中心轴托架模具及其弯曲工艺设计

第一章工艺分析

一、工件分析

二、确定工艺方案

三、工艺方案的比较

四、毛坯展开尺寸计算

五、弯外角的计算

六、弯内角的计算

七、凸凹模宽度尺寸的计算

八、排样方案及其计算

九、各工序冲压力的计算和设备的选取

十、制定工艺卡片

第二章弯外角模具结构件的选择

一、模架设计

二、冲模闭合高度计算

三、模柄

四、压力中心的计算

五、凸凹模的结构设计

六、卸料装置

七、卸料弹簧的选择和安装

八、定位装置

九、模具的总装图及爆炸图

第三章弯内角模具结构设计

一、模架

二、模柄

三、凸凹模结构设计

四、推件装置

五、定位装置

六、凹模固定板

七、螺钉和螺销

八、模具总装图及爆炸图

第一章工艺分析

加工工艺的确定需要考虑多种因素，最重要的是要兼顾质量及效率。下面将对托架的加工工艺选择做详细阐述。

一、工件分析

此模具用于加工下图所示的机床中心轴托架，材料为08钢。

图3-1 工件二维图

该工件是中心轴托架工件，φ10mm孔内装有心轴，托架通过4个φ5孔及机身连接，为保证良好的装配工件，5个孔的公差等级均为IT9级，表面不允许有严重的划伤，该零件选用08钢，其弯曲半径均大于该种材料的最小弯曲半径，且工件精度要求不高，不需要校形，所有的孔可用高精度冲模冲出。因此，该零件还可以用冷冲压加工成形。

本设计只考虑工件的弯曲。弯曲件的工艺性主要考虑以下几个方面。

（1）弯曲半径

弯曲件的弯曲半径不宜过大和过小。过大因受回弹的影响，弯曲件的精度不宜保证；过小时会产生拉裂。弯曲半径应大于材料的许可最小半径，否则应采用多次弯曲并增加中间退火的的工艺，或者是先在弯曲角内侧压槽后再进行弯曲。

（2）直边高度

保证弯曲件直边平直的直边高度H不应小于2t(t为弯曲件厚度)，否则需先压槽或加高直边（弯曲后再切掉），如图3-3所示。

（3）孔边距

如果弯曲毛坯上有预先冲制的孔，为使孔不发生变化，必需使孔置于变形区之外，即孔边距L（图3-4）应符合以下关系。

当弯曲件厚度t<2mm时，L≥t；t≥2mm时，L≥2t。

图3-3 弯曲直边高度要求图3-4 孔边距

图中工件两边的孔边距为11mm（>1.5mm）,中心孔φ10mm孔边距为7.5mm （>1.5mm）,均满足要求。

（4）形状及尺寸的对成性

弯曲件的形状及尺寸应尽可能对称，高度也不应相差太大。当冲压不对称弯曲件时，因受力不均匀，毛坯容易偏移，尺寸不易保证。为防止毛坯的偏移，在设计模具时应考虑增设压料板、定位销等定位零件。如图3-1所示，本次设计的工件形状完全对称。

（5）部分边缘弯曲

当局部弯曲某一段边缘时，为了防止在交界处由于应力集中而产生断裂，可预先冲裁卸荷孔或切槽，也可以将弯曲线移动一段距离，以远离尺寸突变处。

二、确定工艺方案

根据给出的工件结构进行详细分析得出：冲压该零件所需的基本孔为冲孔、落料及弯曲，其弯曲工艺方案有三种，因此，冲压工艺方案可以有以下几种。

方案一：首先为冲孔（φ10mm）和落料的复合，然后为弯曲外部两角并使中间预弯45°，然后弯曲中间两角，最后冲4个孔（φ5mm），弯曲部分如图3-5所示。

方案二：首先为冲孔（φ10mm）和落料的复合（同方案一），然后弯外部两角，然后压弯中间两角，最后冲4个孔（φ5mm，同方案一），如图3-6所示。

图3-5 方案一工件变形路线图图3-6 方案二工件变形路线图

方案三：首先冲孔（φ10mm）和落料的复合（同方案一）直接压弯四角，最后冲4个孔（φ5mm，同方案一）如下图

图3-7 方案三工件变形路线图

方案四：冲孔（φ10mm），切断，弯外角，再弯内角，最后冲4个φ5mm孔（同方案一）。

方案五：冲孔（φ10mm），切断，弯四角，冲4个φ5mm孔（同方案一）

方案六：全部工序合并，采用带料级进冲压成形。

三、工艺方案的比较

综合运用弯曲模成型原理和模具设计技术对上述六个方案进行比较，可以得出如下结论。

①方案一的优点是：模具结构简单，寿命长，模具的制造周期短；工件的回弹容易控制，尺寸和形状准确，表面质量高；除工序一外，各工序都能用φ10mm 孔和一个侧面定位，定位基准一致且及设计基准重合，操作也比较方便。缺点是：工序分散，所用模具、压力机和操作人员较多，工作量较大。

②方案二和方案一相比，零件的回弹难以控制，尺寸和形状不明确，且同样存在工序分散、劳动量大、占用设备的缺点。

③方案三的工序比较集中，占用设备和人员少，但是模具寿命低，工件表面有划伤，厚度变薄，回弹不易控制，尺寸的控制不够精确。

④方案四的成形过程本质及方案三相似。

⑤方案五本质上业也及方案三相同，只是采用了结构比较复杂的级进复合模。

⑥方案六的特点是采用高度集中的连续模完成方案一中分散的各工序。其生产率很高，但模具结构复杂，安装、调试、维修比较困难，制造周期长。

通过比较可以得出，当进行小批量生产时宜选择方案一。但是进行大量生产

时应采用方案六，即级进模生产的方式。本次设计针对单件、小批量生产，故综合各种因素，采用方案一。 四、毛坯展开尺寸计算

首先根据工件结构图进行毛坯展开尺寸的计算，工件尺寸如图3-8所示 由《冲压工艺及模具设计》式（3-12）可得

)(659.107r 2

L L 0i i mm t x =+∑

+=）（π

式中：L i --------直边长度； r i ----------弯曲半径； x 0----------应变中性层位移系数。

图3-8 工件尺寸

考虑到弯曲时板料纤维的伸长，实际毛坯取L=107mm 。 五、弯外角的计算

按照工艺方案一，首先应弯两45°外角，故对其进行工艺计算。

凸模圆角半径：R/t =1.5/1.5 =1,大于其最小圆角半径，则r 凸=1.5mm 。 由《冲压工艺及模具设计》圆角半径选用原则可知，t=1.5mm<2mm 时， r 凹=（3～6）t,故取

）

（凹mm 6.514t 4r =⨯== 弯曲件凹模深度L 0的计算如图5-9所示

凹模深度L 0要适当。若L 0过小，则弯曲件两端的自由部分长，回弹大且不平直；如果L 0过大，则凹模用料过多，且需要较大行程的冲床。因此，L 0的大小要根据弯曲件的要求确定。如弯曲件直边的平直度要求高且冲床行程足够大时，可采用较大的凹模深度。弯曲时，弯曲件全部被压入凹模中。

图3-9 首次弯曲尺寸

通过粗略的几何计算可得

）

（mm 22b = ）

（mm 5.51545bsin L 0=︒= 考虑到下一次弯曲会是工件变薄伸长，故L 0取15mm 。