汽车转向液压油箱模具设计【含CAD图纸、文档所见所得】
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1 河南科技学院河南科技学院2007 届本科毕业设计届本科毕业设计论文题目：汽车转向液压油箱模具设计论文题目：汽车转向液压油箱模具设计学生姓名：学生姓名： 雷呈瑜雷呈瑜所在院系：所在院系： 机电学院机电学院所学专业：所学专业： 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化导师姓名：导师姓名： 刘法治刘法治 史光星史光星完成时间：完成时间：2007 年年 6 月月 1 5 日日2摘摘 要要模具是生产应用中极为广泛的基础工艺装备。利用模具进行生产所表现出来的产品精度高、一致性好、效率高、消耗低等一系列优点，是其他加工方法不能比的。模具生产技术的高低，已经成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志。本文为汽车转向液压油箱模具设计，主要内容包括油箱下壳拉深模具设计、下壳冲孔模具设计、上壳拉深成形模具设计、上壳冲孔翻边模具设计及切边修整模具设计，共计 5 套模具，其中切边修整模具为上下壳共用的一组模具。关键词关键词： 模具，拉深，冲孔，翻边3Mold Design of Automobile Hydraulic Fluid Tank AbstractMold is the based process equipment which widely used in the production. Compared the advantages of mold such as high precision, consistency, high efficiency, low cost are incomparable with other processing method. As a country, the level of the mold manufacturing technique is the sign of the manufacturing technique of the country. This design is Automobile Hydraulic Fluid Tank Mold Design, it including five parts, the under-part of the gasoline tank deep drawing mold, the under-part of the gasoline tank punching mold, the top gasoline tank drawing mold, the top gasoline tank extruding tool and the restricting dies. The restricting dies are in common for the two parts of the gasoline tank. Keywords：Mold, Drawing, Punching, Flanging4目录目录1 绪论.12 设计要求及模具材料选择.13 油箱下壳拉深模具设计.23.1 拉深工艺方案的确定.23.2 毛坯尺寸的计算.23.2.1 拉深方法的确定.23.2.2 确定修边余量.23.2.3 计算毛坯直径.23.2.4 确定拉深系数及拉深次数.33.3 计算各部分工艺力.33.3.1 拉深力的计算.33.3.2 压边力的计算.33.3.3 压力机的公称压力的计算.43.4 凸凹模主要工作部分尺寸的计算.43.4.1 凸凹模的间隙.43.4.2 拉深模具的圆角半径.43.4.3 凸凹模的尺寸及公差.43.4.4 凸模通气孔直径的确定.53.5 模具结构及主要零部件设计.53.5.1 压边圈设计.53.5.2 弹簧的选择.63.5.3 定位板设计.63.5.4 模架的选用.63.6 冲压设备的选择.73.7 模具结构图.74 油箱下壳冲孔模具设计.84.1 冲压力的计算及冲压设备的选用.84.1.1 冲裁力的计算.84.1.2 推件力的计算.84.1.3 卸料力的计算.94.1.4 冲压设备的选用.94.2 确定模具的压力中心.94.3 计算凸凹模刃口尺寸.94.4 模具总装置及主要零部件设计.104.4.1 卸料橡胶的设计.104.4.2 模具结构设计.104.5 冲压模具结构图.115 切边与修整模具设计.125.1 切边力与整形力的计算及冲压设备的选用.125.1.1 切边力的计算.125.1.2 整形力的计算.1255.1.3 卸料力的计算.125.1.4 冲压设备的选用.125.2 计算凸凹模工作部分尺寸.125.3 模具结构设计.135.4 整形切边模具结构图.146 上壳拉深模具设计.156.1 毛坯尺寸计算.156.1.1 毛坯直径计算.156.1.2 确定修边余量.156.1.3 确定拉深次数.156.2 各部分工艺力的计算及设备的选用.156.2.1 拉深力的计算.156.2.2 压边力的计算.156.2.3 设备的选用.166.3 主要工作部分尺寸计算.166.4 模具结构及主要零部件设计.177 上壳翻边成形模具设计.197.1 各部分工艺力的计算及设备的选用.197.1.1 翻边力的计算.197.1.2 切边力的计算.197.1.3 卸料力的计算.197.1.4 设备的选用.197.2 主要工作部分尺寸计算.197.2.1 压力中心的确定.197.2.2 冲孔翻边模尺寸计算.197.3 模具结构及主要零部件设计.208 结束语.21谢词.21参考文献.22附录 1 工件上壳.23附录 2 工件下壳.24 61 绪论绪论人类在劳动中学会了制造工具和使用工具，人们正是利用工具创造了巨大的精神文明和物质财富，生产工具的发展和不断改进代表着人类社会的进步，而模具是人类社会发展到一定程度所产生的一种先进的生产工具，人们用它制造了成千上万种生活用品和生产用品。在近代工业中模具工业已经成为工业发展的基础。国民经济中一些重大的工业部门，如机械、电子、冶金、交通、建筑、轻工、食品等行业都大量地使用着各种各样的模具。用模具成型制品与采用机床分步加工成制品的方法相比具有以下优点。（1）用模具成型生产效率高。（2）用模具成型的制品质量高。（3）用模具成型的制品原材料的利用率高。（4） 用模具成型的制品比用别的方法获得的制品成本更低，经济效益更好。（5）用模具成型操作简单。综上所述，模具已成为当代工业生产中的重要手段，特别适用于各类产品的制造和生产，传统的用机械加工等方法自由成型的零件，很多都逐渐改成了使用模具成型，如自由锻改成了模锻、切削成型零件改成了压铸成型零件等，可以认为模具成型是成型工业发展的一个方向。2 设计要求设计要求及模具材料选择及模具材料选择工件图见附录。设计出的模具要求能够满足以下条件：（1）能够拉深成型油箱上下壳。（2）能够完成油箱下壳冲孔。（3）能够完成油箱上壳冲孔翻边。（4）能够完成修边切边。（5）成型过程中保证精度要求。冷作模具材料选用时，可按下列步骤考虑：（1）按模具的大小考虑；（2）按模具形状和受力情况考虑； （3）按模具的使用性能考虑；（4）按模具的工作量考虑；（5）按模具的用途考虑。汽车转向液压油箱由 08AL 碳素结构钢制造。综合考虑各种因素，查热7处理技术数据手册及模具设计手册 ，常用冷作模具钢的选用参考为： 冲裁模：轻载冲裁模（厚度2mm） ，大批量生产零件选用 Cr12冲孔翻边模：冲孔翻边模大批量生产用 Cr12MoV (Cr4WMo2V)硬度要求HRC 57-60拉深模: 轻载拉深模、成形浅拉深模 9Mn2V ;Cr12。硬度要求 60-62 HRC 重载拉深模、大批量成型拉深模 Cr12；Cr12MoV ,硬度要求 60-62 HRC故考虑各种因素，本设计模具材料均选 Cr12，能符合各种性能要求，较为合适。3 油箱下壳拉深模具设计油箱下壳拉深模具设计3.1 拉深工艺方案的确定拉深工艺方案的确定本工件材料为 08AL，材料力学性能好，故本工件首先要落料，制成直径为300mm 的圆片，拉深成成品，然后进行冲孔，最后进行修边修整1。3.2 毛坯尺寸的计算毛坯尺寸的计算3.2.1 拉深方法的确定拉深方法的确定 工件厚度 t =2mm，t 1mm,故按板厚中径尺寸计算,工件为筒形件，即按筒形件计算2。 凸缘直径 d t =197mm,中径 d =193mm。则 d t/d =197mm/193mm=1.021.11.4 即该工件凸缘为窄凸缘，可按无凸缘筒形件进行计算。3.2.2 确定修边余量确定修边余量 由表可知：h/d=75mm/193mm=0.39 查表可得，取修边余量h=3mm。3.2.3 计算毛坯直径计算毛坯直径8图 1 工件图 查手册，由公式 D= （1）211221828. 64rrdhdd其中，d1=179mm,d2=193mm,h1=67mm,r=6mm,h2=75mm 则毛坯直径为： D=211221828. 64rrdhdd =226817928. 6671934197=301（mm） 取 D=300 mm。 3.2.4 确定拉深系数及拉深次数确定拉深系数及拉深次数 工件的总拉深系数：m= =0.65Ddmmmm300195毛坯相对厚度： 100 =100=0.67Ddmmmm3002工件相对高度： =0.404dh +h193mm3mm75mm查表得,首次拉深极限系数为：m1=0.530.55m故拉深次数为：n=13.3 计算各部分工艺力计算各部分工艺力3.3.1 拉深力的计算拉深力的计算 查表，由公式 P=dtbk1 （2） 其中，b为材料的抗拉强度取 410MPa3 k1 为修正系数，查表取 0.6 则拉深力为：P=dtbk1 =3.14 193 2 410 0.6 =300（KN）3.3.2 压边力的计算压边力的计算 由式 tD 0.045 (1-m) (3) 可知, D 0.045 (1-m)=300 0.045 (1-0.95)=4.725t=2mm9 故需要有压边圈。由公式 F=Sq (4)其中,S 为压边圈下毛坯的投影面积。 Q 为单位压边力，查表取 q=3N.mm2。则压边力为： F=Sq =3.14 （D/2）2q =3.14 150 150 3=21（KN）3.3.3 压力机的公称压力的计算压力机的公称压力的计算 压力机的公称压力为： F压压 =1.4 （F+P）=1.4 （21+300）=449（KN） 故压力机的公称压力应该大于 449KN。 3.4 凸凹模主要工作部分尺寸的计算凸凹模主要工作部分尺寸的计算3.4.1 凸凹模的间隙凸凹模的间隙 查表，选取拉深模单边间隙为： z=1.1t=1.1 2mm=2.2mm3.4.2 拉深模具的圆角半径拉深模具的圆角半径 由公式可知，ra=8t=8 2mm=16mm rt=r=6mm3.4.3 凸凹模的尺寸及公差凸凹模的尺寸及公差 由公式可知， Da =(D-0.75) (5)a0 Dt=(D-0.7-2z) (6)0t 查表可知，=0.12, =0.08at 则凹模长轴为：aa=(195-0)=195（mm）a012. 00 凸模长轴为： at=(195-0-4.4)=190.6（mm）0t008. 0 凹模短轴为：ba= (155-0)=155（mm）a012. 00 凸模短轴为：bt=(155-0-4.4)=150.6（mm）0t008. 010 由公式可知，凹模高度为：h=kd 其中，取系数 k=0.2 则凹模高度为：h=kd=0.2 195mm=39mm 取 h=40mm，L B=350mm 300mm 凹模厚度为：c=(1.52)h=6080mm 取 c=80mm 凹模结构如图 2。 图 2 凹模3.4.4 凸模通气孔直径的确定凸模通气孔直径的确定 查表取凸模通气孔直径为 dd=8mm。 凸模结构如图 3。图 3 凸模113.5 模具结构及主要零部件设计模具结构及主要零部件设计3.5.1 压边圈设计压边圈设计 采用弹性压边圈，压边圈与凸模、定位板需要保留一定的间隙，查表取间隙为 2mm。 即d=298mm，d1=192mm，B=350mm，L=350mm，h1=15mm，h2=25mm。 压边圈如图 4。图 4 压边圈3.5.2 弹簧的选择弹簧的选择 弹簧按国家标准选择，根据压边力及凸模行程，选外径 D=40mm，材料直径 d=6mm，自由高度 H0=110mm，闭合高度 H1=75mm，取装配高度H=95mm。3.5.3 定位板设计定位板设计 定位板的高度 h，查表取 h=5mm。 间隙 查表取 =0.5mm。 则定位板直径为 d=301mm，L=400mm，B=350mm。 定位板上固定选用 M6 型螺钉。12 如下图 5。3.5.4 模架的选用模架的选用 由于此拉深模为非标准形式，需要计算闭合高度。其中，各模板的尺寸需取国标。 上模座 L B H=400mm 400mm 50mm 下模座 L B H=400mm 400mm 60mm 凸模固定板 L B H=400mm 400mm 32mm 凸模的自由高度 Ht=弹簧闭合高度+压边圈高度+25=75+25+25=125（mm）其中 25mm 为闭合时固定板和压边圈之间的距离。 模具的闭合高度为：H=上模座+凸模固定板+凸模自由高度+2mm+H凹+下模座=309mm图 5 定位板3.6 冲压设备的选择冲压设备的选择 设备工作行程需要考虑工件成形和方便取件。因此工作行程 S2.5h工件=2.5 75mm=188mm，查表选用 JD21-100 型压力机。133.7 模具结构图模具结构图 模具结构图如下图 6 所示。 其中卸料螺钉 d=20mm，h=180mm。 下模座与凹模间固定螺钉选用 M10。 定位板与凹模固定螺钉为 M6。图 6 油箱下壳拉深模具结构图1.模柄 2.上模座 3.凸模固定板 4.弹簧 5.压边圈 6.固定板 7.凹模 8.下模座 9.卸料螺钉 10.凸模4 油箱下壳冲孔模具设计油箱下壳冲孔模具设计4.1 冲压力的计算及冲压设备的选用冲压力的计算及冲压设备的选用4.1.1 冲裁力的计算冲裁力的计算 由于两孔的大小相同，所以冲裁力相等。 由式 F1=Ltb （7） 其中，b为材料的抗拉强度取 380MPa，L 为冲裁件的周长4。 则冲裁力为：F1=Ltb=3.1416mm 2mm 380MPa=38KN 故 F=2F1=76（KN）144.1.2 推件力的计算推件力的计算 由式 F推=nK推F （8） 选凹模刃口形状如 7 图，取 h=6mm，则 n=h/t=3 个，查表取 K推=0.05 则推件力为： F推=nK推F=3 0.05 76KN=11.4KN 图 7 凹模刃口形状4.1.3 卸料力的计算卸料力的计算 由式 F卸=K卸F （9） 查表取 K卸=0.05，则，F卸=K卸F=0.05 76KN=3.8KN 故选择冲床的总冲压力为：F总=F+F卸+F推=76+3.8+11.4=91.2（KN）4.1.4 冲压设备的选用冲压设备的选用 选用开式双柱可倾压力机 J23-10 型压力机。4.2 确定模具的压力中心确定模具的压力中心 画出工件形状，把冲裁周边分成基本线段，并选定坐标系 X0Y，如图， L1=D=3.14 16mm=50.24mm L2=L1=50.24mm X1=-28，Y1=0，X2=32，Y2=15 则 X0=2212211LLXLXL Y0=7.5212211LLYLYL 即压力中心为图 8 虚线坐标中心。 图 8 压力中心4.3 计算凸凹模刃口尺寸计算凸凹模刃口尺寸 查表可知，Zmin=0.22，Zmax=0.26，凸凹模的制造公差=0.02，=0.02at校核：Zmax-Zmin=0.26-0.22=0.04，a+t=0.02+0.02=0.0415满足 Zmax-Zmina+t的条件，可以采用凸凹模分开加工的方法进行加工5。凸模刃口尺寸： dt=（d+X） 0t（10）凹模刃口尺寸： da=（dt+Zmin） a0（11）查表得：X=0.75，已知=0.1则，dt=（d+X） =（16+0.75 0.1）=16.075（mm）0t002. 0002. 0da=（dt+Zmin）=（16.075+0.22）=16.295（mm）a002. 0002. 00冲孔凸模要在外面装推件块，因此设计成直柱的形状。凹模的厚度取 h=25mm，壁厚取 c=40mm，凹模直径 D=180mm，d=140mm凸凹模结构如图 9，图 10，图 9 冲孔凸模图 10 凹模结构图164.4 模具总装置及主要零部件设计模具总装置及主要零部件设计4.4.1 卸料橡胶的设计卸料橡胶的设计 橡胶的自由高度为：H自由=（3.54）S工作 （12） 取修模量为 5mm， S工作=t+1mm+修模量=2mm+1mm+5mm=8mm 故橡胶的自由高度取 28mm30mm，橡胶的装配高度取 H=25mm。4.4.2 模具结构设计模具结构设计 上模座：L B H=200mm 200mm 45mm 下模座：L B H=200mm 200mm 50mm 模架的闭合高度：170mm210mm 垫板厚度：10mm 凸模固定板厚度：18mm 卸料板厚度：20mm 模具高度：H=45+10+18+25+10+75+2+25+50=260（mm） 凸模的自由长度：L=25mm+20mm+75mm+2mm+1mm+5mm=128mm 其中，凸模进入凹模的深度为 1mm，凸模的修磨量为 5mm。 Lmax=95=95=394（mm）38002d3800162 LLmax，故满足弯曲强度要求。4.5 冲压模具结构图冲压模具结构图 模具结构如下图 11。17图 11 下壳冲孔模具结构图1.螺栓 2.下模座 3.凹模 4.定位板 5.卸料板 6.橡胶 7.凸模固定板8.上模座 9.螺栓 10.模柄 11.卸料螺钉 12.垫板 13.凸模 14.圆柱销5 切边与修整模具设计切边与修整模具设计5.1 切边力与整形力的计算及冲压设备的选用切边力与整形力的计算及冲压设备的选用5.1.1 切边力的计算切边力的计算 由式（7）可知，F=Ltb =1.5 （a+b）tbab 其中 a，b 为椭圆的半轴，a=98.5mm，b=77.5mm，L 为冲裁件的周长。 则，F=Ltb =1.5 （a+b）tb=422（KN）ab5.1.2 整形力的计算整形力的计算 由式 P=Fp （13） 其中，F 为整形面积，p 为单位压力，查表取 p=100MPa。 则 P=Fp=L 1mm 100MPa=55.7KN5.1.3 卸料力的计算卸料力的计算 查表取系数 K卸=0.0518 由式可知，F卸=K卸P=0.05 55.7KN=2.78KN5.1.4 冲压设备的选用冲压设备的选用 根据各工艺力的计算，F总=F+P+F卸=480.48（KN） ，选用 JD21-100 型压力机。5.2 计算凸凹模工作部分尺寸计算凸凹模工作部分尺寸 整形凸模尺寸与拉深凸模尺寸相同，即at1=190.6mm，bt1=150.6mm，r1=1mm，r2=6mm。008. 0008. 0 查表取 Zmin=0.22，Zmax=0.26，凸凹模的制造公差=0.02，=0.02at校核：Zmax-Zmin=0.26-0.22=0.04，a+t=0.02+0.02=0.04满足 Zmax-Zmina+t的条件，可以采用凸凹模分开加工的方法进行加工。取 X=0.75。由式（10） （11）可知，at2=（197+0.75 0）=197（mm）0t002. 0 bt2=（157+0.75 0）=157（mm）0t002. 0 aa2=（at2+Zmin）=197.22（mm）a002. 00 ba2=（bt2+Zmin）=157.22（mm）a002. 00凹模圆角 ra=1mm取凹模高度 h=25mm，凹模厚度 c=40mm。凸凹模结构如图 12，图 13。5.3 模具结构设计模具结构设计 卸料板厚度：20mm 上模座：L B H=200mm 200mm 45mm 下模座：L B H=200mm 200mm 60mm凸模固定板厚度：18mm凸模自由长度：L=25mm+25mm=50mm螺钉选用 M10。压边圈与下壳拉深模具上的压边圈相同。其他标准件按国家标准选用。19图 12 凸模结构图图 13 凹模结构图205.4 整形切边模具结构图整形切边模具结构图如图 14。图 14 整形切边模具结构图1.模柄 2.上模座 3.凸模固定板 4.弹簧5.定位板 6.凹模 7.下模座 8.卸料螺钉 9.凸模6 上壳拉深模具设计上壳拉深模具设计6.1 毛坯尺寸计算毛坯尺寸计算6.1.1 毛坯直径计算毛坯直径计算 由式（1）可知，D=211221828. 64rrdhdd=8188128. 62219241882=230（mm）6.1.2 确定修边余量确定修边余量 毛坯的修边余量为：=0.13dhmmmm19225 查表取h=2mm216.1.3 确定拉深次数确定拉深次数 工件的拉深系数：m=0.83Ddmmmm230192 毛坯的相对厚度：=0.87100Dt1002302mmmm 毛坯的相对高度：=0.14Dhhmmmmmm230225 查表得首次拉深极限为：m1=0.530.55m，所以拉深次数为 n=1。6.2 各部分工艺力的计算及设备的选用各部分工艺力的计算及设备的选用6.2.1 拉深力的计算拉深力的计算由公式（2）F=dtbk1 其中，b为材料的抗拉强度取 380MPa k1 为修正系数，查表取 0.4 则拉深力为：F=dtbk1 =3.14 192 2 380 0.4 =183（KN）6.2.2 压边力的计算压边力的计算 由式 tD 0.045 (1-m) 可知, D 0.045 (1-m)=230 0.045 (1-0.87)=1.345t=2mm 故不需要有压边圈。6.2.3 设备的选用设备的选用 设备工作行程需要考虑工件成形和方便取件。查表选用 JD21-100 型压力机。6.3 主要工作部分尺寸计算主要工作部分尺寸计算 查表可知，拉深模单边间隙 Z=1.1t=2.2mm。取凹模圆角为：ra=6mm3t=6mm，故合理。 取凸模圆角为：rt=6mm由式（5） （6）可知， Da =(D-0.75) a0 Dt=(D-0.75-2z) 0t 查表可知，=0.12, =0.08at22 则凹模长轴为：aa1=(195-0)=195（mm）a012. 00 aa2=(188-0)=188（mm）a012. 00 凸模长轴为： at1=(195-0-4.4)=190.6（mm）0t008. 0 at2=(188-0-4.4)=183.6（mm）0t008. 0 凹模短轴为：ba1= (155-0)=155（mm）a012. 00 ba2= (148-0)=148（mm）a012. 00 凸模短轴为：bt1=(155-0-4.4)=150.6（mm）0t008. 0 bt2=(148-4.4)=143.6（mm）0t008. 0 取凹模高度 h=35mm，h1=9mm，h2=25mm，凹模厚度 c=40mm，凹模上滤网定位孔及环形孔为非主要要求部分，故取 r=6mm，环形孔 D=4.5mm，凹模上滤网定位孔高度 h=2mm。凸模上滤网定位孔及环形孔尺寸分别取r=4mm，D=6.5mm，凸模上滤网定位孔深度 h=4mm。 凸模结构如图 15。23图 15 凸模结构图凹模结构如图 16。6.4 模具结构及主要零部件设计模具结构及主要零部件设计上模座：L B H=200mm 200mm 40mm 下模座：L B H=200mm 200mm 50mm凸模固定板厚度：20mm凸模自由长度：L=20mm+25mm+25mm+20mm=90mm凹模与下模座固定螺钉为 M12。卸料板结构与下壳拉深模具的卸料板相同。卸料板高度为：20mm定位板结构下壳拉深模具的定位板相同，其内圆孔径 d=231mm。定位板：B L H=280mm 240mm 10mm 模具结构如图 17。图 16 凹模结构图24图 17 上壳拉深成形模具1.模柄 2.上模座 3.凸模固定板 4.橡胶 5.定位板6.凹模 7.下模座 8.卸料板 9.凸模 7 上壳翻边成形模具设计上壳翻边成形模具设计7.1 各部分工艺力的计算及设备的选用各部分工艺力的计算及设备的选用7.1.1 翻边力的计算翻边力的计算 由式可知， F翻=1.1ts（D-d0） （14） 其中，s 为材料的屈服强度，查表取 s=200MPa d0为预制孔直径，取 d0=0，当 d0=0 时，翻边力 F=1.3F翻。 则翻边力为：F=1.3F =110.5（KN）)062(200214. 31 . 13 . 17.1.2 切边力的计算切边力的计算 由式可知， F切=1.3Lt （15） 其中 L 为切件的周长， 为材料的抗剪强度，查表取 280MPa。 则切边力为：F切=1.3Lt=137（KN）28026014. 33 . 17.1.3 卸料力的计算卸料力的计算 由式可知， F卸=K卸F切 （16）25 查表取 K卸=0.03 则卸料力为：F卸=K卸F切 =0.03 137KN=4.1KN7.1.4 设备的选用设备的选用 总冲裁力为：F总=F+ F卸+ F切=336.6KN 故选用 J23-63 型压力机。7.2 主要工作部分尺寸计算主要工作部分尺寸计算7.2.1 压力中心的确定压力中心的确定 由于冲孔翻边件为圆，所以压力中心为圆心。7.2.2 冲孔翻边模尺寸计算冲孔翻边模尺寸计算查表可知，Zmin=0.22，Zmax=0.26，凸凹模的制造公差=0.02，=0.02at校核：Zmax-Zmin=0.26-0.22=0.04，a+t=0.02+0.02=0.04满足 Zmax-Zmina+t的条件，可以采用凸凹模分开加工的方法进行加工。查表取 X=0.75由式（10） （11）可知，dt=（d+X）=60（mm）0t002. 0 Da=（dt+Zmin）=60.22（mm）a002. 00 取凹模高度为 25mm，d1
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