大灯支架的冲压成形工艺与模具设计毕业论文

河南科技大学毕业设计(论文) 大灯支架的冲压成形工艺与模具设计摘 要本设计题目来源于生产实际，设计内容为冲压工艺及模具设计,包含了板料冲压的要求，内容，有一定设计意义。通过对此零件的设计，加强设计者对冲压模具的基础知识的理解，为以后设计复杂模具积累经验。本次设计分析了大灯支架的结构和成型工艺，确定了三个工步：落料冲孔-冲孔-弯曲。计算了毛坯尺寸和冲压力。为了提高大灯支架的生产效率，设计了集两道工序为一体的落料冲孔复合模，采用弹性卸料装置。在模具设计中，为了提高速度和准确度，用Solidworks软件计算出了毛坯尺寸和压力中心，画出了模具的装配体图。利用冲模手册快速设计模具，并进行校验，提高了设计的速度和效率。关键词 ：落料,冲孔,复合模,弯曲,SolidworksStamping Forming Process and Die Design For Headlight Bracket ABSTRACT The title comes from the actual production design, its content is the stamping process and die design. It contains the sheet metal stampings requirement and content, there are some design sense. Through this part of the design, the designer of the basic about stamping dies understanding is strengthened, gaining experience for the future designing complex molds.The design analyses the headlight brackets structure and forming process, identified three step: Blanking and Punching - Punching - Bending. Calculateing the rough size and punch pressure. In order to improve production efficiency, design a set of two processes as one of the blanking and Punch, using elastic unloading equipment. the mold design, in order to improve the speed and accuracy, using Solidworks software to calculate the blank size and pressure center, draw the mold assembly body diagram. The rapid design of mould die manual, and check, improve the design speed and efficiency.KEY WORDS : Blanking,Punching,Composite molding, Bending, Solidworks目录前 言1第一章 零件的工艺性分析21.1零件的工艺性21.1.1 零件的尺寸和形状分析21.1.2 零件材料的性能分析31.1.3 零件的经济性分析31.2 工艺方案的拟定31.2.1 确定工艺方案31.2.2 毛坯尺寸的确定41.2.3 排样搭边方案确定5第二章 落料冲孔模具的设计62.1压力中心的确定62.2冲裁工艺力的计算62.2.1冲裁力的计算62.2.2冲裁方式82.3 冲压设备选择及数据计算92.3.1冲模封闭高度的确定102.3.2模具间隙的确定102.3.3凸模与凹模刃口尺寸的确定112.4 模具的结构及主要零部件的设计122.4.1凹模设计122.4.2凸凹模设计132.4.3冲小孔凸模设计142.4.4后侧导柱上下模座的设计142.4.5导料卸料装置设置152.4.6导柱导套设计162.4.7模具结构设计16第三章 冲孔模设计18第四章 弯曲模设计194.1 零件工艺分析194.2模具结构方案194.3有关工艺及与设计计算204.3.1 矫正弯曲计算204.3.2 凸模圆角半径214.3.3 凹模圆角半径214.3.4凹模深度224.3.5 凸凹模尺寸计算224.3.6 压力机的选择22总 结23参考文献25致谢26IV前 言 本次设计是冲压件的成型工艺及模具设计，冲压件在我们生活中随处可见，例如汽车覆盖件、门窗、餐具、生活用品等。已经成为我们生活的一部分。同时，冲压件在工业生产也占有重要地位，据统计，全世界每年钢材中百分之60是板材，其中大部分要用冲压的方式加工。其基本工序有，切断、落料、冲孔、弯曲、拉伸、缩孔、翻边、胀形等，冲压件的成型工艺对冲压件的质量起着至关重要的作用。我此次设计的零件有三道工艺，落料、冲孔和弯曲。是冲压工艺中做基本也是普遍的工序。模具在汽车、家用电器、兵器、日用五金制造行业中，起着重要作用。模具是实现生产的重要工艺装备。本次设计的目的是：1培养查阅文献的能力，此次设计很长时间让给学生来查找本专业文献，通过对零件结构，材料，和加工精度的要求分析，来查阅相关资料，弄清每一步的设计原理，规则和注意事项。避免在设计过程中产生无法挽回的失误。2培养工程师思维，在设计过程中，查找大量的图册和数据。独立制作方案，然后在论证方案优劣，最终确定最合适的。提高了自己独立解决问题的能力。3锻炼了基本工具的使用，在设计过程中，根据数据设计出零件，用二维软件CAD绘制出来，然后绘制出三维立体图。熟悉了cad,solidworks的使用。4培养了自己的耐心，在设计过程中会遇到很多问题，无数次的修改数据，无数次的优化三维零件图，锻炼自己的忍耐力，克服自己的毛病。学会在工作中严肃，慎重的对待自己的设计，不能随便定数据，让每个数据都来之有理，并合理。5为以后成为工程师打下基础，在此次设计中了练习了一件产品从测量，建立二维图，查阅资料，制定参数，修改方案，建立三维图等过程。对产品从图纸到实件有一个简单的了解。由于是第一次设计，有很多不足，请多多见谅。第一章 零件的工艺性分析1.1零件的工艺性1.1.1 零件的尺寸和形状分析.零件的尺寸形状如下图1-1。图 1-1 制件结构简图该零件名称是汽车大灯支架，厚度1.5mm,用于支撑汽车雾灯。由板料冲孔、落料、弯曲等几道工序制作而成，工件外形对称，且结构较复杂，尺寸属中小范围，有少量尖角，无其他形状突变，系典型的板料冲压件。零件外形尺寸无公差要求，最小圆角半径均大于1mm，最小圆角半径大于板料厚度的一半，因此可以弯曲成型。该零件上有5个孔，孔的精度都不高，因此可以用冲压工艺方法生产且保证其精度。1.1.2 零件材料的性能分析零件的材料是Q235，Q代表其屈服强度，为235MPa，塑性韧性好，有一定强度，但不宜进行热处理，常轧制成簿板，具有良好的冲压成形性能。1.1.3 零件的经济性分析零件形状和结构比较复杂，需要经过至少三道工序才能完成，需要的模具套数和工序较多，从模具的设计和制造方面考虑，模具成本高，要求该零件批量生产，才能取得良好的经济效益。1.2 工艺方案的拟定1.2.1 确定工艺方案1.冲压工序冲裁该工件，需要的基本工序有： （1）冲孔 47 (2) 冲异形孔 （3）落料 （4）外缘翻边 （5）弯曲2. 工序组合及其方案比较方案一：落料冲孔 47+冲异形孔；外缘翻边+弯曲方案二：冲异形孔+落料；冲孔47；外缘翻边+弯曲方案三：冲孔47+落料；冲异形孔；外缘翻边+弯曲对比以上三种方案，可以看出：方案一：方案一不可取，把冲孔47和冲异形孔放在一起，由于孔之间的距离太近，凹模壁厚太薄，凹模强度不能保证。方案二：方案二相较方案三，方案二中冲异形孔和落料放在一起复合冲裁，此方案导致冲裁力比较方案二大的多，对模具结构材料和机器要求较高，制造成本增加。通过以上的方案分析，可以看出，在大批量的生产条件下，根据制件形状特点分析成形方案，适当组合部分工序，选用合理结构在模具设计中至关重要，它对制件的精度以及操作定位是否方便等重要问题有较大影响，综合考虑以上因素，方案三是比较合理的。1.2.2 毛坯尺寸的确定通过三维制图软件solidworks把此零件展开，得到零件毛胚图，如下图图1-2 可知坯料长：mm。坯料宽mm。1.2.3 排样搭边方案确定冲裁件在条料上的布置叫排样。排样的合理不仅影响材料的利用率还影响模具结构和寿命、生产效率、工件精度等。排样有直排、斜排、直对排、斜对排等，由于大灯支架毛坯结构比较简单，是规则的矩形。所以选择直排。由于此工件是较大工件且其100200，查模具设计手册得其合理搭边，a=2.0mm，b=2.5mm。第二章 落料冲孔模具的设计2.1压力中心的确定 为了避免在冲压时会使冲模与压力机滑块歪斜，引起凸、凹模间隙不均和导向零件加速磨损，保证压力机和模具的正常工作，必须使冲模的压力中心与压力机滑块中心线相重合。否则就会造成刃口和其他零件的损坏，甚至还会引起压力机导轨的磨损，影响压力机精度。一般冲模压力中心的确定有两种方法（1）解析法、（2）作图法。这两种方法准确度不高且相当复杂。使用SolidWorks自动求得胚料的压力中心： 。图2-12.2冲裁工艺力的计算2.2.1冲裁力的计算概念：冲裁时材料对凸模产生反作用力，称为抗力。材料对凸模的最大抗力就是冲裁力。计算公式： 或 式中：F-冲裁力，N K-安全系数，K=1.3 t-材料厚度，mm -材料的抗剪强度， -材料的抗拉强度， 由表查出Q235的抗拉强度取。冲裁力计算： =卸料力计算：从凸模上将零件和废料卸下来的力叫卸料力。从凹模内顺着冲裁方向把零件或废料从凹模腔顶出的力称为推件力。一般用经验公式计算：推件力 顶件力 卸料力 式中 -冲裁力 -同时梗塞在凹模内的零件（或废料）数，； t-材料厚度 h-圆柱形凹模腔口高度-推件力、顶件力及卸料力系数 其值见下表查表得， =17300.52N推件力：查表得，凹模刃口直壁高度h=6mm=24081.288总的冲压力： =541973+17300.52+24081.28图2-2 =583354.8N 583KN2.2.2冲裁方式采用弹性卸料装置，如图2-2其优点是带孔部分表面平整。常用与于材料较薄（）的制件。 2.3 冲压设备选择及数据计算冲压设备主要考虑以下几点：（1）行程。（2）装配模具的相关尺寸。（3）闭合高度。（4）设备吨位。压力机的种类有很多分法，按驱动滑块力分有机械的、液压的和气动的。按滑块个数可分为单动、双动、三动式等。按驱动滑块机构可分为曲柄式、肘杆式和摩擦式等。按机身结构可分为开式和闭式等。对此零件参照下表1.4-22，选用公称压力为630KN的开式压力机。2.3.1冲模封闭高度的确定冲模的封闭高度是指模具在最低工作位置时，上模座顶面与下模座底面间的距离H。压力机的封闭高度是压力机的滑块在下死点时，滑块下表面至工作台垫板上表面之间的距离。当连杆调至最短时，到达压力机的最大封闭高度；当连杆调至最长时，到达压力机的最小封闭高度。冲模的封闭高度应介于压力机的最大封闭高度和最小封闭高度之间，一般为：参考开式压力机规格表，630KN开式压力机选用的冲模封闭高度为 。2.3.2模具间隙的确定确定凸凹模间隙值，有理论发和经验法两种。理论确定法： 同时间隙值也可以冲压手册中查表获得：材料Q235，板料厚度1.5mm 其最小合理间隙 最大合理间隙。2.3.3凸模与凹模刃口尺寸的确定模具的刃口尺寸和公差会对制件的精度产生影响，设计中关键环节是如何确定冲裁模具的凸、凹模的刃口尺寸和公差。凸凹模刃口尺寸公差计算原则当落料时，以凹模当成设计时的基准件，而在冲孔过程中，将凸模当做设计时的基准件。冲孔时，先确定凸模的刃口尺寸，凹模的基本尺寸是凸模刃口的基本尺寸再加上一个最小的间隙值，考虑到凸模在磨损一些后依然能够使用，凸模刃口的基本应该大于或者接近所冲孔的最大极限值。落料时，首先要确定凹模的刃口尺寸。凸模的基本尺寸是凹模刃口的基本尺寸再减去一个最小的间隙值，考虑到凹模在磨损一些后依然能够使用，凹模刃口的基本应该等于或者接近所冲孔的最小极限值。通常，模具的制造精度要比零件的精度刚上2到3级。要生产的零件上有5个孔，四个直径的圆孔和一个异形孔。采用凸凹模配合加工，配合加工是先按基准件尺寸加工出基准件，然后根据制造出的实际基准件按所需的间隙配作另一件，这样在图中的尺寸就可以简化，只要标注基准件尺寸及公差，而另一件的尺寸不需计算，只注明按基准件配作加工，并给出间隙值即可以了。这种方法不仅容易保证间隙值，而且制造加工也比较容易，广泛运用于目前工厂的实际制作。落料件凹模磨损情况:第一类是凹模磨损后增大尺寸，第二类是凹模磨损后变小尺寸，第三类是凹模磨损后没有变化的尺寸。同理冲孔件凸模磨损情况也可以分为以上三类尺寸。其基准件刃口尺寸可按下面三式计算：2.4 模具的结构及主要零部件的设计2.4.1凹模设计凸模和凹模以及凸凹模都采用机械固定的方式，但是凸模是通过台阶和螺栓的固定与固定板固定在一起，而且与固定板之间的配合方式采用H7/m6的配合，凹模则是选择螺栓的方式与固定板连接在一起，同样与固定板之间的配合方式采用H7/m6的配合凸凹模直接用螺栓和销钉固定在下模座上。凹模的结构有两种，分别是整体式和镶嵌式，因为零件的形状规则，这里我将采用的是整体式的结构。由于零件的生产批量较大，考虑到凹模的磨损和为了保证零件的形状和尺寸完整，采用直壁式凹模，凹模轮廓尺寸计算如下图：由上表查，可确定凹模c=48mm，H=30mm。结合零件尺寸，设计的凹模，材料：T8A如图2-3。图2-32.4.2凸凹模设计此零件凸凹模的结构比较简单，参照冲压手册，如图板料厚度1.5mm,最小壁厚a=3.8，零件图满足，材料T8A。图凹模2-4设计零件如图2-4，2.4.3冲小孔凸模设计冲小孔凸模选用整体式，用固定板和垫板通过销钉定位，螺栓固定在上模座上，如果材料用9Mn2V、Cr12MoV、Cr12，那么要求硬度HRC58-62，尾部回火热处理达到HRC40-50。如果是T10A，Cr6WV、那么要求硬度HRC56-60，尾部回火热处理HRC40-50。技术条件，按GB/T7653-1994的规定。设计零件如图2-5，材料采用T8A，其特性是淬火回火后有较高的硬度和耐磨性，所以被用作需要具有较高硬度和耐磨性的的工具。它的化学。其规格BII 7X55 2.4.4后侧导柱上下模座的设计由于模具经常处于高速撞击状态下，受到大量的冲击和震动。所以其材料选用HT200，其抗拉强度和塑性低，但是它的铸造性能好，易成型。并且它的减震性能优良。机械性能。弹性模量：。剪切模量：。泊松比：。熔点：。图2-6是下模座设计图，其尺寸为。图2-7是上模座的设计图，其尺寸为。图 2-6图 2-72.4.5导料卸料装置设置在落料时，板料卡在凸凹模上，所以需要卸料装置。本套模具选用弹性卸料装置，卸料板通过卸料螺钉固定在下模座上，由弹簧的弹力提供卸料力。同时在卸料板上使用弹性挡料销，做定位使用。其材料都是用45钢。45钢是一种优质碳素结构钢，化学成分元素比例（）：碳；铬；锰；镍 ；磷；硫；硅卸料版设计图如图2-8。规格：31225010；材料45钢。图2-8活动挡料销设计如图2-9，材料45钢。图2-92.4.6导柱导套设计导柱导套参照标准件选取；导柱规格直径40mm，公差带h5，长度L为260mm的A型导柱。技术条件：按JB/T8070-1995的规定。粗糙度由制造厂决定。导套规格直径40mm，公差带H6，长度L为140mm，H=53mm的A型导套。技术条件：按JB/T8070-1995。粗糙度由制造厂商决定。导柱导套设计图如图2-10和2-11：图2-10图2-112.4.7模具结构设计本套模具是冲孔落料复合模，模具结构倒装。具体结构如下图 图 落料冲孔模具结构图1.下模座 2.内六角螺钉 3.导柱 4.弹簧 5.卸料版 6.活动挡料销 7.内六角螺钉 8.导套 9.上模座 10.垫板 11.推杆 12.推板 13.打杆 14.模柄 15.内六角螺钉 16.冲小孔凸模 17.固定板 18.顶尖块 19.凹模 20.凸凹模 21.固定板 22.弹簧 23.卸料螺钉 24.圆柱销 25.活动挡25第三章 冲孔模设计零件经过落料冲孔之后，初步外形结构已确定，然后需要冲中间的异形孔，此工布是单工序工步，比较简单。其冲裁力，冲裁工艺设备的选择，凸凹模尺寸的计算都可以参照第二章。因比较简单，在此不在赘述。第四章 弯曲模设计弯曲是使材料产生塑性变形，形成一定曲率和角度零件的冲压工序。其种类有，板料弯曲，棒料弯曲，型材弯曲和管材弯曲。我们的零件弯曲属于板料弯曲。4.1 零件工艺分析该零件的结构、尺寸、精度、和材料均符合弯曲工艺的要求，相对弯曲半径r/t=25,回弹现象不严重。零件弯曲部位是R3mm的圆弧4.2模具结构方案图4-11-下底板 2-螺钉3-特种螺钉 4-导柱 5-凹模 6-凸凹模 7-导套 8-上底板9-螺钉 10-模柄11-螺钉 12-弹簧 13-顶出销 14-顶出器 15-圆柱销此套模具主要用于零件的弯曲成型，由于零件弯曲部位较多，且比较复杂，则设计此套模具进行一次弯曲成型。首先落料冲孔后的板料顶出器上，由两个定位板，进行定位。凸凹模上的顶出销起固定压紧板料的作用，然后凸凹模带着板料下行，与凸模配合，进行中间板料的弯曲成型。直到板料与凹模成型外缘弯曲为止。然后由顶出器顶出成型零件。4.3有关工艺及与设计计算4.3.1 矫正弯曲计算按照下面的公式仅近似计算式中矫正弯曲力，单位为N；A校正部分投影面积，单位为mm；q单位校正力，单位为MPa，经过查手册材料材料厚度t/mm小于11到33到66到10 铝1020203030404050黄铜203030404050608010到20钢3040406060808010025到35钢4050507070100100120Q235这种金属材料属于软材料，接近于20钢，所以取为50MPa A=3769.3mm得，=188465N=226158N式中自由弯曲在冲压行程结束时的弯曲力（N）；弯曲件的宽度（mm）；弯曲件的内弯曲半径（mm）；弯曲件材料厚度（mm）；材料的抗拉强度（MPa）；安全系数，一般取K=1.3.外缘翻边的自由弯曲力=内部自由弯曲力4.3.2 凸模圆角半径当较小时，即时。凸模的圆角半径选用弯曲件的内弯半径，即。若是，则应该取，要先将弯曲件弯曲到较大的圆角半径，然后再采用整形工序进行整形处理，减小其圆角半径，使弯曲件圆角半径的要求得到满足。当零件的相对弯曲半径r/t10时，这时由于弯曲件圆角半径的回弹比较大，所以要考虑回弹因素。凸模的圆角半径应根据回弹值作出相应的调整。此零件，所以凸模圆角半径应。4.3.3 凹模圆角半径模具寿命、弯曲件质量、弯曲变形力等影响着凹模的圆角半径。凹模圆角半径过小时，会导致板料被拉入凹模时的滑动阻力过大。容易使板料容易产生擦伤或压痕，大大增加弯曲力甚至减少模具使用寿命。但当凹模圆角半径过大时就会大大降低板料定位的准确度。在实际生产中凹模的圆角半径要根据板料厚度来确定。当时，=6。4.3.4凹模深度弯曲凹模深度要合适。若凹模深度过小，工件两端的自由部分太多，导致弯曲回弹大，不平直，影响零件质量。若凹模深度过大，会浪费过多模具刚才，需要压力机有较大行程。4.3.5 凸凹模尺寸计算用内形尺寸标注的弯曲件，应该以凸模为基准确定凹模尺寸。当工件为双向偏差时：当工件时负偏差时：凹模尺寸均为式中：-凹模尺寸（mm）-凸模尺寸（mm）-弯曲件的基本尺寸（mm）-弯曲件尺寸公差（mm）-凸、凹模之间的单边间隙（mm）-凸凹摸的制造公差，采用标准公差等级4.3.6 压力机的选择由于 =226158N，参照工厂实际条件，落料冲孔的630的开式压力机完全能满足需求，为了减少成本，就选用630的开式压力机。其具体数据参照落料冲孔模中的图表。总 结此次大灯支架的冲压成形工艺与模具设计的课题让我学到了很多东西。当拿到这个题目的时候，我觉得这个很简单所以不是很在意，但当真正开始工作时，却发现不知道怎么开始，觉得很难。开始进展很慢，看二维图，慢慢脑海里知道了我要做的大灯支架是什么形状。然后就要把它的三维图画出来，但当时自己三维并没有接触钣金件的画图训练，就去图书馆借书，自学软件自带教程，终于几天后我画出了漂亮标准的三维图。然后通过软件直接计算出了零件的压力中心，比起书本上的传统的确定压力中心的方法效率和准确度提高了很多倍。随着时间的推进，慢慢开始了模具的设计，教学过程中所学的只是认识，我并没有去深入思考和了解。然而当需要我去设计一套模具时，感觉需要了解的东西太多了。零件工艺性的分析，能不能用冲压的方式把这个零件做出来。考虑零件需要几个工步做出来，怎么组合工步，怎么选择一个最好的方案。当方案确定后，就开始模具的设计了。我这次零件需要落料、冲孔和弯曲三个基本工步，我选择了落料冲孔复合模然后冲中间异形孔最后弯曲制成。落料冲孔中要考虑排样问题，让板料的使用率达到最大，节约材料，创造更大的财富。排样方案确定后，要计算压力中心，要计算冲裁力。然后选择合适的压力机。然后开始设计模具了，落料冲孔倒装复合模，首先由凹模的周界确定模座的长宽，在查标准模座表确定其规格。然后确定导柱导套。接着开始设计其工作零件凸模和凹模，参考资料决定选择a型标准凸模，采用台肩固定。凹模是整体式的，同时采用螺钉和销钉直接固定。凸凹模也采用台肩固定，销钉定位。卸料用弹性卸料版，同时用活动挡料销对板料定位，冲孔后的板料用顶件块顶出。对于冲异形孔模，要比落料冲孔倒装复合模简单很多，就是一个卸料和定位问题，采用固定卸料版，挡料销定位即可。对于弯曲模，模具结构比较复杂，定位采用定位板定位，首先让中部进行弯曲成型，最后成型外缘翻边。为了更好的表述模具结构，都在SOLIDWORKS上做出了三维图，最后生成了装配图，锻炼了自己三维制图的能力。总之，通过此次设计，我明白了，要想成为一名合格的工程师，必须要付出很大的努力，不能纸上谈兵，要亲自实践，通过实践检验自己的设计，通过实践提高自己的能力。参考文献1 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