摩托车车架冲压件模具设计

摘要本设计主要对 7702 型摩托车转向锁支架冲压模具进行了设计。结合公司实际生产要求和产品的特点，在厂原有的设计上，对模具进行了改进设计。本设计对摩托车转向锁支架加工工艺进行了分析，得出了最佳加工方案，在充分保证零件质量与精度的前提下，选择高生产率的加工工艺，降低生产成本，从而有效地节约了材料。本设计中使用计算机软件进行了辅助设计，在保证高精度的同时简化了传统的繁琐计算过程，使设计更为便捷。该转向锁零件从坯料到完全成形，共用到两套模具：冲孔落料复合模与弯曲模。所设计的两套模具较为典型，也具有一定的代表性。本设计的重点与难点是对凸、凹模刃口尺寸的计算，因为它将直接影响零件的质量。关键词冲压模具；复合模；辅助设计；模具结构AbstractThe design mainly studies the stamping die for the nog of turning lock, 7702- motorcycle. Unite the actual production requirements and product characteristics of Great River Corporation, under the original design of the factory, carries on the innovative design to the die. The design carries on the craft analysis to the nog of turning lock, obtains the best working scheme. In the full guarantee of the components quality and the precision, of reducing the production cost, the high productivity processing craft is choosen. The design uses the computer-aided design software to ensure high-precision while simplifying the calculation of traditional and cumbersome process to simplify the design.The nog of turning lock from the blanks to complete forming has two sets of mold aggregately: the punching-blanking compound die and the bending die. The two sets of molds are typical and have certain representations. The keystone and nodus of this design are the account of the knife-edge of the protrude die and the concave die as it would aflect the quality of the accessory straightly.Key words stamping die compound die aided design die structure 目 录摘 要 .IAbstract .II第章 绪论.11.1 课题来源和研究意义.11.2 国内外在该方向的研究现状及分析.11.3 本课题研究的主要内容.21.4 本章小结.2第 2 章 摩托车 7702 转向锁支架加工工艺综合分析.32.1 摩托车 7702 转向锁支架加工工艺要求.32.2 零件图分析.32.3 冲压工艺性审查.42.4 冲压件经济性和先进性分析.42.5 工艺方案的确定.42.6 本章小结.5第 3 章 落料冲孔复合模的设计.63.1 冲压件的工艺分析.63.2 排样.63.3 计算冲压力.63.3.1 落料力.63.3.2 冲孔力.63.3.3 落料时的卸料力.73.3.4 冲孔时的推件力.73.4 确定模具压力中心.73.5 计算凸、凹模刃口尺寸.73.5.1 冲孔凸、凹模刃口计算.73.5.2 落料凸、凹模刃口计算.83.6 凸模、凹模、凸凹模的结构设计.93.7 模具总体设计及主要零部件设计.113.7.1 模具总休装配设计.113.7.2 卸料橡皮垫的设计计算.143.7.3 模柄设计.153.7.4 模架设计.153.7.5 垫板设计.153.7.6 凸模、凸凹模固定板设计.153.7.7 卸料板设计.163.7.8 推件装置设计.163.7.9 模具的闭合高度.163.8 冲压设备的选择.163.8.1 公称压力的选择.163.8.2 行程次数.173.8.3 滑块行程（S ） .173.8.4 闭合高度.173.8.5 工作台面尺寸.183.8.6 模柄孔尺寸.183.9 本章小结.18第 4 章 弯曲模设计.194.1 弯曲件工艺分析.194.2 弯曲工艺计算.194.2.1 弯曲件回弹值的计算.194.2.2 弯曲力的计算.204.3 弯曲模零件设计计算.214.3.1 弯曲模工作部分尺寸计算.214.3.2 弯曲模其他零件的设计和选用.224.3.3 弯曲模闭合高度的设计计算.234.4 冲压设备的选择.234.4.1 公称压力的选择.234.4.2 行程次数.234.4.3 滑块行程（S ） .244.4.4 模具闭合高度.244.4.5 工作台面尺寸.244.4.6 模柄孔尺寸.244.5 模具总装配及其零部件设计.254.5.1 模具总装配图设计：.254.5.2 凹模（尺寸）设计.274.5.3 凸模（尺寸）设计.284.5.4 模架设计.284.5.5 凹模固定板设计.284.5.6 凸模固定板设计.284.5.7 模柄的设计.284.6 本章小结.29结 论.30参考文献.31致 谢.32第章绪论1.1课题来源和研究意义本设计题目由江门大长江集团提出，经系指导老师审核通过的。本设计题目涉及的主要内容是对冲压模的设计, 研究目的是在厂原有的基础上，对模具进行改进设计，提高产品质量与效益。在二十世纪中期甚至更早,国外就已经出现很多对模具及模具工业的高度评价与精辟的比喻。例如: “模具是美国工业的基石”(美国)；“模具是促进社会繁荣富强的原动力”(日本)；“模具工业是金属加工的帝王”(德国)；“模具是黄金”(东欧)等。在二十世纪未,中国人才开始认识到其极端重要性,作出了科学的评价:“模具工业是现代工业之母”(中国)。现今,全世界模具工业年总产值约为 650 亿美元，其中亚洲地区占到全世界一半的总产值。而在亚洲,最高属于日本,年产值达 200 亿美元上下。美国的年产值为 50 亿美元。中国也在后来居上,现在已经达到 70 亿美元。然而,产值并不等同于技术质量。虽然我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与发展经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大。一些大型、精度、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。而技术含量低的模具已供过于求,市场利润空间狭小。近五年来,平均每年进口模具约为 11.2 亿美元,2003 年就进口了近13.7 亿的模具,这还未包括随设备和生产线作为附件带进来的模具。这表示中国大陆模具业的发展潜力仍然很巨大。这就是这次研究的意义。1.2国内外在该方向的研究现状及分析在世界上大多数国家和地区，模具及模具工业早已成为了一个行业，有专门的行业组织机构指导和推动模具工业的发展。比如日本有“型技术协会” ，台湾地区有“台湾模具工业同业公会” ，我国有“中国模具工业协会”,各省市均有其分会。模具行业已成为一个大行业，仅我国的模具企业已达到了数万家之多。近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达 50 多吨的模具，中档轿车配套的覆盖件模具和多工位级进模也能生产了。模具精度达到 12m，寿命 2 亿次左右。表面粗糙度达到 Ra1.5m的精冲模、大尺寸（ 300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。我国模具 CAD/CAM 技术的发展已有 20 多年历史。由原华中工学院和武汉 733 厂于1984 年共同完成的精冲模 CAD/CAM 系统是我国第一个自行开发的模具 CAD/CAM 系统。华中工学院和北京模具厂等在 1986 年共同完成的冷冲模 CAD/CAM 系统是我国自行开发的第一个冲裁模 CAD/CAM 系统。上海交通大学开发的冷冲模 CAD/CAM 系统也于同年完成。21 世纪开始，CAD/CAM 技术逐渐普及，现在具有一定生产能力的冲压模具企业基本都有了CAD/CAM 技术，其中部分骨干重点企业还具备各 CAE 能力。 模具 CAD/CAM 技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量，已成为人们的共识。在“八五”、九五“期间，已有一大批模具企业推广普及了计算机绘图技术，数控加工的使用率也越来越高，并陆续引进了相当数量 CAD/CAM 系统。如美国 EDS 的UG，美国 Parametric Technology 公司的 Pro/Engineer，美国 CV 公司的 CADSS，英国DELCAM 公司的 DOCT5，日本 HZS 公司的 CRADE 及 space-E, 以色列公司的 Cimatron 还引进了 AutoCAD CATIA 等软件及法国 Marta-Daravision 公司用于汽车及覆盖件模具的Euclid-IS 等专用软件。国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了 CAD/CAM 技术/DL 图的设计和模具结构图的设计均已实现二维 CAD，多数企业已经向三维过渡，总图生产逐步代替零件图生产。在冲压成型 CAE 软件方面，除了引进的软件外，华中科技术大学、吉林大学、湖南大学等都已研发了较高水平的具有自主知识产权的软件，并已在实践中得到成功应用，产生了良好的效益。快速原型（RP）传统的快速经济模具相结合，快速制造大型汽车覆盖件模具，解决了原来低熔点合金模具靠样件浇铸模具，模具精度低、制件精度低和制造难等问题，实现了以三维 CAD 模型作为制模依据的快速模具制造。它标志着 RPM 应用于汽车身大型覆盖件试制模具已取得了成功。 围绕着汽车车身试制、大型覆盖件模具的快速制造，近年来也涌现出一些新的快速成型方法。例如，目前已开始在生产中应用的无模多点成型及激光冲击和电磁成型等技术。它们都表现出了降低成本、提高效率等优点。1.3本课题研究的主要内容1.摩托车 7702 转向锁支架冲裁工艺方案；2.模具总体方案设计；3.模具各零件尺寸计算；4.模具总装配图与三维图绘制。1.4本章小结本章从国内外当今模具的发展状况这个角度介绍了课题的研究意义，在此基础上提出课题设计的任务。第 2 章摩托车 7702 转向锁支架加工工艺综合分析2.1摩托车 7702 转向锁支架加工工艺要求摩托车转向锁支架零件图如图 2-1 所示，材料为 Q235，材料厚度 3mm，已知年产量t8000 件，为大批量生产。要求表面无划痕、孔不允许严重变形、冲口无毛刺、弯曲无裂纹。设计其冲压模，确定冲压工艺方案。 （Q235 材质的屈服强度是 235MPa，抗拉强度约是 375-460MPa，具有良好的塑性，其冲裁、成形加工性较好。 ）图 2-1摩托车 7702 转向锁支架零件图2.2零件图分析该件为带孔的两直角对称弯曲件，尺寸精度要求不高，由冲裁和弯曲即可成形。冲压难点在于两角弯曲回弹会较大，使得制件会有一点变形，通过模具措施可予以控制。2.3冲压工艺性审查在分析冲压工艺性的基础上，其审查内容见下表所示：表 2-1冲压工艺性审查表工艺性项目 冲压件工艺性状 工艺性允许值 工艺性评价冲裁工艺性落料1.形状冲孔圆孔 7, 18.22.落料圆角 R2 0.5t=1.5对 2 7 1.5t=4.53.孔边距最小孔边距 9.3 t=3大于工艺允许最小值，可以加工2 7 孔距 50 0.3 是IT9中心孔 是 IT100.1584. 精度IT14弯曲工艺性1.形状 U 形件，两角弯曲，对称2.弯曲半径 R33.直边高度 弯曲内角 12.3 2t=64.孔边距 距 7 孔边 9.32t=65.精度 IT14由以上分析可知，该零件的工艺性较好，可以冲压加工。2.4冲压件经济性和先进性分析冲压是该件最好的加工方法。由于批量较大，为提高生产率，宜采用复杂一点的组合工序。2.5工艺方案的确定方案一：首先整体落料，再冲孔，最后进行弯曲；方案二：落料弯曲复合，最后进行冲孔；方案三：落料冲孔复合，最后进行弯曲。上述三方案的综合比较见下表：表 2-2冲压工艺方案比较表项目 方案一 方案二 方案三模具数量 三套 二套 二套制件质量 有回弹，可控制 有回弹，不易控制形状尺寸精度较好，有回弹，可控制生产率 较低 较高 较高模具寿命 结构简单，较好根据上表比较，选定方案三。由于冲压件弯曲尺寸精度均为 IT14，方案三回弹可控制，对其影响不大。同时，采用落料冲孔复合，这样在提高生产率的同时也很好地保证冲孔与外形尺寸精度。2.6本章小结本章分析了摩托车转向锁支架整体加工工艺性，对其工艺性进行审查，并对冲压件进行了经济性与先进性分析，最后确定工艺方案。第 3 章落料冲孔复合模的设计3.1冲压件的工艺分析该冲孔落料件结构较为简单，由直线与圆弧组成。由零件图可知，该件的经济精度为IT14，符合冲裁精度要求，精度要求能够在冲裁加工中得到保证，一次冲压成形。其尺寸要求、生产批量等情况，也均符合冲裁的工艺要求。3.2排样结合大长江实际生产情况，决定采用直排的排样方案,如下图 3-1 所示：图 3-1排 样 图由文献3，表 3-13可知：搭边值 a1=2.5mm，a=3mm。冲压件面积由 AutoCAD 软件计算得为 3705.47mm2,条料宽度 b=90.71+23=96.7mm，进距 h=69.7mm，所以一个进距的材料利用率为： 3705.4693705.4691%154.9%*Xbh（3-1）（注：由于是根据大长江集团实际设计的，多出来的废料可以用来冲压其它的零部件，这样可以让材料利用率达到更高，所以没有采取其它的排样方案。 ）3.3计算冲压力3.3.1落料力P1=Lt =(286.48+57.18) 3 400=412.4 KN （3-b2）3.3.2冲孔力 P2Lt =(2 21.99) 3 400=52.8 KN （3-b3）3.3.3落料时的卸料力Pr=KrP1 （3-4）由文献3，表 3-11：取 Kr0.04,故Pr0.04412.416.5 KN （3-5）3.3.4冲孔时的推件力取 h=9mm，则 n=9/3=3。由文献3，表 3-11，取 Kp0.045，故PtnK p =30.04552.8=7.13 KN （3-26）冲压力P 0P 1P 2P rP t488.83 KN （3-7）初步选择 630 KN 冲床。3.4确定模具压力中心图 3-2 冲裁力分析图以中间圆圆心为原点，建立如上图 32 所示坐标系 XOY。由于零件图较为复杂，用计算法难以确定模具压力中心，模具压力中心通过 AutoCAD 计算出来，通过软件计算得模具压力中心坐标为 =0.56， =0.06，计算得的模具压力中心与冲压件中心圆圆心十分相近。0x0y在不影响冲裁精度与安全生产的前提下，本设计直接用冲压件中心圆圆心来当做模具压力中心，方便设计。3.5计算凸、凹模刃口尺寸3.5.1冲孔凸、凹模刃口计算对冲孔采用凸、凹模分开的加工方法，其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下：冲 18.2mm 孔，由文献3，表 3-5可知：Z min=0.46,Zmax =0.64, Z maxZ min=0.640.460.18mm （3-8）由文献3，表 3-7得凸凹模制造公差： =0.02mm, =0.025mmpd校核： Zmax-Zmin0.18mm （3-9）+ =0.045mm （3-pd10）满足 Zmax-Zmin + 的条件。pd由文献3，表 3-8得因数 x=0.75，则d p=(18.25+0.750.1) （3-00.2.218311）dd=(18.325+0.46) （3-12）0.250.257冲 7 孔，由文献3，表 3-5得，Z min=0.46，Z max =0.64, 则ZmaxZ min=0.640.460.18mm （3-13）由文献3，表 3-7得凸凹模制造公差： =0.02mm， =0.020mmpd校核： ZmaxZ min0.18mm （3-14）+ =0.04mm （3-pd15）满足 ZmaxZ min + 的条件。pd由文献3，表 3-8得因数 x=0.5，则 =(6.7+0.50.6) （3-pd02.716）=(7+0.46) （3-p 02.02.4617）3.5.2落料凸、凹模刃口计算对外轮廓的落料，由于形状较复杂，故采用配合的加工方法。其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下：当以凹模为基准件时，凹模磨损后，刃口尺寸有的增大，有的减小。增大尺寸有： ，R ，R ，它在冲孔凸模上相当于落料凹模尺寸，故0.8340.6103.152按一般落料凹尺寸公式计算。由文献3，表 3-8得因数 x 为：对 、 ， 0.50 时，x=0.5；对0.840.89R 、R ， 0.24 时，x=0.5，所以有0.61303.5233.4d=(33.4-0.50.8) =33 （3-0.8/40.218）39.8d=39.8-0.50.8) =39.4 （3-0.8/40.219）R13.1d=(13.1-0.50.6) =12.8 （3-0.6/40.1520）R2.15d=(2.15-0.50.3) =2 （3-0.3/4.07521）减小尺寸有：R4.8 、R9.7 、R12.5 、R21.2 ，按冲孔凸模尺寸公式计算。0.40.60.0.6由文献3，表 3-8得因数 x 为： 0.24 时，x=0.5，所以有R4.8 d=(4.8+0.50.4) 5 （3-04/.01.22）R9.7d=(9.7+0.50.6) =10 （3-04/6.015.23）R12.5d=(12.5+0.50.6) =12.8 （3-04/6.015.24）R21.2 d=(21.2+0.50.6) =21.5 （3-04/6.015.25）由文献3，表 3-5得 Zmin0.460mm,凸模尺寸按凹模实际尺寸配做，保证双边间隙为0.460mm，具体零件尺寸看零件图。3.6凸模、凹模、凸凹模的结构设计三个冲孔的圆形凸模，由于模具需要在凸模外面装推件块，因此设计成直柱的形块。尺寸标注如下图 3-3 所示。大凸模小凸模图 3-3凸模零件图凹模的刃口形式，考虑到生产批量较大，所以采用刃口强度较高的凹模，如图 3-4 所示的刃口形式。凹模的外形尺寸，由文献3，式 4-7，式 4-8计算：Hkb=0.35 90.71=31.7mm,取 H32mm,C=1.5H=48mm,尺寸标注如下图所示：图 3-4凹模零件图本模具为复合冲裁模，因此除冲孔凸模和落料凹模外，还会有一个凸凹模。凸凹模是本复合模中的关键零件，由于它担负着内、外形尺寸的限制，刃口高度 h 值更不宜过大，否则会因积料较多而增大对内壁的胀力和摩擦力。凸凹模的结构简图如下图 3-5 所示。校核凸凹模的强度：由文献3，式 4-7得凸凹模的最小壁厚 m=1.5t=4.5mm,而实际最小壁厚为 9.3 mm,故符合强度要求。刃口高度 h 取为 9，为冲压零件厚度的三倍，高度适中。凸凹模的外刃口尺寸按凹模尺寸配制并保证双面间隙为 0.460mm。凸凹模两小孔中心与边缘距离尺寸 12.8mm的公差，应比零件图所标精度高 34 级，即定为 12.8 。05.同理中心大孔与上下边缘距离尺寸定为 45.35 ,左右边缘距离尺寸定为08.36.36 。08.图 3-5凸凹模零件图3.7模具总体设计及主要零部件设计3.7.1模具总休装配设计该复合冲裁模将凹模及小凸模装在上模上，为典型的倒装结构。两个导料销控制条料送进的导向，固定挡料销控制送料的进距。卸料采用弹性卸料装置，弹性卸料装置由卸料板、卸料螺钉和弹性橡胶组成。冲制的工件由推杆、推板、推销和推件块组成的刚性推件装置推出。冲孔的废料可通过凸凹模的内孔从冲床台面孔漏下。滑块带动上模回升时，卸料装置将箍在凸凹模上的条料卸下，推件装置将卡在落料凹模与冲孔凸模之间的冲件推落在下模上面，而卡在凸凹模内的冲孔废料是在一次次冲裁过程中由冲孔凸模逐次向下推出的。将推落在下模上面的冲孔件取走后又可进行下一次冲压循环。1-内六角圆柱头镙钉；2-卸料镙钉；3-导柱；4-橡皮；5-定位销；6-导套；7-打料销；8-打料板；9-内六角圆柱头镙钉；10-打料杆；11-模柄；12-内六角圆柱头镙钉；13-销钉；14-上模座；15-上垫板；16-大凸模；17-凸模固定板；18-小凹模；19-推件器；20-凹模；21-卸料板；22-凸凹模；23-凸凹模固定板；24-下垫板；25-销钉；26-下模座图 3-6复合模装配图为了较直观反映复合模具三维设计，本设计绘制了模具 PRO/E 三维图，并作出爆炸图。下图 3-7，图 3-8 为本模具 PRO/E 三维图截图：图 3-7复合模 PRO/E 三维图（1）图 3-8复合模 PRO/E 三维图（2）下图 3-9，图 3-10 为本模具 PRO/E 三维图爆炸图截图：图 3-9 复合模 PRO/E 三维爆炸图（1）图 3-10 复合模 PRO/E 三维爆炸图（2）3.7.2卸料橡皮垫的设计计算1.确定橡皮垫的自由高度 H冲模工作行程：t+1+1=3+1+1=5mm （3-w26）根据橡皮垫工作行程的取值范围，橡皮垫的自由高度为H （0.250.30） （mm） （3-w27）取 0.25,计得 H20mm。2.确定橡皮垫的安装高度 fixH0.9018mm （3-fixH28）3.确定橡皮垫的平面尺寸：根据本冲裁模的结构，橡皮垫设计成圆形由前面计算得落料力 Pr16.5 kn，根据模具结构初定四块橡皮垫，每块橡皮垫分担的压力为：P r4 1650044125 N,卸料镙钉选用 M12,所以 d=15mm,由文献2，表 3.1-42计算得D qFd27.1 5.241748mm （3-29）3.7.3模柄设计模柄的作用是固定上模座于压力机滑块上时使模具的压力中心与压力机的压力中心保证一致。模柄的长度不得大于压力机滑块里模柄孔的深度，模柄直径应与模柄孔一致。本模具选用凸缘模柄，由镙钉将模柄与上模座连在一起。根据所选择的冲床为 J23-63，由文献2，表 1.4-22得，模柄孔尺寸为 50 70，由文献2，表 5.2-26得：选用模柄 50mm，d23mm， 91mm。1L则模柄A50 91 JB/T 7646.6-1994，材料为 45，技术条件按 JB/T 7653-1994 的规定。3.7.4模架设计本弯曲模选用中等精度，中、小尺寸冲压件的后侧导柱模架、两导柱和导套分别装在上、下模座后侧，凹模面积是导套前的有效区域。送料及操作方便，纵向，横向送料。主要适用于一般精度要求的冲模，不宜用于大型模具，因有弯曲力矩，上模座在导柱上运动不平稳。再根据凹模设计的结果，由文献2，表 5.1-3得，选用模架 300 300 190230 I GB/T 2851.3，技术条件按 JB/T8050-1990 的规定。所以：上模座：LBH=300mm300mm50mm下模座：LBH=300mm300mm50mm导 柱：dL=32mm200mm导 套：dLD=32mm110mm43mm3.7.5垫板设计垫板的作用是直接承受和扩散凸模传来的冲压力，以减小上模板所承受的单位压力，保护凸模顶端面的上模板面不被凸模顶端压陷。垫板用 45 钢制造，淬火硬度为 HRC4348，上下面须磨平，保证平行。本模具上、下垫板厚度均取：10mm，长、宽尺寸取与凹模长、宽一样。3.7.6凸模、凸凹模固定板设计凸模要借助于凸模固定板才能安装在上模板上。凸模固定板厚度可取为凹模厚度的0.60.8 倍，长宽尺寸比凹模的对应尺寸略小或相同，以减小冲模形成的危险区的面积。凸模装入凸模固定板的部位与固定板呈过渡配合，即 H7m6。凸模装入固定板后，其顶面要与固定板顶面一起磨平。由于凹模的厚度已定为 32mm，所以凸模固定板根据标准定为 20mm。外形尺寸同凹模大