汽车前灯罩的冲压模具设计

学士学位论文汽车前灯罩的冲压模具设计 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Abstract: This paper describes the car before the shade of the stamping die design. Includes part of the product design process analysis, mold design and manufacturing process to determine the main parts and so on. This part is complex, requires multiple procedures done, the basic processes include blanking, drawing, punching, bending, flanging and so on. Parts for this product, the design should be clear lines to determine the design, the idea of the mold structure. First, the product structure and size analysis, the use of AUTOCAD to draw part of the three views to determine the size; then determine the optimal process plan (Blanking, Drawing - bulging, punching - bulging, punching - trimming, Punching - Bending - piercing and flanging); and then make the necessary calculation and dimensioning techniques, the use of AUTOCAD to complete the first process - drawing composite blanking die assembly drawing, and draw the non-standard part; then the same with AUTOCAD completion of the second procedure - bulging punching compound die; of other processes were analyzed to determine the details of each process of work; the last to complete the design.Keywords: stamping die process design lampshade目录前 言31 绪论41.1我国冲压模具业发展现状41.2 我国冲压模具制造技术发展趋势42 汽车前灯罩成形工艺分析72.1 分析制件的冲压工艺性72.1.1 材料72.1.2 结构分析72.1.3 尺寸精度与表面粗糙度72.2 确定冲压工艺方案72.3 模具形式82.4 毛坯展开计算82.4.1 拉深部分82.4.2 弯曲部分92.4.3 其它部分 （直接由CAD得出）93 落料拉深复合模设计103.1 排样103.2 确定冲压方向和冲压中心103.2.1 确定冲压方向103.2.2 确定压力中心113.3 确定拉深次数123.4 确定冲裁力和拉深力133.4.1 冲裁力133.4.2 压边力133.4.3 拉深力的计算133.5 选择压力机143.6 选用标准模架153.7 工作部分尺寸计算153.7.1 拉深工作部分尺寸153.7.2 落料工作刃口部分尺寸计算163.8 模具总体设计183.8.1 工作零件183.8.2 其它主要零件203.9 模具结构尺寸验算244 胀形冲孔复合模设计254.1 成形部分254.2 变形力与冲裁力的计算264.2.1 胀形变形力264.2.2 冲裁力274.3 确定压力中心274.4 选择压力机284.5 选用标准模架294.6 工作部分刃口尺寸计算294.6.1 对冲裁刃口尺寸进行计算294.6.2 胀形刃口尺寸的说明及确定294.7 模具结构设计304.7.1 主要工作零件304.7.2 其它零件设计31结 论33参考文献34致谢35前 言 模具在汽车、拖拉机、飞机、家用电器、工程机械、动力机械、冶金、机床、兵器、仪器仪表、轻工、日用五金等制造业中，起着极为重要的作用，模具是实现上述行业的钣金件、锻件、粉末冶金件、铸件、压铸件、注塑件、橡胶件、玻璃件和陶瓷件等生产的重要工艺装备。采用模具生产毛坯或成品零件，是材料成形的重要方式之一，与切削加工相比，具有材料利用率高、能耗低、产品性能好、生产效率高和成本低等显著特点。 大学几年所学对于知识的海洋来说也许还不够说沧海一粟，但是对于具体的个人来说却是会算有很大收获的。此次毕业设计不仅是对自己所学的一次全面总结，而且是对我们所具备的综合能力的一次考查，更是我们将理论与实践相结合的实际运用前的一次实际应用。 此次设计所依据的工件是在工厂实际进行生产的。在参观了工厂已采用的生产方式和生产设备、并在老师认真、耐心的指导下进行了此次设计。为了高质量的完成此次设计我用了大量的时间和精力查阅了很多资料，包括模具设计手册、冷冲模设计、模具设计大典和模具图册等，相信对我以后在实际工作中的应用会有很大益处。 因我个人经验和水平有限，设计之中难免会存在不合理之处，请各位老师多多批评指正。这次设计是在指导老师的精心指导和严格要求下完成的。老师的严谨求实的治学态度，待人以诚的宽广胸怀以及渊博的知识为我们树立了榜样。在此向老师致以最诚挚的谢意！1 绪论1.1 我国冲压模具业发展现状 改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。 近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。 以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。 例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS软件，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM软件，上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件等在国内模具行业拥有不少的用户。 虽然中国模具工业在过去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的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；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泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。1.2 我国冲压模具制造技术发展趋势 模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项： (1)全面推广CAD/CAM/CAE技术 模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。 (2)高速铣削加工 国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。 (3)模具扫描及数字化系统 高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。 (4)电火花铣削加工 电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。(5)提高模具标准化程度 我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右。 (6)优质材料及先进表面处理技术 选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积(TiN、TiC等)、等离子喷涂等技术。 (7)模具研磨抛光将自动化、智能化 模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。(8)模具自动加工系统的发展 这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。2 汽车前灯罩成形工艺分析2.1 分析制件的冲压工艺性2.1.1 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%2.1.2 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。2.1.3 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=12.52.2 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。2.3 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）2.4 毛坯展开计算2.4.1 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=12447.44mm2.4.2 弯曲部分 （1-4）=（2.16+57.5+17.53）113=8722.47mm （1-5）=（2.7+77+11.69）=3929.77 mm2.4.3 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 mm3 落料拉深复合模设计3.1 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%3.2 确定冲压方向和冲压中心3.2.1 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。3.2.2 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3.3 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