汽車車身支架體底板的壓彎成形模設計
汽車車身支架體底板的壓彎成形模設計,汽車,車身,支架,底板,成形,設計
畢 業(yè)（設 計） 論 文
摘 要
論文主要介紹了湖北省東風（十堰）車身部件有限責任公司車身支架體底板的壓彎成形模設計。本文側重于計算機輔助設計與制造，使用AutoCAD繪制二維工程圖，運用pro/EWildfire 4.0軟件進行三維數(shù)字化建模，模具的虛擬裝配，以及部分主要零部件的制造仿真，干涉分析。
本文對模具部分主要零部件的結構、技術要求作了詳細說明；還對工藝方案的經(jīng)濟性和技術可行性進行了分析比較，模具參數(shù)作了理論計算；對整個模具的裝配步驟作了介紹，對主要零部件編制了制造工藝卡。著重介紹了數(shù)字化制造的概念，及NC加工的過程。筆者在整個壓彎成形模的設計過程中，嚴格按照零件的工藝要求，綜合考慮了模具結構的可靠性與科學性，確保制件質量的前提下，運用數(shù)字化手段縮短模具設計制造周期。
關鍵詞： 車身-支架體-底板 壓彎成形模具 CAD/Pro/E 三維數(shù)字化設計制造 虛擬裝配 制造仿真
Abstract
Paper introduces the Hubei Dongfeng (Shiyan) Body Parts Co., Ltd. body frame backplane of bending the body forming die design. This paper focuses on computer-aided design and manufacturing, two-dimensional engineering drawings using AutoCAD drawing using the pro / EWildfire 4.0 software for three-dimensional digital modeling, mold assembly, and some major parts of the manufacturing simulation, interference analysis.
This part of the main components of the mold structure, a detailed description of the technical requirements; also craft programs of economic and technical feasibility analysis and comparison, mold parameters have been calculated; of the entire mold assembly steps are introduced,the preparation of the main components of the manufacturing process card.Highlighted the concept of digital manufacturing, and NC machining process.I bend forming die in the entire design process, in strict accordance with the part of the process requirements, considering the reliability of the mold structure and science, under the premise of ensuring the quality of parts, the use of digital means to reduce the mold design and manufacturing cycle.
Keywords：Body - stents body - floor bending Die CAD/ Pro/E
Three-dimensional digital design and manufacturing
modeling of virtual assembly manufacturing simulation
目 錄
摘 要 1
Abstract 2
目 錄 3
1 緒 論 7
1.1 課題來源、目的、意義 7
1.1.1 課題的來源 7
1.1.2 本課題研究目的 7
1.1.3本課題研究的意義 7
1.2 國內外模具發(fā)展與現(xiàn)狀 8
1.2.1沖壓模具市場情況 8
1.3模具工業(yè)未來前景 9
1.4 CAD在模具設計中的應用 10
1.4.1 國內外模具CAD的發(fā)展狀況 10
1.4.2 模具CAD技術的特點 11
1.5 數(shù)字化在模具設計中的應用 12
2 工藝分析與模具結構形式設計 13
2.1 工藝分析 13
2.1.1零件結構分析 13
2.1.2零件加工工藝分析 13
2.2 制定工藝方案 13
3 工藝計算 15
3.1 毛坯展開計算 15
3.2彎曲力的計算 16
3.2.1自由彎曲力 16
3.2.2頂件力 17
3.2.3彎曲時壓力機的壓力確定 17
3.3計算壓力中心 17
3.3.1 確定壓力中心的目的 17
3.3.2 壓力中心的計算方法 17
4 沖壓設備選擇 19
4.1沖壓設備選擇的原則 19
4.2典型沖壓設備 19
4.2.1沖壓設備類型的選擇 19
4.2.2沖壓設備規(guī)格的確定原則 20
4.3選擇沖壓設備 20
4.4模具閉合高度校核 21
4.4.1閉合高度 21
4.4.2閉合高度的校核 21
5 模具結構設計 22
5.1 模具總體結構設計 22
5.1.1方案分析 22
5.1.2方案的可行性分析 24
6 模具主要零部件設計 25
6.1 模具主要零件 25
6.2 凸、凹模設計 25
6.2.1計算凸模和凹模之間的閉合間隙 25
6.2.2凹模結構設計 26
6.2.3凸模結構設計 27
6.3上、下模板選擇 27
6.3.1技術要求 27
6.3.2上模板 28
6.3.3下模板 28
6.4 彈簧的選擇 28
6.4.1 彈簧選擇原則 28
6.4.2 卸料彈簧的選擇 29
6.5定位方式設計 29
6.5.1工件定位 29
6.6導向零件選擇 30
6.6.1導柱、導套選擇 30
6.7 托桿設計 30
6.8 擋塊 31
7 模具二維圖繪制 32
7.1模具工程圖要求 32
7.1.1功能要求 32
7.1.2技術指標 32
7.2二維工程圖 33
7.2.1上模板 33
7.2.2下模板 34
7.2.3凹模鑲塊 35
7.2.4凸模 36
7.2.5固定座 37
7.2.6總裝配圖 38
8 三維數(shù)字化設計 39
8.1三維數(shù)字化設計的基本概念 39
8.1.1數(shù)字化 39
8.1.2數(shù)字化設計 39
8.1.3傳統(tǒng)的設計過程與數(shù)字化設計過程的比較 39
8.2 零件建模 41
8.2.1建模的基本概念 41
8.2.2三維實體建模的意義 42
8.2.3三維實體建模使用的軟件平臺 42
8.2.4上模板建模過程 43
8.2.5三維建模中應注意的問題 43
8.3 總裝配 44
8.4干涉檢查、分析 45
9 模具主要零部件制造工藝的編制 46
9.1數(shù)控加工工藝設計 46
9.1.1數(shù)控加工工藝路線設計 46
9.1.2數(shù)控加工工藝 48
9.2上模板加工工藝 49
9.3下模板加工工藝 50
9.4凹模鑲塊加工工藝 51
9.5凸模加工工藝 52
9.6固定座加工工藝 53
9.7裝配工藝 54
10 數(shù)字化制造 55
10.1 基本概念 55
10.1.1數(shù)字化制造 55
10.1.2 設計模型 55
10.1.3工件 55
10.1.4制造模型 56
10.1.5數(shù)控加工模型 56
10.1.6數(shù)字化設計制造的主要性能要求 56
10.1.7 NC加工的優(yōu)勢 57
10.2 Pro/Mfg的操作流程 57
10.3 Pro/MFG加工方法 58
10.4凸模NC加工 59
10.4.1建立參考模型 59
10.4.2進行制造設置 59
10.4.3加工序列 60
10.4.4各序列的參數(shù)設置如下表 60
10.4.5數(shù)控加工程序（見附件） 62
結 論 63
致謝 64
參考文獻 65
60
1 緒 論
1.1 課題來源、目的、意義
1.1.1 課題的來源
本課題將針對湖北省東風（十堰）車身部件有限責任公司制造車間實際生產(chǎn)的車身支架體底板進行壓彎成形模具設計。
1.1.2 本課題研究目的
通過對汽車車身支架體底板的研究，綜合模具設計所要考慮的各個方面，運用所學知識結合三維軟件PRO/E，設計出一套完整的模具，并達到操作方便，省時省力，效率高，精度高等指標。
由于汽車車身支架體底板是大批量生產(chǎn)，且是薄板零件，從加工工藝方面要求考慮，選用沖壓模具進行加工制造最為適合，因此本畢業(yè)設計將緊緊圍繞沖壓模具，充分運用我們所學的專業(yè)知識，結合實習實踐對其設計，同時以三維軟件PRO/E為輔助完成這套沖壓模具的設計。從而達到對大學知識的鞏固，鍛煉我們應用知識的能力和解決實際問題的能力，為以后的就業(yè)作鋪墊。
1.1.3本課題研究的意義
模具是零件成形過程的重要工藝裝備，是汽車、摩托車、電機電器等制造業(yè)的重要基礎裝備。由于用模具成形的產(chǎn)品精度高、一致性好、外形美觀，加之生產(chǎn)過程可實現(xiàn)高效、大批量并節(jié)材節(jié)能，所以模具也常被人們譽為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)之母。模具技術水平的高低，已經(jīng)成為衡量一個國家制造業(yè)水平的重要標志，也是保持其產(chǎn)品在國際市場上優(yōu)勢的核心競爭力。
通過畢業(yè)設計的研究性設計，可以使模具的尺寸精確、表面光潔；結構合理、生產(chǎn)效率高、易于自動化；設計符合工藝需要，縮短生產(chǎn)周期、降低制造成本，增長模具的使用壽命；通過數(shù)字化的設計流程，提高模具制造效率、產(chǎn)品質量和加工精度，從而可以使企業(yè)獲得更大的經(jīng)濟效益，增強企業(yè)的市場競爭力。
1.2 國內外模具發(fā)展與現(xiàn)狀
1.2.1沖壓模具市場情況
1.2.1.1 我國模具行業(yè)的總體狀況［1］
我國政府對模具工業(yè)和模具技術發(fā)展非常重視，特別是在改革開放以來，充分肯定了模具工業(yè)和技術在制造業(yè)和國民經(jīng)濟中的重要基礎地位。國家投入大量資金，已取得不少技術成果，大大縮短了我國與世界發(fā)達國家的技術差距。概括起來主要有以下幾個方面：
1.我國模具工業(yè)從基本上是以企業(yè)內部自產(chǎn)自配為主的、附屬于產(chǎn)品生產(chǎn)的工裝行業(yè)，發(fā)展成了有相當規(guī)模的，具有高技術行業(yè)特征的資金密集型、技術密集型裝備制造產(chǎn)業(yè)。
2.模具的生產(chǎn)從主要以傳統(tǒng)的、鉗工師傅為主導的技藝型手工生產(chǎn)方式，進入到了普遍采用數(shù)字化、信息化設計生產(chǎn)技術的現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的時代。
3.模具產(chǎn)品結構更趨合理。重點骨干模具企業(yè)隊伍已經(jīng)形成。一批企業(yè)的生產(chǎn)能力和技術水平有了大幅的提高。企業(yè)裝備水平普遍提高，加工中心等數(shù)控機床、CAD／CAM技術普遍采用，CAE技術也逐漸被采用。
4.為模具制造配套服務的體系日趨完善，我國模具工業(yè)體系基本完整。模具產(chǎn)業(yè)布局有所改善。但與發(fā)達國家相比，我國模具工業(yè)還有較大差距，主要是，我國還處于全球產(chǎn)業(yè)鏈分工的中低端，模具產(chǎn)品也處于中低檔。
1.2.1.2 國外模具制造業(yè)的現(xiàn)狀［2］
1、在組織模具開發(fā)、生產(chǎn)方面，發(fā)達國家普遍采用并行工程和項目管理等技術和管理方法，加強了對工作流的控制，縮短了模具開發(fā)周期，保證了質量；在專業(yè)化生產(chǎn)方面，發(fā)達國家更加普遍。專業(yè)化分工是提高生產(chǎn)效率，縮短模具設計制造周期和保證產(chǎn)品質量的必然發(fā)展趨勢，它有利于突出自己的核心業(yè)務，有利于積累產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)管理及服務的經(jīng)驗，以在短期內提供高質量、低威本模具;
2、在高新技術的應用方面，發(fā)達國家對各種高新技術的應用更加廣泛，更加深入，水平也較高，包括數(shù)字化模具技術(三維設計、CAPP、CAM、CAT……)、成形過程模擬(CAE)技術、高速加工技術、自動化加工技術、新材料成形技術、表面處理技術、新型模具技術、信息化管理技術等等。高新技術的不斷開發(fā)和廣泛應用使得模具的設計制造水平達到空前的高度.目前3D設計已達到了70%～89%。PRO/E、UG、CIMATRON等軟件的應用很普遍。應用這些軟件不僅可完成2D設計，同時可獲得3D模型，為NC編程和CAD/CAM的集成提供了保證。
3、在新技術研發(fā)創(chuàng)新方面，包括威形方法的創(chuàng)新，成形品質改善的創(chuàng)新，新材科成形技術的創(chuàng)新等．
1.2.1.3 我國模具行業(yè)的發(fā)展方向［1］
模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎工業(yè)，是高技術行業(yè)。模具設計與制造技術水平的高低，是衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志之一。沖壓技術發(fā)展方向滿足產(chǎn)品開發(fā)在T(Time)、Q(Quality)、 C(Cost)、S(Service)、E(Environment)的要求。
(1)沖壓成形理論及沖壓工藝：加強理論研究，開展CAE技術應用。開發(fā)和應用沖壓新工藝。
(2)模具先進制造工藝及設備：數(shù)控化、高速化、復合化加工技術、先進特種加工技術、精密磨削、微細加工技術、先進工藝裝備技術、數(shù)控測量；
(3)模具新材料及熱、表處理：提高使用性能,改善加工性能，提高壽命。
(4)模具CAD/CAM技術：二、三維相結合的數(shù)字化設計技術與數(shù)字化制造技術。
(5)快速經(jīng)濟制模技術：加快模具的制造速度，降低模具生產(chǎn)成本。適應小批量試制。
(6)先進生產(chǎn)管理模式：并行工程思想、標準化、專業(yè)化生產(chǎn)。
1.3模具工業(yè)未來前景
未來沖壓模具制造技術發(fā)展趨勢應該是適應模具產(chǎn)品“交貨期短”、“精度高”、“質量好”、“價格低”的要求服務。要達到這一要求未來沖壓模具制造技術發(fā)展有以下幾個趨勢［4］：
(1)全面推廣CAD/CAM/CAE技術。模具CAD/CAM/CAE技術是模具設計制造的發(fā)展方向。隨著微機軟件的發(fā)展和進步，模具CAD／CAE／CAM／PDM正向集成化、三維化、智能化、網(wǎng)絡化和信息化方向發(fā)展。
(2)高速銑削加工。國外近年來發(fā)展的高速銑削加工，大幅度提高了加工效率，并可獲得極高的表面光潔度。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向發(fā)展。
(3)模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)。高速掃描機和模具掃描系統(tǒng)提供了從模型或實物掃描到加工出期望的模型所需的諸多功能，大大縮短了模具的在研制制造周期。
(4)電火花銑削加工。電火花銑削加工技術也稱為電火花創(chuàng)成加工技術，這是一種替代傳統(tǒng)的用成型電極加工型腔的新技術，它是有高速旋轉的簡單的管狀電極作三維或二維輪廓加工，是電火花成形加工領域的重大發(fā)展。
(5)提高模具標準化程度。我國模具標準化程度正在不斷提高，估計目前我國模具標準件使用覆蓋率已達到30%左右。國外發(fā)達國家一般為80%左右。
(6)優(yōu)質材料及先進表面處理技術。模具熱處理和表面處理是否能充分發(fā)揮模具鋼材料性能的關鍵環(huán)節(jié)。模具表面處理應發(fā)展工藝先進的氣相沉積等離子噴涂等技術。
(7)模具研磨拋光將自動化、智能化。模具表面的質量對模具使用壽命、制件外觀質量等方面均有較大的影響，研究自動化、智能化的研磨與拋光方法替代現(xiàn)有手工操作，以提高模具表面質量是重要的發(fā)展趨勢。
（8)模具自動加工系統(tǒng)的發(fā)展。模具自動加工系統(tǒng)應有多臺機床合理組合；配有隨行定位夾具或定位盤；有完整的機具、刀具數(shù)控庫；有完整的數(shù)控柔性同步系統(tǒng)；有質量監(jiān)測控制系統(tǒng)。
1.4 CAD在模具設計中的應用
1.4.1 國內外模具CAD的發(fā)展狀況［6］
CAD技術經(jīng)過近半個世紀的發(fā)展，在理論、技術、系統(tǒng)和應用等方面都有了長足的進步。CAD技術的發(fā)展帶來了設計、制造和生產(chǎn)水平質的飛躍，它已經(jīng)成為企業(yè)現(xiàn)代化、信息化和集成化的攻關任務。在一些工業(yè)水平發(fā)展比較高的國家里，CAD技術已成為解決模具設計薄弱環(huán)節(jié)的有效手段、模具行業(yè)自動化的重要工具。汽車行業(yè)CAD技術的應用狀況直接影響了企業(yè)的發(fā)展水平。
美國CAD技術始于50年代末期。進入70年代，出現(xiàn)了面向中小企業(yè)的CAD/CAM商品化系統(tǒng)。自80年代以來，伴隨著計算機軟、硬件技術的突飛猛進，CAD/CAM技術迅速普及，從產(chǎn)品設計擴展到工程設計。機械行業(yè)率先應用CAD技術的是飛機制造和汽車制造等大型企業(yè)。各大汽車公司已經(jīng)開發(fā)建立了自己的CAD /CAM系統(tǒng)。
日本模具CAD技術在80年代初已具備相當規(guī)模。三菱汽車公司從1960年開始發(fā)展，至今已形成了從車型款式設計到車身組裝的完整的CAD/CAM/CAE系統(tǒng)。豐田汽車公司在80年代初采用冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括設計覆蓋件的NTDFE和CADETT軟件及加工凸凹模的TINCA軟件。1989年正式推出了汽車覆蓋件模具CAD/CAM系統(tǒng)，即模具Die-CAD軟件[11]。
在西歐各國中，英國利蘭汽車公司主要發(fā)展了車身CAD技術，他們已在IBM370/158計算機、DEA Alpha三坐標測量儀及其它圖形設備上建立了完善的系統(tǒng)，可對油泥模型上采集的原始數(shù)據(jù)進行修改，生成車身曲面并進行光順處理；法國雷諾公司應用 Euclid軟件作為CAD/CAM的主導軟件，目前已有95%的工作量由該軟件進行，雷諾公司進一步開發(fā)了各種實用性模塊，如用于干涉檢驗的Megavision，用于鈑金分析的OPTRIS等。
1.4.2 模具CAD技術的特點
模具CAD/CAM技術之所以成為解決模具設計與制造薄弱環(huán)節(jié)的有效手段，成為劃時代的新技術，是因為它具有如下特點：
(1)便于實現(xiàn)模具通用化
CAD/CAM技術中特征技術和參數(shù)化技術的引入，基本完成了幾何造型向參數(shù)化造型的過渡，使零件設計的通用化成為可能。特征技術以工序零件為依據(jù)，實現(xiàn)從工藝特征到結構特征的映射。模具CAD/CAM系統(tǒng)通過特征識別或圖形交互輸入的方法，獲取特征信息，從而迅速設計出相應零件。
(2)提高產(chǎn)品質量和生產(chǎn)效率
傳統(tǒng)的模具設計為手工設計，從二維草圖出發(fā)，依靠圖紙組織整個生產(chǎn)過程，模具制造基本基于經(jīng)驗和技巧。采用CAD/CAM技術，發(fā)揮人機各長，模具質量不再依賴于人的因素，更大程度上依賴于物化因素，模具質量更為可靠。計算機模擬仿真能夠迅速完善模具結構，減少返修時間和成本，可以為企業(yè)贏得了生產(chǎn)時間。
(3)增加企業(yè)經(jīng)濟效益
CAD/CAM軟件初期投資較大，收益具有一定的滯后性。但從長遠來看CAD/CAM技術的應用能為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益。計算機的高速運作，將大批模具工作者從繁重的體力勞動和復雜的設計計算過程中解放出來，有能力從事新產(chǎn)品和新技術的開發(fā)。以計算機為工具，發(fā)揮人的能動性和創(chuàng)造性，企業(yè)能夠快速適應市場形勢的變化，應變能力增強。
(4)實現(xiàn)遠程制造服務
CAD/CAM技術的應用，縮短了用戶和制造商之間的距離。利用網(wǎng)絡可以進行遠程設計和服務，便于發(fā)揮各研究部門的專長，進行優(yōu)勢互補。
1.5 數(shù)字化在模具設計中的應用
數(shù)字化已成為產(chǎn)品研制生產(chǎn)的必要手段。采用數(shù)字化技術，可以實現(xiàn)制造系統(tǒng)和制造過程信息的存儲、傳輸、共享和處理，從而實現(xiàn)對復雜系統(tǒng)問題的定量化、最優(yōu)化、可視化的解決方案。
以數(shù)字化為核心的制造業(yè)信息化技術已成為制造業(yè)發(fā)展的重要基礎和支撐。現(xiàn)代產(chǎn)品的研制生產(chǎn)過程包括概念設計、功能仿真、結構設計等設計過程，還包括工藝設計、加工制造、質量保證、使用維護、維修乃至報廢的產(chǎn)品全生命周期的各個環(huán)節(jié)。
數(shù)字化設計制造改變以模擬量為主的傳遞方式，不僅可以提高幾何模型的傳遞精度，而且可以提高設計效率，縮短周期。
數(shù)字化設計制造應用的工具主要有：CAD、UG、CATIA、PRO/E等。其中計算機輔助設計軟件Pro/ ENGINEER 是一個參數(shù)化的實體造型軟件,不但能生成真實的幾何形體、裝配出比較復雜的產(chǎn)品，還可進行精確的模型分析,運動分析,全局干涉檢查等。Pro/ E 的參數(shù)化特征造型技術大大減輕了設計人員的繪圖工作量,提高了產(chǎn)品設計的效率。利用Pro/ E相應的開發(fā)工具及技術開發(fā)沖壓模具計算機輔助設計(CAD) 系統(tǒng),可實現(xiàn)零件設計、裝配設計、加工設計等同時進行,從而達到縮短模具的生產(chǎn)設計制造周期,提高生產(chǎn)效率和質量的目的。
Pro/E軟件為模具制造過程引進并行工程技術提供了可靠保證。Pro/E軟件采用面向對象的統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫和參數(shù)化造型技術，具備概念設計、基礎設計和詳細設計的功能，為模具的集成制造提供了優(yōu)良的平臺。
2 工藝分析與模具結構形式設計
2.1 工藝分析
2.1.1零件結構分析
汽車支架體-底板壓彎成形后工序零件如圖2.1.1所示：板厚2.3mm。
圖2.1.1零件圖
2.1.2零件加工工藝分析
根據(jù)東風車身廠有限公司生產(chǎn)加工實際情況，分為七道工序：1、落料沖孔；2、壓彎成形；3、整形修邊；4、沖孔翻孔 ；5、焊接；6、修邊沖孔；7、整形。
本課題研究其中的第二道工序：壓彎成型工序。
2.2 制定工藝方案
東風車身廠有限公司汽車支架體底板是大批量生產(chǎn)，零件為薄壁件，形狀較復雜，用沖壓工藝完成比較合適。
制件材料SPHC，熱軋鋼板，屈服強度，抗拉強度；先落料沖孔，再經(jīng)過壓彎成形后的制件圖如下。
圖2.2制件圖
加工本工序的模具為單工序模，模具結構相對簡單，加工制造相對方便，制造周期短，工藝成本低；要求能夠沖壓出合格的外形，能夠自動頂出沖壓件、適合工廠大批量生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，模具制造容易，模具的使用壽命長。
在壓彎成形模中，凹模采用鑲塊形式節(jié)省工具鋼，降低成本，同時使加工制造方便，在保證模具質量的同時，還便于模具的調整、維修和更換。
3 工藝計算
3.1 毛坯展開計算
3.1.1零件尺寸圖
制件毛坯尺寸的確定：
長度方向：256.7+0.25*3.14*12+28=294.1mm
寬度方向：（32+137.2）*2+86=424.4mm
確定坯料尺寸：取修邊余量單邊為25mm，長度的修邊余量也單邊加25mm，
故毛坯的計算尺寸為：344.1mm*474.4mm。在實際生產(chǎn)中所用的毛坯板料尺寸為416.76mm*526.3mm。
零件的毛坯圖如下：
3.1.2毛坯圖
3.2彎曲力的計算［14］
為了選擇壓力機和設計模具，必須計算彎曲力。彎曲力的大小不僅與毛坯尺寸、材料機械性能、凹模形腔寬度、彎曲半徑以及模具間隙等因素有關。而且與彎曲方式也有很大關系。因此，要從理論上計算彎曲力是很困難的、很復雜的，而且計算精度也不高。通常在生產(chǎn)實際中是采用經(jīng)驗公式或者經(jīng)過簡化的理論公式進行計算的。
3.2.1自由彎曲力
對U形件 （3-1）
式中F——彎曲結束時的自由彎曲力（N）；
b——彎曲件寬度（mm）；
t——彎曲件厚度（mm）；
r———彎曲件的彎曲半徑（mm）；
σb——材料的強度極限（MPa）；
k———安全系數(shù)，一般取1.3；
在本課題中毛坯的材料為熱軋鋼板SPHC,σb=270MPa；b=81.4mm;t=2.3mm;r=6mm;
代人公式可以求得F=12747N
3.2.2頂件力
對于設有頂件裝置的彎曲模，其頂件力可以近似取自由彎曲力的30%-80%。即Q=(0.3~0.8)F （3-2）
Q=0.7X12747N=8923N
3.2.3彎曲時壓力機的壓力確定
壓力機壓力：P=F+Q= P 壓 = 112747N +8923N =21670N
3.3計算壓力中心
3.3.1 確定壓力中心的目的
模具的壓力中心就是沖壓合力的作用點。為了保證壓力機和模具的正常工作，應使模具的壓力中心與壓力機滑塊的中心線相重合。
3.3.2 壓力中心的計算方法
模具的壓力中心有兩種計算方法：
（1）簡單幾何圖形壓力中心的位置
簡單幾何圖形壓力中心的位置在幾何圖形的幾何中心。
（2）確定多個凸模模具的壓力中心
確定多個凸模模具的壓力中心，是將各個凸模的壓力中心確定后，再計算模具的壓力中心。
該模具的壓力中心是彎曲力的作用點。
圖3.3.2
坐標軸如圖，簡單直線長和壓力中心到Y軸的距離如圖標示。
圖形關于X軸對稱 所以壓力中心（x0、y0）Y0=0
L
X
1
55
-54
2
96
-6
3
31.8
42
4
6
45
5
6
53
6
41.5
73.7
7
25
104
8
94
151
9
12
207.5
10
8.5
211.75
11
10.3
216
12
17.5
224.75
13
10
236.25
14
21.7
239
15
R13
243
代入L,X,Y值后得出：
=mm
計算得壓力中心（x0 ,y0）為（90.38 ,0）
4 沖壓設備選擇
4.1沖壓設備選擇的原則
沖壓設備的選擇是工序設計和模具設計的一項重要的內容。合理地選用設備對工件保證質量、提高生產(chǎn)效率、安全操作等有重大的影響，也為模具的設計帶來方便。沖壓設備的選擇主要是依據(jù)模具的行程和尺寸來匹配壓力機的類型和規(guī)格。
4.2典型沖壓設備
常規(guī)的沖壓設備，即指壓力機。壓力機的種類很多，按照不同的角度可以把壓力機分成不同的類別。如：按驅動滑塊力的種類分為機械的、液壓的、氣動的等；按滑塊個數(shù)可分為單動、雙動、三動式等；按驅動滑塊機構的種類可分為曲柄式、肘桿式、摩擦式等；按機身結構形式可分為開式、閉式的等等。
4.2.1沖壓設備類型的選擇［17］
沖壓設備類型的選定主要取決于工藝要求和生產(chǎn)批量。
對于中小型的沖裁件，彎曲件或拉深件的生產(chǎn)，主要應用開式機械壓力機。雖然開式?jīng)_床的剛度差，影響模具的壽命和沖裁件的表面質量。但它操作方便、易安裝機械化附屬裝置，是目前中小型沖壓設備的主要形式。
對于大中型沖壓件的生產(chǎn)，多采用閉式結構形式的機械壓力機。在大型拉深件的生產(chǎn)中，應盡量選用雙動拉深壓力機，因其可使所用模具結構簡單，調整方便。
在小批量生產(chǎn)當中，尤其是大型厚板料沖壓件的生產(chǎn)多采用液壓機。液壓機無固定的行程，不會因為板料厚度變化而超載，而且在需要很大的施力行程加工時，與機械壓力相比具有明顯的優(yōu)點。但其速度低，生產(chǎn)效率不高，且零件的尺寸精度受操作因素的影響而不穩(wěn)定。摩擦壓力機具有結構簡單、造價低廉、不易發(fā)生超負荷損壞等特點。但其行程次數(shù)較少，生產(chǎn)效率低，且操作不便。
在大批量生產(chǎn)或形狀復雜零件大量生產(chǎn)中，選用高速壓力機或多工位自動壓力機。
根據(jù)實際情況，本模具擬選用開式機械壓力機。
4.2.2沖壓設備規(guī)格的確定原則
沖壓設備規(guī)格的確定主要取決于工藝參數(shù)及模具結構尺寸，曲柄壓力機必須滿足：
1）所選壓力機的公稱壓力必須大于沖壓所需的總沖壓力，即：。
2）壓力機的行程大小要適當。由于壓力機的行程影響到模具的張開高度，因此對于沖裁模具，其行程不宜過大，以免發(fā)生模座與導向裝置脫開的不良后果。
3）所選壓力機的閉合高度應與沖模的閉合高度相適應。即滿足：沖模的閉合高度介于壓力機的最大閉合高度和最小閉合高度之間。
4）壓力機的工作臺面的尺寸必須大于模具下模座的外形尺寸，并要留有安裝固定的余地。一般每邊應大出50-70mm以上。
4.3選擇沖壓設備
根據(jù)所需的工藝力F=1556KN，模具的閉合高度H=413.3mm，行程174.2mm模具的外廓尺寸為，選用開式雙柱固定臺壓力機JD31-630,其技術參數(shù)為:
公稱壓力 6300KN；
公稱力行程13mm；
壓力行程400mm；
滑塊行程次數(shù)12次/分；
最大裝模高度700mm；
裝模高度調節(jié)量250mm；
模具最大閉合高度805mm；
模具最小閉合高度595mm；
工作臺尺寸 1700mm1500mm；
工作臺墊板厚度200mm；
氣墊壓緊力100t；
滑塊底面尺寸前后1400mm。
4.4模具閉合高度校核
4.4.1閉合高度
沖床的閉合高度是指滑塊在下止點時，滑塊底平面到工作臺（不包括沖床墊板厚度）的距離。沖床的調節(jié)螺桿可以上、下調節(jié)，當滑塊在上止點位置，調節(jié)螺桿向上調節(jié)，將滑塊調整到最上位置時，滑塊底面到工作臺的距離，稱為沖床的最大閉合高度。當滑塊在下止點位置，調節(jié)螺桿向下調節(jié)，將滑塊調整到最下位置時，滑塊底面到工作臺的距離，稱為沖床的最小閉合高度。
4.4.2閉合高度的校核
為使模具正常工作，模具閉合高度必須與沖床的閉合高度相適應，應介于沖床最大和最小閉合高度之間，壓力機的閉合高度必須滿足：
-5+10 （5-1）
如果模具閉合高度小于沖床的閉合高度，可以采用墊板，其厚度為 ，壓力機的閉合高度必須滿足：
--5-+10 （5-2）
其中，-和- 分別為模具安裝在沖床墊板上時，沖床的最大和最小裝模高度。上式中的5mm是考慮裝模方便所留下的間隙，10mm是保證修模所留尺寸。
模具閉合高度H=413.3mm
模具工作時最大高度H=413.3+137.2+37=587.5mm
模具閉合高度825-5575+10不滿足，因而需加墊板=200mm
--5=825-200-5=620mm
-+10=575-200+10=385mm
已知：=587.5mm，=413.3mm，壓力機的行程可調節(jié)在離墊板上表面285mm～620mm之間，模具的閉合高度在此范圍內。
因此，根據(jù)沖壓力、閉合高度、外闊尺寸等依據(jù)，選擇該設備是合適的。
5 模具結構設計
5.1 模具總體結構設計
5.1.1方案分析
5.1.1.1 方案一
導柱導套導向，選用正裝式結構,凹模安裝在下工作臺, 凸模安裝在上模板上,采用彈性壓料裝置，同時又作卸料裝置［10］。模具組成如圖所示：
圖5.1.1.1 方案一
1-導柱導套 2-固定座 3-凸模 4-上模板 5-凹模
6-行程限位器 7-下模板 8-頂出器 9-托桿 10-反側板
優(yōu)點：采用導柱導套導向方便可靠，雖然制件精度及質量要求較高，但是標準件，成本較低；在凸模內安裝三個彈簧，既作彈性壓料裝置又作卸料裝置；
缺點：由于鑲塊較多，凹模制造比較復雜，對工人模具裝配的要求較高；由于沖壓面不是平面，有一定的側向沖壓力，而導柱導套導向抗側壓力的能力弱。
5.1.1.2 方案二
導柱導套導向，選用倒裝式結構,凸模安裝在下模板上, 凹模安裝在上模板上,采用彈性壓料裝置，彈性卸料裝置，模具結構如圖所示：
圖5.1.1.2 方案二
1-導柱導套 2-頂出器 3-行程限位器 4-固定座
5-下模板 6—彈簧 7-凹模 8-凸模 9 -反側板
優(yōu)點：不用托桿，結構得到簡化。
缺點：倒裝結構凸模在下模板，放制件又不易找正，取制件時會損壞凸模和制件；較大的凹模跟隨上模板運動，對凹模有較大沖擊，操作和安全性差，維修不方便。
5.1.1.3方案三
導板導向，選用正裝式結構,凹模安裝在下工作臺,凸模安裝在上模板上, 采用彈性壓料裝置，頂出器卸料裝置［10］。如圖所示：
圖5.1.1.3 方案三
1-反側板 2-彈簧 3-上模板 4-凸模 5-導板
6-固定螺釘 7-下模板 8-頂出器 9-托桿
優(yōu)點：正裝結構，放制件時由于自重容易找正，；采用導板導向能承受沖擊力，結構簡單成本低，便于操作；
缺點：采用導板導向，由于間隙較大，導致制件精度達不到要求。
5.1.2方案的可行性分析
方案一與方案二比較：方案二采用倒裝結構頂出制件的能力有限，易造成取件困難；同時對裝配和維修有影響；方案一凹模裝配雖然對精度要求高，但放制件時由于自重容易找正，維修方便。
方案一與方案三比較：方案三采用導板導向，雖然成本低，結構簡單，可以承受側向力，但導向精度不高，一般用于精度不高的場合，另外它的加工比較困難，而且必須采用行程可調壓力機；方案一用導柱導套導向，其導向比導板可靠，精度高，壽命長，安裝使用方便，廣泛用于生產(chǎn)批量大，精度要求高的沖裁件。
綜合以上幾方面考慮，方案一采用導柱導套導向、凸凹模正裝，適合大批量生產(chǎn)，模具壽命長，有利于生產(chǎn)組織和操作安全，工件精度高；同時正裝調整容易，定位加工精度高，模具壽命較長。雖然模具相對較為復雜、成本也相對較高，但大批量生產(chǎn)還是可取的。
因此，從滿足經(jīng)濟性、高效率、高精度的角度出發(fā)，選擇方案一作為最終確定方案。
6 模具主要零部件設計
6.1 模具主要零件［19］
凸模
工作零件 凹模鑲塊
擋料銷
導正銷
定位銷
工藝零件 定位零件 導料銷
卸料板
頂件器
卸料、推料 頂桿（頂銷）
及壓料零件 托桿
模具零件
上下模座
支持及 凹模固定板
夾持零件 墊板
行程限位
導柱
輔助結構零件 導向零件 導套
螺釘
銷釘
緊固及 彈簧
其他零件 其他
6.2 凸、凹模設計
6.2.1計算凸模和凹模之間的閉合間隙
由于本道工序為壓彎復雜曲面，因而凸模與凹模之間的間隙為制件的厚度，其間隙為2.3mm。
6.2.2凹模結構設計［20］
壓彎成形模具的凸、凹模分別與上下底板連接，凸模與凹模的接觸部分形狀與制件的外輪廓一致，加工時采用數(shù)控加工。凹模鑲塊和凸模采用圓銷定位，再用螺釘連接在上下模板上。
凹模采用鑲塊形式，方便加工維修。
（1）鑲塊的分塊主要原則
① 分塊大小要適應加工條件，直線段適當長些，形狀復雜或拐角處取短些，盡量取標準值。
② 分塊應便于加工、裝備調整和誤差補償，最好為矩形。
③ 為了消除結合面制造的垂直度誤差，兩鑲塊之間的結合面寬度應盡量小些。
④ 對于易磨損的鑲塊，應盡量取小些，以便更換。
⑤ 由很多鑲塊依次相接時，特別是整周鑲塊，為了補償鑲塊在制造中存在的偏差，需要設計一塊鑲塊作為補償鑲塊。補償鑲塊應選在立體曲面比較平滑、形狀簡單處，其長度要比設計加長3～4mm。
（2）凹模鑲塊結構
圖6.2.2凹模鑲塊
6.2.3凸模結構設計
凸模采用整體結構，該模具是左右對稱件沖壓，凸模也是左右對稱的整體結構。凸模結構為：
圖6.2.3凸模
6.3上、下模板選擇
模板應具有足夠的承受沖擊負荷的性能，特別是下模板還必須有良好的抗彎曲性能。上下模板和導柱導套構成了模具的模架，一般在實際生產(chǎn)中，盡量采用標準模架。這種模架零件結構型式、規(guī)格和技術條件實行統(tǒng)一標準，以便于專業(yè)化加工和制造。生產(chǎn)中采用標準模架，是改變模具單件生產(chǎn)的基本措施，是簡化設計，提高模具制造質量和勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本、縮短生產(chǎn)周期、推動模具標準化的有效措施和方法。
因為本道工序為壓彎成形，對模具的導向精度要求很高，模板選用導柱導套導向。
6.3.1技術要求
1. 模板的上下平面平行度允差要求為：0.05：500。上下表面粗糙度為Ra 1.6 - 0.8μm ,在保證平行度的前提下，可允許降低為Ra3.2~1.6μm。
2. 模板上的導柱、導套孔，必須與基面垂直，其垂直度允差為：0.01：100（mm）
3. 模板上的自由尺寸按IT14制造；
4. 非工作部分外緣銑角邊，制成（2～4）×45°倒角；
5. 模板上、下工作平面，精磨后的表面粗糙度要求為R1.60m；
6. 非安裝表面可按非加工表面要求處理。
6.3.2上模板
取上模座厚度=80mm，L=780mm，B=550mm,上模座：HT250 參考標準為：QM1105-02。
6.3.3下模板
取下模座厚度=100mm，L=780mm，B=550mm,上模座：HT250 參考標準為：QM1105-02。
6.4 彈簧的選擇
6.4.1 彈簧選擇原則
1）壓力要足夠。即
（6.1）
式中 ——彈簧的預壓力（N）；
——卸料力或頂出力（N）；
n——彈簧的根數(shù)。
壓縮量要足夠。即
》 = + +
——彈簧允許的最大壓縮量，mm；
—— 彈簧需要的壓縮總量，mm；
——彈簧與壓縮量，mm；
——托料板、推件塊，壓邊圈的工作行程，mm；
—— 模具修磨量或者調整量，mm，一般取4-6mm。
2) 彈簧應保證脫料力足夠，且分布合理。
脫料力F=（0.07—0.2）沖裁力P乘以系數(shù)K
式中系數(shù)K,超薄材料取0.07,3mm以上取0.2；沖裁力P=箭口周長LX抗剪強度SX材料厚度t；抗剪強度S經(jīng)驗值AI為8，Cu為25，PCU為30，SPHC為35，SUS為60。
3）彈簧應對稱分布，并且要集中在凸模中心線處。
4) 要符合面具結構空間的要求。因模具閉合高度的大小，限定了所選彈簧在預壓狀態(tài)下的長度；上下模座的尺寸限定了卸料板的面積，也就限定了允許彈簧占用的面積，所以選取彈簧的根數(shù)、直徑和長度，必須符合模具結構空間的要求。
6.4.2 卸料彈簧的選擇［4］
選取彈簧標準QM7112-02 選取DminXH0=32X150
查手冊知：f—彈簧剛度， f=42.9N/mm
彈簧壓縮量， s=52.5m
彈簧荷重， FS=f*s=2250N
模具所需的卸料力F卸=8923N
彈簧個數(shù)N= FS /F卸=8923/2250≈3 ，取彈簧個數(shù)為 3。
6.5定位方式設計
6.5.1工件定位
定位元件的作用是保證定位元件的定位面和工件定位基準面相接觸或配合，實現(xiàn)工件的準確定位。定位元件的設計應滿足以下要求：
要有與工件相適應的精度；要有足夠的剛度，不允許受力后發(fā)生變形；要有耐磨性，以便在使用中保持精度。因為本道工序為壓彎成形，因而對模具的導向精度要求較高，因而選用導柱導套導向。由于沖壓時側向力不大，因而下模板和凹模鑲塊的定位采用圓銷定位，上模板和凸模也采用圓銷定位。
6.6導向零件選擇
6.6.1導柱、導套選擇
導向零件是用來保證上模相對于下模的正確運動。模具中應用最廣的導向零件是滑動導柱和導套。
導柱、導套的外形尺寸及之間的配合間隙應按國標來確定。一般情況下，導柱的長度應保證沖模在最低位置時，導柱上端面與上模座頂面距離不小于10～15mm；而下模座面與導柱壓入底面的距離不應小于2～5mm。
零件料厚為2.3mm,根據(jù)沖壓力和導向精度要求，選用基本尺寸為50mm的導柱和導套，其配合采用H7/h6的間隙配合，導柱、導套和模座的配合分別采用H7/r6、R7/r6過盈配合。
導柱查QM1202-02，標記為d=50mm，L=355mm；
導套查QM1222-02，標記為D=50mm。
6.7 托桿設計
托桿承受壓力作用設桿的最小截面直徑為，則必須滿足，即
（6.1）
壓料力為=8923N,用3根推桿則每個托趕上的力為
F=/3==2974N
則：===2974N
桿的材料為45鋼 查續(xù)表7.1可知=600，
則=≈2mm,
查QM4105-93，取直徑為=38mm，取L=557mm熱處理后表面硬度達到：HRC452。
圖6.7 托桿
6.8 擋塊
為了更加精確的定位，防止毛坯在壓彎時移動，在凸模和頂出器間用擋塊定位，尺寸規(guī)格為2070一件，擋塊厚度為10mm，擋鍵用內六角螺釘固定在頂出器上。熱處理后表面硬度達到：HRC302。如圖：
圖6.8 擋塊
7 模具二維圖繪制
7.1模具工程圖要求
7.1.1功能要求［4］
（1）凸、凹模是模具上的關鍵零件，它應有足夠的強度和硬度，不能在沖壓過程中斷裂或破壞。對其材料及熱處理應有適當要求，防止硬度太高而脆裂。
（2）模具要有恰當?shù)拈]合高度，應滿足用戶沖床要求，為使模具正常工作，閉合高度必須與沖床的閉合高度相適應，應介于最大與最小閉合高度之間。
（3）螺釘、彈簧等緊固彈性零件采用標準件，選用時在保證緊固和彈性頂出功能同時，為避免碰傷人手和妨礙操作，應避免緊固件暴露在外表面操作位置上。
（4）導向零件的作用是保證凸凹模在沖壓工作時有精確的配合間隙。因此，導柱、導套的間隙應小于沖裁間隙。導柱設在下模座，應安排在遠離模塊和壓料板的部位，保證在沖程下死點時導柱的上端面在上模板頂面以下最少10至20毫米。導柱應安排在遠離模塊和壓料板的部位，使操作者的手臂不用越過導柱送取料。
（5）支承及夾持零件它包括上下模板、凹模鑲塊固定座、限位器等；上下模板是沖模的基礎零件；其他各種零件都分別安裝固定在上面。模板的平面尺寸，尤其是前后方向應與制件相適應，過大或過小均不利于操作。
（6）托桿應具有足夠的頂出力，運動要有限位。
7.1.2技術指標［4］
（1）制件精度±0.5mm；
（2）上、下模板材料HT250，其上未注明圓角半徑尺寸為R3～R5mm；裝配前倒去除工作零件的工作部分外所有棱邊；
（3）凸材料為T10A,凹模材料為Cr12MoV,圖上未注倒角2Х45°，倒圓角R3mm；未注公差尺寸的極限偏差按GB1804—79規(guī)定的IT14級，孔尺寸為H14，軸尺寸為h14，長度尺寸為JS14；
（4）導柱和導套材料為20#,HRC58-62；頂出器材料為45#，HRC40-45；固定座材料為45#，HRC28-32；反側板材料為T10A,HRC50-55；
（5）托桿、彈簧、內六角螺釘、圓柱銷選用標準件；
（6）粗糙度要求：滑動面0.8μm；剛結合面1.6μm；與零件不附著的加工面6.3μm;不需要機械加工的按鑄件表面要求；凸模、凹模鑲塊、頂出器等模具零件的型面按數(shù)模要求進行加工；
（7）模具閉合后凸模進入凹模137.3mm；裝配保證凸模與凹模之間的間隙為2.5mm且均勻；
（8）上下模板、固定座的兩平面的平行度應符合公差要求；
（9）部分零件加工前應分別進行時效處理和退火處理，凸凹模修整前要熱處理達到規(guī)定的硬度要求；
（10）模具涂紅色防銹漆，限位部分涂黃色安全漆。
7.2二維工程圖
用AutoCAD2007繪制壓彎成形模的總裝配圖，以及上模板、下模板、凹模鑲塊、凸模、卸料板，托桿等零件圖。
7.2.1上模板
上模板二維圖如下所示：
7.2.1上模板
7.2.2下模板
下模板二維圖如下所示：
圖7.2.2下模板
7.2.3凹模鑲塊
凹模鑲塊二維圖如下所示：
圖7.2.3凹模鑲塊
7.2.4凸模
凸模二維圖如下所示：
圖7.2.4凸模
7.2.5固定座
固定座二維圖如下所示：
圖7.2.5固定座
7.2.6總裝配圖
圖7.2.6總裝配圖
8 模具三維數(shù)字化設計
8.1三維數(shù)字化設計的基本概念
8.1.1數(shù)字化
數(shù)字化是指利用數(shù)字技術對傳統(tǒng)的技術內容和體系進行改造的進程。數(shù)字化的核心是離散化，其本質是如何將連續(xù)物理現(xiàn)象、模糊的不確定現(xiàn)象、設計制造過程的物理量和伴隨制造過程而出現(xiàn)和產(chǎn)生的幾何量、設計制造環(huán)境、個人的知識、經(jīng)驗和能力離散化，進而實現(xiàn)數(shù)字化。
8.1.2數(shù)字化設計
數(shù)字化設計就是通過數(shù)字化的手段來改造傳統(tǒng)的產(chǎn)品設計方法，旨在建立一套基于計算機技術、網(wǎng)絡信息技術，支持產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)全過程的設計方法。數(shù)字化設計的內涵是支持產(chǎn)品開發(fā)全過程、支持產(chǎn)品創(chuàng)新設計、支持產(chǎn)品相關數(shù)據(jù)管理、支持產(chǎn)品開發(fā)流程的控制與優(yōu)化等。
8.1.3傳統(tǒng)的設計過程與數(shù)字化設計過程的比較
8.1.3.1傳統(tǒng)的設計過程
傳統(tǒng)的設計過程模型為順序模型，企業(yè)選擇該類模型的支配因素是為了保證產(chǎn)品的質量與降低成本。按這種模型，新產(chǎn)品設計在交給制造部門之前，按照圖中順序在企業(yè)的不同部門內完成。經(jīng)過試驗或后續(xù)的制造發(fā)現(xiàn)設計的不合理之處，再返回到設計的某個階段，如詳細設計階段，進行再設計，一直到滿足要求為止。
圖8.1.3.1傳統(tǒng)設計
8.1.3.2數(shù)字化并行設計過程
數(shù)字化并行設計是一個持續(xù)地改善產(chǎn)品性能的過程，它是在不影響產(chǎn)品性能的前提下，最大限度地不斷改進產(chǎn)品設計的工藝性、質量與成本的控制和相應的管理規(guī)劃，以減少制造成本、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、提高設計效率，努力做到設計一次成功。
圖8.1.3.2數(shù)字化并行設計
8.1.3.3數(shù)字化設計過程的特點
(1)廣泛采用CAx工具：CAx軟件的應用是數(shù)字化產(chǎn)品設計的基礎，標志著數(shù)字化設計的開始。
(2)面向產(chǎn)品全生命周期：數(shù)字化產(chǎn)品設計必須考慮產(chǎn)品生命周期的各個環(huán)節(jié)，包括設計、分析、裝配、試驗、加工、維修、銷售、服務等。
(3)基于知識的設計：產(chǎn)品設計的每一步都滲透著設計者的知識和經(jīng)驗，知識獲取是其中最為重要、最為繁重，也是最需要在大范圍中進行廣泛合作的過程。
(4)跨地域：制造的全球化使得參與設計過程
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