冲压模具设计

第 1 章 课题分析1.1 课题介绍本次课题主要是分析汽车零件的工艺性，绘制产品的三维图，在多种工艺方案中选择其最优冲压工艺方案，然后进行工艺计算、确定其模具结构并设计其模具。1.2 课题目的课题的目的：通过对产品的分析设计适合的模具检验对所学相关课程理论、技能的理解程度；在作毕业论文的过程中，所学知识能够得到更进一步地疏理和运用；通过这次毕业设计，能更好的提高自己综合运用所学知识独立地分析问题和解决问题的能力，更好的掌握了如何收集、整理和利用资料，如何使用绘图软件等知识；也培养了理论联系实际的良好作风。1.3 课题意义课题的意义：通过此次设计了解设计冲压模的一般程序，了解相关的理论知识并加以应用和巩固；熟练的运用有关技术资料；初步的掌握设计冷冲压模具的能力，为将来的工作打下初步的基础。第 2 章 材料冲压性能分析2.1 材料的冲压性能系数根据要求，零件材料为 15 钢。查参考文献615 钢的力学性能如下：抗剪强度 =（270380）Mpab抗拉强度 =（340380）Mpa伸长率 26%屈服强度 =230Mpas弹性模量 1.9810 5E/Mpa该配件是一个汽车零件，厚度 t=1mm，材料为 15 钢，其形状为不规则复合弯曲，如图 2-1 所示。15 钢为优质碳素结构钢，具有良好的冲压性能，适于制作汽车零件，也适于冲裁和弯曲。图 2-1 汽车零件三维图2.2 零件形状与结构分析2.2.1 冲裁件最小孔径在冲裁中，最小孔径与抗剪强度有关：700Mpa d=1.5tb=400700Mpa d=1.3t=tb2.2.2 冲裁件其他尺寸要求孔与孔距离 b=1.5t孔与边距离 b=t孔与弯曲边距离 b=r+0.5t (r 为弯曲圆角半径)该零件展开图如图 2-2，材料为 15 钢，抗剪强度 =（270380）Mpa，有异形孔，孔的最小尺寸为 d=6mm，满足冲裁最小孔径 dmin=1.0t=1mm 的要求。冲裁件其他尺寸要求皆符合要求。图 2-2 冲裁零件图2.3 零件尺寸精度、表面粗糙度分析零件尺寸精度要求 IT12 要求表面平整光洁，边缘不得有毛刺。查参考文献8，材料厚度 t=1mm 时，剪断面表面粗糙度为 Ra6.3m。查参考文献8，材料厚度 t=1mm 时，毛刺小于等于 0.15mm。第 3 章 冲压工艺方案与分析3.1 零件的冲压工艺性质分析冲压工艺设计主要包括冲压件的工艺性分析和冲压工艺方案的确定两个方面的内容。良好的工艺性和合理的工艺方案，可以用最小的材料消耗，最少的工序数量和工时，稳定地获得符合要求的优质产品，并使模具结构简单，模具寿命高，因而可以减少劳动量和冲裁成本。冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性，一般情况下，对冲裁件工艺性影响较大的是制件的结构形状、精度要求、形位公差及技术要求等。冲压件的工艺性合理与否，影响到冲压件的质量、模具寿命、材料消耗、生产效率等，设计中应尽可能提高其工艺性。此零件使用的材料是 15 钢，15 钢具有好的塑性，具有好的冲压性能。此零件公差按 IT12 来处理，冲压生产出的零件精度符合零件精度要求。此零件的工艺大致可以分为：落料，冲孔，弯曲。此冲压件上的孔径都大于冲压所能冲制的最小半径。一般而言，小批量、大尺寸的产品宜单工序生产，采用简单模具。零件的圆孔距边 10mm，大与 r+t=5.2mm，所以弯曲不会引起孔的变形，同时孔也可以作为弯曲过程中定位使用，所以采用先冲孔落料，后弯曲加工的方法。3.2 冲压工艺方案的确定3.2.1 零件成形所需工艺零件存在孔需要冲孔，然后是整体材料落料，然后进行成形，最后弯曲。3.2.2.冲压安排安排带孔的的弯曲件，其冲孔工序的安排应参照弯曲件的工艺分析进行。此零件冲顺序先冲孔落料，再成形，最后进行两次弯曲。3.3 弯曲方法成形工序较为简单，所以着重讲述两道弯曲工序。见零件的三维图 2-1，该零件存在多位置的弯曲，且弯曲方向不同，无法一次弯曲成形，需进行两次弯曲成形。3.3.1 弯曲一由于存在不同方向的弯曲，先进行同一方向的弯曲，如图 3-1 所示。图 3-1 第一次弯曲三维图3.3.2 弯曲二接着进行第二次“Z”字形弯曲，一次成形，如图 3-2 所示。图 3-2 第二次弯曲三维图3.4 冲压工艺方案确定方案一：采用级进模连续冲孔弯曲落料该方案告诉快捷，但是不适合小批量生产，且由于部分弯曲方向不同，需设计不同的定位，需要重新设计弯曲结构，不适合。方案二：分开进行加工，先冲孔落料，再成形，最后进行弯曲该方案结构简单，采用复合模冲孔落料，再用复合弯曲模进行弯曲成型，采用的工具容易标准化，工具还可以改做他用，可以采用。综上所述，由于工件进行小批量生产，弯曲凸凹模可以进行互换，加工方式应尽可能的简单。所以采用 4 道复合模完成所有工序，先冲孔落料，后成形，最后进行 2 次弯曲。这样的加工优点是，所用的模具结构简单，可以轻易的从其他模具改装而得，模具生产完毕后还可以作为其他模具使用，使生产成本进一步降低。第 4 章 冲模结构设计及冲压工艺计算4.1 冲模结构的确定经以上分析，采用复合模结构，复合模是一种多工序的冲模，时在压力机的一次工作行程中完成数道分离工序的模具，其设计难点时如何在同一工作位置上合理地布置好几对凸、凹模，并且实现推件卸料。在结构上的主要特征是有一个既是落料凸模又是冲孔凹模的凸凹模。按照复合模工件零件的安装位置不同，分为正装式复合模和倒装式复合模两种。（1）正装式的特点：工件和冲孔废料都将落在凹模表面，必须清除后才能进行下一次冲裁，造成操作不方便、不安全，但冲出的工件表面比较平直。（2）倒装式的特点：冲孔废料由冲孔凸模落入冲孔凹模洞口中，积聚到一定的数量，由下模漏料孔排出，不必清除废料，但工件表面平直度较差，凸凹模承受的张力较大。经分析，为了提高凸凹模的强度，决定采用倒装式复合模。4.2 搭边值的确定查文献8表，选取工件间搭边值 a12mm,沿边搭边值 a3mm。4.3 排样设计4.3.1 板料规格选择由于板料厚度的原因，故决定采用无侧压装置的导料装置。查参考文献8,Z=1mm，=0.9mm条料宽度 = mm （4-1）09.0max0 13262 ）（）（ CDB09.68导料板间距离 A=B+Z= =168mm式中：Dmax _ 条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；a _ 侧搭边值； _ 条料宽度的单向（负向）偏差，查表可得为 0.9mm； C _ 导料板与最宽条料之间的间隙，查表可得为 1mm；4.3.2 材料利用率由于零件冲裁形状不规则，尝试用直排和直对排两种方式，分别如图 4-1所示与图 4-2 所示。图 4-1 直排排样方式图 4-2 直对排排样方式直排排样方式材料利用率： = =62.5% （4-2）%10ABS直对排排样方式材料利用率： = =78.4% 4.4 模具刃口尺寸计算4.4.1 加工方式的选择凸模和凹模加工时有两种方法：1、凸模与凹模分开加工法 2、凸模与凹模配作法。 其中分开加工主要适用于圆形或简单规则形状的工件，因冲裁此类工件的凸、凹模制造相对简单，精度容易保证，可以分别加工，设计时，需在图纸上分别标注凸模和凹模刃口尺寸及制造公差。 配作法主要适用于形状复杂或薄板工件的模具，保证冲裁凸、凹模间有一定的间隙值。此零件的冲裁件比较复杂，所以采用凸模和凹模配作法。4.4.2 刃口尺寸计算落料：根据计算原则，采用凸模和凹模配作法，以凹模为基准模，配置凸模，保证双面间隙值 Z。凹模磨损后变大的尺寸:A刃口尺寸计算公式：A= （4-A0max）-（ 3）查参考文献8得，x=0.75A31= = mm03.257.0-31）（ 03.81A30= = mm.0）（ .09A25= = mm3.-）（ 3.4A24= = mm05.724）（ 05.782A104= = mm3.0.-10）（ 3.01A97= = mm5.9）（ 5.49A268= = mm0.27.-68）（ 0.67凹模磨损后变小的尺寸：B刃口尺寸计算公式：B= （4-40min）x-（ AB）B64= = mm02.1875.64）（ 02.356B16= = mm05.1）（ 0.B31= = mm3.3）（ 3.1B40= = mm0.2740）（ 0.84凹模磨损后不变的尺寸：C刃口尺寸计算公式:C= （4-5）125.0CC65= = mm21.05.66.C16= = mm317C92= = mm.95.9C76.5= = mm0257636C135= = mm4.1.3.C45= = mm458查考文献，Zmin=0.168mm,Zmax=0.216mm凸模刃口尺寸按凹模实际尺寸配制,保证双面间隙值为 0.1680.216mm。冲孔：根据计算原则，采用凹模和凸模配作法，以凸模为基准模，配置凹模，保证双面间隙值 Z。凸模磨损后变小的尺寸：A刃口尺寸计算公式:A= （4-6）0min）x-（ AA14= = mm02.175.14）（ 02.75.4A6= = mm0.0）（ 0.96A6= = mm2.）（ 2.A10= = mm0.1875）（ 0.35A20= = mm02.20）（ 02.8查考文献，Zmin=0.168mm,Zmax=0.216mm凸模刃口尺寸按凹模实际尺寸配制,保证双面间隙值为 0.1680.216mm 。4.5 压力机的选择及压力中心的确定4.5.1 冲裁力的计算可知冲裁力基本计算公式为： （4-tKLF7）其中零件的周长为 909.484mm，材料的厚度 1mm，15 钢的抗剪强度取320Mpa，则冲裁该零件所需冲裁力为： KNKLF 4.378.3784520148.903.1t 式中 F 冲裁力L 冲裁件周边长度（mm）K 系数，取 K=1.3t 材料厚度（mm）材料抗剪强度（MPa）b卸料力：（4-8）KN14.537804.FK卸卸顶件力：（4-9）.2.6顶顶式中 F 冲裁力； K 卸 、K 顶 卸料力、顶件力系数，查参考文献8表，K 卸 =0.04，K 顶 =0.06； 本设计采用弹性卸料和上出件方式，故（4-10）总F顶卸 KN24.16.37814.524.5.2 选择压力机综上，零件冲压成形所需总压力为 416.24KN。查文献8初选公称压力为 630kN 的 JH21-63 系列开式固定台机械压力机（型号为 JH21-63） 。其最大装模高度为 360mm，装模高度调节量为 90mm，工作台孔尺寸为 340mm180mm。4.5.3 模具压力中心计算X0=923.5+212+2511+213+2526.5+240+1442+244+51.515+667+80.515+290+1492+294+14103+2132+54134+2132+12124+2116+12114+2112+14103+294+1192+2067+7.577+7.557+(77/360240-29240)67+1142+240+1431+222+1220+218+320-218-1220-222-1431-240-1142-77/36067-1192-294-14103-2112-12114-2132-1212116-14114-2112-14103-294-1492-290-4267-244-1442-240-3310-226-1424-220-2012+4126-8116-12124-2132-54134-252-864-3280-1688-1672-4126-484-476-450-458/1245.23=11.5423 （4-11）X0取 11.54Y0=92（-12.5）-220-+2075+7.578.52+（35/25240-29/360240）87.78+1169.5+262+1460+258+1250+242+1240+242+1250+258+1460+262+1166+77/36024087.78+1169.5+262+1460+258+1250+242+1240+238+545-220-1-222-220-1411-22-140-2146-25.5+240-22-1411-220-1522-623-1522-219-1411-22+140-22-1411-220-1222-220+545+238+1240+242+1250+258+1460+262+1169.52-1411-4222-220-1411-22-100-22-1411-220-2422-4166-820-852+1556+164016482/998.35=27.8013 （4-12）Y0取 27.80取压力中心 A(11.54,27.80),如图 4-3 所示。图 4-3 压力中心4.6 卸料橡胶的设计模具采用弹性卸料装置，弹性元件选用橡胶。选用的 4 块橡胶板的厚度务必一致，不然会造成受力不均匀，运动产生歪斜，影响模具的正常工作。其尺寸计算如下：4.6.1 确定橡胶的自由高度 H 自由卸料板工作行程 h 工 =h1+t+h2 =5.2mm （4-13）h1 _ 凸模凹进卸料板的高度 2mm；h2 _ 凸模冲裁后进入凹模的深度 2mm；橡胶工作行程 H 工 =h 工 +h 修 =10.2mm （4-14）h 修 _ 凸模修模量，取 5mm；橡胶自由高度 H 自由 =4H 工 =40.8mm，取 H 自由 为 40mm,取 H 工 为 H 自由 的 25%；橡胶的预压缩量 H 预 =15%H 自由 =6.12，取 H 预 为 6mm,一般 H 预 =(10%15%)H自由 。4.6.2.确定橡胶的外径 D每个橡胶承受的载荷 F1=F 卸 /4=6.215KN,选用 4 个圆筒形橡胶。查参考文献8得，矩形橡胶的预压量为 10%15%时的单位压力为0.6Mpa，所以D=0.5d2+1.27(F1/p)=47mm （4-15）4.6.3 校核橡胶的自由高度 H 自由（4-87.04自 由 D16）橡胶垫的高径比在 0.51.5 之间，所以选用的橡胶垫规格合理。橡胶的装模高度 H 装 =H 自由 -H 预 =34mm。 （4-17）4.7 主要零、部件设计4.7.1 工作零件的设计（1）凸模落料凸模。结合工件外形并考虑加工，将落料凸模设计成台阶式，与凸 1模固定板的配合按 H7/m6。查参考文献8公式（2-41）得总长 LL=h1+h2+t+h=(40+20+1+19)=80mm （4-18）式中 h 1 _ 凸模固定板厚度；h2 _ 固定卸料板厚度；t _ 材料厚度；h _ 增加长度。具体结构见图 4-4。图 4-4 落料凸模冲孔凸模。冲孔凸模采用台阶式，一方面加工简单，另一方面便于装配 2与更换。其长度应根据模具的结构确定,L=60mm 。凸模的强度与刚度校核 3在一般的情况下，凸模的强度和刚度是足够的，没有必要进行校核。但是凸模的截面尺寸很小而冲裁的板料厚度较大或根据结构需要确定的凸模特别细长时，则应进行承压能力和抗弯曲能力的校核。查参考文献8,凸模的承压能力校核：Amin bcZF/对于圆形凸模，当推件力或顶件力为零时dmin bc4t式中 t 材料厚度（mm） 材料抗剪强度（MPa）凸模材料的许用压应力（MPa） 。此处材料选用 15 钢，查参bc考文献可得 （10001200）MPa，取 1000 MPa。bcdmin=14 mm =41320/1000=1.28mm故凸模满足强度要求。根据凸模在冲裁过程中的受力情况，可以把凸模看做压板。所以，凸模不发生失稳纵弯曲的最大冲裁力可以用欧拉公式极限力公式确定。查参考文献,对于无导向的凸模的失稳弯压应力的校核可按式（2-51）进行校核：lmax zFd/952式中 l max 凸模最大允许长度，单位 mm；F z 凸模所受的总压力；d 凸模工作刃口尺寸，单位 mm。lmax=137.69mm55mm,所以凸模不致产生失稳弯曲。如果由于模具结构的需要，凸模的长度大于极限长度，或凸模工作部分直径小于允许的最小值，就应采用凸模加护套等办法加以保护。在实际生产中，考虑到模具制造、刃口锐钝、偏载等因素的影响，即使长度不大于极限长度的凸模，为了保证冲裁工作的正常进行，有的也采取保护措施。凸模不致产生失稳弯曲的极限长度与凸模本身的力学性能、截面尺寸和冲裁力有关，而冲裁力又与冲裁板料厚度及其力学性能等有关。因此，对于小凸模冲裁较厚的板料或较硬的材料，必须注意选择凸模材料及其热处理规范，以提高凸模的力学性能。（2）凹模板凹模采用整体凹模，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。其轮廓尺寸可按公式计算：由参考文献8公式 2-52 和 2-53 得：凹模厚度 H=Kb=0.12300=36mm （4-22）凹模壁厚 C=（1.52）H=4060mm （4-23）b 凹模孔的最大宽度（mm） ；K 系数，由参考文献8表 2-2 查得 K=0.16。取凹模厚度 H=40mm,凹模壁厚 c=40mm。凹模宽度 B=b+2c=(268+240)=380mm,取 B=400mm。 （4-24）凹模长度 L 取 230mm（送料方向）凹模轮廓尺寸为 400mm250mm40mm。4.7.2 定位零件的设计为限定被冲材料的进给步距和正确地将工件安放在冲模上完成下一步的冲压工序，必须采用各种形式的定位装置。用于冲模的定位零件有导料销、导料板、挡料销、定位板、导向销。定位装置应可靠并具有一定的强度，以保证工作精度、质量的稳定；定位装置应可以调整并设置在操作者容易观察和便于操作的地方。卸料板上设置固定挡料销，采用固定挡料销进行定距。挡料装置在复合模中,主要作用是保持冲件轮廓的完整和适量的搭边。在此选圆柱式挡料销,因其固定部分和工作部分的直径相差较大，不至于削弱凹模的强度,并且制造简单，使用方便。采用条料或带料冲裁时，一般选用导料板或导料销来导正材料的送进方向。本次设计采用的是导料销。导料销是导料板的简化形式，结构上选用 3 个固定挡料销来充当导料销。查参考文献8，选取的固定挡料销的具体参数为：大头端直径：d16 mm销部直径： d 18 mm头部高度： h3 mm总长度： L13 mm结构如图 4-5 所示图 4-5 固定挡料销4.7.3 卸料部件的设计（1）卸料板的设计本设计采用弹性卸料板。弹性卸料板有敞开的工作空间，操作方便，生产效率高。冲压前对毛坯有压紧作用，冲压后又可以平稳卸料，从而使制件较为平整。卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同，厚度为 20mm。卸料板的尺寸为 400mm250mm20mm。卸料板采用 Q235 制造，淬火硬度为 4560HRC。（2）卸料螺钉的选用卸料板上设置 2 个卸料螺钉，公称直径为 16mm，螺纹部分为 M1210mm。卸料螺钉尾部应留有足够的行程空间。卸料螺钉拧紧后，应试卸料板超出凸模端面 1mm，有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。4.7.4 模架的设计（1）模架的选用模架的类型 1模架包括上模座、下模座、导柱和导套。冲压模具的全部零件都安装在模架上，为缩短模架制造周期，降低成本，我国已制定出模架标准。根据上、下模座材料性质可分为铸铁模架和钢板模架两种。根据模架导向用的导柱和导套间的配合性质，模架又可分为滑动导向模架和滚动导向模架两大类。每类模架中，由于导柱安装位置和数量的不同，由有多种模架类型，如：后侧导柱式、中间导柱式、对角导柱式和四角导柱式。选择模架结构时，要根据工件的受力变形特点、坯料定位和出件方式、板料送进方向、导柱受力状态和操作是否方便等方面进行综合考虑。因铸铁模架的后侧导柱模架结构较为简单，且适合加工窄长零件，故本次设计选用滑动导向型的后侧导柱铸铁模架。模架的尺寸 2选择模架尺寸时要根据凹模的轮廓尺寸考虑，一般在长度及宽度上都应比凹模大 3040mm，模座厚度一般等于凹模厚度的 11.5 倍。选择模架时，还要考虑模架与压力机的安装关系，例如模架与压力机工作台孔的关系，模座的宽度应比压力机工作台的孔径每边约大 4050mm。在本设计中，凹模采用矩形的结构，其工作部分基本尺寸为 295mm，壁厚为 40mm，所以其外径基本尺寸为 400 mm，厚度为 H40mm。模具的闭合高度 H应介于压力机的最大装模高度 与最小装模高度 之间，其关系为：maxHmin10H 5inax由上面压力机的选择可知道 =360 mm， = 90=270mm。所以axinaxH 应介于 270mm360mm 之间。查参考文献2得，选用的模架为:上模座、下模座、导柱、导套分别为： 上模座： 400mm250mm50mm 下模座： 400mm250mm60mm 导柱： 40mm290mm导套： 40mm125mm48mm 上模座厚度 H 上 取 50mm，垫板厚度 H 垫 取 10mm，定位板厚度 H 定 取 40mm，凸模固定板 H 固 取 30mm，下模座厚度 H 下 取 60mm，那么，该模具的闭合高度：H 闭 =H 上 +H 垫 +H 定 +H 固 +H 下 +L+H-h=(50+10+40+30+60+80+40-4)mm =336mm式中： L凸凹模长度，由前可知 L80mm；H凹模板厚度，由前可知 H30mm；综上可得 H 闭 =336mm,可见该模具闭合高度小于所选压力机 JH21-80 的最大装模高度，可以使用。4.7.5 导向零件的设计导向装置可提高模具精度、寿命以及工件的质量，而且还能节省调试模具的时间。本次设计采用的滑动导柱、导套均为圆形，其加工方便，容易安装，是模具行业应用最为广泛的的导向装置。 查参考文献8得：导柱： 40mm290mm导套： 40mm125mm48mm 同时应保证上模座在最低位置时，导柱上端与上模座顶面之间的距离不小于 1015mm，而下模座底面与导柱底面的距离不小于 5mm，导柱的下部与下模座导柱孔采用过盈配合，导套的外径与上模座导套孔采用过盈配合。导柱在冲压前进入导套 10mm 以上。4.7.6 模柄的设计根据压力机模柄孔的尺寸：直径为 60mm，深度为 75 mm，选择压入式模柄，查参考文献8，可知其参数如下：d=60，极限偏差0.006mm，d 1=62mm,总高度 L=125mm，打杆孔 d3=15mm，台阶直径 d2=71mm，台阶高度 L1=8mm，材料为Q235A。结构如图 4-6 所示。图 4-6 模柄4.7.7 推件、顶件装置本次设计采用刚性推件装置，推件装置装在上模内，通过模柄内的打料机构完成推件动作。刚性推件装置的典型结构应考虑推力均衡分布和尽可能减少对模柄和模座强度的削弱的原则来设计。顶件装置装在落料凹模内，通过顶杆和顶件器将工件从凹模中顶出出，常利用弹簧和气垫驱动顶杆工作。第 5 章 成形模设计与计算5.1 成形部分设计本套模具是完成一个方向的胀形，最后达到零件的结构。胀形是利用模具使板料拉深变薄局部表面积增大以获得零件的加工方法，可采用不同的方法来实现，如钢模胀形、橡皮胀形和液压胀形等，本模具设计为钢模胀形。原因是本件的成形很显然是属于平板的起伏成形，而不属于圆柱形空心坯料的胀形。而且钢模胀形模具结构简单，容易操作。平板的局部胀形包括压加强筋、压凸包。设计本套模具就是成形本件一个方向的加强筋中的压筋。加强筋主要是用来增加零件刚度及起装饰作用。本件有 3 处设计成加强筋，能否成形的条件为：（5-1） )75.0.(%10/)(01llp式中： p许用断面变形程度；l0变形区横截面的原始长度；l1成形后加强筋横截面曲线轮廓长度；成形材料相对延伸率。那么，成形前后的横截面如图 5-1 所示：图 5-1 压筋成形前后横截面 %)24.()75.0.(%37.1062/)854.62(1 p所以符合成形条件。5.2 变形力与冲裁力的计算（1）每段加强筋所需变形力由公式： （5-2）bKLtF式中： K取 0.71.0，窄而深取大值，宽而浅取小值；L成形区周长，mm； t料厚，mm；b材料强度极限，Mpa加强筋的外轮廓如图 5-2 所示：图 5-2 加强筋周长图得出： NF89041.278.01573922.35.5（2）总变形力（5-3） 321F=89088+57359+43280 =189727N5.3 确定压力中心根据实际情况，零件外形的成形是非对称的，且较为复杂。利用解析法求出压力中心，确定模柄位置和冲压中心点。X Y Z -1.8323942e+01 6.3125123e-01 -5.7841685e+01压力中心具体位置如图 5-3 所示：图 5-3 压力中心5.4 选择压力机根据所计算出 F=190KN，选择压力机：选择压力为 250KN 开式双柱压力机，但是查表发现 J23-25 压力机最大封闭高度过小，导致模具无法正常安装，所以选择更高一级的压力机，型号为 J23-40，技术规格如下表 5-1：表 5-1 压力机技术参数压力机型号 J2340公称压力/KN 400滑块行程/mm 100发生公称压力时滑块距下死点距离/mm 7行程次数/（次/min） 80固定台和可倾式 300最低 200最大封闭高度/mm活动位置最高 400封闭高度调节量/mm 70左右 560工作台尺寸/mm前后 360左右 260工作台孔尺寸/mm前后 130直径 180立柱间距离/mm 260模柄孔尺寸/（直径 mm深度 mm） 5070工作台板厚度/mm 60垫板厚度/mm 60显然所需压力 F=190KN压力机的公称压力 400KN；压力机最小闭合高度+10mm模具闭合高度 246mm压力机最大闭合高度 300mm5.5 选用标准模架由：Hd=Kb=0.12210=25.2mm （5-4）Hd=30mm 那么有：C=（1.52）Hd=60mm （5-5）选用滑动对角导柱模架BL （250mm400mm）闭合高度（180mm350mm）上模座（GB/T2855.1）400mm2500mm50mm 下模座（GB/T2855.2）400mm250mm60mm5.6 胀形刃口尺寸的说明及确定胀形可以看作是局部的变薄拉深，工作零件刃口尺寸的确定按拉深工作零件尺寸计算方法计算，根据零件胀形部分的形状是非圆形胀形，所以刃口尺寸的确定按非圆形拉深方法计算。非圆形凸、凹模的制造公差可根据制件公差来选定。若拉深件的公差为IT12、IT13 级以上者，凸、凹模制造公差采用的标准公差等级为 IT8、IT9；若拉深件的公差为 IT14 级以下者，则凸、凹模制造公差采用 IT10 级。但若采用配作时，只在凸模或凹模上标注公差，另一方则按间隙配作。如拉深件是标注外形尺寸时，则在凹模上标注公差；反之，标注内形尺寸时，则在凸模上标注公差。零件尺寸公差按 IT12 级计算，那么凸、凹模制造公差采用标准公差等级IT8 或 IT9 级加工，参考下表 5-2：表 5-2 公差等级表 (m)公 差 等 级基本尺寸/mmIT8 IT93 14 2536 18 30610 22 361018 27 431830 33 523050 39 625080 46 7480120 54 87120180 63 1005.7 模具结构设计5.7.1 胀形凸模本模具设有 3 个胀形凸模，材料为 T10A，硬度要求 5862HRC，都是整体式结构。胀形凸模刃口处加工成零件所需胀形的外形，装配处加工成矩形，这样便于凸模和凸模固定板的加工。胀形凸模依靠凸模固定板固定。5.7.2 其它零件设计（1）定位零件此套模具设计定位零件的作用是用来确定毛坯零件在模具中准确位置，保证冲出合格的制件。根据定位零件的设计原则：定位至少应有三个支承点，即两个导向点和一个定距点。根据零件的结构，零件内部有一个拉深部分，上下对称是直平面。那么可以在直平面处加两块定位块，将零件的纵向定位，并且用螺钉和销钉把定位块稳定在胀形凹模上。横向的定位用两个固定的定位销定位，定位销靠过盈配合，固定在凹模上。5.7.3 固定零件（1）模柄同样，为了将固定上模座于压力机滑块上时，且使模具的压力中心与压力机的压力中心保证一致，加设模柄。根据所选开式压力机的模柄孔尺寸60mm70mm，选择标准凸缘式模柄（GB2862.381） ，材料 45。（2）凸模固定板凸模固定板采用材料为 45，硬度要求为 4348HRC，长宽厚度=400mm25030mm。板内加工带台阶方孔，按 H7/m6 过盈配合加工。（3）垫板冲压时，由于冲压力作用在凸模和凹模上，为了避免磨伤了凸模和凹模，需要分别在上下加垫板。材料 45，硬度要求 4348HRC，长宽厚度=400mm250mm10mm。第 6 章 弯曲模设计与计算6.1 弯曲一6.1.1 弯曲模工作部分的尺寸设计（1）凸、凹模工作部分尺寸与公差 由于弯曲件尺寸的标注和尺寸的允许偏差值不同，所以凸、凹模工作部位尺寸的计算方法也不同。零件一次弯曲如图 6-1 所示。图 6-1 零件一次弯曲图a.用外形尺寸标注的弯曲件对于要求外形有正确尺寸的工件其模具应以凹模为基准先确定凹模尺寸。考虑到模具磨损和弯曲件回弹的影响，凹模横向尺寸应为 LA= （6-1）A0max）.75-（ 凸模尺寸按凹模配制，保证单边间隙 Z，即 LT= （6-2）0A）（ Tb.用内形尺寸标注的弯曲件弯曲件宽度尺寸标注在内侧，则应以凸模为基准，先计算凸模尺寸。同理，考虑到模具磨损和回弹因素的影响，凸模横向尺寸应为LT= （6-3）0min）.75（ T凹模尺寸按凸模配制，保证单边间隙 Z，则 LA= （6-4）A0T）（式中 L T、 L A凸、凹模横向尺寸； Lmax弯曲件横向最大极限尺寸；Lmin弯曲件横向最小极限尺寸；弯曲件横向的尺寸偏差； T、 A凸、凹模的制造公差，一般取凸模的精度比凹模的精度高一级。(2)凸、凹模的间隙对 V 形件弯曲模，凸、凹模间的间隙是靠调整压力机闭合高度来控制的，设计时可不考虑。对于 U 形件弯曲模，设计时应适当选择间隙值。查参考文献9,其单边间隙 Z/2 一般按照一下公式计算：Z/2=tmax+Ct=t+Ct （6-5）式中 Z弯曲凸、凹模单边间隙；t工件材料厚度；材料厚度的正偏差；C间隙系数，可查参考文献8表 3-12。(3)弯曲凸模的圆角半径弯曲凸模圆角半径不能过小，也不能过大。过小会造成材料拉裂，过大则回弹量增大。一般当相对弯曲半径较小（r/t58）时，先计算回弹值，凸模圆角半径在试模时作修正。此处，圆角半径较小，即 r/t=4/1.2=3.324mm 时 r 凹 =（23）t （6-7）当 t4mm 时r 凹 =2t （6-8）综上所述，此处 t=1mm，所以 r 凹 =（2.43.6）mm。但是不能同时满足弯曲圆角半径。有两种方案解决这个问题，方案一是修改零件形状，以能达到弯曲件的质量要求，这个方案解决了可能出现的零件表面质量问题，但是改变了零件的工艺结构；方案二是仍然使用 r=4mm 作为凹模圆角半径，通过修改凸模形状解决问题，这个方案虽然使弯曲力臂减小，但是通过凸模的修改，达到了预期效果，且不需修改零件结构。由于需要优先满足成形，所以，弯曲半径仍然选用 r 凹 =4mm。6.1.2 模具总体结构设计（1）模具的定位结构分析确定由于工件小批量生产，所以选择手送料，送料过程中通过凸模对零件上的孔和压料板进行定位和压料。压料板是为了防止在弯曲过程中零件的偏移对零件起到压料作用，为保证压料力均匀分布，压料板面积尽量覆盖工件。（2）其他结构的设计回弹量的计算：弯曲过程并不完全是材料的塑性变形过程，其弯曲部位 1还存在着弹性变形，弯曲后零件的形状因为回弹而与模具的形状不完全一致。回弹的大小通常用角度回弹量 和曲率回弹量 来表示。角度回弹是指模具在闭合状态时工件弯曲角 与从模具中取出后工件的实际角度 0之差，即 = 0-；曲率回弹量是指模具处于闭合状态时压在模具中工件的曲率半径 与从模具中取出后工件的实际曲率半径 0之差，即 = 0-。当要求工件的弯曲圆角半径 R 时，可根据材料的有关参数，用下列公式计算回弹补偿时弯曲凸模的圆角半径 Rp。只有当弯曲工件的圆角 R 为板料厚度 t的 5 倍以上时，计算才近似正确。板料弯曲计算公式：Rp=R/ （5-23）)/31(EtRs棒料弯曲计算公式：Rp=R/ （5-24）4.ds式中：R、R p 弯曲件、弯曲凸模圆角半径（mm） ； s 材料屈服极限（Mpa） ；t 板料厚度（mm） ；E 材料弹性模量（E/ Mpa） ；d 棒料直径（mm） 。当 R（58）t 时，工件的弯曲半径一般变化不大，只考虑角度回弹。角度回弹查参考文献8表 3.4 和 3.5 所列的经验数值。此零件的圆角半径 R=2mm，材料厚度 t=1mm，则 R=2（58）1=58，所以查参考文献8表 3.4 所得，当弯曲角度 为 90，R/t=2 时，回弹角度=330。回弹的解决：与所有塑性变形一样，塑性弯曲时伴随有弹性变形，当外 2载荷去除后，塑性变形保留下来，二弹性变形会完全消失。由于弯曲时内、外区切向应力方向相反，因而弹性回复方向也相反，即外区弹性缩短而内区弹性伸长，这种反向的弹性回复加剧了工件形状和尺寸的改变，使弯曲件的形状和尺寸与模具尺寸不一致，这种现象叫弯曲回弹。影响弯曲回弹的主要因素有，材料的力学性能、相对弯曲半径、弯曲中心角 、弯曲件形状、模具间隙、弯曲方式等六种。要减少弯曲回弹，也得从这几个方面着手。 有以下几种方法。一是选取合适材料。二是改进弯曲件的结构设计，在弯曲件设计上改进某些结构，加强弯曲件的刚度以减小回弹。三是改进弯曲工艺，采用热处理工艺、增加校正工序、采用拉弯工艺。四是改进模具结构，补偿法、校正法、软凹模法。 由于工件明确规定了材料，所以方法一不可取。方法三中采用热处理增加了工件制造成本，采用拉弯工艺适用于相对弯曲半径很大的弯曲件。方法四中校正法需要增大压力机吨位，在此模具中不适用，软凹模法在此模具中也不适用。方法二需要在弯曲变形区上压制加强筋或折边，我在前一步骤中已经加入了成形工序，即加上了压筋这一结构设计，所以对回弹的量有显著减少。综上所述，除了用压筋减少回弹量，我们在这一基础上增加校正工序和补偿法，其中补偿法较简单实用，所以最终用补偿法，通过修正凸模和凹模工作部分的尺寸和几何形状来解决回弹问题。 模架的选择 3一般弯曲模不用实用模架。由于弯曲零件比较大，选用后侧导柱模架。送料及操作方便，可纵向、横向送料。6.1.3 弯曲力的计算弯曲力是设计弯曲模与选择压力机的重压依据之一。弯曲力的大小跟毛坯尺寸、材料性能、模具结构等多因素相关，因此难以得到准确的计算值。在生产中常采用经验公式来确定。(1)自由弯曲时，将冲裁件成 U 形件，查参看文献9,其计算公式如下：F 自 =0.7KBt2 /(r+t) （6-9）b式中 F 自 自由弯曲在行程结束时的弯曲力；B弯曲件的宽度；t弯曲件的材料厚度；r弯曲件的内侧弯曲半径；材料的抗拉伸强度,取 =450Mpa；b bK安全系数，一般取 K=1.3。所以 F 自 =0.71.3（25+24）1 2 450/(2+1)=6688.5N=6.688KN(2)顶件力或压料力该弯曲需要通过压料板来进行压料，防止零件在弯曲过程中产生偏移，对弯曲产生影响，影响零件质量。弯曲顶件力或压料力可近似取自由弯曲的 30%80%，即FD=(30%80%)F 自 （6-10）所以此弯曲模 FD=50%F 自 =3.344KN。6.1.4 液压机的选择由零件特性，即过长的弯曲边决定选择的成形设备为液压机。由前面成形力的计算可知，弯曲成形过程中，最大冲压工艺压力为F 总 =F 自 +FD=6.688+3.344=10.03KN （6-11）查参考文献8,一般情况下，液压机的公称压力应大于或等于冲压总工艺力的 1.3 倍，可以取液压机的压力为 F 压机 1.3F 总 （6-12）所以 F 压机 1.310=13.0KN。选取型号为 YS-40,公称压力为 40KN 的液压机。该压力机具体参数如下：公称压力 40KN，滑块行程 40mm，最大闭合高度160mm，封闭高度调节量 35mm，工作台尺寸 280mm（左右）、180mm（前后），工作台孔尺寸 130mm（左右）、60mm（前后）、130mm（直径），模柄孔尺寸3050，工作台板厚度 35mm。6.2 弯曲二6.2.1 弯曲模工作部分的尺寸设计（1）凸、凹模工作部分尺寸与公差由于弯曲件尺寸的标注和尺寸的允许偏差值不同，所以凸、凹模工作部位尺寸的计算方法也不同。零件二次弯曲如图 6-3 所示。图 6-3 零件二次弯曲图a.用外形尺寸标注的弯曲件对于要求外形有正确尺寸的工件其模具应以凹模为基准先确定凹模尺寸。考虑到模具磨损和弯曲件回弹的影响，凹模横向尺寸应为 LA= （6-A0max）.75-（ 13）凸模尺寸按凹模配制，保证单边间隙 Z，即 LT= （6-0A）-（ T14）b.用内形尺寸标注的弯曲件弯曲件宽度尺寸标注在内侧，则应以凸模为基准，先计算凸模尺寸。同理，考虑到模具磨损和回弹因素的影响，凸模横向尺寸应为LT= （6-0min）.75（ T15）凹模尺寸按凸模配制，保证单边间隙 Z，则 LA= （6-A0T）（16）式中 L T、 L A凸、凹模横向尺寸；Lmax弯曲件横向最大极限尺寸；Lmin弯曲件横向最小极限尺寸；弯曲件横向的尺寸偏差； T、 A凸、凹模的制造公差，一般取凸模的精度比凹模的精度高一级。(2)凸、凹模的间隙对 V 形件弯曲模，凸、凹模间的间隙是靠调整压力机闭合高度来控制的，设计时可不考虑。对于 U 形件弯曲模，设计时应适当选择间隙值。查参考文献9,其单边间隙 Z/2 一般按照一下公式计算：Z/2=tmax+Ct=t+Ct （6-17）式中 Z弯曲凸、凹模单边间隙；t工件材料厚度；材料厚度的正偏差；C间隙系数，可查参考文献8表 3-12。(3)弯曲凸模的圆角半径弯曲凸模圆角半径不能过小，也不能过大。过小会造成材料拉裂，过大则回弹量增大。一般当相对弯曲半径较小（r/t58）时，先计算回弹值，凸模圆角半径在试模时作修正。此处，圆角半径较小，即 r/t=4/1.2=3.324mm 时 r 凹 =（23）t （6-19）当 t4mm 时r 凹 =2t （6-20）综上所述，此处 t=1mm，所以 r 凹 =（2.43.6）mm。但是不能同时满足弯曲圆角半径。有两种方案解决这个问题，方案一是修改零件形状，以能达到弯曲件的质量要求，这个方案解决了可能出现的零件表面质量问题，但是