汽车车门内护板支架工艺分析及模具设计毕业论文.docx

III汽车车门内护板支架工艺分析及模具设计毕业论文目 录第1章 绪 论61.1 课题背景61.2 国内外研究现状71.3 研究内容和研究方法81.4 课题研究的意义和目的8第2章 工艺设计102.1 零件的分析。102.1.1 零件结构与尺寸102.1.2 所用材料102.1.3 工艺难点与特征122.2 工艺方案设计132.2.1 排料原理132.2.2 排样方法132.2.3 坯料计算142.2.4 工艺方案的制定与比较162.3 冲孔落料182.3.1 冲裁基本原理182.3.2 凸模刃口的选择192.3.3 冲裁力的计算20第3章 冲孔落料模具设计243.1 模具总体结构设计如图 3-1及其模具类型的确定。243.2 模具材料的选择263.2.1 影响冲压模具寿命的因素263.2.2 模具材料的要求263.3 冲孔落料模零部件设计273.3.1 凸凹模工作部分尺寸的计算273.3.2 模架303.3.3 导柱导套的选择333.4 定位零件333.4.1 固定挡料销333.4.2 导料销343.5 卸料顶料装置343.6 固定支持零件343.6.1 凸模固定板343.6.2 垫板343.7 紧固零件353.8 压边橡胶的选择363.9 模具初绘总装配图如图 3-837第4章 弯曲模具设计394.1 弯曲394.1.1 弯曲基本原理394.2 模具总体结构设计414.2.1 零件分析414.2.2 确定工艺方案414.2.3 工艺计算424.2.4 弯曲力的计算434.2.5 模具工作零件的计算444.2.6 模具主要零部件结构设计464.2.7 弯曲模装配图的绘制设计49第5章 翻边模具设计505.1 翻边505.1.1 内孔翻边505.1.2 外缘翻边515.1.3 翻边模凸、凹模间隙的计算525.2 翻边模具典型结构535.3 确定模具主要零件结构尺寸535.3.1 凸、凹模卡宽度尺寸计算535.3.2 凸模圆角的计算545.3.3 凹模圆角的计算545.3.4 凹模深度的确定555.4 模具主要零件的选用与设计565.4.1 定位装置的设计565.4.2 推件装置的设计565.4.3 模架设计565.4.4 模柄设计585.4.5 固定板的设计585.4.6 紧固件的选用58总 结59致 谢60参考文献61西南科技大学城市学院本科生毕业论文第1章 绪 论1.1 课题背景随着全球经济的发展，新的技术革命不断取得新的进展和突破，技术的飞跃发展已经成为动世界经济增长的重要因素1。市场经济的不断发展，促使工业产品越来越向多品种、小批量、高质量、低成本的方向发展，为了保持和加强产品在市场上的竞争力，产品的开发周期、生产周期越来越短，于是对制造各种产品的关键工艺装备模具的要求越来越苛刻。国外发达国家的模具厂大体分为独立的模具厂和隶属于一些大的集团公司的模具厂，一般规模都不大，但专业化程度高，技术水平高，生产效率极高。国外模具企业对人员素质要求较高，技术人员一专多能，一般能独立完成从工艺到工装的设计；操作人员具备多种操作技能；营销人员对模具的了解和掌握很深。国内模具企业分工较细，缺乏综合素质较高的人员。国外模具企业CAD/CAM/CAE技术的应用比较广泛，逆向工程、快速原型制造铸造模具使用也比较多。国内模具企业中一些骨干厂家在这方面和国外差距已经不大，有些已经达到国外水平，但一些中小型模具企业与国外的差距还是很大7。不过在模具材料方面，随着国外技术的引进和中国自身研发能力的提高，差距在逐渐缩小。未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括：1、提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平；2、在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术；3、大力发展快速制造成形和快速制造模具技术；4、 在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术；5、提高模具标准化水平和模具标准件的使用率；6、 发展优质模具材料和先进的表面处理技术；7、逐步推广高速铣削在模具加工的应用；8、进一步研究开发模具的抛光技术和设备；9、研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程；10、开发新的成形工艺和模具。1.2 国内外研究现状1、国内外应用概况早在60年代初期，国外一些飞机和汽车制造公司就开始了CAD和CAM的研究制作，投入了大量人力和物力。CAD的研究工作开始于飞机机身和汽车车身的设计，在此基础上复杂曲面的设计方法得到了发展。各大公司都先后建立了自己的CAD几CAM系统，并将其应用于模具设计与制造。在冲模、锻模、挤压模、注型模和压铸模等方面部有比较成功的CADCAM系统7。瑞士法因图尔公司采用CADCAM系统设计加工模具已占30，应用CADCAM技术较普遍的美、日等国，在模具生产中采用CADCAM技术已占17左右。2、在冲模方面主要应用的系统有：(1) 美国通用汽伞公司并发的CADI系统，不但可以设计汽车车身零件，还可以设计模具。福特公司对汽车覆益件模具的设计方法进行了大量的研究制作，他们的系统曲线以交互地方式眼用至今，用以局部板材的成形过程完成模具设计。AuToDIE公司研究成功Pr)m级进模(：AL)系统，使整个生产准备时间由八周缩短至六周。AuToDIE公司由于采用CADCAM技术、在810个月内就能完成几种车型的模具设计与制造，一年内可接5种车型模具的订货。(2) U本机械下程实验室1978斗开发的MEI。级进模设计系统初日本旭光学工业公q3研制的设汁冲孔模与弯曲模系统，HJ使模具设计效率提升410倍。F1本公司1982年开发的冲模CAD系统使一套级近模设计时间由20天缩减至5天。日本丰田公司于1965年将数控用于模具加工上，1980年开始采用覆盖件冲模CADCAM系统。日本的三菱汽车公司、新精密机器公司等都采用了模具CAD及CAM系统。(3) 英国5PF公司较早采用CAD技术设计形状复杂的车身零件和模具。采用CAD系统后，需要30套级进模的汽车车身模具的设计时间从 6000小时减少至3600小时。(4) 法国雷诺汽车公司的uNl5uRF系统，利用贝亲尔曲面设计车身覆盖件。此外，俄罗斯、德国和意大利等国家的些研究单位和公司都对冲模的CAD及Akl叶片和应用方面进行了大量工作。我国模具CADCAM的开发始于 70年代末，发展也很迅速。到日前为止，先后通过国家有关部门鉴定的有冲裁模、冷冲模等CADCAM系统，这些系统都已在生产中试用。3、CAD技术在冲模设计与制造中的应用，主要可归纳为以下几个方面：(1) 利用几何造型技术完成复杂模具的几何设计，例如汽车覆盖件拉深模设计；(2) 建立标准零件和典型模具结构的图形库，采用交互设计方式确定模具结构及零件。最后，在绘制非标零件和模具装配图；(3) 利用计算机完成数值分析计算制作，使有限元分析和优化设计等数值计算方法应用于冲模设计。(4) 几何设计的数据有储在共同的数据库中，用于数控编程。几何形状设计和数控加工从一开始就紧密地联系在一起。1.3 研究内容和研究方法主要对汽车后门内护板支架进行加工工艺设计和冲孔落料模的模具设计。首先对内护板支架的零件相关资料进行收集，可以通过以下方法收集：1、查阅冷冲模具设计资料及有关文献资料，其中包括外文文献资料。全面地对本题目进行资料查阅检索，了解本题目国内外的发展水平和现状，归纳、分类、比较、详细地记录。2、利用实习的机会现场观察模具的设计制造过程，了解实际的设计方法，对生产单位采用的加工设备，工艺方案等方面进行调查研究。3、设计依据的分析。首先搞清楚零件的结构原理，分析制造工艺。4、架结分析，坯料尺寸计算，压力的计算和压力机的选取，凸凹模间隙的选择，凸凹模结构与尺寸计算，冲裁力的计算和压力机的选取，工序设计程序安排。5、绘制模具总装配图和零件图。模具总装图应该包含：主视图；俯视图；工件图；标题栏和零件明晰表；技术要求。1.4 课题研究的意义和目的使自己在复习之前所学的机械设计知识的同时，进一步学习冷冲模具的知识，学会设计并应用相关软件设计出合格的产品，能够使用采用参数化与虚拟装配技术设计模具。培养自己在模具设计领域的能力，拓展自己的专业知识面和深度。通过对选题的了解和分析，能够在指导老师的指导下独立完成该设计。培养自学能力和对于自学的知识的应用能力，并且在设计中学习知识的同时不断增强自己的自信心，使自己有信心和能力独立完成该项任务。通过这次毕业设计的综合训练使自己能在毕业后尽快的投入到今后的工作中去。第2章 工艺设计2.1 零件的分析。图2-1 零件平面图2.1.1 零件结构与尺寸从图2-1可知，零件结构为对称结构，对冲裁加工、弯曲、成型较为有利，零件中有三个圆孔孔的最小尺寸为6.2mm，满足冲裁最小孔径dmin1.0t=1.2mm的要求。另外，经计算孔距零件外形之间的最小孔边距为10.4mm，满足冲裁件最小孔边距Lmin1.5t=1.8mm的要求所以该零件的结构满足冲裁的要求。2.1.2 所用材料表2-1 材料特性材料特 性方 法编号产品产品/过程 规范/公差评价/测 量技术样 本控制方法容量频率连续热镀锌薄钢板1.尺寸长度2250+6.75宽度1000+65米合尺一张1次/批连续热镀锌薄钢板入厂检验报告厚度1.2+0.09千分(25mm.0.02)2.机械性能抗拉强度b=270380Mpa延伸率%30按GB228-87执行.1个试样1次/批续表2-1 材料特性材料特性方法编号产品产品/过程 规范/公差评价/测 量技术样本控制方法容量频率连续热镀锌薄钢板3.化学成分C0.12Mn0.5P0.035S0.035Cu0.15Ni0.15Cr0.15As0.05Sn0.05核对供货厂方产品质量证明书1份1次/批连续热镀锌薄钢板入厂检验报告4.镀锌要求双面镀锌目测1张1次/批镀锌重量：60150g/m2表面结构：GZ核对供方产品质量证明书5钢板表面质量 1.钢板表面加工良好、平整、光洁、表面不允许有裂纹、 压漏、压折压痕、腐蚀。2.板材表面划伤不得漏出钢基。目测3张1次/批6合格证据供方每批均提供板材生产日期、批号并提供需方镀锌质量、机械性能、化学成分的数据。核对产品质量证明书1次/批2.1.3 工艺难点与特征后门内护板支架为实用件，要求零件表面平整光滑，无翘曲、皱折、裂纹等缺陷，以保证与汽车后门的严密配合。零件的曲面较为简单，尺寸精度要求一般，由于零件底部有一凸起，为了与别的零件焊接。成形时存在着较为严重的受力、变形不均匀，是否能拉深成形是较关键的问题。同时零件在整个成型过程中要经过多次不同的工序，怎样安排工序保证零件生产的要求，并使工艺既保证零件的精度，又使模具结构设计、制造简单，使用、操作方便也至关重要，上述均是该零件的工艺难点。根据零件的技术要求，进行冲压工艺性分析，认为该零件大体上是一长方体，弯曲、冲裁工艺性较好。综上分析，后门内护板支架冲压工艺与模具设计中需要着重解决好以下问题:1、工艺方案和模具结构应保证能达到该零件所要求的精度；2、落料模，弯曲模的模具结构应能保证该零件的落料弯曲;落料模应保证落料精度的准确，弯曲模应尽量保证弯曲后的间隙在1mm之内；3、模具的制造精度和导向精度应适合零件厚度( t1.2mm )的特点；4、各工序之间组合时在保证零件技术要求的前提下，尽量减少模具套数，提高模具寿命。2.2 工艺方案设计2.2.1 排料原理排样是指冲裁件在条科、带料或板料上布置的方法。合理的排样是降低成本的有效措施3。1、排样的方式排样分有废料和少、无废料排佯两类，这两类又都有直排、斜排、直对排等排列方式排样方式。2、材料的利用率排样时，在保证零件质量的前提下，主要考虑如何提高材料的利用率个进距内的材料利用率为：=(nF/bh)100式中F冲裁件面积(包括冲出的小孔面积)；n个进距内冲裁件数日；b条料宽度；h进距.2.2.2 排样方法1、有废料排样法有废料排样法是在冲裁件与冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间，都有工艺余料（称搭边）存在，冲裁是沿冲裁件的封闭轮廓进行，所以冲裁件质量较好，模具寿命较长，但材料利用率较低。2、少废料排样法少废料排样法是在冲裁件与冲裁件之间或只有在冲裁件与条料侧边之间留有搭边而在冲裁件与条料侧边或在冲裁件与冲裁件之间无搭边存在。这种排样方法的冲裁只沿着冲裁件的外轮廓进行，材料利用率可达70%至90%。3、无废料排样法无废料排样法是在冲裁件与冲裁件之间以及冲裁件与条料之间均无搭边存在。这种排样方法的冲裁件实际上是直接由切断条料获得，所以材料利用率可达85%至95%。采用少、无废料排样法，材料利用率高，不但有利于一模获得多个冲裁件，而其可以简化模具结构、降低冲裁力。但是少、无废料的 应用范围有一定的 局限性，受到工件形状、结构的限制，且由于条料本身的宽度公差以及条料导向与定位所产生的 误差会直接影响冲裁件尺寸而使冲裁件的精度降低。同时，往往因模具单面受力而加快磨损，降低模具寿命，也会直接影响冲裁件断面质量。为此，排样时必须全面权衡利弊。2.2.3 坯料计算计算坯料面积如图 2-2。 图2-2 弯曲图直线部分长度为：a=154.9+17.53+22.74=194.67mm弧线部分长度为：b=2l=2=2642/360=r+xt其中x=0.44联立上式解得：b=2452（6+0.441.2）/360=10.252mm故坯料总长度为：L=a+b=194.677+10.25=204.922205mm坯料宽度为：B=30mm故坯料面积为：A=20530 mm选择板料22501000mm。宜采用直排少、无废料排样最适宜。图2-3 排样图A第一种排样A:采用纵排时B210 mm每条板料数：n12250/21010（条）余150mm每条零件数：n21000/3231（件）余8mm余料零件数：150/32=4（件）余22mm1000/210=4（条）余160mmn3=44=16（件）每板零件数：nn1n2+n31031+16326（件）材料利用率：（32621032）/（10002250 ）10097.365图2-4 排样图B第二种排样B：采用横排时每板条料数：n11000/2104（条）余160mm每条零件数：n22250/3270（件）余10mm余料零件件数：2250/210=10（条）余150mm160/32=5（件）余0mmn3=105=50（件）每板零件总数nn1n1+n3470+50=330（件）材料利用率：=（33021032）/（22501000）10098.56由以上计算可知两种裁法，横排料为好，材料利用率高。材料塑性好，不易出现弯裂现象，但由于剪出的板料在冲裁是，余量为零，就使冲裁模具有一半没有压边，受力不均匀，缩短了模具的使用寿命，并且还可能冲出废料；纵裁裁板次数少，冲压时条料调换次数少，工人操作方便。由以上分析的知，选择第二种排样B方案比较适合。2.2.4 工艺方案的制定与比较通过工艺分析，若发现冲压件工艺性很差，则可以会同产品设计人员，在不影响使用要求的前提下对冲压件的形状、尺寸或精度等进行修改，以改善冲压件的工艺性，提高产品质量和生产效率，并使产品设计、工艺和工装设计与制造前提下对冲压件的形状尺寸或精度等进行修改，以改善冲压件的工艺性，使产品工艺和工装设计与制造更好地结合，取得完美的效果。设计方案如下：方案一:剪板冲孔落料弯曲翻边方案二:剪板落料弯曲冲孔翻边方案三:剪板弯曲冲孔落料翻边分析以上三种方案，可以得出以下结论：方案一模具结构简单，寿命长，制造周期较短，投产快；零件容易校正弯曲，故回弹容易控制，尺寸和形状准确，且坯料受凹凸模的摩擦阻力小因而表面质量也高；各工序定位基准一致且与设计基准一致；操作也比较方便。缺点是工序相对分散，需用模具，设备，操作人员较多，劳动量较大。方案二模具结构简单，寿命长，制造周期较短，投产快；坯料受凹凸模的摩擦阻力小因而表面质量也高；但零件孔的定位与设计基准不一致，故形状和尺寸不太准确，同时也具有方案一的缺点。方案三模具也具有方案一的优点，但模具模具体积大，弯曲摩擦大，模具制造，调试困难，成本高，尺寸和形状不准确。表2-2 方案比较内容方案设计难度设备，工装成本工装制造难度生产效率方案一易易易高方案二较难较难易低方案三难难较难高综上所诉，考虑到所给零件材料是1.2mm厚的钢板，故选择方案一。工艺流程图如图2-4。图2-5 工序流程图冲孔落料工艺: 图2-6 冲孔落料弯曲工艺: 图2-7 弯曲翻边工艺:图2-8 翻边2.3 冲孔落料2.3.1 冲裁基本原理冲裁是利用模具使板料产生分离的冲压工序，包括落料和冲孔，它是冲压工艺中最基本工序。冲裁变形过程，大致可分为三个阶段：1、弹性变形阶段凸模首先与板料接触，随着凸模的加压，板料发生弹性形变被压弯，并略有挤入凹模洞口。此时，板料的内应力还未超过屈服极限，若凹模卸压，板料即恢复原状，故称弹性变形阶段。2、塑性变形阶段凸模继续对板料加压，材料内应力越过屈服极限，部分金属被挤入凹模洞口，产生剪变形，得到光亮的剪切断面。又因凸、凹模间存在间隙，在塑料变形的同时，还伴随材料的弯曲和拉伸，故这一过程给冲裁断面留下了圆角带和光亮带。塑剪变形的发展，应力也随之增加，此阶段直至在凸、凹模刀口侧面的材料，其内应力达到剪强度，出现微裂纹为止(即材料开始破坏，使塑性变形结束)。由于微裂纹产生的位置是离刃口不远的侧面，因此冲裁件的毛刺形成是在这一阶段开始的。3、断裂阶段凸模继续下压，微裂纹不断向材料内部扩展，直至上、下两裂纹重合为止。此时工件与板料分离，在冲裁断面处留下粗糙的断裂带。以后凸模再下压，可已经开始形成的毛刺拉长，并最后也留在冲裁件上。因此，冲裁件断面上有明显的四个部分一圆角带、光亮带、断裂带、毛刺。并且在其整个断面上所占的大小比例随材料种类、状态、材料厚度、冲裁条件(间隙、刃口形状、冲裁 速度等)等不同而变化。2.3.2 凸模刃口的选择平刃口模具制造简单，周期短，寿命长，结构简单。对于一般没特殊要求的凸模，常常选用平刃口降低冲裁刀的万法在冲裁高强度材料或厚度大、周边长的工件时，所需的冲裁力往往越过本车间现有冲床的吨位，为了解决这个矛盾，般采用如下几种降低冲裁力的方法。1、用斜刃门模具采用斜刃冲裁时，整个刃口不是同时切入板料，而是逐渐将材料分离，使同时剪切的断面面积减少，从而降低了冲裁力。但是斜刃冲裁虽能降低冲裁力，但不能节约冲裁功和功率。斜刃的主要缺点是刃口制造和修磨复杂，刃口易磨损，得到零件不完整，且不用于冲裁外形复杂的零件。因而只用于大型零件及厚料的冲裁。2、用阶梯形布置的凸模在多凸模冲模中、将凸模作阶梯形布置，使各凸模冲裁力的最大值不同时出现，从而减小冲裁力和震动。当几个凸模的直径相差悬殊，而相距又很近时，为了提高模具寿命，避免小直径凸模由于承受材料流动挤压力作用而产生折断或倾斜，一般都把小凸模做短。另外，在实际生产中，阶梯形凸模还有一种特殊的功用，如在机车车辆上常有些形状、尺寸基本一致的工件，其上需冲很多孔，但很多工件上孔的数目有所不同，为了减少模具数量，可以利用阶梯形凸模，通过调整闭合高度的方法，使一套模具冲出数种不同的工件。3、材料加热冲裁材料加热后，其抗剪强度可大大降低，从而降低冲裁力。但材料加热后产生氧化皮，冲裁中产生拉伸现象。故此法一般只适用于材料厚度大、表面质量和尺寸精度要求不高的零件。综上所诉，由于零件材料；连续热镀锌薄钢板（t=1.2mm），拉延，金属延展性好，抗剪性能好，坯料形状简单，故选择平口刃冲裁。2.3.3 冲裁力的计算1、冲裁力的计算计算冲裁力的目的是为了合理的选择设备和设计模具。采用平刃凹凸模和凹模冲裁时，其冲裁力的计算公式为 F。Lt (N) 式中： F。一冲裁力(N)； L 一 冲裁件的周长(mm)； t 一 材料厚度(mm)；材料的抗剪强度(MPa)考虑到凸、凹模刃口的磨损，模具间隙的波动，材料机械性能的变化以及材料厚度偏差等因素，实际所需的冲裁力还需增加30，故选择冲床时的冲裁力应为：F1.3F。Ltb (N) 式中：b材料的抗拉强度(MPa) 根据所给零件材料得知抗拉强度b=270380MPa且 k1.3.切边部分：通过计算取b380MPa，所以冲裁力为：F1kLtLtb4361.2380198816(N)冲孔部分：通过计算L23.143.6+23.14323.14（7.2+12）60.28860 mm取b380MPa，所以冲裁力为：F2kLtLtb 601.238027360(N)所以总的冲裁力为：F = F1+ F2= 198816+27360=226176(N)226(KN)2、卸料力及推件力的计算计算公式由于冲裁中材料的弹性变形及摩擦的存在，冲裁后带孔部分的材料会紧箍在凸模上，而落下部分的材料会紧卡在凹模洞口中。从凸模上卸下紧箍着的材料所需的力叫卸料力；把落料件从凹模洞口顺着冲裁方向推出去的力叫推件力，逆着冲裁方向顶出来的力叫顶出力。图2-10 受力分析影响卸料力、推件力和顶出力的因素很多，如材料种类、冲裁间隙、零件形状、尺寸和厚度等。此外，模具结构、润滑情况和搭边大小也都有一定影响。所以这些力的计算，常用下列经验公式：卸料力 ：F推件力 ： nF顶件力：F式中：F冲裁力；卸料力系数； 推料力系数； 顶料力系数； h凹模直壁洞口的高度； n梗塞在凹模内的工件(或废料)数目（n=h/t）。、和可分别有下表查取。当冲裁见形状复杂、冲裁间隙较小，润滑较差、材料强度高时应取较大值；反之则应取较小值。与是选择卸料装置与弹顶器的橡皮或弹簧的根据。在计算冲裁所需的总冲压力时，应该根据模具的具体情况考虑、和的影响。查表2-3得=0.045， =0.05,由计算得n=4.2 , 所以F 0.045226176(N)=10177.92(N)nF 4.20.05226176(N)=47496.96(N)(3) 压力机所需总压力的计算采用刚性卸料装置和下出料模具时： F + 采用弹性卸料装置和上出料模具时： F + + 采用弹性卸料装置和下出料模具时： F + +式中：冲裁工艺力。模具选择采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁工艺力为 F + +226176(N) +10178 (N)+ 47497 (N)283851(N)表2-3 卸料力、推件力和顶件力系数料厚（mm）钢0.10.060.090.10.140.10.50.040.070.0550.080.52.50.0250.060.050.062.56.50.020.050.0450.056.50.0150.040.0250.03铝、铝合金0.030.080.030.07紫铜、黄铜0.020.060.030.09根据所算得到的冲裁工艺力,选择冲压设备的规格，一般常用的压力机种类如下：开式机械压力机主要用于中小型冲裁件,弯曲件或拉深件等.其虽然刚度不高,在较大冲压力的作用下床身的变形会改变冲模间隙的分布,降低模具的寿命和冲压件表面质量,但它提供了极为方便的操作条件和易于安装机械化附属装置的特点。闭式机械压力机多用于大中型冲压件，包括一般的通用压力机和专用的精密压力机，双动或三动拉深压力机等。液压机或摩擦压力机，多用于小批量生产。它没有固定的行程，不会因为板料的厚度变化而超载，而且在需要很大的施力行程加工时，与机械压力机相比具有明显的优势，因此适合大型厚板冲压件生产。但液压机的速度低，生产效率不高，而且冲压件的尺寸精度有时受到操作因素的影响很不稳定。摩擦压力机结构简单，造价低廉，不容易发生超载破坏的情况，尤其适用校平，整形，压印等成形工艺，但摩擦压力机的行程次数小，生产效率低，而且操作不方便。在大批量生产或形状复杂件的大量生产中，应尽量选用高速压力机或多工位自动压力机。由上所诉，且考虑工作实际情况和理论数值的误差等因素，选用公称压力为40T，型号为J2140的开式固定台压力机。第3章 冲孔落料模具设计3.1 模具总体结构设计如图 3-1及其模具类型的确定。图 3-1确定模具类型，应以冲裁工件的要求、生产批量、模具加工条件等为主要依据。生产批量与模具形式之间的关系见表3-1。单工序模、级进模、复合模的比较见表 3-2。无导向模、导柱模、导板模的比较见表3-3。表3-1 冲压生产批量和合理模具型式批量（千件/年）项目单件小批中批大批大量大件中件小件 1 1 112151102205501010020300501000100500030010005000模具形式简易模组合模简单模简易模组合模简单模级进模，复合模简单模半自动模级进模，复合模简单模自动模级进模复合模设备型式通用压机通用压机高速压机自动和半自动通用压机机械化高速压机自动机专用压机和自动机表3-2 单工序模，级进模和复合模的比较比较项目单工序模级进模复合模工件尺寸精度较低一般IT11级以下较高，IT9级以下工件形位公差工件不平整，对称度，同轴度，位置度误差大不太平整，有时需要校正对称度，同轴度，位置度误差较大工件平整，对称度，同轴度，位置度误差小冲压生产效率低，冲床一个冲程内只能完成一个工序高，冲床一个冲程内只能完成多个工序较高，冲床一个冲程内能完成两个以上工序实现机械化，自动化的可能性较易，尤其适合在多工位实现自动化容易，尤其适合在单机上实现自动化难，工件和废料排除比较复杂，只能在单机上实现部分机械化操作表3-3 无导向模，导柱模和导板模的比较比较项目无导向模导柱模导板模导向精度取决于压力机导轨导向精度IT67IT67安装与调整安装与调整困难，工件质量不稳定，模具零件寿命短安装调整方便，工件质量稳定安装与调整较方便但导向零件磨损较快，影响凸模寿命和导向精度操作定位可见，变化较灵活，操作方便定位可见，变化受到导柱位置限制，操作较方便定位不可见，操作不方便应用范围适于单件，小批生产，工件精度要求较高的各类模具适于大批生产，工件精度要求较高的各类模具用于级进模和单工序模，导板可兼做卸料板，并对凸模起保护作用汽车前门扶手支架这个零件属于大批量生产，精度要求不高，压力机一次工作行程就完成一种冲裁工序，综合比较分析，选择单工序导柱式连续模。模具要求结构简单，能很好的缩短制造周期，且能降低价格。3.2 模具材料的选择3.2.1 影响冲压模具寿命的因素模具因为磨损或其他形式失效，终至不可修复而报废之前所加工的冲压件数，称为模具寿命冲压模具寿命有两层含义：模具一次修复后到下一次修复前所加工的最大冲压件数称为修磨寿命；模具从开始使用到不能修复时所加工冲压件的总数成为模具的总寿命8。模具寿命与模具类型和结构相关，它受各种失效形式的限制各种失效形式如下：1、磨损失效 由于接触表面的相对运动，使得表面逐渐失去物质的现象称为磨损2、变形失效 模具在使用过程中，当工作零件内的应力超过了本身材料的屈服点以后便会产生塑性变形。过量的塑性变形使模具工作零件的几何形状和尺寸超过许可范围就是变形失效。塑性变形的失效表现为塌陷，镦粗，弯曲等3、断裂失效 模具出现较大裂纹或分离为两部分和数部分而丧失工作能力，成为断裂失效。按断裂性质不同，可分为塑性断裂和脆性断裂。4、啃伤失效 由于模具装配质量差，压力机导向精度差，模具安装调整不当，送料误差等原因，使凸凹模相碰造成刃口崩裂的现象叫做啃伤失效，一旦发生啃伤失效，模具修磨量急剧增大在、甚至不能修复。3.2.2 模具材料的要求从前述分析可知，冲模（主要是工作零件）的工作条件比较恶劣，一般要承受高压，冲击，振动，摩擦，弯扭等载荷，磨损，变形，疲劳，断裂时有发生，而且工作温度有时很高，精度要求也很高9。因此，对冲模材料的要求比一般零件要高，通常从使用性能和工艺性能两方面考虑。1、对材料使用性能要求基本要求是具有高硬度和强度，具有高耐磨性，有足够的韧性，热处理变形小，有一定的热硬性，热稳定性，热疲劳抗力和抗粘着性不同的冲模对模具钢的性能要求是有区别的。冲裁模要求高硬度，高耐磨性和一定的韧性；拉深等成形模要求高耐磨，抗粘着性。2、对材料工艺性要求由于冲模工作零件一般要经过较复杂的制造过程，因而必须具有对各种加工工艺的适应性。对冲模材料的工艺性要求包括可锻性，加工工艺性，脱碳与氧化的敏感性，淬硬性，淬透性，过热敏感性，淬火裂纹敏感性和磨小加工性等。3.3 冲孔落料模零部件设计3.3.1 凸凹模工作部分尺寸的计算凹模和凸模工作部分尺寸直接决定了冲裁件的尺寸和间隙大小，是模具上最重要的尺寸。根据所选择的模具设计出凹模的外形尺寸凹模厚度 H=Kb(15mm)凹模壁厚 c=(1.52)H(3040mm)式中 b冲裁件的最大外形尺寸； K系数，考虑板料厚度的影响。经查表有：K=0.13 b=205mm（凹模刃口最大长度为205mm）所以 H=0.13205=2715mm c=（1.52）H=1.527=40.5mm B=205+2c=205+240.5=286mm A=2c+230+2=240.5+60+2=143mm1、尺寸计算的原则1) 落料时，落料件的尺寸是由凹模决定的，因此应以落料凹模为设计基准。冲孔件的尺寸凸模决定的，因此应以孔的尺寸为设计基准。2) 凸模和凹模应考虑磨损规律。凹模磨损后回增大落料件的尺寸，凸模磨损后会减小冲孔件的尺寸。为另外提高模具寿命，在制造新模具是应凹模尺寸做的趋向于落料件 最小极限尺寸，把凸模尺寸做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的间隙。对于落料件，凹模是设计基准，间隙应由减小凸模尺寸来取得；对于冲孔件，凸模是设计基准，间隙应由增大凹模尺寸来取得。由于间隙在模具磨损后会增大，所以在设计凸凹模是去初始间隙的最小值。4) 凸模和凹模的制造公差应与冲裁件尺寸精度相适应。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制造模具时常用以下两种方式来保证合理间隙：一种是分别加工法。分别规定凸凹模的尺寸和公差，分别进行制造。用凸模和凹模的尺寸及制造公差来保证间隙要求。这种加工方法必须把模具的制造公差控制在间隙的变动范围之内，使模具制造难度增加。这种方法主要用于冲裁的形状简单、间隙较大的模具或用精密设备加工凸模和凹模的模具。用分别加工的凸凹模具有互换性，制造周期短，便于成批制造。另一种是单配加工法，用凸模和凹模相互单配的方法来保证合理间隙。加工后，凹模和凸模必须对号入座，不能互换。通常，落料件选择凹模为基准模，冲孔件选择凸模为基准模。在作为基准模的零件图上标注尺寸和公差，相配的非基准模的零件图上标注与基准模相同的基本尺寸。但不注公差，然后在技术条件上注明按基准模的实际尺寸配作，保证间隙在最大和最小之内。这种方法多用于冲裁件的形状复杂、间隙较小的模具。2、凸模和凹模分别加工时的尺寸的计算根据上述计算原则，冲裁件的凸模和凹模的尺寸及公差分布状况可得出以下计算公式落料 冲孔 式中 、分别为落料凹模和凸模的基本尺寸； 、分别为冲孔凸模和凹模的基本尺寸； 落料件的最大极限尺寸； 冲孔件的最小极限尺寸； 冲裁件的公差； 磨损系数，其值在0.51之间，与冲裁件精度有关。可直接按冲裁件的公差值查表或按冲裁件的公差等级选取： 当工件公差为IT10以上时，取x=1 当工件公差为IT13IT11时，取x=0.75 当工件公差为IT14以下时，取x=0.5 、分别为凹模和凸模的制造偏差，凸模偏差去负向，凹模偏差取正向。一般可按零件公差的1/31/4来选取；对于简单形状，由于制造简单，精度易保证，制造公差可按IT8IT6级选取或查表。 对于采用分别加工的凸模和凹模，应保证下述关系： 也就是说，新制造的模具应该保证。否则，模具的初始间隙已超过了允许的变动范围，影响模具的使用寿命。结合所算模具查表得： =0.126mm =0.180mm =0.810-0.126=0.054mm查表得凸模和凹模的制造偏差冲孔部分： =+0.020mm =-0.020mm =0.020+0.020=0.040mm0.054mm故能满足分别加工时的要求。查表得 x=0.51) 冲6孔： =mm mm2) 冲7.2孔： 3.3.2 模架1、模架的作用及类型在冲压模具中，有上模板、下模板、导柱、导套、模柄等零件组成一体构成模架。模架的 作用是把冲模的工艺零件联接起来，使之构成完整的冲模结构。标准模架的 类型及适用范围：滑动导柱模架后侧导柱：结构特点：导柱导套安装在模板后侧，有偏心载荷时容易歪斜，滑动不够平稳。但可从左、右前三个方向送料，操作方便。适合范围：常用于一般精度要求的小型工件冲模。中间导柱模架结构特点：导柱导套安装在模座对称中心两侧、动作平稳、导向精确。适合范围：适用于纵向送料的薄板料冲模、复合模和工步少的级进模及窄长形的冲裁件冲模及弯曲模。对角导柱模架：图3-1 导柱导套的布置a) 后角导柱 b) 中间导柱 c) 对角导柱 d) 四个或六个导柱结构特点：导柱导套对角分布，其导柱与导套滑动平稳，可分两方向送料，操作较方便适合范围：常适用于横向送料的 级进模和纵向送料的落料模、复合模。四导柱模架：结构特点：导柱导套安装在模具的四角、冲压时模架受力均匀平衡，导向精度较高。适合范围：适用于大型及精度较高的冲模。滚动导向模架结构特点：导柱、导套之间采用钢球保持圈组合的 滚动摩擦机构，其精度高、寿命长适合范围：适用于高精度高速冲模。导板导向模架模架主要利用导板对凸模进行导正。主要适用于精度较高的导板冲裁模。其导向精度高，工作平稳可靠。经过比较，选择中间导柱模架最合适.冲裁模外形尺寸包括模柄尺寸、闭合高度、模座俯视尺寸。每个尺寸的确定都与所选冲床的规格有密切联系，必须相互协调。2、模具闭合高度 所谓模具的闭合高度( H模)是指模具在最低工作位置时上、下模座之间的距离。它必须与冲床的闭合高度和装模高度相适应。其关系式见表3-4。表3-4 模具闭和高度与冲床闭和高度的关系装模方式校核公式模具直接安装在冲床垫板上H最大-H1-5H模H最小-H1+10拆除垫板模具安装在工作台面上H最大-5H模H最小+10式中：H最大冲床的最大闭和高度（） H最小 冲床的最小闭和高度() H1 冲床的垫板厚度() H最大-H1 模具的最大装模高度() H最小-H1 模具的最小装模高度() H模 模具的闭合高度()3、模座尺寸模具下模座尺寸的选择决定于凹模的大小，而凹模外形尺寸又取决于冲裁工件的大小。但所确定的下模座尺寸必须小于冲床工作台面尺寸，并留有足够固定该棋具的余地。一般情况下，冲床工作台每边尺寸必须大于模具下模座尺寸5070mm以上。由前面工艺计算可得凹模LB =286143mm，从而可确定凹模周界LB = 315200mm，根据以上选的模架规格和工艺部分计算，查阅冲压手册可确定模架规格：上模座规格为LBH=31528045mm,下模座规格为LBH =31528055mm。4、模架的精度等级模架的精度对模具精度的影响十分明显。故在设计模具时，应根据制品精度要求，选择相应的模架结构。表3-5 模架精度要求参照表项次检查项目被测尺寸精度等级A上模板上平面对下模板下平面的平行度400400IT6IT7IT7IT8IT8IT9B导柱轴心线对下模板下平面的垂直度160160IT4IT5IT5IT6IT6IT7C导套孔轴心线对上模板上平面的垂直度160160IT4IT5IT5IT6IT6IT7查表可得：上模板上平面对下模板下平面的平行度公差等级取IT8；导柱轴心线对下模板下平面的垂直度公差等级取IT6；导套孔轴心线对上模板上平面的垂直度公差等级取IT5。3.3.3 导柱导套的选择导柱、导套都是成对使用。后置两导柱的直径相同，而中间配置和对角配置的导柱，两导柱的导向直径一般不同，这样避免合模时上模误装方向而损坏凸凹模刃口。对于一般的冲压工作，采用滑动导柱、导套，导柱装在下模座上，采用R7/h6配合；导套装在上模座上，采用H7/r6配合。导柱、导套也可用环氧树脂等材料粘接固定。导柱与导套之间采用间隙配合根据材料厚度不同如下几种：1、冲厚度为0.8以下的金属板和1.55mm以下的非金属板板时，采用H6/h5配合。2、冲厚度为0.8-4mm的金属板和1.55以上的非金属板时采用H7/h6配合。 3、冲或拉深厚度为48mm的金属板时，采用H7/f7配合。4、冲厚度为8mm以上的金属板时，采用H9/f9配合导柱的长度L应保证冲模在最低位置时、导柱上端面与上模座顶端距离不小于10-15mm，而下模底面与导柱底面的距离不小于5mm。导套的长度L1，对冲裁模，因工作行程小，当冲床滑块到上止点时允许导柱、导套脱开，但须保证在冲压时导柱一定要进入导套10mm以上。板料厚度为1.2 mm，所以采用H7/h6配合。查阅冲压手册选择A型导柱规格dL=35180，对应的导套规格dD=3543。3.4 定位零件3.4.1 固定挡料销挡料销的定位面抵住条料的前搭边或工作内廓 的前后面，使条料送进步距准确。挡料销有圆柱头式挡料销，钩形挡料销等,其结构形式及应用。为了使模具结构简单化，也能保证模具正常工作，这套模具用的是t=1.2mm的钢板，定位容易，操作方便查阅冲压手册，选用固定挡料销Ddh=533。3.4.2 导料销如图所示为导料销工作示意图。在凹模上固定两个圆柱形销钉（导料销），在冲压时条料始终在圆柱头销钉的一侧向前推进，以对条料起导向定位作用。这种导料销结构简单，制造容易，多用于带有弹性卸料板的单工序冲裁模中。导料销与凹模采用H7/m6配合固定形式，其配合面表面粗糙度小于3.2m,材料采用T7、T8钢，淬火硬度为4652HRC。 3.5 卸料顶料装置1、刚性卸料装置常用于较硬、较厚且精度要求不太高的工件冲裁。结构简单，卸料力大。卸料板与凸模之间的单边间隙取（0.10.5）t。2、弹性卸料装置弹性卸料装置一般由卸料板、弹性元件（弹