毕业论文汽车固定托板冲压工艺与模具的设计说明

1、 . PAGE31 / NUMPAGES32汽车固定托板冲压工艺与模具设计1前言汽车模具是汽车工业的重要基础工艺装备。在汽车生产中，90以上的零部件都需要依靠模具成形，6070的金属零部件需经塑性加工成形。冲压是金属塑性成形的一种最基本、最传统，也是最重要的金属加工方法之一。在新车型的开发中，90的工作量都是围绕车身而进行，约有60的开发费用用于车身、冲压工艺与装备的开发上。在整车制造中约有40的费用用于车身冲压件与其装配。当前，世界围的汽车制造业面临着市场激烈竞争的严重挑战，在新能源汽车的开发方面，多国竞争更是方兴未艾，汽车新车型的开发周期已经从过去的1.5年缩短至1年左右，并且还将继续缩短

2、。汽车冲压模具的制造周期是影响新车型上市快慢的重要因素，汽车冲压模具的质量在很大程度上决定了汽车本身的外观和质量，所以冲压模具是决定汽车车型开发是否成功的关键因素。1.1国外汽车模具行业的发展状况国外各大汽车公司都对汽车模具的设计和制造技术的发展极为重视，各大汽车公司都有自己的模具制造厂，生产汽车关键零件的模具，特别是主要外观件所用的模具。例如，日本丰田公司的冲压模具工厂就是世界上最大、最先进的汽车模具制造厂之一。虽然该工厂的模具制造能力很强，但并不生产丰田公司所需的全部模具，主要负责整车零件的冲压工艺和整车模具的协调和设计制造车身外覆盖件等主要零部件的模具，而地板和骨架等零件的模具全部外协制

3、造，其模具自制率约为60。除了汽车生产厂家的模具厂外，还有大批的汽车模具专业公司为汽车制造业服务，其中知名的如同本的获原、富士、宫津，美国的COMAU公司等等，在国际汽车模具制造业都具有很高的地位。例如COMAU汽车模具公司就具有每年开发10个车型模具的能力，其制造的模具包括多工位传递模、多工位级进模(连续模)、液压成形模、金属热成形模和原型模具等。为了缩短模具的设计制造时间和降低成本，COMAU公司的许多模具设计制造工作都外包给外面的公司完成。因此，其周边产生了许多为其服务和协作的模具设计公司和机械加工公司，使其能更好地利用相关的资源。该公司大型覆盖件模具的交货期为46个月。专业化生产是汽车

4、模具行业的一个显著特点，专业化分工是提高生产效率、缩短模具设计制造周期和保证模具产品质量的必然发展趋势。例如，有的企业仅制造整体侧围、前翼子板、发动机罩外板、车门外板、行箱外板等主要覆盖件模具，其余均由外围协作厂完成。又如，西班牙的DOVER公司专门制造车门模具，以生产四门模具而著称。有的厂家专门制造地板与结构件模具，还有的模具厂家专门制造多工位自动化模具。除了专业的汽车模具厂家外，国外还出现了一批汽车模具试制专业公司。例如，意大利MODEL MASTEL公司专门设计制造新开发车型的白车身、组装样车。从汽车概念设计到主模型制造，最后到样车出厂，为汽车主机厂提供一条龙服务。又如美国的Qualit

5、y Metalcraft公司专门为新车型开发模具和小批量试制服务。模具专业化生产使模具企业更加突出了白己的核心业务，有利于积累丰富的产品开发、生产管理与服务的经验，可为汽车制造业客户在短期提供高质量、低成本的模具。国外汽车模具行业发展的另一个显著特点就是各种高新技术的广泛应用，使汽车模具的设计制造技术水平达到了一个空前的高度。这些强力推动汽车模具行业快速发展的新技术，包括数字化模具技术、冲压成形过程模拟、高速加工、自动化加工、拼焊板和高强度钢板冲压技术、信息化管理技术等。汽车轻量化技术，如拼焊板和高强度钢板的应用，将汽车冲压工艺和模具设计制造技术推向了一个更高的水平。以高速加工和自动化加工为代

6、表的先进制造技术，使汽车模具制造设备精良化，大大提高了模具的生产效率和加工精度。以MIS、MES、ERP为代表的信息化管理技术，大幅提升了模具企业的管理水平，使管理更加科学化，对缩短模具制造周期和降低模具成本发挥了重要作用。经济全球化对国际汽车模具制造业产生了深刻的影响，近年来工业发达国家将中低档模具的生产不断地向包括中国在的发展中国家转移，并且也越来越多地到这些国家采购模具，以降低其汽车生产成本。尽管如此，我们还是应该清醒地看到，工业发达国家汽车模具行业依然保持着其核心竞争力，在大型、精密、复杂模具的设计制造技术方面仍有着明显的优势，特别在高档轿车模具技术方面还占据着不可替代的位置。1.2国

7、汽车模具行业的发展状况自2000年以来，我国汽车行业快速发展，2010年汽车总产量已超过1800万辆，新能源汽车也被国家列为战略性新兴产业，在国家政策的引导下将会快速发展。在节能减排政策推动下，汽车轻量化技术将越来越受到重视。我国汽车工业的高速发展，为汽车模具提供了旺盛的市场需求，推动了汽车模具行业的快速发展，使汽车模具行业的整体水平也得到迅速提升。十年前，我国的汽车冲压模具行业还只限于一汽、东风、天汽、成飞、南汽等为数不多的几家骨干企业，现在己发展到200家左右。大批民营企业快速发展，并已具有相当规模，已经成为我国汽车模具行业的重要组成部分。现在，国汽车冲压模具产值超亿元的企业已有10多家，

8、5000万元至1亿元的企业有20家左右，这些企业是我国汽车模具行业的主力。现在我国的汽车冲压模具年产值已达到90亿元左右，就能力而言，目前的产能已超过100亿元，其中汽车模具的产值就已达到8亿元左右。 2001年以前，我国的汽车冲压模具生产厂家还主要以生产卡车车身模具为主，随着我国汽车模具行业整体实力和技术水平的大幅提升，轿车模具现已成为汽车模具制造企业的主导产品，它也是汽车冲压模具水平的体现。一汽、天汽、东风、成飞等处于第一梯队的汽车冲压模具企业，现已能制造轿车的翼子板、整体侧围、四门三盖和大型复杂地板等主要覆盖件的全工序模具，并实现了由中低档轿车模具向中高档轿车模具的跨越。近5年来，在我国

9、上市的数十款自主开发与合资生产的汽车中，其生产所需的模具和夹具有50以上是由国汽车模具企业制造的。我国汽车模具行业现已具备了生产中档轿车整车模具的能力。有的轿车0EM厂商已经将B级轿车的整车模具交由我国模具企业制造，这体现了我国汽车模具行业设计制造水平的快速提升。多功能模具、高效多件冲压模具、多工位模具、大中型骨架件级进模等新型模具开始起步，拼焊板和高强度板模具的开发水平稳步提升，870MP甚至更高的高强度板和不等厚激光拼焊板模具国已经可以生产。作为部分企业的新产品，这些类型的模具己开始逐步占领国市场，有的甚至进入了国际市场。我国汽车模具行业近年来在装备水平方面显著改善，许多企业都大量购置了先

10、进的模具加工设备，包括3 5轴高速加T中心、大型 HYPERLINK :/ search.hc360 /cgi-bin/seinterface.cgi?word=龙门式加工中心 t _blank 龙门式加工中心、数控 HYPERLINK :/ search.hc360 /cgi-bin/seinterface.cgi?word=铣床 t _blank 铣床、多轴数控 HYPERLINK :/ search.hc360 /cgi-bin/seinterface.cgi?word=激光切割 t _blank 激光切割机等，以与人型测量和调试设备。除了硬件设备外，大部分企业还同时配备了先进的软件，包

11、括 HYPERLINK :/ search.hc360 /cgi-bin/seinterface.cgi?word=CAD t _blank CADCAECAM软件和企业信息化管理软件等。因此，我国汽车冲压模具企业的设计水平和制造能力已大为提高。以前，一个企业很难在一年完成一个整车车身模具的生产，现在一些骨干企业己具备了这个能力。有的企业通过行业协作还具备了一年同时完成4-5个车型全套车身模具的能力。按照现有的装备水平测算，国已经具备了一年完成30个左右车型整车车身模具的能力。我国汽车模具行业近年来发展的一个趋势是，一些个业除了发展自身的生产能力外，还加强了企业之间的联合、协调与协作。国汽车模

12、具界已对组成战略联盟、共同面向市场方面达成了共识，而且已经开始了各种形式的 HYPERLINK :/ search.hc360 /cgi-bin/seinterface.cgi?word=合作 t _blank 合作。如“龙头”模具企业在承接了整车模具的任务后，除了自己完成整体协调和关键模具外，还按模具制造的复杂性、难易程度、企业的专业化分工与其能力和特长，把部分模具交给多家企业制造。由于这种企业问的联合可以使各企业间相互配套，优势互补，可合理配置资源，发挥群体优势，达到互利互惠、合作双赢、共同发展的目的，汽车模具企业问的合作、联合或联盟，已成为我国汽车模具行业发展的重要趋势。我国汽车模具行业

13、发展的另一个显著特点是高新技术普遍应用，技术水平迅速提升，自主创新能力不断增强。目前，CADCAECAM技术己在我国汽车模具行业普遍应用，大部分企业可应用CAD设计软件进行二维或三维模具设计，并实现了模具的数控加丁。除了应用商品化的CAD软件进行模具设计外，不少企业还进行了CAD软件的二次开发。例如，一汽模具制造公司研发了冲压模具知识模板，实现了拉延模、压合模的模块化设计和参数化设计。汽车模具公司等企业建立了模具标准件库，实现了模具的三维设计的全面应用。现在，许多模具企业已能够运用CAE技术分析冲压成形过程，预测成形缺陷，优化冲压工艺和模具结构；部分企业在高强度板CAE成形分析和自身经验数据库

14、方面还做了许多卓有成效的工作。这些都对缩短模具开发周期和提高模具质量有良好效果。模具企业设计、制造的软件条件已基本达到或接近国际水平。国汽车模具的检测技术水平近年来也显著提高，三坐标测量设备普遍应用，在保证模具产品质量方面发挥了重要作用。特别是Atos光学扫描设备的应用，在模具检测、冲压零件检测、模具修理与复制等方而使检测效率大大提高。许多企业将坐标扫描设备和反求工程软件应用于样件和模具的测量，通过反求建立CAD模型，用于模具产品的开发和模具的修复，提高了产品研发和为客户服务的能力。近年来，国汽车模具企业的管理水平和能力也在不断提升，不少企业为了改变不规、落后的管理方式，结合企业的实际情况，正

15、逐步建立起适合自身特点并能满足市场需求的管理模式。许多企业实施了信息化管理系统，在产品设计和技术管理中，实施了PDM系统；在文档管理、知识管理、工作流管理、项目管理和权限管理等方面实现了信息化管理，从而提高了设计效率和管理水平，取得了良好效果。与此同时，人才管理也已越来越受到企业的重视。一些大型骨干模具企业还建立了以项目为基础、贯穿生产全过程的信息管理系统，包括项目计划、工作量分配、计划执行过程跟踪、质量状态监控等功能。在汽车模具企业的发展壮大过程中，人们已深刻地认识到“技术是企业发展的动力，管理是企业发展的灵魂”。虽然我国汽车模具行业已得到了较快发展，但与国际先进水平相比尚有很大差距，尤其是

16、在企业管理和人才方面的差距更为突出，设计、加工、调试与标准化等方面也有不少差距，我们必须重视。1.3汽车冲压模具技术的发展趋势当前，冲压技术正向精密、多功能、高效节能、安全清洁和智能化的生产方向发展。车身冲压技术还呈现出模块化、自动化、毫米冲压和特种成型技术等新趋势。汽车冲压模具有很好的发展前景，其发展趋势当与冲压技术的发展方向相吻合，多工位自动化智能模具和为智能生产服务的高性能模具将逐步成为今后技术发展的重点。在国外汽车模具行业的发展中，除了生产专业化、设备精良化、经营国际化、以与行业战略联盟的发展等成为重要的特点外，模具技术的发展呈现出以下趋势：包括三维设计技术、冲压成形过程的模拟(CAE

17、)技术、可制造性设计(DFM)技术、智能化型面设计技术、制造过程的CAPP、CAM、CAT技术、并行工程和协同设计以与虚拟制造等容的模具数字化技术；包含模具型面和结构面的加工、高速加工、一体化 HYPERLINK :/ search.hc360 /cgi-bin/seinterface.cgi?word=加工中心 t _blank 加工中心、光电控制系统、工件在线测量系统等容的各种模具加工自动化技术；高强度板冲压技术和与高强度钢板应用相关的激光拼焊板的冲压技术；发展包括多工位自动化模具、级进模、多功能模、热压成形模、液压成形模、轻金属和复合材料成形模等的新型模具以与模夹一体化产品；发展特殊铸铁

18、和高性能模具材料与与此相关的材料处理和各种表面强化技术；包括精益生产流程与ERP、CRM、SCM、PM、PDM、PLM、MES等先进信息化管理工具与系统的发展与应用等容的管理科学化与信息化技术；模具的精细化制造和标准化设计与生产，等等。2 工艺方案的制定2.1零件的工艺性分析本次设计的题目是汽车固定托板的冲压工艺与模具设计，此工件分飞件和件。根据所给资料可知工件材料为Q235,需要大批量生产，而且尺寸较大，材料厚度小，根据相关资料求的两工件尺寸都为400mm160mm50mm。从所给图上可以看出两工件都有一处90度折弯区，折边高度均为50mm,折。两工件大体外形相似，但所需冲孔尺寸、数量和位置

19、有所不同。件上有10个小孔，一个大圆孔和一个边长为10mm10mm方孔、一个边长为100mm60mm长方形孔；而件则没有长方形大孔。 由所给资料可知，两工件毛坯外型尺寸为400mm260mm，材料厚度均为0.8mm。由于毛坯外形尺寸较大，假设落料时采用落料模，落料模所需冲裁力必须很大，况且材料厚度较小，使用剪板机进行剪料比较合适，而且经查阅资料可确定毛坯尺寸精度为IT8级，剪板机剪料可以实现其精度要求。故不宜使用落料模选择使用剪板机进行剪料。由于受到凸模强度的限制，冲裁件上孔的尺寸不能太小。为了不使模具强度不够或冲裁件变形，冲裁件的孔与边缘之间，孔与孔之间的距离不能太小。为了避免两处弯曲处可能

20、产生弯曲回弹，影响零件精度。应采用校正弯曲 , 或在弯曲凸模上设补偿回弹角控制回弹量。根据所学知识可知Q235含碳量低，塑性好，所需冲裁力小，并且回弹较小。所以，该工件冲压工艺性良好。2.2计算毛坯尺寸完成此工件主要有两个工序即冲孔和折弯，计算毛坯尺寸需先确定弯曲前的半成品尺寸，由于弯曲角为90度，所以毛坯展开尺寸公式为：式中L为毛坯展开尺寸；l,l,l为弯曲件直边部分长度；r为弯曲件弯曲半径，经查表的=2.5=2mm；t为弯曲件原始厚度；x为中性层移系数，由表3-91查得=0.46。解得L=267.44，所以毛坯尺寸为400mm267.44mm。如下图：图2.1 零件1毛坯图图2.2 零件2

21、毛坯图2.3 工艺方案的制定由上述分析和计算可知，此工件的冲压工艺主要由落料，冲孔，折弯等工序组成。经过分析确定两工件的冲压工艺的完成可采取以下两种方案：方案一：落料折弯工件冲孔、工件冲孔；方案二：落料工件冲孔、工件冲孔折弯； 经过查阅相关资料和经验分析可知，以上两种方案有一样之处但也有不同之处，其各有优缺点。两种方案工序都较为简单，容易制造出所需工件，不同之处是，方案一是先折弯后冲孔，而方案二是先冲孔后折弯。根据分析得出，冲孔后折弯时，孔对折弯起到一定的固定和定位作用，而方案一却没有这种效果，所以方案二优与方案一，应采用方案二。3工件冲孔模具设计3.1计算冲压压力（1）冲裁力F（2-8） 式

22、中K系数，考虑到模具刃口的磨损，凹凸模间隙的波动，材料机械性能的变化，材料厚度偏差的因素，实际所需冲裁力还须增加30%，即K1=1.3。L为冲孔周长之和，L孔=；材料抗剪强度Mpa，查表1-1得，材料为Q235，可取304373Mpa之间，所以取=340Mpa；t材料厚度，根据资料得t=0.8mm。 则 F=1.31205.20.8340=426.159(kN)（2）卸料力F （2-15）上式中K为卸料力系数，由表2-7可得K围为0.040.05，在冲多孔、大搭边和轮廓复杂时K取上限，但在这里工件结构较为简单，所以K取0.04。所以 =0.04426.159=17.046(kN)（3）推件力F

23、 （2-13） 上式中F为推件力；K为推件力系数，由表2-7可得K为0.06；F为冲孔力。所以 =0.06426.159=25.570(kN)（4）总冲裁力F根据资料和工艺分析的此工艺采用弹性卸料装置和下出料方式。所以 （2-18） 则 =426.159+17.046+25.570= 468.775(kN)（5）压力机的选择由于F=468.775(kN)，与工件一的相差不大，压力机也可选用机械压力式开式双柱可倾压力机，J23-800，公称压力为800 KN，最大封闭高度为380 mm，封闭高度调节量为100 mm，滑块行程130 mm。3.2模具压力中心的计算压力中心即工件外周边上冲裁力的合力

24、中心。工件外周边冲裁力的合力，是由工件周边各线段重心位置所决定的，而各线段的重心是已知的，所以可以利用解析法求得合力的中心。冲裁合力中心s相对y轴的距离为：（2-19） = =156.935(mm)（2-20） = =103.645(mm)3.3模具刃口尺寸计算凹凸模刃口尺寸和公差的确定，直接影响冲裁生产的技术经济效果，是冲裁模设计的重要环节，必须根据冲裁的变形规律，冲模的磨损规律和经济的合理性综合考虑，遵循以下原则：设计落料模时，应以凹模尺寸为基准，间隙取在凸模上，靠减小其尺寸获得；设计冲孔模时，应以凸模尺寸为基准，间隙取在凹模上，靠增大其尺寸获得。根据冲模的磨损规律，凹模的磨损使落料件轮廓

25、尺寸增大，因此设计落料模时，凹模的刃口尺寸应等于或接近工件的下极限尺寸；凸模的磨损使冲孔件尺寸减小，因此设计冲孔模时，凸模的刃口尺寸应等于或接近工件的上极限尺寸。冲裁模在使用时，由于磨损间隙植将不断增大，因此设计时无论是落料模还是冲孔模，新模具都必须选取最小合理间隙，使模具具有较长的寿命。根据工件尺寸公差的要求，确定模具刃口尺寸的公差等级。由于课题未要求零件加工精度，没有标注公差，则按国家标准非圆形件采用精度来处理，圆形一般按精度制造模具。由于课题未要求零件加工精度，没有标注公差，则按国家标准非圆形件采用精度来处理，圆形一般按精度制造模具。查基本公差表的：大圆孔：；小圆孔：；大方孔：；小方形孔

26、：；小方形孔：。查表2-3，可知最大间隙，最小间隙。查表2-6得磨损系数X=0.5。从上文可知此工件厚度为0.8mm，工件材料较薄，为了保证凹凸模间一定的间隙值，须采用凹模与凸模配合加工的方法。根据所冲孔形状可知，所射击尺寸都为B类尺寸，所以取公式；根据经验一般可取。；：3.4冲孔模主要零件的计算3.4.1冲孔凸模长度和强度校核由上述可知，圆形凸模选择用B类，使用螺钉与固定板连接。采用标准长度的凸模。材料可选用9M2V，硬度为58-62HRC。圆形凸模冲裁时凸模承受的应力有平均应力和刃口的接触应力两种。此次设计的冲孔直径都大于材料厚度0.8mm，凸模强度校核可采用以下公式：（3-1） 式中 冲

27、件材料厚度，此处为0.8mm；d凸模直径，此处为10mm，80mm；冲件材料的抗剪强度；从上的；凸模刃口接触应力；凸模平均应力；对于常用合金钢模具，可取18002200Mpa。当凸模直径是10mm时：所以符合要求；当凸模直径是80mm时：所以也符合强度要求。对于圆形有导向装置的凸模最大长度：式中， 凸模许可的最大长度；d 凸模的最小直径，此处为10mm；F冲裁力，此处为468.775(kN)；（2）非圆形凸模当凸模横截面宽度大于材料厚度时，可按下式核算接触应力：（3-2）式中 L冲件轮廓长度，此处为40mm，320mm；冲件材料厚度，此处为0.8mm；冲件材料的抗剪强度；从上的；A接触面积，取

28、接触宽度为，；对与小方孔对于大方孔所以凸模强度符合设计要求。3.4.2冲孔凹模的设计（1）凹模厚度和壁厚凹模厚度H和壁厚可用经验公式计算；凹模厚度H=KB凹模壁厚C=（1.52）H式中B凹模孔的最大宽度； K为相关系数；查表9-5得H=50mm；c 取50mm；外形尺寸此工件冲孔较多，为了使压力中心与凹模板中心重合，应采用以下公式求外形尺寸：沿凹模长度方向压力中心至最远刃口距离的2倍；沿凹模宽度方向压力中心至最远刃口距离的2倍。则：；由上所述，查表得，凹模外型尺寸改为。凹模的刃壁形式此模具结构简单，残余物料由冲压反方向推出，根据表14-7得出凹模的刃壁形式为序号6的形式。3.4.3模架设计模架

29、包括上模座，下模座，导柱和导套。根据相关资料可知，在此模架材料选用铸铁HT250。由表9-19，上模座选用中间导柱 T2851.51990；由表9-20，下模座选用中间导柱 T2855.10；由表9-22， 模柄选用整体式，型号 A，/ 7646.1由表9-21，导套选取滑动配合形式，型号为AGB/ T2861.6；由表9-21，导柱选取滑动配合形式，AGB/ T2861.1；3.4.4卸料板的设计卸料装置分为固定卸料和弹性卸料两种结构。固定卸料板用于工件平面度要求不高，卸料力较大的情况；弹性卸料用于生产薄料冲裁卸料；在这里所设计的工件表面较为平整且材料厚度较小，所以采用弹性卸料装置，根据下模

30、座外形尺寸查表9-15得卸料板厚度为20mm，材料选用45号钢或Q235。3.4.5垫板的设计垫板的作用是将凸模承受的压力均布到模座上，避免凸模直接和模座接触，从而避免压强过高而压塌模座面。根据表9-23可知外形尺寸为的模座应选用厚度为16mm的垫板3.4.6凸凹模固定板的设计凸凹模固定板的作用是固定凸模和凹模等工作零件，其形状有矩形和圆形，平面尺寸除保证固定工作零件外，还应考虑固定螺钉和定位销的位置，厚度一般为凹模厚度的50%-80%，所以固定板厚度为，此处取35mm。3.4.7卸料橡皮的设计 由于橡皮允许承受的负荷较大，而且安装调整比较方便，所以是冲模中卸料常用的弹性元件。根据卸料力 F=

31、 KF=17.046(kN)，首先预设在卸料板上安装四个卸料螺钉，且卸料螺钉采用表2.316中序号一的结构形式。由于螺钉部杆直径为12mm，因此卸料橡胶孔直径d取14mm。由表9-24可得公式： D=（3-4）式中 d橡皮的径； F单个橡皮需提供的卸料力，此处； p单位压力，MPa，一般取23 Mpa，此处取2.5 MPa。所以 D=(mm)所以橡皮的外径D取50mm。3.4.8冲模闭合高度的确定确定模具闭合高度以前，应先了解压力机的闭合高度。压力机的闭合高度是指滑块在下死点时，滑块底平面到工作台的距离。模具的闭合高度是指模具在最后工作位置时，上下模板之间的距离。因此，为使模具正常工作，模具闭

32、合高度必须与压力机的闭合高度相适应，应介于压力机最大和最小闭合高度之间，一般可按如下关系式确定，即：（3-6）式中 压力机的最大闭合高度；压力机的最小闭合高度；冲模的闭合高度。所选压力机=380mm，=290mm。因此取模具的闭合高度为340mm。3.5模具材料的选用 冲模材料，尤其是凸凹模材料，与模具寿命关系很大，因此，合理的选用材料是模具设计的一项十分重要的工作。选用模具材料时，应考虑模具的工作特性，受力情况，冲件材料性能，冲件精度以与生产批量等因素。综上经查表8-13得：（1）冲裁模：模具工作刃口形状简单，尺寸较小，选用9Mn2v；（2）固定板、卸料板、推件板：Q235钢；（3）上下模座

33、：HT250，调质处理；（4）挡料销定、位销：45钢；（5）导柱、导套：20钢，渗碳淬火处理；4 工件冲孔模的设计4.1计算冲压压力4.1.1冲孔冲裁力（1）冲裁力F（2-8） 式中K系数，考虑到模具刃口的磨损，凹凸模间隙的波动，材料机械性能的变化，材料厚度偏差的因素，实际所需冲裁力还须增加30%，即K1=1.3。L为冲孔周长之和，L= (mm)；材料抗剪强度Mpa，查表1-13得，材料为Q235，可取304373Mpa之间，所以取=340Mpa；t材料厚度，根据资料得t=0.8mm。 则 F=1.3605.20.8340=213.998(kN)（2）卸料力F （2-15）上式中K为卸料力系数

34、，由表2-7可得K围为0.040.05，在冲多孔、大搭边和轮廓复杂时K取上限，但再这里工件结构较为简单，所以K取0.04。所以 =0.04213.988=8.560(kN)推件力F （2-13） 上式中F为推件力；K为推件力系数，由表2-7可得K为0.06；F为冲孔力。所以 =0.06213.988=12.839(kN)（4）总冲裁力F根据资料和工艺分析的此工艺采用弹性卸料装置和下出料方式。所以 （2-18） 则 =213.998+8.560+12.839=235.387(kN) 4.1.2压力机的初选择 由于F=235.387(kN)，经查阅相关资料得，压力机应选用机械压力式开式双柱可倾压力

35、机，J23-800，公称压力为800 kN，最大封闭高度为380 mm，封闭高度调节量为100 mm，滑块行程130 mm。4.2模具压力中心的计算由工件一设计过程可知，压力中心即工件外周边上冲裁力的合力中心。工件外周边冲裁力的合力，是由工件周边各线段重心位置所决定的，而各线段的重心是已知的，所以可以利用解析法求得合力的中心。冲裁合力中心s相对y轴的距离为：4.3模具刃口尺寸的计算计算时必须同样遵循工件一设计时遵循的设计原则。查基本公差表的：大圆孔：；小圆孔：；方形孔：；查表2-3，可知最小间隙，最大间隙。查表2-6得磨损系数X=0.5。从上文可知此工件厚度为0.8mm，工件材料较薄，为了保证

36、凹凸模间一定的间隙值，须采用凹模与凸模配合加工的方法。根据所冲孔形状可知，所射击尺寸都为B类尺寸，所以取公式；根据经验一般可取。；：4.4冲孔模具主要部件的计算4.4.1凸模长度计算和强度校核由上述可知，圆形凸模选择用B类，使用螺钉与固定板连接。采用标准长度的凸模。材料可选用9M2V，硬度为58-62HRC。（1）圆形凸模冲裁时凸模承受的应力有平均应力和刃口的接触应力两种。此次设计的冲孔直径都大于材料厚度0.8mm，凸模强度校核可采用以下公式：（3-1）式中 冲件材料厚度，此处为0.8mm；d凸模直径，此处为10mm，80mm；冲件材料的抗剪强度；从上的；凸模刃口接触应力；凸模平均应力；对于常

37、用合金钢模具，可取18002200Mpa。当凸模直径是10mm时：所以符合要求；当凸模直径是80mm时：所以也符合强度要求。对于圆形有导向装置的凸模最大长度：式中， 凸模许可的最大长度；d 凸模的最小直径，此处为10mm；F冲裁力，此处为235.387(KN)；（2）非圆形凸模当凸模横截面宽度大于材料厚度时，可按下式核算接触应力：（3-2）式中 L冲件轮廓长度，此处为40mm；冲件材料厚度，此处为0.8mm；冲件材料的抗剪强度；从上的；A接触面积，取接触宽度为，；所以 所以凸模强度符合设计要求。4.4.2冲孔凹模的设计（1）凹模厚度和壁厚凹模厚度H和壁厚可用经验公式计算；凹模厚度H=KB凹模壁

38、厚C=（1.52）H式中B凹模孔的最大宽度； K为相关系数；查表9-5得H=50mm；c 取50mm；外形尺寸此工件冲孔较多，为了使压力中心与凹模板中心重合，应采用以下公式求外形尺寸：沿凹模长度方向压力中心至最远刃口距离的2倍；沿度方向压力中心至最远刃口距离的2倍。则：；由上所述，查表得，凹模外型尺寸改为。凹模的刃壁形式此模具结构简单，残余物料由冲压反方向推出，根据表14-7得出凹模的刃壁形式为序号6的形式。4.4.3模架的设计模架包括上模座，下模座，导柱和导套。根据相关资料可知，在此模架材料选用铸铁HT250。由表9-19，上模座选用中间导柱 T2851.51990；由表9-20，下模座选用

39、中间导柱 T2855.10；由表9-22， 模柄选用整体式，型号 A，/ 7646.1由表9-21，导套选取滑动配合形式，型号为AGB/ T2861.6；由表9-21，导柱选取滑动配合形式，AGB/ T2861.1；4.4.4垫板的设计 垫板的作用是将凸模承受的压力均布到模座上，避免凸模直接和模座接触，从而避免压强过高而压塌模座面。根据表9-23可知外形尺寸为的模座应选用厚度为16mm的垫板。4.4.5凸凹模固定板的设计凸凹模固定板的作用是固定凸模和凹模等工作零件，其形状有矩形和圆形，平面尺寸除保证固定工作零件外，还应考虑固定螺钉和定位销的位置，厚度一般为凹模厚度的50%-80%，所以固定板厚

40、度为，此处取30mm。4.4.6卸料板的设计卸料装置分为固定卸料和弹性卸料两种结构。固定卸料板用于工件平面度要求不高，卸料力较大的情况；弹性卸料用于生产薄料冲裁卸料；在这里所设计的工件表面较为平整且材料厚度较小，所以采用弹性卸料装置，根据下模座外形尺寸查表9-15得卸料板厚度为20mm，材料选用45号钢或Q235。4.4.7卸料橡皮的设计 由于橡皮允许承受的负荷较大，而且安装调整比较方便，所以是冲模中卸料常用的弹性元件。根据卸料力 F= KF=8.560(KN)，首先预设在卸料板上安装四个卸料螺钉，且卸料螺钉采用表2.316中序号一的结构形式。由于螺钉部杆直径为12mm，因此卸料橡胶孔直径d取

41、14mm。由表9-24可得公式： D= (3-4)式中 d橡皮的径； F单个橡皮需提供的卸料力，此处； p单位压力，MPa，一般取23 Mpa，此处取2.5 MPa。所以 D=（mm）所以橡皮的外径D取50mm。4.4.8冲模闭合高度的确定确定模具闭合高度以前，应先了解压力机的闭合高度。压力机的闭合高度是指滑块在下死点时，滑块底平面到工作台的距离。模具的闭合高度是指模具在最后工作位置时，上下模板之间的距离。因此，为使模具正常工作，模具闭合高度必须与压力机的闭合高度相适应，应介于压力机最大和最小闭合高度之间，一般可按如下关系式确定，即：(3-6)式中 压力机的最大闭合高度；压力机的最小闭合高度；

42、冲模的闭合高度。所选压力机=380mm，=290mm。因此取模具的闭合高度为340mm。4.5模具材料的选用冲模材料，尤其是凸凹模材料，与模具寿命关系很大，因此，合理的选用材料是模具设计的一项十分重要的工作。选用模具材料时，应考虑模具的工作特性，受力情况，冲件材料性能，冲件精度以与生产批量等因素。综上经查表8-13得：（1）冲裁模：模具工作刃口形状简单，尺寸较小，选用9Mn2v；（2）固定板、卸料板、推件板：Q235钢；（3）上下模座：HT250，调质处理；（4）挡料销定、位销：45钢；（5）导柱、导套：20钢，渗碳淬火处理；4.6工件冲孔模具结构图图3.1工件1冲孔模具结构图5 弯曲模的设计

43、5.1弯曲件的工艺计算5.1.1弯曲件展开长度的计算板料在弯曲时必然产生弯半径r，由于r的不同而计算的方法也不同。当r0.5t时，采用应变中性层长度不变原则计算。在此，r0.5t，所以采用应变中性层长度不变原理计算，其方法是将零件分成直线部分和弯曲圆弧部分，毛坯展开长度为各直线部分与各圆弧部分的中性层长度之和。再这里由于直线部分变化很小可以认为不变，因此只须计算圆弧部分长度变化。此弯曲件展开的尺寸可由上述毛坯尺寸求得，具体尺寸如2.1和2.2图所示。5.1.2最小弯曲半径的设定 零件外层边缘的应变和应力与相对弯曲半径有关，相对弯曲半径愈小，即变形程度愈大时，最外层纤维的拉伸变形愈大，当相对弯曲

44、半径减小到最外层纤维的拉伸变形超过材料许可的变形程度时，将会产生材料拉裂。因此，为了防止外层纤维拉裂保证弯曲质量，相对弯曲半径应有一定的限制。防止外层纤维拉裂的极限弯曲半径称为最小相对弯曲半径，因此最小弯曲半径应大于0.5t。5.1.3弯曲件回弹量板料常温下的弯曲总是伴有弹性变形的，所以在卸载以后，总变形中的弹性变形部分立即恢复，引起工件回跳，回跳又称为回弹，回弹的结果表现在弯曲件曲率和角度的变化。从上可知，此工件的相对弯曲半径 r/t=2.0/0.8=2.55，属于大变形程度弯曲半径回弹小，不必计算，只计算凸模角度，此工件的弯曲角可由上面得知为90度，经查表3-8得凸模角。5.1.4弯曲力计

45、算和设备选择(1) 自由弯曲力的计算自由弯曲数值与毛坯尺寸，板料机械性能等因素有关，还与弯曲形式与模具结构等工艺因素有关。因为此工件弯曲形式是U形弯曲，所以应采用以下公式计算： F= （3-8）式中 F最大自由弯曲力(N)；材料抗拉强度(MPa)； k安全系数，一般取1.3； b弯曲件宽度(mm)；所以 （2）冲压设备选择选择冲压设备时，除考虑弯曲模尺寸，模具高度，模具结构和动作配合以外，还应考虑弯曲力大小。选择设备的原则是：对于自由弯曲 ： 式中 选用的压力机吨位； F自由弯曲力； p 有压料板或推件板的压力，约为自由弯曲里的30%50%，此处取40%，即 。 所以a.压力机的选择综上应选用

46、公称压力为100KN的开式J31-100型压力机，此压力机的最大闭合高度为280mm。5.2弯曲模工作部分尺寸计算5.2.1凸模圆角半径 凸模圆角半径应等于弯曲件侧的圆角半径r，但不能小于材料允许的最小弯曲半径。如果，弯曲时应取，随后增加一次校正工序，校正模的。显然这次工件弯曲侧圆角半径较小，但经查表3-7可知，所以凸模圆角半径。5.2.2凹模圆角半径凹模圆角半径不宜过小，以免弯曲时擦伤毛坯表面，同时凹模两边的圆角半径应当一致，用以防止弯曲时的毛坯偏移。通常可根据板料厚度t选取，在此工件厚度，而当时，此处可取。5.2.3计算凸凹模的间隙C对于U形件弯曲，必须合理选择凸凹模间隙。间隙过大，则回弹

47、大，弯曲件尺寸和形状不易保证；间隙过小，弯曲力增大，且使工件变薄，降低模具寿命。生产中常按材料机械性能和材料厚度选取：对于钢板：在此处取5.2.4凸、凹模横向尺寸（1）弯曲件宽度尺寸标注在外侧的，应以凹模为基准，先确定凹模尺寸。如果考虑到模具磨损和弯曲件回弹的影响，凹模宽度尺寸应为：（3-11）凸模尺寸按凹模配制，保证单边间隙C，即：（3-12）弯曲件宽度尺寸标注在侧的，应以凸模为基准，先确定凸模尺寸。同理如果考虑到模具磨损和弯曲件回弹的影响，凸模宽度尺寸应为：（3-13）凸模尺寸按凹模配制，保证单边间隙C，即： （3-14）在这里只标注外侧尺寸所以按（1）来计算：上式中 b弯曲件基本尺寸(m

48、m)；弯曲件制造公差，在此取0.25；凸凹模制造公差，按级公差等级选取。5.3弯曲模零件的设计和选用5.3.1确定凹模尺寸(1) 凹模的厚度的确定此工件直边高度为50mm，板厚0.8mm，为使弯曲件在弯曲时全部被压入凹模中，所以应设计较大的凹模深度，次处选取凹模深度为70mm。根据深度可选取凹模厚度为100mm。(2) 凹模宽度B和长度L因为此弯曲工件宽度为400mm，厚度为0.8mm，可根据表3-8确定凹模宽度，所以，凹模长度L=160+290=340（mm）。5.3.2确定凸模尺寸凸模高度可根据凹模厚度确定为100mm。为了装卸方便，节省生产成本，应采用简单螺钉固定方法即可，凸模与上模座固

49、定在一起。长度和宽度的尺寸须与刃口尺寸保持一样。5.3.3设计模座根据弯曲凸凹模尺寸和上下模尺寸选择查表3-9可确定模架：后侧导柱式；下模座：尺寸为560mm500mm60mm；上模架：尺寸为560mm500mm40mm；导套：A32H69838GB/T2861.6；导柱：A32h5200GB/T2861.6；5.3.4卸料板卸料装置分为固定卸料和弹性卸料两种结构。固定卸料板用于工件平面度要求不高，卸料力较大的情况；弹性卸料用于生产薄料冲裁卸料；在这里所设计的工件表面较为平整且材料厚度较小，所以采用弹性卸料装置，根据下模座外形尺寸查表9-15得卸料板厚度为20mm。5.3.5垫板的设计垫板的作

50、用是将凸模承受的压力均布到模座上，避免凸模直接和模座接触，从而避免压强过高而压塌模座面。而模座一般采用HT250钢，它的许应力为90140Mpa，一般不用加垫板。5.3.6闭合高度的确定确定模具闭合高度以前，应先了解压力机的闭合高度。压力机的闭合高度是指滑块在下死点时，滑块底平面到工作台的距离。模具的闭合高度是指模具在最后工作位置时，上下模板之间的距离。因此，为使模具正常工作，模具闭合高度必须与压力机的闭合高度相适应，应介于压力机最大和最小闭合高度之间，一般可按如下关系式确定，即：式中 压力机的最大闭合高度；压力机的最小闭合高度；冲模的闭合高度。上文可知已选用J31-100型压力机，此压力机的最大闭合高度为280