支架弯曲级进模设计(冲压课程设计说明书)

目录
1序言 (1)
2工艺设计 (2)
2.1工艺性分析 (2)
2.2冲压工艺方案的分析与制定 (2)
2.3工艺计算 (3)
2.3.1弯曲件展开尺寸的计算 (3)
2.3.2冲压工艺力的计算 (4)
2.4排样设计及材料利用率 (5)
3 模具的结构形式及工作零件设计 (6)
3.1模具总体结构形式 (6)
3.2弯曲工作零件的设计 (6)
3.2.1凸模与凹模的圆角半径、凹模深度和间隙 (6)
3.2.2弯曲凸模和凹模的刃口尺寸 (7)
3.2.3弯曲凸模和凹模结构设计 (7)
3.3冲裁工作零件的设计 (8)
3.3.1冲裁凸模和凹模的刃口尺寸 (8)
3.3.2冲裁凸模和凹模的结构设计 (9)
3.4模具其他零件的设计 (11)
3.4.1 模架的选择 (11)
3.4.2凸模固定板 (11)
3.4.3凸模垫板 (11)
3.4.4冲孔凹模固定板 (12)
3.4.5定位装置的设计 (12)
3.4.6卸料板 (12)
3.4.7紧固件及其它零件的选用 (13)
3.4.8 弹性元件的选用 (13)
4 冲压设备的选择和校核 (15)
5模具工作过程 (16)
6 设计总结 (17)
参考文献 (18)
1序言
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。

设计出正确合理的模具不仅能够提高产品质量、生产率、具使用寿命，还可以提高产品经济效益。

在进行模具设计时，必须清楚零件的加工工艺，设计出的零件要能加工、易加工。

充分了解模具各部件作用是设计者进行模具设计的前提，新的设计思路必然带来新的模具结构。

本次设计了一套弯曲模具。

经过查阅资料，首先要对零件进行工艺分析，经过工艺分析和对比，通过冲裁力、顶件力、卸料力和弯曲力等计算，确定压力机的型号。

再分析对冲压件加工的模具适用类型选择所需设计的模具。

得出将设计模具类型后将模具的各工作零部件设计过程表达出来。

在设计说明书的第一部分，说明了冲压模具的重要性与本次设计的意义，接着是对冲压件的工艺分析，完成了工艺方案的确定。

第二部分，对零件排样图的设计，完成了材料利用率的计算。

再进行弯曲工艺力的计算和弯曲模工作部分的设计计算，对选择冲压设备提供依据。

最后为主要零部件的设计和标准件的选择，为本次设计模具零件图的绘制和模具的成形提供依据，以及为装配图各尺寸提供依据。

2工艺设计
冲压件的工艺性是指冲压件对冲裁工艺的适应性。

一般情况下对弯曲件的工艺性影响最大的是制件的结构形状，精度要求，形位公差及技术要求。

良好的结构工艺性应保证材料消耗少，工艺数目少，模具结构简单而寿命高，产品质量稳定，操作简单。

通常对工件的工艺影响最大的是几何形状尺寸和工艺要求。

2.1工艺性分析
图2-1 零件图
（1）结构工艺性冲裁件工件形状简单，结构对称，没有复杂曲线，无悬臂、凹槽，φ20孔径、孔边距均大于1.5t，可直接冲出。

工件r/t=3/3=1,
r=0.8t，能一次弯曲成功。

工件弯曲边高由表4-2[3]（垂直于纤维）查得：min
度：30-3-3=24mm>2t，可以弯曲成功。

（2）精度该零件尺寸精度均为未注公差普通冲裁可以保证。

弯曲部分为90°弯曲件当r/t<5时可以不考虑圆角半径的回弹，所以该工件符合普通弯曲精度要求。

冲裁件的圆角半径R=3>0.5t=1.5，故冲裁件的尺寸满足要求。

制件的直边高度达到了30mm，满足要求。

（3）材料 Q235是常用冲压材料，主要性能为：σs=235MPa，σb=420Mpa，τ=360MPa，延伸率为30%，具有良好的综合冲压性能。

综上所述，该零件具有良好的冲压性能，适合冲压加工。

2.2冲压工艺方案的分析与制定
（1）方案一，采用分步加工法，一副冲裁模和一副弯曲模，冲裁模为倒
装复合模冲出弯曲毛坯件,弯曲模为自由弯曲。

（2）方案二，采用分步加工法，一副冲裁模和一副弯曲模，冲裁模为级进模冲出弯曲毛坯件，弯曲模为自由弯曲。

（3）方案三，采用级进模加工，模具一次行程中完成冲孔、落料和弯曲三道工序。

模具设置三个工位，第一工位冲孔，第二工位为空工位做定位用，第三工位完成切断、弯曲两道工序。

由于板料选纵切钢带而工件上有个φ20孔，冲压加工需要冲孔、切断和弯曲三道工序。

方案一和方案二都为两幅模具设计难度上与方案三相当且分步加工不易于保证零件尺寸精度，同时考虑到工件为大批量生产故采用方案三。

2.3 工艺计算
2.3.1弯曲件展开尺寸的计算
按圆角半径r=3mm>0.5t=1.5mm 的弯曲件计算方法进行计算[3]。

将弯曲件制件分为3段如图2-2所示
图 2-2 零件图
（1）直边段为1L ,3L
1L =30-3-3=24mm
3L =80-3-3=74mm
（2）圆角边段为2L
由于R/t=3/3=1>0.5,则该圆角属于有圆角弯曲，根据中性层长度不变原理计算。

查表4-3[3]
得，x=0.3
2L =πρ/2=π（r+xt ）/2=3.14×(3+0.3×3)/2=6.1mm
(3)弯曲毛坯展开总长度：
L=1L + 2L +3L =24+74+6.22=104.1mm
查阅附表[8]，该尺寸采用IT14级，公差为0.87mm 。

2.3.2冲压工艺力的计算
（1）弯曲力 由于弯曲力受到材料的力学性能，零件形状与尺寸，板料厚度，弯曲方式，模具结构形状与尺寸，模具间隙和模具工件表面质量等多种因素的影响，很难用理论分析方法进行准确计算。

因此，在生产中均采用经验公式估算弯曲力。

查表4-11[3]，L 形弯曲件是在自由弯曲阶段相当于弯曲U 形件的一半，而且应设置压料装置，所以可近似地取弯曲力为
F WQ =F W +F D （2-1） 其中： F W 为弯曲力
F D 为顶件力
查表4-6[3]，U 形件弯曲时的自由弯曲力
t r bt F b 2W +=σ （2-2） 弯曲材料的抗拉强度b σ=400Mpa ，
t 为弯曲件的厚度，t=3mm
b 为弯曲件的宽度，b=30mm
r 为内圆弯曲半径（等于凸模圆角半径），r=3mm
将数据代入式1-2，计算，可得： F W =18000N
顶件力也由式（4-4）[3]
得F D =0.2F W
将数据代入，求得： F D =3600N
将F D 、F W 代入式（2-1）[3]得：
F WQ =21600N
（2）冲裁工艺力
1）冲孔力 冲孔F =K 冲孔L t b τ =1.3×20π×3×310Mpa=75963.7N
查表3-8[3]
得，卸K 为0.03~0.04之间，取卸K =0.04。

故卸料力： 卸F =冲孔F 卸K =75963.7×0.04=3038.5N
2）切断力 切F =K 切L t b τ=1.3×30×3×310Mpa=36270N
（3）总冲压力
总冲压力压力机一次行程中先完成切断，其次是弯曲和冲孔：
WQ F F +=冲孔总F 1
=1.2×（F W ＋F D ）+冲孔F +卸F
=1.2×（18000+3600）+75963.7+3038.5
=104.92KN
D F F F +=切总2
=36270+3600
=39.870KN
1总F ﹥2总F ，故取总冲压力总F =1总F =104.92KN
2.4排样设计及材料利用率
据工件形状和纵切钢带的规格，这里采用无废料单排排样。

如图2-3所示
图2-3 排样图
由GB/T15055-2007查得纵切钢带宽度30mm 公称厚度t=3mm 时宽度极限尺寸b=30±0.4mm 查GB/T708-2006，取600mm ×1250mm 的纵切钢带，采用纵裁法科裁得宽30mm 的条料20条每条可以冲出弯曲毛坯件12个毛坯面积为
A=30×104.1mm ²=3123mm ²
故材料利用率为η=LB A n =1250
60031231220⨯⨯⨯=99％
3 模具的结构形式及工作零件设计
3.1模具总体结构形式
为了操作方便并保证精度，模架选用对角导柱模架，且由于尺寸较大，其上模座与压力机滑块连接方式为压板连接。

送料方向由导料板定位。

第一工位挡料用始用挡料销，弯曲工位由导正销和固定挡料销联合作用。

料厚为3mm ，故冲孔部分采用刚性卸料装置。

弯曲凹模内装有顶件块，顶件力由安装在模座下的弹顶器提供。

3.2 弯曲工作零件的设计
3.2.1凸模与凹模的圆角半径、凹模深度和间隙
（1）凸模圆角半径
由于制件的相对弯曲半径r/t 较小，凸模圆角半径p r 可取弯曲件的内弯曲半径p r =3mm [3]。

（2）凹模圆角半径
凹模圆角半径d r 的大小直接影响坯料的弯曲成形。

凹模的圆角半径d r 通常不小于3mm 。

当t=3mm 时，取d r =9mm [3]。

（3）弯曲件直边高度要求较低且料厚较厚弯曲时不需全部直边进入凹模内。

由表4-10[3]查得凹模深度25mm 。

（4）弯曲L 形时，必须选择适当的凸、凹模间隙。

间隙过大则回弹量大，工件的形状和尺寸误差增大。

间隙过小，使弯曲力增大，直边壁厚变薄，增大摩擦，容易擦伤工件表面，加速凹模的磨损，降低凹模的使用寿命。

同时考虑到下列因素的影响：弯曲件宽度较大时，受模具制造和装配误差的影响，将加大间隙的不均匀程度，因此间隙应取大些。

宽度较小时间隙值可以取小些，硬材料则应取大些，弯曲件相对弯曲半径r/t 较小时可以取大些。

此外还应考虑弯曲尺寸精度和板料厚度偏差的影响。

综上所述，对于尺寸精度要求一般的弯曲件，板料为黑色金属时，单边间隙c 可按下式计算[8]：
c=（1.05～1.15）t （3-1） 式中 c 为弯曲凹、凸模的单面间隙，mm ；
t 为材料厚度的基本尺寸（或中间尺寸），mm ；
取间隙系数1.1，将各个数据代入式（3-1）中，得：
c=3.3mm
3.2.2弯曲凸模和凹模的刃口尺寸
模具工作零件结构的确定即弯曲模凸、凹模工作尺寸的确定。

弯曲凸、凹模工作尺寸的计算与工件尺寸的标注行成有关。

一般原则是：当工件标注为外形尺寸时，应以凹模为基准件，间隙取在凸模上，弯曲间隙通过增大凹模刃口尺寸取得，并以此配作凹模；当工件标注内行尺寸时，应以凸模为基准件，间隙取在凹模上，弯曲间隙通过减小凸模刃口尺寸取得，并以此来配作凸模[8]。

综上所述，以凹模为计算基准件，可得：
凹模 A L L A δ+∆-=0max )75.0( (3-2) 凸模 0
_)(T Z L L T T δ-= (3-3)
式中 A L 为凹模的基本尺寸，mm ；
T L 为凸模的基本尺寸，mm;
Lmax 为弯曲件的最大极限尺寸，mm ；
△为弯曲件的尺寸公差，2mm ；
A δ ，T δ为凹模、凸模的制造公差，按IT7级查取；
将数据代入式（3-2）、（3-3）得：
03.005.78+=A L mm
003.02.75-=T
L mm
3.2.3弯曲凸模和凹模结构设计
(1）凸模 凸模结构形式如图3-1所示。

材料选用Cr12，热处理硬度56～
60HRC.
图3-1 弯曲凸模
(2）凹模凹模结构形式如图4-2所示。

材料选用Cr12MoV，热处理硬度56～60HRC.
图3-2 弯曲凹模
3.3冲裁工作零件的设计
3.3.1冲裁凸模和凹模的刃口尺寸
(1）模具间隙零件无平面度要求，考虑到模具寿命，选用iii类间隙。

查表3-20[3]得C=(7.0～10.0)%t。

即
C
=0.07×3=0.21mm
min
=0.10×3=0.30mm
C
max
(2）冲模刃口尺寸采用分别加工法，冲孔模为基准模。

查表3-25和表3-24[3]得
表3-1 冲裁工作零件刃口尺寸表
零件尺寸
磨损
系数
模具
制造公差 凸模刃口 凹模刃口
φ20±0.4
0.5 p δ=-0.02 0p x d d ρδ-∆+=）（ =0δ-ρ
0.80.519.6）（⨯+ =200
02.0-mm d 0d min 2x d d δ++∆+=）（C
=d 00.21220δ
+⨯+）（ =20.4203.00+mm
d δ=+0.03 (3）校核间隙值
由于 p δ+d δ=0.05mm
2（C max -C min ）=0.15mm
故 p δ+d δ<2（C max -C min ）间隙值合理。

3.3.2冲裁凸模和凹模的结构设计
(1）冲孔凸模 估算凸模长度计算式[3]
为
L=1h +2h +3h +h
其中 1h 为凸模固定板厚度取25mm
2h 卸料板厚 8mm
3h 导料板厚取12mm
h 安全距离取15
则 L=25+8+12+15=60mm
查JB/T5826-2008[4]得，圆柱头缩杆冲孔凸模取25×20×63JB/T5826-2008 其中l 取40mm 。

结构如图3-3所示
技术要求
热处理头部硬度
刃口硬度
图3-3 冲孔凸模
(2）冲孔凹模 冲孔凹模刃口尺寸[3]
为
d 0d min 2x d d δ++∆+=）（C =d 00.21220δ+⨯+）（=20.4203
.00
+mm 根据冲裁力表[9]
取冲孔凹模深度为23mm 。

由于前述计算得弯曲凹模深度25mm ，又考虑到弯曲L 型件需要用顶件块，故在级进模中凹模深度应该在35～50之间。

查JB/T5830-2008[4]
得圆凹模取B 40×20.5×8 JB/T5830-2008.其结构如图3-4所示
图3-4 冲孔凹模
(3）切断凹模 切断凹模的尺寸由级进模中整体尺寸确定其结构形式如图3-5所示
技术要求
热处理硬度
图3-5 切断凹模
技术要求
热处理硬度
3.4 模具其他零件的设计
3.4.1 模架的选择
为了保证冲出零件的精度和高稳定的质量，采用对角模架导向方式。

模架导向不仅能保证上、下模的导向精度而且能提高模具的刚性，延长模具的使用寿命，使冲裁件的质量稳定可靠，使模具的安装比较容易。

查GB/T2851-2008得
表3-2 对角模架主要技术参数表
凹模周界闭合
高度
模座导柱和导套
L=315mm B=125mm
最小
190mm
最大
230mm
上模座315X200X45
GB/T2855.1-2008
下模座315X200X55
GB/T2855.2-2008
导柱
A 35X180 GB/T2861.1-2008
A 40X180 GB/T2861.1-2008
导套
A 35X115X43 GB/T2861.3-2008
A 40X115X43 GB/T2861.3-2008
3.4.2凸模固定板
(1）冲孔凸模固定板[4]
查JB/T7644.1-2008取为25×23 JB/T7644.1-2008
(2）弯曲凸模固定板[4]
查JB/T7643.2-2008取为125×125×24 JB/T7643.2-2008 3.4.3凸模垫板
(1）冲孔凸模垫板[4]
查JB/T7644.2-2008取为56 JB/T7644.2-2008
(2）弯曲凸模垫板[4]
查JB/T7643.3-2008取为125×125×8JB/T7643.3-2008
3.4.4冲孔凹模固定板
为了方便安装导料板和卸料板冲孔凹模采用矩形固定板固定在下模座上。

凹模外形公式[3]
为
H=Kb ≧15mm
C=（1.5～2）H ≥30～40mm L=b D +2C B=a D +2C 式中b 为工件最大外形尺寸 H 为凹模厚度（高度） C 为凹模壁厚
K 为系数，由表3-29[3]
选用 a D 、b D 为凹模刃口尺寸
由以上公式计算得L=124mm ，B=124mm 。

查表6-21[4]
取矩形固定板160×125×40 JB/T7643.2-2008.
3.4.5定位装置的设计
（1)导料板 据计算得级进模上导料板长度为312.3mm 宽为46.7mm 。

查表8-14[4]
取导料板315×50×12JB/T7648.5-2008.
（2)始用挡料销[4]
查JB/T7649.1-2008得，始用挡料销71×8
JB/T7649.1-2008。

（3）固定挡料销[4] 级进模第二工位用作送料步距的定位需用一个固定挡料销。

查JB/T7649.10-2008得，固定挡料销取A16 JB/T7649.10-2008。

（4）导正销[4]
第三工位有切断和弯曲两道工序弯曲该L 形制件，故在弯曲凸模上安装一个导正销以保证凸、凹模的间隙和制件的精度要求。

查JB/T7647.4-2008取D 型导正销20×16JB/T7647.4-2008。

3.4.6卸料板
由于料厚t=3mm ，故采用固定卸料板查表9-14[4]
得卸料板厚为8mm ，查表9-17[4]
得卸料板与凸模单边间隙值z/2=0.3mm 。

3.4.7紧固件及其它零件的选用
螺钉和销钉的选择（国家标准）
(1） 上模座、垫板、凸模固定板采用螺钉固定，规格分别为： 螺钉 2个M10x60 参照GB/T70.1—2000 4个M10x65 参照GB/T70.1—2000 销钉 4个6m6X60 参照GB/T119.1-2000 (2） 下模座、凹模，采用螺钉固定，规格分别为： 螺钉 6个M10x90 参照GB/T70.1—2000 2个M12x100 参照GB/T70.1—2000 销钉 2个8m6X70 参照GB/T119.1-2000 2个8m6X80 参照GB/T119.1-2000
3.4.8 弹性元件的选用
弹簧的设计[6]
（1）每个弹簧所承受的负荷n F F X /= ， 顶件块工作时的顶件力 N F 3600=顶
根据模具的安装，拟选用1根弹簧，则每根弹簧的负荷为：
预F =1卸
F =3.6kN
（2）考虑到模具的结构尺寸，对初选弹簧参数为[6]
： d=10mm ， D ＝60mm ，L=110mm ， F J =1200， n=5.4
J h =32.8，f =3.79mm (3）确定弹簧的预压量[6]
由于弯曲初始状态所需顶件力不大且考虑到螺栓长度的限制，取弹簧预压缩量为h 预=2mm 。

(4）检查弹簧的最大压缩量是否满足。

31
1282=++=++修磨工作预h h h
式中 预h ——弹簧的压缩量
工作h ——卸料板工作行程, 修磨h ——凸凹模修磨量, 修磨h =1 则J h =32.8＞31 故设计合理 弹簧装配高度为110-2=108mm 。

4 冲压设备的选择和校核
(1）设备选择
弯曲时，有上述计算可知，总的冲压工艺压力F 总为： F 总= 104.92KN
一般情况下，压力机的公称压力应大于或等于冲压总工艺力的1.3倍[3]
，可以取压力机的压力为
F 压机≥1.3 F 总 代入数据得： F 压机≥136.4KN
查表9-9[8]，初选压力机JC-3-35，其主要技术参数为： 公称压力：350KN 滑块行程：70mm 滑块行程次数：120/min 最大闭合高度：280mm 闭合高度调节量：60mm
工作台尺寸：mm mm 380610⨯ 模柄孔尺寸：mm mm 200290⨯ （2）设备校核[3]
经计算得，下模座最大外形尺寸435mm ×270mm,长度方向单边小于压力机工作台（610-435）/2=87.5mm ；下模座平面尺寸单边大于压力机工作台孔（435-290）/2=72.5mm 弹顶器距离工作台孔边缘长度
mm 8.155.725.788.1062
315
435=--+-满足安装要求； 模具闭合高度45+8+81-25+40+55=204mm 小于压力机最大闭合高度。

综上，此设备合适。

5模具工作过程
模具的工作过程大体为：压力机滑块下行过程中，通过上模座和垫板带动第三工位的弯曲凸模（同时也是切断凸模）和第一工位的冲孔凸模一起向下运动。

但弯曲凸模比冲孔凸模设计长度要长，弯曲凸模首先接触板料并与切断凹模共同作用将条料切断。

然后冲孔凸模与板料接触，在冲孔凹模的共同作用下冲孔；与此同时条料也与弯曲凹模接触并发生弯曲。

滑块继续下行，第一工位的冲孔结束，冲孔凸模进入冲孔凹模，第三工位弯曲继续进行直至滑块到达下止点时弯曲完成。

6 设计总结
本次冲压工艺与模具设计课程设计得到以下结论：
一，模具设计应该尽量采用标准件以降低设计难度和加工成本；
二，对于尺寸精度要求不高且生产批量较小的弯曲件应尽量采用单工序模具加工，而当大批量生产且涉及到多道工序时要采用级进模以提高精度和缩短生产周期；
三，设计过程中遇到的计算和取值问题，尽量采用系统的数学方法计算，对于无法用数学公式计算或计算误差较大的可根据前人经验取值；
四，模具工作零件的设计和模架的选择是相辅相成的应综合考虑；
五，对于L型件的弯曲应考虑模具工作零件受力的不均衡性，并且采用反侧压块平衡模具受力或采用成对弯曲再剖分的方法来解决；
六，对于模具尺寸较大并且成型件压力中心难以确定时上模座与压力机滑块的固定方式以采用压板固定或螺栓固定为宜。

七，在满足精度要求和装配要求的情况下，模具非标准零件尽量采用较低的粗糙度、垂直度、和圆柱度等。

参考文献
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