材料成形工艺实验部分

1、材料成形工艺实验设计设计案例设计案例 冲裁、弯曲、拉深及成形是冷冲压的基本工序，下面以常冲裁、弯曲、拉深及成形是冷冲压的基本工序，下面以常见的见的冲裁件冲裁件、弯曲件弯曲件为例介绍冲裁、弯曲的冲压工艺分析、为例介绍冲裁、弯曲的冲压工艺分析、工艺方案拟订、工艺计算、模具设计和模具主要零件的加工工艺方案拟订、工艺计算、模具设计和模具主要零件的加工工艺。工艺。n 案例案例1 1冲裁模设计冲裁模设计如图1所示零件：托扳生产批量：大批量材料：08F t=2mm设计该零件的冲压工艺与模具 图图1 1 托板零件图托板零件图（一）冲裁件工艺分析（一）冲裁件工艺分析1. 材料：材料：08F钢板是碳素结构钢，有良

2、好的可冲压性能。钢板是碳素结构钢，有良好的可冲压性能。2. 工件结构形状：冲裁件内、外形应尽量避免有尖锐清角，工件结构形状：冲裁件内、外形应尽量避免有尖锐清角，为提高模具寿命，建议将所有为提高模具寿命，建议将所有90清角改为清角改为R1的圆角。的圆角。3. 尺寸精度：零件图上所有尺寸尺寸精度：零件图上所有尺寸均未标注公差，属自由尺寸，均未标注公差，属自由尺寸，可按可按IT14级确定工件尺寸的公差。级确定工件尺寸的公差。 经查公差表，各尺寸公差为：经查公差表，各尺寸公差为： 58-0.74、38-0.62、30-0.52、16-0.44、 140.22、170.22、3.5+0.3结论：可以冲裁

3、结论：可以冲裁（二）（二） 确定工艺方案及模具结构形式确定工艺方案及模具结构形式 经分析，工件尺寸精度要求不高，形状不大，但工件产经分析，工件尺寸精度要求不高，形状不大，但工件产量较大，根据材料较厚量较大，根据材料较厚2mm的特点，为保证孔位精度，冲的特点，为保证孔位精度，冲模有较高的生产率，通过比较，决定实行工序集中的工艺模有较高的生产率，通过比较，决定实行工序集中的工艺方案，采取利用方案，采取利用导正钉进行定位导正钉进行定位、刚性卸料装置刚性卸料装置、自然漏自然漏料方式料方式的的级进冲裁模结构级进冲裁模结构形式。形式。（三）（三） 模具设计计算模具设计计算1. 排样排样 计算条料宽度及确定

4、步距计算条料宽度及确定步距 首先查有关表首先查有关表确定搭边值确定搭边值。根据零件形状，两工件间按矩。根据零件形状，两工件间按矩形取搭边值形取搭边值b=2，侧边按圆形取搭边值，侧边按圆形取搭边值a=2。级进模进料步距为级进模进料步距为32mm。条料宽度按相应的公式计算：条料宽度按相应的公式计算： B= (D+2a) - 查表查表 =0.6 B= (58+22) -0.6 = 62-0.6图图2 2 排样图排样图2计算总冲压力计算总冲压力由于冲模采用刚性卸装置和自然漏料方式，总的冲压力为：由于冲模采用刚性卸装置和自然漏料方式，总的冲压力为：P0=P + Pt；P=P1+P2式中式中 P1-落料时

5、的冲裁力；落料时的冲裁力；P2-冲孔时的冲裁力；冲孔时的冲裁力； Pt-推料力推料力n 按冲裁力计算公式计算落料时的冲裁力：按冲裁力计算公式计算落料时的冲裁力： P1=KLt；查；查=300MPa =1.32（58-16）+2（30-16）+16 2300/1000 ( kN) 126.55 (kN)n 按冲裁力计算公式计算冲孔时的冲裁力：按冲裁力计算公式计算冲孔时的冲裁力： P2=1.343.52300/1000 ( kN)34.3 ( kN)n 计算推料力计算推料力Pt：Pt=nKtP 取取n=3，查表，查表 Kt=0.055 Pt=30.055(126+34)26.5 ( kN)n 计算

6、总冲压力计算总冲压力P0：P0=P1+P2+Pt =126.55+34.5+26.5=187.5 ( kN)3确定压力中心确定压力中心 根据图根据图3分析，因为工件图形对称，故落料时分析，因为工件图形对称，故落料时P1的压力中的压力中心在心在O1上；冲孔时上；冲孔时P2的压力中心在的压力中心在O2上。上。 设冲模压力中心离设冲模压力中心离O1点的距离为点的距离为X，根据力矩平衡原理，根据力矩平衡原理得：得：P1X=(32-X)P2由此算得由此算得X=7mm 图图3 3 压力中心压力中心4冲模刃口尺寸及公差的计算冲模刃口尺寸及公差的计算 刃口尺寸计算方法及演算过程，将计算结果列于表刃口尺寸计算方

7、法及演算过程，将计算结果列于表1 。 在冲模刃尺寸计算时需要注意：在冲模刃尺寸计算时需要注意：在计算工件外形落料时，在计算工件外形落料时，应以凹模为基准，应以凹模为基准，凸模尺寸按相应的凹模实际尺寸配制，保凸模尺寸按相应的凹模实际尺寸配制，保证双面间隙为证双面间隙为0.250.36mm。 为了保证为了保证R8与尺寸为与尺寸为16的轮廓线相切，的轮廓线相切，R8的凹模尺寸，的凹模尺寸，取取16的凹模尺寸的一半，公差也取一半。的凹模尺寸的一半，公差也取一半。 在计算冲孔模刃口尺寸时，应以凸模为基准，在计算冲孔模刃口尺寸时，应以凸模为基准，凹模尺寸按凹模尺寸按凸模实际尺寸配制，保证双面间隙为凸模实际

8、尺寸配制，保证双面间隙为0.250.36mm。表表1 1 冲模刃口尺寸冲模刃口尺寸冲裁性质冲裁性质工件尺寸工件尺寸计算公式计算公式凹模尺寸标注法凹模尺寸标注法凸模尺寸标注法凸模尺寸标注法落料落料580-0.74380-0.62300-0.52160-0.44R8d=0.2557.60+0.1837.70+0.1629.70+0.1316.8+00.11R7.9+00.06凸模尺寸按凹模实凸模尺寸按凹模实际尺寸配置，保证际尺寸配置，保证双边间隙双边间隙0.250.36 mm冲孔冲孔3.5+0.3p=0.25凹模尺寸按凸模刃口凹模尺寸按凸模刃口实际尺寸配置，保证实际尺寸配置，保证双边间隙双边间隙0

9、.250.36 mm3.65-0.08中心距尺寸：中心距尺寸： L14=140.44/8=140.055 L17=170.44/8=170.055注：在计算模具中心距尺寸时，制造偏差值取工件公差的注：在计算模具中心距尺寸时，制造偏差值取工件公差的1/8。 dxDDd0max)(凹模计算凹模计算0min)(pxddp凸模计算凸模计算5. 确定各主要零件结构尺寸确定各主要零件结构尺寸（1）凹模外形尺寸的确定）凹模外形尺寸的确定凹模厚度凹模厚度H的确定：的确定：H= P取总压力取总压力=187.5(kN)=187500NH= 26mm，取凹模厚度，取凹模厚度H=25mm。根据设计资料确定凹模长度根据

10、设计资料确定凹模长度L和宽度和宽度B凹模长度凹模长度L的确定：的确定：L= b+2c （c根据设计资料取根据设计资料取34） = 58+234=126mm凹模宽度凹模宽度B的确定：的确定：B= 步距步距+工件宽工件宽+2c（步距（步距=32；工件宽；工件宽=30；c=34）B=32+30+234 =130mmn 凹模板尺寸为凹模板尺寸为L LB BH=126H=126130130252531 . 0 P31875001 . 0 （2）凸模长度）凸模长度L1的确定的确定n凸模长度计算为：凸模长度计算为：L1=h1+h2+h3+Y其中导料板厚其中导料板厚h1=8；卸料板厚；卸料板厚h2=12；凸模

11、固定板厚；凸模固定板厚h3=18; 凸模修磨量凸模修磨量Y=18，则则L1=8+12+18+18=56mm 选用冲床的公称压力，应大于计算出的总压力选用冲床的公称压力，应大于计算出的总压力P0=187.5(kN)；最大闭；最大闭合高度应大于冲模闭合高度合高度应大于冲模闭合高度+5mm；工作台台面尺寸应能满足模具的正；工作台台面尺寸应能满足模具的正确安装。按上述要求，结合工厂实际，确安装。按上述要求，结合工厂实际，可选用可选用J23-250开式双柱可倾压力开式双柱可倾压力机机。并需在工作台面上配备垫块，垫块实际尺寸可配制。并需在工作台面上配备垫块，垫块实际尺寸可配制。（3 3）设计并绘制总图、选

12、取标准件）设计并绘制总图、选取标准件 按已确定模具形式及参数，冷冲模标准中选取标准模架。绘制模具总按已确定模具形式及参数，冷冲模标准中选取标准模架。绘制模具总装图。如图装图。如图4 4，单排冲孔落料连续模。按模具标准，选取所需的标准，单排冲孔落料连续模。按模具标准，选取所需的标准件，查清标准件代号及标记，写在总图明细表内见表件，查清标准件代号及标记，写在总图明细表内见表2 2。并将各零件标。并将各零件标出统一代号。出统一代号。图图4 4 单排冲孔落料连续模单排冲孔落料连续模1-1-簧片簧片 2-2-螺钉螺钉 3-3-下模座下模座 4-4-凹模凹模 5-5-螺钉螺钉 6-6-承导料承导料 7-7

13、-导料板导料板 8-8-始用始用挡料销挡料销 9 9、26-26-导柱导柱 1010、25-25-导套导套 11-11-挡料钉挡料钉 12-12-卸料板卸料板 13-13-上模座上模座 14-14-凸模固定板凸模固定板 15-15-落料凸模落料凸模 16-16-冲孔冲孔凸模凸模 17-17-垫板垫板 18-18-圆柱销圆柱销 19-19-导正销导正销 20-20-模柄模柄 21-21-防转销防转销 22-22-内六角螺钉内六角螺钉 23-23-圆柱销圆柱销 24-24-螺钉螺钉（五）绘制非标准零件图（五）绘制非标准零件图 本实例只绘制凸凹模、凹模、凸模固定板和卸料板四个零本实例只绘制凸凹模、凹

14、模、凸模固定板和卸料板四个零件图样，见图件图样，见图5 5至图至图8 8。图图5 5 凸凹模凸凹模图图6 6 落料凹模落料凹模图图7 固定板固定板图图8 卸料板卸料板 案例案例2 2 弯曲模弯曲模零件名称：托架（见图零件名称：托架（见图9）生产批量：生产批量：2万件万件/年年材材 料：料：08冷轧钢板冷轧钢板编制冲压工艺方案设计模具结构。编制冲压工艺方案设计模具结构。 图图8 弯曲件弯曲件 （一）确定工艺方案（一）确定工艺方案 制成该零件所需的基本工序为冲孔、落料和弯曲。其中冲制成该零件所需的基本工序为冲孔、落料和弯曲。其中冲孔和落料属于简单的分离工序，弯曲成形的方式可以有图孔和落料属于简单的

15、分离工序，弯曲成形的方式可以有图9所示的三种。所示的三种。图图9 工艺方案工艺方案 零件上的孔，尽量在毛坯上冲出，简化模具结构，便于操零件上的孔，尽量在毛坯上冲出，简化模具结构，便于操作。该零件上的作。该零件上的10孔的边与弯曲中心的距离为孔的边与弯曲中心的距离为6mm，大于，大于1.0t=1.5mm，弯曲时不会引起孔变形，因此，弯曲时不会引起孔变形，因此10孔可以在压孔可以在压弯前冲出，冲出的弯前冲出，冲出的10孔可以做后续工序定位孔用。而孔可以做后续工序定位孔用。而4-5孔的边缘与弯曲中心的距离为孔的边缘与弯曲中心的距离为1.5mm，=1.5t，压弯时易发生，压弯时易发生孔变形，故应在弯后

16、冲出。孔变形，故应在弯后冲出。 完成该零件的成形，可能的工艺方案有以下几种：完成该零件的成形，可能的工艺方案有以下几种：n 方案一：方案一： 落料与冲孔落料与冲孔10复合，见图复合，见图10a，压弯外部两角并使中间，压弯外部两角并使中间两角两角l预弯预弯45，见图，见图10b，压弯中间两角，见图，压弯中间两角，见图10c，冲，冲4-5孔，见图孔，见图10d。图图11 11 方案二方案二 方案二：落料与冲孔方案二：落料与冲孔10复合，图复合，图10a，压弯外部两角，压弯外部两角，见图见图11a，压弯中间两角，见图，压弯中间两角，见图11b，冲，冲4-5孔，见图孔，见图10d。 方案三：落料与冲方

17、案三：落料与冲10孔复合，见图孔复合，见图10a，压弯四个角，压弯四个角12，冲冲4-5孔，见图孔，见图10d。 方案四：冲方案四：冲10孔，切断及弯曲外部两角，图孔，切断及弯曲外部两角，图13，压弯中，压弯中间两角，见图间两角，见图11b，冲，冲4-5孔，见图孔，见图10d。图图13 冲孔冲孔10、切断及弯曲外部两角连续冲压、切断及弯曲外部两角连续冲压 方案五：冲方案五：冲10孔，切断及压弯四个角连续冲压图孔，切断及压弯四个角连续冲压图14，冲冲4-5孔，见图孔，见图10d。 方案六：全部工序组合采用带料连续冲压，如图方案六：全部工序组合采用带料连续冲压，如图15所示的所示的排样图。排样图。

18、在上述列举的方案中，方案一的优点是：在上述列举的方案中，方案一的优点是：模具结模具结构简单，模具寿命长，制造周期短，投产快；构简单，模具寿命长，制造周期短，投产快；工件的回弹工件的回弹容易控制，尺寸和形状精确，表面质量高；容易控制，尺寸和形状精确，表面质量高；各工序（除第各工序（除第一道工序外）都能利用一道工序外）都能利用10孔和一个侧面定位，定位基准一孔和一个侧面定位，定位基准一致且与设计基准重合，操作也比较简单方便。缺点是：工序致且与设计基准重合，操作也比较简单方便。缺点是：工序分散，需用压床，模具及操作人员多，劳动量大。分散，需用压床，模具及操作人员多，劳动量大。图图15 15 级进冲压

19、排样图级进冲压排样图n方案二方案二的优点是模具结构简单，投产快寿命长，但回弹难的优点是模具结构简单，投产快寿命长，但回弹难以控制，尺寸和形状不精确，且工序分散，劳动量大，占用以控制，尺寸和形状不精确，且工序分散，劳动量大，占用设备多。设备多。n方案三方案三的工序比较集中，占用设备和人员少，但模具寿命的工序比较集中，占用设备和人员少，但模具寿命短，工件质量短，工件质量 （精度与表面粗糙度）低。（精度与表面粗糙度）低。n方案四方案四的优点是工序比较集中，从工件成形角度看，本质的优点是工序比较集中，从工件成形角度看，本质上与方案二相同，只模具结构较为复杂。上与方案二相同，只模具结构较为复杂。n方案五

20、方案五本质上与方案三相同，只是采用结构复杂级进模。本质上与方案三相同，只是采用结构复杂级进模。n方案六方案六的优点是工序最集中，只用一副模具完成全部工序，的优点是工序最集中，只用一副模具完成全部工序，由于它把方案一的各工序分别布置到连续模的各工位上，所由于它把方案一的各工序分别布置到连续模的各工位上，所以具有方案一的各项优点。缺点是模具结构复杂，安装、调以具有方案一的各项优点。缺点是模具结构复杂，安装、调试困难、制造周期长。试困难、制造周期长。 综上所述，考虑到该零件的批量不大，为保证各综上所述，考虑到该零件的批量不大，为保证各项技术要求，选用方案一。项技术要求，选用方案一。其工序如下：其工序

21、如下： 落料和冲落料和冲10孔；孔； 压弯端部两角；压弯端部两角； 压弯中间两角；压弯中间两角； 冲冲4-5孔。孔。(二二) 工艺计算工艺计算1. 计算毛坯长度计算毛坯长度 毛坯长度按图毛坯长度按图16 分段计算。毛坯总展开长度分段计算。毛坯总展开长度L0 L0 = 2（l1+l2+l3+l4）+ l5由图由图16：l1= 9mm；l3=25.5mm；l5=22mm l2= /2 (R+kt)=3.14/2(1.5+0.141.5) =3.32mm l4= l2 l0= 2(9+3.32+25.5+3.32)+22 = 104.28(取取104-00.5mm)图图16 16 弯曲件毛坯长度计算

22、图弯曲件毛坯长度计算图 2. 排样及材料利用率排样及材料利用率 由于毛坯尺寸较大，考虑操模具尺寸，决定采用单排。由于毛坯尺寸较大，考虑操模具尺寸，决定采用单排。 取搭边取搭边a=2 a1=1.5，则进距，则进距h=30+1.5=31.5mm 条料宽度条料宽度B=104.28 + 22=108.28（取（取108mm）板料规格选用板料规格选用1.59001800mm采用纵裁时：每板的条数：采用纵裁时：每板的条数：n1=900/108=8多余多余36mm 每条的工件数：每条的工件数：n2=18001.5/31.5=57件余件余3mm 每板的工件数：每板的工件数：n=n1n2=8*57=456个个利

23、用率：利用率：=456*30*104.28/900*1800*100=88.1经计算横裁时板料利用率仅为经计算横裁时板料利用率仅为86.5，故决定采用纵裁。，故决定采用纵裁。 3. 计算压力及初选冲床计算压力及初选冲床(1) 落料与冲孔复合工序，见图落料与冲孔复合工序，见图10a。冲裁力冲裁力 Pt=(L+l)b*t L=2(104.28+30)=268.56mm；l=*10=32.3mm； t=1.5mm；b=400Mpa故故Pt=(268.56+32.3)*400*1.5=179970(N)卸料力卸料力 P1=K1*Pt=0.04*179970=7198.8(N)推件力推件力 P2=n*K

24、2*Pt=4*0.055*179970 =39593.4(N)总冲压力：总冲压力：P0= Pt+P1+P2 = 179970+7198.8+39593.4=226762.2N=22.68t选用选用25吨冲床。吨冲床。(2) 第一次弯曲，见图第一次弯曲，见图10b 首次压弯时的冲压力包括：预弯中间两角、弯曲和校正端首次压弯时的冲压力包括：预弯中间两角、弯曲和校正端部两角及压料力等。这些力并非同时发生或达到最大值，开部两角及压料力等。这些力并非同时发生或达到最大值，开始只有压弯曲力和预弯力，滑块至一定位置时开始压弯端部始只有压弯曲力和预弯力，滑块至一定位置时开始压弯端部两角，最后进行镦压。为安全可

25、靠，将端部两角的压弯力两角，最后进行镦压。为安全可靠，将端部两角的压弯力Pw、校正力、校正力Pa及压料力及压料力Pj合在一起计算。合在一起计算。总冲压力总冲压力 P0=Pw+Pa+PjuPw=B t2b / r+t = 30*1.52*400/1.5+1.5=9000NuPj=0.5Pw=0.5*9000=4500NuPa=F*q；F=1670mm2（校正面积），（校正面积），q=80MPa(单位校正力单位校正力)故故Pa=1670*8=133600N得得P0=9000+4500+133600=147100N=14.7t选用选用16吨冲床吨冲床(3) 第二次弯曲，见图第二次弯曲，见图10c二次

26、弯曲时仍需压料力，故所需总的冲压力：二次弯曲时仍需压料力，故所需总的冲压力： P0=Pw+Pa+PjuPw=B t2b / r+t = 30*1.52*400/1.5+1.5=9000NuPj=0.5Pw=0.5*9000=4500NuPa=F*q；F=1380mm2（校正面积），（校正面积），q=80MPa(单位校正力单位校正力)故故Pa=1380*80=110400N选用选用16吨压力机吨压力机(4) 冲冲4-5孔，见图孔，见图10d 4-5孔同时冲压，所需的总压力孔同时冲压，所需的总压力 P0=Pt+P1 Pt=nd*t*b=4*5*1.5*400=37680N P1=K1*Pt=0.04*37680=1510N故故P0=37680+1510=39190N，选用，选用16吨压力机（吨压力机（min）冷冲压模具课程设计任务书一、实验设计目的 冷冲模具设计理论教学之后进行的实践性教学环节。其目的是：综合运用本专业所学课程的理论和实践知识，对学生进