冲压件模具设计毕业论文

吉林大学本科毕业论文件修边冲孔工艺（二）及三维模具设计PIECESTRIMMINGPUNCHINGPROCESSANDTHREEDIMENSIONALMOLDDESIGN学生姓名班级班学号学院材料科学与工程学院专业材料成型及控制工程指导教师副教授2011年6月11日吉林大学学士学位论文原创性声明本人郑重声明所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经表明引用的内容外，本文不包含任何其它和个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确的方式表明。本人完全意识到本声明的法律成果由本人承担。学位论文作者签名摘要自从进入20世纪以来，我们国家的汽车制造业就迅速膨胀起来，从上海大众到广东东风，从通用汽车到天津吉利，从酿酒到进军汽车模具产业的四川五粮液集团，掀起一股涉及行业内由大型卡车到小型汽车生产的调整，老牌汽车基础上出现新的产业竞争，跨行业的进入性竞争，形势一片大好。板料冲压成形以其生产效率高、操作简单、容易实现机械化和自动化处理过程，适合成批生产；在材料消耗不多的情况下，可以获得强度高、刚度大、而重量轻的零件；可得到其它加工方法难以实现的或无法加工的复杂形状零件。这些特点符合了汽车制造业面对市场挑战的要求，因此在汽车制造业中被广泛应用。本文是关于汽车变速器加强板的冲压工艺及模具设计，从工件的尺寸特点，材料性能，冲压的工艺性从而确定模具设计的工艺方案。重点分析了修边及冲孔的工艺性。重点介绍了模具尺寸的确定、成形力计算、冲压设备的选择和模具结构的设计、各种标准件的选用以及模具材料的选用等。运用CAD，CATIA软件对模具进行三维设计、虚拟装配，模拟冲压模具的工作过程。关键词冷冲压；模具；高强钢；三维设计、虚拟装配ABSTRACTSINCEENTERINGSINCETHE20THCENTURY,OURCOUNTRYSCARINDUSTRYISQUICKLYSWELL,FROMSHANGHAIVOLKSWAGENTOGUANGDONGDONGFENG,FROMGMTOTIANJINGIOVANNICOBOLLIGIGLI,FROMBREWINGINTOAUTOMOULDINDUSTRYTOTHESICHUANWULIANGYEGROUP,STARTINGASHARESINVOLVESBYLARGETRUCKSINTHEINDUSTRYTOSMALLCARPRODUCTIONADJUSTMENT,BASEDONOLDCARAPPEAREDNEWINDUSTRYCOMPETITION,CROSSINDUSTRYINTOSEXUALCOMPETITION,THESITUATIONISEXCELLENTSHEETMETALSTAMPINGWITHITSHIGHPRODUCTIONEFFICIENCY,SIMPLEOPERATION,EASYTOREALIZEMECHANIZATIONANDAUTOMATIONPROCESS,SUITABLEFORMASSPRODUCTIONFEWINMATERIALCONSUMPTION,ITCANGETHIGHINTENSITY,STIFFNESSBIG,ANDLIGHTWEIGHTPARTSOTHERPROCESSINGMETHODSAVAILABLEDIFFICULTTOACHIEVEORUNABLETOPROCESSINGCOMPLEXSHAPEPARTSTHESECHARACTERISTICSTOMEETTHECHALLENGESFACINGTHEMARKETOFAUTOMANUFACTURINGREQUIREMENTS,SOINAUTOMOBILEMANUFACTURINGINDUSTRYHASBEENWIDELYUSEDTHISPAPERISABOUTTHEAUTOTRANSMISSIONREINFORCINGPLATESTAMPINGTECHNOLOGYANDDIEDESIGN,FROMSIZEOFWORKPIECEMATERIALPROPERTIES,STAMPINGCHARACTERISTICS,THETECHNOLOGYOFMOULDDESIGNTODETERMINETHEPROCESSSCHEMEMAINLYANALYZEDTHETECHNOLOGYOFTRIMMINGANDPUNCHINGMAINLYINTRODUCESMOLDSIZEDETERMINE,FORMINGFORCECALCULATION,STAMPINGEQUIPMENTSELECTIONANDMOLDSTRUCTUREDESIGN,ALLKINDSOFSTANDARDSELECTIONANDMATERIALSELECTIONOFMOULDETCUSINGCATIASOFTWARETOMOLDCAD,THREEDIMENSIONALDESIGN,VIRTUALASSEMBLING,SIMULATIONSTAMPINGDIEWORKINGPROCESSKEYWORDSCOLDSTAMPINGMOULDTHREEDIMENSIONALDESIGNVIRTUALASSEMBLYTRIXIALITY目录前言1第一章绪论311引言312冷冲压技术的现状及发展3121模具的发展现状3122冲压的概念、特点及应用5123冲压技术的发展趋势613选题意义及主要研究内容8131选题意义8132主要研究（设计内容）914发展趋势与研究的主攻方向11141国内外发展趋势11142发展趋势主要表现12第二章设计任务及设计方案分析1521零件的分析15211设计内容15212拟解决的主要问题1822设计方案及分析19221冲裁加工原理1923零件冲裁工艺分析20231冲裁件最小孔间距的校核22232冲裁件最小孔边距的校核22233对零件精度的分析2224拟订工艺方案22241基本工艺方案确定22242模具形式与结构比较24243模具总体设计25第三章模具设计计算2931基本尺寸计算29311毛胚尺寸29312计算材料利用率2932冲压力的计算29321冲裁力的计算29322推件力、顶件力、卸料力、的计算3033模具压力中心的确定3134工作零件刃口尺寸计算31341冲裁间隙分析31342落料冲孔凹、凸模刃口尺寸计算33第四章主要零部件设计3541模架的选用3542冲孔凸模3543冲孔凹模3644卸料部件的设计37441卸料件的设计37442卸料螺钉的选用3845导向装置的选用39451导柱的选用39452导套的选用4046顶件装置的选用4147压力机的选择4348紧固件的选择44第五章修边冲孔模具CAD建模装配及虚拟装配仿真4751CAD平台简介47511CATIA功能模块简介47512CATIA系统特点50513CATIA应用领域5252计算机辅助设计建模方法53521产品设计建模流程及发展53522几何实体建模方法要点5453修边冲孔模具实体模型建模过程56531依据二维图纸建立零件的理论模型56532修边冲孔模具组件模型5654修边冲孔模具虚拟装配61542基于CATIA的虚拟装配基本过程6255修边冲孔模具电子样机运动仿真64551电子样机技术简介64552左右连接板冲孔落料模装配仿真过程6656设计并绘制模具总装图69第六章结论与展望7361论文主要工作结论7362对今后工作的展望73致谢75参考文献77前言自从进入20世纪以来，我们国家的汽车制造业就迅速膨胀起来，从上海大众到广东东风，从通用汽车到天津吉利，从酿酒到进军汽车模具产业的四川五粮液集团，掀起一股涉及行业内由大型卡车到小型汽车生产的调整，老牌汽车基础上出现新的产业竞争，跨行业的进入性竞争，形势一片大好。板料冲压成形以其生产效率高、操作简单、容易实现机械化和自动化处理过程，适合成批生产；零件表面光洁、美观、尺寸精度稳定、互换性好、成本底；在材料消耗不多的情况下，可以获得强度高、刚度大、而重量轻的零件；可得到其它加工方法难以实现的或无法加工的复杂形状零件。这些特点符合了汽车制造业面对市场挑战的要求，因此在汽车制造业中被广泛应用。基于冲压模具加工具有以上的特点，联系本次设计，又由于汽车变速器加强板是薄板料的成型件，可引入冲压模具来进行加工，故可采用连续冲压技术和采用复合模进行加工。在保证冲裁和拉深质量的条件下，可以提高加工的效率。能达到“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求。然而，由于模具的设备较庞大，能耗高，目前的模具设计到制造出成套的模具的周期还较长，故不利于模具的更新换代。所以采用如此加工办法来加工，应该考虑的冲压件的批量的大小，由于汽车变速器加强板是汽车上的零件，属于大批量的生产，所以值得设计一套冲压模具。本次设计立足于基础知识的应用和面向应用性的一个创新设计，从我们国家现有的工业技术状况和标准，经过计算后对实现汽车变速器加强板的冲压加工的整套模具进行结构设计，并对其进行装配，并进行相应分析，实现了对大批量汽车变速器加强板的模具设计。运用了CAD画图软件对装配图绘画和对重要零件工程图绘画，节约了手工绘图的时间，提高了制图效率，缩短模具制造时间。第一章绪论11引言冲压模具在实际工业生产中应用广泛。在传统的工业生产中，工人生产的劳动强度大、劳动量大，严重影响生产效率的提高。随着当今科技的发展，工业生产中模具的使用已经越来越引起人们的重视，而被大量应用到工业生产中来。冲压模具的自动送料技术也投入到实际的生产中，冲压模具可以大大的提高劳动生产效率，减轻工人负担，具有重要的技术进步意义和经济价值。12冷冲压技术的现状及发展121模具的发展现状改革开放以来，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。当今世界正进行着新一轮的产业调整，一些模具制造逐渐向发展中国家转移，中国正成为世界模具大国。近年来，外资对我国模具行业投入量增大，工业发达国家将模具向我国转移的趋势进一步明朗化，这代表着我国模具行业迎来新一轮的发展机遇，也代表着面临国外先进技术和高品质制品的挑战。有数据显示，我国目前模具总产值已跃居世界第三，仅次于日本和美国，其中，汽车、摩托车、家电行业是模具最大的市场。据权威报告，中国已成为第一制造大国。我国模具年生产总量虽然已位居世界第三。但设计制造水平在总体上要比工业发达国家落后许多。其差距主要表现在下列六方面1国内自配率不足80。其中中低档模具供过于求，中高档模具自配率不足60。2企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构都不够合理。我国模具生产厂点中多数是自产自配的工模具车间（分厂），专业模具厂也大多数是“大而全”“小而全”的组织形式。国外模具企业大多是“小而专”，“小而精”；模具自产自配比例高达50以上，国外70以上是商品模具。国内模具总量中属大型、精密、复杂、长寿命模具的比例只有30左右。国外在50以上。进出口之比2003年为411；进出口相抵后净进口为103亿美元，为净进口量最大的国家。3模具产品水平和生产工艺水平总体上比国际先进水平低许多，而模具生产周期却要比国际先进水平长许多。产品水平低主要表现在精度、型腔表面粗糙度、寿命及模具的复杂程度；工艺水平低主要表现在设计、加工、工艺装备等方面。4开发能力弱，经济效益欠佳。我国模具企业技术人员比例较低，水平也较低。不重视产品开发，在市场中常处于被动地位。我国每个职工平均每年创造模具产值约合1万美元左右，而模具工业发达国家大多是1520万美元，有的甚至达到2530万美元。由此而来的是我国模具企业经济效益差，大都微利，国有企业总体亏损，缺乏后劲。5模具标准化水平和模具标准件使用覆盖率低。国外先进国家模具标准件使用覆盖率达70以上，国内模具标准件使用覆盖率只有45左右。6与国际先进水平相比，模具企业的管理落后更甚于技术落后。技术落后易被发现，管理落后易被忽视。国内大多数模具企业还沿用过去作坊式管理模式。真正实现现代化企业管理的还不多。122冲压的概念、特点及应用冲压是利用安装在冲压设备上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要是采用板料来加工成形所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成形工程技术。冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。与机械加工及塑性加工的其他方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。1冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。2冲压是由模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压材料的表面质量，而模具的寿命一般较长，所以冲压件的质量稳定，互换性好，具有“一模一样”的特征。3冲压可制造出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒针，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压件的强度和刚度均较高。4冲压一般没有切削碎料生成，材料的消耗较少，且不需其他的加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品。所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济利益。冲压在现代的工业生产中，尤其是大批量生产中应用十分广泛。相当多的工业部门越来越多地采用冲压方法加工产品零部件，如汽车、农机、仪器、电子、航空、航天、家电、及轻工等行业。在这些部门中，冲压件所占的比重都相当大，少则60以上，多则90以上。不少过去用锻造、铸造和切削加工方法制造的零件，现在大多数也被质量轻、刚度好的冲压件所代替。因此可以说，如果生产中不广泛采用冲压工艺，许多工业部门要提高生产率、提高产品质量、降低生产成本、进行产品更新换代等都是难以实现的。123冲压技术的发展趋势模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项1模具设计新技术的应用ACAD/CAM/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。B扫描及数字化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，大大缩短了模具的在研制制造周期。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。2模具先进制造技术的推广及应用A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。B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。C先进表面处理技术选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积TIN、TIC等、等离子喷涂等技术。D自动化、智能化加工系统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。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。3模具标准化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。13选题意义及主要研究内容131选题意义专家认为，模具行业冲压模的比例将不断提高。随着车辆和电机等产品向轻量化方向发展，冲压模的数量、寿命和复杂程度将提出越来越高的要求，其精度和复杂程度也将随着相应提高。从以上的内容可以看出模具正在向一个更高精度和复杂度上发展，在这期间需要充足的理论知识来支撑这个发展。所以冲压模具的设计与制造具有很强的时代进步意义。冷冲压模具设计是为材料成型及控制工程专业（锻压）学生在学完基础理论课、技术基础课和专业课的基础上，所设置的一个重要的实践性教学环节。其目的是1综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识，进行一次冷冲压模具设计工作的实际训练，从而培养和提高学生独立工作的能力。2巩固与扩充“冷冲压模具设计”等课程所学的内容，掌握冷冲压模具设计的方法和步骤。3掌握冷冲压模具设计的基本技能，如计算、绘图、查阅设计资料和手册，熟悉标准和规范等。我选择的题目正好是关于冷冲压这个方面的内容，通过我对冲压模具方面书籍的查阅，使我对冲压模具的设计有了系统化的理解。况且我今后要从事这个方面的工作，这次的设计也是一次很好的学习和锻炼的过程。所以我选择了汽车变速器加强板修边冲孔工艺及其模具设计这个题目，汽车变速器加强板是一个普通的冲压零件，通过对它工艺性的分析和相关尺寸的计算从而展开了对该零件的模具设计。在设计过程中通过自学和老师的讲解逐渐地掌握了相关的知识。我做这个题目的最大收获就是明白了设计的思想，在这个思想的指导下我完成了下面的设计内容。132主要研究（设计内容）1题目来源题目名称变速器加强板修边冲孔模具设计题目来源生产实际题目类别毕业设计2研究目的和意义冲压工艺是指冲压加工的具体方法（各种冲压工序的总和）和相关技术经验冲压加工是利用安装在压力机上的模具，对模具里的板料施加变形力，使板料在模具里产生变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的产品零件的生产技术。由于冲压加工经常在材料的冷状态下进行，因此也称冷冲压。冲压加工的原材料一般为板料或带料，故也称板料冲压。生产中为满足冲压零件形状、尺寸、精度、批量、原材料性能等方面的要求，采用多种多样的冲压加工方法。概括起来冲压加工可以分为分离工序与成型工序两大类。分离工序又分为落料、冲孔和剪切等，其目的是冲压过程中使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离，成形工序分为弯曲、拉深、翻边、胀形、缩口等，目的是使冲压毛坯在不被破坏的条件下发生塑性变形，并转化成所要求的制件形。冲压加工技术主要是利用冲压设备和模具实现对金属材料（板材）的加工过程。冲压加工，有以下特点大多是金属塑性加工是金属整体性保持的前提下，依靠塑性变形发生物质转移来实现工件形状和尺寸变化的，切屑量相对较小，因而材料的利用率高。冲压的加工过程中，除尺寸和形状发生改变外，金属的组织、性能也能得到改善和提高，经过塑性加工将使其结构致密、粗晶粒破碎细化和均匀，从而使性能提高。此外，塑性流动所产生的流线也能使其性能得到改善。加工过程便于实现生产过程的连续化、自动化，适于大批量生产，因而劳动生产率高。成型件的精度高，可实现少、无切削加工。有些大型的薄板金属件（如汽车的覆盖件）只能通过冲压模具成型来加工。基于冲压模具加工具有以上的特点，联系本次设计，由于本课题汽车变速杆加强板是薄板料的成型件，可引入冲压模具来进行加工，故可采用连续冲压技术和采用复合模进行加工。在保证冲压拉深质量的条件下，可以提高加工的效率。能达到“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求。然而，由于模具的设备较庞大，能耗高，目前的模具设计到制造出成套的模具的周期还较长，故不利于模具的更新换代。所以采用如此加工办法来加工，应考虑的冲压件的批量的大小，由于汽车变速杆加强板属于大批量的生产，所以值得设置一套冲压模具。14发展趋势与研究的主攻方向141国内外发展趋势目前，一些工业先进国家，都拥有世界水平的冲压公司和冲压技术。而板料冲压的出现要比它晚10年左右的时间。在板材冲压成形中经历了三次大的革命性进程，1849年出现的手动曲柄式压力机是薄板成形的第一块里程碑，它标志着机械式薄板成形的开始。1879年ADAMSO研究开发碳钢和铁的机械性能，并提出了扩孔试验的单拉伸试验，随后各种成形工艺及模拟试验相继出现，薄板成形从手工作坊走向工厂，大多数手工工具被大型模具及机器所取代，劳动生产率得到了空前的提高。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。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，在模具设计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。据中国模具工业协会发布的统计材料，2004年我国冲压模具总产出约为220亿元，其中出口075亿美元，约合62亿元。根据我国海关统计资料，2004年我国共进口冲压模具561亿美元，约合466亿元。从上述数字可以得出2004年我国冲压模具市场总规模约为2666亿元。其中国内市场总需求为2604亿元，总供应约为2138亿元，市场满足率为82。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，模具制造技术现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企业的生存空间。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。冲压技术仍在继续进入新的技术领域，它将以更快的速度发展，发展方向将突出“精、省、净”的需求。将更加科学化、数字化、可控化等几个方向，而人工智能技术、智能化控制从实验阶段投入真正的大幅度的使用阶段。将给整个工业领域造成新的局面。142发展趋势主要表现从普通冲裁到精密冲裁、普通成型到精密成型、塑性到超塑性成型的研究，各种性的成型工艺日新月异，冲压件的成型精度日趋精确，生产率也有了极大提高，冲压加工到了高质量，高精度的水平，现在的精密冲裁主要对象是对平板零件进行冲裁，过去精密冲裁只能对58MM以下的薄板进行加工，而现在可以厚达到25MM的厚板实现精密冲裁。由于采用了计算机辅助工程（CAE），冲压成型从原来的对应力应变进行有限元分析而逐步发展到采用计算机进行工艺过程的模拟与分析，以实行冲压过程中的优化设计。此外，对材料的成形性能和成形极限的研究，冲压成形难度的判定以及成形预报等技术的发展，都标志冲压成形已经从原来的经验、实验分析阶段开始走上由冲压理论指导的科学阶段，使冲压成形走向计算机辅助工程化和智能化的发展道路。为了适应大批量、高效生产的需要，在冲压模具和设备上广泛应用了各种自动化的进、出料机构。例如在汽车的覆盖件，专门配置了机械手，这不仅提高了生产效率，而且增加了冲压工作人员的安全性。各种中小型冲压件广泛采用多任务位级进模、多任务位或告诉压力机。为了适应多种产品生产时不断更换模具的需要，而将柔性制造系统的概念引入模具成形生产。而冲压加工中心的出现正标志着冲压向着自动化发展。未来冲压技术主攻方向会是一种将控制论、信息技术、数理逻辑、优化理论、计算机科学与板料成型理论有机结合而产生的综合的新技术。就是智能化冲压。第二章设计任务及设计方案分析21零件的分析211设计内容1问题描述本课题是针对所给冲压件的具体要求设计冲压件的冲压工艺及其模具。冲压件外形及尺寸见图21、图22、图23、图24、图25，变速杆加强板，材料ST14HF（C0025），德国的普通结构钢，强度极限270350，延伸率大于42，和普通低碳镀锌板相比硬度高，但是可塑性和韧性差，料厚T20MM，大批量生产。图21修边冲孔工艺面三维图图22修边冲孔坯料三维图图23修边冲孔工艺面性能数据图24修边冲孔工艺图图25变速杆加强板零件图2具体应完成的设计内容有模具整体方案设计，包括零件的工艺分析、模具类型的确定、压力中心计算、刃口尺寸计算、压力机选择、定位方案、推件、出件装置的确定等；模具整体装配图和模具主要零件图的设计；模具三维图的绘制分析；模具运动动态模拟分析和装配分析；编写设计毕业论文或者设计说明书。3本研究主要是研究冲压过程中的工艺性、冲裁间隙、凸凹模刃口尺寸的确定、排样、冲压力与压力的中心的计算。完成本课题后可获得以下成果熟练掌握冲压模具设计过程，完成工艺设计，完成一套完整的模具设计,电脑绘制出模具的装配图和零件图。熟练掌握三维零件的绘制和装配制作。获得一副冲裁模具的设计技术与图纸，冲裁过程中可能出现的问题及解决方案。撰写出设计说明书。212拟解决的主要问题重点解决的是如何合理实现修边冲孔工艺的模具设计。由于变速杆加强板的零件形状复杂，难点是合理地设计修边冲孔工序，并准确的设计模具的刃口配合尺寸，保证冲压件的成形及成型质量。22设计方案及分析221冲裁加工原理冲裁是利用冲模在压力机上使板料分离的一种冲压工艺。它包括切断、落料、冲孔、修边、切口等多种工序，但一般说来主要是落料和冲孔工序。冲裁变形过程可分为四个阶段图26冲裁变形过程第一阶段弹性变形阶段凸模与材料接触后，先将材料压平，继而凸模及凹模刃口压入材料中，由于弯曲力矩的作用，材料不仅产生弹性压缩且略有弯曲。随着凸模继续压入，材料在刃口部分所受的应力也逐渐增大，到一定程度时，材料内应力达到弹性极限，此为材料的弹性变形阶段。第二阶段塑性变形阶段凸模继续压入，压力增加，材料内的应力达到屈服极限，产生塑性变形。随着塑性变形程度的增大，材料内部的拉应力和弯矩随之增大，变形区材料硬化加剧，当压入深度达到一定程度时，刃口附近材料的应力值达到最大值，此为塑性变形阶段。第三阶段裂纹延伸阶段凸模压入在塑性变形进行到一定程度时，材料的内应力达到剪切强度极限时，材料在刃口出出现裂纹，并且随着凸模的继续压入，裂纹沿刃口方向延伸扩展。第四阶段断裂分离阶段凸模压入深度达到一定程度时，先后在凹、凸模刃口侧面产生裂纹，裂纹产生后沿最大剪应力方向向材料内层发展，当凹、凸模刃口处的裂纹相遇重合时，材料便被剪断分离。23零件冲裁工艺分析冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲压工艺的适应性，即冲裁件的结构、形状、尺寸及公差等技术要求是否是否符合冲裁加工的工艺要求。图27汽车变速器加强板实物图汽车变速器加强板的零件实物图如图27所示，其加工工艺分为四个步骤拉延修边冲孔翻边冲孔，本设计为其中的修边冲孔工序，所用材料为第一步经拉延工序完成后的金属板料，此板料具有拉延后的拉延曲面，可作为本设计的定位面。图21、图22、图23、图24所示为修边冲孔工艺零件工艺参数，修边量11887MM，冲孔部分是两个直径111MM的孔，周长和697MM。从接触面的工艺孔来保证此零件上的修边位置及小孔位置是该零件设计需要做的重点工作。该零件的毛坯的外形尺寸较大，修边位置靠冲孔后形成的定位曲面来确定，冲孔则需要靠保持凸模和凹模之间的刃口尺寸，相对位置来保证。本工序所需的板料尺寸较大，在完成修边冲孔工序后，为方便取下废料，应该在修边冲孔工艺后对废料板进行裁剪，根据废料的形状，拟将废料板切成四块，并在模具上设计滑道，方便废料自动滑出。231冲裁件最小孔间距的校核根据冲压手册查得，料厚为20MM的凸凹模最小壁厚为49MM。通过几何关系计算，本零件的最小孔间距为A220MM49MM因此，该零件的最小孔边距满足凸凹模的最小壁厚要求。233对零件精度的分析冲裁件内外形的经济精度不高于GB180079IT11级。一般要求落料件精度最好低于IT10，冲孔件最好低于IT9级。经过对零件图的观察分析之后，该零件为汽车变速器加强板，加强变速器的机械性能，对外观要求不高，对整个零件曲面精度要求较高。为了保证成形尺寸及精度，要求拉延工序使用精度较高的拉延模具，在修边冲孔工序中，对冲孔模具和修边模具的相对位置有较高的要求，可通多改善这些方面的模具精度来提高零件的生产精度。24拟订工艺方案241基本工艺方案确定首先根据零件形状确定冲压工序类型和选择工序顺序。冲压该零件需要的基本工序由剪切（或落料）、冲孔、切废料。通过对制件的结构进行分析和工艺方案的确定，可采用的冲裁方案及模具形式为方案一先冲孔，后落料。单工序模生产。方案二冲孔落料复合冲压。复合模生产。方案三冲孔落料级进冲压。级进模生产。分析各工序有方案一是单工序模生产。单工序模是在冲压的一次行程过程中，只能完成一个冲压工序的模具。方案二是复合模生产。复合模是在冲压的一次行程过程中，在同一工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具。方案三是级进模生产。级进模是多任务序冲模，在一副级进模上可对形状十分复杂的冲压件进行冲裁、弯曲、拉深成型等工序。表21单工序模、复合模和连续模的特点比较项目单工序模复合模连续模冲压精度一般较低中、高级精度中、高级精度原材料要求不严格除条料外，小件也可用边角料条料或卷料冲压生产率低较高高实现操作机械化自动化的可能性较易，尤其适合于在多工位压力机上实现自动化难，只能在单机上实现部分机械操作容易，尤其适合于在单机上实现自动化生产通用性好，适合于中、小批量生产及大型件的大量生产较差，仅适合于大批量生产较差，仅适合于中、小型零件的大批量生产冲模制造的复杂性和价格结构简单，制造周期短，价格低结构复杂，制造难度大，价格高结构复杂，制造和调整难度大，价格与工位数成比例上升综上所述，对以上两个方案从模具结构、材料利用率、生产成本和生产效率以及自动化程度等多方面因素考虑，最终选择第二套方案。242模具形式与结构比较模具的结构形式很多，可根据冲压件的形状、尺寸、精度、材料性能和生产批量及冲压设备、模具加工条件、工艺方案等设计。在满足冲压件品质要求的前提下，力求模具结构简单、制造周期短、成本低、生产效率高、寿命长。1根据冲压件的形状和尺寸，确定凸、凹模的加工精度、结构形式和固定方法；2根据毛坯的特点、冲压件的精度和生产批量，确定定位、导料和挡料方式；3根据工件和废料的形状、大小，确定进料、出件和排出废料的方式；4根据板料的厚度和冲压件的精度要求，确定压料与卸料方式，压料或不压料，弹性卸料或刚性卸料；5根据生产批量，确定操作方式手工操作，自动或半自动操作；6根据冲压件的特征和对模具寿命的要求，确定合理的模具加工精度，选取合理的导向方式和模具固定方式；7根据所使用的设备，确定模具的安装与固定方式。模具总体结构形式的确定是设计时必须先解决的问题，也是冲摸设计的关键，它直接影响冲压件的质量、成本和冲压生产的水平，模具类型的选定，应以合理的冲压工艺为基础，根据冲压件的形状、尺寸、精度要求、材料性能、生产批量、冲压设备、模具加工条件等多方面的因素，做综合的分析研究并比较其综合经济效果，以期在满足冲压件质量的要求的前提下，达到最大限度地降低冲压件的生产成本，确定模具的结构形式时，必须解决以下方面的问题1模具类型简单模，连续模，复合模等；2操作方式手工操作，自动化操作，半自动化操作；3进出料方式根据原材料的型式确定进料的方法，取出和整理零件的方法，原料定位方法；4压料与卸料方式压料或不压料，弹性或钢性卸料；5模具精度根据冲压件的特点确定合理的加工精度，选取合理的导向方式及模具的固定方法等。除生产批量、生产成本、冲压件的质量要求外，在设计冲模时还必须对其维修性能、操作方便、安全性特别是手工操作模的安全方面等予以充分的注意。243模具总体设计2431操作方式零件的生产批量较大，但合理安排生产可用手工送料方式，提高经济效益。2432定位方式本设计为修边冲孔工序，所用材料为第一步经拉延工序完成后的金属板料，此板料具有拉延后的拉延曲面，可作为本设计的定位面。2433卸料方式刚性卸料与弹性卸料的比较刚性卸料是采用固定卸料板结构。常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大，单边间隙取（0205）T。当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸料板与凸模的配合间隙应该小于冲裁间隙。此时要求凸模卸料时不能完全脱离卸料板。主要用于卸料力较大、材料厚度大于2MM且模具结构为倒装的场合。弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于料厚小于或等于2MM的板料由于有压料作用，冲件比较平整。卸料板与凸模之间的单边间隙选择（0102）T,若弹压卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙应小于冲裁间隙。常用作落料模、冲孔模、正装复合模的卸料装置。工件面为曲面，料厚为2MM相对较薄，卸料力较大，由于弹压卸料模具比刚性卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进动态，且弹性卸料板对工件施加的是柔性力，不会损伤工件表面，故可采用弹性卸料。2434出件方式因采用复合模生产，故采人工前后出件为佳。2435确定送料方式因选用的冲压设备为开式压力机，采用纵向送料方式，即由前向后送料。2436确定导向方式方案一采用对角导柱模架。由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳。常用于横向送料级进模或纵向送料的落料模、复合模。方案二采用后侧导柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操作比较方便。因为导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导套导柱单边磨损，严重影响模具使用寿命，且不能使用浮动模柄。方案三四导柱模架。具有导向平稳、导向准确可靠、刚性好等优点。常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件，以及大量生产用的自动冲压模架。方案四中间导柱模架。导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准确。但只能一个方向送料。根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式，为提高模具寿命和工件质量，采用四导柱模架的导向方式，即方案一最佳。2437冲裁质量、模具磨损与润滑1冲裁质量冲裁件的翘曲、冲裁件与冲孔的粗糙断面，除用精密冲裁方法外，都是不可避免的。在普通冲裁中，这张缺陷是由于在裁断部分凸模和凹模力不重合形成了弯矩以及材料剪断时板平面内受到的拉应力造成的，其主要原因是间隙。弯曲造成工件翘曲，拉应力增加了断面的粗糙度。为了提高冲裁件与冲孔质量，具体方法时看A尽量用最小的合理间隙；B用压板压紧凹模面上的板料，不使其翘曲；C用强有力的顶件装置对冲裁件施加反力，也是为了不使其翘曲；D减小搭边宽度，以减小拉应力。搭边小时，会将冲裁转变为整修，即将剪断变为切削性质，但这是不易做到的，而且影响进料和模具寿命；E用适当的润滑剂。2模具磨损与润滑间隙小对模具寿命不利，应视具体要求，采用适当大的间隙。加快磨损和恶化冲裁件质量的一大原因是金属件的粘贴。粘贴的原因是粘贴的基本原因是金属间的附着力；无氧化、干净光洁的表面和相同的材料，容易造成分子间的吸附条件；高温、高压和塑性变形会加强这种作用；强度小的金属，容易失去金属，粘到强大的金属上；又基于高温是粘贴的有利条件，故金属粒总是容易贴到导热性差的金属上。模具材料与冲裁材料相比，总是强大而导热性低，故总是强度小的冲裁材料贴在模具上。粘贴后，是材料与模具间的摩擦变成了材料与材料之间的摩擦，大大提高了摩擦力和摩擦热，更加剧了粘贴并恶化了冲裁质量。基于第二个理由，抛光的凸模不如车削的凸模。车削的凸模表面其脱料力比抛光的凸模表面低，寿命比抛光的长。故冲裁工作面并不是愈光洁愈好，尤其是在容易粘贴的情况下如此。对于细凸模，由于热容量小，在冲裁中温度迅速升高，粘贴后脱料力大大增加，凸模会被脱料力拉断。凹模由于质量大，散热容易，切润滑剂汇集，温度升高不显著，故粘贴现象较小。为了避免同类材料之间的吸附作用，冲裁钢材使，对凸凹模镀铬是一个减轻粘贴的方法。冲裁对润滑剂的要求，降温比润滑本身的作用更重要。用机油反而会提高脱料力，而切削用的冷却剂可是脱料力降低1560，减轻粘贴现象，提高模具寿命。也可以用水和一般润滑油比为201的稀释润滑剂进行冲裁，这样存留在冲裁件上的残迹不显著，也便于清除。第三章模具设计计算31基本尺寸计算311毛胚尺寸所用毛胚尺寸410MM580MM。312计算材料利用率冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用材料的重要指标。材料利用率冲裁面积/毛胚面积0105MM2/0238MM244132冲压力的计算321冲裁力的计算用平刃冲裁时，其冲裁力F一般按下式计算FKLTB冲压工艺学210式中F冲裁力；L冲裁周边长度；T材料厚度；B材料抗剪强度；K系数，系数是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀，刃口磨损、板料力学性能和厚度波动等原因的影响而给出修正系数，一般取13。查表取B320MPA，且T20MM，用CATIA软件测算见图31修边周长L11188773MM，冲孔周长总和L2697MM。图31修边周长尺寸所以FKLTB13118877369732020732892KN322推件力、顶件力、卸料力、的计算推件力F1NK1F顶件力F2K2F卸料力F3K3FF冲裁力；N梗塞在凹模内的制件或废料数量NH/T；H直刃口部分的高MM；T材料厚度MM；K1、K2、K3推件力、顶件力、卸料力系数查冲压手册，得K10055K2006K3005代入上述三个公式，得F1NK1F40309KNF2K2F43974KNF3K3F36645KN采用弹性卸料装置和上出件方式所以总冲压力F0FF2F3813511KN根据冲压力计算结果拟选压力机规格为机械压力机、公称压力1600KN。33模具压力中心的确定模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合，否则，会使冲模和力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的摩擦，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。该零件的机械加工中心由软件确定，选取机械加工中心为其压力中心。34工作零件刃口尺寸计算341冲裁间隙分析1间隙对冲裁件尺寸精度的影响冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小，则精度越高，这个差值包括两方面的偏差，一是冲裁件相对于凸模或凹模的偏差，二是模具本身的制造偏差。2间隙对模具寿命的影响模具寿命受各种因素的综合影响，间隙是也许模具寿命诸因数中最主要的因数之一，冲裁过程中，凸模与被冲的孔之间，凹模与落料件之间均有摩擦，而且间隙越小，模具作用的压应力越大，摩擦也越严重，所以过小的间隙对模具寿命极为不利。而较大的间隙可使凸模侧面及材料间的摩擦减小，并延缓间隙由于受到制造和装配精度的限制，出现间隙不均匀的不利影响，从而提高模具寿命。3间隙对冲裁工艺力的影响随着间隙的增大，材料所受的拉应力增大，材料容易断裂分离，因此冲裁力减小。通常冲裁力的降低并不显著，当单边间隙在材料厚度的520左右时，冲裁力的降低不超过510。间隙对卸料力推料力的影响比较显著。间隙增大后，从凸模里卸料和从凹模里推料都省力当当单边间隙达到材料厚度的1525左右时的卸料力几乎为零。但间隙继续增大，因为毛刺增大，又将引起卸料力、顶件力迅速增大。4间隙值的确定由以上分析可见，凸、凹模间隙对冲裁件质量、冲裁工艺力、模具寿命都有很大的影响。因此，设计模具时一定要选择合理的间隙，以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求，所需冲裁力小、模具寿命高，但分别从质量，冲裁力、模具寿命等方面的要求确定的合理间隙并不是同一个数值，只是彼此接近。考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损、生产中通常只选择一个适当的范围作为合理间隙，只要间隙在这个范围内，就可以冲出良好的制件，这个范围的最小值称为最小合理间隙CMIN，最大值称为最大合理间隙CMAX。考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计与制造新模具时要采用最小合理间隙值CMIN。确定合理间隙的方法有经验法、理论确定法和查表法。根据近年的研究与使用的经验，在确定间隙值时要按要求分类选用。对于尺寸精度，断面垂直度要求高的制件应选用较小的间隙值，对于垂直度与尺寸精度要求不高的制件，应以降冲裁力、提高模具寿命为主，可采用较大的间隙值。由于理论法在生产中使用不方便，所以常采用查表法来确定间隙值。经验公式；软材料T1MM，C34TT13MM，C58TT35MM，C81T硬材料T1MM，C45TT13MM，C68TT38MM，C813T342落料冲孔凹、凸模刃口尺寸计算该制件外形为一圆形，相对较简单，适合采用凸凹模配作加工。配作法加工的特点是模具的间隙由配做保证，工艺比较简单，无需较核TAZMAXZMIN的条件，并且还可以放大基准件的制造公差，使制造容易，所以采用配作法加工。查阅冲压手册得冲裁模刃口的双面间隙ZMAX0246MM；ZMIN0360MM；尺寸计算原则在确定冲模凸模和凹模工作部分尺寸时，必须遵循以下几项原则1根据落料和冲孔的特点，落料件的尺寸取决于凹模尺寸，因此落料模应决定凹模尺寸，用减小凸模尺寸来保证合理间隙；冲孔件的尺寸取决于凸模尺寸，故冲孔模应先决定凸模尺寸，用增大凹模尺寸来保证合理间隙。2根据刃口的磨损规律，刃口磨损后尺寸变大，其刃口的基本尺寸应取接近或等于工件的最小极限尺寸；刃口磨损后尺寸减小，应取接近或等于工件的最大极限尺寸。3考虑工件精度与模具精度间的关系，在选择模具刃口制造公差时，既要保证工件的精度要求，又能保证有合理的间隙数值。一般冲模精度较工件精度高23级。冲孔凸模刃口尺寸计算落料件尺寸为MM的凸凹模由冲压手册得3601凹凸002MM由于凹凸ZMAX，故采用凸模与凹模分别加工的加工方法。由冲压手册，得05则D凸（D）凸（11105036）MM021128MM02则D凹（D2CMIN）凹（111050360360）MM021164MM02第四章主要零部件设计41模架的选用模架选用四导柱模架，上