卡夹圆形弯件冲压模具设计

I 目录 摘 要 .1 前言 .2 1.成形工艺性分析 .3 1.1 分析零件的冲压工艺性并确定工艺方案 .3 1.2 成形件的工艺性 .3 1.3 最小相对弯曲半径的确定 .4 2.弯曲成形件的结构工艺性分析 .6 2.1 最小弯曲成形半径 .6 3.改进零件的结构设计 .7 3.1 采用热处理工艺 .7 3.2 从模具结构采取措施 .7 4.成形工艺力的计算 .9 4.1 成形力近似弯曲力的计算公式 .9 4.2 压力机吨位的确定 .9 5.成形模主要工作零件结构参数的确定 .10 5.1 成形凸模和凹模的圆角半径 .10 5.2 凹模工作部分深度 .10 5.3 弯曲凹、凸模的间隙 .11 6 模具总体设计 .12 6.1 模具主要零部件的设计 .12 6.2 冲压设备的选择 .13 6.3 选定设备 .14 6.4 绘制模具总图 .14 6.5 绘制模具非标准零件图 .15 7 模具总体设计 .16 7.1 模具类型的选择： .16 7.2 定位方式的选择 .16 7.3 卸料出件方式的选择 .16 总 结 .18 致 谢 .20 参考文献 .21 1 摘 要 随着全球经济一体化的深入，模具工业在国民经济中所发挥的作用越来越明显。 模具设计水 平的高低直接影响产品的质量及生产效率。 设计本模具是为了制造卡夹圆形弯件。设计中分析了零件的结构及工艺性，拟订 该零件的冲压工艺为“ 落料 -弯曲成形” ，讨论了弯曲 成形零件毛坯展开形状和尺寸的确 定方法，设计了弯曲成形模，对关键零件的结构设计作了详细阐述，并指出了模具设 计时的注意事项。其中，弯曲成形是本设计的重点， 由于模具设计是一种经验性较强的设计，经过长期发展积累了大量丰富的冲压工 艺技术资料， 在设计模具时必然要借鉴这些经验数据，含括了弯曲模、成形模中常用 的工艺数，据以及模具材料的选取和压力机基本参数等等. 本模具性能可靠，运行平稳，能够适应大批量生产要求，提高了产品质量和生产效 率，降低劳动强度和生产成本。 关键词：弯曲模具； 板料 ； 弯曲成形 2 前言 我国模具工业从起步到飞跃发展，历经了半个多世纪，近几年来，我国模具技术有 了很大发展，模具水平有了较大提高。大型、精密、复杂、高效和长寿命模具又上了新 台阶。大型复杂冲模以汽车覆盖件具为代表，我国主要汽车模具企业，已能生产部分轿 车覆盖件模具。体现高水平制造技术的多工位级进模、覆盖面大增，已从电机、电铁芯 片模具，扩大到接插 件、电子零件、汽车零件、空调器散热片等家电零件模具上。塑料 模已能生产 34、48 大屏幕彩电塑壳模具，大容量洗衣机全套塑料模具及汽车保险杠和 整体仪表板等塑料模具。塑 料模热流道技术更臻成熟，气体铺助注射技术已开始采用。 压铸模方面已能生产自动扶梯整体梯级压铸模及汽车后轿齿轮箱压铸模等。模具质量、 模具寿命明显提高；模具交货期较前缩短。模具 CAD/CAM/CAE 技术相当广泛地得到应 用，并开发出了自主版权的模具 CAD/CAE 软件。电加工、数控加工在模具制造技术发展 上发挥了重要作用。 模具加工机床品种增多，水平明显提高。快速经济制模技术得到了进一步发展，尤 其这一领域的高新技术快速原型制造技术(RPM)进展很快，国内有多家已自行开发出达到 国际水平的相关设备。模具标准件应用更加广泛，品种有所扩展。模具材料方面，由于 对模具寿命的重视，优质模具钢的应用有较大进展。正由于模具行业的技术进步，模具 水平得以提高 ，模具国产化取得了可喜的成就。历年来进口模具不断增长的势头有所控 制，模具出口稳步增长。 以大型冲模覆盖件模具为代表。我国已能生产部分轿车覆盖件模具。如东风汽车公 司冲模厂，已设计制造了富康轿车部分内覆盖件模具。一汽模具中心生产了捷达王轿车 外覆盖件模具。轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点。 可代表覆盖件模具的水平。在设计制造方法，手段上面已基本达到了国际水，模具结构 功能方面也接近国 际水平，在轿车模具国产化进程中前进了一大步。但在制造质量、精 度、制造周期和成本方面，与国外相比还存在一定的差距。 3 第 2 章 成形工艺性分析 材料:Q235； 厚度:1.5mm； 零件简图:如图 1 所示； 图 1-1 工件图; 2.1 分析零件的冲压工艺性并确定工艺方案 弯曲成形模没有固定的结构型式，有可能设计得很简单，也可能设计得很复杂，这需 要根据工件的材料性能、形状、精度要求和产量进行综合分析，确定模具结构型式。本 工件属于圆形弯曲，其外形要弯曲成如图说是的封闭圆形，确定工艺方案为落料一弯曲 成形两个个工序。本次设计主要完成弯曲成形工艺，达到如图 1 所示的工件。 2.2 成形件的工艺性 2.2.1 成形件的结构特点 弯曲件的形状前后对称、宽度相同，相应部位的圆角半径左右相等，以保证弯曲时 毛坯不会产生侧向滑动。 2.2.2 弯曲件的圆角半径 4 材料只有产生塑性变形才能形成所需的形状。为了实现弯曲件的形状，弯曲圆角半 径最大值没有限制。例如，可以将 厚的铁板卷成 圆桶，只要计算或实验m3.0m30 出其回弹量，就可以制出所需的形状。然而，板料弯曲的最小半径是有限度的，如果弯 曲半径过小，弯曲时外层材料拉伸变形量过大，而使拉应力达到或超过抗拉强度 ，则b 板料外层将出现断裂，致使工件报废。 2.2.3 弯曲成形的工艺分析 弯曲件的工艺性是指弯曲件的形状、尺寸、材料的选用及技术要求等是否满足弯曲 加工的工艺要求。具有良好冲压工艺性的弯曲件，不仅能提高工件质量，减少废品率， 而且能简化工艺和模具结构，降低材料消耗。 2.3 最小相对弯曲半径的确定 2.3.1 最小相对弯曲半径的概念 最小相对弯曲半径是指：在保证毛坯弯曲时 外表面不发生开裂 的条件下，弯曲件内 表面能够弯成的最小圆角半径与坯料厚度的比值，用 来表示。该值越小，板料弯trmin 曲的性能也越好。 2.3.2 影响最小弯曲半径的因素 材料的力学性能、工件的弯曲中心角 、板料的表面质量与剪切断面质量、板料宽度 的影响、板材的方向性。 表 1-1 最小相对弯曲半径经验数值的确定 正火或退火 硬化 弯曲线方向材料 与轧文垂直 与轧文平行 与轧文垂直 与轧文平行 铝 0.3 0.8 退火紫铜 1.0 2.0 黄铜 H68 0.4 0.8 05、 08F 0 0.3 0.2 0.5 08、10、Q215 0 0.4 0.4 0.8 15、20、Q235 0.1 0.5 0.5 1.0 25、30、Q255 0.2 0.6 0.6 1.2 35、40 0.3 0.8 0.8 1.5 5 第 3 章 弯曲成形件的结构工艺性分析 3.1 最小弯曲成形半径 弯曲件的弯曲半径必须小于最小弯曲半径，否则要采用工艺措施，如:热弯、多次弯 曲等。 3.2 弯曲成形形状与尺寸的对称性 弯曲件的形状与尺寸应尽可能对称、高度也不应相差太大。当冲压不对称的弯曲件时， 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，在设计模具结构时 应考虑增设压料板，或增加工艺孔定位。 弯曲件形状应力求简单，边缘有缺口的弯曲件，若在毛坯上先将缺口冲出，弯曲时会出 现叉口现象，严重时难以成形。这时必须在缺口处留有连结带，弯曲后再将连接带切除。 图 2-1 弯曲件形状对弯曲过程的影响 根据以上分析我们可以知道，此工艺件弯曲半径最小为 ，厚度为 最小相对弯1m1.5, 曲半径取 之间。并且对称性好，适宜弯曲加工。0.15 6 第 4 章 改进零件的结构设计 4.1 采用热处理工艺 对一些硬材料和已经冷作硬化的材料，弯曲前先进行退火处理，降低其硬度以减少 弯曲时的回弹，待弯曲后再淬硬。在条件允许的情况下，甚至可使用加热弯曲。 运用校 正弯曲工序，对弯曲件施加较大的校正压力，可以改变其变形区的应力应变状态，以减 少回弹量。 采用拉弯工艺,对于相对弯曲半径很大的弯曲件，由于变形区大部分处于弹性变形状 态，弯曲回弹量很大，这时可以采用拉弯工艺。 4.2 从模具结构采取措施 补偿法,利用弯曲件不同部位回弹方向相反的特点，按预先估算或试验所得的回弹量， 修正凸模和凹模工作部分的尺寸和几何形状，以相反方向的回弹来补偿工件的回弹量 。 校正法,可以改变凸模结构，使校正力集中在弯曲变形区，加大变形区应力应变状态的改 变程度迫使材料内外侧同为切向压应力、切向拉应变.纵向加压法, 在弯曲过程完成后， 利用模具的突肩在弯曲件的端部纵向加压, 使弯曲变形区横断面上都受到压应力，卸载时 工件内外侧的回弹趋势相反，使回弹大为降低。利用这种方法可获得较精确的弯边尺寸， 但对毛坯精度要求较高。采用聚氨酯弯曲模 ,利用聚氨酯凹模代替刚性金属凹模进行弯曲 弯曲时金属板料随着凸模逐渐进入聚氨酯凹模，激增的弯曲力将会改变圆角变形区材料 的应力应变状态，达到类似校正弯曲的效果，从而减少回弹。 图 3-1 用补偿法修正模具结构 7 图 3-2 用校正法修正模具结构 8 第 5 章 成形工艺力的计算 成形力是设计模具和选择压力机吨位的重要依据。生产中常用经验公式概略计算成 形力，作为设计成形工艺过程和选择冲压设备的依据。 5.1 成形力近似弯曲力的计算公式 弯曲力的计算 弯曲的弯曲力均可用下面公式计算： 弯曲件弯曲力： 2b0.7ktRF自 式中： 自由弯曲力（ ）自 N 弯曲件宽度（ ）bm 弯曲件材料厚度（ ）t 弯曲内半径（ ）R 材料抗拉强度（ ）bMpa 安全系数，一般取K3.1K 代入公式得： 22b10.7kt.5.470185R6FN 5.2 压力机吨位的确定 压力机的吨位应为： =1805NF总压 机 可以看出需要的成形力较小，选择压力机时要根据模具的闭合高度就行选择。先初 步选择为压力机 J23-10. 9 第 6 章成形模主要工作零件结构参数的确定 6.1 成形凸模和凹模的圆角半径 6.1.1 凹模圆角半径 Ar 凹模的圆角半径的大小对弯曲变形力和制件质量均有较大影响，同时还关系到凹模厚 度的确定。凹模圆角半径过小，坯料拉入凹模的滑动阻力大，使制件表面易擦伤甚至出 现压痕。凹模圆角半径过大，会影响坯料定位的准确性。凹模两边的圆角要求制造均匀 一致，当两边圆角有差异时，毛坯两侧移动速度不一致，使其发生偏移。生产中常根据 材料的厚度来选择凹模圆角半径： 当 时，mt2trA63 时，t4 时，trA 由式子 得，rA63361.549t m 取 R=6 或按有关设计资料选取。 6.2 凹模工作部分深度 弯曲凹模深度 要适当。过小时，坯件弯曲变形的两直边自由部分长，弯曲件成形后0l 回弹大，而且直边不平直。若过大，则模具材料消耗多，而且要求压力机具有较大的行 程。弯曲 U 形件时，若弯边高度不大，或要求两边平直，则凹模深度应大于零件高度， 如图 6.b)所示。如果弯曲件边长较大，而对平直度要求不高时，可采用（图 6.c）所示的 凹模形式。 10 图 4-1 U 形件凹模尺寸 6.3 弯曲凹、凸模的间隙 V 形件弯曲模，凸模与凹模之间的间隙是由调节压力机的装模高度来控制。 对于 U 形件弯曲模，则必须选择适当的间隙值。凸模和凹模间的间隙值对弯曲件的回弹、 表面质量和弯曲力均有很大的影响。若间隙过大，弯曲件回弹量增大，误差增加，从而 降低了制件的精度。当间隙过小时，会使零件直边料厚减薄和出现划痕，同时还降低凹 模寿命。 表 4-1 弯曲 U 型件凹模的 值0ht板 料 厚 度 12345678100h345681525 表 4-2 弯曲 U 型件凹模深度 0l 材料厚度 t 弯曲件边长 l124610505053352140455 11 第 7 章 模具总体设计 根据压弯力的大小,初步考虑使用 可倾式压力机,模具结构草图如图 8-1 所示,主10KN 要由上模板、垫板、凸模固定板、凹模板、定位板、凹模、下模座等组成. 图 6-1 模具结构草图 初步计算模具闭合高度 165.Hm模 凹模座的外廓尺寸为 .160m 7.1 模具主要零部件的设计 (1) 凸模部分 该工件的断面属于成形弯曲,把凸模制成整体型式,如图 6-2 所示。 (2) 凹模部分 凹模设计成组合模式，由凹模板和凹模镶块组成。这种结构的凹模也不应该制成整体而 应是组合的，有利于凹模的更换，不但便于机械加工。如图 6-3 所示。 12 图 6-2 凸模 图 6-3 凹模 7.2 冲压设备的选择 13 （1）冲设备类型的选择原则 根据所要完成的冲压工艺的性质，生产批量的大小，弯曲件的几何尺寸和精度要求等 来选择设备的类型。 对于中小型的弯曲件或拉深件的生产，主要应用开式机械压力机，虽然开式冲床的刚 性差，在冲压力的作用下床身的变形能够破坏冲裁间隙分布，降低模具的寿命或冲裁件 的质量。可是，由于它提供了极其方便的操作条件和非常容易安装机械化附属装置的特 点，使它成为目前中、小型冲压设备的主要形式。 对于大、中型弯曲件的生产，多采用闭式结构形式的机械压力机，其中有一般用途的 通用压力机，也有台面较小而刚度大的挤压压力机、精度机等。在大型拉深件的生产中， 应尽量选用双动拉深压力机，因其可使所用模具结构简单，调整方便。 磨擦压力机具有结构简单、造价低廉、不易发生超负荷损坏等特点，所以在小批量生 产中常用来完成弯曲、成形等冲压工序。但是，摩擦压力机的行程次数少，生产率低， 而且操作不太方便。 在大批量或形状复杂零件的大量生产中，应尽量选用高速压力机或多工位自动压力 机。 （2）冲压设备规格的确定。 在冲压设备的类型选定以后，应该进一步根据冲压件的尺寸、模具的尺寸和冲压力来 确定设备的规格。 7.3 选定设备 该零件所需的弯曲力 1805FN 模具闭合高度 6.Hm模 模具外廓尺寸 294 某工厂有 可倾式机,其主要力学性能为:10KN 公称压力 最大闭合高度 8m 行程 45 台面尺寸 3702 7.4 绘制模具总图 总图如图 6-4 所示。 14 如图 6-4 成形模总装图 7.5 绘制模具非标准零件图 见附图 15 第 8 章 模具总体设计 8.1 模具类型的选择： 模具类型分为三种分别是：单工序模、复合模和级进模。 单工序模又称简单冲裁模，是指在压力机一次行程内只完成一种冲裁工序的模具， 如落料模、冲孔模、切断模切口模等。 复合模是指在一次压力机的行程中在模具的同一工位上同时完成两道或两到以上不 同冲裁工序的模具。复合模是一种多工序冲裁模，它在结构上的主要特征是有一个或几 个具有双重作用的工作零件凸凹模，如落料冲孔复合模中有一个既能作落料凸模又 能作冲孔凹模的凸凹模。 由弯曲工艺分析可知，该工件要进行批量生产，所以模具类型为弯曲成形模。 8.2 定位方式的选择 定位方式的选择通俗的说既是选择定位零件。定位零件的作用是使坯料或工序件在 模具上有正确的位置，定位零件的结构形式很多，用于对条料进行定位的定位零件有挡 料销、导料销、导料板、侧压装置、导正销、侧刃等，用于对工序进行定位的定位零件 有定位销、定位板等。 定位零件基本上都已标准化，可根据坯料和工序件形状、尺寸、精度及模具的结构 形式与生产效率要求等选用相应的标准。 因为该模具采用是定位板进行定位，定位板依靠螺钉和圆柱销固定在凹模上。 8.3 卸料出件方式的选择 卸料与出件装置的作用是当冲模完成一次冲压之后，把冲件或废料从模具工作零件 上卸下来，以便冲压工作继续进行。通常，把冲件或废料从凸模上卸下来称为卸料。 卸料装置按卸料的方式分为固定卸料装置弹性卸料装置和废料切刀三种。 固定卸料 装置 , 固定卸料装置仅由固定卸料板构成，一般安装在下模的凹模上；弹性卸料装置由 卸料板、卸料螺钉和弹性元件（弹簧或橡胶）组成；弹性卸料装置可安装于上模或下模， 依靠弹簧或橡胶的弹力来卸料，卸料力不太大但冲压时可兼起压料作用，故多用于冲裁 16 料薄及平面度要求较高的冲件；废料切刀是在冲裁过程中冲裁废料切断成数块，从而实 现卸料的一种卸料零件。 出件装置的作用是从凹模内卸下冲件或废料。我们通常把装在上模内的出件装置称 为推件装置；把装在下模内的称为顶件装置。 该工件由于压形变化比较小，所以不需要卸料机构，成形完成后，利用工具取出工 件即可。 17 结 论 通过近六个月的毕业设计，让我更加明白了模具的含义，要想生产出一套合格的模 具是多么的不容易，模具的精度直接关系产品质量的好坏。真正理解了模具是工业之母 的含义。模具生产的工艺水平及科技含量的高低，已成为衡量一个国家科技与产品制造 水平的重要标志，它在很大程度上决定着产品的质量、效益、新产品的开发能力，决定 着一个国家制造业的国际竞争力。我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进 水平相比仍有较大差距。这些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲 模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都有较大差距。轿车覆盖件模具，具有 设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。虽然在设计 制造方法和手段方面已基本达到了国际水平，模具结构功能方面也接近国际水平，在轿 车模具国产化进程中前进了一大步，但在制造质量、精度、制造周期等方面，与国外相 比还存在一定的差距。 毕业设计是大学阶段非常重要的东西，它是对你大学期间所学专业知识的考察，对 你各项综合素质的检验。他你如何处理新事物的出现，组织协调能力、团队精神等各项 综合素质的考验。设计过程中用到了很多以前上课时学的知识，这样通过设计又让我们 学到许多新的知识，而且对课本上所学知识有了更深的理解。也许你在学习课本上的知 识不是那么的明白，但是通过毕业设计自己动手去计算，这个知识点，你就理解了。也 许可能会用到没有学过知识，通过自学研究顺利解决。再我看来这是让我们明白许多知 识是可以自学都能得到的。要想在本专业有更高的追求，仅仅靠课本所学的知识是远远 不够的。今后的工作还是学习都要有那种虚心学习的态度和勇于拼搏敢于吃苦的精神。 要有终身学习的准备和打算，那样才能不会落后，才能不断进步。 18 19 致 谢 “付出总有回报 ” 、 “一份耕耘，一份收获 ”。这几句话让我深有体会，经过两周紧张而 又忙碌的搜集整理和两周的精心设计，整整六个月的时间总算没有白费，我们的毕业设 计作品终于有所成效了。 此次毕业设计的顺利完成,我要大力感谢我们的指导老师赵彦江老师,他从一开始耐心 细致的讲解,以及给我们提供一些相关的材料,我们在此表示大力的感谢。可以说,没有赵老 师的精心指导,我们的毕业设计也不可能这样顺利的完成。赵老师不仅从一开始就非常关 注我们的设计,而且在他很忙的情况下还帮我们指导,我们对此衷心的感谢!同时还要感谢四 年当中对我进行教育的各位老师,没有他们的培养也不可能有今天我们的成绩。通过四年 课程的认真学习，使我们在此基础上利用所学东西顺利进行并完成了设计。 为此，再次感谢我们的指导老师在百忙之中给予我们的悉心指点与帮助。感谢他为我 们指点迷律、出谋划策。同时，也感谢我们的这组的成员在这次设计中给予我的帮助！ 谢谢！ 20 参考文献 1 王秀凤，万良辉. 冷冲压模具设计与制造.北京航空航天大学出版 2005.4 2 王立刚.冲 模 设 计 手 册 .机 械 工 业 出 版 社 2002.5 3 张超英.冲压模具与制造 .北京：化学工业出版社 2003.6 4 李铭杰.冲模设计应用实例.机械工业出版社 2003.8 5 郭 书 彬 .最新冲压新工艺新技术与冲模设计图集.机械工业出版社 2003.9 6 王芳.冷冲压模具设计指导.机械工业出版社 1998.10 7 成虹.冲压工艺与模具设计.高等教育出版社 2006.7 8 杨玉英，崔令江 .实用冲压工艺及模具设计手册.机械工业出版社 2005.1 9 彭建生.模具设计与加工速查手册.机械工业出版社 2005.7