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1、1.1 我国汽车冲压模具的发展现状随着汽车工业的快速发展， 服务于汽车生产的模具近年来也快速发展。 汽车模具 种类很多，其中冲压模具和塑料模具是用量最大的两大类。此外，还有铸造模具、锻 造模具、橡胶模具、 粉末冶金模具和拉丝模具和无机材料成型模具等。 在汽车工业十 分发达的国家，为汽车服务的模具往往要占到其全部模具生产量的40以上。经过多年发展，我国目前为汽车服务的模具约已占到了全部模具产量的 1/3 左右，其中， 冲压模具要占一半左右。 由此可见，汽车冲压模具在模具行业和汽车工业中的重要地 位。尤其是汽车制件模具直接关系到汽车车型，因此其地位尤为重要。就我国模具行业综合能力和水平来看， 对于
2、中档和其以下汽车的冲压具， 国内目 前已完全有能力可 以设计制造，满足用户所需，部分高级轿车的冲压模具其国内也 已开始生产。虽然如此，我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相 比仍有较大差距。这些主要表现在高档轿车和大中型汽车制件模具和高精度冲模方 面，无论在设计还是加工工艺和能力方面。 轿车制件模具具有设计和制造难度大， 质 量和精度要求高的特点， 可代表制件模具水平。 虽然在设计制造方法和手段上面已基 本达到了国际水平， 模具结构方面也接近国际水平， 在轿车模具国产化进程中前进了 一大步，但在制造质量、精度、制造周期等方面，与国外相比还存在一定的差异。我国模具行业专业化程度还比
3、较低， 模具自产自配比例过高。 国外模具自产自配 比例一般为30%左右。我国冲压模具自产自配比例约为 60%左右。这就对专业化产 生了很多不利影响。现在，技术要求高、投入大的模具专业化程度较高，例如制件模 具、多工位级进模和精冲模等。而一般冲模专业化程度就较低。由于自配比例高，所 以冲压模具生产能力的分布基本上跟随冲压件生产能力的分布。 但是专业化程度较高 的汽车制件模具和多工位、 多功能精密冲模的专业生产企业的分布有不少并不跟随冲 压能力分布而分布 ，而往往取决于主要投资者 的决策。例如四川有较大的汽车制件 模具的能力， 但其主要用户不在四川。 另外，企业之间近年来正在逐步形成“战略联 盟”
4、。形成联盟的企业，往往以一个实力强大和水平较高的大型模具厂为核心，在一 定的地域范围内有很好的协作关系， 包括原材料、 工艺、技术和市场乃至资金和人员 方面的协同等。长春和其周边地区、哈尔滨和其周边地区、湖北十堰和其周边地区、 京津冀有关地区、成渝有关地区、上海和其周边地区、芜湖和其周边地区等，都已形 成了由一大批企业组成的汽车冲压模具的“联盟生产基地”。1.2 毕业设计课题的任务、要求、技术难点和要达到的预期效果首先，要了解整个模具行业的发展概况以和应用水平， 特别是冲压模具设计的先 进技术和方法。 其次，熟练掌握应用软件， 还要了解目前应用较为广泛的其他应用软 件，如、软件等。再次，必须对
5、冲压材料的成型特性有足够的了解。最重要的是在 基于软件的基础上着手于本课题汽车底板支架修边冲孔模具的设计。 本课题要解 决的主要问题是： 1、制件工艺分析； 2、冲压工艺方案确定； 3、修边冲孔模参数计 算；4、修边冲孔模总体结构设计； 5、一些辅助机构的设计、排列和选用。最后需要 利用软件绘出该零件冲压模具的三维图，利用绘制其二维工程图。为了解决这些问题， 必须先明确本冲压模具的设计重点， 作出详细的工作进度计 划。在这其间要多参照已成型的模具结构， 熟练掌握和软件的使用； 掌握冲压模具的 设计程序、规范和结构特点；了解模具标准件，学会标准件库的建立，以提高模具设 计效率； 学会使用参数化设
6、计方法， 以减少设计周期。 最后还应掌握模具零件尺寸公 差与零件设计的几何要求关系， 因为在设计模具时， 必须根据制件的尺寸和精度要求 来确定相应的成型零件的尺寸和精度等级， 得到零件的工作尺寸。 所有这些资料必须 通过图书馆查找期刊文献、 会议文献以和专业书籍和网络数据库得到， 所以还要熟练 掌握资料的检索。# / 172汽车底板支撑架修边冲孔模具设计2.1制件的工艺分析如图2-1，图2-2分别为汽车底板支架制件的轴测图和正视图。此制件为大批量 生产，如果能够采用冲压工艺将大大的提高生产效率、降低生产成本。图2-1汽车底板支架轴测图零件结构：该所要修边的冲压件形状复杂，模具分离刃口所在的位置
7、是任意的空 间曲面；冲压件存在不同程度的弹性变形。因此，进行模具设计时，在工艺上和模具 结构上应考虑制件定位、模具导正、废料的排除、工件的取出问题。尺寸精度：零件图上所有未注公差的尺寸属自由尺寸，可按14级确定工件尺寸公差。由零件图可知此冲压件的尺寸精度一般，普通冲裁即可满足。结论：此冲压件适合用普通冲裁的垂直修边冲孔模来完成。2.2冲压工艺方案的确定该冲压件包括拉延、修边冲孔和整形三个基本工序，可采用先拉延再修边冲孔（落 料），后整形的单工序模生产方案。单工序模具结构简单，制造方便，此制件需要三 道工序，三套模具就能完成冲压件的加工，并且可以满足冲压件大批量生产的需要。 另外此制件用垂直修边
8、冲孔模即可完成冲压，无需斜契机构，所以模具空间布局比较宽敞，有利于制件空间定位。本次设计仅作修边冲孔模设计，另外两道工序拉延和整形由别的同学负责设计完成。2.3参数计算图2-3冲裁力示意图式中：P：冲裁力（）（无阶梯状态下计算）1：冲裁长度（）t:板厚（）:抗剪强度（mm2 ）:抗剪强度 卸料力 卸料力因料厚形状等的不同而各异。mm2）按表1般为冲裁力的26%P 卸卸 47520 0.06=2851.2式中K卸：卸料系数见表2表2卸料力系数表料厚K卸钢三0.10.06 0.09 0.1 0.50.04 0.07 0.5 2.50.025 0.06 2.5 6.50.02 0.05 6.50.0
9、15 0.04铝、铝合金0.03 0.08紫铜、黄铜0.02 0.06注:卸料系数K卸在冲大搭边和复杂轮廓时取上限值3.修边尺寸展开计算本模具为无伸长和压缩的纯直角弯曲情况，其中性层为料厚的40%（如图2-4）0.430.52t图2-4修边尺寸展开示意图4间隙间隙，是指凸模与凹模刃口间单侧的间隙。如图2-5所示。间隙选取（如图2-6）:本模具的落料尺寸决定于凹模刃口尺寸，间隙取在凸模上# / 17站用于肪钢何隙Jor fitG. 0*oh ?C, 0 3 5ai o. a0. 0 4s:o. g0. 0 1 S5-L 0Ofc 9si 1 2Q.Q T61. 40,860_ 1 06- 2:1
10、, 8|0, 1 I6* 3z. 0j 0.136. 53CL 1 56* 52. 6 1,0. 1 76. &0. 06 . 93.2Q. 2 26. 94. 50. 4 09+ 9筑00, 6 010.0图2-6间隙选取适用图2.4总体结构设计此制件模具分离刃口所在的位置是任意的空间曲面， 冲压件存在不同程度的弹性 变形，所以本设计要针对其特性设计出一套合格的修边冲孔模具。结构形式的选择：修边冲孔模可分为：垂直修边冲孔模、斜楔修边冲孔模和垂直斜楔修边冲孔模。垂直修边冲孔模的修边方向与压力机滑块运动方向一致，是制件修边冲孔模最常用的 形式，应尽量采用。斜楔修边冲孔模的修边镶块作水平或倾斜方向
11、运动，有一套将压力机滑块运动方向转变成刃口镶块沿修边方向运动的斜楔机构，所以结构较复杂。垂直斜楔修边冲孔模的一些修边镶块作垂直方向运动，另一些修边镶块作水平或倾斜方 向运动，该修边冲孔模用于同一模具上需要垂直修边和斜楔修边的情况，模具结构复杂。根据制件结构、精度等级，不需要设计斜楔滑块机构。所以设计一套垂直修边冲 孔模就可以满足要求了。该模具采用垂直修边结构，模具设计的重点是凸模和凹模镶块和废料刀设计确定了模具的结构形式，然后用（）模板技术参数化的设计方法进行结构设计； 在 中进行模具标准件库的建立。2.5模板技术参数化设计方法根据汽车模具设计的经验和规则，在平台上将模板技术和参数化方法应用于
12、汽车 模具的设计中，能够大大地缩短传统模具设计的周期， 达到快速响应制造，以下就把 这项技术应用到本设计中。首先对一些专有名词进行介绍。快速响应制造（，），最初是由福特汽车公司提出的，其目的是建立集成环境同 时使工程技术人员有效地使用计算机仿真和处理技术进行产品的开发、设计和制造， 缩短产品的市场响应时间，提高质量和可靠性，同时降低成本。参数化模板技术的设 计思想是为快速模具结构设计服务的， 缩短模具结构生成和出固的耗时，减少冲压工 艺分析设计和依据图纸进行模具制造中间的时间间隔，从而更好的满足客户的要求。模板是将一个事物的结构按照其内在的规律予以固定化、标准化的结果，它是结构标准化的具体体现
13、。参数化模板技术利用设计的参数化技术， 将模板的尺寸进行全 关联，用主要参数来对其他参数进行驱动。 参数化模板技术的应用必须建立在特征建 模的基础之上。以为开发平台，运用完善的参数化机制和强大的功能进行特征建模， 尤其所提供的装配功能和技术使参数化模板技术具有更广泛的适应性和更强大的生 命力。2.5.1模板的设计和创建1参数化模板技术应用方法研究模板是结构标准化的具体体现，那么模板中的每一个标准化结构都可以看作是一 个模块。将各个模块建模，然后利用的装配功能把模块拼装，便完成模板。同时，模 板的设计中应该融入一定实际生产经验，这样模板才具有权威性。针对模板中使用的标准件（螺栓、螺钉、导柱、导套
14、等），建立标准件库。这样在 由模板生成具体模具时，当标准件的规格需要变换时，能够直接从标准件库中提出， 方便省时。根据零件的形状和尺寸，首先在计算机中以工程草图的形式画出，尺寸以 参数形式表示，然后对这些参数赋以不同的值，就能够建立起一组形状相同、 规格不 同的标准件。模具作为一种特定结构的机械产品， 进行模块化设计时，既与传统模块化机械产 品设计有许多共同之处，又具有自身的特殊性。模块的正确划分是模板制作的关键， 要兼顾两个方面：一是模具的结构，二是是否有利于实现参数化。本模具在深刻分析 制件结构、特性和冲压压形模具结构特点的基础上，先抽象出所有冲压压形模具的共 同特征，要将上述两个方面统一
15、起来对模板划分模块。可分为二个模块：上模、下模、压料芯。从是否有利于实现参数化的角度看，压形模具可分为模架模块和专用型面模 块。模架模块是指结构相对规则的上下模架部分， 主要起定位和支撑等作用。专用型 面模块是指型面结构变化部分，不易实现设计参数化，是制件成形的关键部分。所以 将本模具的模板分成四个模块：上模基座（如图 2-7）、下模基座（如图2-8 ）、镶 块、压料芯。这样划分的优点有：1）将上、下模划分为基座，因为基座是少变化和稳 定的，结构相对规则，易于实现参数化；而型体外形则是多变的，不规则，不易于实 现参数化；当型体由于突变失效时，不至于牵连基座；2）不同的产品，要求不同的模具型面，将型面设计成镶块形式，将镶块单独作为一个文件，便于对它的操纵和控制。图2-7上模基座三维立体图2冲压压形模板的创建基于上述参数化模板技术在汽车冲压压形模板设计中应用方法的分析，根据对压形模板的模块划分，对各个模块在中建模，然后装配成为压形模板。2.5.2参数化特征建模参数化模板要求其中的曲线、曲面、实体的形
