机械毕业设计（论文）-汽车某零件的模具设计.doc

武汉生物工程学院本科毕业论文（设计）武汉生物工程学院毕业论文(设计)题 目： 汽车某零件的模具设计 学 生： 张 俊 系 别： 机电工程系 专业班级： 07级机械设计制造及其自动化2班 指导教师： 刘 怿 凡 辅导教师： 刘 怿 凡 时 间： 2010年5月 至 2011年5月 目 录摘 要II关键词IIAbstractIIKeywordsII前 言11. 设计任务71.1 零件设计任务71.2 分析比较和确定工艺方案81.2.1 加工方案的分析81.2.2 模具结构型式的选择82. 排样102.1 进料步距与条料宽度的计算102.2 计算冲裁力、卸料力：103. 模具工作部分尺寸及公差133.1 冲孔部分：133.1.1 小凸模：133.1.2 大凸模：133.2 落料部分：144. 确定各主要零件结构尺寸174.1 凹模外形尺寸确定174.2 其他主要零件结构174.3 合模高度计算185. 压力设备的选择19参考文献20致 谢2121汽车某零件的模具设计摘 要针对某汽车零件的结构特点对制件进行了工艺性分析，并提出了合理的工艺方案，介绍了模具设计中的排样与送料方式和卸料与导向方式，讨论了主要工作件间隙的确定和刃口尺寸的计算，阐述了正装冲孔落料复合模的装配调试要点。该模具提高了制件质量和生产效率，降低了模具成本，制件质量符合生产要求。关键词复合模;工艺分析;冲孔;落料;AbstractThrough the process analysis of the molding parts based on structural characteristics of stopplate，a reasonable process was proposedThe blanking layout and feeding styles，unloading way and guiding method were introducedThe determination of the clearance between working parts and the calculation of the cutting edge dimension were discussedThe assembly and adjustment essentials of ordinal loadingpunching and blanking compound die were expounded This compound die improved product qualities and production efficiency with lower costsThe reliable product quality is achievedKeywordsCompound Die；Process Analysis；Punching；Blanking前 言冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）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（俗称冲压或冲压件）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，且主要采用板料来加工成所需零件，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，隶属于材料成型工程术。与机械加工及塑性加工的其它方法相比，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。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，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，冲压的强度和刚度均较高。（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。汽车模具简介及其知识储备汽车模具是汽车生产最重要的技术之一汽车工业作为国民经济的支柱产业，对国民经济诸多部门起着促进和带动的作用。模具是汽车工业生产的基础工艺装备，模具工业的发展直接影响着汽车工业的发展。据介绍，卡车上零件的70多，轿车上零件的80多是模具成型制作的。因此，模具工业发展的快慢和技术水平的高低，直接影响着汽车工业的发展。据统计，一辆客车或轿车上约有80%的零部件需要利用模具加工制造。一般汽车车身有数百个冲压件组成，冲压模高达1000套以上，模具的开发成本大约在2 亿美元左右。同时，在车型设计模具设计与制造模具调试产品投产的整个周期中， 模具设计和制造约占2/3 的时间，成为制约新车型快速上市的关键因素。本田汽车公司由于模具开发时间滞后了3天而损失了800万美元，丰田公司滞后18 天损失高达5000万美元。由此可见模具快速高效开发的重要性。汽车模具作为发展重点，已在汽车工业产业政策中得到了明确。预计到2005年，我国汽车总需求量约为300万辆，因此汽车模具市场巨大，汽车基本车型预计到2000年约有140种，2005年将达170种，另有更新车型和改装车型430种。为了适应市场需求，汽车换型时间不断缩短，轿车一般为34年，轻型车45年，其它车型约为68年。汽车换型时约有80%的模具需要更换，一个型号的汽车，所需模具达几千副，价值上亿元。20002005年，汽车车身模具平均每年需求量约为1500万工时，其中大中型模具每年平均约15个当量车型(含新车型和更新改装车型)，一个车型平均需大中型覆盖件模具约260 副，平均每副大中型覆盖件模具约以需2400工时计算，每年就需936万工时。与2000年只有约500万工时的生产能力相比，尚缺436 万工时，满足率只有53.4%，因此除了必需进口一些外，发展大中型汽车覆盖件模具生产能力是当务之急。汽车使用塑料件已越来越广泛，因而每辆汽车的塑料件件数和总重量一直在不断增长，按2005年汽车产量为300万辆计算，当年共需各种配套塑料30万吨，而目前生产能力只有20万吨左右，加上配件所需，产需矛盾很大。另外，制造保险杠、仪表板、油箱、方向盘等的大中型塑料模，2005年只能满足规划需要量的50%左右。汽车是我国的五大支柱产业之一，汽车车身模具，特别是大中型覆盖件模具，是车身制造技术的重要组成部分，也是形成汽车自主开发能力的一个关键环节4。我国要成为汽车的生产大国，必须形成汽车大中型覆盖件模具自主开发的能力。汽车是大批量的工业生产，按重量计算，汽车80%以上的零件需要用模具生产，模具是汽车生产最重要的准备环节，模具技术水平、模具的生产成本、生产周期直接影响着汽车生产产品的质量、品质、价格与新产品的开发周期，亦即是直接决定了汽车生产成败的重要因素之一。汽车车身模具，特别是大中型覆盖件模具，属于大型、复杂、精密的模具范畴，是模具行业最尖端的技术之一，是车身制造技术的重要组成部分，也是形成汽车自主开发能力的一个关键环节，是汽车生产最关键的技术与最重要的生产环节之一,对汽车生产的准备过程，汽车产品在市场上的成败起着决定性的作用。放眼世界上在汽车生产上成功的国家，如美国、日本、德国、包括韩国等，无一不是汽车模具的技术大国和产量大国，他们依靠先进的模具技术保证了一个个新车型的快速推出并迅速占领市场，在竞争中赢得了先机，确保了企业在汽车行业的领导地位。综观国内主要的汽车企业，如一汽、二汽、上汽、天汽、南汽、哈飞等，无一不是斥巨资改造自己的汽车模具生产企业或将国内外知名的模具纳入紧密合作范围，以保证新产品能够及时投放市场。所以，一个成功的汽车企业，应该也必须具有高水平的汽车模具开发能力。1汽车模具是生产准备的重要环节汽车模具的生产是汽车生产中最主要的工装准备内容。特别是汽车车身模具，直接决定着汽车车型外观零部件的生产，是主体的工艺装备准备环节，一般需要一年以上的准备时间，在所有的工艺装备中的周期最长，任务最重，资金最多，风险最大。是汽车生产工艺装备准备的主要瓶径之一。只有具有了自主开发汽车模具的能力，才能够有效、及时地保证正常的汽车生产准备，把握生产上的主动权。2自主的汽车模具生产是新产品开发的重要保证随着汽车进入家庭进程的不断加快，汽车越来越象家电、手机一样，具有日用消费品的市场特征。外观造型成为市场成功最重要的因素之一，不断变化的外观成为汽车新产品开发的主要内容，新产品的不断推出成为今后汽车市场最重要的竞争手段。今后，不能及时推出足够新车型的企业将被市场所淘汰。新车型的主要内容在车身，而车身生产的关键是汽车模具。只有具备自主的汽车模具生产能力，使企业具有新产品开发的利器，保证企业自主、灵活地控制新产品开发的进程，保证企业总体利益的实现。 3自主生产的汽车模具是知识产权的重要保证当今的汽车行业，外有国际巨头长驱直入，内有各方“异类”纷纷加盟，又一个“春秋战国”时代，群雄并起，烽火连天。但是，只要汽车行业仍然存在着“暴利”，各方“异类”争霸的局面就不可避免。中国的汽车工业仍然以仿制为主的阶段，知识产权的法规性与自律性保护在中国还需要有较长的时间。今后车型将是汽车企业的制胜的法宝之一，自主的汽车模具生产，至少是主要模具的自主生产，无疑将是最好的知识产权保护方式。4自主的汽车模具生产是降低成本的重要手段汽车模具生产是高投入、高风险、高技术、高回报的行业，其特点是资金密集、技术密集，相应的也是高附加值、高回报的行业。国外一般都能够达到人均产值15-25 万美元/年。目前国内的某些企业也已经达到了或接近了人均产值5 万美元/年的水平。一般按照毛利率计算，利润率可以达到30-40%(按目前国内模具价格计算). 如果以JAC轻卡汽车为例，若盈亏平衡点为 台，模具成本占 %计算，自主开发模具能够将盈亏平衡点前移 %。是一个非常可观的贡献，为产品在市场上留下了更大的竞争空间。同时为企业提供了更多的获利渠道。就直接效益而言，汽车企业也应该加强自主开发汽车模具的投入力度。综上所述，汽车企业加强自主模具开发能力，无论从日常生产保障的便捷性，新产品开发及知识产权的保障性，企业生存的安全性等战略高度，还是作为企业集团的经济增长点的战术角度，JAC把汽车模具的生产放在重点位置都是英明的决策。汽车模具的现状分析1汽车模具行业面临的形势目前世界模具市场供不应求，近几年，世界模具市场总量一直为600650亿美元，美国、日本、法国、瑞士等国一年出口的模具约占本国模具总产值的1/3。我国模具出口数量极少，模具标准件虽已开始向香港和东南亚地区出口，但为数也不多。1998年模具出口总额约为0.96亿美元，约为全国模具总产值的3.6%，与其他先进国家相比极不相称。我国模具钳工技术水平高，劳动力成本低，只要配备一些先进的数控制模设备，提高模具加工质量，缩短生产周期，沟通外贸渠道，模具出口将会有很大发展。近几年，港台及外商积极来内地开办模具厂，这些模具厂出口模具的比例比较大，即是最好的佐证。模具工业是国民经济基础工业。国内模具工业近年来受到了重视，有了较快的发展。随着汽车工业的发展，汽车模具的需求急剧上升。据估计，到2000年，汽车产品中各类成型模具需求量日益加大，汽车车身模具制造能力的总需求量约为7500万工时，平均每年需求量约为1500万工时，其中大、中型模具需要量按平均每年约15个当量车型，以平均每个车型需大、中型冲模300套计算，当年需大、中型冲模约4500套；考虑我国的实际制造水平，以每套平均需2400工时计算，则到2000年，汽车工业要形成大、中型冲模生产能力1080万工时。而目前我国实际生产能力相差较大，据统计，我国稍具规模的汽车模具厂约有30家，职工7000余人，其中设计制造和管理人员不到1000人，预计全国车身模具年制造能力约1000万工时。其中大、中型模具约400万工时。由此可见，现有的模具制造能力还远不能满足汽车工业发展的需求，同时汽车模具生产水平低也已成为汽车工业发展中急待解决的问题。2 国内外汽车模具行业的发展状况从行业结构上看。目前，我国汽车模具行业尚未形成骨于企业带动中、小企业共同发展的体系。规模较大的企业大多是汽车厂的一个分厂，主要是为本厂服务，承担汽车厂以外的汽车模具任务有限，并难以按期交货，这些模具厂没有独立的经济地位，使模具生产难以实现商品化，其发展受制于汽车厂。随着我国改革开放总方针的实施，我国模具工业发展步伐加快，但“重产品、轻工装”的观念尚未发生根本转变，模具企业仍没有形成真正市场竞争之势。国外汽车工业发达国家的汽车模具行业结构较合理，不仅各大汽车公司有自己的模具厂，而且都有数个规模较大、独立的汽车模具公司，共同承担模具的研究开发、设计和制造任务，同时还协调、组织中、小模具企业参与模具制造，任务饱满，有专门配套的铸锻件供应基地和协作单位，生产准备周期短，经营效果好，提高了竞争力。汽车模具企业有能力出口模具，积极参与国际市场竞争。并在竞争中密切与研究部门合作，不断采用高新技术武装自己，促进了模具行业新技术、新工艺、新材料的应用和推广，使工厂生产始终保持比较高的工艺水平，使模具质量得到严格的控制和保证，从而保持在世界模具加工业中的领先地位。在投资力度上，我国“七五”、“八五”期间用于汽车模具企业建设的投资仅为汽车工业总投资的1左右，我国原有的汽车车身模具厂虽然在“七五”和“八五”期间进行了技术改造，但由于资金有限、投资分散，很多项目是低水平重复建设。进口设备不配套，没有形成综合的模具开发设计和成套模具制造能力。有些数控设备因没有产品开发能力和软件支持，无法充分发挥其作用，设备开动率低，造成设备能力的浪费，经济效益差。国外很注重模具企业技术改造和投资，不断采用先进的工艺装备，用科学技术武装模具制造业，模具制造实行专业化大生产，以确保其制造质量、生产效率和经济效益。在设计和制造水平上，国外模具厂设计、制造同在模具厂进行，并广泛采用了CADCAM技术。美国AUTODIE已有50以上的设计工作量及几乎全部机械加工工作量由电子计算机控制DNC进行，同时还实行了管理工作一体化，使制造周期大为缩短。我国CADCAM技术推广应用缓慢，对引进的系统消化掌握不力，往往不能充分发挥作用，与国际水平相比差距较大。由于没有完全掌握轿车全套车身模具的设计、制造技术，多数采用传统的方法设计、制造车身模具，只能用于造型简单的卡车车身模具，并且费工、费时，产品质量难以保证。国内制造水平较高的企业生产一套大型汽车车身模具大约需要3500工时，日本只需1200工时，韩国也只需要2200工时。在汽车模具专业人才方面。汽车车身模具生产是技术、资金、熟练技工三密集的系统工程，随着计算机的应用和各种高新设备特别是数控设备的不断增加，对技术人员和工人的技术素质要求越来越高。目前我国模具专业技术人才缺乏，素质也普遍不够高，只有少数大学开设模具专业课程，几个模具培训基地目前还不能够满足全行业对人才的需求。实践证明，即使有了现代化的设备，如果人的素质用不上，特别是工程技术管理达不到应有的水平，也难以发挥其效益。同时，模具企业的效益差，造成了汽车模具专业技术人才的大量流失。3 国内汽车模具发展前景近年来， 依靠科技进步并经过对工厂进行有效的技术改造， 我国汽车大型覆盖件模具的发展迈出了坚实的一步，主要表现在下述几个方面:(1) CAD/ CAM/ CAE 技术的运用水平不断提高。国内大型汽车覆盖件模具生产厂家在普遍采用CAD/ CAM 技术的基础上，水平不断提高，如在CAD方面，一汽模具制造有限公司等可以进行3DLD 图的设计。同时，开始采用CAE技术，如应用OPTRIS 等软件进行冲压工艺过程的计算机模拟和板料的成形性分析， 提高了模具设计质量， 缩短了模具调试、制造周期， 实现了模具CAD/CAM/CAE一体化。(2) 现代模具制造技术进一步得到推广应用。新技术、新工艺、新设备、新材料更广泛地得到推广应用。数控加工技术、实型铸造技术、刃口堆焊技术日趋成熟。特别是数控加工方面，不仅能实现DNC加工， 而且加工手段也有新突破。如一汽模具制造有限公司开始采用高速铣削加工技术。该公司拥有意大利RAMBAUDI 公司生产的高速铣床， 加工范围达2 500mm 5 000mm 1 800mm ，为世界之最；转速达20 500r / min ； 切削进给速率达20 000mm/ min 。现生产中数控铣主轴转速为10 000r / min ， 进给速度为4 500mm/ min ， 还可以倾角加工模具型面， 大大提高了加工效率和加工精度。在表面强化技术方面， 天津汽车有限公司率先将辉光离子氮化技术应用于大型汽车覆盖件模具。该公司拥有直径Zmax-Zmin=0.036mm，故采用凸模与凹模配合加工。冲孔情况，磨损后凸模减小查表得因数：x=1小凸模尺寸：dp=(A+x) 0.050.08 =(5.07+0.03)0.050.08=60.050.08mm凹模配作，最小间隙Zmin=0.126mm;凹模尺寸：dd=( dd +Zmin)0.080.05=6.1260.080.05mm，3.1.2 大凸模：查表模具设计第36页表2-4冲裁凸模、凹模的极限偏差为：p=0.02mm，d=0.02mm查表模具设计第33页表2-2，冲裁模初始双面间隙为：Zmax=0.162mm，Zmin=0.126mm由于p+d Zmax-Zmin=0.036mm，故采用凸模与凹模配合加工。冲孔情况，磨损后凸模减小查表得因数：x=1大凸模尺寸：dp=(A+x) 0.050.08 =(11.07+0.03)0.050.08=120.050.08mm凹模配作，最小间隙Zmin=0.126mm;凹模尺寸：dd=( dd +Zmin)0.080.05=12.1260.080.05mm3.2 落料部分：查表查表模具设计第36页表2-4冲裁凸模、凹模的极限偏差为：凸=0.02，凹=0.02查表模具设计第33页表2-2冲裁模初始双面间隙为：Zmax=0.162mm，Zmin=0.126mm由于凸+凹Zmax-Zmin，故采用凸模与凹模配合加工。零件图如下图：落料件应以凹模为基准件，然后配作凸模。（1） 凹模磨损后尺寸增大：计算这类尺寸，先把工件图尺寸化为A0-,再按落料凹模公式进行计算：长度尺寸为：630-0.04mm，即=0.04mm查表冲压手册表2-30，磨损系数X=1；凹模制造偏差:凹=/4=0.04/4=0.01mm，故凹模尺寸：A0-=（Amax-X）0+0.01=（63.02-10.04）0+0.01=62.98+0.010mm凸模宽度方向尺寸按凹模尺寸配作，保证双面间隙ZminZmax，即0.1260.162mm。长度尺寸为：34.220-0.04mm，即=0.04mm查表冲压手册表2-30，磨损系数X=1；凹模制造偏差：凹=/4=0.04/4=0.01mm，故凹模尺寸：A0-=（Amax-X）0+0.01=（34.22-10.04）0+0.01=34.18+0.010mm凸模长度方向尺寸按凹模尺寸配作，保证双面间隙ZminZmax，即0.1260.162mm。 长度尺寸为：40.10-0.04mm，即=0.04mm查表冲压手册表2-30，磨损系数X=1；凹模制造偏差:凹=/4=0.04/4=0.01mm，故凹模尺寸：A0-=（Amax-X）0+0.01=（40.1-10.04）0+0.01=40.06+0.010mm凸模宽度方向尺寸按凹模尺寸配作，保证双面间隙ZminZmax，即0.1260.162mm。长度尺寸为：14.20-0.04mm，即=0.04mm查表冲压手册表2-30，磨损系数X=1；凹模制造偏差:凹=/4=0.04/4=0.01mm，故凹模尺寸：A0-=（Amax-X）0+0.01=（14.2-10.04）0+0.01=14.16+0.010mm凸模宽度方向尺寸按凹模尺寸配作，保证双面间隙ZminZmax，即0.1260.162mm。长度尺寸为：30-0.04mm，即=0.04mm查表冲压手册表2-30，磨损系数X=1；凹模制造偏差凹=/4=0.04/4=0.01mm，故凹模尺寸：A0-=（Amax-X）0+0.01=（3-10.04）0+0.01=2.96+0.010mm凸模宽度方向尺寸按凹模尺寸配作，保证双面间隙ZminZmax，即0.1260.162mm。长度尺寸为：12.70-0.04mm，即=0.04mm查表冲压手册表2-30，磨损系数X=1；凹模制造偏差凹=/4=0.04/4=0.01mm，故凹模尺寸：A0-=（Amax-X）0+0.01=（12.7-10.04）0+0.01=12.86+0.010mm凸模宽度方向尺寸按凹模尺寸配作，保证双面间隙ZminZmax，即0.1260.162mm。长度尺寸为：40-0.04mm，即=0.04mm查表冲压手册表2-30，磨损系数X=1；凹模制造偏差凹=/4=0.04/4=0.01mm，故凹模尺寸：A0-=（Amax-X）0+0.01=（4-10.04）0+0.01=4.16+0.010mm凸模宽度方向尺寸按凹模尺寸配作，保证双面间隙ZminZmax，即0.1260.162mm。圆角部分尺寸为：R8.50-0.08mm，即=0.08mm查表冲压手册表2-30，磨损系数X=1；凹模制造偏差凹=/4=0.08/4=0.02mm，故凹模尺寸：A0-=（Amax-X）0+0.02=（8.5-10.08）0+0.02=8.42+0.020mm凸模圆角部分尺寸按凹模尺寸配作，保证双面间隙ZminZmax，即0.1260.162mm。 (2) 凹模磨损后尺寸减小：计算这类尺寸，先把工件图尺寸化为A0-,再按落料凹模公式进行计算：长度尺寸为：40.40-0.04mm，即=0.04mm查表冲压手册表2-30，磨损系数X=1；凹模制造偏差:凹=/4=0.04/4=0.01mm，故凹模尺寸：A0-=（Amin+X）0+0.01=（40.4+10.04）0+0.01=40.44+0.010mm凸模宽度方向尺寸按凹模尺寸配作，保证双面间隙ZminZmax，即0.1260.162mm。4. 确定各主要零件结构尺寸4.1 凹模外形尺寸确定查冲压手册表2-39b=138.2mm,a=46.3mm,t=1.8mm,c=32mm,h=20mm B=b+2c=138.2+230=198.2mmA=a+2c=46.3+230=106.3mm H=20mm对以上尺寸数据根据结构要求适当放大、取整为：12020020mm 4.2 其他主要零件结构上模垫板12020015mm；凸模固定板12020020mm；下模卸料板12020020mm；凸凹模固定板12020020mm。4.3 合模高度计算H0=30+15+20+20+6