弯板冲压成型工艺及模具设计

1 绪论 目前，我国冲压技术与工业发达国家相比还相当的落后，主要原因是我国在冲压基 础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达的 国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与工 业发达国家的模具相比差距相当大。 内模具的现状和发展趋势 内模具的现状 我国模具近年来发展很快，据不完全统计，2003 年我国模具生产厂点约有 2 万多 家，从业人员约50多万人，2004年模具行业的发展保持良好势头，模具企业总体上订 单充足，任务饱满，2004 年模具产值 530 亿元。进口模具 美元，出口模具 别比2003年增长18%、， 净进口量较大的国家。 在2万多家生产厂点中，有一半以上是自产自用的。在模具企业中，产值过亿元的 模具企业只有 20 多家，中型企业几十家，其余都是小型企业。 近年来， 模具行业 结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为：大型、精密、复杂、长寿命中高档模具及 模具标准件发展速度快于一般模具产品；专业模具厂数量增加，能力提高较快；三资 及私营企业发展迅速；国企股份制改造步伐加快等。 虽然说我国模具业发展迅速，但远远不能适应国民经济发展的需要。我国尚存在以 下几方面的不足: 第一，体制不顺，基础薄弱。 “三资”企业虽然已经对中国模具工业的发展起了 积极的推动作用，私营企业近年来发展较快，国企改革也在进行之中，但总体来看，体 制和机制尚不适应市场经济，再加上国内模具工业基础薄弱，因此，行业发展还不尽如 人意，特别是总体水平和高新技术方面。 第二，开发能力较差，平较低， 且不重视产品开发，在市场中经常处于被动地位。我国每个模具职工平均年创造产值约 合1万美元，国外模具工业发达国家大多是1520万美元，有的高达2530万美元，与之相对的是我国相当一部分模具企业还沿用过去作坊式管理， 真正实现现代化企业管 理的企业较少。 第三，工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低虽然国内许多企业采用了先进 的加工设备，但总的来看装备水平仍比国外企业落后许多，特别是设备数控化率和 于体制和资金等原因，引进设备不配套， 设备与附配件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较好解决。装备水 平低，带来中国模具企业钳工比例过高等问题。 第四， 专业化、 标准化、 商品化的程度低、 协作差由于长期以来受“大而全”“小 而全”影响，许多模具企业观念落后，模具企业专业化生产水平低，专业化分工不细， 商品化程度也低。目前国内每年生产的模具，商品模具只占45%左右，其馀为自产自用。 模具企业之间协作不好，难以完成较大规模的模具成套任务，与国际水平相比要落后许 多。模具标准化水平低，标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响，对模具 制造周期影响尤甚。 第五，模具材料及模具相关技术落后模具材料性能、质量和品种往往会影响模具 质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢相比，无论是质量还是品种规格，都有较 大差距。塑料、板材、设备等性能差，也直接影响模具水平的提高。 内模具的发展趋势 巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。 虽然我国的模具工业和技术在过 去的十多年得到了快速发展，但与国外工业发达国家相比仍存在较大差距，尚不能完全 满足国民经济高速发展的需求。未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括 以下几方面: 1） 模具日趋大型化； 2）在模具设计制造中广泛应用3）模具扫描及数字化系统； 4）在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术； 5）提高模具标准化水平和模具标准件的使用率； 6）发展优质模具材料和先进的表面处理技术； 7）模具的精度将越来越高； 8）模具研磨抛光将自动化、智能化； 9）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程；10）开发新的成形工艺和模具。 外模具的现状和发展趋势 模具是工业生产关键的工艺装备，在电子、建材、汽车、电机、电器、仪器仪表、 家电和通讯器材等产品中，6080的零部件都要依靠模具成型。用模具生产制作表 现出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清洁环保的特性，是其他加工制造方法所 无法替代的。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标 志，并在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。近几年，全球模具 市场呈现供不应求的局面，世界模具市场年交易总额为600650亿美元左右。美国、 日本、法国、瑞士等国家年出口模具量约占本国模具年总产值的三分之一。 国外模具总量中,大型、精密、复杂、长寿命模具的比例占到 50%以上；国外模具 企业的组织形式是大而专、大而精。2004 年中国模协在德国访问时，从德国工、 模具行业组织模具协会了解到，德国有模具企业约 5000 家。2003 年德国模具产值达 48 亿欧元。其中（员模具企业有 90 家，这 90家骨干模具企业的产值就占德国模具产值的90%，可见其规模效益。 随着时代的进步和技术的发展， 国外的一些掌握和能运用新技术的人才如模具结构 设计、模具工艺设计、高级钳工及企业管理人才，他们的技术水平比较高故人均产值 也较高我国每个职工平均每年创造模具产值约合1万美元左右，而国外模具工业发达 国家大多 1520 万美元，有的达到 2530 万美元。国外先进国家模具标准件使用覆 盖率达70%以上，而我国才达到45 板模具设计与制造方面 板模具设计的设计思路 冲孔落料是冲压基本工序之一，它是利用冲裁模在压力机作用下，将平板坯料进行 冲孔或落料的加工方法。一般情况下，一般精度的工件较高精度的工件采用只有加强冲裁件基础理论的研究，才能提供更加准确、实用、方便的计算方法，才 能正确地确定冲裁工艺参数和模具工作部分的几何形状与尺寸， 解决冲裁中出现的各种 实际问题，从而，进一步提高制件质量。支撑件冲孔落料件是最典型的冲裁件，其工作过程很简单就冲孔落料，可采用单工 序模、复合模具或级进模具，根据计算的结果和选用的标准模架。为了保证制件的顺利 加工和顺利取件，模具必须有足够高度。要改变模具的高度，只有从改变导柱和导套的 高度。导柱和导套的高度可根据凸模与凹模工作配合长度决定设计时可能高度出现误 差，应当边试冲边修改高度。 板冲孔落料弯曲件模具设计的进度 用时间20天； 用时间5天； 用时间30天； 4模具的调试所用时间5天。 在设计的过程中，将有一定的困难，但有指导老师的悉心指导和自己的努力，相信 会完满的完成毕业设计任务。由于学生水平有限，而且缺乏经验，设计中难免有不妥之 处，肯请各位老师指正。2零件的工艺性分析 由零件图可知，该零件名称为弯板，材料为08钢，厚度t=2过零件图分析 可知，该零件主要经过落料，冲孔，弯曲三个工序。零件的材料08钢为碳素钢，具有 良好的冲压性能，适合冲裁，工件结构中等复杂，裁工 艺性良好，零件的精度要求不高。此工件典型的件图中的尺寸公差为未注公差，在处理此类公差等级时常 采用曲圆角半径R为2m，大于最小弯曲半径(2m=故此弯曲件的形状、尺寸、精度均满足弯曲工艺的要求，可用弯曲工序 加工。 此弯曲件上有2个孔，需采用冲孔的方式加工，状简单，且对称。 冲裁件所能达到精度为。故该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到满 足。 艺方案的确定 该工件包括落料，冲孔，弯曲三个基本工序。可有以下三种工艺方案。 工艺方案一 先落料 后冲孔 再弯曲 采用单项工序模生产 工艺方案二 落料 冲孔 弯曲 级进冲压 采用级进模生产 工艺方案三 冲孔落料符合冲压 再弯曲 采用复合模生产 各方案特点及比较如下： 具结构简单，制造方便，但需要三道工序，三副模具，成本相对较高，生产 效率低，且更重要的是在第一道工序完成后进入第二道工序必然会增大误差，使工件精 度质量大打折扣，达不到所需要求，难以满足生产要求。 方案二 级进模是一种多工位，效率高的加工方法，但级进模轮廓尺寸较大制造复杂 成本较高，一般适用于大批量小型冲压件，而本工件精度要求不高，采用此方案则模具 加工复杂。 方案三 此方案需要两套模具，工件精度及生产效率都能满足，模具制造方便，成本 不高，故采用落料冲孔复合冲压，再进行弯曲的两套模具生产。 结论：采用方案三为最佳。 裁排样方案的确定 排样和裁板方案，坯料 形状为矩形，采用单排 最合适，由于零件结构 不对称，所以为使冲孔 落料时受力对称，可一 次落料两个制件然后从 中间切断在进行弯曲。 取搭边a=侧条料跨度B=+2步距S=30+板料选用规格29002000 采用直排法 每板条料数 92.2990=3条 每条制件数 8.31 5.2200- =62件 000 余料利用件数 92.29200=8件 . 8 4 4 . 5n=n1n223+8=194件 材料利用率h= 200090025.443092.229194 2 - 】 ） （ 【 =用横排法 每板条料数 92.29200=8条 每条制件数 8.315.290- =28件 00 余料利用件数 92.2990=3件 n=n1n228+3=227件 材料利用率h= 200090025.443092.229227 2 - 】 ） （ 【 =裁工艺计算 孔落料复合 （1）毛坯长度计算2 L + L2+180a（r+L1=3512=506=弯=231+46+2 （2+） =108+2）冲2- 5.4 f 孔 冲裁力 F=b t b t 多数取K=350 =料力，推件力和顶件力的计算。 F 卸=K 卸 F F 推= F F 顶=K 顶 F 卸K 推料力 推件力 顶件力系数 n同时在凹模内的冲裁件（或废料）数 n=thh凹模洞口的直刃壁高度 t板料厚度 F 卸=0 0F 推=nF 顶= 总=F+F 卸+F 推=用弹性卸料装置） （3）落料部分 30=2 冲裁力F=b t b t 多数取K=0）22350 = 卸=K 卸 F= 推= F=5 顶=K 顶 用弹压卸料装置和上出料方式的模具 F 总=F+F 卸+F 顶 =于一次有两个制件所以F 压2F 总=2选用算凸凹模工作部件尺寸 料件 30 冲裁件为简单形状：如图所示 Z孔部分 凸 d =d 凹= 凸 d +d 凹=落料部分 凸 d 1 =d 凹1= 凸 d 1 +d 凹1=d 凸2=d 凹2=d 凸2+d 凹2=以都能满足分别时 d 凸+d 凹要求 冲孔部分 d 凸=xd d 凹=（d 凸+（x+凹 d +0d 凸=（002.0 - =02.0 - d 凹=（02.00 + =2.00 + 落料部分 D 凹=（ 凹 d +0D 凸=（D 凹0凸 d - D 凹1=(30 02.00 + =2.00 + D 凸1=(3046)002.0 - =02.0 - D 凹2=( 02.00 + =2.00 + D 凸2=(46)002.0 - =02.0 - 形弯曲件的工艺计算 （1）凸模的圆角半径tr=22=1tr以取r 凸等于或略小于弯曲件 内侧的圆角半径 则 r 凸=2 （2）凹模圆角半径 当t=（24）时 r 凹=（23）t 取r 凹=5 （3） 凹模深度 凹模深度要适当 若过小 则弯曲件两端自由部分太长 工件回弹大 不平直 若深度过大 则凹模增高 多耗模具材料 并需要较大的压力机行程 由于弯曲直边高度不大 要求两 边平直 则凹模深度应大于工件的深度 形件凹模底部最小厚度 则 L 凹=35+4=39 （4） 凸凹模间隙 形件弯曲 必须合理确定凸 凹模之间的间隙 间隙过大 则回弹大 工件的 形状和尺寸不易保证 间隙过小 会加大弯曲力 使工件厚度减薄 增大摩擦 檫伤工件并 降低模具寿命 模的单面间隙值一般可按下式计算 弯曲有色金属 2Z=*t 式中C间隙系数 查表得C= 2Z=*t=2+=（5） 曲件标注外形尺寸 应以凹模为基准件 先确定凹模尺寸 然后在减去间隙值确 定凸模尺寸 弯曲件为单项偏差时 凹模尺寸为 L 凹=（ 凹 d +0L 凸=（L 凹0凸 d - L 凹=（046.00 + =46.00 + L 凸=（）0025.0 - =025.0 - 弯曲力的计算 1）自由弯曲力F 自 =L弯= tr r27.0 b 22 4002503.17.0 2 + =18200N=取K=（2）校正弯曲力 F 校 =校正部分投影面积（） P单位面积校正 A=5030=1500 F 校=150050=75000N=753）F 顶=8000=3600N F 压=8000=9000N F 压机（ 校 （7590 压机力机选用04 模具主要零部件的设计 作零部件的设计 （1）冲孔凸模 5.4 f 凸模长度的计算 凸模长度的确定 主要根据凸模结构 修磨 操作安全 装配等 因素的需要 采用固定卸料板和导料板时 凸模长度按下式计算 L=h1+h2+h3+h 模固定板厚度 料板厚度 料板厚度 h附加长度 h1+h2+h3+h 20 10 4 则L=20+4+10+20=54 （2）凸模强度校核 a 压应力校对 对凸模断面上的承受能力进行计算时 必需使冲裁力为最小或等于最小 断面所允许的最大压力 4d2 【c】 即td 4c s t p冲裁力 d t 被冲材料的抗剪强度 【c】3）凸凹模的选择 对于复合模而言 凸凹模的内外缘均为刃口 这时内外缘之间的壁厚决定于冲裁件 的尺寸 凸凹模的壁厚又受到冲裁结构的影响 对于倒装式复合模 因孔会积存废料 其 最小壁厚就应该大些 倒装式复合模的凸凹模最小壁厚均为 但不小于 所 以该凸凹模最小壁厚不应小于3（4）落料凸模的选择L=2（5）落料凹模的选择1 凹模的厚度H=冲裁件的最大外形尺寸K系数 取K=取H=35 2 凹模厚度 C=（12）H （C 3040） 取C=55 3 凹模上螺孔 销孔位置尺寸和螺钉尺寸 a 从凹模外缘到螺孔的尺寸 用=（.0）d 取A=22 4 螺孔间距离 最小间距为80 最大间距为150 5 凹模强度的校核 弯=25.1hF【弯】 弯=23512905.1 =弯】位零件的设计 复合模采用固定挡料销，它是一种比较简单的定位零件。用于限定条料的送进距离。 抵住条料的搭边或工件的轮廓。使送入冲模的材料有正确的位置，起到定位作用。选用台肩式挡料销 选D=10 d=6 h=5 L=14 弯曲模：采用定位板，以外缘定位。定位板高度 h=t+1=3 定位板一般有两个销 钉固定，以防止 定位板的移动。定 位板与毛坯间的通 常所取的极限偏差 为合模导料板的选择：采用分离式导料板 导料板厚度H=8 （4）料零件 1卸料螺钉的选择 d=10 L=60 8 l=8 D=15 H=6 2打杆的选择 H=h1+=120 3卸料板压料台肩的高度h h=.3)t =8（1） 导柱导套d=45001.0 - L=260 导套 d=45016.00 + L=150 H=55 L=25 油槽数两个 支撑零部件 模架的选择，中间导柱模架： 上模座：40060 下模座：40075 导柱 45260 导套： 4515058 （1）模柄的选择 5070 选用凸缘模柄 d=50080.0240.0 - - D=100002.0 - H=78 h=18 7 2 1 8 1 （1）垫板的选择 垫板的作用是直接承受凸模的压力， 以降低模座承受的单位压力， 防止模座被局部压陷， 影响凸模的正常工作。垫板的外形尺寸和模板相同，厚度取1045钢 装配调试 总装时，首先应根据主要零件的相互依赖关系，以及装配方便和易于保证装配精 度要求来确定装配基准件，例如复合模一般以凸凹模作为装配基准件，级进模以凹模 作为装配基准件；其次，应确定装配顺序，根据各个零件与装配基准件的依赖关系和 远近程度确定装配顺序。装配结束后，要进行试冲，通过试冲发现问题，并及时调整 和修理直至模具冲出合格零件为止。5模具的装配调试 裁模的装配调试要点 （1）装配 模架选择好以后，装配时需要对模架进行补充加工，然后进行凸模、模柄、 凹模等进行装配。 模、凹模与固定板的配合常采用 H7/ H7/应先将凸模压入固定板，并在平面磨床上将上平面磨平，使其固定端面与固定板的支 撑面处于同一平面，凸模应和固定板的支撑面垂直。 模具选用旋入式模柄，通过螺纹与上模座板连接，并加螺钉加 以固定。 压模具上模部分是通过模柄安装在压力机的滑块上的， 是模 具的活动部分。下模部分被固定在压力机的工作台上，是模具的固定部分。 模具工作的时，上模部分和下模部分的工作零件必须保证正确的位置，才能使模具 正常的工作。模具装配时，为了方便地将上、下两部分的工作零件调整到正确位置，并 使凸模、凹模具有均匀的间隙，要正确安排上、下模的装配顺序。 装配有模架的模具时，一般是先装配模架，再进行模具工作零件和其它结构零件装 配。上、下模的装配顺序应根据上模和下模上所安装的模具零件在装配和调整过程中所 受限制的情况来决定。如果上模部分的模具零件在装配和调整时所受限制最大，则应先 装上模具的下模部分， 并以它为基准调整下模部分的零件， 保证凸、 凹模配合间隙均匀。 反之，则应先装模具的下模部分，并以它为基准调整上模部分的零件。 上、下模的装配顺序应根据的结构来决定。对于无导柱的模具，凸、凹模的配合间 隙是在模具安排到压力机上时才进行调整，上、下模的装配可以分别进行。 （2）具应与冲压设备配合好，保证模具应有的闭合高度和 开启高度。 模刃口及间隙调整 刃口要锋利，间隙均匀。 位要可靠、精确 柱、导套要有好的配合精度，保证模具运动平稳、可靠。裁模试冲试冲时出现的问题及调整方法 存在的问题 产生原因 调整方法 送料不畅通 或料被卡住 1 凸模与卸料板之间间间隙过 大，使搭边翻扭 2 两导料板之间的尺寸过小或 有斜度 1 减小凸模与卸料板之间的 间隙 2 根据情况挫修或磨或重装 制件不平 1 顶料杆和工件接触面过小 2 凹模有倒锥度 3 导正销与预冲孔配合过紧，将 冲件压出凹陷 1 更换顶料杆， 增加与工件接 触面积 2 修正凹模 制件有毛刺 1 刃口不锋利或淬火硬度低 2 配合间隙过小或过大 3 间隙不均匀使冲件一边有带 斜角的毛刺 1 刃磨刃口，使其锋利 2 调整凸、凹模之间间隙，使 其均匀一致 刃口向肯 1 凸模、导柱等零件安装不垂直 2 凸、凹模相对位置没对正 3 卸料板的孔位不正确或弯斜 使冲孔凸模位移 4 导柱、导套配合间隙过大，使 导向不正 1 重装凸模或导柱， 保持垂直 2 调整凸凹模， 使其对正并保 证间隙均匀 3 修正或更换卸料板 4 更换导柱或导套 卸料不正常 1 凹模与下模座的漏料孔没有 对正，料被堵死而排不出来 2 弹簧或橡皮的弹力不足 1 修正漏料孔 2 更换弹簧或橡皮 内孔与外形位 置不正或扁位 位置 1 落料凸模上导正销尺寸过小 2 导料板与凹模送料中心线不 平行，使孔偏斜 3 挡料块位置不正 1 更换导正销 2 修正导料板 3 修正挡料块 凹模被胀裂 凹模孔有倒锥现象，即上口大， 下口小，或凹模刃口深度太长， 修正凹模刃口，消除倒锥现象 或减小凹模刃口长度，使冲下积存的件数太多，张力太大 的制件尽快漏下 制件产生回弹 弹性变形的存在 1 增加凹模型槽的深度 2 改变凸模的形状和角度大 小 3 减小凸、凹模之间的间隙 4 增加校正力或使校正力集 中在角部变形区 制件表面有擦 伤 1 凹模的内壁和圆角处表面不 光、太粗糙 2 板料被粘附在凹模表面 1 将凹模内壁与圆角修光， 在 凹模或凸模的工作表面镀硬鉻 2 将凹模进行化学处理 制件不平 1 压料力不足 1 增加压料力， 最好校正一下 弯曲角变形部 分有裂纹 1 弯曲半径太小 2 材料的纹向与弯曲线平行 3 材料的塑性差 1 加大弯曲半径 2 将板料退火后再弯曲变形 或改变落料的排样 3 将板料进行退火处理 U 形件左右高 度不一致 1 凹模的圆角半径左、右两边加 工不一致 2 定位不稳定或定位位置不准 3 压料不牢 4 凹、凸模左右两边间隙不均匀 1 修正圆角半径使左右一致 2 调整定位装置 3 增加压料力 4 调整凸、凹模之间的间隙 配其他零件并试模 上模安装顶杆，顶件块，检查打料机构工作的可靠性。顶件块在最低位置时，应突 出凸凹模刃口 装后的卸料板下平面比凸凹模刃口面低 配好的模具进行试冲。 试模时重点检查打料机构和顶出机构的动作是否及时、可靠。每一次冲压后，上模 随压力机上行到上死点时，条料和顶出的工件都应该出现在下模凹模工作面上，以便及 时清除。 装配后应保证间隙均匀，板冲孔落料复合模总装图 10 16171819 22 20 21 26 27 3 1 30 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 1 3 14 15 28 24 2 3 25 297 弯曲模装配图8 结束语