【《冷冲压模具的计算机辅助设计案例》12000字】

冷冲压模具的计算机辅助设计案例摘要：本课题主要进行抽屉锁挡片冷冲压模具的计算机辅助设计。根据该零件的尺寸、材料、精度等要求进行工艺性分析，确定采用冲孔落料复合模以及L形弯曲模的冷冲压工艺方案。依据冲压模具设计理论，在计算的基础上设计了排样图；在计算冲裁力、凸凹模刃口尺寸等冲压工艺参数的基础上，选用了合适的压力机，完成了两套模具零部件的设计，利用UG软件完成了模具零件图和装配图的绘制。关键词：抽屉锁挡片冷冲压UG软件模具设计目录1 绪论 11.1冷冲压概述 11.2冷冲压技术的发展及趋势 21.3计算机辅助技术在冷冲压方面的应用 21.4UG软件介绍 32研究设计的方法 32.1课题研究内容 32.2研究方法 43设计方案 43.1零件的工艺性分析 43.2工艺方案的确定 53.3模具结构的确定 54冲孔落料复合模具的计算 64.1相关的工艺参数计算 64.2确定模具各个零部件结构及其尺寸 104.3落料冲孔复合模具压力机的校核 184.4装配图 185单工序弯曲模具的设计 195.1弯曲力的计算 195.2弯曲模工作部分的设计 205.3减少回弹的措施 215.4弯曲时的偏移及改进措施 215.5弯曲模结构件的设计 225.6单工序弯曲模压力机的校核 275.7装配图 27结论 29参考文献 301绪论在当今世界，机械制造业具有举足轻重的地位。在现代机械制造中，产品在研发阶段就与模具的设计和制造密不可分。在设计新产品时，必须在投入生产前确定工艺和处理程序。大多数工艺和工艺的设计都需要特定的模具,因此，模具的设计和制造直接影响新产品的开发和生产。不管一个产品设计的多么完美,没有一个切实可行的加工制造方案和相应的模具就不能转化成实际收益。模具的合理设计和可靠质量是大批量机械产品生产质量的保证[1]。其它机械制造方法在高效率、低消耗和高生产一致性的方面与模具制造相差很多。正是由于这个原因，一些高科技产业的生产必须依靠模具制造业作为相互补充的产业链[2]。所以，机械制造业离不开模具行业，模具是制造业的基础。模具能够大量减少产品生产周期、确保产品的高精度、提高产品生产率、降低成本、可实现少切屑或无切屑加工、易于实现生产的自动化，这对于工业与经济的发展有很大的作用。近些年来，人们也逐渐意识到模具产业的重要性，但是对于传统模具产业来说，人工设计及制造在一些过程中会相对复杂。而现代模具行业是技术密集型的行业，因此，模具生产必须采用一系列先进的技术。在模具设计与制造过程中，合理运用计算机辅助技术可以有效的提高模具设计与制造的精度并大大缩短生产周期，且更加方便快捷。在模具设计中采用的计算机辅助设计（CAD）/计算机辅助制造（CAE）技术能方便显示模具的形状和结构，随时发现设计的优缺点并加以改进，有利于产品生产和自动化管理的形成，有效地缩短了生产周期，是有效改进传统模具生产的关键技术，有利于优化模具设计[3]。为了促进模具工业的发展和国民经济的发展，应该将模具工业和计算机技术相结合，有力地推进经济发展和模具工业的高效发展。冷冲压概述冷冲压指的是在室温下对材料施加压力，使其产生分离或变形以获得特定的形状、尺寸和性能的加工工艺方法[4]。其工序主要分为变形工序和分离工序两大类。变形工序是在材料不被破坏的前提下使毛坯发生塑性变形，分离工序是将冲压件或毛坯按一定形状分离。冷冲压技术具有很多优势，能够冲压出形状复杂的工件且精度较高、生产率高、材料利用率高等[5]。但冷冲压技术也有许多缺点，如冷冲压工艺一般使用机械压力机，比较危险，劳动强度大，不利于安全生产管理；模具制造的复杂性使得制造成本高、制造时间长，因此，从经济方面考虑冷冲压工艺更适合采用批量生产[6]。1.2冷冲压技术的发展及趋势中国的冷冲压技术至今已发展了很长时间。据文献记载，中国人民在战国时代就已学会练剑淬火。在漫长的封建社会中，中国工人在装饰品和必需品的生产中表现出了出色的技术和工艺。自1920年开始，一些生产行业已经开始使用简单的模具加工产品。当时的模具加工主要采用手工操作，因此劳动量较高、模具的精度不高，损坏率大。1940年后，国内引进了水压机冷冲模具。1950年后，又增加了磨床、铣床和锯床等大型设备。到上世纪六七十年代，模具已经从单工序冲孔、单工序落料发展为冲孔落料复合模。再后来模具的精度不断上升，工艺不断简化，冷冲压技术发展十分迅速[7]。当前，中国冷冲压模具制造技术的进步是非常显著的，特别是在汽车覆盖件方面的发展大大缩小了与西方先进国家的差距。同时在模具设计中采用了计算机辅助设计，并且逐步实现了计算机辅助设计和实验一体化，这大大缩短了中国的模具设计和生产周期[8]。模具制造技术在很大程度上影响着国家的制造水平。因此，必须加快模具制造业的发展，使其向大规模、高精度方向发展，满足社会发展的实际需要。对零件制定统一的国家标准便于企业生产，如果企业能够合理的应用模具的标准件，可以提高模具的生产效率，降低成本。因此，加强对标准件的使用是十分有必要的。好的模具材料可以提高制件的质量、增加模具的寿命。因此，必须要注意模具材料的质量[9]。随着计算机辅助技术与冷冲压技术的融合应用，成形工艺将朝着高精度、高生产率、高利用率的方向不断发展，随着中国制造业的不断发展，冷冲压技术会不断向智能化、绿色化方向发展[10]。计算机辅助技术在冷冲压方面的应用在传统的模具生产中，设计过程与制造过程是相对独立的，设计与制造之间在加工工艺性、装配线等方面容易出现问题。而计算机辅助技术的引入为并行工程的实施提供了技术保证，让设计师在整个设计过程中能够及时发现并修改设计的缺陷、有效地预测模具性能、成本等。模具CAD/CAM技术是一种在CAD和CAM的基础上开发的具有完备性能的计算机模具生产技术。CAD模具设计包括确定模具结构的类型、确定模架、分析成形过程等。通过计算机辅助技术可以使用诸如UGLL之类的高级特征建模软件来生成上下模架以及进行材料的定位，也可以通过使用如CFLOW之类的模具分析软件来分析板材各部分的应力变化等[11]。模具生产可以使用计算机软件作为模具设计和制造的有效辅助工具，并确保设计人员能够通过计算机比较产品、结构和形态，并提供适当优化和设计。近几年来，计算机技术不断发展，各种CAD/CAM/CAE技术在模具设计、制造加工、装配和生产模拟中的应用越来越完善，计算机辅助设计技术在生产中的巨大优势，使越来越多的企业将其引入生产，在CAD/CAM/CAE技术上普及的条件已经基本成熟，提高了整个模具开发过程的效率和质量[12]。计算机辅助技术可以有效地模拟模具生产的设计过程，达到预测结果并帮助设计人员及时修改设计数据，以实现优化和创新的目的；并且，可以利用计算机辅助技术来模拟和分析产品的数据，发现产品的成型缺陷，优化模具结构，提高工作效率，降低成本[13]。1.4UG软件介绍UG软件被广泛应用机械、电子等行业尤其是汽车和汽车的产品开发中[14]。目前已成为三维图形设计中使用最广泛的软件之一，并且在数控加工、模具设计、机械制造等领域起着重要的作用，利用UG能够在工业设计中更快、更准确地构建复杂的产品模型，并且通过渲染工具和可视化工具进一步美化模型设计，来满足设计中的审美要求[15]。UG是一款三维集成功能非常强大的参数化软件，例如，可以使用UG设计软件进行计算机辅助工程的设计、计算机辅助制造和工程分析,其优点是易于观察，可以结合不同部分的特点选择不同的设计方法。这种设计不仅方便易学，而且设计者可以根据实际的要求通过在不同的工具栏选择不同的命令来确定最合适的设计方法，来完成零件的设计。并且使用UG软件的参数化设计方法，可以对不同工具栏间的相关命令可以进行一定的修改设计，具有方便、可靠的优点。在更改零件设计模块时，可以快速响应装配图且相关模块也会随之自动修改，不需要像使用二维CAD图时对零件进行修改也要在装配图中进行更改，容易出现误差、错误等问题。利用UG软件，设计人员可以将工作重点放在结构设计上，方便修改和设计。而且众多设计人员在实践中不断收集反馈信息并运用一些先进的技术，使UG的版本不断升级，实际应用的性能有了很大的提高，相关功能也得到了提高，完全能够满足现代模具行业的设计要求。2研究设计的方法2.1课题研究内容本课题以抽屉锁挡片为设计对象，主要对其冷冲压成形的模具进行计算机辅助设计。首先，根据零件的尺寸、性能、精度等级等特征，对零件进行工艺分析，确定零件冷冲压成型工艺方案；然后，根据冷冲压工艺方案确定模具结构；最后，设计出模具的各个零件并使用UG软件绘制模具的零件图和装配图。2.2研究方法（1）通过使用测绘工具测出产品的尺寸，并使用UG软件绘制产品的三维图和二维图。（2）根据产品材料的性能以及尺寸、结构等特征，确定该零件能否采用冷冲压工艺成型。（3）根据材料利用率、零件结构尺寸等因素确定适合该零件的冷冲压成型工艺方案。（4）通过工艺参数的理论计算以及查阅资料，进行模具凸模、凹模以及其它零部件的设计。（5）使用UG软件绘制模具各个零部件以及装配图。3设计方案3.1零件的工艺性分析图3-1所示为抽屉锁挡片的三维图，图3-2所示为抽屉锁挡片的二维图。挡片厚度为1.2mm，要求大批量生产，精度要求较低，制造精度选IT13，所用的材料为1Cr18Ni9Ti，属于不锈钢，其抗拉强度为569~628MPa，屈服强度为196MPa，该不锈钢耐腐蚀和耐磨性较好，满足抽屉锁挡片的性能要求。该制件形状简单，尺寸较小，厚度较薄，属于普通冲压件。该产品精度要求不高，适合采用冷冲压方式获得制件。图3-1抽屉锁挡片的三维图图3-2抽屉锁挡片的二维图及尺寸（单位：mm）3.2工艺方案的确定该制件形状简单，通过工艺分析，拟定出两种不同的加工方案。方案1：采用落料、冲孔、弯曲三套不同的单工序模分别进行加工。方案2：采用一套落料冲孔复合模和一套弯曲模进行加工。方案1中每一道工序都需要设计一套模具，再加上对于工人以及冲压设备的需求等因素，会大大提高生产成本，并且工件在模具上的位置可能出现偏差使精度降低。方案2中虽然复合模具结构比较复杂，制作难度高，但对比单工序模具，复合模工件同轴度好、生产效率较高、能够保证精度要求，适合进行实际的大批量生产。由于冲裁件需要进行大批量生产，综合生产成本及精度等因素的影响，在以上两种方案中，选用方案2所述复合模来进行冲裁件的冲孔、落孔，然后再进行单工序的弯曲。3.3模具结构的确定第一套模具是落料冲孔复合模，因为倒装复合模中废料能够方便的从下边落下，生产的零件能够从上模推下，卸料方便，并且，由于对冲裁件的精度要求不高且凸凹模壁厚较大，满足倒装复合模的要求，所以采用倒装复合模。第二套模具是单工序弯曲模，从挡片的结构尺寸分析，第二套单工序弯曲模应采用正装L形弯曲模。4冲孔落料复合模具的计算4.1相关的工艺参数计算4.1.1毛坯尺寸计算因为挡片要进行弯曲，则需要先计算毛坯展开尺寸。挡片的内弯曲半径r为2mm，板料厚度为1.2mm，而当弯曲件的r/t>0.5时弯曲件有圆角半径，r/t<0.5时则无圆角半径，所以抽屉锁挡片为有圆角半径的弯曲件。查《中国模具设计大典》[16]表19.3-43可得毛坯展开长度的公式为：L=l直+l弯=l1+l2+l弯=7+11.5+3.85=22.4mm（4-1）式中，L——毛坯展开的长度（mm）；l直——弯曲件各直线段长度之和（mm）；l弯——弯曲件各弯曲部分应变中性层展开长度之和（mm）；l1——左侧直线段长度（mm），这里l2=7mm；l2——下侧直线段长度（mm），这里l2=11.5mm；l弯——工件弯曲部分中性层长度(mm)，根据挡片内弯曲半径为2mm、厚度为1.2mm查《中国模具设计大典》[16]表19.3-6得圆角部分中性层弧长l4.1.2冲裁件的排样设计（1）排样方法排样是冲裁件在条料上的布置方法。综合考虑材料利用率、模具寿命、产品质量等方面，选用有废料排样。（2）搭边值的确定搭边是指排样中相邻两制品之间的余料或工件与板料之间的余料。挡片选用材料为不锈钢1Cr18Ni9Ti，料厚为1.2mm，查《冲压手册》[18]表2-12得搭边值数值，相邻工件间的搭边值a=1.5mm，工件与条料之间的搭边值a1QUOTE工件与条料之间的搭边值a1=1.8mm。（3）送料步距与条料宽度的计算（a）送料步距A送料步距A的计算公式为：A=D+a=22.4+1.5=23.9mm（4-2）式中，D——工件在送料方向上的长度（mm），这里D=22.4mm；a——工件之间的搭边值（mm），这里a=1.5mm。（b）条料宽度B条料宽度的计算分为两种情况：当模具结构中有侧压装置时，计算公式为：B=（L+2a1+△）0-△（4-3）当模具结构中无侧压装置时，计算公式为：B=（L+2a1+2△+b0）0-△（4-4）式中，L——工件垂直于送料方向的长度（mm），这里L=27.5mm；a1——工件与条料边缘之间的搭边（mm），这里a1=1.8mm；△——板料剪裁时的下偏差（mm），查《冷冲模设计》[17]表3-11得△=0.5mm。由于在本次模具设计中有侧压装置，采用式(4-3)计算为：B=（27.5+2×1.8+0.5)−0.50=31.6−0.50QUOTE32.9−0.50mm（4）材料的利用率计算本工件为大批量生产，为了能够节约材料应该尽量提高材料利用率，采用合理的剪裁方法，使生产更加经济。材料利用率的计算公式为：η0=nSLB×100％（4-6）式中，n——板料可以加工出的零件数量；L——板料长度（mm）；B——板料宽度（mm）；S——一个零件的面积（mm2）。一个零件的面积为：S=27.5×22.4-2×π×2.152-（4×4-π×22）=583.53mm2（4-7）选取板料规格为1.2mm×2000mm×1500mm时材料的利用率为：采用纵裁法：η0=nSLB×100％=η0=83×47×583.53采用横裁法：η0=nSLB×100％=η0=63×61×583.53综上所述，规格为2000mm×1500mm的板料采用纵裁的材料利用率最高。（5）排样图根据所选排样方法可以得到排样图如图4-1所示。图4-1排样图（单位：mm）4.1.3冲压力的计算分析落料冲孔复合模结构可知需要计算冲裁力、卸料力、推件力。落料力的计算：F1=Ltσb=96.4×1.2×480=55.5kN（4-8）冲孔力的计算：F2=Ltσb=27.0×1.2×480=15.6kN（4-9）式中，L——冲裁件周长（mm），对于落料力的计算L=2×18.4+2×23.5+2×π×2=96.4mm，对于冲孔力的计算L=2×π×4.3=27.0mm；t——板料厚度（mm），这里t=1.2mm；σb——材料抗拉强度（MPa），查《冷冲模设计》[17]表2-3得σb=628MPa。零件需要冲两个孔，则冲裁力为：F=F1+2F2=55.5+2×15.6=86.7kN（4-10）卸料力的计算：F卸=k卸F=0.04×86.7=3.5kN（4-11）式中，k卸——卸料力系数，查《冷冲模设计》[17]表3-8得k卸=0.04。推件力的计算：F推=nk推F=4.2×0.05×86.7=18.2kN（4-12）式中，k推——推件力系数，查《冷冲模设计》[17]表3-8得k推=0.05；n——梗塞在凹模内的冲件数，查《冷冲模设计》[17]得n=ht,其中h为刃口部分高度查《冷冲模设计》[7]表4-2得h=5，可以得出这里n=4.2。总冲压力的计算：F总=F+F卸+F推=86.7+3.5+18.2=108.4kN（4-13）4.1.4压力机的选取在选取压力机时标称压力的值需要比压力值的1.3倍大，查《冷冲模设计》[17]表1-3，初步选取压力机型号为J23-16，压力机的部分参数见表4-1所示。表4-1J23-16压力机部分参数型号公称压力/kN滑块行程/mm行程次数/次/min最大闭合高度/mm高度调节量/mm工作台尺寸mm×mm模柄孔尺寸直径×深度/mm电动机功率/kWJ23—161605512022045300×450φ30×501.54.1.5模具压力中心的计算模柄轴线和压力机滑块中心线需要与模具的压力中心重合，不然会影响产品质量以及模具寿命。其压力中心计算图如图4-2所示。图4-2工件的压力中心计算图此工件的压力中心的计算公式为：x0=l=11.2=14.6（4-14）y0=l1y14.1.6计算凸、凹模工作部分尺寸在设计凸、凹模刃口尺寸时并不是单纯以工件的尺寸来确定的，还应考虑许多因素。在设计落料模时，以凹模为基准，设计冲孔模时则应该以凸模为基准。并且，凸、凹模之间应该有合理的间隙不然会影响模具寿命以及产品质量。由于工件精度为IT13，厚度为1.2mm，查《中国模具设计大典》[16]表19.1-6得冲裁模初始双面间隙最小值Zmin=0.072mm和冲裁模初始双面间隙最大值Zmax=0.096mm。查《冷冲模设计》[17]表3-6得在本次设计中对于落料模凸模偏差ζ凸为-0.020mm，凹模偏差ζ凹为+0.025mm，对于冲孔模查凸模偏差ζ凸为-0.020mm，凹模偏差ζ凹为+0.020mm。则不满足|ζ凸|+|ζ凹凸模或凹模在磨损后增大的尺寸计算公式为：Aj=(Amax−x∆)0+凸模或凹模磨损后会减小的尺寸计算公式为:Bj=(Bmin+x∆式中，x——磨损系数，这里x=0.75；ζ——偏差。由（4-16）得落料凹模尺寸计算为：A1=Aj=(Amax−x∆)0+ζA2=(Amax−x∆)0+ζ=落料凸模的尺寸以0.072mm~0.096mm间隙与落料凹模配制。由（4-17）得冲孔凸模尺寸计算为：Bj=Bj=(Bmin+x∆冲孔凹模的尺寸以0.072mm~0.096mm间隙与冲孔凸模配制。4.2确定模具各个零部件结构及其尺寸4.2.1落料凹模（1）落料凹模结构零件为大批量生产，考虑到模具寿命以及零件质量，选用直壁式凹模。（2）落料凹模尺寸落料凹模形状为矩形，如果壁厚太薄，容易发生开裂，为了保证凸凹模强度，可以通过计算求出凹模尺寸。凹模厚度的计算公式为：H=Kb=0.35×27.5=9.6mm（4-18）式中，K——系数，查《冷冲模设计》[17]表4-3可得K选为0.35；b——零件最大外形尺寸。H≥15mm则取H为20mm。凹模壁厚的计算公式为：c=（1.5~2）H=（1.5~2）×20=30~40mm（4-19）式中，H——凹模厚度。取凹模壁厚c为30mm。即，落料凹模的尺寸为87.5mm×82.5mm×20mm。查《冲压手册》[18]表14-1，确定凹模周界尺寸为100mm×100mm×20mm，其三维图如图4-3所示。图4-3落料凹模（3）落料凹模固定方法采用内六角紧固螺钉和销钉将凹模固定在上模座上。（4）落料凹模选用材料落料凹模选用Cr12材料，刃口热处理硬度为62~64HRC。4.2.2冲孔凸模（1）冲孔凸模结构考虑到凸模稳定性及模具寿命，选用台阶式冲孔凸模。（2）冲孔凸模长度查《模具设计与制造简明手册》表1-10-1，选取B型圆凸模，直径d=4.3mm、高度L=32mm、h=3mm。冲孔凸模的三维图如图4-4所示。图4-4冲孔凸模（3）冲孔凸模选用材料冲孔凸模选用Cr12材料，刃口热处理硬度为62~64HRC。4.2.3弹性元件在落料冲孔倒装复合模设计中，选用聚氨酯橡胶来弹顶卸料板以完成卸料运动。橡胶尺寸的计算如下：S工作=t+（4~6）+1=1.5+5+1=7.5（4-20）S工作=（25%~30%）×HH自由=S工作25%~30%=式中，t——板料厚度；S工作——橡胶的工作行程；H自由——橡胶的自由高度；S总——橡胶的最大压缩量；则根据式（4-21）和（4-22）可以得出：S总=S预紧=橡胶的高度为：L橡胶=H自由−S预紧=24−3=21初步选用聚氨酯弹性元件的规格为D=30mm、H=21mm，数量为2，满足0.5H<D<1.5H，因此橡胶满足使用，橡胶的三维图如图4-5所示。图4-5橡胶4.2.4凸凹模查《冷冲模设计》[17]表4-4得对于厚度为1.2mm的零件，凸凹模最小壁厚为3.2mm，而本次设计凸凹模符合最小壁厚要求。凸凹模高度的计算公式为：H=h1+h2+h3-t=16+21+5-1.2=41.8mm（4-24）式中，H——凸凹模高度（mm）；h1——凸凹模固定板厚度（mm），这里h1=16mm；h2——橡胶预压缩高度（mm），这里h2=21mm；h3——卸料板高度（mm）,这里h3=5mm；t——材料厚度（mm），这里t=1.2mm。凸凹模的三维图如图4-6所示。图4-6凸凹模4.2.5推件板在本次设计中采用推杆推动推件板完成推件工作，推件板的形状要根据被推下工件的形状，其三维图如图4-7所示。图4-7推件板4.2.6凸模固定板与凸凹模固定板查《冲压手册》[18]表14-117JB/T7643.2-2008选用凸模固定板尺寸为100mm×100mm×16mm，凸凹模固定板的尺寸为100mm×100mm×16mm。选用45钢为材料，热处理硬度为28~32HRC，其三维图如图4-8、图4-9所示。图4-8凸模固定板4-9凸凹模固定板4.2.7矩形垫板查《冲压手册》[18]JB/T7643.3-2008表14-115选用垫板的尺寸为100mm×100mm×6mm，材料为45钢，热处理硬度为28~32HRC，卸料螺钉通过下垫板而不通过上垫板，所以上下垫板不同，其三维图如图4-10、图4-11所示。图4-10上垫板图4-11下垫板4.2.8卸料板卸料板的作用是冲裁后将条料从凸凹模上卸下、防止条料不平及翘曲以及保护导料销以增加模具寿命。选用材料为45钢，热处理硬度为43~48HRC，卸料板的三维图如图4-12所示。图4-12卸料板4.2.9模架的选用查《冲压手册》[18]，选取后侧导柱模架，材料为HT250，模架的参数如表4-2所示。表4-2模架的参数（单位：mm）凹模周界上模座GB/T2855.9下模座GB/T2855.9导柱GB/T2861.1导套GB/T2861.6LB100100100×100×25100×100×3020×12020×65×23根据模架尺寸绘制出上模座、下模座、导柱、导套三维图，分别如图4-13、图4-14、图4-15、图4-16所示。图4-13上模座图4-14下模座图4-15导柱图4-16导套4.2.10其它模具零部件的选取查阅《冲压手册》[18]，选取其它模具零部件适用的标准件，如表4-3所示。表4-3部分零部件的参数名称尺寸材料数量硬度(HRC)查阅标准压入式模柄B40×60Q235143~48JB/T7646.3-2008导料销A6×1645钢243~48JB/T7949.9-2008止转销A4×1045钢143-48JB/T7949.9-2008圆柱头卸料螺钉M8×4145钢435~40JB/T7650.6-2008内六角上紧固螺钉M8×5545钢435~40GB/T70.1-2008内六角下紧固螺钉M8×4045钢435~40GB/T70.1-2008上模座定位销钉M6×4545钢443~48GB/T119.2-2000下模座定位销钉M6×5545钢443~48GB/T119.2-2000推杆M6×3045钢243~48JB/T7650.3-2008带肩推杆M6×8045钢143~48JB/T7650.1-2008根据所查零部件参数绘制出各个零部件三维图，如图4-17所示。（a）模柄（b）活动导料销（c）止转销（d）圆柱头卸料螺钉（e）内六角上紧固螺钉（f）内六角上紧固螺钉（h）下模座定位销钉（i）上模座定位销钉（j）推杆（k）带肩推杆图4-17其它零部件的三维图4.3落料冲孔复合模具压力机的校核为了使模具能够在压力机上正常使用必须对其闭合高度以及压力机进行校核。校核公式为：Hmin+10mm≤H模具≤Hmax-5mm（4-25）模具的闭合高度计算公式为：H模具=h1+2h2+h3+h4+h5+h6+h7+h8+t=25+2×8+32+20+10+21+32+30+1.2=187.2mm（4-26）式中，h1——上模座高度（mm），这里h1=25mm；h2——垫板厚度（mm），这里h2=8mm；h3——凸模固定板厚度（mm），这里h3=32mm；h4——落料凹模厚度（mm），这里h4=20mm；h5——卸料板厚度（mm），这里h5=10mm；h6——橡胶厚度（mm），这里h6=21mm；h7——凸凹模固定板厚度（mm），这里h7=32mm；h8——下模座的高度（mm），这里h8=30mm；t——工件的厚度（mm），这里t=1.2mm；查《冷冲模设计》[17]表1-3得，压力机最大装模高度为220mm，连杆调节长度为45mm，按式（4-25）计算得：(175+10)mm≤187.2mm≤(220-5)mm校核压力机成功，满足使用。4.4模具装配图在UG采用装配模块，将设计并绘出的模具各个零部件放入同一个装配图中，并利用约束装配出完整的模具结构，其装配图如图4-18所示。图4-18落料冲孔复合模装配图5单工序弯曲模具的设计5.1弯曲力的计算弯曲是指利用金属的塑性变形将毛坯弯曲以得到所需形状产品的冲压工艺。从挡片的结构尺寸分析，单工序弯曲模选用L形弯曲模。首先要根据模具结构进行弯曲力的计算，并将弯曲力作为选择压力机的依据。5.1.1弯曲力的计算在此模具设计中采用压料板及橡胶帮助出料，即拥有弹性压料装置，弯曲力计算公式为：F自=0.6Kbt2σbr+t=式中，K——安全系数，查《冷冲模设计》[17]取K=1.3；b——零件的宽度（mm），这里b=22.4mm；σb——材料的强度极限（MPa），这里σb=628MPa；r——弯曲件的内弯曲半径（mm），这里r=2mm；t——弯曲材料的厚度（mm），这里t=1.2mm。5.1.2压料力的计算压料力FQ可近似取弯曲力数值的30％~80％，其计算公式为：FQ=（0.3~0.8）F自=0.5F自5.1.3压力机的选取此模具采用的是弹性压料装置，而对于有压料装置的弯曲，压力机的公称压力F机≥F自+FQ=4.94+2.47=7.41kN，且标称压力必须大于弯曲力的1.3倍。查《冷冲模设计》[17]表1-3选取压力机型号为表5-1J23-10A压力机部分参数型号公称压力/kN滑块行程/mm行程次数/次/min最大闭合高度/mm高度调节量/mm工作台尺寸mm×mm模柄孔尺寸直径×深度/mm电动机功率/kWJ23—10A1006014518035240×360φ30×501.15.2弯曲模工作部分的设计5.2.1弯曲凸模的圆角半径挡片内弯曲半径r=2mm，厚度为1.2mm，相对弯曲半径r/t较小，则凸模圆角半径可以等于工件的内弯曲半径，取r凸5.2.2弯曲凹模工作尺寸设计弯曲模具时，要设计合理的凹模圆角半径，否则会影响模具的寿命以及产品的质量。查《冷冲模设计》[17]得圆角半径计算公式为：t≤2mm时，r凹模弯曲凹模需要设计适当的深度，深度过小时弯曲件回弹大，深度过大则会浪费材料。查《冷冲模设计》[17]表5-7得凹模深度为(10~15)mm，取10mm，底部最小厚度为20mm。5.2.3弯曲凸模和凹模之间的间隙凸、凹模之间需要设计合理的间隙值。间隙太大影响弯曲尺寸且无法弯曲成需要的形状；间隙太小容易擦伤产品表面，影响产品质量，并且还会降低凹模寿命。计算凸模凹模之间的单边间隙公式为：Z=t+△+ct=1.2+0+0.05×1.2=1.26mm（5-4）式中，Z——弯曲模凸模和凹模的单边间隙（mm）；t——材料厚度基本尺寸（mm），这里t=1.2mm；c——间隙系数，查《冷冲模设计》[17]表5-10取c=0.05mm；△——材料厚度的上极限偏差（mm），这里△=0mm。5.2.4弯曲凸模和凹模宽度尺寸计算在计算弯曲凸模和凹模宽度尺寸时，若工件标注外形尺寸时，应该以凹模为基准件，间隙取在凸模上；若工件标注内形尺寸时，应该以凸模为基准件，间隙取在凹模上。该工件要求外形尺寸，则弯曲模凹模和凸模的宽度尺寸计算公式为：L凹=(Lmax-0.75△）0+ζ凹=（27.5−0.75×0.80）0+0.080=L凸=（L凸−2Z）−ζ凸式中，Lmax——弯曲件最大宽度（mm），这里L=27.5mm；△——弯曲件宽度的尺寸公差（mm），查《互换性与测量技术》[20]得△=0.80mm；ζ凸、ζ凹——凸凹模制造偏差，查《冷冲模设计》[17]得凸模和凹模的制造偏差，一般按IT9级选用，查《互换性与测量技术》[20]得ζ凸=ζ凹=0.080mm；Z——弯曲模凸模和凹模的单边间隙边间隙（mm），这里Z=1.26mm。5.2.5回弹角度在进行弯曲工序时，零件会发生塑性变形和弹性变形，当施加在零件上的载荷取消时发生弹性变形的部分会回复到弹性变形之前的样子，使得工件的弯曲半径与凸模的弯曲半径并不相同，这种现象称为回弹。对于挡片，内弯曲半径r=2mm，材料厚度t=1.2mm，r/t<5，属于大变形程度，回弹后只有弯曲中心角发生了变化，弯曲圆角半径变化很小可以不予考虑。查《中国模具设计大典》[16]表19.3-12得90°单角自由弯曲时回弹角为5°。5.3减少回弹的措施为了尽量提高生产不锈钢抽屉锁挡片的精度，必须尽量减小回弹。减小回弹的措施有：改进工件结构增加工件刚度、在产品允许条件下选用弹性模量大的材料、材料弯曲前进行退火热处理降低硬度弯曲后再进行淬火、弯单角工件时可在凸模及顶板上做倾斜度以补偿工件的弹性回跳等。在本次设计中将凸模角度减去一个回弹角来控制回弹。5.4弯曲时的偏移及改进措施弯曲过程中板料各边摩擦力不同时会使毛坯在弯曲过程中移动，影响产品形状，这种现象叫做偏移。产生偏移的原因有很多，而对于本次设计中不锈钢抽屉锁挡片工件主要是工件结构不对称造成的偏移。克服偏移的措施有：采用压料装置、将定位销插入孔内再弯曲、将工件以对称弯曲件弯曲再切开得到所需工件、合理设计模具。在本次设计中采用了压料装置以及将定位销插入毛坯孔内来克服偏移。5.5弯曲模结构件的设计5.5.1弯曲凹模查《冷冲模设计》[17]表5-7得弯曲凹模的深度L0=10mm，底部最小厚度为20mm，取弯曲凹模的高度H为32mm，则凹模壁厚计算公式为：c=（1.5~2）H（≥30~40mm）=（48~64）mm=48mm（5-7）查《冲压手册》[18]表14-1，确定凹模周界尺寸为125mm×125mm×32mm，凹模圆角半径为6mm，弯曲凹模的三维图如图5-1所示。图5-1弯曲凹模5.5.2弯曲凸模弯曲凸模的高度为60mm，长度为13.5mm，宽度为26.9mm，凸模圆角半径为2mm，弯曲凸模三维图如图5-2所示。图5-2弯曲凸模5.5.3凸模固定板凸模固定板可以根据凹模周界尺寸确定，查阅《冲压手册》[18]表14-117得凸模固定板尺寸为125mm×125mm×24mm，选用45钢为材料，热处理硬度为28~32HRC，凸模固定板三维图如图5-3所示。图5-3凸模固定板5.5.4垫板查阅《冲压手册》[18]表14-115得矩形垫板规格为125mm×125mm×6mm，上下模结构不同，所以垫板也有所不同。选用45钢作为材料，热处理硬度为43~48HRC，垫板三维图如图5-4、图5-5所示。图5-4上垫板图5-5下垫板5.5.5压料板本设计中，采用定位销插在毛坯孔中来克服工件结构不对称造成的偏移，因此需要预留定位销的孔，并且压料板需要与凹模之间留有合适的间隙，以提高模具寿命。选用材料为45钢，热处理硬度为43~48HRC，压料板的三维图如图5-6所示。图5-6压料板5.5.6橡胶橡胶是一种非常安全和稳定的弹性元件，在弯曲模中选用橡胶与压料板作为弹性压料装置，橡胶的计算如下：S工作=t+（4~6）+1=1.5+5+1=7.5mm（5-8）S工作=（25%~30%）×H自由H自由=S工作25%~30%=7.230%式中，t——板料厚度；S工作——橡胶的工作行程；H自由——橡胶的自由高度；S总——橡胶的最大压缩量；则根据式（5-9）和（5-10）可以得出：S总=S预紧=橡胶的长度可以得到：L橡胶=H自由−S预紧=24−3=21m经校核0.5<H/D<1.5，橡胶满足使用。橡胶的三维图如图5-7所示。图5-7橡胶元件5.5.7模架查《冲压手册》[18]，选取后侧导柱模架，模架材料选用HT250，模架的参数如表5-2所示。表5-2模架的部分参数（单位：mm）凹模周界上模座GB/T2855.5下模座GB/T2855.10导柱GB/T2861.1导套GB/T2861.6LB125125125×125×30125×125×3522×13022×80×28根据模架参数，确定模座、导柱、导套尺寸并绘制出三维图，上模座三维图如图5-8所示，下模座三维图如图5-9所示，导柱三维图如5-10所示，导套三维图如5-11所示。图5-8上模座图5-9下模座图5-10导柱图5-11导套5.5.8其它模具零部件的确定查阅《冲压手册》[18]选取模具其它零部件的参数如表5-3所示，其三维图如图5-12所示。表5-3其它零部件的参数序号名称尺寸（mm）材料数量标准1压入式模柄B30×50Q2351JB/T7646.3-20082止转销4×1045钢1JB/T7949.9-20083定位销M4×1045钢2JB/T7949.9-20084销钉M6×4545钢4GB/T119.1-20005上模座紧固螺钉M8×5045钢4GB/T70.1-20086下模座紧固螺钉M8×6045钢4GB/T70.1-20087带肩推杆M6×6845钢2JB/T7650.1-20088带螺纹推杆M6×11045钢1JB/T7650.2-20089螺母M8×645钢2GB/T16938-2008（a）模柄（b）止转销（c）定位销（d）销钉（e）上模座紧固螺钉（f）下模座紧固螺钉（g）带肩推杆（h）带螺纹推杆（i）螺母图5-12部分结构件的三维图5.6单工序弯曲模压力机的校核H模具=h1+h2+h3+h4+h5+h6+h7=30+6+24+32+6+35+30=163mm（5-12）式中，h1——上模座高度（mm），这里h1=30mm；h2——上垫板厚度（mm），这里h2=6mm；h3——凸模固定板的厚度（mm），这里h3=24mm；h4——凹模高度（mm），这里h4=32mm；h5——下垫板的厚度（mm），这里h5=6mm；h5——下模座的高度（mm），这里h6=35mm；h7——凸模未进入凹模的长度（mm），这里h7=30mm。查《冷冲模设计》[17]表1-3得，压力机最大装模高度为180mm，连杆调节长度为35mm，校核计算为：(145+10)mm≤163mm≤(180-5)mm（5-13）通过校核发现所选压力机符合装模要求。5.7装配图利用UG装配