弯曲板的拉深模设计.docx

1、弯曲板的拉深模设计绪 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。 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。巨大的市场需求将推动中

2、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

3、与逆向工程； 10）开发新的成形工艺和模具。 冲压加工与其它加工方法相比,无论在技术方面,还是在经济方面,都具有许多独特的优点.如:冲压在少,无切屑加工方法之一,是一种省能,低耗,高效的加工方法,因而制品的成本较低。 冲压件的尺寸公差由模具保证,具有一模一样的特征,所以产品质量稳定,冲压可以 壁薄,重量轻,形状复杂,表面质量好,刚性好的工件。冷冲压生产靠压力机和模具完成加工过程,其生产效率高,操作方便,易于机械化与自动化,用普通压力机进行冲压加工,每分钟可达几十件,用高速压力机生产,每分钟可达数百件或千件以上。由于冷冲压加工具有上述突出的优点，因此在批量生产中得到广泛的应用,在汽车， 拖拉机，

4、电机，电器仪表和日用品的生产中，已占据十分重要的地位，特别是在电子工 业产品生产中，已成为不可缺少的，主要加工方法之一，冲模在实现冷冲压加工是必不可少的工艺设备，没有先进的模具技术，先进的冲压工艺就无法实现，众所周知，产品 要具有况争能力，除了应具有的先进模具技术，稳定的使用性能，结构新颖，更新换代 快等特点外，还必须具有价格竞争优势，这就需要采用先进，高效的生产手段，不断降 低成本，要达到上述目的，途径是多方面的，模具就是其中的重要因素之一，它的重要 性早已为国内外所重视,并为工业发达国家的发展过程所证实，在美国，日本等工业发达国家,模具工业年产值，早已超过了机床工业，在模具工业中冲模占的比

5、例很大，由 此可以看出冷冲压与冲模在国内外生产中的重要地位. 随着科学技术的不断发展进步和工业生产的迅速发展，冲压及模具技术也在为断革 新与发展，主要表现以下方面：工艺分析计算方法现代化，近几年来,国外开始采用有 限变形的弹塑性有限元法，对复杂成形件的成形过程进行应力应变分析和计算机模拟， 以预测某一工艺方案对零件成形的可能性和会发生的问题，将结果显示在图形终端上， 供设计人员进行修改和选择，这样，不但可以节省模具试用制费用，缩短新产品的试制 周期，而且可以逐步建立一套能结合生产实际的先进设计方法，既促进了冲压工艺的发 展，也将使塑性成形理论逐步达到对生产实际的指导作用。 修改和选择，这样，不

6、但可以节省模具试用制费用，缩短新产品的试制周期，而且可以逐步建立一套能结合生产实际的先进设计方法，既促进了冲压工艺的发展，也将使塑性成形理论逐步达到对生产实际的指导作用. 在校学生设计是对手工设计的一种练习，也是为自己以后独立设计的一种演练，在 这个基础阶段，必须把一些基本的方法、步骤、公式、表格查法的掌握，才能为以后的 设计服务。本次设计的任务是使同学们了解冲压成型的基本原理；熟悉冲压用材料、模具用 材料以及冲压用设备等；掌握各种冲压工艺的成型方法，并具有初步解决生产中常出现 的工艺问题的能力；掌握各种冲压模具的设计方法，并具有设计中等复杂程度冲压模具能力。 弯曲件工艺分析2.1 工件图及要

7、求零件名称：弯曲板生产批量：大批量材料：H62料厚：4mm板宽：20mm工件图此工件是小于 90 度 U 形弯曲件，零件图（见上图）中的尺寸公差为未注公差，在处理这类零件公差时均按 IT14 级要求。弯曲圆角半径 R 为 2.5mm，大于最小弯曲半径（ r min 0.60.642.4）， 故此件形状、尺寸、精度均满足弯曲工艺的要求，可用弯曲工序加工。2.2 工艺方案的确定（1）该工件是基于预弯U 形件上对左右两侧进行，由所用材料H62 的特性和壁厚可选零件图中弯曲圆角为R=2.5mm，具有良好工艺性的弯曲件，不仅能简化弯曲工艺过程和模具设计，而且能够提高弯曲件的精度和节省材料。（2）零 件图

8、中的尺寸公差为未注公差，在 处理这类零件公差等级是均按IT14要求，弯曲圆角半径R=2.5mm，大于最小弯曲半径（Rmin=0.6t=0.6*4mm=2.4mm）,所以该工件形状、尺寸、精度均满足弯曲工艺的要求，可用压弯工艺加工。由于在进行直角弯曲时，如果弯边过小，弯边在模具上支持的长度过小，不容易形成足够的弯矩，将产生不规则变形，很难得到形状准确的零件。为避免这种情况，应使弯边高度H2.5t,当H2.5*2=5mm，故不易产生缺陷。（3）板材弯曲零件的弯曲线与板料纤维方向的关系：冷冲压使用的板料多是经过轧制成形，金属在轧制过程中形成了纤维方向（其纤维方向与轧制方向相同）轧制板材在各方向的性能

9、是有差别的，材料沿纤维线方向塑性较好，所以弯曲板料或卷料时弯曲线最好与纤维方向垂直，这样弯曲件不易开裂。如果在同一零件上具有不同方向的弯曲，在考虑弯曲件排样经济性的同时，应当尽可能使弯曲线与纤维方向的夹角a 不小于30。如果弯曲半径过小，弯曲时板料外层拉伸变形量过大，是拉伸应力达到或超过抗拉强度，则板料弯曲存在一个最小圆角半径允许值。Rrmin。当圆角半径必须小于最小圆角半径时，可设法提高材料的塑性，例如将材料退火或在加热状态下弯曲。厚板可采用先开槽或压槽的方法，使弯曲部位的板料变薄，能防止弯曲部位开裂。理论上讲，弯曲圆角半径最大值是没有限制的，但也不宜过大，因为过大时，受到回弹的影响，弯曲角

10、度与圆角半径的精度都不易达到要求。（4）板材请按去零件的冲裁件毛刺面与弯曲方向：弯曲件的毛坯往往是经冲裁落料而形成的，其冲裁的断面一部分是光亮面，另一部分是毛刺面。弯曲件应使其毛刺面作为弯曲件的内侧，当必须将毛刺面置于外侧时，应尽量加大弯曲半径，以避免开裂。以上分析可得该零件所需的冲压工序为弯曲，采用弯钩形单工序弯曲模。2.3 弯曲工艺计算2.3.1 弯曲件毛坯展开长度的计算当弯曲圆角半径较小（0.5）时，由于弯曲变形时不仅弯曲圆角部分变薄严重，而且与圆角部分相邻的直边部分也产生了一定的变薄，所以应该按变形前后体积不变条件确定长度。通常采用表3.5 所示经验公式计算。当弯曲圆角半径较小（ 0.

11、5）时，由于变薄不严重，可按中性层展开原则，坯料总长度等于弯曲件直线部分长度和弯曲圆角部分应变中性层长度之和，即L弯=/180=（r+xt）/180L总=L直+L弯=l1+l2+（r+xt）/180式中弯-弯曲件弯曲圆角部分长度；总-坯料展开总长度-弯曲中心角因为2.50.54，属于圆角半径较大的弯曲件。所以弯曲件的展开长度按直边与圆角边分段进行计算。视直边区在弯曲前后长度不变，圆角区展开长度按弯曲前后中性层长度不变条件进行计算。1) 由于/2.5/40.63，查表3.4，得中性层位移系数X0.42变形区中性层曲率半径 按式（3.7）计算（2.50.424）3.642) 毛坯尺寸（中性层长度）

12、L总=L直+L弯L弯=（r+xt）/180=3.14*90*3.64/180=5.71mm该零件毛坯展开长度为总（1322.5）2（60-24-22.5）5.712+2.86283.22.3.2 弯曲模工作部分尺寸计算1) 凸模圆角半径。当弯曲件的相对弯曲半径/较小时，取凸模圆角的半径凸等于或小于弯曲件内侧的圆角的半径 r，但不能小于表 3.1 所示列的最小的弯曲半径 min r 。若弯曲件的/小于最小相对弯曲半径 min r /，则弯曲时应取 凸 r min r ， 然后增加一道整形的工序，使得整形凸模的凸模圆角半径 凸 r 。由于此工件/2.5/40.63 较小且为 2.5，大于最小弯曲半

13、径（ min r 0.62.4），故凸模圆角半径为凸2.5。2) 凹模圆角半径。凹模圆角的半径 凹 r 的大小对弯曲力以及对弯曲件的质量均由影响。 凹 r 过小会使弯矩的弯曲力臂减小，毛坯沿凹模圆角滑入时的阻力很大，弯曲力增加，并易使工件表面擦伤甚至出现压痕。凹模两边的圆角半径应一致，否则在弯曲时毛坯会发生偏移.实际生产中，通常根据材料的厚度来选择。当2时， r凹（36）；当24, r凹（23）；当4， r凹2因为材料的厚度为 4，所以r凹（23），所以凹模圆角的半径取 凹 r 8。3) 凹模工作部分深度的设计计算。凹模深度要适当，若过小，则弯曲件两端自有部分太长，工件回弹大，不平直；若深度过

14、大，则凹模增高，多耗模具材料，并需要较大的压力机工作行程。对于形弯曲模：若平直边高度不大或要求两边平直，则凹模深度应大于工件的深度；若弯曲件直边较长，且平直度要求不高，则凹模深度可以小于工件的高度。凹模工作部分的深度将决定板料的进模深度，同时也影响到弯曲件直边的平直度，对工件的尺寸精度造成一定的影响。此弯曲件：直边高度为13，板厚4，查表3.12 得凹模的底部最小厚度 0 h 6，因此，凹模工作部分深度为直边的高度加斜边的高度加活动凹模的高度加顶料板的厚度，即 凹 R 134+121245。4) 凸凹模间隙。对于U 形弯曲件，必须合理确定凸凹模之间的间隙。间隙过大，则回弹大，工件的形状和尺寸不

15、容易保证。间隙过小，会增加弯曲力，使工件厚度减薄，增加摩擦，擦伤工件并降低模具寿命。U 形件凸凹模的单面间隙一般可按下式计算弯曲有色金属.Z2= t min + C t弯曲黑色金属.Z2= t max + C t式中Z2凸凹模单面间隙（mm）t min tmax 板料的最小厚度和最大厚度（mm）t板料厚度的基本尺寸（mm）C间隙系数，其值按表3.14 选取但当工件精度要求不高或校正弯曲时，生产中常采用调整凸凹模间隙的方法来解决工件回弹问题。设计弯曲模结构时，常常把凹模做成可调式或镶拼式。当设计为可调式时，可以将模具的凸凹模间隙值Z/ 2初选为材料厚度t。5） 凸凹模横向尺寸及公差工件标注外形尺

16、寸时，以凹模为基准进行计算，间隙取在凸模上。查表 2.5 得凸 = 0.020mm ，凹= 0.030mm 。凹模横向尺寸L凹= L0.75=60 - 0.75*0.6=59.55mm凸模横向尺寸L凸= L凹Z min=59.55-2=57.55mm式中L弯曲件的基本尺寸（ mm）L凸L凹凸模，凹模工作部分尺寸（mm ）弯曲件尺寸公差（m m ）凸凹_凸凹模制造公差，选用IT7 IT 9级精度，一般取凸模的精度比凹模精度高一级z2 凸凹模单面间隙（mm）2.3.3 弯曲件回弹值的计算由于回弹值直接影响了弯曲件的形状和尺寸，因此，在模具设计和制造时，必须要先考虑材料的回弹。通常是先根据经验数值和

17、简单的计算和初步确定模具工作部分尺寸，然后在试模修正模具的相应部分的形状和尺寸。影响回弹的因素：材料的力学性能：由金属变形特点可知，卸载时，弹性恢复的应变量与材料的屈服极限成正比，与弹性模量E 成反比，即s /E 越大，回弹越大。也就是说材料的屈服极限s 越大，弹性模量E 越小，弯曲变形的回弹也越大。因为材料的屈服极限s 越高，材料在一定的变形程度下，其变形区断面内的应力也越大，因而可以引起更大的弹性变形，所以回弹值也越大；而弹性模量 E 越大，则材料抵抗弹性变形的能力越强，所以回弹值越小。相对弯曲半径r/t：相对弯曲半径r/t 越小，则回弹值越小。因为相对弯曲半径r/t越小，弯曲变形程度越大

18、，变形区总的切向变形程度增大，塑性变形再总变形中占得比例增大，而相应弹性变形的比例则减少，从而回弹值减少。反之，相对弯曲半径r/t 越大，则回弹值越大，这也是r/t 很大的工件不易弯曲成形的原因。弯曲中心角：弯曲中心角越大，回弹角也越大，因为随着增大，变形区段长度增加，会谈累积值也增大，回弹角也就越大但对曲率半径的回弹没有影响。弯曲方式：自有弯曲时，回弹值大；校正弯曲时，回弹值小。再无底弯曲模内作自由弯曲时，会谈最大；再有底弯曲模内作自由弯曲时，会谈最小。这是因为校正弯曲时，校正力比自有弯曲时的弯曲力大得多，使得变形区的应力、应变状态与自由弯曲时有所不同。极大地校正弯曲力迫使变形区外侧的拉应力

19、有所减小，而在外侧中性层附近还出现与内侧相同的压缩应力。随着校正力的增加，压应力区逐步向外侧扩展，致使变形区的大部分甚至全部断面均出现压缩应力，卸载后内、外两侧的回弹趋势相互抵消，产生了减小回弹的效果。弯曲件形状：一般，弯曲件形状越复杂一次弯曲成形的数量越多，则弯曲时各部分相互牵制作用越大；弯曲中拉伸变形的成分越大，则回弹量越小，因此，一次弯曲成形时，U 型件的回弹量比V 型件的回弹量小。磨具间隙：在弯曲U 型件时，凸、凹模间隙对回弹角有较大的影响，间隙越大，会谈较也越大。当采用负间隙时，由于磨具对材料的挤压作用，可使回弹角减小至最小值，甚至出现零或负值。控制回弹的措施：从选用材料上采取措施。

20、在满足弯曲件使用要求的前提下，尽可能选用弹性模量E大、屈服极限s 小、力学性能比较稳定的材料，以减少弯曲时的回弹。改进弯曲件的结构设计。在弯曲件设计上改进某些结构，增强弯曲件的刚度以减少回弹，比如：在弯曲变形区压制加强筋，增加弯曲件的刚度。从工艺上采取措施：采用热处理工艺。对一些硬材料或已经冷作硬化的材料，弯曲前先进行退火处理，降低其硬度以减少弯曲时的回弹，待弯曲后再淬硬。对回弹较大的材料，在条件允许的情况下，甚至可采用加热弯曲。采用拉弯工艺。相对弯曲半径很大的弯曲件，由于变形程度很小，变形区大部分或全部处于弹性变形状态，弯曲回弹量很大，甚至根本无法成形，这时可以采用拉弯工艺。从模具结构上采取

21、措施。补偿法。一般来说，它是消除弯曲件回弹最简单的方法，在实际生产中广泛使用。对于比较硬的材料，可根据回弹值对模具工作部分的形状和尺寸进行修正。对于软材料（如：Q215、Q235、10、20 和H62 等），其回弹角小于5时，可在模具上作出补偿角并取较小的凸凹模间隙。单角弯曲时，根据回弹量的大小，将凸模圆角半径和顶角预先做小些，然后调试修模，补偿回弹。双角弯曲时，可在凸模两侧分别作出回弹角或将模具底部做成圆弧形，利用底部向下的回弹作用，来补偿弯曲件侧壁的回弹。校正法。对于材料厚度在0.8 以上，塑性比较好，且r/t 又不大时，可以改变凸模结构，使校正力集中在弯曲变形区，改变变形区应力、应变状态

22、，迫使材料内、外侧同为切向压应力，从而使内、外侧回弹趋势相互抵消，以达到减少回弹的目的。纵向加压法。采用软凹模法。由于软凹模能将压力均匀的传到材料上，使弯曲件与金属凸模完全贴合，其回弹量比金属凹模小的多。因此，可利用橡胶或聚氨酯凹模代替刚性金属凹模进行弯曲。金属板材在塑性弯曲时总是伴随着弹性变形，因此，当工件弯曲后就会发生弹复。影响弹复量的因素很多，主要与材料的机械性能，板材的厚度，弯曲半径的大小以及弯曲时校正力的大小有关，要在理论上计算弹复值是有困难的，通常在模具设计时按经验总结的数据来选择，经试冲后再对模具工作部分加以修正。确定弹复值的多少将直接影响弯曲件的质量，通过经验值以及查找资料得到

23、回弹角。）相对弯曲半径较大时自由弯曲的回弹值。 当相对弯曲半径/ 10 时，回弹值比较大，卸载后弯曲件的弯曲角半径和角度都发生了较大变化，此时，可以不考虑材料厚度的变化及应力，应变中性层的移动，以简化计算。在这种情况下，凸模圆角半径凸和凸模圆角部分中心角a 凸 可按下式进行计算凸=/（1+3*/Et）凸=/凸式中 凸凸模圆角半径（）凸 凸模圆角部分中心角弯曲件圆角半径（） 弯曲件圆角部分中心角弯曲件材料的屈服极限（）弯曲件材料的弹性模量（）弯曲件材料厚度（）相对弯曲半径较小时自由弯曲的回弹值 当弯曲件的相对弯曲半径r/t5时，由于变形程度大，卸载后弯曲半径的变化很小，可以不予考虑，而仅考虑弯曲

24、中心角的变化。当弯曲件弯曲中心角不为90 度时，其回弹角按下式计算 =*90/90式中 弯曲件的弯曲中心角为a 时的回弹角90弯曲中心角为90度时的回弹角 弯曲件的弯曲中心角第一次弯曲时弯曲中心角为 90 度，因此查相关手册，取回弹角为 3 度，第二次弯曲时弯曲角为45 度时，由以上公式得=45*3/90=1.5即弯曲角为45 度时的回弹角为1.5 度。2.3.4 弯曲力的计算形件校正弯曲时，在进行校正弯曲前是自由弯曲，弯曲力F u 形自由弯曲为：F u形自由弯曲=0.7kBt*tb/(r+t)=16.58KN顶件力F 顶可近似取自由弯曲力的0.30.8 倍，即F 顶（0.30.8）F u形自

25、由弯曲（0.3 - 0.8）* 16.58 4 .97 - 13.26）取F 顶=13kN。校正弯曲时，校正弯曲力最大值在压力机工作到下止点的位置，且校正力远远大于自由弯曲力（或接触弯曲力），而在弯曲工作过程中，二者又不是同时存在的，因此查表.得70，所以校正力校为：校（20*60）*7084所以第一次弯曲时：F u 形自由弯曲校16.5884100.58第二次弯曲时：F u 形自由弯曲=0.7kBt*tb/(r+t)=16.58KN对于校正弯曲，由于校正弯曲力比顶件力大的多，故顶件力可以忽略，但这里为了保险起见，在计算压力机公称压力时，还是将顶件力考虑进去。F压机（1.2-1.3）（F较+F

26、顶）=（1.2-1.3）*（84+83）=（116-126）KN综合考虑以上得，初选压力机型号为JB2316.2.4 模具总体设计模具总体设计包括：模具类型的确定好模具结构形式的确定.2.4.1 模具类型的确定冲模的类型与冲压工艺方案是相互对应的，两者都是根据生产批量，零件形状和尺寸，零件质量要求，材料性质和厚度，冲压设备和制模条件，操作因素等确定。复合模可以冲尺寸较大的零件，但对材料厚度，孔心距，孔边距又一定的限制；级进模冲小型零件，尤其是形状复杂的异形件，但级进模轮廓尺寸受压力机台面尺寸的限制；单工序模不受零件尺寸和板厚的限制。复合模冲压比单工序模具冲压的冲件质量好；而级进模的冲压件质量一

27、般介于单工序模与复合模之间。由于采用冲压工艺方案为弯曲，所以采用单工序弯曲模。2.4.2 模具结构形式的确定模具类型确定后，还要确定模具的具体结构形式，主要包括：送料与定位方式的确定，卸料与出件方式的确定，工作零件的结构及其固定方式的确定，模具精度及导向方式的确定等。对于复杂的弯曲模及其他需要改变冲压力方向和工作零件运动方向的模具，还要确定传力和运动的机构。由于该模具采用单工序弯曲模，上模主要有上模座，凸模，模柄，垫板，斜楔和凸模固定板等零件组成；下模主要有下模座，顶料板，活动凹模，盖板，支撑板，弹簧，弹簧管，顶杆和定位板等零件组成。弯曲工件有下面的弹簧顶出。2.5 模具主要零部件的设计2.5

28、.1 弯曲凸模、凹模的结构设计由于制件结构简单精度要求不高，所以采用凸模和凹模分开加工的方法制作凸凹模。这时需要分别计算和标注凸模和凹模的尺寸和公差。由于该工件是沿着工件弯曲角的中心线方向弯曲的，所以工件是简单的U 型弯曲，只需确定弯曲的角度即可，有零件图可知，零件的弯曲角为90和45，因为弯曲时有回弹存在，且回弹角为3，所以可将凸模弯曲角做成为87和42，凹模弯曲角做成 90和 45。凸模材料选用 Cr12MoV，热处理硬度为 6064HRC，凹模材料选用Cr1212MoV， 热处理硬度为6062HRC，凸凹模形式如下图所示凸模结构：附图1凹模结构：附图22.5.2 模柄的设计模柄的作用是固

29、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内模柄孔的深度,模柄直径应与模柄孔直径一致.根据模具的总体特点,选用整体式模柄,其结构形式如下图所示整体式模柄2.5.3 螺钉和销钉的设计螺钉和销钉都是标准件,设计模具时按标准选用即可,螺钉用于固定模具零件，一般选用内六角螺钉;销钉起定位作用,常用圆柱销钉.螺钉，销钉规格应根据冲压大小，凹模厚度等确定，选用销钉的型号为890，螺钉的型号为M1660，螺钉，销钉的材料都可采用45 钢。2.5.4 下模座的设计下模座的材料选用HT200，规格为200450，热处理硬度为4348HRC。2.5.5

30、弹簧的设计根据模具结构弹簧，弹簧所需的预压力为F卸 13根据预压力和模具结构尺寸，初选序号为7377 的弹簧，其最大工作负荷2113。虽然弹簧的最大工作负荷符合要求，但其弹簧太长，会使模具的高度增加，所以选用最大工作负荷为21范围内的弹簧。试选 7883 号中的 79 号弹簧，校核检验弹簧最大许可压缩量弹簧实际总压缩量总。79 号弹簧的具体参数是：弹簧外径55，材料直径9，自由高度120，节距14.5，21，极限载荷时弹簧高度为88.4。弹簧最大可压缩量 （120-88.4）31.6mm弹簧预压缩量 L=F卸Lmax/F0=19.6mm校核：卸料板工作行程 t+h1+h2=（4+1+0.5）=5.5mm凸模刃磨量和调节量 h3=6mm弹簧实际总压缩量 L 总=Lt+h1+h2+h3=19.6+5.5+6=27.1mm