车体安装连接板冲模设计

本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 1 页 共 44 页1 绪论改革开放以来，随着国民经济的高速发展，工业产品的品种和数量的不断增加，更新换代的不断加快，在现代制造业中，企业的生产一方面朝着多品种、小批量和多样式的不断发展，加快换型，采用柔性化加工，以适应不同用户的需要；另一方面朝着大批量，高效率生产方向发展，以提高劳动生产效率和生产规模来创造更多的效益，生产上采取专用设备生产的方式。 1在中国，人们已经越来越认识到模具在制造中的重要基础地位，认识到模具技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。 许多模具企业十分重视技术发展，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。到目前为止，我国已制订了模具技术国家标准 50 多项、近 300 多个标准号。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。目前，从事模具技术研究的机构和院校已达 30 余家，从事模具技术教育的培训的院校已超过 50 余家，为我国经济建设输送了大批人才，并同时取得了一大批科研成果。其中，获得国家重点资助建设的有华中理工大学模具技术国家重点实验室，上海交通大学 CAD 国家工程研究中心、北京机电研究所精冲技术国家工程研究中心和郑州工业大学橡塑模具国家工程研究中心等 2-5。经过多年的努力，在模具 CAD/CAE/CAM 技术、模具的电加工和数控加工技术、快速成型与快速制模技术、新型模具材料等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。虽然中国模具工业在过去二十多年中取得了令人瞩目的发展，但是，我国现在每年还要从境外进口 20多亿美元的模具，这些大都是国内尚不能生产的高中档模具。国内中高档模具的自配率只占 50%左右；大型、精密、复杂、长寿命等技术含量较高的模具只占到模具总量的 30%左右。我国模具行业全员劳动生产率还较低，平均只有 15万元 /人 年左右；我国模具商品化率还只有 50%多（发达国家达 70%以上） ；模具标准件使用覆盖率也较低，只有 50%左右；模具生产专业化水平还较低12、16、18 。冲压技术广泛用于航空、汽车、电机、家电和通信等行业零部件的成形。本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 2 页 共 44 页近几年来，我国模具技术有了很大的发展，模具设计有了很大的发展，模具设计与制造述评有了较大的提高。大型、精密、复杂、高效和长寿命模具的需求量大幅度增加，模具质量、模具寿命明显提高，模具，模具交货期较前明显缩短，模具 CAD/CAM 技术也得到了相当广泛的应用。由于冲压工艺具有生产效率高、生产成本低、材料利用率高、能成形复杂零件、适合大批量生产等优点，在某些领域已经取代机械加工，并正逐步扩大其应用范围。因此，冲压技术对发展生产，增加效益，更新产品等方面具有重要作用 10 、14、15 。2 冲压件的工艺分析21 工件结构形状图 2-1 零件图如图 2-1 所示零件图。工件结构简单，带小凸缘圆筒件，拉深高度不大，孔在底部并且不在拉深变形区，制件需要进行落料、拉深、冲孔三道基本工序，尺寸较小，适合于冲裁 6、7、9 。22 生产批量和材料分析生产批量：大批量；料厚：3.2mm；材料：SPHE(日本牌号)；本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 3 页 共 44 页该材料为深冲用热轧软钢板及钢带,近似于国内的 08AL。化学成份:碳 C ：0.08硅 Si：0.03%锰 Mn：0.65硫 S ：0.030磷 P ：0.020力学性能：抗拉强度 b (MPa)：350剪切强度 b （MPa）：250屈服强度 s (MPa)：196伸长率 5 ()：44特性及适用范围：优质碳素结构钢，为深冲压用的低碳冷轧薄钢板。与普通冷轧薄钢板相比，具有更好的综合力学性能和成形性能。广泛用于各种车辆中形状复杂的深冲压零件。如汽车、拖拉机的车身、驾驶室、发动机外壳等不承受载荷的各种冲压零件 11。23 尺寸精度尺寸精度：零件图上的尺寸均未标注公差，属自由尺寸，根据相关资料，确定可按 IT12 级确定工件的公差。经查公差表 2-1、表 2-2，可直各尺寸公差为： mm mm 0.240.375 mm mm R mm R mm0.5840.827102.71.50表 2-1 带凸缘拉深件拉深深度 H 的极限偏差拉深深度范围材料厚度18 1850 50120 120180 180260 1605001 0.30.5 0.81.0 1.41.612 0.4 0.6 1.0 1.2 1.6 1.824 0.5 0.8 1.2 1.4 1.8 2.046 0.6 1.0 1.4 1.6 2.0 -表 2-2 成形件圆角半 r 的极限偏差圆弧半径 3 36 610 1018 1830 30极限偏差 +1 +1.5 +2.5 +3 +4 +5本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 4 页 共 44 页0 0 0 0 0 03 冲裁工艺方案和模具结构形式的确定根据制件的工艺分析，其基本工序有落料、拉深、冲孔三道基本工序，按其先后顺序有以下几种组合方案：（1） 落料拉深冲孔：单工序模生产（2） 落料拉深冲孔：复合模生产（3） 落料拉深冲孔：连续模生产方案（1）模具结构简单，但需要三道工序，即需要落料模、拉深模、冲孔模三副模具，生产效率低，难以满足大批量生产的要求。方案（2）模具只需一副模具，冲压件的形位精度和尺寸精度易保证，且生产效率也高。尽管模具结构较方案（1）复杂，但是由于零件几何形状简单对称，模具制造并不困难。方案（3）也只需要一副模具，生产效率也很高，但零件的冲压精度稍差。欲保证冲压件的形位精度，故其模具制造，安装较复合模复杂。通过对以上三种方案的分析比较，该工件的生产方法采用方案（2）复合冲裁为佳。4 模具总体结构设计41 模具类型的选择由冲压工艺分析可知，采用复合冲压，所以模具类型为复合模。42 定位方式的选择冲模的定位零件是用来保证条料的正确送进及在模具中的正确位置。条料在模具送料平面中必须有两个方向的限位：一是在与条料方向垂直的方向上的限位，保证条料沿正确的方向送进，称为送进导向；二是在送料方向上的限位，控制条料一次送进的距离称为送料定位。对于块料或工序件得定位，基本也是在两个方向上的限位，只是定位零件的结构形式与条料有所不同而已。属于送进导向的定位零件有导料销、导料板、侧压板等；属于送料定距的定位本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 5 页 共 44 页零件有挡料销、导正销、侧刃等；属于块料或工序件的定位零件有定位销、定位板等。选择定位方式及定位零件时应根据坯料形式、模具结构、冲裁精度和生产率的要求等。因为模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料销,送步距采用挡料销，为简化设计，导料销、挡料销采用同一型号，效果相同。4. 3 卸料、出件方式的选择431 卸料方式卸料装置分固定卸料装置、弹压卸料装置和废料切刀三种。卸料板用于卸掉卡箍在凸模上或凸凹模上的冲裁件或废料。废料切刀是在冲压过程中将废料切断成数块，避免卡箍在凸模上。（1）固定卸料板当卸料板仅起卸料作用时，凸模与卸料板的双边间隙取决于板料厚度，一般在 0.2mm0.5mm 之间，板料薄时取小值；板料厚时取大值。当固定卸料板兼起导料作用时，一般按 H7/h6 配合制造，但应保证导板与凸模之间，间隙小于凸凹模之间的冲裁间隙，以保证凸凹模的正确配合。固定卸料板的卸料力大，卸料可靠。因此，当冲裁板料较厚（大于 0.5mm）、卸料力较大、平直度要求不很高的冲裁件时，一般采用固定卸料装置。（2）弹压卸料装置弹压卸料装置是由卸料板、弹性元件、卸料螺钉等零件组成。弹压卸料既起卸料作用又起压料作用，所得冲裁零件质量较好，平直度较高。因此，质量要求较高的冲裁件或薄板冲裁宜用弹压卸料装置。弹压卸料板与凸模的单边间隙可根据冲裁板料厚度选用。在级进模中，特别小的冲孔凸模与卸料板的单边间隙可将数值加大。当卸料板起导向作用时，卸料板与凸模按 H7/h6 配合制造，但其间隙英比凸凹模间隙小，凸模与固定板以 H7/h6 或 H8/h7 配合。此外，在模具开启状态，卸料板应高于工作零件刃口0.3mm0.5mm，以便顺利卸料。（3）废料切刀本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 6 页 共 44 页对于落料或成形件的切边，如果冲件尺寸大，卸料力大，往往采用废料切刀代替卸料板，将废料切开而卸料。当凹模向下切边时，同时把已切下的废料压向废料切刀上，从而将其切开。因为本冲裁模的冲裁形状简单，设两个废料切刀，并用弹压卸料加废料切刀进行卸料。432 出件方式一般有上出件和下出件两种。下出件为制件从凹模孔中落下，制件不够平整且由于弹性变形程度大，而使制件精度受到影响。上出件是指制件被凹模内设置的弹顶装置推出凹模洞口，制件较为平整，精度较高。冲孔的废料由下模部分直接漏下，而制件是从上模的顶出器直接推出，故为上出件。采用推件板刚性推出。44 送料方式的确定纵向送料，即由前向后送料；采用人工送料的方式，操作方便、安全。45 导向方式的确定模具导向应当合理，尤其是冲薄料的小间隙冲模、生产批量很大的冲裁模，道向机构尤其重要，是提高模具寿命的关键。图 4-1 为常用滑动导向模架。本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 7 页 共 44 页图 4-1 常用滑动导向模架对角导柱模架、中间导柱模架、四角导柱模架的共同特点是，导向装置都是安装在模具的对称线上，滑动平稳，导向准确可靠。所以要求导向精确可靠的都采用这 3 种结构形式。对角导柱模架上、下模座，其工作平面的横向尺寸工一般大于纵向尺寸 B，常用于横向送料的级进模，纵向送料的单工序模或复合模。中间导柱模架只能纵向送料，一般用于单工序模或复合模。四角导柱模架常用于精度要求较高或尺寸较大冲件的生产及大批量生产用的自动模。后侧导柱模架的特点是导向装置在后侧，横向和纵向送料都比较方便，但如果有偏心载荷，压力机导向又不精确，就会造成上模歪斜，导向装置和凸、凹模都容易磨损，从而影响模具寿命。此模架一般用于较小的冲模。滚动导向模架在导柱和导套间装有保持架和钢球。由于导柱、导套间的导向通过钢球的滚动摩擦实现。导向精度高，使用寿命长，主要用于高精度、高寿命的硬质合金模、薄材料的冲裁模以及高速精密级进模。根据模具结构形式和送料方式，为了减小模具尺寸，采用后侧导柱的导向方式。本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 8 页 共 44 页5 模具设计工艺计算51 计算毛坯尺寸该工件为带小凸缘件，由于板料在拉深过程中，材料呢有增减，只是发生了塑性变形。在变形过程中，材料是以一定的规律转移的，根据资料，采用查表法计算毛坯尺寸。511 计算毛坯直径查冷冲压成形工艺与模具设计制造一书可知简单形状的旋转体拉深零件毛坯尺寸公式当 rR 时22 22112436.846.8.56drdhRd工件毛坯直径 D= 22 2211243. .r因为 d1=63.2mm d2=71.8mm d3=78.6mm d4=84mm r1=4.3mm r2=4.3mm h=19.3mm H=27mm;代入公式计算得工件毛坯直径 D=117.7mm 。512 确定是否需要压边圈根据坯料的相对厚度：t/D100% = 3.2/117.7 X 100% = 2.72 2.0式中 t坯料厚度 ， mm；D毛坯直径 ， mm 。查表 5-2 可知表 5-2 采用或不采用压边圈的条件第一次拉深拉深方法（t/D） x 100 m1用压边圈 2.0 0.6故决定不用压边圈。本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 9 页 共 44 页52 确定拉深的次数由于拉深件的高度与其直径的比值不同，有的拉深件可以用一次拉深制成，而有的高度大的拉深件，则需要多次拉深才能制成。所以根据工件的相对高度（h/d）和坯料的相对厚度（t/D）的大小确定拉深的次数。表 5-3 筒形件不带压边圈的极限拉深系数毛坯相对厚度（t/D ）X100极限拉深系数 1.5 2.0 2.5 3.0 3m1 0.65 0.60 0.55 0.53 0.50m2 0.80 0.75 0.75 0.75 0.70m3 0.84 0.80 0.80 0.80 0.75m4 0.87 0.84 0.84 0.84 0.78m5 0.90 0.87 0.87 0.87 0.82m6 0.90 0.90 0.90 0.85查表 5-3，选择相对厚度为 3.0 ,=m1X D = 0.53 X 117.7 = 62.38 68.6,1d所以只需一次拉深即可完成。53 排样及材料利用率531 搭边值的确定 冲裁件与冲裁件之间、冲裁件与条料侧边之间留下的工艺余料称为搭边。搭边的作用是：避免因送料误差发生零件缺角、缺边或尺寸超差；使凸、凹模刃口受力均衡，提高模具使用寿命及冲裁件断面质量。冲裁时，搭边过大，会造成材料浪费，搭边太小，则起不到搭边应有的作用，过小的搭边还会导致板料被拉进凸、凹模间隙，加剧模具的磨损，甚至会损坏模具刃口。搭边的合理数值主要取决冲裁件的厚度，材料性质，外廓形状及尺寸大小等。一般说来，材料硬时，搭边值可取小些；材料软或脆性材料时，搭边值应取大些；板料厚度大，需要的搭边值大；冲裁件的形状复杂，尺寸大，过渡圆角半径小，需要大搭边值大；手工送料或有侧压板导料时，搭边值可取小些。本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 10 页 共 44 页表 5-4 最小工艺搭边值查表