汽車某支架沖壓工藝及模具設計49頁

1、重慶理工大學畢業(yè)論文 汽車某支架沖壓工藝及模具設計 編號 畢 業(yè) 設 計（論文）題目 汽車某支架 沖壓工藝及模具設計 二級學院 材料科學與工程學院 專 業(yè) 材料成型及控制工程 班 級 109090102 學生姓名 學號 指導教師 彭成允 職稱 教授 時 間 2013.5.242013.5.27 重慶理工大學畢業(yè)論文 汽車某支架沖壓工藝及模具設計目 錄摘 要1Abstract21 緒論31.1 沖壓模具發(fā)展31.2 沖壓工藝方面42 沖壓工藝分析及工藝方案的確定62.1設計題目 62.2零件的工藝分析 72.3最佳工藝方案 73.落料沖孔復合模的計算與設計83.1 毛坯的尺寸計算83.2 排樣設

2、計93.3沖壓力的計算103.4壓力中心的計算113.5工作零件的尺寸計算123.6沖壓設備的選擇143.7落料沖孔復合模的主要零部件的設計154 成形模的計算和設計 224.1成形模的沖壓力的計算 224.2 壓力中心的計算234.3工作零件的設計和確定 244.4 成形的沖壓設備的選取254.5 模具零件的結(jié)構(gòu)尺寸255 翻邊沖孔模的計算與設計 285.1 翻邊沖孔沖壓力的計算285.2 壓力中心的計算295.3 工作零件的設計和確定305.4 沖壓設備的選擇335.5 模具主要零件的結(jié)構(gòu)尺寸336 彎曲模的計算與設計 386.1 彎曲模沖壓力的計算 386.2 模具工作零件的計算與設計3

3、96.3 沖壓設備的選擇416.4 模具主要零件的設計和確定42結(jié)束語 45參考文獻 46- 3 -摘 要沖壓工藝及模具設計既是沖壓生產(chǎn)準備工作的基礎(chǔ)，又是組織正式?jīng)_壓生產(chǎn)的依據(jù)。沖壓工藝及模具設計水平標志著沖壓工藝的先進性、合理性及經(jīng)濟性，它在很大程度上反映了工廠的生產(chǎn)技術(shù)水平。生產(chǎn)實踐證明，合理的沖壓工藝方案和模具結(jié)構(gòu)，不僅為穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、降低沖壓成本提供了技術(shù)保證，而且也為沖壓成產(chǎn)的組織與管理創(chuàng)造了有利的條件。反之，沖壓工藝及模具設計的任何失誤，都會給沖壓生產(chǎn)帶來不應有的損失，甚至造成人身、設備事故。本文主要闡述汽車某支架的沖壓工藝及其模具設計。根據(jù)設計工藝要求，確定設計的大體思路。通過

4、對產(chǎn)品零件的工藝分析，確定最佳工藝方案。由于工件相對比較復雜，主要經(jīng)過沖裁落料、沖孔、成形、翻邊和彎曲等工序。產(chǎn)品的成形工藝難點主要有異形坯料的沖裁，成形時工件和翻邊時的起皺和破裂，彎曲時的定位和回彈等等。關(guān)鍵詞：沖壓工藝 模具設計 支架Abstract Sheet metal forming technology and mold design is not only the foundation of preparation work in stamping production, but also the basis of organizing formal stamping produ

5、ction. The level of stamping process and mold design marks the advancement, reliability and economics of stamping process, and it reflects the factories production technology level. Production practice proves that the reasonable stamping process scheme and die structure, not only provides technical

6、assurance to stabilize the product quality and reduce the cost of stamping, but also have created favorable conditions for stamping into production organization and management. Conversely, any error of stamping technology and die design, will bring undue losses to the production of stamping, and eve

7、n cause human injury and equipment damage. This article maily expounds the stamping process and mold design of a car bracket. Accoding to the design process requirements, determine the general design thought. Through the analysis of process of pruduct parts, determine the best process solution. Due

8、to the workpiece is relatively complax, should be through the blanking, punching forming, flanging and bending ect. There the main difficulties of product in forming are the blaking of unusal shaped blank, the workpiece wrinkle and rupture in forming and flanging, as well as the pruducts location pr

9、oblem and springback in bending, ect.Key words: stamping process mold design bracket 1 緒 論1.1沖壓模具方面1.1.1模具在現(xiàn)代工業(yè)中的作用模具是用來成形各種工業(yè)產(chǎn)品的一種重要工藝設備，是機械制造工業(yè)成形毛坯或零件的一種手段。它在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中具有重要作用，用模具成形產(chǎn)品的工藝應用非常廣泛，可實現(xiàn)少、無切削的加工，具有優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗和低成本等特點，因此應用范圍很廣?，F(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的發(fā)展和技術(shù)水平的提高，在很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展水平，因此模具工業(yè)對國民經(jīng)濟和社會的發(fā)展將會起越來越大的作用。模具工業(yè)

10、的薄弱將嚴重影響工業(yè)產(chǎn)品造型的變化和新產(chǎn)品的開發(fā)。模具水平的高地和模具質(zhì)量的好壞，對產(chǎn)品的精度、余量、生產(chǎn)率、成本及先進設備的利用率起決定性作用。1.1.2模具工業(yè)的現(xiàn)狀近年來，我國的模具生產(chǎn)發(fā)展速度較快，已能滿足國內(nèi)對中、低檔模具100%的需求，少量模具已開始向日本、美國、新加坡、泰國等地出口。模具工業(yè)逐漸發(fā)展成為國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)。雖然國內(nèi)模具工業(yè)近十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與工業(yè)發(fā)達國家相比仍有較大差距。主要表現(xiàn)在精密加工設備在模具加工設備中的比重較低，CAD/CAE/CAM技術(shù)的普及率不高，許多先進的模具技術(shù)應用不夠廣發(fā)，。據(jù)統(tǒng)計，我國目前的模具生產(chǎn)只能滿足需要的60%，

11、其余需要完全通過進口。我國模具中、長期的科技發(fā)展戰(zhàn)略是以國內(nèi)市場為導向，以開發(fā)精密、大型、長壽命成套模具為重點，減少進口，促進出口。發(fā)展模具基礎(chǔ)技術(shù)，如數(shù)控加工、快速制模、特種加工等；發(fā)展高技術(shù)，如CAD/CAM、加工中心等；加速模具新結(jié)構(gòu)、新工藝、新材料的研究，提高精度和壽命；發(fā)展模具成套加工精密設備。1.1.3模具工業(yè)和技術(shù)的發(fā)展趨勢模具工業(yè)的發(fā)展和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展緊密相聯(lián)的。隨著機械、電子、輕工、國防等工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，特別是電子工業(yè)和汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，對模具的需求量與日俱增，給模具工業(yè)帶來了廣闊的前景，同時也帶來了新的挑戰(zhàn)。模具技術(shù)的發(fā)展趨勢有：1) 模具CAD/CAE/CAM正向集

12、成化、三維化、智能化和網(wǎng)絡化方向發(fā)展；2) 模具制造向精密、高效、復合和多功能方向發(fā)展；3) 快速經(jīng)濟制模技術(shù)得到應用；4) 特種加工技術(shù)有了進一步的發(fā)展；5) 高速銑削加工將得到更廣泛的應用；6) 模具高速掃描及數(shù)字化系統(tǒng)將在逆向工程中發(fā)揮更大的作用；7) 超精加工和復合加工將得到發(fā)展；8) 模具標準化程度將不斷提高，發(fā)展專業(yè)化成產(chǎn)；9) 模具材料及表面處理技術(shù)發(fā)展迅速。1.2沖壓工藝方面在常溫下，利用安裝在沖床上的模具對板材施加壓力，使其分離或成形，從而獲得一定形狀和尺寸的產(chǎn)品，這種加工方法稱為沖壓（又稱冷沖壓）。板材、沖壓、模具和沖床是沖壓加工的三個必備要素，稱為沖壓三要素。1.2.1沖

13、壓加工的特點與其他加工方法相比，沖壓加工有以下優(yōu)點：1) 材料利用率高，操作方便，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本低。2) 產(chǎn)品質(zhì)量好，尺寸穩(wěn)定，精度較高，互換性好。3) 特別適用于大批量生產(chǎn)。但是，沖壓加工也存在以下缺點：1) 模具制造周期較長、成本較大。2) 沖壓加工產(chǎn)生的振動大、噪聲大。3) 在單件小批量生產(chǎn)中應用受限制。1.2.2沖壓工序的分類由于沖壓件的形狀特點、尺寸大小、精度要求及生產(chǎn)批量等各不相同，所用的沖壓工序也是種類繁多。沖壓工序的分類方法如下：1) 按照變形性質(zhì)分類A. 分離工序：切斷、沖孔、落料、切邊、切舌和剖切等。B. 成形工序：彎曲、拉深和局部變形等。2) 按照基本變形方式分類A

14、. 沖裁：普通沖裁、精密沖裁。B. 彎曲C. 拉深D. 局部變形3) 按照工序組合方式分類A. 簡答沖壓工序B. 復合沖壓工序C. 連續(xù)沖壓工序1.2.3沖壓工藝和模具設計1) 沖壓工藝設計沖壓工藝設計是指針對給定的產(chǎn)品圖，考慮產(chǎn)品的生產(chǎn)批量，現(xiàn)有沖壓設備、模具制造條件及技術(shù)水平等因素，從沖壓工藝分析入手，經(jīng)過必要的沖壓工藝計算，合理制定出沖壓工藝方案，并以沖壓展開圖、沖壓工序圖等形式表達。沖壓工藝設計的幾本要求如下：A. 遵循材料的變形規(guī)律，保證沖出合格的產(chǎn)品。B. 經(jīng)濟合理，安全高效。C. 符合具體的生產(chǎn)條件，便于沖壓生產(chǎn)的組織與管理。2) 沖壓模具設計沖壓模具設計是指根據(jù)已有的沖壓工藝方

15、案，考慮產(chǎn)品的定位、卸料、出件及模具的制造、使用、維修等問題，構(gòu)思符合現(xiàn)有生產(chǎn)條件的模具結(jié)構(gòu)，合理確定相關(guān)尺寸，并以模具裝配圖、模具零件圖、模具開發(fā)備料單、五金零件需求表等形式表達。沖壓模具設計的幾本要求如下：A. 模具結(jié)構(gòu)合理、動作靈活，保證沖出合格的產(chǎn)品。B. 模具結(jié)構(gòu)簡單，制造、維修方便，成本合理。C. 模具操作方便、安全可靠、壽命合理。D. 符合具體的生產(chǎn)條件，滿足客戶的特殊要求。2 沖壓工藝分析及工藝方案的確定2.1設計題目圖1所示工件，材料為08鋼，厚度為1.2mm，大批量生產(chǎn)。對支架零件進行沖壓工藝分析研究，找到產(chǎn)品的成形工藝的難點所在，并在工藝方案上提供相應的解決措施。結(jié)合生產(chǎn)

16、實際，對支架零件進行沖壓工藝設計和全套模具設計，以生產(chǎn)能用為目標。 零件名稱：汽車支架零件 生產(chǎn)批量：大批量 材料：08鋼 t=1.2mm圖2-1汽車支架零件CAD平面圖圖2-2 汽車支架零件UG三維圖2.2零件的工藝分析該零件是對稱的，屬于異形件，分析零件的成形工藝，主要經(jīng)過的工序有落料、沖孔、成形、翻邊、彎曲等工序。由于工件的邊緣精度要求不是很高，不需要切邊和修邊工序，所以落料的時候，可以一次性沖裁出坯料的外形。零件兩側(cè)異形孔中間的凸起部分的成形，必須在沖出異形孔后再進行壓彎或成形，并且其上的矩形孔也只能同時沖出或者后沖制，否則矩形孔可能會發(fā)生變形和位置不能得到保證。中間的加強筋和兩邊的凸

17、包，在為彎曲前是同一方向凸起，所以可以同時進行沖壓。零件最后進行彎曲，這一工序需單獨完成，制成要求的形狀和尺寸。2.3最佳工藝方案的確定由前面分析可知，零件所需的成形工藝有落料、沖孔、成形、翻邊、彎曲?，F(xiàn)在將所有可能的方案列舉如下：方案一：單工序模，落料、沖圓孔和異形孔、成形、沖矩形孔、翻邊、彎曲。方案二：落料和沖圓孔、異形孔復合，成形、沖矩形孔和翻邊復合，彎曲。方案三：落料和沖圓孔、異形孔復合，成形，沖矩形孔和翻邊復合，彎曲。方案四：連續(xù)模。方案一是由單工序模組成，此方案模具制造簡單，維修方便，但是工序過多，生產(chǎn)效率低，制造成本高。方案二采用復合模，生產(chǎn)效率較高，成本也較低，但是模具結(jié)構(gòu)復雜

18、，維修比較麻煩。方案三和方案二一樣采用復合模，生產(chǎn)效率也較高，成本也較低，但是和單工序模結(jié)合，使得模具制造比較和維修比較方便。方案四采用連續(xù)模，生產(chǎn)效率更高，但是本工件的尺寸比較大，用連續(xù)模的話，模具會比較大，占地大，且維修不那么方便。通過以上方案的分析比較，方案三比較優(yōu)越，所以確定為最佳工藝方案，并采用方案三進行模具設計。3 落料沖孔復合模的計算與設計3.1 毛坯的尺寸計算3.1.1 工件展開把工件的彎曲部分和翻邊部分進行展開，就可以得到坯料外形，按有圓角半徑的彎曲展開，方法如下：圖3-1 有圓角半徑的彎曲圓角部分的展開長度等于對應的中性層的長度，式子3-1，即 式中 各圓角部分的展開長度(

19、mm)； 彎曲度()； r彎曲半徑(mm)； x中性層位移系數(shù)，與相對彎曲半徑r/t、彎曲方式等因素有關(guān)，見表3-1； t材料厚度(mm)表3-1 中性層位移系數(shù)xr/t0.10.20.30.40.50.60.70.811.2x0.210.220.230.240.250.260.280.30.320.33r/t1.31.522.5345678x0.340.360.380.390.40.420.440.460.480.5由式子3-1和表3-1可以計算工件的彎曲部分和翻邊部分，得到坯料的外形尺寸見圖3-2所示：圖3-2 坯料的外形尺寸由于工件在落料之后沒有大的變形影響外形尺寸，所以落料時的形狀和大

20、小為展開時的外形尺寸。3.2 排樣設計毛坯的外輪廓最大尺寸為249.9168.51mm，尺寸比較大，考慮到送料等問題，采用單排形式進行排樣，如圖3-3所示。查參考文獻1表2.25，查出側(cè)面廢料寬度為a=2.5mm，工件間的間隙b=3mm。則有：條料的寬度為 B=249.9+2a=254.9mm步距為 S=168.51+b=171.51mm圖3-3 排樣圖一個步距內(nèi)的材料利用率為%10062.56%3.3沖壓力的計算3.3.1 沖裁力計算經(jīng)計算：落料沖裁的總長L=1718.3mm沖裁力 式中 P沖裁力(N)； L沖裁總長度(mm)； t料厚(mm)； 材料的抗拉強度(Mpa)，查表得330450

21、Mpa。則有P=1718.31.2450N=927882N927.9kN。3.3.2 卸料力、頂件力采用上取件的方式進行落料卸料力 頂件力 以上查參考文獻表12.32，所以總的沖壓力為 927.9+46.4+55.7=1030kN 3.4 壓力中心的計算沖裁力合力的作用點稱為沖模的壓力中心。在進行沖模設計時，必須使模具的壓力中心與壓力機滑塊中心重合，否則沖壓時會產(chǎn)生偏載，導致模具以及壓力機滑塊與導軌的急劇磨損，降低模具和壓力機的使用壽命，嚴重時甚至損壞模具和設備，造成沖壓事故。所以，沖模壓力中心的準確確定，在模具設計中起著至關(guān)重要的作用。另一方面使加工出來的制件不合格。沖模的壓力中心按下述原則

22、確定：（1）對稱形狀的單個沖裁件，沖模的壓力中心就是沖裁件的幾何中心。（2）工件形狀相同且分布位置對稱時，沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合。（3）形狀復雜的零件，多孔沖模，級進模的壓力中心可用解析法求出沖模壓力中心。 由于工件左右對稱，根據(jù)直線段的重心在線段的中點，圓弧的重心位置按照進行計算，式中R圓弧半徑為圓弧二分之一角度b圓弧弦長在工件圖上建立坐標系，則有壓力中心到Y(jié)軸的距離壓力中心要X軸的距離按照此方法計算出來的壓力中心如圖所示圖3-4 壓力中心3.5工作零件的尺寸計算 落料沖孔復合模，屬于異形零件，采用配合加工，以落料凹模為基準進行計算，落料凸模按照間隙以凹模為基準計算，查參考文獻

23、1表2.34，取初始單邊間隙類（0.07-0.10）t，再由表2.36可得單邊間隙0.063mmC0.48mm，故不會彎裂。其次，因為計算工件相對彎曲半徑r/t=3.175，取料后彎曲彎曲件圓角半徑的回彈可以不予考慮，而彎曲中心角的回彈，采用校正彎曲來控制。（1）自由彎曲的彎曲力 U形彎曲自由彎曲力 式中：P彎曲力（N）； K系數(shù)，取0.30.6； b彎曲件的寬度（mm）； t料厚（mm）； 材料的抗拉強度（Mpa）。 則有P=0.61131.2450=43934.4N43.9kN（2）校正彎曲時的彎曲力 =Aq 式中：校正力（N）； A校正區(qū)的投影面積（）； q校正所需單位壓力（Mpa）。

24、則有=4011339=176280N176.3kN（3）頂件力 頂件力可近似取自由彎曲力的30%80%，即 =（0.300.8）P=（0.300.8）43.9=13.235.1kN此處采用校正彎曲，因此彎曲總沖壓力為：=+=176.3+（13.235.1）=189.5211.4kN6.2模具工作零件的計算與設計6.2.1凹模的計算和設計（1）凹模圓角半徑。凹模圓角半徑不宜過小，以免擦傷工件表面，影響沖模的壽命，凹模兩邊的圓角半徑應一致，否則在彎曲時工件會發(fā)生偏移。當料厚t2mm，=（36）t則有=（36）1.2=3.67.2mm，取=5mm。（2）凹模深度。凹模深度過小，則工件兩端未受壓部分太

25、多，工件回彈大且不平直，影響其質(zhì)量；深度過大，則浪費模具材料，且需要壓力機有較大的工作行程?？紤]工件的形狀和彎曲的長度，則取凹模深度H=15mm。（3）凸、凹模間隙。 計算凸、凹模單邊間隙： C=t+kt=1.2+0.051.21.26mm（4）凸、凹模橫向尺寸及公差。工件標注外形尺寸，應以凹模為基準，間隙取在凸模上。則有：=（L-x）=（113-0.50.87）=112.56mm=（112.56-21.26）=110.04mm（5）凹模的結(jié)構(gòu)尺寸彎曲凹模的寬度根據(jù)工件的寬度進行稍微的增加，且把凹模分成兩部分進行加工，考慮定位和工件的形狀，凹模的外形進行異形設計，另一個對稱加工，其結(jié)構(gòu)如圖所示

26、：圖6-1 凹模6.2.2凸模的計算和設計（1）凸模的長度計算L。如圖6-2所示，保證工件彎曲起來時不碰到上模座，凸模的長度為：L=68.8mm（2）凸模的縱向尺寸可取80mm，且要有避讓。凸模的具體結(jié)構(gòu)尺寸如圖6-3所示。圖6-2 各模板的關(guān)系圖圖6-3 凸模6.3沖壓設備的選擇由前面計算的總的沖壓力=189.5211.4kN，再考慮模具的大小和必和高度，查參考文獻1表13.9，選用開式可傾工作臺壓力機。開式可傾壓力機參數(shù)： 公稱壓力： 250kN 滑塊行程： 80mm 最大閉合高度： 250mm 工作臺尺寸（前后左右）：560360mm 模柄：A5070mm6.4模具主要零件的設計和確定6

27、.4.1模具非標準零件的設計（1）凸模固定板 凸模固定板的厚度取18mm，其結(jié)構(gòu)尺寸如圖所示：圖6-4 凸模固定板（2）凹模墊板凹模墊板的厚度取8mm，其結(jié)構(gòu)尺寸如圖所示：圖6-5 凹模墊板（3）推板推板的厚度取11mm，用螺釘和彈簧連接，起到卸料的作用，和凹模一起起到使工件彎曲。其結(jié)構(gòu)尺寸如圖所示：圖6-6 推板6.4.2模座的選擇根據(jù)凹模周界尺寸，查參考文獻6可以確定模座，采用滑動導向后側(cè)導柱標準模架，初定下模座尺寸號為250mm125mm45mm，上模座尺寸為250mm125mm40mm。如圖所示：圖5-12 上模座圖5-13 下模座6.4.3導柱和導套的選取根據(jù)模具的各關(guān)系圖6-2，由模具的閉合高度和模座可以選擇導柱的長度和導套，選擇A型滑動導向?qū)е虯型滑動導向?qū)?，選擇如下：導柱 A28195 GB/T2861.1-2008導套 A283890 GB/T2861.3-20086.4.4螺釘、銷釘?shù)倪x取根據(jù)模具的各關(guān)系圖5-14，查參考文獻8附表1-10和2-5選取。六角螺釘：上模座與凸模固定板連接，下模座與凹模連接，分別為：數(shù)量：4 規(guī)格： M1240，2838HRC。數(shù)量：6 規(guī)