【正文】 國(guó)際跨國(guó)汽車(chē)企業(yè)推行本土化策略，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)將出現(xiàn)巨大的零部件配件缺口。到2010年，中國(guó)汽車(chē)零部件國(guó)內(nèi)產(chǎn)值將達(dá)到7000億元左右。從2010年1—10月份的行業(yè)運(yùn)行情況看，汽車(chē)零部件行業(yè)利潤(rùn)總額仍在增長(zhǎng)，但增速放緩；進(jìn)出口額也雙雙增長(zhǎng)，但進(jìn)口產(chǎn)品以變速箱及發(fā)動(dòng)機(jī)零件等高利潤(rùn)、高附加值、高科技的產(chǎn)品為主，出口產(chǎn)品以輪胎、電子儀器儀表等進(jìn)入壁壘低、利潤(rùn)薄的勞動(dòng)密集型和資源消耗型為主。下游整車(chē)行業(yè)目前產(chǎn)能過(guò)剩，雖然2010年在國(guó)家的各項(xiàng)刺激政策下出現(xiàn)了非常規(guī)的高速增長(zhǎng)，但2011年產(chǎn)銷(xiāo)增速放緩、產(chǎn)能過(guò)剩壓力加大，受其影響，零部件行業(yè)下半年可能會(huì)承受較大利潤(rùn)的壓力。行業(yè)面臨的主要問(wèn)題上下游兩頭受擠，行業(yè)面臨雙重壓力零部件行業(yè)是兩頭受擠的行業(yè)，對(duì)上下游缺乏議價(jià)能力。上游原材料主要是鋼材、橡膠、塑料、織物等，其價(jià)格最終由鋼鐵、石油、天然橡膠等大宗商品價(jià)格決定，汽車(chē)零部件企業(yè)只能通過(guò)對(duì)上游商品價(jià)格走勢(shì)的判斷規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，下游整車(chē)制造商多為大企業(yè)大集團(tuán)，在與零部件廠商的利益博弈中處于強(qiáng)勢(shì)地位，談判能力強(qiáng)，能將成本壓力轉(zhuǎn)嫁給汽車(chē)零部件行業(yè)，因此，零部件實(shí)際上處于兩頭受擠的“三明治”夾心地位。汽車(chē)零部件產(chǎn)業(yè)集群化，使信息更精細(xì)、更專(zhuān)業(yè)化、更容易實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?，經(jīng)濟(jì)效益明顯提高。零部件產(chǎn)業(yè)是汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，是汽車(chē)行業(yè)中的重要組成部分，無(wú)論從應(yīng)對(duì)全球采購(gòu)挑戰(zhàn)還是從壯大汽車(chē)工業(yè)本身來(lái)看，汽車(chē)零部件都應(yīng)該得到更快的發(fā)展。 論文的主要研究?jī)?nèi)容冷沖壓模具設(shè)計(jì)制造難度較大，雖然有許多三維軟件、CAD/CAM軟件可以利用，但傳統(tǒng)的沖壓模設(shè)計(jì)方法和經(jīng)驗(yàn)，仍然具有決定性的作用。本課題來(lái)源企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)，內(nèi)容基于工廠的生產(chǎn)工程實(shí)踐，以大量的沖壓模設(shè)計(jì)制造為基礎(chǔ)，研究汽車(chē)配件沖壓模具的設(shè)計(jì)制造。文章從模具的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，到排樣設(shè)計(jì)、卸料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，詳細(xì)探討了實(shí)際設(shè)計(jì)制造的方法和關(guān)鍵點(diǎn)，以及實(shí)際生產(chǎn)中制件可能出現(xiàn)缺陷的原因和解決方案。2 產(chǎn)品分析 沖壓成形沖壓是利用沖模在沖壓設(shè)備上對(duì)板料施加壓力或拉力，使其產(chǎn)生分離或變形，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的制件的加工方法。沖壓加工的對(duì)象一般為金屬板料、薄壁管、薄型材等，板厚方向的變形一般不側(cè)重考慮，因此也稱(chēng)為板料沖壓，且通常是在溫室下進(jìn)行，故也稱(chēng)為冷沖壓。沖壓主要是按工藝分類(lèi)，可分為分離工序和成形工序兩大類(lèi)。在實(shí)際生產(chǎn)中,常常是多種工序綜合應(yīng)用于一個(gè)工件。沖裁、彎曲、剪切、拉深、脹形、旋壓、矯正是幾種主要的沖壓工藝。沖壓成形的特點(diǎn)有：（1）能沖出其它加工方法難以加工或無(wú)法加工的形狀復(fù)雜的零件。例如，從儀器儀表小型零件到汽車(chē)覆蓋件，縱梁等大型零件，均由沖壓加工完成。（2）沖壓件質(zhì)量穩(wěn)定，尺寸精度高。由于沖壓加工是靠模具完成，模具制造精度高、使用壽命長(zhǎng)，故沖壓件質(zhì)量穩(wěn)定，制件互換性好。尺寸精度一般可達(dá)IT10～I(xiàn)T14級(jí)，最高可達(dá)IT6級(jí)，有的制件不需再機(jī)械加工，就可以滿(mǎn)足裝配和使用要求。（3）沖壓件具有重量輕、強(qiáng)度高、剛性好和表面粗造度小等特點(diǎn)。（4）生產(chǎn)率高。例如，汽車(chē)覆蓋件這樣的大型沖壓件的生產(chǎn)效率，可達(dá)每分鐘數(shù)件；高速?zèng)_壓小型制件，每分鐘可達(dá)上千件。（5）材料利用率高。一般為70%～85%，因此沖壓加工能實(shí)現(xiàn)少?gòu)U料，甚至無(wú)廢料生產(chǎn)。在某些情況下，邊角余料也可以充分利用。（6）操作簡(jiǎn)單，便于組織管理。（7）易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動(dòng)化生產(chǎn)。由于沖壓加工所用毛坯多為條料或帶料，又是冷態(tài)加工，大批量生產(chǎn)時(shí)易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。用網(wǎng)格法分析彎曲變形的特點(diǎn)，彎曲變形前后：（1）圓角部分的正方形網(wǎng)格變成扇形，而遠(yuǎn)離圓角的兩直邊處的網(wǎng)格沒(méi)有變化，緊鄰區(qū)域略受影響，彎曲變形主要發(fā)生在彎曲角中心ψ范圍內(nèi)。（2）變形區(qū)內(nèi)，外側(cè)縱向金屬纖維層受拉而伸長(zhǎng)，內(nèi)側(cè)縱向金屬纖維層受壓而縮短，其間必有一金屬纖維層變形前后長(zhǎng)度不變，這一金屬纖維層稱(chēng)為應(yīng)變中性層。（3）坯料內(nèi)區(qū)材料受壓縮，因此厚度應(yīng)增加，但由于凸模緊壓坯料，抑制了厚度方向的增加；而外區(qū)材料受拉，厚度要變薄。因此整個(gè)坯料厚度方向，增加量少于變薄量，厚度在變形區(qū)內(nèi)有變薄現(xiàn)象，使在彈性變形時(shí)位于坯料厚度中間的中性層發(fā)生內(nèi)移。（4）板料彎曲時(shí)，分寬板和窄板兩種情況，寬板的橫截面幾乎保持不變，而窄板的橫截面則變成扇形。（5）坯料的彎曲變形程度可以用相對(duì)彎曲半徑r/t來(lái)表示，相對(duì)彎曲半徑越小，表明彎曲變形程度越大。 彎曲件工藝分析彎曲件材料要求具有足夠的塑性和較小的屈彈比，以保證彎曲時(shí)不開(kāi)裂，還要具有較小的屈強(qiáng)比，能使彎曲件的形狀和尺寸準(zhǔn)確。該沖壓制件為一汽配Z形彎曲件，其工作條件要求具有良好的機(jī)械性能和耐腐蝕性能，由于該制件作為其它零部件的連接件，要求制件具有一定的強(qiáng)度、韌性。該制件的材料選用Q235，是一種鋼材的材質(zhì)。Q代表的是這種材質(zhì)的屈服度，后面的235，就是指這種材質(zhì)的屈服值，在235MPa左右。并會(huì)隨著材質(zhì)的厚度的增加而使其屈服值減小。由于含碳適中，綜合性能較好，強(qiáng)度、塑性和焊接等性能得到較好配合，有較好的可沖壓性能，用途最廣泛，大量用作對(duì)性能要求不太高的機(jī)械零件。零件的生產(chǎn)對(duì)沖壓加工的經(jīng)濟(jì)性起著決定性的作用，該Z形彎曲件采用模具沖壓成形加工，其生產(chǎn)批量為大批量生產(chǎn)。沖壓加工所使用的模具一般具有專(zhuān)用性，有時(shí)一個(gè)復(fù)雜零件需要數(shù)套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技術(shù)要求高，是技術(shù)密集形產(chǎn)品。所以，只有在沖壓件生產(chǎn)批量較大的情況下，沖壓加工的優(yōu)點(diǎn)才能充分體現(xiàn)，從而獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。零件材料主要參數(shù)查表（參考文獻(xiàn)[11] 548頁(yè)）可得：經(jīng)退火后，抗剪強(qiáng)度τ=280～400 MPa，抗拉強(qiáng)度σb＝360～510MPa，屈服強(qiáng)度σs=250MPa，拉伸率δs=25%，因此，取τ=330 MPa，σb＝390 MPa。該材料具有較高的彈性和良好的塑性，其可成形性性能較好。沖裁加工性能好，易于裁切和拉伸成形。該制件形狀比較簡(jiǎn)單，且結(jié)構(gòu)均為對(duì)稱(chēng)分布，沖壓成形工藝性好，比較適合彎曲。：圖 a實(shí)體零件圖 b零件圖彎曲件的精度受坯料的定位、偏移、回彈和翹曲等因素的影響，彎曲的工序數(shù)目越多精度越低。一般彎曲件的長(zhǎng)度精度尺寸公差等級(jí)在IT13級(jí)以下，角度公差大于15180。查文獻(xiàn)【2】彎曲件長(zhǎng)度尺寸公差如下表1所示：表1 彎曲件尺寸公差表板料厚度t(mm)制件尺寸(mm)≤33～1010～2525～6363～160160～400≤～11～33～6—﹥6——由分析Z形彎曲件的厚度為2mm，總體尺寸長(zhǎng)度為105mm，孔中心距為70mm，孔徑ψ8mm。根據(jù)表1可以確定各尺寸的公差：105177。,70177。，ψ8177。零件圖上所有未注公差的尺寸，為自由公差，可按IT14級(jí)確定工件尺寸的公差。 彎曲件工藝性分析彎曲件結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、材料性能對(duì)彎曲工藝的適應(yīng)性稱(chēng)為彎曲件的工藝性。對(duì)彎曲件的工藝性分析應(yīng)遵循彎曲過(guò)程變形規(guī)律，通常從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析：（1）彎曲半徑彎曲件的彎曲半徑不宜過(guò)大或者過(guò)小，過(guò)大因受回彈影響，彎曲件的精度不易保證；過(guò)小則會(huì)產(chǎn)生彎裂。一般要求r/t＞rmin/t。經(jīng)查表，材料Q235最小相對(duì)彎曲半徑rmin/t=，Z形彎曲件r/t=，所以，彎曲件滿(mǎn)足r/t＞rmin/t的工藝要求。（2）直邊高度彎曲件的直邊高度不宜過(guò)小，一般h＞r+2t,直邊高度過(guò)小時(shí)，彎曲成形時(shí)在模具上的支持長(zhǎng)度過(guò)小，不易形成足夠的彎矩，很難得到精確形狀的制件。Z形彎曲件h為6mm，t為2mm。滿(mǎn)足h＞r+2t的工藝要求。（3）孔邊距離孔邊到彎曲中心的距離L要保證當(dāng)t＜2mm時(shí)，L≥t；當(dāng)t≥2mm時(shí)，L≥2t。分析Z形件，厚度為t=2mm，L=，L≥2t，彎曲件符合工藝要求。 （4）彎曲線(xiàn)與板材扎制方向工件彎曲線(xiàn)與板材扎制方向垂直?？梢灶A(yù)防彎裂、減少?gòu)澢幕貜?，彎曲件的工藝達(dá)到最佳。 （5）工藝分析分析工件的結(jié)構(gòu)形狀，該Z形件結(jié)構(gòu)形狀簡(jiǎn)單，且屬于對(duì)稱(chēng)形狀，豎直邊高度h≤3t，可以一次彎曲成形。對(duì)零件圖進(jìn)行分析，可以確定Z形彎曲件的工序數(shù)目和工序順序?yàn)闆_孔、去除廢料、切斷前邊、彎曲、切斷落料五個(gè)工序。3 確定工藝方案 擬定工藝方案確定彎曲件的工藝方案就是確定多工序的彎曲工序安排及各工序的模具結(jié)構(gòu)，要合理確定彎曲工藝方案，必須先掌握常用彎曲模結(jié)構(gòu)及工作原理，再根據(jù)模具結(jié)構(gòu)、工作原理及特點(diǎn)確定工序安排及工藝方案。通過(guò)對(duì)沖壓件的工藝分析，確定了工件的沖壓加工的工序種類(lèi)和工序數(shù)目。該Z形彎曲件由沖孔、去廢料、切斷前邊、彎曲、切斷落料五個(gè)基本沖壓工序完成，可以擬定以下三種工藝方案：方案一：先沖孔，再去廢料，最后彎曲切斷，采用單工序模生產(chǎn)。方案二、利用一副復(fù)合模完成零件的沖孔、彎曲、翻邊，然后落料，再通過(guò)其他機(jī)械加工完成修邊使零件斷面與側(cè)壁垂直。方案三：采用沖孔、去廢料、彎曲、切斷級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。 確定最佳工藝方案方案一模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需四道工序、三套模具才能完成零件的加工，生產(chǎn)效率較低，難以滿(mǎn)足零件大批量生產(chǎn)的需要。第二種方案，把零件困難的部分與簡(jiǎn)單部分分開(kāi)加工，從而簡(jiǎn)化了模具的結(jié)構(gòu)，方便制造模具，而且加工時(shí)模具沖壓機(jī)的沖壓力也較小。但是其缺點(diǎn)也很明顯：由于分開(kāi)加工需要幾副模具進(jìn)行加工，則需要多次進(jìn)行定位，使得零件由于累計(jì)誤差的影響，達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求。并且用幾副模具進(jìn)行加工使得操作不方便，生產(chǎn)率較低。方案三采用沖孔、落料、彎曲級(jí)進(jìn)模，生產(chǎn)效率高，但是材料利用率低，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，修模困難，模具制造成本高，且安裝調(diào)試周期長(zhǎng)。生產(chǎn)效率比方案一高，適合大批量生產(chǎn)。根據(jù)制件的生產(chǎn)綱領(lǐng)屬于大批量及尺寸精度要求較高的特點(diǎn)，比較個(gè)方案可見(jiàn)，方案三是最佳方案，故選用方案三。4 確定沖壓模具結(jié)構(gòu)類(lèi)型 確定模具總體結(jié)構(gòu)方案，既是模具零部件設(shè)計(jì)與選用的基礎(chǔ)，又是繪制模具總裝圖的必要準(zhǔn)備，因而是模具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須考慮到所加工零件的質(zhì)量和技術(shù)要求，同時(shí)也要考慮到設(shè)備的條件和其生產(chǎn)批量的要求，并且要考慮成本。通常要求低成本的模具這樣才會(huì)獲得更大的效益。一般說(shuō)來(lái)，單工序的簡(jiǎn)單模成本比復(fù)合模的要低，而復(fù)合模的造價(jià)要低于級(jí)近模的造價(jià)，級(jí)近模模具綜合技術(shù)含量高，模具制造周期較長(zhǎng)成本比較高，適合大批量中小型產(chǎn)品零件的生產(chǎn)，沖壓精度高。 確定沖孔落料模具模結(jié)構(gòu)類(lèi)型模具總體結(jié)構(gòu)方案的確定包括以下幾個(gè)內(nèi)容： 模具類(lèi)型主要是指單工序模、復(fù)合模、級(jí)進(jìn)模3種。由于確定沖壓工藝方案時(shí)已經(jīng)考慮了確定模具類(lèi)型所需要的因素，因此模具類(lèi)型確定只需與沖壓工藝方案相適應(yīng)就可以了。由前面工藝方案分析可以知道，該制件采用包括沖孔、去廢料、切斷前邊、彎曲、切斷落料五個(gè)工序的多工位級(jí)進(jìn)模。根據(jù)生產(chǎn)批量生產(chǎn)來(lái)確定采用手工操作、半自動(dòng)化操作還是自動(dòng)化操作；根據(jù)坯料或者工序件的形狀、沖壓件精度要求、材料厚度、模具類(lèi)型，以及操作方式來(lái)確定坯料的送進(jìn)導(dǎo)向與送料定距方式或工序件的定位方式。零件生產(chǎn)為大批量生產(chǎn)，如果采用自動(dòng)化或半自動(dòng)化操作，生產(chǎn)效率固然可以得到提高，但是生產(chǎn)成本也大大提高，而且自動(dòng)化設(shè)備在出現(xiàn)故障時(shí)，維修也耽誤時(shí)間，延誤生產(chǎn)時(shí)間。所以，在實(shí)際試產(chǎn)過(guò)程中采用人工操作。坯料的定位方式采用定位銷(xiāo)來(lái)定位。根據(jù)材料厚度、沖壓件尺寸與質(zhì)量要求、沖裁工序性質(zhì)及模具類(lèi)型等，確定采用哪種卸料方式與出件方式。主要有彈性卸料、固定卸料或廢料切刀等卸料方式和彈性頂件、剛性推件或凸模直接推件等出料方式。沖壓件的厚度為2mm，其工序性質(zhì)為沖孔、落料，采用的模具類(lèi)型為倒裝式復(fù)合模，故采用彈性卸料方式和剛性推件的出料方式。模架類(lèi)型及精度等級(jí)主要根據(jù)沖壓件尺寸精度、材料厚度、模具類(lèi)型等因素來(lái)確定對(duì)于生產(chǎn)批量較小、沖件精度要求較低，以及材料較厚的單工序沖裁模，可以采用無(wú)導(dǎo)向模架。模具可以分為無(wú)導(dǎo)向模，導(dǎo)板模，導(dǎo)筒模，導(dǎo)柱模具等。由于該沖壓件厚度不大，尺寸精度為IT11級(jí)，大批量生產(chǎn)，所以采用導(dǎo)柱模，導(dǎo)向穩(wěn)定可靠精度較高，使用安裝也很方便。導(dǎo)柱模又分為中間導(dǎo)柱模、對(duì)角導(dǎo)柱模、后側(cè)導(dǎo)柱模。后側(cè)導(dǎo)柱模具與其他導(dǎo)柱模具相比較，具有送料和出料方便的優(yōu)點(diǎn)，所以該倒裝式?jīng)_孔落料復(fù)合模結(jié)構(gòu)選用后側(cè)導(dǎo)柱模。 確定Z形件彎曲模結(jié)構(gòu)類(lèi)型彎曲件的工序安排對(duì)彎曲模具的結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品的精度影響極大。為了達(dá)到工件的質(zhì)量要求，必須要綜合考慮前序的模具設(shè)計(jì)原則，同時(shí)還要考慮一下幾點(diǎn)： 模具類(lèi)型主要是指單工序模、復(fù)合模、級(jí)進(jìn)模3種。由于確定沖壓工藝方案時(shí)已經(jīng)考慮了確定模具類(lèi)型所需要的因素，因此模具類(lèi)型確定只需與沖壓工藝方案相適應(yīng)就可以了。由前面工藝方案分析可以知道，該制件彎曲工序采用單工序彎曲模具完成。零件生產(chǎn)為大批量生產(chǎn)，如果采用自動(dòng)化或半自動(dòng)化操作，生產(chǎn)效率固然可以得到提高，但是生產(chǎn)成本也大大提高，而且自動(dòng)化設(shè)備在出現(xiàn)故障時(shí)，維修也耽誤時(shí)間，延誤生產(chǎn)時(shí)間。所以，在實(shí)際試產(chǎn)過(guò)程中采用人工操作。在前序中，坯料完成沖孔落料工序，且坯料上的孔不在變形區(qū)內(nèi)，彎曲件可以用這兩個(gè)孔來(lái)定位。根據(jù)材料厚度、沖壓件尺寸與質(zhì)量要求、沖裁工序性質(zhì)及模具類(lèi)型等，確定采用哪種出件方式。主要彈性頂件、剛性推件或凸模直接推件等出料方式。此工件為Z形彎曲件，厚度為2mm，長(zhǎng)度基本尺寸為105mm，其彎曲形式為浮動(dòng)式，彎曲角為90度，且兩端的彎曲方向相反。其工序性質(zhì)為彎曲，根據(jù)彎曲件的尺寸形狀，采用的模具類(lèi)型為單工序彎曲模，方式和彈性頂件的出料方式。模架類(lèi)型及精度等級(jí)主要根據(jù)沖壓件尺寸精度、材料厚度、模具類(lèi)型等因素來(lái)確定對(duì)于生產(chǎn)批量較小、沖件精度要求較低，以及材料較厚的單工序沖裁模，可以采用無(wú)導(dǎo)向模架。模具可以分為無(wú)導(dǎo)向模，導(dǎo)板模，導(dǎo)筒模，導(dǎo)柱模具等。由于該彎曲件件厚度不大，尺寸精度為IT13級(jí)，大批量生產(chǎn)，所以采用導(dǎo)柱模，導(dǎo)向穩(wěn)定可靠精度較高，使用安裝也很方便。導(dǎo)柱模又分為中間導(dǎo)柱模、對(duì)角導(dǎo)柱模、后側(cè)導(dǎo)柱模。后側(cè)導(dǎo)柱模具與其他導(dǎo)柱模具相比較，具有送料和出料方便的優(yōu)點(diǎn)，所以該Z形件彎曲模結(jié)構(gòu)選用后側(cè)導(dǎo)柱模。5 沖模工藝計(jì)算 彎曲件坯料展開(kāi)尺寸計(jì)算由該彎曲件r