1、摘 要該論文以汽車車架厚板料落沖模結構的設計研究為題，以汽車第一橫梁為例進行了落料沖孔模的設計研究。本文首先介紹了汽車車架的功用及組成，梁類件的沖壓工藝，厚板料冷沖模及沖裁工藝分析，沖壓的基本工序及模具，最后以汽車車架梁類件中的第一橫梁為例，針對其結構特點，提出了車架梁類件在沖壓工藝及模具結構設計時應該注意的問題。闡述了厚板料落沖模結構設計時應遵循的設計步驟和原則，市現率厚板料落沖模的結構設計，提高了厚板料落沖模設計質量和效率，做到了產品的精細化設計。關鍵詞：機械制造；落沖模；厚板沖壓；汽車車架AbstractThe papers to the sheet metal stamping fal

2、l thick automobile frame structure design of research topic, the first beam by car for an example of punching die design of dropping material. This paper first introduces the function and composition of automobile frame, beam of parts, sheet metal stamping process thick cold die and cutting process

3、analysis, the basic process and the mould pressing, and finally by auto frame beams of the parts first beams, for example, in view of their structural characteristics, puts forward the frame of a beam in stamping technology and die structure design should be paid attention to. Expounds the sheet met

4、al stamping fall thick structure design should follow the design steps and principle, the city now rate sheet metal stamping fall thick structure design and improve the thick sheet metal stamping design into the quality and efficiency, and accomplish product fine design. Keywords: mechanical manufac

5、turing; Fall dies; Thick plate stamping; Auto frame目 錄摘 要1Abstract.2第一章 前言1 1.1汽車車架的功用及要求1 1.2沖壓的概念、特點及應用1 1.3沖壓技術的現狀及發展方向2 1.4沖壓的基本工序及模具.6 1.5 研究該課題的目的及意義.6第二章 汽車車架梁類件8 2.1車架的組成.8 2.2車架梁類件的特點.8 2.3車架梁類件的沖壓工藝.9第三章 厚板料冷沖模及沖裁工藝分析.103.1厚板料模具材料的使用性能.103.2模具材料的選用.113.3厚板料沖裁的特點及沖裁工藝分析.113.4精沖工藝的設計.12第四章 車

6、架第一橫梁落料沖孔模相關參數的確定13 4.1沖壓工藝分析.134.2落料沖孔模具結構設計.134.3 總沖壓力的計算134.4查看設備參數.17第五章 沖孔落料模模具結構設計.185.1確定工藝方案、模具結構.185.2工件展開圖.185.3排樣及確定步距.195.4 凸模與凹模刃口尺寸的確定.205.5落料凹模的設計.205.6 沖孔凸模的設計原則.225.7 沖孔凹模的設計原則.225.8 落料凹模的設計.235.9 凸凹模工作部分尺寸計算原則.235.10 總裝圖.25第六章 沖孔落料模輔助零件的設計27 6.1 擋料銷.27 6.2 導料板.27 6.3 卸料板.27 6.4 導向零

7、件.27 6.5 連接與固定零件.28上、下模座.28 6.5.2 模柄.30 6.5.3 螺釘與銷釘.30 6.5.4 空心墊板.30第七章 總結.32致謝33參考文獻34第一章 前 言1.1汽車車架的功用及要求 車架是汽車各總成的安裝基體，它將發動機、底盤和車身等總成連成一個整體，即將各總成組成為一輛完整的汽車。同時，車架還承受汽車各總成的質量和有效載荷，并承受汽車行駛時所產生的各種力和力矩，即車車架要承受各種靜載荷和動載荷。為了使車架完成上述功能，通常對車架有如下的要求：1、有足夠的強度。保證在各種復雜受力的情況下車架不受破壞。要求有足夠的疲勞強度，保證在汽車大修里程內，車架不致有嚴重的

8、疲勞損傷。 2、有足夠的彎曲剛度。保證汽車在各種復雜受力的使用條件下，固定在車架上的各總成不致因為車架的變形而早期損壞或失去正常的工作能力。載貨汽車車架的最大彎曲撓度應小于10mm。 3、有適當的扭轉剛度。當汽車行駛于不平路面時，為了保證汽車對路面不平的適應性，提高汽車的平順性和通過能力，要求車架具有合適的扭轉剛度。通常要求車架兩端的扭轉剛度大些，而中間部分的扭轉剛度適當小些。! 4、盡量減輕質量。由于車架較重，對于鋼板的消耗量相當大。因此，車架應按等強度的原則進行設計，以減輕汽車的自重和降低材料消耗量。在保證強度的條件下，盡量減輕車架的質量。通常，要求車架的質量應小于整車整備質量的10%。1

9、.2 沖壓的概念、特點及應用沖壓是利用安裝在沖壓設備（主要是壓力機）上的模具對材料施加壓力使其產生分離或塑性變形，從而獲得所需零件（俗稱沖壓或沖壓件）的一種壓力加工方法。沖壓通常是在常溫下對材料進行冷變形加工，且主要采用板料來加工成所需零件，所以也叫冷沖壓或板料沖壓。沖壓是材料壓力加工或塑性加工的主要方法之一，隸屬于材料成型工程術。 沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡稱沖模。沖模是將材料（金屬或非金屬）批量加工成所需沖件的專用工具。沖模在沖壓中至關重要，沒有符合要求的沖模，批量沖壓生產就難以進行；沒有先進的沖模，先進的沖壓工藝就無法實現。沖壓工藝與模具、沖壓設備和沖壓材料構成沖壓加工的三要素，只

10、有它們相互結合才能得出沖壓件。 與機械加工及塑性加工的其它方法相比，沖壓加工無論在技術方面還是經濟方面都具有許多獨特的優點。主要表現如下。(1) 沖壓加工的生產效率高，且操作方便，易于實現機械化與自動化。這是因為沖壓是依靠沖模和沖壓設備來完成加工，普通壓力機的行程次數為每分鐘可達幾十次，高速壓力要每分鐘可達數百次甚至千次以上，而且每次沖壓行程就可能得到一個沖件。（2）沖壓時由于模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度，且一般不破壞沖壓件的表面質量,而模具的壽命一般較長,所以沖壓的質量穩定,互換性好,具有“一模一樣”的特征。（3）沖壓可加工出尺寸范圍較大、形狀較復雜的零件，如小到鐘表的秒表，大到汽車縱梁

11、、覆蓋件等，加上沖壓時材料的冷變形硬化效應，沖壓的強度和剛度均較高。（4）沖壓一般沒有切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需其它加熱設備，因而是一種省料，節能的加工方法，沖壓件的成本較低。但是，沖壓加工所使用的模具一般具有專用性，有時一個復雜零件需要數套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技術要求高，是技術密集形產品。所以，只有在沖壓件生產批量較大的情況下，沖壓加工的優點才能充分體現，從而獲得較好的經濟效益。 沖壓法在現代工業生產中，尤其是大批量生產中應用十分廣泛。相當多的工業部門越來越多地采用沖壓法加工產品零部件，如汽車、農機、儀器、儀表、電子、航空、航天、家電及輕工等行業。在這些工業部門中

12、，沖壓件所占的比重都相當的大，少則60%以上，多則90%以上。不少過去用鍛造=鑄造和切削加工方法制造的零件，現在大多數也被質量輕、剛度好的沖壓件所代替。因此可以說，如果生產中不采用沖壓工藝，許多工業部門要提高生產效率和產品質量、降低生產成本、快速進行產品更新換代等都是難以實現的。1.3 沖壓技術的現狀及發展方向 隨著科學技術的不斷進步和工業生產的迅速發展，許多新技術、新工藝、新設備、新材料不斷涌現，因而促進了沖壓技術的不斷革新和發展。其主要表現和發展方向如下。(1).沖壓成形理論及沖壓工藝方面 沖壓成形理論的研究是提高沖壓技術的基礎。目前，國內外對沖壓成形理論的研究非常重視，在材料沖壓性能研究

13、、沖壓成形過程應力應變分析、板料變形規律研究及坯料與模具之間的相互作用研究等方面均取得了較大的進展。特別是隨著計算機技術的飛躍發展和塑性變形理論的進一步完善，近年來國內外已開始應用塑性成形過程的計算機模擬技術，即利用有限元（FEM）等有值分析方法模擬金屬的塑性成形過程，根據分析結果，設計人員可預測某一工藝方案成形的可行性及可能出現的質量問題，并通過在計算機上選擇修改相關參數，可實現工藝及模具的優化設計。這樣既節省了昂貴的試模費用，也縮短了制模具周期。 研究推廣能提高生產率及產品質量、降低成本和擴大沖壓工藝應用范圍的各種壓新工藝，也是沖壓技術的發展方向之一。目前，國內外相繼涌現出精密沖壓工藝、軟

14、模成形工藝、高能高速成形工藝及無模多點成形工藝等精密、高效、經濟的沖壓新工藝。其中，精密沖裁是提高沖裁件質量的有效方法，它擴大了沖壓加工范圍，目前精密沖裁加工零件的厚度可達25mm，精度可達IT1617級；用液體、橡膠、聚氨酯等作柔性凸?；虬寄５能浤３尚喂に嚕芗庸こ鲇闷胀庸し椒y以加工的材料和復雜形狀的零件，在特定生產條件下具有明顯的經濟效果；采用爆炸等高能效成形方法對于加工各種尺寸在、形狀復雜、批量小、強度高和精度要求較高的板料零件，具有很重要的實用意義；利用金屬材料的超塑性進行超塑成形，可以用一次成形代替多道普通的沖壓成形工序，這對于加工形狀復雜和大型板料零件具有突出的優越性；無模多點

15、成形工序是用高度可調的凸模群體代替傳統模具進行板料曲面成形的一種先進技術，我國已自主設計制造了具有國際領先水平的無模多點成形設備，解決了多點壓機成形法，從而可隨意改變變形路徑與受力狀態，提高了材料的成形極限，同時利用反復成形技術可消除材料內殘余應力，實現無回彈成形。無模多點成形系統以CAD/CAM/CAE技術為主要手段，能快速經濟地實現三維曲面的自動化成形。(2.)沖模是實現沖壓生產的基本條件.在沖模的設計制造上,目前正朝著以下兩方面發展:一方面,為了適應高速、自動、精密、安全等大批量現代生產的需要，沖模正向高效率、高精度、高壽命及多工位、多功能方向發展，與此相比適應的新型模具材料及其熱處理技

16、術，各種高效、精密、數控自動化的模具加工機床和檢測設備以及模具CAD/CAM技術也在迅速發展；另一方面，為了適應產品更新換代和試制或小批量生產的需要，鋅基合金沖模、聚氨酯橡膠沖模、薄板沖模、鋼帶沖模、組合沖模等各種簡易沖模及其制造技術也得到了迅速發展。 精密、高效的多工位及多功能級進模和大型復雜的汽車覆蓋件沖模代表了現代沖模的技術水平。目前，50個工位以上的級進模進距精度可達到2微米，多功能級進模不僅可以完成沖壓全過程，還可完成焊接、裝配等工序。我國已能自行設計制造出達到國際水平的精度達25微米，進距精度23微米，總壽命達1億次。我國主要汽車模具企業，已能生產成套轎車覆蓋件模具，在設計制造方法

17、、手段方面已基本達到了國際水平，但在制造方法手段方面已基本達到了國際水平。 模具制造技術現代化是模具工業發展的基礎。計算機技術、信息技術、自動化技術等先進技術正在不斷向傳統制造技術滲透、交叉、融合形成了現代模具制造技術。其中高速銑削加工、電火花銑削加工、慢走絲切割加工、精密磨削及拋光技術、數控測量等代表了現代沖模制造的技術水平。高速銑削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面質量（主軸轉速一般為1500040000r/min）,加工精度一般可達10微米，最好的表面粗糙度Ra1微米），而且與傳統切削加工相比具有溫升低（工件只升高3攝氏度）、切削力小，因而可加工熱敏材料和剛性差的零件，合理選

18、擇刀具和切削用量還可實現硬材料（60HRC）加工；電火花銑削加工（又稱電火花創成加工）是以高速旋轉的簡單管狀電極作三維或二維輪廓加工（像數控銑一樣），因此不再需要制造昂貴的成形電極，如日本三菱公司生產的EDSCAN8E電火花銑削加工機床，配置有電極損耗自動補償系統、CAD/CAM集成系統、在線自動測量系統和動態仿真系統，體現了當今電火花加工機床的技術水平；慢走絲線切割技術的發展水平已相當高，功能也相當完善，自動化程度已達到無人看管運行的程度，目前切割速度已達到300mm/min,加工精度可達±1.5微米，表面粗糙度達Ra=010.2微米;精度磨削及拋光已開始使用數控成形磨床、數控光學

19、曲線磨床、數控連續軌跡坐標磨床及自動拋光等先進設備和技術;模具加工過程中的檢測技術也取得了很大的發展,現在三坐標測量機除了能高精度地測量復雜曲面的數據外,其良好的溫度補償裝置、可靠的抗振保護能力、嚴密的除塵措施及簡單操作步驟，使得現場自動化檢測成為可能。此外，激光快速成形技術（RPM）與樹脂澆注技術在快速經濟制模技術中得到了成功的應用。利用RPM技術快速成形三維原型后，通過陶瓷精鑄、電弧涂噴、消失模、熔模等技術可快速制造各種成形模。如清華大學開發研制的“M-RPMS-型多功能快速原型制造系統”是我國自主知識產權的世界惟一擁有兩種快速成形工藝（分層實體制造SSM和熔融擠壓成形MEM）的系統，它基

20、于“模塊化技術集成”之概念而設計和制造，具有較好的價格性能比。一汽模具制造公司在以CAD/CAM加工的主模型為基礎，采用瑞士汽巴精化的高強度樹脂澆注成形的樹脂沖模應用在國產轎車試制和小批量生產開辟了新的途徑。(3) 沖壓設備和沖壓生產自動化方面 性能良好的沖壓設備是提高沖壓生產技術水平的基本條件，高精度、高壽命、高效率的沖模需要高精度、高自動化的沖壓設備相匹配。為了滿足大批量高速生產的需要，目前沖壓設備也由單工位、單功能、低速壓力機朝著多工位、多功能、高速和數控方向發展，加之機械乃至機器人的大量使用，使沖壓生產效率得到大幅度提高，各式各樣的沖壓自動線和高速自動壓力機紛紛投入使用。如在數控四邊折

21、彎機中送入板料毛坯后，在計算機程序控制下便可依次完成四邊彎曲，從而大幅度提高精度和生產率；在高速自動壓力機上沖壓電機定轉子沖片時，一分鐘可沖幾百片，并能自動疊成定、轉子鐵芯，生產效率比普通壓力機提高幾十倍，材料利用率高達97%；公稱壓力為250KN的高速壓力機的滑塊行程次數已達2000次/min以上。在多功能壓力機方面，日本田公司生產的2000KN“沖壓中心”采用CNC控制，只需5min時間就可完成自動換模、換料和調整工藝參數等工作；美國惠特尼公司生產的CNC金屬板材加工中心，在相同的時間內，加工沖壓件的數量為普通壓力機的410倍，并能進行沖孔、分段沖裁、彎曲和拉深等多種作業。 近年來，為了適

22、應市場的激烈競爭，對產品質量的要求越來越高，且其更新換代的周期大為縮短。沖壓生產為適應這一新的要求，開發了多種適合不同批量生產的工藝、設備和模具。其中，無需設計專用模具、性能先進的轉塔數控多工位壓力機、激光切割和成形機、CNC萬能折彎機等新設備已投入使用。特別是近幾年來在國外已經發展起來、國內亦開始使用的沖壓柔性制造單元（FMC）和沖壓柔性制造系統（FMS）代表了沖壓生產新的發展趨勢。FMS系統以數控沖壓設備為主體，包括板料、模具、沖壓件分類存放系統、自動上料與下料系統，生產過程完全由計算機控制，車間實現24小時無人控制生產。同時，根據不同使用要求，可以完成各種沖壓工序，甚至焊接、裝配等工序，

23、更換新產品方便迅速，沖壓件精度也高。(4) 沖壓標準化及專業化生產方面模具的標準化及專業化生產，已得到模具行業和廣泛重視。因為沖模屬單件小批量生產，沖模零件既具的一定的復雜性和精密性，又具有一定的結構典型性。因此，只有實現了沖模的標準化，才能使沖模和沖模零件的生產實現專業化、商品化，從而降低模具的成本，提高模具的質量和縮短制造周期。目前，國外先進工業國家模具標準化生產程度已達70%80%，模具廠只需設計制造工作零件，大部分模具零件均從標準件廠購買，使生產率大幅度提高。模具制造廠專業化程度越不定期越高，分工越來越細，如目前有模架廠、頂桿廠、熱處理廠等，甚至某些模具廠僅專業化制造某類產品的沖裁?；?/p>

24、彎曲模，這樣更有利于制造水平的提高和制造周期的縮短。我國沖模標準化與專業化生產近年來也有較大發展，除反映在標準件專業化生產廠家有較多增加外，標準件品種也有擴展，精度亦有提高。但總體情況還滿足不了模具工業發展的要求，主要體現在標準化程度還不高（一般在40%以下），標準件的品種和規格較少，大多數標準件廠家未形成規?；a，標準件質量也還存在較多問題。另外，標準件生產的銷售、供貨、服務等都還有待于進一步提高。1.4 沖壓的基本工序及模具 由于沖壓加工的零件種類繁多，各類零件的形狀、尺寸和精度要求又各不相同，因而生產中采用的沖壓工藝方法也是多種多樣的。概括起來，可分為分離工序和成形工序兩大類；分離工序

25、是指使坯料沿一定的輪廓線分離而獲得一定形狀、尺寸和斷面質量的沖壓（俗稱沖裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的條件下產生塑性變形而獲得一定形狀和尺寸的沖壓件的工序。 上述兩類工序，按基本變形方式不同又可分為沖裁、彎曲、拉深和成形四種基本工序，每種基本工序還包含有多種單一工序。 在實際生產中，當沖壓件的生產批量較大、尺寸較少而公差要求較小時，若用分散的單一工序來沖壓是不經濟甚至難于達到要求。這時在工藝上多采用集中的方案，即把兩種或兩種以上的單一工序集中在一副模具內完成，稱為組合的方法不同，又可將其分為復合-級進和復合-級進三種組合方式。 復合沖壓在壓力機的一次工作行程中，在模具的同一工位上同

26、時完成兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方法式。 級進沖壓在壓力機上的一次工作行程中，按照一定的順序在同一模具的不同工位上完面兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方式。 復合-級進在一副沖模上包含復合和級進兩種方式的組合工序。沖模的結構類型也很多。通常按工序性質可分為沖裁模、彎曲模、拉深模和成形模等；按工序的組合方式可分為單工序模、復合模和級進模等。但不論何種類型的沖模，都可看成是由上模和下模兩部分組成，上模被固定在壓力機工作臺或墊板上，是沖模的固定部分。工作時，坯料在下模面上通過定位零件定位，壓力機滑塊帶動上模下壓，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便產生分離或塑性變形，從而獲得所

27、需形狀與尺寸的沖件。上?；厣龝r，模具的卸料與出件裝置將沖件或廢料從凸、凹模上卸下或推、頂出來，以便進行下一次沖壓循環。1.5 研究該課題的目的及意義冷沖壓有許多突出的優點，因此，在機械制造、電子、電器等各行各業中都得到了廣泛的應用。在許多先進的工業國家里，沖壓生產和模具工業得到高度的重視，模具工業成為重要的產業部門，而沖壓生產則成為生產優質先進機電產品的重要手段。沖壓加工已經成為現代工業生產的重要手段和發展方向，是提高生產率，提高產品質量、降低生產成本、進行產品更新換代的重要保證。針對汽車車架橫梁，本文從沖壓工藝的角度出發，簡單設計了其沖孔落料成形的復合模，此橫梁的沖壓成形需采用沖孔，落料及彎

28、曲等工序。由于橫梁本身結構的復雜性和尺寸太大，此次設計對橫梁做了適當的簡化。第二章 汽車車架梁類件21 車架的組成車架主要由左右縱梁及各種橫梁經鉚接、焊接而成；橫梁按斷面形狀又分為槽型梁、盆形梁、管狀梁、 型梁等類型。22 車架梁類件的特點車架上的梁類件一般具有形狀簡單、板料相對較厚等特點。為了保證各個零件具有一定的強度和剛度要求，車架上的梁類件一般選用熱軋鋼板（如16MnL、09SiVL、08TiL、10TiL、16MnREL），此類鋼種屬于低合金高強度鋼。各鋼材的性能見表1。表1 梁類用熱軋鋼板性能一覽表鋼號力學性能冷彎試驗厚度（mm）屈服極限（MPa）抗拉強度（MPa）伸長率（%）彎曲角

29、度180°；d內側直徑；a板厚度09MnREL2.512.024537547032d=0.5a06TiL2.512.024537548026d=a08TiL2.512.029539048024d=0.5a10Til2.512.035521063022d=a09SiVL5735551063024d=a16MnL2.57.035551063022d=a16MnREL7.012.034551061024d=a由于梁類件材料采用以上鋼種，所以成形后常存在回彈現象，常見的控制回彈的方法有以下幾種：（1）從產品結構設計上控制回彈。在不影響裝配和使用性能前提下，盡量增加加強筋槽，適量減小圓角R（1

30、.5 倍的料厚時較好），在圓角增加三角形加強筋（料厚為2mm3mm 時用的較多），這樣既增加了零件的剛性，又可減少回彈；改變截面形狀，盡量避免立面為豎直面；盡量減小外板加強板與外板的貼合面積。（2）從沖壓工藝上來控制回彈。通過CAE 分析，了解各部分的回彈情況，并基于此對數學模型回彈型面進行補償處理；一般形狀簡單零件盡量采用落料、成形工藝，不采用拉延，對控制回彈效果更好一些；如果拉延，應盡量減小拉延深度，保持拉延深度基本一致，盡量采用開口拉延；復雜輪廓零件盡量采用制坯工序，這樣可提高應力分布的均衡性，減少制件扭曲回彈。（3）從模具設計上來控制回彈。料厚>1.2mm 時的壓邊圈、凹模工作部

31、分材料須采用Cr12MoV；料厚1.2mm 的變形劇烈部分或抗拉強度>580MPa 以上的高強板的工作部分材料也須采用Cr12MoV，必要時要進行TD 處理或PVD 處理，這樣可提高模具使用壽命，減小因型面磨損造成的回彈從而提高制件的穩定性。成型整形模具的凸模頂面圓角切點5mm 以內做0.5mm 讓空處理（頂面有落差的拐角區域不處理），凸模立面圓角切點2mm 以上做讓空或倒錐處理，大小根據回彈狀況確定，凹模或壓芯底面可做突出處理。盡可能采用相同的成形深度，凹模觸料點盡可能相同。注意壓芯分模線勿選理論交線。（4）從加工制造上來控制回彈。凸、凹模采用雙數學模型加工；規格較高的高強板模具整形凸

32、、凹?？上扔帽阌谘a焊的普通材質加工，待試出合格零件后更換為規定材質；加工中根據材料減薄變厚情況對上下模間隙做特殊處理，適當調整好模具間隙；調整好壓力機的氣墊壓力，生產經驗證明，氣墊壓力大，產生正回彈，氣墊壓力小為負回彈。2.3 車架梁類件的沖壓工藝U 型直梁和Z 型梁，一般不采用周邊落料，可由剪切下料工序保證寬度尺寸，然后用模具局部修邊并沖孔，最后壓彎成形，一般采用凹模在下，凸模在上的沖壓工藝。較復雜的盆形梁，一般都是先落料沖工藝孔（落料形狀可試料確定），再成形（有的需預彎），最后沖孔（有的需斜楔沖孔），這樣可以保證形狀和孔位精度。對于 型梁，一般采用凹模在上，凸模在下，利用氣墊壓住兩側邊部料

33、來成形，容易控制回彈?；驗楦玫乇ＷC制件狀態，成形可分兩工位進行。對于先落料后成形的制件，工藝安排上應把光亮帶放在彎曲外側，有毛刺的一邊放在彎曲內側（此時牽扯到制件的翻轉），同時，盡可能使彎曲線與材料的纖維方向垂直。第三章 厚板料冷沖模及沖裁工藝分析3.1 厚板料模具材料的使用性能不同的沖壓方法，模具類型也不相同；工作條件有差異，對模具材料的要求也有所不同。要根據模具的工作條件和使用壽命要求，合理地選擇模具材料和熱處理工藝，使之達到主要性能最優，而其它性能損失最小的最佳狀態。對模具材料提出的使用性能要求，主要包括強度、硬度、韌性及耐磨性等。（1）強度。強度是表征材料變抗力和斷裂抗力的性能指標。

34、冷作模具的設計和使用，必須保證其具有足夠的強度，以防止由于沖擊、偏心彎曲載荷、重載荷、應力集中等，引起模具的變形、破裂和折斷。在材料選定的情況下，高強度的獲得，主要通過適當的熱處理工藝。（2）硬度。模具零件硬度的高低，對模具的使用壽命影響很大，因此也是模具設計的重要指標。模具的最佳工作硬度和模具材料的種類及具體的服役條件有關，模具的硬度一般應保持在60HRC左右。（3）韌性。韌性是材料在沖擊載荷作用下抵抗產生裂紋的一個特征，反映了模具的脆斷抗力，是模具鋼的一種重要性能指標。對韌性的具體要求，應根據模具的工作條件考慮。對沖擊載荷較大，受偏心彎曲載荷或應力集中等的模具，都需要足夠的任性。（4）耐磨

35、性。耐磨性除影響模具壽命外，還影響產品尺寸精度和表面粗糙度。模具的耐磨性不僅取決于材料的成分、組織和性能，而且與模具的工作溫度、壓力狀態、潤滑狀態等因素有很大關系、一般模具材料的硬度要求，應高于胚料硬度的3050，模具材料的金相組織要求，為基體上分布著細小、彌散的細顆粒狀碳化物的下貝氏體或回火馬氏體。（5）抗疲勞力?？蛊诹κ欠从巢牧显诮蛔冚d荷作用下，抵抗疲勞破壞的性能指標。根據不同的應用場合，分為疲勞強度、疲勞裂紋萌生力、疲勞裂紋擴展抗力、小能量多沖抗力等。（6）熱穩定性。熱穩定性標示模具在使用過程中，工作部位因受熱而保持組織和性能穩定的能力。受溫度影響時，材料內部院子的活動能力增加，使材料

36、產生塑性提高而強度、硬度下降的趨勢，引起材料承載能力及耐磨損能力下降。因此，對于高速沖裁時劇烈摩擦磨損的冷作模具，宜選擇一些具有二次硬化能力的高合金鋼。（7）咬合抗力。咬合抗力實際就是對發 生“冷焊”的抵抗能力。模具材料的咬合抗力與材料的性質和模具潤滑條件有關，如奧氏體不銹鋼、精密合金等材料易發生咬合及粘結現象。3.2 模具材料的選用 模具材料的選用不僅，不僅關系到模具的使用壽命，而且也直接影響到模具的制造成本，因此是模具設計中的一項重要工作。在沖壓過程中，模具承受沖擊負荷且連續工作，使凸凹模受到強大的壓力和劇烈摩擦，工作條件極其惡劣。因此選擇模具材料硬遵循如下原則：（1）根據模具種類及其工作

37、條件，選用材料要滿足使用要求，應具有較高的強度、硬度、耐磨性、耐沖擊、耐疲勞等。（2）根據沖壓材料和沖壓件生產批量選用材料。 （3）滿足加工要求，應具有良好的加工工藝性能，便于切削加工，淬透性好、熱處理變形小。 （4）滿足經濟性的要求。3.3 厚板料沖裁的特點及沖裁工藝分析厚板料沖裁與一般沖裁相比，由于在沖裁間隙和沖裁力等方面有明顯差別，因而在設計沖裁零件、制定沖裁工藝、設沖裁模具時應采取相應的措施。厚板料一般是指厚度在5mm以上的板料，厚板料沖裁時沖裁力大，模具易損傷，特別是尖角處和凸模刃口處，由于板料受擠壓力大，易發生崩刃和剝層現象，使刃磨周期縮短，刃磨量大，大大降低模具使用壽命。厚板料沖

38、裁時選用偏大的沖裁間隙，有助于降低沖裁力，但卻使所沖零件斷面斜度增大，單面斜度可達5到8度，工件尖角處塌角更大。而且由于沖裁時的材料彈性彎曲現象，一般沖裁件的平面平直度會超過051mm，嚴重影響工件的質量。同時由于厚板料沖裁時的高沖擊載荷，對模具的強度、剛度以及凸、凹模的抗疲勞能力均有較高的要求。針對厚材料沖裁的特點，采用適當的工藝措施以提高沖裁件質量，延長模具使用壽命，以下枚舉幾條，供參考。a.產品設計時對厚材料沖裁件應避免出現清角、銳角、窄邊和窄槽等結構，角部圓角半徑不小于l2t，銳角不小于60。，窄邊、窄槽寬度不小于5倍料厚，以減輕工件塌角和延長模具使用壽命。b.當對工件斷面質量無特殊要

39、求時,建議采用大間隙沖裁，以便降低沖裁力、提高模具的使用壽命。c.沖裁時，由于材料本身具有的彈性，刃口周邊的材料首先發生彈性穹彎現象，然后完成沖裁的全過程。沖裁工作完成后，這種彈性穹彎不可能全部恢復，因而使重裁件不平整。當產品設計對沖壓零件有一定平直度要求時，應采取適當的工藝來提高重建表面的平直度。3.4 精沖工藝的設計如果產品設計時對工件的平直度和沖裁斷面質量均有嚴格的要求，又不希望增加后續校平、整修等工序，就可以采用精沖工藝保證產品設計要求。精沖是指采用強力齒圈壓邊加壓沖裁，獲得高精度高沖裁斷面質量的沖裁文藝。其與一般沖裁的主要區別有：a一般沖裁時，材料處于自由狀態，即使采用壓料板、推件板

40、因為是彈性壓料，壓料力有限，不能很好的限制材料的穹彎現象。這是精沖與一般沖裁的本質區別。b精沖時沖裁間隙為材料厚度的1左右，材料沖裁區域處于三向受壓的應力狀態，只產生塑性剪切，不會出現一般沖裁時的撕裂現象，因而沖裁件的整個斷面都是剪切的光亮帶。c精沖時，因為需要提供強力的壓料力，所以需要選用專用的精沖壓力機。如使用普通壓力機時，則需要選用液壓模架，液壓模架是普通壓力機上使用的通用模架，其上下模板中心各有一個液壓缸，缸內安裝有活動桂塞用以提供齒圈壓力和頂件力，精沖模具直接安裝與模架中即可使用。厚材料沖裁的關鍵是在于使用合理的沖裁工藝來保證沖裁質量，從沖裁件質量、模具使用壽命、模具制造成本等方面綜

41、合考慮，使厚材料沖裁質量穩定，安全可靠，經濟合理。第四章 車架第一橫梁落料沖孔模相關參數的確定4.1 沖壓工藝分析從產品（如圖1）分析可看出，第一橫梁應屬于U 型直梁的一種變形結構，該零件是第一橫梁的簡化件屬于一般的厚板料U型件。因此，沖壓工藝方案如下：落料沖孔。圖1 工件圖4.2 落料沖孔模具結構設計（1）從DL 圖設計者接收設計任務后，明確設計內容（落周邊，沖孔），熟悉用戶設計大綱。（2） 計算沖裁力、卸料力（以便布置彈簧），確定沖裁間隙。4.3 總沖壓力的計算沖裁力是選擇壓力機的主要依據，也是設計模具所必須的數據，因此要計算最大沖壓力。在沖裁過程中沖裁力的大小是不斷變化的，如圖2所示，圖

42、中AB段為彈性變形階段，板料上的沖裁力隨著凸模的下壓直線增加。BC段為塑性變形階段，C點為沖裁力的最大值。凸模再下壓，材料內部產生裂紋并迅速擴展，沖裁力下降，所以CD是斷裂階段。到達D點，上下裂紋重合，板料已經分離。DE所用的壓力，僅是克服摩擦的阻力，推出已分離的料。沖裁力是指板料作用在凸模上的最大抗力。圖3-3圖2 沖裁力變化圖沖裁力的計算： 無剪切時的沖裁力P=Ltb（N） （1）式中：P沖裁力，N；L沖裁輪廓長度，mm；t材料厚度，mm；b材料抗拉強度，梁類材料一般取500MPa550MPa。圖3 無剪切時沖示意圖有剪切（設置波浪刃口）時的沖裁力P=KP （N） （2）式中：P有剪切角時

43、的沖裁力；P無剪切時的沖裁力；K系數；H波浪刃口波峰與波谷的落差，當H=t時，K=0.40.6；H=2t 時，K=0.20.4。沖裁力超過沖床能力的50%（注：有些資料取2/3）時，要考慮設置波浪刃口，修邊刃口長的情況下，可設計若干個波浪口。每塊鑲塊上盡可能取半個波浪或一個波浪；一個波浪的高點，取在鑲塊中間。上述刃口兩拼塊間單邊應有5mm10mm 平直段，現場制作。切刃側壓力N（約為沖裁力P 的1/3）N=P/3 (3)由式（1）得，第一橫梁沖裁力P=1065240（N）。由式（2）得，P=KP（N），在此取H=2t=10mm，K=0.4，所以P=426096（N）。（2）卸料力的計算卸料力P

44、x 因料厚、落料刃口形狀等的不同而不同，一般取沖裁力的2%6%，即：Px=0.02P0.06P（或P） （4）由上式得第一橫梁卸料力Px=63914.4（N）。（3）退料力的計算退料力Ps因料厚、落料刃口形狀等的不同而不同，一般為沖裁力的4%20%，如間隙為板厚的10%以下時，退料力將增大。t2mm，Ps=0.05P（或P）（形狀簡單）；退料力Ps=0.06P （或P）（形狀復雜）。t=2mm4.5mm，退料力Ps=0.07P（或P）（形狀簡單）；退料力Ps=0.08P（或P）（形狀復雜）。t4.6mm，退料力Ps=（0.100.20）P（或P）。P（或P）為沖裁力。針對第一橫梁周圈落料，最后

45、廢料切斷，所以下模就沒有托料板機構，因而也就不需要計算退料力。（4）沖裁間隙的確定間隙，是指凸模與凹模刃口間單側的間隙。間隙選取原則為：落料尺寸以凹模尺寸為基準側，間隙取在凸模上；沖孔尺寸以凸模尺寸為基準側，間隙取在凹模上。不同的料厚，選取不同的間隙。料厚與間隙關系見圖，具體數值見表2。圖4 間隙結構示意圖表2 沖裁間隙與料厚關系一覽表（mm）料厚間隙料厚間隙0.60.032.50.1630.70.0352.60.1690.80.042.90.2000.90.0453.00.2071.00.053.20.2211.20.074.00.3201.40.085.00.461.50.096.00.6

46、1.60.107.00.71.80.1138.00.82.00.139.00.92.20.143101.0針對第一橫梁料厚5.0mm選擇沖裁間隙為0.46mm4.4 查看設備參數（1）由以上計算可知沖裁力P=1065240（N），已經超過現有機床最大公稱壓力的50%，在不換設備的情況下，就要考慮落料凹模采用波浪刃口，沖孔凸模采用階梯沖的方式。采用此結構沖裁力降為P=63914.4（N），這樣不僅減小了沖裁力，使設備能夠滿足生產的要求，同時還可降低噪聲和振動，延長模具的使用壽命。（2）根據設備參數，記下設備的最大閉合高度、滑塊、工作臺尺寸以及T 形槽位置、頂桿、打桿行程等對模具結構設計有影響的各

47、參數，保證設計的模具與機床參數匹配。第五章 沖孔落料模模具結構設計5.1 確定工藝方案、模具結構因該工件屬大批量生產，根據零件的生產批量、尺寸精度和材料種類與厚度，選擇模具的導向方式與精度，定距方式及卸料方式等，現有如下兩種模具結構方案：方案一：采用復合沖裁模結構。即：在壓力機滑塊一次行程中、在模具同一工位同時完成沖孔和落料。方案二：采用級進沖裁模結構。即：在壓力機滑塊的一次行程、在模具不同工位分別進行工件的內形和外形沖裁，而在最后工位才制成工件。級進模與復合模特點比較如下表3：表3 級進模與復合模特點比較比較項目復合模級進模沖壓精度高級和中級精度（35級）中級和低級精度（58級）制件形狀特點

48、零件的幾何形狀與尺寸收到模具結構與強度方面的限制可以加工形狀復雜或特殊形狀的零件，如寬度很小和異形件等制件質量由于壓料沖裁同時得到校平，制件平正不彎曲，且具有較好的剪切斷面中、小件不平整（彎曲）高質量件需校平生產效率制件被頂到模具工作面上必須用手工或機械排除，生產效率稍低工序自動送料，可以自動排除制件，生產效率高使用高速制動壓力機操作時出件困難，可能損壞彈簧緩沖機構，不做推薦可能在行程次數為每分鐘400次或更多的高速壓力機上工作工作安全性手需伸入模具工作區，不安全，需采用技術安全措施手部需要伸入模具工作區，比較安全多排沖壓法的應用很少采用廣泛采用尺寸較小的制件模具制造工作量和成本沖裁復雜形狀零

49、件比連續模低沖裁簡單形狀零件比復合模低該工件材料為10TiL，厚度為5.0mm。大批量生產，精度要求高，對比以上兩種方案決定采用復合模沖裁結構。5.2 工件圖 工件圖如下圖所示圖5 工件展開圖5.3 排樣及確定步距在沖壓生產中，節約金屬和減少廢料具有非常重要的意義，特別是在大批量生產中，較好地確定沖件尺寸和合理排樣是降低成本的有效措施之一。排樣是指沖件在條料、帶料或板料上布置的方法。沖件的合理布置（即材料的經濟利用），與沖件的外形有很大關系。根據不同幾何形狀的沖件，可得出與其相適應的排樣類型，而根據排樣的類型，又可分為少或無工藝余料的排樣與有工藝余料的排樣兩種。無廢料排樣是指工件與工件之間、工

50、件與條料側邊之間均無廢料。少廢料排樣是指沿工件的部分外形切斷或沖裁。排樣時工件與工件之間及工件與條料側邊之間留下的余料稱為搭邊及側搭邊。搭邊值的合理確定關系到工件的質量及模具的壽命。少排樣法的廢料只有沖裁刃之間的搭邊或側搭邊，無廢料排樣是全部沿工件外形沖裁，在沖裁刃之間，工件與條料之間均無搭邊。根據以上敘述可見，采用少，無廢料排樣要求工件的相應無搭邊部分公差等級于板材一致或根本上無公差要求。鑒于圖示工件的尺寸、外形及公差等級，采用少、無廢料排樣均不能滿足要求，因此選用有廢料排樣，且為直排法。5.4凸模與凹模刃口尺寸的確定沖裁模合理間隙時由凸模和凹模刃口工作尺寸及其公差來保證的。在計算凸、凹模刃

51、口尺寸時，需要考慮材料沖壓變形規律、模具制造要求、模具磨損及沖裁件尺寸精度等方面因素。在決定模具刃口尺寸及制造公差時需要準許一下幾項原則：（1）設計落料模時，以凹模為基準，按落料件先確定凹模刃口尺寸，間隙取在凸模上，即沖裁間隙通過小凸模刃口尺寸來取得。設計沖孔模先確定凸模尺寸。以凸模為基準，間隙取在凹模上，即沖裁間隙通過大凹模刃口尺寸來取得。（2）設計沖孔模時，以凸模為基準，按沖孔件先確定凸模刃口尺寸，然后根據選取的間隙值再確定凹模刃口尺寸。（3）根據沖模在使用過程中的磨損規律，設計落料模時，凹?；境叽鐟〗咏虻扔诠ぜ淖钚O限尺寸；凸?；境叽鐟〗咏虻扔诠ぜ淖畲髽O限尺寸。這樣凸、凹模在磨損到一定程度時，仍能沖出合格的零件。沖孔模：落料模：5.5 落料凹模的設計 汽車第一橫梁形狀簡單，是U型梁的變形結構，屬于汽車覆蓋件，在實際生產中使用的是較為復雜的大型模具，凹模都是采用鑲塊結構以便于拆換及修理，降低生產成本。 實際生產中凹模分塊原則及有關注意事項：分塊線與刃口線夾角應保證在70°110°范圍之內，盡可能垂直。凹模的分塊線與凸模的分塊線至少錯開10mm 以上。倒梢性的修邊不要分塊。在后序伸長、收縮翻邊明顯地方不要分塊。避開圓