弹性卡槽的冲压工艺及模具设计说明书

- 1 -1 前言冲压是指常温下对材料进行的冷变形加工，且所加工的零件主要是由板料来完成的，所以它也叫做冷加工。冲压加工经常被应用于材料压力加工或塑性加工中，属于一种材料的成型技术 1。冲压加工在国民经济中占有非常重要的地位，它被广泛的应用于军工、汽车、家电、电机、仪表等工业领域，从非常精细的各种仪表的指针到各种大型汽车的内、外件以及飞机的蒙皮等都能用到冲压加工技术。而冲件的质量是否好在相当大的程度上决定于模具设计、制造的技术水平的好坏。所以模具在当今工业社会中是使用极为广泛的工艺武器，是最重要的工艺发展方向，也是最重要的工业生产方式。国家工业水平是否高在相当大的程度上决定于模具工业的发展水平的高低。模具工业的发展水平标志了一个国家的工业水平。从刚起步到飞跃式的发展，我国的模具工业历经了 50 多年。由最近几年来看，我国的模具技术水平有了相当大的进步和提高。高效、大型、精密、寿命和复杂模具又上了一个新的层次，模具的质量和寿命相比过去有了明显的提高，模具的生产周期大大的缩短了。模具技术被广泛的应用于生产之中，我国还自主开发了自己版权的模具软件 2。“十一五”期间我国模具行业的模具工业产值年均增长率约是 18.1%，到 2003年我国模具的总产量达到了 500 亿元以上，2006 年的模具总销售额超过 700 亿元，从我国模具行业这三年来的发展情况来看，我国的模具行业发展前景十分的乐观。依照年均 12%来计算，到 2021 年全国模具得总产值会约达 3000 亿元 1。再经过十几年的辛勤努力，2021 年时我国的模具产业基本上达到了国际水平。虽然在过去的几十年中我国的模具产业取得了非常大的发展，但在很多方面与工业发达国家相比仍存在不小的差距。例如，在模具加工中的精密加工设备占的比重低，技术的应用范围不够广泛，许多先进的模具技术普及率不高等。我国在大型、精密、复杂和长寿命模具技术上与发达国家之间存在着明显的差距。精密、复杂和长寿命模具的生产能力不能满足国内的需要，因而需要从国外进口。目前我国的大多模具生产厂中是：“大而全” 、 “小而全” ，而国外模具厂家则大多是：“小而专” 、 “小而精” 2。国内模具中属于精密、大型、复杂长寿命的模具的比例只有 30% 左右，而国外却在 50%以上。当前，随着计算机技术的快速发展，国内外非常重视冲压成型理论的研究。近几年来国内外已经开始着手用塑性成型过程中的计算机模拟技术，即利用有限元分析的方法来模拟金属的成型过程 2。依照有限元分析后的结果，工作人员可以预先检测出某一工艺方案成型的可行性以及这种工艺方案可能存在的某些质量问题，这样就可以通过在计算机上修改相关的参数，来实现工艺和模具的最优设计，这样不仅节省了大笔的试模费用，而且大大的缩短了试模的周期。- 2 -2 工艺方案的制定2.1 零件工艺性分析2.1.1 弹性卡槽的工艺性分析弹性卡槽的零件图如图 1 所示，材料为 08F 钢，厚度 1mm，制件精度 IT12，小批量生产。图 2.1 弹性卡槽由图 1 可以看出，零件的结构比较简单，精度要求也一般，适合冲压生产。该零件的坯料为规则的矩形，所以可以用剪板机下料。2.1.2 零件毛坯尺寸的计算工件所需的主要成形工序为冲孔、弯曲、卷边，所以毛坯的尺寸是各部分尺寸相加的和。（1）卷边部分毛坯尺寸的计算(2.1)01.52LRt当 时，应变中性层会向外移动，其展开长度 L 及曲率半径 可按下式2.6Rt 0计算(2.2)01Rxt式中 中性层的曲率半径;0 应变中性层的移动系数，由 =1.8，查应变中性层的移动系数1x t表 3得 =0.58；弯曲件的原始厚度， 为 mm；t t卷圆毛坯的展开长度， 为 mm；LL弯曲件的外圆半径， 为 mm。RR- 3 -所以， 01Rxt=1.8 0.581=1.23将 =1.23 带入下式001.52LRt=1.53.141.23+3.6-1=8.4mm（2）弯曲部分毛坯尺寸的计算在多角弯曲时，尺寸标注在外侧的弯曲件的毛坯展开尺寸，可按下式近似计算0123(.)(1nLlllc（2.3）式中 ， 标注在外侧的弯曲件尺寸， ， 为 mm；1l2nl 1l2nln-1弯曲的部位数；c弯曲时纤维伸长的修正系数，查弯曲时纤维伸长修正系数表 3得 c=1.5所以， 0123(.)(1nLlllc=211.9+32-21.5=53mm(3)弯曲件毛坯的总尺寸计算卷边部分展开的毛坯尺寸是 L=16.8mm,45弯曲展开时的毛坯尺寸 =53mm0L所以， 0=L总=8.42+53=69.6mm, 取 =70mm。通过计算机辅助软件进行分析所得到的毛坯尺寸和上述计算所得到的毛坯尺寸非常接近，所以取毛坯的外形尺寸是 400mm70mm。2.2 工艺方案的制定经过以上分析，可以进一步明确该零件的冲压加工工序包括以下基本工序：冲孔、卷边、弯曲。此工件的成型可以有以下几种方案：- 4 -方案一：按照基本工序顺序：冲孔 卷边 弯曲。按照基本工序排列的冲压工艺每步工序都只使用单工序简单模，模具结构较简单，制造周期短，成本较低，适合中小批量生产。方案二：弯曲、冲孔复合 卷边。弯曲、冲孔复合在同一模具上可以实现，卷边可以用单工序模具加工而成，适合进行小批量生产。与方案一相比减少了一套模具，提高了工件的生产效率，适合大批量生产。方案三：弯曲、冲孔、卷边复合。弯曲、卷边、冲孔复合在一套模具上实现，与方案一相比减少了二套模具，制件的精度高，效率高，适合大批量生产。弹性卡槽材料为 08F 钢，板厚 1mm，零件加工精度要求不高，要求小批量生产。方案一中用的是单工序简单模，模具结构简单，制造周期短，价格较低，适合中小批量生产。方案二和方案三虽然模具数量减少了，制件的精度也高了，但是模具的结构相对复杂了，刃磨和修理起来比较困难，适合大批量生产。通过对以上三种方案的分析对比，最终选择方案一：冲孔 卷边 弯曲。根据零件工艺性。其工序图如下：第一步工序：冲孔，工件如图 2.2图 2.2 冲孔后的工件第二步工序：卷边，工件如图 2.3.图 2.3 卷边后的工件- 5 -第三步工序：弯曲，工件如图 2.4图 2.4 弯曲后的工件- 6 -3 冲孔模具的设计3.1 冲压工艺的计算3.1.1 冲压压力的计算（1）冲孔冲裁力计算= FLkt落 落（3.1）式中 冲裁力， 为 N；F冲裁周长， 为 mm；LL材料厚度, 为 mm；tt材料的抗剪强度， 为 MPa，08F 钢的抗剪强度查材料的力学Fkt落 落性能表 3可知为 300MPa.因为要考虑到模具刃口的磨损，凸、凹模之间间隙的波动，以及材料机械性能的变化等因素，所以实际所需要的冲裁力要比计算得到的增大 30%，即 =1.3 4。FLkt落 落所以， =1.3FLkt落 落=1.3163.14300=7.6KN(2)卸料力的计算卸料力的计算公式是 = 3Fk（3.2）式中 F冲裁力，F为 N；卸料力系数，根据材料厚度 t=1mm 查卸料力系数表 4可知3k=0.045。3k- 7 -所以， =3Fk=0.0457.6=0.342KN(3)推件力计算推件力的计算公式是1Fnk（3.3）式中 F冲裁力，F为 N； 同时梗塞在凹模内的零件数， ；n hnt推件力系数，由材料厚度及材料性能查推件力系数表 4得1k=0.055。1k所以， 1Fnk=50.0557.6=2.1KN(4)总的冲裁力因为在本套模具中用了弹性卸料装置，出料用的方式的是下出料，所以总的冲裁力用如下公式计算 13=F总（3.4）式中 F冲裁力，F为 N；F1推件力， F1为 N;F3卸料力， F3为 N。所以， 1=总=0.342+2.1+7.6=10KN(5)压力机的初步选择因为 =10KN，查压力机的参数 3初选 40KN 的压力机，该压力机的最大闭F总合高度是 160mm，最小闭合高度是 125mm。- 8 -3.1.2 模具压力中心的计算由于所冲孔的直径相对于毛坯外形尺寸较小，所以可以在模具外用一支撑件来支撑一部分毛坯，使模具的压力中心在小孔的中心上。3.1.3 模具刃口尺寸的计算根据落料、冲孔模刃口间隙表 4查得间隙值 =0.05mm, =0.07mm，根据minZmaxZ凸、凹模制造公差，查得凸、凹模制造公差为：凸模 0.02mm，凹模 0.02mm,同0.3()p0.45()dm时为了保证冲模的间隙要小于最大合理间隙,必须满足 ，因为 +maxind.3p0.04mm， - =0.07-0.05=0.02mm, + - 不满足上式，所以取0.45()dmaxZin .()p45daxZin=0.4（ - ）=0.40.02=0.008mm. 0.6( - )=0.60.02=0.012mm.3pi 0.mi（1）冲孔凸模刃口的尺寸的计算冲孔凸模的计算公式是0()ppdx（3.5）式中 冲孔凸模直径， 为 mm；pdp工件制造公差， 为 mm；凸模制造公差， 为 mm；0.3()pm0.3()pmD工件孔的尺寸，D为 mm；x 磨损量，其中加系数 x 的目的是使冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带的中间尺寸。x 值在 0.51 之间。所以， 0()ppdx= mm00.8.86.156（2）冲孔凹模的刃口尺寸的计算冲孔凹模的计算公式是0.12min0()=.63ddpZ +0.12（ 5)（3.6）式中 冲孔凹模直径， 为 mm；d d- 9 -凹模制造公差， 为 mm；0.45()dm0.45()dm最小合理间隙， 为 mm。inZinZ所以， 0.12min0()=.63ddp +0.12（ 68)mm0.12min0()=. 3dp +.12（ 6853.2 冲孔模主要零件的设计3.2.1 冲孔凹模（1）凹模的厚度 H由经验公式 (3.7)kb式中 凹模厚度， 为 mm；毛坯宽度， 为 mm；b修正系数，查凹模修正系数表 5得 =0.22k k得到 H= 0.2270=15mm （1）凹模的外形尺寸根据冲件料宽( 50-70mm)及料厚（0.8-1.5mm ） ，查凹模壁厚表 5取壁厚b=40mm,所以取凹模的直径尺寸为 =86mm。d（3）刃壁的形式及高度为了增加刃口的强度，以利于废料能顺利的漏出来，所以刃壁选用筒带式，倾斜角是 5，根根据板料厚度取 h=5mm，结构如下图所示。图 3.1 筒带式结构（4）凹模的固定形式因为凹模的结构简单，所以只需利用内六角螺钉将其固定在下模座上即可。3.2.2 冲孔凸模- 10 -（1）凸模的外形尺寸因所冲的孔尺寸较小，结构较简单，所以冲孔凸模选用外形简单的圆柱头直杆圆凸模，根据冲模刃口的直径 =6mm,查圆柱头直杆圆凸模参数表 5可知 =5mm, DH=9mm, =50mm, =0.25mm.DLr（2）凸模的强度校核210.5ktd（3.8）式中 冲件材料厚度, 为 mm；t t凸模或冲孔直径， 为 mm；d材料的抗剪强度， 为 MPa，08F 钢的抗剪强度查材料的力学性能表 3可知为 310MPa；凸模刃口接触应力， 为 MPa；kk凸模平均压应力， 为 MPa;凸模许用压应力，对于常用模具钢可取 18002200MPa;所以， 210.5ktd= 367.9180.MpaPa所以凸模强度满足要求。（3）凸模允许长度校核3max8EdLt（3.9）式中 弹性模量， 为 MPa；E材料厚度, 为 mm；tt材料的抗剪强度， 为 MPa。所以， 3max8EdLt- 11 -=150mm因为取的 =50mm =19.1mm,因此所选弹簧规格符合要求。弹簧的自由h,01h高度 =63mm.0L3.2.5 卸料弹簧窝座深度的确定在弹性压料装置机构中卸料弹簧窝座的深度可按下式计算0123HFhth（3.13）式中 弹簧的自由状态长度， 为 mm;H弹簧的最大压缩量， 为 mm；F卸料板厚度， 为 mm；1h1h凸模高度， 为 mm；22材料厚度, 为 mm;tt上下模刃口进入量， =1mm；刃口修磨量， 为 mm；3h3h所以， 0123HFt=63-23.7+10+1+1-50+4=5mm3.2.6 模座、模柄、导柱、导套的设计根据所选用的压力机的模柄孔尺寸，选用凸缘模柄直径 d=20mm,因为凹模的半- 13 -径是 R=40mm,选择后侧导柱的模架，查模架标准结构表 2，可确定下模座的尺寸是9011030mm,上模座的外形尺寸是 9011040mm。查导柱、导套的规格 5A20h5100GB/T2861.1,A20H66523 GB/T2861.1。3.2.7 垫板的校核垫板校核的公式是=F/S 压 （3.14）式中， S凸模与上模座的接触的面积， =3.1492/4=64 mm2；24DSF冲裁力，F为 N压 上模座的抗压强度，对于 HT250，查材料的力学性能表 3可知 压 =90140MPa；所以， =F/S =7600/64=119MPa 因此， =119MPa 压 =140MPa，所以不用加垫板。3.2.8 凸模固定板的设计为保证安装，固定牢靠，固定板必须有足够的厚度，此厚度可由经验公式 3=1.5D H（3.15）式中 D凸模与固定板相配合的部分的直径，D为 mm所以 =1.5D H=1.59=13.5mm。结合整个模具的结构及凸模的尺寸初定固定板的直径是 d=38mm，因此固定板的外形尺寸是 3813.5mm。3.2.9 定位零件的设计定位零件在单工序冲孔模中，用来确定条料的位置，以便准确的冲出所需孔。根据此冲孔模的设计，选用三侧定位，由于工件外形简单，厚度较小，所以可选用定位钉。3.2.10 冲模闭合高度的确定冲模的闭合高度 H 指模具在最低的工作位置时，下模座的底面到上模座的顶面之间的距离 5。- 14 -而压力机的闭合高度是指滑块在下止点时工作台面至滑块下平面间的距离 5。模具 的闭合高度可由下式计算1234Hh（3.16）式中 下模板厚， 为 mm；1h1上模板后， 为 mm；22h凹模厚， 为 mm；33凸模厚， 为 mm。4h4凸模刃口进入凹模刃口的深度, =1mm。所以 1234Hh=35+40+15+50-1=139mm冲模的闭合高度 H 必须要满足 ，压力机的最大闭合高度maxmin510H是 160mm,最小闭合高度是 125mm。 =139mm 满足 。所以axmin510H模具的闭合高度是 139mm.3.2.11 模具材料的选用凸、凹模材料的好坏，与模具寿命的长短有很大关系，因此选择合适的模具材料是模具设计中所要做的一项极为重要的工作。因为模具是要在大的、连续冲压力的作用下工作的，所以材料要选用耐冲击、耐磨、强度高的。对于形状简单、冲压件的尺寸相对不大的模具，常采用高碳工具钢制造（如 T8A、T10A） ；而对于形状较复杂、冲压件尺寸较大的模具，由以前的经验可知要选用合金钢或高速钢来制造 3。由此各工作部分选用以下材料：(1)凸、凹模选用 T10A；(2)导柱、导套选用 20 钢；(3)固定板、卸料板采用 Q235 钢；(4)上、下模座采用 HT250 铸铁。3.3 冲孔模具结构示意图- 15 -图 3.2 冲孔模具图a)冲孔模具二维图 b)冲孔模具三维图- 16 -4 卷边模具的设计4.1 预弯模具的设计卷圆弯曲一般先预弯头部，然后再卷成圆形。当 r/t=0.52.2 时，卷圆要求质量不高，可在预弯后一次成型 7。因为该零件 r/t=0.8，所以预弯后可一次成型。在此只对预弯模进行简单的设计。（1）预弯模具的弯曲力是自由弯曲力，根据弯曲力的计算公式，= b F自 20.7ktr（4.1）式中 弯曲件内径， 为 mm；r最大自由弯曲力， 为 N；,F自 自b材料抗拉强度， b为 MPa，查材料的力学性能表 3可知 08F 钢的b=300MPa；安全系数，一般取 =1.3;kk弯曲件宽度， 为 mm.b得 0.713=018FKN自(2)选择压力设备选择冲压设备时，不仅要考虑弯曲模具的整体尺寸，模具结构和各部分的动作配合，还应考虑弯曲力的大小 5。选用的原则是：对自由弯曲+FP压 力 机 自(4.2）式中 选用的压力机吨位；压 力 机自由弯曲力；F自P有压料板或推件装置的压力，约为自由弯曲力的30%80%，P=8.8KN 。- 17 -所以 ，同时考虑到模具结构和动作配合，查压力机的参数 3初+19.8FpKN自选 400KN 的压力机，最大闭合高度是 300mm,最小闭合高度是 220mm。（3）模具工作部分的尺寸凸、凹模的宽度尺寸为 = db(0.75)d(4.3）凸模的尺寸 是按凹模进行配制的，保证单边间隙 c，p即 = bd-2c p(4.4）式中 弯曲件基本尺寸,b为 mm；b弯曲件制造公差，根据材料厚度和毛坯形状，查制造公差表5选取 =0.2mm;凸凹模制造公差,查制造公差表 5可取 =0.15mm。d d所以 =b(0.75)d= mm0.150.15642)6m= bd-2c p= mm。0.150.15（4）凹模的深度通常为了弯曲件的弯曲精度凹模的深度应比弯曲边高 3mm,所以取凹模深度为5mm。（5）凸、凹模的外形尺寸选凹模的壁厚是 30mm，所以凹模的外形尺寸是 44013015mm。 （壁厚的选用原则见第 3 章） 。根据凸模的固定形式及与其它零件的配合情况，取凸模的高度：h=95mm因为此弯曲凸、凹模尺寸较大，因此不加固定板，凸、凹模直接用内六角螺钉安装在上、下模座上。（6）模座的设计本设计选用后侧导柱窄形模架，根据凹模的外形尺寸是 44013015mm,查表 2初定上模座的尺寸为 51020555mm,下模座的外形尺寸是 51020570mm,查导柱导套的规格 5为：B50h520060GB/T2861.2,B45H612548GB/T2861.7- 18 -（7）模具闭合高度的确定模具的闭合高度的计算公式如下式即 (4.5)1234Hh式中 下模板厚， 为 mm；1h上模板后， 为 mm；22凹模厚， 为 mm；33h凸模厚， 为 mm;4h4凸模刃口进入凹模刃口的深度, =1mm。所以 1234Hh=234mm冲模设计时必须要使模具的闭合高度与压力机的闭合高度满足下列关系：maxmin510H式中 压力机的最大闭合高度；maxH压力机的最小闭合高度；in冲模的闭合高度所选压力机最大闭合高度是 300mm，最小闭合高度是 220mm。所以冲模的闭合高度 H 满足上式。（8）定位装置的设计根据板料的形状选用“L”形状的挡料板，因板料厚度为 1mm，所以挡料板的厚度定为 3mm。 结构如下图所示。图 4.1 定位装置结构图4.2 卷圆模具的设计4.2.1 校正曲弯力的计算（1）弯曲力按校正弯曲力计算，计算公式是，(4.6)2FAp- 19 -式中 A弯曲件校正部分的投影面积，A=4004=1600 ;2mP单位校正力，根据材料的厚度和材料的特性，根据单位校正力表 8P=70MPa所以 2FAp=160070 =112KN(2)选择压力设备对校正弯曲(4.7)F压 力 机 校式中 选用的压力机吨位；F压 力 机自由弯曲力；校因为所设计的模具中有斜楔结构，初定滑块作水平运动的斜楔角是 40所以=146KN，同时考虑到模具结构和动作配合，查压力机的参数 3初选12cos40F自400KN 的压力机，最大闭合高度是 300mm,最小闭合高度是 220mm。4.2.2 最小弯曲半径的确定当材料一定时，板料是否弯裂主要与相对弯曲半径 r/t 的大小有关，r/t 越小，变形程度将会越大，越容易产生裂纹。因此，弯曲工艺受最小弯曲半径的限制。所以若工件上的弯曲半径无别的特殊要求时，弯曲半径要尽量取的大一些，一定不小于最小弯曲半径的值 7。由于工件材料为 08F 钢，最小弯曲半径值根据最小弯曲半径rmin/t 的数值表 7查取得是 0.5mm。4.3 模具工作部分尺寸的计算查取冲模设计手册 3可知，滑块上工作部分圆的中心是在模具闭合后距离滑块的边缘 34R(所卷圆的内径 )，模具闭合后滑块与压料板间的距离是 1mm，滑块与垫板间的距离是 2mm。因为卷圆的半径是 1.8mm，零件的精度要求不高，所以滑块上工作部分的圆的半径约是 1.8mm，结构如下图所示，- 20 -图 4. 2 模具工作部分示意图4.4 弯曲模具主要零件的设计和选用4.4.1 滑块和斜楔的尺寸计算（1）选择斜楔和滑块的运动方式是水平运动。（2）根据经验数据，滑块做水平运动时的斜楔角度 一般取为 405，而且斜楔的有效行程要大于滑块的行程。一般满足下式的关系 (4.8)1tans（3）当斜楔接触到滑块并开始推动滑块时，推力合力作用线必须要在滑块长度之内，所以滑块要有足够的长度 5。（4）合理的滑块的长度要大于滑块高度，一般取滑块的长度与滑块的高度之比为 5。(21):（5）为了增加滑块运动的平稳性，滑块的宽度与滑块的长度的关系应满足下式5。22.LB（6）根据不同的模具结构设计斜楔的尺寸，但必须要有可靠的挡块 5。（7）滑块开始动作时，滑块与斜楔之间的接触面长度最小为 50mm，而且二者的接触面不小于 2/35。综合以上的原则和零件的外形尺寸确定滑块的长度是 160mm，滑块的高度是100mm 滑块的宽度是 400mm。根据滑块的宽度，查斜楔宽度表 5可知斜楔的宽度是120mm。斜楔的个数是 2 个。根据模具的整体结构斜楔的高度定为 90mm。初定斜楔的斜面长度为 50mm，则滑块的行程 =50sin40=32mm。1s4.4.2 固定板的设计因为此弯曲凸、凹模尺寸较大，因此不加固定板，凸、凹模直接用内六角螺钉- 21 -安装在上、下模座上。4.4.3 复位、压料弹簧的选择滑块的复位弹簧只要求在上模回程时使滑块可靠的复位，压料弹簧是在斜楔接触垫板时利用其弹力将件压住，可采用一般的圆柱压缩弹簧，查弹簧的参数表 6选用弹簧 1.420100GB2089-1980，弹簧的极限压缩量是 35mm,极限工作压力是F=150N。4.4.4 限位块的设计根据滑块的宽度选取挡块的宽度是 120mm，又根据模具的整体结构选挡块的长度是 36mm，高度是 100mm。4.4.5 模座、导柱、导套的设计本设计选用中间导柱模架，根据斜楔、滑块等的尺寸，查中间导柱模架的参数表 5初定下模座的尺寸为 65559065mm,上模座的外形尺寸是 65559055mm,查导柱和导套的参数表 5导柱导套的规格为：B55h522065GB/T2861.2，B55H615053GB/T2861.7, B50h522065GB/T2861.2,B50H615058GB/T2861.74.4.6 压料板的设计根据卷圆毛坯的尺寸是 8mm，总的毛坯尺寸是 70mm，所以剩余的毛坯尺寸是54mm,压料板需将 54mm 的毛坯压住，所以压料板宽度定为 54mm，高度是 27mm,长度为 400mm。4.4.7 垫板的设计根据模具的结构和各零件的配合运动，选取垫板的高度 68mm，宽度是 54mm,长度是 400mm。4.4.8 模具闭和高度的确定模具闭合高度的确定公式如下(4.9)12343cos0Hhh式中 下模板厚， 为 mm；11上模板厚， 为 mm；22斜楔高度， 为 mm；3h3h- 22 -滑块高度， 为 mm;4h4h所以 1233cos0H=270mm冲模设计时必须要使模具的闭合高度和压力机的闭合高度满足下列关系：maxmin510H式中 压力机的最大闭合高度；maxH压力机的最小闭合高度；in冲模的闭合高度所选压力机最大闭合高度是 300mm，最小闭合高度是 220mm。所以冲模的闭合高度 H 满足上式。4.4.9 定位装置的设计因为板料先进行了冲孔，所以可以用板料上的孔进行定位。 4.4.10 模具材料的选择弯曲模具各部分零件的材料选用如下(选用原则见第三章)：（1） 斜楔、滑块选用 9Mn2V；（2） 导柱导套采用 20 钢；（3） 上下模座采用 HT250 铸铁。4.5 卷圆模具结构示意图- 23 -图 4.3 卷圆模具图a)卷圆模具二维图 b)卷圆模具三维图5 弯曲模具的设计5.1 弯曲力的计算5.1.1 弯曲力的计算（1）自由弯曲力的计算对于 U 形件的弯曲= b F自 20.7ktr(5.1)式中 弯曲件内径， 为 mm；r最大自由弯曲力， 为 N；F自 自b材料抗拉强度， b为 MPa，查材料的力学性能表 3可知 08F钢的 b=300MPa；安全系数，一般取 =1.3;kk- 24 -弯曲件宽度， 为 mm.bb所以 = b F自 20.7ktr= .13605=6287N(2)选择压力设备选择冲压设备时，不仅要考虑弯曲模具的整体尺寸，以及模具的各部分的动作配合，还要考虑弯曲力的大小 3。选用的原则是：对自由弯曲(5.2)+FP压 力 机 自式中 选用的压力机吨位；压 力 机自由弯曲力；自P有压料板或推件装置的压力，约为自由弯曲力的30%80%，P=5030N 。因为 =12KN，同时考虑到模具结构和动作配合，查压力及参数表 3初选+F自400KN 的压力机，最大闭合高度是 300mm,最小闭合高度是 220mm。5.1.2 最小弯曲半径的确定最小弯曲半径是指弯曲时防止外层纤维拉裂的极限弯曲半径成为最小弯曲半径，以 表示。当材料一定时，板料是否弯裂主要与相对弯曲半径 r/t 的大小有关，r/tminrt越小，变形程度将会越大，产生裂纹越容易。因此，弯曲工艺限制了最小弯曲半径7。所以工件上的弯曲半径若无别的要求时，要尽量取的大一些，应大于最小弯曲半径的值。由于工件材料为 08F 钢，最小弯曲半径值根据最小弯曲半径 rmin/t 的数值表 7查取得是 0.5mm。5.1.3 弯曲件回弹的计算（1）因为板料在常温下弯曲时总会伴有相应的弹性变形，所以在卸载后，弯曲件中的弹性变形会立即恢复，引起工件回跳，称为回弹 8。当 r/t 10 时属于小变形程度，回弹大，应根据凸模圆角半径，计算凸模角度。- 25 -当 r/t5 时属于大变形程度，圆角半径回弹小，不必计算。 因为工件的 r/t=0.55,所以属于大变形程度，查弯曲回弹角 3可知回弹角近似值为 1（2）工件回弹问题的解决方法针对该弯曲件，可以用减少凸、凹模之间的间隙，或在凸模的端部做出凸台的方法来减少工件的回弹。5.2 模具工作部分尺寸的计算（1）凸、凹模的圆角半径凸模的圆角半径 rp应大于材料所允许的最小弯曲半径 =0.5mm，并且等于弯minr曲件内侧的圆角半径 =2.5mm。同样凹模的圆角半径 rd也不能太小，以免弯曲时将毛坯表面擦伤，而且凹模两边的圆角半径也应相同，这样就防止了毛坯的偏移。r d 可根据板厚来选取，当2mm, =(36)t7，所以可取 3mm。tdr（2）凸、凹模间隙 C对于 U 型件的弯曲，凸、凹模之间的间隙的选择一定要合理。生产中常常按材料的机械性能和材料的厚度来选取：对于钢板，C=(1.051.15) 7，所以 C=1mm。t（3）凸、凹模的宽度尺寸计算当尺寸标注在外侧时弯曲件的凸、凹模宽度尺寸，要以凹模宽度为基准，所以要先确定凹模的尺寸 7。如果将模具磨损和弯曲件回弹等因素考虑在内，凹模宽度尺寸为：= (5.3)db(0.75)d凸模尺寸 按凹模来配制，应保证单边间隙 c7。pb即 = bd-2c (5.4)p式中 弯曲件基本尺寸,b为 mm；弯曲件制造公差，根据材料厚度和毛坯形状选取 =0.2mm; 凸凹模制造公差, 查制造公差表 5 =0.06mm。d d所以 =b(0.75)d= 0.60.6323185m- 26 -= bd-2c pmm。 0.60.631852985（4）凹模的深度为了避免卷好的边不与凹模发生碰撞，所以凹模的顶端到转轴自由状态时的最高点的距离要小于弯曲件为 U 形时的直边高度。而 U 形件的直边高度为 14mm，所以取弯成 U 形件时的凹模深度为 10mm,45弯曲时的凹模取为 10 mm，则凹模的总深度为 20mm。结构如下图所示，图 5.1 U 形弯曲时凹模深度结构示意图5.3 弯曲模具主要零件的设计和选用5.3.1 凹模的外形尺寸（1）凹模的厚度凹模的厚度可以根据凹模的深度和形状来选取合适值，取为 64mm。（2）凹模的长宽选取凹模的壁厚为 40mm,则凹模的外形尺寸为 44012070mm(凹模壁厚的选用原则见第三章) 。5.3.2 凸模的外形尺寸根据凸模的固定形式及与其它零件的配合情况，取凸模的高度：h=105mm。凸模为 45弯曲的部分的高度应大于 12mm。5.3.3 固定板的设计因为此弯曲凸、凹模尺寸较大，因此不加固定板，凸、凹模直接用内六角螺钉安装在上、下模座上。5.3.4 模座、导柱、导套的设计本设计选用后侧导柱窄形模架，根据凹模的外形尺寸是 44012064mm,查后侧导柱窄形模架参数表 5初定下模座的尺寸为 51016550mm,上模座的外形尺寸是51016540mm,导柱导套的规格为：B45h520060GB/T2861.2,B45H612548GB/T2861.75.3.5 垫板的设计凸模支撑面对上模座的单位压力为- 27 -(5.5)FpA式中 弯曲力，在此处等于 12000N；F上模座与凸模的接触面积， =40084=33600 ;A 2m所以 p=0.4MPa，因为灰铸铁 HT250 的许用压应力 是 90140MPa，而 P 因此模具不需要加垫板也满足使用要求。5.3.6 模具闭和高度的确定模具的闭合高度的确定公式是即 (5.6)1234Hh式中 下模板厚， 为 mm；1h上模板后， 为 mm；22凹模厚， 为 mm；33h凸模厚， 为 mm;4h4凸模刃口进入凹模刃口的深度, =1mm。所以 1234Hh=258mm冲模设计时的模具的闭合高度和压力机的闭合高度必须满足下列关系：maxmin510H式中 压力机的最大闭合高度；maxH压力机的最小闭合高度；in冲模的闭合高度所选压力机的最大闭合高度是 300mm，最小闭合高度是 220mm。所以冲模的闭合高度 H 满足上式。5.3.7 挡料装置的设计- 28 -根据板料的形状选用“L”形状的挡料板，因板料厚度为 1mm，所以挡料板的厚度定为 3mm。图 5.2 挡料板的结构图5.3.8 拉簧的选用拉簧在本模具中的主要作用是复位，所以可以选一般的拉伸弹簧，查拉簧的参数表 6选用簧丝直径