，这是优佳的方案。1.3 模具形式成形过程分六步完成，即需六套模具。第一套：落料、拉深倒装复合模；第二套：胀形、冲孔复合模；第三套：胀形、冲孔复合模；第四套：修边、冲孔复合模；第五套: 弯曲单工序模；第六套：冲孔、翻边复合模；（由于工作量的原因，主要设计前两套模具）1.4 毛坯展开计算1.4.1 拉深部分 （1-1) =3.1425.78（85+74）=3.1425.78159 =12870.92 mm （1-2） =1/225.78150.84=1/23888.6mm=1/23465.18mm （1-3） =12870.82-3888.66+3465.18=12447.44mm故：拉深部分面积A01=12447.44mm1.4.2 弯曲部分 （1-4）=（2.16+57.5+17.53）113=8722.47mm （1-5）=（2.7+77+11.69）=3929.77 mm1.4.3 其它部分 （直接由CAD得出） mm总面积： （1-6） =12447.44+8722.47+3929.77+23640.35 =49920.03 mm考虑到修边情况，以及工序之间产生的尺寸影响，取A=50000 mm第2章 落料拉深复合模设计2.1 排样由中国模具设计大典P50选用轧制薄钢板 15001500单行直排a=1.2 a1=1.5轮廓尺寸：AmaxBmax=404209.95条料宽：B=Amax+2a+毛坯修边量 =473.28进距：L0=Bmax+2a1=2111.15条数：n1=500/473.28=1（余26.72）每条个数：n2=1500/211.15=7(余21.95)总个数： N=n1n2=7利用率：=（762117）/（5001500）=57.80%2.2 确定冲压方向和冲压中心2.2.1 确定冲压方向确定冲压方向应考虑的问题保证凸模能够进入凹模；开始拉深时凸模与拉深毛坯接触面积要大；开始拉深时凸模与拉深毛坯的接触面应靠近中间；开始拉深时凸模与拉深毛坯的接触面要大，要分散；压料面各部分进料阻力力求均匀。根据零件的形状特征和上述的要求，确定为反向拉深，水平放置。2.2.2 确定压力中心图2.1根据零件形状的复杂性，利用解析法求出压力中心如图2.1所示，是按1：1的比例画出凸模工作部分剖面的轮廓图，取了21个重心点，其各坐标（x,y）和长度L分别为：01（228.31，181.25）L1=521.90 02（323.09，98.29）L2=316.4603（137.31，93.29）L3=63.70 04（108.42, 157.32）L4=101.1005（118.27, 216.29）L5=25.88 06（134.43，224.41）L6=17.4707（138.31，262.74）L7=56.14 08（154.60，293.24）L8=32.5609（180.68，278.76）L9=34.96 010（195.59，264.29）L10=10.22011（228.31，268.11）L11=61.24 012（348.86，264.29）L12=185.86013（463.80，270.80）L13=45.91 014（498.16，267.17）L14=42.70015（479.69，267.17）L15=74.34 016（452.55，179.80）L16=32.09017（462.76，168.09）L17=15.11 018（470.31，165.69）L18=12019（474.31，172.29）L19=8 020（478.31，148.62）L20=46021（486.01，112.01）L21=46.96由： （2-1）=(119154.99+102323.60+8746.65+10961.26+3060.83+2348.49+7764.72+5033.78+6316.57+1998.93+13981.70+64839.12+21293.06+21271.43+35660.15+14522.32+6992.30+5648.28+3794.48+22002.26+22823.03)/1756.60=500537.95/1756.60 =284.95再由： （2-2）=(94594.38+31104.85+5942.57+15905.05+5597.59+3918.20+14750.22+9547.89+9745.45+2701.04+16419.06+49120.94+12432.43+11408.16+16577.82+5769.78+2539.84+1988.28+1378.32+6836.52+5273.14)/1756.60=323551.53/1756.60 =184.19故：确定出压力中心为00（284.95，184.19） 如图2.1 所示2.3 确定拉深次数1.修边余量 h/d=24.3/170=0.14 d凸/d=156/150=1.04 得出：=5.02.毛坯直径D的计算 （2-3）=216 mm3.确定是否用压边圈毛坯相对厚度t/d=1/200100=0.5 h/d=0.14所以应采用压边圈4.拉深系数t/D100=1/200100=0.5 d凸/d=156/150=1.04查2 P208 表4-20h1/d1=0.500.62而： h/d=23.4/150=0.156显然 h/dh1/d1 故：只需一次拉深，且拉深系数2P208 m1=0.55可拉深直径d=Dm1=2160.55=11936183061022361018274318303352305039625080467480120548712018063100 3.7 模具结构设计3.7.1 主要工作零件1.冲孔凸模冲孔凸模材料为T10A，硬度要求5862HRC，台阶底面应压入后磨平。凸模刃口部分设计成为方孔形，是因为成形孔是方孔。而把安装部分设计成圆柱形，其主要目的是避免钳工在安装凸模时划伤自己，便于安装。两冲孔凸模都是依靠凸模固定板固定，采用过盈配合H7/m6稳固。所以凸模固定板孔的配合尺寸是。（1）凸模长度尺寸计算因为是选用非标准凸模，所长度尺寸由磨具结构确定，需要考虑：凸模固定板厚度h1，压料板厚度h2，凸模进入凹模的深度，以及由凸模修磨量和在模具闭合状态下固定板与压料板之间的安全距离等因素需要增加的高度h，即： （3-9）那么有： mm（2）凸模强度校核对于此类结构的凸模，必须进行承压力和稳定能力的校核。承压能力校核 冲裁时凸模承受的有平均压应力和刃口的接触应力k两种。当此凸模断面宽度B=7mm大于材料厚度t=mm时，接触应力k大于平均压应力，因而强度校核的条件是接触应力k小于或等于材料的许用压应力p：由： （3-10）式中： k凸模刃口接触应力（MPa）； L冲件轮廓长度（mm）； A冲件平均面积（m）； p凸模材料的许用压力（MPa）。那么有： 复合条件稳定能力校核 按确定压杆临界力的欧拉公式计算，把凸模的一端视作为固定端，另一端根据导向形式或视作为自由端，或视作为铰支端或者是固定端的压杆。由公式： （3-11）式中： Lmax凸模允许的最大自由长度（mm）； E凸模材料弹性模量（MPa）； 重建材料抗剪强度（MPa）。那么有： 复合条件2.胀形凸模本模具设有四个胀形凸模，材料为T10A，硬度要求5862HRC，都是整体式结构。胀形凸模刃口处加工成零件所需胀形的外形，装配处加工成矩形，这样便于凸模和凸模固定板的加工。胀形凸模依靠凸模固定板固定，之间按H7/m6过盈配合加工。3.7.2 其它零件设计1.定位零件此套模具设计定位零件的作用是用来确定毛坯零件在模具中准确位置，保证冲出合格的制件。根据定位零件的设计原则：定位至少应有三个支承点，即两个导向点和一个定距点。根据零件的结构，零件内部有一个拉深部分，上下对称是直平面。那么可以在直平面处加两块定位块，将零件的纵向定位，并且用螺钉和销钉把定位块稳定在胀形凹模上，其结构如3.8所示。横向的定位用两个固定的定位销定位，定位销靠过盈配合，固定在凹模上。定位块材料为45，硬度要求4348HRC，长宽厚度=40mm20mm30mm；固定定位销材料为45，硬度要求4348HRC，D=8mm，d=4mm3.压料装置及零件设计压力机下压时，胀形凸模将工件压入凹模内，材料会发生起皱或者胀形的效果不是很好。因为胀形从局部来看就是变薄拉深工序，所以需要压料装置。当冲压过程完成后，由于钢板的回弹作用，压料板还能起到把工件从凹模中带出来，容易取件。压料装置由压料板、弹簧和压料螺钉组成：压料板 长宽厚度=540mm400mm25mm，材料为45，硬度要求为4348HRC；弹簧 弹簧的选择主要考虑能否将压料板弹开的高度要大于胀形部分的最大深度，压力机下压时压料板能压住周边，能很好的成形。选用弹簧：d=8mm，t=13.5mm，Fj=2200N，D2=45mm，h=55mm，n=3，L=707mm材料为60Si2Mn，硬度要求4348HRC。压料螺钉 材料为45，热处理硬度3540HRC。4. 固定零件（1）模柄同样，为了将固定上模座于压力机滑块上时，且使模具的压力中心与压力机的压力中心保证一致，加设模柄。根据所选开式压力机的模柄孔尺寸65mm75mm，选择标准凸缘式模柄（GB2862.381），材料45。（2）凸模固定板凸模固定板采用材料为45，硬度要求为4348HRC，长宽厚度=540mm40050mm。板内加工带台阶方孔，按H7/m6过盈配合加工。（3）垫板冲压时，由于冲压力作用在凸模和凹模上，为了避免磨伤了凸模和凹模，需要分别在上下加垫板。材料45，硬度要求4348HRC，长宽厚度=540mm400mm10mm。结 论我的设计是汽车前灯罩冲压模具设计。设计任务一到手，就开始对零件结构进行分析，查阅有关专业书籍，完成了零件的二维图，包括尺寸的测绘。然后对零件毛坯展开计算，确定出工艺方案。零件的成形包括拉深、胀形、弯曲、冲孔、翻边等多道基本工序，考虑到成形工序的合理性和之间的相互影响，方案的确定在设计过程中要有所调整，使工作量增大；在设计第一套模具过程中，同样遇到了一些困难，都在老师的指导和自己的努力下，一一解决。对于零件的加工，包括对工作零件的加工工序及方法的掌握不是很全面，表明还是缺乏专业知识，还需进一步学习总结；第一套模具设计完成后，开始设计第二套模具，由于有老师的指导，第二套模具顺利完成；最后写说明书，总结设计。当然设计中还存在不足处，希望在以后的工作实践中加以学习改进。通过毕业设计，是对大专课程的一个总结，也是对专业知识学习的检验。四个月的毕业设计就此结束，从中我收获很多，而且得到很多快乐。为我大专学习画上圆满句号！致谢首先，真心感谢我的指导老师仲威老师！在近几个月的毕业设计过程中，仲老师无私、仔细、耐心地指导我，将设计顺利完成。最重要的是在设计初期，在我因为遇到困难而使得我心慌意乱的时候，仲老师用行动鼓励着我，帮我做思想工作。让我重新树立信心，这让我由衷的感动。同时，谢谢图书馆的各位老师，提供专业的书籍和资料。最后，衷心感谢本专业所有老师给我的教导，以及所有帮助过我的人！参考文献1 肖祥芷，王孝培主编.中国模具设计大典3.南昌：江西科学出版社,2003.12 王孝培主编.冲压手册.第二版.北京：机械工业出版社,2000.103 王芳主编.冷冲压模具设计指导.机械工业出版社,1998 4 王春武，齐广霞，揭钱发编著.冷冲压模具设计.北京：兵器工业出版社,1995.85 陈炎嗣，郭景仪主编.冲压模具设计与制造技术.北京：北京出版社,19916 杨玉英主编.实用冲压工艺及模具设计手册.北京：机械工业出版社,20057 廖念钊，莫雨松，李硕根，杨兴骏编.互换性与技术测量.第四版.北京：中国计量出版社,2001.1 8 大连理工大学工程画教研室编.机械制图.第四版.北京：高等教育出版社,1993 9 王树勋，高广升编.冷冲压模具结构图册大全.广州：华南理工大学出版社，1997