零件形状结构的冲压工艺性分析毕业论文.doc

零件形状结构的冲压工艺性分析毕业论文绪 论51 材料冲压性能分析71.1 材料的冲压性能系数71.2 零件形状结构的冲压工艺性分析71.2.1 冲裁件最小孔径71.2.2 冲裁件其他尺寸要求71.3 零件尺寸精度的工艺性分析81.3.1 冲裁件内外形公差81.3.2 冲裁件内外形所能达到的经济精度81.3.3 冲裁件剪断面粗糙度81.3.4 冲裁件剪切面光亮带与料厚的百分比，毛刺高度81.3.5 搭边的取值81.4 基于冲压工艺性的冲压零件形状、结构、尺寸、精度改进92 冲压工艺方案分析与确定92.1 零件的冲压工艺性性质分析92.2 冲压工艺方案的确定102.2.1 零件成形所需工艺102.2.2 冲压顺序安排102.2.3 弯曲方法102.2.3 加工方案确定132.3 冲压工艺方案确定133 模具结构设计及冲压工艺计算133.1 冲裁模设计与计算133.1.1 排样设计133.1.2 模具刃口尺寸计算153.1.3 模具整体结构设计173.1.4 弹性元件选择与计算243.1.5 冲裁力及冲裁压力中心计算243.1.6 冲压设备选择253.2 成形模设计与计算263.2.1 成形工艺计算263.2.2 模具总体结构设计293.2.3 成形力计算323.2.4 弹性元件选择与计算333.2.5 冲压成形设备选择334 模具总体结构说明344.1 模具总体结构图344.1.1 三维造型图344.1.2 二维造型图354.2 模具工作原理分析说明354.2.1 落料冲孔倒装复合模354.2.2 复合弯曲模365 模具零件详细设计计算365.1 工艺零件详细设计计算365.1.1 冲裁模工艺零件详细设计计算365.1.2 弯曲模工艺零件详细设计计算415.2 结构零件详细设计计算445.2.1 冲裁模结构零件详细设计计算445.2.2 弯曲模结构零件详细设计计算506 模具关键零部件加工工艺性分析516.1 凸模加工工艺分析516.2 凹模加工工艺分析526.3 凸凹模加工工艺分析527 其他需要说明的问题538 小结539 参考文献5310致谢54绪 论我国考古发现，早在2000多年前，我国已有冲压模具被用于制造铜器，而如今，我们生活工作中，所用到的产品，几乎都离不开模具，所以说，模具是制造业之母，是永不衰退的行业。可以想象，一方面，随着二十一世纪世界制造业向中国转移，中国成为世界工厂，中国市场上对模具行业的依赖程度会越来越高；另一方面，随着我们的生活水平的不断提高，我们所使用的产品的种类会越来越丰富、更新也会越来越快。这些都会极大地刺激模具行业的发展，为模具行业带来光明的前景。此次所做的设计，一方面是为了用书本的知识来做一套模具，提高自己的实践能力，另一方面是在设计时对所学的知识能有个全面加深，从而对自己的专业知识有更深的了解，尤其是在设计时遇到困难时，可以针对自己的不足，有针对性去了解自己不熟的东西，从而达到设计的目的。薄板托架在生活中的用途很广泛。由于其结构简单，制造方便，而且形式多样化，在生活中几乎随处可见。因此，薄板托架的制造与生活息息相关。我们所遇的托架，有大有小，有的结构复杂，有的结构简单，其设计方法也不尽相同，这里涉及到的薄板托架结构比较简单。发展现状和前景：冲压模具成型方法应用在现代工业的主要部门，如机械、电子、轻工、交通和国防工业中得到了极其广泛的应用。例如70%以上的汽车、拖拉机、电机、电器、仪表零件，70%以上的日用五金及耐用消费品零件，都采用冲压工艺来完成。由此可见，利用模具生产零件的方法已成为工业上进行成批或大批生产的主要技术手段，它对于保证制品质量，缩短试制周期，进而争先占领市场，以及产品更新换代和新产品开发都具有决定性意义。因此德国把模具称为“金属加工中的帝王”，把模具工业视为“关键工业”；美国把模具称为“美国工业的基石”，把模具工业视为“不可估量其力量的工业”；日本把模具说成是“促进社会繁荣的动力”，把模具工业视为“整个社会发展的秘密”；我国将模具工业视为整个制造业“加速器”。从另一方面来看，机床、刀具工业素有“工业之母”之称，在各个工业发达国家都占有重要的地位。由于模具的重要性使得模具行业的产值已经大大超过机床、刀具的产值。这一情况充分说明了在国民经济蓬勃发展的过程中，在各个工业发达国家对世界市场进行激烈争夺的过程中，愈来愈多的国家采用模具进行生产，模具工业明显的成为技术经济和国力发展的关键。由于制造零件千变万化，所出现的冷冲模也就种类繁多，而且在不断的更新，几乎不重样。所以冷冲模具的设计、制造在无休止地频繁地进行着，也是现代工业生产必不可少的，是国防工业及民用工业必不可少的。目前我国冲压技术与工业发达国家相比还相当落后，可以说是刚起步阶段，主要原因是我国在冲压基础理论及成型工艺、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国家尚有相当大的差距，导致我国模具在受命、效率、加工精度、生产周期等方面与工业发达的国家的模具相比差距相当大。随着工业产品质量的不断提高，冲压产品生产呈现多品种、少批量，复杂大兴，精度更新换代速度快等变化特点，冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化方向发展。为适应市场变化，随计算机技术和制造技术的迅速发展，冲压模设计与制造技术正由手工设计，依靠人工经验和常规机械加工技术向以计算机辅助设计（CAD）、数控切削加工（NC）数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造（CAD/CDM）技术转变。CAD/CAM在冷冲模中最早应用CAD/CAM技术的是冲裁模。20世纪50年代末期，国外一些科学家开始研究开发冷冲模CAD/CAM系统。1971年美国Diclomp公司成功地开发了级进模计算机辅助设计系统PDDC。应用该系统可以完成冷冲模设计的全部过程，其中包括输入产品图和技术条件；确定操作顺序、步距、空位、总工位数绘制排样图；输出模具装配图，零件图和压力机床参数；生成数控线切割程序等。1977年捷克制造出AKT系统，用于简单、复合和连续冲裁模的设计制造；20世纪70年代末期日本开发了连续模设计系统MEL和冲孔弯曲模系统PENTAX；1982年日本研制了冲裁模CAD系统，大大缩短了模具开发周期，降低了生产成本，提高了生产效率。CAD/CAM系统在模具中的发展趋势，向集成化发展，即CAD/CAM 系统集成，实现模具设计制造全过程的一体化、自动化和最优化；向智能化发展，实现“知识+推理”的程序，将人类和专家的知识和经验结合在一起，使它具有逻辑推理和决策判断能力。如CATLA的Knowledgeware，UGII的Knowledge Based；标准化发展，把图形软件标准；网络化发展，实现计算机技术与通信技术相互结合、密切深透的产物；最优化发展，使产品设计和工业过程的最优化。设计的主要内容如下：1进行冲压零件的三维造型。 2冲压零件的工艺性分析：材料的冲压性能分析，机构形状工艺性分析，尺寸的工艺性分析，精度的工艺性分析。 3冲压总体工艺方案的分析和确定。 4基于总体方案，进行排样设计，拟订工位数，各工位的性质和顺序。 5基于总体方案和排样方案，进行工艺计算，包括凸凹模尺寸，间隙，拉深力，压力中心等等。 6模具关键结构的设计：导向，导料，定位，凸凹模机构形式等等。 7模具总体机构的设计和确定：基于以上的内容，设计和确定模具的总体机构，描述模具的工作原理和工艺动作，并绘制二维装配图和制作相应的三维图。 8选择合适的冲压设备。 9进行模具零件的详细设计：明确模具中的标准件和型号与数量，对模具中非标准件进行详细的机构和尺寸设计，绘相应的二维图。 10编制模具中的主要零件的制造工艺方案和加工方法。1 材料冲压性能分析1.1 材料的冲压性能系数根据要求，材料为硅锰青铜，QSi3-1（软的）的力学性能如下：抗剪强度=(275-294 )Mpa抗拉强度b=(343-373 ) Mpa伸长率40-45屈服强度s=234Mpa弹性模量118103MPa该零件是一个小托架薄板，材料为硅锰青铜，厚度为1mm，其形状为不规则复合弯曲，中间有一宽度为1.5的窄槽，由于硅锰青铜为有色金属，具有良好的冲压性能，适于制作托架，也适于冲裁和弯曲。1.2 零件形状结构的冲压工艺性分析1.2.1 冲裁件最小孔径在冲裁中，最小孔径与抗剪强度挂钩：700Mpa d1.5t=400700Mpad1.3t400Mpa dt采用凸模护套冲孔的最小壁厚尺寸：硬钢0.5t软钢0.35t1.2.2 冲裁件其他尺寸要求孔与孔距离b1.5t孔与边距离bt孔与弯曲边距离br1+0.5t（r1为弯曲圆角半径）1.3 零件尺寸精度的工艺性分析图1.1零件名称精度板厚材料生产批量支撑架展开图14级1硅锰青铜大批量参考零件图可知：零件尺寸为58.02mm11mm1mm，该零件形状简单,上下对称，且有细槽宽度1.5mm，长20.45mm；有两个工艺孔，直径为1.5mm。因为是为后面弯曲而准备的原材料，所以考虑材料的展纹方向，应该与展纹方向平行。1.3.1 冲裁件内外形公差由于该弯曲件未标注尺寸公差，查表（见冲压成形工艺与模具设计，李奇涵主编，p136表4-10，表4-11）得：在t=1的情况下58.02长度的极限偏差为0.8，弯曲角度的自由公差为1。孔中心与边缘距离尺寸公差在t=1，直径小于50时为0.5mm。1.3.2 冲裁件内外形所能达到的经济精度查表（冲压成形工艺及模具，邓明，吕琳等编P7表1-6）可得：冲裁件厚度t=2mm时，其经济精度为IT11。1.3.3 冲裁件剪断面粗糙度查表可得：材料厚度t=2mm时，粗糙度为Ra=6.3m。1.3.4 冲裁件剪切面光亮带与料厚的百分比，毛刺高度查表可得：材料厚度为t=2mm时，毛刺小于等于0.15mm。1.3.5 搭边的取值查表可得：材料厚度t=2mm，矩形边长L50mm时，工件间搭边=2.0mm，工件到边搭边=2.2mm1.4 基于冲压工艺性的冲压零件形状、结构、尺寸、精度改进该零件结构简单，又无精度要求，生产批量小，加工容易，但在冲裁过程中，由于外形结构为矩形，将导致模具的损坏，降低模具寿命，而此尖角无工艺要求，所以可将尖角改为圆角，同时也方便模具的加工。改进方案：冲裁矩形尖角改为r=2mm的圆角过渡。改动后零件形状如图：图1.22 冲压工艺方案分析与确定2.1 零件的冲压工艺性性质分析一般而言，低精度、小批量、大尺寸的产品宜单工序生产，采用简单模具。该零件冲裁边为矩形，而这些无工艺性要求，可将尖角改为圆角，以提高模具寿命，同时也不影响产品使用功能。圆孔距边10mm，大于r+t=4mm，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，后弯曲的加工方法。2.2 冲压工艺方案的确定2.2.1 零件成形所需工艺零件有一孔需冲孔，然后是整体材料落料，然后时弯曲。2.2.2 冲压顺序安排带孔的弯曲件，其冲孔工序的安排应参照弯曲件的工艺分析进行，所以还是先冲孔后落料，再弯曲。2.2.3 弯曲方法一次弯曲成形：图2.1从图中可以看出，在弯曲过程中由于凸模肩部妨碍了坯料的转动，加大了坯料通过凹模圆角的摩擦力，使弯曲件侧壁容易擦伤和变薄，成形后弯曲件回弹严重，两肩部与底面不平行。尤其对于材料厚、弯曲件直壁高、圆角半径小时，这一现象更为严重。一般小型工件加工都不能采用这种结构。两次弯曲成形：图2.2如图为两次弯曲成形模，由于采用两幅模具弯曲，从而避免了一次弯曲成形擦伤工件的现象，提高了弯曲件质量。第一次先将毛坯弯成U形；第二次弯曲时，利用弯曲凹模外形兼作半成品坯件的定位，然后弯曲成四角。弯曲件过程中，工件中间最好有工艺定位孔，以防经两道工序弯曲后，工件两边尺寸不一致。采用这种方法成形的模具结构简单紧凑，但是正因为需要第二次弯曲凹模外形作定位，使第二次弯曲凹模的壁厚受到弯曲件弯边高度的限制，因此要求工件高度h1215t，才能保证凹模具有足够的强度。复合弯曲成形方案一：复合弯曲方案一第一次弯曲：图2.3复合弯曲方案一第二次弯曲：图2.4如图为在一副模具中完成两次弯曲的四角形件复合弯曲模，该模具时将两个简单模复合在一起的弯曲模。凸凹模1既是弯曲U形的凸模，又是弯曲四角形的凹模。弯曲时，先由凸凹模和凹模将毛坯弯曲成U形，然后凸凹模继续下压，与活动凸模作用，将工件弯曲成四角形件。这种结构的凹模需要具有较大的空间，凸凹模的壁厚受到弯曲件高度的限制。此外，由于弯曲过程中毛坯未被夹紧，易产生偏移和回弹，工件的尺寸精度较低。复合弯曲成形方案二图2.5如图为复合弯曲的另一种结构形式。凹模下行，利用活动凸模的弹性力先将坯料弯成U形。凹模继续下行，当推板与凹模底面接触时，便强迫凸模向下运动，在摆块作用下最后弯曲成形，缺点时结构稍微复杂。部分结构需要有强度计算。综合分析以上结构，在材料厚度t=2mm，零件尺寸为70mm*45mm*20mm，弯曲圆角半径r=2mm的情况下，选择第四套方案。2.2.3 加工方案确定方案一：采用级进模连续冲孔弯曲落料该方案高速快捷，但是不适合小批量生产，且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，后弯曲该方案结构简单，采用复合模冲孔落料，再用复合弯曲模一次弯曲成形，采用的工具容易标准化，工具还可以改做它用，可以采用。2.3 冲压工艺方案确定综上所述，由于工件结构简单、尺寸小、生产批量小，加工方式也应尽可能简单。所以采用两道复合模完成所有工序，先冲孔落料，后弯曲。这样的加工优点时，所用模具结构简单，可以轻易的从其他模具改装而得，模具生产完毕后模具还可以作为其他模具应用，使生产成本进一步降低。3 模具结构设计及冲压工艺计算3.1 冲裁模设计与计算3.1.1 排样设计3.1.1.1 零件展开计算由零件图可得，弯曲圆角r=2，板料厚度t=2r/t=10.5这种弯曲件变薄不严重，其毛坯展开长度可以根据中性层长度不变的原则计算L=Li+i(ri+xi*t)/180 （3.1）其中x为中性层位移系数即L=a+2b+2c+4*/2(r+x*t)查表（P125表4-6）可得x=0.32算得L=98.58mm3.1.1.2 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条料宽度 （3.2）=（mm）圆整为mm导料板间距离=103.98+1=104.98取105.00（mm）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0.7C导料板与最宽条料之间的间隙，查表可得为13.1.1.3 排样设计利用率及材料分析由于零件冲裁件形状简单，排样直接采用直排可使材料利用率最大化。图3.1材料利用率： （3.3）=（98.58*45-5*5）/（104*47）=89.15%3.1.2 模具刃口尺寸计算3.1.2.1 加工方式的选择凸模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，为了保证冲裁凸、凹模间有一定的间隙值。由于工件简单，所以采用分开加工法。3.1.2.2 尺寸类型分析图3.2由图可得，外形尺寸98.8mm、45mm为第一类尺寸，孔径10mm为第二类尺寸。3.1.2.3 刃口尺寸计算落料：根据计算原则，落料时以凹模为设计基准。首先确定凹模尺寸，使凹模的基本尺寸接近或等于工作轮廓的最小极限尺寸：将凹模尺寸减小最小合理间隙值即得到凸模尺寸。 （3.4） （3.5）式中：、分别为落料凹模、凸模刃口尺寸、分别为凹模、凸模制造公差x为系数为工件制造公差为最小合理间隙（双面）冲孔：根据计算原则，冲孔时以凸模为设计基准。首先确定凸模尺寸，使凸模的基本尺寸接近或等于工作孔的最大极限尺寸：将凸模尺寸增大最小合理间隙值即得到凹模尺寸 （3.6） （3.7）式中：、分别为冲孔凸模、凹模刃口尺寸、分别为凹模、凸模制造公差x为系数为工件制造公差为最小合理间隙（双面）计算过程：查表可得，厚度t=2mm时，10号钢冲裁模初始双面间隙 =0.246mm、=0.360mm-=0.114mm查表得凸凹模的极限偏差： 落料部分基本尺寸为98.58mm，则=0.035mm、=0.022mm|+|=0.057mm落料部分基本尺寸为45mm，则=0.030mm、=0.020mm|+|=0.050mm冲孔部分基本尺寸为10mm，则=0.015mm、=0.009mm|+|=0.024mm由落料模具刃口计算公式算得：由于工件精度为IT11，所以取x=0.75，查表得：工件公差为0.210.41mm，98.58尺寸取值为0.220mm、45尺寸取值为0.160mm。算得凹模尺寸=mm凸模尺寸=mm凹模尺寸=mm凸模尺寸=mm由冲孔模具刃口计算公式算得：由于工件精度为IT11，所以取x=0.75，查表得：工件公差0.2mm，取值为0.090mm算得凸模尺寸=mm凹模尺寸=mm3.1.3 模具整体结构设计3.1.3.1 模具结构类型分析确定采用复合模结构，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。正装式复合模较适用于冲制材质较软的、或板料较薄的、平直度要求较高的冲裁件，还可以冲制孔边距离较小的冲裁件。冲裁工件比较平整，制造简单，修复方便。但是冲孔废料从凸凹模的孔中排出，影响模具周围的清洁。由于顶件器和弹压卸料板的作用，分离后的冲件容易被嵌入边料中影响操作，从而影响生产率。倒装式复合模的冲孔废料直接由冲孔凸模从凸凹模内孔推下，无顶件装置，结构简单，操作方便，但如果采用直刃壁凹模洞口，凸凹模内有积存废料，胀力较大，当凸凹模壁厚较小时，可能导致凸凹模破裂。由于零件无特殊精度要求，所以采用倒装复合模可以提高工作效率的同时还可以方便操作。3.1.3.2 具定位结构分析确定定位零件的作用时用来确定条料或毛坯在模具中送进时有准确的位置，以保证冲出合格的制件。定位分为两种，一是送料方向上的定位，用来控制送料的进距，即挡料；二是在与送料方向垂直方向上的定位，即导料。导料：导料装置分为导料板和导料销两种。导料销为导料板的简化形式，多用于弹压卸料板中，又由于板料公差比较小，且对精度要求不高，所以不设置侧压装置。综上所述，最后采用无侧压装置、两个导料销为条料进行导向。表3.1由表可知，t=2mm时，不带侧压装置的导料板（销）高度为6mm。挡料：挡料有两种方式，一是用销钉挡住搭边或冲件轮廓；二是用侧刃在条料侧边冲切各种形状的缺口，限制条料送进距离的定距侧刃。由于导料采用简单的定位销钉定位，所以这里只能采用销钉挡料。销钉挡料分为固定挡料销和活动挡料销，固定挡料销又分为圆柱式和钩式；活动挡料销分为回带式和伸缩式。其中只有伸缩式常用于活动的下卸料板，且由于模具为复合模，其他形式都不适用，所以采用伸缩式挡料钉。弹簧弹顶挡料销见标准JB/T7649.5-1994。查得，选取基本尺寸d=10mm、l=16mm、L=28mm的挡料销，其弹簧尺寸为1.6*12*30。如图：图3.33.1.3.3 模具除料结构设计模具的除料装置有卸料板、推件板和顶件器等。此模具冲裁时，冲孔废料从凸凹模的孔刃口中落下，搭边随着上凹模的下降压到凸凹模下面，然后随卸料板上升顶出，工件在冲裁过程中压入上凹模刃口内，然后由推件器打出。所以，除料结构有活动卸料板和推件板两个，而无顶件器。弹压卸料板：弹压卸料板即起卸料作用，又起压料作用，所以冲裁零件质量好，平直度高。制件厚度卸料板宽度50508080125125200200H固H弹H固H弹H固H弹H固H弹H固H弹0.868610812101412160.81.56108121014121614181.53.08-10-12-14-16-3.04.510-12-14-16-18-4.512-14-16-18-20-表3.2由表可得t=2mm的材料，弹压卸料板厚度无限制。在弹压卸料板上，安装有一个弹压挡料销钉，两个导料销钉。挡料销钉的销钉孔直径为10mm。为方便加工，将导料销钉的销钉孔也定为10mm。其零件示意图如下图：图3.4由下表可得，单面间隙c为0.15mm推件板：当凹模安装在上模时，将制件或废料至上而下推出的部件称为推件器。与推件器相配套的有打杆。其作用是将推件板推出。其长度按以下公式计算： （3.8）式中出件状态时，上模座上平面以下的打杆度压力机结构尺寸c考虑各种误差而加的常数，可取1015mm3.1.3.4 其他结构推件板顶杆、推件板顶板：由于模具结构中有一冲孔凸模在上模座，影响了推件板与打杆的连接，所以设置一个推件板顶板，然后用四根顶杆传递力。漏料孔：在冲模的下模座上开一个漏料孔，使冲下的废料从凹模下面及压力机的工作台的漏料孔排出，不但简化了模具，而且操作安全。导柱导套：导柱导套已经标准化，根据凸凹模确定模架尺寸后，导柱导套的尺寸也可以确定，其安装尺寸如下图：图3.5模柄：模柄的作用是固定上模座于压力机滑块上时使模具的压力中心与压力机的压力中心保持一致。其分为整体式、压入式、螺纹旋入式、凸缘式、浮动式。由于此冲压件为中小型，所以选择压入式模柄。根据压力机选择，模柄直径为50mm。图3.6查表得，d=50mm（极限偏差为0.050）、d1=52mm（+0.030+0.011）、d2=61mm、L=105mm、L1=35mm、L2=8mm，L3=5mm、d3=15mm、d4=8mm（+0.15，0）凸凹模固定板和垫板：对于小型的凸、凹模零件，一般通过固定板间接的固定在模座上，以节省贵重的模具钢，其尺寸一般按以下公式计算：凸模固定板H=(11.5）DD为凸模直径凹模固定板H=(0.60.8)hh为凹模高度算得： 上凸模固定板厚度为10mm凸凹模固定板厚度为20mm3.1.3.5 模架选择由于精度要求不是太高，且工序简单，所以采用中间导柱模架或对角导柱模架，又由于横向尺寸较纵向尺寸大很多，所以采用对角导柱模架。又由于零件精度要求低，采用滑动导柱即可满足要求。图3.7查工程大典可得：由凸、凹模尺寸可得，凹模周界为L=200mm、B=125mm。算得闭合高度最小为180mm，经查表可得上模座尺寸为200*125*35，下模座尺寸为200*125*40，导柱尺寸为28*180，导套尺寸为28*85*33。滑动导柱上模座：根据尺寸查表得图3.8 =210mm、=130mm、S=250mm、=175mm、R=42mm、D=38mm（极限偏差为+0.025）、=42mm（极限偏差为+0.025）。滑动导柱下模座：根据尺寸查表得图3.9L=200mm、B=125mm、H=40mm、h=30mm、=210mm、=130mm、=290mm、=190mm、S=250mm、=175mm、R=42mm、=80mm、d=mm、=mm。3.1.4 弹性元件选择与计算此模具中，只有推件板和卸料板两个活动装置。其中推件板的活动靠的是凸凹模的挤压和打杆的推动，所以不需要弹性元件。卸料板的活动是依靠凹模下降和弹性元件的弹力上升，需要设置一弹性元件，其参数可参考模具工程大典，结果如下：冲裁时，凸模进入凹模深度为0.51mm，取1mm，工件厚度为t=2mm，为保证顺利卸料，模具在开启状态时，卸料板应高出模具工作零件刃口0.30.5mm。所以卸料总体行程为3.5mm，橡胶高度H=Hc/（0.250.30）=12mm图3.10D=20mm，d=8.5mm，H=12mm，=26mm。计算卸料力后，此方案须要10个橡胶块，不适合，改用D=32mm，d=10.5mm，h=16mm，=42mm的橡胶块，4个橡胶块即可满足要求，预压缩量为10%15%，取2mm。3.1.5 冲裁力及冲裁压力中心计算3.1.5.1 冲裁力计算平刃模具冲裁时，F=KLt （3.9）式中F冲裁力，N；L冲裁周边长度，mm；t材料厚度，mm； 材料抗剪强度，Mpa；K系数卸料力系数K=0.055，推件力系数K=0.06落料长度=2*（100+45）-4*（2+2）+2*2=286.5mm冲孔长度=D=31.5mm冲裁长度=318mm刃口冲裁力=318*2*335=213.060KN落料卸料力=0.055*286.5*2*335=10557.5N冲孔推件力取废料堆积数n=4=4*0.06*31.5*2*335=5065.2N总冲裁力F=228.7KN3.1.5.2 压力中心计算由于工件完全对称，且为矩形，所以压力中心即工件几何中心，与孔圆心完全重合。3.1.6 冲压设备选择由于工件小，且为小批量生产，所以选择开式机械压力机。压力机吨位选择时，应取冲裁力的1.3倍，即297KN，所以选择400KN的压力机，经验证，行程和闭合高度都满足要求。同时，确定了模柄孔尺寸为50*70。3.2 成形模设计与计算3.2.1 成形工艺计算由零件图可得，零件的弯曲尺寸有30mm、20mm、R=2mm三个，其中尺寸标注时，30mm标注在内侧，20mm标注在外侧。图3.11弯曲件宽度尺寸标注在外侧，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，凹模宽度尺寸应为 （3.9）凸模尺寸按凹模配制，保证单边间隙C，即 （3.10）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，凸模宽度尺寸应为 （3.11）凹模尺寸按凸模配制，保证单边间隙C，则 （3.12）式中b弯曲件基本尺寸，mm；弯曲件制造公差；，凸、凹模制造偏差，按IT6IT8级公差等级选取。弯曲模的凸、凹模长度、凹模深度等工作部分尺寸，根据弯曲件变长、压力机行程等条件，由设计者合理选取。单边间隙的确定：分析零件可得，此模具的弯曲过程是由一个U形弯曲和两个V形弯曲组成。其中，V形弯曲不需要确定单边间隙，由闭合高度来确定。而U形件的弯曲则必须选择适当的间隙。间隙的大小和工件的质量有很大的关系。间隙越小，弯曲力越大。间隙过小，会使工件边部壁厚减薄，降低凹模寿命。间隙过大，则回弹大，降低工件精度。凸、凹模单边间隙C一般可按下式计算： （3.13）式中C弯曲模凸、凹模单边间隙；t工件材料厚度；工件材料厚度的正偏差；x间隙系数，可按下表取值；表3.3算得，单边间隙C=2.4mm弯曲件=0.6mm从而：凸模宽度=mm 凹模宽度mm凹模深度：由于此弯曲模形状比较特殊，第二次弯曲是以第一次弯曲的凹模壁为成形零件，所以凹模深度需由零件形状来确定。图3.12所以，凹模厚度为垫板厚度加上零件尺寸，为28mm。凸模圆角半径：当弯曲件的相对弯曲半径r/t较小时，取凸模圆角半径等于或略小于工件内侧的圆角半径r，但不能小于材料所允许的最小弯曲半径。若弯曲件的r/t小于最小相对弯曲半径，则应取凸模圆角半径，然后增加一道整形工序，使整形模的凸模圆角半径，或者在不影响使用功能的前提下，修改工件圆角半径。此处，圆角半径较小，所以取凸模圆角半径等于工件内侧的圆角半径r。即r=2mm。弯曲半径：由于零件圆角半径为r=2mm，而凹模入口处圆角半径的大小对弯曲力以及弯曲件的质量均有影响，过小的凹模圆角半径会使弯矩的弯曲力臂减小，毛坯沿凹模圆角滑入时的阻力增大，弯曲力增加，并易使工件表面擦伤甚至出现压痕。另外，凹模两侧的圆角半径应该一致，否则在弯曲时会引起板料偏移。在生产中，通常根据材料的厚度选取凹模圆角半径当 t2mm， r=（36）t； t=24mm，r=（23）t； t4mm， r=2t。综上所述，此处t=2mm，所以r=（612）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=2mm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=2mm。3.2.2 模具总体结构设计3.2.2.1 模具结构类型分析确定前面在弯曲模选用时已经分析过，采用的是复合弯曲模。其选取过程如下：一次弯曲成形：弯曲过程中由于凸模肩部妨碍了疲劳的转动，加大了坯料通过凹模圆角的摩擦力，使弯曲件侧壁容易擦伤和变薄，成形后弯曲件回弹严重，两肩部与底面不平行。尤其对于材料厚、弯曲件直壁高、圆角半径小时，这一现象更为严重。不予采用。两次弯曲成形：由于采用两幅模具弯曲，从而避免了上述现象，提高了弯曲件质量。第一次先将毛坯弯成U形；第二次弯曲时，利用弯曲凹模外形兼作半成品坯件的定位，然后弯曲成四角。弯曲件过程中，工件中间最好有工艺定位孔，以防经两道工序弯曲后，工件两边尺寸不一致。采用这种方法成形的模具结构简单紧凑，但是正因为需要第二次弯曲凹模外形作定位，使第二次弯曲凹模的壁厚受到弯曲件弯边高度的限制，因此要求工件高度h1215t，才能保证凹模具有足够的强度。不予选用。复合弯曲一：在一副模具中完成两次弯曲的四角形件复合弯曲模，该模具时将两个简单模复合在一起的弯曲模。凸凹模1既是弯曲U形的凸模，又是弯曲四角形的凹模。弯曲时，先由凸凹模和凹模将毛坯弯曲成U形，然后凸凹模继续下压，与活动凸模作用，将工件弯曲成四角形件。这种结构的凹模需要具有较大的空间，凸凹模的壁厚受到弯曲件高度的限制。此外，由于弯曲过程中毛坯未被夹紧，易产生偏移和回弹，工件的尺寸精度较低。不予选用。复合弯曲二：复合弯曲的另一种结构形式。凹模下行，利用活动凸模的弹性力先将坯料弯成U形。凹模继续下行，当推板与凹模底面接触时，便强迫凸模向下运动，在摆块作用下最后弯曲成形，缺点时结构复杂。予以选用。所以最后采用复合弯曲方案二。采用摆块结构弯曲。3.2.2.2 模具的定位结构分析确定由于工件尺寸小，结构简单，所以选择手工送料，送料过程中定位由定位板和定位销钉来实现。第一次弯曲时的定位：定位板定位如图：图3.13工件送入时，工件两端与两边的定位板对齐。实现了X方向的定位和Z轴转动的定位。定位销钉：在凸模上安装两个销钉来实现Y方向的定位。压板：加工时，压板先压在工件上，实现了Z方向的定位、X轴转动和Y轴转动的定位。从而实现了第一次弯曲时工件的完全定位。第二次弯曲时的定位：第二次弯曲时，工件已弯曲成形，包在凸模上，使工件失去了除Y方向以外的所有自由度。定位销钉限制了工件在Y方向的自由度。从而实现了工件第二次弯曲时的完全定位。定位尺寸确定：定位板间距，由于两个定位板分别与工件两端接触，这个尺寸由工件结构确定。3.2.2.3 模具的除料结构设计此模具为弯曲模，只执行弯曲机构，所以无边角废料。冲压后工件嵌在凹模上随凹模上升而脱离凸模，再由凹模内的推件板推下，从而达到卸料的作用。此推件板在第一次冲压弯曲过程中还起到压料作用，为保证压料力均匀分布，推件板面积尽量覆盖工件顶部。3.2.2.4 其他结构设计回弹的解决：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。方法二需要在弯曲变形区上压制加强筋或折边，需要重新设计模具结构，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。综上所述，可用方案有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。模柄：模柄的选择时根据压力机模柄孔的尺寸来选择的，由于此模具小，结构简单，所以采用凸缘模柄。其设计尺寸参照中国模具工程大典，可得其尺寸如下：d=30mm（极限偏差0.5）、=97mm。图3.14其尺寸远远大于凹模尺寸，因此不能使用标准件，设计其尺寸如下：d=30mm、D=50mm、螺栓为4*10mm、打杆孔a=11mm。3.2.2.5 模架选择一般弯曲模不需实用模架，该弯曲模由于有两道弯曲，为确保弯曲过程中不发生偏移，故采用了对角导柱模架。3.2.3 成形力计算第一次弯曲：第一次弯曲是将冲裁件弯曲成U形件，其计算公式如下： （3.14）式中：冲压行程结束时，不经受校正时的自由弯曲力，N； B弯曲件宽度，mm； t弯曲件厚度，mm； r内圆弯曲半径（等于凸模圆角半径），mm； 弯曲材料的抗拉强度，Mpa；K安全系数，一般取1.3.计算得：=13.72KN由于模具中设置有一压料装置，需计算压料力：=（0.30.6）第一次弯曲总冲压工艺压力F=+=20KN。第二次弯曲：第二次弯曲是将U形件弯曲成形，由于弯曲圆角半径与第一次一样，所以弯曲力也一样。但是此时由第一次弯曲产生的弹性元件压缩也对压力机产生压力。在运动过程中，弹性元件再次压缩，行程为35mm。总弯曲工艺压力为预紧力加上第二次压缩量对应的弹力加上弯曲力。即， （3.15）=25+k*35+13.72（KN）=56.22（KN）式中k为弹性系数，在弹簧选用中取值为0.5。3.2.4 弹性元件选择与计算此模具中，弹性元件的作用是保证凸模在第一次弯曲过程中不动，所以预紧力需要大于20KN，取1.25的安全系数，所以预紧力为25KN。第二次弯曲过程中压缩量为35mm。若用橡胶作为弹性元件，由于橡胶的压缩量不能超过其高度的35%，所以取用橡胶的高度需要大于200mm，相对于模具来说非常大，而且不一定能满足压力效果，所以不用橡胶作为弹性元件，而选用弹簧。弹簧的弹性系数k=F/L，预压缩量为L=25/k，所以弹簧总压缩量为25/k+35，取k=500KN/m，则总压缩量为85mm，弹簧的压缩量为其高度的20%80%，选50%，即高度为170mm。预压缩后高度为120mm。3.2.5 冲压成形设备选择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56.22KN，一般情况下，压力机的公称压力应大于或等于冲压总工艺力的1.3倍，可以取压力机的压力为 （3.16）所以，选取公称压力为100KN的压力机。该压力机工作行程为60mm，工作过程中，凹模行程为53mm，所以能满足要求。该压力机具体参数如下：公称压力100KN、滑块行程60mm、最大闭合高度180mm、封闭高度调节量50mm、工作台尺寸360mm（左右），240mm（前后）、工作台孔尺寸180mm（左右），90mm（前后），130mm（直径）、模柄孔尺寸30*50、工作台板厚度50mm、垫板厚度35mm。4 模具总体结构说明4.1 模具总体结构图4.1.1 三维造型图冲裁模：图4.1弯曲模：图4.24.1.2 二维造型图冲裁模：图4.34.2 模具工作原理分析说明4.2.1 落料冲孔倒装复合模模具的工作部件有冲孔凸模、凹模和凸凹模三部分，辅助部件有推件板、卸料板、导料销和挡料销。冲裁过程中，条料通过导料销和挡料销定位，保证条料顺利冲裁。冲裁闭模时，推件板最先与条料接触，同时起压料的作用。然后冲孔凸模和落料凹模与条料接触，经过弹性变形、塑性变形和断裂分离阶段后，冲孔凸模将冲孔结构废料冲入凸凹模的废料孔中，从压力机的孔中落出。凸凹模将落料件压入凹模内部，推动推件板上升。同时凹模将搭边的边角废料压下，套在凸凹模边上，推动卸料板下降。冲裁开模时，凹模上升。卸料板上压力减小，弹性元件恢复原形，将搭边废料从凸凹模上卸下。凹模上升时，由于工件与凹模内壁的压力，带动工件同时上升，然后在打杆的作用下，推件板将工件推出凹模，使工件落出，然后手工取出或者用气动装置吹出。4.2.2 复合弯曲模此模具的工作部件有凹模、凸模和摆块，辅助部件有定位销钉、定位板、压料板和弹簧。冲裁过程中，定位销钉、定位板和压料板保证了零件在各个方向上自由度的限制，使工件在弯曲过程中不会产生偏移。弯曲模闭合时，凹模下降，压料板（推件板）先碰到工件，将工件压住，使工件完全定位。然后凹模压下，这时，凸模在弹簧预紧力的作用下保持不动，而凹模继续下降，将工件弯曲成U形。凹模继续下降，当推件板与凹模底部接触时，压力继续增大到超过弹簧的预紧力后，凸模开始向下运动。凸模的运动使摆块与底部垫板作用，时摆块开始摆动，将工件弯曲成形。弯曲模开模时，凹模上升，凸模在弹簧力的作用下随凹模一起上升，摆块在重力作用下回复到原位。在凸模也回到原位后，凹模继续上升，这时由于工件回