车轮轮辐加工工艺分析及其水平切边模模具设计加工工艺设计毕业论文.docx

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车轮轮辐加工工艺分析及其水平切边模模具设计加工工艺设计毕业论文

毕业设计

车轮轮辐加工工艺分析及其水平切边模模具设计

摘要

车轮轮辐的加工成形是在冲压模具的作用下完成的，经过多道工艺后才能得到一个符合尺寸要求的车轮轮辐。

所以模具的设计是否合理以及各种相关数据的计算是否准确决定了最后加工出来的零件是否合格。

本此设计对车轮轮辐的加工工艺进行分析比较，并确定了最终的加工工艺方案。

计算各个工艺的凸、凹模间隙，凸、凹模的刃口尺寸，各工艺的冲裁力，选择各工艺的模具模架以及模具的主要零部件。

在本此设计中主要是车轮轮辐的水平切边模模具设计，主要设计内容为设计水平切边模能够对车轮轮辐进行水平切边，设计水平切刀的运动方式为内涨式来减小模具的尺寸，设计斜楔机构把竖直运动装换成水平运动使切刀能够进行水平切边，设计大小活动切刀相互配合用于切边工艺能一次完成不留有废料，设计切刀的复位机构使切刀能够自动返回原来位置，计算切边力来选择合理的冲压设备。

关键词：

车轮轮辐；凸模；凹模；水平切边

AnalysisofWheelSpokeProcessingTechnologyandDesignofHorizontalTrimmingDie

ABSTRACT

Theprocessofformingwheelspokeiscompletedundertheactionofstampingdie.Afterseveralprocesses,awheelspokemeetingthesizerequirementscanbeobtained.Therefore,whetherthemolddesignisreasonableandwhetherthecalculationofvariousrelateddataisaccuratedetermineswhetherthefinalprocessedpartsarequalified.

Inthisdesign,theprocessingtechnologyofwheelspokeisanalyzedandcompared,andthefinalprocessingtechnologyschemeisdetermined.Calculatethedieclearanceofpunchanddie,calculatethecuttingedgesizeofpunchanddie,calculatetheblankingforceofeachprocess,choosethedieframeofeachprocessandchoosethemainpartsofthemold.

Inthisthisdesignisprimarilytowheelspokesoftheblankingdiemolddesign,themaindesigncontentforblankingdiedesignlevelcantohorizontaltrimmingwheelspokes,thedesignlevelofcuttermovementwayisincreasewithintypetoreducethesizeofthemould,designofinclinedwedgeorganizationchangeverticalsportsweartolevelthecuttercanbehorizontaltrimming,designsizecuttercancooperatewitheachotherfortrimmingprocessthereisnowaste,acompletedesignofthecuttermechanismmakethecuttercanautomaticallyreturntoitsoriginalposition,calculatethecuttingforcetoselectthereasonablestampingequipment.

KeyWords：

Wheelspoke;Punch;Die;Horizontaltrimming

第一章绪论

1.1选题的背景和意义

车轮轮辐是连接汽车轮胎与汽车轮毂的关键零部件，同时也是决定车轮的外形是否美观的主要零部件。

车轮轮辐需要通过多次冲压工艺才能成形。

主要包括落料冲孔、拉深、冲孔、整形、切边等。

当前车轮行业不仅要面对重量轻、质量高、精度高和美观性的难题，而且还要面临车轮的大直径和宽轮毂方向的发展。

本设计的车轮轮辐的材料是SAPH440，结构简单，精度要求满足切边模的精度要求。

切边模具具有生产效率高，生产批量大，生产成本低，具有较高的尺寸精度等优点，本设计要求对车轮轮辐进行冲压工艺分析以确定该零件的切边工艺方案。

通过该课题可以掌握对中等复杂零件的切边工艺和模具设计的知识的应用，提高对冲压模具的设计与制造的认识，并学会对所学模具设计知识的实际应用以及模具设计资料的查找与总结。

1.2冲压工艺的发展与前景

近年来，随着中国经济进入快速发展阶段，对冲压模具市场的需求进一步增加。

冲压模具行业也稳步增长，增长率约为15％。

所以模具企业所有权构成一个巨大的变化，尤其是浙江宁波和黄岩地区是现如今我国规模最大的两个地方，并被赋予有“模具之乡”的称呼。

我国也已经成为了真正意义上的模具大国。

冲压模具的发展涵盖了汽车、机械、医疗器械、电器、航空航天等诸多领域。

有许多国产的模具在模具的复杂程度、制造精度、使用寿命、加工精度、使用性能、加工周期等诸多方面已经接近甚至相当于国外的同类模具的先进水平。

但是我国模具自动化产业链相对于自动化发达的国家有所欠缺，提高我国模具自动化产业链减少人力物力以及制造周期制造成本依然是我们国家正在向前的方向。

模具发达国家利用现在成熟的三维软件和二维软件可以更快的制作一些大型高精度高效率模具。

对于我国需要和世界高水平模具接轨。

我国已经对模具标准化、量产化做出了巨大的贡献，把我国传统模具工艺技术的精华与现代模具工艺技术相结合使我国模具行业有了很大一部分的提高。

在汽车覆盖件冲模方面，我国汽车覆盖件模具的研发制造能力提升也非常迅速。

20世纪初，福特汽车公司在美国的工业生产促进了冲压模具的研发。

在车轮制造中，热轧高强度钢板的应用越来越广泛。

高强度钢轮辐辐的冲压成形工艺已成为一个重要的研究对象。

只有少数几个行业能够生产出合格的钢轮产品，在国外已形成垄断的格局。

近年来,巨大的发展潜力和相对较低的成本优势的中国汽车市场已导致许多汽车零部件制造商的跨境投资。

中国钢铁汽车车轮行业发生了巨大的变化,面对国际化的竞争和侵蚀的替代产品,涉及许多其他领域,如资本、技术、产品和市场。

中国冲压行业迎来了一个快速发展的时期。

1.3主要研究内容

车轮轮辐加工工艺分析及其水平切边模模具设计，其目的是通过设计的模具来提高生产率，降低加工成本，同时设计的模具应保证放入和取件方便、安全。

本课题研究的内容主要包括：

根据图纸，设计出符合国家标准的轮辐零件产品；根据零件的切边工艺性确定最优的切边工艺方案；设计切刀的形状和切刀的运动方式；对各工艺进行分析并进行主要的计算：

完成水平切边模的模具装配图及主要零件图；计算毛坯形状尺寸、切边力等；根据冲压力和生产批量等方面选择合适的冲压设备，最后完成设计说明书。

第二章冲压工艺方案的确定

2.1冲压工艺分析

图2.1车轮轮辐

Fig.2.1Wheelspokes

图2.1为车轮轮辐的零件图，材料为SAPH440，其主要是连接汽车车轮轮毂和轮胎的主要零部件。

该零件结构对称，是板料冲压件，零件外形尺寸没有公差要求，5个尺寸为Φ16mm孔均匀分布，孔径无公差配合。

零件冲压成形完成后要进行水平切边以保证外形尺寸。

通过以上工艺分析，我们可以看出，普通板料冲压件的零件尺寸精度较低，主要是车轮轮辐的成形问题，孔的冲裁问题以及零件的水平切边问题，同时属于大量生产，因此可以用冲压方法生产。

2.2确定工艺方案

经过分析图纸可以得出该零件的加工具体包括以下冲压工艺：

落料冲孔、第一次拉深、第二次拉深、第三次拉深、翻圆孔、冲圆孔、整形、切边。

由此设计以下几种冲压工艺方案：

方案一：

（1）落料冲孔

（2）第一次拉深

（3）第二次拉深

（4）第三次拉深

（5）翻圆孔

（6）冲5个Φ16mm孔

（7）整形

（8）切边

方案二：

（1）落料冲孔

（2）冲5个Φ16mm孔

（3）第一次拉深

（4）第二次拉深

（5）第三次拉深

（6）翻圆孔

（7）整形

（8）切边

方案三：

（1）落料

（2）第一次拉深

（3）第二次拉深

（4）第三次拉深

（5）冲中心孔和翻圆孔

（6）冲5个Φ16mm孔

（7）整形

（8）切边

分析与选择：

方案一和方案二比较，方案二在拉深之前就冲五个Φ16mm孔，拉深完成后孔的位置尺寸和形状尺寸容易产生变形，无法达到零件的尺寸要求；方案一与方案三比较，先拉深之后在冲中心孔，对中效果不理想，会造成孔的位置精度不符合设计要求。

根据以上分析，同时考虑尺寸精度要求、生产批量和经济成本的因素，所以选择方案一。

2.3分析并设计冲压工序图

（1）落料冲孔，如图2.2

图2.2落料冲孔

Fig.2.2Droppunch

（2）第一次拉深，如图2.3

图2.3第一次拉深

Fig.2.3Firstpull

（3）第二次拉深，如图2.4

图2.4第二次拉深

Fig.2.4Secondpull

（4）第三次拉深，如图2.5

图2.5第三次拉深

Fig.2.5Thirdpull

（5）翻圆孔，如图2.6

图2.6翻圆孔

Fig.2.6Roundhole

（6）冲5个Φ16mm孔，如图2.7

图2.7冲孔

Fig.2.7Punching

（7）整形，如图2.8

图2.8整形

Fig.2.8Plastic

确定合理的工艺方案，进行各道工序的冲压模具设计与主要零件的相关尺寸计算以及冲压设备的选择等。

第三章冲压工艺的计算与模具设计

3.1毛坯尺寸的相关计算

3.1.1毛坯直径的计算

由于零件是不规则的回转体，有比较复杂的外形尺寸，可以把它看成近似八段的简单图形，如图3.1所示，可以用久里金法则来求解毛坯的直径。

根据久里金法则，由任意直线和圆弧作为母线形成的旋转拉延件的毛坯直径d可由以下公式确定：

D=

（3-1）

图3.1近似为八段的简单外形的零件

Fig.3.1Apartofasimpleshape,approximatelyeightsegments

根据图3.1所示，计算各段的尺寸数值，把数据整理后得到表3.1。

根据表3.1的数据代入式（3-1）得D=699.862mm，圆整后取D=700mm，根据面积相等原则并考虑修边余量，毛坯直径选为D=705mm。

表3.1形似法计算数据

Table3.1Imagemethodcalculationdata

L1=93.365

X1=48.044

L1X1=4485.628

L2=9.425

X2=96.901

L2X2=913.291

L3=39.676

X3=100.715

L3X3=3995.968

L4=24.68

X4=114.352

L4X4=2822.207

L5=11.099

X5=120.389

L5X5=1336.197

L6=13.495

X6=125.037

L6X6=1687.374

L7=88.191

X7=168.709

L7X7=14878.615

L8=70

X8=193.703

L8X8=13559.21

3.1.2排样的计算

毛坯直径D=705mm，根据市场上的板料尺寸，选择尺寸为1500×750mm的钢板裁成750×750mm的方形料，如图3.2所示。

图3.2毛坯排样

Fig.3.2Roughprofiling

计算材料的利用率：

=A0/A×100%（3-2）

把数据代入式（3-2）解得：

=（

r2）/（ab）×100%=（3.14×352.52）/（750×750）×100%=69.4%

3.2模具结构形式的选择与确定

在分析和比较过程中选择了冲压模具的种类，包括冲压模具的种类：

落料冲孔复合模、第一次拉深模、第二次拉深模、第三次拉深模、翻圆孔模、冲孔模、精整模、切边模。

在合理选择模具结构形式时，应尽可能的满足以下要求：

（1）可以冲出来满足尺寸精度的模具。

（2）模具制造和维修更方便。

（3）模具使用寿命比较长

（4）能有效的提高生产效率

（5）模具的制造成本比较低

（6）模具的安装与调整比较简单

（7）模具操作方便、安全。

由于要冲裁的板料厚度为3mm，所以需要较大的冲裁力，要选择合理的间隙值用来保证零件的断面质量、零件的尺寸精度要求、模具的使用寿命。

第四章落料冲孔模的相关设计

4.1凸凹模间隙

冲裁模间隙是指冲裁模中冲裁凹模和冲裁凸模刃口侧壁之间的距离，冲裁模间隙是冲裁工艺中的重要工艺参数，其大小是否符合要求，可以确定冲裁件的横截面质量，冲压加工力和模具使用寿命的诸多因素。

因此选取合理的模具的凸凹模间隙是冲裁设计过程中非常重要的一步。

所以所取间隙值在满足加工条件下，当保证断面的质量和冲裁件尺寸的要求，并且尽量延长模具寿命。

由参考资料[11]P78查得：

t=3mmc=（7.0%~10.0%）t

可得出：

cmin=0.21mmcmax=0.30mm

4.2落料凸凹模刃口尺寸计算

落料时，选用落料凹模作为尺寸基准，首先设计落料凹模刃口的尺寸大小，然后通过减小间隙得到落料凸模的刃口尺寸大小。

考虑冲裁过程中冲裁模具刃口在工作时会产生磨损，设计落料模刃口时，落料凹模的基本尺寸大小应该选取工件尺寸公差范围内的较小尺寸公差，这样的话，即使落料凸模、落料凹模刃口磨损到一定的程度，仍然能够冲裁出尺寸数值符合要求的合格零件。

按工件成形后尺寸精度为IT10级来计算尺寸，查阅参考资料[12]P15表2-4，得出工件孔的尺寸为：

=

mm

为了保证加工出的凸，凹模具有合理的间隙值，必须满足下列的公式：

|

|

|≤2（cmax-cmin）=2（0.30-0.21）=0.18（3-3）

零件尺寸精度按照IT6,IT7级来计算尺寸，查阅参考资料[12]P15表2-4，得出：

=0.050

=0.080

把数据代入式（3-3），计算结果符合要求。

查阅参考资料[11]P80表3-23，得到磨损系数x=0.75。

凸模尺寸计算公式：

Dp落=（D-x

-cmin

（3-4）

凹模尺寸计算公式：

Dd落=（D-x

（3-5）

把数据代入式（3-4）得：

Dp落=（705-0.75×0.32-0.21

=

mm

把数据代入式（3-5）得：

Dd落=（705-0.75×0.32

=

mm

4.3冲孔凸凹模刃口尺寸计算

冲孔时，选用冲孔凸模作为基准尺寸，先设计冲孔凸模刃口尺寸大小，然后通过增大间隙得到冲孔凹模的刃口尺寸。

考虑冲裁过程中冲孔模具刃口在工作过程中会发生磨损，设计冲孔模刃口时，冲孔凸模的基本尺寸大小应该选取工件尺寸公差范围内的较大尺寸公差，这样的话，即使冲孔凸模、冲孔凹模刃口磨损到一定的的范围内，仍然能够冲裁出尺寸数值符合要求的合格零件。

按工件成形后尺寸精度为IT10级来计算尺寸，查阅参考资料[12]P15表2-4，得出工件孔的尺寸为：

=

mm

零件尺寸精度按照IT6,IT7级来计算尺寸，查阅参考资料[12]P15表2-4，得出：

=0.009

=0.015

把数据代入式（3-4），计算结果符合要求。

查阅参考资料[11]P80表3-23，得到磨损系数x=0.75。

凸模尺寸计算公式：

dp孔1=（D+x

（3-6）

凹模尺寸计算公式：

dd孔1=（D+x

+cmin

（3-7）

把数据代入式（3-6）得：

dp孔1=（6+0.75×0.058

=

mm

把数据代入式（3-7）得：

dd孔1=（6+0.75×0.058+0.21

=

mm

4.4冲裁力的计算

冲裁完成时，从凸模上取下废料或工件所需的力称为卸料力，从凹模里面沿冲压方向推出工件或废料的力叫做推件力。

冲裁力的计算公式为：

F=KLt

（3-8）

板料厚度为3mm，SAPH440的抗剪强度为352MPa，把数据代入式（3-8）得：

F落=1.3×

×705×3×352=3039.0（KN）

F孔=1.3×

×6×3×352=25.9（KN）

推件力的计算公式为：

F推=nK推F落（3-9）

式中：

n——同时放在凹模内的零件个数

K推——推件力系数

取n=1，查阅参考资料[11]P53表3-8，得到K推=0.045，把数据代入式（3-9）得：

F推=1×0.045×3039=136.8（KN）

卸料力的计算公式为：

F卸=K卸F落（3-10）

式中：

K卸——卸料力系数

查阅参考资料[11]P53表3-8，得到K卸=0.035，把数据代入式（3-10）得：

F卸=0.035×3039=106.4（KN）

落料冲孔得总压力为：

F总1=F落+F孔+F推+F卸=3039+25.9+136.8+106.4=3308.1（KN）

4.5落料冲孔模其他部件设计

（1）模架的选择

模架的应用比较普遍，而且具有标准件的出售，所以选择符合尺寸的标准模架。

模架具有以下的特点：

1）.模具的模架的导向精度非常高，并且模具的工作部分不容易磨损，模具的工作寿命比较长，工作精度同样也比较高。

2）.模具的模架主要依靠导柱和导套的导向作用作为导向，所以可以应用于大部分压力机。

3）.模具的模架在压力机上面的安装方式比较简单，安装过程比较安全。

（2）滑动导向模架

滑动导向模架的上模座和下模座的相对运动主要依靠导柱和导套的相对滑动来进行的运动。

由于该零件的毛坯尺寸较大，导致落料冲孔的凸模和凹模尺寸也比较大，属于大中型模具，所以落料冲孔模采用四导柱模架。

四导柱模架的特点是导柱和导套安装在模具的四角，冲压时受力比较均匀，稳定性比较好，导向精度比较高。

（3）模具的导向装置

安装在上模座的导套与安装在下模座的导柱是通过相互滑动来配合工作的，用来给模架的上模座和下模座进行导向并且确定上模座和下模座相对位置。

根据上下模座的尺寸要求确定了安装在下模座的导柱选择A型导柱，安装在上模座的导套选择A型导套。

（4）定位装置

定位装置的作用是：

保证毛坯能够准确地被送到准确的冲裁位置、保证毛坯在冲裁过程中位置不发生变化，保证工件的尺寸精度要求。

由于该零件的尺寸比较大，所以选择定位销进行定位。

（5）卸料装置

此套落料冲孔模应该设计卸料装置，卸料装置的主要作用是把工件或者废料从凸模上卸下，根据落料冲孔模的形状确定应该采用下卸料板。

选择正确合理的卸料板结构，除了可以进行卸料外，还可以起到保护的重要作用。

根据工件的形状、外形尺寸、料板厚度等特征，这里可以选择弹压式卸料板，弹压装置选用弹簧。

第五章拉深成形的相关设计

5.1第一次拉深工艺的计算

（1）凹模圆角半径rd

凹模圆角半径可以按照下述的公式计算：

rdi=0.8

（3-11）

式中：

i——拉深次数

——第i-1次拉深的筒的直径

——第i次拉深的筒的直径

t——材料的厚度

把数据代入式（3-11）得：

rdi=0.8

=19.2

所以凹模圆角半径rd=20mm

（2）凸模圆角半径rp

因为此次为第一道拉深工序，所以凸模圆角半径rp=64.25mm

（3）凸、凹模间隙c

对于圆筒件的拉深，凸、凹模的单边间隙可以用下述的公式计算：

c=tmax+Kct（3-12）

式中：

tmax——材料的最大厚度

Kc——是系数

查阅参考资料[11]P214表5-12，得到Kc1=0.13，把数据代入式（3-12）得：

c1=3.1+0.13×3=3.49（mm）

（4）凸、凹模尺寸

零件尺寸精度按照IT6,IT7级来计算尺寸，查阅参考资料[12]P15表2-4，得出

=0.044

=0.070

因为零件为一次拉深成形，需要保证加工完成后零件的尺精度要求，则凹模尺寸为：

Dd=（Dmax-0.75

（3-13）

凸模尺寸为：

DP=（Dmax-0.75

-2c

（3-14）

零件尺寸精度按照IT10级来计算尺寸，查阅参考资料[12]P15表2-4，得出

1=0.28，分别把数据代入式（3-13）和（3-14）中得：

Dd1=（518-0.75×0.28

=

（mm）

Dp1=（518-0.75×0.28-2×3.24

=

（mm）

（5）拉深力的计算

对于圆筒形零件，拉深力可用下列公式计算：

F拉=KpLst

（3-15）

式中：

Ls——工件得周长

Kp——系数

——抗拉强度

查阅参考资料[11]P202，得到Kp1=0.6，SAPH440的抗拉强度为440MPa，把数据代入式（3-15）得：

F拉1=0.6×

×512×3×440=1273.3（KN）

（6）压边力的计算

在冲压模具的设计中，压边力的计算公式为：

F压=Aq（3-16）

查阅参考资料[11]P200，得到q=2.93，把数据代入式（3-16）得：

F压1=

（352.52-2562）/4×2.93=2161（KN）

5.2第二次拉深工艺的计算

（1）凸、凹模间隙c

查阅参考资料[11]P214表5-12，得到Kc2=0.13，把数据代入式（3-12）得：

c2=3.1+0.13×3=3.49（mm）

（2）凸、凹模尺寸

零件尺寸精度按照IT6,IT7级来计算尺寸，查阅参考资料[12]P15表2-4，得出

=0.036

=0.057

零件尺寸精度按照IT10级来计算尺寸，查阅参考资料[12]P15表2-4，得出

2=0.23，分别把数据代入式（3-13）和（3-14）中得：

Dd2=（390-0.75×0.23

=

（mm）

Dp2=（390-0.75×0.23-2×3.49

=

（mm）

（3）拉深力的计算

查阅参考资料[11]P202，得到Kp2=0.6，SAPH440的抗拉强度为440MPa，把数据代入式（3-15）得：

F拉2=0.6×

×390×3×440=969.9（KN）

5.3第三次拉深工艺的计算

（1）凸、凹模间隙c

查阅参考资料[11]P214表5-12，得到Kc3=0.13，把数据代入式（3-12）得：

C3=3.1+0.13×3=3.49（mm）

（2）凸、凹模尺寸

零件尺寸精度按照IT6,IT7级来计算尺寸，查阅参考资料[12]P15表2-4，得出

=0