汽车厚板料落冲模结构设计研究

1、摘 要该论文以汽车车架厚板料落冲模结构的设计研究为题，以汽车第一横梁为例进行了落料冲孔模的设计研究。本文首先介绍了汽车车架的功用及组成，梁类件的冲压工艺，厚板料冷冲模及冲裁工艺分析，冲压的基本工序及模具，最后以汽车车架梁类件中的第一横梁为例，针对其结构特点，提出了车架梁类件在冲压工艺及模具结构设计时应该注意的问题。阐述了厚板料落冲模结构设计时应遵循的设计步骤和原则，市现率厚板料落冲模的结构设计，提高了厚板料落冲模设计质量和效率，做到了产品的精细化设计。关键词：机械制造；落冲模；厚板冲压；汽车车架AbstractThe papers to the sheet metal stamping fal

2、l thick automobile frame structure design of research topic, the first beam by car for an example of punching die design of dropping material. This paper first introduces the function and composition of automobile frame, beam of parts, sheet metal stamping process thick cold die and cutting process

3、analysis, the basic process and the mould pressing, and finally by auto frame beams of the parts first beams, for example, in view of their structural characteristics, puts forward the frame of a beam in stamping technology and die structure design should be paid attention to. Expounds the sheet met

4、al stamping fall thick structure design should follow the design steps and principle, the city now rate sheet metal stamping fall thick structure design and improve the thick sheet metal stamping design into the quality and efficiency, and accomplish product fine design. Keywords: mechanical manufac

5、turing; Fall dies; Thick plate stamping; Auto frame目 录摘 要1Abstract.2第一章 前言1 1.1汽车车架的功用及要求1 1.2冲压的概念、特点及应用1 1.3冲压技术的现状及发展方向2 1.4冲压的基本工序及模具.6 1.5 研究该课题的目的及意义.6第二章 汽车车架梁类件8 2.1车架的组成.8 2.2车架梁类件的特点.8 2.3车架梁类件的冲压工艺.9第三章 厚板料冷冲模及冲裁工艺分析.103.1厚板料模具材料的使用性能.103.2模具材料的选用.113.3厚板料冲裁的特点及冲裁工艺分析.113.4精冲工艺的设计.12第四章 车

6、架第一横梁落料冲孔模相关参数的确定13 4.1冲压工艺分析.134.2落料冲孔模具结构设计.134.3 总冲压力的计算134.4查看设备参数.17第五章 冲孔落料模模具结构设计.185.1确定工艺方案、模具结构.185.2工件展开图.185.3排样及确定步距.195.4 凸模与凹模刃口尺寸的确定.205.5落料凹模的设计.205.6 冲孔凸模的设计原则.225.7 冲孔凹模的设计原则.225.8 落料凹模的设计.235.9 凸凹模工作部分尺寸计算原则.235.10 总装图.25第六章 冲孔落料模辅助零件的设计27 6.1 挡料销.27 6.2 导料板.27 6.3 卸料板.27 6.4 导向零

7、件.27 6.5 连接与固定零件.28上、下模座.28 6.5.2 模柄.30 6.5.3 螺钉与销钉.30 6.5.4 空心垫板.30第七章 总结.32致谢33参考文献34第一章 前 言1.1汽车车架的功用及要求 车架是汽车各总成的安装基体，它将发动机、底盘和车身等总成连成一个整体，即将各总成组成为一辆完整的汽车。同时，车架还承受汽车各总成的质量和有效载荷，并承受汽车行驶时所产生的各种力和力矩，即车车架要承受各种静载荷和动载荷。为了使车架完成上述功能，通常对车架有如下的要求：1、有足够的强度。保证在各种复杂受力的情况下车架不受破坏。要求有足够的疲劳强度，保证在汽车大修里程内，车架不致有严重的

8、疲劳损伤。 2、有足够的弯曲刚度。保证汽车在各种复杂受力的使用条件下，固定在车架上的各总成不致因为车架的变形而早期损坏或失去正常的工作能力。载货汽车车架的最大弯曲挠度应小于10mm。 3、有适当的扭转刚度。当汽车行驶于不平路面时，为了保证汽车对路面不平的适应性，提高汽车的平顺性和通过能力，要求车架具有合适的扭转刚度。通常要求车架两端的扭转刚度大些，而中间部分的扭转刚度适当小些。! 4、尽量减轻质量。由于车架较重，对于钢板的消耗量相当大。因此，车架应按等强度的原则进行设计，以减轻汽车的自重和降低材料消耗量。在保证强度的条件下，尽量减轻车架的质量。通常，要求车架的质量应小于整车整备质量的10%。1

9、.2 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。 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

10、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

11、、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，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。 冲压法在现代工业生产中，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

12、，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。1.3 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 冲压成形理论的研究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

13、、冲压成形过程应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与模具之间的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，近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术，即利用有限元（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工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题，并通过在计算机上选择修改相关参数，可实现工艺及模具的优化设计。这样既节省了昂贵的试模费用，也缩短了制模具周期。 研究推广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压新工艺，也是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

14、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，目前精密冲裁加工零件的厚度可达25mm，精度可达IT1617级；用液体、橡胶、聚氨酯等作柔性凸模或凹模的软模成形工艺，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在、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性进行超塑成形，可以用一次成形代替多道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；无模多点

15、成形工序是用高度可调的凸模群体代替传统模具进行板料曲面成形的一种先进技术，我国已自主设计制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备，解决了多点压机成形法，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，同时利用反复成形技术可消除材料内残余应力，实现无回弹成形。无模多点成形系统以CAD/CAM/CAE技术为主要手段，能快速经济地实现三维曲面的自动化成形。(2.)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:一方面,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

16、术，各种高效、精密、数控自动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，锌基合金冲模、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达25微米，进距精度23微米，总寿命达1亿次。我国主要汽车模具企业，已能生产成套轿车覆盖件模具，在设计制造方法

17、、手段方面已基本达到了国际水平，但在制造方法手段方面已基本达到了国际水平。 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、融合形成了现代模具制造技术。其中高速铣削加工、电火花铣削加工、慢走丝切割加工、精密磨削及抛光技术、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升低（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

18、择刀具和切削用量还可实现硬材料（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二维轮廓加工（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系统、CAD/CAM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±1.5微米，表面粗糙度达Ra=010.2微米;精度磨削及抛光已开始使用数控成形磨床、数控光学

19、曲线磨床、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、可靠的抗振保护能力、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得到了成功的应用。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形模。如清华大学开发研制的“M-RPMS-型多功能快速原型制造系统”是我国自主知识产权的世界惟一拥有两种快速成形工艺（分层实体制造SSM和熔融挤压成形MEM）的系统，它基

20、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CAD/CAM加工的主模型为基础，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在国产轿车试制和小批量生产开辟了新的途径。(3) 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。为了满足大批量高速生产的需要，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使用。如在数控四边折

21、弯机中送入板料毛坯后，在计算机程序控制下便可依次完成四边弯曲，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金属板材加工中心，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、弯曲和拉深等多种作业。 近年来，为了适

22、应市场的激烈竞争，对产品质量的要求越来越高，且其更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、激光切割和成形机、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小时无人控制生产。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，

23、更换新产品方便迅速，冲压件精度也高。(4) 冲压标准化及专业化生产方面模具的标准化及专业化生产，已得到模具行业和广泛重视。因为冲模属单件小批量生产，冲模零件既具的一定的复杂性和精密性，又具有一定的结构典型性。因此，只有实现了冲模的标准化，才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化、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70%80%，模具厂只需设计制造工作零件，大部分模具零件均从标准件厂购买，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，甚至某些模具厂仅专业化制造某类产品的冲裁模或

24、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，除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，标准件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。1.4 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

25、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

26、时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。 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面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。冲模的结构类型也很多。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

27、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。1.5 研究该课题的目的及意义冷冲压有许多突出的优点，因此，在机械制造、电子、电器等各行各业中都得到了广泛的应用。在许多先进的工业国家里，冲压生产和模具工业得到高度的重视，模具工业成为重要的产业部门，而冲压生产则成为生产优质先进机电产品的重要手段。冲压加工已经成为现代工业生产的重要手段和发展方向，是提高生产率，提高产品质量、降低生产成本、进行产品更新换代的重要保证。针对汽车车架横梁，本文从冲压工艺的角度出发，简单设计了其冲孔落料成形的复合模，此横梁的冲压成形需采用冲孔，落料及弯

28、曲等工序。由于横梁本身结构的复杂性和尺寸太大，此次设计对横梁做了适当的简化。第二章 汽车车架梁类件21 车架的组成车架主要由左右纵梁及各种横梁经铆接、焊接而成；横梁按断面形状又分为槽型梁、盆形梁、管状梁、 型梁等类型。22 车架梁类件的特点车架上的梁类件一般具有形状简单、板料相对较厚等特点。为了保证各个零件具有一定的强度和刚度要求，车架上的梁类件一般选用热轧钢板（如16MnL、09SiVL、08TiL、10TiL、16MnREL），此类钢种属于低合金高强度钢。各钢材的性能见表1。表1 梁类用热轧钢板性能一览表钢号力学性能冷弯试验厚度（mm）屈服极限（MPa）抗拉强度（MPa）伸长率（%）弯曲角

29、度180°；d内侧直径；a板厚度09MnREL2.512.024537547032d=0.5a06TiL2.512.024537548026d=a08TiL2.512.029539048024d=0.5a10Til2.512.035521063022d=a09SiVL5735551063024d=a16MnL2.57.035551063022d=a16MnREL7.012.034551061024d=a由于梁类件材料采用以上钢种，所以成形后常存在回弹现象，常见的控制回弹的方法有以下几种：（1）从产品结构设计上控制回弹。在不影响装配和使用性能前提下，尽量增加加强筋槽，适量减小圆角R（1

30、.5 倍的料厚时较好），在圆角增加三角形加强筋（料厚为2mm3mm 时用的较多），这样既增加了零件的刚性，又可减少回弹；改变截面形状，尽量避免立面为竖直面；尽量减小外板加强板与外板的贴合面积。（2）从冲压工艺上来控制回弹。通过CAE 分析，了解各部分的回弹情况，并基于此对数学模型回弹型面进行补偿处理；一般形状简单零件尽量采用落料、成形工艺，不采用拉延，对控制回弹效果更好一些；如果拉延，应尽量减小拉延深度，保持拉延深度基本一致，尽量采用开口拉延；复杂轮廓零件尽量采用制坯工序，这样可提高应力分布的均衡性，减少制件扭曲回弹。（3）从模具设计上来控制回弹。料厚>1.2mm 时的压边圈、凹模工作部

31、分材料须采用Cr12MoV；料厚1.2mm 的变形剧烈部分或抗拉强度>580MPa 以上的高强板的工作部分材料也须采用Cr12MoV，必要时要进行TD 处理或PVD 处理，这样可提高模具使用寿命，减小因型面磨损造成的回弹从而提高制件的稳定性。成型整形模具的凸模顶面圆角切点5mm 以内做0.5mm 让空处理（顶面有落差的拐角区域不处理），凸模立面圆角切点2mm 以上做让空或倒锥处理，大小根据回弹状况确定，凹模或压芯底面可做突出处理。尽可能采用相同的成形深度，凹模触料点尽可能相同。注意压芯分模线勿选理论交线。（4）从加工制造上来控制回弹。凸、凹模采用双数学模型加工；规格较高的高强板模具整形凸

32、、凹模可先用便于补焊的普通材质加工，待试出合格零件后更换为规定材质；加工中根据材料减薄变厚情况对上下模间隙做特殊处理，适当调整好模具间隙；调整好压力机的气垫压力，生产经验证明，气垫压力大，产生正回弹，气垫压力小为负回弹。2.3 车架梁类件的冲压工艺U 型直梁和Z 型梁，一般不采用周边落料，可由剪切下料工序保证宽度尺寸，然后用模具局部修边并冲孔，最后压弯成形，一般采用凹模在下，凸模在上的冲压工艺。较复杂的盆形梁，一般都是先落料冲工艺孔（落料形状可试料确定），再成形（有的需预弯），最后冲孔（有的需斜楔冲孔），这样可以保证形状和孔位精度。对于 型梁，一般采用凹模在上，凸模在下，利用气垫压住两侧边部料

33、来成形，容易控制回弹。或为更好地保证制件状态，成形可分两工位进行。对于先落料后成形的制件，工艺安排上应把光亮带放在弯曲外侧，有毛刺的一边放在弯曲内侧（此时牵扯到制件的翻转），同时，尽可能使弯曲线与材料的纤维方向垂直。第三章 厚板料冷冲模及冲裁工艺分析3.1 厚板料模具材料的使用性能不同的冲压方法，模具类型也不相同；工作条件有差异，对模具材料的要求也有所不同。要根据模具的工作条件和使用寿命要求，合理地选择模具材料和热处理工艺，使之达到主要性能最优，而其它性能损失最小的最佳状态。对模具材料提出的使用性能要求，主要包括强度、硬度、韧性及耐磨性等。（1）强度。强度是表征材料变抗力和断裂抗力的性能指标。

34、冷作模具的设计和使用，必须保证其具有足够的强度，以防止由于冲击、偏心弯曲载荷、重载荷、应力集中等，引起模具的变形、破裂和折断。在材料选定的情况下，高强度的获得，主要通过适当的热处理工艺。（2）硬度。模具零件硬度的高低，对模具的使用寿命影响很大，因此也是模具设计的重要指标。模具的最佳工作硬度和模具材料的种类及具体的服役条件有关，模具的硬度一般应保持在60HRC左右。（3）韧性。韧性是材料在冲击载荷作用下抵抗产生裂纹的一个特征，反映了模具的脆断抗力，是模具钢的一种重要性能指标。对韧性的具体要求，应根据模具的工作条件考虑。对冲击载荷较大，受偏心弯曲载荷或应力集中等的模具，都需要足够的任性。（4）耐磨

35、性。耐磨性除影响模具寿命外，还影响产品尺寸精度和表面粗糙度。模具的耐磨性不仅取决于材料的成分、组织和性能，而且与模具的工作温度、压力状态、润滑状态等因素有很大关系、一般模具材料的硬度要求，应高于胚料硬度的3050，模具材料的金相组织要求，为基体上分布着细小、弥散的细颗粒状碳化物的下贝氏体或回火马氏体。（5）抗疲劳力。抗疲劳力是反映材料在交变载荷作用下，抵抗疲劳破坏的性能指标。根据不同的应用场合，分为疲劳强度、疲劳裂纹萌生力、疲劳裂纹扩展抗力、小能量多冲抗力等。（6）热稳定性。热稳定性标示模具在使用过程中，工作部位因受热而保持组织和性能稳定的能力。受温度影响时，材料内部院子的活动能力增加，使材料

36、产生塑性提高而强度、硬度下降的趋势，引起材料承载能力及耐磨损能力下降。因此，对于高速冲裁时剧烈摩擦磨损的冷作模具，宜选择一些具有二次硬化能力的高合金钢。（7）咬合抗力。咬合抗力实际就是对发 生“冷焊”的抵抗能力。模具材料的咬合抗力与材料的性质和模具润滑条件有关，如奥氏体不锈钢、精密合金等材料易发生咬合及粘结现象。3.2 模具材料的选用 模具材料的选用不仅，不仅关系到模具的使用寿命，而且也直接影响到模具的制造成本，因此是模具设计中的一项重要工作。在冲压过程中，模具承受冲击负荷且连续工作，使凸凹模受到强大的压力和剧烈摩擦，工作条件极其恶劣。因此选择模具材料硬遵循如下原则：（1）根据模具种类及其工作

37、条件，选用材料要满足使用要求，应具有较高的强度、硬度、耐磨性、耐冲击、耐疲劳等。（2）根据冲压材料和冲压件生产批量选用材料。 （3）满足加工要求，应具有良好的加工工艺性能，便于切削加工，淬透性好、热处理变形小。 （4）满足经济性的要求。3.3 厚板料冲裁的特点及冲裁工艺分析厚板料冲裁与一般冲裁相比，由于在冲裁间隙和冲裁力等方面有明显差别，因而在设计冲裁零件、制定冲裁工艺、设冲裁模具时应采取相应的措施。厚板料一般是指厚度在5mm以上的板料，厚板料冲裁时冲裁力大，模具易损伤，特别是尖角处和凸模刃口处，由于板料受挤压力大，易发生崩刃和剥层现象，使刃磨周期缩短，刃磨量大，大大降低模具使用寿命。厚板料冲

38、裁时选用偏大的冲裁间隙，有助于降低冲裁力，但却使所冲零件断面斜度增大，单面斜度可达5到8度，工件尖角处塌角更大。而且由于冲裁时的材料弹性弯曲现象，一般冲裁件的平面平直度会超过051mm，严重影响工件的质量。同时由于厚板料冲裁时的高冲击载荷，对模具的强度、刚度以及凸、凹模的抗疲劳能力均有较高的要求。针对厚材料冲裁的特点，采用适当的工艺措施以提高冲裁件质量，延长模具使用寿命，以下枚举几条，供参考。a.产品设计时对厚材料冲裁件应避免出现清角、锐角、窄边和窄槽等结构，角部圆角半径不小于l2t，锐角不小于60。，窄边、窄槽宽度不小于5倍料厚，以减轻工件塌角和延长模具使用寿命。b.当对工件断面质量无特殊要

39、求时,建议采用大间隙冲裁，以便降低冲裁力、提高模具的使用寿命。c.冲裁时，由于材料本身具有的弹性，刃口周边的材料首先发生弹性穹弯现象，然后完成冲裁的全过程。冲裁工作完成后，这种弹性穹弯不可能全部恢复，因而使重裁件不平整。当产品设计对冲压零件有一定平直度要求时，应采取适当的工艺来提高重建表面的平直度。3.4 精冲工艺的设计如果产品设计时对工件的平直度和冲裁断面质量均有严格的要求，又不希望增加后续校平、整修等工序，就可以采用精冲工艺保证产品设计要求。精冲是指采用强力齿圈压边加压冲裁，获得高精度高冲裁断面质量的冲裁文艺。其与一般冲裁的主要区别有：a一般冲裁时，材料处于自由状态，即使采用压料板、推件板

40、因为是弹性压料，压料力有限，不能很好的限制材料的穹弯现象。这是精冲与一般冲裁的本质区别。b精冲时冲裁间隙为材料厚度的1左右，材料冲裁区域处于三向受压的应力状态，只产生塑性剪切，不会出现一般冲裁时的撕裂现象，因而冲裁件的整个断面都是剪切的光亮带。c精冲时，因为需要提供强力的压料力，所以需要选用专用的精冲压力机。如使用普通压力机时，则需要选用液压模架，液压模架是普通压力机上使用的通用模架，其上下模板中心各有一个液压缸，缸内安装有活动桂塞用以提供齿圈压力和顶件力，精冲模具直接安装与模架中即可使用。厚材料冲裁的关键是在于使用合理的冲裁工艺来保证冲裁质量，从冲裁件质量、模具使用寿命、模具制造成本等方面综

41、合考虑，使厚材料冲裁质量稳定，安全可靠，经济合理。第四章 车架第一横梁落料冲孔模相关参数的确定4.1 冲压工艺分析从产品（如图1）分析可看出，第一横梁应属于U 型直梁的一种变形结构，该零件是第一横梁的简化件属于一般的厚板料U型件。因此，冲压工艺方案如下：落料冲孔。图1 工件图4.2 落料冲孔模具结构设计（1）从DL 图设计者接收设计任务后，明确设计内容（落周边，冲孔），熟悉用户设计大纲。（2） 计算冲裁力、卸料力（以便布置弹簧），确定冲裁间隙。4.3 总冲压力的计算冲裁力是选择压力机的主要依据，也是设计模具所必须的数据，因此要计算最大冲压力。在冲裁过程中冲裁力的大小是不断变化的，如图2所示，图

42、中AB段为弹性变形阶段，板料上的冲裁力随着凸模的下压直线增加。BC段为塑性变形阶段，C点为冲裁力的最大值。凸模再下压，材料内部产生裂纹并迅速扩展，冲裁力下降，所以CD是断裂阶段。到达D点，上下裂纹重合，板料已经分离。DE所用的压力，仅是克服摩擦的阻力，推出已分离的料。冲裁力是指板料作用在凸模上的最大抗力。图3-3图2 冲裁力变化图冲裁力的计算： 无剪切时的冲裁力P=Ltb（N） （1）式中：P冲裁力，N；L冲裁轮廓长度，mm；t材料厚度，mm；b材料抗拉强度，梁类材料一般取500MPa550MPa。图3 无剪切时冲示意图有剪切（设置波浪刃口）时的冲裁力P=KP （N） （2）式中：P有剪切角时

43、的冲裁力；P无剪切时的冲裁力；K系数；H波浪刃口波峰与波谷的落差，当H=t时，K=0.40.6；H=2t 时，K=0.20.4。冲裁力超过冲床能力的50%（注：有些资料取2/3）时，要考虑设置波浪刃口，修边刃口长的情况下，可设计若干个波浪口。每块镶块上尽可能取半个波浪或一个波浪；一个波浪的高点，取在镶块中间。上述刃口两拼块间单边应有5mm10mm 平直段，现场制作。切刃侧压力N（约为冲裁力P 的1/3）N=P/3 (3)由式（1）得，第一横梁冲裁力P=1065240（N）。由式（2）得，P=KP（N），在此取H=2t=10mm，K=0.4，所以P=426096（N）。（2）卸料力的计算卸料力P

44、x 因料厚、落料刃口形状等的不同而不同，一般取冲裁力的2%6%，即：Px=0.02P0.06P（或P） （4）由上式得第一横梁卸料力Px=63914.4（N）。（3）退料力的计算退料力Ps因料厚、落料刃口形状等的不同而不同，一般为冲裁力的4%20%，如间隙为板厚的10%以下时，退料力将增大。t2mm，Ps=0.05P（或P）（形状简单）；退料力Ps=0.06P （或P）（形状复杂）。t=2mm4.5mm，退料力Ps=0.07P（或P）（形状简单）；退料力Ps=0.08P（或P）（形状复杂）。t4.6mm，退料力Ps=（0.100.20）P（或P）。P（或P）为冲裁力。针对第一横梁周圈落料，最后

45、废料切断，所以下模就没有托料板机构，因而也就不需要计算退料力。（4）冲裁间隙的确定间隙，是指凸模与凹模刃口间单侧的间隙。间隙选取原则为：落料尺寸以凹模尺寸为基准侧，间隙取在凸模上；冲孔尺寸以凸模尺寸为基准侧，间隙取在凹模上。不同的料厚，选取不同的间隙。料厚与间隙关系见图，具体数值见表2。图4 间隙结构示意图表2 冲裁间隙与料厚关系一览表（mm）料厚间隙料厚间隙0.60.032.50.1630.70.0352.60.1690.80.042.90.2000.90.0453.00.2071.00.053.20.2211.20.074.00.3201.40.085.00.461.50.096.00.6

46、1.60.107.00.71.80.1138.00.82.00.139.00.92.20.143101.0针对第一横梁料厚5.0mm选择冲裁间隙为0.46mm4.4 查看设备参数（1）由以上计算可知冲裁力P=1065240（N），已经超过现有机床最大公称压力的50%，在不换设备的情况下，就要考虑落料凹模采用波浪刃口，冲孔凸模采用阶梯冲的方式。采用此结构冲裁力降为P=63914.4（N），这样不仅减小了冲裁力，使设备能够满足生产的要求，同时还可降低噪声和振动，延长模具的使用寿命。（2）根据设备参数，记下设备的最大闭合高度、滑块、工作台尺寸以及T 形槽位置、顶杆、打杆行程等对模具结构设计有影响的各

47、参数，保证设计的模具与机床参数匹配。第五章 冲孔落料模模具结构设计5.1 确定工艺方案、模具结构因该工件属大批量生产，根据零件的生产批量、尺寸精度和材料种类与厚度，选择模具的导向方式与精度，定距方式及卸料方式等，现有如下两种模具结构方案：方案一：采用复合冲裁模结构。即：在压力机滑块一次行程中、在模具同一工位同时完成冲孔和落料。方案二：采用级进冲裁模结构。即：在压力机滑块的一次行程、在模具不同工位分别进行工件的内形和外形冲裁，而在最后工位才制成工件。级进模与复合模特点比较如下表3：表3 级进模与复合模特点比较比较项目复合模级进模冲压精度高级和中级精度（35级）中级和低级精度（58级）制件形状特点

48、零件的几何形状与尺寸收到模具结构与强度方面的限制可以加工形状复杂或特殊形状的零件，如宽度很小和异形件等制件质量由于压料冲裁同时得到校平，制件平正不弯曲，且具有较好的剪切断面中、小件不平整（弯曲）高质量件需校平生产效率制件被顶到模具工作面上必须用手工或机械排除，生产效率稍低工序自动送料，可以自动排除制件，生产效率高使用高速制动压力机操作时出件困难，可能损坏弹簧缓冲机构，不做推荐可能在行程次数为每分钟400次或更多的高速压力机上工作工作安全性手需伸入模具工作区，不安全，需采用技术安全措施手部需要伸入模具工作区，比较安全多排冲压法的应用很少采用广泛采用尺寸较小的制件模具制造工作量和成本冲裁复杂形状零

49、件比连续模低冲裁简单形状零件比复合模低该工件材料为10TiL，厚度为5.0mm。大批量生产，精度要求高，对比以上两种方案决定采用复合模冲裁结构。5.2 工件图 工件图如下图所示图5 工件展开图5.3 排样及确定步距在冲压生产中，节约金属和减少废料具有非常重要的意义，特别是在大批量生产中，较好地确定冲件尺寸和合理排样是降低成本的有效措施之一。排样是指冲件在条料、带料或板料上布置的方法。冲件的合理布置（即材料的经济利用），与冲件的外形有很大关系。根据不同几何形状的冲件，可得出与其相适应的排样类型，而根据排样的类型，又可分为少或无工艺余料的排样与有工艺余料的排样两种。无废料排样是指工件与工件之间、工

50、件与条料侧边之间均无废料。少废料排样是指沿工件的部分外形切断或冲裁。排样时工件与工件之间及工件与条料侧边之间留下的余料称为搭边及侧搭边。搭边值的合理确定关系到工件的质量及模具的寿命。少排样法的废料只有冲裁刃之间的搭边或侧搭边，无废料排样是全部沿工件外形冲裁，在冲裁刃之间，工件与条料之间均无搭边。根据以上叙述可见，采用少，无废料排样要求工件的相应无搭边部分公差等级于板材一致或根本上无公差要求。鉴于图示工件的尺寸、外形及公差等级，采用少、无废料排样均不能满足要求，因此选用有废料排样，且为直排法。5.4凸模与凹模刃口尺寸的确定冲裁模合理间隙时由凸模和凹模刃口工作尺寸及其公差来保证的。在计算凸、凹模刃

51、口尺寸时，需要考虑材料冲压变形规律、模具制造要求、模具磨损及冲裁件尺寸精度等方面因素。在决定模具刃口尺寸及制造公差时需要准许一下几项原则：（1）设计落料模时，以凹模为基准，按落料件先确定凹模刃口尺寸，间隙取在凸模上，即冲裁间隙通过小凸模刃口尺寸来取得。设计冲孔模先确定凸模尺寸。以凸模为基准，间隙取在凹模上，即冲裁间隙通过大凹模刃口尺寸来取得。（2）设计冲孔模时，以凸模为基准，按冲孔件先确定凸模刃口尺寸，然后根据选取的间隙值再确定凹模刃口尺寸。（3）根据冲模在使用过程中的磨损规律，设计落料模时，凹模基本尺寸应取接近或等于工件的最小极限尺寸；凸模基本尺寸应取接近或等于工件的最大极限尺寸。这样凸、凹模在磨损到一定程度时，仍能冲出合格的零件。冲孔模：落料模：5.5 落料凹模的设计 汽车第一横梁形状简单，是U型梁的变形结构，属于汽车覆盖件，在实际生产中使用的是较为复杂的大型模具，凹模都是采用镶块结构以便于拆换及修理，降低生产成本。 实际生产中凹模分块原则及有关注意事项：分块线与刃口线夹角应保证在70°110°范围之内，尽可能垂直。凹模的分块线与凸模的分块线至少错开10mm 以上。倒梢性的修边不要分块。在后序伸长、收缩翻边明显地方不要分块。避开圆