车门冲压模具设计

0前言近几年来，我国轿车市场发展十分迅猛，2002年在轿车销售超过100万辆的基础上，2003年则向200万辆大关迈进，达到了197万辆。然而，在轿车热迅速升温的同时，不得不尴尬地面对这样的现实市场上热销的绝大多数车型是直接从国外引进的。由于国内轿车汽车门模具设计制造能力从总体上看还比较薄弱，为了生产这些车型，各大汽车公司不得不耗资几亿、十几亿元采购海外模具。与国外汽车公司相比，由于生产规模比较小，这就造成单车均摊的模具成本远高于国外车，这也是造成国产车整车制造成本居高不下的主要原因之一。目前，国外人汽车公司为了降低模具开发、制造成本，缩短生产周期，将除轿车外覆盖件之外的人部分轿车冲压件的模具都交由专业模具公司设计和制造，这些公司都有很强的开发能力，并在某些零件的模具制造方面拥有独到的优势。但作为整车厂，考虑到新车型开发过程中的保密，对诸如翼子板、行李箱盖、车门、侧围、车顶、前盖等敏感零部件的模具，则都由自己的模具制造部门来设计和制造。11.冲压的概念、特点及应用1.1冲压概述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。冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）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。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。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验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，高速压力机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。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，2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效益。冲压在现代工业生产中，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法加工产品零部件，如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天、家电及轻工等行业。在这些工业部门中，冲压件所占的比重都相当的大，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，如果生产中不采用冲压工艺，许多工业部门要提高生产效率和产品质量、降低生产成本、快速进行产品更新换代等都是难以实现的。1.2冲压的基本工序及模具由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不同，又可将其分为复合，级进和复合-级进三种组合方式。复合冲压在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。级进冲压在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。复合-级进在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。冲压模具的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种3类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。42.冲裁件的工艺性分析工艺方案的确定工件如图2.1所示零件是车门外侧面，材料为Q235（Q235为碳素钢，235表示屈服点.就是低碳钢，就是以前的A3钢），厚度t=4mm，大批量生产，设计冲裁模。图2.1车门外侧面冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性。在一般情况下，对冲压件工艺性影响最大的是几何形状尺寸和精度要求。良好的冲压工艺性应能满足材料较省、工序较少、模具加工较容易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等要求。1.冲裁件的形状应能符合材料合理排样，减少废料。2.冲裁各直线或曲线的连接处，宜有适当的圆角。3.冲裁件凸出或凹入部分宽度不宜太小，并应避免过长的悬臂与窄槽。4.圆形冲裁件，如允许圆弧半径，则R应大于料宽的一半，即能采用少废料排样；如限定圆弧半径等于工件宽度之半，就不能采用少废料排样，否则会有台肩产生。5.冲孔时，由于受到凸模强度的限制，孔的尺寸不宜过小。6.冲裁件的孔与孔之间，孔与边缘之间的距离，受到模具强度的限制，不能太小。5在弯曲件或拉深件上冲孔时，其孔壁与工件之间的距离不能过小。冲压工艺方案的确定，可依据表2.1表2.1冲压方案的确定单工序模项目无导柱有导柱级进模复合模冲压精度低较低较高，相当于IT10IT13高，相当于IT8IT11制件平整程度不平整一般不平整，有时要校平因压料较好，制件平整制件最大尺寸和材料厚度不受限制300mm以下厚度达6mm尺寸250mm厚度在0.16之间尺寸300mm厚度常在0.05m3mm冲模制造的难度程度及价格容易、价格低导柱、导套的装配采用先进工艺后不难简单形状制件的级进模比复合模具制造难度低，价格亦较低形状复杂的制件用复合模比级进模制造难度低，相对价格低生产率低较低可用自动送料出料装置，效率较高工序组合后效率高6使用高速冲床的可能性只能单冲不能连冲有自动送料装置可以连冲，但速度不能太高使用于高速冲床高达400次/分以上由于有弹性缓冲器，不宜用高速，不宜连冲材料要求可用边角料条料要求不严格条料或卷料要求严格除用条料外，小件可用边角料，但生产率低生产安全性不安全手在冲模过程区不安全比较安全手在冲模工作区不安全，要有安全装置冲模安装调整与操作调整麻烦操作不便安装、调整较容易、操作方便安装、调整较容易，操作简单安装、调整比级进模更容易，操作简单分析表2.1采用：单工序模具结构简单，但需要三道工序两副模具才能完成，虽生产效率低，但该工件不属于大批量生产可采用单工序模。综合考虑，该工件模具采用由冲裁模，冲孔模和拉伸模。为增强模具的强度，在中间留一空工位。73模具的技术要求及材料选用3.1模具的技术要求利用模具生产制造零件，其模具质量的好坏，寿命的长短，直接关系到产品制造精度、性能和成本。是提高劳动生产率、降低消耗、创造效益，尽快使产品占领市场的重要性条件。而模具的质量、使用寿命、制造精度及合格率很大程度上取决于设计时对模具材料的选用、热处理工艺要求、模具零件配合精度及公差等级的选择和表面质量要求。3.2模具材料的选用及要求3.2.1冷冲模材料的选用1.冷冲模材料应具有的性能冷冲模包括冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模和冷挤压模等。冷冲模在工作中承受冲击、拉深、压缩弯曲、疲劳磨擦等机械的作用。模具常常发生脆断、堆塌、磨损、啃伤和软化等形成的失效。因此，作为冷冲模主要材料的钢材，应具有的性能。（1）应具有较高的变形抗力：主要抗力指标包括淬火、回火抗压强度、弯强度等。其中硬度是模具注意重要的抗力指标，高的硬度是保持模具耐磨性的必要条件。工作零件热处理后的硬度在60HRC强度和抗弯强度才能保证模具具有较高的变形能力。（2）应具有较高的断裂抗力：主要抗力指标有材料的抗冲击性能抗压强度、抗弯强度断裂抗力和冲击载荷下抵抗模具裂纹产生一个特性，也是作为防止断裂的一个重要依据。其基体中碳含量越高冲击韧性越高。故对韧性的要求应依据载荷较大的冷冲镦及剪切模易受偏心弯曲载荷细长凸模或有应力集中的模具，都需要有较高的韧性（3）应具有较高的耐磨性和抗疲劳性能：对于在一定条件下工作的模具钢，为了提高耐磨性，需要在硬度高的基体上均匀分布有大量细小硬的碳化物，在相同硬度下，提高钢的性能是模具在交变应力条件下产生的疲劳破坏，如模具长期使用有8刮痕凹槽等。（4）应具有较好的冷、热加工工艺性：钢材的加工性能包括可锻性、可加工性、淬透性、淬硬性较小的脱碳敏感性和较小变形倾向等，以方便模具的加工，易于成形及防止热处理后变形等。3.2.2材料的选择原则（1）要选择满足模具零件工作要求的最佳综合性能的材料（2）要针对模具失效形式选用钢材：钢材的失效是影响模具寿命的主要因素包括：1）为防模具开裂，要选用韧性好的材料2）为防磨损，应选用合金元素高的材料3）对于大型冲模应选用淬透性好的材料4）为保持钢材硬度能力，要选用耐回火性高的含铬、钼合金钢5）为防热处理变形，对于形杂的零件应选用含碳量高、淬透性好的高金材料.（3）要根据制品批量大小，以最低的成本的选材原则选用:对于需冲压数量较多模具，一般采用优质合金钢，而数量少的则采用碳素钢，以降低成本。（4）要根据冲模零件的作用选择：凸、凹模具应选用优质的钢材制作，对于数量不多或厚度不大的可采用有色金属或黑色金属。而对于支撑板、卸料零件、导向件应选用一般钢材。（5）要根据冲模精密程度选用：在制造小型精密模具而又复杂时可选用优质合金钢制作，而对于比较简单，形状、精度有要求不高的模具应选用比较便宜的碳钢或低合金钢。3.3冲裁件的精度和粗糙度冲裁件内型的经济精度不高于GB1800-79IT11级。一般要求落料件精度最好低于IT10级，冲孔件最好低于IT9级。本设计采用IT14级，具体尺寸公差值可参考表3.18。表3.1冲裁件外型与内孔尺寸公差mm9冲模型号材料厚度零件尺寸0.20.50.5112244610105050150普通冲裁模1503000.200.300.500.701.00注：表中分子为外形的公差值，分母为内孔的公差值。普通冲裁模指模具工作、导向部分零件按IT8级精度制造，高级冲模按IT7级精度制造。冲裁件的粗糙度一般在R12.5以上，具体数值见表3.28a表3.2一般冲裁件间断面的近似粗糙度材料厚度（mm）112233445粗糙度（R）a3.26.312.525503.4冲裁件的工艺性分析图2.1为该冲件的零件图，从该零件得结构特点分析，主要工序由冲孔、弯曲成形及其外形冲裁切割等组成，根据工艺分析与排样设计中对冲件的尺寸分类及其处理原则，必须确保关键尺寸，满足主要尺寸，兼顾一般尺寸。冲裁件孔的最小尺寸，冲裁件上孔的尺寸受到凸模强度的限制，不能太小，冲孔的最小尺寸见表3.32。表3.3冲孔的最小尺寸05.125.06.810.3.8.1.22.85.12.04.16.030.4.10自由凸模具冲孔精密导向凸模冲孔材料圆形矩形圆形矩形硬钢1.5t1.0t0.5t0.4t软钢及黄铜1.0t0.7t0.35t0.3t铝0.8t0.7t0.3t0.28t酚醛层压板0.4t0.35t0.3t0.25t注：t为材料厚度（mm）最小孔距、孔边距，冲裁件的孔与孔之间，孔与边缘之间的距离a不能太小，否则模具强度不够或使冲裁件变形，一般取a2t(t为料厚)。冲件的弯曲处高度尺寸虽不大，但弯曲直角有垂直度要求，所以在进行模具成形部位的结构设计时，必须充分考虑合理采用减小回弹的工艺措施，以达到冲件的技术要求。该零件的该零件的结构、尺寸、精度和材料均符合冲裁工艺性要求，相对弯曲半径r/t=0.25/0.5=0.5603-表中a，值仅适用钳工加工。电火花加工时：a=（复杂模具取小值），02=。带斜度装置5的线切割时=.1347.2.2凹模外形尺寸凹模外形尺寸，一般按照经验方法确定。其经验公式为凹模厚度：H=kb(H15mm)式中k系数，其值见表7.2；b最大孔口尺寸（mm）。凹模壁厚：c=（1.52）H，c3040mm。表7.2系数k的取值5料厚tb0.512332000.100.120.150.180.22本设计中k取0.3，最大孔口尺寸为20mm，所以H=kb=0.3x20=6mm但由于通常H的值取H15mm，所以，在这里取H=15mm。7.2.3凹模的刃口与边缘，刃口与刃口之间的距离的选取凹模刃口与边缘、刃口与刃口之间的距离按照一定的标准，其标准见表7.3本设计均符合此要求。表7.3a的标准尺寸7mm料厚料宽682.74，所以压力得以校核。9.4.2滑块行程滑块行程应保证坯料能顺利地放入模具和冲压能顺利地从模具中取出。这里只是材料的厚度t=4，导料板的厚度H=12及凸模冲入凹模的最大深度14，即S1=4+12+14=30S=130，所以得以校核。9.4.3行和次数行程次数为45/min.因为生产批量为中批量，又是手工送料，不能太快，因此是得以校核。9.4.4工作台面的尺寸根据下模座LXB=2500X2000，且每边留出60100，即L1XB1=1560X1000，而压力机的工作台面L2XB2=800X540，冲压件和废料从下模漏出，漏料尺寸95X50，而压力机的孔尺寸为360X23，故符合要求，得以校核。9.4.5滑块模柄孔尺寸滑块上模柄孔的直径为60，模柄孔深度为80，而所选的模柄夹持部分直径为60，长度为70故符合要求，得以校核。9.4.6闭合高度由压力机型号知Hmax=380M=90H1=100Hmin=HmaxM=380-90=290(M为闭合高度调节量/mm，H1为垫板厚度/mm)43由式(1-24):(HmaxH1)-5H(HminH1)+10，得(380100)-5262(290100)+10即275262200，所以所选压力机合适，即压力机得以校核。4410模具的装配模具的装配是指将组成模具的各已经加工好的非标准零件和所有标准零件，以一定的装配顺序和方法，经协调加工，组装成一个满足使用要求的整体。模具的装配是模具制造过程中的重要工序，它直接影响工件的冲压质量、模具的使用和寿命。本模具为冲孔落料级进模其装配一般按下面的步骤进行：（1）装配压入式模柄，垂直上模座端面，装后同磨大端面齐平。（2）将拉深凸模装在下模座上，并相对下模座底面垂直。同磨端面平齐后，作止动螺钉孔，并安装止动螺钉。（3）以顶件块定心，将凹模装在下模座上，经调整与冲孔凸模同轴后，用平行夹板夹紧，做螺钉孔和销钉，并拧紧螺钉，配入适当过盈的定位销。（4）将凸凹模装在固定板上，并保持垂直，同磨大的；端面齐平。（5）用平行夹板将上凸凹模的固定板与上模座加紧后合模，使导柱缓慢进入导套。在凸凹模的外圆对正凹模后，配作螺钉和和螺钉过孔，并拧入螺钉但不要太紧。用轻轻敲打固定板的方法进行细致的调整，待凸凹模和凹模的间隙均匀后，配作凸凹模固定板和上模座的销孔，并配入相应过盈量的销钉。（6）加工顶件块时，外圆按凹模的孔实配，内孔按拉深凸模的外圆实配，保持要求的间隙。装配后，顶件块的顶面须高于凹模而冲孔凸模的顶面,1.0m不得高于凹模。（7）安装固定挡料销和卸料板，按凹模板上的孔套在凸凹模外圆上应于凹模中心保持一致。在用平行夹板夹紧的情况下，按凹模上的螺孔引作卸料板上的螺钉过孔，并以螺钉固紧，其他零件的装配均符合要求后打标记。4511模具的检验与验收11.1模具检验的作用及内容在模具制造中，模具零件的检验与模具装配试模后的验收是模具加工过程中的重要工艺环节。模具零件加工及装配质量好坏，对模具的使用寿命有着较大的影响。加强模具装配后及模具零件加工各工序间质量检验，是确保模具质量的重要手段。因此，模具生产单位在生产过程中，要健全模具零件及模具装配前后的检验与验收制度。即根据本厂产品要求和工艺水平，编制切合实际的质量检验规程。实行以检验人员专职检验与生产工人自检互检相互结合的检验方法，严格按图样技术条件和有关工艺文件进行必要的检查。在检验中，除了进行工序间的检验和装配后的验收外，还加强各工序实际操作的检查，以督促执行工艺规定，防止废品的产生。模具的检验与验收，和设计、制造一样是模具制造中不可分割的部分，在模具生产中起着积极的作用，是满足现代模具制造业发展的需要。同时，在检测技术对于模具制造质量的提高、延长模具的寿命和能生产出高效、优质制品零件，有着十分重要的意义。11.2模具的检测方法模具的检测方法如表11.1表11.1检测方法检测方法检测说明特点平台检测法平台检测法是在检验台上利用某些通用量具和辅助测量具，对模具零件检测，是一种最普遍使用的检测方法，它主要用来几种形状比较简单的零件或样板，可以得到较高的测量精度。1.采用的是通用工具，其量具简单、设备成本低、对周围环境无特殊要求，检测范围较低。2.量精度主要取决于平台极其使用的测量工具精度和方法。3.测量速度慢，误差需经分46析计算，较复杂。仪器检测法仪器测量法是使用二维尺寸测量仪进行平面测量或采用三维尺寸测量仪对复杂型面尺寸精度曲线测量，测量方法直接，并直接读取误差。1.测量精度高，多为对零件直接测量，误差计算方法简单，有的可直接读取读数。2.工件一般不需夹紧，检测速度快，但仪表投资大，成本高，而且检测受环境影响大。47结论我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国民经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精密、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。一些低档次的简单冲模，已趋供过于求，市场竞争激烈。近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具国内也能生产了。精度达1-2，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到Ra1.5m的精冲模，大尺寸（300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。本文根据自己设计的零件图设计出可以使该零件批量生产的模具。本设计采用级进模具冲制该零件，由于零件形状相对较复杂，若使用复合模具进行冲制，将给模具的设计和制造带来很大的困难，也很难保证模具的强度和刚度，因此本设计采用了级进模具的冲制方案，经过冲孔、落料、拉伸得到所冲制的零件。本次设计基本达到了预先的要求，绘制出了模具装配图、零件图、清楚的表达了模具内部结构和模具的装配关系，通过本次设计，对级进模加深了理解，但是，在这其中也有很多不足之处。首先，因为本人接触模具时间较短，缺乏经验，其次，都许多机械零部件的加工过程的认识欠缺，所以难免有些数据有误，或者难以加工。还有对凸、凹模的长度确定方面还有不够全面的认识，