V形弯曲件模具设计.docx

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V形弯曲件模具设计

V形弯曲件模具设计

（一）零件工艺分析

工件图为图1所示V形件，材料为Q235，料厚1.5mm。

大批量生产其工艺分析如下：

图1弯曲工件图

1.材料分析

Q235为普通钢，属于软钢，具有良好的弯曲成形性能。

2.结构分析

零件结构简单，弯曲成90度，对弯曲成形较为有利，可查得此材料允许的最小弯曲半径rmin=0.5t=0.75mm,而零件弯曲半径r=1mm>0.75mm，故不会弯裂。

另外零件上的孔位于弯曲变形之外，所以弯曲时孔不会变形，可以先冲孔后弯曲。

计算零件相对弯曲半径r/t=0.67<5，卸载后弯曲件圆角半径的变化可以不予考虑，而弯曲中心角发生了变化，采用校正弯曲来控制角度回弹。

3.精度分析

零件上尺寸无公差要求，从公差表选取IT14，可满足普通弯曲和冲裁。

4.结论：

由以上分析可知，该零件冲压工艺良好，可以冲裁和弯曲。

（二）工艺方案的确定

零件为V形弯曲件，该零件的生产包括落料、冲孔和弯曲。

三个基本工序，可有以下四种工艺方案：

方案一：

先落料，后冲孔，再弯曲。

采用三套工序模生产。

方案二：

落料—冲孔复合冲压，再弯曲。

采用复合模和单工序弯曲模生产。

方案三：

冲孔—落料连续冲压，再弯曲。

采用连续模和单工序弯曲模生产。

方案四：

冲孔落料弯曲，采用多工位级进模

方案一模具结构简单，但需三道工序三副模具，生产效率较低。

方案二需两副模具，且用复合模生产的冲压件行位精度和尺寸精度保证，生产效率较高。

方案三也需两副模具，生产效率也很高，但零件的冲压精度稍差。

方案四需一副模具，可以冲裁和弯曲，同时采用了自动送料、自动检测、自动出件等自动化装置，操作安全，具有较高的劳动生产率。

通过对上述四种方案的综合分析比较，该件的冲压生产采用方案四为佳。

图2坯料展开图

1.弯曲工艺计算

（1）毛坯尺寸计算，

对于r>0.5t有圆角半径的弯曲件，

由于变薄不严重，按中性层展开的原理，坯料总长度应等于弯曲件直线部分和圆弧部分长度之和，可查得中性层位移系数x=0.28,所以坯料展开长度为

Lz=48×2+270π（1+0.28）÷180=102.288≈102mm

由于零件宽度尺寸为40mm，故毛坯尺寸应为102mm×40mm。

弯曲件是校正弯曲，校正弯曲时的弯曲力F校和顶件力FD为

F校=Ap=50×40×70=140KN

　FD=（0.3～0.8）F自=5.4KN

对于校正弯曲，由于校正弯曲力比顶件力大的多，故一般FD可以忽略，即F弯≥F校；生产中为安全，取F弯≥1.8F校=252KN

2冲孔落料工艺计算。

（1）刃口尺寸计算。

由图2可知，该零件属于一般冲孔、落料。

根据零件形状特点，冲裁模的凸、凹模采用分开加工方法制造。

尺寸40mm、R35mm由落料获得，φ5mm和72mm由冲孔同时获得。

查得凸凹模最小间隙Zmin=0.48，最大间隙Zmax=0.66mm，所以Zmax-Zmin=0.18mm

根据模具制造高于冲裁件精度3～4级的原则，设凸、凹模按IT8制造，落料尺寸400-0.13mm,凸、凹模制造公差δT=δA=0.027mm,磨损系数X取0.75。

冲孔尺寸φ5mm,凸、凹模制造公差δT=δA=0.022mm,磨损系数X取0.5。

根据冲裁凸、凹模刃口尺寸计算公式进行如下计算：

落料尺寸400-0.13mm，校核不等式δT+δA≤Zmax-Zmin，代入数据得0.027+0.027=0.054＜0.18mm。

将已知和查的数据代入公式得

LA=（Lmax-XΔ）+δA0=（40-0.75×0.43）+0.0270mm=39.678mm

LT=（LA-Zmin）0-δT=（39.678-0.48）0-0.027=39.198mm

故落料凸模和凹模最终刃口尺寸为：

LA=39.678mm，LT=39.198mm。

落料R35mm,属于半边磨损尺寸。

由于是圆弧曲线，应该与落料尺寸40mm相切，所以其凸、凹模刃口尺寸取为

RA=0.5×39.678+0.108/20mm=19.839+0.0570mm

RT=0.5×39.1980-0.072/2mm=19.5990-0.036mm

冲孔φ5mm+0.360mm，校核δT+δA≤Zmax-Zmin，代入数据得：

0.022+0.022=0.044＜0.18mm。

说明所取的δT与δA合适，考虑零件要求和模具制造情况，可适当放大制造公差为：

δT=0.4×0.18mm=0.072mm，

δA=0.6×0.18mm=0.108mm，

将已知和查表的数据代入公式得

dT=（d+XΔ）0-δT=（5+0.5×0.36）0-0.022mm=5.180-0.022mm

dA=（d+Zmin）+δA0=（5.18+0.48）+0.0220mm=5.66+0.0220mm

故冲孔凸模和凹模最终刃口尺寸为：

dT=5.180-0.022mm，dA=5.66+0.0220mm

孔心距72±0.31mm，因为两个孔同时冲出，所以凹模型孔中心距为

LA1=L±Δ/8=72±0.078mm

（2）排样计算

分析零件形状应采用如图3的排样方式

如图3排样图

先选用规格为1.5mm×1000mm×1500mm的钢板，则需计算采用不同的裁剪方式时，每张板料能出的零件总个数，经查得零件之间的搭边值a1=1.8mm,零件与条料侧边之间的搭边值a=2mm，条料与导料板之间的间隙值C=0.5mm，则条料宽度为

B=（Dmax+2a+C+l）0-Δ=（102×2+2×2+0.5+4）0-0.8mm=212.50-0.8mm

步距D=D+a1=40+1.8=41.8mm，由于弯曲件裁板时考虑纤维方向，所以只能采用横裁。

即裁成宽212.5mm、长1000mm的条料，则一张板材能出的零件总个数为

n=［1500/212.5］×［（1000-1.8）/41.8］×2=319个

条料的利用率n=n×S/S总×100%=82.5%

3.冲裁力计算

此例中零件的落料周长为307.8mm，冲孔周长为31.416mm，材料厚度1.5mm，Q235钢的抗剪强度取350MPa，冲裁力基本计算公式F=KLtτ。

则冲裁该零件所需落料力F1和冲孔力F2

F1=1.3×307.8×1.5×350=.5N≈210KN

F2=2×1.3×31.416×1.5×350=42882.84N≈42.9KN

模具结构采用刚性卸料和下出件方式，所以所需推件力FT为

FT=nKT（F1+F2）=139.095KN≈139.1KN

计算零件所需总冲压力

F冲=F1+F2+FT=392KN

故该级进模的总压力为F总=F冲+F弯=644KN

4.压力中心计算

零件为一对称件，所以压力中心就是冲裁轮廓图形的几何中心，但由于采用级进模设计，因此需计算模具的压力中心。

排样时；件前后对称，所以只需计算压力中心横坐标，

设模具压力中心横坐标为x0（计算时取代数值），则有F1（83.6－x）=F2x，即300×（83.6－x）=61.3×x，解得x=69.4mm

所以模具压力中心坐标为（-69.4，0）

（四）冲压设备的选用

1.级进模设备的选用

根据冲压力的大小，选取开式双柱可倾台压力机J23－80，其主要技术参数如下：

公称压力：

800KN滑块行程：

130mm最大闭合高度：

380mm

封闭高度调节量：

90mm滑块中心线至床身距离：

290mm立柱距离：

380mm工作台尺寸：

540mm×800mm工作台孔尺寸：

φ280mm垫板厚度：

100mm模柄尺寸：

φ60mm×80mm滑块底面尺寸：

350mm×370mm

（五）模具零件结构的确定

1.级进模零件设计

（1）标准模架的选用

标准模架的选用依据为凹模的外形尺寸，所以应首先计算凹模周界

大小，根据凹模高度和壁厚的计算公式得

凹模高度H=Kb=0.19×102≈19.4mm.

凹模壁厚C=（1.5～2）H≈29.1～38.8mm

取凹模厚度C=30所以，凹模的总长L=72×2+2×30=208mm

凹模的宽度B=40+2×30=100mm

模具采用后侧导柱模架，根据以上计算结果，查得模架规格为上模座315mm×200mm×45mm，下模座315mm×160mm×55mm

导柱35mm×210mm，导套40mm×115mm×43mm。

（2）其他零部件结构

凸模固定板与凸模采用过渡配合关系，厚度取凹模厚度的0.8倍，即25mm，平面尺寸与凹模外形尺寸相同。

卸料板的厚度与卸料力大小、模具结构等因素有关，取其值为20mm。

导料板高度查表取

模具是否需要采用垫板，以承压面较小的凸模进行计算，冲孔凸模承压面的尺寸如图5所示。

其承受的压应力为

模具采用压入式模柄，根据设备的模柄孔尺寸，应选用规格为A50×100的模柄。

2.弯曲模主要零部件设计

根据工件的材料、形状和看、精度要求等：

弯曲模采用非标准模架，下模座的轮廓尺寸

（1）工作部分结构尺寸设计

1）凸模角半径

在保证不小于最小弯曲半径值的前提下，当零件的相对圆角半径r/t较小时，凸模圆角半径取等于零件的弯曲半径，即rT=r=1mm。

2）凹模圆角半径

凹模圆角半径不应过小，以免擦伤零件表面，影响冲模的寿命，凹模两边的圆角半径应一致，否则在弯曲时坯料会发生偏移。

根据材料厚度取rA=（2～3）t≈5mm

3）凹模深度

凹模深度过小，则坯料两端未受压部分太多，零件回弹大且不平直，影响其质量；深度过大，则浪费模具钢材，且需压力机有较大的工作行程。

该零件为弯边高度不大且两边要求平直的U形弯曲件，则凹模深度应大于零件的高度，且高出值h0=5mm

4）凸凹模间隙

根据V形件弯曲模凸、凹模单边间隙的计算公式得

Z=t+Δ+Kt=1.5mm+0.18+0.07×1.5=2.4mm

5）V形件弯曲凸、凹模尺寸及公差

零件标注内形尺寸时，应以凸模为基准，间隙取在凹模上。

而凸凹模的横向尺寸及公差则应根据零件的尺寸、公差、回弹情况以及模具磨损规律而定。

因此，凸、凹模的横向尺寸分别为

LT=（Lmin+0.75Δ）0-δT=（49.5+0.75×0.5）0-0.033mm=49.8750-0.033mm

LA=（LT+2Z）=（49.875+2×2.4）+δA0mm=54.675+0.0520mm

2）弹顶装置中弹性元件的计算

由于该零件在成型过程中需压料和顶件，所以模具采用弹性顶件装置，弹性元件选用橡胶，其尺寸计算如下

1）确定橡胶垫的自由高度H0

H0=（3.5～4）H工

认为自由状态时，顶件板与凹模平齐，所以

H工=rA+h0+h=5+5+50=60mm

则H0=240mm

2）确定橡胶垫的横截面积A

A=FD/p

查得圆筒形橡胶在预压量为10%～15%的单位压力为0.5MPa，所以

A=5000/0.5=10800mm2

3）确定橡胶垫的平面尺寸

根据零件的形状特点，橡胶垫应为圆筒形，中间开有圆孔以避让螺杆。

结合零件的具体尺寸，则其直径D为

D=（10800×4/π）0.5≈117mm

4）校核橡胶垫自由高度H0

H0/D=240/117=2.1

橡胶垫的高径比在0.5～1.5之间，所以选用的橡胶规格合理。

橡胶的装模高度约为0.85×240=204mm。

（六）冲孔落料连续模装配图

有了上述各步计算所得的数据及确定的工艺方案，使可以对模具进行总体设计并画出装配图。

模具闭合高度H模=40+45+10