U形件托架的冲孔落料弯曲冲压复合模具设计毕业论文.doc

U形件托架的冲孔落料弯曲冲压复合模具设计毕业论文目录第一章 前言5第二章 工艺分析及模具设计72.1 冲压件工艺性分析72.1.1零件的功用与经济性分析72.1.2零件工艺性分析72.2 工艺方案的设计与确定102.3 材料利用率的计算112.3.1 提高材料的利用率112.3.2 材料利用率的计算122.4.1排样方法132.4.2搭边142.4.3计算步距与条料宽度142.5模具结构设计和力的计算152.5.1坯料展开长度的计算152.5.2确定排样与裁板方案162.5.3计算各工序冲压力或弯曲力18第三章 冲压设备的选择223.1 冲压设备规格的选择233.2公称压力（吨位）233.3各套模具冲压设备的选择233.4 装模高度233.5 压力中心的计算24第四章 凸模与凹模的刃口尺寸计算254.1冲裁模刃口尺寸计算264.2 弯曲模工作部分尺寸确定30第五章 弹性组件的计算与选用及其他模具组件的选择375.1 弹簧的选用385.2 模具其他部件的选择405.2.1模架的选择：405.2.2模柄的选择：415.2.3模具导向零件的选择：415.2.4模具定位零件的选择：425.2.5卸料和出件装置的选择：425.2.6垫板的选择：425.2.7螺钉和销钉的选择：425.2.8固定板的选择：435.2.9模具凸凹模的材料选择：43第六章 冲孔凸模的加工与编程446.1 冲孔凸模的工艺设定及加工程序的编制456.1.1工艺过程的设定456.1.2 图样分析和决定安装基准456.1.3 确定工件坐标系456.1.4 加工程序46第七章 结 论47参 考 文 献48致 谢48第一章前言冲压工艺在机电产品制造业中应用十分广泛，而冲模是实现冲压工艺的主要工艺装备，在制造业中占有重要的地位。特别是在汽车，拖拉机，航空航天，仪器仪表，机械制造，家用电器，石油化工，轻工日用品等工业部门得到及其广泛的应用。据统计，利用模具制造的零件，在飞机，汽车，拖拉机，电机电器等机电产品中占6070，在电视机，计算机等电子产品中占80以上，在自行车、手表、洗衣机、电冰箱等轻工产品中占85。随着社会经济的发展，人们对工业产品的品种、数量、质量及款式都有越来越高的要求。为了满足人类的需要，世界上各个工业发达国家都十分重视模具技术的开发，大力发展模具工业，积极采用先进技术和设备，提高模具制造水平，并取得了显著的经济效益。现在大家都认识到，研究和发展模具技术，对于促进国民经济的发展具有特特别重要的意义。模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。 目前，我国经济仍处于高速发展阶段，国际上经济全球化发展趋势日趋明显，这为我国模具工业高速发展提供了良好的条件和机遇。一方面，国内模具市场将继续高速发展，另一方面，模具制造也逐渐向我国转移以及跨国集团到我国进行模具采购趋向也十分明显。因此，放眼未来，国际、国内的模具市场总体发展趋势前景看好，预计中国模具将在良好的市场环境下得到高速发展，我国不但会成为模具大国，而且一定逐步向模具制造强国的行列迈进。“十一五”期间，中国模具工业水平不仅在量和质的方面有很大提高，而且行业结构、产品水平、开发创新能力、企业的体制与机制以及技术进步的方面也会取得较大发展。模具技术集合了机械、电子、化学、光学、材料、计算机、精密监测和信息网络等诸多学科，是一个综合性多学科的系统工程。模具技术的发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济的方向发展，模具产品的技术含量不断提高，模具制造周期不断缩短，模具生产朝着信息化、无图化、精细化、自动化的方向发展，模具企业向着技术集成化、设备精良化、产批品牌化、管理信息化、经营国际化的方向发展。我国模具行业今后仍需提高的共性技术有：(1)建立在CAD/CAE平台上的先进模具设计技术，提高模具设计的现代化、信息化、智能化、标准化水平。(2)建立在CAM/CAPP基础上的先进模具加工技术与先进制造技术相结合，提高模具加工的自动化水平与生产效率。(3)模具生产企业的信息化管理技术。例如PDM（产品数据管理）、ERP（企业资源管理）、MIS（模具制造管理信息系统）及INTERMET平台等信息网络技术的应用、推广及发展。(4)高速、高精、复合模具加工技术的研究与应用。例如超精冲压模具制造技术、精密塑料和压铸模具制造技术等。(5)提高模具生产效率、降低成本和缩短模具生产周期的各种快速经济模具制造技术。(6)先进制造技术的应用。例如热流道技术、气辅技术、虚拟技术、纳米技术、高速扫描技术、逆向工程、并行工程等技术在模具研究、开发、加工过程中的应用。(7)原材料在模具中成形的仿真技术。(8)先进的模具加工和专有设备的研究与开发。(9)模具及模具标准件、重要辅件的标准化技术。(10)模具及其制品的检测技术。(11)优质、新型模具材料的研究与开发及其正确应用。(12)模具生产企业的现代化管理技术。模具行业在“十一五”期间需要解决的重点关键技术应是模具信息化、数字化技术和精密、超精、高速、高效制造技术方面的突破。随着国民经济总量和工业产品技术的不断发展，各行各业对模具的需求量越来越大，技术要求也越来越高。模具标准件的种类、数量、水平、生产集中度等对整个模具行业的发展有重大影响。因此，一些重要的模具标准件也必须重点发展，而且其发展速度应快于模具的发展速度，这样才能不断提高我国模具标准化水平，从而提高模具质量，缩短模具生产周期，降低成本。我这次毕业设计的题目是“U形托架冲孔、弯曲复合工艺研究及模CAD/CAM”，正是对该行业的一次积极尝试。我将积极的了解该行业的一些技术规范，综合所学的知识，尽量提高设计的软件平台，使设计更加数字信息化，保证设计质量，最终设计出符合要求的冲压模具。第二章 工艺分析及模具设计2.1 冲压件工艺性分析2.1.1零件的功用与经济性分析该零件是某机械产品上的一个支撑托架，托架的10mm孔内装有芯轴，并通过四个5孔与机身连接。零件的工作部分受力不大，对其强度和刚度的要求不太高。该零件的生产批量为2万件/年，属于中批量生产，外形简单对称，材料为一般冲压用钢，材料冲压加工经济性良好。（如图1-1） 图1-1 零件图2.1.2零件工艺性分析 托架为有五个孔的四角弯曲件。 其中五孔的公差均为IT9级，其余尺寸自由公差。各孔的尺寸精度在冲裁允许的精度范围以内，且孔径均大于允许的最小孔径，故可以冲裁。4-5mm孔的孔边距圆角变形区太近，易使孔变形，且弯曲后的回弹也影响孔距尺寸40 mm,故4-5mm孔应在弯曲后冲出。而10mm孔距圆角变形区较远，为简化模具结构和便于弯曲时坯料的定位，宜在弯曲前与坯料一起冲出。弯曲部分的相对圆角半径r/t均等于1，大于冲压工艺与模具设计表4-5所列的最小相对弯曲,可以弯曲。零件的材料08F钢，其冲压成形性能较好。由此可知，该托架零件的冲压工艺性良好，便于冲压成形。但应注意适当控制弯曲时的回弹，并且避免弯曲划伤零件表面。该工件的弯曲成形，有图1-2 所示的三种方法。 （a） (b) (c) 图1-2 托架弯曲成形方式(1) 第一种方法（图a）优点是用一副模具成形四个直弯角，可以提高生产率，减少压力机和操作人员的数量。但有以下缺点： 弯曲力较大，模具寿命低。 工作表面易擦伤，产生划痕。 工件形状和尺寸不精确，弯曲处材料变薄严重。由于在弯曲过程中，凸、凹圆角处阻力较大，而且不能有效的利用校正回弹的弯曲方法。 图1-3 冲孔落料模 图1-4 首次弯曲模图1-5 二次弯曲模 图1-6 冲4-5孔模（2）第二种方法（图b）采用两副模具，第一副模具弯曲端部两角，第二副模具弯曲中间的两角。虽然，弯曲变形的程度要比第一种方式缓和得多，需要的弯曲力也较小，模具的工作条件也大为改善，但工件回弹不易控制，还由于工序分散增加了生产时间，压力机和操作人员都要相应增加。（3）第三种方式（图c）先在一副模具上弯曲端部两角，同时中间两角处弯成45度，然后用另一副模具再将中间两角弯曲成90度。由于这一方案能够实现过弯曲和校正弯曲，因而工件的回弹容易控制，工件的形状和尺寸比较精确。此外，在弯曲过程中材料受凸凹模的摩擦阻力较小，工件可以获得较好的表面质量，模具的寿命也可以提高。弯曲件的孔，应尽可能在平面状坯料时冲出，这样可简化模具的结构。工件上10mm孔的边缘与弯曲半径中心距离为6mm（大于料厚1.5mm）,弯曲时不会引起孔的变形，因此，10mm孔可以在弯曲前冲出，并可作为后续工序的定位孔。5mm孔的边缘与弯曲半径中心线的距离为1.5mm(和料厚相等)，弯曲时孔容易引起变形，中心距也不易控制，故只能在弯曲后冲出。2.2 工艺方案的设计与确定冲压该零件所需的基本工序为落料、弯曲、冲孔。因此，冲压该工件的工艺方案可能有以下几种。方案一：冲10mm孔和落料复合-弯曲两外角预弯两内角-弯曲两内角-冲5mm四孔。方案二：冲10mm孔与落料复合-弯曲外部两角-弯曲中间两角并冲5mm四孔。方案三：冲10mm孔和落料复合-弯曲四个角-冲5mm四孔。方案四：冲10mm孔和落料复合-两次弯曲四角（复合模）-冲5mm四孔。方案五：冲10mm孔、冲5mm四孔和落料复合-两次弯曲四角（复合模）。方案六：工序组合，采用带料级进冲压。上述的一至六方案中：方案一的优点是模具结构简单，模具寿命长，制造周期短，投产快。工件的回弹容易控制，尺寸和形状精确，表面质量高，各工序（除第一工序外）都能用10mm孔和一个侧面定位，定位基准一致，且与设计基准重合。操作比较方便。缺点是工序分散，模具副数多，占用压力机和操作人员多，劳动量大。方案二的优点是模具结构简单，投产快，寿命长。但回弹难以控制，尺寸和形状不易精确，而且工序分散，劳动量大，占用设备和操作人员多。方案三工序比较集中，占用设备和人员少，但模具寿命短，工件质量（精度和表面粗糙度）差。方案四的优点是工序比较集中，从制件成型角度看，本质上与方案二相同，但模具结构复杂。方案五本质上与方案三相同，只是采用了结构复杂的级进模。方案六的优点是工序最集中，生产效率高。缺点是模具结构相当复杂，安装、调试、维修困难，制造周期也长。综上所述，由于该冲压工件的批量不大，故以选择方案一较合适。2.3 材料利用率的计算2.3.1 提高材料的利用率在大批大量生产中，冲压件的材料费用要占总成本的60%80%之多。因此，材料利用率每提高1%，则可以使冲件的成本降低0.4%0.5%。在冲压工作中，节约金属和减少废料具有非常重要的意义，特别是在大批量的生产中，较好地确定冲件的开头尺寸和合理排样是降低成本的有效措施之一。冲裁零件在板料、条料或带料上布置的方法称为冲裁工作的排样法。其目的在于保证在最低的材料消耗和最高的劳动生产条件下，得到符合技术条件要求的冲件。由于材料的经济利用直接决定于冲压件的制造方法和排样方法，所以在冲压生产中，可以按工件在板料上排样的合理程度-冲裁某一工件的有用面积与所用板料的总面积的百分比-即材料的利用率作为衡量排样合理性的指标。2.3.2 材料利用率的计算材料利用率的计算公式为： 式中：材料利用率， F冲件的有用面积， 材料的总面积， 冲裁该工件时所产生的废料面积。要提高材料利用率，就必须减少废料面积。冲裁过程中所产生的废料可分为结构废料与工艺废料两种。结构废料是由工件的形状决定的，其中约有6%损失在不合理的几何形状方面；而损失在不能利用的废料上（如冲孔）约占20%。工艺废料则是由冲压方式和排样方式所决定的，包括搭边、料头和料尾。损失在搭边方面的废料一般约占8%10%；冲裁过程中出现的料头和料尾在条料上不够一个整个冲件的条料约占0.5%10%。从这里可以看出，在工艺设计中，若能减小废料面积的大小，则就可以提高材料的利用率。这在确定排样的方法时，应建立起保证金属完全利用的排样，设法减少工艺废料。对于有些零件如果适当地修改零件的结构形状，则可以减少设计废料。对于同样厚度、不同形状冲件的冲制，可以相互套料，采用混合排样，有时也可将大型零件的设计废料作为小零件的毛坯等，以提高材料的利用率。排样设计的内容包括选择排样方法；确定搭边的数值；计算条料宽度及送料步距；画出排样图。有必要时还应核算材料的利用率。2.4 冲裁工件的排样和搭边2.4.1排样方法根据材料经济利用的程度，排样方法可以分为：A 有废料排样法有废料排样法是在冲裁件与冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间，都有工艺余料（称搭边）存在，冲裁是沿着冲裁件的封闭轮廓进行，所以冲裁件质量较好，模具寿命较长，但材料利用率较低，常用于冲裁形状复杂、尺寸精度要求较高的冲件。B 少废料排样法少废料排样法是只有在冲裁件与冲裁件之间或只有在冲裁件与条料侧边之间留有搭边，而在冲裁件与条料侧边或在冲裁件与冲裁件之间无搭边存在。用这种排样方法冲裁出来的冲件质量稍差，同时边缘毛刺易被凸模带入间隙而影响冲模寿命，但材料的利用率较高，冲模结构简单，一般用于形状较规则、某些尺寸精度要求不高的冲件。C 无废料排样法无废料排样法是在冲裁件与冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间均无搭边存在。这种排样方法的冲裁件实际上是直接由切断条料获得，所以材料利用率可达8595。采用少、无废料的排样法，材料利用率高，不但有利于一模获得多个冲裁件，而且可以简化模具结构、降低冲裁件。但少、无废料排样的应用范围有一定的局限性，受到工件形状、结构的限制、且由于条料本身的宽度公差以及条料导向与定位所产生的误差会直接影响冲裁件尺寸二使冲裁件的精度降低。同时，往往因模具单面受力而加快磨损，降低模具寿命，也会直接影响冲裁件的断面质量。因此，排样时必须全面权衡利弊。上述3种排样方法，根据冲裁件在条料上的不同排列形式，又可分为直排，斜排，直对排、斜对排、混合排、多排及冲裁搭边等7种。可以根据不同的冲裁件形状加以选用。在实际确定排样时，通常可先根据冲件的形状和尺寸列出几种可能的排样方案（形状复杂的冲件可以用纸片剪成35个样件，再用样件摆出各种不同的排样方案），然后再综合考虑冲件的精度、批量、经济性、模具的结构与寿命、生产率、操作与安全，以及原材料的供应等各方面因素，最后确定出最合理的排样方法。确定排样方案时应遵循的原则是：保证在最低的材料消耗和最高劳动生产率条件下得到符合技术要求的零件，同时要考虑方便生产操作，使冲模的结构简单，寿命长，并能适应车间生产条件和原材料的供应等情况。2.4.2搭边搭边是指排样时冲裁件与冲裁件之间以及冲裁件与条料边缘之间留下的工艺废料。搭边具有以下作用：补偿定位误差和送料误差，保证冲出合格的零件；增加条料刚度，方便条料送进，提高生产效率；避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉入模具间隙，提高模具寿命等。搭边值的大小要合理。搭边值过大时，材料利用率低；搭边值过小时，达不到其在冲裁工艺中所起的作用。因此在实际确定搭边值时，应主要考虑以下因素。（1） 材料的机械性能 软材料和脆材料的搭边值取大一些，硬材料的搭边值可取小一些。（2） 冲件的形状与尺寸 冲件的形状复杂或尺寸较大时，搭边值取大些。（3） 材料的厚度 厚材料的搭边值要取大一些。（4） 送料及挡料方式 用手工送料，且有侧压装置的搭边值可以取小一些，用侧刃定距可以比用挡料销定距的搭边值小一些。（5） 卸料方式 弹性卸料比刚性卸料的搭边值要小一些。搭边值一般根据经验来确定，推荐的合理搭边值见新编实用冲压模具设计手册第62页表2-29至表2-31。2.4.3计算步距与条料宽度选定排样方法和确定搭边值之后，就要计算送料步距和条料宽度，这样才能画出排样图。A 送料步距A条料在模具上每次送进的距离成为送料步距（简称步距或进距）。每个步距可以冲出一个零件，也可以冲出几个零件。送料步距的大小应为条料上两个对应冲裁件的对应点之间的距离。每次只冲出一个零件的步距A的计算公式为： A=D+a式中 D平行与送料方向的冲裁件宽度； a 冲裁件之间的搭边值。B 条料宽度B条料式由板料剪裁下料而得，为保证送料顺利，剪裁时的公差带分布规定上偏差为零，下偏差为负值。条料在模具上送进时一般都有导向，当是使用导料板导向而无测压装置时，在宽度方向也会产生送料误差。条料宽度B的计算应保证在这二种误差的影响下，仍能保证在冲裁件与条料侧边之间有一定的搭边值。当用手将条料紧贴搭边导料板时，条料宽度按下式计算： 式中 D冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸；冲裁件与条料侧边之间的搭边；板料剪裁时的下偏差。2.5模具结构设计和力的计算2.5.1坯料展开长度的计算如图7，此弯曲件的r/t0.5,这类弯曲件的相对弯曲半径较大，弯曲成形过程中毛坏的变薄现象不严重，可按毛坯长度等于弯曲件直线长度与弯曲部分应变中性层长度之和的原则计算，即。图1-7 零件图 = =+92+13105(mm) 式中 毛坯展开总长度，mm； 弯曲中心角,（）； 弯曲件的内弯曲半径,mm； 材料厚度，mm； 中性层位移系数，其值由新编实用冲压模具设计手册表3-9查得。2.5.2确定排样与裁板方案 坯料形状为矩形，采用单排最为适宜。取搭边=2 mm, =1.8m,则条料宽度进距 s =30+1.5=31.5(mm)板料规格选用。（1）采用纵剪法时：每板条料数= 900109=8(条)，余36mm每条零件数=57(件)36mm1800mm余料利用件数=16(件)每条零件数=857+16=472(件)材料利用率= 式中 ：一张板料（或条料、带料）上冲裁件的总数目； ：一个冲裁件的实际面积，mm2；L：板料（或条料、带料）的长度； ：板料（或条料、带料）的宽度。（2）采用横剪法时：每板条料数= 1800109=16(条)，余72mm每条零件数 =28(件)72mm900mm 余料利用数 (件)每条零件数=1628+16=464(件)86.4由以上计算可知，纵剪法的材料利用率更高。从弯曲线与纤维方向之间的关系看，横裁法较好。但由于材料08F钢的塑性较好，不会出现弯裂现象，故采用用纵剪法排样，以降底成本，提高经济性。2.5.3计算各工序冲压力或弯曲力（1）冲压力的计算 冲裁力是冲裁时凸模与凹模相对运动使工件与板料分离所需的力，它与材料厚度、工件周边长度及材料的力学性能等参数有关。冲裁力是设计模具、选择压力机的重要参数，计算冲裁力的目的是为了合理地选用冲压设备和设计模具。在冲裁过程中，冲裁力是随凸模进入板料的深度（凸模行程）而变化的。图1-8 所示为冲裁08钢时的冲裁力变化曲线，图中AB段是冲裁的弹性变形阶段，BC段是塑性变形阶段，B点为冲裁力的最大值，在此点材料开始被剪裂，CD段为断裂分离阶段，CD段是凸模克服与材料间的摩擦和将材料从凹模内推出所需的压力。通常，冲裁力是冲裁过程中的最大值（即图中B点压力） 图1-8 冲裁的三个阶段 工序1:（落料冲孔复合）。采用图（图1-3）模具结构形式，则冲裁力 式中：冲裁力，N； 冲件周边长度，mm； 材料厚度，mm； 材料抗拉强度，MPa；1.3。卸料力 推料力 顶件力 （N）冲压总力 214KN式中 Kx 、KT 、KD 分别为卸料力系数、推料力系数和顶料力系数。压力机公称压力的确定应大于或等于冲裁时总压力的1.11.3倍，即P 278KN对于落料冲孔工序，压力机的公称压力机为J23-40压力机。（2）弯曲力的计算弯曲力是设计弯曲模和选择压力机的重要依据之一，特别是弯曲坯料较厚、弯曲线校长、相对弯曲半径较小、材料强度较大的弯曲件时，必须对弯曲力进行计算。图1-9所示为各弯曲阶段弯曲力F随凸模行程S的变化关系。由图可知图1-9 弯曲三个阶段各弯曲阶段的弯曲力是不同的；弹性阶段弯曲力较小，可以略去不计；自由弯曲阶段的弯曲力基本不随凸模行程的变化而变化；校正弯曲力随行程急剧增加。弯曲力不仅与弯曲变形过程有关，还与坯料尺寸、材料性能、零件形状、弯曲方式、模具结构等多种因素有关，因此用理论公式来计算弯曲力不但计算复杂，而且精确度不高。实际生产中常用经验公式进行概略计算。工序 2:（弯两角并使内角预弯45度）。采用图（图1-4）所示模具结构形式，按V形件约束弯曲计算，则弯曲力 压料力 冲压总力 式中 F自 自由弯曲在冲压行程结束时的弯曲力，N;弯曲件的宽度，mm;弯曲件材料厚度，mm;材料的抗拉强度，Mpa;K安全系数，一般取K=1.3;r弯曲件的内弯曲半径，mm。压力机公称压力的确定应大于或等于弯曲时总压力的1.61.8倍，即 P = 工序 3 : (弯两内角)。采用图（图1-5）模具结构形式，按校正弯曲计算，则式中校正弯曲力， N; 校正部分在垂直于凸模运动方向上的投影面积， 单位面积校正力，Mpa。压力机公称压力的确定应大于或等于弯曲时总压力的1.11.3倍，即 P =1.2工序 4:（冲4-5mm孔）。采用图 (图1-6) 所示模具结构形式，则冲裁力 卸料力 推件力 冲压总力 式中F 冲裁力，N； 冲件周边长度，mm； 材料厚度，mm；材料抗拉强度，MPa，；卸料力系数；推料力系数。压力机公称压力的确定应大于或等于冲裁时总压力的1.11.3倍，即 P = 第三章 冲压设备的选择冲压设备类型的选择，主要是跟据冲压工艺性质、生产批量大小、冲压件的几何形状、尺寸及精度要求等因素来确定。冲压生产中常用的冲压设备种类很多，先用冲压设备时主要应考虑下述因素：（1）冲压设备的类型和工作形式是否适用于应完成的工序；是否符合安全生产和环保的要求；（2）冲压设备的压力和功率是否满足应完成工序的需要；（3）冲压设备的装模高度、工作台面尺寸、行程等是否适合应完成工序所用的模具；（4）冲压设备的行程次数是否满足生产率的要求等。对于中小型冲裁件、弯曲件或拉深件等，主要选用开式机械压力机。开式压力机刚度不高，并且在较大冲压力的作用下床身的变形会改变冲模间隙分布、降低模具寿命和冲压件表面质量，但由于它提供了极为方便的操作条件和易于安装机械化附属装置的特点，所以目前仍是中小型冲压件生产的主要设备。另外，在中小型冲压件生产中，若采用导板模或工作时要求导柱导套不脱离的模具，应选用行程较小的偏心压力机。3.1 冲压设备规格的选择在压力机的类型选定之后，应进一步根据变形工序的特点，变形力的大小、冲压件与毛坯的形状和尺寸、模具参数和操作上的要求来确定设备的规格。3.2公称压力（吨位） 压力机的承受能力受压力机本身各主要构件强度的限制其滑块上缩容许承受的最大作用力时随曲柄转角位置的不同而变化的。公称压力是指滑块离下死点前某一特定的距离（此距离称为公称压力行程）或转到离下死点前某一特定的角度（此特定角度称为公称压力角）时，滑块上所容许承受的最大作用力。在选择压力及吨位时，应保证在全行程范围内，压力机的需用负荷在任何时刻均大于相应时刻所需变形力的总和。也就时说，应该使在一次行程内所要完成的各种冲压工序要需力的合力曲线，在全行程范围内均低于压力机的需用负荷曲线。在使用中，对于如一般的落料、冲孔等工序可直接按压力机的公称压力。3.3各套模具冲压设备的选择本零件各工序中只有冲裁和弯曲两种冲压工艺方法，且冲压均选用开式可倾式压力机。根据所计算的各工序冲压大小，考虑零件尺寸和可能的模具闭合高度，工序1（落料冲孔复合工序）整套模具闭合高度228mm，所以选冲压设备J23-40开式双柱可倾式压力机。工序2（首次弯曲工序）整套模具闭合高度196mm，所以选冲压设备J23-35开式双柱可倾式压力机。工序3（二次弯曲工序）整套模具闭合高度178mm，所以选冲压设备J23-25开式双柱可倾式压力机。工序4（冲孔工序）整套模具闭合高度176mm，所以选冲压设备J23-25开式双柱可倾式压力机。3.4 装模高度压力机的装模高度是指滑块在下死点位置时，滑块下表面到工作垫板上表面的距离。装模高度加上垫板厚度即为压力机的封闭高度。没有垫板的压力机，其装模高度与封闭高度相等。模具的封闭高度是指工作行程终了时，模具上模座上表面与下模座下表面之间的距离。选择压力机时，必须使模具的封闭高度介于压力机的最大装模高度与最小装模高度之间，一般应满足 式中 连杆调节到最短时，压力机的装模高度，即最大装模高度； 连杆调节到最长时压力机的装模高度，即最小装模高度； 模具的封闭高度，mm； 压力机的工作垫板厚度，mm； 压力机最大装模高度，mm； 压力机最小装模高度，mm。J23-40冲模的闭合高度 =280mm，245mm. 235mmH175mm J23-35冲模的闭合高度 =260mm，220mm. 215mmH165mm J23-25冲模的闭合高度 =240mm，200mm. 215mmH175mm 3.5 压力中心的计算冲裁力合力的作用点称为冲模的压力中心。要使冲压模具正常地工作，必须使压力中心与模柄的中心线相互重合，从而使压力中心与所选冲压设备滑块的中心相重合。否则在冲压时将产生弯矩，使冲压设备的滑块和模具发生歪斜，引起凸、凹模间隙不均匀，刃口迅速变钝，并使冲压设备和模具的导向机构产生不均匀磨损。冲压形状对称的冲压件，如圆形、正多边形、矩形时，压力中心位于其对称中心线的交点，即几何中心上。冲压形状不对称的冲压件和多工位连续冲压的压力中心位于其形状的重心，例如冲裁弧形件时，压力中心即为该弧形的重心。对复杂形状的冲裁，多凸模的冲孔及多工位连续冲压确定压力中心更为重要。本次设计中，第一副落料冲孔模冲的是一个的孔，其压力中心就位于矩形板料的几何中心上，即孔的圆心上。第四副冲孔模冲的是四个的孔，由于其四个孔是对称分布的，所以其压力中心位于四个孔所在零件平面的几何中心上。第四章 凸模与凹模的刃口尺寸计算冲裁件的尺寸精度主要取决于模具刃口的尺寸精度，合理间隙的数值也必须靠模具刃口的尺寸及公差来保证。正确确定模具刃口尺寸及其公差，将会直接影响到冲裁生产的技术经济效果，因此它是设计冲裁模的主要任务之一。凸、凹模刃口尺寸和公差的确定，直接影响冲裁生产的技术经济效果，是冲裁模设计的重要环节，必须根据冲裁的变形规律、冲裁模的磨损规律和经济的合理性综合考虑，遵循以下原则。（1）设计落料模时，应以凹模尺寸为基准，间隙取在凸模上，靠减小其尺寸获得；设计冲孔模时，应以凸模尺寸为基准，间隙取在凹模上，靠增大其尺寸获得。（2）根据冲模的磨损规律，凹模的磨损使落料件轮廓尺寸增大，因此，设计落料模时，凹模的刃口尺寸应等于或接近工件的下极限尺寸；凸模的磨损使冲孔件的孔径尺寸减小，因此，设计冲孔模时，凸模的刀口尺寸应等于或接近工件的上极限尺寸。（3）冲裁模的使用中，磨损间隙值将不断增大，因此，设计时无论是落料模还是冲孔模，新模具都必须选取最小合理间隙，使模具具有较长的寿命。（4）根据工件尺寸公差的要求，确定模具刃口尺寸的公差等级，见表1。模具刃口尺寸公差料厚t/mm0.50.811.52345681012IT6IT7IT8IT8IT9IT10IT10IT7T8IT9IT10IT10IT12IT12IT12IT9IT12IT12IT12IT12IT12IT14IT14IT14IT14表1 模具刃口尺寸的公差与冲裁件尺寸公差的关系 4.1冲裁模刃口尺寸计算计算冲孔、落料两种情况的凸、凹模刃口尺寸。1冲孔 根据以上原则，应首先确定凸模的刃口尺寸，使凸模基本尺寸接近或等于工件孔的最大极限尺寸，再按最小合理间隙值增大凹模尺寸。凸模制造偏差取负值，凹模制造偏差取正值。设工件孔的尺寸为 ，则冲孔 凸、凹模刃口尺寸的计算公式如下2落料 根据以上原则，落料时应首先确定凹模的刃口尺寸，使凹模基本尺寸接近或等于落料件的最小极限尺寸，再按最小合理间隙值减小凸模尺寸。凹模制造偏差取正值，凸模制造偏差取负值。设落料件的尺寸为，则落料凹、凸模刃口尺寸的计算公式如下凹模刃口尺寸 凸模刃口尺寸 式中、落料凹模和凸模的刃口尺寸，mm； 、冲孔凹模和凸模的刃口尺寸，mm； D、d落料、冲孔件的尺寸，mm； 磨损系数，当冲压件尺寸公差为IT10级以上时，取k=1；IT11IT12级时，取k=0.75；IT14级以下时，取k=0.5； 双面间隙，mm； 工件公差，mm； T凸模和凹模的制造公差，mm。3. 孔心距 当工件上需要冲制多个孔时，孔中心距的尺寸精度由凹模孔心距保证。由于凸、凹模的刃口尺寸磨损不影响孔心距的变化，故凹模孔心距的基本尺寸取在工件孔心距公差带的中点上，按双向对称偏差标注，可按下列公式计算 式中 凹模孔中心距的尺寸，公差取工件公差的1/4，即； 工件孔的最小极限尺寸,mm； 工件孔距公差，mm。从冲压模具与制造表2-5可查出间隙范围为（9%12%）t,则=0.132mm ,=0.240mm,。 从冲压模具与制造表2-9查出尺寸10mm 的=0.5，尺寸104mm的=1.0,尺寸30mm的=1.0。10mm孔为IT9级精度，因尺寸较小，查表2-5凸、凹模的制造精度都取9级精度，则，。尺寸104mm为IT9级精度，公差=0.087mm ,落料凸凹模的制造公差按的1/4选取，则，。则冲孔工序的凸、凹模尺寸 落料工序的凹、凸模尺寸： 尺寸30mm为IT9级精度，公差值=0.22mm,落料凸凹模的制造公差按的1/4选取，则， 凹模孔心距尺寸 4凸模长度计算凸模的长度尺寸应根据模具的具体结构来确定，同时还要考虑凸模的修磨量及固定板与卸料板之间的安全距离等因素。当采用固定卸料时，凸模长度可按下式计算当采用弹性卸料时，凸模长度可按下式计算式中：L凸模长度，mm；凸模固定板厚度，mm；卸料板厚度，mm；导料板厚度，mm；卸料弹性元件被预压后的厚度，mm；h附加长度，mm，包括凸模的修磨量、凸模进入凹模的深度及凸模固定板与卸料板之间的安全距离等，一般取。一、落料冲孔模中凸模的长度计算 =20+10+15+15=60mm根据新编实用冲压模具设计手册表102，选择圆凸模。二、冲孔模中凸模的长度计算 =18+10+27=55mm根据新编实用冲压模具设计手册表101，选择圆凸模。4.2 弯曲模工作部分尺寸确定弯曲模工作部分的尺寸设计主要是指确定凸模、凹模的圆角半径，凹模的深度，对形件的弯曲模还须确定模具间隙，凸模、凹模的尺寸与制造公差。一、 凸、凹模圆角半径、凹模深度的确定及回弹的影响（一）凸模圆角半径当弯曲系数较小时，凸模圆角半径就等于弯曲件的圆角半径，但不能小于材料所允许的最小弯曲半径。如因弯曲件结构需要，出现弯曲半径的情况时，则应使凸模圆角大于最小弯曲半径，即，最后经整形工序达到弯曲半径，即。若弯曲系数较大时，则应考虑回弹的影响，凸模圆角半径根据回弹角大小作相应的修正。（二）凹模圆角半径凹模圆角半径的大小直接影响毛坯的成形，若取得过小，弯曲时材料表面会出现划痕，甚至出现压痕，因此，凹模圆角半径一般不应小于3mm。实际生产中，凹模圆角半径通常按板料厚度和凹模深度选取 当 上列数值中，当板料厚度较小时取大值，反之取小值。但当弯曲件直边部分较长和凹模深度较大时，也取大值，甚至可以再适当加大。凹模两边的圆角半径应当一致，以免弯曲时毛坯受力不均而产生滑动偏移。对于V形件的凹模底部，可开设退刀槽或取圆角半径（0.60.8）。（三）凹模深度弯曲凹模深度的大小与弯曲件的形状、尺寸及弯曲方式有关。若过小，则工件两端直边的自由部分太多，弯曲件回弹大，不平直，影响工件质量。若过大，模具笨重，浪费材料且需较大的冲压行程，没有必要。弯曲V形件时，若弯曲件直边的平直度要求高，且压力机的行程足够大时，可设计较大的凹模深度。弯曲时，弯曲件全部被压入凹模中，N值可参考新编实用冲压模具设计手册表3-18选取。若直边的平直度要求不高，弯曲件可不必全部压入凹模中，凹模深度及底部最小厚度h可查新编实用冲压模具设计手册表3-19。弯曲形件时，若弯边高度不大或要求两边平直，则凹模深度应大于工件的高度，如新编实用冲压模具设计手册图3-35（b）所示的结构。若弯曲件直边较长，而对平直度要求不高时，可采用新编实用冲压模具设计手册3-35（d）所示结构，凹模深度值查附：弯曲件边长L板料厚度t24466105015202530356075202530354075100253035404010015030354050501502004045556565 表2 弯曲U件的凹模深度l。（mm）（四）凸、凹模间隙Z 弯曲形工件时，凸、凹模间隙的大小对工件质量和弯曲力有很大的影响，间隙愈小，则弯曲力愈大。间隙过小会使板料厚度减薄，增大摩擦，降低模具使用寿命。间隙过大，则将引起回弹增大，降低工件的精度。因此，必须确定合理的间隙，其单面间隙Z/2一般可按下式计算。 式中Z/2弯曲凸、凹模单面间隙； 弯曲件的料厚； 板料厚度的正偏差； C弯曲间隙系数，其值按表3查得； 弯曲件材料的最大厚度。 表3 U形件弯曲模凸、凹模的间隙系数c值（mm）弯曲件高度H（mm） 板料厚度（mm）0.50.622.144.150.50.622.144.17.67.612100.050.050.040.10.10.08200.050.050.040.080.10.10.080.160.06350.070.050.040.030.150.10.080.160.06500.10.070.050.040.20.150.10.160.06700.10.070.050.050.20.150.10.10.081000.070.050.050.150.10.10.081500.10.070.050.20.150.10.12000.10.070.070.20.150.150.1注 b为弯曲件宽度，h为弯曲件高度。 当工件精度要求较高，间隙应当减小，取。b/h=28/31.5=0.92 1.5+0.1+0.051.5 1.675mm（五）回弹及其控制塑性弯曲时，材料产生的变形有塑性变形和弹性变形两部分。弯曲件从模具中取出后，由于弹性变形的恢复，使工件的弯角和弯曲半径发生变化，故被弯曲零件的形状与模具的形状不完全一致，这种现象称为回弹。影响回弹的因素有：（1） 材料的力学性能（2） 相对弯曲半径r/t（3） 弯曲角（4） 弯曲力（5） 弯曲方式和模具结构（6） 摩擦（7） 其他因素控制回弹的措施：要完全消除弯曲件的回弹是不可能的，生产中常采取一些措施来减少或补偿回弹产生的误差，以提高弯曲件的精度。（1） 改进弯曲件的局部结构和选用合适的材料（2） 补偿法根据弯曲件的回弹趋势和回弹量的大小，对模具工作部分相应的形状和尺寸进行修正，补偿工件的回弹量。（3） 校正法在模具的结构上采取措施，使校正力集中于弯角处，迫使弯曲处内层的金属产生切身向拉伸应变，从而达到克服和减少回弹的目的。（4） 拉弯法本次设计中的第一次弯曲由于下一步还要进行进一步的弯曲，故没有进行回弹方面的控制；二次弯曲中，对零件进行了校正弯曲，以减小回弹对弯曲件的影响。二、 首次弯曲模的凸、凹模工作部分尺寸计算此处弯曲模中间部分是一个钝角U形弯曲模，如图1-10，其凸模和凹模的底部尺寸并不相等，其单面差值为：式中：凸模和凹模的单面尺寸差（mm）； 材料厚度（mm）； A系数，查冲模设计手册表4-20。弯曲模的凸、凹模工作部分尺寸和公差的确定与弯曲件的尺寸标注有关，弯曲件的尺寸标注根据装配要求有两类标注方式，相应地凸凹模尺寸计算也有两类，即尺寸标注在工件外形上和尺寸标注在工件内形上。此处利用弯曲件标注外形尺寸上进行计算，这种情况应以凹模为基准件，减小凸模间隙。弯曲件为双向对称偏差时，凹模尺寸为 凸模尺寸为 式中：、凹模、凸模工作部分尺寸，mm； Z弯曲凸、凹模双边间隙，mm； L工件公称尺寸，mm； 工件公差，mm； 、凹模、凸模制造公差，mm