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1、 固定夹冲压弯曲模设计摘 要本文介绍的模具实例结构简单实用，使用方便可靠，首先根据工件图算工件的展开尺寸，在根据展开尺寸算该零件的压力中心，材料利用率，画排样图。根据零件的几何形状要求和尺寸的分析，采用复合模冲压，这样有利于提高生产效率，模具设计和制造也相对于简单。当所有的参数计算完后，对磨具的装配方案，对主要零件的设计和装配要求技术要求都进行了分析。在设计过程中除了设计说明书外，还包括模具的装配图，非标准零件的零件图，工件的加工工艺卡片，工艺规程卡片，非标准零件的加工工艺过程卡片。关键词：复合模 ；冲压 ；设计目 录1 绪论.12 冲裁弯曲件的工艺设计.13 确定工艺方案及模具的结构形式.2
2、4 模具设计工艺计算.3 4.1 计算毛坯尺寸 .3 4.2 排样、计算条料宽度及距的确定.5 4.2.1 搭边值的确定 .54.2.2 条料宽度的确定.7 4.2.3 到料板间距的确定.7 4.2.4 排样.8 4.2.5 材料利用率的计算.85 冲裁力的计算10 5.1 计算冲裁力的公式.10 5.2 总的冲裁力、卸料力、推件力、顶件力、弯曲力和总的冲压力.11 5.2.1 总的冲裁力11 5.2.2 卸料力FQ的计算.12 5.2.3 推料力FQ1的计算12 5.2.4 顶件力FQ2的计算.12 5.2.5 弯曲力FC的计算.13 5.2.6 总冲压力的计算. .146 模具压力中心与计
3、算.147 冲裁间隙的确定158 刃口尺寸的计算16 8.1 刃口尺寸计算的基本原则.16 8.2 刃口尺寸的计算.17 8.3 计算凸、凹模刃口的尺寸.18 8.4 冲裁刃口高度.21 8.5 弯曲部分刃口尺寸的计算.21 8.5.1 最小弯曲半径21 8.5.2 弯曲部分工作尺寸的计算229 模具总的结构设计25 9.1 模具类型的选择.25 9.2 定位方式的选择.25 9.3 卸料方式的选择.25 9.4 导向方式的选择.2510 主要零部件的设计.2610.1 工作零件的设计.26 10.1.1 凹模的设计26 10.1.2 凸凹模的设计27 10.1.3 外形凸模的设计 .27 1
4、0.1.4 内孔凸模的设计28 10.1.5 弯曲凸模的设计28 10.2 卸料部分的设计.29 10.2.1 卸料板的设计 .29 10.2.2 卸料弹簧的设计.2910.3 定位零件的设计.3110.4 模架及其他零部件的设计.31 10.4.1 上下模座.31 10.4.2 模柄.32 10.4.3 模具的闭合高度.3211 模具总装图.3312 压力机的选择 33总结.34致谢.35参考文献.36附录.37附录1 冲压模具装配工序卡片.37附录2 非标准零件的加工工艺过程.38 附录3 冲孔凸模加工工艺过程.39 附录4 凸凹模加工工艺卡片.40 附录5 空心垫板的加工工艺过程.41附
5、录6 弯曲凸模加工工艺过程.41附录7 部分标准公差值.42附录8 J23系列开式可轻压力机主要技术参数.431 绪 论 改革开放以来，随着国民经济的高速发展，工业产品的品种和数量的不断增加，更新换代的不断加快，在现代制造业中，企业的生产一方面朝着多品种、小批量和多样式的方向发展，加快换型，采用柔性化加工，以适应不同用户的需要；另一方面朝着大批量，高效率生产的方向发展，以提高劳动生产率和生产规模来创造更多效益，生产上采取专用设备生产的方式。模具，做为高效率的生产工具的一种，是工业生产中使用极为广泛与重要的工艺装备。采用模具生产制品和零件，具有生产效率高，可实现高速大批量的生产；节约原材料，实现
6、无切屑加工；产品质量稳定，具有良好的互换性；操作简单，对操作人员没有很高的技术要求；利用模具批量生产的零件加工费用低；所加工出的零件与制件可以一次成形，不需进行再加工；能制造出其它加工工艺方法难以加工、形状比较复杂的零件制品；容易实现生产的自动化的特点。2 冲裁弯曲件的工艺分析图21 零件图如图21所示零件图。生产批量：大批量;材料：LY21-Y;该材料，经退火及时效处理，具有较高的强度、硬度，适合做中等强度的零件。尺寸精度：零件图上的尺寸除了四个孔的定位尺寸标有偏差外，其他的形状尺寸均未标注公差，属自由尺寸，可安IT14级确定工件的公差。经查公差表，各尺寸公差为：3.50 +0。30 20
7、0-0.52 250-0.52 四个孔的位置公差为：170.12 140.2工件结构形状：制件需要进行落料、冲孔、弯曲三道基本工序，尺寸较小。结论：该制件可以进行冲裁制件为大批量生产，应重视模具材料和结构的选择，保证磨具的复杂程度和模具的寿命。3 确定工艺方案及模具的结构形式根据制件的工艺分析，其基本工序有落料、冲孔、弯曲三道基本工序，按其先后顺序组合，可得如下几种方案;(1) 落料弯曲冲孔；单工序模冲压(2) 落料冲孔弯曲；单工序模冲压。(3) 冲孔落料弯曲；连续模冲压。(4) 冲孔落料弯曲；复合模冲压。方案（1）（2）属于单工序模冲裁工序冲裁模指在压力机一次行程内完成一个冲压工序的冲裁模。
8、由于此制件生产批量大，尺寸又较这两种方案生产效率较低，操作也不安全，劳动强度大，故不宜采用。方案（3）属于连续模，是指压力机在一次行程中，依次在模具几个不同的位置上同时完成多道冲压工序的模具。于制件的结构尺寸小，厚度小，连续模结构复杂，又因落料在前弯曲在后，必然使弯曲时产生很大的加工难度，因此，不宜采用该方案。方案（4）属于复合冲裁模，复合冲裁模是指在一次工作行程中，在模具同一部位同时完成数道冲压工序的模具。采用复合模冲裁，其模具结构没有连续模复杂，生产效率也很高，又降低的工人的劳动强度，所以此方案最为合适。根据分析采用方案（4）复合冲裁。4 模具总体结构设计4.1 模具类型的选择 由冲压工艺
9、分析可知，采用复合冲压，所以模具类型为复合模。4.2定位方式的选择 因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料销，有侧压装置。控制条料的送进步距采用导正销定距。4.3卸料方式的选择 因为工件料厚为1.2mm，相对较薄，卸料力不大，故可采用弹性料装置卸料。4.4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，该复合模采用对角导柱的导向方式。5 模具设计工艺计算5.1计算毛坯尺寸相对弯曲半径为：R/t=3.8/1.2=2.170.5式中：R弯曲半径（mm） t材料厚度（mm） 由于相对弯曲半径大于0.5，可见制件属于圆角半径较大的弯曲件，应该先 求变形区中性层曲率半径（mm）。 =
10、r0+kt 公式(51)式中：r0内弯曲半径 t材料厚度 k中性层系数表51 板料弯曲中性层系数r0/t0.10.20.250.30.40.50.60.81.OK1(V)0.300.330.350.360.370.380.390.410.42K2(U)0.230.290.310.320.350.370.380.400.41K3(O)0.720.700.670.63r0/t1.21.51.8234568K1(V)0.430.450.460.460.470.480.480.490.50K2(U)0.420.440.450.450.460.470.480.490.50K3(O)0.490.560.5
11、20.50查表51，K=0.45根据公式51 = r0+kt =0.38+0.45X1.2 =4.34（mm）图51 计算展开尺寸示意图根据零件图上得知，圆角半径较大（R0.5t），弯曲件毛坯的长度公式为： LO=L直+ L弯 公式（52）式中： LO弯曲件毛坯张开长度 （mm） L直 弯曲件各直线部分的长度 （mm） L弯弯曲件各弯曲部分中性层长度之和（mm）在图51中： A= 公式（53） COSP=(RA+RC-B)/(RA+RC) 公式（54） RA=3.8+0.6=4.4 （mm） RC=1.2+0.6=1.8（mm） B=3.8（mm）根据公式53 A= =23.8(4.4+1.8
12、)-3.82 5.6（mm）根据公式54 COSP= (RA+RC-B)/(RA+RC) = ( 4.4+1.6-3. 8)/(4.4+1.6) = 0.367 则 P=carCOS0.367=68.47。 2P=268.47。=136.94。根据公式52 L直=L总长-2A =20-25.6 =8.8（mm） L弯=2（P180+P180） =23.144.34(68.47/180+68.47/180) =20.74（mm） LO =L直+ L弯 =8.8+20.74 =31.54（mm）取LO=32（mm）根据计算得：工件的展开尺寸为2532（mm）,如图42所示。 图52 尺寸展开图5.
13、2排样、计算条料宽度及步距的确定5.2.1搭边值的确定排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下的工艺余料，称为搭边。搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。搭边过大，浪费材料。搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还有拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。或影响送料工作。搭边值通常由经验确定，表所列搭边值为普通冲裁时经验数据之一。表52 搭边a和a1数值材料厚度圆件及r2t的工件矩形工件边长L50mm矩形工件边长L50mm或r2t的工件工件间a1沿边a工件间a1沿边a工件间a1沿边a0.250.250.50.50.80.81.21.
14、21.61.62.02.02.52.53.03.03.53.54.04.05.05.0121.81.21.00.81.01.21.51.82.22.53.00.6t2.01.51.21.01.21.51.82.22.52.83.50.7t2.21.81.51.21.51.82.02.22.52.53.50.7t2.52.01.81.51.82.02.22.52.83.24.00.8t2.82.21.81.51.82.02.22.52.83.24.00.8t3.02.52.01.82.02.22.52.83.23.54.50.9t搭边值是废料，所以应尽量取小，但过小的搭边值容易挤进凹模，增加刃口
15、磨损表42给出了钢（WC0.05%0.25%）的搭边值。对于其他材料的应将表中的数值乘以下列数：钢（WC0.3%0.45%） 0.9钢（WC0.5%0.65%） 0.8硬黄铜 11.1 硬铝 11.2软黄铜，纯铜 1.2该制件是矩形工件，根据尺寸从表42中查出：两制件之间的搭边值a1=1.2（mm）,侧搭边值a=1.5(mm)。由于该制件的材料使LY21Y（硬铝），所以两制件之间的搭边值为： a1=1.2（11.2）=1.21.414(mm)取a1=1.2(mm)侧搭边值 a=1.5（11.2）=1.51.8(mm)取a=1.5(mm)5.2.2条料宽度的确定计算条料宽度有三种情况需要考虑；有
16、侧压装置时条料的宽度。无侧压装置时条料的宽度。有定距侧刃时条料的宽度。有定距侧刃时条料的宽度。有侧压装置的模具，能使条料始终沿着导料板送进。条料宽度公式：B=（D+2a） 公式（52）其中条料宽度偏差上偏差为0，下偏差为，见表43条料宽度偏差。D条料宽度方向冲裁件的最大尺寸。a侧搭边值。查表43条料宽度偏差为0.15根据公式4 1 B=（D+2a） =（25+21.5）0-0.15 =280-0.15表53 条料宽度公差(mm)条料宽度B/mm材料厚度t/mm0.50.5112200.050.080.1020300.080.100.1530500.100.150.205.2.3 导板间间距的确
17、定导料板间距离公式： A=B+Z 公式（52）Z导料板与条料之间的最小间隙（mm）；查表4.33得Z=5mm 根据公式42 A= B+Z =28+5 =33（mm）表54 导料板与条料之间的最小间隙Zmin（mm）材料厚度t/mm有 侧 压 装 置条 料 宽 度B/mm100以下100以上0.50.51122334455555558888885.2.4 排样根据材料经济利用程度，排样方法可以分为有废料、少废料和无废料排样三种，根据制件在条料上的布置形式，排样有可以分为直排、斜排、对排、混合排、多排等多重形式。采用少、无废料排样法，材料利用率高，不但有利于一次冲程获得多个制件，而且可以简化模具结
18、构，降低冲裁力，但是，因条料本身的公差以及条料导向与定位所产生的误差的影响，所以模具冲裁件的公差等级较低。同时，因模具单面受力（单边切断时），不但会加剧模具的磨损，降低模具的寿命，而且也直接影响到冲裁件的断面质量。由于设计的零件是矩形零件，且四个孔均有位置公差要求，所以采用有费料直排法。5.2.5材料利用率的计算：冲裁零件的面积为： F=长宽=2532=800(mm2)毛坯规格为：5001000（mm）。送料步距为：h=Da1=32+1.2=33.2一个步距内的材料利用率为： n11=(nF/Bh)100%n为一个步距内冲件的个数。 n11=(nF/Bh)100% =（1800/2833.2）
19、100% =81.96%横裁时的条料数为： n1 =1000/B=1000/28=34.01 可冲34条，每条件数为： n2 =(500-a)/h=(500-1.5)/33.2 =15.024 可冲15件，板料可冲总件数为： n=n1n2=3415=510(件)板料利用率为： n12=(nF/5001000) =(510800/5001000) 100% =81.6%纵裁时的条料数为： n1=500/B =500/28 =17.006 可冲17条，每条件数为： n2=(1000-a)/h =(1000-1.5)/33.5 =30.084 可冲30件，板料可冲总件数为： n=n1n2=1730=
20、510（件）板料的利用率为： n12=(nF/5001000) =(510800/5001000) 100% =81.6% 横裁和纵裁的材料利用率一样，该零件采用横裁法。 图53 排样图6 冲裁力的计算6.1计算冲裁力的公式 计算冲裁力是为了选择合适的压力机，设计模具和检验模具的强度，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适宜冲裁的要求，普通平刃冲裁模，其冲裁力F p一般可以按下式计算：Fp=KptL 公式（61） 式中 材料抗剪强度，见附表（MPa）；L冲裁周边总长（mm）；t材料厚度（mm）;系数Kp是考虑到冲裁模刃口的磨损，凸模与凹模间隙之波动（数值的变化或分布不均），润滑情况，材料力学
21、性能与厚度公差的变化等因数而设置的安全系数Kp，一般取13。当查不到抗剪强度r时，可以用抗拉强度b代替，而取Kp=1的近似计算法计算。根据常用金属冲压材料的力学性能查出LY21Y的抗剪强度为280310(MPa)，取=300(MPa)6.2 总冲裁力、卸料力、推料力、顶件力、弯曲力和总冲压力由于冲裁模具采用弹压卸料装置和自然落料方式。总的冲裁力包括F总冲压力。 Fp总冲裁力。 FQ卸料力FQ1推料力。FQ2顶件力FC弯曲力根据常用金属冲压材料的力学性能查出LY21Y的抗剪强度为280310(MPa ) 6.2.1 总冲裁力：Fp=F1+F2 公式(61)F1落料时的冲裁力。 F2冲孔时的冲裁力
22、.落料时的周边长度为：L1=2（25+32）=114（mm）根据公式51 F1=KptL =11.2114300 =41.040(KN)冲孔时的周边长度为：L2=4d=43.143.5=44（mm） F2= KptL =11.244300 =15.84(KN)总冲裁力：Fp=F1+F2=41.040+15.84=56.88(KN)表65 卸料力、推件力和顶件力系数料厚t/mmKxKtKd钢0.10.10.50.50.252.56.56.50.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.030.10.0630.0550.0450.0250.140.080.06
23、0.050.03铝、铝合金纯铜，黄铜0.0250.080.020.060.030.070.030.09对于表中的数据，后的材料取小直，薄材料取值。6.2.2 卸料力FQ的计算 FQ=Kx Fp 公式(62) K卸料力系数。查表65得K0.0250.08，取K0.08 根据公式62FQ=K Fp 0.0856.88 4.55(KN)6.2.3推料力FQ1的计算 FQ1=KtFp 公式(63) Kt推料力系数。 查表65得Kt0.030.07, 取Kt=0.07 根据公式63 FQ1=KtFp =0.0756.88 4(KN)6.2.4顶件力FQ2的计算 FQ2=KdFp 公式(64) Kd顶件力
24、系数。 查表65得Kd0.030.07, 取Kt=0.07 根据公式64 FQ2=KdFp =0.0756.88 4(KN)6.2.5弯曲力FC的计算 影响弯曲力大小的基本因素有变形材料的性能和质量；弯曲件的形状和尺寸；模具结构及凸凹模间隙；弯曲方式等，因此很难用理论的分析法进行准确的计算。实际中常用经验公式进行慨略计算，以作为弯曲工艺设计和选择冲压设备的理论。 形弯曲件的经验公式为： Fu=0.7KBt2b/+t 公式(65) Fu冲压行程结束时不校正时的弯曲力。 B弯曲件的宽度（mm）。 t弯曲件的厚度（mm）。 内弯曲半径（等于凸模圆角半径）（mm）。 b弯曲拆料的抗拉强度(MPa)(查
25、机械手册b=400(MPa)。 K安全系数，一般取1.3.根据公式65 Fu=0.7KBt2b/(+t) =0.71.3251.22400/(5+1.2) =21.45(KN) 对于顶件或压料装置的弯曲模，顶件力或压料力可近似取弯曲力的30%80%。 F压=80% Fu =80%21.45 =17.159(KN) 弯曲力: FC= Fu+ F压=21.45+17.15=38.6(KN)6.2.6总的冲压力的计算 根据模具结构总的冲压力： F=Fp+FQ+FQ1+FQ2+FC F=Fp+FQ+FQ1+FQ2+FC =56.88+4.55+4+4+38.6 =108.03(KN)根据总的冲压力，初
26、选压力机为：开式双柱可倾压力机J2325。7 模具压力中心与计算模具压力中心是指诸冲压合力的作用点位置，为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。否则，会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨间产生过大磨损，模具导向零件加速磨损，降低了模具和压力机的使用寿命。模具的压力中心，可安以下原则来确定：1、对称零件的单个冲裁件，冲模的压力中心为冲裁件的几何中心。2、工件形状 相同且分布对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。3、各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴的力矩。求出合力作用点的坐标位置0，0（x=0,y=0），即为所求模具的压力中心。
27、Xo=L1X1+L2X2+LnXn/L1+L2+LnYo=L1Y1+L2Y2+LnYn/L1+L2+Ln由于该零件是一个矩形图形，属于对称中心零件，所以该零件的压力中心在图形的几何中心O处。如图61所示：图71 压力中心8 冲裁模间隙的确定设计模具时一定要选择合理的间隙，以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求，所需冲裁力小、模具寿命高，但分别从质量，冲裁力、模具寿命等方面的要求确定的合理间隙并不是同一个数值，只是彼此接近。考虑到制造中的偏差及使用中的磨损、生产中通常只选择一个适当的范围作为合理间隙，只要间隙在这个范围内，就可以冲出良好的制件，这个范围的最小值称为最小合理间隙Cmin，最
28、大值称为最大合理间隙Cmax。考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计与制造新模具时要采用最小合理间隙值Cmin。冲裁间隙的大小对冲裁件的断面质量有极其重要的影响，此外，冲裁间隙还影响模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。冲裁过程中，凸模与被冲的孔之间，凹模与落料件之间均有摩擦，间隙越小，模具作用的压应力越大，摩擦也越严重，而降低了模具的寿命。较大的间隙可使凸模侧面及材料间的摩擦减小，并延缓间隙由于受到制造和装配精度的限制，虽然提高了模具寿命而，但出现间隙不均匀。因此，冲裁间隙是冲裁工艺与模具设计中的一个非常重要的工艺参数。由于硬吕与中碳刚的间隙取值是一样的，所以硬吕材料的
29、间隙值与中碳刚的间隙取值一样。 根据实用间隙表 81 查得材料40的最小双面间隙2Cmin=0.123mm，最大双面间隙2Cmax=0.180mm表81 冲裁模初始用间隙2c(mm)材料厚度08、10、35、09Mn、Q23516Mn40、5065Mn2Cmin2Cmax2Cmin2Cmax2Cmin2Cmax2Cmin2Cmax小于0.5极小间隙0.50.60.70.80.91.01.21.51.752.02.12.52.753.0.3.54.04.55.56.06.58.00.0400.0480.0640.0720.0920.1000.1260.1320.2200.2460.2600.26
30、00.4000.4600.5400.6100.7200.9401.0800.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3600.3800.5000.5600.6400.7400.8801.0001.2801.4400.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.4200.4800.5800.6800.6800.7800.8400.9401.2000.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.5400.60
31、00.6600.7800.9200.9601.1001.2001.3001.6800.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.4200.4800.5800.6800.7800.9801.1400.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.5400.6000.6600.7800.9201.0401.3201.5000.0400.0480.0640.0640.0900.0900.0600.0720.0920.0920.1260.126注：取08号钢冲裁皮革、石棉和纸板时，间隙的25%。9 刃口尺寸的计算9.1刃口尺寸计算的基本原则 冲裁件的尺寸精度主要取决与模具刃口的尺寸的精度，模具的合理间隙也要靠模具刃口尺寸及制造精度来保证。正确确定模具刃口尺寸及制造公差，是设计冲裁模主要任务之一。从生产实践中可以发现： 1、由于凸、凹模之间存在间隙，使落下的料和冲出的孔都带有锥度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端尺寸等于凸模的尺寸。
