毕业设计（论文）-汽车纵梁的冲压工艺制定和模具设计.docx

本科毕业设计（论文）说明书汽车纵梁的冲压工艺制定和模具设计 学 院 机械工程学院 专业班级 机械工程及自动化8班 学生姓名 学生学号 指导教师 提交日期 2014年 5 月 4 日 摘 要 本文详细介绍了汽车覆盖件纵梁的冲压工艺制定及其模具设计的过程。本文针对CAD这一个环节，对于给定的数模，采用CATIA，进行对纵梁冲压进行第一工序（拉深）、第二工序（修边冲孔）的模具结构设计。本文先对现今国内外汽车模具行业现状和作了简介，对覆盖件的含义、特点进行了说明；而后对本次设计的钣件进行材质以及力学性能方面的分析，然后分别对两个工序工艺数模作详细的解释说明，并对整个冲压工序方案的选择确定；然后计算冲压过程中的各种工艺参数，包括各种力的计算、压力机的选择校核等；最后对拉深、修边冲孔的模具结构设计进行设计要点分析和说明，着重强调了镶块在设计中的标准和需要考虑的问题。本文选取一些常用的汽车模具设计规范，结合对以上两个工序的设计，解决模具方案选择，部件设计要领等问题，说明了汽车覆盖件模具设计的一般过程，并对本次设计归纳出结论。关键词：汽车覆盖件；拉延；修边冲孔；模具设计Abstract In this paper, the stamping process of auto longer on formulating and die design about automobile panel are introduced particularly. According to CAD this one link, for a given mathematical model, selecting CATIA and design the die structure of the first stamping(drawing), the second step(trimming and punching) . In this paper, the automobile die industry at home and abroad is introduced briefly, and describe the meaning and characteristics of automobile panel. And then analysis the mechanical property of the stamping parts. Next, for a detailed explanation of the two mathematical model in two process, and determine the various process parameters in stamping process, including the force calculation, selection of press machine, etc. Finally, analysis the main points of design in the two operation above. As the emphases of the introduction, the embedded lump is explained mainly.This paper selects some of the commonly used automobile die design specification, combined with the design of the above process, to solve the die scheme selection and essentials, explained the process of automobile panel dies, and drew a conclusion. Key words: Automobile panel; Drawing; Trimming and Punching; Die designI目 录摘 要IABSTRACTII第一章 绪论11.1课题背景及意义11.2国内外研究现状及发展情况趋势11.3汽车模具发展的关键问题21.4汽车模具的种类定义概述31.4.1汽车覆盖件简介31.4.2汽车模具的种类41.5 CATIA和AutoCAD在本次设计中的应用5第二章 冲压件工艺分析62.1产品分析62.2冲压模具设计方案的提出与论证72.3产品数模分析72.3.1拉延模数模72.3.2修边冲孔数模82.3.3模具结构特点82.4本章小结9第三章 工艺计算及相关参数的确定103.1 拉延力计算103.2冲裁力的计算113.3压料板压料力的计算113.4 卸料力的计算123.5本章小结12第四章 拉延模具结构设计134.1 拉延模介绍134.1.1 拉延模材料134.1.2 拉延模铸件结构144.2 拉延模的导向方式154.3 下模结构设计164.3.1 下模镶块设计164.3.2 铸件镶块及下模座164.4 上模结构设计164.5 压边圈设计164.5.1 压料面设计164.5.2 压边圈尺寸164.6 其他组件设计164.7 压力机的校核164.8 模具工作原理164.9本章小结16第五章 修边冲孔模具结构设计165.1 修边冲孔模介绍165.1.1 修边冲孔模材料165.1.2修边冲孔模铸件结构165.2 上模结构设计165.2.1修边刀块设计165.2.2压料设计165.2.3 上模座组件165.3 下模结构设计165.3.1废料刀设计165.3.2废料滑槽165.4 其他组件设计165.5压力机的校核165.6 模具工作原理165.7本章小结16第六章 图纸绘制166.1三维图面166.2二维图纸16结论16参考文献16致谢16第一章 绪论第一章 绪论1.1课题背景及意义本次设计的题目是“汽车纵梁的工艺制定及冲压模具设计”，课题来源于广州屹丰模具制造有限公司，产品是实习中的汽车覆盖件，产品名称为纵梁件。该产品为某轿车车型的的专用零部件，本课题针对其第一工序（以下简称“OP10”）拉延模、第二工序（以下简称“OP20”）修边冲孔模分别进行模具设计。题目通过对钣金件的结构分析，对冲压成形工艺方案进行合理的编排，对比分析集中不同的方案，选择比较合理的方案进行模具结构设计。而后进行相关的工艺参数的计算，使设计出来的模具具有经济性、实用性，而且符合客户的生产要求。通过这一课题的设计，查阅了许多相关的资料，在这一方面有了比较清楚的了解，在做设计的时候，不仅是我懂得了汽车覆盖件模具的设计知识，而且对于这个领域的其他知识也有所涉猎。结合之前的实习经验来完成这个课题，把知识和生产实际结合起来，对整个模具从设计到制造生产的过程有了直观且深刻的理解。专业知识与实际生产互相结合，了解不同客户之间不同的设计规范，三维设计软件的应用，与生产一线的员工进行交流，都使我在这个领域获益匪浅。最重要的是，通过一个简单的设计，学会发现设计中的问题，并独立解决问题。1.2国内外研究现状及发展情况趋势如今经济的高速发展，带动了我国汽车工业的迅猛发展，从而又带动了汽车模具制造工业的发展，使我国模具的生产规模迅速扩大。因此，全国各地都遍布着大大小小的模具制造厂家，而随着模具制造水平比以往有了显著提高，我国也结束了汽车覆盖件模具完全依赖国外进口的状况。在美国、德国、日本等汽车制造业十分发达的国家，模具产业超过四成的产品是汽车模具，而在我国仅有三分之一左右的模具产品是为汽车制造业服务1。模具是汽车工业的基础工艺装备，在汽车生产中九成以上的零部件都需要依靠于模具成形。据数据统计，制造一辆普通的轿车大约需要1000-1500套模具，冲压模具占了八成左右，特别是一些比较大型的汽车制造厂商，如奔驰、宝马、大众、雷诺等，这么多的车型中，许多零件都是通用的，只有外观上的差异，这种外观基本都是通过冲压模具来实现的。而且越来越多的汽车生产商也拥有了自己的模具加工场地。现在，我国汽车制造业也面临着十分激烈的竞争，37第一章 绪论国外的汽车厂商逐渐扩大其在中国市场的占有率。为了提高竞争力，各大厂商的开发周期不断缩短，已经从过去的1.5年缩短至1年左右，并且将继续缩短。经济全球化、汽车工业激烈竞争使得有必要在汽车产品开发上尽量地减少所用的时间。因此，计算机辅助设计手段在汽车模具行业已经发展成为一项非常重要的技术。据了解，模具CAD/CAM的重点在于产品的外观造型、模具结构的三维设计、图面绘制绘图和数控加工数据及指令的生成，而CAE则将工程试验、分析仿真、文件生成乃至制造贯穿于产品研制过程的每一个环节之中，用于指导和预测产品在构思、设计和制造阶段的行为结果2。模具CAD/CAE/CAM的集成从根本上改变了传统模具设计与制造的方式，它采用几何造型技术，一般不需要把产品冲压出来，它的形状就可以在软件中显示出来，借助有限元分析，对板件的力学性能进行预测。当必须要冲压出实际产品时，可采用快速成型技术直接由保存在计算机中的产品几何模型自动、迅速地将产品制造出来2。对汽车覆盖件模具CAD/CAE/CAM系统，日本丰田公司在1989年正式推出汽车覆盖件CAD/CAM系统，即Die face-CAD软件，后来又在Mazda等几家大汽车公司得到应用3。欧美国家推出一款新的车型需要费时四年，而日本只需要两年多，这很大程度上归功于日本拥有先进的CAD/CAE/CAM系统4。行业中工人的四大汽车模具厂都已有了主产大中型汽车覆盖件模具200万左右公式的能力，模具年产值超过亿元5。 总而言之，汽车模具制造技术现在已经朝着自动化技术的方向发展，其中包括高水平的装备，先进的加工制造技术，例如五轴的数控机床，激光切割、焊接器，机器人焊接等；设计技术的普遍应用，如多种设计软件，分析模拟仿真，加工仿真等都给模具设计提供了一体化的解决方案，极大地提高了模具设计的效率；标准件的使用越来越精细化、集成化，模具结构简单化但兼顾生产要求等。计算机辅助设计对模具制造业的影响是巨大的，随着各种电脑技术的飞速发展，这种转变必将越来越深。虽然模具总体呈现以上所描述的趋势发展，但是反观国内的汽车模具制造业，仍有不少的技术是参考国外的，设计规范也进本参考国外的标准，对于计算机辅助设计这一方面，虽然有所普及，但是应用的根基还是不深，从业人员对软件运用不熟悉、设备传统老旧，极少拥有自主知识产权的加工设备等等方面的因素，都变成了我国汽车覆盖件模具发展的瓶颈，制约着行业的转型。因此，我国的模具制造技术与国外相比较，差距还是非常大的。1.3汽车模具发展的关键问题针对以上出现的情况，归纳出如今我国汽车模具行业发展面临的几个关键问题。首先，模具的自动化加工是大势所趋，国内的加工装备自动化远低于国外的同等水平，这一方面要求我们必须要加大力度去研发同类产品，提高装备质量，模具加工能做到“自给自足”，不依赖于进口的设备；其次，仿真技术的应用和发展已经成为如今模具设计的必要借助手段，有了前期的仿真和分析，模具设计的问题点就会有所减少，模具的质量也会显著提高；然后，车身的分块尽量少，采用尽量大的合理的分块，如采用整块式的车身左右侧板和车顶盖，这样可以减少模具的数量，提高生产效率；最后，减少冲压工序数，这样就可以减少冲压件数，减少工艺装备数量和设备占地面积，简化冲压的传送装置，减少操作工人，这样可以节省投资成本和能源消耗。除了这些方面，其他的关键问题如材料选择等都亟需研究解决，这样才有可能迎来我国汽车模具行业的春天。1.4汽车模具的种类定义概述生活中，无论是货车的驾驶室，还是高档汽车的车身，都是由覆盖件构成的。而这里所说的覆盖件，大部分是采用冷冲压加工制造成形的。与一些钣金类的小型模具相比，汽车模具的体积要大得多，成形这些车身覆盖件的且采用冷压的模具都是汽车模具。1.4.1汽车覆盖件简介汽车覆盖件（以下简称“覆盖件”）指的是汽车车身外表形状的零件，俗称为“白车身”。或者可以这样认为，是暴露在汽车外表面的钣件。覆盖件又分为外覆盖件和内覆盖件。外门板、顶盖、发动机外板、行李箱外板、侧围外板等，这些部件都是暴露在汽车外表面，称为外覆盖件；内门板、发动机内板、行李箱内板、前后挡泥板等，这些部件不暴露在汽车外表面，不能直观地被看见，称为内覆盖件6。其如图1-1所示。这些钣件经过焊接之后就形成了汽车的车身。图1-1 捷达轿车的车身壳体汽车覆盖件在称身不同的部位其作用也不相同，其成形的加工工艺也不尽相同，但制造覆盖件的板材通常要求有以下的特性：强度高、质量轻、成形性能好；具有良好的焊接性能、抗凹陷性、耐腐蚀性，表面光洁，易涂装，材料不污染环境，且可以再生；质量均匀、供应渠道宽、价格合理等7。1.4.2汽车模具的种类拉延模，也叫拉深模，它是将有一定厚度的板材通过模具拉深变成具有一定形状的壳体，这套模具就叫拉延模，如图1-2所示。按照拉延模的结构形式，可分为单动拉延模和双动拉延模。单动拉延模（图1-2a）的凹模在上方，凸模在下方；双动拉延模（图1-2b）的凹模在下方，凸模在上方。a) 单动拉延模 b) 双动拉延模图1-2 拉延模修边冲孔模，是拉延成形后的板件按要求进行轮廓修边，将板件没有用的部分剪去，并把板件上的孔用冲头冲出来的一种复合模具。修边冲孔模可以分为垂直修边冲孔模、水平修边冲孔模以及倾斜修边冲孔模三大类，本课题设计的是垂直修边冲孔模，。其大致结构如图1-3所示。图1-3 修边冲孔模因为覆盖件上通常会有数量比较多的孔，设计中除了采用单独的冲孔模具之外，常常将一部分的孔合并到修边的工序中，这样就减少了一些工序。翻边整形模，这类模具主要完成拉延无法成形或者可以成形但后工序无法处理的局部边以及形面，其结构如图1-4所示。图1-4 翻边整形模包括下料模在内的四种类型是汽车覆盖件模具的主要种类。通常汽车覆盖件的冲压都需要用到以上的几套模具。本次设计将重点放在拉延模与修边冲孔模两种类型的模具结构设计上。翻边整形模不做描述。1.5 CATIA和AutoCAD在本次设计中的应用CATIA是法国达索开发的一个三维软件，自从问世以来，已经广泛地为世界各地的生产制造商提供了许多解决方案。在汽车模具设计方面，CATIA更是以其强大的曲面造型功能、装配功能在设计中独占鳌头，深受设计者的喜爱。本次设计主要使用软件的曲面造型、零件设计、装配体设计以及工程图设计这几大模块。先从模具总体的形状出发考虑，绘制出大体的结构，再绘制其他的零部件，然后进行装配，不合适的地方可以很方便的进行修改，并同步更新。 AutoCAD主要用于二维图的出图，绘制模具的总装配图、以及工作部分的零件图。第二章首先对冲压的产品板件纵梁进行材质与力学性能方面的分析，提取软件中的数模，对相关的工序内容进行一一列出说明。之后对需要进行的工序进行编排，并确认，分析要用到的模具的特点，对其大体结构进行构思。第三章主要是工艺参数的确定，包括拉延力、冲裁力、压料力等的计算，然后对选择的压力机进行校核。第四章对拉延模作了详细的介绍，包括模具主体部分结构的材料选择，模具常用的导向方式和镶块设计等。第五章对修边冲孔模的材料、修边刀块以及废料刀的设计也作了说明。第二章 冲压件工艺分析2.1产品分析产品三维图如图2-1所示：图2-1 纵梁三维图产品为纵梁冲压件，材料HX260YD，料厚1.2mm，大批量生产。形状不算太复杂，轮廓形状不规则，不对称，孔位较多，顶部与侧部均有孔位，有凹凸与局部形状突变，拉深成形的变形深度大，但是变形部分分布较均匀。该板件为左右件，可以以一模两件的方式布排，最后剪断分离。经过CATIA软件对该制件的大致测量，该制件长约667mm，宽约212mm，高约120mm，是典型的板材冲压件。板件的材质是HX260YD，是欧洲标准的一种钢的牌号。通过查阅国内的相关标准以及资料，这种钢近似于国内的HC260YD+Z，是无间隙原子高强度钢，表面镀锌，提高车身耐腐蚀性能。其化学成分如表2-1所示。表2-1 HX260YD的化学成分（%）CSiMnPSNbTiAlmax 0.01max 0.25max 1.3max 0.1max 0.025max 0.09max 0.12max 0.1HX260YD的屈服强度，抗拉强度，取。通过控制钢中的化学成分来改善钢的塑性应变比和应变硬化指数。查阅相关资料卡，由于钢中元素的固溶强化和无间隙原子的微观结构，这种钢既具有高强度，又具有非常好的冷成型性能，通常用来制作需要深冲压的复杂部件8。现代汽车的质量越来越轻，因此，汽车制造在选用材料方面也花费了大量的功夫。这种高强度板就是在低碳钢的基础上采用一些强化方法来获得的，其抗拉强度得到很大的提高，正是因为这种特性，可以在减小厚度的情况下仍然能达到汽车的车身要求，这样便可第二章 冲压件工艺分析以达到减轻汽车车身重量的要求。2.2冲压模具设计方案的提出与论证 汽车覆盖件的形状比较复杂，不可能一个工序就能冲出合格的产品，通常都要安排几个工序来完成冲压过程。为了保证板件成形后的质量，尺寸精度等各种要求，必须要制定合理的冲压工艺流程，如果要想冲压出所需要的产品，那么需要的工序如下：（1）下料；（2）拉延；（3）修边；（4）冲孔；（5）翻边整形。根据以上所列出的几种工序，可以组合出以下几种冲压方案：方案一：下料拉延修边冲孔翻边整形方案二： 下料拉延冲孔修边翻边整形方案三：下料拉延修边冲孔翻边整形对比以上的三种方案，分析每种方案的特点：方案一：从生产效率和模具结构的以及模具的寿命三个方面来考虑，将修边和冲孔两个工序分开，有利于降低冲裁力，提高模具寿命，但是分为两个工序，会增加一套模具，从而增加模具的成本，而且生产效率略低。方案二：这个方案的缺点与方案一的相差不大。方案三：这个方案是将修边和冲孔两个工序合并为一个工序，虽然模具结构比方案一的要复杂一些，但是只需一套模具即可完成，既节省了成本，又提高了效率；在同一套模具上完成两个工序，冲出来的孔位的精度会高一些，避免后工序二次定位。经过分析与对比，结合模具寿命、模具结构、生产效率、生产成本等多方面的因素考虑，可以看出方案三比较理想，因此，本课题设计采用方案三进行设计。2.3产品数模分析产品数模是接到客户提供的数据模型后，根据一些参数，结合CAE软件进行工艺分析之后的产品模型，里面包含设计所需要的信息，如板件的形状、模具行程、板件的材质厚度、成形所用的压力机信息等等。模具结构设计就是根据产品数模来进行的。2.3.1拉延模数模经过对拉延工序的数模（如图2-2所示）进行分析。图2-2 拉延工序数模结合CATIA测量，拉延之前的板料形状轮廓为上图表示的素材线，板料长约1200mm，宽约475mm，料厚为1.2mm属于尺寸比较大的板件，四周向内凹陷的半圆弧形状为定位板件而设置。从拉延的特点可以知道，为了不使板料在拉深过程中出现拉裂、起皱等现象，需要添加工艺补充面。金属的流动量不大，两侧设置拉延筋，平衡材料流动量，减缓材料的流动速度，。收料线为拉伸过程结束后，板件在自然状态下的轮廓线。分模线是凹模与凸模的分界线，决定凸模和凹模的形状。数模的压机选用济二2000T。2.3.2修边冲孔数模从图2-3的分析，结合CATIA软件的测量结果，这套模具包括修边与冲孔两个工序，其中，修边有垂直修边与侧修边，有5个孔，都是以垂直冲孔（正冲）的形式冲裁出来，同时还设置了4处把废料分块的废料刀。经软件计算，修边线长度总长为，冲孔部分长度为，废料刀部分的长度总长为，综上所述，整套模具的剪切长度为。数模的压机选用济二1000T。a）正剪 b）侧剪 图2-3 修边冲孔模数模2.3.3模具结构特点根据客户所提出的要求，拉延模具采用双动拉延。主体结构大致可以分为上模、压边圈、下模，因为板件材料是高强度钢，因此下模与压边圈采用镶块结构。从节省材料成本的角度考虑，下模的型面部分也需采用镶件。模具采用导柱导向来保证冲压精度。修边冲孔模具主体结构可分为上模、上压料以及下模，压力源采用氮气缸，导向机构也是采用导柱来保证精度。下模型面部分镶钢块，冲裁部分采用分刀块形式，设置四处废料刀。模具上有两处斜楔，一处用于冲孔，另外一处用于侧剪。按掉料方向设置，设置六处废料滑槽，将废料排出模具外。根据汽车模具的制造特点，上模、下模和压边圈都采用实型铸造制造出来，考虑到生产现场工人安装模具的问题，在不影响模具的强度和刚度的前提下，对模具上作用不大的部分进行挖空，影响刚度和强度的地方补上加强筋。模具外轮廓尺寸都要根据压力机的参数来进行设计。根据有关汽车模具的设计知识，模具应该尽量可能地根据客户要求来选用标准件，因此，在结构设计的时候，应该结合相关的标准件的形状来设计其安装位置，模具各个部分的部件不可以产生干涉。2.4本章小结本章对纵梁进行分析，材料为HX260YD，其屈服强度，抗拉强度，冲压时一模两件，左右件布置。经过工序的分析，采用下料拉延修边冲孔翻边整形这一方案，可以有效减少工序，降低模具成本。数模提供的信息主要有：素材线、收料线、分模线、模面、修边线、废料刀位置、冲孔位置等。这些信息是整个模具设计的关键。模具的结构大概分为三大部分，即上模、下模和压边圈（压料）。各个部分的铸件壁厚按照规范设计。模具结构不产生干涉。第三章 工艺计算及相关参数的确定第三章 工艺计算及相关参数的确定3.1 拉延力计算拉延模成形主压力： （3-1）其中：抗拉强度（） ：系数：凸模轮廓线周长（） ：板厚（）系数的选取参照表3-1：表3-1 系数C的选取9加工内容冲压件种类外板件浅拉深3.5门外板、顶盖、发动机外罩板深拉深4.0翼子板、侧围外板内板件普通拉伸4.5一般内板件形状复杂、深拉深5.0门内板本课题的板件属于外板件，浅拉深，故选取系数的值为3.5。由上一章的介绍，板厚，抗拉强度，经过CATIA软件的测量，凸模轮廓线周长。由（3-1）可以得到， （3-2）即。压边力： （3-3）其中：压边圈工作面积（） ：系数系数的选取参照表3-2：表3-2 系数的选取9加工内容冲压件种类材料流入为主0.15轮罩外板、前立柱外板一般拉深0.22门里板膨胀成形为主0.29门外板、发动机罩外板、顶盖、整体侧围外板压边圈的工作面积可以近似取拉延件的坯料面积，从CATIA软件中测得坯料的面积为，选取0.15，根据（3-3）得到， （3-4）综上所述，拉深加工压力为 （3-5）3.2冲裁力的计算修边冲孔模冲裁力 （3-6）其中：板厚（）：剪切长度（）：剪切强度（）剪切强度可以按表3-3选取：表3-3 剪切强度9板材材质普通冷轧板35高强度板40取，从CATIA软件测得的剪切长度为，根据（3-6），得： （3-7）若把剪切刃口设置为波浪形，可降低左右的剪切力；降低的剪切力可作为安全加工力。剪边刃口侧向推力 （3-8）根据（3-8）得， （3-9）3.3压料板压料力的计算修边冲孔模中，压料力指的是开始加工时，防止板件变形及窜动所必需的压住板料的力。 （3-10）压料力系数可以按板料厚度来选定，如表3-4所示：表3-4 压料力系数料厚压料力系数由（3-10）可得， （3-11）3.4 卸料力的计算修边冲孔模具中，卸料力根据板厚，形状的不同而变化，一般冲裁力的5-20%。根据板厚不同，分为以下三种情况：（1）(形状简单)；卸料力 (形状复杂)；为冲裁力。（2） (形状简单)；卸料力 (形状复杂)； 为冲裁力。（3）；为冲裁力。综上所述，卸料力 （3-12）3.5本章小结本章主要对有关的工艺参数进行计算。拉延模的力包括拉延成形力和压边力，通过计算得到拉延过程需要的力的总和为1400T。修边冲孔模冲裁力为228.2T，压料力为14T。这些计算结果将作为校核压力机吨位的重要依据。第四章 拉延模具结构设计第四章 拉延模具结构设计4.1 拉延模介绍由于使用不同的冲压设备，拉延模可以分为在单动压力机上使用的拉延模和在双动压力机上使用的双动拉延模两种类型10。不但两种模具的工作方式不同，而且模具的安装方法也不一样。单动拉延模是利用机床的气垫机构进行压料，靠凸模和凹模进行成形。其特点是结构比较简单，模具安装也比较方便。双动拉延模是利用机床外滑块机构压料，靠凸模和凹模进行成形。其特点是四角的压料力可分别进行调整，但是模具安装、调整比较浪费时间，现在采用较少。通过第一章以及第二章对拉延模的简单介绍，这类模具的结构可以概括为三大部分：凹模、凸模和压边圈，设计好基础的结构框架之后，还需要查阅相关标准件供应商的产品目录，选取标准件，例如导柱导套、平衡块、螺母螺栓、导板、定位器具等。一般我们首选单动拉延模，因为相对双动拉延模其结构更简单，而且大多企业双动拉延机应用较少。但当制件形状复杂、拉延深度较大，板件为高张力厚板时就必须采用双动结构，才能满足拉延要求。按照客户的要求，本课题设计的拉延模属于双动拉延模。4.1.1 拉延模材料拉延模的形状比较复杂，而且通常汽车覆盖件模具都会显得比较重。因此，模具结构经常采用空心铸件铸造而成，如上、下模座，压边圈等，在空心处，有的结构刚度和强度比实心的部位要低，这时候加上加强筋进行局部补强。以为要大批量生产，这就要求铸件材料满足没有毛刺，容易加工，耐磨等使用要求。使用时能进行表面淬火。根据产品的生产批量和模具的寿命，列出以下几种常用的铸铁材料，牌号以及其化学成分如表4-1所示：表4-1 拉延模具结构件材质选用标准板厚t/mm流入量/mm普通钢板高强度板（）凸模凹模压边圈凸模凹模压边圈1.25000时MoCr）HT300每月（生产数量5000时MoCr）MoCrQT700（7CrSiMnMoV）QT700（7CrSiMnMoV）120MoCrMoCrMoCrMoCrCr12MoVCr12MoV表4-1拉延模具结构件材质选用标准（续）板厚t/mm流入量/mm普通钢板高强度板（）凸模凹模凸模凹模1.2-1.6120MoCrCr12MoVCr12MoVCr12MoVCr12MoVTD处理Cr12MoVTD处理1.61207CrSiMnMoVCr12MoVTD处理Cr12MoVTD处理Cr12MoVCr12MoVTD处理Cr12MoVTD处理结合板件的材料以及厚度，模具的凸模部分采用钼铬铸铁MoCr，凹模和压边圈部分Cr12MoV，附加TD处理（模具表面超硬化处理技术）。对于一些特殊的工作表面，材料流动量大或压缩性法兰，要求表面耐磨，这时候模具需要镶钢块处理，镶块的材质通常选用Cr12MoV，这是一种冷作模具钢，钢的淬透性、淬火回火的硬度、耐磨性、强度均比Cr12高。用于制造截面较大、形状复杂、工作条件繁重下的各种冷冲模具和工具，如冲孔凹模、切边模、滚边模、钢板 深拉伸模、圆锯、标准工具和量规、螺纹滚模等。其化学成分如表4-2所示。表4-2 Cr12MoV的化学成分碳 C硅 Si锰 Mn硫 S磷 P铬 Cr镍 Ni铜 Cu钒 V钼Mo1.451.700.400.400.0300.03011.0012.50允许残余含量0.25允许残余含量0.300.150.300.400.60力学性能：硬度 ：退火，255207HB，压痕直径3.84.2mm；淬火,60HRC。关于如何设计镶块，会在以下章节介绍。4.1.2 拉延模铸件结构拉延模的铸件结构采用客户提供的设计标准，其结构与铸件壁厚尺寸如图4-1所示。图中的表格TGSE、GSE、MP、GP、TGP是几种模架的型号，因应客户要求，本次拉延模设计采用TGSE型模架。上模座、下模座以及压边圈的铸件壁厚、肋条厚度都是根据图中规定的尺寸进行设计的。图4-1 拉延模的铸件结构4.2 拉延模的导向方式汽车模具的导向方式按形式可以分为导柱、箱根、导板三大类。如表4-3所示。表4-3 汽车模具的导向方式导向分类适用范围使用模具类型成本导柱模具基本导向侧向力较小的冲模侧向力较小的拉延模切边、冲孔、成形（全周）模中箱根侧冲模、拉延模等侧向力较大的模具侧向力大的拉延模双动侧冲模、成形模高导板产量低的模具导向空间小的成形模有侧向力的单动拉延模小件成形模低有的模具可以采用其中一种导向方式，但通常汽车模具都会组合使用，图4-2仅列出几种常见情况。图4-2 汽车模具几种常见的导向根据分模线形式，拉延的行程，模具的大小也可分为内导和外导，如图4-3所示。图4-3 外导向与内导向两种导引方式的选用及优缺点：（1）一般拉延行程比较大或模具比较大的时候会选用外导方式,行程比较小的时候会选用内导方式。（2）外导方式的模具平稳性比较好,但是模具会比较大。（3）内导方式的模具比较小.但是平稳性不是很好。在本次设计的拉延模中，有两处导向机构，分别是上下模导向和凸模与压料圈之间的导向，上下模导向方式为导柱导套，凸模与压料圈之间的导向为导板导向。在设计导向机构的时候，需要考虑以下几个问题：（1）模具导向用导柱的导向量是否足够。在上模压料面开始接触板材的时候，导柱、导套的吃入量应大于导柱的直径，模具导向板的吃入量要大于80mm。模具导向板吃入40mm以后，导柱导套才开始咬合，如图4-4所示。（2）压边圈导板的导向量是否足够。模具在上死点时，要保证压料圈导板的吃入量（相对于模板导向面）超过50mm。开始加工时，导板吃入量要超过80mm。如图4-5所示。 图4-4 模具上下模导向 图4-5 压力圈与凸模导板导向导板的布置形式如图4-6所示。图4-6 导板的布置形式4.3 下模结构设计图4-7是拉延模下模部分的三维图。图4-7下模结构示意图大体结构包括下模座、铸件镶块、下模镶块、以及相关的标准件。这里要提到一点的就是，在导入数模开始设计画图的时候，绘图的中心、模具中心、床台的中心要与工法的中心重合，因为模具是自动线生产，送料高度是给定的，如果产生偏离，加工模具的时候高度就偏离了原本的中心，导致模具报废。因此，这是贯穿绘制三维图形的整个过程的。这一部分在CATIA软件中的设计顺序为：先设计根据模面、分模线等给定的数据进行下模镶块设计，然后是铸件镶块，接着是根据压力机床台绘制出下模座的总体形状，最后按需选用标准件进行模具的装配。4.3.1 下模镶块设计镶块对于汽车模具设计来说，可以说是一个很重要的部分，是一个通用部分。它一般与其他工作零件分开制造，使用时镶嵌在主体工作零件上作为局部工作零件。图4-8是下模镶块的示意图。图4-8 下模镶块使用镶块一个很重要的原因是模具成形的零件较为复杂，局部易磨损。如果镶块改为与其他工作零件整体式制造，会给机械加工带来极大的困难。在冲压过程中，局部工作部分的损坏会导致整个主体工作部分无法使用，甚至使模具报废，使用镶块后，如果发生磨损等情况，只需要更换镶块就可以。而且在热处理的时候，只需要把镶块拆下来即可，方便工作人员安装。 当钣件的厚度t1.2，或钣件为高强度板，或者钣件拉延深度大（段差大于100）时，为了防止钣件起皱或拉裂，应对模具上模、压板或模仁进行局部或全局地镶钢块处理（视具体情况而定）。选取局部钢块说明设计原则，如图4-9所示。图4-9 镶块局部镶块加工前是一个方块，方块的尺寸按图面尺寸加上加工量，进行加工时将多余的部分加工掉。分割镶块时，要从多个方面考虑，其中，最重要的就是思考如何节省材料，镶块的最大长度取300-350mm为宜，宽度留下能够锁附螺栓的位置即可。厚度至少要有30mm，以保证钢块的强度。其次，拼接线要有利于镶块的组立，拼接线不能与材料流动方向一致，且不能与上模的镶块拼接线重合，最好能错开10mm以上或有510的夹角。在圆角处分块时，分割线要距圆角切点5-10mm。当镶块的质量超过15kg时，应该设置M16的起重孔，方便现场进行搬运加工。绘制螺栓孔位的时候，要保证紧固螺栓和销钉的直径、数量符合强度要求，要错开分布。螺栓数量不能少于两个，相邻螺栓间距。4.3.2 铸件镶块及下模座铸件镶块如图4-10所示。a)铸件镶块上部 b)铸件镶块底部图4-10 铸件镶块由于凹模需要加工出形面，如果将形面与模座整体制造加工，那么，话费的成本会很高。如果将形面部分以镶件的形式制造出来，成本将会大大降低。铸件镶块长1720mm，宽660mm，高145mm。表面加工成形面（凹模），周边区域加工出用于安装镶块的平面，键槽，上表面加工调整块安装面，侧面四周加工背托，用于在模座上安装铸件镶块，如图4-10a所示。底部需要与下模座用螺栓连接，因此加工出一个平面，并钻出螺栓孔，如图4-10b所示。下模座结构如图4-11所示。图4-11 下模座根据压力机的床台参数确定下模座的尺寸。模具各个部分的高度一般只要均匀即可，但是因为这套模具用于自动线生产，将下模座的中心与数模中心重合，这样便可以确定下模座的高度。在本次设计的拉延模中，床台中心水平面与下模座底面的高度为740mm，考虑到使用的是客户提供的标准模架，下模座长度为2350mm，宽度为1600mm。4.4 上模结构设计上模部分主要是上模座的设计，材料是MoCr,包括凸模形面加工、导板安装面的设置，挖减重孔，加工用于安装起吊螺栓的平面，大体为中空式的壳体结构。凸模形面高度约为65mm。导板设置按照图4-6的方法布置。经CATIA软件测得，质量为2242kg，整体规格约为。形面部分，在分模线位置保留50-60mm的刃口厚度，刃口下部作出5-10mm的逃让。上模座结构如图4-12所示。图4-12 上模座4.5 压边圈设计压边圈也称为环模，在拉伸过程中，为防止工件口缘部分失稳而起皱，在凹，凸模之间边缘部分设置的圈形压紧装置。如图4-13所示。a)整体形状 b) 上部 c)底部图4-13 压边圈4.5.1 压料面设计根据工艺数模，将素材线向外偏离20mm左右就可以得到有效的压料面积。但是压料面的边界距离模具中心不能小于40mm，最大的距离也不能超过100mm。压料面的面积能够把坯料压住即可，面积不宜过大，避免增加工人的研磨量。4.5.2 压边圈尺寸根据设计规范，压边圈的高度一般不小于250mm，在保证凸模与压边圈导滑面的长度以及有足够的避让空间的前提下，即可得到大致的压边圈高度。压边圈上表面需要布置调整块、素材定位器等部件，在确定好这些部件的安装位置之后，就可以得出压边圈的长度和宽度。在保证压边圈强度的前提下，铸件较厚的地方应掏空以减轻重量，调整块下方需要加上到底肋条进行补强。综上所述，压边圈的高度为数模中心到压边圈下表面的距离，经软件测得为560mm，长度为2370mm，宽度为1752mm。因为本次设计由客户提供模架，所以压边圈的大致形状已经确定下来。4.6 其他组件设计这里所说的其他组件包括U沟、素材定位器、C/H孔、调整块。U沟的形式如图4-14所示：图4-14 U沟尺寸U沟为模具安装在压力机上的部位。上模U沟数量：模具长1600（含）以下，一侧设置2处，前后共4处；模具长1600以上，一侧设置3处（中间U沟对角设置），前后共6处。下模U沟数量：不论模具大小，一侧设置2处，前后共4处。这里值得注意的是，若客户有提供设计标准或者模架，以客户的要求为准。不管是试模床台还是生产床台，U沟的设置要与床台上的锁槽配对，确保模具能够固定在压机床台上。素材定位器顾名思义，是用来定位板件的。本套模具的定位具有两种，一种是定位导正销，CAE软件将板件的形状割去四个半圆，以便定位。另一种是素材感应器，位置尽量设置在较长的一边，素材边线与感应器平面贴合。这两种部件都可以在标准件库中选取，安放在合理的位置即可，对应模具的干涉部分作出逃让。这里不作详细介绍。到底标记和C/H销，如图4-15所示，吃入板件的厚度为0.3mm。到底标记是为了验证一些成形类模具，如拉延、成形、整形类模具是否达到成形所需要的深度而设定的。一般在凹模上，在板件最终接触点（凹部）组装。C/H销是为了了解在试模过程中模具的定位情况而设立的，设计时根据工法图所给的位置来布置。图4-15到底记号调整垫块主要用来承受机床加载上模具的压力。垫块最好的间距是300-350mm，且下面应有肋条支撑到底。调整块应尽量靠近凸模轮廓线来布置，但至少要保留30mm，安装面也应该要比形面低，以免加工形面时破坏安装面。安装面的尺寸应该要比调整块的直径多10mm，如图4-16所示。调整块的数量=压边力/10N（kgf）；小型模具设6个，中、大型模具设8个以上（调整块许用单位面压力）。图4-16 调整块安装尺寸4.7 压力机的校核设计出模具以后，用软件测得拉延模模具的长为2380mm，宽为1640mm，闭合高度为1450mm。通过第二章的数模分析可得，数模提供的压力机为济二2000T，其规格参数如表4-4所示。表4-4 济二2000T压机规格项目数值公称压力2000T公称力行程13mm滑块行程1100mm滑块行程次数1018次/分最大装模高度1600mm装模高度调节量600mm台面尺寸4500*2400T槽夹持高度70（+0.5,0）拉伸垫力4000kN拉伸垫有效行程0350mm最大模具重量2000T/60T拉延成形力为1400T，压力机的公称压力为2000T，模具闭合高度为1450mm，压力机的最小装模高度为最大装模高度与装模高度调节量之差，即，压力机的选择符合要求。4.8 模具工作原理（1）将模具安装在压力机上；（2）将板件放在模具的压料面上，并准确定位；（3）压力机上的滑块下行带动上模下行；（4）上模和压边圈压料面首先与板料接触，将板料压住；（5）上模继续向下运动，开始拉深成形；（6）压力机的上滑块到达下死点，拉延过程结束；（7）弹顶销将制件顶出，取出制件。4.9本章小结本章对拉延模的设计作了详细的介绍。拉延模按照压力机压料方式的不同分为单动拉延模与双动拉延模。以客户要求采用的双动拉延模为例，首先确定了模具主体的材料，凸模部分采用钼铬铸铁MoCr，凹模和压边圈部分Cr12MoV。介绍了模具导向，采用导柱导套和导板进行导向。模具最关键的工作部分是压边圈镶块和下模镶块，分割镶块时主要从节省材料的角度考虑，便于制造和装配。铸件壁厚按规范设置，保证强度与刚度即可。第五章 修边冲孔模具结构设计第五章 修边冲孔模具结构设计5.1 修边冲孔模介绍修边冲孔模具是在完成拉延工序后的板件在侧壁上按照要求将轮廓进行修边和孔的冲制的复合模具。汽车板件上通常都会有许多的孔，但是在汽车覆盖件模具设计时，一般不会采用单冲孔的模具，通常将一些孔的冲制合并到修边的工序中，提高