弯板支架冲孔弯曲模具设计冲孔落料+弯曲.docx
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弯板支架冲孔弯曲模具设计冲孔落料+弯曲
江阴职业技术学院
毕业设计（论文）
题目弯板支架冲压模具设计
姓名学号
系部机电工程系
专业模具设计与制造
指导教师职称副教授
2014年12月10日
摘要
在这次设计中根据所给题目的要求，首先对冲压件进行了分析，分析该零件的尺寸精度得出用一般精度的模具即可满足零件精度的要求，再从零件的形状、尺寸标注及生产批量等情况看，选择加工方案。
根据对零件的综合分析，在这次设计中我设计的模具是弯板支架的冷冲压模具设计，主要介绍的是冲裁工艺、冲裁模的结构与设计、冲裁模落料冲孔的工作原理等。
希望能够灵活运用所学的专业知识和技能，圆满完成此次的毕业设计。
关键词：
模具冲裁件凸模凹模凸凹模
第一章工件分析
第一节材料的工艺分析
冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性。
冲裁件的工艺性是否合理，对冲裁件的质量、模具寿命和生产率有很大影响，在一般情况下，对冲压件工艺性影响最大的几何形状尺寸和精度要求。
良好的冲压工艺性应能满足材料较省、工序较少、模具加工较容易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等要求。
工件名称：
弯板支架工件简图：
如图1.1所示生产批量：
大批量材料：
Q235厚度：
1mm工件精度：
IT14
图1.1工件简图
第二节材料选择
根据表1.1，Q235为碳素结构钢，具有良好的塑性、焊接性以及压力加工性，主要用于工程结构和受力较小的机械零件。
综合评比均适合冲裁加工。
第三节工件结构形状
工件结构形状相对简单，属轴对称结构，除有一个孔,其余皆为直线，孔与边缘之间的距离也满足要求，可以冲裁。
2.2展开尺寸的计算
弯曲件毛坯的展开尺寸是根据变形中性层长度不变的原理来求出的，对于变形程度很小或对尺寸要不高的弯曲件来说，可以近似的认为变形中性层与毛坯的断面中心相重合，这时，中性层的位置为
ρ=r+t/2
式中r——弯曲件内层的弯曲半径
t——板料的厚度，
而当需要精确的求出弯曲毛坯的展开长度时，就必须精确的求出变形中性层的位置。
确定位置之后就可以进行毛坯展开长度的计算了，这需要一个中性层的位移系数，此系数对于弯曲形状及弯曲程度不同，数值也不同，需要根据实际的模具调节展开尺寸。
本产品，尺寸没标公差，属于自由公差，可以直接按毛坯的断面中性层尺寸计算，
经过计算L1=43.8，宽度D=13
此尺寸目前是待定，在实际生产时需调节。
如图，展开图纸如下图所示：
第四节尺寸精度
零件图上所注公差经查标准公差表1.2为IT14级，尺寸精度较低，普通冲裁完全可以满足要求。
根据以上分析：
该零件冲裁工艺性较好，适宜冲裁加工。
查公差表得各尺寸公差：
零件外形：
43.8
mm、13
mm
零件内形：
3.2
mm
表1.1黑色金属的力学性能
材料名称
材料牌号
材料状态
极限强度
伸长率
屈服强度
弹性模量E/MPa
抗剪
抗拉
碳素结构钢
Q235
已退火的
216-304
275-383
32
177
08
255-353
324-441
32
196
186000
10F
216-333
275-412
30
186
10
255-333
294-432
29
206
194000
15F
245-363
314-451
28
15
265-373
333-471
26
225
198000
20F
275-383
333-471
26
225
196000
2O
275-392
353-500
25
245
206000
25
314-432
329-539
24
275
198000
30
353-471
441-588
22
294
197000
35
392-511
490-637
20
314
197000
40
412-530
511-657
18
333
209000
45
432-549
539-686
16
353
200000
50
432-569
539-716
14
373
216000
表1.2部分标准公差值（GB/T1800.3—1998）
公差等级
IT6
IT7
IT8
IT9
IT10
IT11
IT12
IT13
IT14
IT15
基本尺寸
/μm/mm
＞3～6
8
12
18
30
48
75
0.12
0.18
0.30
0.48
＞6～10
9
15
22
36
58
90
0.15
0.22
0.36
0.58
＞10～18
11
18
27
43
70
110
0.18
0.27
0.43
0.70
＞18～30
13
21
33
52
84
130
0.21
0.33
0.52
0.84
＞30～50
16
25
39
62
100
160
0.25
0.39
0.62
1.00
＞50～80
19
30
46
74
120
190
0.30
0.46
0.74
1.20
＞80～120
22
35
54
87
140
220
0.35
0.54
0.87
1.40
从表1.1中查出Q235
抗拉强度：
σ=275～383Mpa
抗剪强度：
τ=216～304Mpa
伸长率：
δ=32%
分析其力学性能较好，故选择Q235材料。
第二章冲裁工艺方案的确定
该制件的冲裁工序包括落料和冲孔，其冲裁加工有以下三种方案：
方案一：
先冲孔，后落料，然后弯曲。
单工序模生产。
方案二：
冲孔—落料复合冲压然后弯曲。
复合模生产。
方案三：
冲孔—落料—弯曲级进冲压。
级进模生产。
方案一模具结构简单，投资少，且每次冲裁所需的冲裁力较小，可以解决冲压设备吨位不够的问题。
其缺点在于零件的精度难于保证，并且零件比较小，在第二次冲孔时，准确定位不宜，容易使人受伤，生产率低。
方案二也只需2副模具，制件精度和生产效率都较高，且工件最小壁厚大于凸凹模许用最小壁厚，模具强度也能满足要求。
冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高，板料的定位精度比方案三低，模具轮廓尺寸较小，制造比方案三简单。
方案三只需一副模具，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，但模具轮廓尺寸较大，制造复杂，成本较高。
通过对上述三种方案的分析比较,采用方案二复合模是比较合理的。
第四章模具总体设计
第一节模具类型的选择
经分析，工件尺寸精度要求不高，形状较简单，但工件产量较大，根据材料厚度，为保证冲模有较高的生产率，通过比较，决定实行工序集中的工艺方案，弹性卸料装置的倒装复合模具结构方式。
第二节操作与定位方式
一、操作方式
零件的生产批量较大，但合理安排生产可用手工送料方式，提高经济效益。
二、定位方式
因为导料销和挡料销结构简单，制造方便。
且该模具采用的是条料，根据模具具体结构兼顾经济效益，控制条料的送进方向采用导料销，控制送料步距采用固定挡料销。
第三节卸料、出件方式
一、卸料方式
刚性卸料与弹性卸料的比较：
刚性卸料是采用固定卸料板结构。
常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。
当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大，单边间隙取（0.2～0.5）t。
当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用时卸料板与凸模的配合间隙应该小于冲裁间隙。
此时要求凸模卸料时不能完全脱离卸料板。
主要用于卸料力较大、材料厚度大于2mm且模具结构为倒装的场合。
弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有压料作用，冲件比较平整。
卸料板与凸模之间的单边间隙选择（0.1～0.2）t,若弹压卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙应小于冲裁间隙。
常用作落料模、冲孔模。
工件平直度较高，料厚为1mm，卸料力不大，由于弹压卸料模具比刚性卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进动态，且弹性卸料板对工件施加的是柔性力，不会损伤工件表面，故可采用弹性卸料。
二、出件方式
因采用倒装复合模生产，故采用弹性上出件。
第四节确定送料方式
因选用的冲压设备为开式压力机，采用横向送料方式，即由右向左送料。
第五节确定导向方式
采用后侧导柱模架。
由于前面和左右不受限制，送料和操作比较方便。
因为导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导套导柱单边磨损，严重影响模具使用寿命，且不能使用浮动模柄。
第五章模具工艺参数确定
第一节排样设计与计算
冲裁件在板料、带料或条料上的布置方法称为排样。
排样的意义在于减小材料消耗、提高生产率和延长模具寿命，排样是否合理将影响到材料的合理利用、冲件质量、生产率、模具结构与寿命。
根据材料经济利用程度，排样方法可以分为有搭边、少搭边和无搭边排样三种，根据制件在条料上的布置形式，排样有可以分为直排、斜排、对排、混合排、多排等多重形式。
因此有下列三种方案：
方案一：
有搭边排样沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。
冲件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。
方案二：
少搭边排样因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。
方案三：
无搭边排样冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。
通过上述三种方案的分析比较，综合考虑模具寿命和冲件质量，该冲件的排样方式选择方案一为佳。
考虑模具结构和制造成本有废料排样的具体形式选择直排最佳（如图5.1所示）。
第二节搭边值的确定
排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下的工艺余料，称为搭边。
搭边的作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，保证零件质量和送料方便。
搭边过大，浪费材料。
搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺，有时还会拉入凸、凹模间隙中损坏模具刃口，降低模具寿命。
或影响送料工作。
搭边值是废料，所以应尽量取小，但过小的搭边值容易挤进凹模，增加刃口磨损。
根据制件厚度与制件的排样方法查表5.1得：
两制件之间搭边值a1=1.5mm
侧搭边值a=2mm
表5.1搭边值和侧边值
材料厚度t
手动送料
自动送料
圆形
非圆形
往复送料
a
a1
a
a1
a
a1
a
a1
1以下
1.5
1.5
2
1.5
3
2
1～2
2
1.5
2.5
2
3.5
2.5
3
2
2～3
2.5
2
3
2.5
4
3.5
3～4
3
2.5
3.5
3
5
4
4
3
4～5
4
3
5
4
6
5
5
4
5～6
5
4
6
5
7
6
2.0
5
第三节进距与条料宽度计算
一、送料进距A
条料在模具上每次送进的距离称为送料进距，每个进距可冲出一个或多个零件。
A=D+a1（5.1）
式中D——平行于送料方向的冲裁件宽度
a1——冲裁件之间搭边值
模具相对于模架是采用从前往后的纵向送料方式,还是采用从右往左的横向送料方式，这主要取决于凹模的周界尺寸。
就本模具而言,采用纵向送料方式。
图5.1排样图
二、条料宽度B计算
排样方式和搭边值确定以后，条料的宽度也就可以设计出。
计算条料宽度有三种情况需要考虑：
1.有侧压装置时条料的宽度。
2.无侧压装置时条料的宽度。
3.有定距侧刃时条料的宽度。
有侧压装置的模具，能使条料始终沿着导料板送进。
图5.2有侧压装置时条料的宽度确定
本设计采用的是有侧压装置的模具。
所谓条料宽度，是指工件最大极限尺寸加上侧搭边值。
因条料是由板料剪裁下料而得，为保证送料顺利，规定其上偏差为零，下偏差为负值
。
其计算公式如下：
B=[D+2a]
（5.2）
式中B——条料宽度基本尺寸；
D——条料宽度方向零件轮廓的最大尺寸；
a——侧搭边值，查表5.1；
△——条料下料剪切公差；
表5.2剪切公差△及条料与导料板之间隙C（mm）
条料厚度（mm）
条料宽度（mm）
≤1
＞1～2
＞2～3
＞3～5
△
C
△
C
△
C
△
C
≤50
0.4
0.1
0.5
0.2
0.7
0.4
0.9
0.6
＞50～100
0.5
0.1
0.6
0.2
0.8
0.4
1.0
0.6
＞100～150
0.
0.2
0.7
0.3
0.9
0.5
1.1
0.7
＞150～220
0.7
0.2
0.8
0.3
1.0
0.5
1.2
0.7
根据零件图查表5.2确定剪料公差及条料与导板之间的间隙△=0.6。
根据公式（5.2）：
B=[D+2a+c]
=（43.8+2×2）
=47.8
第四节材料利用率的计算
一、计算冲压件面积、周长
因为该工件图由多段圆弧组成，计算周长需要准确的找到各段圆弧的长度，计算面积也需要准确的找到切点，诸多因素采用人工计算时计算量较大，因此采用三维辅助软件可快速准确的计算出面积、周长（如图5.3）。
图5.3冲压件的周长和面积
取F=553.68mm2
L=133.76mm
二、计算材料利用率
冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率。
材料利用率通常以一个进距内制件的实际面积与所用毛坯面积的百分率η表示：
η=（nF/AB）×100%（5.3）
式中η——材料利用率（%）；
n——冲裁件的数目；
F——冲裁件的实际面积（mm2）；包括工件面积与废料面积；
B——板料宽度（mm）；
A——送料进距；
根据公式（5.3）：
η=（553.68/14.5×47.8）×100%
≈79.88%
由此可之，η值越大，材料的利用率就越高，废料越少。
因此，要提高材料利用率，就要合理排样，减少工艺废料。
第六章计算冲压力与压力机的初选
计算冲裁力是为了选择合适的压力机，设计模具和检验模具的强度，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适宜冲裁的要求，普通平刃冲裁模，其冲裁力
一般可以按下式计算：
Fp=KpLtτ=Lt（6.1）
式中τ——材料抗剪强度（MPa）；
L——冲裁周边总长（mm）；
t——材料厚度（mm）；
系数Kp是考虑到冲裁模刃口的磨损，凸模与凹模间隙之波动，取Kp=1.3。
第一节冲裁力Fp的计算
据图5.3可得一个零件内外周边之和L=133.76mm。
查碳素结构钢的力学性能表知：
Q235的抗剪强度τ=216Mpa～304Mpa，取260Mpa，制件厚度t=1mm，则
根据公式（6.1）：
Fp=KpLtτ
=1.3×1×133.76×260
=45210.88（N）
≈45.2（KN）
第二节卸料力Fq1的计算
Fq1=KxFp（6.2）
式中Kx——卸料力系数，查表6.1取Kx＝0.05。
根据公式（6.2）：
Fq1=KxFp
=0.05×45.2（KN）
≈2.26（KN）
表6.1卸料力、推件力和顶件力系数
料厚t/mm
Kx
kt
Kd
钢
≤0.1
＞0.1～0.5
＞0.5～2.5
＞2.5～6.5
＞6.5
0.065～0.075
0.045～0.055
0.04～0.05
0.03～0.04
0.02～0.03
0.1
0.063
0.055
0.045
0.025
0.14
0.08
0.06
0.05
0.03
第三节顶件力Fq2的计算
Fq2=KdFp（6.3）
式中Kd——顶件力系数。
查表6.1得Kd＝0.06.
根据公式（6.3）：
Fq2=KdFp
=0.06×45.2（KN）
≈2.712（KN）
第四节总的冲压力F的计算
根据模具结构总的冲压力F=FP+Fq1+Fq2
=45.2+2.26+2.712
=50.712（KN）
选用的压力机公称压力P≥（1.1～1.3）F，取系数为1.3，则：
P≥1.3F=1.3x50.712（KN）=65.93（KN）。
4.3弯曲力的计算
本产品属于U形弯曲，由于弯曲虽然是一副模具，定位做成可调接的，所以在计算弯曲力时，需要计算1次，U形弯曲的计算公式如下
，弯曲力计算
F=0.6KBttδ/（R+t）（4-1）
F=0.6×1.3×20×1×600/（0.5+2）=7488N
=7.488KN
式中F——弯曲力（N）；
B——产品的弯曲的宽度（mm）；
δ——材料抗拉强度（MPa）；（550-700MPa）
t——材料厚度；（mm）
K——系数，通常K=1.3；
第五节压力机的初选
冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于冲裁各工艺力的总和。
冲压设备属锻压机械。
常见的冷冲压设备有机械压力机。
表6.2部分常用开式压力机的主要技术参数
技术参数
单位
型号
J23-4
J23-6.3
J23-10
J23-16
J23-25
J23-63
J23-100
滑块公称压力
KN
40
63
100
160
250
630
1000
滑块行程次数
次/mm
200
160
135
115
100
70
70
最大闭合高度
mm
160
170
180
220
250
360
360
闭合高度调节量
mm
35
40
50
60
70
90
90
立柱间距
mm
100
150
180
220
260
250
250
滑块地面尺寸
左右
mm
100
140
170
200
300
300
前后
mm
90
120
150
180
340
340
模柄孔尺寸
直径
mm
30
50
深度
mm
50
70
垫块厚度
mm
35
40
50
60
70
80
90
最大倾斜角
°
45
35
30
工作台尺寸
左右
mm
280
315
360
450
560
630
710
前后
mm
180
200
240
300
360
420
480
根据冲压力的计算和压力中心的计算，选择开式压力机的型号为J23-10。
第七章模具压力中心的确定
模具压力中心是指诸冲压合力的作用点位置，为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。
否则，会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨间产生过大磨损，模具导向零件加速磨损，降低了模具和压力机的使用寿命。
模具的压力中心，可按以下原则来确定：
1.对称零件的单个冲裁件，冲模的压力中心为冲裁件的几何中心。
2.工件形状相同且分布对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。
3.各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴的力矩。
求出合力作用点的坐标位置0，0（x=0,y=0），即为所求模具的压力中心。
其中
、
、
………
分别为各冲裁周边长度。
按比例画出零件形状，选定坐标系XOY。
计算出零件压力中心为（0，0）
第八章冲裁模间隙的确定
第一节冲裁间隙Z
指冲裁模中凹模刃口横向尺寸DA与凸模刃口横向尺寸DT的差值（如图8.1），是设计模具的重要工艺参数。
图8.1冲裁间隙
第二节冲裁间隙分析
一、间隙对冲裁件尺寸精度的影响
冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小，则精度越高，这个差值包括两方面的偏差，一是冲裁件相对于凸模或凹模的偏差，二是模具本身的制造偏差。
二、间隙值的确定
凸、凹模间隙对冲裁件质量、冲裁工艺力、模具寿命都有很大的影响。
设计模具时一定要选择合理的间隙，以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求，所需冲裁力小、模具寿命高，但分别从质量，冲裁力、模具寿命等方面的要求确定的合理间隙并不是同一个数值，只是彼此接近。
考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损、生产中通常只选择一个适当的范围作为合理间隙，只要间隙在这个范围内，就可以冲出良好的制件，这个范围的最小值称为最小合理间隙Zmin，最大值称为最大合理间隙Zmax。
考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计与制造新模具时要采用最小合理间隙值Zmin。
确定合理间隙的方法有经验法、理论确定法和查表法。
对于尺寸精度，断面垂直度要求高的制件应选用较小的间隙值，对于垂直度与尺寸精度要求不高的制件，应以降冲裁力、提高模具寿命为主，可采用较大的间隙值。
由于理论法在生产中使用不方便，所以常采用查表法来确定间隙值。
根据间隙表8.1查得材料Q235的最小双面间隙Zmin=0.100mm，最大双面间隙Zmax=0.140mm
表8.1部分较大间隙的冲裁模具初始双面间隙
材料厚度
08、10、35、09Mn2、Q235
40、50
16Mn
65Mn
Z最小
Z最大
Z最小
Z最大
Z最小
Z最大
Z最小
Z最大
小于0.5
较小间隙
0.5
0.04
0.060
0.040
0.060
0.040
0.060
0.040
0.060
0.8
0.072
0.104
0.072
0.104
0.072
0.104
0.064
0.092
1.0
0.100
0.140
0.100
0.140
0.100
0.140
0.90
0.126
1.2
0.126
0.180
0.132
0.180
0.132
0.180
1.5
0.132
0.240
0.170
0.240
0.170
0.240
2.0
0.246
0.360
0.260
0.380
0.260
0.380
2.5
0.360
0.500
0.380
0.540
0.380
0.540
3.0
0.460
0.640
0.480
0.660
0.480
0.660
4.0
0.640
0.880
注：
08钢冲裁皮革、石棉和纸板时，取间隙的25%。
第九章凹、凸模刃口尺寸的计算
第一节刃口尺寸计算的基本原则
冲裁件的尺寸精度主要取决于模具刃口的尺寸的精度，模具的合理间隙也要靠模具刃口尺寸及制造精度来保证。
正确确定模具刃口尺寸及制造公差，是设计冲裁模关键环节。
由此在决定模具刃口尺寸及其制造公差时需要考虑以下原则：
1.落料件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔尺寸由凸模尺寸决定。
故设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上；设计冲孔模时，以凸模尺寸为基准，间隙取在凹模上。
2.考虑到冲裁中凸、凹模的磨损，设计落料凹模时，凹模基本尺寸应取尺寸公差范围的较小尺寸；设计冲孔模时，凹模基本尺寸应取工件孔尺寸公差范围的较大尺寸。
3.确定冲模刃口制造公差时。
如果对刃口精度要求过高，增加成
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