汽车操纵杆固定板冲压工艺及模具设计

1前言1.1冲压模具工业的特点模具是国民经济的基础工业，模具工业的发展水平从某种意义上来说代表着一个国家的工业发展水平。

由于模具自身的特点，现代模具企业大多体现出技术密集、资金密集和高素质劳动力密集以及高社会效益的特点，模具制造业已成为高新技术制造产业的一部分。

模具设计与生产越来越成为现代加工制造业的重要组成部分，模具做为高效率的生产工具的一种，是工业生产中使用极为广泛与重要的工艺装备。

采用模具生产制品和零件，具有生产效率高，可实现高速大批量的生产；节约原材料，实现无切屑加工；产品质量稳定，具有良好的互换性；操作简单，对操作人员没有很高的技术要求；利用模具批量生产的零件加工费用低；所加工出的零件与制件可以一次成形，不需进行再加工；能制造出其它加工工艺方法难以加工、形状比较复杂的零件制品；容易实现生产的自动化的特点。

1.2中国冲压模具的发展现状及发展方向随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。

而模具制造是整个链条中最基础的要素之一，模具制造技术现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企业的生存空间。

目前我国冲压模具无论在是数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已经由了很大发展，但与国民经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型精密复杂的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。

一些低档次的简单冲模，已趋供过于求，市场竞争激烈。

在国家产业政策的正确引导下,过几十年努力,在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平。

包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。

虽然如此,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。

这一些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面.无论在设计还是加工工艺和能力方面.都有较大差距.轿车覆盖件模具,设计和制造难度大质量和精度要求高的特点,可代表覆盖件模具的水平。

虽然在设计制造方法和手段方面基本达到了国际水平，模具结构周期等方面,与国外相比还存在一定的差距。

近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。

一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。

以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。

此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。

经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM 技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。

虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。

例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。

21世纪已进入信息时代，信息时代的发展日新月异，模具行业和企业要发展必须把握时代脉搏，自觉主动地调整子级的技术结构。

传统的模具设计制造技术必须用先进适用的高新技术进行改造，模具的技术含量必将逐步而快速地提高，现代化工业企业管理技术也必将逐步替代作坊式的管理模式。

模具行业和模具企业，只有不断进行技术结构的调整，才能在瞬息万变的市场经济中立于不败之地。

2冲压工艺方案的制订2.1零件的工艺性分析汽车操纵杆固定板的零件图如图2.1所示。

（a）（b）（a）（b）图2.1 汽车操纵杆固定板的零件图：（a）主视图；（b）左视图；（c）俯视图；（d）实物图板厚： 2 mm 材料：Q235，大批量生产该零件为汽车操纵杆固定板，其主要作用是汽车操纵杆的固定。

零件外形对称，无尖角或其他形状突变，系典型的板料冲压件。

零件外形尺寸无公差要求，壁部圆角半径r2，相对圆角半径r/t为1，大于最小弯曲半径值，以便保证弯曲、冲孔的尺寸，且不能起皱、破裂，因此可以弯曲成形。

通过上述工艺分析，可以看出该零件为普通的厚板弯曲件，尺寸精度要求不高，主要是轮廓成型问题，又属于大量生产，因此可以用冲压方法生产。

2.2 零件毛坯尺寸的计算该零件的主要工序为落料冲孔两次弯曲，计算毛坯尺寸首先要计算弯曲前半成品的毛坯的尺寸，如图2.2所示。

因为圆角半径r=2＞0.5t=0.5X2=1mm,属于有圆角半径的弯曲件。

所以弯曲件的开长度按直边区与原叫分段进行计算。

视直边去在弯曲前后不变，圆角区展开长度按弯曲前后中性成长度不变条件计算。

其中侧翼弯曲为U 型弯曲，挡板弯曲为L 型弯曲。

2.2.1 侧翼弯曲展开长度计算Ｕ形弯曲件毛坯展开尺寸的计算公式)(03211t x r l l l L ++++=π (2.1)其中 L 1——弯曲件的展开长度r0——内弯曲半径n l l l ,,21⋯⋯——弯曲件直边部分长度，（n l l l ,,21⋯⋯）为mm ；t ——弯曲件原始厚度；x0——中性层内移系数，见表2.1l 1=76 mm l 2=82mm l 3=76 mm ；r=2；由表2.1得x 0=0.41；所以弯曲的展开尺寸L 1＝76+82+76+π×(2+0.82)＝242.85(mm) 2.2.2 挡板弯曲展开长度计算V 形弯曲件毛坯展开尺寸的计算公式)(21542t x r l l L +++=π(2.2)因为l4=80mm ，l5=8mm查实用冲压模具设计手册表2.1，弯曲的弯曲半径r/t=１，性层位移系数x=0.42所以弯曲的展开尺寸Ｌ２＝80+8+2×(2+0.42×2) ＝92.45(mm)半成品毛坯的长度为242.85 mm ，宽度为92.45mm2.3 零件工艺方案的制订经过以上分析，可以进一步明确，该零件的冲压加工包括以下基本工序：落料、冲孔、弯曲。

此工件的成形工艺可以有以下几种方案：方案一：落料→冲底部三个孔和壁孔→挡板弯曲→侧翼弯曲。

方案二：落料→挡板弯曲→侧翼弯曲→冲孔底部三个孔和壁孔。

方案三： 落料冲底下三个孔和壁孔复合→挡板弯曲→侧翼弯曲。

方案四：落料冲壁孔复合→挡板弯曲→侧翼弯曲→冲底部三个孔。

分析以上三种方案，可以看到：方案一：从生产效率、模具结构和寿命方面考虑，将落料和零件上的孔组合在两套模具上冲压，有利于降低冲裁力和提高模具寿命，同时模具结构简单，制造周期短，价格较低，适合中小批量生产，操作也比较方便。

但是，该方案的二次弯曲均安排在冲孔以后进行，弯曲回弹后孔距不易保证，影响零件精度。

方案二：全部冲孔工序都安排在弯曲成形之后进行，可以保证零件各孔距尺寸，缺点是成形后冲孔模具结构复杂，刃磨修理比较困难，上、下料操作也不方便，不适合大批量生产。

方案三：落料和零件上的孔采用复合模组合冲压，优点是节省了工序和设备，可以提高生产效率，但模具结构复杂，且模壁强度较差，模具容易磨损活破坏，不能保证加工精度，因此不宜采用。

方案四：将落料、冲孔复合，实现几道工序在一套模具上完成，减少了工序数和模具数，降低模具的费用和零件的生产费用，冲压出的工件质量较高，符合零件大批量的要求，并且复合模具容易实现，提高了经济效益，降低了生产成本。

通过上述对四种方案的分析，最终选用方案四：落料冲壁孔复合→挡板弯曲→侧翼弯曲→冲底部三个孔。

具体工序如下：第一步工序：落料冲壁孔复合，工件如图2.2。

图2.2 落料冲壁孔复合工件图第二步工序：挡板弯曲，工件如图2.3。

图2.3挡板弯曲工件图第三步工序：侧翼弯曲，工件如图2.4图2.4 侧翼弯曲工件图第四步工序：冲底部三个孔，工件如图2.5。

图2.5冲底部三个孔工件图2.4零件的排样计算分析零件的形状应采用单直排的排样方式。

零件可能的排样方式有如图2.6 所示两种。

比方案a和方案b，方案a是少废料排样，显然利用率高但因条料本身的剪板制造误差的影响，工件京都不易保证，且模具寿命低，操作不便，排样不适合复合模具，所以选着方案b。

现选用规格为2mm×1000mm×2000mm的钢板，则需计算每张板料能裁出的零件总个数。

(a) (b）图2.6排样方式搭边的最小宽度大于塑变区的宽度，由板厚2mm查搭边数值表，沿边搭边圆整为a1=3mm，工件间搭边圆整为a2=2.5mm，如图2.6所示。

如图2.7 排样的褡边值则条料宽度为B = L1 + 2a1 =243+6=249（mm）步距：S = L2 + a2 =93+2.5=95.5(mm)由于弯曲件裁板是应考虑纤维方向，所以只能采用横裁。

即裁成宽249 mm 、长1000mm 的条料，则一张板材能出的零件总个数为n=[2492000]×[5.951000]=8×10=80个计算每个零件的面积A=A1+A2+A3 =18950.4mm2,则板材的利用率η为η=bb B L An ⨯⨯×100% （2.3）其中 A —冲裁件的面积；n —板材能出的零件总个数目； LB —板材的长度；Bb —板材的宽度；所以 η=200010004.1895080⨯⨯=75.8%3 落料冲孔复合模具的设计该工位采用复合模结构，可以实现落料、冲孔两道工序在一副模具上完成。

复合模结构紧凑，冲出的制件精度较高，生产效率也高，减少了工序数和模具数，降低了生产费用，符合大批量的要求。

此落料、冲孔复合模采用倒装形式，冲孔的废料直接由下模部分直接漏下，而制件是从上模的凹模内由顶件器顶出，使两者自然分开，无需二次清理，比较简单，因此操作方面安全。

倒装复合模易于安装送料装置，生产效率高。

3.1 落料冲孔复合模具冲压工艺计算3.1.1 冲压力的计算（1）计算落料的冲裁力F kL t τ=落落 （3.1） b t L σ落≈式中 K —系数；通常选择设备吨位时，考虑刃口磨损和材料厚度及力学性能波动因素，实际冲裁力可能增大，因此取k=1.3；L 落—落料件周长；mm ； t —落料件材料厚度 τ— 材料抗剪强度；b σ—材料抗拉强度；Mpa ；Q235 b σ=375~460Mpa ，取b σ=420Mpa ；由制图软件计算得L 落=650.5(mm)所以 b t L F σ落落≈= 1.3 ⨯ 650.5 ⨯420=546.42 (KN)（2）计算冲孔冲裁力由于落料和冲孔原理一致，只是所需要的部件不同，因此τt kL F 冲冲= （3.2） b t L σ冲≈ 式中 k=1.3;冲L =2⨯2⨯(a+b)=128(mm);所以 b t L F σ冲冲≈ = 128⨯2⨯420=107.52（ KN ）（3）计算卸料力、推件力① 卸料力F K F =卸卸 （3.3）式中 K 卸—卸料力系数；查K K 顶卸推、K 、之值表3.1，得K 卸=0.05；F —落料力；因此 =卸F 0.05⨯546.24=27.31（KN ）② 推件力=F F n 推推K （3.4）式中 n —卡在凹模洞口里的工件数；推K —推件力系数；查K K 顶卸推、K 、之值表3.1，取推K =0.055； F —落料力；推F =1⨯0.055⨯546.24 =30.03（KN ）对于表中的数据，厚的材料取小值，薄的材料取大值。