转向管柱转轴支架模具毕业设计

安徽工程大学机电学院本科毕业设计（论文）专业材料成型及控制工程题目转向管柱转轴支架模具设计作者姓名导师及职称副教授导师所在单位机械与汽车工程学院年月日安徽工程大学机电学院本科毕业设计（论文）任务书2011届机械与汽车工程学院材料成型与控制工程专业学生姓名毕业设计（论文）题目中文转向管柱转轴支架模具设计英文MOLDDESIGNOFBRACKETSTEERAXIS原始资料1汽车钣金数模如下图，（材质ST13，T15）隶属于仪表板骨架安装总成。2李建军，李德群主编模具设计基础及模具CADM机械工业出版社，20053邓明等编著现代模具制造技术M化学工业出版社，2005毕业设计（论文）任务内容1、课题研究的意义汽车钣金结构复杂，该件使学生能比较好的了解简单的汽车覆盖件的成型工艺及工艺要求，熟悉冷冲模具设计工艺，训练学生的机械设计能力。可使学生掌握简单的钣金的模具设计。2、本课题研究的主要内容研究该汽车覆盖件的的成型工艺，并对该工艺的可行性进行分析，然后根据分析的可行性工艺设计出适合该覆盖件的冲压模具。其中包括绘制模具的总装图，重要模具零件的工程图等。3、提交的成果（1）毕业设计（论文）正文；（2）上下模的模具图、重要部品零件的设计图纸和模具的总装图。（3）至少一篇引用的外文文献及其译文；（4）附不少于10篇主要参考文献的题录及摘要。指导教师（签字）教研室主任（签字）批准日期接受任务书日期完成日期接受任务书学生（签字）安徽工程大学机电学院毕业设计（论文）I转向管柱转轴支架的模具设计摘要转向管柱转轴支架属于汽车覆盖件，该件能比较好的了解简单的汽车覆盖件的成型工艺及工艺要求，熟悉冷冲模具设计工艺，训练机械设计能力。可掌握简单的钣金的模具设计。本次设计先进行成形件的工艺分析，然后根据工艺分析设计模具，模具设计主要有三部分内容，一部分是落料模的设计，一部分是成形模的设计，最后一部分是成型模的设计，成形完成的工序为弯曲和翻边，在同一副模具上同时完成，设计重点就在于上下模形状的设计，它的设计是比较有特色的，同时实现弯曲和翻边。在完成模具的设计后绘制模具的总装图，重要模具零件的工程图等。本次设计的三套摸具均为单工序模具。第一套落料模具，其卸料方式为弹性卸料；模架中间为导柱、导套型。落料模的设计主要解决了以下问题工艺计算，落料凸、凹模设计，各种标准件的选用，冲压设备的选择。成型模的零件大多为非标准件，重点也是难点在于上、下模的设计。冲孔摸同落料模的设计思路基本相同。本设计可增强对冲压模的认识，并更好的将理论知识过渡到实际应用中。关键词落料；弯曲；成形；冲孔IIMOLDDESIGNOFBRACKETSTEERAXISABSTRACTBRACKETSTEERAXISBELONGTOAUTOMOBILECOVERPARTS,THISTHINGCANBETTERUNDERSTANDSIMPLEAUTOMOTIVECOVERINGMOLDINGPROCESSANDTHETECHNOLOGICALREQUIREMENT,LETSFAMILIARWITHCOLDMOULDDESIGNPROCESSANDTRAININGRUSHMECHANICALDESIGNABILITYLETSGRASPTHESIMPLESHEETMETALMOULDDESIGNTHISDESIGNTOTHICKNESSTHEPROCESSANALYSIS,ANDTHENACCORDINGTOPROCESSANALYSISANDDESIGNMOULD,MOULDDESIGNMAINLYHASTHREEPARTS,PARTBLANKINGMOULDDESIGNFORTHEPARTISFORMING,MOULDDESIGNFORTHEFINALPARTISMOLDING,MOULDDESIGNFORTHECOMPLETEPROCESS,FORMINGFORBENDINGANDFLANGING,INTHESAMEVICEMOLDTOFINISHATTHESAMETIME,THEFOCALPOINTOFDESIGNLIESINTHEDESIGNOFUPPERMODELSHAPE,ITSDESIGNISMORECHARACTERISTICSANDACHIEVEBENDINGANDFLANGINGUPONCOMPLETIONOFMOLDDESIGNANDDRAWINGDIEAFTERTHEASSEMBLYFIGURE,IMPORTANTPARTSOFTHEENGINEERINGGRAPHICSMOULDETCTHEDESIGNOFTHREESETSOFTOUCHWITHALLSINGLEOPERATIONDIESTHEFIRSTSETOFBLANKINGMOLD,ITSUNLOADINGWAYASTHEELASTICUNLOADINGFORMWORKFORGUIDINGPOLE,LEADAMONGSUITEBLANKINGMOULDDESIGNFORTHEMAINTOSOLVETHEFOLLOWINGPROBLEMSPROCESSCALCULATION,BLANKINGCONVEX,CONCAVEDIEDESIGN,SELECTIONOFVARIOUSSTANDARD,STAMPINGEQUIPMENTCHOICEFORMIUGMOULDPARTSMOSTLYFORTHENONSTANDARDFASTENERS,KEYISALSOTHEDIFFICULTYUPPERANDLOWERDIEDESIGNPUNCHINGTOUCHWITHBLANKINGMOLDDESIGNIDEASBASICALLYISSAMETHISDESIGNCANENHANCETHEUNDERSTANDINGOFSTAMPINGDIES,ANDBETTERWILLTHEORYKNOWLEDGETRANSITIONINTOTHEPRACTICALAPPLICATIONKEYWORDSCUTTING,BENDING,FORMING,PUNCHING安徽工程大学机电学院毕业设计（论文）III目录摘要IABSTRACTII插图清单V查表清单VI引言1第1章绪论211课题研究的意义及内容212冲压的概念、特点及应用213冲压的基本工序及模具类型314冲压技术的现状及发展方向315CAD软件介绍6第2章成形工艺分析和工艺方案的确定821冲模设计与制造的程序822零件的工艺分析823零件展开计算及排样设计924确定工艺方案及模具的结构形式1125小结11第3章落料模的设计1231模具结构型式的确定1232冲压力的计算1233确定模具的压力中心1434冲模闭合高度的确定1535凸、凹模刃口设计1636落料凹模的结构设计1837定位零件的设计1938标准模架的选择2039模座22310固定零件22311导柱和导套23312卸料和压料零件的设计25313冲压设备的选择25314模具的装配25315小结26第4章冲压成形模具的设计2841工艺计算2842模具结构型式2943模具闭合高度的确定3044上、下模设计3145卸料螺钉的选择33IV46模架的选择3347导柱导套的选择3448下模板3549模柄35410紧固零件36411定位零件36412模具的装配37413小结37第5章冲孔模的设计3851模具结构型式的确定3852冲压力的计算3953冲模闭合高度的确定4054凸、凹模刃口设计4155冲孔凸模的结构设计4256定位零件的设计4457标准模架的选择4458模座4559固定零件45510导柱和导套47511卸料和压料零件的设计48512冲压设备的选择49513模具的装配49514小结51结论与展望52致谢54参考文献55附录A外文文献及其译文56附录B主要参考文献摘要70安徽工程大学机电学院毕业设计（论文）V插图清单VI查表清单安徽工程大学机电学院毕业设计（论文）1引言毕业设计不仅是大学四年所学知识的总结，也是我们能力的一次考验，这对我们以后的工作有很大的帮助。我这次的课题是仪表安装支架7模具设计，本次毕业设计的主要目的是巩固平时学习的理论知识，加深对模具设计方面知识的理解，独立系统地完成一项设计工作，熟悉模具设计的一般步骤，熟悉相关设计规范、手册及标准，以及把所学的知识和现实实际有机合理的联系起来。冷冲模是冲压加工工艺的装备之一，被广泛地运用在汽车、飞机、电机、仪表以及在国防工业中。冲压工艺具有生产效率高、生产成本低、材料利用率高、能成形复杂零件，适合大批量生产的优点，在某些领域已取代机械加工，并正逐步扩大其工艺范围。因此，冲压技术对发展生产、增强效率、更新产品等方面具有重要的作用。但同时，冲压技术的推广受到投入成本低，模具成本高，不适应中小生产规模的特点。但是总的说来，随着我国经济实力的进一步加强，模具行业，包括冷压模一定会得到更普及地应用。随着冲压工艺的广泛应用于国民经济中，再加上随着数控技术和机械CAD/CAM的发展，冷冲模的发展和迅速。它以生产率高、成本相对低廉被广泛应用。外国的冲压模发展水平相当高，无论是设计还是制造，都达到较高的水平。以精确的定位，合理的工艺，连续加工精度很高的薄臂零件。而国内模具行业的起步较晚，基本上以单模为主，因此，加工精度够高。冷冲模的设计包括冲裁模设计、弯曲模设计、拉伸、胀形等模具的设计。冷冲模的设计也用到材料学、机械设计、工程材料、特种加工等方面的知识。因此它是一门综合性很强的学科。经过了一个多月的学习，设计，绘图，我学会了冲裁的机理，冲压的基本理论；理解了冲裁力，卸料力等工艺参数的确定；熟悉了冲裁模的结构，内部的结构零件及其设计的控制点；同时对于弯曲模、冲孔模、拉深模、落料模的结构能够熟悉了解。杨昌文转向管柱转轴支架的模具设计2第1章绪论11课题研究的意义及内容意义汽车钣金结构复杂，该件使学生能比较好的了解简单的汽车覆盖件的成型工艺及工艺要求，熟悉冷冲模具设计工艺，训练学生的机械设计能力。可使学生掌握简单的钣金的模具设计。内容研究该汽车覆盖件的的成型工艺，并对该工艺的可行性进行分析，然后根据分析的可行性工艺设计出适合该覆盖件的冲压模具。其中包括绘制模具的总装图，重要模具零件的工程图等。12冲压的概念、特点及应用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，使其产生分离或塑形变形，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（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，他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加工方法相比，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特点。主要表现如下。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完成加工，普通压力机的行程次数每分钟可大次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。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，所以冲压的量稳定，互换性好，具有“一模一样”的特征。冲压可加工出尺寸范围较大、形状叫复杂的零件，如小到钟表的秒表，达到汽车纵梁、覆盖件等，加工冲件时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。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业性，有时一个复杂的零件需要数套模具才能加工成型，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术模密集形产品。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安徽工程大学机电学院毕业设计（论文）3相当大，少则60以上，多则90以上。不少过去的锻造、铸造和切削加工的方法制造的零件，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都是难以实现的。13冲压的基本工序及模具类型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，可分为分离工序和形成工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得的一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；形成工序是指是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以分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序好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以达到要求。这是在工艺上采用的方案，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，又可将其分为一下3类。复合冲压在压力机的一次工作行程中,在模具的同一个工位上同时完成两种以上不同单一工序的一种组合方式。级进冲压在压力机的一次行程中,按照一定的顺序在同一模具的不同工位上同时完成两种或两种以上的简单工序的冲压方法。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。冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁摸、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。但不论何种类型的冲模，都可以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。14冲压技术的现状及发展方向随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新和发展。其主要表现和发展方向如下1冲压成形理论及冲压工艺方面冲压成形理论是提高冲压技术的基础。目前，国内外对冲压成形理论的研究非常重视，在材料冲压性能研究、冲压成形过程应力应变分析、板料变形规律及坯料与模具之间相互作用研究等方面均取得了较大的进展。特别是随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善，今年国内外已经开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术，即利用元（FEM）等有值分析方法模拟金属的塑性成形过程，根据分析结果，设计人员可预测某一方案成形的可行性及可能出现的质量问题，并通过计算机上选择相关才参数，可实现工艺模具的优化设计。4既节省了昂贵的试模费用，也缩短了制模具周期。研究能提高生产率及产品质量、降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种冲压新工艺，冲压技术的发展方向之一。目前，国内外相继涌现出精密冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺及无模多点成形工艺等精密、高效、经济的冲压新工艺。其中，精密冲裁是提高冲裁件质量的有效方法，它扩大了冲压加工范围，精密冲裁加工零件的厚度可达25MM，可达IT1617级；用液体、橡胶、聚氨酯等作柔性凸模或凹模的软模成型工艺，能加工出用普通加工方法难以加工的材料和复杂形状的零件，在特定生产条件下具有明显的经济效果；采用爆炸等高能效成形方法对于加工各种尺寸大、形状复杂、批量小、强度高和精度要求较高的板料零件，具有很重要的实用意义；利用金属材料的超塑成形，用一次成形代替多种普通的冲压成形工序，这对于加工形状复杂和大型板料零件具有突出的优越性；无模点成型工序是高度可调的凸模群体代替传统磨具进行板料曲面成形的一种先进技术，我国自己设计制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备，解决了多点压力机成刑法，从而可随意改变变形路径与受力状态，提高了材料的成形极限，同时利用反复成型技术可消除材料内残余应力，实现无弹回成形。无模多点成形系统以CAD/CAE/CAM技术为主要手段，能快速经济实现三围曲面的自动化成形。冲模是实现冲压生产的基本条件。在冲模的设计制造上，目前正朝着以下两方面发展，为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需要，冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向发展，与此相比适应的新型模具材料及其热处理技术，各种高效、精密、数控化的模具加工机床和检测设备以及模具CAD/CAM技术也在迅速发展；另一方面，为了适应产品更新换代和试制或小批量生产的需要，4基合金冲模，聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展。精密、高效的多工位及多功能级进模和大型复杂的汽车覆盖件冲模代表了现代冲模的技术水平。目前，50个工位以上的级进模进距精度可达到2微米，多功能级进模不仅可以完成冲压全过程，还可以完成焊接、装配等工序。我国已能自行设计制造出达到国际水平的精度大25微米，总寿命达一亿次。我国主要汽车模企业，已能生产成套轿车模具，在设计制造方法、手段方面已基本达到了国际水平，在制造方法、手段方面已基本达到了国际水平，模具结构、功能方面也接近国际水平，但在制造质量、精度、制造周期和成本方面与相比还存在一定差距。模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正在不断向传统制造技术渗透、交叉、融合形成了模具制造技术。其中高速铣削加工、电火花铣削加工、慢走丝切割加工、精度磨削及抛光技术、数控测量等代表了现代冲模制造的技术水平。高速铣削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面质量（主轴转速一般为1500040000R/MIN），加工精度一般可达10微米，最好的表面粗糙度RA1微米），而且与传统切削加工相比具有温度低（工件只升高3摄氏度）、切削力小，因而可加工热敏材料和刚性差的零件，合理选择刀具和切削用量还可以实现硬材料（60HRC）加工；电火花铣削加工（又称电火花创成加工）是以高速旋转的简单管状电极作三维或3轮廓加工（像数控铣一样），因此不再需要制造昂贵的成形电极，如日本三菱公司生产的EDSCAN8E电火花铣削加工机床，配置有电极损耗自动补偿、CAD/CAE集成系统、在线自动测量系统和动态仿真系统，体现了当今电火花加安徽工程大学机电学院毕业设计（论文）5工机床的技术水平；慢走丝线切割技术的发展水平已相当高，功能也相当完善，自动化程度已达到无人看管运行的程度，目前切割速度已达到300MM/MIN，加工精度可达15微米，表面积粗糙度达RA0102微米；精度磨削及抛光已开始使用数控成型磨床、数控光学磨床、数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光等先进设备和技术；模具加工过程中的检测技术也取得了很大的发展，现在三坐标测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外，其良好的温度补偿装置、可靠的抗震保护能力、严密的除尘措施及简单操作步骤，使得现场自动化检测成为可能。此外，激光快速成形技术（RPM）与树脂浇注技术在快速经济制模技术中取得成功的应用。利用RPM技术快速成形三维原型后，通过陶瓷精铸、电弧涂喷、消失模、熔模等技术可快速制造各种成型模。如清华大学开发研制的“MRPMS型多功能快速原型制造系统”是我国自主只是产权的世界唯一拥有两种快速成型工艺（分层实体制造SSM和熔融挤压成形MEM）的系统，它基于“模块化技术集成”之概念而设计和制造，具有较好的价格性能比。一汽模具制造公司在以CAM/CAD加工主模型为基础，采用瑞士汽巴精化的高强度树脂浇注成形的树脂冲模应用国产轿车试制和小批量生产开辟了新的途径。2冲压设备和冲压生产自动化方面性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件，高精度、高寿命、高效率的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备相匹配。为了大批量高速产生产的需要，目前冲压设备也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多功能、高速和数控方向发展，加之机械乃至机器人的大量使用，使冲压件生产效率得到大幅度提高，各式各样的冲压自动线和高速自动压力机纷纷投入那个使用。如在数控四边折弯机中送入板料毛坯后，在计算机程序控制下可一次完成四次弯曲，从而大幅度提高精度和生产率；在高速自动压力机上冲压电机定转子冲片时，一分钟可冲几百片，并能自动叠成定、转子铁芯，生产效率比普通压力机提高几十倍，材料利用率高达97；公称压力为250KN的高速压力机的滑块行程次数已达2000次/MIN以上。在多功能压力机方面，日本丰田公司生产的2000KN“冲压中心”采用CNC控制，只需5MIN时间就可完成自动换模、换料和调整工艺参数等工作；美国惠特尼公司生产的CNC金属板料加工中心，在相同的时间内，加工冲压件的数量为普通压力机的410倍，并能进行冲孔、分段冲裁、弯曲和拉深多种作业。近年来，为了适应市场的激烈竞争，对产品质量的要求越来越高，且跟新换代的周期大为缩短。冲压生产为适应这一新的要求，开发了多种适合不同批量生产的工艺、设备和模具。其中，无需设计专用模具、性能先进的转塔数控多工位压力机、激光切割和成型机、CNC万能折弯机等新设备已投入使用。特别是近几年来在国外已经发展起来、国内亦开始使用的冲压柔性制造单元（FMC）和冲压柔性制造系统（FMS）代表了冲压生产新的发展趋势。FMS系统以数控冲压设备为主体，包括板料、模具、冲压件分类存放系统、自动上料与下料系统，生产过程完全由计算机控制，车间实现24小时控制生产。同时，根据不同使用要求，可以完成各种冲压工序，甚至焊接、装配等工序，更换新产品方便迅速，冲压件精度也高。3冲压标准化及专业化生产方面模具的标准化及专业生产，已得到模具行业和广泛重视。因为冲模属于单件小批量生产，冲模零件既具有一定的复杂性和精密性，又具有一定的结构典型性。因此，只有实现冲模的标准化，才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化、6商品化，从而降低模具的成本，提高模具的质量和缩短制造周期。目前，国外先进工业国家模具标准化生产程度已达到7080，模具厂只需要设计制造工作零件，大部分模具零件均从标准件工厂购买，使生产率大幅度提高。模具制造厂专业化程度越不定期越高，分工越来越细，如目前有模架厂、顶杆厂、热处理厂等，甚至某些模具厂不仅专业化制造某类产品的冲裁模和弯曲模，这样更有利于制造水平的提高和制造周期的缩短。我国冲模标准化与专业化生产近年来也有较大发展，出反映在标准件专业化生产厂家有较多增加外，标准件品种也有扩展，精度亦有提高。但总体情况还满足不了模具工业发展的要求，主要体现在标准化程度还不高（一般在40以下），标准件的品种和规格较少，大多数标准件厂家未形成规模化生产，标准价质量也还存在较多问题。另外，标准件生产的销售、供货、服务等都还有待于进一步提高。15CAD软件介绍计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术是近年来工程技术领域中发展最迅速、最引人注目的一项高级技术，它已成为工业生产现代化的重要标志。它对加速工程和产品的开发、缩短产品设计制造周期、提高产品质量、降低成本、增强企业市场竞争能力与创新能力发挥着重要作用。它的应用及发展正因其一场产品工程设计与制造深刻的技术革命，并对产品结构、产业结构、企业结构、管理结构、生产方式以及人才知识结构方面带来巨大影响。在国内，一提及CAD软件绝大多数的人都会想到AUTOCAD，AUTOCAD系列软件是美国AUTODESK公司开发的系列图形设计软件之一，从最早的20版到以后的R13、R14、2000直至如今2009版，AUTOCAD的产品在国内的市场上走过了十几年的历程了。AUTOCAD软件最早是针对二维设计绘图而开发的，随着其产品的日益成熟，在二维绘图领域该软件已经比较的完善，而且随着产品设计的发展需要，越来越多的产品设计已经不再停留在二维的设计领域，正在越来越多的朝着三维的产品设计发展，而且随着版本的不断更新三维设计的部分也在越来越多的发展，由于该软件开发中的自身原因，使得该软件存在一些不足之处。但是由于该软件进入国内市场较早，价格较便宜，对使用的微机要求较低，使用比较简单，因此使用者比较多，该软件为中国的CAD软件发展还是起到了一定的贡献。UG是一款著名的三维设计软件，由UNIGRAPHICSSOLUTIONS公司开发。UGS公司是全球著名的MCAD供应商,主要为汽车与交通、航空航天、日用消费品、通用机械以及电子工业等领域通过其虚拟产品开发VPD的理念提供多级化的、集成的、企业级的包括软件产品与服务在内的完整的MCAD解决方案。UG在航空航天、汽车、通用机械、工业设备、医疗器械以及其它高科技应用领域的机械设计和模具加工自动化的市场上得到了广泛的应用。UG的主要特点有建模的灵活性；2、协同化装配建模；3、直观的二维绘图；4、被业界证实的数控加工；5、领先的钣金件制造；6、集成的数字分析；7、广泛的用户开发工具；8、内嵌的工程电子表格；9、照片真实效果渲染；10、可分阶段实施的数据管理。小结本章介绍了了本次毕业课题研究的意义与内容，冲压的概念、特点安徽工程大学机电学院毕业设计（论文）7及应用，冲压的基本工序及模具类型，冲压技术的现状及发展方向，CAD软件的介绍。整个毕业设计过程的顺利进行都是建立在这些基础知识之上的，因此对这些基本知识的了解对后面的研究工作是有重要意义的。8第2章成形工艺分析和工艺方案的确定21冲模设计与制造的程序由于国内目前正处在市场经济的管理体制与生产组织形式正在逐步改革和健全过程之中，故目前国内对冲模设计与制造的程序，尚无固定的标准模式，但整个过程大致可分为如下七个阶段1冲压设计。提供冲件图及技术要求；2编制冲压工艺文件。包括冲压工艺卡、冲压工艺手则、工序质量分析表、工序质量控制图等；3冲模设计。复合工艺要求，结构合理，制造容易的整套冲模图纸；4冲模制造。按冲模图纸制造的冲模，其零件全部合格且冲出件符合冲件图要求，冲模经验合格证，方可交付使用；5试模验证。新冲模须经冲件设计，冲压工艺编制人员、冲模设计者、使用单位、专职检验员、安全员等有关人员共同参加，进行试模考核与验证，合格后方可算验证通过。6投产使用试模验证。新冲模交付使用必须有冲模验证单等随行文本。并要在使用过程做投产、维修、出现与解决的问题等记录工作。7维修保管。每次使用完成，必须将最后冲制的样件拴在模具上，同上述填写好的技术档案及有关记录一并送检后入库。需要修理至合格后方可入库保管备用。22零件的工艺分析一零件材料分析工件的材料为ST13，属结构钢。ST13的主要化学成分（）为C008；MN045；P0030；S00255；AL0020。材料的屈服强度和抗拉强度由表21查得为屈服强度250MPA；抗拉强度为270MPA370MPA；延伸率为不小于32；硬度57HRB洛氏硬度；为冲压级冷轧薄板钢。二零件结构分析此工件有落料、冲孔、弯曲、翻边等工序，材料具有良好的冲压性能，适合冲压。根据冲裁要求，冲裁件内形与外形的转角处要以圆弧过渡，以便于模具加工，减少冲裁时尖角处的崩刃和过快磨损。表21冲裁最小圆角半径表1零件种类黄铜、铝合金铜软钢备注落料交角90018T035T025T025交角05冲孔交角9002T045T03T03交角06安徽工程大学机电学院毕业设计（论文）9根据上表，选取工件边缘R35的圆弧过渡。三零件的结构分析如图21所示。材料ST13，零件厚度15MM，模具精度普通。安装孔直径为121MM。该零件冲压加工经济性良好。图21转向管柱转轴支架从零件图分析，该冲压件采用15MM的ST13钢板冲压而成，可保证足够的刚度与强度。由所给工程图可知，零件外形尺寸无公差要求顶部弯曲部分圆角半径5RMM，相对圆角半径R/T为42，远大于一般钢材的最小弯曲半径值，因此可以弯曲成型。小孔在顶部平面上，但孔径没有公差配合。零件图上没有注明尺寸，属自由尺寸，可按经济级别IT12来确定工件尺寸的公差。该零件整体尺寸偏小，模具精度为普通，形状复杂，其他加工方法很难加工，而且尺寸要求不高，主要是轮廓成型问题，而且产量也大，因此可以用冲压方法生产。23零件展开计算及排样设计一零件展开件尺寸计算该工件为汽车转向管柱转轴支架，形状比较复杂，具有较多不规则线条，为小型件，最大展开尺寸为3969MM。工件展开时，板料上有一孔，孔径为121MM。展开图及其尺寸如下图22零件展开图从零件展开图分析，该冲压件采用15MM的ST13钢板冲压而成，可保证足10够的刚度与强度。零件外形尺寸无公差要求，零件中间有一小孔，孔径无公差配合。零件图上没有标注尺寸，属自由尺寸，可按经济级别IT12来确定工件尺寸的公差。二确定其搭边值考虑到成型范围，应考虑以下因素1）材料的机械性能软件、脆件搭边值取大一些，硬材料的搭边值可取小一些。2）冲件的形状尺寸冲件的形状复杂或尺寸较大时，搭边值大一些。3）材料的厚度厚材料的搭边值要大一些。4）材料及挡料方式用手工送料，且有侧压装置的搭边值可以小一些，用侧刃定距的搭边值要小一些。5）卸料方式弹性卸料比刚性卸料的搭边值要小一些。综上所述，根据冲模设计手册确定其搭边值两工件间的最小搭边值A15MM，工件侧面最小搭边值A118MM。三排样方式和材料利用率（该部分主要用于冲压成形坯料部分）在冲压零件的成本中，材料费用占60以上，因此材料的经济利用是一个重要问题。冲裁件在板料上的布置叫排样。合理排样，充分利用材料具有重大的意义。如下图所示排样一排样二图23排样图安徽工程大学机电学院毕业设计（论文）11材料利用率1001SBNA总式中1A一个步距内冲裁件的实际面积（2MM）；B一调料宽度（MM）；S一步距（MM）；N一一张板料（或带料、调料）上冲裁件的总数目；L一板料长度（MM）。经计算排样一的材料利用率为82排样二的材料利用率为77。显然，排样一的材料利用率比排样二高，故我们采用排样一的方式。24确定工艺方案及模具的结构形式（1）根据工件的形状，尺寸精度及表面粗糙度要求，可知冲裁模各工序的精度能满足，可以使用冷冲进行零件加工，且冷冲压工序包括冲孔，落料，弯曲，同时弯曲时有部分整形。（2）工序顺序，由于该工件的特点，可以采用下列工序落料、冲孔、弯曲加局部整形。根据以上工序，可以作出以下工艺方案方案一落料、冲孔、弯曲（加局部整形）。分别采用单工序模生产。方案二落料冲孔采用复合模生产。弯曲（局部整形）采用单工序模生产。方案三落料冲孔采用级进模生产。弯曲（局部整形）采用单工序模生产。对以上三种方案进行比较，可以看出方案一，分别在三副模具中冲压，有利于降低冲裁力和提高模具寿命，同时模具结构比较简单，操作也较方便。但是，生产率低。方案二，落料、冲孔只需一副模具，冲压件的形位精度和尺寸精度容易保证，且生产率也高。但是模具结构较方案一复杂，模具制造也困难。方案三，落料、冲孔也只需一副模具，生产率也很高，但零件的冲压精度稍差。欲保证冲压件的形位精度，需要在模具上设置导柱、导套，故模具制造、安装较复合模复杂。但是由于该零件中冲孔位置距离弯曲位置（距119MM）太近，若先冲孔然后弯曲容易使圆孔在弯曲的过程中发生变形，故只能采用落料、弯曲（加局部整形）、冲孔的单工序模进行生产。25小结本章主要对零件进行了成形工艺性分析，并对零件展开件进行分析和排样设计，最后对模具设计制定了可靠的工艺方案及模具结构形式。这对后面的模具设计起到了一个铺垫作用。杨昌文转向管柱转轴支架的模具设计12第3章落料模的设计31模具结构型式的确定通过工艺分析，由选定的最佳工艺方案确定我们选定的单工序的落料模进行落料。（1）操作与定位方式，零件的生产批量不是很大，但合理安排生产可用手工送料方式，不仅能够达到批量要求，且能降低模具成本，因此采用手工送料方式，考虑零件厚度较薄，为了便于操作和保证零件精度，采用螺钉和销钉的定位方式。（2）卸料与出件方式。考虑零件厚度较薄，采用弹性卸料方式，为了便于操作，提高生产率，冲件和废料采用由凸模直接从凹模腔中推出的出件方式。（3）模架类型及精度，由于零件厚度较薄，冲裁间隙较小，采用对角导柱模架。图31落料模1上模座2垫板3凹模4上压料板5下压料板6下模座7垫板8凸模20导柱21导套22螺钉23螺钉24模柄25弹簧26限位螺钉27销钉28行程限位器29起重棒30弹簧31限位螺钉32挡料销33螺钉如图31所示，采用单工序模。定位选用的是3定挡料销来定位的。工作时，上压料板先把板料压住，然后由落料模进行落料，下模有下压料板进行推料，使板料与落料模始终压紧。冲完后，有卸料板把板料从落料模上卸下。32冲压力的计算安徽工程大学机电学院毕业设计（论文）13冲压力是冲裁力、缷料力、推件力和顶料力的总称。一冲裁力冲裁力是冲裁过程中凸模对材料的压力。通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值。冲裁力是选用压力机、模具设计以及强度校核的重要依据。为了充分发挥压力机的潜力，避免因超载而损坏压力机冲裁力的计算，是非常必要的。图32卸料力、顶件力、推件力为了简便，可用材料的抗拉强度BMPA，按下式估算冲裁力BFLT31式中F冲裁力，单位N；L冲裁件周边长度，单位MM；B材料抗拉强度，单位MPA；T材料厚度，单位MM。由毛坯粗略图可求得L65212615685528051203751282367193742455023869MM由图纸得T15MM已知B370MPA将以上数据带入式（31）中，得NLTFB5214729370519386二卸料力、顶料力的计算1卸料力是将箍在凸模上的材料卸下时所需的力；2推料力是将落料件顺着冲裁方向从凹模洞口推出时所需的力；3顶料力是将落料件逆着冲裁方向顶出凹模洞口时所需的力，如图32所示。F缷K卸F（32）F推K推F（33）F顶K顶F（34）式中K卸卸料力系数；K推推料力系数；K顶顶料力系数。卸料力、推料力、顶料力系数，其值见表31。表31卸料力、推件力、顶件力系数料厚K卸K推K顶钢0101050525006500750045005500400501006300550140080061425656500300400200300450025005003铝、铝合金、纯铜、黄铜002500800200603007003009由表31查得，取K卸005，K推005，K顶006，所以F推005521472910736475NF卸005521472910736475NF顶00652147291288377N冲裁时，所需冲压力为冲裁力、卸料力和推件力之和，这些力在选择压力机时是否要考虑进去，应根据不同的模具结构区别对待。本次设计采用弹性卸料装置和上出料方式，因此总压力1FK卸K顶F10736475N10736475N5214729N2363KN这一工艺需要的总冲压力为2363KN，冲裁时压力机的公称压力比计算的冲压力大30左右，从公称压力来说我们选择的是400KN的压力机，其具体的型号要等后面的计算来定。33确定模具的压力中心一副模具的压力中心就是这副冲模各个压力的合力作用点，一般都指平面投影。冲模的压力中心，应尽可能与压力机滑块的中心在同一垂直线上。否则冲压时会产生偏心载荷，导致模具以及压力机滑块与导轨的急剧磨损，这不仅降低了模具和压力机的使用寿命，而且，也影响冲裁件的质量，因此必须计算其压力机中心。对于对称形状的压力中心就是其几何中心，对于复杂形状工件或多凸模冲压的模具，其压力机中心的计算，是采用平行力系合力作用线的求解方法，即某点“合力对某轴的力矩之和”的力学原理求得。本次设计采用计算法求得压力中心1建立如图33所示坐标系,由于工件外形比较复杂，所以将工件主要轮廓分成若干基本线段。2）计算各基本线段的重心位置到X轴和Y轴的距离，距离大小分别如下（由于该工件形状复杂，因此所测得的尺寸为粗略尺寸，经过圆整处理）外形轮廓183XMM；2171XMM；3165XMM；4158XMM；5163XMM；6170XMM；786XMM；小孔8101XMM外形轮廓148YMM；2113YMM；3114YMM；495YMM；580YMM；667YMM；751YMM；820YMM；小孔973YMM3）根据力矩原理得到压力中心点C到X轴和Y轴的距离公式如下安徽工程大学机电学院毕业设计（论文）1511NIIICNIILXXL11NIIICNIILYYL代入得CY664CX843为了定位设计方便，实际上我以CY66，CX84为压力中心进行设计。图33建立坐标系34冲模闭合高度的确定冲模结构的外形尺寸必须与所选的压力机相适应。冲模的闭合高度是指模具在最低工作位置时，上模座的上顶面与下模座的下底面间的距离H。压力机的装模高度是指滑块在下死点位置时，滑块下端面至垫板上端面间的距离。而装模高度是可调的，当连杆调至最短时为压力机的最大装模高度HMAX；连杆调至最长时为最小装模高度HMIN。冲模的闭合高度应介于最大装模高度及最小装模高度之间，一般取（HMAXH1）5MMH（HMINH1）10MM式中HMAX压力机最大的闭合高度（MM）；HMIN压力机最小的闭合高度（MM）；H1压力机垫板厚度（MM）；H模具的闭合高度（MM）。当模具的闭合高度大于压力机的最大闭合高度时，模具无法在压力机上安装，冲模不能在该机床上使用，必须选取其他压力机。当模具的闭合高度小于压力机的最小闭合高度时，可以在压力机上再加垫板来使用。1本次设计中各零件厚度如下（1）下模座厚度为50MM；（2）下垫板厚度为20MM；16（3）卸料板厚度为10MM；（4）上模座厚度为50MM；（5）上垫板厚度为20MM；（6）落料凹模为386MM；（7）垫块厚度为20MM；落料模的闭合高度为225MM。标准模架的参考闭合高度HMIN250MM,HMAX360MM,满足（HMAXH1）5MMH（HMINH1）10MM式。另外，模具的其他结构尺寸也必须与压力机配合。35凸、凹模刃口设计一凸、凹模设计原则由于凸、凹模之间存在着间隙，所以冲裁件断面都带有锥度。但在冲裁件尺寸的测量和使用中，则是以光亮带的尺寸为基准。落料件的光亮带处于大端尺寸，其光亮带是因凹模刃口挤切材料产生的，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸。冲裁过程中，凸、凹模要与冲裁零件或废料产生摩擦，凸模轮廓越磨越小，凹模轮廓越磨越大，结果使用间隙越用越大，应遵循如下原则1根据冲模在使用过程中的磨损规律，设计落料模时，凹模基本尺寸应接近或等于工件的最小极限尺寸；。这样，凸、凹模在磨损到一定程度时，仍能冲出合格的零件。模具磨损预留量与工件制造精度有关。用X、表示，其中为工件的公差值，X为磨损系数，其值在051之间，根据工件制造精度进行选取工件精度IT10以上X1；工件精度IT11IT13X075；工件精度IT14X05。2）落料时，冲裁间隙一般选用最小合理间隙值（ZMIN）。3）选择模具刃口制造公差时，要考虑工件精度与模具精度的关系，即要保证工件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。一般冲模精度较工件精度高24级。对于形状简单的圆形、方形刃口，其制造偏差值可按IT6IT7级来选取；对于形状复杂的刃口制造偏差可按工件相应部位公差值的1/4来选取；对于刃口尺寸磨损后无变化的制造偏差值可取工件相应部位公差值的1/8并冠以（）。图34冲裁间隙4工件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造偏差原则上都应按“入体”原则标注为单向公差，所谓“入体”原则是指标注工件尺寸公差时应向材料实体方向单向标注。但对于磨损后无变化的尺寸，一般标注双向偏差。二）确定凸、凹模间隙冲裁间隙是指冲裁模中凸、凹模刃口之间的空隙，其双面间隙用Z表示，单面间隙为Z/2，如图33所示。冲裁间隙的大小对冲裁件的断面质量、冲裁力、模具寿命等影响很大，所以冲裁间隙是冲裁模设计中一个很重要的工艺参数。设计模具时一定要选择合理的间隙，使冲裁件的断面质量较好，所需冲裁力安徽工程大学机电学院毕业设计（论文）17较小，模具寿命较高。但分别按质量、精度、冲裁力等方面的要求，各自确定的合理间隙值并不相同，考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损，生产中通常是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，就可以冲出良好的零件。这个范围的最小值称为最小合理间隙，最大值称为最大合理间隙。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应采用最小合理间隙值。查塑性成形工艺与模具设计得MINZ016MMMAXZ019MM三落料凸、凹模刃口尺寸确定冲裁件的尺寸精度主要取决于凸、凹模刃口尺寸及公差，模具的合理间隙值也是靠凸、凹模刃口尺寸及公差来保证。因此，正确确定凸、凹模刃口尺寸及公差，是冲裁模设计中的一项重要工作。由于工件形状复杂，为保证凸、凹模间一定的间隙值，必须严格限制冲模制造公差，因此，造成冲模制造困难。对于冲制薄材料（因MAXZ与MINZ的差值很小）的冲模，或冲制复杂形状工件的冲模，或单件生产的冲模，常常采用凸模与凹模配合的加工方法。配做法就是先按设计尺寸制出一个基准件（凸模或凹模），然后根据基准件的实际尺寸再按最小合理间隙配制另一件。这种加工方法的特点是模具的间隙由配制保证，工艺比较简单，并且还可放大基准件的制造公差，使制造容易。设计时，基准件的刃口尺寸及制造公差应详细标注，而配做件上只标注公称尺寸，不注公差，但在图纸上注明“凸（凹）模刃口按凹（凸）模实际刃口尺寸配制，保证最小双面合理间隙MINZ。采用配做法，计算凸模或凹模刃口尺寸，首先是根据凸模或凹模磨损后轮廓变化情况，正确判断出模具刃口各个尺寸在磨损过程中是变大，变小还是不变这三种情况，然后分别按不同的公式计算。1）凸模或凹模磨损后会增大的尺寸第一类尺寸A落料凹模磨损后将会增大的尺寸，相当于简单形状的落料凹模尺寸，所以它的基本尺寸及制造公差的确定方法的公式。第一类尺寸0DDAAX372）凸模或凹模磨损后会减小的尺寸第二类尺寸B落料凹模磨损后将会减小的尺寸，相当于简单形状的冲孔凸模尺寸，所以它的基本尺寸及制造公差的确定方法的公式。第二类尺寸0DDBBX（38）3凸模或凹模磨损后会基本不变的尺寸第三类尺寸C；凸模或凹模在磨损后基本不变的尺寸，不必考虑磨损的影响，相当于简单形状的孔心距尺寸，所以它的基本尺寸及制造公差的确定方法与公式（35）计算。第三类尺寸DDCC式中DA、DB、DC凹模刃口尺寸（MM）；18工件公差，（MM）；D凹模公差（MM），当标注形式为D（或D）时，/4D；当标注形式为D时，/8D。第一类尺寸，把数值代入公式（37）求值。外轮廓直线边001004500451607501815865AMM0020052500525250502124895AMM0030087500875860503585825AMM004010116305041628AMM第二类尺寸，把数值代入公式（37