1、本科毕业论文（20 届）东风汽车玻璃升降器外壳冲压复合模具设计所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科毕业论文2摘 要 现代模具工业有“不衰亡工业”之称,单就汽车产业而言,一个型号的汽车所需模具达几千副,价值上亿元,而当汽车更换车型时约有 80%的模具需要更换。在模具工业的总产值中,冲压模具约占 50%。人们已经越来越认识到模具在制造中的重要基础地位,认识到模具技术水平的高低,已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志,并在很大程度上决定着产品 质量、效益和新产品的开发能力。冲压复合模是指在压力机的一次工作行程中完成两个或两个以上基本冲压
2、的模具。通过该模具制作产品，节约了制作成本，提高了劳动效率，保证了产品精度，而且其结构简单，制造容易，操作方便。不同行业的产品及冲压件都有各自的特点，复合模的要求，结构和加工范围也不同。所以，在确定将两个（或两个以上）冲压件所需的模具组合在一起时，首先要针对本行业中冲压件的结构形式，尺寸大小，材料厚度，以及生产性质等方面作充分的调查研究，潜心分析，然后选择组合复合模的规格、品种。汽车玻璃升降器外壳是汽车车门上的一个零件。其工序主要有冲裁（落料和冲孔）和拉深以及翻边等。每样工序都有其特定的工艺特点及计算方法，但是都是在一个工件上，具有严格的位置要求。汽车玻璃升降器外壳复合模具的设计，是以满足工件
3、的工艺要求为基础，尽量的提高材料利用率，减少模具设计成本为前提的。如果采用单工序分步加工，不适合用于批量生产，成本较高，加工时间较长，生产效率较低，质量也不太稳定。本设计采用了复合模，这样能提高生产效率，降低成本，而且采用复合模，不仅提高了生产效率，质量也比较稳定，模具寿命也较长。可以提高工作效率和产品质量，满足设计目的和技术要求。综合考虑模具的结构和零件的工艺要求来确定出工件的加工中的工序的复合情况，以及各工序的内容。根据复合的情况大致可确定模具结构，以及模具零件的外形尺寸等。关键字：复合模；落料；凸凹模本科毕业论文3AbstractModern mould industry is know
4、n for never declining. Only as far as automobile industry is concerned, thousands of moulds which value more than one hundred million RMB are needed in only one type of automobile. However, about 80% of the moulds will need to be replaced when the type of the automobile is going to be changed. In th
5、e total value of output of mould industry impact extrusion occupies 50% or so. People begin to realize the great importance of mould in manufacturing and perceive that theCompound die is refers in a press power stroke completes two or two above basic ramming molds. Through this mold manufacture prod
6、uct, saved the manufacture cost, enhanced the labor efficiency, has guaranteed the product precision, moreover its structure is simple, the manufacture is easy, ease of operation. The different profession product and the pressing part all have respective characteristic, the stamping die request, the
7、 structure and the processing scope are also different. Therefore, (or above two) the pressing part needs in the determination two the mold combines when together, first must aim at in this profession the pressing part structural style, the size, material thickness, as well as aspects and so on prod
8、uction nature do the full investigation and study, analyzes with concentration, then choice combination stamping die specification, variety.The automobile glass frame riser outer covering is on automobile vehicle door components. Its working procedure mainly has the blanking (to fall material and pu
9、nch holes) and the drawing as well as the flange and so on. Each type working procedures all have its specific craft characteristic and the computational method, but all is on a work piece, has the strict position request. The automobile glass frame riser outer covering compound mold design, is take
10、 satisfies the work piece the technological requirement as a foundation, as far as possible raises the material use factor, reduces the mold design cost for the premise.If uses a single working procedure minute step the processing, uses in the volume production not suitably, the cost is high, the pr
11、ocess period is long, the production efficiency is low, quality not too stable. This design has used the compound die, like this can enhance the production efficiency, reduces the cost, moreover uses the stamping die, not only enhance the working efficiency, the quality quite has been also stable, t
12、he mold life was also long. The overall evaluation mold structure and the components technological requirement determines the work piece in the processing working procedure compound situation, as well as various working procedures content. May determine the mold structure approximately according to
13、the compound situation, as well as mold components external dimensions and so on.Key words: compound die; blanking; concave convex die本科毕业论文4目 录第一章 绪论 .41.1 汽车模具的发展 .41.2 冲压模发展现状 .51.3 本文设计的内容及意义 .6第二章 冲压工艺及模具设计基础 .72.1 冲压工艺基本知识 .72.2 冲裁 .82.3 拉深 .132.4 翻边 .192.5 复合模具结构设计基础 .21第三章 汽车玻璃升降器外壳冲压工艺性分析与计
14、算 .273.1 零件工艺分析 .273.2 工艺方案的确定 .283.3 工序设计与工艺计算 .323.4 冲压工艺过程卡的编写 .34第四章 汽车玻璃升降器外壳冲压模具压力计算及压力机选用 .364.1 各工序的压力计算 .364.2 冲压设备选用 .37第五章 汽车玻璃升降器外壳冲压复合模具设计 .395.1 模具结构型式选择 .395.2 模具工作部分尺寸计算 .405.3 选用标准模架、确定闭合高度及总体尺寸 .405.4 模具零件的结构设计 .41小 结 .50致 谢 .51参考文献 .52本科毕业论文5第一章 绪论1.1 汽车模具的发展汽车模具是汽车工业的重要基础工艺装备。在汽车
15、生产中，90以上的零部件都需要依靠模具成形，6070的金属零部件需经塑性加工成形。冲压是金属塑性成形的一种最基本、最传统，也是最重要的金属加工方法之一。在新车型的开发中，90的工作量都是围绕车身而进行，约有 60的开发费用用于车身、冲压工艺及装备的开发上。在整车制造中约有 40的费用用于车身冲压件及其装配。当前，世界范围内的汽车制造业面临着市场激烈竞争的严重挑战，在新能源汽车的开发方面，多国竞争更是方兴未艾，汽车新车型的开发周期已经从过去的 1.5 年缩短至 1 年左右，并且还将继续缩短。汽车冲压模具的制造周期是影响新车型上市快慢的重要因素，汽车冲压模具的质量在很大程度上决定了汽车本身的外观和
16、质量，所以冲压模具是决定汽车新车型开发是否成功的关键因素。汽车和模具，模具业与其他相关行业的相辅相成的关系，使得模具业不断着眼于新的市场需求来实现自身的扩张，而汽车业塑料产业成为带动汽车模具业增长的动力。从汽车的心脏发电机的缸体压铸到汽车白车身冲压件，从加快我国节能环保型汽车的研发进程（如汽车发动机塑料进气歧管国外已占 80%，注塑模具的实现） ，到新材料超强钢板热压成形模，都需要模具带动汽车产业核心零部件的国产化，中高档轿车覆盖件模具，汽车轻量化新型材料成形模具及多工位级进模具均是推进汽车自主品牌的发展的保障，模具装备是汽车装备中的重要组成部分。近年来，日韩汽车在世界市场的大举进攻，欧美老牌
17、汽车巨头节节败退，汽车市场的全球化竞争加剧，新车开发就成为争夺市场的焦点。但原来新车开发的关键企业欧美模具企业却因为成本过高、人力资源不足、缺乏投资热情等原因纷纷倒声一片，欧美模具企业的关停并转成了行业主流。与此同时随着中国汽车市场的不断升温火暴，中国的汽车模具企业得到了迅猛发展，因此现在无论是国内汽车企业还是国际汽车企业都把中国的汽车模具产业看成是降低新车开发成本、增强产品竞争力的一个重要手段，中国的汽车模具产业肩负着世界汽车模具产业大转移中的新目的地的重任。但当前主要阻碍和影响这一进程的关键因素就是模具的质量，中国的大多数模具企业还没有做好在营销、标准、材料、工艺、服务等方面的与国际接轨。
18、汽车模具在中国也是一个快速发展中的行业，因此不同企业在管理、技术、设备和人力资源上也是差距巨大，造成用户的认识混乱，整体上说中国汽车模具在质量方面还没有取得或者说没有完全取得用户的认可和信任。作为模具这种订做的单件生产产品来说，用户的信任和供应商对用户需求的了解都是最重要的，这需要一个较长的磨合期。质量出信任，了解才能出质量，这是一个不断循环的过程，只要首先走入这个过程，并且进入良性循环，中国的汽车模具不但可以很快走向世界，而且可以在相当长的时间里称雄世界。本科毕业论文61.2 冲压模发展现状模具是工业生产的基础工艺装备,模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。模具技术是精密成形
19、技术中的一项关键技术。模 具 就 是 一 个 模 型 ,按 照 这 个 模 型做 出 产 品 来 ,但 是 模 具 是 怎 样 生 产 出 来 的 呢 ,可 能 除 了 模 具 专 业 人 士 大 多 数 回 答 不 出 来 .模具 已 经 在 我 们 生 活 当 中 起 了 不 可 替 代 的 作 用 ,我 们 的 生 活 用 品 大 部 分 离 不 开 模 具 ,如 ,电 脑 、电话、传真机、键 盘 、杯 子 等 等 这 些 塑 胶 制 品 就 不 用 说 了 ,另 外 像 汽 车 和 摩 托 发动 机 的 外 罩 也 是 用 模 具 做 出 来 的 ,光 一 个 汽 车 各 种 各 样
20、的 模 具 就 要 用 到 2万 多 个 .所 以说 现 代 生 活 模 具 的 作 用 不 可 替 代 .只 要 批 量 生 产 就 离 不 开 模 具 ， 至 少 在 最 近 50年 内 离不 开 。 模具是实现上述行业的饭金件、锻件、粉末冶金件、铸件、压铸件、注塑件、橡胶件、玻璃件和陶瓷件等生产的重要工艺装备。采用模具生坯或成品零件，是材料成形的重要方式之一，与切削加工相比，具有材料利用率高、能耗低、产品性能好、生产效率高和成本低等显著特点。模具是工业生产的基础工艺装备，模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。模具技术是精密成形技术中的一项关键技术。模具既直接为高新技术产业
21、化服务，又大量采用高新技术，因此模具已是高新技术产业的重要组成部分。在冲压模具方面，据中国模具工业协会发布的统计材料。2006年我国冲压模具总销售额约为288亿元人民币，其中出口2.34亿美元，约合19.4亿元人民币。2006年我国冲压模具总需求约为350.5亿元人民币，总供应约为288亿元人民币.市场满足率为82.2%。其中就国内市场来说.总需求为331.1亿元人民币，总供应约为268.6亿元人民币，市场满足率为81.1%。我国模具总量供不应求，因此模具已成为许多工业产品发展的“瓶颈” 。汽车制造中有 60%-70%的金属零部件需经塑性加工成形，冲压加工是完成金属塑性成形的一种重要手段，它是
22、最基本、最传统、最重要的金属加工方法之一。由于冲压具有如此优越性，冲压加工在国民经济各个领域应用范围相当广泛。例如，在宇航，航空，军工，机械，农机，电子，信息，铁道，邮电，交通，化工，医疗器具，日用电器及轻工等部门里都有冲压加工。不但整个产业界都用到它，而且每个人都直接与冲压产品发生联系。像飞机，火车，汽车，拖拉机上就有许多大，中，小型冲压件。小轿车的车身，车架及车圈等零部件都是冲压加工出来的。据有关调查统计，自行车，缝纫机，手表里有 80%是冲压件；电视机，收录机，摄像机里有 90%是冲压件；还有食品金属罐壳，钢精锅炉，搪瓷盆碗及不锈钢餐具，全都是使用模具的冲压加工产品；就连电脑的硬件中也缺
23、少不了冲压件。所谓冲压工艺性是指冲压件对工艺品的适应性，即所设计的冲压件在精度、大小与基准、结构形状等是否符合冲压加工的工艺要求。冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大，要求冲压材料厚厚度精确、均匀；表面光洁，无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等；屈服强度均匀，无明显方向性；均匀延伸率高；屈强比低；加工硬化性低。冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。冲压主要是按工艺分类，可分为分离和成形两大类。分离工序也称冲裁，其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的工件。在实
24、际生产中，常常是多种工序综合应用于本科毕业论文7一个工件。而且现代汽车制造大量使用卷料、薄壳式整体车身结构的高强度钢板与镀锌钢板，都要求应用冲压新工艺。冲压加工有以下优点：(1) 冷冲压加工可以获得极高的生产效率 。(2) 用冷冲压加工方法可以得到形状比较复杂和用其他加工方法不太容易加工的制件，如薄壳制件等 。(3) 冷冲压制件的尺寸精度与模具的尺寸精度相关。因此，制件尺寸比较稳定、互换性较好 。(4) 冷冲压制件的材料利用率较高，制件质量轻，刚度/摩敲敳楳量比和强度/摩敲敳楳量比高，冲压耗能少。因此，制件的成本可以相对较低 。(5) 冷冲压生产的操作简单，易于实现机械化和自动化 。(6) 冷
25、冲压加工中所用的模具一般比较复杂、生产周期较长、成本较高 。(7) 冷冲压工艺最适合于批量较大的生产。近年来发展的简易冲压模具、组合冲压模具、锌基合金冲压模具以及数控冲压技术等为单件、小批量生产采用冲压工艺创造了条件 。现代冲压成形发展和研究的重大课题包括有：（1）模块式冲压及其控制；（2）新材料及复合材料冲压加工新工艺；（3）特种冲压成形技术；（4）计算机模拟冲压成形及虚拟试模技术；（5）模具制造技术；（6）冲压成形过程自动监控及失稳机理分析等项。当前，冲压技术正向精密、多功能、高效节能、安全清洁和智能化的生产方向发展。车身冲压技术还呈现出模块化、自动化、毫米冲压和特种成型技术等新趋势。汽车
26、冲压模具有很好的发展前景，其发展趋势当与冲压技术的发展方向相吻合，多工位自动化智能模具和为智能生产服务的高性能模具将逐步成为今后技术发展的重点。在国内外汽车模具行业的发展中，除了生产专业化、设备精良化、经营国际化、以及行业战略联盟的发展等成为重要的特点外，模具技术的发展呈现出以下趋势：包括三维设计技术、冲压成形过程的模拟(CAE)技术、可制造性设计(DFM)技术、智能化型面设计技术、制造过程的CAPP、CAM、CAT技术、并行工程和协同设计以及虚拟制造等内容的模具数字化技术；包含模具型面和结构面的加工、高速加工、一体化加工中心、光电控制系统、工件在线测量系统等内容的各种模具加工自动化技术；高强
27、度板冲压技术和与高强度钢板应用相关的激光拼焊板的冲压技术；发展包括多工位自动化模具、级进模、多功能模、热压成形模、液压成形模、轻金属和复合材料成形模等的新型模具以及模夹一体化产品；发展特殊铸铁和高性能模具材料及与此相关的材料处理和各种表面强化技术；包括精益生产流程及ERP、CRM、SCM、PM、PDM、PLM、MES等先进信息化管理工具及系统的发展与应用等内容的管理科学化与信息化技术；模具的精细化制造和标准化设计与生产，等等。1.3 本文设计的内容及意义本文首先介绍了汽车模具在国内外的一些发展现状以及发展趋势，并以汽车玻璃升降器外壳为例，通过冲压复合模具设计的理念，包括:零部件的工艺设计，冲压
28、的工序过程，模具的结构设计，冲压过程的数值模拟，压力中心的选择，压力机的选择等，对模具进行本科毕业论文8了装配，并以小见大，从对玻璃升降器外壳的冲压复合模具设计过程中，了解整个汽车模具在引领汽车行业快速、高效发展中起到的重要作用，从而加深我们对汽车模具的认识。第二章 冲压工艺及模具设计基础2.1 冲压工艺基本知识冲压加工是金属塑性成形的基本方法之一，由于它主要用于加工板料零件，所以也叫板料冲压。冷冲压工艺广泛应用于汽车、电器、仪器仪表、航空、航天以及各种民用轻工等行业，是现代工业生产的重要手段和发展方向 。冲压加工是借助于常规或专用设备的动力，使板料在模具里直接得到变形力并进行变形，从而获得一
29、定形状、尺寸和性能的产品零件的生产技术。冲压加工简称冲压，也称为冷冲压或板料冲压。由于冷冲压加工制件的形状、尺寸、精度、批量、原材料等各不相同，冲压方法也就多种多样。按照板料在冲压加工中的变形力学范围的不同，可以把冲压加工所有的基本工序（不包括特殊工序），如整形(校形);也不包括接合工序，如铆接、咬接等分为分离工序和成形工序两大类。分离工序也称冲裁，其目的是使板料产生断裂变形而分离，从而获得保证质量的工件的冲压工序。成形工序则是使板料产生塑性变形，从而制成要求的形状与尺寸的工件的冲压工序。分离工序按照其不同的变形机理可分为冲裁、整修、精密冲裁及半精密冲裁四类。冲裁是通过模具的一对工作零件冲头与
30、凹模，利用冲压设备加压于其间的被冲材料，使之在具有一定间隙的刃口处产生剪切等变形，进而分离的冲压加工方法。其基本工序主要有:切断、切口、剖切、落料、冲孔及切边。切断 用冲头、凹模(或上、下刀刃)使平板坯料沿不封闭的轮廓线断裂分离的一种冲裁工序。其断裂分离之轮廓线有的为直线，有的为曲线(此时有叫冲缺口的 )，有的为半封闭形(此时有叫冲槽的)。切口 使坯料沿不封闭的轮廓线部分地断开，而不完全分离成两部分的一种冲裁加工。其中被分开的部分有的基本上位于板平面(此时有叫切开的)，有的与板平面成一定角度 (此时有叫切舌的)。剖切 将半成品坯料件按其剖面断裂分离成几个部分的一种冲裁加工。它是将一个半成品拉深
31、件剖切成对称的两部分。落料 使平板坯料沿封闭的轮廓线断裂分离(落下去的部分为工件)的一种冲裁加工如图 2.1所示为从条料上落料出一圆形工件。冲孔 使平板坯料沿封闭的轮廓线断裂分离(冲下去的部分为废料)的一种冲裁加工。如图2.2所示为在坯料上冲出圆形和花形孔。切(修)边 将半成品坯料件不规整或多余的边缘部分切离掉的一种冲裁加工。本科毕业论文9图2.1 落料 图2.2 冲孔成形工序可分为弯曲、拉深、翻边、胀形、缩口等，目的是使毛坯在不被破坏的条件下发生变形，形成所要求的制件形状。弯曲 使平板坯料或管子毛坯等按照一定的曲率或角度变形，从而获得不封闭形状零件的冲压成形方法。拉深 使金属平板坯料外缘缩小
32、、变成立体带底直壁平底的筒形零件的一种冲压成形方法，如图2.3所示。翻边 将金属平板坯料或半成品工序件沿其一定的轮廓线伸长，变成有竖边边缘零件的一种冲压成形工序。如图2.4所示，具有小孔D 0的平板坯料翻成了直径为 d的竖边零件，故翻边也有称之为翻孔或扩孔的。图2.3 拉深 图2.4 翻边胀形 在板料或毛坯件中间的局部位置上产生鼓凸伸长变形，获得其表面积增大的零件的冲压成形工序。缩口 将管子或平板材料经冲压成形为空心件之毛坯口部直径缩小的冲压成形方法。2.2 冲裁2.2.1 冲裁工艺冲裁是利用模具使板料的一部分沿一定的轮廓形状与另一部分产生分离以获得制件的本科毕业论文10工序，包括落料、冲孔、
33、切口、剖切、修边等。若冲裁的目的在于获得一定形状和尺寸的内孔，封闭曲线以外的部分为制件称为冲孔；若冲裁的目的在于获得具有一定外形轮廓和尺寸的制件，封闭曲线以内的部分为制件称为落料。落料和冲孔的性质完全相同，在设计模具工作部分尺寸时，应分开加以考虑 。冲裁工艺是冲压生产的主要工艺方法之一。冲裁既可以直接冲制出成品制件，又可为其他成形工序，如弯曲、拉伸和成形等工序准备毛坯，还可在已成形的冲压件上进行修边和冲孔等 。图2.5所示垫圈即由落料与冲孔两道工序完成。图2.5垫圈的落料与冲孔a)落料 b)冲孔图2.6 板料的冲裁过程冲裁是利用模具使板料产生分离的工序，因此冲裁过程必然从弹、塑性变形开始，以断
34、裂告终，板料的分离过程是在瞬间完成的，整个变形过程大致可分为三个阶段，如图2.6所示。1) 弹性变形阶段凸模对板料施压，使材料产生弹性变形。板料稍微挤入凹模口。板料与凸、凹模接触处形成很小的圆角。由于凸、凹模之间存在间隙，板料同时受到弯曲和拉伸的作用，凸模下的板料产生弯曲，凹模上的板料开始上翘，如图2.6 (a)所示。2) 塑性变形阶段当凸模继续压到一定深度时，材料内部应力达到屈服点，板料开始在与凸模、凹模的刃口接触处产生塑性剪切变形。凸模切入板料并将下部板料挤入凹模孔内，如图2.6(b)所示。在板料剪切面处形成塌角，同时在切断面上形成一小段光亮且与板料垂直的表面。随着冲压过程的继续，应力不断增加，材料的变形程度便不断增加，变形区向板材的深度方向发展、扩大，同时硬化加剧，变形抗力也不断上升，应力也随之增加，直至凸、凹模刃口处达到极限应力和应变值，这就意味着塑性变形结束，材料即产生微小裂纹。
