毕业设计（论文）-弯板冲压成型工艺与模具的设计（全套图纸）.pdf

河南机电高等专科学校毕业设计说明书 1 1 绪论绪论 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、 模具设计快速化等程度不高的原因。 1.1 国内外发展概况国内外发展概况 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 改革开放 20 多年来，我国的模具工业获得了飞速的发展，设计、制造加 工能力和水平、都有一了很大的提高。据中国模具工业协会统计，1995 年中国 模具总产值为 145 亿元，而 2003 年已达 450 亿元左了，年均增长 14%。另据统 计 2004 年中国（不包括台湾、香港、澳门地区）共有模具专业生产厂、产品 厂配套的模具车问（分厂）近 20000 家，约 60 万从业人员，年模具总产值达 1 亿元人民币以上的有十多家。但是，我国模具工业现有能力只能满足需求最的 60%左右，还不能适应国民经济发展的需要。据有关部门统计，1997 年进口模 具价值 6-3 亿美元，这还不包括随设备一起进口的模具；1997 年出口模具仅为 7800 万美元。目前我国模具工业的技术水平和制造能力，是我国国民经济建设 中的薄弱环节和制约经济持续发展的瓶颈。国内已经认识到了模具在制造业中 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 2 的重要基础地位，许多模具企业十分重视技术发展，增大了用于模具技术进步 的投资。 1.2 我国未来模具的研发探讨我国未来模具的研发探讨 模具设计的标准化、网络化、智能化、三维化、集成化模具设计的标准化、网络化、智能化、三维化、集成化 1、标准化 标准化是实现模具专业化生产的基本前提，是系统提高整个模具行业技术 水平和经济效益的重要手段，是机械制造业向深层次发展必由之路。国际上工 业发达的国家和公司都极为重视模具的标准化，我国的模具标准化程度不足 30%，而且标准品种少、质量低、交货期长，严重阻碍模具的合理流向和效能 发挥。 CAD/CAM 系统可建立标准零件数据库，非标准零件数据库和模具参数数据 库。标准零件库中的零件在 CAD 设计中可以随时调用，并采用 GT（成组技术） 生产。非标准零件库中存放的零件，虽然与设计所需结构不尽相同，但利用系 统自身的建模技术部可以方便地进行修改，从而加快设计过程，典型模具结构 库是在参数化设计的基础上实现的，按用户要求对相似模具结构进行修改，即 可生成所需结构。 2、集成化 模具 CAD/CAM 技术与 GT、CE(Concurrent Engineering)、CAE、CAPP(Computer Aided Process Program-ming)等技术密切相连，组成一个有机的整体，其关 键在于建立一个统一的全局模具产品数据模型，在产品开发，模具设计中，提 供全部的信息，使信息共享，交换处理和反馈，它综合了计算机技术，系统集 成技术，并行技术和管理技术，体现了系统化思想直至发展为 CIMS(Computer Integrated Manufacture System，计算机集成制造系统) 。 模具软件功能的集成化要求软件的功能模块比较齐全，同时各功能模块采用同 一数据模型，以实现信息的综合管理与共享，从而支持模具设计、制造、装配、 检验、测试及生产管理的全过程，达到实现最佳效益的日的。如英国 Delcam 公司的系列化软件就包括了曲面/实体几何造型、复杂形体工程制图、工业设 计高级渲染、塑料模设计专家系统、复杂形体 CAM、艺术造型及雕刻自动编程 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 3 系统、逆向工程系统及复杂形体在线测量系统等。集成化程度较高的软件还包 括：Pro/E、UG 和 CAT1A 等。 3、模具设计、分析及制造的三维化。 传统的二维模具结构设计已越来越不适应现代化生产和集成化技术要求。 模具设计、分析、制造的三维化、无纸化要求新一代模具软件以立体的、直观 的感觉来设计模具，所采用的三维数字化模型能方便地用于产品结构的 CAE 分 析、模具可制造性评价和数控加工、成形过程模拟及信息的管理与共享。如 Pro/E、U G 和 CAT1A 等软件具备参数化、基于特征、全相关等特点，从而使模 具并行工程成为可能面向制造、基于知识的智能化功能是衡量模具软件先进性 和实用性的重要标志之一。如 Cimatron 公司的注射模专家软件能根据脱模力 向自动产生分型线和分型面，生成与制品相对应的型芯和型腔，实现模架零件 的全相关，自动产生材料明细表和供 NC 加工的钻孔表格，并能进行智能化加 工参数设定、加工结果校验等。 4、网络化与协同设计 随着模具工业规模的不断扩大，要做到资源信息共享、交换等，网络化 设计的发展是必然的，将以微机为中心的智能工作站达成了分布式系统构成 CAD/CAM/CAE/CAPP 微 机 局 域 网 络 ， 结 构 灵 活 ， 功 能 愈 加 强 大 ， 并 伴 随 着 Internet/Intranet 网的进一步拓展，系统提供了异地设计人员在同一时间对 同一个参数进行评价和修改，实现异地操作与数据交换，使一个项目在多台计 算机上协作完成，以适应不同地区的现有资源和生产设备资源的要求和利用。 这种基于 Internet 下的协同设计实现了企业间的“集成化” ，它将成为模具制 造业全球化的发展趋势。 随着模具在企业竞争、合作、生产和管理等力一面的全球化、国际化，以及计 算 机 软 硬 件 技 术 的 迅 速 发 展 ， 模 具 软 件 应 用 的 网 络 化 的 发 展 趋 势 是 使 CAD/CAE/CAM 技术跨地区、跨企业、跨院所在整个行业中推广，实现技术资源 的重新整合，使虚拟设计、敏捷制造技术成为可能。美国在其21 世纪制造企 业战略中指出，到 2006 年要实现汽车工业敏捷生产/虚拟工程方案，使汽车 开发周期从 40 个月缩短到 4 个月。 5、智能化 CAD/CAM 系统智能化主要表现在专家系统思想的引入，通过虚拟专家来处理模 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 4 具设计制造中的问题，专家系统具有数据模块知识库模块和控制模块，专家系 统可以解决知识表示，特征统计，推理力法，概念设计等问题，具有启发性、 灵活性等特点， 整个系统具备人上智能(AI)理想的智能模具 CAD/CAM系统响应， 自动产生设计方案，对方案进行最优评价和选择，并对模具设计制造提供全方 位的过程响应和处理。 1.3 弯曲模模具设计与制造方面弯曲模模具设计与制造方面 1.3.1 弯曲冲孔连续模模具设计的设计思路弯曲冲孔连续模模具设计的设计思路 弯曲和冲孔是冲压基本工序，它是利用凸模模在压力机作用下，将平板坯 料弯曲成型或冲裁出凸模的形状的加工方法。但是，加工出来的制件的精度都 很底。一般情况下，弯曲件的尺寸精度应在 IT11 级以下，不宜高于 IT9 级。 1.3.2 弯曲冲孔连续模模具设计的进度弯曲冲孔连续模模具设计的进度 1.了解目前国内外冲压模具的发展现状，所用时间 20 天； 2. 确定加工方案，所用时间 5 天； 3. 模具的设计，所用时间 30 天； 4模具的调试所用时间 5 天； 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 5 2 弯板的工艺分析弯板的工艺分析 工件名称：弯板 生产批量：大批量 材料：08 钢 厚度：2mm 工件简图：如图所示 2.1 弯曲冲孔的工艺分析弯曲冲孔的工艺分析 为此工件典型的 U 形件，零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 IT14 级要求。弯曲圆角半径 R 为 2mm，大于最小弯曲半径 (rmin=0.6t=0.62mm=1.2mm)，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，孔的直径为 4.5mm，形状 简单，且对称。冲裁件所能达到精度为 IT11IT14 级。故该零件的精度要求能 够在冲裁加工中得到满足。 2.2 工艺方案的确定工艺方案的确定 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 6 该零件所需要的加工工序为冲孔、弯曲、切断。可拟定出以下几种方案： 方案一：用简单的模具分开加工，即冲孔弯曲。 方案二：采用斜锲式侧面冲孔复合模。 方案三: 采用冲孔- 切断- 弯曲级进模。 方案一生产效率低，工件累计误差大，操作不方便，由于该工件是大批量生 产，方案二和方案三具有很大的优越性，而且也与此次设计的精神相一致。 该零件4.5 的孔与边缘之间的最小距离是 7.75mm，大于此零件要求的 最小的壁厚。可以采用采用斜锲式侧面冲孔复合模或采用冲孔- 切断- 弯曲级 进模。复合模模具的形位精度和尺寸精度容易保证，且生产效率较高，但模 具较复杂，模具制造较困难。级进模不仅生产效率高，而且同时也能保证制 件的精度，通过对上述三种方案的分析比较，该零件的制作生产采用方案三 的级进模比较合适。 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 7 3 排样设计排样设计 多工位级进模的排样，除了遵守普通冲压模具的排样原则外，还应遵守级 进模的排样原则。 1.第一工位一般安排冲孔和冲工艺导正孔。 2.冲压件上孔的数量较多，且孔的位置太近时，可分布在不同公位冲出。 3.为提高凹模镶块、卸料板和固定板的强度，保证各零件安装位置不发生 干涉，可在排样中设置空工位，空工位的数量根据模具的结构要求而定。 4.当局部有压筋时，一般安排在冲压前，防止由于压筋造成孔的变形。 5.成型方向的选择要有利于模具的设计和制造，有利于送料的顺畅。若成 型方向与冲压方向不同，可采用斜滑块，杠杆和摆块等机构来转换成型方向。 排样图 条料宽度 B=30mm 步距 S=112.85mm 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 8 4 工艺尺寸的计算工艺尺寸的计算 4.1.弯曲工艺尺寸的计算弯曲工艺尺寸的计算 4.1.1 弯曲件展开长度的计算弯曲件展开长度的计算 当弯曲圆角半径较小 （r0.5t)时，可以根据中性层长度不变的原理计算。 因为 R=20.52，属于圆角半径较大的弯曲件。所以弯曲件展开长度按 直边区与圆边区分段进行计算。将直边区视为弯曲前后长度没有发生变化，将 圆角区展开长度按弯曲前后中性层长度没有发生变化进行计算。 1.由于 R/t=2/2=1，查表得出，中性层位移系数 x=0.41 变形区中性层曲率半径按公式计算 =r+xt=2+0.412=2.82mm 2.中性层的长度 L 总= L 直+ L 弧 L 弧= 180 = 180 9014 . 3 2.82=4.427mm 式中 L 总坯料展开总长度； L 弧弯曲件弯曲圆角部分的长度； 弯曲中心角； 该毛坯展开长度为 L 总=（35-2-2）2+（50-22-22）+4.4272 =（312+42+8.854）mm =112.85mm 4.1.2 弯曲模工作部分尺寸的计算弯曲模工作部分尺寸的计算 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 9 1.凸模圆角半径 由于此工件 R/t=2/2=1mm 较小，且 R 为 2mm，大于最小 弯曲半径（rmin=0.4t=0.42=0.8mm） ，故凸模圆角半径r凸=R=2mm。 2.凹模圆角半径 凹模圆角半径一般按材料厚度 t 来选取，因为材料厚 度为 2mm，所以r凹=（23）t，故凹模圆角半径取r凹=4mm。 3.凹模工作部分深度的设计计算 凹模工作部分的深度将决定板料的 进模深度，同时也影响到弯曲件直边的平直度，对工件的尺寸精度造成一定的 影响。此弯曲件：直边长度为 35mm，板料厚度 2mm，查表得出凹模的底部最小 厚度 h0=4mm，因此凹模工作部分最小深度为h凹=24mm。 4.凸凹模间隙 当工件精度要求不高或校正弯曲时，生产中常采用调整 凸凹模间隙的方法来解决工件回弹的问题。设计弯曲模时将凹模设计成可以调 节的。由于凹模设计成可调式的，故将凸凹模的间隙 2 Z 调整成材料的厚度 t， 即 2 Z =2mm。 5.弯曲件回弹值的计算 小变形程度（r/t10）时，回弹大，先计算 凹模圆角半径，再计算凸模角度；大变形程度（r/t5）时，卸载后圆角变化 小，仅考虑弯曲中心角的变化。弯曲时，弯曲中心角为 90，因此，查相关手 册，取回弹角 2。 6.弯曲力的计算 U 型件校正弯曲时，在进行校正弯曲前是自由弯曲， 弯曲力 FU自由弯曲力为 FU自由弯曲力= tr KBt b + 2 7 . 0 = 22 3252303 . 17 . 0 2 + =8.87KN 式中 FU自由弯曲力冲压行程结束时自由弯曲的弯曲力（N） ； K安全系数，一般取 K=1.3; b弯曲件的宽度（mm） t弯曲件材料厚度（mm） b弯曲件的抗拉强度（MP） r弯曲件的内弯曲半径（mm） 顶件力 F顶可近似取自由弯曲力的 30%80%，即 F 顶=（0.30.8）FU 自由弯曲力=（0.30.8）8.87KN=(2.667.09)KN 取 F顶=5KN 校正弯曲时，校正弯曲力最大值在压力机工作到下止的位置，且校正弯曲力远 远大于自由弯曲力， 而在弯曲过程中， 二者不是同时存在， 因此查表得 P=60MP, 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 10 所以校正力 F 较为 F较=AP=60（3050）=90KN 式中 F较校正弯曲力 （ N） A校正部分投影面积 （mm 2 ） P单位校正弯曲力 （MP） 对于校正弯曲，由于校正弯曲力比顶件力大的多，故顶件力常常被忽略， 但为了保险起见，在计算压力机工称压力时，应将顶件力考虑进来。 4.2 计算冲裁工艺尺寸计算计算冲裁工艺尺寸计算 4.2.1 计算凸凹模工作部分尺寸计算凸凹模工作部分尺寸 由于制件结构简单，精度等级要求不高，所以采用凸模和凹模分开加工 的方法来制作凸凹模。其凸凹模计算尺寸如下： 查阅相关手册得出凸、凹模制造公差： 凸=0.020mm 凹=0.020mm 查阅相关手册得间隙值 Zmin=0.246mm Zmax=0.360mm 校核： Zmax-Zmin=0.114mm 而凸+凹=0.040mm 满足： Zmax-Zmin凸+凹的条件 查相关手册:IT14 级时摩擦系数 x=0.5 因为此冲裁为冲孔工序，所以以凸模为设计基准，首先确定涂膜尺寸，使 凸模的基本尺寸接近或等于工件孔的最大极限尺寸;然后将凸模尺寸增加 到最小合理间隙值即得到凹模尺寸。 d凸=(dmin+x) 0 凹 =(4.5+0.50.30) 0 凹 =4.65 0 02 . 0 d凹=（d 凸+ Zmin） 凹 + 0 =（4.65+0.246） 凹 + 0 mm=4.9 36 . 0 0 + mm 弯曲凸凹模横向尺寸及公差 弯曲件标注外形尺寸应以凹模为基准 件，先确定凹模尺寸，然后减去间隙确定凸模尺寸。 弯曲件为双向对称偏差时，凹模尺寸为 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 11 L凹=（L-0.5） 凹+ 0 mm =50-（0.50.62） 凹+ 0 mm =49.69 020 . 0 0 + mm 凸模尺寸为 L凸=（L凹-Z） 0 凸 mm =（49.69-4） 0 凸 mm =45.69 0 020 . 0 mm 4.2.2 冲压力的计算冲压力的计算 冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加压力，它是选用压力机和设 计模具的重要依据之一。冲裁力是随着凸模进入材料的深度而变化的， 通常说的冲裁力就是冲裁力的最大值。对于普通平刃的冲裁，其冲裁力 F 可按下公式进行计算。在一般情况下材料的抗拉强度b=1.3 b F冲=KLt b =Ltb =14.132325 =9.18KN 式中 F冲冲裁力 L冲裁周边长度 t材料厚度 b 材料抗剪强度 K系数 系数 K 是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀、刃口的 磨损、板料力学性能和厚度波动等因素的影响给出的修正系数，一般取 K=1.3. 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 12 4.2.3 切断力的计算切断力的计算 08 号的冷轧钢的抗剪强度使 180MP。 F切= KLt b =Ltb =302325 =19.5KN 式中 F冲冲裁力 L冲裁周边长度 t材料厚度 b 材料抗剪强度 K系数 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 13 5 模具的总体设计模具的总体设计 根据上述分析，本例将设计的模具是冲孔、落料、弯曲连续模。本模具先 将制件上的两个孔冲压出来，其次将制件从板料上切断，并进行弯曲工序。 上模主要由模柄、上模座板、固定板、凸模、打料杆、凸凹模、垫板和预 压打料装置。下模由导板、冲孔凹模、弯曲凸模、下模座板、挡料块等。 模具工作过程：条料沿导板导向并向前送进，上模下行，由冲孔凸模和冲 孔凹模完成冲孔工序。条料继续向前送进，在挡料块的作用下定位，由凸凹模 和冲孔凹模完成对条料的切断工序，同时由凸凹模和弯曲凸模完成弯曲工序， 然后上模上行回程，有打料杆进行卸料，完成整个工作行程。 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 14 6 模具主要零部件的结构设计模具主要零部件的结构设计 6.1 冲孔凸模、凹模、弯曲凸模、弯曲凸凹模的结构设计冲孔凸模、凹模、弯曲凸模、弯曲凸凹模的结构设计 6.1.1 冲孔凸模、凹模的结构设计冲孔凸模、凹模的结构设计 冲孔4.5 的凸模设计，为了增加凸模的强度和刚度，凸模设计成阶梯式凸 模。阶梯式凸模强度和刚度都比较好，装配修磨方便，其工作部分的尺寸由计 算而得。与凸模固定板配合部分按过渡配合（H7/n6 或 H7/m6）制造。 凸模长度的计算主要考虑模具的结构、修模、操作安全、装配等因素的原 因，采用固定板固定和导料板导料，凸模长度按下式计算 L=h1+h2+h =30+10+2 =42 式中 h1凸模固定板的厚度（mm） h2导料板的厚度（mm） h附加长度，主要考虑凸模进入凹模的深度（12）mm。 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 15 冲孔凸模的材料及热处理，模具刃口要有高耐磨性、高硬度与韧性。由 于本设计的冲孔凸模直径较小，故选用 T10A，淬火硬度 5862HRC。冲孔凸模 的强度和刚度的校核， 因为本设计的小冲孔凸模径高比较大， 故在此不与校核。 冲孔凹模的设计，冲孔凹模结构常分为整体式和相拼时两种，这里用的是 直壁式凹模，直壁式凹模刃口强度高，修模后刃口强度不变，制造方便。但是 在废料或冲裁件向下推的模具结构中，废料或冲裁件会积聚在凹模孔口处，凹 模张力大，增加冲裁力和忍壁的磨损，磨损后每次修模量比较大。凹模采用螺 钉和销钉定位固定时，要保证螺钉间，螺孔和销孔及螺孔、销孔与凹模壁之间 的距离不能太近。否则会影响磨具的寿命。 6.1.2 弯曲凸凹模的设计弯曲凸凹模的设计 本模具为冲裁、切断、弯曲级进模。除了冲孔凸模、凹模以外，还有一个 弯曲凸凹模，根据整体模具的结构设计需要， 。确定弯曲凸凹模的位置是根据 计算出的结果来确定的，保证计算压力中心与模柄中心重合。校核凸凹模的强 度：查表得凸凹模的最小壁厚为 4.9mm，而最小壁厚是 31.5mm，故符合强度要 求。中间的孔36 与打料块进行尺寸配作，采用 H7/m6 的配合 河南机电高等专科学校毕业设计说明书 16 6.1.3 卸料