GS020汽车发动机底盖冲压模具的设计与制造

江西理工大学应用科学学院毕业设计GS020汽车发动机底盖冲压模具的设计与制造摘要本论文对冲压模具的设计与制造和研究进行了在国内外发展现状以及在国内外模具的发展趋势进行了详细的分析，也了解到了模具在工业中的具有的重要性，在工业领域中占着不可取代的重要性，就GS020汽车发动机底盖冲压模具的设计与制造为研究对象，选汽车模具为讨论课题进行研究分析及实践。通过模具产品料条分析及成型性分析，计算模具冲压力及凸凹模尺寸计算，从而得到整套模具的框架。理论离不开实践，当模具结构确定之后，对模具的每一块钢块进行材质分析和选择，对加工模具钢块进行工艺分析，对模具的组立进行分析，对模具的调试进行检讨和分析。最终完成了模具的组立和调试，达到了客户的要求，也满足了市场的需求，研究结果告诉我们，工业的发展离不开模具的生产和制造，模具可以大批量生产且能精确的完成复杂的工业产品，且寿命较长，不宜损坏，易维修。关键词：大批量；精确；长寿命；复杂I

王光坤GS020汽车发动机底盖冲压模具的设计与制造GS020AutomobileEngineBottomCoverStampingDieDesignandManufactureABSTRACTTofindthestatusquoathomeandabroadinthispaper,thestampingdieandmoulddevelopmenttrendbothathomeandabroadwereanalyzed,andunderstandtheimportanceofmoldintheindustrial,hogtheindispensablepartinthefieldofindustry,isGS020automobileenginebottomcoverstampingdiedesignandmanufactureastheresearchobject,selectautomouldforthediscussionontheresearchanalysisandpractice.Articlethroughmoldmaterialanalysisandtheformabilityanalysis,moldburstpressureandintensivesizecalculation,soastogetacompletesetofmouldframe.Theorywithoutpractice,whenthemouldstructurewasdetermined,eachpieceofmouldsteelblockmaterialanalysisandselection,processanalysiswascarriedoutontheprocessingdiesteelpiece,assemblagesofmouldisanalyzed,debuggingareviewandanalysisofthemould.Finallycompletedthemouldassemblinganddebugging,hasreachedtherequirementofcustomers,meetthedemandofthemarket,theresultstellusthatthedevelopmentofindustrydependsonthemouldmanufacturingandproduction,themoldcanbemassproductionandcancompletethecomplexprecisionindustrialproducts,andalongservicelife,shouldnotbedamaged,easymaintenance.Keywords:mass;Accurate;Longlife;complexII

江西理工大学应用科学学院毕业设计目录1绪论.................................................................................................................11.1引言..............................................................................................................11.2冲压模具的特点...........................................................................................11.3国内外汽车模具的发展现状.......................................................................11.4国内外汽车模具的发展趋向.......................................................................31.5课题主要研究内容和设想...........................................................................32汽车模具的设计................................................................................................42.1模具料条设计与分析...................................................................................42.1.1外形结构分析.....................................................................................42.1.2板件料条确定.....................................................................................42.2模具成形性模拟分析...................................................................................42.2.1模具成型工艺.....................................................................................42.2.2客户要求.............................................................................................72.2.3成型性分析.........................................................................................72.3模具结构设计与问题点分析.......................................................................82.3.1材料.....................................................................................................82.3.2操作与定位方式.................................................................................82.3.3卸料与出件方式..............................................................................82.3.4凸模的设计........................................................................................82.3.5计算冲压力.........................................................................................92.3.6冲压中心...........................................................................................102.3.7计算凸、凹模刃口尺寸及公差.......................................................102.3.8模具架构...........................................................................................112.4模具标准件和钢料材质的类型选择........................................................172.4.1合销...................................................................................................172.4.2导正销...............................................................................................182.4.3导柱导套...........................................................................................182.4.4标准冲头...........................................................................................182.4.5氮气弹簧...........................................................................................18III

王光坤GS020汽车发动机底盖冲压模具的设计与制造2.4.6模具常用钢料...................................................................................182.4.7模具尺寸选择...................................................................................203汽车模具的加工..............................................................................................213.1模板件工艺分析.........................................................................................213.2模板件加工以及问题点分析.....................................................................213.3主要模板件精铣的选择（单铣和拼铣的选择）.....................................223.4模板的工艺流程.........................................................................................224汽车模具的组装制作......................................................................................234.1.模板件组装的前的整理............................................................................234.2.模板件组装过程与模板件的功能确定....................................................234.3.模板件的调试过程....................................................................................234.4.模具组装和调试的问题分析....................................................................234.4.1组装问题分析.................................................................................234.4.2模具调试.........................................................................................242627参考文献...................................................................................................................28附录一.......................................................................................................................29附录二.......................................................................................................................44IV

江西理工大学应用科学学院毕业设计1 绪论1.1引言模具在汽车制造和研究过程当中中占据相当重要主导地位。其中就以模具设计水平高低与好差之间判断，程度上很大的影响和决定两年生产率高和低与好坏。一个好的模具设计与制造可以降低资源的调整和时间的调整，给一线生产计划和调度提供最大的优化空间，最终达到提高生产效率的目的。模具的设计和研究制造是工装系统的重要的部分，极大的影响着产品对生产的效率和质量的保证。我们也一直对模具设计进行了细致的研究和探讨有着极为重要的意义。现在的社会汽车不断的生产和制造，离不开冲压模具的设计与制造，为此本课题以汽车模具的设计与制造进行深入研究。1.2冲压模具的特点模具是指对板材料、带材料和型材料施工对加外力形成，并使它产生了很强的塑性变形或者分离性，从中获得所需要的形状和尺寸的工件的大小（冲压件）的成形加工的方法。冲压和锻造同样都是属于塑性加工而形成的（或称压力加工），并且合称为锻压。冲压的坯料主要就是热轧和冷轧形成的钢板和钢带。在这个世界上的钢材中，其中就有61～70％是属于板材，其中80%是经过重重的冲压制成的成品。如汽车本身的车身、汽车的底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包，容器的壳体，电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。生活器皿、自行车、仪器仪表、办公机械、家用电器等产品中，也同样有着冲压件。冲压的具特点主要为压件与铸件为之比较。具有匀、轻、薄、强、厚的众多他方法都难于造的、复杂的而且加强筋、肋、起伏和翻边工件，以便提高其主要的刚性和稳定性。并且还采用了精密的模具，工件精度可都可以达微米级。并且重复精度相当的高、达到了规格几乎都是一致的，因为可以很快的冲压出孔窝、加强、凸台筋等。冷冲压件一般都是不会再经过切削和加工形成的，或者只是需要很少量的切削和加工的技术。对于热冲压件的精度和在表面状态的基础上都要低于相比的冷冲压件，但仍优于铸件和锻件等，切削的加工量是很少的。1.3国内外汽车模具的发展现状在其它国家当中，尤其是欧州和美洲和日本越国等比较发达的地区的模具工业起步的都比较早，在拥有较为先进的研究设备和生产管理的技术、丰富飞经验及先进的设备，都1

王光坤GS020汽车发动机底盖冲压模具的设计与制造深深的值得我们国内对于模具这个行业深入学习和耐心的研究。并且在欧州美洲等地带，已经有很多的模具企业就已经将最高新先进的技术结合实际的应用在模具的设计和制造的工业，主要体现在[6]：（1）充分的发挥了信息技术的带动和提升工业模具的工业发展的优越性；（2）切削和五轴已经快速成为了加工技术就已经基本普及的知识，已经很大程度上缩减了制模的周期，因此大大的提高了企业市场的竞争力和市场性；（3）快速成形技术、快速制模技术已经基本普及运用；（4）具备从事模具行业的员工要求精练吃苦耐劳、一专多能、精益生产、一人多职。（5）模具产品专业信息化，市场定位准确无误；（6）运用了先进的管理的系统，实现了集成化管理；（7）工艺管理先进和标准化程度技术高。日本的模具经过加工的模具以后的发展主要就是表现在无放电加工、加工时间减少、无人手修模和五轴加工这方面。中国虽然已经在很多年以前就已经开始研究和制造模具并且开始使用模具，但是一直以来都还没有形成的产业和好的长夜坏境。由于长久以来模具制造就一直作为保证企业生产的方式被视为生产后主力方。为此一直发展缓慢[7]。1984年就在中国首先成立了模具的工业协会，1987年模具产业第一次被列入机电产品的活动项目中，当时全国就有生产和只招模具的厂点一共约6000家。总产值共约达32亿元。并且随着中国的不断的改革开放和日益更新，市场经济进程发展的突飞猛进，模具和其中的标准件和配套件作为模具产品当中的主要产品，制造和生产的企业源源不断，模具产业得到了突飞猛进的发展过程。在市场上如此激烈的竞争当中，企业当中的模具生产的技术已经快速的得到了提高，规模不断的发展。在20世纪90年代就已经开始的市场竞争力的情况下，中国就已经在汽车行业当中采用了模具设计和制造中采用了和运用到了CAD／CAM技术。国家科委会863计划也即将在东风汽车公司作为CIMS应用技术的示范地点，并且由华中理工大学的示范地点作为技术的委托单位，并且要开发出汽车的车身、覆盖件的模具CAD／CAM等软件系统，模具和设计制造研究当中取得了丰富的实际应用技术，并且也取得非常显著的效果。现在吉林大学和湖南大学也成功地开发了汽车覆盖件模具的CAD／CAE的系统，并且达到了较好的水平成效，在生产中得到了广泛的应用和普及，收到了比较好的成效。国内外汽车模具的发展形势当前，冲压模具不断的向高精密、多功能、高节能和智能化生产方向高速发展。车身冲压模具还出现了模块化、自动化、毫米冲压和特种成型技术等新发展。汽车冲压模具有较好的发展前景，它的趋势和冲压技术的发展方向相吻合，自动化智能模具和为智能化生产服务的高性能汽车模具已逐步成为今后技术发展的重要方向。国内外汽车模具行业的发展之中，除生产专业化、设备精良化和行业战略性联盟的发展等成为重要的特点之外，汽2

江西理工大学应用科学学院毕业设计车模具技术发展出了以下的趋势，例如：三维设计技术、冲压形成过程模拟CAE技术、设计（DFM）技术、智能化型面设计技术、制造过程中CAPP、CAM、CAT技术、并行工程以及协同设计和虚拟制造等内容造成了汽车模具数字化技术；包括汽车模具型面以及结构的加工、一体化加工中心、液压控制系统、工件在线测量系统等内容的各种汽车模具以及加工自动化技术；高强度板五金冲压技术以及高强度钢板的激光拼焊板的汽车冲压技术。发展包含多工位自动化汽车模具、级进模、热压成形模、液压成形模、轻金属模和复合材料成形模等多种方式合成的新型汽车模具和模夹一体化产品；特殊铸铁和高性能模具材料和此相关材料处理及表面强化技术；包含生产流程及ERP、CRM、PM、PDM、PLM、MES等先进信息化管理工具、系统发展、多种应用内容的管理科学化和信息化技术；模具的精细标准化

设计与生产。1.4国内外汽车模具的发展趋向汽车模具是机械制造产业当中，技术先进、影响重大的重要工业设备，具有高效率、材料利用率高、制件优良板件、工业适应性好等特点，被广泛应用到汽车、航天、机械、航空、电器、轻工、电子、仪表等多个行业。相对而言，与国际先进水平相比较，中国汽车模具行业的发展差距不但表现在精度差较大，交货时间长等方面，模具寿命也是国际先

进水平的45％左右，大型、精密、技术含量高、寿命长的汽车覆盖件冲压模具和精密冲裁模具，在中国，每年都要花费大量资金投入。1.5课题主要研究内容和设想本课题主要以GS020汽车发动机底盖冲压模具的设计与制造为研究对象，借助UnigraphicsNX进行3D绘图，AutoCAD进行了二维工程绘制零件图并标注工艺，最终设计一套成本较低，精度较高，批量生产，长寿命的钢板连续模具。本课题的具体研究内容包括：（1）汽车模具的结构设计过程与问题点分析；（2）汽车模具模板件机加工过程与问题点分析；(3）汽车模具组装及调试过程与问题点分析；(4)编制工件冲压工艺规程；(5)绘制生产该制件的模具总装配图；(6)绘制全套模具非标零件图；(7)编写设计说明书。3

王光坤GS020汽车发动机底盖冲压模具的设计与制造2 汽车模具的设计2.1模具料条设计与分析2.1.1外形结构分析图2-1为GS020汽车发动机底盖该板件材质为08F，厚度2mm,长1080mm*宽850MM*高40mm，板件要求高精度，无毛刺，大批量生产，装配面稳定无变形，料边公差要求在正负0.1mm，孔位公差要求在正负0.05mm。2.1.2板件料条确定由于板件需要折弯、拉延、冲孔，为此板件板件在这些工艺中容易发生变形，开裂，且毛刺较大，达不到客户要求。为了避免在生产中出现这些现象，我们对板件的料条长宽分别加长50mm，这样对板件的拉延、整形、压料取得了很大的空间，从而有效避免了板件在拉延中开裂，压料到位避免了板件毛刺现象。2.2模具成形性模拟分析2.2.1模具成型工艺(1)拉深工艺：将平又直毛料变为空心件，或把空心件改变成形装和尺寸的其中一种冲压工序。拉深时注意空心件主要是根据位于凸模底部之外的材料压入凹模所形成。如图下图所示：4

江西理工大学应用科学学院毕业设计图2-2拉深工艺（2）切边工艺：五金冲压模具改修整成形工序边缘，让板件具有一定的直径、高度或形状的一种冲压工序。图2-3切边工艺（3）冲孔工艺：将废料沿着封闭的轮廓将材料分离出去一种冲压工序，在材料或者工件里冲出需要用的孔，得到有规则的孔。图2-4冲孔工艺（4）翻边工艺：沿外形曲线周围将翻成侧立短边的一种冲压工序。5

王光坤GS020汽车发动机底盖冲压模具的设计与制造图2-5翻边工艺（5）翻孔工艺：沿内孔周围将材料翻成侧立凸缘的一种冲压工序。图2-6翻孔工艺（6）落料工艺：将材料的沿封闭轮廓分离出去的冲压工序，让被分离的材料成为工件或者是工序件，最后打成客户需要的产品形状。图2-7落料工艺（7）整形工艺：因为材料的流动，能够改变工序件形状和尺寸的，最终确保工件精度的一种冲压工序。6

江西理工大学应用科学学院毕业设计图2-8整形工艺2.2.2客户要求该板件须在800T冲床生产，大批量，模具钢块不接受烧焊，挖入子，挖镶件。2.2.3成型性分析根据板件的结构形状，可得知，该板件需要通过拉深，整形，冲孔，切边四个工序，由于板件较大，如果用连续复合模制作生产板件，模具将很庞大，不适合800T冲床生产，为此需要采用单工序复合模生产板件。方案1：冲孔—切边—拉深—整形方案2：拉深—整形—冲孔—切边方案3：整形—拉深—冲孔—切边方案4：切边—冲孔—拉深—整形方案5：拉深—整形—冲孔、切边为了能够得到更多的效益，公司角度是修改模方便，模具成本低，寿命长，制作简单，又能满足客户要求，为此对方案进行仔细分析。因为方案1是先冲孔后拉深再整形，这样的话料边如果没有压实，孔位将会在拉深的时候进行变形，经常出现椭圆状态，不能保证圆度在公差范围之内。为了以后能够在调模时候更加方便且保证精度要求，方案1和方案4不可取；而方案3先整形后拉深，不能保证板件型面精度要求，达不到客户公差，因为整形站的型面合格率可以达到85%--100%，而将合格率较高的板件再进行拉延，明显板件合格率下降，此方案不采用。方案5冲孔切边在同一个站，板件料厚在2.0，且是80钢，冲床是800t，冲压力不够。为此方案不合理。最终选择方案2。方案2较为合理，先将板件进行拉深，将板件形状拉出一个模样，然后进行整形，将板件的合格率达到一个比较高的值，再冲孔，那么孔位将不会变形，也不会跑位，当型面和孔位定型了之后再切料边，那么料边也可以达到一个精度较高的值。为此这板件选择方案2，共四套模具，第一套拉深模；第二套整形模；第三套冲孔模；第四套切边模。2.3模具结构设计与问题点分析2.3.1材料该板件材质为08F，属于碳素结构钢,查参考文献[10]附表1可知抗剪强度・260MPa,7

王光坤GS020汽车发动机底盖冲压模具的设计与制造断后伸长率=32％。此料具备良好塑性和较高弹性,让冲裁加工性能好。根据数据分析,该零件的工艺性比较完善,且冲压简单，可进行冲裁加工。2.3.2操作与定位方式即使零件的生产量比较大的，但只要工厂合理的安排生产，还可用手工送料的方式达到大批量的要求，并且还能降低模具的成本，所以本次设计采用手工送料的方式。在考虑到零件的尺寸宽度大小和材料厚度，其次是为了便于操作以及保证零件精度，因次更适合采用导料板导向，来固定挡料销挡料或者定位，同时与导正销配合来达到使用确保送料位置的准确性和精密性，进一步的确保零件精度。为了确保首件冲裁正确步距，所以采用时用挡料销，采用挡料销的目的是为了提高材料利用率以达到降低成本。卸料与出件方式采用弹性卸料方式来卸料，弹性卸料的装配利用弹簧的弹力来卸料，虽然卸料力比较不是很大，但汽车模具冲压的时候却可以兼起压料的作用，达到保证冲裁件表面的平面度。为了方便操作，从而提高冲压零件生产率，冲件和废料采用的是由凸模从凹模洞口推下出件的方法。2.3.4凸模的设计凸模的结构形式与固定方法：落料凸模刃口的部分是属于畸形，为了方便于凸模和固定夹板的加工，将设计成固定台阶样式，且中间的台阶与凸模固定板以H7/m6过渡配合，凸模顶端就是最大的台阶是用其中的台肩挡住了凸模，所以在卸料时不至于造成凸模从固定板中拉出来。并且将它安装部分的设计成方便加工的长圆形，夹板装在模座上，有销钉固定，防止冲头冲件时松动，通过这种对接方式和凸模夹板固定。2.3.5计算冲压力冲裁力：根据零件图可算得一个零件外周边长度：L1=1081×2+850×2...........................................(2-1)=3862mm内周边长度之和：L=2π×3=18.84㎜8

江西理工大学应用科学学院毕业设计可知：260MPa;可知：Kx=0.05,KT=0.055.落料力：F落=KL1tT.................................................(2-2)=1.3×3860×2×260=2609.36KN冲孔力：.....F孔=KL2tT................................................(2-3)=1.3×6×2×260=12.745KN卸料力：Fx=KxF落..................................................(2-4)=0.05×3860=195KN推件力：冲压材料的厚度取凹模刃口直壁的高度h=7,故:n=h/t=3...............................................(2-5)FT=nKtF孔=3×0.045×193=31.845KN总冲压力：FЁ=F落+F孔+Fx+FT........................................(2-6)则Fｨ=2609.36+12.74+193+31.845=2846.585KN客户要求800T生产，符合标准。当汽车模具结构和尺寸确定无误之后，就可以对压力机的闭合高度和模具安装尺寸进行评估和校核，最终得到确定压力机的规格。2.3.6冲压中心汽车模具冲压中心是冲压力合力重要作用点。为了确保其压力机与模具正常工作，应让模具压力中心和压力机滑块的中心线相贴合。否则冲压时导致滑块承受偏心载荷的想9

王光坤GS020汽车发动机底盖冲压模具的设计与制造象，从而导致滑块道轨与模具导向部分不好的地方磨损，还将出现合理间隙之间的距离得不到保证，因而影响制件质量和降低模具寿命。在模具实际生产过程中，就容易会出现因为冲件的形状特殊或者因为板件特殊，从汽车模具结构设计和制造考虑，不应该使压力中心与模柄中心线相互重合，此时更应该注意使压力中心偏离不导致超出所选压力机允许的

范围之外。冲裁的板料为等厚度的同种材料，在计算冲裁模的压力L转化为分解冲裁线重心位置(其中和冲裁线所围图形的重心，不一定就是指重合)，冲模压力当中的h与其中心不一定是重合的，压力中心仅仅是与冲裁力的大小有关系，而与质量无关系，它主要位置是由刃口轮廓周长所决定的，从而冲模的中心就是决定在形状和其质量的分布当中。形状简单和对称的工件是:圆形、长方形、正多边形、矩形，其中模具在冲裁时压力中心和工件的几何中心重合;如此形状复杂工件是:连续模和多凸模冲孔模，模具压力中心就是用解析法或者是作图法来确认。求模具压力中心的方法有很多，但传统常用的方法包括解析法、试验法、经验法。X=L1X1+L2X2+L3X3+……+FnXn/F1+F2+F3=17028.24/366.232=425;因为是对称件,所以Y方向往往是在中心线上，所以Y=543;2.3.7计算凸、凹模刃口尺寸及公差因为汽车模具间隙较小而且固凸、凹模都采用CNC配作加工为主，因为凸、凹模之间是存在一定的间隙，所以落下的废料料、板件或者冲出的孔都带有一定的锥度。落料件尺寸都要接近凹模刃口尺寸，且冲孔件的尺寸接近于凸模刃口的尺寸。所以计算凸模和凹模刃口的尺寸时，应该按落料和冲孔两种情况分别进行估算。因此在确定模具刃口的尺寸和其中制造公差、刀口间隙的时，须遵循以下计算原则：（I）落料的时候以凹模尺寸为主要标准，首先先确定凹模刃口的尺寸；考虑到凸凹模刃口的直身尺寸在使用过程中会因磨损而增大很多，因此在固落料件基本尺寸之间应取工件尺寸公差范围较小尺寸为佳，而且落料凸模的基本尺寸就要按凹模基本尺寸相对的减至最小初始间隙；（II）凸模尺寸应为冲孔时的主要标准，首先要确定凸模刃口的尺寸，再考虑到凸模尺寸在使用中因磨损而减小的因素，固冲孔件基本尺寸应取工件尺寸公共差的范围内较大的尺寸为佳，而冲孔凹模的基本尺寸则须按凸模基本尺寸加上最小初始间隙之中来计算；（III）凹模和凸模的制造公差，是根据冲压工件要求而设定的，一般来说是取比冲压工件精度高于2到3级之间的精度，同时还需考虑到凹模比凸模的加工要比较难，所以凹10

江西理工大学应用科学学院毕业设计模比凸模低一级。a):冲压时落料时凹模刃口的尺寸。必须按照冲头磨损情况的分类计算：i)凹模磨损后增大的尺寸，按[11]公式：DA=(Dmax-X△)计算，取δA=△/4，产品制件精度则为IT14级，所以X=0.5580:0.185=57.630.185（㎜）0.74DA1=(58-0.15×0.74)0000.1550.155380.62:=37.69（㎜）DA2=（38-0.5×0.62）0000.130.13300.52:（㎜）DA3=（30-0.15×0.52）0=29.74000.10750.1075160.43:（㎜）DA4=（16-0.5×0.43）0=15.7850

0

80.36: DA5=（8-0.15×0.36）0.09=7.180.09（㎜）

0 0ii)凹模磨损后不变的尺寸，按[10]公式：CA=（Cmin+X△）±0.15δA:计算，取δA=△/4，制件精度为IT14级，故X=0.15。17±0.215:Cd1=(17.785+0.5×0.43)±0.43/8=17±0.05375（㎜）；冲裁间隙是直接影响冲裁件的质量和毛刺的大小，而且在正常冲裁情况下，间隙对冲裁力的影响不是很大，但间隙对卸力、推件力的影响却影响很大的。间隙就是影响模具寿命的主要因素。间隙大小就是直接影响到摩擦面积的大小，间隙大小也直接影响产品毛刺大小，所以在满足冲裁件质量前提下，间隙一般都是取偏小的数值，这样可以达到降低冲裁力与提高模具的寿命。查《冷冲压工艺及模具设计》表3-3可知Zmax=0.260㎜,Zmin=0.346㎜相应凸模按凹模实际尺寸配作，保证最小合理间隙为0.256mm。冲孔凸模刃口尺寸。冲孔凸模为圆形，可按《冷冲压工艺及模具设计》公式dT=(dmin+x0计算，取δT=△/4，产品精度为IT14级，因此X=0.5。△)0.3000120:dT1=(6+0.5×0.30)=6.150.0750.0752.3.8模具架构GS020模具第一套模具OP1011

王光坤GS020汽车发动机底盖冲压模具的设计与制造图2-9料片图定位具 OP10凹模外限位安全挡板

下模座氮气缸座子垫脚吊模块 废料滑槽 托板图2-10OP10下模座12

江西理工大学应用科学学院毕业设计定位键

内限位凸模图2-11OP10上模座凹模图2-12OP10下模俯视图13

王光坤GS020汽车发动机底盖冲压模具的设计与制造GS020模具第二套模具OP20图2-13OP20料带图（整形）托板 凸模定位具导套 下模座二级废料滑槽图2-14OP20下模俯视图14

江西理工大学应用科学学院毕业设计压料板 凹模导柱托板上模座垫脚图2-15OP20上模GS020模具第三套模具OP30定位具下模座导套外限位图2-16OP30下模座15

王光坤GS020汽车发动机底盖冲压模具的设计与制造凹模导柱图2-17OP30上模GS020模具第四套模具OP40定位具

刀口凹模废料滑槽销钉导套图2-18OP40下模座16

江西理工大学应用科学学院毕业设计导柱凸模顶料销外限位托板模座2-19OP40上模座模具标准件和钢料材质的类型选择2.4.1合销2-20销钉Pressfitondieset模座上是过盈配合；Slipfitondetails共它工件上是滑动配合；0.3mmtotalforclearancehole模末端放负间隙，双边0.3mm。17

王光坤GS020汽车发动机底盖冲压模具的设计与制造2.4.2导正销Pressremovable,needbuttonforPRCforpilotandthestationnext要在模内可快拆，导正销冲孔和导正孔都需要模钮；Pilottobepocketedorinsertedinstripper导正销要镶入或埋入脱料板内。2.4.3导柱导套Minimum4postdiesetwith21/2”pinsandlongseriesbushings.最少4个76mm的外导柱2.4.4标准冲头Noheadtypepunch,balllockonly(heavyballlock)都要用重裁球锁。2.4.5氮气弹簧须采购misumi标准氮气弹簧。图2-20氮气缸2.4.6模具常用钢料表2-1模具材质的选择钢种基本特性应用碳素工具T7T10钢在淬火加热过程中过热敏感度比T8小，以T10钢应用最钢T8同时能获得较细的晶粒和较高的硬度，淬火表广，用于制造尺寸T10A面硬度可达为HRC61左右，具有一定的耐磨性，小、形状简单和受T12A但缺点是淬透性较差，淬火变形大轻负荷的零件18

江西理工大学应用科学学院毕业设计续表2-1低合金工9Mn2V淬透性、耐磨性、淬火变形都要比碳素工具钢可用于制造的形状具钢MnCrWV好，CrWMn钢是低合金钢，除了易形成网状碳复杂，变形要求复CrWMn化物而使钢的韧性变坏之外，还具备了其余的杂的小型模具9CrWMn低合金工具钢的独特优点GCr15高合金工Cr12有很多的淬透性、耐磨性和热处理变形小。但大多数用于制造承具钢碳化物分布很不均匀而降低的强度。载大、冲次多、工件形状复杂的冲压Cr12MoV碳化物不均匀性较Cr12有很大的改善，强度和韧性都相对比较好模具高合金工Cr4W2MoV具有很高的淬透性和较高的回火稳定性，淬火用于制造形状的复具钢硬度稍低于Cr12，热处理后有较好的综合机械杂冷冲、冷挤模具，性能，但热加工工艺复杂，锻造易开裂，软化利用的微变形特退火困难性，对制造小尺寸模具更为有益Cr2Mn2SiWMoV属于共析钢，淬透性高，空冷淬火变形很小，与Cr12相比碳化物分布较均匀，易锻造，并耐磨，但软化退火困难高速钢空冷情况下能淬硬，有良好的耐磨性、淬透性，用于制造冷挤压黑W18Cr4V综合性能以6W6Mo5Cr4V最佳色金属的凸、凹模W6Mo5Cr4V2以及小尺寸的模具Cr4V零件硬质合金YG6以难熔金属碳化物粉末和粘结剂混合，加压成用于制造要求高耐YG8型，再烧结而成的一种合金。具有高硬度、高磨模具YG11耐磨性、高强度YG15钢结硬质GT35它是介于硬质合金与合金工具钢之间的新型用于制造形状复杂合金TLMW50模具材料。经退火软化后，可进行切削加工，的模具、高速冲模淬火变形极小中的主要工作零件聚氨酯橡8295\8290\82具有硬度高、高耐磨性、强度好、高弹性、耐用于冲压薄材料模胶80\8270\8260撕裂的特点具的凸、凹模碳素结构S45C硬度不高易切削加工,HYPERLINK"/search?word=%E8%A1%A8%E9%9D%A2%E7%A1%AC%E5%BA%A6&fr=qb_search_exp&ie=utf8"表面硬度较低，不耐磨用于模板，托料板钢的特点入子高耐磨的淬透性良好,机械加工性良好，空冷就能硬化,用于刀口、冲头、通用冷作SKD11无需担心淬裂；热处理变形非常小，淬火偏差凸凹模的制作。模具钢极小，最适合有精度要求的模具，耐磨性极为优秀,最适合用作锈钢或高硬材料的冲裁模；韧性良好。

本次模具生产常用钢材有S45C，SKD11，P20（3Cr2Mo）。2.4.7模具尺寸选择根据客户要求及冲压力计算，及厂内标准要求，得出模具模板以下尺寸；19

王光坤GS020汽车发动机底盖冲压模具的设计与制造托板尺寸：长1940mm*宽1380mm*高50mm上模座：长1600mm*宽1380mm*高80mm下模垫板：长991*宽792mm*70mm下模座：长1600mm*宽1380mm*100mm托板：长1940mm*宽1380mm*高50mm20

江西理工大学应用科学学院毕业设计3 汽车模具的加工3.1模板件工艺分析模具加工工艺有：钻床、研磨、铣床、车床、数控机床CNC。钻床：是指用钻头在工件上加工孔时用的机床。通常以钻头旋转为主要的运动方式，钻头轴的移动是进给运动或者旋转运动。钻床的结构比较简单，加工精度比较低，但用于钻通孔、盲孔，更换特殊的刀具，可扩和锪孔与铰孔或进行攻丝等个方面的模具工件加工。加工过程中的工件一般不能动，而是让刀具移动位子，将刀具中心点对准正孔中心点，并让刀具转动。钻床的特点加工方式简单、便捷、快速。磨床：指利用磨具对工件的表面进行磨削和加工的机械机床。大多数磨床就是使用高速的旋转不同规格的砂轮进行磨削和加工，也有少数磨床是使用油石、砂带等它磨具和游离磨料进行的磨床加工。铣床:是指用铣刀在工件上加工各种表面或打点的机床。铣刀旋转运动主要运动，工件和铣刀的移动则为进给运动。它可以加工平面和沟槽，也可以加工不同的曲面和齿轮等铣床主要是用铣刀或者钻头对工件进行铣削加工的机床。铣床除了能铣削沟槽、平面、轮齿、螺纹与花键轴外，数控铣床还可以加工复杂的型面，效率比刨床高很多，在机械制造与修理部门已经得到了很大的广泛应用。车床：车床是主要用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床。车床上还可以用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙与滚花工具等这些工具进行相应的加工。数控CNC：数控加工意思为用数控加工的工具进行的加工所成。CNC指数控机床都是由数控加工语言来进行编程和控制，通常是G代码。数控加工G代码语言告诉了数控机床加工的刀具采用何种笛卡尔位置的坐标，并控制了刀具进给的速度与主轴的转速，以及工具中用到的变换器、冷却剂等功能。数控加工与手动加工具相比有很大的优势，如数控加工生产出来的零件非常的精确而且有可重复性；数控加工也可以生产手动加工时无法完成的复杂外形的零件。3.2模板件加工以及问题点分析为了保证工件基准点是一致的且保持精度，又能快速生产，不影响公司利益。为此对工件加工进行分类。如下:托料板、浮板采用：CNC--钻床--研磨—CNC2。第一次CNC对钢料进行粗加工，留余21

王光坤GS020汽车发动机底盖冲压模具的设计与制造量单边50mm，然后钻床完成钻孔攻牙，在对钢板进行研磨，研磨厚度需要准并到数，为后面精加工做好准备，接下来就是CNC2精加工，精加工就是为了防止钢板变形，导致基准偏位，这样加工下来，即使钢板在粗加工时有变形，也能有效挽救。模座和托板采用：研磨---CNCN---钻床。由于模座厚度较大，在CNC开粗时，几乎不会由于CNC加工的切削力而发生变形，为此不需要研磨后在CNC精铣。可以直接在第一次开粗时实现精加工。冲头、刀口、成型块采用：钻床—CNC1—热处理—研磨—CNC2—线割。这些工件在模具上起着决定性因素，为此这些工件的材质和精度也非常高，在加工上出现错误，将直接对板件精度产生较大的影响。首先钻床进行打点钻孔，然后CNC开粗为发热处理做准备，由于冲头、型面、刀口需要高硬度，为此需要发热处理加硬，因为热处理钢块将发生变形，为此需要磨床对钢块基准进行研磨并校直，为后续加工做准备，然后再CNC精加工，再线割线割外形，这样加工出来的工件将会达到一个较高的要求。3.3主要模板件精铣的选择（单铣和拼铣的选择）在模具中起着较为重要地位的工件需要拼铣，如导套孔，导板基座，成型面等。在模具中起着辅助作用的工件可以选择单铣。如托板、氮气缸座子、浮料板等。3.4模板的工艺流程模具钢板加工工艺流程图如图3-1设计出图采购下单买料钢料回厂品检检测仓库发料加工钻床CNC1热处理磨床CNC2精加工线割图3-1工艺流程图22

江西理工大学应用科学学院毕业设计4 汽车模具的组装制作4.1.模板件组装的前的整理模具组装前的整理对于模具组立及后期维护维修起着非常重要的一步。（1）倒角、清理工件毛刺；这样在组立中可以迅速将工件镶入键槽中，并能防止一些冲头在冲裁料片时折弯冲头没有倒角出现拉伤现象。（2）刻编码、刻硬度；这样对工件维修及新制起了关键性的一步，可以很快的找到要新制的工件编码。为后期模具的维护起了很大的帮助。（3）喷防锈油；在钢块上喷上适量的防锈油。由于模具在组立和调试的时候需要很长一段时间，如果没有做好防锈工作，那么模具将会快速生锈，这样模具精度要求将会下降。4.2.模板件组装过程与模板件的功能确定组立模具时须严格按照设计装配图进行组立装配，不然在试模时将产生干涉。4.3.模板件的调试过程（1）当板件第一次试模时，可以将打出来的板件进行检测，当料边大出公差时，可以对上模冲头进行减料修改，对下模刀口进行补料修改。（2）当板件型面超差大于公差时，可以对下模进行打磨，对上模进行加垫片。（3）当料边小出公差时，可以对上模冲头进行补料修改，对下模刀口进行减料修改。（4）当板件型面超差小于公差时，可以对下模进行加垫片。，对上模进行打磨。4.4.模具组装和调试的问题分析4.4.1组装问题分析（1）、模具组装实验注意事项a、模具组装时应注意上下模（或动定模）在合模状双手（一手扶上模，另一手托下模）是要注意轻放与稳放。b、进行模具组装工作之前必须要检查工具是否一切正常，并且按手动工具安全操作的规程操作,必须注意正确使用工量具。c、组装模具时，应首先了解模具的工作性能和基本结构及各部分重要性，按次序组装。23

王光坤GS020汽车发动机底盖冲压模具的设计与制造d、拆卸零的部件应该放在一起，不要随意丢放，注意放稳放好，工作地点要经常保持清洁干净，通道中不准放置零部件和工具。e、拆卸的模具弹性零件应该要防止零件突然弹出伤人事故。f、传递物件时一定要要小心，不可以随意投掷，以免伤及他人。g、不能拿组装的工具玩耍和打闹，以免伤人。h、组装结束后，务必清点工具。(2)、组立常见问题：a、冲头和刀口对不上；b、托料板干涉；c、销钉和螺丝孔不一致；d、导柱孔偏大；以上问题经常出现在组装上面，合理的处理以上问题，将对组装带来很大的方便，也可以节省很多时间。对于上面问题处理方案有：1、检查手上的工件是否按图纸加工，加工尺寸是否正确。2、检查模座加工是否正确，尺寸是否正确，因为模座错误，将导致上下模座孔位刀口全部对不上。3，检查托料板加工是否能到位，让位是否加工到数，确定让位尺寸是否按图纸加工。4、检查刀口间隙是否正确，是否有放间隙。5、检查设计3D和2D是否对得上，可以采用跌图法进行审核。6、查看加工程序是否有误。对以上问题进行审核后，查明原因后再对工件进行修改或者新制。这样既能防止在合模时模具冲头有干涉导致模具打爆，又能很对的将模具组立完毕。4.4.2模具调试汽车模具调试并不是简单的压制出不裂和不皱的制件。首先就是要保证模具的着色、压件的频次、冲压件面品等个方面的要求,其次应该是在CAE文件指导下进行调试并且满足其中预测的指标,如拉长延件收料线尺寸、变薄率、应变值等要求。调试之前的模具必须要经过数字化虚拟合模的检测,并且应该尽量的做到连线调试。高精度加工与虚拟合模的检测监控使得上下模型面符合变得更加简单,研修工作不断减少,调试的重点将转移到制件品质的提升和调试的结果系统的反馈纪录当中。调试冲压件数字测量的结果(如变薄的测量、ARGUS以及数字化的应变测量、ATOS数字化型面的测量等数据)都要统一的分析,这些测量的结果反馈的是将有助于CAE分析中对变薄极限以及至破裂情况的重新判定,有助于冲压工艺的水平提升,对于调试的实际指导也更具有针对性。（1）调试前准备24

江西理工大学应用科学学院毕业设计品标、CAE分析报告、模具检测报告。（2）状态确定导向涂红丹粉的确认过程当中,以平衡这块为基准,压料面均布铅丝6~10左右处确认压料面的间隙,或者是在平缓处对称垫同等的料厚,其他区域均布铅丝6~20左右处,确认型面的间隙。（3）研压料面上模压料面为基准的范围内。板料两面都涂红丹粉,根据板料着色的情况用砂轮机进行研究配制。研压的料面必须带有平衡块。压料面的着色率在90%以上。压料筋以内的必须着色均匀。（4）压料面蹭光摇摇型面的蹭光,修整凸R圆角。在用锉刀修整R切点。（1）打出板件进行检测。五个板件以上送入品检检测。25

王光坤GS020汽车发动机底盖冲压模具的设计与制造5 结论高精密复杂模具的设计与制造在模具行业所占比例越来越高,如何在保证模具质量和精度的基础上缩短模具开发和制造周期、降低生产成本等是我国模具工业发展的重点之一。CAD/CAM在模具工业中的应用于推广是解决上述问题的主要方法。本课题借助CAD软件釆用并行设计方法对GS020模具进行模具设计,并借助相关的CAM软件对模具加工过程进行模拟仿真、过程优化得到合适的加工方案后自动生产数控代码对零件进行数控加工,通过对该模具进行实际加工、试模、生产等得到以下结论:(1)、汽车模采用了CAD/CAE技术以及对模具产品的成形过程各个阶段都进行定量和决定性描述,在模具的制造之前发现很多并及时改正的设计问题,大大浓缩了产品开发周期降低成本的概率。(2)、提高生产效率上,以高速切削加工及使用较大的进给率和生产力,比平常的切削效率要提高5到10倍左右,材料切除率也可提高3到6倍之间。(3)、提高加工质量的同时,由于主轴高速的旋转使得刀具切削的激励的频率远远高于工艺系统的固有的频率,工艺系统不会因此产生受迫振动,从而保证良好的加工状态。但由于切削深度和切削宽度和切削力都比较小,使得工件和刀具变形而减小,容易保持的尺寸的精确性,同时切削会使破坏层变薄,残余应大大力降低,可实现高精度和低粗糙度的加工。(4)、加工能耗低和节省制造的资源,消耗单位功率所带来的金属切除率高、能耗低和工件的制作周期减短,也可降低能耗和提高设备的利用率,从而降低了切削和加工在制造系统资源总量中所带来的比例,更具有可持续发展性和长久性。（5）、简单化精致了加工工艺的流程,在常规的切削加工中不能只是加工淬火后的材料,淬火变形通常都是由于放电加工和人工修整来完成的,采用的高速切削则可以很直接的加工淬火的材料,但在多数情况下可完全或者是大部分省去放电加工工序,很大程度上减少了电极的使用同时还能消除因放电加工所带来的表面硬化问题,减少或免除了人工光整加工。26

江西理工大学应用科学学院毕业设计辞从写开题报告一直到现在论文定稿，经过将近半年的忙碌实践和研究奋斗，终于完成的差不多了，写致谢词了，心里的压力也放下了一些，但我也即将结束我四年的大学生涯了。对于曾经给过我帮助和支持的老师和同学们我，我在这里对你们表示衷心的感谢。是你们一直对我悉心指导和艰苦相伴，让我学会了自立自强，成为了在困难面前不低头的男子汉。也是你们一直对我的循循善诱和精心点拨，让我的大学四年过的精彩不留遗憾。在这里首先要感谢我的导师杨斌老师。在本论文的撰写过程中，杨老师一边要面对他繁重的工作，一边还要百忙之中抽出时间耐心的指导我们，从论文选题到如何查阅资料，再到开题报告的完成和论文正文的反复修改，直到最后的定稿，这其中的每一个环节，甚至每一个小细节的完善、格式的矫正等，杨老师都给予了我们悉心的指导。他治学严谨、知识渊博、诲人不倦，不论是学术还是为人上都是我应该学习的榜样。由于我的论文研究角度比较新，因此在资料搜集和文章构思上都给我带来了很多的难度。第一次的初稿被杨老师评价思路混乱、条理不清，他不厌其烦地细心的给我引导、讲解，推荐相关书籍给我看。在接下来的修改中，我还是出现了很多问题，杨老师仍然细心地纠正其中的不足，不允许有一点小的错误。杨老师是严格的，他能看出你的文章到底是文字的简单堆砌还是用心进行了改进，他不容许马虎和漫不经心的态度。我除了敬佩杨老师的专业水平外，他的治学严谨和学术研究的精神也将对我日后的学习和工作起到积极的影响。其次，要感谢和我一同与杨老师做论文的同学，他们除了和我一起相伴共同努力之外，还给我的文章出谋划策，想了不少的好点子。在论题的确定中，给了我很多的建议，也开阔了我的思路和眼光。在寻找资料的时候，如果有适合我的，她们也会主动提供给我，帮我解决了很多问题。如果没有她们的帮助，要完成我的毕业论文也是比较困难的，所以很感谢你们这帮校友的帮助。当然在这里也要感谢我的家人，想到你们总会让我的心里踏实而温暖，你们的哺育之恩、养育之恩，我当永世不忘，也定用一生报答！对于各位的恩情，我无以回报，唯有乘风破浪，展翅高飞以求不负众望。27

王光坤GS020汽车发动机底盖冲压模具的设计与制造参考文献[1]吴诗惇主编．冲压工艺及模具设计[M]．西安：西北工业大学出版社，2001,59-68.[2]徐慧民主编.模具制造工艺学[M]．北京：北京理工大学出版社,2004.43-68.[3]吴诗惇主编.冲压工艺学[M].西安：西北工业大学出版社,1987.12-25.[4]《模具制造手册》编写组.模具制造手册[M].北京：机械工业出版社，1997.14-15.[5]宋宝玉.机械设计课程设计指导书[M].北京：高等教育出版社，2006.12-21.[6]中国国家标准化管理委员会.冲模模架[M].北京：中国标准出版社，2007孔晓玲.68-110.[7]孔晓玲.公差与技术测量[M].北京：北京大学出版社，2009.20-55.[8]胡仁喜，康士延，刘昌丽等主编.Pro/ENGINEERWildfire5.0中文版模具设计从入门到精通[M].北京：机械工业出版社，2009.1-9.梁耀能主编.工程材料及加工工程[M].北京：机械工业出版社，2001.23-32.曾霞文徐政坤主编.冷冲压工艺及模具设计[M].长沙：中南大学出版社，2006.1-10.王芳主编.冷冲压模具设计指导[M].北京：机械工业出版社，1999.21-22.王孝培主编.冲压手册（修订本）[M].北京：机械工业出版社，1988.23-25.[13]boussetta,CoupezT，FoumentL(2006)Adaptiveremeshingbasedonaposteriorerrorestimationforforgingsimulation.ComputMethApplNechEng195:6626-6645[14]ChenotJ-l,MassoniE(2006)Finteelementmodellingandcontrolofnewmetalformingprocesses.IntJMathToolsManuf46:1194-120028

江西理工大学应用科学学院毕业设计录一AnAnalysisofDraw-WallWrinklinginaStampingDieDesignWrinklingthatoccursinthestampingoftaperedsquarecupsandsteppedrectangularcupsisinvestigated.Acommoncharacteristicofthesetwotypesofwrinklingisthatthewrinklesarefoundatthedrawwallthatisrelativelyunsupported.Inthestampingofataperedsquarecup,theeffectofprocessparameters,suchasthediegapandblank-holderforce,ontheoccurrenceofwrinklingisexaminedusingfiniteelementsimulations.Thesimulationresultsshowthatthelargerthediegap,themoresevereisthewrinkling,andsuchwrinklingcannotbesuppressedbyincreasingtheblank-holderforce.Intheanalysisofwrinklingthatoccurredinthestampingofasteppedrectangularcup,anactualproductionpartthathasasimilartypeofgeometrywasexamined.Thewrinklesfoundatthedrawwallareattributedtotheunbalancedstretchingofthesheetmetalbetweenthepunchheadandthestepedge.Anoptimumdiedesignforthepurposeofeliminatingthewrinklesisdeterminedusingfinite-elementanalysis.Thegoodagreementbetweenthesimulationresultsandthoseobservedinthewrinkle-freeproductionpartvalidatestheaccuracyofthefinite-elementanalysis,anddemonstratestheadvantageofusingfinite-elementanalysisforstampingdiedesign.Keywords:Draw-wallwrinkle;Stampingdie;Steppedrectangularcup;Taperedsquarecups1.IntroductionWrinklingisoneofthemajordefectsthatoccurinthesheetmetalformingprocess.Forbothfunctionalandvisualreasons,wrinklesareusuallynotacceptableinafinishedpart.Therearethreetypesofwrinklewhichfrequentlyoccurinthesheetmetalformingprocess:flangewrinkling,wallwrinkling,andelasticbucklingoftheundeformedareaowingtoresidualelasticcompressivestresses.Intheformingoperationofstampingacomplexshape,draw-wallwrinklingmeanstheoccurrenceCorrespondenceandoffprintrequeststo:ProfessorF.-K.Chen,DepartmentofMechanicalEngineering,NationalTaiwanUniversity,No.1RooseveltRoad,Sec.4,Taipei,Taiwan10617.E-mail:fkchen@.twofwrinklesinthediecavity.Sincethesheetmetalinthewallareaisrelativelyunsupportedbythetool,theeliminationofwallwrinklesismoredifficultthanthesuppressionofflangewrinkles.Itiswellknownthat

additionalstretchingofthematerialintheunsupportedwallareamaypreventwrinkling,andthis29

王光坤GS020汽车发动机底盖冲压模具的设计与制造canbeachievedinpracticebyincreasingtheblankholderforce;buttheapplicationofexcessivetensilestressesleadstofailurebytearing.Hence,theblank-holderforcemustliewithinanarrowrange,abovethatnecessarytosuppresswrinklesontheonehand,andbelowthatwhichproducesfractureontheother.Thisnarrowrangeofblank-holderforceisdifficulttodetermine.Forwrinklesoccurringinthecentralareaofastampedpartwithacomplexshape,aworkablerangeofblank-holderforcedoesnotevenexist.Inordertoexaminethemechanicsoftheformationofwrinkles,Yoshidaetal.[1]developedatestinwhichathinplatewasnon-uniformlystretchedalongoneofitsdiagonals.Theyalsoproposedanapproximatetheoreticalmodelinwhichtheonsetofwrinklingisduetoelasticbucklingresultingfromthecompressivelateralstressesdevelopedinthenon-uniformstressfield.Yuetal.[2,3]investigatedthewrinklingproblembothexperimentallyandanalytically.Theyfoundthatwrinklingcouldoccurhavingtwocircumferentialwavesaccordingtotheirtheoreticalanalysis,whereastheexperimentalresultsindicatedfourtosixwrinkles.Narayanasamyan