1、車輪固定架沖壓工藝研究及模具設車輪固定架沖壓工藝研究及模具設計計 南昌工程學院南昌工程學院機電學院機電學院08材料材料 廖偉龍廖偉龍 2008100542 2012.06指導老師：涂湘激指導老師：涂湘激任務書v一、畢業設計(論文)題目： 某汽車車輪固定架沖壓工藝研究及模具設計（2）v二、畢業設計(論文)使用的原始資料(數據)及設計技術要求：1.掌握各種模具制造方法的基本原理和特點,在設計、制造模具時，能夠根據實際情況，充分考慮各種制造方法的特點，從而選用最佳的工藝方案;2.分析模具結構工藝性的能力，設計出工藝性能良好的沖壓復合模。3.了解先進的制模技術。摘要v冷沖壓是金屬加工重要方法之一，它是

2、建立在金屬塑形變形的基礎上，冷沖壓是金屬加工重要方法之一，它是建立在金屬塑形變形的基礎上，在常溫下利用沖模和沖壓設備對材料施加壓力，使其產生塑性變形或分在常溫下利用沖模和沖壓設備對材料施加壓力，使其產生塑性變形或分離，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的工件。與其他加工方法相比，冷離，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的工件。與其他加工方法相比，冷沖壓是一種省能、低耗、高效的低成本的加工方法，且能加工形狀復雜、沖壓是一種省能、低耗、高效的低成本的加工方法，且能加工形狀復雜、要求表面質量好，剛性好的制件，生產的產品質量穩定，可批量生產。要求表面質量好，剛性好的制件，生產的產品質量穩定，可批量生產。 這個課題

3、要求對給定零件汽車車輪固定架進行工藝分析及模具設計，這個課題要求對給定零件汽車車輪固定架進行工藝分析及模具設計，通過對零件進行詳細的工藝分析確定零件的沖壓工藝方案并制定部分零通過對零件進行詳細的工藝分析確定零件的沖壓工藝方案并制定部分零件的制造工藝，分析比較了成形過程的三種不同沖壓工藝（單工序、復件的制造工藝，分析比較了成形過程的三種不同沖壓工藝（單工序、復合工序和給進工序），確定用一套復合模完成沖孔落料工序過程，再用合工序和給進工序），確定用一套復合模完成沖孔落料工序過程，再用一套彎曲模具完成彎曲工藝，最后利用一套彎曲模具完成彎曲工藝，最后利用Auto CADAuto CAD軟件對制件進行設

4、計繪軟件對制件進行設計繪圖。該實踐性課題是對學生理論學習水平的實踐和檢驗，可對以后從事圖。該實踐性課題是對學生理論學習水平的實踐和檢驗，可對以后從事類似的工作有一定的指導性與實踐性意義。類似的工作有一定的指導性與實踐性意義。大綱大綱第一部分：對給定制件車輪固定架的第一部分：對給定制件車輪固定架的沖壓工藝研究及分析沖壓工藝研究及分析第二部分：對生產該制件模具進行模第二部分：對生產該制件模具進行模具設計具設計第三部分：根據一、二步驟繪制模具第三部分：根據一、二步驟繪制模具總裝圖總裝圖 前言前言v 模具號稱模具號稱“產業之母產業之母”，具有，具有“不衰亡工業不衰亡工業”之稱。就之稱。就我國目前，電子

5、、汽車、電機、電器、儀表、通訊和軍工等我國目前，電子、汽車、電機、電器、儀表、通訊和軍工等產品中，大部分的零部件，都要依靠模具成型。用模具成型產品中，大部分的零部件，都要依靠模具成型。用模具成型的制件所表現出來的高復雜性、高精度、高生產率和低消耗，的制件所表現出來的高復雜性、高精度、高生產率和低消耗，是其他加工制造方法所無法相比。我國模具行業將向大型、是其他加工制造方法所無法相比。我國模具行業將向大型、精密、高效、長壽命和多功能方向發展。模具在很大程度上精密、高效、長壽命和多功能方向發展。模具在很大程度上決定著產品的質量、效益和開發能力。決定著產品的質量、效益和開發能力。 v 目前中國模具的總

6、產值已躍居世界第三，僅次于美國和目前中國模具的總產值已躍居世界第三，僅次于美國和日本。隨著科學技術的不斷進步和工業生產的迅速發展，模日本。隨著科學技術的不斷進步和工業生產的迅速發展，模具行業，尤其是沖壓模具幾其技術也在不斷的革新與發展，具行業，尤其是沖壓模具幾其技術也在不斷的革新與發展，我國模具產業總產值保持我國模具產業總產值保持13%13%的年增長率的年增長率 。由于近年市場需由于近年市場需求的強大拉動，中國模具產業高速發展，沖壓模具設計市場求的強大拉動，中國模具產業高速發展，沖壓模具設計市場廣闊。主要表現在以下幾方面：模具工藝分析計算方法的現廣闊。主要表現在以下幾方面：模具工藝分析計算方法

7、的現代化；模具設計制造技術的現代化；沖壓生產機械化和自動代化；模具設計制造技術的現代化；沖壓生產機械化和自動化；不斷改進板料的沖壓性能。化；不斷改進板料的沖壓性能。第一節第一節 模具行業的現狀及發展前景模具行業的現狀及發展前景賴祖亮小木蟲 第一部分第一部分 對沖壓件的沖壓工藝研究及對沖壓件的沖壓工藝研究及分析分析 沖裁件沖裁件 第一節第一節 沖裁件的工藝分析沖裁件的工藝分析v該零件為備輪架加固板，采用該零件為備輪架加固板，采用4mm4mm的鋼板沖壓而成，有足夠的鋼板沖壓而成，有足夠的強度與硬度。從材質上看，沖裁材料為的強度與硬度。從材質上看，沖裁材料為1010鋼，屬低強度、鋼，屬低強度、高延伸

8、性、塑性及流動性好的軟材料，有利于對其進行冷、高延伸性、塑性及流動性好的軟材料，有利于對其進行冷、熱加工成型，具有較好的沖壓工藝性。制件外形簡單、對稱，熱加工成型，具有較好的沖壓工藝性。制件外形簡單、對稱，無尖角、凹陷，精度要求不高，尺寸可以由沖裁、彎曲沖壓無尖角、凹陷，精度要求不高，尺寸可以由沖裁、彎曲沖壓工藝獲得。零件外形尺寸無公差要求，壁部圓角半徑工藝獲得。零件外形尺寸無公差要求，壁部圓角半徑r3r3，大，大小適合，在彎曲過程中不會斷裂等缺陷。小適合，在彎曲過程中不會斷裂等缺陷。20mm20mm的八個孔分的八個孔分別均布在零件的兩個平面上，孔距有位置要求，但孔徑無公別均布在零件的兩個平面

9、上，孔距有位置要求，但孔徑無公差配合。該鋼材表面質量好，沖壓性能優異，而且板材的各差配合。該鋼材表面質量好，沖壓性能優異，而且板材的各種性能和厚度精度等都相當穩定。通過退火等處理方法，可種性能和厚度精度等都相當穩定。通過退火等處理方法，可獲得各向異性指數值獲得各向異性指數值r r增大的織構組織，改善該鋼材的拉伸增大的織構組織，改善該鋼材的拉伸性能和曲面成形時的貼膜性能等沖壓性能，所以它是沖裁生性能和曲面成形時的貼膜性能等沖壓性能，所以它是沖裁生產中應用廣泛的原材料。用于制造要求受力不大，韌性高的產中應用廣泛的原材料。用于制造要求受力不大，韌性高的零件，如汽車車身，容器，管子，墊片，固定件等零件

10、，可零件，如汽車車身，容器，管子，墊片，固定件等零件，可用作冷軋，冷沖，冷鐓，冷彎，熱軋等工藝成型，但淬硬性用作冷軋，冷沖，冷鐓，冷彎，熱軋等工藝成型，但淬硬性和淬透性均較差。總體來說，該零件沖壓工藝性較好。和淬透性均較差。總體來說，該零件沖壓工藝性較好。 通過上述工藝分析，可以看出該零件為普通的厚板彎曲通過上述工藝分析，可以看出該零件為普通的厚板彎曲件，尺寸精度要求不高，主要是輪廓成型問題，又屬大量生件，尺寸精度要求不高，主要是輪廓成型問題，又屬大量生產，因此可以用沖壓方法生產。產，因此可以用沖壓方法生產。沖壓生產三要素沖壓生產三要素合理的沖壓工藝合理的沖壓工藝先進的模具先進的模具高效的沖壓

11、設備高效的沖壓設備第二節 毛胚展開長度計算 v 由于該零件有彎曲部分，在計算毛胚的尺寸的時候，要由于該零件有彎曲部分，在計算毛胚的尺寸的時候，要根據應變中性層在彎曲過程中既不伸長也不縮短的依據來確根據應變中性層在彎曲過程中既不伸長也不縮短的依據來確定彎曲件毛胚的尺寸。根據中性層的定義，彎曲件的展開長定彎曲件毛胚的尺寸。根據中性層的定義，彎曲件的展開長度，應等于中性層的展開長度。計算公式如下：度，應等于中性層的展開長度。計算公式如下：第三節 沖裁工藝方案的確定 v由上圖工藝分析，產品的最終成形需要三道基本工序：落料，沖孔，彎由上圖工藝分析，產品的最終成形需要三道基本工序：落料，沖孔，彎曲。組合起

12、來，可以有一下方案進行加工：曲。組合起來，可以有一下方案進行加工： 方案一：先落料，再沖孔，最后進行彎曲，單工序模生產；方案一：先落料，再沖孔，最后進行彎曲，單工序模生產； 方案二：先沖孔落料級進模，然后再進行彎曲，級進模生產；方案二：先沖孔落料級進模，然后再進行彎曲，級進模生產； 方案三：先沖孔落料復合模，然后再進行彎曲，復合模生產；方案三：先沖孔落料復合模，然后再進行彎曲，復合模生產； 方案四：先落料彎曲復合模，最后沖孔，復合模生產。方案四：先落料彎曲復合模，最后沖孔，復合模生產。 通過對上述四種方案分比較，結合設計要求，原則以及現有的沖床通過對上述四種方案分比較，結合設計要求，原則以及現

13、有的沖床的生產設備，第一種方案、第二種、第四種方案不適用于采用。該件的的生產設備，第一種方案、第二種、第四種方案不適用于采用。該件的沖壓生產采用方案三為佳，即采用先沖孔落料復合模，然后再進行彎曲沖壓生產采用方案三為佳，即采用先沖孔落料復合模，然后再進行彎曲設計方案。本課題只要求我完成沖孔落料復合模的設計，不需要彎曲部設計方案。本課題只要求我完成沖孔落料復合模的設計，不需要彎曲部分的設計。分的設計。第二部分：第二部分：對生產該制件模具進行對生產該制件模具進行模具設計模具設計v1 1、排樣設計計算、排樣設計計算 沖裁件的排樣是指沖裁件在條料、帶料或板料上的布置沖裁件的排樣是指沖裁件在條料、帶料或板

14、料上的布置方法。在模具設計中，合理的排樣和選擇適當的搭邊值，是方法。在模具設計中，合理的排樣和選擇適當的搭邊值，是降低成本和保證制件質量及模具壽命的有效措施。材料的利降低成本和保證制件質量及模具壽命的有效措施。材料的利用率是沖裁件的實際面積與所用板料面積的百分比，其數值用率是沖裁件的實際面積與所用板料面積的百分比，其數值越大，材料的利用率就越高。由于材料費用常會占沖裁件的越大，材料的利用率就越高。由于材料費用常會占沖裁件的60%60%以上，故材料的利用率是一項很重要的經濟指標。以上，故材料的利用率是一項很重要的經濟指標。 排樣方式：有廢料排樣排樣方式：有廢料排樣 材料的利用率：公式材料的利用率

15、：公式A/BLA/BL100%100% 第一節 沖裁模模具設計計算排樣圖v2 2、沖裁間隙：、沖裁間隙： 沖裁間隙是指沖裁模凸、凹模刃口之間的間隙，分為單沖裁間隙是指沖裁模凸、凹模刃口之間的間隙，分為單邊間隙和雙邊間隙，分別用邊間隙和雙邊間隙，分別用C C，Z Z表示。該沖裁件為沖孔落料表示。該沖裁件為沖孔落料件，沖孔凸模與沖孔凹模之間存在雙邊間隙，落料凸模與落件，沖孔凸模與沖孔凹模之間存在雙邊間隙，落料凸模與落料凹模之間存在雙邊間隙。間隙大小對沖裁件質量、模具壽料凹模之間存在雙邊間隙。間隙大小對沖裁件質量、模具壽命、沖裁力的影響很大，是沖裁工藝及模具設計中的一個極命、沖裁力的影響很大，是沖裁

16、工藝及模具設計中的一個極其重要的工藝參數。其重要的工藝參數。考慮到模具制造中的偏差以及使用中的考慮到模具制造中的偏差以及使用中的磨損，生產中通常選擇一個適當的范圍作為合理間隙。一般磨損，生產中通常選擇一個適當的范圍作為合理間隙。一般由經驗確定法通過材料及材料厚度獲得合理間隙值。由經驗確定法通過材料及材料厚度獲得合理間隙值。 該制件的材料為該制件的材料為1010號鋼號鋼, ,材料厚度為材料厚度為4mm4mm，且為汽車配件，且為汽車配件，根據參考文獻根據參考文獻2 2，查表，查表2-22-2得得 最小合理間隙最小合理間隙Zmin=0.640mm,Zmin=0.640mm,最大合理間隙最大合理間隙Z

17、max=0.880mmZmax=0.880mm。v3 3、沖裁模刃口尺寸計算沖裁模刃口尺寸計算 模具刃口尺寸精度是影響沖裁件尺寸精度的首要因素，模具刃口尺寸精度是影響沖裁件尺寸精度的首要因素，模具的合理間隙也要靠模具刃口尺寸及其公差老保證。由于模具的合理間隙也要靠模具刃口尺寸及其公差老保證。由于該制件為沖孔落料件，考慮到凸模、凹模之間存在間隙，使該制件為沖孔落料件，考慮到凸模、凹模之間存在間隙，使落下的料或沖出的孔都帶有錐度，所以應使落料件的大端尺落下的料或沖出的孔都帶有錐度，所以應使落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，沖孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。設計落寸等于凹模尺寸，沖孔件的小端尺寸等于凸模尺寸

18、。設計落料模時，應以落料件的大端尺寸為基準，即大端尺寸為落料料模時，應以落料件的大端尺寸為基準，即大端尺寸為落料凹模尺寸，間隙取在凸模上；設計沖孔模時，應以沖孔件的凹模尺寸，間隙取在凸模上；設計沖孔模時，應以沖孔件的小端尺寸為基準，即小端尺寸為為沖孔凸模尺寸，間隙取在小端尺寸為基準，即小端尺寸為為沖孔凸模尺寸，間隙取在凹模上。沖裁件由于該制件沒有標注公差，所以根據國家標凹模上。沖裁件由于該制件沒有標注公差，所以根據國家標準對于非圓形件的規定，公差數值按準對于非圓形件的規定，公差數值按IT14IT14級處理，沖模按級處理，沖模按IT11IT11級制造；沖裁件的尺寸公差應按級制造；沖裁件的尺寸公差

19、應按“入體入體”原則標注，落原則標注，落料件上偏差為零，下偏差為負；沖孔件下偏差為零，上偏差料件上偏差為零，下偏差為負；沖孔件下偏差為零，上偏差為正。為正。 落料凹模尺寸變化圖 該沖裁模凸模刃口尺寸按上述凹模相應的各部分尺寸配制，該沖裁模凸模刃口尺寸按上述凹模相應的各部分尺寸配制，保證雙邊間隙保證雙邊間隙0.640-0.880.0.640-0.880.4 4、壓力及壓力中心的計算、壓力及壓力中心的計算 沖裁模設計過程中，必須計算沖裁力，以合理的選用壓力沖裁模設計過程中，必須計算沖裁力，以合理的選用壓力機。在沖裁過程中，沖裁力是隨凸模進入凹模材料的深度而變機。在沖裁過程中，沖裁力是隨凸模進入凹模

20、材料的深度而變化的。通常說的沖裁力是指沖裁力的最大值。化的。通常說的沖裁力是指沖裁力的最大值。 （1)1)、沖裁力的計算、沖裁力的計算沖裁力：沖裁力： F0=KLtb =1.3*2671.2*4*335/1000=4653.23 KN推件力推件力 ： F推=nK推F0=1*0.045*4653.23=209.40 KN ： =4653.23+209.40 =4862.63 KN 根據總沖壓力根據總沖壓力F F總總=4862.63KN=4862.63KN，模具設計成本等問題的考慮，壓力機公，模具設計成本等問題的考慮，壓力機公稱壓力應大于或等于沖壓力稱壓力應大于或等于沖壓力. .選用公稱壓力為選用

21、公稱壓力為5000KN5000KN的雙柱閉式機械壓力機。的雙柱閉式機械壓力機。 壓力中心的確定：由于零件形狀對稱，其壓力中心位于刃口輪廓圖形壓力中心的確定：由于零件形狀對稱，其壓力中心位于刃口輪廓圖形的幾何中心上。的幾何中心上。v1、沖裁模的結構設計 沖裁模是沖裁工序所用的模具，其結構種類較多，他們各有自身的特點和適用范圍。為了保證沖裁件的外形尺寸以及孔和孔距的精度要求，采用導正銷和擋料銷配合定距的復合模，同時采用初始檔料銷對條料初始定位。板厚為4mm，采用剛性卸料板即可。模架采用導柱導套式標準模架，導向精度高，使用壽命長。模柄、固定板、墊板、銷釘、螺釘等固定零件均從標準中查得。 第二節 沖裁

22、模的主要零部件設計212 2、 沖裁模的工作零部件的結構設計沖裁模的工作零部件的結構設計凸模，凹模和凸凹模是沖凸模，凹模和凸凹模是沖裁模的工作零件，是完成裁模的工作零件，是完成沖裁工藝的關鍵，除正確沖裁工藝的關鍵，除正確計算人口尺寸外，選擇合計算人口尺寸外，選擇合理的結構形式也是非常重理的結構形式也是非常重要的。要的。 凸模結構通常分為整體式和鑲拼式兩類，凸模結構通常分為整體式和鑲拼式兩類，由于制件形狀簡單，對稱，為沖孔凸模，由于制件形狀簡單，對稱，為沖孔凸模，采圓形用整體式凸模。根據加工方式不采圓形用整體式凸模。根據加工方式不一樣，又分為臺階式和直通式，對于該一樣，又分為臺階式和直通式，對于

23、該沖裁件，沖孔凸模采用整體式直通式結沖裁件，沖孔凸模采用整體式直通式結構即可。凸模頂部采用階梯軸進行固定。構即可。凸模頂部采用階梯軸進行固定。 該復合模的有一個凸凹模，凸凹模的內外該復合模的有一個凸凹模，凸凹模的內外邊緣均是刃口，內外邊緣的壁厚決定于沖邊緣均是刃口，內外邊緣的壁厚決定于沖裁件的尺寸。為保證凸凹模的強度，凸凹裁件的尺寸。為保證凸凹模的強度，凸凹模應有一定的最小壁厚。根據參考文獻模應有一定的最小壁厚。根據參考文獻2 2，查表查表3-113-11得，對于沖裁板料厚度為得，對于沖裁板料厚度為4mm4mm的的凸凹模，要求最小壁厚是凸凹模，要求最小壁厚是10mm10mm。制件的最。制件的最

24、小壁厚為小壁厚為30mm30mm，滿足要求。，滿足要求。223 3、沖裁模的輔助結構零部件的結構設計、沖裁模的輔助結構零部件的結構設計沖裁模的輔助結構零部沖裁模的輔助結構零部件的結構設計件的結構設計定位零件：根據制件形狀，模具結構，該沖裁模定位零件：根據制件形狀，模具結構，該沖裁模采用固定擋料銷。擋料銷的作用主要是擋住條料采用固定擋料銷。擋料銷的作用主要是擋住條料搭邊或沖孔壓件輪廓以限制條料的送進距離。搭邊或沖孔壓件輪廓以限制條料的送進距離。 卸料裝置卸料裝置 ：在沖裁加工中，常用卸料板、推件器在沖裁加工中，常用卸料板、推件器通過卸料螺釘等連接將制件或廢料從凸模。卸料通過卸料螺釘等連接將制件或

25、廢料從凸模。卸料采用彈性卸料，推件采用剛性推件。采用彈性卸料，推件采用剛性推件。 導向零件：該制件沖裁模設計選用的是滑動導向導向零件：該制件沖裁模設計選用的是滑動導向的中間導柱模架。導柱安裝在模具中間的兩端，的中間導柱模架。導柱安裝在模具中間的兩端，這樣上模座在導柱上滑動平穩，可以前后送料。這樣上模座在導柱上滑動平穩，可以前后送料。 連接件與固定零件的設計連接件與固定零件的設計：主要有模柄、銷釘、主要有模柄、銷釘、釘、螺釘以及固定板和墊板等。釘、螺釘以及固定板和墊板等。第三節 模具主要零部件材料的選擇v沖裁模具所選用的材料比較多，選用的要求和選擇的原則也沖裁模具所選用的材料比較多，選用的要求和選擇的原則也是不同的。其中模具的工作零件所用的材料應比其他的零件是不同的。其中模具的工作零件所用的材料應比其他的零件所用的材料要好。模具材料中最重要的是用作模具工作部位所用的材料要好。模具材料中最重要的是用作模具工作部位即凸、凹模的材料，作為凸、凹模的材料一般滿足以下條件：即凸、凹模的材料，作為凸、凹模的材料一般滿足以下條件：1 1、耐磨性要高；、耐磨性要高；2