汽车左座椅摇臂的冲压模具设计

摘要
汽车左座椅摇臂是现代汽车不可缺少的组成部分。

由于汽车左座椅摇臂主要作用是起固定作用，因此要求汽车左座椅摇臂具有良好的经济性和可靠性，所以采用冲压模具进行生产。

综上所述，对汽车左座椅摇臂的冲压模具设计是具有现实意义的。

本文以汽车左座椅为对象，分析了汽车左座椅摇臂的冲压工艺，并对模具结构进行了设计和计算。

首先对工件进行了工艺分析，确定了最佳工艺方案，并进行工艺计算；然后确定了落料、冲孔复合模的结构型式，并对主要结构零件进行了设计计算和强度校核；最后又确定了翻孔、弯曲复合模的结构型式，对零件进行了设计和校核，并合理的选择了压力机。

通过本课题研究，使我掌握了冲压模具设计的理论知识。

关键词：汽车左座椅摇臂；冲压工艺；翻孔；模具设计
Abstract
An automobile left-seat rocker which works as a fixative part is an essential component of modern cars. In order to meet the requirement for reliability and economy, it makes practical sense to produce the left-seat rocker by stamping process.
This paper which was based on the research on an automobile left-seat rocker, focused on the analysis for the stamping process, structure design and strength calculations of the left-seat rocker. Firstly, according to the analysis and calculations of the process, desirable process scheme was determined. Secondly, the blanking mould and hole -punching compound tool were designed the part of which were also designed with strength checking. Finally, the structure patterns of the compound tools of the bending and punched hole were decided as the designs and strength checking of the parts were completed. Appropriate presses were selected as well. Through this design, the basic theory of a mold design was gained.
Key words: Automobile left-seat rocker; Stamping process; Punched hole; Mould design
目录
第1章绪论 1
1.1课题研究目的和意义 1
1.2冲压模具行业发展现状及技术趋势 1
1.3课题研究的理论依据 2
塑性变形的基本理论 2
塑性力学基础 3
金属塑性变形的一些基本规律 3
1.4 AutoCAD软件介绍 4
1.5课题研究的主要内容 4
第2章冲压工艺分析 4
2.1冲压件的工艺分析 4
2.2确定冲压工艺方案 5
计算毛坯尺寸 5
确定其搭边值 7
确定排样方式和计算材料利用率 7
加工顺序决定的的毛坯原则 7
冲压工艺次数的选择及最佳工艺方案的确定 8 2.3 计算各工序冲压力和选择冲压设备 8
落料、冲压复合模的冲压力计算和设备选择 8 翻孔、压弯复合模冲压力计算和设备选择 9 2.4小结 10
第3章落料、冲孔复合模设计 11
3.1模具结构型式 11
3.2确定模具的压力中心 12
3.3模具闭合高度的确定 13
3.4凸、凹模设计 14
冲裁凸凹模的设计原则 14
确定凸、凹模间隙 14
凸、凹模刃口尺寸确定 15
凸、凹模结构设计 17
3.5定位零件的设计 19
3.6卸料和压料零件 20
卸料板 20
推件块 21
打杆、顶板和带臂推杆 22
卸料螺钉 22
3.7模架及导套、导柱选择 22
3.8固定零件 23
3.9选择冲压设备 23
3.10模具总装图的绘制 23
3.11模具的装配 24
3.12小结 26
第4章翻孔、压弯复合模设计 26
4.1模具结构型式 26
4.2模具闭合高度的确定 26
4.3凸、凹模设计 27
确定凸、凹模间隙 27
凸、凹模尺寸及结构设计 27
4.4.卸料及压料零件设计与标准 27 4.5卸料螺钉及其它零件的的选择 28 4.6模架及导套、导柱选择 28
4.7选择冲压设备 29
4.8模具总装图的绘制 29
4.9模具的装配 29
4.10小结 29
第5章结论与展望 29
参考文献 30
致谢 31
第1章绪论
工业发展水平的不断提高，工业产品更新速度加快，对模具的要求越来越高，尽管改革开放以来，模具工业有了较大发展，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，目前满足率只能达到70%左右。

造成产需矛盾突出的原因，一是专业化、标准化程度低，除少量标准件外购外，大部分工作量均需模具厂去完成。

加工企业管理的体制上的约束，造成模具制造周期长，不能适应市场要求。

二是设计和工艺技术落后，如模具CAD/CAM技术采用不普遍，加工设备数控化率低等，亦造成模具生产效率不高、周期长。

总之，是拖了机电、轻工等行业发展的后腿。

因此我们必须意识到，对模具设计的研究的目的和意义在于能够跟好的认识模具工业在国民经济中的地位的重要性。

因为利用模具成型零件的方法，实质上是一种少切削、无切削、多工序重合的生产方法，采用模具成型的工艺代替传统的切削加工工艺，可以提高生产效率，保证零件质量，节约材料，降低生产成本，从而取得很高的经济效益。

利用模具生产零件的方法已经成为工业上进行成批或大批生产的主要技术手段，它对保证制品质量，缩短试用周期，进而争先占领市场，以及产品更新换代和新产品开发都具有决定性的意义。

因此德国把模具称为“金属加工中的帝王”，把模具工业视为“关键工业”，美国把模具称为“美国工业的基石”，把模具工业视为“不可估量其力量的工业”，日本把模具说成是“促进社会富裕繁荣的动力”，把模具视为“整个工业发展的秘密”[1-3]。

因此，要使国民经济各个部门获得高速发展，加速实现社会主义四个现代化，就必须尽快将模具工业搞上去，使模具生产形成一个独立的工业部门，从而充分发挥模具工业在国民经济中的关键作用。

我国模具工业起步较晚，基础薄弱，长期以来模具制造一直作为保证企业产品生产的手段被视为生产后方，因此发展缓慢。

1984年，我国成立了中国模具工业协会，1987年模具首次被列入机电产品目录，当时全国共有模具生产厂点约6000家，总产值约30亿元。

随着我国改革开放的日益深化，市场经济进程的加快，独立于产品制造企业的模具及其标准件、配套件企业大量出现，模具产业得到快速发展，在市场竞争中，模具企业生产技术不断提高和规模不断扩大，模具行业得到很快发展。

目前，我国模具产值已排名世界第三，2005年达到500亿元。

1988年～1992年，由原国家经贸委下达计划，由机械部和中国模具工业协会实施，在全国范围内组织了上百个模具企业和有关科研单位、大专院校，共同进行模具技术攻关，取得了丰硕成果。

这些成果主要有：冲压模具的设计制造技术、塑料模具的设计制造技术、铸压模具的设计制造技术、锻造模具的设计制造技术、模具表面处理技术、模具材料、模具计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)技术、模具标准件、模具加工关键设备、模具寿命研究等方面。

由于这些成果的取得及推广应用，使我国模具技术前进了一大步。

“七五”后期和“八五”期间，国家对模具工业加大了投入，分批分期改造了一批具有特色专长的专业模具厂和模具标准件厂，引进了一大批模具加工关键设备及精密塑料模、级进模、精冲模等设计制造技术，对提高我国模具生产技术水平起到了推动作用。

同时，许多大专院校开始设立模具专业，由前联邦德国、日本援建及我国自己投资兴办的模具技术培训中心也陆续建立，模具技术人员及技术工人的培养开始步入轨道。

1989年3月，国务院颁布了《关于当前产业政策要点的决定》，在机械工业中，模具被列为技术改造序列的第一位，极大地促进了模具技术的发展。

20世纪90年代以来，在国内汽车行业的模具设计制造中开始采用CAD/CAM技术。

国家科委“863”计划将东风汽车公司作为CIMS应用示范厂，由华中理工大学作为技术依托单位，开发了汽车车身与覆盖件模具CAD/CAM软件系统，在模具和设计制造中实际应用，取得显著效益。

改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。

近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。

浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。

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[4-6]。

例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS软件，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM软件，上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件等在国内模具行业拥有不少的用户。

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[7-9]。

未来冲压模具制造技术发展趋势
模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。

达到这一要求急需发展如下几项：
1) 全面推广CAD/CAM/CAE技术
模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。

随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。

计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。

2) 高速铣削加工
国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。

另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。

高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。

目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。

3) 模具扫描及数字化系统
高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的制造周期。

有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。

模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十一五”期间将发挥更大的作用。

4) 电火花铣削加工
电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。

国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。

预计这一技术将得到发展。

5) 提高模具标准化程度
我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。

国外发达国家一般为80%左右。

6) 优质材料及先进表面处理技术
选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。

模具热处理和表面处理是能否充分发挥模具钢材料性能的关键环节。

模具热处理的发展方向是采用真空热处理。

模具表面处理应发展工艺先进的气相沉积(TiN、TiC 等)、等离子喷涂等技术。

7) 模具研磨抛光将自动化、智能化
模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。

8) 模具自动加工系统的发展
这是我国长远发展的目标。

模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统[10-11]。

塑性变形的基本理论
在金属材料中，原子之间作用着相当大的力，足以抵抗重力的作用，所以在没有其它外力作用的条件下，金属物体将保持自有的形状和尺寸。

弹性变形-----当物体受到外力作用之后，它的形状和尺寸将发生变化即变形，变形的实质就是原子间的距离产生变化。

假如作用于物体的外力去除后，由外力引起的变形随之消失，物体能完全恢复自己的原始形状和尺寸，这样的变形称为弹性变形。

塑性变形-----如果作用于物体的外力去除后，物体并不能完全恢复自己的原始形状和尺寸，这样的变形称为塑性变形。

塑性变形和弹性变形都是在变形体不破坏的条件下进行的（即连续性不破坏）。

通常用塑性表示材料塑性变形能力。

衡量金属塑性高低的参数称为塑性指标（延伸率δ、断面收缩率ψ）。

塑性指标-----是以材料开始破坏时的塑性变形量来表示，它可借助于各种实验方法测定。

目前应用比较广泛的是拉伸试验，对应于拉伸试验的塑性指标，用延伸率δ和断面收缩率ψ表示。

变形力-----塑性变形时，使金属产生变形的外力称为变形力。

变形抗力-----金属抵抗变形的力称为变形抗力，它反映材料产生塑性变形的难易程度，一般用金属材料产生塑性变形的单位变形力表示其大小。

金属受外力作用产生塑性变形后不仅形状和尺寸发生变化，而且其内部的组织和性能也将发生变化。

一般会产生加工硬化或应变刚现象，即金属的机械性能，随着变形程度的增加，强度和硬度逐渐增加，而塑性和韧性逐渐降低；晶粒会沿变形方向伸长排列形成纤维组织使材料产生各向异性；由于变形不均，会在材料内部产生内应力，变形后作为残余应力保留在材料内部[12-13]。

塑性力学基础
1）点的应力与应变状态
金属冲压成形时，外力通过模具作用在坯料上，使其内部产生应力，并且发生塑性变形。

一定的力的作用方式和大小都对应着一定的变形，受力不同，变形也就不同。

2）金属的屈服条件
众所周知，在材料单向拉伸中，由于质点处于单向应力状态，•只要单向拉伸应力达到材料的屈服极限，该质点即行屈服，进入塑性状态。

在多向应力状态时，•显然就不能仅仅用某一应力分量来判断质点是否进入塑性状态，必须同时考虑其它应力分量。

研究表明，只有当各应力分量之间符合一定的关系时，质点才进入塑性状态。

这种关系叫做屈服条件，或屈服准则，也称塑性条件或塑性方程。

满足屈服条件表明材料处于塑性状态。

材料要进行塑性变形，必须始终满足屈服条件。

对于应变硬化材料，材料要由弹性变形转为塑性变形，必须满足的屈服条件叫初始屈服条件；而塑性变形要继续发展，必须满足的屈服条件则叫后继屈服条件。

在一般应力状态下，塑性变形过程的发生、发展，实质上可以理解为一系列的弹性极限状态的突破——初始屈服和后继屈服。

材料是否屈服和进入塑性状态，主要取决于两方面的因素：在一定的变形条件（变形温度和变形速度）下材料的物理机械性质——转变的根据；材料所处的应力状态——转变的条件。

3）金属塑性变形时的应力应变关系
弹性变形阶段，应力与应变之间的关系是线性的、可逆的，与加载历史无关；而塑性变形阶段，应力与应变之间的关系则是非线性的、不可逆的，与加载历史有关。

应变不仅与应力大小有关，而且还与加载历史有着密切的关系[14-16]。

目前常用的塑性变形时应力与应变关系主要有两类：一类简称增量理论，它着眼于每一加载瞬间，认为应力状态确定的不是塑性应变分量的全量而是它的瞬时增量；另一类简称全量理论，它认为在简单加载条件下，应力状态可确定塑性应变分量。

为了便于理解和比较，在此仅介绍全量理论。

金属塑性变形的一些基本规律
1）硬化规律
冲压生产一般都在常温下进行。

对金属材料来说，在这种条件下进行塑性变形，必然要引起加工硬化，塑性降低，变形抗力提高。

材料不同，变形条件不同，其加工硬化的程度也就不同。

材料加工硬化对冲压成形的影响既有有利的方面，也有不利的方面。

有利的是板材的硬化能够减少过大的局部集中变形，使变形趋向均匀，增大成形极限，尤其对伸长类变形有利；不利的是变形抗力的增加，使变形变得困难，对后续变形工序不利，有时不得不增加中间退火工序以消除硬化。

因此应了解材料的硬化现象及其规律，并在实际生产中应用。

2）卸载弹性恢复规律和反载软化现象
在弹性变形范围内，应力与应变的关系是直线函数关系。

在弹性变形的范围内卸载，应力、应变仍然按照同一直线回到原点，变形完全消失，没有残留的永久变形。

如果卸载后反向加载，由拉伸改为压缩，应力与应变的关系又会产生什么样的变化呢？试验表明，反向加载时，材料的屈服应力较拉伸时的屈服应力有所降低，出现所谓反载软化现象。

反向加载时屈服应力的降低量，视材料的种类及正向加载的变形程度不同而异。

关于反载软化现象，有人认为可能是因为正向加载时材料中的残余应力引起的[17-19]。

3）最小阻力定律
在塑性变形中，破坏了金属的整体平衡而强制金属流动，当金属质点有向几个方向移动的可能时，它向阻力最小的方向移动。

换句话说，在冲压加工中，板料在变形过程中总是沿着阻力最小的方向发展，这就是塑性变形中的最小阻力定律。

最小阻力定律是塑性加工中最重要的定性原理之一，它在冲压加工中有十分灵活和广泛的应用，能正确指导冲压工艺及模具设计，解决实际生产过程中出现的质量问题。

4）最小阻力定律应用——冲压成形中的变形趋向性分析及其控制律
研究各种冲压成形工艺的变形趋向性及其控制的目的，是为了合理确定冲压工艺参数，编制工艺规程，设计模具，分析和解决生产过程中出现的质量问题。

板料在成形过程中，可以划分为变形区、传力区和不变形区。

冲压加工时，变形力是通过传力区传给变形区使其产生塑性变形的。

在成形过程中，变形区和传力区的范围、尺寸不断变化，而且互相转化。

首先产生塑性变形（即所需变形力较小）的区称为弱区。

为了使冲压生产过程顺利进行，必须保证制件上首先变形的部分为弱区，以把塑性变形局限于变形区，并排除在传力区产生塑性变形的可能性[20-21]。

1.4 AutoCAD软件介绍
计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术是近年来工程技术领域中发展最迅速、最引人注目的一项高级技术，它已成为工业生产现代化的重要标志。

它对加速工程和产品的开发、缩短产品设计制造周期、提高产品质量、降低成本、增强企业市场竞争能力与创新能力发挥着重要作用。

它的应用及发展正引起一场产品工程设计与制造深刻的技术革命，并对产品结构、产业结构、企业结构、管理结构、生产方式以及人才知识结构方面带来巨大影响。

在国内，一提及CAD软件绝大多数的人都会想到AutoCAD，AutoCAD系列软件是美国Autodesk公司开发的系列图形设计软件，在机械图形设计领域应用非常广泛，也是最早进入国内市场的CAD软件之一，从最早的2.0版到以后的R13、R14、2000直到如今的2007版，AutoCAD的产品在国内的市场上走过了十几年的历程了，从最早期的DOS操作命令到现在的Windows窗口式的操作界面，是大家所最熟悉的CAD软件。

AutoCAD软件最早是针对二维设计绘图而开发的，随着其产品的日益成熟，在二维绘图领域该软件已经比较的完善，而且随着产品设计的发展需要，越来越多的产品设计已经不在停留在二维的设计领域，正在越来越多的朝着三维的产品设计发展，因此在AutoCADR12，R13的版本中已经加入了三维设计的部分，而且随着版本的不断更新三维设计的部分也在越来越多的发展，由于该软件开发中的自身原因，使的该软件存在一些不足之处，比如，该软件在二维设计中无法做到参数化的全相关的尺寸处理；三维设计中的实体造型能力不足。

但是由于该软件进入国内市场较早，价格较便宜，对使用的微机要求较低，使用比较简单，因此使用者还是比较多，该软件为中国的CAD软件发展还是起到了一定的贡献。

总的来说该软件作为一套二维的绘图软件还是非常好用的。

收集大量资料，进行调研，熟悉课题，为毕业设计作准备。

查阅相关的外文文献，进行英文翻译。

对冲压件进行冲压工艺分析，确定最佳工艺方案。

计算冲裁力、确定模具压力中心、计算凸、凹模间隙。

合理的选择冲压设备，确定压力机的技术参数。

绘制冲模总装图及主要零件图，共计2.5张A0图纸。

根据设计流程，编写15000字以上的毕业设计说明书。

第2章冲压工艺分析
图2.1 工件图
冲压零件如图2.1。

材料08F，工件厚度：2，模具精度：普通的。

该零件是汽车座椅上的一个摇臂。

零件年产量属于中批量，冲压加工经济性良好。

从零件图分析，该冲压件采用2的08 F钢板冲压而成，可保证足够的刚度与强度。

零件外形尺寸无公差要求，壁部圆角半径
，相对圆角半径为0.5大于最小弯曲半径值0.4，因此可以弯曲成
型。

的两个小孔和大孔分布在两个平面上,但孔径无公差配合。

零件图上没有注公差，属自由尺寸，可按经济级别IT14来确定工件尺寸的公差。

从零件尺寸标注可以看出模具精度为普通，形状复杂，其他加工方法很难加工，而且尺寸要求也不高，主要是轮廓成型问题，而且产量也大，因此可以用冲压方法生产。

2.2确定冲压工艺方案
计算毛坯尺寸
1）弯曲边的展开尺寸可按式（2.1）计算。

即
（2. 1）
上式中，圆角半径；板料厚度；为中性层系数，查的；
为直边尺寸，有图2.1可知，。

将这些数值代入，可得到。

图2.2 翻孔件的尺寸。