工艺技术-封闭板成形模及冲压工艺论文(doc 36页)

1 毕 业 设 计( 论文) 题 目 名 称 封闭板成形模及冲压工艺 题 目 类 别 学 院（系） 专 业 班 级 学 生 姓 名 指 导 教 师 开题报告日期 2 目录 摘要： .3 第一章封闭板成形模及冲压工艺 .4 设计任务书 .4 一、选题的依据及课题的意义 .4 二、国内外研究概况及发展趋势 .5 三、实验方案 .6 4.结论 .7 第二章封闭板成形模及冲压工艺设计 .8 2.1 零件结构及工艺分析 .8 2.1.1 零件结构 .8 2.1.2 工艺分析 .9 第三章 落料模设计 .10 3.1 落料毛坯形状和尺寸的确定 10 3.2 弯曲成形部分的毛坯形状和尺寸的计算 11 3.2.1 三处翻边成形的毛坯尺寸的确定和计算 12 3.3 排样和裁板 14 3.3.1 确定排样方式并计算材料利用率 14 3.3.2 裁板 15 3.4 落料模结构设计 16 3.4.1 总体结构 16 3.4.2 导向装置 17 3.4.3 定位装置 17 3.4.3 卸料装置 17 3.5 落料模工艺计算 .17 3.5.1 计算冲压力 17 3.5.2 确定压力中心 18 3.5.3 凸、凹模刃口尺寸及制造公差 19 3.6 工作零件的设计 20 3.6.1 凹模设计 .20 3.6.2 凸模设计 21 3.7 卸料元件的设计 21 3.7.1 卸料橡胶的选用和设计 21 3.7.2 卸料螺钉的设计 23 3.8 设计其它零件并校核压力机 23 3.8.1 其它零件的设计及选用 23 3.8.2 校核压力机 24 3 第四章 双向弯曲（翻边）成形模设计 .25 4.1 成形模结构设计 25 4.1.1 总体结构 25 4.1.2 工作原理 27 4.2 成型模工艺计算 .27 4.2.1 弯曲力的计算 27 4.2.2 回弹量的确定 29 4.2.3 计算压力中心 .29 4.2.4 工作部分尺寸计算 29 4.3 关键零件的设计 30 4.3.1 凹模设计 30 4.3.2 翻边凸模设计 31 4.3.3 弹簧的设计 31 4.4 设计其它零部件并校和核压力机 .32 4.4.1 模座的选用 .32 4.4.2 定位装置的设计 .33 4.4.3 顶料板的设计 33 4.4.4 弯曲凸模的设计 33 4.4.5 计算闭合高度并校核压力机 33 参考文献 .34 4 封闭板成形模及冲压工艺 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某车型中一个支柱端头的封闭板。设计中分析了封闭板零 件的结构及工艺性，拟订该零件的冲压工艺为“落料双向弯曲（翻边成形） ”，讨 论了复杂弯曲（翻边）零件毛坯展开形状和尺寸的确定方法，设计了落料模和双向弯 曲（翻边）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，双向弯曲成形模是本设计的重点，将双向弯曲（翻边）成形集中于一 套模具中，使得冲件的质量和生产效率较高，满足了生产需要。 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，在设计这两套模具时必然要借鉴这些经验数据，含括了落料模、弯曲模、 拉深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. 关键词：冲压工艺 毛坯展开 双向弯曲成形模 CAD 第一章封闭板成形模及冲压 工艺 5 设计任务书 一、选题的依据及课题的意义 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， 模具技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造水平高低的重要标志，并在很大程度 上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。 模具设计是一种相对来讲经验性较强的设计。设计人员在长期的工作中积累的经 验和知识对模具设计起着十分重要的影响。近年来，模具 CAD/CAM 技术已成功应用 于模具工业，有效提高了模具设计与制造水平。 模具是现代工业生产中应用广泛的优质、高效、低耗、适应性很强的 生产技术，或称成型工具、成型工装产品，是技术含量高、附加值高、使 用广泛的新技术产品，是价值很高的社会财富。由于模具生产技术的现代 化，在现代工业生产中，模具已广泛应用于电动机和电器产品、电子计算 机产品、仪表、家用电器产品与办公设备、汽车、军械、通用机械等产品 的生产中。模具技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造水平高低的重 要标志，并在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。 为此本人选择了“封闭板成型模及冲压工艺设计”作为毕业课题。 二、国内外研究概况及发展趋势 目前，随着汽车及轻工业的迅速发展，模具设计制造日益受到人们的 广泛关注，已成为一个行业。将高新技术应用于模具设计与制造，已成为 快速制造优质模具的有力保证：1） 、CAD/DAE/CAM 的广泛应用，显示了 用信息技术带动和提升模具工业的优越性。在欧美，CAD/DAE/CAM 已成 为模具企业普遍应用的技术。在 CAD 的应用方面，已经超越了甩掉图板、 二维绘图的初级阶段，目前 3D 设计已达到了 70 -89， PRO/E、UG、CIMATRON 等软件的应用很普遍。2） 、为了缩短制造周期，提高 市场竞争力，普遍采用高速切削加工技术。3） 、快速成型技术与快速制模 技术获得普遍应用。有 SLA、SLS、FDM、LOM 等各种类型的快速成型设备。 6 国外工业先进国家都拥有上万个模具企业与支持模具企业或为模具企 业提供生产装备的企业相组成的强大的产业基础。这是为适应社会产品工 业化规模生产的重要条件和特点。如汽车的工业化规模生产需要一大批专 业性模具企业为其提供模具，同时根据汽车零件的生产技术要求，这些模 具企业还配有相应的先进技术装备，包括数控和计算机数控机床、 CAD/CAM 系统，以及各种工艺装备。 模具的社会效益很高，是高技术含量的社会产品，其价值和价格主要 取决于模具材料、加工、外购件的劳动与消耗三项直接发生的费用和模具 设计与试模等技术费用，后者，是模具价值和市场价格的主要组成部分， 其中一部分技术价值计入了市场价格，而更大一部分价值，则是模具用户 和产品用户受惠变为社会效益。如电视机用模，其模具费用仅为电视机产 品价格的 1/30001/5000，尽管模具的一次投资较大，但在大批量生产的每 台电视机的成本中仅占极小的部分，甚至可以忽略不计，而实际上，很高 的模具价值为社会所拥有，变成了社会财富。所以设计本模具具有非常重 要的现实意义。 本模具设计是为制造某车型中一个支柱端头上的封闭板，该零件左、 右对称，生产中要求左、右件数量相等。而且该零件本身属不对称的异形 件，存在双向的弯曲（翻边）成形，单件冲压时存在着横向不平衡力，影 响模具寿命和冲压质量，将左、右件合在一套模具上一次冲压成形，就能 消除横向不平衡力，同时，也提高了冲件质量和生产效率。据此，拟定该 零件的冲压工艺为“落料双向弯曲（翻边）成形，并设计了落料和成 形两套模具。在使用 AutoCAD 进行模具设计时，可以方便、快捷地调用工 艺资料，达到了提高产品质量，缩短周期，降低成本，增加经济效益的目 的，具有非常重要的现实意义。因此，模具广泛应用于汽车制造业，有助 于推动我国汽车行业的发展。 由于本人水平有限，本论文中必然存在不少纰漏及错误之处，敬请评 阅老师批评指正。 三、实验方案 本课题要研究的是某车型中一个支柱端头上的封闭板成型模的设计。 7 该零件左右对称，生产中要求左、右件数量相等，生产纲领为中等批量。 由于该零件存在着双向弯曲（翻边） ，因此初步拟订如下两种工艺方案： 方案一：落料外缘弯曲（翻边）弯曲成形 方案二：落料双向弯曲（翻边） 以上两种工艺方案中，前一种方案需要三副模具，若定位不好的话， 很容易造成零件的不一致，影响零件质量，且工作效率低，后一种方案， 成形模结构较复杂，但冲压质量好，生产效率较高，故决定采用后一种冲 压工艺方案。 在设计落料模之前，首先要确定落料毛坯形状和尺寸，其中既有理论 计算，也涉及到定性地估算，最终通过实验确定。该零件虽说是左右对称 件，但展开后的形状却是相同的，因此只需设计一副落料模即可，该模具 采用下出料弹压卸料结构。 双向弯曲（翻边）成形模结构复杂，其关键之处在于为了保证成形的 可靠，要求成形动作按设计意图顺序动作，其中上下模弹簧规格的选择起 着决定性的作用。该模具每一个冲压过程完成左、右各一件封闭板零件的 成形加工，坯料靠定位板定位，这样不仅能消除横向不平衡力，同时，也 提高了冲件质量和生产效率。 在选择压力机时，涉及到压力中心的确定，拟订采用一种基于 AutoCAD 中“工具”的压力中心确定方法，快速直接，简单方便，精度较 高。 4.结论 该零件虽说是左、右对称件，且存在着双向弯曲成形，但合理安排冲 压工艺，仔细进行模具设计后，其加工过程并不复杂。通过该零件的冲压 工艺和模具设计可以看出，形状复杂的弯曲（翻边）成形零件，在计算展 开尺寸时，不仅需要根据书本知识进行计算，适当的经验以及对冲件工艺 性的改进也是必要的另外，合理安排冲压工艺，并进行精心地设计，可最 大限度地满足冲件质量和生产的要求。 8 在设计成形模时，要注意以下几点： （1） 凹模采用整体结构，内孔由线切割加工，使左、右对称性好， 冲件质量高。 （2） 合理选择上、下弹簧的弹力，保证模具顺序动作。 （3） 精确调整限位圈的高度，冲压时靠其准确、快速控制模具的闭 合高度。 （4） 注意控制好弯曲模具与顶料板、弯曲凹模之间的间隙，并且顶 料板的淬火硬度不能太高（4348HRC） ，防止顶料板从中间断裂。 第二章封闭板成形模及冲压工艺设计 2.1 零件结构及工艺分析 2.1.1 零件结构 本课题设计的零件是某车型上支柱端头的封闭板，材料为 08Al，料厚 1mm,如图 1 所示。零件图所示为封闭板左件，封闭板右件与其对称，生产 中要求左、右件数量相等,生产纲领为中等批量。该零件从图纸要求的尺寸 和使用情况看，尺寸精度要求并不太高，外形尺寸按 IT14 级即可，弯曲 9 （翻边）高 度的尺寸公差 还可适当放 大。 2.1.2 工艺分析 该零件从形状上看是不对称的异形件，且存在双向弯曲（或翻边）成 形，就其弯曲部分看，成形并不困难，但翻边部分即三处带圆弧的转角处 的成形存在一定的困难。 （1） 零件图中 R5mm 处的翻边成形可按矩形件转角的拉深成形处理， 由于底角半径 r=1.5mm,所以 （2.1）dhD42 式中 D坯料直径（mm） ； d圆筒形工件直径（mm） ，取 52=10mm； h圆筒形工件高度（mm） ，取 10+1=11mm。 将以上数据带入（2.1）式得 图 1 封闭板零件图 10 = =23.4mm。因此最大相对高度dhD42102 h/D=11/23.40.47，故成形并不困难，可一次拉深成形。 （2） 而圆角 R3.5mm 处的翻边成形难度较大，属孔的翻边成形，由于 其翻边半径 R 小于翻边高度，因此成形后此处必然拉裂，必须对其进行工 艺处理，降低翻边高度。 （3） R1mm 处若按拉深模型进行计算，则由于底角半径 r=1.5 相对于 转角半径 1.5(中性层半径)不可忽略，所以 （2.2）2256.07.14rdhdD 式中 D坯料直径（mm） ； d圆筒形工件直径（mm） ，取（1+0.5）2=3mm； h圆筒形工件高度（mm） ，取 10+1=11mm； r底角半径（mm）,取 1.5mm。 将以上数据带入（2.2）式得: 2256.07.14rdhdD = 25.133 =11.5mm 因此相对高度 h/D=11/11.50.95，且毛坯的相对厚度 t/D=1/11.50.09 又较大，故其一次成形有较大的困难。但从结构上看，其圆弧部分并不多， 夹角仅为 52左右，成形时多余三角形的材料并不太多，同时上部与其相 邻的直角弯曲成形部分较短，且另一边是开放的，其对多余三角形所施加 的切向力并不大，即圆角部分的多余三角形材料并不是完全按纯拉深时的 径向流动，相反，这里由于切向缺少材料约束而以横向流动为主，这就大 大改善了材料变形情况，使其能够一次翻边成形。当然，这使得此处的材 料变形情况也变得较复杂，给毛坯展开计算带来了一定的难度。但考虑到 右上部相邻的转角开了工艺缺口，故直壁部分翻边后有一定的误差也是允 许的，只要保证外形尺寸即可，这使得毛坯形状的确定还是有可能的。 11 第三章 落料模设计 3.1 落料毛坯形状和尺寸的确定 图 2 所示为落料毛坯展开图，其弯曲成形部分按常规的弯曲件毛坯尺 寸计算方法计算即可，见图 3 所示。这里着重讨论工艺分析中谈到的 3 处 翻边成形的毛坯尺寸的确定和计算，即图 2 的 I、II、III 处，图 4 所示为 这 3 处的计算简图。 3.2 弯曲成形部分的毛坯形状和尺寸的计算 R/t=1.5/1=1.5,查表 4-19，得 K=0.369。 =R+Kt(2.3) 式中 中性层半径(mm)； 图 2 毛坯展开图 12 R弯曲内半径，取 1.5mm； K中性层位置系数，取 0.369； t材料厚度，取 1mm。 将以上数据带入（2.3）式，得 =R+Kt=1.5+0.3691=1.869mm L=/180（2.4） 式中 L中性层展开长度（mm） ； 弯曲中心角度（） ； 中性层半径（mm） 。 将数据带入(2.4)式，得： L1=/180 1=/180741.869=2.414mm； L2=/180 2=/180901.869=2.936mm； S1=15-（1.5+1）Sin37 o=13.495mm； S2=74.25-1.5Sin37o-1.5=71.847mm； S3=10-1.5=8.5mm。 弯曲直壁的展开高度 H=S3+L2/2=8.5+2.9/2=9.9mm； 总体展开长度 L= L1+L2+S1+S2+S3=2.414+2.936+13.495+71.847+8.5=99.192mm； 中间部分的展开长度 L 中 =99. 192-15-9.9=74.29mm。 3.2.1 三处翻边成形的毛坯尺寸的确定和计算 图 3 弯曲成形部分的展开计算简图 13 (1) 图 4a 所示为图 3 中处的展开尺寸简图，该转角具有 R1mm 的过 渡圆弧，毛坯展开时通常是将其按盒形件转角处的拉深成形处理。但此零 件由于上段的直角弯曲段较短，且外侧缺少材料的约束，使得圆弧部分拉 深时的多余三角形材料并不像纯拉深时那样全部转化为圆弧直壁，使直壁 高度增加，而是在切向应力的作用下横向流动。图 4a 中这种横向流动远大 于径向流动，这种材料的流动导致此处的变形变得复杂，使毛坯展开的定 量计算较困难，只能定性的估算，然后通过试验确定。具体做法是：将直 角弯曲侧壁的开放边 ac 向右倾斜取边长为弯曲直壁的高度 9.9mm，这是假 设材料横向流动后 a 点流到了 b 点。ab 段长度的确定是假设 R1mm 对应扇形 部分的材料分为两部分，一部分为宽 1.37mm（按 R1.5mm 中性层弧长，圆弧 夹角为 52.4 计算）的材料全部转化为abc 部分，按面积相等原则，初步 估算 ab=3mm。当然，若成形尺寸要求高的话，则 ab 的长度要待试模后再行 修整，由于本课题对此要求不高，所以不必再进行修整。 (2) 图 4b 所示为图 2 中处的展开尺寸简图。该处的变形属圆孔翻边， 对于图中圆弧半径为 R3.5mm，翻边高度为 9.9mm 的情况，翻边成形时边缘 必然开裂，故需进行工艺处理，降低该处的翻边高度，改善成形性能。具 体做法如下： 由圆孔翻边系数公式 K=d/D, 得： d=KD(2.5) 式中 d翻边前毛坯孔的直径（mm） ； 图 4 翻边部分展开尺寸计算简图 14 D翻边后孔的中性层直径,D=(3.5+0.5)2=8mm； K翻边系数，取 K=0.47。 将以上数据代入（2.5）式，得 d=KD=0.478=3.76mm。 故翻边前毛坯的半径 r=d/2=1.88mm。 考虑到凹模的强度，将 R1.88mm 的圆弧按 60夹角（R3.5mm 处的圆弧 的圆心角）用两条直线过渡到弯曲直边，其交线处再用半径值为 9.9mm 的 圆弧光滑过渡，如此便确定了其展开尺寸。 (3) 图 4c 所示为图 2.2-1 中处的毛坯展开简图。该处的变形属盒形 件拉深时转角处的变形，其计算过程较为典型。即先按筒形件拉深变形计 算出转角的圆弧半径 R11.7mm，并画出圆弧，如图 4c 所示，然后过 ab 线段 的中点向半径 R11.7mm 的圆弧引切线，并反向延伸至弯曲边的直线，交接 处用 R11.7mm 的圆弧光滑过渡连接，即完成该处的毛坯展开。 上述毛坯展开只是初步估算，最终尺寸还要经过试模确定。 3.3 排样和裁板 3.3.1 确定排样方式并计算材料利用率 计算冲裁件的面积 A：充分利用 AutoCAD2000 计算物体质量特性的功能， 依次点取“工具” （Tools）菜单“查询” （Inquiry）“质量特性” （Mass Properties）,得面积 A=5685mm2。拟订两种排样方案，如下： 方案一：直排，且无侧压装置。(见图 5) 查表 2163，得最小搭边值 a=2mm，a 1=1.5mm。 条料宽度 B- =D+2(a1+)+b 0 (2.6) 式中 B条料公称宽度（mm） ； D垂直于送料方向的工件尺寸,取 D=15+74.29+9.9=99.19mm； a侧搭边值（mm） ； b0条料与导板之间的间隙，查表 3184，得 b0=0.2mm； 条料宽度的公差，查表 3184得=0.6mm。 将以上数据代入（2.6）式得 B- =D+2(a1+)+b 0 15 =99.19+2（2+0.6）+0.2 =104.6 mm06.06. 进距 h=57.5+9.92+1.5=78.8mm 一个进距的材料利用率 =nA/Bh=(15685)/(104.678.8)=69.0% 图 5 排样方案一 方案二：对排，且无侧压装置。 （见图 6） 查表 3174，得最小搭边值 a=a1=2.5mm，D=57.5+9.92=77.3mm。 查表 3184，得 b0=0.1mm，=0.5mm。 图 6 排样方案二 将以上数据代入（2.6）式得： B- =D+2(a1+)+b 0 16 =77.3+2（2.5+0.5）+0.1 =83.4 mm05.05. 进距：h=(15+74.29+9.9)+(15+66.75-19+9.9)+2.52=176.84mm 一个进距的材料利用率 =nA/Bh=(25685)/(83.4176.84)=77.1% 比较上述两方案，虽然对排比直排省料，但存在着下述问题：如果采取 送一次料冲一件的方法，即用单凸模，模具结构与直排时基本相同，模 具费用也相差不大，但在冲完一行后，需要到头冲另一行，冲另一行时， 条料的刚度很差，给送料造成很大的困难。如果采取一次冲两件的方法， 即用双凸模，则模具结构复杂了，模具长度增大了，因而模具费用也增 加了。而直排的模具结构简单，且与对排相比，材料的利用率相差不多， 所以决定选择方案一，即有搭边的直排。 3.3.2 裁板 08Al 厚度为 1mm，由材料手册查得规格为 18501800 若采用纵裁，则每板条数 n1=850104.6=8 条，余 13.2mm； 每条个数 n2=(1800-1.5)78.8=22 个，余 64.9mm； 每板个数 n3=n1n2=822=176 个。 若采用横裁，则每板条数 n1=1800104.6=17 条，余 21.8mm； 每条个数 n2=（850-1.5）78.8=10 个，余 60.5mm； 每板个数 n3=n1n2=1710=170 个。 显然，纵裁时材料利用率高，所以决定采用纵裁。 3.4 落料模结构设计 3.4.1 总体结构 该零件虽说是左、右对称件，但展开后的形状却是相同的。因此落料模 只需设计 1 副模具即可。模具采用导柱导向下出料式弹压卸料结构，冲出 的零件通过凹模的内孔从冲床台面孔漏下，见图 7。模具的上部分由上模座 7、导套 5、模柄 11、凸模固定板 6、凸模 10、卸料板 15、卸料橡胶 14 和 螺钉、销钉组成，下部分由凹模 3、下模座 2、导柱 4 以及螺钉、销钉组成。 17 3.4.2 导向装置 采用模架导向，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、使冲裁件的质量比较稳定、使模具的安装调 整比较容易，因此决定采用模架作为上、下模的导向装置。 采用压入式模柄，固定段与上模座孔采用 H7/m6 过渡，并加骑缝销防 止转动，装配后模柄轴线与上模座垂直度较好。 3.4.3 定位装置 条料的送进，由两个定位销控制其方向，由一个钩形挡料销控制其进 距，这种定位零件结构简单、制造方便，装在凹模上。为此，在卸料板上 与单了定位销和钩形挡料销相应的位置上加工三个通孔，工作时，可使卸 料板压紧条料；为便于刃磨，在下模座上相应的位置处也加工通孔，以便 于拆挡料销。 3.4.3 卸料装置 由于实现外形分离的凸模装在上模，拟采用橡胶作为弹性元件的卸料装 图 7 落料模 18 置装在上模，由卸料板、橡胶和卸料螺钉组成弹压卸料装置。冲程时，橡 胶块受压缩而积蓄能量，并使卸料板产生压力而起压料作用，冲出的落料 件通过凹模的内孔从冲床台面孔漏下。回程时，橡胶块释放能量，使卸料 板产生反向推力而将废料从凸模上卸下。在冲压时，还可压紧条料，提高 冲裁质量。 3.5 落料模工艺计算 3.5.1 计算冲压力 由于该模具采用下出料弹压卸料结构，因此压力机在本模具的冲压过 程中，除要克服冲裁力以外，还要克服卸料力、推件力。 （1） 冲裁力的计算 F=Lt b(2.7) 式中 F冲裁力（N） ； L冲裁轮廓的总长度， 由 AutoCAD“工具”查询面积，查得 L=327mm； t板料厚度，取 1mm； b板料的抗拉强度，由材料手册查得 b=390MPa。 将以上数据代入（2.7）式，得 F=Lt b=3271390=127530N。 （2） 卸料力的计算 F 卸 =K 卸 F（2.8） 式中 F 卸 卸料力（N） ； K 卸 卸料力系数，查表 2-153得 K 卸 =0.06； F冲裁力，F=127530N。 将以上数据代入（2.8）式，得 F 卸 =K 卸 F=0.06127530=7651.8N。 （3） 推件力的计算 F 推 =nK 推 F（2.9） 式中 F 推 推件力（N） ； n同时卡在凹模孔内的工件或废料片数，n=h/t, h 为凹模直刃高度（取 h=5mm） ，t 为板料厚度(取 t=1mm), n=h/t=5/1=5 19 K 推 推件力系数，查表 2-153，得 K 推 =0.05； F冲裁力，F=127530N。 将以上数据代入（2.9）式，得 F 推 =nK 推 F=50.05127530=31882.5N。 综上，选择冲床时的总冲压力 F 总 =F+F 卸 +F 推 =127530+7651.8+31882.5=167064.3N。 初步选择开式双柱可倾压力机 J23-25（查附录 B33） 。 3.5.2 确定压力中心 压力中心是冲裁模各个冲裁力的合力作用点，在进行冲裁模设计时， 必须使模柄中心线与冲模压力中心重合。如果二者偏移量超过允许范围， 滑块将承受偏心载荷，在偏心弯矩的作用下，将导致：滑块与导轨非正常 磨损，影响压力机精度和寿命；凸、模间隙不均匀，降低冲压件质量和加 剧磨损，甚至碰撞和损坏零部件。因此，准确求得压力中心是冲裁工艺设 计和冲模设计的重要环节。 本冲压件轮廓形状复杂，无法直接计算其压力中心，故采用基于 AutoCAD 2004 的冲模压力中心确定方法来求其压力中心，具体做法如下： 第一步：用 AutoCAD 绘出刃口的轮廓线，选定坐标系 xoy 如图 8 所示， 并用“快捷工具”“修改（Modify）“ “段线合并(join)“定义为多段 图 8 压力中心 20 线； 第二步：用“偏移（Offset） ”命令将轮廓线分别向两侧偏移极小的距 离（0.05mm）,并删除原轮廓； 第三步：用“绘图（Draw）“下的“面域（Region）“分别创建以内外 多义线为边界的两个面域； 第四步：用“修改（Modify）“菜单下的“实体编辑”中的“差集 （Subtract）“命令创建环形面域； 第五步：依次点取“工具（Tools）“菜单“查询（Inquiry）“质 量特性（Mass Properties）“,点选面域，然后回车，屏幕上的文本窗口将 显示面域的质心：x c=44.3401,yc=30.3640。 3.5.3 凸、凹模刃口尺寸及制造公差 查表 2103，得间隙值 Zmin=0.10mm，Zmax=0.13mm。 由于本冲裁件形状比较复杂，为了保证凸、凹模之间的间隙值，必须 采用凸、凹模配合加工的方法制模，现以凹模为基准件，由于该零件的精 度要求不高，外形尺寸按 IT14 级即可，弯曲（翻边）高度的尺寸公差还可 适当放大，故凹模尺寸采用毛坯尺寸，凸模的刃口尺寸按凹模的实际尺寸 配制，并保证双面间隙为 0.10mm0.13mm 3.6 工作零件的设计 3.6.1 凹模设计 （1） 凹模板的外形尺 寸 因为一般模具，特别是 标准模具，除去模架以外， 前后左右都是对称的，模柄 中心线要通过凹模板的中心。 冲裁过程中必须使冲压力的 合力作用线（压力中心）与 模柄中心线重合，使压力机 滑块不受偏载，才能使模具 平稳工作，减小对压力机滑 图 9 凹模外形尺寸的确定 21 块与模具导向零件的磨损。 为了用简单的方法满足上述要求，提出凹模有效面积一词。在排样图 上沿着送料方向与垂直送料方向从凹模孔之间最大距离处画一矩形 lb,称 为凹模的有效面积。由于压力中心 O 不与矩形 lb 的中心重合，因此要对 凹模有效面积进行修正，取 O 点沿长度方向到短边的最大距离为 l的一半， 沿宽度方向到长边的最大距离为 b的一半，则 lb即为修正后的凹 模有效面积。自矩形 lb向四周扩大一个允许的凹模壁厚 C 值，可得 凹模外形尺寸 LB，就能保证压力中心与凹模及模柄中心线重合。 其中，凹模壁厚 C 值主要考虑布置连接螺钉孔和销钉孔的需要，同时 也要保证凹模的强度和刚度，查表 2-172，取 C=36mm（见图 9） 。 查表 3-391，与凹模外形尺寸标准值对照，取 LB=200160。 （2） 凹模板的厚度 凹模板的厚度按如下经验公式估算： H=Kb(2.10) 式中 H凹模厚度（mm） ； K因数，查表 3-212，得 K=0.22； b 凹模孔的最大宽度，取 b=15+74.29+9.9=99.19mm。 将以上数据代入（2.10）式，得 H=Kb=0.2299.19=21.8mm.圆整后取 H=25mm。 （3） 凹模型孔侧壁形状 采用侧壁与凹模面垂直的台阶形直壁型孔，其设计参数有两个：一是 直刃口有效高度 h；二是漏料孔比型孔单边扩大值 b。刃口高度按强度考虑 应随冲裁的板料厚度增加而增大，并考虑刃磨量的需要，由于板料厚度为 1mm，所以取 h=5mm,漏料孔比型孔单边扩大值 b,按凹模强度考虑取小些， 为了保证落料件顺利漏下又应取大些。一般取 b=0.51mm，由于本冲裁件 形状复杂，所以 b 取 1mm。 （4） 凹模板上卸料螺钉的安装 查表 3-311，凹模刃口与挡料销的最小距离 C=5mm，本模具中，挡料销 的规格选用 A1583，送料方向搭边值为 1.5mm，挡料销与凹模刃口的最 小距离为 5mm，凹模强度有保证。 （5） 凹模的选材及加工 22 选用 T10A 制造凹模，由于凹模冲裁轮廓较复杂，故其型孔采用线切割 加工，漏料孔采用化学腐蚀的方法加工，这样可有效保证加工精度和刃口 强度。 3.6.2 凸模设计 采用直通式凸模，便于成形磨削或线切割加工，且可以先淬火后精加 工，但在工作中容易松动，甚至拔出，因此，用螺钉吊装固定凸模，在固 定板上不加工固定凸模的型孔，而增加两个销子对凸模进行定位，这种方 法减小了凸模长度，为用线切割方法在一块坯料上同时制取凹模和凸模创 造了有利条件，不仅节约了贵重的工具钢原材料，也使冲裁间隙容易均匀。 3.7 卸料元件的设计 3.7.1 卸料橡胶的选用和设计 橡胶块作为弹性元件，具有承受负荷比弹簧大、安全及安装调整方便 等优点，且此落料模的工作行程较小，所以选择橡胶块作为弹压卸料装置 的弹性元件。 选用硬度为邵氏 7080A 的聚氨酯橡胶，其性能比合成橡胶优异，不 仅可获得较大的压力，而且可延长其使用寿命。 （1） 橡胶块高度的确定 为了使橡胶块不因多次反复压缩而损坏其弹性，按下式限定其极限压 缩量 hj: hj= jH（2.11） 式中 H橡胶块自由状态下的高度（mm） ； j橡胶块极限压缩率（%） ，对于硬度为邵氏 7080A 的聚氨酯橡 胶，则应取 j35%。 为了使橡胶块具有一定的预压力，供卸料之用，必须使其在非工作行 程就具有一定的预压缩量 hy: hy= yH(2.12) 23 式中 y橡胶块预压缩率（%） ，对于聚氨酯橡胶， y=10%。 （2.11）式减去（2.12）式得橡胶块高度 H 的计算公式： H=（h j-hy）/( j- y)=hg/( j- y)(mm) (2.13) 式中 hg橡胶块工作压缩量，对于卸料橡胶块，hg 为弹压卸料板的行 程，一般取 hg=t+1+修磨量，t 为板料厚度，取 1mm，修磨量 取 5mm。 将以上数据代入（2.13）式，得： H=（h j-hy）/( j- y)=hg/( j- y)=（1+1+5）/（0.35-0.1） =28mm 将以上数据代入（2.12）式，得 hy= yH=0.128=2.8mm。 橡胶块的装配高度 H0=28-2.8=25.2mm,取 25mm。 （2） 橡胶块截面尺寸的计算 考虑模具结构，决定用 6 个厚壁筒形的聚氨酯弹性体，则每个弹性体 的预压力 Fy=7651.8/6=1275.3N。 考虑橡胶块的工作压缩量较小，取预压缩率 y=10%。并由表 2272 查得单位压力 Fq=1.1Mpa A=Fy/Fq（2.14） 式中 A橡胶块截面面积（mm 2） Fy每个弹性体的预压力； Fq单位压力。 将以上数据代入（2.14）式，得 A=Fy/Fq=1275.3/1.11159.4 mm2取 1159 mm2。 选用直径为 8mm 的卸料螺钉，选取弹性体穿卸料螺钉孔的直径 d=8.5mm。则弹性体的外径 D 可按下式求得： 由 （D2-d2）/4=A 得 （2.15）214.3/dA 将以上数据代入（2.15）式，得： = 39.35，取 40mm。2./D25.8143/9 （3） 橡胶块高度的校核 24 校核条件：0.5H/D1.5，将数据代入，得 H/D=28/40=0.7，满足校 核条件。 3.7.2 卸料螺钉的设计 采用圆柱头内六角卸料螺钉（GB2867.681） ，在上模座上加工通孔， 容易保证卸料板与模座平行。 卸料螺钉长度 L 按下式计算： L=h1+H0（2.16） 式中 h 1固定板厚度（mm）; H0预压后弹性元件的高度（mm） 。 将以上数据代入（2.16）式，得 L=h1+H0=20+25=45mm。 注意：凸模经刃磨后，在重新安装弹性元件时，在螺钉头部应加垫圈， 其厚度为刃磨量，以免预压后过大损害压力机。 3.8 设计其它零件并校核压力机 3.8.1 其它零件的设计及选用 垫板主要用于直接承受和扩散凸、凹模传来的压力，防止模座承受过 大压力而出现凹坑，影响模具正常工作，由于本模具的模座采用钢板制造， 且凸模截面面积不太小，故省去垫板。 根据凹模的最大外形轮廓尺寸 LB=200160，从表 3391中选取： 凸模固定板厚度 20mm, 外形尺寸与凹模板相同；卸料板厚度 16mm，外形与 中间型孔的形状和尺寸与凹模相同。 凸模的自由长度为 L=（25+16+1+1+5）mm=48mm.其中，凸模进入凹模的 深度为 1mm，凸模的修磨量为 5mm。 根据凹模的外形尺寸，选择模架： 本模具选用适合单个毛坯冲裁的 中间导柱标准钢板模架，这种模架的导柱分布在矩形凹模对称中心线上， 冲压时可防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜，且两导柱的直径不同，可 避免上模与下模装错而发生啃模事故。 上模座 L/mmB/mmH/mm=20016040 下模座 L/mmB/mmH/mm=20016050 导柱 d/mmL/mm=30150（左） 、32150（右） 导柱 d/mmL/mmD/mm=3010038（左） 、3210038（右） 25 为了保证使用中的安全性与可靠性，应注意：当模具处于闭合位置时， 导柱上端面与上模座的上平面留 1015mm 的距离，导柱下端面与下模座下 平面留 25mm 的距离。导套与上模座上平面留不小于 3mm 的距离，同时， 上模座开横槽，以便排气。 3.8.2 校核压力机 模具的闭合高度为 H 闭合 =（40+20+25+16+1+25+50）mm=177mm，下模座 的外形尺寸为 355mm160mm。查附录 B33得：J23-25 压力机的最大闭合高 度为 270mm，最小闭合高度为 215mm,模具的闭合高度小于冲床的最小闭合 高度，所以要采用垫板, 有： H 最大 -H1-5H 模 H 最小 -H1+10 式中 H1垫板厚度（mm） 代入数据：270-50-5177215-50+10 工作台尺寸（370mm560mm）下模座的外形尺寸 （355mm160mm） 且工作台孔为 180mm，不会妨碍漏料。所以，确定采用 J2325 型压力机 作为冲压设备。 26 第四章 双向弯曲（翻边）成形模设计 4.1 成形模结构设计 4.1.1 总体结构 27 图 10 封闭板双向弯曲成形模 封闭板双向弯曲（翻边）成形模的结构见图 10，该模具分上下两部分， 上部为常规的冲模结构形式，下部通过支承板将下模固定在底座上。这种 结构形式的优点为：上部设计可不考虑压力机的闭合高度，使模具结构 紧凑、灵活；适当设计支承板的高度和底座的固定槽，控制模具的闭合 28 高度在压力机的闭合高度范围内，使得模具安装时不用垫铁和压板等，可 直接用螺钉固定，模具安装快捷、安全、方便。 4.1.2 工作原理 冲件在模具上采用外形定位，一次冲压动作能完成双向弯曲（翻边） 成形，且同时完成左、右封闭板的成形。在导柱上设置了限位圈 13，能快 速调整模具的闭合高度。另外顶料板 17 兼有部分凹模的作用，翻边凸模 14 兼起压料板的作用。由于零件的特殊性，其成形过程存在着双向弯曲（翻 边） ，为保证成形的可靠，要求成形动作按设计意图顺序动作，其下部弹簧 21 的弹力要大于上部弹簧弹力与中间 15mm 边长弯曲成形力之和。模具的 工作过程为：上模随压力机滑块向下运动，首先翻边凸模 14 压住坯料，此 时，顶料板 17 与凹模上平面平齐。上模继续下行，压缩弹簧 6，在弯曲凸 模 15 与顶料板上弯曲凹模槽作用下完成边长 15mm 的向下弯曲。当翻边凸 模上平面碰到凸模固定板 11 后，再开始压缩弹簧 21，在翻边凸模 14 与凹 模 16 的作用下完成向上的弯曲（翻边）成形。冲压成形后，上模回程，在 顶料板 17 的作用下，将冲件顶出凹模，完成一个冲压过程。为使零件弯曲 圆角成形清晰，上模需下行至顶料板的下平面碰到下模板，起到校正弯曲 的作用。 4.2 成型模工艺计算 4.2.1 弯曲力的计算 （1）边长 15mm 的弯曲力的计算 F1=0.6KBt2 b/(R+t)(2.17) 式中 F1自由弯曲力（冲压行程结束，尚未进行校正弯曲时的压力） （N） ； B弯曲件宽度（mm） ，取 57.5-2-2=53.5mm； t弯曲件材料厚度（mm） ，取 1mm； R弯曲内半径（mm） ，取 1.5mm； b材料抗拉强度（Mpa） ，取 390Mpa； K安全因数，一般取 K=1.3。 将以上数据代入（2.17）式,得： 29 F1=0.6KBt2 b/(R+t) =0.61.353.512390/（1.5+1） =6509.88N 同时弯曲左、右两对称件的弯曲合力 F=2F1cos37=26509.88cos37=10398N,见 图（11） 。 F2=qA(2.18) 式中 F 2校正力（N） ； q单位校正力，查表 3-33，取 q=15MPa； A工件被校正部分的投影面积（mm 2） ， A=53.515Sin16221.19mm。 将以上数据代入（2.18）式，得 F2=qA=15221.19=3317.85N。 F3=(0.30.8)F(2.19) 式中 F 3压料力（N） ； F自由弯曲力（N） ，取 10398N。 将以上数据代入（2.19）式，得： F3=(0.30.8)F =(0.30.8)10398=3119.48318.4，取 8318.4N。 （2） 10mm 的直角弯曲力的计算 高 10mm 的弯曲（翻边）成形力按弯曲 L 形件的弯曲力公式计算，如下： FL=（0.650.8）Bt 2 b /(R+t) （2.20） 式中 B弯曲线长度， 由 AutoCAD 的“工具”“查询” ，得 B=184.12mm； t板料厚度，取 1mm。 b材料抗拉强度，取 390MPa； R弯曲内半径（mm） ，取 1.5mm； 将以上数据代入（2.20）式，得： FL=（0.650.8）Bt 2 b /(R+t) =（0.650.8）（184.121 2390）/（1.5+1） =18669.822978.2，取 22978.2N。 图 11 弯曲合力 30 F 总 =F+F2+F3+FL=10398+3317.85+8318.4+22978.2=45012.45N。 根据总冲压力初步选择 J23-6.3 压力机（查附录 B33） 。 4.2.2 回弹量的确定 由于 R=1.5mm，t=1mm,R(58)t,所以工件的弯曲半径变化不大，只需 考虑角度回弹，又由于采用施加校正力的方法消除回弹，所以回弹量很小， 能满足工件要求，不需作回弹计算。 4.2.3 计算压力中心 由于零件左、右对称， 其压力中心一定在对称轴 Y 上，故 Xc=0,采用基于 AutoCAD2000 的冲模压力 中心确定方法， （具体作 法见冲裁模压力中心的计 算） ，得 Yc=-30.5mm。见 图 12。 4.2.4 工作部分尺寸计算 （1） 凸、凹模的圆角半径 弯曲件的相对弯曲半径 r/t=1.5/1=1.5 较小，故弯曲（翻边）凸模圆角 半径 rp取弯曲件的内弯曲半径 1.5mm。 凹模圆角半径不能太小，以免增加弯曲力，擦伤工作表面，按材料厚度 来选取： 当 t2mm 时，r d=(36)t（2.21） 式中 t材料厚度，取 1mm； rd凹模圆角半径（mm） 。 将数据代入（2.21）式，取 r d=31=3mm。 （2） 凹模深度 凹模的工作深度决定板料的进模深度。凹模深度过大，不仅增加模具钢 的消耗，而且将增大压力机的工作行程，使最大弯曲力提前出现，对压力 机很不利。凹模深度过小，可能造成弯曲件直边不平直，降低其尺寸精度。 因此，凹模深度要适当。查表 3172，得凹模深度增加值L=3mm。 （3） 凸、凹模之间的间隙 图 12 压力中心 31 Z=t+ct（2.22） 式中 Z凸、凹模之间的间隙（mm） ； t板料厚度，取 1mm； c间隙系数，查表 3182，得 c=0.1。 将以上数据代入（2.22）式，得 Z=t+ct=1+0.11=1.1mm。 弯曲凸模与顶料板之间的间隙可适当取大一些（1.1mm） ，以防止顶料 板的弯曲变形或断裂，故取 1.15mm。 翻边凸模与凹模之间的间隙则应取小些，取 1.1mm,以提高冲件弯曲 （翻边）的成形质量。 4.3 关键零件的设计 4.3.1 凹模设计 凹模用整体结构，这样可极大地提高凹模的刚性，防止冲压时的变形， 图 13 凹模 32 提高冲件的质量。同时，整体结构便于制造和装配，能简化模具结构，提 高加工精度。 凹模的中间型孔尺寸是这样得来的：将工件尺寸向外偏移一个凸、凹 模间隙 1.1mm， （即将间隙取在凹模上） ，然后左、右件对称布置，横向距离 取 31mm，查表 3172得凹模壁厚为 40mm，则经圆整得凹模的外形尺寸 260mm 138mm，凹模的结构见图 13。 凹模材料选 T10A，热处理 HRC5660。中间型孔由线切割加工，使左、 右件对称性好，冲件质量高。 4.3.2 翻边凸模设计 由于零件单独成形时存在着横向不平衡力，为使左、右件的横向不平衡 力相互抵消，将翻边凸模设计成整体结构，但中间要通过弯曲凸模，并通 过弯曲凸模导 向。 图（14） 所示为翻边凸 模的结构简图， 在设计和制造 时均要保证外 部翻边凸模轮 廓与中间矩形 孔之间的位置 精度和尺寸精 度，其中外部 翻边凸模按凹模配作，保证 单面 间隙 1.1mm，内孔按弯曲凸 模配作，保证单面 间隙 0.25mm。 为了节约模具材料和安装方便、安全，将翻边凸模的非工作部分作成矩 形，尺寸为 180.5mm97.5mm。 4.3.3 弹簧的设计 为了保证按设计意图顺序动作，上模弹簧的总弹力必须小于下模弹簧的 总弹力与弯曲（翻边）成形力之和，且下部弹簧的总