U形弯曲件模具设计

1零件工艺性分析

工件图为图15所示活接叉弯曲件，材料45钢，料厚 3mm。其工艺性分析内容如下：

 

 

 

图15 弯曲工件图

 

1.1材料分析

45钢为优质碳素结构钢，具有良好的弯曲成形性能。

1.2结构分析

零件结构简单，左右对称，对弯曲成形较为有利。可查得此材料所允许的最小弯曲半径 ，而零件弯曲半径 ，故不会弯裂。另外，零件上的孔位于弯曲变形区之外，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 ，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。

1.3.精度分析

零件上只有1个尺寸有公差要求，由公差表查得其公差要求属于IT14，其余未注公差尺寸也均按IT14选取，所以普通弯曲和冲裁即可满足零件的精度要求。

4.结论：由以上分析可知，该零件冲压工艺性良好，可以冲裁和弯曲。

2工艺方案的确定

零件为U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，可有以下三种工艺方案：

方案一：先落料，后冲孔，再弯曲。采用三套单工序模生产。

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形位精度和尺寸精度易保证，生产效率较高。但由于该零件的孔边距为4.75mm，小于凸凹模允许的最小壁厚6.7mm，故不宜采用复合冲压工序。

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。欲保证冲压件的形位精度，需在模具上设置导正销导正，故其模具制造、安装较复合模略复杂。

通过对上述三种方案的综合分析比较，该件的冲压生产采用方案三为佳。

3零件工艺计算

3.1.弯曲工艺计算

3.1.1毛坯尺寸计算

对于 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 ，所以坯料展开长度为

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图16 坯料展开图

 

 

 

由于零件宽度尺寸为18mm，故毛坯尺寸应为64mm×18mm。弯曲件平面展开图见图16，两孔中心距为46mm。

3.1.2弯曲力计算

弯曲力是设计弯曲模和选择压力机的重要依据。该零件是校正弯曲，校正弯曲时的弯曲力 和顶件力 为

                         

对于校正弯曲，由于校正弯曲力比顶件力大得多，故一般 可以忽略，即

  ≥

生产中为安全，取 ≥ ，根据压弯力大小，初选设备为JH23—25。

3.2.冲孔落料连续模工艺计算

3.2.1刃口尺寸计算

由图3-2可知，该零件属于一般冲孔、落料件。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18mm、R9mm由落料获得，2×φ8.5mm和46±0.31mm由冲孔同时获得。查得凸、凹模最小间隙 ，最大间隙 ，所以 。

按照模具制造精度高于冲裁件精度3～4级的原则，设凸、凹模按IT8制造，落料尺寸 ，凸、凹模制造公差 ，磨损系数 取0.75。冲孔尺寸 ，凸、凹模制造公差 ，磨损系数 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 ，

校核不等式 ≤ ，代入数据得 。说明所取的 与 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：          ， 。

将已知和查表的数据代入公式得

 

       

故落料凸模和凹模最终刃口尺寸为： ， 。

落料R9mm，属于半边磨损尺寸。由于是圆弧曲线，应该与落料尺寸18mm相切，所以其凸、凹模刃口尺寸取为

 

 

冲孔：

校核 ，代入数据得： 。说明所取的 与 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： ， 。

将已知和查表的数据代入公式得

 

 

故冲孔凸模和凹模最终刃口尺寸为： ， 。

孔心距46±0.31mm

因为两个孔同时冲出，所以凹模型孔中心距为

 

3.2.2排样计算

分析零件形状应采用单直排的排样方式，零件可能的排样方式有如图17所示两种。

 

图17 可能的排样方式

比较方案a和方案b，方案a是少废料排样，显然材料利用率高，但因条料本身的剪板公差以及条料的定位误差影响，工件精度不易保证，且模具寿命低，操作不便，排样不适合连续模，所以选择方案b。同时，考虑凹模刃口强度，其中间还需留一空工位。现选用规格为3mm×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 ，零件与条料侧边之间的搭边值 ，条料与导料板之间的间隙值 ，则条料宽度为

 

步距 

由于弯曲件裁板时应考虑纤维方向，所以只能采用横裁。即裁成宽71.5mm、长1000mm的条料，则一张板材能出的零件总个数为

 

计算每个零件的面积 ，则材料
利用率为 。排样图如图18所示。

图18 零件的排样图

3.3.冲裁力计算

此例中零件的落料周长为148.52mm，冲孔周长为26.69mm，材料厚度3mm，45钢的抗剪强度取500MPa，冲裁力基本计算公式 。则冲裁该零件所需落料力

 

冲孔力     

模具结构采用刚性卸料和下出件方式，所以所需推件力 为

 

计算零件所需总冲压力

初选设备为JC23—63。

3.4.压力中心计算

 

图19 压力中心的计算

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。排样时零件前后对称，所以只需计算压力中心横坐标，如图19所示建立坐标系。设模具压力中心横坐标为 （计算时取代数值），则有

     

即    ，

解得    

所以模具压力中心坐标点为（-31.2 , 0）。

4冲压设备的选用

4.1. 冲孔落料连续模设备的选用

根据冲压力的大小，选取开式双柱可倾台压力机JC23—63，其主要技术参数如下：

公称压力：630kN

滑块行程：120mm

最大闭合高度：360 mm

闭合高度调节量：80 mm

滑块中心线到床身距离：260mm

工作台尺寸：480 mm×710 mm

工作台孔尺寸：φ250mm

模柄孔尺寸：φ50 mm×80 mm

垫板厚度：90 mm

4.2弯曲模设备的选用

根据弯曲力的大小，选取开式双柱可倾台压力机JH23—25，其主要技术参数如下：

公称压力：250kN

滑块行程：75mm

最大闭合高度：260 mm

闭合高度调节量：55mm

滑块中心线到床身距离：200mm

工作台尺寸：370 mm×560mm

工作台孔尺寸：φ260mm

模柄孔尺寸：φ40 mm×60mm

垫板厚度：50 mm

5模具零部件结构的确定

5.1冲孔落料连续模零部件设计

5.1.1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的大小。根据凹模高度和壁厚的计算公式得

凹模高度              

凹模壁厚             

所以，凹模的总长 ，为了保证凹模结构对称并有足够的强度，将其长度增大到163mm。凹模的宽度 。

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200mm×200mm×45mm，下模座200mm×200mm×50mm，导柱32mm×160mm，导套32mm×105mm×43mm。

5.1.2其它零部件结构

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20mm，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14mm。

导料板高度查表取12mm，挡料销高度取4mm。

 

图20 凸模结构图

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20所示。则其承受的压应力为

 

查得铸铁模板的 为90～140MP_a，故  。因此需采用垫板，垫板厚度取8mm。

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A50×105的模柄。

5.2.弯曲模主要零部件设计

根据工件的材料、形状和精度要求等，弯曲模采用非标准模架。下模座的轮廓尺寸为255mm×110mm。

5.2.1工作部分结构尺寸设计

1）凸模圆角半径

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 较小时，凸模圆角半径取等于零件的弯曲半径，即 。

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 。

3）凹模深度

 

图21 凹模结构图

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 ，如图21所示。

 

4）凸、凹模间隙

根据U形件弯曲模凸、凹模单边间隙的计算公式得

 

5）U形件弯曲凸、凹模横向尺寸及公差

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

 

5.2.2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

 

    认为自由状态时，顶件板与凹模平齐，所以

 

    由上两个公式取 。

2）确定橡胶垫的横截面积

 

查得圆筒形橡胶垫在预压量为10%~15%时的单位压力为0.5MPa，所以

                      

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，橡胶垫中间的避让孔尺寸为φ17mm，则其直径D为

 

4）校核橡胶垫的自由高度

 

橡胶垫的高径比在0.5~1.5之间，所以选用的橡胶垫规格合理。橡胶的装模高度约为0.85×140=120mm。

6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，便可以对模具进行总体设计并画出冲裁装配图如图22所示。

模具闭合高度H_模=45+8+20+15+14+12+25+50=189mm。

7弯曲模具装配图

由上述各步计算所得的数据，对弯曲模具进行总体设计并画出装配图如图23所示。

模具闭合高度H_模=40+20+4+103=167 mm。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图22 冲孔落料级进模 1-下模座 2、4、11-螺钉 3-导柱 5-挡料销 6-导料板 7-导套 8、15、21-销钉 9-导正销 10-上模座 12-落料凸模 13-模柄 14-防转销 16-垫板 17-凸模固定板 18-冲孔凸模 19-卸料板 20-凹模