毕业设计（论文）-汽车覆盖件左B柱加强板冲压模具设计.pdf

河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书 1 摘要 本文首先阐述了汽车覆盖件冲压模具数字化技术 cad/cae/cam 模型的建立，然后以 汽车覆盖件左 b 柱加强板为例，首先对制件进行拉深工艺补充，阐述 cae 技术在汽车覆 盖件左 b 柱加强板冲压工艺中的应用，对制件成形性进行模拟分析，能够提前预知成形 缺陷，并采取有效措施，定量地给出了拉深成形过程中的工艺参数，为实际生产提供所 需参数的参考值。 然后利用基于 ug 的模具 cad/cam 统一系统平台根据汽车覆盖件冲 压模具设计制造的基本规范进行模具设计。最后分析并总结了汽车覆盖件冲压模具的加 工特点和工艺过程。 模具 cad/cae/cam/capp 的运用能够缩短模具制造周期，减少调试次数。 从中可 以了解有别于传统的冲压工艺设计的模具制造方式，为今后汽车覆盖件模具开发提供一 定的参考。 关键词：汽车覆盖件；cad/ cam/cae；加强板；冲压工艺；调试 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书 2 abstract this paper illustrates the status of the mold of computer-aided technologies in supporting the automotive sheet panels stamping die development at first. then takes the left b strengthen plank of automobile metal sheets as an example, the drawing processing supplement are proceeded. the application of cae technology in stamping process of the left b strengthen plank of automobile metal sheets was briefly introduced. by analyzing the forming process of the product, partial defects were predicted and then effective measures was taken. the technical parameters ware given quantitatively in the process of drawing which provided a reference to parameters. then by using ug software, die was designed based on the design and manufacture of dies for automotive sheet panels. at last, analyzed and summarized the manufacturing characters of automobile body metal sheet stamping die. the application of the cad /cae/camshortened the manufacturing cycle of die and reduced the frequency of trial produce. form this paper, we realize the difference from the traditional sheet stamping process and die manufacturing method. it provides a lot of experience in die design of the automotive sheet panels. key words: automotive sheet panels；cad /cae/ cam；strengthen plank；stamping process；trial produce 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书 3 目目录录 1 1绪 论绪 论 1 1.1概述1 1.2冲压成型及其在工业发展中的地位1 1.3汽车覆盖件模具设计的重要意义1 1.4汽车覆盖件模具设计/工艺/制造/管理基础数字信息化的现状及展望 1 1.5设计目的2 1.6设计构想2 2 2左左 b b 柱 加 强 板 汽 车 覆 盖 件 冲 压 成 形 性 工 艺 分 析柱 加 强 板 汽 车 覆 盖 件 冲 压 成 形 性 工 艺 分 析 3 2.1引言3 2.2产品冲压成形性分析3 2. 2 . 1冲压工艺方案的制定 3 2. 2 . 2材料性能分析 4 2 . 2 . 3设 备 条 件 和 生 产 技 术 水 平 5 2 . 2 . 4生 产 准 备 周 期 5 2 . 2 . 5确 定 冲 压 工 艺 方 案 5 2.3本章小结 6 3 3工 艺 参 数 计 算工 艺 参 数 计 算 7 3.1冲模的压力中心的计算 7 3.2工艺尺寸计算 7 3 . 2 . 1毛 坯 尺 寸 计 算 7 3.3计算工序作用力 8 3 . 3 . 1拉 深 力 计 算 8 3 . 3 . 2压 边 力 计 算 8 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书 4 3.4弹簧的计算与选 用9 3.5本章小结10 4 4冲 压 设 备 的 选 择冲 压 设 备 的 选 择 1 1 4.1 压力机的性能11 4.2压力机的选择11 4.3 本章小结12 5 5左左 b b 柱 加 强 板 汽 车 覆 盖 件 冲 压 模 具柱 加 强 板 汽 车 覆 盖 件 冲 压 模 具 u g /u g / c a dc a d 结 构 设 计结 构 设 计 1 3 5.1汽车覆盖件模具结构并行设计性能13 5 . 2模 架 设 计 1 3 5.3 拉深模具设计 13 5 . 3 . 1 拉 深 模 具 类 型 选 择 1 3 5 . 3 . 2 模 具 主 要 零 部 件 设 计 1 4 5. 3 . 3压边零件 14 5. 3 . 4拉深筋的选择 14 5. 3 . 5导向装置 14 5. 3 . 6排气孔 15 5. 3 . 7平衡块 16 5 . 3 . 8 毛 坯 的 定 位 1 6 5 . 3 . 9 拉 深 件 的 出 模 方 式 1 6 5 . 3 . 1 0 安 全 装 置 1 6 5 . 3 . 1 1凸 模 设 计 1 6 5 . 3 . 1 2凹 模 设 计 1 7 5 . 3 . 1 3压 边 圈 设 计 1 7 5 . 3 . 1 4模 具 装 配 图 设 计 1 8 5.4汽车覆盖件模常用材料及热处理方法18 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书 5 5.5本章小结19 致致谢谢 2 0 参考文献参考文献 21 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书 6 1绪论 1.1 概述 近年来，模具的发展越来越多的被人们所重视，它凝聚了各类高新技术，能快速精 密的直接把材料成型、焊接、装配成零部件、组件或产品，其效率、精度、流线、超微 型化、节能、环保，以及产品的性能、外观等，都是传统工艺方法所望尘莫及的。 汽车覆盖件是组成汽车车身的薄板冲压件，具有材料薄、形状复杂、结构尺寸大、 表面质量要求高及生产成本高等特点。随着我国汽车工业的发展，汽车覆盖件的制造显 得越来越重要，它不仅直接影响车的外观质量，也是衡量一个国家或企业的制造水平和 生产能力标志。 1.2 2 冲压成形及其在工业发展中的地位 国民经济的高速发展对模具工业提出了愈来愈高的要求，促进模具技术迅速发展， 作为生产各种工业产品和农业产品的重要工艺装备， 模具已发展成一门产业。 20 世纪八 十年代以来， 中国模具的发展十分迅速。 近二十年来， 产值以每年 15%左右的速度增长。 2000 年我国模具工业的总产值已达 280 亿元人民币。 在模具工业的总产值中， 冲压模具 约占 50%，塑料模具约占 33%，压铸模具约占 6%，其他各类模具约占 11%。 据有关方面预测，模具市场的总体趋热是平稳向上的。同时，由于近年来每年近 10 亿美元的进口模具中，精密、大型、复杂、长寿命的模具占多数，所以，从减少进口、 提高国产化率角度出发，这类高档模具在市场上的份额也将逐步增大。 1.3 汽车覆盖件模具设计的重要意义 汽车覆盖件模具是汽车模具中的重要的组成部分之一，它生产和制造的质量直接影 响着汽车的后续生产，同时也是汽车个性化和升级换代的重要保证。因此如何有效的提 高汽车覆盖件模具的生产效率就成为了一项非常有意义的工作。 在未来的 510 年，中国汽车模具制造业将有一个非常好的发展机遇。一是中国的 汽车业仍然会有较快的发展。虽然目前国内汽车价格战愈演愈烈，但就汽车模具的需求 总量来说，在相当长的一段时间内，产能尤其是中高档模具的产能与需求差距还很大， 这也是汽车模具进口量仍在增大的主要原因。二是近年来中国汽车模具制造水平的快速 提高得到了欧美汽车业的关注。由于成本上的优势，发达国家的模具制造业向亚洲特别 是中国转移，从中国采购大量的汽车模具已势不可挡。机会是一定会有的，但这属于有 准备的人，中国的汽车模具业要摆好姿态，迎接国内和国外模具业的挑战。 1.4 汽车覆盖件模具设计/工艺/制造/管理基础数字信息化的现状及展望 随着时代的发展，技术的进步，计算机辅助技术也引入到了模具行业中，推动了产 品设计制造的数字化进程，促进了模具行业技术新的革新，改变了传统理念，提高了 设计制造的效率和质量。但是，当前我国大部分模具企业在模具设计制造过程中还存 在着大量的问题。 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书 7 1.4.1 汽车覆盖件模具设计工艺制造管理基础数字信息化的现状 自 20 世纪 80 年代中，先进的计算机辅助设计制造技术的引入，推动了产品设计 制造的数字化的进程，同时促进模具行业技术新的革新如三维造型、数控加工等，改 变了原有模具设计/制造的理念，提高了设计制造的效率和质量。 当前我国大部分模具企业在模具设计制造过程中最普遍的问题是：至今模具设计 仍以二维工程图纸为基础、产品工艺分析及工序设计也是由设计师的丰富的实践经验为 基础、模具的主件加工才是以二维工程图为基础，作三维造型，进而用数控加工完成。 即模具设计、产品工艺分析、模具制造之间的数字信息没有有序流通，相互分割。因此 目前大部分模具设计工艺制造的流程是： (1) 产品三维数据导入后，由经验丰富的工程技术人员进行工艺分析、工序设计等 产生 dl 二维图。 (2) 设计员根据 dl 二维图，进行模具结构的二维工程图设计。 (3) 根据 dl 二维工程图，进行检具设计二维工程图设计。 (4) 制造工程师根据模具的二维工程图，对模具主件、实型铸造型芯进行三维造型 设计。编制数控加工指令、数控加工模具主件及铸造型芯。 (5) 制造工程师要根据检具二维工程图，对其检测型面作三维造型，编制数控加工 指令，加工制造。 (6) mfc 造型，如有不适当的地方，在转到 cad/cam 设计协调。 (7)浇铸、型面加工。 (8)模具装配、调试等。 1.5 设计目的 随着经济的飞速发展， 人们生活水平的不断提高， 对汽车的需求数量也不断地增加， 汽车和人们的生活越来越密切。汽车覆盖件模具当然也是不可缺少的，所以对汽车内覆 盖件左 b 柱加强板进行模具设计，为促进我国汽车开发国产化付出一份力量。 1.6 设计构想 设计此汽车覆盖件冲压模具， 从产品工艺数模工艺补充 cae 分析到模具 cam 制造 的全过程，不仅考虑到产品的冲压成型性，模具制造工艺性，还要考虑到模具制造成本 等诸多因素。 设计要完成制件 dl 图、模具结构三维设计、模具装配图的绘制、零件图的绘制以 及毕业设计说明书的编辑，要做到完成这些工作量，必须充分发挥自己的能力，把在大 学期间所学的知识与实践结合起来。 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书 8 2 汽车覆盖件左 b 柱加强板冲压成形工艺性分析 2.1 引言 汽车覆盖件是组成汽车车身的薄板冲压件，具有材料薄、形状复杂、结构尺寸大、 表面质量要求高及生产成本高等特点。形状较复杂的冲压件要经过多道工序才能完成， 但是覆盖件的质量好坏在很大程度上受拉深模质量的控制，因此拉深件的设计是冲出高 品质冲压件的关键。 随着板料成形有限元理论的完善、计算机技术的迅速发展、对冲压过程认识的深入 了解，以及板料成形有限元模拟技术的日趋成熟，使得模拟冲压成形过程成为可能，并 日益成为推动冲压模具工业乃至汽车工业发展的关键技术。 下面以汽车内覆盖件左b柱加强板，依据其结构特点判断材料的流动方式，利用ug 软件作合理的工艺补充，借助于板料冲压成形仿真软件autoform进行冲压成形过程 的模拟，并获得了合理的拉深工艺参数，并用于指导生产。 2.2 产品冲压工艺性分析 所谓冲压工艺性是指冲压件对工艺品的适应性，即所设计的冲压件在尺寸大小、尺 寸精度与基准、结构形状等是否符合冲压加工的工艺要求。 汽车内覆盖件包括左/右b柱加强板、左/右b柱上外板、左右翼子板内侧加强板、 后围内板、集风板等等。内覆盖件装配如图2.1所示，它们支承车身外覆盖件并增加车身 强度。 图 2.1 内覆盖件装配图 2.2.1 冲压工艺方案的制定 (1) 生产纲领 该制件的生产批量在年产量在5000件左右属于大批量生产。覆盖件冲压工艺方案的 关键在于生产的流水性，因此每一道工序都需要使用模具。模具结构相对简单。并采用 人工送料和取件。 (2) 制件的冲压工艺性 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书 9 图2.2 制件图 冲压工艺性主要包括冲制件的结构与尺寸、精度与断面粗糙度材料等三个方面。左 b柱加强板形状较简单，起伏小，在中问形状过渡区形成弯曲，材料流动较容易，但有 的部位易拉裂和起皱，成形过程中不允许存在皱纹和裂纹等质量缺陷。综合分析该制件 的成形难度较易。 此制件是和其它内覆盖件相互配合，有严格装配关系和公差要求。 左b柱加强板制件形状如图2.2所示。采用计算机三维造型设计，产品尺寸均由数字 化定义，对产品冲压工艺的分析主要是在工作站上进行。 2.2.2 材料性能分析 汽车覆盖件所用材料除了要保证足够的强度和刚性以满足覆盖件的使用性能外，还 要求满足冲压工艺的要求。材料的质量直接影响到冲压工艺过程设计，模具设计，冲压 件的质量，模具使用寿命和产品的使用寿命，还关系到冲压件的成本和组织均衡生产。 在选择汽车覆盖件材料时，要科学合理地评价材料的冲压性能，准确掌握板材冲压 性能与冲压成形性的关系，以便充分发挥材料的塑性变形的能力，既降低材料成本又能 保证冲压生产的稳定性。 汽车内、外覆盖件一般由厚度为0.82.0mm的08f、08、iof、l0号钢板冲压而成。 覆盖件材料的选择与其结构有很大的关系，如拉深深度深的、形状复杂的覆盖件一般要 用08钢板进行拉深。 冷扎铝镇静钢板已经成为目前汽车覆盖件用量最大的冷扎钢板之一。其特点有以下 几点： (1) 强度高； (2) 良好的塑性； (3) 板厚方向抗变形能力强； 几种冷扎铝镇静钢板的化学成分及退火、平整状态下力学性能等参数如表2.1。 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书 10 表 2.1 板材化学成分和材料力学性能 牌 号 化学成分 % 屈服点 n/mm2 不大于 抗拉强度 n/mm 伸长率 % 不小于 杯突 mm cmnpsal st120.100.500.0350.035280270-410288.8-11.1 st130.080.450.0300.035240270-370349.5-11.8 st140.080.400.0200.025210270-400389.6-12.3 为使冲压件达到产品设计的刚度，板料根据客户要求采用st14,厚度为1.5mm, 根 据st14的性能参数分析，这种钢板是含碳较低的优质碳素钢，韧性和塑性极高，具有良 好的深冲压、深拉深性及良好的焊接性，淬硬性和淬透性极低，且存在一定的时效敏感 性，是一种塑性很好的冷冲压钢。 2.2.3 设备条件和生产技术水平 汽车制造商生产线有四条，每条生产线均由一台双动压力机和四台单动压力机等五 台压力机组成，因此冲压件必须在 5 道工序内完成。结合以往的经验和实力，公司完全 有该汽车模具开发的能力。 2.2.4 生产准备周期 生产准备周期的长短是反映企业适应市场能力的重要标志之一，应力求缩短生产准 备周期，增加企业适应市场的能力。汽车生产商要求模具可发周期为 5 个月，考虑到公 司的汽车模具开发能力，新增模具对生产准备周期基本没有影响。 2.2.5 确定冲压工艺方案 考虑到上述个方面，结合制件的形状，设计模具初始拟定工序为： 方案一：op10拉深； op20 一次外围直接切边-冲孔；op30整形； op40冲孔（直接和使用）-修边。 方案二：op10拉深； op20修边-冲孔-侧冲孔； op30修边-侧冲孔。 由图2.2可以看到，该零件有10个孔，如果采用方案一冲侧孔一次完成，按拉深的角 度设计冲压方向，则冲孔凹模均位于斜面上，且孔过于集中，容易引起冲模强度不够、 冲孔废料排除不畅等问题，影响大批量机械化生产和冲模正常的维护保养，因此，将冲 侧孔工序分开，采用方案二，根据修边和冲孔的需要设计的冲压工艺方向和拉深冲压工 艺方向相同，使工序的安排更趋合理。 综合以上分析，左b柱加强板的模具设计工艺流程确定方案见表2.2。 表2.2 工艺流程图 op工序名称预计模具尺寸 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书 11 10dr拉深20001000h800 20tr-pi-c-pi 修边、冲孔、侧冲孔20001000h800 30trc-pi修边、侧冲孔20001000h800 此冲压工艺确定后，是否合理需要通过cae进一步分析。 结合制造商设备的具体条件和制件的结构，三个工序均采用单动拉深。工序暂定后 我们开始进行工艺补充面的铺设并进行成型分析。 2.3 本章小结 汽车冲压件都应具有良好的工艺品性和经济性，衡量其水平的重要标志有冲压件的 工序数、冲压件的结构等因素。缩减操作人员和冲压占地面积，是节约投资额和能耗的 极好措施。 通过对汽车左 b 柱加强板冲压成形性工艺分析，定性地判断了冲压件的危险区域，并定 量地给出了拉深成形过程中的工艺参数，较为准确地预测了整个冲压成形过程中可能出 现的起皱、开裂等缺陷，模拟结果为实际生产提供了较好的依据。 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书 12 3 工艺参数计算 3.1 模具压力中心的计算 压力中心计算冲压力的合力的作用点称为模具的压力中心。 为了保证压力机和模具 正常工作， 在进行模具总体设计时， 尽量使冲模的压力中心与压力机滑块中心线相重合。 否则，在冲压时会使冲模与压力机滑块歪斜引起凸凹模间隙不均和导向零件加速磨损， 造成刃口和其它零件的损坏，甚至还会引起压力机导轨磨损，影响压力机精度。 对形状简单而对称的工件，如圆形、正多边形、矩形，其冲裁时的压力中心与工件 的几何中心重合。形状复杂的制件、多凸模冲孔模及连续模的压力中心则用解析法或作 图法来确定。 该汽车覆盖件形状复杂，根据经验来取模具的压力中心取该制件的数模的中心作为 模具的压力中心，同时作为压力机的中心。 3.2 工艺尺寸计算 尺寸计算原则： (1) 落料时，落料件的尺寸由凹模决定的，因此应以落料凹模为设计基准。冲孔件 的尺寸是由凸模决定的，因此应以冲孔凸模为设计基准。 (2) 凸模和凹模应考虑磨损规律。凹模磨损后会增大落料件的尺寸，凸模磨损后会 减小冲孔件的尺寸。为了提高模具寿命，在制造新模具时应把凹模尺寸做到趋向于落料 件最小的极限尺寸，把凸模尺寸作的趋向于冲孔件的最大极限尺寸。 (3) 凸模和凹模之间应保证有合理间隙。对于落料件，凹模是设计基准，间隙应有 减小凸模尺寸来取得；对于冲孔件，凸模是设计基准，间隙应有增大凹模尺寸来取得。 由于间隙在模具磨损后会增大，所以在设计凸模和凹模时取初始间隙的最小值 min z，修 边时，可以保证产品的精度情况下，为了制造方便，以下模为基准，间隙取在上模上。 (4) 凸模和凹模的制造公差应予冲裁件的尺寸精度相适应。而偏差值应按入体方向 标注。 (5) 尺寸计算要考虑模具制造的特点。 3.2.1毛坯形状和尺寸的确定 在最经济的原则下，决定毛坯的形状、尺寸和下料方式，并确定材料的消耗量。 确定毛坯形状和尺寸主要有毛坯展开和实验修正两大步骤。 在进行覆盖件毛坯形状和尺寸展开时可采用“断面线长展开法” 。结合制件形状采 用“基面展开法”在拉深件上取若干断面线，计算其线长。对具有平面底面或接近于平 面底面部分，底面在成形过程中所产生的塑性变形很小甚至不变。 通过计算得毛坯尺寸为 1470mm425mm1.5mm，此尺寸仅供调试参考，最终尺寸 由试模后决定。 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书 13 材料利用率为%100 1 s s =%100 4251470 22803400 =36.5% 3.3计算工序作用力 3.3.1 拉深力计算 bs kltf （3.1） 式中 s f- 拉深力，n； k - 修正系数。根据制件的形状，厚度取k =2.0； l - 横截面周边长度，mm； t- 材料厚度，mm； b - 材料的强度极限，n /mm。 图3.3 凸模型面图 拉深凸模的轮廓周长为 l=3569mm 80.428200 . 4 5 . 135692 s f 3 10 n 3.3.2压边力计算 bnb syp （3.2） 式中 b p- 压边力，n； n y- 单位压边力， 2 n/mm ； b s- 在压边圈下毛坯的投影面积， 2 mm。 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书 14 图3.4 压边圈型面图 压边圈面积 s=398234 2 mm, bnb syp =0.22398234=87611.5=87.62 3 10 n 3.4 弹簧的计算与选用 作为冲裁卸料或顶件用的弹簧已经形成标准（有冷冲模国家标准-和一机部部颁标准 jb42-62）。选用的原则是在满足模具的结构要求的前提下，保证所选用的弹簧能够给 出所要求的作用力和行程。 该模具采用弹性卸料装置 按照弹簧的最大工作负荷 n f f 卸 弹 （3.3） 并使 n f f 卸 预 5 . 0 （3.4） 式中 弹 f - 弹簧的压力，n； 卸 f - 卸料力，n； 预 f - 预压力，n； n- 弹簧根数。 选择弹簧压缩量 ： 修磨工作预总 hhhhhj（3.5） 式中 j h - 弹簧允许的最大压缩量，mm； 总 h - 弹簧需要的总压缩量，mm； 预 h - 弹簧的预压缩量，mm； 工作 h- 弹簧工作行程，mm； 修磨 h- 弹簧的修磨量或调整量，mm；一般取46mm。 压料芯行程： 切 冲裁开始前htmms10 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书 15 式中s - 压料芯行程，mm； t- 板料厚度，mm； 切 h - 刃口切入深度(最大)，一般 37mm。 压缩弹簧的选择要符合模具结构空间的要求。因为模具闭合高度的大小限定了弹簧 预压状态下的长度；上下模座的尺寸限定了卸料板的面积，也就限定了允许弹簧占的面 积，所以选择弹簧的根数，直径和长度，必须符合模具结构空间的要求。 3.5 本章小结 本章介绍了汽车覆盖件模具设计的工艺计算方法，并根据制件的品质要求对制件各 项参数进行科学的工艺性计算，对模具零部件进行校核。只有模具的标准化，才能实现 缩短模具设计开发的周期，降低模具制造成本的目的。 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书 16 4 冲压设备的选择 4.1 压力机的性能 在中小型冲裁件、弯曲件或浅拉深件的生产中，主要选择开始压力机。这种压力机 具有三面敞开的操作空间、操作方便、容易安装机械化装置和成本低廉的优点。但钢度 较差， 工作时车床的角变形会导致冲模间隙分布不均， 降低冲模的寿命和冲裁件的质量， 因而适于精度要求不太高的冲压件。 在大型和精度要求较高的冲压件的生产中，主要选用闭式压力机。这种压力机身的 弹性变形较小，刚度较好，精度较高。对于大型、较复杂的拉深件则应采用闭式双动式 拉深压力机。它具有两个滑块，拉深件用的内滑块和压边用的外滑块。模具结构简单， 压边可靠易调，即根据工艺要求，调节压边力。 在小批生产尤其是大型厚板件的成型工艺中，多选用液压机。液压机虽然速度慢、 效率低、制件尺寸精度因受操作影响不太稳定，但压力大，没有固定行程，因而不会因 为板材的厚度超差而过载，特别对于工作行程较大的冲压工艺具有明显的优点。但液压 机一般不适合冲裁件。冲压设备的选择，是冲压工艺及模具设计中的一项重要内容。它 直接关系到冲压设备的安全和合理使用，也关系到冲压件的生产能否顺利进行和产品质 量、模具寿命、生产率、产品成本等一系列问题。冲压设备的选用包括选择设备类型和 确定设备规格两项内容。 冲压设备类型的选择，主要是根据冲压工艺性质、生产批量大小、冲压件的几何形 状、尺寸及精度要求等因素来确定的。冲压件生产中常用的是曲柄压力机和液压机。 双动压力机具有行程大，压边力稳定且容易调整等特点，故覆盖件的拉深成形一般 选用双动压力机。但是相对较小的零件也可选用单动压力机，由于制件尺寸较小、弹性 变形较小、刚度较好、精度较高，因此选用闭式单动压力机。 4.2 压力机的选择 在选择单动压力机参数时，主要从以下几方面考虑： (1) 公称压力：压力机滑块下压时的冲压力就是压力机的压力，总的冲压力要小于 滑块的公称力。 (2) 气垫压力和行程。一般由工艺人员估测拉深成形所需的压边力，拉深成形所需 的压边力要小于气垫压力；设备气垫的行程要比拉深件深度的二倍大 200mm 以上。 (3)滑块行程：滑块行程是指滑块从上止点到下止点所经过的距离。设备滑块的行程 要比拉深件深度大 200mm 以上。 (4)压力机的装模高度：压力机的装模高度是指滑块在下止点时，滑块底平面到工 作台上的垫板上平面之间的高度。调节压力机滑块的长度，可以调节装模高度的大小。 模具的闭合高度应在压力机的最大与最小装模高度之间。 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书 17 (5)压力机工作台面尺寸：压力机工作平面应大于冲模的最大平面尺寸。一般工作 台面尺寸每边应大于下模座尺寸 200mm，以便安装模具用的螺钉和压板。 (6)压力机电动机功率：必须保证压力机的电功机功率大于冲压时所需的功率。 压力机的装模高度必须符合模具的闭合高度的要求。 10 5 minmax hhh（4.1） 式中 max h、 min h- 压力机的最大和最小装模高度，mm； h- 模具的高度，mm。 在拉深工艺中， 压力机吨位的选择， 必须使压力机吨位大于拉深力与压边力的总和。 为使拉深的工艺力曲线处于压力机压力曲线之内，在选择压力机吨位时，可按下列经验 公式选择： 对于浅拉深件: p（1.61.8） （ s f+ b p ）（4.2） 对于深拉深件: p （1.82） （ s f+ b p ）（4.3） 式中p -压力机公称压力，n； s f-拉深力，n； b p - 压边力，n。 该制件为浅拉深件，故选择公式（3-14） p （1.61.8）(80.4282+87.62) 3 10 =7866.76 3 10 n8000 3 10 n 根据实际制件尺寸及在大批量生产的冲压线中，全工序模具外形尺寸及闭合高度， 应尽量相同，这样既可便于机床的选取及模具安装，又可便于码放和管理。故设计模具 外形尺寸为： 长宽高=2200mm1000mm750mm 生产线有：a 线、b 线、c 线和 d 线等四条。压力机参数见附录表 4.1 和表 4.2。 考虑以上及方面，第一工序拉深模具选用 c2：jb36-800b 压力机； 4.3 本章小结 冲模的其他外形结构尺寸也必须和压力机相适应，如模具外形轮廓平面尺寸与压力 机垫板，下模缓冲器平面尺寸与压力机垫板孔尺寸相适应，以便模具能正确安装使用。 选择压力机时必须考虑冲压生产线的顺利进行，保证高效率等因素。 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书 18 5 汽车覆盖件冲压模具 ug 结构设计 5.1 汽车覆盖件模具结构并行设计 汽车覆盖件模具具有精度高、形状复杂、结构尺寸大、配合协调性要求高等特点。 传统的模具设计采用“串行”顺序设计方法，导致各个设计环节相互孤立，再加上二维 图纸表达的局限性和手工设计的低效率，造成设计组中设计人员之间难以准确、及时地 交流信息，也不能及时发现模具设计中的缺陷，有时还会造成返工，延长了模具设计的 周期，影响了设计质量。所谓并行设计就是多学科设计人员协调交换信息、并行地设计 产品，以大大缩短传统的串行设计所需要的时间，提高产品质量和企业竞争力。 5.2 模架设计 模具的外形尺寸包括模具的典型组合和模架的尺寸。模具的典型组合尺寸是在计算 出凹模周界尺寸的基础上确定的，根据确定的模具总体结构和国家标准推荐的冲模典型 组合选择典型组合的具体尺寸。典型组合的尺寸一旦选定，模具的闭合高度及其他零部 件尺寸也就基本确定。 合理选择模具组件包括模具零部件结构、组成、固定方法的选择、定位装置选择、 卸料及顶出装置选择、模架形式选择、弹簧、橡皮的选用、模具固定方式的选择等。 根据实际制件尺寸及在大批量生产的冲压线中，全工序模具外形尺寸及闭合高度， 应尽量相同，这样既可便于机床的选取及模具安装，又可便于码放和管理。故设计模具 外形尺寸为： 长宽高=2200mm1000mm750mm 上、下模座采用实型铸造结构，其优点是减轻模具重量，节省材料，降低模具制造 成本，减轻模具加工量，减轻劳动强度，满足大型制件压床闭合高度大的要求。 5.3 拉深模具设计 覆盖件模具结构并行设计的初始信息主要是覆盖件冲压工艺方案、三维冲压工艺 cad 型面等。从三维冲压工艺 cad 型面得到凸模、凹模、压边圈型面，它们是覆盖件 模具设计的主要依据。 模具零件设计是基于结构设计的结果进行的，在模具空间约束下，完成零件几何形 状及尺寸设计。目前的 ug 系统提供了由顶向下的建模方式，首先在总体结构模型中建 立的零件框架，然后在零件模型中进行零件的详细设计，分配几何约束，其设计结果可 由系统自动反映到总装模型中。模具零件按其标准化程度，可以归纳为以下三类：标准 件，如导柱、导套、螺钉等；典型件，如凸凹模板、卸料板等，这类零件外形及其固定 孔洞，包括螺钉孔等均为标准设置，而其内形随加工工件不同而变化；特殊件，如凸凹 模、顶件块等。 5.3.1 拉深模具类型选择 汽车覆盖件拉深模可分为单动拉深模和双动拉深模两大类。一些中小型覆盖件拉深 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书 19 时，所需的压边力也相对小一些，常采用单动拉深模。参照工艺工序图中确定的冲压方 向，拉深模选择倒装结构，即凸模安装在下工作台面上，凹模安装在上滑块上。覆盖件 拉深模基本都是一次成形。 5.3.2 模具主要零部件设计 模具主要零部件设计就是确定工作零件、定位零件、卸料零件等的结构形式和固定 方法。在设计中应尽可能地选用冲模标准零件。设计非标准零件时一定要考虑模具零件 的加工工艺性。 汽车覆盖件的工作零件主要有:凸模、凹模、压边圈和固定座等。凸模、凹模、压 边圈和固定座都采用铸件，要求既要减轻重量又要有足够的强度和刚度。因此，铸件上 非重要的部分应为空心形状，在影响强度和刚度的部位应设加强筋。 5.3.3 压边零件 单动拉深模所采用的压边方式主要有弹簧或橡胶压边形式和气垫或液压垫压边形 式两种，根据汽车制造商的压力机的参数，模具压边方式采用液压垫压边。其动力来源 是压力机底部的液压缸的压力，通过托杆作用与压边圈上，其优点是压力比较稳定，压 边力的大小基本上可以保持不变。 5.3.4 拉深筋的选择 在汽车覆盖件拉深成形中，广泛采用拉深筋，它是调节和控制压料面作用力的一种 最有效和实用的方法。 其种类有：圆形筋，矩形筋，拉深槛，三角筋等。 原则上将拉深筋设置在上模上（上模为凸筋） 。 5.3.5 导向装置 导向零件是汽车覆盖件冲模的重要零件，对模具的精度，覆盖件的精度，模具的 冲压板厚abcdefhijkl 1.5t2.5505040 504040404031040 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书 20 图5.1 拉深模壁厚尺寸(单位：mm) 寿命都有很大的影响。由于该制件不是轴对称的，冲压过程中存在侧向力。由于导柱， 导套的导向方式所能承受的侧向力有限，所以选用背靠块导向导向方式。 常见的典型结构有导板导向拉深模，导块导向拉深模，箱式背靠块压边圈导向拉深 模，箱式背靠块上下导向拉深模等。 压边圈和凹模的导向，形式如图 5.2。 （1）冲压行程较大时； （2）对铸件有重量限制时； （3）结构复杂时； （4）侧向力小时； （5）生产批量较大时。 根据该制件的形状较复杂，拉深深度较浅局部较深，材料厚度大，大批量生产等特 点，对导向刚性要求较高，选择背靠块对压边圈和凹模进行导向的典型结构。凹模安装 的是钢导板，导板之间的间隙0.080.12mm。 压料圈内导向： 1)可使模具变小。 2)比较容易保证同凸模的配合精度。 图 5.2 导向结构 压料圈和凸模之问的导向： 凸模安装的是钢导板，压料圈固定板上安装聚酰胺导板，导向间隙为0.30.5mm； 压料圈上是钢导板，导板之间的间隙为0.08-0.12mm。这种导向结构既保证顺利合模， 又避免凸模型面的损坏。 5.3.6 排气孔 在凸凹模闭合的过程中，型腔内的空气无法排出而使板料无法完全帖模，而影响制 件表面质量，为了不影响制件的表面质量，应在凹模上开排气孔，使这些空气排到模具 外面。一般孔径为6，并应该均匀分布如图 5.3。 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书 21 图 5.3 排气孔 5.3.7 平衡块 由于覆盖件在拉深时受多方面因素的影响，如压力机精度、模具制造误差等，造成 压料面间隙不均匀，各点的压力不均匀，导致拉深开裂、起皱。增加平衡块的作用是调 整压料面的间隙，稳定进料阻力，使材料流动均匀。平衡块数量一般为 6 个，用内六角 螺钉分别安装于压料困与凹模上， 其间隙调整为最大不产生皱纹， 最小不低于制件料厚。 5.3.8 毛坯的定位 毛坯在凹模压料面上定位，采用定位板定位，并且布置均匀。 5.3.9 拉深件的出模方式 由于制件的形状比较简单，深度较浅，制件不会留在凹模里，比较容易取件，采用 人工取件。 5.3.10 安全装置 (1)为了防止压件工作人员的安全，在凸模固定底座与压边圈送料方向上前后安装 防护板。 (2)为了防止模具在运输过程中模具的稳定，在模具左右两侧安装防护条把模具固 定。 5.3.11 凸模设计 凸模是拉深的主要成形部分。除工艺上的特殊要求外，其轮廓尺寸和深度即为 dl 图尺寸。工作部分为了减少加工余量，保证凸模轮廓尺寸，缩短修整工时，在凸模上沿 压料面有有一段直壁必须加工，材料为 ht300，采取和底座一体的形式，为保证凸模强 度，对凸模进行局部火焰淬火，凸模结构如图 5.4。 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书 22 图5.4 凸模结构 5.3.12 凹模设计 凹模的作用是形成凹模压料面和凹模拉深圆角。拉深毛坯是通过凹模圆角进入凹 模内腔，直至拉深成凸模的形状。凹模压料面宽度尺寸按拉深前拉深件料宽加大 40 60mm。 由于制件的板料厚度t=1.5mm，由于拉深模的主要用于具有一定塑性板料的拉深成 型，在拉深过程中工作应力很大，但凹模入口处承受强烈的摩擦。要求凹模具有高的硬 度及耐磨性，工作表面粗糙度较低，具有高的耐磨性和断裂抗力。凹模采用cr12mov， 为了节约模具制造成本，凹模采取镶块的形式如图5.5。 图5.5凹模结构 5.3.13 压边圈设计 为保证板料在拉深过程中良好的定位，在边缘处安装定位板，为在装配过程中搬运 方便，在左右两侧安装起重棒，压边圈如图 5.6。 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书 23 图5.6 压边圈结构 5.3.14 模具装配图设计 综合以上多方面的考虑，各零部件准备完全装配好后，拉深模具装配图如图 5.7。 拉深模拉深过程:在拉深过程中，上模安装在压力机滑块上，下模安装在压力机安 装平台上。 首先调节好滑块压力和气垫的压力， 然后使上滑块位于模具最大装模高度处， 压边圈用气垫顶起一定高度，使压边圈平面稍微高于凸模最高处，再把板料放在固顶板 内侧， 然后是模具工作过程。 在模具工作过程中， 首先滑块向下移动与压边圈紧密接触， 因为滑块压力大于压边圈的压边力，压边圈也随之向下移动，向下运动过程中，凸模慢 慢进入凹模内，随着压边圈到达最低部，板材也最终成形，完成一次冲压过程。 图5.7 拉深模具装配图 5.4 汽车覆盖件模常用材料及热处理方法 随着产品质量的提高，对模具质量和寿命要求越来越高。而提高模具质量和寿命最 有效的办法就是开发和应用模具新材料及热处理、表面处理新工艺，不断提高使性能， 改善加工性能 模具新材料冷冲压模具使用的材料属于冷作模具钢，其刃口在工作过程中受到强烈 的摩擦和冲击对模具材料的性能要求具有高的耐磨性、冲击韧性以及耐疲劳断裂性能， 模具损伤的基本形式有五种：磨损；塑性变形；疲劳；冷热疲劳；断裂及裂纹。 为了提高模具工作表面的耐磨性、硬度和耐蚀性，必须采用热处理、表面处理新技 河南机电高等专科学校材料工程系毕业设计说明书 24 术，尤其是表面处理新技术。除人们熟悉的镀硬铬、渗氮等表面硬化处理方法外，近年 来模具表面性能强化技术发