冲压模具设计实例－U形弯曲件模具设计论文中磊教育

冲压模具设计步骤：

（一）零件工艺性分析（图1）

工件图为图15所示活接叉弯曲件，材料45钢，料厚3mm。其工艺性分析内容如下：

 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。

2.结构分析

零件结构简单，左右对称，对弯曲成形较为有利。可查得此材料所允许的最小弯曲半径，而零件弯曲半径，故不会弯裂。另外，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，卸载后弯曲件圆角半径的变化可以不予考虑，而弯曲中心角发生了变化，采用校正弯曲来控制角度回弹。

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。

4.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。

（二）工艺方案的确定

零件为U形弯曲件，该零件的生产包括落料、冲孔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。

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，且用复合模生产的冲压件形位精度和尺寸精度易保证，生产效率较高。但由于该零件的孔边距为4.75mm，小于凸凹模允许的最小壁厚6.7mm，故不宜采用复合冲压工序。

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。

通过对上述三种方案的综合分析比较，该件的冲压生产采用方案三为佳。

（三）零件工艺计算

1.弯曲工艺计算

（1）  （1）毛坯尺寸计算（图2）

对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，所以坯料展开长度为由于零件宽度尺寸为18mm，故毛坯尺寸应为64mm×18mm。弯曲件平面展开图见图16，两孔中心距为46mm。

（2）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，校正弯曲时的弯曲力和顶件力为对于校正弯曲，由于校正弯曲力比顶件力大得多，故一般可以忽略，即 ≥生产中为安全，取≥，根据压弯力大小，初选设备为JH23—25。

2.冲孔落料连续模工艺计算

（1）刃口尺寸计算

由图3-2可知，该零件属于一般冲孔、落料件。根据零件形状特点，冲裁模的凸、凹模采用分开加工方法制造。尺寸18mm、R9mm由落料获得，2×φ8.5mm和46±0.31mm由冲孔同时获得。查得凸、凹模最小间隙，最大间隙，所以。

按照模具制造精度高于冲裁件精度3～4级的原则，设凸、凹模按IT8制造，落料尺寸，凸、凹模制造公差，磨损系数取0.75。冲孔尺寸，凸、凹模制造公差，磨损系数取0.5。根据冲裁凸、凹模刃口尺寸计算公式进行如下计算：

落料尺寸，校核不等式≤，代入数据得。说明所取的与合适，考虑零件要求和模具制造情况，可适当放大制造公差为   。

将已知和查表的数据代入公式得故落料凸模和凹模最终刃口尺寸为。

落料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

冲孔：

校核，代入数据得：。说明所取的与合适，考虑零件要求和模具制造情况，可适当放大制造公差为：， 。

将已知和查表的数据代入公式得

故冲孔凸模和凹模最终刃口尺寸为：，。

孔心距46±0.31mm

因为两个孔同时冲出，所以凹模型孔中心距为 

（2）  排样计算

分析零件形状应采用单直排的排样方式，零件可能的排样方式有如图17所示两种。

比较方案a和方案b，方案a是少废料排样，显然材料利用率高，但因条料本身的剪板公差以及条料的定位误差影响，工件精度不易保证，且模具寿命低，操作不便，排样不适合连续模，所以选择方案b。同时，考虑凹模刃口强度，其中间还需留一空工位。现选用规格为3mm×1000mm×1500mm的钢板，则需计算采用不同的裁剪方式时，每张板料能出的零件总个数。

经查得零件之间的搭边值，零件与条料侧边之间的搭边值，条料与导料板之间的间隙值，则条料宽度为 

步距 

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，则一张板材能出的零件总个数为 

计算每个零件的面积，则材料利用率为。排样图如图18所示。

3.冲裁力计算

此例中零件的落料周长为148.52mm，冲孔周长为26.69mm，材料厚度3mm，45钢的抗剪强度取500MPa，冲裁力基本计算公式。则冲裁该零件所需落料力 

冲孔力     

模具结构采用刚性卸料和下出件方式，所以所需推件力为 

计算零件所需总冲压力

初选设备为JC23—63。

4.压力中心计算（图5）

零件为一对称件，所以压力中心就是冲裁轮廓图形的几何中心，但由于采用级进模设计，因此需计算模具的压力中心。排样时零件前后对称，所以只需计算压力中心横坐标，如图19所示建立坐标系。设模具压力中心横坐标为（计算时取代数值），则有即    ，解得    所以模具压力中心坐标点为（-31.2 , 0）。

（四）冲压设备的选用

1. 冲孔落料连续模设备的选用

根据冲压力的大小，选取开式双柱可倾台压力机JC23—63，其主要技术参数如下：

公称压力：630kN

滑块行程：120mm

最大闭合高度：360 mm

闭合高度调节量：80 mm

滑块中心线到床身距离：260mm

工作台尺寸：480 mm×710 mm

工作台孔尺寸：φ250mm

模柄孔尺寸：φ50 mm×80 mm

垫板厚度：90 mm

2.弯曲模设备的选用

根据弯曲力的大小，选取开式双柱可倾台压力机JH23—25，其主要技术参数如下：

公称压力：250kN

滑块行程：75mm

最大闭合高度：260 mm

闭合高度调节量：55mm

滑块中心线到床身距离：200mm

工作台尺寸：370 mm×560mm

工作台孔尺寸：φ260mm

模柄孔尺寸：φ40 mm×60mm

垫板厚度：50 mm

（五）模具零部件结构的确定

1.冲孔落料连续模零部件设计

（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             

所以，凹模的总长，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。凹模的宽度。

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。

（3）  （2）其它零部件结构（图6）

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。

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如图20所示。则其承受的压应力为 

查得铸铁模板的为90～140MPa，故 。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。

2.弯曲模主要零部件设计

根据工件的材料、形状和精度要求等，弯曲模采用非标准模架。下模座的轮廓尺寸为255mm×110mm。

（1）工作部分结构尺寸设计

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较小时，凸模圆角半径取等于零件的弯曲半径，即。

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。

3）凹模深度（图7）

凹模深度过小，则坯料两端未受压部分太多，零件回弹大且不平直，影响其质量；深度过大，则浪费模具钢材，且需压力机有较大的工作行程。该零件为弯边高度不大且两边要求平直的U形弯曲件，则凹模深度应大于零件的高度，且高出值，如图21所示。

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

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

（2）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 

    认为自由状态时，顶件板与凹模平齐，所以 

    由上两个公式取。

2）确定橡胶垫的横截面积 

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       

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 

4）校核橡胶垫的自由高度 

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。

（六）冲孔落料连续模装配图

有了上述各步计算所得的数据及确定的工艺方案，便可以对模具进行总体设计并画出冲裁装配图如图22所示。

模具闭合高度H模=45+8+20+15+14+12+25+50=189mm。

（七）弯曲模具装配图

由上述各步计算所得的数据，对弯曲模具进行总体设计并画出装配图如图23所示。（图8）

模具闭合高度H模=40+20+4+103=167 mm。（图9）

 第二部分  编写设计计算说明书应考虑的问题

一、设计计算说明书的内容与要求

设计计算说明书应以计算内容为主，要求写明整个设计的主要计算及简要的说明。

对于计算过程的书写，要求写出公式并注明来源，同时带入相关数据，直接得出运算结果。

在设计计算说明书中，还应附有与计算有关的必要简图，如压力中心计算中应绘制零件的排样图；确定工艺方案时应绘制多种工艺方案的结构图，以便于比较。

设计计算说明书应在全部计算及全部图样完成之后整理编写，主要内容有冲压件的工艺性分析，毛坯的展开尺寸计算，排样方式及经济性分析，工艺过程的确定，工序件的形状及尺寸计算，模具结构形式的合理性分析，模具主要零件的结构形式、材料选择、公差配合和技术条件，凸、凹模工作部分的尺寸计算，冲压力计算，压力中心的确定，弹性元件的选用等。具体概括如下：

1.      1.目录

2.      2.设计任务书

3.      3.工艺方案分析及确定

4.      4.工艺计算

5.      5.模具结构设计

6.      6.模具零部件工艺设计

7.      7.参考资料目录

8.      8.结束语

二、设计总结

总结与答辩是冷冲压模具课程设计的最后环节，是对整个设计过程的系统评价和总结。学生在完成全部图样和编写设计计算说明书之后，应全面分析此次设计中存在的优缺点，找出设计中应注意的问题，掌握模具设计的一般步骤和方法，通过总结，提高分析问题和解决问题的能力。设计过程中的问题与不足，搞清尚未弄懂的、甚至不理解和没有考虑到的问题，从而获得更大的收获，完满的达到整个设计的目的及要求。