汽车转向液压油箱模具设计毕业论文.doc

河南科技学院
2007届本科毕业设计

论文题目：汽车转向液压油箱模具设计

学生姓名： 雷呈瑜

所在院系： 机电学院

所学专业： 机械设计制造及其自动化

导师姓名： 刘法治 史光星

完成时间：2007年 6月 1 5 日
摘 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： 模具，拉深，冲孔，翻边
Mold Design of Automobile Hydraulic Fluid Tank
Abstract
Mold 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, Flanging

目录

1 绪论 1
2 设计要求及模具材料选择 1
3 油箱下壳拉深模具设计 2
3.1 拉深工艺方案的确定 2
3.2 毛坯尺寸的计算 2
3.2.1 拉深方法的确定 2
3.2.2 确定修边余量 2
3.2.3 计算毛坯直径 2
3.2.4 确定拉深系数及拉深次数 3
3.3 计算各部分工艺力 3
3.3.1 拉深力的计算 3
3.3.2 压边力的计算 3
3.3.3 压力机的公称压力的计算 4
3.4 凸凹模主要工作部分尺寸的计算 4
3.4.1 凸凹模的间隙 4
3.4.2 拉深模具的圆角半径 4
3.4.3 凸凹模的尺寸及公差 4
3.4.4 凸模通气孔直径的确定 5
3.5 模具结构及主要零部件设计 5
3.5.1 压边圈设计 5
3.5.2 弹簧的选择 6
3.5.3 定位板设计 6
3.5.4 模架的选用 6
3.6 冲压设备的选择 7
3.7 模具结构图 7
4 油箱下壳冲孔模具设计 8
4.1 冲压力的计算及冲压设备的选用 8
4.1.1 冲裁力的计算 8
4.1.2 推件力的计算 8
4.1.3 卸料力的计算 9
4.1.4 冲压设备的选用 9
4.2 确定模具的压力中心 9
4.3 计算凸凹模刃口尺寸 9
4.4 模具总装置及主要零部件设计 10
4.4.1 卸料橡胶的设计 10
4.4.2 模具结构设计 10
4.5 冲压模具结构图 11
5 切边与修整模具设计 12
5.1 切边力与整形力的计算及冲压设备的选用 12
5.1.1 切边力的计算 12
5.1.2 整形力的计算 12
5.1.3 卸料力的计算 12
5.1.4 冲压设备的选用 12
5.2 计算凸凹模工作部分尺寸 12
5.3 模具结构设计 13
5.4 整形切边模具结构图 14
6 上壳拉深模具设计 15
6.1 毛坯尺寸计算 15
6.1.1 毛坯直径计算 15
6.1.2 确定修边余量 15
6.1.3 确定拉深次数 15
6.2 各部分工艺力的计算及设备的选用 15
6.2.1 拉深力的计算 15
6.2.2 压边力的计算 15
6.2.3 设备的选用 16
6.3 主要工作部分尺寸计算 16
6.4 模具结构及主要零部件设计 17
7上壳翻边成形模具设计 19
7.1 各部分工艺力的计算及设备的选用 19
7.1.1 翻边力的计算 19
7.1.2 切边力的计算 19
7.1.3 卸料力的计算 19
7.1.4 设备的选用 19
7.2 主要工作部分尺寸计算 19
7.2.1 压力中心的确定 19
7.2.2 冲孔翻边模尺寸计算 19
7.3 模具结构及主要零部件设计 20
8 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

1 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
3.1 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
3.2.1 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=1.02<1.1～1.4
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
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

图1 工件图
查手册，由公式
D= （1）
其中，d1=179mm,d2=193mm,h1=67mm,r=6mm,h2=75mm
则毛坯直径为： D=
=
=301（mm）
取D=300 mm。
3.2.4 确定拉深系数及拉深次数
工件的总拉深系数：m= ==0.65
毛坯相对厚度： 100 =100=0.67
工件相对高度： ==0.404
查表得,首次拉深极限系数为：m1=0.53～0.55m
故拉深次数为：n=1
3.3 计算各部分工艺力
3.3.1 拉深力的计算
查表，由公式
P=πdtσbk1 （2）
其中，σb为材料的抗拉强度取410MPa[3]
k1 为修正系数，查表取0.6
则拉深力为：
P=πdtσbk1
=3.1419324100.6
=300（KN）
3.3.2 压边力的计算
由式 tD0.045(1-m) (3)
可知, D0.045(1-m)=3000.045(1-0.95)=4.725t=2mm
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
=3.141501503
=21（KN）
3.3.3 压力机的公称压力的计算
压力机的公称压力为： F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
3.4.1 凸凹模的间隙
查表，选取拉深模单边间隙为： z=1.1t=1.12mm=2.2mm
3.4.2 拉深模具的圆角半径
由公式可知，ra=8t=82mm=16mm
rt=r=6mm
3.4.3 凸凹模的尺寸及公差
由公式可知， Da =(D-0.75) (5)
Dt=(D-0.7-2z) (6)
查表可知，=0.12, =0.08
则凹模长轴为：aa=(195-0)=195（mm）
凸模长轴为： at=(195-0-4.4)=190.6（mm）
凹模短轴为：ba= (155-0)=155（mm）
凸模短轴为：bt=(155-0-4.4)=150.6（mm）
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=0.2195mm=39mm
取h=40mm，LB=350mm300mm
凹模厚度为：c=(1.5～2)h=60～80mm
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
查表取凸模通气孔直径为dd=8mm。
凸模结构如图3。

图3 凸模
3.5 模具结构及主要零部件设计
3.5.1 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
定位板的高度h，查表取h=5mm。
间隙μ查表取μ=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。
如下图5。
3.5.4 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LBH=400mm400mm50mm
下模座LBH=400mm400mm60mm
凸模固定板LBH=400mm400mm32mm
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
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S≥2.5h工件=2.575mm=188mm，查表选用JD21-100型压力机。
3.7 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
4.1 冲压力的计算及冲压设备的选用
4.1.1 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=Ltσb （7）
其中，σb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=Ltσb=3.1416mm2mm380MPa=38KN
故F=2F1=76（KN）
4.1.2 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=30.0576KN=11.4KN

图7 凹模刃口形状
4.1.3 卸料力的计算
由式 F卸=K卸F （9）

5.4 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
6.1 毛坯尺寸计算
6.1.1 毛坯直径计算
由式（1）可知，
D=
=
=230（mm）
6.1.2 确定修边余量
毛坯的修边余量为：==0.13
查表取h=2mm
6.1.3 确定拉深次数
工件的拉深系数：m===0.83
毛坯的相对厚度：==0.87
毛坯的相对高度：==0.14
查表得首次拉深极限为：m1=0.53～0.55m，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
6.2.1 拉深力的计算
由公式（2）
F=πdtσbk1
其中，σb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=πdtσbk1
=3.1419223800.4
=183（KN）
6.2.2 压边力的计算
由式 tD0.045(1-m)
可知, D0.045(1-m)=2300.045(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
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)
Dt=(D-0.75-2z)
查表可知，=0.12, =0.08
则凹模长轴为：aa1=(195-0)=195（mm）
aa2=(188-0)=188（mm）
凸模长轴为： at1=(195-0-4.4)=190.6（mm）
at2=(188-0-4.4)=183.6（mm）
凹模短轴为：ba1= (155-0)=155（mm）
ba2= (148-0)=148（mm）
凸模短轴为：bt1=(155-0-4.4)=150.6（mm）
bt2=(148-4.4)=143.6（mm）
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。

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
上模座：LBH=200mm200mm40mm
下模座：LBH=200mm200mm50mm
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：BLH=280mm240mm10mm
模具结构如图17。

图16 凹模结构图

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
7.1 各部分工艺力的计算及设备的选用
7.1.1 翻边力的计算
由式可知， F翻=1.1πtσs（D-d0） （14）
其中，σs 为材料的屈服强度，查表取σs=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）
7.1.2 切边力的计算
由式可知， F切=1.3Ltτ （15）
其中L为切件的周长，τ为材料的抗剪强度，查表取280MPa。
则切边力为：F切=1.3Ltτ==137（KN）
7.1.3 卸料力的计算
由式可知， F卸=K卸F切 （16）
查表取K卸=0.03
则卸料力为：F卸=K卸F切 =0.03137KN=4.1KN
7.1.4 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
7.2.1 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
查表可知，Zmin=0.22，Zmax=0.26，凸凹模的制造公差=0.02，=0.02
校核：Zmax-Zmin=0.26-0.22=0.04，δa+δt=0.02+0.02=0.04
满足Zmax-Zminδa+δt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）
Da=（dt+Zmin）=60.22（mm）
取凹模高度为25mm，d1=80mm，d2=110mm。
凸凹模结构如图18，图19。

图18 凸模

图19 凹模
7.3 模具结构及主要零部件设计
上模座：LBH=200mm200mm30mm
下模座：LBH=200mm200mm35mm
凸模固定板厚度：20mm
凸模自由长度：L=20mm+25mm+25mm+30mm=100mm
凸模修模量为10mm
凹模与下模座固定螺钉为M10，上模座与凸模固定板螺钉为M12，圆柱销直径为d=8mm。
模具结构如图20。

图20 上壳冲孔翻边模具
1.螺栓 2.下模座 3.凹模 4.凸模固定板 5.上模座
6.螺栓 7.模柄 8.垫板 9.凸模 10.定位板 11.圆柱销
8 结束语
本套生产设备共计5套模具，结构简单实用，由这5套模具能够生产出符合要求的工件，现与工厂内投入生产的设备相差无几，生产可靠。
谢词
经过了两个多月的努力，终于完成了毕业设计。在这次毕业设计中，感谢院系领导给我们创造良好的环境和机会，让我们能够将所学得的知识学以所用；更感谢指导老师的不倦教导和大力帮助，本次毕业设计是在指导老师的认真辅导和细心帮助下完成的，他知识渊博、治学态度严谨而且有很高的责任心，认真批阅，细心指导，在这次毕业设计中给我提供了很大的帮助，特别是我在设计当中遇到困难不知道如何解决时，他给我提出了很多有建设性的意见。值此毕业论文完成之际，特向不辞辛苦教导我的老师和在这次毕业设计中给予我帮助的同组同学表示衷心的感谢！

参考文献
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附录1 工件上壳

附录2 工件下壳

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