畢業(yè)設(shè)計——汽車零件沖壓模設(shè)計

1、汽車零件沖壓模設(shè)計【摘 要】本課題主要講了汽車零件沖壓模的設(shè)計。設(shè)計內(nèi)容從零件的工藝性分析進行。首先，確定該模具的類型是沖孔、落料復(fù)合模外加單工序彎曲模；其次，進行工藝計算，計算出沖壓力、卸料力、推件力并確定模具的壓力中心、選擇壓力機和校核沖模的閉合高度；然后，根據(jù)計算的結(jié)果確定該模具的凸、凹模尺寸及其形狀。最后再設(shè)計出擋料銷、卸料板、推件裝置、卸料彈簧、導(dǎo)柱、導(dǎo)套和模柄等模具的主要零部件，從而完成整套模具的設(shè)計工作?！娟P(guān)鍵詞】 : 汽車零件；沖孔；落料；復(fù)合模；彎曲模 目錄第一章 緒論11.1 課題研究背景11.2 模具的發(fā)展與現(xiàn)狀1第二章 工藝分析及排樣22.1 原始數(shù)據(jù)22.2 工藝分析

2、22.3沖裁工藝方案的確定22.4模具結(jié)構(gòu)形式的確定22.5工藝尺寸計算32.5.1排樣設(shè)計32.5.2沖裁力和校正彎曲力的計算32.5.3壓力機的公稱壓力的初步確定4第三章 模具的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計53.1模具類型的選擇53.2定位位方式的選擇53.3 出料裝置53.4 模具的結(jié)構(gòu)特點53.5 模具工作過程6第四章 模具零件的設(shè)計與計算74.1凸模凹模刃口的尺寸計算74.1.1加工方法的確定74.1.2尺寸計算74.2凸凹模的設(shè)計84.2.1凸模的結(jié)構(gòu)形式及固定84.2.2 凸模長度的確定94.2.3 凹模結(jié)構(gòu)形式設(shè)計94.2.4 凹模結(jié)構(gòu)尺寸的確定94.3 模板的設(shè)計104.4模架的設(shè)計及其他零

3、部件10第五章 壓力中心的計算125.1 計算步驟125.2 壓力中心的計算12結(jié) 論14致 謝15參考文獻16第一章 緒論1.1 課題研究背景模具技術(shù)涉及多學(xué)科，模具作為一種高附加值和技術(shù)密集型產(chǎn)品，其技術(shù)水平已成為衡量一個國家制造業(yè)水平的重要標志之一。世界上許多國家，特別發(fā)達國家都非常重視模具技術(shù)的發(fā)展，大力發(fā)展模具產(chǎn)業(yè)，積極采用先進的生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備，提高模具制造水平，取得了顯著的經(jīng)濟效益。美國是世界超級經(jīng)濟大國，在模具行業(yè)世界領(lǐng)先，早在20世紀80年代在20世紀60年代末，美國模具行業(yè)有超過2000家企業(yè)，從業(yè)人員超過17萬人，總模具輸出值達到64.47億美元。日本模具業(yè)開始于1957年

4、，總產(chǎn)值只有106億日元，到1998年超過48800億日元，在40年間增長460倍，這是日本經(jīng)濟迅速發(fā)展和占領(lǐng)國際市場的重要原因之一。到了近代，隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展，模具行業(yè)是不可缺少的。1.2 模具的發(fā)展與現(xiàn)狀從我國的汽車模具產(chǎn)業(yè)近幾年的發(fā)展來看，一些業(yè)內(nèi)人士認為在自己的生產(chǎn)能力發(fā)展的同時，更要加強企業(yè)之間的聯(lián)合。國內(nèi)汽車模具行業(yè)形成戰(zhàn)略聯(lián)盟，在市場上達成了共識，并已經(jīng)開始各種形式的合作。另一個顯著的汽車模具產(chǎn)業(yè)在中國的發(fā)展特點是高新技術(shù)，快速提升技術(shù)水平，自主創(chuàng)新能力增強的普及應(yīng)用。目前，CAD/CAE/CAM技術(shù)已廣泛應(yīng)用于中國汽車模具行業(yè)，大多數(shù)企業(yè)的2D或3D模具設(shè)計可以適用于CAD設(shè)

5、計軟件，并實現(xiàn)了數(shù)控加工模具。第二章 工藝分析及排樣2.1 原始數(shù)據(jù) 注：彎曲內(nèi)半徑為2mm圖2.1 制件尺寸制件2.2 工藝分析此零件有落料、沖孔和彎曲三道工序，材料為Q195、厚度t=1.5mm，具有良好的沖壓性能，適合沖裁，工件結(jié)構(gòu)比較簡單，落料長為180mm、寬為60mm，兩個直徑為20的沖孔結(jié)構(gòu)，和一個中間彎曲工序如上圖。工件的尺寸落料按IT11級，沖孔按IT10級，彎曲無特殊精度要求。尺寸精度一般，普通沖裁完全能滿足要求。2.3沖裁工藝方案的確定方案種類 該工件包括落料，沖孔和折彎三個基本工序，有三種方案。方案一：先落料，再沖孔，最后彎曲，采用單工序模生產(chǎn)。方案二：采用落料-沖孔-

6、彎曲同時進行的級進模生產(chǎn)。方案三：采用落料-沖孔復(fù)合模和單工序彎曲模，兩套模具生產(chǎn)。方案比較 各方案的特點及比較如下方案一：模具結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，但需要三套模具，成本相對較高，同時生產(chǎn)效率也較低，故不選此方案。方案二：級進模是一種多工位，效率較高的加工方法。但級進模輪廓尺寸較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，而且該方案中的彎曲工序，初步分析難以保證，因此也被排除。方案三：根據(jù)此零件結(jié)構(gòu)特點，采用兩套模具，可以同時發(fā)揮復(fù)合模和單工序模的優(yōu)點，也使得模具制造簡單，加工方便。故采用此方案。2.4模具結(jié)構(gòu)形式的確定復(fù)合模有正裝式復(fù)合模和倒裝式復(fù)合模兩種形式?？紤]到該工件成型后脫模的方便性，故采用倒裝式復(fù)合模。

7、彎曲工序采用簡單彎曲模，該模具的特點是結(jié)構(gòu)簡單，在壓力機上安裝及調(diào)整方便，對材料厚度的公差要求不高，制件在彎曲終了時可得到一定程度的校正，因而回彈小。另外，制件的回彈可以通過修模來消除。2.5工藝尺寸計算2.5.1排樣設(shè)計(1)排樣方法 根據(jù)所確定的模具結(jié)構(gòu)特點，不可能做到無廢料排樣，所以采用少廢料的樣排方法。計算確定，復(fù)合模采用直排有廢料排樣 ，彎曲模無需排樣。如圖2.2所示圖2.2 初步排樣(2)確定搭邊值 查表2-151，并取最佳搭邊值a=3.0mm。(3)確定條料步距 步距180+3=183mm,寬度B為66mm.(4)材料利用率=nAbh100=94.8(5)畫出排樣圖 如圖2.3所

8、示。圖2.3 排樣圖2.5.2沖裁力和校正彎曲力的計算 (1) 沖裁力F1 查表9-11取材料Q195的抗拉強度=500MPaF1=L1tL為沖裁周長已知 L=60 + 1502 + R=60+300+30=454.2所以 F1=454.21.5330=225KN(2)推件力 Fe=nkeF, Fe=49.5kNn為同時卡在凹模洞口的的件數(shù)。Ke為推件力系數(shù)，其數(shù)值見參考文獻2表3-13。 (3)卸料力 FS=KSF, FS=9kNKs為卸料力系數(shù)，其值見參考文獻2表3-13 (4)頂件力 FK=KKF, FK=13.5kNKk為頂件力系數(shù)，其值見參考文獻2表3-13(5)校正彎曲力 F=qA

9、5-31知 q=35MPa.A按水平的投影面積計算。 A=60150+3020.5=10413 F=3510413=364.5KN2.5.3壓力機的公稱壓力的初步確定a. 對于復(fù)合模Fz=F+Fe =225+49.5=274.5KN根據(jù)以上計算結(jié)果，沖裁設(shè)備擬選JC23-35。b.對于彎曲模。由校正彎曲力，選JG23-80.第三章 模具的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1模具類型的選擇 由沖壓工藝分析可知，采用落料沖壓復(fù)合模和彎曲單工序模，即兩套模具。3.2定位位方式的選擇a.對于復(fù)合模，因為該模具采用的是條料，控制條料的送進方向采用導(dǎo)料銷，控制條料的送進步距采用彈簧彈頂?shù)幕顒訐趿箱N的方式。b.對于彎曲模，毛

10、坯放置在凹模的凹槽中，橫向由左右兩側(cè)的槽定位，前后方向由擋料銷定位。3.3 出料裝置a.對于復(fù)合模，上模采用剛性推件裝置，它是在沖壓結(jié)束后上?；爻虝r，利用壓力機滑塊上的橫梁，撞擊上模內(nèi)的打桿，裝在模柄孔內(nèi)的打桿在橫梁的阻擋下下落，并通過打料板，打料桿，推下推件器將質(zhì)件從凹模中推出。下模采用彈性推件裝置，即在卸料螺釘?shù)淖饔孟?，通過卸料板進行卸料。b.彎曲模通過下模中的一帶有彈簧的頂桿卸料，頂桿在彎曲時起壓料作用，可防止側(cè)移，成型后又起出料作用。3.4 模具的結(jié)構(gòu)特點沖壓落料復(fù)合模和彎曲模，如圖3.1和圖3.2所示。沖孔落料復(fù)合模 圖3.1V形件彎曲模 圖3.23.5 模具工作過程第一步：將裁剪好

11、的寬度為66mm的條料放在復(fù)合模的下模上，并擋料銷定位。上模上行，條料靠手動向前送一步，上模下行，落料凹模，沖孔凸模、凸凹模完成落料沖孔工序；第二步：將第一步完成的質(zhì)件，放在彎曲凹模中，橫向由左右兩側(cè)的槽壁定位，前后方向由擋料銷定位，上模下行，彎曲凸、凹模完成彎曲工序；第四章 模具零件的設(shè)計與計算4.1凸模凹模刃口的尺寸計算4.1.1加工方法的確定模具刃口尺寸計算方法分為兩種。a.對于沖壓落料模 凸模和凹模分開加工在這種情況下，需要分別計算和標注凸模和凹模的尺寸和公差。落料時，間隙取在凸模上；沖孔時，間隙取在凹模上。凸模和凹模分開加工的優(yōu)點是凸模和凹模具有互換性，可以批量生產(chǎn)。但是為了保證合理

12、的間隙，要求加工凸模和凹模的機床精度高，加工難度大，因此凸模和凹模分開加工的方法僅適用于形狀簡單的沖裁模。 凸模和凹模配合加工所謂配合加工就是在凸模和凹模中先選定一件為基準件，制造好后用它的實際刃口尺寸來配做另一件，使它們之間達到最小合理間隙值。落料時，先做凹模，以它為基準件配做凸模，保證最小的合理間隙值；沖孔時，先做凸模，以它為基準件配做凹模，保證最小的合理間隙值。綜上所述，選擇凸模和凹模分開加工的方法，因為制件零件簡單，形狀規(guī)則 ，且大批量生產(chǎn)，要求凸模和凹模有一定的互換性。b.對于彎曲模。 所選模具為V形件彎曲模，該模具結(jié)構(gòu)簡單，選擇凸模和凹模分別加工的方法就能滿足要求。圖4.1 制件4

13、.1.2尺寸計算a.復(fù)合模尺寸計算，見表4.1.2-1： 表4.1.2-1：基本尺寸及分類沖裁間隙磨損系數(shù)計算公式制造公差計算結(jié)果落料凹模D10-=1500-0。25D20-=600-0。19Zmin=0.15Zmax=0.19Zmax Zmin=0.19-0.15=0.04制件精度為：IT11級,故x依次0.75、1.=0.016=0.024d+p=0.04mmZmax ZminDd1=149.81+0.0240Dp=149.660-0.016Dd2=59.81+0.0240Dp=59.660-0.016相應(yīng)凸模尺寸按凹模尺寸配作，保證雙面間隙在0.150.19之間 沖孔凸模d10-=20+

14、0.0840同上等級為IT10，x為0.75=0.016=0.024dp=20.060-0.016相應(yīng)凹模尺寸按凸模刃口尺寸配作，保證雙面間隙在0.150.19之間Dd1=20.21b.彎曲模尺寸計算.彎曲件相對簡單，無需特別的尺寸計算4.2凸凹模的設(shè)計4.2.1凸模的結(jié)構(gòu)形式及固定a.對于復(fù)合模。本設(shè)計中采用用圓形和方形兩種形式的凸模，材料選用65Mn鋼，淬火硬度HRC56-60 必要時表面可進行滲氮處理。圓凸?？刹捎酶呔韧鈭A磨床加工，異形凸模可以采用慢走絲線切割加工或成形磨削加工（成形磨削是模具零件成形表面精加工的一種方法，可以獲得高尺寸精度、高表面加工質(zhì)量7）。凸模固定方式如圖4.2所

15、示：凸模以過渡配合（K6）固緊在凸模固定板上，頂端形成臺肩，以便固定，并保證在工作時不被拉出，安全可靠。b.對于彎曲模。其結(jié)構(gòu)簡單，用銷釘把凸模固定在模柄上。如圖4.3所示。圖4.3彎曲凸模圖4.2 凸模4.2.2 凸模長度的確定a復(fù)合模凸模工作部分的長度應(yīng)根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)來確定。一般不宜過長，否則往往因縱向彎曲而使凸模工作時失穩(wěn)。致使模具間隙出現(xiàn)不均勻，從而使沖件的質(zhì)量及精度有所下降，嚴重時甚至?xí)雇鼓Ｕ蹟?。根?jù)模具設(shè)計結(jié)構(gòu)形式，（1）沖孔凸模的長度為L=凹模+凸模固定板+t由此得L=66.5mm（2）凸凹模當采用倒裝復(fù)合模時，凸凹模尺寸計算如下： HtA=h1+h2+t+h=25+33.5+

16、1.5+2=62mm式中，h1為卸料板厚度，取25mm.h2為凸凹模固定板厚度，取33.5mm.t為材料的厚度，1.5mm.h為閉模時凸凹模深入凹模的深度，取2mm.b.彎曲模凸模圓角半徑rp。取rp=r=2mmrmin=0.15，滿足要求。4.2.3 凹模結(jié)構(gòu)形式設(shè)計凹模是采用整體加工的，凸凹模之間的間隙值為一個料厚，凹模材料與凸模相同，選用65Mn鋼，淬火硬度HRC58-62。4.2.4 凹模結(jié)構(gòu)尺寸的確定a.復(fù)合模的凹模凹模設(shè)計應(yīng)考慮的事項是關(guān)于凹模強度、制造方法及其加工精度等。特別是凹模孔的尺寸，在實用上是和制件尺寸一起來考慮的。它關(guān)系到制件質(zhì)量的好壞，因此對其加工表面質(zhì)量亦必須予以充

17、分的考慮。凹模的厚度和外形尺寸，對于其承受的沖裁力，必須具有不引起破損和變形的足夠強度。沖裁時，凹模承受沖裁力和水平方向的作用，由于凹模的結(jié)構(gòu)形式不一，受力狀態(tài)又比較復(fù)雜，特別是對于復(fù)雜形狀的沖件，其凹模的強度計算就相當?shù)膹?fù)雜。因而，在目前一般的生產(chǎn)實際情況下，通常都是根據(jù)沖裁件的輪廓尺寸和板料厚度、沖裁力的大小等來進行概略的估算及經(jīng)驗修正的9。結(jié)構(gòu)尺寸計算如下：凹模壁厚 凹模采用整體式，輪廓全部采用數(shù)控線切割機床即可一次完成，其輪廓尺寸可按參考資料2的第二章公式（2-24）和（2-25）計算：故有了凹模外形尺寸LBC=31520060.（其中L為寬度，B長度，為C為壁厚）b.彎曲模的凹模(1

18、)凹模圓角半徑rd.工件在壓彎過程，凸模將工件壓入凹模而成形，凹?？诓康膱A角半徑rd對于制件質(zhì)量有明顯的影響。如過小，彎曲板料表面出現(xiàn)劃痕；如凹模兩邊圓角半徑不一致，則毛坯會產(chǎn)生偏移。凹模圓角半徑rd的大小與彎曲高度和材料厚度等有關(guān)，可查表4-151。V形凹模底部可開退刀槽或圓角半徑rd, rd=(0.60.8)(rp+t)=2.12.8,取rd=2.8mm.(2)凹模深度L.凹模的深度尺寸要適中，若過小，毛坯兩邊自由部分太多，彎曲件彈復(fù)大又不平直，彎曲件質(zhì)量下降；若過大，凹模增大，則模具耗材也增多，且壓力機需要有較大的工作行程?？刹楸?-151。L=30mm, rd=10mm.4.3 模板的

19、設(shè)計(a)復(fù)合模模板包括：凸模固定板、凸凹模固定板、墊板、卸料板。卸料板的作用、包括壓料、卸料、同時還具有一定的導(dǎo)向作用；凸模固定板 LBh=31520030；上墊板 LBh=31520010； 凸凹模固定板 LBh=31520033.5；卸料板 LBh=31520025；（b）彎曲模模板 下模板根據(jù)凹模尺寸，考慮強度要求，尺寸如下： LBh=420300404.4模架的設(shè)計及其他零部件a.復(fù)合模模架采用后側(cè)導(dǎo)柱模架，以凹模周界尺寸為依據(jù)，查第九章7表9-45選擇模架規(guī)格如下。上模座尺寸 GB/T2855.5 LBh=31520050下模座尺寸 GB/T2855.5 LBh=31520065導(dǎo)

20、柱尺寸 （GB/T2855.5） 35230導(dǎo)套： （GB/T2855.5） 3512548上模板H上取50mm，下模板H下取65mm,上墊板H墊取10mm，則該模具的閉合高度H閉為H閉=H上+ H上+ H墊+ H+L-h=50+65+10+62+66.5-3.5=250mm.式中L為凸模的高度，66.5mm H為凸凹模的高度，62mm；h為凸模沖裁后進入凹模的深度，3.5mm。可見該模具的閉合高度小于所選的壓力機J23-16的最大裝模高度280mm，因此結(jié)合225KN的沖裁力的計算，該壓力機符合使用要求。其技術(shù)規(guī)格如下：1公稱壓力 350KN;滑塊行程 80mm;最大閉合高度 280mm;滑

21、塊中心線至床身距離205mm;封閉高度調(diào)節(jié)量 60mm;工作臺尺寸（前后mm左右mm）380610;墊板尺寸（厚度mm）60；模柄孔尺寸（直徑mm深度mm）50 70；第五章 壓力中心的計算5.1 計算步驟多凸模和連續(xù)模的壓力中心的計算，可先將復(fù)雜制件形狀分成簡單 的直線段及圓弧段，分別計算其沖裁力即為分力，由歌分力之和求出合力。然后任意選定直角坐標軸xy，并算出各簡單圖形、線段的壓力中心到x和y軸的距離。最后根據(jù)“合力對某軸之力矩等于各分力對相同軸力矩之和”的力學(xué)原理，即可求出壓力中心的坐標。此制件的沖裁力主要包括起伏沖裁力和落料沖裁力。（1）建立平面直角坐標系XOY（2）計算出各單一圖形的壓力中心到坐標軸的距離x1、x2、x3、xn和y1、 y2、 y3、 yn ；直線段時，其壓力中心位于個直線段的中心；圓弧線段時，其壓力中心的位置見圖5