支架弯曲模具设计说明书 精品.docx
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第1章绪论
近几年来，我国模具技术有了很大发展，模具设计与制造水平有了较大提高，大型、精密、复杂高效和长寿命模具的需求量大幅度增加，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技术也得到了相当广泛的应用。
1.1国内模具的现状和发展趋势
1.1.1国内模具的现状
冲压技术广泛应用于航空、汽车、电机、家电和通信等行业零部件的成形。
由于冲压工艺具有生产率高，能成形复杂零件，适合大批量生产等优点，在某些领域已经取代机械加工，并正逐步扩大其应用范围。
据国际生产技术协会预测到本世纪中，机械零部件中60%的粗加工，80%的精加工要由模具来完成。
因此冲压技术对发展生产、增加效益、更新产品等方面具有重要作用。
经调查，全国模具行业从业人员的岗位分布情况大致如下：
从事模具设计，模具工艺过程实施，产品质量检验和监督工作的人员占总数的42%；其次是具体生产设备的操作，模具的制造、调试和维修，从事这类工作的是智能型操作人员，占总数的26%；三是从事生产组织，技术指导和技术管理工作的人员，占总数的14%；四是从事模具营销工作和售后技术服务的人员，占总数的9%；五是个体、行政管理人员，占总数的9%。
从20世纪80年代初开始，工业发达国家的模具工业，已从机床工业中分离出来，并发展成为一个独立的工业部门，而且其产值已超过机床工业的产值。
改革开放以来，中国的模具工业发展十分迅速；近年来，一直以每年15%左右的增长速度快速发展。
目前，中国约有17000多个模具制造厂点，从业人数60多万；2001年中国模具工业总产值达320亿元人民币，中国模具工业的技术水平取得了长足的进步。
国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越多且越来越高的要求巨大的市场需求推动着中国模具工业更快地发展。
2001年中国大陆制造业对模具的市场需求量约为430亿元人民币；今后几年仍将以每年10%以上的速度增长。
对于大型、精密、复杂高效和长寿命模具需求的增长将远超过每年10%的增幅。
虽然说我国模具业发展迅速，但远远不能适应国民经济发展的需要。
我国尚存在以下几方面的不足:
第一，体制不顺，基础薄弱。
“三资”企业虽然已经对中国模具工业的发展起了积极的推动作用，私营企业近年来发展较快，国企改革也在进行之中，但总体来看，体制和机制尚不适应市场经济，再加上国内模具工业基础薄弱，因此，行业发展还不尽如人意，特别是总体水平和高新技术方面。
第二，开发能力较差，经济效益欠佳.我国模具企业技术人员比例低，水平较低，且不重视产品开发，在市场中经常处于被动地位。
我国每个模具职工平均年创造产值约合1万美元，国外模具工业发达国家大多是15～20万美元，有的高达25～30万美元，与之相对的是我国相当一部分模具企业还沿用过去作坊式管理，真正实现现代化企业管理的企业较少。
第三，工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低．虽然国内许多企业采用了先进的加工设备，但总的来看装备水平仍比国外企业落后许多，特别是设备数控化率和CAD/CAM应用覆盖率要比国外企业低得多。
由于体制和资金等原因，引进设备不配套，设备与附配件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较好解决。
装备水平低，带来中国模具企业钳工比例过高等问题。
第四，专业化、标准化、商品化的程度低、协作差．由于长期以来受“大而全”“小而全”影响，许多模具企业观念落后，模具企业专业化生产水平低，专业化分工不细，商品化程度也低。
目前国内每年生产的模具，商品模具只占45%左右，其馀为自产自用。
模具企业之间协作不好，难以完成较大规模的模具成套任务，与国际水平相比要落后许多。
模具标准化水平低，标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响，对模具制造周期影响尤甚。
第五，模具材料及模具相关技术落后．模具材料性能、质量和品种往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢相比，无论是质量还是品种规格，都有较大差距。
塑料、板材、设备等性能差，也直接影响模具水平的提高。
1.1.2 国内模具的发展趋势
巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。
虽然我国的模具工业和技术在过去的十多年得到了快速发展，但与国外工业发达国家相比仍存在较大差距，尚不能完全满足国民经济高速发展的需求。
未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括以下几方面:
1）模具日趋大型化；
2）在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术；
3）模具扫描及数字化系统；
4）在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术；
5）提高模具标准化水平和模具标准件的使用率；
6）发展优质模具材料和先进的表面处理技术；
7）模具的精度将越来越高；
8）模具研磨抛光将自动化、智能化；
9）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程；
10）开发新的成形工艺和模具。
1.2 国外模具的现状和发展趋势
模具是工业生产关键的工艺装备，在电子、建材、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯器材等产品中，60％－80％的零部件都要依靠模具成型。
用模具生产制作表现出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清洁环保的特性，是其他加工制造方法所无法替代的。
模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业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。
近几年，全球模具市场呈现供不应求的局面，世界模具市场年交易总额为600～650亿美元左右。
美国、日本、法国、瑞士等国家年出口模具量约占本国模具年总产值的三分之一。
冲压技术的发展主要反映在以下5个方面：
（1）模具的计算机辅助能力设计和辅助制造技术
采用该技术，模具设计和制造效率一般可提高2-3倍，模具生产周期可缩短1/2-1/3。
目前，已达到CAD/CAM一体化，模具图纸只是作为检验模具之用。
（2）工艺分析中的板料成形模拟仿真技术（冲压CAE）
（3）快速模具制造技术的发展
将快速成形（RPM）技术与各种常规的铸造、粉末烧结工艺相结合而发展起来的快速模具制造技术以及低熔点合金模具，树脂模具都可用于冷冲压成形。
（4）采用冲压新工艺
精密冲裁、液压成形、冲压焊接复合工艺等特种冲压工艺的采用，使冲压工艺的应用范围进一步扩大，冲压制件的质量和效率大大提高，从而使生产成本进一步降低。
（5）冷冲压生产的机械化和自动化
为了满足大批量生产的需要，冲压设备已由单工位的低速压力机发展到多工位的高速压力机；在高速压力机上采用多工位的级进模进行冲压加工，使冷冲压生产达到高度自动化；汽车覆盖件可采用自动送料、自动取件、自动传送的流水线生产。
1.3 支架弯曲模具设计与制造方面
1.3.1支架弯曲模具设计的设计思路
该支架中间有两个直径为φ6的孔，两端各有一个直径为φ8的孔，加工该制件需要三个工序，冲孔、落料和弯曲。
冲孔和落料是使板料分离的工序，是冲压的基本工序之一，它可以直接冲出成品零件也可以作为弯曲、拉深和挤压等其他工序的坯料，还可以在已成形的工件上进行再加工。
弯曲也是冲压基本工序之一，它是将板料、管材或棒料等按设计要求弯成一定角度和一定曲率，形成所需形状的冲压工序。
一般情况下，弯曲件的尺寸精度应在IT13级以下，角度公差应大于15΄，否则应增加整形工序。
只有加强弯曲变形基础理论的研究，才能提供更加准确、实用、方便的计算方法，才能正确地确定弯曲工艺参数和模具工作部分的几何形状与尺寸，解决弯曲变形中出现的各种实际问题，从而，进一步提高制件质量。
四角弯曲件是最典型的弯曲件。
它可以一次弯曲成形，也可以分两次弯曲成形。
由于弯曲过程中工件受回弹力较大，可以先进行预弯。
为了保证制件的顺利加工和顺利取件，模具必须有足够高度。
要改变模具的高度，只有改变导柱和导套的高度。
导柱和导套的高度可根据弯曲凸模与弯曲凹模工作配合长度决定．设计时可能高度出现误差，应当边试模边修改高度。
1.3.2支架弯曲模具设计的进度
1.了解目前国内外冲压模具的发展现状，所用时间20天；
2.确定加工方案，所用时间5天；
3.模具的设计，所用时间30天；
4．模具的调试．所用时间5天．
第2章支架冲压弯曲工艺的分析
2.1工件工艺分析
原始资料：
如图所示
材料：
08
厚度：
3mm
（1）零件图分析此工件为带孔的四直角相反弯曲对称件，选用08钢，其弯曲半径均大于该种材料的最小弯曲半径，且尺寸精度要求不高，不需要校形，由冲裁和弯曲即可成形。
冲压难点在于四角弯曲回弹较大，使制件变形但通过模具措施可予以控制。
由于没有公差等级标注，所以可以按未标公差等级处理。
（2）冲压工艺性审查（表1）
冲裁工艺性
工艺性项目
冲压工艺形状
工艺性允许值
工艺性评价
1.形状
落料长方形36×102冲圆孔φ6、φ8
2.落料圆角
R3
0.25t=0.75
3.孔边距
对2-φ6、φ8孔
1.5t=4.5
最小孔边距
t=3
弯曲工艺性
工艺性项目
冲压工艺形状
工艺性允许值
工艺性评价
1.形状
U形件四角弯曲对称
2.弯曲半径
R4
0.4t=1.2
3.直边高度
弯曲外角20
2t=6
弯曲内角8
2t=6
4.孔边距
距φ6孔边8
2t=6
由于φ8孔边距弯曲区太近，易使孔变形。
故先弯曲后冲孔
距φ8孔边4
2t=6
5.精度
IT14
为保证600.37，应弯曲后冲2-φ8孔
2-φ8孔距是IT9
（3）冲压经济性和先进性分析
冲压是该件最好的加工方法。
但由于批量不是很大，模具应力求结构简单易制，故不采用复杂的组合工序。
2.2制件的工艺计算和工艺方案
2.2.1工艺方案的确定
根据制件的工艺分析,知道制件是带孔的四直角相反弯曲对称件。
冲压该零件所需的基本工序为落料弯曲和冲孔。
其弯曲工艺方案有如图2-1所示的三种。
这里采用第三种一次弯曲成形。
图2-1
因此，冲压该工件的工艺方案可能有以下几种。
方案一：
落料与冲两个φ6孔复合，弯曲外部两角并使中间两角预弯45˚，弯曲中间两角，冲两个φ8孔。
方案二：
落料与冲两个φ6孔复合（同方案一），弯曲外部两角，压弯中间两角，冲两个φ8孔。
方案三：
落料与冲两个φ6孔复合（同方案一），压弯四个角，冲两个φ8孔。
方案四：
全部工序采用带料级进冲压。
比较上述各方案可以看出：
方案一的优点是：
模具结构简单、寿命长、制造周期短、投产快；零件的回弹容易控制、尺寸和形状准确、表面质量高。
缺点是：
工序分散，需用模具、压力机和操作人员较多，劳动量较大。
方案二与方案一相比，零件的回弹难以控制，尺寸和形状不精确，且同样存在工序分散，劳动量大，占用设备多的缺点。
方案三的工序比较集中，占用设备和人员少，但模具寿命低，零件表面有划伤，厚度有变薄，回弹不易控制，尺寸和形状不够正确。
方案四的特点是采用工序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。
考虑到零件的精度要求较高，生产批量不大，故采用第一种方案。
2.2.2计算毛坯尺寸
工件的弯曲半径r>0.5t，故坯料展开长度公式为
L=l1+l2+l3+l4+l5+π/2×（r1+r2+r3+r4）+π/2×（x1+x2+x3+x4）t
查手册表3.4.1，当r/t=1.3时，x=0.34，则坯料展开长度为
L=2×（20+4+11）+π/2×4×4+π/2×0.34×4×3=126.64mm
2.2.3确定各工序模具种类及形式
所选用的冲模有：
落料弯曲复合模，冲孔模。
其结构形式如图2-2所示。
2.3工序设计与工艺计算
弯曲件毛坯宽度为36mm，展开长度为126.64mm，考虑到操作方便，排样采用单排。
取其搭边数值：
条料两边a=2.8mm，进距方向a1=2.5mm，于是有
进距h=D+a1=36+2.5=38.5mm
条料宽度b=L+2a=126.64+2×2.8=132.24mm
板料规格拟选用3mm×600mm×2000mm（钢板）
若用纵裁：
裁板条数n1=B/b=600/132.24=4条余71mm
每条个数n2=A-a1/h=2000-2.5/38.5=51条余34mm
每板总个数n=n1×n2=204
材料利用率
=nBL/AB×100%
=204×36×126.64/2000×600×100%=77.5%
若用横裁：
裁板条数n1=A/b=2000/132.24=15条余16mm
每条个数n2=B-a1/h=600-2.5/38.5=15个余20mm
每板总个数n=n1×n2=225
材料利用率
=nBL/AB×100%
=225×36×126.64/20×600=85.4%
由此可见，横裁有较高的材料利用率，采用横裁。
2.4压力、压力中心计算及压力机的选用
因为本制件是轴对称零件，所以不用计算压力中心。
2.4.1冲两个φ6孔及落料工序
1.冲裁力
F=1.3Ltτ≈Ltσb
式中σb—被冲材料抗拉强度（MPa），L—冲裁件剪切周边长度（mm），
t—冲裁件材料厚度（mm）。
查手册﹝1﹞表8—7得08钢的σb=380MPa，则有
落料力F1=1.3Ltτ≈Ltσb=（36+126.64）×2×3×380=370KN
冲孔力F2=1.3Ltτ≈Ltσb=π×6×2×3×380=43KN
2.落料时的卸料力
F卸=K卸P1
查表2-15，取K卸=0.03，故
F3=0.03×370=11.1KN
F΄3=0.03×43=1.29KN
3.推件力
Pt=nKtP
Kt—推件力系数,由手册查得Kt=0.045
n—同时卡在凹模的工件（或废料）数,其中
n=h/t，t=3mm。
h—凹模刃部直壁洞口高度（mm），
t—料厚（mm）
查《冲模设计应用实例》选择图2—17b的凹模刃口形式，可取h=6mm,故n=2，则
P1=2×0.045×370=33.3KN
P2=2×0.045×43=3.87KN
选择冲床时的总的冲压力为
P总=F1+F2+F3+F΄3+P1+P2
=370+43+11.1+1.29+33.3+3.87
=462.56KN
为安全起见，防止设备的超载，可按公称压力F≥（1.6—1.8）F总的原则选压力机。
选公称压力为630KN的压力机。
2.4.2弯曲工序
四个部位的弯曲均属自由弯曲，弯曲力用下式计算
F=0.6KBt2σb/（r+t）
式中安全系数K=1.3，圆角半径r=4mm，t=3mm，屈服极限σb=380MPa，板料宽B=36mm，由此可计算出四个部位的弯曲力均为13.8KN，弯曲力总合为55.2KN。
选用63KN的压力机。
2.4.3冲两个φ8孔工序
F冲=1.3Ltτ≈Ltσb=π×8×2×3×380=58KN
选用63KN的压力机。
第3章模具的结构设计
3.1模具工作部分的计算
根据文献2中的表2-10查得，冲裁模初始双面间隙Zmin=0.36mm，Zmax=0.42mm，未注公差的毛坯尺寸按IT14级精度计算，磨损因数x可根据公差数值由表2-12查得。
冲裁凸模、凹模分别按IT6和IT7级制造。
3.1.1落料刃口尺寸计算
采用分别加工，按手册3中凸、凹工作部分尺寸计算公式计算。
（1）凸模尺寸:
落料凸制造公差可查得δ=0.02，落料凹模制造公差为δ=0.04，故
360-0.62D凸=（D-x△-Zmin）-δp0
=（36-0.5×0.62-0.36）0-0.02=35.330-0.02mm
126.640-1.0D凸=（D-x△-Zmin）-δp0
=（126.64-0.5×1-0.36）0-0.0.03=125.780-0.03mm
30-0.25D凸=（D-x△-Zmin）-δp0
=（3-0.75×0.25-0.36）0-0.02=2.450-0.02mm
（2）凹模尺寸:
360-0.62D凹=（Dmax-x△）0+0.25△=（36-0.5×0.62）0+0.25×0.62
=35.690+0.03mm
126.640-1.0D凹=（Dmax-x△）0+0.25△=（126.64-0.5×1.0）0+0.25×0.62
=126.140+0.03mm
30-0.25D凹=（Dmax-x△）0+0.25△=（3-0.75×0.25）0+0.25×0.62
=2.820+0.002mm
校核:
δ凸+δ凹≤Zmax-Zmin=0.42-0.36=0.06mm
对于360-0.62:
0.02+0.03=0.05mm<0.06mm
对于126.640-1.0:
0.03+0.03=0.06mm
对于30-0.25:
0.02+0.02=0.04mm〈0.06mm
由此可见所选取的凸、凹模制造公差是合适的。
3.1.2冲孔刃口尺寸计算
对于两个φ60+0.30孔冲裁凸模、凹模的制造公差可由文献2查得δ凸=0.02mm，δ凹=0.02mm，则
d凸=（d+x△）-δp0=（6+0.5×0.3）0-0.02=6.150-0.02mm
d凹=（d+x△+Zmin）0+δ=（6+0.5×0.3+0.36）0+0.02=6.510+0.02mm
对于孔心距C=140.25，C凸=Cδ凸=140.25/4=140.06mm
校核:
δ凸+δ凹≤Zmax-Zmin=0.42-0.36=0.06mm
0.02+0.02=0.04mm〈0.06mm，故所选公差是合适的。
对于两个φ80+0.36孔冲裁凸模、凹模的制造公差可由文献2查得δ凸=0.02mm，δ凹=0.02mm，则
d凸=（d+x△）-δp0=（8+0.75×0.36）0-0.02=8.270-0.02mm
d凹=（d+x△+Zmin）0+δ=（6+0.75×0.36+0.36）0+0.02=8.630+0.02mm
对于孔心距C=600.37mm，C凸=Cδ凸=600.37/4=600.09mm
经过校核所选公差是合适的。
3.1.3弯曲部分尺寸计算
凸模的圆角半径与零件的弯曲半径相同，R凸=4mm
凹模的圆角半径由三表3-7查得，R凹=（2—6）t=6—18mm，这里取10mm。
凸、凹模单面间隙值Z/2=0.9t=2.7mm
对于工件尺寸840-0.87φ取弯曲凸模、凹模的制造公差IT7和IT8级精度，查手册得δ凸=0.035mm，δ凹=0.054mm
按式（3-9）得B凹=（B-0.75△）0+δ凹=83.340+0.054mm
B凸=（B凹-Z/2）-δ凸0=86.050-0.035mm
3.2模具主要零件及结构设计
由前面分析采用三副模具来完成本工件的制造。
3.2.1冲孔落料复合模的结构设计
3.2.1.1落料凹模
凹模的刃口形式采用文献1图2-17b所示的刃口形式，凹模的外形尺寸按手册1中式（2-25）和式（2-26）：
凹模厚度H=kb=0.24×126.64=30mm
凹模壁厚c=1.5H=45mm（取26-40mm）这里取40mm
查手册选标准凹模尺寸250×160×20
结构和尺寸标注如图所示
3.2.1.2冲孔凸模
根据所要冲的孔的尺寸设计凸模的结构形式.如下图所示:
凸模的固定形式为直接连接型式.借助于螺钉,销钉和止口紧回定位,简单可靠,承裁能力强,更换凸模方便.固定开式如下图所示:
3.2.1.3凸凹模
凸凹模的结构简图如图所示,按式（2-27）得凸凹模的最小壁厚m=1.5t=4.5mm,而实际最小壁厚为8mm,故符合强度要求。
凸凹模的外刃口尺寸按凹模尺寸配制，并保证双面间隙0.34-0.39，凸凹模上两孔中心距14mm的公差，应比零件图所标精度高3-4级，即定为140.15mm。
3.2.1.4模柄
模柄的作用是固定上模座于压力机滑块上时使模具的压力中心与压力机的压力中心保证一致,所以,模柄的长度不得大于压力机滑块里模柄的孔的深度,模柄直径应与模柄孔一致.
根据模具的总体特点,选用凸缘式模柄,此模柄用螺钉,销钉与上模座紧固在一起,如下图所示:
3.2.1.5凸模固定板
由于凸模的尺寸形状已定,根据凸模的形状来定凸模固定板的形状尺寸,为使凸模或凹模固定牢固靠并有良好的垂直度,固定板必须有足够的厚度,根据凸模的的形状定固定板的厚度为20mm.其结构设计如下图所示:
3.2.1.6导柱、导套
对于生产批量大、要求模具寿命高的模具，一般采用导柱、导套来保证上、下模的导向精度。
导柱、导套在模具中主要起导向作用。
导柱与导套之间采用间隙配合。
根据冲压工序性质、冲压的精度及材料厚度等的不同，其配合间隙也稍微不同。
因为本制件的厚度为3mm，所以采用H7/f7。
3.2.1.7其他零件
本模具采用螺钉固定，销钉定位。
紧固螺钉标记：
35钢M1038GB70—85
限位螺钉标记：
35钢M1240GB68—76
定位销钉标记：
35钢
420GB119—86
顶出螺钉标记：
35钢
1440GB119—86
定位销和挡料销的选用.根据所设计的顶块和反侧压块的尺寸,定位销和挡料销均选用直径为4mm的.尺寸如下图所示:
3.2.2选用模架、确定闭合高度及总体尺寸
由凹模外形尺寸250×160，选后侧导柱导套模架，再按其标准选择具体结构尺寸如下：
表3-1模架规格选用
名称
尺寸
材料
热处理
上模座
250×160×40
HT200
下模座
250×160×45
HT200
导柱
28×200
20
渗碳58～62HRC
导套
28×125×38
20
渗碳58～62HRC
固定板
250×160×20
45
上、下垫板
250×160×10
45
旋入式模柄
A32×100
Q235
复合模模架要求刚性好，精度高，因此通常将上模座加厚5～10mm下模座加厚10～15mm（与GB/T2851～2852-90标准模架相比），因此上模座厚度H上模取40mm。
上模垫板厚度H垫取10mm，固定板厚度H固取20mm，下模座厚度H下模取45mm，H1中间垫板的厚度为8mm,H2垫板的厚度为8mm,H3固定板的厚度为12mm那么，该模具的闭合高度：
H闭=H上模+H垫+H固+H1+H下模+H2+H3+25
=（40+10+20+45+8+8+12+25）mm
=168mm取H闭为172
式中：
L——凸模长度，L=50mm
可见该模具闭合高度小于所选压力机J23-100的最大装模高度（220mm），可以使用。
3.2.2弯曲模的结构设计
因为四角件的料厚t=3mm>1.5~1，外角半径R=4<2t=6，所以采用两道工序弯曲，一副模具成形。
结构如下：
3.3模具总装图
3.3.1冲孔落料复合模的总装图
由以上设计，可得到模具的总装图，其工作过程是：
模具在工作时，板料以导
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