中心轴托架模具及其弯曲工艺设计教案资料.docx

1、中心轴托架模具及其弯曲工艺设计教案资料第一章 工艺分析 第一章 工艺分析加工工艺的确定需要考虑多种因素，最重要的是要兼顾质量与效率。下面将对托架的加工工艺选择做详细阐述。1、工件分析此模具用于加工下图所示的机床中心轴托架，材料为08钢。 图3-1 工件二维图该工件是中心轴托架工件，10mm孔内装有心轴，托架通过4个5孔与机身连接，为保证良好的装配工件，5个孔的公差等级均为IT9级，表面不允许有严重的划伤，该零件选用08钢，其弯曲半径均大于该种材料的最小弯曲半径，且工件精度要求不高，不需要校形，所有的孔可用高精度冲模冲出。因此，该零件还可以用冷冲压加工成形。本设计只考虑工件的弯曲。弯曲件的工艺性

2、主要考虑以下几个方面。（1）弯曲半径 弯曲件的弯曲半径不宜过大和过小。过大因受回弹的影响，弯曲件的精度不宜保证；过小时会产生拉裂。弯曲半径应大于材料的许可最小半径，否则应采用多次弯曲并增加中间退火的的工艺，或者是先在弯曲角内侧压槽后再进行弯曲。（2）直边高度保证弯曲件直边平直的直边高度H不应小于2t(t为弯曲件厚度)，否则需先压槽或加高直边（弯曲后再切掉），如图3-3所示。（3）孔边距如果弯曲毛坯上有预先冲制的孔，为使孔不发生变化，必需使孔置于变形区之外，即孔边距L（图3-4）应符合以下关系。 当弯曲件厚度t1.5mm）,中心孔10mm孔边距为7.5mm（1.5mm）,均满足要求。 （4）形状

3、与尺寸的对成性 弯曲件的形状与尺寸应尽可能对称，高度也不应相差太大。当冲压不对称弯曲件时，因受力不均匀，毛坯容易偏移，尺寸不易保证。为防止毛坯的偏移，在设计模具时应考虑增设压料板、定位销等定位零件。如图3-1所示，本次设计的工件形状完全对称。 （5）部分边缘弯曲当局部弯曲某一段边缘时，为了防止在交界处由于应力集中而产生断裂，可预先冲裁卸荷孔或切槽，也可以将弯曲线移动一段距离，以远离尺寸突变处。二、确定工艺方案根据给出的工件结构进行详细分析得出：冲压该零件所需的基本孔为冲孔、落料及弯曲，其弯曲工艺方案有三种，因此，冲压工艺方案可以有以下几种。方案一：首先为冲孔（10mm）和落料的复合，然后为弯曲

4、外部两角并使中间预弯45，然后弯曲中间两角，最后冲4个孔（5mm），弯曲部分如图3-5所示。方案二：首先为冲孔（10mm）和落料的复合（同方案一），然后弯外部两角，然后压弯中间两角，最后冲4个孔（5mm，同方案一），如图3-6所示。图3-5 方案一工件变形路线图 图3-6 方案二工件变形路线图方案三：首先冲孔（10mm）和落料的复合（同方案一）直接压弯四角，最后冲4个孔（5mm，同方案一）如下图图3-7 方案三工件变形路线图方案四：冲孔（10mm），切断，弯外角，再弯内角，最后冲4个5mm孔（同方案一）。方案五：冲孔（10mm），切断，弯四角，冲4个5mm孔（同方案一）方案六：全部工序合并，采

5、用带料级进冲压成形。三、工艺方案的比较 综合运用弯曲模成型原理和模具设计技术对上述六个方案进行比较，可以得出如下结论。方案一的优点是：模具结构简单，寿命长，模具的制造周期短；工件的回弹容易控制，尺寸和形状准确，表面质量高；除工序一外，各工序都能用10mm孔和一个侧面定位，定位基准一致且与设计基准重合，操作也比较方便。缺点是：工序分散，所用模具、压力机和操作人员较多，工作量较大。方案二和方案一相比，零件的回弹难以控制，尺寸和形状不明确，且同样存在工序分散、劳动量大、占用设备的缺点。方案三的工序比较集中，占用设备和人员少，但是模具寿命低，工件表面有划伤，厚度变薄，回弹不易控制，尺寸的控制不够精确。

6、方案四的成形过程本质与方案三相似。方案五本质上业也与方案三相同，只是采用了结构比较复杂的级进复合模。方案六的特点是采用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。通过比较可以得出，当进行小批量生产时宜选择方案一。但是进行大量生产时应采用方案六，即级进模生产的方式。本次设计针对单件、小批量生产，故综合各种因素，采用方案一。四、毛坯展开尺寸计算 首先根据工件结构图进行毛坯展开尺寸的计算，工件尺寸如图3-8所示 由冲压工艺与模具设计式（3-12）可得 式中：Li-直边长度； ri-弯曲半径； x0-应变中性层位移系数。 图3-8 工件

7、尺寸 考虑到弯曲时板料纤维的伸长，实际毛坯取L=107mm。五、弯外角的计算 按照工艺方案一，首先应弯两45外角，故对其进行工艺计算。 凸模圆角半径：R/t =1.5/1.5 =1,大于其最小圆角半径，则r凸=1.5mm。 由冲压工艺与模具设计圆角半径选用原则可知，t=1.5mm2mm时，r凹=（36）t,故取 弯曲件凹模深度L0的计算如图5-9所示 凹模深度L0要适当。若L0过小，则弯曲件两端的自由部分长，回弹大且不平直；如果L0过大，则凹模用料过多，且需要较大行程的冲床。因此，L0的大小要根据弯曲件的要求确定。如弯曲件直边的平直度要求高且冲床行程足够大时，可采用较大的凹模深度。弯曲时，弯曲

8、件全部被压入凹模中。 图3-9 首次弯曲尺寸通过粗略的几何计算可得 考虑到下一次弯曲会是工件变薄伸长，故L0取15mm。此时由于内角的弯曲角度不大，故凸凹模的圆角半径粗略设为r凸=10mm，r凹=20mm。如果弯曲零件的角度不等于90时，凸凹模的尺寸差值x与角度有一正切关系，其尺寸为 式中 A-正切差值， 。此处，x=0.621mm。此x对以后的凸凹模建模有用。由于V形零件弯曲时，凸模与凹模之间的间隙是靠调整压力机的闭合高 度来控制的，因此不需要在设计制造 模具时确定间隙。 图3-10 弯外角计算示意图 六、弯内角的计算 与弯角的工艺分析计算相同，弯内角的工艺计算如下： R/t =1.5/1.

9、5 =1,大于其最小圆角半径，则r凸=1.5mm。 由冲压工艺与模具设计凸凹模的圆角半径选取规则，t=1.5mmPy=153.5N 弹簧的参数为： 弹簧直径d=2mm； 弹簧中径D=14mm； 弹簧内径D1=D-d=12mm 弹簧外径D2=D+d=16mm 有效圈数n、支承圈数n2和总圈数n1 n1 =n2+n 由机械工程师手册表4-42及冲模设计与制造实用计算手册表2-11选n=6，n2=2，则n1=8。由冲模设计与制造实用计算手册表2-11可知： 取t=7mm，则 H0=nt+（n2-0.5）d=67+3=45(mm) 计算弹簧总压缩量 Hc=Hy+Hg+Hx式中 Hy弹簧预压缩量，Hy=

10、H2Py/P2，mm Hg弹簧的工作行程，冲裁中Hg=t+1（t为料厚），mm Hx凸模总修模量，一般取410mm。弹簧变形量 式中 G剪切弹性模量。 因Hg=2.5mm，Hx=4mm，则 Hc=23.579+6.5=30.07(mm) 校核总压缩量 若HcH2，则该弹簧需重新选择。 由以上的计算可知HcH2，弹簧可用。 卸料弹簧窝座的深度计算 弹簧窝座的深浅，将影响弹簧的卸料力的大小。冲模设计时，卸料力是按弹簧压缩到最大容许压缩量时的压力计算的。因此，弹簧窝座的深度，应使冲模在闭合状态时，弹簧压缩到最大容许压缩量。图4-5为弹簧卸料的冲裁模。图4-5 弹簧卸料冲裁模故弹簧窝座的深度为 式中

11、L弹簧的自由状态长度，mm； F弹簧的最大容许压缩量，mm； h1卸料板厚度，mm； h2凸模高度，mm； t冲裁模厚度，mm； 上、下模刃口进入量，=1mm； h3刃口修模量，h3=56mm。（2）弹簧的安装虽然本次研究的是弯曲模而非冲裁模，但从图4-5中可以知道和本次弯曲模的卸料装置结构大致相同，且计算分析过程也相似。故可以参考以上的冲裁模来计算弯曲模的卸料弹簧窝座如右图所示。假设弹簧为原长时，卸料板比凹模直边高出5mm，而直边高度为35mm，且卸料板和凹模之间的距离为26mm，那么窝座深度为9.5mm。 图4-6 卸料装置结构示意图八、定位装置为了限定被冲材料的进给步距，并准确地将工件安

12、装在冲模上设定位置，保证下一步工序的顺利进行，必须采用各种形式的定位装置。冲模适用的定位零件有导料销、导料板（导料尺）、挡料销、定位板（钉）、导向销、定距侧刃和测压装置等。综合各种因素，设计弯外角的模具结构时，采用挡料销和导料销进行粗定位。（1）挡料销的设计 挡料销（又称定位销）主要用于定位，保证条料有准确送料距。挡料销有多种形式，分别用于不同的场合，如圆柱头式挡料销、钩形挡料销、回缩式挡料销、活动挡料销、初始挡料销等。本次模具设计选择圆柱头式挡料销。此种挡料销一般装在凹模上，其特点是销的固定部分和工作部分的直径相差较大，因此不会削弱凹模的强度。另外，这类挡料销结构简单，常用于带固定及弹压卸料

13、板的模具中。 由冲压模具简明手册选基本尺寸：d=6mm，d1=3mm，h=3mm；L=8mm。考虑到凹模的特殊结构，将挡料板直接固定在卸料板上。使用条料或卷料冲裁时，一般用导料板或挡料销来导正材料的送进。其主要作用是对条料的送进进行定向，防止偏斜。其安装位置一般是下模凹模口的上平面。本次设计选用导料板。 就制造方式而言，导料板与卸料板可以分开制作，也可以制造成一体的。本次弯外角模具设计采用分开导料板与卸料板分开制造的方式。为 图4-7 固定挡料销三维图使条料顺利通过，两块导料板互相之间的距离应等于条料的最大宽度加上双边间隙值。无侧压装置时，条料宽度和导料板间距离按无侧压装置的公式计算。在此次弯曲模具设计中由实用冲压技术手册选择送料间隙为0.5mm。由于弯曲凹模的形状非规则的特性，本次单独设计挡料板，并用螺钉紧固与凹模上面。导料板得高度（H）参考实用冲压技术手册选取，在这里选H=6mm。导料板的厚度一般为材料厚度的2.54倍，材料厚度取小值。导料板的最小厚度为46mm，导板一般采用45钢，工作侧面粗糙度Ra在1.6m以下。（2）导正销的设计导正销的类型 在首次弯曲工序当中，采用10mm孔