毕业设计（论文）-马自达6辅助刹车真空助力器壳体冲压模具设计

2017 届毕业（设计）论文报告 题目：题目： 马自达马自达 6 辅助刹车真空助力器壳体辅助刹车真空助力器壳体 冲压模具设计冲压模具设计 系系 部：部： 机械动力工程系 . 专专 业：业： 模具设计与制造 . 班班 级：级： . 学学 号：号： . 姓姓 名：名： . 指导教师：指导教师： . . 2017 年年 6 月月 中文提要 马自达 6 辅助刹车真空助力器壳体冲压模具设计 马自达马自达6 6辅助刹车真空助力器壳体冲压模具设计辅助刹车真空助力器壳体冲压模具设计 中文提要中文提要 本论文主要是对马自达 6 真空助力器的前壳体进行多工位模具设计。论文首先 是按照多工位冲压模具的设计流程，进行结构分析。然后为验证冲压模具设计的合 理性，应用 CATIA 软件进行了实体建模和装配，并且模拟了机械手和模具在实际状 况下的生产情况。具体研究内容如下： （1）冲压工艺分析和模具总体设计。通过分析真空助力器前壳体的结构、冲压 产品的要求、批量及成品，确定冲压工艺方案。对真空助力器前壳体的凹模和凸模 进行了相应设计，设计完成了冲压模具的总体结构。 （2）前壳体多工位模具的 CATIA 仿真设计及分析。运用 CATIA 进行了前壳体多 工位模具的仿真设计；进行了前壳体模具与机械手干涉状况检查分析。 （3）最后叙述了模具装配的精度要求和模具验收技术要求，进行了马自达 6 真 空助力器前壳体的多工位生产。 关键词：关键词：多工位；冲压模具；CATIA；真空助力器 Press Tool Design of Mazda 6 Auxiliary Brake Vacuum Booster Shell i Press Tool Design of Mazda 6 Auxiliary Brake Vacuum Booster Shell Abstract Mainly against the front shell of Mazda 6 vacuum booster multi-station die design, according to the multi station stamping die design process, the structure is analyzed in this paper. In order to verify the reasonableness of the design, the CATIA software is applied to the solid modeling and assembly, and simulation of the manipulator and mold production in actual conditions. Specific research contents are as follows: (1) Stamping process analysis and die design. By analyzing the structure of the front shell of the vacuum booster, the requirements of stamping products, batch and finished products, the stamping process plan is determined. The die and punch of the front shell of the vacuum booster are designed correspondingly, and the overall structure of the stamping die is designed. (2) CATIA simulation design and analysis of multi position die for front shell. The simulation design of multi-position die of the front shell is completed by means of CATIA, and the interference analysis of mould and manipulator of the front shell is implemented. (3) Finally, the paper describes the technical requirements of acceptable requirements of precision mold assembly and mold, the multi-stage vacuum booster shell before the production of Mazda 6. keywords: multi-station; stamping mold; CATIA; vacuum booster 马自达 6 辅助刹车真空助力器壳体冲压模具设计 i 目目 录录 第一章 引言.1 1.1 真空助力器概述.1 1.2 多工位级进模具.1 1.3 模具技术发展现状.2 1.4 本课题研究背景和主要内容.2 第二章 冲压件分析及工艺计算.4 2.1 冲压件产品的结构.4 2.2 冲压件产品的要求.4 2.3 冲压件产品的批量及成品.5 2.4 冲压件的工艺性分析.5 2.5 工艺方案的确定.7 2.6 工艺尺寸及压力计算.7 2.7 压力中心的确定.13 第三章 模具总体设计.14 3.1 工法排样图.14 3.2 机械手的选用.14 3.3 模具的结构设计.15 3.4 模具总体结构设计.17 第四章 前壳体多工位模具的 CATIA 仿真.19 4.1 CATIA 软件介绍.19 4.2 前壳体模具的 CATIA 仿真设计 .19 第五章 前壳体模具与机械手干涉状况的 CATIA 模拟.22 5.1 冲床角度与机械手运动关系分析.22 5.2 压力机运动过程仿真.23 5.3 机械手运动曲线制作与压力机运动曲线合成.25 5.4 前壳体模具与机械手干涉状况检查.26 第六章 模具试模与生产.29 6.1 试模鉴定.29 6.2 模具实物及冲压成品.30 第七章 结论.32 参考文献.33 致 谢.34 马自达 6 辅助刹车真空助力器壳体冲压模具设计 ii 附 录.35 附录 1：发表的论文 .35 马自达 6 辅助刹车真空助力器壳体冲压模具设计 1 第一章第一章 引言引言 1.1 真空助力器真空助力器概述概述 真空助力器是汽车制动助力的结构部件，其功能是在真空状态下辅助汽车制动 刹车。按照介质种类可分为 3 种：真空、液压和气压。由于其制动方式是直接作用， 故制动性能好，便于操作，在目前的轿车上被普遍使用。 真空助力器内部有很大的空间，这个空间也可以称为腔体。带有推杆的活塞， 将之分隔成了两个作用不同的空间，其中一个与外界相连，而另外的一个则通过导 管与发动机入气导管相连。这是借鉴了发动机吸气的工作原理，从而能够使得助力 器的一侧空间形成真空，另一侧的空间处在正常气压力下，这样它们之间就形成了 压力差，助力器就是利用这个压力差来实现辅助制动。由于膜片的面积大，只要在 膜片的两边存在哪怕是微小的压力差，就可以产生强大的推力来推动膜片向压力小 的方向移动。 真空助力系统需联接发动机的入气导管，使得助力器处于真空状态，膜片在移 动的同时通过联动装置作用于驾驶员的制动控制踏板，达到辅助制动的性能。所以， 当发动机处于关闭状态时，腔体内产生不了真空，那么就不存在辅助助力了，所需 要的制动力会相应加大。如果模片坏掉或者有漏气现象，真空助力器也将失去辅助 制动的作用，驾驶员作用于制动踏板的力也就需要更大1。 1.2 多工位级进模具多工位级进模具 多工位级进模具是指在一副模具中，沿被冲原材料的直线送进方向具有两个或 两个以上等距离工位，并在压力机的一次行程中，在不同工位上完成两个或两个以 上冲压工序的冲压方法。在一副多工位模具中，可以连续完成冲裁、弯曲、拉深和 成型等工序。一般来说，无论冲压零件的形状怎样复杂，冲压工序怎样多，均可用 一副多工位模具冲制完成。 多工位级进模是一种高精度、高效率、长寿命的先进模具，是技术密集型模具， 是冲压模具发展方向之一。多工位具有生产效率高，模具寿命长，冲压件精度高以 及自动化程度高等优势2-5。 马自达 6 辅助刹车真空助力器壳体冲压模具设计 2 1.3 模具技术发展现状模具技术发展现状 模具工业已成为国民经济发展的重要基础产业。国民经济支柱产业机械、电子、 汽车、石化和建筑都要求模具产业加快发展，在汽车、电子、电器和通讯产品中 60%- 80%的零部件都依靠模具成形。石化工业中生产的聚乙烯、聚丙烯等合成树脂都是 塑料模具成型的原料，制成后的产品可用于生产和生活消费6-10。 可以预测，随着工业的持续发展，国民经济中模具工业的地位将会越来越高， 并发挥越来越重要的作用。“十二五”期间我国的模具产业仍会在塑料、汽车、电 子、信息、轨道交通、航空航天、新能源、医疗器械和建材等方面取得较大的发展。 虽然我国在模具工业方面已经取得了显著的发展，但与发达国家相比，还是存 在一定的差距。我国未来模具技术发展趋势和方向可以概括为以下几点： （1）模具 CAD/CAE/CAM 集成化； （2）逆向工程技术； （3）高速铣削（HSM)； （4）快速原型制造（RPM)技术； （5）模具材料及表面处理技术的研究； （6）模具研磨抛光自动化、智能化； （7）模具标准化。 1.4 本课题研究背景和主要内容本课题研究背景和主要内容 2014 年学院成立了数个“专家（教授）工作室”，其目的是促进专业建设， 推动校企合作和提高学生培养质量等。本人在 2015 年有幸加入到章老师负责的 “汽车轻量化技术研究室”中，该工作室主要研究内容是与苏州金鸿顺汽车部件 股份有限公司合作，共同进行平台建设、产品研发和项目申报等工作。在跟着老 师进行项目研究的同时，对冲压模具和金鸿顺这个企业也有了一定的了解，同时 产生了极大的兴趣。在此基础上，于 2016 年参加了全国机械职业教育教学指导 委员会举办的“冲压模具数字化设计与制造技术”赛项，并在赛前得到了金鸿顺 许多技术人员的指导和帮助，最终在比赛中获得了一等奖第一名的好成绩。 马自达 6 辅助刹车真空助力器壳体冲压模具设计 3 在进入顶岗实习阶段，本人也顺利进入了苏州金鸿顺汽车部件股份有限公司 进行实习。该公司是一家中外合资股份制企业，主要从事汽车零部件的冲压、焊 接、ED、涂装加工；同时，公司还从事高强度零件的工装设计、制造和加工，主 要应用于汽车零部件。目前主要的客户有大众、上汽汽车、上汽通用、广汽菲亚 特、东风裕隆汽车、英国 CVG、德国 BENTELER、加拿大 COSMA 和法国 Feurecia 等。公司现分别在长沙、海宁、沈阳、重庆、福州设立了生产基地。 本次毕业论文选择的题目是一套马自达 6 车型使用的刹车真空助力器前壳体 冲压模具。刹车真空助力器主要用于汽车的制动及行车助力。该套模具的设计包 含下料、拉伸、冲孔、成型、整形、翻边、包边、翻孔和剪边等相关工序。刹车 真空助力器的壳体组件及中壳体如图 1-1、1-2 所示。 图图 1-1 前前/后壳体组件后壳体组件 图图 1-2 中壳体中壳体 本文研究的主要内容如下： 首先针对马自达 6 车型使用的刹车真空助力器前壳体进行冲压工艺分析和相 关计算；其次进行了模具的总体设计，包括工法排样图、机械手的选用、模具上 下模的结构设计和模具总成设计；然后对前壳体多工位模具进行了 CATIA 仿真； 最后模拟仿真了前壳体模具与机械手干涉状况。 马自达 6 辅助刹车真空助力器壳体冲压模具设计 4 第二章第二章 冲压件分析及工艺计算冲压件分析及工艺计算 2.1 冲压件产品的结构冲压件产品的结构 本次模具设计的产品为马自达 6 汽车真空助力器的前壳体，其产品的基本形状 及尺寸如图 2-1 所示。具体尺寸由需求方提供的 CATIA 模型（如图 2-2）确定。 图图 2-1 前壳体零件图前壳体零件图 图图 2-2 前壳体零件三维造型图前壳体零件三维造型图 2.2 冲压件产品的要求冲压件产品的要求 1、工艺及尺寸要求 马自达 6 辅助刹车真空助力器壳体冲压模具设计 5 以基准 A 为基准，零件向上的总高度为 57.5+0.5 0mm，向下的台阶高度为 50.3mm，向上第一个台阶高度为 80.3mm，台阶处 R 角为 0.50.3mm，还有主要 尺寸要求为顶部大孔直径尺寸为 44.03+0.16 0mm，以及圆孔尺寸分别为 42.03+0.5 0mm，237.4+0.2 0mm，242.70 -0.2mm，同时还要保证以 B（顶部大孔圆心）为基准 的同轴度，公差为 0.3，顶部平面与基准 A 的平行度 0.3，顶部平面度 0.3。冲压材 料为 DC04。 2、产品外观要求 表面无暗伤、凹纹，无缺料、拉痕，无磕、碰划伤，无开裂、缺料毛刺 0.3mm。 2.3 冲压件产品的批量及成品冲压件产品的批量及成品 由于本产品市场的需求量较大，年产量为 50 万 PCS，但由于该零件用于汽车的 真空助力器部分，为安全结构件，故属于中等价值的大批量生产产品。尽管市场对 该产品的需求量大，但由于同类厂商很多，竞争激烈和某些不确定的因素存在，所 以降低冲压件的生产成本是生产此类产品的主要目标。 冲压件的成本主要有：材料、加工、人工、包装 、运费、模具分摊费用、税费 和管理费用等等。 从冲压件的加工费用而言，减少产品的冲压时间和提高单位时间内冲压件的产 出量，是降低加工费用最有效的途径。 2.4 冲压件的工艺性分析冲压件的工艺性分析 此工件主体属于有凸缘圆梯级筒形零件，顶部带有一个凸包，3 个孔，边缘有 一条加强筋，零件尺寸标注在内侧，零件尺寸厚度不变。此零件的形状满足拉深工 艺要求，可用拉深工序加工。 由图 2-1 知，该零件的圆角半径分别为 6.1mm、5mm，3mm、2.1mm 及 0.6mm，由于 2.1mm 及 0.6mm 的圆角位置处于边缘加强筋的位置，属于凸缘部分， 故不影响拉深工序加工。最小的圆角半径为 3mm 大于等于 2t(t=1.5mm)，满足拉深 工序对圆角的要求。 DC04 钢拉深性能良好，此零件的拉深次数可由下列工序计算来确定。 马自达 6 辅助刹车真空助力器壳体冲压模具设计 6 （1） 计算毛坯尺寸 由图 2-1 可得，d凸=246.9mm，d=237.4mm，由凸缘的相对直径 d凸 /d=246.9/237.4 =1.04 （根据参考文献3中表 4.2）得修边余量R=3.5mm。 根据产品在 CATIA 中三维造型的结果，通过 CATIA 软件展开零件后，得到料 片直径为 323mm。 故零件毛坯的直径：D=323+23.5mm(修边余量) 330mm。 （2） 判断能否一次性拉成 根据参考文献3第一次拉深的凹模圆角半径：R凹=0.8SQRT(D-d1)t) 将 D=246.9mm,d1=237.4mm,t=0.8mm 代入上式，得凹模圆角半径 R凹 =0.8SQRT(246.9-237.4)0.8)=2.2mm，由于底侧圆角部分圆筒的不是与底部凸缘垂 直，且阶梯部分圆角半径为 0.5mm，故凹模圆角半径可调整为 3mm。 根据参考文献3，第一次零件的拉深高度 H=0.25/dn（D2-d2）+0.43（r1+r2） mm。 式中： H：第一次能够拉深的高度； dn：最小阶梯筒部的直径(mm)； D：凸缘直径； D：第一次拉深的圆筒直径； r1、r2：零件圆角半径。 将 dn=110mm，D=246.9mm，d=120mm，r1=4mm，r2=0.5mm，代入得第一次允 许拉深的高度为 H=0.25/120（246.92-1202）+0.43（0.5+4）=98.93mm。 根据参考文献3判断阶梯形件能否一次拉成，主要根据零件的总高度与其最小 阶梯筒部的直径 dn之比，是否小于相应的筒径为 dn的直壁圆筒形件第一次拉深所允 许的相对高度，即：（h1+h2+h3+hn）/dnh/dn。 式中： h1,h2,h3,hn：各个阶梯的高度（mm）； dn：最小阶梯筒部的直径(mm)； h：直径为 dn的圆筒形件第一次拉深时可能得到的最大高度（mm）； h/dn：第一次允许拉深的相对高度。 由图 2-1 可得各个阶梯的总高度为 62.5mm，而第一次允许拉深的总高度为 马自达 6 辅助刹车真空助力器壳体冲压模具设计 7 111.8mm，故该零件能一次拉成。但是由于阶梯处圆角半径为 0.5mm，小于材料厚 度 0.8mm，所以材料会变薄，如果一次拉出阶梯或导致拉裂的后果，所以第一次拉 深至最上方的台阶处，然后下方的台阶每个台阶拉深一次。 （3） 确定是否用压边圈 因为 T/D100=0.480.8，m1=0.54，根据参考文献3表 4.7，查得需要采用压料 装置。 2.5 工艺方案的确定工艺方案的确定 第一步是落料，第二步是进行拉深。由于零件顶部凸缘的存在，且凸缘有角度 要求，所以为了便于定位，需要在零件上加工定位孔以便于后续零件的定位加工， 为了达到零件各项要求，初步选择工艺孔位置在中间大孔处，由于中间大孔翻孔后 直径 42.03mm 根据 CATIA 展开后得翻孔前所要加工尺寸为 29.4mm，由于第二次拉 深会影响孔的尺寸，根据资料查的标准冲头尺寸为 18mm，所以得所加工工艺孔直 径为 18mm。且在冲压直径为 18mm 的工艺孔前可先将顶部阶梯孔第一个台阶同步 拉深（即拉深冲孔同步进行）。第二步是进行第二级台阶的拉深。第三步是冲中间 大孔及对边缘进行剪边。由于最后一级侧边有刃口，如果全部拉深完毕的话进行侧 切难度较大，故选择先切边。考虑到每个花边刃口夹角为 60 度过于紧凑，所以 6 个 花边分两次完成加工。第四步是进行切边以及翻中间大孔。第五步是压制中间孔位 的加强筋，冲压顶部边缘孔的基孔。因拉深过后会有余料返回凸缘，为了去掉筒壁 上的波纹，需加一次整形工序。由于顶部压制加强筋可能会导致材料偏移，所以将 整形与顶部压筋放在同一工序中。第六步是翻孔。顶部两侧的小孔在反向压平前， 需要向进行翻边处理。第七步是压孔。由于落料片由专机进行落料，故本次设计无 需重新设计制作新的落料模。由于机械手限制，故侧边一凸包不能放在多工位上加 工，所以本次多工位模具包含此凸包的成型。 2.6 工艺尺寸及压力计算工艺尺寸及压力计算 2.6.1 预拉深、冲孔工艺尺寸及压力计算 （1）计算压边力、拉深力 因为本零件是轴对称零件，所以不用计算压力中心。 马自达 6 辅助刹车真空助力器壳体冲压模具设计 8 1) 计算大圆拉深力及拉深模具间隙 考虑到零件外形除了拉深完成的圆筒外还有凸包的存在，故两者需要分开计算。 根据参考文献3公式 4.15，得拉深力计算公式为：F=dnbk1(N)。 式中： F：拉深力； b：材料的抗拉强度（MPa）； t：材料厚度（mm）； dn：拉深后工序件中径； k1：修正系数。 根据参考文献3表 4.6 得 K1为 1.00，由上文得 b=285MPa，dn=217.5mm。 故拉深力为：F1=237.42850.8=169959.4N=169.96KN。根据参考文献3表 4.13 查得单边拉深模具间隙 Z/2=0.8mm，故 Z=1.6mm。 2）计算中间小圆拉深力及拉深模具间隙 根据参考文献3表 4.6 得 K1为 1.00，由上文得 b=285MPa，dn=44.03mm。故 拉深力为：F1=44.032850.8=10KN。根据参考文献3表 4.13 查得单边拉深模具 间隙 Z/2=0.8mm，故 Z=1.6mm。 3）计算压边力 根据参考文献34.15,计算拉深的压边力经验公式为：F=0.25F1 故压边力为：F=0.25179.96KN =44.99KN。为保证加工尺寸，拉深高度取上公 差得大圆拉深高度为 50.5mm，底部圆角半径 3mm，小圆高度为 7.5mm。 4）冲裁力、推件力、卸料力计算 根据参考文献32.18 冲裁力计算公式 F孔= Ltb。将 L=3.1418=56.52mm，t=0.8mm，b=285MPa 代入上式得 F孔 =56.520.8285 =12.89KN。根据参考文献32.20 得卸料力计算公式 F卸=K卸F，推件力 F推=n K推 F。 式中： F：冲裁力； K卸、K推：卸料力、推件力系数； N：同时卡在凹模内的冲裁件（或废料）数。 马自达 6 辅助刹车真空助力器壳体冲压模具设计 9 查表 2.7 得 K卸=0.025，K推=0.05；将 F孔=12.89N 及上述值代入上式得 F卸 =0.32KN；F推=0.64KN。由于是标准冲头，所以不必进行工艺尺寸计算。 5）拉深、冲孔总压力计算 根据上面的数据可求得该工序总的冲压力： F总 1=F拉 1+F拉 2+F孔+F卸+F推+F压边 =169.96+10+44.99+12.89+0.32+0.64=238.8KN 2.6.2 拉深工艺尺寸及压力计算 1）根据参考文献3表 4.6 得 K1为 1.00，由上文得 b=285MPa，dn=242.7mm。 故拉深力为：F1=242.72850.8=169959.4N=173.75KN。 根据参考文献3表 4.13，查得单边拉深模具间隙 Z/2=0.8mm，故 Z=1.6mm。 2）计算压边力 根据参考文献34.15,计算拉深的压边力经验公式为：F=0.25F1 故压边力为：F=0.25173.75KN =43.43KN； F总 2=F拉+ F压边=173.75+43.43=217.18KN。 2.6.3 冲孔、剪边工艺尺寸及压力计算 1）冲孔工艺尺寸计算 由于台阶精度为+0.5mm，所以翻孔之前孔尺寸为 29.50 -0.5mm。 查表 2.6 得 X=0.5；查表 2.5 得 凸=0.01， 凹=0.02；查表 2.4 得 Zmin=0.040mm。 将上述数据代入公式得 d凸=（29.5-0.50.5）0 -0.02=29.250 -0.02mm； d凹=（29.25+ 0.040）+0.02 0=29.29+0.02 0mm。 2）冲裁力、推件力、卸料力计算 根据参考文献32.18，冲裁力计算公式 F孔 = Ltb；将 L=3.1429.5=92.63mm，t=0.8mm，b=285MPa 代入上式得：F孔 =92.630.8285 =21.12KN。 查表 2.7 得 K卸=0.025，K推=0.05；将 F孔=12.89N 及上述值代入上式得 F卸 =0.53KN, F推=1.0KN。 3）剪边工艺尺寸计算 马自达 6 辅助刹车真空助力器壳体冲压模具设计 10 图图 2-3 剪边区域图剪边区域图 由图 2-3 可知，凹模磨损后变小的尺寸为 R0.5+0.2 0、4+0.5 0、305，凹模磨 损后尺寸变大的为 100.2，R3+0.5 0。 由参考文献3表 2.6，查得凹模磨损后变小得刃口尺寸计算公式为： B凹=（Bmin+x）0 凹 查表 2.6，得 X1=X2=0.5，X3=0.75； 则 B凹 1=（0.5+0.50.2）0 0.2/4=0.60 0.05mm； B凹 2=(4+0.50.5) 0 0.5/4=4.25 0 0.125mm； B凹 3=（25+0.55）0 5/4=27.50 1.25mm。 由参考文献3表 2.6，查得凹模磨损后变小得刃口尺寸计算公式为： A凹=（AMAX-x）+0 则 A凹 1=（10.2-0.50.4）+0.4/4 0=10+0.1 0mm； 则 A凹 1=(3.5-0.50.5) +0.5/4 0=3.25 +0.125 0mm。 4）剪边冲裁力、推件力、卸料力计算 由 CATIA 测得剪边部位总长为将 L=895.266mm，t=0.8mm，b=285MPa 代入上 式，得： F剪边 =895.266/20.8285 =102KN； 查表 2.7 得 K卸=0.025，K推=0.05；将 F孔=12.89N 及上述值代入上式得 F卸 =2.55KN, F推=5.1KN；F总 3= 5.1+2.55+102+1+0.53+2.12=113.3KN。 2.6.4 剪边、翻孔工艺尺寸及压力计算 马自达 6 辅助刹车真空助力器壳体冲压模具设计 11 1）翻孔工艺尺寸 由 CATIA 分析得，翻孔后直壁变薄率为 15%，所以凸模尺寸分别为 42.25+0.02mm，及 44.2+0.02mm，凹模尺寸为 43.85+0.02mm 及 45.8+0.02mm。 2）翻孔压力计算 由参考文献3得翻孔力计算公式为： F=1.1（D-d）ts=1.13.14(42.83-29.5) 0.8210=2.46KN。 剪边压力同上道工序： F总 4=102+5.1+2.55+2.46 =112.11KN。 2.6.5 翻边、整形、冲孔工艺尺寸及压力计算 1）翻边工艺尺寸 由 CATIA 分析得，翻孔后直壁变薄率为 12%，所以尺寸要求在内侧，所以凹 模尺寸分别为 248 0.02mm 及 244.10.02mm。 2）翻孔压力计算 由 CATIA 测得翻边前外边圆直径为 261.5mm。翻边完成后，竖边中径为 247.7mm。 由参考文献3得翻孔力计算公式为： F=1.1（D-d）ts=1.13.14(261.5-247.7) 0.8210=7.3KN。 3）整形工艺尺寸计算 根据参考文献3，整形模间隙为 0.95t=0.950.8=0.76mm。 根据参考文献3，整形力计算公式为：F整形=AP。 式中： F整形：整形力； P：整形的单位压力（MPa），此处 P 取 5MPa； A：整形件的投影面积（mm2）。 根据图 2-1 得整形件的投影面积为，A=（246.9/2）2=47853mm2。 将上述数据代入公式得，F整形=478535=239.27KN。 4）压筋工艺及压力计算 在模具的作用下，迫使毛坯厚度变薄和表面积增大，以获得零件几何形状的冲 压加工方法叫做胀形，而加强筋的压制可以通过胀形（或起伏成型）方式获得。 马自达 6 辅助刹车真空助力器壳体冲压模具设计 12 一般来说，对于圆形加强筋，其高度小于 3t 即可一次压出，本次所加工材料厚 度为 0.8mm，压制的加强筋高度为 2mm，所以该加强筋能够通过一次压制加工获得。 根据参考文献2采用刚性凸模在平板坯料上压制加强筋时，所需冲压力计算公 式为： F=tbKL 式中： F：冲压力（N）； L：加强筋的周长（mm）； t：材料厚度（mm）； b：材料的抗拉强度（MPa）； K：系数，一般 K 取 0.71.0 (加强筋形状窄而深时取大值，宽而浅时取 小值)。 通过 CATIA 测量得 L=409.77mm，及将 b=285MPa，t=0.8mm，K=0.7 代入上 式得： F压筋=0.82850.7409.77=65.4KN。 5）冲孔工艺尺寸计算 由 CATIA 将所压制的孔展开后得基孔的尺寸为 3.7mm 于翻孔后尺寸精度为- 1mm，所以翻孔之前孔尺寸为 29.5-0.5mm。 查表 2.6 得 X=0.5；查表 2.5 得 凸=0.01，凹=0.02；查表 2.4 得 Zmin=0.040mm。 将上述数据代入公式得： d凸=（29.5-0.50.5）-0.02=29.25-0.02mm； d凹=（29.25+ 0.040）+0.02=29.29+0.02mm。 6）冲孔冲裁力、推件力、卸料力计算 根据参考文献32.18 冲裁力计算公式 F孔 = Ltb。 将 L=3.143.7=11.618mm，t=0.8mm，b=285MPa 代入上式得， F孔 =11.6180.8285 =2.65KN 查表 2.7 得 K卸=0.025，K推=0.05；将 F孔=12.89N 及上述值代入上式得： 马自达 6 辅助刹车真空助力器壳体冲压模具设计 13 F卸=0.07KN； F推=0.14KN； F总 5=7.3+239.27+65.4+2.65+0.07+0.14=314.83KN。 2.6.6 翻孔工艺尺寸及压力计算 1）翻孔工艺尺寸计算 由 CATIA 分析得，翻孔后直壁变薄率为 16%，所以尺寸要求在内侧，所以凸 模尺寸为 8.40.01mm。 （2） 翻孔冲压力计算 由 CATIA 测得翻边前外边圆直径为 8.4mm。翻边完成后，竖边中径为 9.2mm。 由参考文献3，得翻孔力为： F=1.1（D-d）ts=1.13.14(9.2-3.7) 0.8210=3.2KN； F总 6=6.4 KN。 2.6.7 压孔工艺尺寸及压力计算 1）压孔工艺尺寸计算 由 CATIA 分析得，压孔后材料会向内侧偏移，所以尺寸要求在内侧，所以凸模 尺寸为 8.48+0.01mm。由于所压孔边沿直径为 11.5mm，所以压边冲头尺寸为 13mm。 2）压孔力计算 由 CATIA 分析得，压制这两个孔的压力为 5KN。 所以总压力为 F总 0=238.8+43.43+113.3+112.11+65.4+314.83+6.4+5=899.27KN。 2.7 压力中心的确定压力中心的确定 根据参考文献3得公式： 计算可得：X=1765mm,Y=0。 模具的压力作用范围为 3920mm，压力中心与模具中心的误差为（3920- 17652）/3920100%=9.9%。符合模具压力中心与模具中心误差不超过 1/6 的要求。 马自达 6 辅助刹车真空助力器壳体冲压模具设计 14 为了使配合机械手夹料，故在第一工序和第二工序间增加一空工位，使之变为 8 工位。 马自达 6 辅助刹车真空助力器壳体冲压模具设计 15 第三章第三章 模具总体设计模具总体设计 3.1 工法排样图工法排样图 鉴于拉深会有材料偏移的情况，为了保证孔位尺寸的准确性，应先对零件进行 拉深成型，再进行冲孔切边。 此外在多工位模具设计时还应考虑相应的基础数据，如：被冲制零件各部分在 模具中的冲制顺序、模具的工位数、作业内容、模具步距的公称尺寸和定距方式、 机械手送料杆的形式及尺寸、机械手运行与送料方向的关系等等。 工法排样图如图 3-1 所示。本次主要针对多工位排样，毛坯落料不作分析。 a）工法排样图（夹料高度） b）工法排样图（各工序工艺） 图图 3-1 工法排样图工法排样图 3.2 机械手的选用机械手的选用 多工位机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组 成。各系统相互之间的关系如图 3-2 所示。 马自达 6 辅助刹车真空助力器壳体冲压模具设计 16 图图 3-2 机械手组成系统控制示意图机械手组成系统控制示意图 根据本次设计的零件形状，本次选用的夹持式机械手，其手部示意图如 3-3 所 示。 图图 3-3 夹持式机械手手部示意图夹持式机械手手部示意图 本设计中采用的是非接触式的电磁感应接近开关和两片检知电磁感应装置。当 夹手取料时，当料片靠近电磁感应接近开关时，接近开关将信息传递给夹手电控系 统，电控系统会根据接近开关反馈的信息对是否继续运行送料动作做出决定。若取 料正常，机械手会继续运行；若取料异常，机械手会停止运行，并且压力机也会停 止冲压。 在上料机构运行时，两片检知电磁感应装置将会对进入冲压机的每张料片进行 检测。探测器的精度在生产准备前，现场技术人员将会根据具体的料片厚度设定相 应的精度档位。若上料为单片，送料正常运行；若上料为双片或双片以上，两片检 知电磁感应器会将该信息反馈给上料主控系统，上料机构及压力机将停止运行。 3.3 模具的结构设计模具的结构设计 3.3.1 凸模结构设计 马自达 6 辅助刹车真空助力器壳体冲压模具设计 17 通过分析，本设计采用整体式结构的凸模，这种结构易于保证加工精度。且在 有备品的情况下，易于快速维修与更换。在 4、5 两工位中，主要是冲孔和切边，而 这些孔的尺寸直接采用标准冲头和固定座即可，这样不仅成本低廉且易于后期的维 修和更换。不同工位的模具下模高度可采用浮升块解决。在本设计中，凸模形式如 图 3-4 所示。 图图 3-4 凸模凸模 3.3.2 凹模结构设计 通过分析，本文采用镶套式凹模，该结构可以使凹模的加工难度大大降低，同 时该凹模某部分可以直接作为卸料板使用，便于后期的维修，凹模形式如图 3-5 所 示。 马自达 6 辅助刹车真空助力器壳体冲压模具设计 18 图图 3-5 镶套式凹模镶套式凹模 3.3.3 卸料装置结构的设计 在多工位模具中，卸料板多采用拼镶结构。采用拼镶结构才能保证形孔精度、 孔距精度、配合间隙、形孔光洁度和热处理等要求。它的拼镶原则基本上与凹模相 同。本设计采用了拼镶式弹压卸料板，如图 3-6 所示。 图图 3-6 卸料板零件图卸料板零件图 马自达 6 辅助刹车真空助力器壳体冲压模具设计 19 该卸料装置是拼合凹模的弹压卸料板。它是一个刚性很强的卸料板基体，通过 等高套筒来控制行程，中间通过研磨使之与凹模相配合，并通过螺钉紧固即可。 3.4 模具总体结构设计模具总体结构设计 多工位冲压模具可以设计成整体式，也可以设计成分体式，整体式对加工的要 求精度高，分体式为每个工位一副小模具，然后再把所有小模具集成到同一块基座 上。考虑到当前设备的实际情况以及冲压条件，并结合需求量、制造能力，决定采 用分体式的模具设计方案，此方案做成的模具维修方便，且对钳工能力要求比整体 式低。对于不同工位的模具高度不同的情况，可以采用支撑块解决。模具总装简图 如图 3-7 所示。 图图 3-7 模具总装图略图模具总装图略图 马自达 6 辅助刹车真空助力器壳体冲压模具设计 20 第四章第四章 前壳体多工位模具的前壳体多工位模具的 CATIA 仿真仿真 为了便于模具的系统化、标准化和工程化，本次模具设计在用 AUTOCAD 制图 的基础上，进行了模具的 CATIA 仿真设计，有效地避免了设计误区、发现和解决设 计中存在的问题、提高了设计质量和效率10-12。 4.1 CATIA 软件介绍软件介绍 CATIA 是法国达索公司公司的一款 CAD/CAE/CAM 软件，CATIA 系列产品可 以提供 3D 设计和模拟解决方案。目前该软件主要应用于汽车、航空航天、船舶制 造、建筑和通用机械制造等领域13,14。 本文中前壳体模具的 CATIA 仿真设计主要应用模块有以下三方面： 1）零件设计； 2）装配设计； 3）创成式外形设计。 4.2 前壳体模具的前壳体模具的 CATIA 仿真设计仿真设计 模具设计步骤为：新建一名为“IP21-2 ASM-ASM-2-ASM”的 product 文件，进 入装配设计模块，在该模块下新建一名为“T12006-ZM20-IP21-20-ASM”的 product 文件，并在该模块下再次新建一名为“T12006-ZM20-UPP