汽车零件冲压模具设计

本科毕业设计（论文）通过答辩PAGE摘要全文对该汽车零件的工艺分析确定与模具设计进行了具体的论证设计。通过工艺分析确定需要两套模具，分别是压型模具和切边模具。全文共有五章：第一章为概论部分，从课题的来源、选题的目的与意义、国内外冲压技术的发展趋势、选题的先进性、关键问题及创新点等方面进行了总体概论。第二章对零件的工艺方案进行了确定，并列举了材料的力学性能。第三章按照传统压型模具的设计思路与方法，对第一道工序的压型模具进行了详细设计。第四章则是对冲裁工序中的切边模具进行了详细的设计及计算。第五章利用UGCAM软件，对各工序的主要零部件进行了仿真加工，并生成了针对特定数控系统的加工程序。最后，文章末尾对全文进行了总结。关键词：汽车零件；冲压；模具设计；仿真本科毕业设计（论文）通过答辩PAGEAbstractInthistextanalysisofthetechnologyofautopartsandthemoulddesignargumentationofdesign.Throughtheanalysisofthetechnologytothreesetsofmould,respectivelyisbluntbeforehandholemolds,mouldandtrimmingdies.Thefulltextcontainsfivechaptertotally:thefirstchapterofthefivechapterisabouttheintroductionsection,fromthetopicselection,thesourceofpurposeandmeaning,stampingtechnologyathomeandabroad,andthedevelopmenttrendoftheadvanced,keyproblemsandinnovativepointsintroductiontotheoverallaspects.Thesecondchaptertothepartshasdeterminedprocessscheme,andthemechanicalpropertiesofmaterials.Thethirdchaptercarryonthedetaileddesignofthedeepdrawinginaccordancewiththedeeptraditionalmolddesignideasandmethodsoftheprocedure.Thefourthchapterisaboutthedetaileddesignandcalculationofthecuttingprocesshedgecuttingmould.Thefifthchapter,simulatesthemaincomponentsofeachprocessforspecificprocessesusingUGCAMsoftware.Finally,thearticlesummarizedattheendoftext.Keywords:Autoparts；Stampingmoulddesign；SimulationprocesPAGEI目录第一章绪论 11.1课题的来源、目的、意义 11.2模具技术的发展现状 21.3课题研究的主要内容 61.3.1主要内容 61.3.2关键问题 61.3.3技术要求 61.4课题的难点及解决思路 61.5研究课题的方法及步骤 71.5.1研究方法 71.5.2研究步骤 71.6设计方法 7第二章工艺分析及方案确定 82.1冲压工艺分析 82.1.1冲压工艺分类 82.2冲裁工艺审核 92.2.1零件工艺性分析 92.2.2工艺方案的确定 102.3零件工艺计算 112.3.1弯曲工艺计算 112.3.2冲裁间隙的选用 122.4本章小结 12第三章压型模具设计 133.1弯曲工艺的相关简介 133.1.1弯曲工艺的概念 133.1.2弯曲的基本原理 133.1.3弯曲的种类 133.2弯曲力的计算与压力机的选用 133.2.1弯曲力的计算 133.2.2压力机的选用 143.3弯曲模工作部分尺寸设计 153.3.1凸模圆角半径 153.3.2凹模圆角半径 153.3.3凹模深度 153.3.4凸、凹模的间隙 153.3.5凸凹模具体尺寸 153.3.6V形弯曲处的凸、凹模工作部分尺寸及公差 163.3.7模具零件材料的选取 173.4模具零件形式的选取 173.4.1模架的选取 173.4.2导柱导套 183.4.3模柄的选择 183.4.4橡胶柱的选用 193.4.5螺钉、销钉的选取 193.5模具整体结构 203.6挡料板的设计 203.7本章小结 20第四章切边模具设计 214.1冲裁工艺分析 214.2冲裁间隙的选用 214.3凸凹模工作部分尺寸的计算 214.3.1尺寸确定原则[1] 224.3.2尺寸确定方法 224.4冲裁工艺力的计算 224.4.1切边力学计算 224.5零件材料的选取 234.6压力机选择 234.7其他结构零件选择 234.7.1模架选择 234.7.2导柱导套 244.7.3模柄的选择 244.7.4螺钉、销钉的选取 254.7.5部分非标准件的选用 254.8模具总体装配图 264.9本章小结 26第五章仿真加工 275.1建立加工毛坯 275.2建立机床坐标系 275.3选择工件以及毛坯 285.4刀具创建 285.5仿真加工 285.5.1粗加工 285.5.2半精加工 285.5.3精加工及程序 29结论 31致谢 32参考文献 33PAGE26第一章绪论模具是大批量生产同形产品的工具，是工业生产的主要工艺设备。模具工业是国民经济的基础工业。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。随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一。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。1.1课题的来源、目的、意义来源：本课题来源于指导教师的毕业设计题目。目的：是在学生临近毕业之际，很好的掌握设计的一般流程，设计思路，为适应近年来冲压加工技术日益广泛的应用形势，培养急需的应用型人才。还能让学生了解冲压成形的基本原理；熟悉冲压用材料、模具用材料以及冲压用设备等；掌握各种冲压工艺的成形方法，并具有初步解决生产中常出现的工艺问题的能力。毕业设计的意义显著，内容由浅入深，有利于学生理解；理论和实践相联系，有利于应用能力的培养；内容丰富，难度适中，有利于学生将来在企业当中能够积极应对意义。意义：随着现代工业的不断飞速发展，新产品不断涌现，对模具设计及加工制造速度都提出了更高要求。模具设计必须满足工业迅速发展的要求。充分发挥模具生产特点，加速模具行业发展将对我国现代化建设及人民生活水平提高做出巨大贡献。1.2模具技术的发展现状汽车模具技术集合了机械、电子、化学、光学、材料、计算机、精密检测和信息网络等诸多学科，是一个综合性高学科的系统工程。汽车模具技术的发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快捷的方向发展。汽车模具产品的技术含量不断提高，模具制造周期不断缩短，模具生产朝着信息化、无图化、精细化、自动化的方向发展，模具企业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化的方向发展。汽车模具型面的加工属于高度复杂的自由曲面加工，能不能实现高速加工，主要取决于数控机床曲面加工的动态精度，而不是取决于一般机床产品样本中所说的静态精度。一台适用于汽车模具的高速数控铣，必须同时具备刚度、高精度、高速度、优良的动态性能、高速下的连续工作时间等综合性能。高速加工的目的不单纯是为了提高加工效率，更重要的是通过高速度实现小步距、低残留的高精度加工。汽车模具的快速成形技术是一项集计算机辅助设计、精密机械、数控技术和材料学为一体的新兴技术。快速成形技术，采用了离散堆积原理，将所设计物体的CAD模型转化成实物样件。以RP技术为支撑的快速模具制造技术，也正是为了缩短新产品开发周期，早日向市场推出适销对路的产品而发展起来的新型模具制造技术。这种方法制造模具是有技术先进，成本降低、设计制造周期短、精度适中等优点。冲压技术的进步首先通过模具技术的进步来体现出来。对冲模技术性能的研究已经成为发展冲压成形技术的中心和关键。20世纪60年代初期，国外飞机、汽车制造公司开始研究计算机在模具设计与制造中的应用。通过以计算机为主要技术手段，以数学模型为中心，采用人机互相结合、各尽所长的方式，把模具的设计、分析、计算、制造、检验、生产过程连成一个有机整体，使模具技术进入到综合应用计算机进行设计、制造的新阶段。模具的高精度、高寿命、高效率成为模具技术进步的特征。模具CAD/CAE/CAM是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工程。它以计算机软件的形式，为企业提供一种有效的辅助工具，使工程技术人员借助于计算机对产品性能、模具结构、成形工艺、数控加工及生产管理进行设计和优化。模具CAD/CAE/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本和提高产品质量已成为模具界的共识。模具CAD/CAE/CAM在近20年中经历了从简单到复杂，从试点到普及的过程。进入本世纪以来，模具CAD/CAE/CAM技术发展速度更快，应用范围更广。在级进模CAD/CAE/CAM发展应用方面，本世纪初，美国UGS公司与我国华中科技大学合作在UG-II（现为NX）软件平台上开发出基于三维几何模型的级进模CAD/CAM软件NX-PDW。该软件包括工程初始化、工艺预定义、毛坯展开、毛坯排样、废料设计、条料排样、压力计算和模具结构设计等模块。具有特征识别与重构、全三维结构关联等显著特色，已在2003年作为商品化产品投入市场。与此同时，新加波、马来西亚、印度及我国台湾、香港有关机构和公司也在开发和试用新一代级进模CAD/CAM系统。我国从上世纪90年代开始，华中科技大学、上海交通大学、西安交通大学和北京机电研究院等相继开展了级进模CAD/CAM系统的研究和开发。如华中科技大学模具技术国家重点实验室在AutoCAD软件平台上开发出基于特征的级进模CAD/CAM系统HMJC，包括板金零件特征造型、基于特征的冲压工艺设计、模具结构设计、标准件及典型结构建库工具和线切割自动编程5个模块。上海交通大学为瑞士法因托（Finetool）精冲公司开发成功精密冲裁级进模CAC/CAM系统。西安交通大学开发出多工位弯曲级进模CAD系统等。近年来，国内一些软件公司也竞相加入了级进模CAD/CAM系统的开发行列，如深圳雅明软件制作室开发的级进模系统CmCAD、富士康公司开发的用于单冲模与复合模的CAD系统Fox-CAD等。展望国内外模具CAD/CAE/CAM技术的发展，本世纪的科学技术正处于日新月异的变革之中，通过与计算机技术的紧密结合，人工智能技术、并行工程、面向装配、参数化特征建模以及关联设计等一系列与模具工业相关的技术发展之快，学科领域交叉之广前所未见。今后10年新一代模具CAD/CAE/CAM系统必然是当今最好的设计理念、最新的成形理论和最高水平的制造方法相结合的产物，其特点将反映在专业化、网络化、集成化、智能化四个方面。模具不是批量生产的产品，它具有单件生产和对特定用户的依赖特性。就模具行业来说，引进国外先进技术，不能采用通常的引进产品许可证和技术转让等方式，而主要是引进已经商品化了的CAD/CAM/CAE软件和精密加工设备，引进国外模具先进的制造理念、引进国外模具先进制造人才，利用中外模具联合设计、聘请国外专家等途径发展自己的民族模具工业等。模具的CAD/CAE/CAM及CAD/CAE/CAM的集成，涉及面广、集多种学科与工程技术于一体，是综合型、技术密集型产品。现代化的模具要实现数字化设计、数字化制造、数字化管理、数字化生产流程，没有模具的数字化，就没有现代模具。模具的CAD/CAE/CAM技术日新月异，重要的工作是后续对于引进的软件进行二次开发，模具人才自然也肩负着软件的推广、软件的二次开发工作，从这个角度来看，模具高技术人才还扮演着对模具相关领域的研究与再设计的角色。随着科学技术的不断进步和工业生产的迅猛发展，冷冲技术及模具不断革新和发展，主要反映在以下几个方面：（1）全面推广CAD/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，大大缩短了模具的研制和制造周期。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(像数控铣削一样)，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（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。我国冲模CAD/CAM从80年代起步，基本上属于低水平重复开发，所需基础软件也靠引进（如图形软件、数据库软件、NC软件等），缺乏实用和商品化价值；由于人员素质低、不配套，对引进的许多CAD/CAM系统缺乏二次开发能力，不能获得显著效益；由于国产计算机不能满足使用要求，大量引进的各种计算机和工作站种类繁多、价格昂贵、硬件维修和软件交流都很困难。至90年代初，全国拥有数控加工设备近万台，绝大部分没有配备自动编程系统，机床利用率极低。针对上述情况，我们认为应首先在现有数控机床上广泛采用自动编程，减少手工编程，提高数控设备的开工率。下一步工作应加强直接CAM技术--应用几何程序，生成所需数据和指令。计算机辅助设计方面，应努力完善标准化、规范化，提高模具零部件的标准化程序，提高国产计算机的功能，抓紧人才培训，特别是在模具技术人员中普及计算机知识，加强软件的二次开发能力；建立只能数据库和专家系统，制止盲目引进；分工合作，大力开发适合中国国情的CAD/CAM系统。模具是制造业的重要工艺基础，中国虽然很早就开始设计制造模具但长期未形成产业。直到20世纪80年代后期，中国模具工业才进入发展的快车道，中国模具产量已位居世界第三，模具被应用的领域也越来越广。世界模具有着很好的趋势发展一、模具日趋大型化。二、模具的精度将越来越高。10年前精密模具的精度一般为5微米，现在已经达到2-3微米，1微米精度的模具也将上市。三、多功能复合模具将进一步发展。新型多功能复合模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，对钢材的性能要求越来越高。四、热流道模具在塑料模具中的比重也将逐渐提高。五、随着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注塑成型等工艺的模具也将随之发展。六、标准件的应用将日益广泛。模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期，还能提高模具的质量和降低模具制造成本。七、快速经济模具的前景十分广阔。八、随着车辆和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例将不断提高。同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求。九、以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快，塑料模具的比例将不断增大。由于机械零件的复杂程度和精度的不断提高，对塑料模具的要求也越来越高。十、模具技术含量将不断提高。中国模具虽然发展迅速但是与需求相比，显然是供不应求的，其主要缺口集中于精密、大型、复杂、长寿等模具领域。中国在模具精度、寿命和制造周期及生产能力方面与国际平均水平和发达国家仍有较大的差距，国内主业模具厂是“大而全”、“小而全”的组织形式，而在国外模具企业是“小而专”、“小而精”。因而发现了中国模具业的四大弊病：（1）体制不顺、基础薄弱（2）科研开发及技术攻关方面投入太少（3）工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低（4）模具材料及模具相关技术落后1.3课题研究的主要内容1.3.1主要内容（1）冲压件的图样和技术文件。（2）冲压工艺。（3）压力机的技术参数。（4）有关技术标准。（5）模具设计资料和模具结构图。1.3.2关键问题关键问题：切边模具的结构设计。1.3.3技术要求（1）结构设计合理，简单实用。（2）制件材料08AL，料厚1.5mm。（3）模具结构简单可靠。（4）使用UGCAM软件对主要零件进行仿真加工。1.4课题的难点及解决思路课题得难点是合理地设计工序等，并准确的设计实现模具的侧冲结构，保证冲压件成形及成型质量及克服由回弹造成的零件型面偏差和冲压件的取件。对零件进行工艺分析及批量大小，确定简单模具、冲裁力、顶件力、卸料力等计算。确定压力机的类型。生产批量大，冲压工序应尽可能地组合在一起，进行复合模或连续模冲压；小批量生产，常选用单工序简单模。但对于尺寸过小的冲压件，考虑到单工序模上料不方便和生产率低，也常选用复合模或连续模生产。对与有精度要求的零件，为了避免多次冲压的定位误差，也应选用复合模冲压[20]。1.5研究课题的方法及步骤1.5.1研究方法一般覆盖件成形都要依次拉延、切边、整形、翻边和冲孔等几道工序。在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不同，又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式[14]。复合冲压——在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。级进冲压——在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。复合-级进——在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序[15]。期中确定最佳工艺方案。设计出的冲裁模结构必须能够正常运行；冲裁力和弯曲力和模架最大闭合高度选择压力机合理选择冲压设备；弯曲时如何控制回弹的影响；合理排样，最大限度的提高材料利用率；胀形件的形状应尽可能简单、对称避免过大的高径比和h/d或高宽比h/b，因为过大的h/d或h/b将引起破裂，一般需要增加预先聚料来防止破裂发生。1.5.2研究步骤（1）对零件进行工艺分析，进行冲压工艺方案及模具结构方案设计；（2）对冲压模具零部件工艺参数进行参数选择；（3）确定冷冲压加工工艺方案，绘制冲压模具装配图和零件图。1.6设计方法首先进行相关资料的搜索，为本课题提供理论支持。然后结合本课题，确定初步工艺方案，通过方案的论证，确定最终设计方案。最后，进行详细的结构设计，及各零部件的设计。利用三维设计软件UG4.0进行三维模型的创建，以及各零部件的详细设计。然后，对各零部件进行装配，检查配合特性，校核整体强度。利用UG4.0制图功能生成主要零部件的零件草图和模具的装配草图，并导入AutoCAD二维设计软件中，按照国标进行修改。最后，利用UG4.0CAM后处理功能对模具主要零部件进行仿真加工，并生成详细的工艺文件。第二章工艺分析及方案确定2.1冲压工艺分析冲压是金属塑性成形的基本方法之一，它是利用冲模在压床上对金属（非金属）板料施加压力使其分离或变形，从而得到一定形状，并且满足一定使用要求零件的加工方法。由于通常是在常温（冷态）下进行的，所以又称为冷冲压。又由于它主要用于加工板料零件，所以有时也叫板料冲压。（1）冲压加工的三要素：1）冲床：冲床供给变形所需的力。2）模具：冲压所用的工具是各种形式的冲模，冲模对板料塑性变形加以约束，并直接是板料变成所需的零件。3）原材料：所用的原料多为金属和非金属的板料。（2）冲压是一种先进的金属加工方法，与其它加工方法（比如切削）比较，在技术上、经济上有许多优点：1）它是无屑加工，材料利用率高，一般为70%～85%。2）压力机简单冲压下，能得到形状复杂的零件，而这些零件用其它的方法是不可能或者很难得到的，如薄壳件。3）制得的零件一般不进一步加工，可直接用来装配，并具有一定精度和互换性。4）被加工的金属在再结晶温度以下产生塑性变形，不产生切削，变形中金属产生加工硬化。在耗料不大的情况下，能得到强度高、足够刚性而重量轻的零件，由于加工过程中不损坏原材料的表面质量，制得的零件外表光滑美观。5）生产率高，冲床冲一次一般可得一个零件，而冲床一分钟的行程少则几次，多则几百次、上千次。同时，毛坯和零件形状规则，便于实现机械化和自动化。6）冲压零件的质量主要靠冲模保证，所以操作简单，要求的工人技术等级不高，便于组织生产。7）在大量生产的条件下，产品的成本低。2.1.1冲压工艺分类由于各种冲压零件的形状、尺寸、公差要求和批量等的不同，所以生产中所采用的冲压工序种类繁多。通常可按下述方法分类：（1）按变形性质分类1）分离工序被加工材料在外力下产生变形，但作用在变形部分的应力达到了材料的抗剪强度，材料便产生裂痕而分离，从而形成一定形状和尺寸的零件。这些冲压工序统称为分离工序，如剪裁、冲压、落料、切口等。2）成形工序被加工材料在外力作用下，作用在变形部分的相当于应力处于材料的屈服强度与抗拉强度之间，材料仅仅产生塑性变形，从而得到一定形状和尺寸的零件，这种冲压工序统称为称为成形工序，如弯曲、拉伸、成形等。（2）按基本变形方式分类冲裁：是材料沿封闭或不封闭的轮廓裁减而分离的冲压工序称为冲裁，如冲孔、落料。弯曲：将材料完成一定角度或形状的冲压工序称为弯曲,如压弯、卷边、扭曲等。拉伸：将平板毛坯拉成空心件，或将空心件的形状和尺寸用拉伸模进一步改变的冲压工序称为拉伸，分为变薄和不变薄拉伸。成形：使材料产生局部变形，以改变零件或毛坯形状的冲压工序称为成形，如：翻边、缩口等。（3）按工序组合形式分1）简单工序批量不大、形状简单、要求不高、尺寸较大时，在工艺上采用工序分散的方案，即在一副模具内只完成零件的一个工序，此工序称为简单工序。2）组合工序当零件较大、尺寸较小、公差要求严时，用若干个分散的简单工序来冲压零件是不经济的或难于达到要求的。这时，在工艺上多采用工序集中的方案，即将两种或两种以上的简单工序集中在一套模具中完成，称为组合工序。（4）按组合方法又可分为三类1）复合冲压在压力机的一次行程中，在一副模具的同一位置上同时完成两种或两种以上简单工序的冲压方法。2）连续冲压在压力机的一次行程中在一副模具的不同位置上同时完成两种或两种以上简单工序的冲压方法。连续冲压所完成的冲压工序一次分部在条料的送料方向上，压力机在一次行程中，条料送进一个步距同时冲压相应工序。除最初几次冲压行程外，以后每次冲压行程都可以完成一个零件。3）连续—复合冲压在一副模具内包括连续冲压和复合冲压的组合工序。连续冲压和连续复合冲压是高效率的组合工序，可以使复杂零件在一副模具内冲压成形。在大批量生产中广泛应用。2.2冲裁工艺审核2.2.1零件工艺性分析图2.1产品零件图材料为08Al,料厚1.5mm。采用GB708—88标准。表2.1GB08A1钢板成分牌号化学成分/（%）CSiMn酸溶A1PS08Ａ１≤0.08痕迹≤0.400.02～0.07≤0.020≤0.030性能及性用范围：08AL是AL脱氧的优质碳素结构刚，厚度为：0.8～3.0mm。用于深冲压的低碳冷轧钢板，与普通轧钢相比具有更好的综合力学性能和成形性能。广泛应用于车辆中复杂的深冲压零件。2.2.2工艺方案的确定根据如图2.2设计如下图所示设计汽车零件（对称件）的压型、切边模具图2.2汽车零件(对称件)方案一：采用单工序模具。（1）加工顺序为落料，压型，冲孔，切分。（2）加工顺序为压型，切边，冲孔，切分。第一种方法模具结构设计简单，但在压型工序中，零件不能准确定位，从而保证不了零件的冲压精度。第二种方法模具结构设计较第一种复杂，但是零件可以准确定位，冲压精度可以得到保证。方案二：采用复合模具。方案一分析：优点：采用两套模具，模具结构比较简单，凸凹模加工相对较简单。缺点：零件的冲压至少需要两次装夹，不易实现零件的自动化生产。方案二分析：优点：一次装夹即可完成零件的冲压。缺点：模具结构很复杂，凸凹模的加工难度较高，安装维护不方便。因为只要求压型，切边，所以采用第一种方案的第二种方法。2.3零件工艺计算2.3.1弯曲工艺计算（1）毛坯尺寸计算展开原理：材料在弯曲时,一边压缩变形，另外一边会拉伸变形,但在材料弯曲过程中，有一层不发生压缩和拉伸变形,其长度在整个弯曲过程中不发生变化，叫做中性层。中性层示意图如图2.3所示。中性层中性层图2.3中性层示意图按照弯曲计算公式计算得:,,(2.1)所以毛坯尺寸为2.3.2冲裁间隙的选用冲裁凸模凹模之间的刃口部分尺寸之差称为冲裁间隙。间隙选择的依据和原则：主要依据是在保证冲裁件断面质量和尺寸的前提下使模具寿命提高，边缘毛刺最小。设计凸、凹模及其刃口尺寸时应区分落料和冲孔，并遵循如下原则：（1）设计落料模时先确定凹模刃口尺寸。以凹模为基准，间隙取在凸模上，即冲裁间隙通过减小凸模刃口尺寸来取得。设计冲孔模先确定凸模刃口尺寸。以凸模为基准，间隙取在凹模上，冲裁间隙通过增大凹模刃口尺寸来取得。（2）根据冲模在使用过程中的磨损规律，设计落料模时，凹模基本尺寸应取接近或等于工件的最小极限尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则取接近或等于工件的最大极限尺寸。这样，凸、凹模在磨损到一定程度时，仍能冲出合格的零件。模具磨损预留量与工件制造精度有关。用△x表示，其中△为工件的公差值，x为磨损系数，其值在0.5-1之间，厚度小于0.5mm的采用最小冲裁间隙，大于0.5mm的一般采用大的冲裁间隙。根据工件制造精度选取：工件精度IT10以上x=1工件精度IT11～IT13x=0.75工件精度IT14x=0.5（3）不管落料还是冲孔，冲裁间隙一般选用最小合理间隙值（Zmin）。（4）选择模具刃口制造公差时，要考虑工件精度与模具精度的关系，既要保证工件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。一般冲模精度较工件精度高2～4级。对于形状简单的圆形、方形刃口，其制造偏差值可按IT6～IT7级来选取；对于形状复杂的刃口，制造偏差可按工件相应部分公差值的1/4来选取；对于刃口尺寸磨损后无变化的，制造偏差值可取工件相应部位公差值的1/8并冠以（±）。（5）工件尺寸公差与冲模刃口磁场的制造偏差原则上都应按“入体”原则标注为单向公差，所谓“入体”原则是指标注工件尺寸公差时应向单向标注。但对于磨损后无变化的尺寸，一般标注双向偏差。对凸模、凹模加工时，直接对坯料进行加工，完成板料分离或成形的零件。2.4本章小结本章主要对冲压工艺进行了简介，同时对冲压零件进行分析，计算出零件毛坯展开尺寸，根据冲压要求提出工艺方案，对工艺方案进行分析，确定出最终方案：先压型，后切边，再冲孔，然后翻边，最后切分的单工序模生产。第三章压型模具设计3.1弯曲工艺的相关简介3.1.1弯曲工艺的概念弯曲是将金属板料毛坯、型材、棒材或管材等按照设计要求的曲率或角度成形为所需形状零件的冲压工序。弯曲工序在生产中应用相当普遍。零件的种类很多，如汽车上很多履盖件，小汽车的柜架构件，摩托车上把柄，脚支架，单车上的支架构件，把柄，门扣，铁夹等。3.1.2弯曲的基本原理以U形板料弯曲件的弯曲变形为例进行说明。其过程为：（1）凸模运动接触板料（毛坯）由于凸,凹模不同的接触点力作用而产生弯短矩，在弯矩作用下发生弹性变形，产生弯曲。（2）随着凸模继续下行，毛坯与凹模表面逐渐靠近接触，使弯曲半径及弯曲力臂均随之减少，毛坯与凹模接触点由凹模两肩移到凹模两斜面上。（塑变开始阶段）。（3）随着凸模的继续下行，毛坯两端接触凸模斜面开始弯曲。（回弯曲阶段）。（4）压平阶段，随着凸凹模间的间隙不断变小，板料在凸凹模间被压平。（5）校正阶段，当行程终了，对板料进行校正，使其圆角直边与凸模全部贴合而成所需形状。3.1.3弯曲的种类根据所采用的设备和应用的工艺装备的不同，对于板材弯曲，可分为压弯、拉弯、滚弯、滚压成型四大类。3.2弯曲力的计算与压力机的选用3.2.1弯曲力的计算弯曲力是指弯曲件在完成预定弯曲时所需要的压力机施加的压力，是设计冲压工艺过程和选择设备的重要依据之一。弯曲力的大小与毛坯尺寸、零件形状、材料的机械性能、弯曲方法和模具结构等多种因素有关，理论分析方法很难精确计算，在实际生产中常按经验公式进行计算。1）接触弯曲时的弯曲力公式V形弯曲件：；（3.1）式中：——自由弯曲力；B——弯曲件的宽度；t——弯曲件厚度；r——内圆弯曲半径；——弯曲材料的抗拉强度；K——安全系数，一般取1.3。2）校正弯曲力公式（3.2）式中：——校正力；p——单位面积上的校正力，Mpa，见表-3；A——弯曲件被校正部分的投影面积，mm2。表3.1单位校正弯曲力单位（MPa）材料材料厚度t/mm<11-33-66-10铝15-2020-3030-4040-50黄铜20-3030-4040-6060-8010-20号钢30-4040-6060-8080-10025-30号钢40-5050-7070-100100-1203）计算(3.3)3.2.2压力机的选用压力机的选取总原则：压力机的公称压力必须大于弯曲时的所有工艺力之和。由于本模具采用自由弯曲和校正弯曲，所以压力机的公称压力必须大于自由弯曲力与校正弯曲力之和，即。压力机选用还决定于压力机的调整与板料厚度误差的大小。由上述可知，该弯曲件弯曲所需的压力是755KN，查取模具设计手册，可选取型号为：JB23-100开式压力机。压力机主要参数：工称压力F=1000KN；最小行程次数为38次/分；工作台尺寸L=1080mm，B=710mm。闭合高度最高H=430mm;最小闭合高度H=310mm。封闭高度调节量。3.3弯曲模工作部分尺寸设计3.3.1凸模圆角半径当弯曲件的相对弯曲半径r/t较小时，取凸模圆角半径等于或略小于工件内侧的圆角半径r，但不能小于材料所允许的最小弯曲半径rmin。由前面所述，因工件内侧的弯曲圆角半径R=3，凸模的圆角半径应取=2.5。3.3.2凹模圆角半径凹模圆角半径的大小不会直接影响到弯曲件的圆角半径，但是过小的凹模圆角半径会使弯矩的弯曲力臂减小，毛坯如凹模困难，会擦伤毛坯表面。另外，凹模两侧的圆角半径必须相等，否则会引起板料偏移。在实际生产中通常根据材料厚度选取凹模圆角半径：当；；。由于工件厚度t=2.6因此，取=6。3.3.3凹模深度凹模深度要适当，若过小则弯曲件两端自由部分太长，工作回弹大，不平直；若深度过大则凹模过高，浪费模具材料并需要较大的压力机工作行程。对于U型弯曲件，如果弯曲件直边较长，凹模深度可以小于工件高度，凹模深度值。3.3.4凸、凹模的间隙V形件弯曲时，凸、凹模之间的间隙是靠调整压力机闭合高度来控制的，不需要在模具结构上确定间隙，其尺寸决定于工件尺寸。3.3.5凸凹模具体尺寸：由弯曲力得凹模高度h===91mm，长L=350,宽B=300。凹模形状如下图3.1图3.1凹模图3.2凸模3.3.6V形弯曲处的凸、凹模工作部分尺寸及公差凸、凹模工作部分尺寸主要是指弯曲件的凸、凹模的横向尺寸。当工件标注外形尺寸时，应以凹模为基准件，间隙取在凸模上；当工件标注内形尺寸时，应以凸模为基准件，间隙取在凹模上。而凸、凹模的尺寸和公差应根据工件尺寸、公差、回弹情况以及模具的磨损规律而定。（1）弯曲件标注外形尺寸凹模尺寸为：（3.4）凸模尺寸为：（3.5）（2）弯曲件标注内形尺寸凸模尺寸为：（3.6）凹模尺寸为：（3.7）式中：L——V形弯曲件基本尺寸，mm；、——凸、凹模工作部分尺寸，mm；——弯曲件公差，mm；、——凸、凹模制造公差，选用IT7~IT9级精度，mm；由弯曲件图可以看出弯曲件标注外形尺寸，且弯曲件未标注尺寸公差，则按未按公差IT14级来处理，查表得弯曲件公差，凹模制造公差，选用IT9级精度，凸模制造公差，选用IT8级精度。凹模尺寸为：(3.8)凸模尺寸为：(3.9)3.3.7模具零件材料的选取模具材料的选取一般原则为：要有足够的使用性能；良好的工艺性—好的淬透性、耐回火性高、热处理变形小；合理的经济性能。应考虑到的因素：模具的工作条件—受力状态、工作温度、腐蚀等；模具工作性质及其加工手段；模具热处理要求等。凸、凹模的常用材料及热处理要求表3.3模具材料选择冲件情况选用材料热处理硬度HRC一般弯曲的凸模、凹模及镶块T8A、T10A淬火56-60要求高度耐磨的凸模、凹模及镶块CrWMn淬火60-64形状复杂的凸模、凹模及镶块Cr12淬火生产量大的的凸模、凹模及镶块Cr12MoV淬火选取Cr12MoV为凸、凹模的材料。3.4模具零件形式的选取3.4.1模架的选取由模具总体尺寸以及压力机型号查表确定模架为标准对角导柱模架其特点是受力平衡，上模座在导柱上运动平稳。适用于纵向或横向送料，使用面宽见下图。图3.3对角导柱模架3.4.2导柱导套导柱式简单冲裁模是利用导柱和导套实现上、下模精确导向定位。凸、凹模在进行压型之前，导柱已经进入导套，从而保证在冲裁过程中凸模和凹模之间的间隙均匀一致。上、下模座和导柱、导套装配组成部件称为模架。这种模具的结构特点是：导柱与模座孔为H6/h5（或H6/h5）的过盈配合；导套与上模座孔也为H6/h5过盈配合。其主要目的是防止工作时导柱从下模座孔中被拔出和导套从上模座中脱落下来，为了使导向准确和运动灵活，导柱和导套的配合采用H6/h5的间隙配合。冲模工作时，条料靠定位板实现正确定位。这副冲模采用了刚性卸料板卸料，冲出的工件在凹模空洞由于导柱式压型模导向准确可靠，因此，制件的精度比用导板模冲制的工件精度高，冲模使用寿命长，而且在冲床上安装使用方便。与导板冲模相比，敞开性好、视野广，便于操作。卸料板不再起导向作用，单纯用来卸料。导柱式冲模目前使用较为普遍，适合大批生产。导柱式冲模的缺点是：冲模外姓轮廓尺寸较大，结构较为复杂，制造成本高，目前各工厂逐渐采用标准模架，这样可以大大减少设计时间和制造周期。综合考虑本产品的工艺特点及经济效益选用标准模架，型号如下导柱：GB2861.1－81，长度为350mm；导套：GB2861.6—90,长度为140mm,内径为45mm,外径为60mm。3.4.3模柄的选择模柄的作用是将模具的上模座固定在冲床的滑块上。常见的模柄形式有压入式模柄、旋入式模柄、凸缘模柄、浮动式模柄、槽型模柄、通用模柄、推入式模柄。凸缘模柄能保证较高的同轴度和垂直度，适用于大中型模具，故在此选用凸缘模柄。具体尺寸为76x100。图3.4模柄3.4.4橡胶柱的选用由于橡皮允许承受的负荷较大，而且安装调整比较方便，也是冲模中卸料、压边和顶件常用的弹性元件。（1）橡胶板的工作压力：（3.10）式中F——橡胶板工作压力（N）；A——橡胶板横截面积（）；——单位压力，一般取2~3Mpa。（2）橡胶板的压缩量和厚度橡皮的最大压缩量一般不超过厚度H的45%，橡皮的预压缩量为10%~15%H，因此式中H——橡皮板自由状态下的厚度（mm）；h——许可压缩量，即冲模所需的工作行程（mm）。经计算本模具中橡胶的厚度应为35mm。3.4.5螺钉、销钉的选取螺钉用于固定模具零件，一般选用内六角螺钉；销钉起定位作用，常用圆柱销钉。它们的选取应根据冲压力大小、凹模厚度等确定。下面是螺钉规格：表3.4螺钉规格凹模厚度≤13>13~19>19~25>25~32>35螺钉规格M4、M5M5、M6M6、M8M8、M10M10、M123.5模具整体结构3.5压型模装配图3.6挡料板的设计为防止压型过程中板料发生侧滑，在凹模两侧分别加一块挡料板，尺寸为120×80×150。3.7本章小结本章主要讲解了压型模具设计的主要过程。通过对零件冲压力的计算，选取合适的压力机，并根据压力机的系统参数及冲压零件的尺寸形状设计出凹凸模具的形状及尺寸。同时还介绍了标准件的选取以及非标准件的设计，同时还给出了压型模具的装配图。第四章切边模具设计冲模制造的过程，主要包括冲压件工艺分析、毛坯估算、模具图样设计、编制模具制造工艺规程、生产组织准备、模具零部件的加工和热处理、模具的装配、调试及检验与包装等内容。4.1冲裁工艺分析冲裁件的工艺性是指冲裁件产品对冲压工艺的适应性，亦即冲裁件的形状结构、尺寸大小、尺寸公差与尺寸基准等是否符合冲裁加工的工艺要求。良好的冲裁工艺性能减少材料消耗工序数减少，所使用的模具机构简单而寿命延长，易操作。该工件两侧面上孔的大小和位置尺寸基本一致。采用先V形弯曲在冲孔的工艺方案。4.2冲裁间隙的选用间隙索取方向：落料时应以凹模尺寸为基准，今夕可取再以减少凸模尺寸的方向下，即：(4.1)；冲孔时，以凸模尺寸为基准。间隙可取在增加凹模尺寸的方向上，即：(4.2)；式中——落料凸模尺寸（mm）——落料凹模尺寸（mm）——落料凸模尺寸（mm）——落料凹模尺寸（mm）z——双面冲裁间隙值（mm）(1)选用方法:1）计算法；2）图线法确定间隙；3）查表法确定间隙；4）根据断面质量选择冲裁间隙查表得间隙为4.3凸凹模工作部分尺寸的计算4.3.1尺寸确定原则[1]（1）考虑冲裁特点：实践证明，落料件的尺寸接近于凹模刃口尺寸，而冲孔尺寸接近于凸模刃口尺寸。（2）考虑刃口磨损特点（3）考虑冲裁精度和制品精度的间关系：一般凸凹模制造精度比制件公差高2～3级。4.3.2尺寸确定方法切边：（4.3）制品要求的长尺寸为mm经查表:;凸、凹模制造公差切边凹模：(4.4)切边凸模：(4.5)——落料凸模尺寸（mm）——落料凹模尺寸（mm）z——双面冲裁间隙值（mm）4.4冲裁工艺力的计算4.4.1切边力学计算计算冲裁力的目的是为了合理地选用压床和设计模具。压床的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。平刃模具冲裁时，其冲裁力可按下式计算：（4.6）式中t——材料厚度，[t]为mm；——材料抗剪强度，[]为Mpa；L——冲裁周长，[L]为mm。考虑到模具刃口的磨损，凸、凹模的间隙波动，材料机械性能的变化，材料厚度偏差等因素，实际所需冲裁力还需增加30%，即：（4.7）查表得所以冲孔力：4.5零件材料的选取模具材料的选取一般原则为：要有足够的使用性能；良好的工艺性—好的淬透性、耐回火性高、热处理变形小；合理的经济性能。应考虑到的因素：模具的工作条件—受力状态、工作温度、腐蚀等；模具工作性质及其加工手段；模具热处理要求等。凸、凹模的常用材料及热处理要求表4.1模具材料选择冲件情况选用材料热处理硬度HRC一般弯曲的凸模、凹模及镶块T8A、T10A淬火56-60要求高度耐磨的凸模、凹模及镶块CrWMn淬火60-64形状复杂的凸模、凹模及镶块Cr12淬火生产量大的的凸模、凹模及镶块Cr12MoV淬火选取Cr12MoV为凸凹模材料。4.6压力机选择压力机仍选取型号为：JB23-100开式压力机。压力机主要参数：工称压力F=1000KN；最小行程次数为38次/分；工作台尺寸L=1080mm，B=710mm；闭合高度最高H=430mm；最小闭合高度H=310mm。4.7其他结构零件选择4.7.1模架选择由模具总体尺寸以及压力机型号查表确定模架为标准后侧导柱模架：型号：GB/T2851.3-1990其特点是受力平衡，上模座在导柱上运动平稳。适用于纵向或横向送料，使用面宽见下图。图4.1对角导柱模架4.7.2导柱导套导柱式简单冲裁模是利用导柱和导套实现上、下模精确导向定位。凸、凹模在进行冲裁之前，导柱已经进入导套，从而保证在冲裁过程中凸模和凹模之间的间隙均匀一致。上、下模座和导柱、导套装配组成部件称为模架。这种模具的结构特点是：导柱与模座孔为H6/h5（或H6/h5）的过盈配合；导套与上模座孔也为H6/h5过盈配合。其主要目的是防止工作时导柱从下模座孔中被拔出和导套从上模座中脱落下来，为了使导向准确和运动灵活，导柱和导套的配合采用H6/h5的间隙配合。冲模工作时，条料靠导料板和固定挡料销实现正确定位，以保证冲裁时条料上的搭边值均匀一致。这副冲模采用了刚性卸料板卸料，冲出的工件在凹模空洞中，由凸模逐个顶出凹模直壁处，实现自然漏料。由于导柱式冲裁模导向准确可靠，并保证冲裁间隙均匀稳定，因此，冲裁件的精度比用导板模冲制的工件精度高，冲模使用寿命长，而且在冲床上安装使用方便。与导板冲模相比，敞开性好、视野广，便于操作。卸料板不再起导向作用，单纯用来卸料。导柱式冲模目前使用较为普遍，适合大批生产。导柱式冲模的缺点是：冲模外姓轮廓尺寸较大，结构较为复杂，制造成本高，目前各工厂逐渐采用标准模架，这样可以大大减少设计时间和制造周期。同样选用标准件，导柱：ＧＢ2861.1－81，长度为350mm；导套：GB2861.6—81,长度为140mm。4.7.3模柄的选择模柄的作用是将模具的上模座固定在冲床的滑块上。常见的模柄形式有压入式模柄、旋入式模柄、凸缘模柄、浮动式模柄、槽型模柄、通用模柄、推入式模柄。凸缘模柄能保证较高的同轴度和垂直度，适用于大中型模具，故在此选用凸缘模柄。4.7.4螺钉、销钉的选取螺钉用于固定模具零件，一般选用内六角螺钉；销钉起定位作用，常用圆柱销钉。它们的选取应根据冲压力大小、凹模厚度等确定。下面是螺钉规格：表4.2螺钉规格凹模厚度≤13>13~19>19~25>25~32>35螺钉规格M4、M5M5、M6M6、M8M8、M10M10、M124.7.5部分非标准件的选用(1)上模座根据凸模外形尺寸以及设计经验可设计上模座的外形尺寸为700×620×55。三维如图4.2。图4.2上模座(2)下模座根据凹模外形尺寸以及设计经验可设计上模座的外形尺寸为700×620×65mm。三维如图4.3。图4.3下模座4.8模具总体装配图图4.4切边模装配图4.9本章小结本章主要介绍了切边模具设计的主要过程。通过对冲裁力的计算确定压力机型号，根据压力机的参数设计切边模具的一些外轮廓尺寸。同时还介绍了标准件的选用与非标准件的设计并给出了切边模具的装配图。第五章仿真加工5.1建立加工毛坯在UG建模模式下进行拉伸建立加工毛坯，如下图；图5.1毛坯5.2建立机床坐标系进入UG加工环境中，点击操作导航器，选择几何视图，双击MCS-MILL，点击“MCX构造器”，选择对象的“CSYS”，确定，选择“指定”按钮，点击毛坯表面，偏置3mm，创建安全平面，如图；图5.2安全平面及坐标系5.3选择工件以及毛坯几何视图中，双击“WORKPIECE”, 点击“部件”选择工件，点击“隐藏”选择毛坯。5.4刀具创建选择型腔铣，再选择第一种刀具，名称输入T28r4，确定，修改参数，直径28mm，下半径4mm。再分别创建T10，B3两种刀具。5.5仿真加工5.5.1在“WORKPIECE”中插入操作，选择型腔铣类型，修改进给率，切削，机床等参数，生成刀轨；图5.3粗加工刀轨5.5.复制粗加工操作，在“WORKPIECE”中进行呢内部粘贴，重选刀具T10r2，生成刀轨；图5.4半精加工刀轨5.5.(1)精加工在“WORKPIECE”中插入操作，选择固定轴曲面铣，选择B3圆头刀，修改进给率，切削，机床等参数，生成刀轨；图5.5精加工刀轨(2)精加工程序TOOLB3D2.0R1.0N0010