车门冲压模具设计.doc

1、前言近几年来，我国轿车市场发展十分迅猛，2002年在轿车销售超过100万辆的基础上，2003年则向200万辆大关迈进，达到了197万辆。然而，在轿车热迅速升温的同时，不得不尴尬地面对这样的现实市场上热销的绝大多数车型是直接从国外引进的。由于国内轿车汽车门模具设计制造能力从总体上看还比较薄弱，为了生产这些车型，各大汽车公司不得不耗资几亿、十几亿元采购海外模具。与国外汽车公司相比，由于生产规模比较小，这就造成单车均摊的模具成本远高于国外车，这也是造成国产车整车制造成本居高不下的主要原因之一。目前，国外人汽车公司为了降低模具开发、制造成本，缩短生产周期，将除轿车外覆盖件之外的人部分轿车冲压件的模具都

2、交由专业模具公司设计和制造，这些公司都有很强的开发能力，并在某些零件的模具制造方面拥有独到的优势。但作为整车厂，考虑到新车型开发过程中的保密，对诸如翼子板、行李箱盖、车门、侧围、车顶、前盖等敏感零部件的模具，则都由自己的模具制造部门来设计和制造。1. 冲压的概念、特点及应用1.1 冲压概述冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程。冲压

3、所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。 与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经验方面都具有许多独特的优点。主要表现如下(1) 冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力机要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压

4、行程就可能得到一个冲件。（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量，而模具的寿命一般较长，所以冲压的质量稳定，互换性好，具有“一模一样”的特征。（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品。所以，只有在冲压件生

5、产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益。冲压在现代工业生产中，尤其是大批量生产中应用十分广泛。相当多的工业部门越来越多地采用冲压法加工产品零部件，如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天、家电及轻工等行业。在这些工业部门中，冲压件所占的比重都相当的大，少则60%以上，多则90%以上。不少过去用锻造、铸造和切削加工方法制造的零件，现在大多数也被质量轻、刚度好的冲压件所代替。因此可以说，如果生产中不采用冲压工艺，许多工业部门要提高生产效率和产品质量、降低生产成本、快速进行产品更新换代等都是难以实现的。1.2 冲压的基本工序及模具由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件

6、的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，

7、称为组合的方法不同，又可将其分为复合，级进和复合-级进三种组合方式。复合冲压在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。级进冲压在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。复合-级进在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。冲压模具的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。工作时，坯料在下模

8、面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。2.冲裁件的工艺性分析工艺方案的确定工件如图2.1所示零件是车门外侧面，材料为Q235（Q235为碳素钢，235表示屈服点.就是低碳钢，就是以前的A3钢 ），厚度t=4mm，大批量生产，设计冲裁模。 图2.1 车门外侧面冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性。在一般情况下，对冲压件工艺性影响最大的是几何形状尺寸和精度要求。良好的冲压工艺性应能满足材料较省、

9、工序较少、模具加工较容易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等要求。1. 冲裁件的形状应能符合材料合理排样，减少废料。2. 冲裁各直线或曲线的连接处，宜有适当的圆角。3. 冲裁件凸出或凹入部分宽度不宜太小，并应避免过长的悬臂与窄槽。4. 圆形冲裁件，如允许圆弧半径，则R应大于料宽的一半，即能采用少废料排样； 如限定圆弧半径等于工件宽度之半，就不能采用少废料排样，否则会有台肩产生。5. 冲孔时，由于受到凸模强度的限制，孔的尺寸不宜过小。6. 冲裁件的孔与孔之间，孔与边缘之间的距离，受到模具强度的限制，不能太小。在弯曲件或拉深件上冲孔时，其孔壁与工件之间的距离不能过小。冲压工艺方案的确定，可依据表2

10、.1表2.1 冲压方案的确定 项 目单工序模级进模复合模无导柱有导柱冲压精度低较低较高，相当于IT10IT13高，相当于IT8IT11制件平整程度不平整一般不平整，有时要校平因压料较好，制件平整制件最大尺寸和材料厚度不受限制300mm以下厚度达6mm尺寸250mm厚度在0.16之间尺寸300mm厚度常在0.05m3mm冲模制造的难度程度及价格容易、价格低导柱、导套的装配采用先进工艺后不难简单形状制件的级进模比复合模具制造难度低，价格亦较低形状复杂的制件用复合模比级进模制造难度低，相对价格低生产率低较低可用自动送料出料装置，效率较高工序组合后效率高使用高速冲床的可能性只能单冲不能连冲有自动送料装

11、置可以连冲，但速度不能太高使用于高速冲床高达400次/分以上由于有弹性缓冲器，不宜用高速，不宜连冲材料要求可用边角料条料要求不严格条料或卷料要求严格除用条料外，小件可用边角料，但生产率低生产安全性不安全手在冲模过程区不安全比较安全手在冲模工作区不安全，要有安全装置冲模安装调整与操作调整麻烦操作不便安装、调整较容易、操作方便安装、调整较容易，操作简单安装、调整比级进模更容易，操作简单 分析表2.1采用：单工序模具结构简单，但需要三道工序两副模具才能完成，虽生产效率低，但该工件不属于大批量生产可采用单工序模。综合考虑，该工件模具采用由冲裁模，冲孔模和拉伸模。为增强模具的强度，在中间留一空工位。3模

12、具的技术要求及材料选用3.1模具的技术要求利用模具生产制造零件，其模具质量的好坏，寿命的长短，直接关系到产品制造精度、性能和成本。是提高劳动生产率、降低消耗、创造效益，尽快使产品占领市场的重要性条件。而模具的质量、使用寿命、制造精度及合格率很大程度上取决于设计时对模具材料的选用、热处理工艺要求、模具零件配合精度及公差等级的选择和表面质量要求。3.2 模具材料的选用及要求3.2.1 冷冲模材料的选用1. 冷冲模材料应具有的性能冷冲模包括冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模和冷挤压模等。冷冲模在工作中承受冲击、拉深、压缩弯曲、疲劳磨擦等机械的作用。模具常常发生脆断、堆塌、磨损、啃伤和软化等形成的失效。因

13、此，作为冷冲模主要材料的钢材，应具有的性能。（1）应具有较高的变形抗力：主要抗力指标包括淬火、回火抗压强度、弯强度等。其中硬度是模具注意重要的抗力指标，高的硬度是保持模具耐磨性的必要条件。工作零件热处理后的硬度在60HRC强度和抗弯强度才能保证模具具有较高的变形能力。（2）应具有较高的断裂抗力：主要抗力指标有材料的抗冲击性能抗压强度、抗弯强度 断裂抗力和冲击载荷下抵抗模具裂纹产生一个特性，也是作为防止断裂的一个重要依据。其基体中碳含量越高冲击韧性越高。故对韧性的要求应依据载荷较大的冷冲镦及剪切模易受偏心弯曲载荷细长凸模或有应力集中的模具，都需要有较高的韧性（3）应具有较高的耐磨性和抗疲劳性能：

14、对于在一定条件下工作的模具钢，为了提高耐磨性，需要在硬度高的基体上均匀分布有大量细小硬的碳化物，在相同硬度下，提高钢的性能是模具在交变应力条件下产生的疲劳破坏，如模具长期使用有刮痕凹槽等。（4）应具有较好的冷、热加工工艺性：钢材的加工性能包括可锻性、可加工性、淬透性、淬硬性较小的脱碳敏感性和较小变形倾向等，以方便模具的加工，易于成形及防止热处理后变形等。3.2.2 材料的选择原则（1）要选择满足模具零件工作要求的最佳综合性能的材料（2） 要针对模具失效形式选用钢材：钢材的失效是影响模具寿命的主要因素包括：1）为防模具开裂，要选用韧性好的材料2）为防磨损，应选用合金元素高的材料3）对于大型冲模应

15、选用淬透性好的材料4）为保持钢材硬度能力，要选用耐回火性高的含铬、钼合金钢5）为防热处理变形，对于形杂的零件应选用含碳量高、淬透性好的高金材料.（3）要根据制品批量大小，以最低的成本的选材原则选用:对于需冲压数量较多模具，一般采用优质合金钢，而数量少的则采用碳素钢，以降低成本。（4）要根据冲模零件的作用选择：凸、凹模具应选用优质的钢材制作，对于数量不多或厚度不大的可采用有色金属或黑色金属。而对于支撑板、卸料零件、导向件应选用一般钢材。（5）要根据冲模精密程度选用：在制造小型精密模具而又复杂时可选用优质合金钢制作，而对于比较简单，形状、精度有要求不高的模具应选用比较便宜的碳钢或低合金钢。3.3 冲裁件的精度和粗糙度冲裁件内型的经济精度不高于GB1800-79IT11级。一般要求落料件精度最好低于IT10级，冲孔件最好低于IT9级。本设计采用IT14级，具体尺寸公差值可参考表3.18。表3.1 冲裁件外型与内孔尺寸公差