弯曲模设计综合实例

弯曲模设计
落料尺寸具体计算：
180 0.43 mm
L凹 (Lmax X )0 凹 (18-0.75 0.43)00.108mm 17.67800.108 mm
0 L凸 ( LA Zmin )0 凸 (17.678-0.48)-0.072 mm 17.19800.072 mm
弯曲模设计
模具是否需要采用垫板，以承压面较小的凸模进行计算， 冲孔凸模承压面的尺寸由凸模头部尺寸确定。则其承受的压应 力为
F (52 7)kN 334MPa A 152 mm2 4
查得铸铁模板的 [ p ] 为90～140MPa，故 [ p ] 。因 此需采用垫板，垫板厚度取8mm。 模具采用压入式模柄，根据设备的模柄孔尺寸，应选 用规格为A50×105的模柄 。
步距为
S D a1 18 3.2 21.2mm
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由于弯曲件裁板时应考虑纤维方向，所以只能采 用横裁。即裁成宽71.5mm、长1000mm的条料，则 排样图应为
弯曲模设计 3.冲压力计算
零件的落料周长为148.52mm，冲孔周长为26.69mm，材
料厚度3mm，45钢的抗剪强度取500MPa，则 落料力 冲孔力 推件力 冲压力
弯曲模设计
（3）弹顶装置中弹性元件的计算 由于该零件在成型过程中需压料和顶件，所以模具采用弹 性顶件装置，弹性元件选用橡胶，其尺寸计算如下
1）确定橡胶垫的自由高度
H 0 3.5 ~ 4）H 工 （
H 工 rA h0 h (8 5 25)mm 38mm
所以取 H 0 140mm
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（5）U形件弯曲凸、凹模横向尺寸及公差 零件标注内形尺寸时，应以凸模为基准，间隙取在凹模 上。而凸、凹模的横向尺寸及公差则应根据零件的尺寸、公 差、回弹情况以及模具磨损规律而定。因此，凸、凹模的横向 尺寸分别为
L凸 ( Lmin 0.75)0 凸 (18.5 0.75 0.5)00.033 mm 18.87500.033 mm
由于零件宽度尺寸 为18mm，故毛坯尺寸
90
180
(2 0.28 3)]
应为64mm×18mm。
弯曲模设计 弯曲力计算：
弯曲力是设计弯曲模和选择压力机的重要依据。 该零件是校正弯曲，故顶件力可以忽略，其校正弯 曲时的弯曲力为
F校 Ap 2518120 54kN
生产中为安全，取 F压力机 ≥ 1.8F校 1.8 54 97.2kN ，根 据压弯力大小，初选设备为JH23—25（P12）。
L凹 (LT 2Z )0凹 (18.875 2 3.3)00.052 mm 25.47500.052 mm
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制坯模工艺计算与模具设计
一、冲孔落料级进模工艺计算 由以上计算可知，弯曲件的坯料形状及尺寸如下图所示， 材料为45钢，料厚3mm。零件的生产方案在工艺性分析中明 确为冲孔落料级进模，其工艺计算主要内容包括：刃口尺寸计 算、排样计算、冲压力与压力中心计算。
和弯曲三个基本工序，可有以下三种工艺方案：

方案一：先落料，后冲孔，再弯曲。采用三套单工 序模生产。 方案二：落料—冲孔复合冲压，再弯曲。采用复合

模和单工序弯曲模生产。

方案三：冲孔—落料连续冲压，再弯曲。采用连续
模和单工序弯曲模生产。
弯曲模设计

方案一模具结构简单，但需三道工序三副模具，生产效率较 低。 方案二需两副模具，精度高、生产效率较高。但由于该零件 的孔边距为4.75mm（P127），小于凸凹模允许的最小壁厚 6.7mm（P102，表4-4），故不能采用复合冲压工序。 方案三也需两副模具，生产效率也很高，但零件的冲压精度 稍差。欲保证冲压件的形位精度，需在模具上设置导正销导 正，故其模具制造、安装较复合模略复杂。
孔心距46±0.31mm
' L / 8 46 0.62 / 8 46 0.078mm L凹
弯曲模设计 2.排样计算
可能的排样方案：
方案a：少废料排样，材料利用率高，但工件精度不易保证，且模具寿 命低，操作不便。 方案b：材料利用率较a）低，但生产零件精度高，便于操作。同时， 考虑凹模刃口强度，其中间需留一空工位。
F总 F1 F2 FT (289.6 104.1 53)kN 446.7kN
初选设备JC23—63。
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4.压力中心计算
零件采用级进模生产， 所以需计算模具的压力中心。 如图建立坐标系，则有：
F1 (42.4 x0 ) F2 x0
289.6 (42.4 x0 ) 104.1 x0
弯曲模设计 工作零件设计与计算：
（1）凸模圆角半径 在保证不小于最小弯曲半径值的前提下，当零件的相对圆 角半径 r / t 较小时，凸模圆角半径取等于零件的弯曲半径， 即 rp r 2mm 。
（2）凹模圆角半径
凹模圆角半径不应过小，以免擦伤零件表面，影响冲模的 寿命，凹模两边的圆角半径应一致，否则在弯曲时坯料会发生 偏移。根据材料厚度取 rd (2 ~ 3)t 2.5 3mm 8mm 。
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（3）凹模深度 由于该零件为弯边高度不大 且两边要求平直的U形弯曲件， 所以凹模深度应大于零件的高度， 且高出值 h0 5mm 。 （4）凸、凹模间隙
根据U形件弯曲模凸、凹模单边间隙的计算公式得
Z t max Ct t Ct (3 0.18 0.04 3)mm 3.3mm
弯曲模设计 模具结构图
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三、弯曲模零部件设计
（1）模座的设计 模具采用无导向模架，且为非标准件，只有下模座。初定 其底板厚度为45mm。底板上部铸有一体的左右挡块，以平衡 弯曲时的侧向力。两挡块的厚度为45mm，高度与弯曲凹模高 度相等等于58mm。 （2）模柄 模具采用槽型模柄与弯曲凸模之间相连组成上模，因模具 选用的设备为JH23—25，所以选用规格为50×30的槽型模 柄。
T A
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1.刃口尺寸计算
根据零件形状、厚度与精度要求，决定采用分开制造法计 算凸、凹模的刃口尺寸。 落料尺寸：18mm、R9mm；冲孔尺寸：2×φ8.5mm、 46±0.31mm 。查得凸、凹模最小间隙 Z min 0.48mm ，最大间 隙 Z max 0.66mm 。取凸、凹模的制造公差为IT8，则 落料尺寸 180 0.43 mm，凸、凹模制造公为 凸 凹 0.027mm ， 磨损系数X=0.75。 0.36 冲孔尺寸8.50 mm，凸、凹模制造从为 凸 凹 0.022mm ， 磨损系数X=0.5。 经校验，以上两尺寸均满足不等式凸 凹 ≤ Z max Z min ，且由 于数值相差较大，所以调整凸模的制造公差为凸 0.072mm ， 凹模的制造公差为 凹 0.108mm 。
R9mm，属于半边磨损尺寸。由于是圆弧曲线，应该与 落料尺寸18mm相切，所以其凸、凹模刃口尺寸取为
1 R凹 17.6780 0.108/2 mm 8.83900.054 mm 2
1 R凸 17.1980 0.072/2 mm 8.59900.036 mm 2
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（3）精度分析 零件上只有1个尺寸有公差要求，由公差表查得 其公差要求属于IT14，其余未注公差尺寸也均按 IT14选取，所以普通弯曲和冲裁即可满足零件的精 度要求。 结论：由以上分析可知，该零件冲压工艺性良好， 可以冲裁和弯曲。
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工艺方案的制定：
零件为U形弯曲件，该零件的生产包括落料、冲孔
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2）确定橡胶垫的横截面积A 查得圆筒形橡胶垫在预压量为10%~15%时的单位压力为 0.5MPa，所以
A FD / p 5000/ 0.5 10000 2 mm
3）确定橡胶垫的平面尺寸 根据零件的形状特点，橡胶垫应为圆筒形，中间开有圆 孔以避让螺杆。结合零件的具体尺寸，橡胶垫中间的避让孔 尺寸为φ17mm，则其直径D为
冲孔尺寸计算：
8.500.36 mm
d凸 (dmin X )
0 凸
(8.5 0.5 0.36)
0 0.072
mm 8.68
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0 0.072
mm
d凹 (dT Zmin )0凹 (8.68 0.48)00.108 mm 9.1600.108 mm
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完成图示弯曲件的模具设计
材料：45钢，料厚：3mm
（1）材料分析 45钢为优质碳素结构钢，具有良好的弯曲成形性能。
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（2）结构分析 零件结构简单，左右对称，对弯曲成形较为有利。 查得此材料所允许的最小弯曲半径1.5mm，而零 件弯曲半径为2mm，故不会弯裂。 零件上的孔位于弯曲变形区之外，所以弯曲时孔 不会变形，可以先冲孔后弯曲。 计算零件相对弯曲半径 r / t 0.67 5 ，卸载后弯曲 件圆角半径的变化可以不予考虑，而弯曲中心角 发生的变化，可以采用校正弯曲来控制。
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排样尺寸确定： 选用规格为3mm×1000mm×1500mm的钢板 ，查得零 件之间的搭边值 a1 3.2mm， 零件与条料侧边之间的搭边值 a 3.5mm ，条料与导料板之间的间隙值 C 0.5mm ，则条料宽 度为
B (Dmax 2a C) 0 (64 2 3.5 0.5) 0 0.8 mm 71.50 0.8 mm
C (1.5 ~ 2) H 1.8 25mm 46mm
L 56 2 46 148 mm ，为了保证凹模结构 对称并有足够的强度，将其长度增大到163mm。 凹模宽度 B 64 2 46 156 mm
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模具采用后侧导柱模架，根据以上计算结果，查得模架规 格为：上模座 200mm×200mm×45mm； 下模座 200mm×200mm×50mm； 导 柱 32mm×160mm； 导 套 32mm×105mm×43mm。 （2）其它零部件结构 凸模固定板与凸模采用过渡配合关系，厚度取凹模厚度的 0.8倍，即20mm，平面尺寸与凹模外形尺寸相同。 卸料板的厚度与卸料力大小、模具结构等因素有关，取其 值为14mm。 导料板高度查表取12mm，挡料销高度取4mm。
D A 4

10000
4

113mm
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4）校核橡胶垫的自由高度
橡胶的高径比
H 0 140 1. 2 D 113
橡胶垫的高径比在0.5~1.5之间，所以选用的橡胶垫 规格合理。橡胶的装模高度约为0.85×140=120mm。
x0 31.2mm
模具压力中心坐标点为（-31.2 , 0）。
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二、冲孔落料级进模零部件设计
（1）标准模架的选用 标准模架的选用依据为凹模的外形尺寸，所以应首先计算 凹模周界的大小。根据凹模高度和壁厚的计算公式得 凹模高度 凹模壁厚 凹模总长
H Kb 0.35 64 mm 25mm
F1 1.3 148.52 3 500 289614 289.6kN N
F2 2 1.3 26.69 3 500 104091 104.1kN N
FT NK T ( F1 F2 ) 9 0.045 (289 .6 104 .1)kN 53kN 3
结论：采用方案三为佳。


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坯料展开尺寸计算： 该例属于有圆角半径的弯曲件，由于变薄不严重，按 中性层展开的原理，坯料总长度应等于弯曲件直线部 分和圆弧部分长度之和，可查得中性层位移系数 x=0.28，所以坯料展开长度为
LZ (16 9 5) 2 (25 10) 2 [ 63.9 64mm