0038-固定套冲压成形工艺及模具设计（含3套模具）
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0038-固定套冲压成形工艺及模具设计（含3套模具）,0038,固定,冲压,成形,工艺,模具设计,模具
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1 绪论1.1国内模具的现状和发展趋势目前，我国冲压技术与工业发达国家相比还相当落后，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、生产周期等方面与发达国家的模具相比差距相当大。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命的模具依赖进口。随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，冲压加工作为现代工业领域内重要的生产手段之一，更加体现出其特有的优越性。在现代工业生产中，由于市场竞争日益激烈，产品性能和质量要求越来越高，更新换代的速度越来越快，冲压产品正朝着复杂化，多样化高、性能、高质量方向发展，模具也正朝着复杂化，高效率、高精度、长寿命方向发展。随着计算机技术和制造技术的迅速发展，冲压模具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、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术转变。1.2国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、模具行业组织德国机械制造商联合会（VDMA）工模具协会了解到，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（VDMA）会员模具企业有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。2 制件的工艺性分析图1 制件图工件名称：形弯板工件简图: 如图1所示生产批量：中批量材 料：08钢材料厚度：1.5mm2.1制件的总体分析形件弯板制件形状简单，所用材料为08钢，但需要多道工序才能完成，圆孔分布比较均匀、对称，对精度要求较高，材料的利用率高。 从制件图上可以看出，必须先通过落料和冲10mm的大孔，然后再进行弯曲，最后冲出4个5mm的小孔，很明显弯曲决定了零件的总体形状和尺寸，所以在此先主要对弯曲工艺进行分析。包括弯曲件的精度、圆角半径、板料的纤维方向与弯曲线夹角、弯曲的直边高度、其他工艺性等。制件的材料为08钢。具有足够的塑性，屈强比小，回弹小，有利于弯曲成形和工具质量的提高 。2.2零件结构工艺性分析此零件为一个简单的90形件，其弯曲圆角半径r为3mm，材料选择08钢，板厚为1.5mm。其工艺性主要包括弯曲件的精度、圆角半径、板料的纤维方向与弯曲线夹角、弯曲的直边高度、其他工艺性等。2.2.1弯曲的直边高度一般弯曲件为了避免稳定性不好，要求直立部分高度，h=7.5，r=1.5，t=1.5，7.51.5+21.5，很显然此零件符合工艺性要求。2.2.2孔边距弯曲有孔的工序件时，如果孔位于弯曲变形区内，则弯曲时孔要发生变形，为此必须使孔处于变形区之外，一般孔边至弯曲半径r中心的距离按料厚确定：当t2mm时， Lt；t2mm时，L2tmm。如果孔边至弯曲半径r中心的距离过小时，为防止弯曲时孔变形，应弯曲后再冲孔。由于5mm的小孔在弯曲时容易变形，为防止弯曲时孔变形，应弯曲后再冲孔才能完全符合要求。2.2.3最小弯曲半径根据所用材料，查书3.2.5最小弯曲半径所知：影响最小弯曲半径的因素有（1）材料的力学性能；（2）材料表面和侧面的质量；（3）弯曲线方向；（4）弯曲中心角；2最小弯曲半径rmin的数值查表3.2.2可知最小弯曲半径为0.4t、0.8t所以该弯曲件符合要求.从制件图上可以看出，必须先通过落料工艺孔，然后再进行弯曲，最后冲小孔需要三套模具，很明显弯曲决定了零件的总体形状和尺寸，所以在此首先对弯曲工艺进行分析。该制件为冲孔落料弯曲件，圆角半径R=2，材料的料厚为t=1.5，R0.5t。这种弯曲件由于变形不严重，所以按中性层展开的原理，弯曲前制件的总长度应等于弯曲件直线部分和圆弧部分长度之和。2.3工艺方案的确定该零件包括：冲孔、落料，弯曲和冲小孔四个基本工序，可有以下三种工艺方案供选择：方案一：先落料后冲孔再弯曲最后冲小孔，采用四套单工序模生产。方案二：冲孔-落料复合冲压，再弯曲，最后冲小孔，采用一副复合模，一副弯曲模和一副冲孔模生产。方案三：冲孔-落料-弯曲-冲小孔连续冲压，采用级进模生产。对各种方案的分析：方案一、模具结构简单，但需要四道工序，四副模具，生产效率低，难以满足该零件的年产量要求。方案二、只需三副模具，冲压件的几何形位精度和尺寸精度容易保证，且生产率也高，尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状简单对称，模具制造并不困难。方案三、只需要一副模具，生产率也很高，但零件的冲压精度稍差，模具制造困难，需要在模具上设置导正销导正，故模具制造安装较复合模复杂。通过以上三种方案的分析比较，并根据设计要求确定该工件的冲压生产采用方案二为最佳。3 冲孔落料复合模设计3.1冲裁制件的外形分析3.1.1冲裁件的外形转角冲裁件的外形无尖锐角，均圆弧过渡4个R2，查表2.7.1可此圆角过度有利于模具加工，不会引起热处理开裂和冲裁时尖角处的崩刃和过快磨损的现象。3.1.2冲裁件的孔边距与孔间距为避免工件变形和保证模具强度，孔边距和孔间距不能过小，其最小许可值当取：C11.5t根据已知工件的尺寸可得：C1=10，C2=1.5， t=1.5，所以工件的尺寸符合上述要求。冲孔时因受凸模强度限制孔的尺寸不应太小，否则凸模易折断或压弯，查表2.7.3而知工件上孔的直径应当大于或等于0.35倍的料厚，即d0.35t，由任务书零件图易于看出工件尺寸基本符合要求。3.2冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度 根据弯曲制件图可知：查比表3.4.2得 图2 落料冲孔制件坯料尺寸的计算 =25+27.5+227+1.5 =95.5mm 式中：坯料展开总长度因为有少许偏移以及修整余量，取为96 mm，所以，该制件在经过冲孔落料之后和未弯曲前的外形尺寸为：96mm30mm，冲裁件上的未注公差等级定为IT14级，查表确定工件尺寸如下：图3 落料冲孔制件简图冲裁件的断面粗糙度值与材料塑性、厚度，冲裁间隙，刃口锐钝及冲模结构相关，工件厚度为1.5mm，其断面粗糙度值为12.5m。3.3主要工艺参数计算3.3.1排样的设计与计算根据工件的形状选择有废料排样，且为直排的形式，虽然材料的利用率低于少废料和无废料排样，但工件的精度高，且易于保证工件外形的的圆角。图4有废料排样简图3.3.2确定搭边与搭肩值搭边和搭肩值一般是由经验确定的查表2.5.2而取最小搭边值为=1.8mm，最小搭肩值为a=2mm。 分析制件形状，根据(4)排样草图：条料从前方送进。这样冲孔凸模的冲压力比较均匀。制件形状精度容易保证。3.3.3计算送料步距和条料的宽度 按如上排样方式，并根据工件的尺寸确定送料步距为搭肩值与工件宽度之和。即：S=30+1.8=31.8mm查表2.5.4而知条料宽度单向偏差值为0.15mm，由公式计算如下：C由表2.5.5B=(D+2a+c) =（100+21.8+1） =104.6mm所以确定条料的宽度B为：104.6mm导料板间距离A=B+C =104.6+1（无侧压装置） =105.63.3.4计算材料的利用率一个步距内的材料的利用率=100% = =88%所以在不考虑料头、料尾和边余料等材料消耗的情况下材料的利用率为88%，而在考虑以上因素计算一张板料总的利用率时则需要根据板的长宽尺寸而定，在此省略不述。3.4冲压力的计算3.4.1冲裁力的计算冲裁力的大小随凸模进入材料的深度（凸模行程）而变化，本模具采用普通平刃口模具冲裁，其冲裁力F按下式计算： 式中：F冲裁力； L冲裁周边长度; t材料厚度 材料抗剪强度；K系数。系数K是考虑到实际生产中，模具间隙的波动和不均匀、刃口磨损、板料的力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数。取K=1.3。 为计算方便，也可以按下式计算冲裁力： 式中：F冲裁力；L冲裁周边长度；t材料厚度；材料抗拉强度。其中：材料厚度t为1.5mm，为325MPa ，冲裁周边长度：，3.4.2卸料力、推件力及顶件力的计算卸料力是将废料或工件从凸凹模上刮下的力。而推件力是将梗塞在凹模内的料顺冲裁方向推出所需的力。顶件力逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需的力。卸料力、推件力和顶件力是由压力机和模具卸料装置或顶件装置传递的，所以在选择设备公称压力或设计冲裁的时候应分别予以考虑，影响这些力的因素较多，主要有材料的力学性能、厚度、模具间隙、凹模洞口结构、搭边大小、润滑情况、制件的形状和尺寸等。现在按照下面的经验公式计算：查表2.6.1而卸料力、推件力和顶件力系数分别为： 则：卸料力：推件力：顶件力：3.5压力中心的确定及相关计算模具的压力中心就是冲压力合力的作用点。为了保证压力机和模具的正常工作，应使模具的压力中心和压力机滑块的中心线相重合。否则冲压时滑块会承受偏心载荷，导致滑块的滑轨和模具的导向部分不正常磨损，还会使合理间隙得不到保证，从而影响制件的质量降低模具寿命甚至损坏模具。而本模具所冲裁的制件形状对称，分析工件外形尺寸易知其压力中心就在冲压件中心处。即： ， 。3.6工作部分的尺寸计算3.6.1计算凸模、凹模、凸凹模工作部分的尺寸（冲孔）并确定其公差该零件在弯曲前属于无特殊要求的一般冲孔落料件，外形尺寸由落料获得，而中间的小孔尺寸则是由冲孔得到。查表2.3.3而知：Zmin = 0.132，Zmax = 0.240Zmax Zmin = 0.108mm因为模具的精度等级为IT14级 取X = 0.75设凸、凹模分别按IT9、IT12查表2.2.2级精度制造，分别计算凸模和凹模尺寸，如下：3.6.2冲10mm小孔凸模尺寸计算 校核：|T|+|A|Zmax-Zmin0.043+0.0650.108 满足公差间隙条件3.6.3落料凹模尺寸计算 3.7模具总体设计3.7.1模具类型的选择由冲压工艺分析可知，采用正装复合冲压，所以模具类型为正装复合模。 图5 正装复合模3.7.2定位方式的选择在本模具中采用的是条料，所以选用导料销和挡料销来实现对冲裁条料的定位。3.7.3导向方式的选择为了提高模具寿命和工件质量，方便安装调整，该模具采用导柱导套导向方式。3.8模具主要零部件的设计3.8.1凹模的设计在本模具中采用螺钉和销钉将凹模直接固定在支撑件上，凹模刃口为直壁式，凹模采用销钉和螺钉固定时要保证螺钉(或沉孔)间、螺孔与销孔间及螺孔与凹模刃壁间的距离不能太近，否则会影响模具的寿命。刃口高度h6查表2.9.4确定凹模厚度为15mm。凹模厚度H=15mm，凹模壁厚C=32mm，凹模宽度=100mm，凹模长度 L =160mm。确定凹模尺寸为160 mm100 mm 15 mm现绘制草图如下：图6 落料凹模3.8.2冲孔凸模的设计在本模具中凸模用来成形10mm的孔，图7 凸模=22+16+2=40mm凸模长度的校核计算： FLt式中：F冲裁力；L冲裁周边长度；t材料厚度；材料抗拉强度。其中：材料厚度t为1.5mm，为325Mpa，F=23.1451.5325=15.3KN经校核计算凸模的强度足够。3.8.3落料凸模(凸凹模)结合工件外形并考虑加工，将落料凸模设计成直通式。其总长L为： L=40mm图8 凸凹模长度的校核计算：经校核计算凸模的强度足够。3.8.4定位零件的设计在模具中采用的是条料，所以选用导料销和挡料销来实现对冲裁条料的定位。导料销一般设两个，并位于条料的同一侧。从左向右送料时，导料销装在右侧，从前先后送料时导料销装在左侧。导料销在本模具中直接安装在凹模板上。在装配图中很容易看到。挡料销同样起定位的作用，用它挡住搭边或冲件轮廓，以限定条料的送进距离。在本模具中试用固定挡料销，其结构简单、制造容易，在模具中广泛应用作定距；但其销孔距离凹模刃壁较近，削弱了凹模的强度。为了不增加模具结构复杂程度，所以在本模具中选用固定挡料销。这种挡料销在模具中广泛使用，故也有它的优点所在。3.8.5导向装置的设计导向装置用来保证上模相对于下模正确的运动，对于生产批量较大，零件的要求较高，寿命要求较长的模具，一般都需要采用导向装置，本模具中应用导柱导套装置来完成导向。3.8.6打料装置的设计在本模具中采用打料杆推动连接推板推动推杆来完成打料动作，打料杆穿过模柄凸露在模具的外面，当完成一次冲裁时压力机滑块回程，打料杆与压力机的打料横杆相碰，打料杆推动连接推板推动推杆将卡在凸凹模的凹模孔内的圆形废料打下，应注意的是：第一：需要保证打杆在模柄内的顺利滑动，须间隙配合。第二：需要保证连接推板在凸凹模内的顺利滑动，须间隙配合。3.8.7顶件装置的设计顶件装置一般是弹性的，在本模具中是由顶杆、顶件块等组成，这种结构的顶件力容易调节，工作可靠。顶件块的设计：本模具采用顶件块将制件从卡在凹模内小凸模上刮下，顶件块在冲裁的过程中是凹模中运动的零件，对它有如下的要求：模具处于闭合状态时其背后有一定的空间，以备修磨和调整的需要；模具处于开启状态时，必须顺利复位，工作面高出凹模平面，以便继续冲裁；它与凹模和凸模的配合应保证顺利滑动，不发生干涉。为此顶件块与凹模为间隙配合，其外形尺寸一般按公差与配合国家标准h8制造。顶件块与凸模的配合一般呈较松的间隙配合。顶杆的设计：在本模具中选用四个顶杆与弹顶器上的托板相配合，四个顶杆均匀分布，传送的橡皮的推件力较为平稳，在此需要注意的是：顶杆的直径不能太小，以免在克服橡皮弹力时发生挠曲。还有顶杆与下模上的孔相配合，必需保证其在孔内顺利的滑动，所以顶件块与凹模为间隙配合，其外形尺寸一般按公差与配合国家标准h8制造。螺钉与销钉的设计：螺钉和销钉都是标准件，设计模具是按标准选用即可，螺钉用于固定模具零件，一般选用内六角螺钉；销钉起定位作用，常用圆柱销钉，螺钉、销钉规格根据冲压力的大小、凹模厚度等确定。所以螺钉的规格选用M8。3.8.8 模架及组成零件的确定模架的选用：本模具选用由上模座、下模座、导柱导套组成导柱模模架及其零件已经标准化，在此选用中间导柱模架。冲压时可以防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜，造成零件畸变。模座的确定：本模中具选用标准模架，因在前述中确定了凹模尺寸为：160mm100mm15mm，根据标准确定下模座尺寸为：324mm160mm40mm。上模座尺寸为：324mm160mm35mm。导柱d/mmL/mm为25mm150mm，导套d/mmL/mmDmm为258535。模柄的设计：本模具属于中型模具，采用模柄将上模固定在压力机的滑块上。模柄是作为上模与压力机滑块连接的零件。对它的基本要求是：一要与压力机滑块上的模柄孔正确配合，安装可靠；二要与上模正确而可靠的连接。在本模具中选用压入式模柄，反嵌在上模座中，通过螺纹与上模座连接并加螺丝防止转动。这种模柄可较好的保证轴线与上模座轴线垂直，适用与各种中、小型模具。模柄材料通常采用Q235或Q275钢，在此选用Q235钢。其支撑面应垂直于模柄的轴线(垂直度不应超过0.02:100)。模柄在本模具选用标准尺寸，并根据前文压力机的参数确定模柄的直径和长度。现绘制草图如下并标明其具体尺寸：图9 模柄固定板的设计：将凹模按一定相对的位置压入固定后，作为一个整体安装在下模座上。在本模具中的凸凹模和凸模都需要由固定板来固定。凸模固定板的厚度一般取凹模厚度的0.60.8倍，其平面尺寸可与凹模、卸料板外形尺寸相同，需考虑紧固螺钉及销钉的位置。凸模固定板的安装孔与凸模采用过渡配合H7/m6或H7/n6，压装后将凸模端面和固定板一起磨平。现选用凸模固定板尺寸为：160mm100mm8mm凸凹模固定板的厚度根据图中装配关系确定，其平面尺寸可与凹模、卸料板外形尺寸相同，需考虑紧固螺钉及销钉的位置。凸凹模固定板的安装孔与凸凹模采用过渡配合H7/m6或H7/n6，现选用凸凹模固定板尺寸为：160mm100mm16mm垫板的设计：垫板的作用是直接承受凸模和凸凹模的压力，以降低上下模座承受的单位压力，防止上下模座被局部压陷，影响凸模和凸凹模的正常工作。垫板的外形尺寸与凹模板、凸模固定板、凸凹模固定板、卸料板相同，厚度取6mm。卸料板的设计：卸料板的边界尺寸与凹模板相同，厚度为6mm。3.9模具工作原理上模部分通过模柄安装在压力机的滑块上，下模部分通过螺栓、压板安装在压力机工作台面上，导料销固定在下模部分，下模部分还设有定位装置，条料沿导料销送进，由定位装置控制其送进步距，压力机滑块下行，上模随着下行，开始工作，压力机行程一次，冲压一次，冲裁完毕，压力机滑块回程带动上模部分上行，卡在落料凹模洞中的制件由顶件块顶出，箍在凸凹模上的条料由卸料板卸下，卡在凸凹模中的废料由打杆推动推板在推着推杆推出，完成一次冲压。然后压力机滑块再下行，进行下一次的冲压。图10 落料冲孔复合模装配图3.10压力机的公称压力的确定压力机的公称压力必须大于或等于各种冲压工艺力的总和Fz，由于本模具采用的是弹性卸料装置和上出料方式：所以： =121.173+15.3075+4.85+7.27+0.92=149.5205KN查表182开式双柱可倾压力机技术参数选择压力机的公称压力为：250KN 滑块行程：65mm滑块行程次数：55次/min 最大闭合高度：270 mm 闭合高度调节量：55mm滑块中心到床身距离：200mm立柱距离：270mm 工作台尺寸 (左右前后)：370560mm 工作台孔尺寸(左右前后)：200290mm 工作台孔尺寸(直径) ：260mm 模柄孔尺寸(直径深度)：5060mm工作台板厚度：50mm 3.11模具的装配总装时，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。装配前的准备通读设计图样，了解正装式复合模的结构特点；本模具的装配工艺要点是：同时保证落料和冲孔用凸凹模间隙的均匀，打料机构工作可靠，能及时推出工件，查对各零件已完成装配前的加工工序，并经检验合格；确定装配方法和装配顺序：经查对认定模具零件已加工完成，可采用直接装配方法，结合模具结构特点，对凸凹模、凸模先进行分组装配，再进行总装配，选用以凸凹模为基准件，先装配上模，再装配下模及辅助零件；装配模柄：将模柄压入上模座后，钻、铰销孔，打入止转销；装配凸凹模：按照压入法操作要求，将凸凹模压入固定板中，检查凸凹模相对固定板基准面的垂直度，并压入凸模，用工艺定位器法检查配合间隙的均匀性，待凸凹模全部压入，认定间隙分布均匀后，磨平固定板支撑面和凸凹模刃口面；装配凸模：将凸模压入固定板中，按压入法装配要领，检查其相对固定板基准面的垂直度，认定合格后，磨平固定板支撑面和刃口面；装配下模：将组装好的凸模固定板和下垫板，按照设计要求位置，安装在下模座上，紧固螺钉，钻、铰销孔，装入圆柱销；装配上模：将组装好的凸凹模固定板和上垫板，安装在上模座上，紧上螺钉，用工艺定位器法控制上下模的配合间隙，使其均匀，认定均匀后，在上模相应部位钻、铰销孔，打入圆销；安装凹模：将凹模安装在下模相应部位，凹模和凸凹模间隙，用垫片法或直接安装法控制其均匀性。试切：用纸试冲，观察冲切纸边的状况，经调整并认定均匀后，钻、铰另一组销孔，打入圆销；装配其他零件并试模：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0.20.5mm。安装卸料板和弹簧，安装后的卸料板下平面比凸凹模刃口面低0.20.5mm。在设计指定的压力机上，装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，落料凹模刃口面应高出冲孔凸模工作端面2mm。4 弯曲模设计4.1零件结构工艺性分析图11 弯曲制件简图此零件为一个简单的90形件，其弯曲圆角半径r为3mm，材料选择08钢，板厚为1.5mm。其工艺性主要包括弯曲件的精度、圆角半径、板料的纤维方向与弯曲线夹角、弯曲的直边高度、其他工艺性等。4.2工艺方案的确定该零件包括两次弯曲四个弯曲角，所以由以下三种工艺方案可供选择：方案一：弯曲件采用固定凹模一次弯曲四个角，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，成形后弯曲件两肩部与底面不易平行。特别是材料厚、弯曲件直壁高、圆角半径小时，着以现象更为严重。方案二：采用两次弯曲，由于采用两副模具弯曲，从而避免了上述现象，提高了弯曲件质量。但是只有弯曲高度H（1215）t时，才能凹模保持足够的强度。方案三：采用转动凹模一次完成弯曲四个弯曲角，这样既减少了模具的设计于制造，也满足了经济生产的需要。通过以上三种方案的分析比较，并根据设计要求确定该工件的弯曲生产采用方案三为最佳，4.3主要工艺参数计算4.3.1弯曲力的计算自由弯曲时的弯曲力 U形件弯曲力 式中：自由弯曲在冲压行程结束时的弯曲力； B弯曲件宽度； T弯曲材料厚度； r弯曲件的内弯曲半径； K安全系数，一般取K=1.3； 材料的抗拉强度。经计算得：4.3.2顶件力的计算弯曲模所设的顶件装置和压料装置所需的顶件力和压料力可近似取弯曲力的30%80%，即： =（0.36.70.86.7）=（2.015.36）KN4.3.3 压力机的压力确定对于有压料装置的自由弯曲4.4回弹量的确定弯曲回弹的表现形式有以下两个方面：1.曲率减小；2.弯曲中心角减小。大变形程度（r/t5）自由弯曲时的回弹值，卸载后弯曲件圆角半径的变化很小，可以不予考虑。而仅考虑弯曲中心角的变化。4.5弯曲模工作部分设计4.5.1凸、凹模间隙的确定U形件弯曲模的凸、凹模单边间隙一般可按下式计算：式中：弯曲模凸、凹模单边间隙；t工件材料厚度； C间隙系数，可查表3.9.44.5.2凸、凹模横向尺寸及公差的计算本弯曲件与U形弯曲件相似，故按U形弯曲件凸、凹模尺寸及公差进行设计，其原则：工件标注内形尺寸时，应以凸模位基准，间隙取在凹模上，而凸、凹模的尺寸及公差则应根据工件的尺寸公差回弹情况以及模具磨损规律而定。查书3.9.2 式中：、凸凹模横向尺寸； 弯曲件横向的最小极限尺寸； 弯曲件横向尺寸公差；、凸凹模制造公差，可采用IT7IT9级精度，一般取凸模的精度比凹模的精度高一级。4.5.3凸、凹模的圆角半径以及凹模的深度当工件的相对弯曲半径r/t较小时，凸模圆角半径取等于工件的弯曲半径，但不小于表3.2.2所列的最小弯曲半径值。凹模圆角半径不能过小，以免擦伤工件表面，影响冲模寿命。凹模两边的圆角半径应一致，否则在弯曲时坯料会发生偏移。通常根据材料厚度取为：t2mm，所以，凹模圆角半径取6mm。4.6模具总体设计4.6.1模具类型的选择由冲压工艺性可知，采用单工序冲压模，模具类型为单工序模。图12弯曲模4.6.2定位方式的选择 为保证坯料在弯曲模内准确定位，也为在弯曲过程中坯料的偏移，提高定位精度，采用转动凹模和导尺定位。4.6.3卸料出件方式的选择此工件为等于的形件，成形后留在凹模上，随凸模上行底部受压的弹簧弹性恢复推动顶杆而顶出转动凹模将制件顶出。4.6.4导向方式模具属于单工序冲模，结构简单，导向精度通过凸、凹模和导尺可以保证，所以采用导尺导向装置。 综上可设计此模具主要由带矩形上模座的模柄、凸模、转动凹模、凹模支架、底座及顶出装置等组成。 初步计算模具闭合高度。根据上述公称压力的计算，选用公称压力是40KN的压力机就行了。但该工件凸、凹模长度较大，为了满足闭合高度的要求选择350KN的JC23-35压力机。4.6.5连接与固定零件本模具采用了销钉定位，螺钉连接，螺钉、销钉都是标准件。4.7模具主要零部件的设计弯曲模没有固定的结构形式，此工件结构简单，精度要求不高，所以可以设计比较简单一些，根据制件形状可以将凸模设计为带上模座模柄。图13 弯曲模模柄图 14 转动凹模 4.8压力机公称压力的确定查表182 开式双柱可倾压力机技术参数选择压力机的公称压力为：350KN。 滑块固定行程：80mm滑块行程次数：50次/min 最大闭合高度：280 mm 闭合高度调节量：60mm滑块中心到床身距离：205mm立柱距离：300mm 工作台尺寸 (左右前后)：380610mm 工作台孔尺寸(左右前后)：200290mm 工作台孔尺寸(直径)：260mm 模柄孔尺寸(直径深度)：5070mm工作台垫板厚度：60mm 根据模具闭合高度，弯曲力，外廓尺寸等数据选定此设备是合适的。4.9模具装配图由以上设计，可得到如下图所示的模具总装图：图15弯曲模装配图模具工作过程：上模部分通过模柄安装在压力机的滑块上，下模部分通过螺栓、压板安装在压力机工作台面上，导尺固定在下模部分坯料由定位板固定在凹模面上，压力机滑块下行，上模随着下行，开始工作，凸模下表面先接触毛坯料，压力机行程一次，冲压一次，当工件底部接触到顶杆，使底部弹簧受压。冲裁完毕，压力机滑块回程带动上模部分上行，卡在凹模洞中的料依靠弹簧的弹性恢复使顶杆复位顶杆顶着转动凹模顶出，完成一次冲压，工件被顶出。5 单工序冲孔模设计图16 制件图该制件采用前两道工序生产出来的半成品作为原材料，为了保证最终制件的精度在落料冲孔复合模和弯曲模后冲弯曲变形区内的小孔，属于半成品加工，所以制件图与设计任务书中的制件图一致，但考虑到使单工序冲孔模的设计在阅读和查看时一目了然，所以在此重复画出制件图是很有必要的。至于结构分析与材料的选用在此不再做说明，仅对冲小孔的局部结构加以详细说明：冲小孔采用四个小凸模安装在一个凸模固定板上进行冲裁，而不采用整体凸模冲裁，以免造成凸模加工费用高而不利于经济生产。5.1冲4个5mm小孔制件的工艺分析5.1.1冲裁件的结构工艺性1. 冲裁件的形状：冲裁件的形状较为简单、对称，有利于材料的合理利用。2. 冲裁件的内外形：冲裁件的内外形无尖锐角，圆弧半径位R2，此圆角过度有利于模具加工，不会引起热处理开裂和冲裁时尖角处的崩刃和过快磨损的现象。3. 冲裁件的孔边距与孔间距：为避免工件变形和保证模具强度，孔边距和孔间距不能过小，工件的尺寸符合上述要求。4. 冲孔时因受凸模强度限制孔的尺寸不应太小，否则凸模易折断或压弯，查表2.7.3而知工件上孔的直径当大于或等于0.35倍的料厚，即d0.35t，由任务书零件图易于看出工件尺寸符合要求。5.1.2冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度冲裁件的精度一般可以分为精密级和经济级两大类。精密是指冲压工艺在技术上所允许的最高精度，而经济级是指模具达到最大许可磨损时，其所完成的冲压加工在技术上可以实现而在经济上又最合理的精度，即所谓经济精度。位降低冲压成本，获得最佳的技术经济效果，在不影响冲裁件使用要求的前提下，应尽可能采用经济精度。1. 冲裁件的经济公差等级不高于IT11级，一般要求落料件公差等级最好低于IT10级，冲孔件最好低于IT9级。查表2.7.4和2.7.5得图17制件图，冲裁件上的未注公差等级定为IT14级。2. 冲裁件的断面粗糙度与材料塑性、厚度、冲裁间隙、刃口锐钝及冲模结构相关，当工件厚度为2mm以下的金属板料时，其断面粗糙度值Ra一般可达12.53.2m。5.2工艺方案的确定该零件是在冲孔落料复合模和弯曲模前两道基本工序之后的冲小孔工序，可以采用四个小凸模安装固定在凸模固定板上冲裁，将凸模分开加工但稍微增加了模具结构的设计。生产效率不会受到影响，能够满足该零件的年产量要求，并根据设计要求确定该工件的冲压选择单工序冲孔模生产。5.3主要工艺参数计算冲裁的工艺计算：制件尺寸的确定，从制件图上可以看出，必须先通过落料冲工艺孔，然后再进行弯曲，最后冲小孔，需要三套模具，其具体尺寸在前面已经做出了详细分析与计算，在此不必详细说明，其图见图16制件图。5.4冲压力的计算5.4.1冲裁力的计算冲裁力的大小随凸模进入材料的深度（凸模行程）而变化，本模具采用普通平刃口模具冲裁，其冲裁力F按下式计算： 式中：F冲裁力；L冲裁周边长度；t材料厚度；材料抗剪强度；K系数。系数K是考虑到实际生产中，模具间隙的波动和不均匀、刃口磨损、板料的力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数。取K=1.3。 为计算方便，也可以按下式计算冲裁力： 式中：F冲裁力； L冲裁周边长度; t材料厚度 材料抗拉强度。其中：材料厚度t为1.5，为325MPa , 冲裁周边长度所以冲裁力 5.4.2卸料力、推件力及顶件力的计算卸料力是将废料或工件从凸凹模上刮下的力。而推件力是将梗塞在凹模内的料顺冲裁方向推出所需的力。顶件力是冲裁方向将料从凹模内顶出所需的力。卸料力、推件力和顶件力是由压力机和模具卸料装置或顶件装置传递的，所以在选择设备公称压力或设计冲裁的时候应分别予以考虑，影响这些力的因素较多，主要有材料的力学性能、厚度、模具间隙、凹模洞口结构、搭边大小、润滑情况、制件的形状和尺寸等。现在按照下面的经验公式计算：查表2.6.1而卸料力、推件力和顶件力系数分别为 则：卸料力：h：凹模洞口的直刃壁高度 取h=6mm顶件力：5.4.3压力机的公称压力的确定压力机的公称压力必须大于或等于各种冲压工艺力的总和Fz，由于本模具采用的是弹性卸料装置和下出料方式：所以： 5.5工作部分的尺寸计算该零件在弯曲前属于无特殊要求的一般冲孔落料件，外形尺寸由落料获得，而中间的10mm的孔尺寸则是由冲孔得到，弯曲后四个5mm的孔有单工序冲孔获得。查表2.3.3而知：Zmin = 0.132， Zmax = 0.240Zmax Zmin = 0.108mm因为模具的精度等级为IT14级 取X = 0.75设凸、凹模分别按IT9、IT12级精度制造查表2.2.2，分别计算凸模、凹模尺寸，如下： 校核：|T|+|A|Zmax-Zmin0.043+0.0650.108 满足公差间隙条件5.6模具总体设计5.6.1模具类型的选择由冲压工艺分析可知，采用单工序冲孔模冲压，所以模具类型为单工序模。5.6.2定位方式的选择在本模具中采用的是半成品作为原料，所以选用导尺和挡料销来实现对冲裁条料的定位。5.6.3导向方式的选择为了提高模具寿命和工件质量，方便安装调整，该模具采用导柱导套的导向方式。5.7模具主要零部件的设计5.7.1凸、凹模的设计凹模的设计：在本模具中采用螺钉和销钉将凹模直接固定在支撑件上,凹模刃口为直壁式 ,凹模采用销钉和螺钉固定时要保证螺钉(或沉孔)间、螺孔与销孔间及螺孔与凹模刃壁间的距离不能太近，否则会影响模具的寿命。凹模壁厚C=（1.52），H=15mm20mm，但由于本工件的特殊要求取凹模厚H=40 mm，凹模壁厚C=5 mm，凹模宽度取标准值B=100 mm， 凹模长度L取125mm，确定凹模尺寸为125mm100 mm 40 mm凸模的设计：在本模具中凸模用来成形四个5的小孔，5.7.2定位零件的设计在本模具中采用的是半成品，所以选用导尺来实现对冲裁原料的定位。导料尺一般设两个，并位于半成品的两侧。销装在右侧，从前向后送进导料尺在本模具中直接安装在凹模上。在装配图中很容易看到。5.7.3导向装置的设计导向装置用来保证上模相对于下模正确的运动，对于生产批量较大，零件的要求较高，寿命要求较长的模具，一般都需要采用导向装置，本模具中应用导柱导套装置来完成导向。5.7.4连接装置的设计螺钉与销钉的设计：螺钉和销钉都是标准件，设计模具是按标准选用即可，螺钉用于固定模具零件，一般选用内六角螺钉；销钉起定位作用，常用圆柱销钉，螺钉、销钉规格根据冲压力的大小、凹模厚度等确定。所以螺钉的规格选用M8。5.7.5模架及组成零件的确定模架的选用：本模具选用由上模座、下模座、导柱导套组成导柱模模架及其零件已经标准化，在此选用后侧导柱模架。模座的确定：本模中具选用标准模架，因在前述中确定了凹模尺寸为：125mm100mm 20mm，根据标准确定下模座尺寸为：200mm173mm35mm。 上模座尺寸为：200mm173mm35mm。导柱d/mmL/mm分别为：35mm175mm，导套d/mmL/mmDmm分别为35mm85mm。模柄的设计：本模具属于中型模具，采用模柄将上模固定在压力机的滑块上。模柄是作为上模与压力机滑块连接的零件。对它的基本要求是：一要与压力机滑块上的模柄孔正确配合，安装可靠；二要与上模正确而可靠的连接。在本模具中选用旋入式模柄，通过螺纹与上模座连接并加螺丝防止转动。这种模柄可较好的保证轴线与上模座轴线垂直,适用与各种中、小型模具。模柄材料通常采用Q235或Q275钢，在此选用Q235钢。其支撑面应垂直于模柄的轴线。模柄在本模具选用标准尺寸，并根据前文压力机的参数确定模柄的直径和长度。固定板的设计：将凸模按一定相对的位置压入固定后，作为一个整体安装在上模座或下模座上。在本模具中只有凸凹模需要由固定板来固定，其平面尺寸可与凹模相同,需考虑紧固螺钉及销钉的位置。固定板的安装孔与凸模采用过渡配合H7/m6或H7/n6，压装后将凸模端面和固定板一起磨平。现选用标准凸凹模固定板尺寸为：125mm100mm12mm。垫板的设计：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8mm。卸料板的设计：卸料板的边界尺寸和固定板相同，厚度为6.5mm。5.8模具工作原理原材料送进时采用导尺进行定位，而有导尺保证送料沿正确的方向送进。当半成品送到指定位置时，上模在压力机的作用下进行冲压。当冲压完成时，上模上行回程，箍在凸模上的料由弹性卸料板卸下，冲孔废料从凹模洞中落下，然后，再开始下一个行程。图17 模具总装图5.9压力机公称压力的确定查表182 开式双柱可倾压力机技术参数选择压力机的公称压力为：250KN 滑块行程：65mm滑块行程次数：55次/min 最大闭合高度：270 mm 闭合高度调节量：55mm滑块中心到床身距离：200mm立柱距离：270mm 工作台尺寸 (左右前后)：370560mm 工作台孔尺寸(左右前后)：200290mm 工作台孔尺寸(直径)：260mm 模柄孔尺寸(直径深度) ：5060mm工作台板厚度：50mm 5.10模具的装配总装时，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，例如冲孔模一般以凸模作为装配基准件，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；装配前的准备： 通读设计图样，了解正装式复合模的结构特点。经查对认定模具零件已加工完成，可采用直接装配方法。结合模具结构特点，对凹模、凸模先进行分组装配，再进行总装配。选用以凸模为基准件，先装配上模，再装配下模及辅助零件；装配模柄：将模柄压入上模座后，钻、铰销孔，打入止转销；装配凸模：将凸模压入固定板中，按压入法装配要领，检查其相对固定板基准面的垂直度，认定合格后，磨平固定板支撑面和刃口面。装配下模：将组装好的凸模固定板和下垫板，按照设计要求位置，安装在下模座上，紧固螺钉，钻、铰销孔，装入圆柱销；装配上模：将组装好的凸凹模固定板和上垫板，安装在上模座上，紧上螺钉，用工艺定位器法控制上下模的配合间隙，使其均匀。认定均匀后，在上模相应部位钻、铰销孔，打入圆销；安装凹模：将凹模安装在下模相应部位，凹模和凸凹模间隙，用垫片法或直接安装法控制其均匀性；试切：用纸试冲，观察冲切纸边的状况，经调整并认定均匀后， 钻、铰另一组销孔，打入圆销；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，落料凹模刃口面应高出冲孔凸模工作端面2mm。 结束语38大学三年的学习即将结束，毕业设计是其中最后一个实践环节，是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。在完成大学三年的课程学习和课程、生产实习，我在掌握了机械制图、机械设计、机械原理等专业基础课和专业课方面的知识基础之上，对机械制造、加工
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