1、1 緒 論1.1 我國汽車沖壓模具的發展現狀 隨著汽車工業的快速發展，服務于汽車生產的模具近年來也快速發展。汽車模具種類很多，其中沖壓模具和塑料模具是用量最大的兩大類。此外，還有鑄造模具、鍛造模具、橡膠模具、粉末冶金模具及拉絲模具和無機材料成型模具等。在汽車工業十分發達的國家，為汽車服務的模具往往要占到其全部模具生產量的40以上。經過多年發展，我國目前為汽車服務的模具約已占到了全部模具產量的1/3左右，其中，沖壓模具要占一半左右。由此可見，汽車沖壓模具在模具行業和汽車工業中的重要地位。尤其是汽車制件模具直接關系到汽車車型，因此其地位尤為重要。就我國模具行業綜合能力和水平來看，對于中檔及其以下汽

2、車的沖壓具，國內目前已完全有能力可 以設計制造，滿足用戶所需，部分高級轎車的沖壓模具其國內也已開始生產。雖然如此，我國的沖壓模具設計制造能力與市場需要和國際先進水平相比仍有較大差距。這些主要表現在高檔轎車和大中型汽車制件模具及高精度沖模方面，無論在設計還是加工工藝和能力方面。轎車制件模具具有設計和制造難度大，質量和精度要求高的特點，可代表制件模具水平。雖然在設計制造方法和手段上面已基本達到了國際水平，模具結構方面也接近國際水平，在轎車模具國產化進程中前進了一大步，但在制造質量、精度、制造周期等方面，與國外相比還存在一定的差異。我國模具行業專業化程度還比較低，模具自產自配比例過高。國外模具自產自

3、配比例一般為3O左右。我國沖壓模具自產自配比例約為60左右。這就對專業化產生了很多不利影響。現在，技術要求高、投入大的模具專業化程度較高，例如制件模具、多工位級進模和精沖模等。而一般沖模專業化程度就較低。由于自配比例高，所以沖壓模具生產能力的分布基本上跟隨沖壓件生產能力的分布。但是專業化程度較高的汽車制件模具和多工位、多功能精密沖模的專業生產企業的分布有不少并不跟隨沖壓能力分布而分布 ，而往往取決于主要投資者 的決策。例如四川有較大的汽車制件模具的能力，但其主要用戶不在四川。另外，企業之間近年來正在逐步形成“戰略聯盟”。形成聯盟的企業，往往以一個實力強大和水平較高的大型模具廠為核心，在一定的地

4、域范圍內有很好的協作關系，包括原材料、工藝、技術及市場乃至資金和人員方面的協同等。長春及其周邊地區、哈爾濱及其周邊地區、湖北十堰及其周邊地區、京津冀有關地區、成渝有關地區、上海及其周邊地區、蕪湖及其周邊地區等，都已形成了由一大批企業組成的汽車沖壓模具的“聯盟生產基地”。 1.2 畢業設計課題的任務、要求、技術難點及要達到的預期效果首先，要了解整個模具行業的發展概況以及應用水平，特別是沖壓模具設計的先進技術和方法。其次，熟練掌握UG應用軟件，還要了解目前應用較為廣泛的其他應用軟件，如UG、CATIA、AutoCAD軟件等。再次，必須對沖壓材料的成型特性有足夠的了解。最重要的是在基于UG軟件的基礎

5、上著手于本課題汽車底板支架修邊沖孔模具的設計。本課題要解決的主要問題是：1、制件工藝分析；2、沖壓工藝方案確定；3、總體結構設計；5、一些輔助機構的設計、排列和選用。最后需要利用UG軟件繪出該零件沖壓模具的三維圖，利用AutoCAD繪制其二維工程圖。為了解決這些問題，必須先明確本沖壓模具的設計重點，作出詳細的工作進度計劃。在這其間要多參照已成型的模具結構，熟練掌握Ug和AutoCAD軟件的使用；掌握沖壓模具的設計程序、規范及結構特點；了解模具標準件，學會標準件庫的建立，以提高模具設計效率；學會使用參數化設計方法，以減少設計周期。最后還應掌握模具零件尺寸公差與零件設計的幾何要求關系，因為在設計模

6、具時，必須根據制件的尺寸和精度要求來確定相應的成型零件的尺寸和精度等級，得到零件的工作尺寸。所有這些資料必須通過圖書館查找期刊文獻、會議文獻以及專業書籍和網絡數據庫得到，所以還要熟練掌握資料的檢索。2 汽車底板支撐架修邊沖孔模具設計2.1制件的工藝分析此制件為大批量生產，如果能夠采用沖壓工藝將大大的提高生產效率、降低生產成本。零件結構：該所要修邊的沖壓件形狀復雜，模具分離刃口所在的位置是任意的空間曲面；沖壓件存在不同程度的彈性變形。因此，進行模具設計時，在工藝上和模具結構上應考慮制件定位、模具導正、廢料的排除、工件的取出問題。尺寸精度：零件圖上所有未注公差的尺寸屬自由尺寸，可按IT14級確定工

7、件尺寸公差。由零件圖可知此沖壓件的尺寸精度一般，普通沖裁即可滿足。結論：此沖壓件適合用普通沖裁的2.2 沖壓工藝方案的確定該沖壓件包括拉延、修邊沖孔和整形三個基本工序，可采用先拉延再修邊沖孔（落料），后整形的單工序模生產方案。單工序模具結構簡單，制造方便，此制件需要三道工序，三套模具就能完成沖壓件的加工，并且可以滿足沖壓件大批量生產的需要。另外此制件用無需斜契機構，所以模具空間布局比較寬敞，有利于制件空間定位。本次設計僅作修邊沖孔模設計，另外兩道工序拉延和整形由別的同學負責設計完成。2.3 2-3t:板厚圖2-3卸料力因料厚形狀等的不同而各異。一般為沖裁力的26。P卸=K卸·P=47

8、520·0.06=2851.2kg式中 K卸：卸料系數見表2表2 卸料力系數表料厚K卸鋼0.10.060.090.10.50.040.070.52.50.0250.062.56.50.020.056.50.0150.04鋁、鋁合金0.030.08紫銅、黃銅0.020.06注:卸料系數K卸在沖大搭邊和復雜輪廓時取上限值3.修邊尺寸展開計算本模具為無伸長和壓縮的純直角彎曲情況，其中性層為料厚的40（如圖2-4）:X=H-0.43r+0.52t圖2-4 修邊尺寸展開示意圖4.間隙間隙，是指凸模與凹模刃口間單側的間隙。如圖2-5所示。間隙選取（如圖2-6）：本模具的落料尺寸決定于凹模刃口尺寸

9、，間隙取在凸模上。圖2-5 凸模與凹模刃口間單側的間隙圖2-6 間隙選取適用圖2.4 總體結構設計 此制件模具分離刃口所在的位置是任意的空間曲面，沖壓件存在不同程度的彈性變形，所以本設計要針對其特性設計出一套合格的修邊沖孔模具。形式的選擇：修邊沖孔模可分為：垂直修邊沖孔模、斜楔修邊沖孔模和垂直斜楔修邊沖孔模。垂直修邊沖孔模的修邊方向與壓力機滑塊運動方向一致，是制件修邊沖孔模最常用的形式，應盡量采用。斜楔修邊沖孔模的修邊鑲塊作水平或傾斜方向運動，有一套將壓力機滑塊運動方向轉變成刃口鑲塊沿修邊方向運動的斜楔機構，所以結構較復雜。垂直斜楔修邊沖孔模的一些修邊鑲塊作垂直方向運動，另一些修邊鑲塊作水平或

10、傾斜方向運動，該修邊沖孔模用于同一模具上需要垂直修邊和斜楔修邊的情況，模具結構復雜。根據制件結構、精度等級，不需要設計斜楔滑塊機構。所以設計一套垂直修邊沖孔模就可以滿足要求了。確定了模具的結構形式，然后用UG（CAD）模板技術參數化的設計方法進行結構設計；/Part families2.5 模板技術參數化設計方法根據汽車設計的經驗和規則，在UG平臺上將模板技術和參數化方法應用于汽車的設計中，能夠大大地縮短傳統設計的周期，達到快速響應制造，以下就把這項技術應用到本設計中。首先對一些專有名詞進行介紹。快速響應制造(BapidRgpnse Manufacturing，RRM)，最初是由福特汽車公司提

11、出的，其目的是建立集成環境同時使工程技術人員有效地使用計算機仿真和處理技術進行產品的開發、設計和制造，縮短產品的市場響應時間，提高質量和可靠性，同時降低成本。參數化模板技術的設計思想是為快速模具結構設計服務的，縮短模具結構生成和出固的耗時，減少沖壓工藝分析設計和依據圖紙進行模具制造中間的時間間隔，從而更好的滿足客戶的要求。 模板是將一個事物的結構按照其內在的規律予以固定化、標準化的結果，它是結構標準化的具體體現。參數化模板技術利用CAD設計的參數化技術，將模板的尺寸進行全關聯，用主要參數來對其他參數進行驅動。參數化模板技術的應用必須建立在特征建模的基礎之上。以UG為開發平臺，運用UG完善的參數

12、化機制和強大的功能進行特征建模，尤其UG所提供的裝配功能和WAVE技術使參數化模板技術具有更廣泛的適應性和更強大的生命力。 模板的設計和創建 1參數化模板技術應用方法研究 模板是結構標準化的具體體現，那么模板中的每一個標準化結構都可以看作是一個模塊。將各個模塊建模，然后利用UG的裝配功能把模塊拼裝，便完成模板。同時，模板的設計中應該融入一定實際生產經驗，這樣模板才具有權威性。針對模板中使用的標準件(螺栓、導柱導套等)，建立標準件庫。這樣在由模板生成具體模具時，當標準件的規格需要變換時，能夠直接從標準件庫中提出，方便省時。根據零件的形狀和尺寸，首先在計算機中以工程草圖的形式畫出，尺寸以參數形式表

13、示，然后對這些參數賦以不同的值，就能夠建立起一組形狀相同、規格不同的標準件。 模具作為一種特定結構的機械產品，進行模塊化設計時，既與傳統模塊化機械產品設計有許多共同之處，又具有自身的特殊性。模塊的正確劃分是模板制作的關鍵，要兼顧兩個方面：一是模具的結構，二是是否有利于實現參數化。本模具在深刻分析制件結構、特性和沖壓壓形模具結構特點的基礎上，先抽象出所有沖壓壓形模具的共同特征，要將上述兩個方面統一起來對模板劃分模塊。可分為二個模塊：上模、下模、壓料芯。從是否有利于實現參數化的角度看，壓形模具可分為模架模塊和專用型面模塊。模架模塊是指結構相對規則的上下模架部分，主要起定位和支撐等作用。專用型面模塊

14、是指型面結構變化部分，不易實現設計參數化，是制件成形的關鍵部分。所以將本模具的模板分成四個模塊：上模基座（如圖2-7）、下模基座（如圖2-8）、鑲塊、壓料芯。這樣劃分的優點有：1)將上、下模劃分為基座，因為基座是少變化和穩定的，結構相對規則，易于實現參數化；而型體外形則是多變的，不規則，不易于實現參數化；當型體由于突變失效時，不至于牽連基座；2)不同的產品，要求不同的模具型面，將型面設計成鑲塊形式，將鑲塊單獨作為一個文件，便于對它的操縱和控制。上模基座UG三維立體圖2沖壓壓形模板的創建 基于上述參數化模板技術在汽車沖壓壓形模板設計中應用方法的分析，根據對壓形模板的模塊劃分，對各個模塊在UG中建

15、模，然后裝配成為壓形模板。 參數化特征建模 參數化模板要求其中的曲線、曲面、實體的形狀、尺寸和空間位置都是可變的。在UG中，只有作為特征，其形狀和空間參數才是可以改變的，同時在參數之間建立關聯。 參數化關聯機制在壓形模板中建立方法將生成模板的所有參數分成2種即控制參數和受控參數。受控參數的值通過公式由控制參數決定，在UG中是通過表達式功能來創建參數之間的公式關系。但由于裝配部件也較多，這樣所有的控制參數總共也較多，所以又將控制參數分成主控參數和非主控參數。非主控參數的值也是通過公式由主控參數決定。這樣模板的所有參數將全由主控參數來決定，減少了需要修改的參數個數，增強了模板的實用性。經過不斷修改

16、，目前壓形模板的主控參數有總裝文件的模具閉合高度、送料高度和下模基座文件的四角平臺長、四角平臺寬、筋板寬、模具長度、模具寬度、模具高度和基準高度等。除了使用公式在參數之間建立起關聯，還可以在草圖中通過幾何定位確定參數的關系。 草圖是UG中實現參數化的最強大工具，草圖實際上就已經決定了其后要生成實體的方法，它實際上就是對所描述對象建立數學模型，其后面的三維造型工作只是將它所表達的思想實現出來。 以下模基座草圖為例說明使用草圖的方法。在頭腦中先構思出下模基座的大體結構，有四角平臺、壓板槽、底板加強筋、側加強筋、導腿。選擇下模基座的底面為草圖附著面，初步生成的草圖如圖2-9所示。其中1是用于生成底板

17、加強筋，先生成一長方體，然后使用自定義特征(事先已經做好，存在自定義特征庫中)。2是用于生成導腿，關于YC方向做鏡像，便得到兩個導腿。3是用于生成四角平臺，4是在四角平臺中挖空，用于減重。5是用于生成側加強筋，然后在xC方向做陣列，再關于xC做鏡像。6是用于生成壓板槽(使用自定義特征)，然后方法同側加強筋。7是用于生成側加強筋附著面。經過鏡像和填補最后得到草圖形狀見圖2-10所示。圖2-9 下模基座草圖圖2-10 下模基座草圖 裝配和WAVE技術模塊造形完畢需要裝配成模板。UG為建模提供了強大而有效的裝配功能，為了完美地實現參數化模板的目標，模塊之間的裝配定位應當使用約束定位(Mte)，而且應

18、當盡可能地使用WAVE技術，WAVE技術的突出特點是它的相關拷貝功能。在壓形模板的設計中，上模基座就是通過下模基座WAVE生成，秉著求同存異的原則，上模基座除導腿外與下模基座相同，所以建立上模基座時，應用WAVE技術，將下模基座的草圖抽取過來。這樣設計工作不僅簡便，而且避免了大量的參數關聯。然后裝配上相應的標淮件，最終得到的壓形模板，這樣的壓形模板已經與真正的壓形模具相差不大了，模具的基本結構形狀已經具備，必用的標淮件已經裝入，結合特定的用戶要求，只需作很小的改動就可以成為一套真正可以應用于實際生產的模具。3 /Part families在沖模標準件庫中，一個標準件主要有二個文件，即模型文件（

19、prt）和數據文件（dbf）。標準件庫的內容一般采用二級結構，第一級為數據庫主引導文件。第二級為零件的DBF數據文件，該DBF文件記錄了標準件一系列參數。對于標準組件，需要采用三級數據文件。 在標準件建庫過程中，必須先建立標準件信息模型，輸入的內容分為三類，一是三維參數化特征實體模型；二是特征變量；三是裝配信息。它們以一定的結構存貯于數據庫中，提供對標準零件或組件的完整描述。3.1 參數化標準零件庫的建立 在標準零件庫的建設中，主要應用基于特征變量的參數設計方法。在模型創建的過程中，添加設計變量，通過設計變量表中的表達式，設置變量間的關聯規則，重要參數采用Excel表格來控制，通過對設計變量的

20、修改來驅動生成新零件。具體的步驟如下：1在三維環境中，建立產品實體模型。2將每個特征相關的數據用變量來表示，以便于變量的驅動和管理。3對于相互關聯的特征尺寸，在變量表的公式中表達，簡化實體的尺寸要素。UG系統中標準件建立流程如圖3-1所示。 圖3-1 標準零件建立流程以下以常用的導柱為例，利用UG/Part families建立導柱系列標準零件庫。 在expression表中建立沖模標準導柱數學表達式，由數學表達式驅動模型。建立輸入數學表達式如圖3-2，圖中包括了特征變量定義。 圖3-2 數學表達式輸入完數學表達式后，根據表達式建立參數化特征模型，如圖3-3。 圖3-3 特征模型參數化特征模型

21、建立后，進行特征變量列表，把需要變化的尺寸定義為參數符號，生成特征變量列表如表3。表中僅列了一項參數，而且代號和描述項為空。 表3 特征變量列表在特征變量列表中以符號標注的尺寸為族表成員，未添加的尺寸的特征為非變化的，依附于其它特征而存在，重要尺寸可以在expression表中用表達式進行關聯設計。特征變量列表生成后即可往表中添加相關模型變量。在實際應用中，可用圖中的導柱為類屬模型來生成一系列標準件，通過編輯excel表格，把目前市場上出售的沖模標準導柱、按國標（GB）和各標準件廠的企業標準進行生產的導柱的模型變量輸入到表中，如表4。4.3.輔助元器件作用：1. 模具運輸連接板 作用：在模具運

22、輸過程中固定上下模。2. 可調式滑料托架 作用：方便上、下板料和制件的。3. 限位塊 作用：沖壓過程中限制上模運動行程。4. 基準塊 作用：在機加工中作為加工基準。在模具各序加工中起重要作用。5. 安全護板 作用：在試模和生產中防異物彈出，起安全保護作用。6. 存放定位塊 作用：模具在存放時防止上下模在非工作狀態下接觸，保護模芯。5 模具 CAD技術的發展趨勢本模具的設計是基于UG軟件進行的，那么模具CAD技術將來的發展趨勢是怎樣呢？在以后的模具設計中，模具CAD技術將主要朝著以下幾個方向發展：1一體化 從傳統的設計方式向CADCAECAM一體化方向發展。模具設計過程是一個信息處理、交換、流通

23、和管理的過程CADCAECAM能夠對設計和制造過程中信息的產生、轉換、存儲，流通管理進行分析和控制，將它們有機地、統一地“集成在一起，才能取得最佳效益 。 2智能化理想的智能模具專家系統，應該從設計到制造全部自動化。人工智能【AI】是通向這條道路的重要途徑目前 AI的應用主要集中在知識工程的引入，發展智能專家系統上 智能專家系統可以完善CAD系統的功能，有利于創造更高級的 CAD系統，它將是模具CAD的一個重要發展方向。 3最優化目前模具CAD系統使用的大多還是人工設計準則，因而模具生產仍然存在可靠性問題。采用塑性模擬技術可以分析塑性成形過程，提高工藝分析和模具 CAD的理論水平與實用性，所以

24、計算機模擬技術、優化技術將會得到更大發展。 4可視化 模具CAD可視化的基本思想是從準備數據，實施計算到表達結果都用圖形或圖 像來完成或表現，最后結果還可以用具有真實感的動態圖形模擬來描述。復雜的數據 視覺形式表現最容易理解，并撓得到直觀、形象的整體概念。5微型化及新型化 目前模具CAD正轉向超級微型計算機工作站及新型外圍設備，以超級微機為基礎的CAD系統將不斷增多，而目功能將不斷加強。6網絡化微機CAD系統發展的一條主要途徑是網絡化，由于微機價格低廉，功能較強 ，可以將多臺以微機為中心的智能工作站連成分布式的CAD系統。分布式CAD系統結構靈活，功能強，每個工作站可以單獨使用，也可以聯臺使用

25、。整個網絡和大型、巨型計算機相連，可以解決更復雜的問題。另外，快速成型技術(RP)、擬實產品開發VPD、并行工程(CE)、智能制造系統 (IMS)、敏捷制造(AM)、計算機集成制造(CIMS)等新技術在模具工業上應用。將汽車模具CAD技術推向一個新的領域結 論本畢業設計是在基于UG的汽車沖壓修邊沖孔模設計，在UG開發平臺上將上模、下模、壓料芯裝配好，整體觀察確定，繪制一些輔助元器件。各個模塊分別特征建模，運用UG所提供的強有力的草圖約束和裝配功能，建立模具參數化模板。本模具是垂直修邊沖孔模，所以最主要的是參考文獻1許發樾. 實用模具設計與制造手冊. 北京：機械工業出版社，2000 2張清輝. 模具材料及表面處理. 北京：電子工業出版社，2002 3版社，1997 4清華大學出版社，2003 5黃虹. 塑料成型加工與模具. 北京：化學工業出版社 2004 6毛謙德，李振