汽车前悬架横梁冷冲模毕业设计论文

前言
本设计主要分为两部分，一部分是对拉线护架进行冲压工艺分析与计算，一部分是对拉线护架进行模具设计。

首先，先对零件进行工艺分析与计算，其中包含工艺分析与设计方案的确定，确定排样，计算冲裁力与选择冲压设备。

零件比较特殊，需要四副模具。

其次，对拉线护架进行模具设计，其中主要是模具主要零部件的设计与计算与模具的装配。

在进行模具设计时，根据零件的形状并结合手册循序渐进的进行模具设计。

这次模具设计是对以前所学知识的一次实践。

由于我没有实践经验所以很多东西都要依靠手册。

包括数据的选取和工艺性的确定。

模具设计包括模具工作零件、定位零件、卸料及推件零件、导向零件和连接固定零件的设计。

在设计时要使用到AUTOCAD2000和Pro/ENGINEER，这些计算机辅助设计软件对于提高设计的速度和质量很有帮助，这也是当今模具行业发展的选择。

在近三个月的设计中，为了更好地完成任务，期间还到工厂进行了现场观摩，参观了冲压模具的生产加工过程，这加强了我的感性认识，更有利于我完成模具设计，并得到厂内张工程师和各位技术人员的指导和协助。

对于本次毕业设计，应该要达到以下目的：
综合运用本专业所学的理论与生产实际知识，进行一次冷冲压模设计的实际训练，从而提高我们的独立工作能力。

巩固复习三年以来所学的各门学科的知识，以致能融会贯通，进一步了解从模具设计到模具制造的整个工艺流程。

掌握模具设计的基本技能，如计算、绘图、查阅设计资料和手册，熟悉标准和规范等。

感谢孔凡国老师对我的关怀和指导，感谢同学们的帮助。

我这次设计的完成得益于老师的悉心指导和与同学们的交流。

由于本人水平有限，缺乏实践经验，所以在设计中难免产生不足和错误，请各位老师指正。

绪论
模具行业的发展现状及市场前景
现代模具工业有“不衰亡工业”之称。

世界模具市场总体上供不应求，市场需求量维持在700亿至850亿美元，同时，我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。

近几年，我国模具产业总产值保持15%的年增长率（据不完全统计，2005年国内模具进口总值达到700多亿，同时，有近250个亿的出口），到2007年模具产值预计为700亿元，模具及模具标准件出口将从现在的每年9000多万美元增长到2006年的2亿美元左右。

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。

2005年我国汽车产销量均突破550万辆，预计2007年产销量各突破700万辆，轿车产量将达到300万辆。

另外，电子和通讯产品对模具的需求也非常大，在发达国家往往占到模具市场总量的20%之多。

目前，中国17000多个模具生产厂点，从业人数约50多万。

1999年中国模具工业总产值已达245亿元人民币。

工业总产值中企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。

在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。

模具的发展是体现一个国家现代化水平高低的一个重要标志，就我国而言，经过了这几十年曲折的发展，模具行业也初具规模，从当初只能靠进口到现在部分进口已经跨了一大步，但还有一些精密的冲模自己还不能生产只能通过进口来满足生产需要。

随着各种加工工艺和多种设计软件的应用使的模具的应用和设计更为方便。

随着信息产业的不断发展，模具的设计和制造也越来越趋近于国际化。

现在模具的计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）技术的研究和应用。

大大提搞了模具设计和制造的效率。

减短了生产周期。

采用模具CAD/CAM技术，还可提高模具质量，大大减少设计和制造人员的重复劳动，使设计者有可能把精力用在创新和开发上。

尤其是pro/E和UG等软件的应用更进一步推动了模具产业的发展。

数控技术的发展使模具工作零件的加工趋进于自动化。

电火花和线切割技术的广泛应用也对模具行业起到了飞越发展。

模具的标准化程度在国内外现在也比较明显。

特别是对一些通用件的使用应用的越来越多。

其大大的提高了它们的互换性。

加强了各个地区的合作。

对整个模具的行业水平的提高也起到了重要的作用。

1、冲压工艺介绍
冲压工艺是塑性加工的基本加工方法之一。

它主要用于加工板料零件，所以有时也叫板料冲压。

冲压不仅可以加工金属板料，而且也可以加工非金属板料。

冲压加工时，板料在模具的作用下，于其内部产生使之变形的内力。

当内力的作用达到一定程度时，板料毛坯或毛坯的某个部位便会产生与内力的作用性质相对应的变形，从而获得一定的形状、尺寸和性能的零件。

冲压生产靠模具与设备完成加工过程，所以它的生产率高，而且由于操作简便，也便于实现机械化和自动化。

利用模具加工，可以获得其它加工方法所不能或难以制造的、形状复杂的零件。

冲压产品的尺寸精度是由模具保证的，所以质量稳定，一般不需要再经过机械加工便可以使用。

冲压加工一般不需要加热毛坯，也不像切削加工那样大量的切削材料，所以它不但节能，而且节约材料。

冲压产品的表面质量较好，使用的原材料是冶金工厂大量生产的轧制板料或带料，在冲压过程中材料表面不受破坏。

因此，冲压工艺是一种产品质量好而且成本低的加工工艺。

用它生产的产品一般还具有重量轻且刚性好的特点。

冲压加工在汽车、拖拉机、电机、电器、仪器、仪表、各种民用轻工产品以及航空、航天和兵工等的生产方面占据十分重要的地位。

现代各种先进工业化国家的冲压生产都是十分发达的。

在我国的现代化建设进程中，冲压生产占有重要的地位。

当今，随着科学技术的发展，冲压工艺技术也在不断革新和发展，这些革新和发展主要表现在以下几个方面：
（1）工艺分析计算方法的现代化
（2）模具设计及制造技术的现代化
（3）冲压生产的机械化和自动化
（4）新的成型工艺以及技术的出现
（5）不断改进板料的性能，以提高其成型能力和使用效果。

2、冲压工艺的种类
冲压主要是按工艺分类，可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。

在实际生产中，常常是多种工序综合应用于一个工件。

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。

在实际生产中，常用与冲压过程近似的工艺性试验，如拉深性能试验、胀形性能试验等检验材料的冲压性能，以保证成品质量和高的合格率。

模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度。

模具制造成本和寿命则是影响冲压件成本和质量的重要因素。

模具设计和制造需要较多的时间，这就延长了新冲压件的生产准备时间。

模座、模架、导向件的标准化和发展简易模具(供小批量生产)、复合模、多工位级进模(供大量生产)，以及研制快速换模装置，可减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间，能使适用于大批量生产的先进冲压技术合理地应用于小批量多品种生产。

冲压设备除了厚板用水压机成形外，一般都采用机械压力机。

以现代高速多工位机械压力机为中心，配置开卷、矫平、成品收集、输送等机械以及模具库和快速换模装置，并利用计算机程序控制，可组成高生产率的自动冲压生产线。

在每分钟生产数十、数百件冲压件的情况下，在短暂时间内完成送料、冲压、出件、排废料等工序，常常发生人身、设备和质量事故。

因此，冲压中的安全生产是一个非常重要的问题。

3、冲压行业阻力和障碍与突破
阻力一：机械化、自动化程度低
美国680条冲压线中有70%为多工位压力机，日本国内250条生产线有32%为多工位压力机，而这种代表当今国际水平的大型多工位压力机在我国的应用却
为数不多；中小企业设备普遍较落后，耗能耗材高，环境污染严重；封头成形设备简陋，手工操作比重大；精冲机价格昂贵，是普通压力机的5~10倍，多数企业无力投资阻碍了精冲技术在我国的推广应用；液压成形，尤其是内高压成形，设备投资大，国内难以起步。

突破点：加速技术改造
要改变当前大部分还是手工上下料的落后局面，结合具体情况，采取新工艺，提高机械化、自动化程度。

汽车车身覆盖件冲压应向单机连线自动化、机器人冲压生产线，特别是大型多工位压力机方向发展。

争取加大投资力度，加速冲压生产线的技术改造，使尽早达到当今国际水平。

而随着微电子技术和通讯技术的发展使板材成形装备自动化、柔性化有了技术基础。

应加速发展数字化柔性成形技术、液压成形技术、高精度复合化成形技术以及适应新一代轻量化车身结构的型材弯曲成形技术及相关设备。

同时改造国内旧设备，使其发挥新的生产能力。

阻力二：生产集中度低
许多汽车集团大而全，形成封闭内部配套，导致各企业的冲压件种类多，生产集中度低，规模小，易造成低水平的重复建设，难以满足专业化分工生产，市场竞争力弱；摩托车冲压行业面临激烈的市场竞争，处于“优而不胜，劣而不汰”的状态；封头制造企业小而散，集中度仅39.2%。

突破点：走专业化道路
迅速改变目前“大而全”、“散乱差”的格局，尽快从汽车集团中把冲压零部件分离出来，按冲压件的大、中、小分门别类，成立几个大型的冲压零部件制造供应中心及几十个小而专的零部件工厂。

通过专业化道路，才能把冲压零部件做大做强，成为国际上有竞争实力的冲压零部件供应商。

阻力三：冲压板材自给率不足，品种规格不配套
目前，我国汽车薄板只能满足60%左右，而高档轿车用钢板，如高强度板、合金化镀锌板、超宽板(1650mm以上)等都依赖进口。

突破点：所用的材料应与行业协调发展
汽车用钢板的品种应更趋向合理，朝着高强、高耐蚀和各种规格的薄钢板方向发展，并改善冲压性能。

铝、镁合金已成为汽车轻量化的理性材料，扩大应用已势在必行。

阻力四：科技成果转化慢先进工艺推广慢
在我国，许多冲压新技术起步并不晚，有些还达到了国际先进水平，但常常很难形成生产力。

先进冲压工艺应用不多，有的仅处于试用阶段，吸收、转化、推广速度慢。

技术开发费用投入少，导致企业对先进技术的掌握应用慢，开发创新能力不足，中小企业在这方面的差距更甚。

目前，国内企业大部分仍采用传统冲压技术，对下一代轻量化汽车结构和用材所需的成形技术缺少研究与技术储备。

突破点：走产、学、研联合之路
我国与欧、美、日等相比，存在的最大的差距就是还没有一个产、学研联合体，科研难以做大，成果不能尽快转化为生产力。

所以应围绕大型开发和产业化项目，以高校和科研单位为技术支持，企业为应用基地，形成产品、设备、材料、技术的企业联合实体，形成既能开发创新，又能迅速产业化的良性循环。

阻力五：大、精模具依赖进口
当前，冲压模具的材料、设计、制作均满足不了国内汽车发展的需要，而且标准化程度尚低，大约为40%~45%，而国际上一般在70%左右。

突破点：提升信息化、标准化水平
必须用信息化技术改造模具企业，发展重点在于大力推广CAD/CAM/CAE一体化技术，特别是成形过程的计算机模拟分析和优化技术(CAE)。

加速我国模具标准化进程，提高精度和互换率。

力争2007年模具标准件使用覆盖率达到70%，2010年达到70%以上基本满足市场需求。

阻力六：专业人才缺乏
业内掌握先进设计分析技术和数字化技术的高素质人才远远不能满足冲压行业飞速发展的需要，尤其是摩托车行业中具备冲压知识和技术和技能的专业人才更为缺乏且大量外流。

另外，众多合资公司由外方进行工程设计，掌握设计权、投资权，我方冲压技术人员难以真正掌握冲压工艺的真谛。

突破点：提高行业人员素质
这是一项迫在眉睫的任务，又是一项长期而系统的任务。

振兴我国冲压行业需要大批高水平的科技人才，大批熟悉国内外市场、具有现代管理知识和能力的企业家，大批掌握先进技术、工艺的高级技能人才。

要舍得花大力气，有计划、
分层次地培养
前悬架横梁冷冲模（冲孔落料）设计说明书
一、工件工艺性分析：
1．该工件为汽车前悬架横梁，形状比较复杂，具有较多不规则线条，且尺寸较大，最大展开外型尺寸为592×193mm。

工件展开时，板上分布有φ13mm孔8个；φ9mm孔3个；φ8mm孔2个；φ20mm孔2个；φ30mm孔2个；φ11mm 孔3个。

展开图形如下：（一）
其中2- φ20mm孔圆心分布在工件X轴上，中心距为160mm；2-φ30mm孔圆心分布在X轴稍下方，中心距为105mm。

根据图形可以看出，工件上孔较多，大多都是对称分布的，切由于工件的尺寸较大，可以将工件看成沿X，Y轴对称，所以在工艺计算时，可以将模具的压力中心选定在工件X，Y轴的交点。

2．由于3-φ11mm、2-φ8mm各孔的直径较小，且与工件的外形面相距较近，在考虑冲裁模具变形的时候，如果将上述各孔进行冲孔加工，势必会引起孔与外形面之间产生裂纹和残余应力变形。

所以可以考虑通过钻床钻孔成型，工序放在裁板下料后，冲孔落料之前。

2-φ30mm，2-φ20mm，8-φ13，3-φ9孔则可以通过在落料前进行冲孔获得，并将模具设计成复合模，通过凸凹模来实现冲孔，落料动作，从而实现将原板料加工成需要的形状的目的。

3、对工件材料的分析。

工件的材料为SAPH400，材料可以从上海宝山钢铁股
份有限公司购得。

t=3.2mm板厂家供货规格如下：宽：1050mm，长：4359，单张板重量：4615kg。

材料主要化学成分几含量为，c:0.077%、si：0.19%、mn：0.85%、p：0.12%、s:0.12%、TAL：0.42%。

材料的屈服强度为322Mpa,抗拉强度为440Mpa，延伸率43%。

4、确定工艺方案及模具的结构形式。

（1）根据工件的形状，尺寸精度及表面粗糙度要求，可以了解冲裁模各工序的精度能满足，可以使用冷冲进行零件加工，且冷冲压工序包括：冲孔，落料，弯曲，同时弯曲时有少量拉伸，以及冲孔前对下料后对板材上前述小孔进行钻床钻孔。

（2）确定冲孔，落料，弯曲各工序的的先后顺序，由于该工件的特点，我们可以很清楚的了解，生产该工序所需的工序先后排列顺序为——下料，钻孔，冲孔落料，弯曲（含有少量拉伸）。

前面在分析时我们了解到生产该工件的材料为SAPH400，延展性达到43%，具有很好的拉伸延展性。

允许在弯曲时有少量的拉伸。

模具最终设计方案及各项技术要求和明细数据见装配图一，二。

二、主要工艺计算：
1．确定压力中心。

根据经验公式，及工件的形状特点和尺寸特点，可知工件的形状为大致的沿着X，Y两条中心线对称分布的，切工件的最大尺寸达到592×193mm，属于较大型件，工件的材料为SAPH400，屈服极限为322Mpa,拉伸极限为440Mpa。

需要较大的压力和采用压力机与模座直接相连进行冲裁，而不能采用普通的模具模架结构进行模具的固定安装和冲压。

故模具的压力中心可以设为工件的两轴线X，Y 的交点O作为压力中心。

2．确定排样方式和搭边。

排样是指冲裁件在条料，带料或板料上的布置方法。

合理的排样和选择适当的打边值，是降低成本和保证工件质量及延长模具寿命的有效措施。

排样的方式有多种多样，一般可分为有废料排样和少废料排样及无废料排样。

有废料排样是指模具沿工件全部外形进行冲裁，工件四周都留有搭边。

这种排样方式能保证冲裁件的质量，冲模寿命长，但材料利用率低。

少废料和无废料排样对节省材料具
有重要意义，并适合一次冲裁多个工件，故可以提高生产率，同时因冲裁周遍减少，可简化冲模结构，降低冲裁力。

但采用少废料和无废料排样时，由于条料宽度的公差以及条料导向与定位所产生的误差，是工件的质量和精度较低。

另外由于采用单边冲裁，也会影响断面质量，还会缩短模具寿命。

在本设计中，根据工件的尺寸精度和年生产件数。

以及板料从厂家购买回来后的原装尺寸，可以选择本设计的搭边为有废料搭边，同时用有废料搭边来保证工件的尺寸精度和表面粗糙度。

由于冲裁的工件面积较大，故无需采用侧压装置或侧刃定距，只需在下模座卸料板上布置3个定位钉对冲裁板料进行定位。

定位钉的材料选为T8A ，直径为
φ10mm 与卸料板之间采用φ10)(6)
(7006.0015.00015.
0+++m H 过盈配合。

定位钉的长度为22mm 。

3．计算条料宽度。

B=L 1+2a+Z=552+2×22.5+2=599mm
影响条料宽度的主要因数是搭边值的大小，排样时工件之间以及工件与条料侧边之间留下的余料叫做搭边。

搭边的作用是补偿条料的定位误差，保证冲出合格的工件；保持条料有一定的刚度，便于送料。

搭边值的大小与
材料的力学性能。

硬材料的搭边值可取小一点，软材料的搭边值要取大一点。

工件的形状和尺寸。

工件的尺寸大或有圆角半径较小的凸起时，搭边值去得大一些。

材料厚度。

材料厚度大则取搭边值大一些。

手工送料、有侧压装置的模具，搭边值要小一点。

搭边是废料，从节省材料出发，搭边值应该越小越好，但过小的搭边容易挤进凹模，增加刃口磨损，降低模具寿命，并且也影响冲裁件的表面质量。

由于是为手工送料，搭边宽度应取较小值，但由于工厂所生产的板料的规格为宽：1050mm ，长：4359mm ，所以在下料的时候受到少许限制，只能将一块板料裁剪成宽度方向5块，长度方向7块的形式。

故搭边值取为a=22.5mm 。

4.计算材料利用率。

排样时，在保证工件质量的前提下，要尽量提高材料的利用率。

η=
%
100
⨯
bh
nA
=119800
99456
×100%=83%
5．计算冲裁间隙。

冲裁凸凹模的凸、凹模刃口部分尺寸之差称为冲裁间隙，其双面间隙用Z 表示，单面间隙为2
Z，从冲裁过程分析中可知，它对冲裁件断面的质量有极大的影响；此外，它还影响模具寿命、冲裁力、斜料力、推件力、顶件力和冲裁件的尺寸精度，是一个非常重要的工艺参数。

设计模具时一定要选择合理的冲裁间隙，才能是冲裁件的断面质量较好，所需冲裁力较小，模具寿命较长。

根据工件材料的特性Sδ=322Mpa,bδ=440Mpa,以及工件的精度，选取最小冲裁间隙为0.1，最大冲裁间隙为0.2mm。

上面已经选取了最小和最大冲裁间隙，下面来讨论一下选取合理的冲裁间隙的影响。

冲裁间隙对冲裁件断面的影响
冲裁件断面上的四个带（塌角，光亮带，剪裂带，毛刺带）在整个断面上所占的比例随着板料的性能、厚度、冲裁间隙、模具结构等不同而变化。

其中冲裁间隙即凸、凹模的间隙对其影响最大。

间隙过大或过小均将导致上、下剪裂纹不能相交重合于一线，间隙太小时，
凸模刃口附近的裂纹比正常间隙时向外错开一些，上、下裂纹中间的材料随着冲裁的进行将被第二次剪切，并在断面上形成第二个光亮带，毛刺也增大。

由于材料中拉应力成分减少，静水压效果增强，裂纹的产生受到抑制，所以光亮到变大，而塌角、斜度、翘曲等现象均减少。

间隙过大时，凸模刃口附近的剪裂纹比正常间隙时向里错开一些，材料受到很大的拉伸，光亮带小，毛刺、塌角、斜度都增大。

由于材料中的拉应力增大，容易产生剪裂纹，塑性变形阶段较早结束，因此光亮带要小一些，而剪裂带、塌角和毛刺都比较大，冲裁件的翘曲现象也比较明显。

间隙过大和过小时均使冲裁件尺寸与冲模刃口尺寸的偏差增大。

间隙合适时，上、下剪裂纹基本重合于一线，这时光亮带约占板厚的31
左右，塌角、毛刺和斜度均不大，满足冲裁件质量的要求。

1、冲裁间隙对模具寿命的影响
间隙是影响模具寿命的各种因素中占最主要的一个。

冲裁过程中，凸模与被冲的孔之间，凹模与落料件之间的均有磨檫，而且间隙越小，磨檫越严重。

在实际生产中受到制造误差和装配精度的限制，凸模不可能绝对垂直于凹模平面，而且间隙也不会绝对均匀分布，合理的间隙均可使凸模、凹模侧面与材料间的磨檫减小，并缓减间隙不均匀的不利影响，从而提高模具的使用寿命。

冲裁间隙对冲裁力的影响：
虽然冲裁力随冲裁间隙的增大有一定程度的降低，但是当单边间隙介于材料厚度 5%~20%范围时，冲裁力的降低并不明显（仅降低5%~10%左右）。

因此，在正常情况下，间隙对冲裁力的影响不大。

冲裁间隙对斜料力、推件力、顶件力的影响：
间隙对斜料力、推件力、顶件力的影响较为显著。

间隙增大后，从凸模上斜、从凸模孔口中推出或顶出零件都将省力。

一般当单边间隙增大到材料厚度的15%~25%左右时斜料力几乎减到零。

冲裁间隙对尺寸精度的影响：
间隙对冲裁件尺寸精度的影响的规律，对于冲孔和落料是不同的，并且与材料轧制的纤维方向有关。

通过以上分析可以看出，冲裁间隙对断面质量、模具寿命、冲裁力、斜料力、推件力、顶件力以及冲裁件尺寸精度的 影响规律均不相同。

因此，并不存在一
个绝对合理的间隙数值，能同时满足断面质量最佳，尺寸精度最佳，冲裁模具寿命最长，冲裁力、斜料力、推件力、顶件力最小等各个方面的要求。

在冲压的实际生产过程中，间隙的选用主要考虑冲裁件断面质量和模具寿命这两个方面的主要因素。

但许多研究结果表明，能够保证良好的冲裁件断面质量的间隙数值和可以获得较高的冲模寿命的间隙数值也是不一致的。

一般说来，当对冲裁件断面质量要求较高时，应选取较小的间隙值，而当对冲裁件的质量要求不是很高时，则应适当地加大间隙值以利于提高冲模的使用寿命。

6.冲裁工艺力的计算
冲裁模设计时，为了合理的设计模具和选用冲压设备，必须合理的计算冲裁工艺力。

压力机的吨位必须大于所计算的冲裁工艺力，以适应冲裁间隙的要求。

冲裁工艺力主要包括冲裁力F、卸料力F卸、推件力F推和顶件力F顶。

冲裁力根据工件材料的特性，和初选模具结构的特点，可用如下公式计算冲裁力。

F=1.3L tτ≈Ltδb
F=L×3.2×440=2920KN
卸料力F卸、推件力F推和顶件力F顶计算式为
F卸=K卸F。