河北工程大学考试冲压课程设计 弯角件.docx
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河北工程大学考试冲压课程设计弯角件
1第一章
第一章第一章
第一章零件冲压的工艺分析
零件冲压的工艺分析零件冲压的工艺分析
零件冲压的工艺分析
1.1制件介绍零件名称：
弯角件
材料：
A3（即新标准中的Q235A，碳素结构钢。
）
料厚：
1.5mm
批量：
大批量
零件图如下：
图
1-11.2材料分析本设计采用的材料是A3，A3即新标准中的Q235A，A3韧性和塑性较好，脆
性较低，有一定的伸长率，含碳量为0.14%~0.22%，屈服强度约为235MPa，抗拉
强度为375~460MPa，其屈强比和屈弹性比较小，该材料适合弯曲成形，且材料性
质有利于工件质量的提高。
1.3
冲压加工的经济性分析冲压加工方法是一种先进的工艺方法，因其生产率高，材料利用率高，操作简
单等一系列优点而广泛使用。
但由于模具费用高，生产批量的大小对冲压加工的经
济性起着决定性作用，批量越大，冲压加工的单件成本就越低，批量小时，冲压加
工的优越性就不明显，这时采用其他方法制作该零件可能有更好的经济效果。
根据本零件的生产纲领，零件为大批量生产，且尺寸精度要求不高，原料为A3
的板料且壁厚适宜。
因此，采用冲压方法不仅可行而且经济。
1.4
零件结构形状分析
2该零件为弯角件，厚度5
.1=t较薄，据工件相关尺寸结构可知零件需要进行冲
孔、落料和底部弯曲和侧边弯曲四道工序。
除此之外，零件外形比较规整，无尖角、
凹陷或其他形状突变，属于典型的板料冲压件。
零件外形尺寸无公差要求，底部和两侧均需弯曲。
其中，底部的圆角半径为3r，
相对圆角半径2/=
tr，大于材料的最小弯曲半径；两侧的圆角半径为5.10≈r，相
对圆角半径7/=
tr，大于材料的最小弯曲半径。
因此，均可以实现弯曲成形。
另外，零件上有两个5
.3φ的孔对称分布在零件两侧。
为保证弯曲时，孔的形状
不发生畸变，据参考文献[1]可知，当厚度2tmm
<时，弯曲件上的孔边到弯曲半径r中心的距离应满足lt≥。
据图1-1的尺寸可知731.752.251.5l=?
?
=>，故满足要
求。
最后，零件底部弯曲时，两侧边有尺寸突变，为防止弯曲时尺寸突变的尖角处
出现撕裂，据参考文献[1]可知，应保证尺寸突变处到弯曲半径的中心距离r
S≥；
从零件图上可知r
S==?
?
?
=35.135.1220，故满足要求。
通过上述分析，可以看出该零件为普通的板料弯曲件，尺寸精度要求不高，主
要是轮廓成形问题，又属大量生产，因此用冲压方法生产是完全可行的。
第二章
第二章第二章
第二章冲压的工艺方案的确定
冲压的工艺方案的确定冲压的工艺方案的确定
冲压的工艺方案的确定
2.1冲压方案结合零件图可知，完成此零件需要进行冲孔、落料、底部弯曲、侧边弯曲四道
工序。
为弯曲方便高效，可考虑将经过冲孔、落料工序后的零件毛胚做成两个零件
相连且对称分布的形式，如图2-1所示：
图2-1
3在弯曲时，采用成对弯曲，压力机的一次行程弯曲成形两个零件，然后将两个
零件沿对称线切断，这样可以使压力机受力均衡且提高弯曲效率。
但考虑到对称分
布时，在冲孔、落料工序的材料利用率不高，大批量生产时会因材料浪费严重而影
响经济效益，且切断部分沿中心线切断制件的精度难以控制，另外，同时弯曲两个
零件所需的的弯曲力较大，对设备的要求也就高了。
所以，综合考虑之下决定弯曲
时采用单个零件弯曲。
由此，冲压方案可分为如下几种：
（1）方案一：
冲孔—落料—底部弯曲—侧边弯曲。
（2）方案二：
冲孔、落料复合—底部弯曲—侧边弯曲。
（3）方案三：
冲孔、落料复合—底部和侧边弯曲复合。
（4）方案四：
冲孔、落料和底部弯曲复合—侧边弯曲。
（5）方案五：
冲孔、落料、底部弯曲和侧边弯曲复合。
（6）方案六：
冲孔、落料级进—底部弯曲、侧边弯曲。
（7）方案七：
冲孔、落料级进—底部弯曲、侧边弯曲复合。
2.2各工艺方案分析
方案一为单工序模生产，模具制造简单，维修方便，但是模具数量较多，大批
量生产时，模具更换频繁，生产效率低，生产成本较高，工件精度低，不适合大批
量生产。
方案二的冲孔落料采用复合模，可以节省一道工序，提高生产效率；但由于两
个弯曲工序分属不同的模具，弯曲后回弹不易控制，同时二次弯曲成本较高，故不
宜采用。
方案三的冲孔落料采用复合模，底部和侧边弯曲也采用复合模具。
可以节省两
道工序，同时提高生产效率，生产成本也低。
另外，两道弯曲工序在一个模具上，
回弹值容易控制，制件形状精度容易把握。
方案四的落料、冲孔和底部弯曲采用复合膜，侧边弯曲采用单工序模。
可以节
省两道工序，但侧边弯曲时，由于工件之前已弯曲过一次，送料和毛胚定位不方便，
生产效率低；同时，二次弯曲回弹不易控制，影响产品精度，故不宜采用。
方案五为四个工序复合模，生产效率高，工件精度高，但模具制造复杂，制造
成本高，调整和维修难度大；故不宜采用。
方案六与方案七落料与冲孔采用级进模，生产效率高，但结合本工件的形状和
生产批量采用交叉双排的的排样方式可以提高材料利用率，不适合采用级进模，且
级进模制造复杂，调整维修麻烦，工件精度较低，固方案六、七不宜采用。
2.3工艺方案的确定
4生产的经济性采用方案三是比较合理的。
其生产效率高、模具制造成本合理、
材料利用率高、制件精度高、模具制造和调整维修相对简单。
在本设计中，将设计
底部和侧边的弯曲复合模。
第三章
第三章第三章
第三章冲模结构的确定
冲模结构的确定冲模结构的确定
冲模结构的确定
3.1模具的结构形式复合模是在压力机的一次行程中，在一副模具的同一位置上完成数道冲压工序
的模具。
复合模具有生产效率较高、冲模轮廓尺寸较小等优点，适合生产批量大、
精度要求高的冲压件。
复合模按工作零件的安装位置不同，可分为正装式和倒装式
两种形式。
（1）正装式复合模的特点：
工作时，板料是在压紧状态下冲压成形的，因此冲
出来的冲件平直度较高。
但冲孔时，废料落在下模工作面上不易清除，影响操作安
全降低生产率。
其比较适用于冲制材料较软的或板料较薄的平直度要求较高的冲件。
（2）倒装式复合模的特点：
冲孔废料由冲孔凸模落入凹模内孔推下，结构简单，
操作方便。
但凸凹模内积存废料，胀力较大，因此倒装式复合模因受凸凹模最小壁
厚的限制，不易冲制孔壁过小的工件。
3.2模具结构的选择分析可知，该复合模要实现两个弯曲工序，不会有废料的产生，同时考虑到弯
曲时冲件平直度的要求及材料的厚度，并结合两种复合模的特点，本模具应采用正
装式复合模。
第四章
第四章第四章
第四章计算冲压力和选择冲压设备
计算冲压力和选择冲压设备计算冲压力和选择冲压设备
计算冲压力和选择冲压设备
4.1零件弯曲前的毛胚尺寸的计算经计算可得底部和侧边弯曲均满足t
r5.0>，此类弯曲变性区材料变薄不严重，
且断面畸变较小，可按应变中心层长度等于毛胚长度的原则来计算毛胚尺寸。
其毛
胚长度可按参考文献[1]公式4-37计算：
）（KtrlllllL+++=++=α2
1021
5式中L—毛胚展开长度，
mm；1l2l—工件直边长度，mm；K—应变中性层位移系数，查参考文献[1]表4-3，为0.38；α—弯曲中心角；r—弯曲件内弯曲半径，mm；
t—板厚，mm；
（1）零件在宽度方向上值的计算：
据零件图相关尺寸，带入公式可得：
mm
L6.285.138.03
2
14.3
5.75.151≈×+×++=）（
考虑到弯曲时板料纤维的伸长，经过试压修正，实际毛坯尺寸取28.5mm。
（2）零件在长度方向上值的计算：
由零件侧边的相关尺寸及侧边弯曲外径R12可在制图软件中推出侧边弯曲中心
角为6
/30πα=°=，具体图形如下：
图4-1
据零件图相关尺寸，带入公式可得：
mmL6
.415.138.05.10
6
14.3
2302≈×+××+=）（
考虑到弯曲时板料纤维的伸长，经过试压修正，实际毛坯尺寸取41.5mm。
（3）零件弯曲前的毛胚图：
综合①和②尺寸，可绘制出零件弯曲前的毛胚图如下：
6
图4-24.2冲压力的计算
（1）底部弯曲力的计算：
该工序冲压力，包括自由弯曲力，校正弯曲力和压料力（或推件力）。
①自由弯曲力
tr
kbt
Fb+σ27
.0
＝自
式中k—系数，一般取
1~1.3。
此处取2.1=k；
b—弯曲件宽度，30mm；
t—材料厚度，1.5mm；bσ—材料的抗拉强度，375~460MPa，取420MPa；r—弯曲件内弯曲半径，3mm；带入数据可得自由弯曲力为：
N
F5292
5.13
4205.1302.17.02=
+
××××＝自②
校正弯曲力冲压件在行程终了时受到的校正弯曲力，可按参考文献[1]公式4-41计算：
pAF?
=校式中A—校正部分投影面积,mm2
p—单位面积上的校正力，查[1]表4-4值为40~60MPa，取50MPa；据参考零件图可知校正部分投影面积为：
2465
305.15mmA=×=带入数据可得：
7kN
NF3.232325046550≈=×＝校③压料力
对于设有顶件装置或压料装置的弯曲模，顶件力或压料力可近似取自由弯曲力
的60%~80%。
（
）自
压F
F8.0~6.0=取系数0.7，则
kNFF7.37.0≈=自
压。
（2）侧边弯曲力的计算
①自由弯曲力
NF75.1653
5.15.10
4205.15.122.17.0
22=
+
××××
×＝自
②校正弯曲力25
.1375.55.122mmA=××=
kNNF9.668755.13750≈=×＝校③
压料力
kNFF2.17.0≈=自
压4.3
冲压设备的选择
冲压设备的选择冲压设备的选择
冲压设备的选择由弯曲工艺可知，弯曲时的校正弯曲力与自由弯曲力、压料力不是同时发生的，
且校正力比自由弯曲力和压料力大得多。
因此，可以校正弯曲力为依据选择冲压设
备，考虑到两个弯曲工序是在压力机的一次行程中完成的，故应将两次校正弯曲力
叠加之后再根据总的校正弯曲力来选择压力机，kN
F2.309.63.23=+=总。
根据kNFF36.542.308.18.1=×=≥校
公;.实际选用公称压力为63kN的压力机，型号为2363
JC?
。
其具体参数如下表：
表4-1公称压力
63kN
最大封闭高度
170mm
滑块行程
50mm
封闭高度可调节量
40mm
行程次数160次/min立柱中间距离
150mm
模柄孔尺寸3050φ×mm
工作台板厚度
40mm
工作台尺寸
左右
315mm
工作台孔尺
寸
左右
150mm
前后
200mm
前后
70mm
倾斜角30°直径
110mm
滑块中心到床身距离
110mm
垫板厚度
30mm
8第五章
第五章第五章
第五章弯曲模工作部分的设计
弯曲模工作部分的设计弯曲模工作部分的设计
弯曲模工作部分的设计
考虑到本设计中，底部弯曲和侧边弯曲是在压力机的一次行程中完成的，且底
部弯曲属于90°的V形弯曲，为简化模具结构，保证侧边弯曲能够准确，则将两次
弯曲工序在一个凹模中进行，故应对毛胚进行定位，可考虑在底部V形弯曲时采用
带定料销的弯曲模，其大致结构如图5-1：
图5-15.1
凸凹模圆角半径和凹模深度
（1）凸模圆角半径
弯曲件的弯曲半径不小于minr
时，凸模的圆角半径一般取弯曲件的圆角半径。
而当弯曲件的弯曲半径较大、精度要求又较高时，还应考虑工序件的回弹，凸模的
圆角半径应作相对应的修正。
底部弯曲部分的弯曲半径较小为3
r，稍大于最小弯曲半径，且为V形弯曲，弯
曲角度为90°，则可忽略回弹对工件的影响，故该部分的凸模圆角半径可取弯曲件
的弯曲半径，即13prr
=。
侧边弯曲部分的弯曲半径为10.5r，考虑到弯曲半径较大，应考虑回弹对工件的
影响，据参考文献[1]可知当弯曲半径较大，材料厚度较小时，弯曲件回弹前的内弯
曲半径可按公式4-32进行计算：
'
2'spEtr
r
Etr
σ=
+式中r—弯曲件回弹前的内弯曲半径，mm；'
r—弯曲件回弹后的内弯曲半径，10.5mm；
E—为材料的弹性模量，210GPa；t—零件厚度，1.5mm；
9spσ—卸载弯矩引起的卸载应力，
MPa；
上式中spσ可按参考文献
[1]公式4-30计算：
11.752352762aspsmMPσσ==×≈带入数据可得弯曲件回弹前的内弯曲半径为：
3
3210101.510.5
8.5
210101.52276210.5rmm
×××
=≈
××+××由此可计算出侧边弯曲部分凸模的圆角半径28.5prr
=。
（2）凹模圆角半径凹模圆角半径对弯曲力和工件质量均有影响。
凹模圆角半径过小，胚料弯曲时
进入凹模的阻力增大，工件表面产生擦伤甚至压痕。
凹模圆角半径过大，影响胚料
定位的准确性。
在生产中，凸模圆角半径一般取决于弯曲件材料的厚度：
当2
tmm≤时，tr）6~3（=凹；底部弯曲时，凹模圆角半径取3t，故凹模圆角为：
;5.41mmrd=侧边弯曲时，由于弯曲角度不大，且无直边要求，其凹模要做成凸模圆角半径相匹
配的形状，其圆角半径取;
102mmrd=；与凹模匹配形式如装配图的主视图所示。
（3）凹模工作部分深度凹模工作部分深度要适当。
若深度过小，则工件弯曲成形后的回弹大，而且直
边不平直。
若深度过大，则浪费模具材料，而且压力机需要较大行程。
底部弯曲属V形弯曲，据参考文献[1]表4-7可得凹模深度为15~20mm，结合
工件尺寸，取凹模深度mm
L160=。
侧边弯曲虽然属U形弯曲，但弯曲高度不大，且没有直边要求，故凹模深度即
为工件侧边所需弯曲高度，取mm
L40=。
5.2凸凹模间隙和横向尺寸及制造公差
（1）凸凹模之间的间隙生产中，弯曲黑色金属工件时，凸凹模之间的间隙值可按下式来决定：
nttZ+=max式中Z—弯曲凸模与凹模的单面间隙，mm；maxt—材料厚度的最大尺寸，1.5mm；n—间隙系数，查参考文献[1]表4-10为0.10；代入数据可得：
mm
Z65.15.110.05.1=×+=
（2）凸凹模横向尺寸及制造公差弯曲凸凹模的工作尺寸计算与零件标注形式有关。
一般原则是：
当工件标注外
10形尺寸时，应以凹模为基准件，间隙取在凸模上；当工件标注内形尺寸时，应以凸
模为基准件，间隙取在凹模上。
并用配做法制模。
①底部弯曲的凸凹模尺寸计算
由零件图可知，其标注形式是标注外形尺寸。
故应以凹模为基准件，零件无精
度要求，考虑到一般弯曲件精度等级都在IT13级以下，故本设计中，按IT14级精
度选取。
由于底部采用的是定料销定位，如图5-1所示，考虑到定料销钉的直径及未工
作部分的宽度，底部弯曲时凹模应在弯曲件基本尺寸的基础上增加17.5mm，则应
为20+17.5=37.5mm。
则底部弯曲时凹模的尺寸可根据参考文献[1]公式4-45计算：
凹
凹δ+?
?
=0）75.0（LL凸模的尺寸据参考文献[1]公式4-46计算：
0）2（凸凹凸δ?
?
=ZLL式中L—弯曲件的基本尺寸，37.5mm；
?
—弯曲件的公差,据参考文献[3],表3-2可知?
为0.52mm；
凹δ凸δ—凸凹模的制造公差，一般选取IT7~IT9级精度，一般可取凸模精
度比凹模精度高一级，凸模取8级精度，凹模取9级精度。
据参
考文献[3],表3-2可知，凸δ=0.039mm，凹δ=0.062mm；
Z—凸凹模单面间隙，1.65mm；带入数据可得：
mm
LL062.0
0
062.0
0011
.37）52.075.075.30（）75.0（+++=×?
=?
?
=凹
凹δ底部弯曲时，其凸凹模示意图如5-1所示，只有一面有间隙，故凸模尺寸为：
mm
ZLL0
039.0
0
039.0
046.35）65.111.37（）（?
?
?
=?
=?
=凸凹凸δ②侧边弯曲的凸凹模尺寸计算：
侧边弯曲时，则要按照工件尺寸形状需要进行综合分析。
根据工件形状工件底
部水平长度必须保证为30mm，否则会在底部尺寸突变处产生开裂。
则凸模底部的
水平长度为应为30mm，在此基础上，结合凸模圆角为28.5prr
=和凹模深度
mmL40=
，可计算出凸模基本直径约为44mm。
又因为弯曲时，凸凹模的制造公差，
一般选取IT7~IT9级精度，一般可取凸模精度比凹模精度高一级，凸模取8级精度，
凹模取9级精度。
据参考文献[3],表3-2可知，凸δ=0.039mm，凹δ=0.062mm。
综上所述，可得侧边弯曲时的凸模尺寸为：
mm
L0
039.044?
=凸；
由凸模尺寸及凸凹模间隙可知，侧边弯曲时凹模的尺寸为：
凹
凸凹δ++
=0）2（ZLL
11侧边弯曲时，凸凹模制件的间隙是由凸凹模所取圆角半径之差决定的，即
mmrrZpd5.15.81022=?
=?
=；
mmL062
.0
0
062.0
047
）5.1244（++=×+=凹。
第六章
第六章第六章
第六章选择标准模架
选择标准模架选择标准模架
选择标准模架
6.1模架的类型模架包括上模座、下模座、导柱和导套。
冲压模具的全部零件都安装在模架上，
为缩短模架制造周期，降低成本，我国已制定出模架标准。
根据模架导向用的导柱
和导套间的配合性质，模架分为滑动导向模架和滚动导向模架两大类。
每类模架中，
由于导柱安装位置和数量的不同，由有多种模架类型，如：
后侧导柱式、中间导柱
式、对角导柱式和四角导柱式。
选择模架结构时，要根据工件的受力变形特点、坯料定位和出件方式、板料送
进方向、导柱受力状态和操作是否方便等方面进行综合考虑。
在此选用滑动导向型的后侧导柱式模架，导柱分布在模架后侧的水平线上，两
个导柱的直径相同。
6.2模架的尺寸选择模架尺寸时要根据凹模的轮廓尺寸来考虑，一般在长度及宽度上都应比凹
模大mm
4030?
，模版厚度一般等于凹模厚度的1～1.5倍。
选择模架时，还要考虑
模架与压力机的安装关系，例如模架与压力机工作台孔的关系，模座的宽度应比压
力机工作台的孔径每边约大mm
5040?
。
模具的闭合高度H应介于压力机的最大装模高度maxH与最小装模高度minH之
间，其关系为：
mmHHHmmHH5
101max1min?
?
≤≤+?
式中1H为垫板厚度。
由上面压力机的选择可知道mmH170max=
，mmHH13040maxmin=?
=，所以
模具高度H与垫块高度1H之和应介于
mm170130?
之间。
查参考文献[2]表22.4-2，选用的模架型号为3
.2851/170~130100160TIGB××，
闭合高度mmH170
130～=，故可以安装在所选压力机上。
上模座、下模座型号分别为：
上模座：
35125160×
×5.2855/TGB
下模座：
40125160×
×6.2855/TGB
12导柱、导套的型号分别为：
导柱：
130
25×1.2861/TGB
导套：
38
8025××6.2861/TGB
凹模周界尺寸为mm
125160×，而凹模所需的最大宽度为mm5.40，所以周界尺
寸符合要求。
工作台孔尺寸为mm
70，模座的宽度也比工作台孔尺寸大，也符合要
求。
第七章
第七章第七章
第七章选用辅助结构零件
选用辅助结构零件选用辅助结构零件
选用辅助结构零件
7.1导向零件的选用导向装置可提高模具精度、寿命以及工件的质量，而且还能节省调试模具的时
间，大批量生产的冲压模具中广泛采用了导向装置，导向装置设计的主意事项：
（1）导柱与导套应在凸模工作前或压料板接触到工件前充分闭合，且此时应保
证导柱上端距上模座上平面有10～15mm的间隙；
（2）导柱、导套与上、下模板装配后，应保持导柱与下模座的下平面、导套上
端与上模座的上平面均留2～3mm的间隙；
（3）对于形状对称的工件，为避免合模安装时引起的方向错误，两侧导柱直径
或位置应有所不同；
（4）当冲模有较大的侧向压力时，模座上应装设止推垫，避免导套、导柱承受
侧向压力；
（5）导套应开排气孔以排除空气。
根据所选择的后侧导柱式模架，选用的两个导柱直径是相同的，为mm
25φ，其
规格为：
1
.2861/130528TGBh×，而所选用的导套直径为mm38φ，其规格为：
6.2861/6388025TGBH××。
7.2模柄的选用根据压力机模柄孔的尺寸：
直径:
mm30φ，深度:
mm50，结合所选上模板厚
度及压力机安装深度，选择压入式模柄，其型号可选取为1
.7646/7830TJBA×，模
柄直径为30，与上模座配合部分的直径为32，高度为78，结构形式如图6-1所示，
其固定段与上模座孔采用6
/7mH过渡配合，并加防转销防止转动，装配后模柄轴
线与上模座垂直度好。
13
图6-17.3顶件装置本设计中，为了方便工人从模具中取出工件，应设置顶件装置，在凸模上移后，
将工件从凹模中顶出，其结构如图6-2所示，利用压缩弹簧的回复力通过顶杆推动
顶板向上运动，直到弹簧回复原长，此时，顶板的阶梯部分与凹模的突出部分相接
触后停止运动，并且顶板上表面与凹模最高表面平齐，工件被顶出。
同时，顶板上
的定料销与凹模上的定料销一起实现下一次毛胚的定位。
图6-2
1-顶杆2-顶杆固定板3-弹簧4-弹簧固定板
147.4定位装置为正确地将弯曲毛胚安放在弯曲模上完成弯曲工序，必须采用各种形式的定位
装置。
用于冲模的定位零件有导料销、导料板、挡料销、定位板、导向销。
定位装
置应可靠并具有一定的强度，以保证工作精度、质量的稳定；定位装置应可以调整
并设置在操作者容易观察和便于操作的地方；定位精度要求高时，要考虑粗定位和
精定位两套装置。
由于本工件精度要求不高，属于普通弯曲，可采用定位销钉进行定位，保证毛
胚在弯曲前的准确位置，本设计中采用凹模上安装两个定位销钉与顶板上的定料销
顶配合实现弯曲毛胚成形前的定位，其结构如图6-3中所示。
图6-3
1-凹模2-定料销3-顶板4-弯曲毛胚5-定位销
第八章
第八章第八章
第八章模具材料的选择
模具材料的选择模具材料的选择
模具材料的选择
材料的选择在模具设计中有着举足轻重的地位。
在模具设计中，应根据模具制
造条件、模具工作条件、模具材料的基本性能等相关因素来选择经济、先进、适用
的模具材料。
通常要求模具材料必须具备三种性能，即耐磨性、韧性和硬度，来满
足模具成型需要同时又保证有比较长的寿命。
由于该工件的生产为大批量生产，因此冲裁模的工作零件凸、凹模及凸凹模的
材料必须具有较高的强度和耐磨性，以提高模具
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