冲孔落料弯边级进模设计 毕业设计

1、XXXX大学 毕 业 设 计（论 文） 题目 冲孔落料弯边级进模设计 学生姓名： 学生学号： 指导教师： 机械工程 学院 机械设计制造及其自动化 专业 班 2012 年 6 月 15 日 毕业设计（论文）任务书 专业 机械设计制造及其自动化 班级 机械 072 姓名 XXX 下发日期 2011-3-6 题目 冲孔落料弯边模设计 专题 主 要 内 容 及 要 求 设计内容：本次设计的课题是冲孔落料弯边级进模设计。级进模具设计主要是凸 凹模、卸料板、导料板及各辅助零件的设计。重要的就是毛坯尺寸计算、各基本工序 冲压力的计算、压力中心的计算和各主要零部件的尺寸计算。 要求：在教师的指导下，***完成设

2、计任务，培养较强的创新意识和学习能力。 使整个设计在技术上是先进的，在经济上是合理的，在生产上是可行的。设计制图符 合国家标准；说明书要求文字通顺、语言简练、图示清晰。必须以负责的态度对待自 己所做的技术决定、数据和计算结果。 成果要求：设计说明书不少于 2 万字，查阅文献 20 篇以上，翻译与课题有关的英 文资料，译文字数不少于 3 千字，绘制图纸折合总量不少于 3 张 A0。 主要技 术参数 工件材料为 Q235。 进 度 及 完 成 日 期 3/27-4/5 用两周时间查阅有关的设计资料，和毕业实习。 实习地点：青岛专用汽车厂、青特汽车有限公司。 3/274/7 讨论设计题目并确定设计方

3、案。 4/104/28 设计与绘制总装配图。 5/15/12 设计与绘制部件图。 5/155/26 设计与绘制零件图。 5/296/9 编写打印说明书，改正图纸上的错误。 6/126/16 查找外文资料并进行翻译。 6/196/20 准备答辩。 教学院长签字 日 期 教研室主任签字 日 期 指导教师签字 日 期 指 导 教 师 评 语 指导教师/ 年 月 日 指 定 论 文 评 阅 人 评 语 评阅人/ 年 月 日 答 辩 委 员 会 评 语 指导教师给定 成绩(30%) 评阅人给定 成绩(30%) 答辩成绩 （40%） 总 评 答辩委员会*** 签字 评 定 成 绩 I 摘要 级进模具有以下特

4、点： 1、级进模是多工序模。在一幅模具内，可以包括冲裁、弯曲、成形、和拉深等多 种多道工序，具有比复合模更高的劳动生产率。 2、级进模具有操作安全这一显著特点。 因为工序可以分散，不必集中在一个工位，不存在复合模“最小壁厚”问题，因 而模具强度较高，寿命较长等。 一般对于冲孔落料弯边加工的工件，在已经确定为采用级进模加工时，通常采用 先落料，冲孔，再弯边的加工方法。由于该加工的生产批量较大，如果把三道工序放 在一起，可以大大提高工作效率，并减轻工作量，节约能源，降低成本，而且可以避 免原有的加工方法中须将手伸入模具的问题，对保护操作者安全也很有利。将三道工 序并在一个模具中完成，可以有以下多种

5、不同的工艺方案：一种为先落料，然后冲孔 和弯边在同一个工步；另一种为，冲孔在同一工步首先完成，然后进行弯边。再就是 先冲孔，弯边，然后落料。 模具的结构主要由上模座，下模座，垫板，凸模固定板，凸模，卸料板，导料板， 凹模，等零件组成。 该模具采用手工送料，由侧刃和定位销精确定位。 此模具结构紧凑，赚、拆、修磨方便，操作简单，安全可靠，生产效率比传统模 具生产提高两倍以上。基本能够达到大批量生产的要求。 关键词：卸料板，级进模，导正销，工位数。 II Abstract The mould has the following features/ 1/Progressive die is more

6、processes/ In one picture/ it can include the mould blanking/ bending/ forming/ and etc/ and has many more than the process of composite modulus higher Labour productivity/ 2/The mould are safe operation this remarkable characteristics/ Because the process can be scattered/ dont focus on a composite

7、 modulus/ there is not a “minimum thickness“ question/ thus mould has high strength/ longer life expectancy/ Generally/ for punching blanking curved edge processing has been determined in the workpiece/ for using the processing/ usually by blanking/ punching/ bending machining methods/ Due to the la

8、rge batch processing production/ if the three working together/Progressive die can greatly improve the working efficiency and reduce workload/ save energy and reduce the cost/ and can avoid the original processing method must be reached into the mold to the protection of the operator safety/ Will th

9、ree working together/ it can have composites under several different craft project/ first blanking/ then punching and material in the same curved edge/ Another kind of craft project is blanking and punching in the same work/ then step first bend boundary/ The mould structure consists mainly of the m

10、ould seat/ mould seat/ plate/ plate/ punch fixed punch/ unloading/ conducting plate/ etc/ concave die parts/ The third is the punching first/ and then bending/ last blanking/ The mold is manually by lateral blade feeding and positioning and precise positioning/ The mould structure compact/ easy/ and

11、 grinding/ simple operation/ safe and reliable/ production efficiency than traditional mold production increase more than twice/ which make it achieve the basic requirement of mass production/ Keywords/ The stripper plate and progressive die/ guide pin number/ location III 目录 摘要 I ABSTRACT II 目录 III

12、 第一章 绪论 1 第二章 冲裁工艺设计及方案分析 3 2/1 工艺方案的确定 3 2/2 冲压件结构形状分析 4 2/3 产品尺寸精度、粗糙度、断面质量分析 7 第三章 冲裁件的排样分析 /8 3/1 排样方法 8 3/2 搭边和料宽 9 3/2/1 搭边 9 3/2/2 条料宽度的确定 10 3/3 材料利用率的计算 11 第四章 冲裁模工作部分的设计计算 13 4/1 冲裁模工作部分的设计计算 13 4/2 冲裁间隙 19 4/2/1 间隙的影响 19 4/2/2 合理间隙的选用 21 第五章 冲压力计算、压力中心的确定及压力机的选择 24 5/1 冲裁力、卸料力及推件力的计算 24 5

13、/2 压力机的选择 26 第六章 弯曲工艺与模具设计 /27 6/1 弯曲变形分析 27 IV 6/1/1 弯曲变形过程及特点 27 6/1/2 弯曲变形时的应力与应变 29 6/2 弯曲工艺设计 30 6/2/1 最小相对弯曲半径 30 6/2/2 拉裂、畸变与翘曲的控制 32 6/2/3 弯曲件的工序安排 32 6/2/4 弯曲回弹 33 6/3 弯曲变形的计算分析 37 6/3/1 弯曲力计算 37 6/3/2 顶件力和压料力的计算 38 6/3/3 弯曲件的毛坯长度计算 38 6/3/4 弯曲模工作部分的设计计算 38 第七章 模具结构及设计 41 7/1 冲模及冲模零件分类 41 7

14、/1/1 冲模的分类 41 7/1/2 冲模零件的分类 41 7/2 冲模主要零件设计 42 7/2/1 工作零件 42 7/2/2 定位零件 47 7/2/3 压料及卸料零件 51 7/2/4 固定与紧固零件 53 7/2/5 导向零件 55 7/2/6 冲模零件的材料选用 57 第八章 结论 58 参考文献 59 致谢 /60 附件一 /61 附件二 /75 1 第一章 绪论 现代工业的迅猛发展使冲压技术得到越来越广泛的应用，随之而来的是对冲压模 具的设计与制造的要求越来越高。冲压模具是冲压生产的主要工艺设备，其设计是否 合理对冲压件的表面质量、尺寸精度、生产率以及经济效益等影响很大。因此

15、，研究 冲压模具的设计，提高冲压模具的各项技术指标，对冲压模具设计和技术发展是十分 必要的 13。 随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到 产品质量，成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要 素之一，模具自主技术现已成为衡量一个国家制造也水平高低的重要标志，并在很大 程度上决定企业的生存空间。 近年来许模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的 重要动力。一些国家内模具企业以普及了二维 CAD，并陆续开始使用 UG/PRO/E/I-DE 等国际通用软件，个别厂家还引进了 Moldflow/C-flow/和 MAGMAS

16、OFT 等 CAE 软件， 并已成为应用于冲压模的设计中。 以汽车覆盖模具为代表的大型冲压模具的制造技术已已取得进步，东风汽车公司 模具厂，一汽模具中心等模具厂家已能生产部分桥车覆盖件模具。此外，许多研究机 构和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力，在模具 CAD/CAE/CAM 技术方面取得显著进步；在提高质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了巨大贡献。 例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所***研制的汽车覆盖件冲压成型分析 KAMS 软件，华中理工大学模具技术国家重点实验开发的注塑模，汽车覆盖件模具和 级进模 CAD/CAE/CAM 软件，上海交通大学模具 CAD 国家工程研究中心

17、开发的冷冲 压模和精冲研究中心开发的冷冲模和经冲模 CAD 软件等在国内模具行业用有不少的用 户。 虽然中国模具工业在过去十多年内取得了令人瞩目的成就，但在许多方面与工业 发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比例比较低； CAD/CAE/CAM 普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部 分大型，精密，复杂和长寿命的模具依赖进口。 2 未来冲压模具技术发展应该为适应模具产品“交货期短” “精度高” “质量好” “价 格低”的要求服务。全面推广 CAD/CAE/CAM 技术是模具设计制造的发展方向。随着 微机软件的发展和进步，普及 CAD/CAE/C

18、AM 技术条件已成熟，各企业将加大 CAD/CAE/CAM 技术培训和技术服务的力度；进一步扩大 CAE 技术的应用范围。计算 机和网络的发展正使 CAD/CAE/CAM 技术跨越地区，跨企业，跨院所地在整个行业中 推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。国外近年来发展的 高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高表面光洁度。另外，还可加工 高硬度模块，还有温度低，热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车，家 电行业中大型型腔模具制造猪肉了新的活力。目前它已成为向更高的敏捷化，智能化， 集成化方向发展。模具扫描及数字化系统高速扫描机和模具扫描系统提高了从模型或 实

19、物扫描到加工出期望的模型所需要的诸多功能，大大缩短了模具的研制制造周期。 有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣***及加工中心上，实现快速数据采集， 自动生成各种不同数控系统的加工程序，不同格式的 CAD 数据，用于模具制造业的 “逆向工程” 。模具扫描系统已在汽车，摩托车，家电等行业得到成功应用，相信在未 来将发挥更大的作用 3。 本次设计的课题是冲孔落料弯边级进模设计。级进模设计主要是凸凹模、卸料板、 导料板及各辅助零件的设计。重要的就是毛坯尺寸的计算、各基本工序冲压力的计算、 冲裁力与弯曲力的计算、各主要零部件的尺寸计算。 3 第二章 冲裁工艺设计及方案分析 图 2-1 所示为产品零件

20、图。其材料为 Q235 图 2-1 产品零件图 （1）材料：Q235。 （2）批量：大批量。 （3）料厚：1mm。 2/1 工艺方案的确定 一般对于如上所加工的工件，采用级进模(已经确定为采用级进模加工）通常采用 先落料，冲孔，再弯曲的加工方法。由于该加工的生产批量较大，如果把三道工序放 在一起，可以大大提高工作效率，并减轻工作量，节约能源，降低成本，而且安全可 靠。 根据制件工艺性分析，其基本工序有落料、冲孔和弯曲三种。按其先后顺序组合， 可得如下方案 1/冲孔弯曲落料 级进模完成冲孔落料，单工序模完成弯曲 2/落料冲孔弯曲 单工序模分别完成落料，冲孔，弯曲。 4 方案 2）属于单工序冲压。

21、由于此制件生产批量较大，尺寸较小，这种方案生产率 低，操作不安全，故不宜采用。 方案 1）冲裁件内外所能达到的经济精度为 IT14将以上精度与零件简图中所标 注的尺寸公差相比较，可认为该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证其它尺 寸标注、生产批量等情况，也均符合冲裁的工艺要求，故决定采用利用导板或导柱导 套进行定位、刚性卸料装置、自然漏料方式的落料冲孔级进模进行加工。 图 2/2 零件加工排样图 2/2 冲压件结构形状分析 由图可知，冲压件的外形复杂，整件由冲孔和落料组成，所以对于此工件来讲， 冲压工艺性就是指冲裁工艺性设计。 冲裁件工艺性，是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。一般情况，对冲裁件工

22、艺性影 响最大的是制件的结构形状、精度要求、形位公差及技术要求。冲裁件的工艺合理与 否，影响到冲裁件的质量、模具寿命、材料消耗、生产率等，设计中应尽可能提高工 艺性。 冲裁件的形状应尽可能简单、对称、避免复杂形状的曲线，在许可的情况下，把 冲裁件设计成少、无废料排样的形状，以减少废料。矩形孔两端宜用圆弧连接，以利 于模具加工。 冲裁件各直线或曲线的连接处，尽量避免锐角，严禁尖角。除在少、无废料排样 或采用镶拼模结构时，都应有适当的圆角相连（图 2-3） ，以利于模具制造和提高模具 寿命，圆角半径 R 的最小值可参考表 2-1 选取。 5 图 2-3 重裁剪的交角与圆角 表 2-1 最小圆角半径

23、 最小圆角半径 工序 弧度角度 黄铜、紫铜、铝 低碳钢 合金钢 备注 落料 a90 a90 0/18t 0/35t 0/25t 0/50t 0/35t 0/70t 0/25mm 0/5mm 冲孔 a90 a90 0/20t 0/40t 0/30t 0/60t 0/45t 0/90t 0/3mm 0/6mm 冲裁件凸出或凹入部分不能太窄，尽可能避免过长的悬臂和窄槽，见图 2-4 最小 宽度 b 一般不小于 1/5t，若冲裁材料为高碳钢时， b2t ， 5b，当材料厚度maxL t4 软钢 中硬钢 硬钢 7570 6560 5447 7065 5055 4745 6555 5548 4438 50

24、40 4535 3525 56 45 4 由于这种方法应用起来不方便，所以目前生产上普遍使用的是查表选取法。 （二）查表选取法 如上所述，间隙的选取主要与材料的种类、厚度有关，但由于各种冲压件对其断 面质量和尺寸精度的要求不同，以及生产条件的差异，在生产实践中就很难有一种统 一的间隙数值，各种资料中所给的间隙值并不相同，有的相差较大，选用时应按使用 23 要求分别选取。对于断面质量和尺寸精度要求高的工件，应选用较小间隙值，而对于 精度要求不高的工件，则应尽可能采用大间隙，以利于提高模具寿命、降低冲裁力。 同时，还必须结合生产条件，根据冲裁件尺寸与形状、模具材料和加工方法、冲压方 法和生产率等，

25、灵活掌握、酌情增减。例如：冲小孔而凸模导向又较差时，凸模易折 断，间隙可取大些。凹模刃口为斜壁时，间隙应比直壁小。高速冲裁时，模具易发热， 间隙应增大，如每分钟行程超过 200 次，间隙值可增大 10%左右，热冲时材料强度低， 间隙应比冷冲时减小，硬质合金冲模，间隙可比钢模大。电火花加工凹模型腔时，间 隙可比磨削加工小。同样条件下，非圆形比圆形的间隙大，冲孔间隙比落料略大。当 采用大间隙时，废料易带出凹模表面，应在凸模上开通气孔或装弹性顶销，为保证制 件平整，要有压料与顶件装置 14。 24 第五章 冲压力计算、压力中心的确定及压力机的选择 5/1 冲裁力、卸料力及推件力的计算 （一）冲裁力的

26、行程曲线 在冲裁过程中，冲裁力的大小事不断变化的，图 5-1 为冲裁时冲裁力凸模行程 曲线。图中 AB 段相当于冲裁的弹性变形阶段，凸模接触材料后，载荷急剧上升，但 当凸模刃口一旦挤入材料，即进入塑性变形阶段后，载荷的上升就缓慢下来，如 BC 段所示。虽然由于凸模挤入材料使承受冲裁力的材料面积减小，但只要材料加工硬化 的影响超过受剪面积减小的影响，冲裁力就继续上升，当两者达到相等影响的瞬间， 冲裁力达最高值，即图中 C 点。此后，受剪面积的减少超过加工硬化的影响，于是冲 裁力下降。凸模再继续下压，材料内部产生裂纹并迅速扩张，冲裁力急剧下降，如图 中 CD 段所示，此为冲裁的断裂阶段。此后所用的

27、力仅是克服摩擦阻力，推出已分离 的料 15。 图 5-1 冲裁时冲裁力凸模行程曲线 （二）冲裁力的计算 冲裁力的大小主要与材料力学性能、厚度及冲裁件分离的轮廓长度有关。 用平刃口模具冲裁时，冲裁力 F(N)可按下式进行计算 (5-1)KLtF 式中 L冲裁件周边长度（mm）/ t材料厚度（mm）/ 25 材料抗剪强度（ ）/MPa K系数。考虑到模具刃口的磨损，模具间隙的波动，材料力学性能的变 化及材料厚度偏差等因素，一般取 K=1/3。 一般情况下，材料的 3/1b，为计算方便，也可用下式计算冲裁力 F(N)bLtF (5-2) 式中 b材料的抗拉强度（ ） 。MPa L=152+(20-4

28、3)2+2 32+5/562=157/68mm/ 抗剪强度由（参考文献冲压模具简明设计手册 ）书/表 2/29 查得 MPa340 则：F=1/3157/681340=69/7KN。 （三）卸料力、推件力的计算 、 、 是由压力机和模具的卸料、顶件装置获得的。影响这些力的因素主卸F推 顶 要有材料的力学性能、材料厚度、模具间隙、凸、凹模表面粗糙度、零件形状和尺寸 以及润滑情况等。要准确计算这些力是困难的，实际生产中常用下列经验公式计算： (5-3)FK卸卸 (5-4)推推 (5-5)顶顶 式中 F冲裁力（ N）/ 、 、 分别为卸料力、推件力、顶件力系数。卸K推 顶 实际生产时，凹模孔口中会同

29、时卡有好几个工件，所以在计算推件力时应考虑工 件数目。设 h 为凹模孔口直壁的高度，t 为材料厚度，则工件数 。thn 冲裁时，所需冲压力为冲裁力、卸料力和推件力之和，这些力在选择压力机时是 否要考虑进去，应根据不同的模具结构区别对待 1618。 采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模的总从压力为 = + (5-6)总F冲 推 采用弹性卸料装置和下出料方式的总冲压力为 = + + (5-7)总 冲 推 卸 26 采用弹性卸料装置和上出料方式的总冲压力为 = + + (5-8)总F冲 顶 卸 已计算得 =66/3KN冲F 卸料力：由表 5-1 查得 =0/04卸K =0/045 69/7KN=3/

30、1365KNK卸卸 顶件力：由表 5-1 查得 =0/055推 =0/055 69/7KN=3/8335KNF推顶 总冲压力 = + =69/7KN+3/8335KN=73/5335KN。总 冲 推 5/2 压力机的选择 为了安全起见防止设备的超载，可按公称压力 (5-9)的原则选取压总压 F8/16 力机 19。参照附录可选取公称压力为 160KN 的开式双柱固定台 J23-16 型压力机，该压 力机与模具设计有关的参数数据为 1： 公称压力为：160KN； 滑块行程：55mm； 最大闭合高度：550mm； 封闭高度调节量：220mm； 工作台尺寸：300mmx450mm； 模柄孔尺寸： 。

31、m604 27 第六章 弯曲工艺与模具设计 把板料、管材或型材等弯曲成一定的曲率或角度，并得到一定形状的冲压工序称 为弯曲。用弯曲的方法加工的零件种类非常多，如汽车纵梁、自行车车把、仪表电器 外壳、门搭铰链等。最常见的弯曲加工是在普通压力机上使用弯曲模压弯，此外还有 折弯机上的拉弯、辊弯机上的辊弯及辊压成形等等（图 6-1） 。虽然成形方法不同，但 变化过程及特点却存在某些相同的规律。 (a) (b) (c) (d) (e) 图 6-1 （a）模具压弯（b）折弯（c）拉弯（ d）辊弯（e）辊形 6/1 弯曲变形分析 6/1/1 弯曲变形过程及特点 1弯曲变形过程 为了说明弯曲变形过程，我们来观

32、察 V 形件在弯曲模中的校正弯曲过程。 28 图 6-2 板材在 V 型模内的校正弯曲过程 由 V 形件的弯曲过程可以看出，弯曲成形的过程是从弹性弯曲到塑性弯曲的过程， 弯曲成形的效果表现为弯曲变形区弯曲半径和角度的变化 20。 2弯曲变形特点 为了分析弯曲变形特点，可采用网格法，如图 6-2 所示。通过观察板料弯曲变形后 位于弯曲件侧壁的坐标网格的变化情况，可以看出以下几点。 图 6-3 弯曲前后坐标网格的变化 (1)弯曲变形区域主要是在制件的圆角部分。 (2)在变形区内，板料的外层纵向纤维(靠近凹模一边)受拉而伸长(bb 弧bb 弦)，内 层纵向纤维( 靠近凸模一边)受压而缩短(aa 弧a

33、a 弦 )。由内外表面至板料中心，其伸长 和缩短的程度逐渐变小，其间有一层纤维的长度不变，这层纤维称为变形中性层。 29 (3)在弯曲变形区内板料厚度略有变薄。 (4)从弯曲件变形区域的横断面看，变形有两种情况： 对于窄板(B3t)，弯曲内侧材料受到切向压缩后，便向宽度方向流动，使板宽 增大；而在弯曲区外侧的材料受到切向拉延后，则宽度变窄，结果使断面略呈扇形。 对于宽板(B 3t)，由于弯曲时宽度方向变形阻力大，材料不易流动，因此弯曲 后在宽度方向无明显变化，断面仍为矩形 21。 6/1/2 弯曲变形时的应力与应变 如前所述，板料相对宽度 Bt 直接影响板料沿宽度方向的应变，进而影响其应力，

34、因此随着 B t，的不同，具有不同的应力-应变状态。窄板和宽板塑性弯曲时的应力 - 应变状态。 1窄板 弯曲时，在切线方向上的应力应变最大，其弯曲处内侧应力为压应力 、应变1 为压应变 ，外侧应力为拉应力 ，应变为拉应变+ ；在宽度方向上，弯曲处111 内侧应变为拉应变+ ，外侧应变为压应变 。由于材料在宽度方向上能***变形，1 2 所以弯曲处内、外侧的应力都接近于零（ 0） ；在厚度方向上，由于表层材料对里 层材料产生挤压，因此，弯曲处内、外侧的应力均为压应力一 ，其应变根据体积不3 变的原则，即有 + + 0，如果知道一个最大主应变，则另外两个主应变的符号123 必然与最大主应变相反，或者

35、其中一个主应变为零 1。 在图 6-4(a)中，弯曲内侧的切向压缩应变是最大主应变 ，则厚度方向的应变为1 拉应变+ 。同理，弯曲外侧的切向拉延应变是最大主应变+ ，而厚度方向的应变则3 为压应变 。 (a) (b) 30 图 6-4 板料弯曲后断面 （a）窄板（ b）宽板 2宽板 宽板弯曲时，在切向和厚度方向的应力应变与窄板相同，只有在宽度方向上，由 于宽度大，沿宽度方向变形困难，因而宽度基本不变，弯曲处内、外侧的应变均为零( 0)，在弯曲处内侧拉延受阻，应力为压应力一 ，在外侧压缩受阻，应力为拉应2 2 力 ，见图 6-4(b)。 综上所述，窄板在弯曲时为平面(两向)应力状态和立体(三向)

36、应变状态，宽板则为 立体应力状态和平面应变状态。 6/2 弯曲工艺设计 弯曲时板料的外侧受拉伸，当外侧的拉伸应力超过材料的抗拉强度以后，在板料的 外侧将产生裂纹，此种现象称为弯裂。实践证明，板料是否会产生弯裂，在材料性质 一定的情况下，主要与弯曲半径 r 与板料厚度 t 的比值 rt( 称为相对弯曲半径)有关， rt 越小，其变形程度就越大，越容易产生裂纹。 6/2/1 最小相对弯曲半径 设中性层半径为 ，弯曲中心角为 ，则最外层金属(半径为 R)的伸长率 为 = (6-1)Rtr 设中性层位置在半径为 处，且弯曲后厚度保持不变，则 R=r+t，故有2tr (6-2)t1)( 如以材料断后伸长

37、率 代入，则 rt 转化为 ，且有trmin (6-3)2int (6-4)1mintr 上述式中的最大伸长率 和最大断面收缩率 值，均可由材料单向拉伸试验 31 测得。从上式可以看出，相对弯曲半径 rt 越小，外层材料的伸长率就越大，即 板料切向变形程度越大，因此，生产中常用 rt 来表示板料的弯曲变形程度。当 外层材料的伸长率达到材料断后伸长率后，就会导致弯裂，故称 为板料不产trmin 生弯裂时的最小相对弯曲半径。 （1）弯曲中心角 理论上弯曲变形区外表面的变形程度只与 有关，而与弯 trmin 曲中心角无关，但实际上由于接近圆角的直边部分也产生一定的变形，这就相当于扩 大了弯曲变形区的

38、范围，分散了集中在圆角部分的弯曲应变，从而可以减缓弯曲时弯 裂的危险。弯曲中心角愈小，减缓作用愈明显，因而 可以越小。trmin (2)材料的塑性及热处理状态 材料的塑性越好，其断后伸长率 越大，由式(6 2) 可以看出 就越小。经退火处理后的坯料塑性较好， 小些。经冷作硬化的坯料trmin trmin 塑性降低， 就大些。tin (3)板料的表面和侧面质量 板料的表面及侧面 (剪切断面)的质量差时，容易造成 应力集中并降低塑性变形的稳定性，使材料过早地破坏。对于冲裁或剪裁的坯料，若 未经退火，由于切断面存在冷变形硬化层，也会使材料塑性降低。在这些情况下，均 应选用较大的相对弯曲半径。 (4)

39、弯曲方向 板料经轧制以后产生纤维***，使板料性能呈现明显的方向 图 6-5 板料方向性对弯曲影响 性。一般顺着纤维方向的力学性能较好，不易拉裂。因此，当弯曲线与纤维方向垂直 32 时（见图 6-5） ， 可取较小值；当弯曲线与纤维方向平行时， 则应取较大值。trmin trmin 当弯曲件有两个互相垂直的弯曲线时，排样时应使两个弯曲线与板料的纤维方向成 45 夹角。 由于上述各种因素对 的综合影响十分复杂，所以 的数值一般用试验方法确trmin trmin 定。 6/2/2 拉裂、畸变与翘曲的控制 为了控制或防止弯裂，一般情况下应采用大于最小相对弯曲半径的数值。当零件 的相对弯曲半径小于数值时

40、，可采取以下措施。 (1)经冷变形硬化的材料，可采用热处理的方法恢复其塑性。对于剪切断面的硬化 层，还可以采取先去除然后再进行弯曲的方法。 (2)去除坯料剪切面的毛刺，采用整修、挤光、滚光等方法降低剪切面的表面粗糙 度值。 (3)弯曲时将切断面上的毛面一侧处于弯曲受压的内缘(即朝向弯曲凸模)。 (4)对于低塑性材料或厚料，可采用加热弯曲。 (5)采取两次弯曲的工艺方法，即第一次弯曲采用较大的相对弯曲半径，中间退火 后再按零件要求的相对弯曲半径进行弯曲。这样就使变形区域扩大，每次弯曲的变形 程度减小，从而减小了外层材料的伸长率。 (6)对于较厚板料的弯曲，如果结构允许，可采取先在弯角内侧开出工艺

41、槽后再进行 弯曲的工艺 2。 6/2/3 弯曲件的工序安排 弯曲件的工序安排是在工艺分析和计算后进行的一项工艺设计工作。安排弯曲件 的工序时应根据零件的形状、尺寸、精度等级、生产批量以及材料的性能等因素进行 考虑。弯曲工序安排合理，则可以简化模具结构，提高零件质量和劳动生产率。 1/弯曲件工序安排的原则 (1)对于形状简单的弯曲件，如 V 形件、U 形件、Z 形件等，可以一次弯曲成形。 而对于形状复杂的弯曲件，一般要多次弯曲才能成形。 33 (2)对于批量大而尺寸小的弯曲件，为使操作方便、定位准确和提高生产率，应尽 可能采用级进模或复合模弯曲成形。 (3)需要多次弯曲时，一般应先弯两端，后弯中

42、间部分，前次弯曲应考虑后次弯曲 有可靠的定位，后次弯曲不能影响前次已弯成的形状。 (4)对于非对称弯曲件，为避免弯曲时坯料偏移，应尽可能采用成对弯曲后再切成 两件的工艺。 6/2/4 弯曲回弹 回弹现象：在外载荷作用下，材料产生塑性变形的同时，伴随着弹性变形。当外 载荷去掉后，弹性变形恢复，致使弯曲件的形状和尺寸都发生变化，这种现象称为回 弹，如图 6-6 所示。在所有冲压工序中，回弹是一个普遍现象，但在弯曲工序中，回 弹是影响弯曲件质量的主要因素 13。 图 6-6 弯曲回弹 1弯曲回弹及其影响因素 (1)材料的机械性能：回弹的大小与材料的屈服强度 成正比，与弹性模数 E 成反s 比，即 越

43、大，则回弹越大。在材料性能不稳定时，回弹值也不稳定。Es (2)工件的相对弯曲半径 rt 表示弯曲带内材料的变形程度，当其他条件相同时， 回弹角随 r t，值的增大而增大。因此，可按 r t 值来确定回弹角的大小，见表 6-2。 34 (3)弯曲件的形状：一般弯曲 U 形件时比 V 形件的回弹角小。 (4)模具间隙：在弯曲 U 形件时，凸、凹模之间的间隙对回弹有直接影响。间隙减 小，由于模具对板料产生挤薄作用，可使回弹减小。反之，间隙越大，回弹越大。 (5)校正程度：在弯曲终了时进行校正，可增加圆角处的塑性变形程度，从而可减 少回弹。校正程度决定于校正力的大小。而校正力的大小是靠调整冲***滑块位

44、置来实 现的。校正程度越大，则回弹角越小。 2回弹量的计算 如图 6-6 所示，回弹后弯曲半径和弯曲角都发生了变化，由卸载前应变中性层曲 率半径 和弯曲角 变为回弹后的应变中性层曲率半径 和弯曲角 。应变中性层00 曲率的变化量为 (6-5)1K 弯曲角的变化量为 (6-6)0- 曲率变化量和角度的变化量，均成为弯曲件的回弹量。 图 6-7 弯曲时的加载和卸载过程 图 6-7 给出了弯曲加载和卸载过程。加载过程沿折线 OAB，总应变值为 (6-7)2t 卸载过程沿线段 BC，其弹性应变值和残余塑形应变值分别为 35 和 (6-8)和(6-9)EIMte22tp 因为有 ，得ee (6-10)I

45、K1 将上式稍加整理后，可得回弹前后弯曲件应变中性层曲率半径之间的关系 (6-11)MEI 及 (6-12)I 式中 M卸载弯矩，其值等于加载时的弯矩； E弹性模量； I弯曲毛坯截面惯性矩， 。312btI 根据回弹前后弯曲件应变中性层长度不变的条件： ，可把上式改写为 00 (6-13)1( 即有 (6-14)0EIM 不难发现回弹量 之间的关系为：与K (6-15)0K 按上述公式计算出的理论回弹量 和实际生产中的回弹相比较，存在一定与 的差距，但他可以作为分析影响回弹因素的基础。 3/ 控制回弹的措施 在实际生产中，由于材料的力学性能和厚度的变动等，要完全消除弯曲件的回弹 是不可能的，但

46、可以采取一些措施来控制或减小回弹所引起的误差，以提高弯曲件的 精度。控制弯曲件回弹的措施有如下几种。 (1)改进弯曲件的设计 1)尽量避免选用过大的相对弯曲半径 rt。如有可能，在弯曲变形区压出加强筋或 成形边翼，以提高弯曲件的刚度，抑制回弹。 36 2)采用 小、力学性能稳定和板料厚度波动小的材料。如用软钢来代替硬铝、铜Es 合金等，不仅回弹小，而且成本低，易于弯曲。 (2)采取合适的弯曲工艺 1)用校正弯曲代替***弯曲。 2)对经冷作硬化后的材料在弯曲前进行退火处理，弯曲后再用热处理方法恢复材 料性能。对回弹较大的材料，必要时可采用加热弯曲。 3)采用拉弯工艺方法。在弯曲过程中对板料施加一

47、定的拉力，使弯曲件变形区的 整个断面都处于同向拉应力，卸载后变形区的内、外区回弹方向一致，从而可以大大 减小弯曲件的回弹。这种方法对于弯曲 rt 很大的弯曲件特别有利。 (3)合理设计弯曲模结构 1)在凸模上减去回弹角 见图 6-8(a)、(b)，使弯曲件弯曲后其回弹得到补偿。对 U 形件，还可将凸、凹模底部设计成弧形图 6-8(c)，弯曲后利用底部向上的回弹来补偿 两直边向外的回弹。 2)当弯曲件材料厚度大于 0/8 mm，且塑性较好时，可将凸模设计成图 6-9 所示的 局部突起形状，使凸模作用力集中在弯曲变形区，以加大变形区的变形程度，从而减 小回弹。 图 6-8 补偿回弹 3)对于一般较

48、软的材料如 Q215、Q235、10、20、H62(M)等，可增加压料力或 减小凸、凹模之间的间隙，以增加拉应变，减小回弹。 37 图 6-9 凸模作用力集中减小回弹 4)在弯曲件直边的端部加压，使弯曲变形区的内、外区都处于压应力状态而减小 回弹，并能得到较精确的弯边高度。 5)采用橡胶或聚氨酯代替刚性凹模进行软凹模弯曲，可以使坯料紧贴凸模，同时 使坯料产生拉伸变形，获得类似拉弯的效果，能显著减小回弹。 6/3 弯曲变形的计算分析 6/3/1 弯曲力计算 图 6-10 单角弯曲力的计算 弯曲力是设计弯曲模和选择压力机的重要依据之一。弯曲力不仅与弯曲变形过程 有关，还与坯料尺寸、材料性能、零件形

49、状、弯曲方式、模具结构等多种因素有关， 因此用理***式来计算弯曲力不但计算复杂，而且精确度不高。实际生产中常用经验 公式来进行概略计算。 38 本设计为***弯曲时的弯曲力的计算如下： V 形件的弯曲力 (6-16)btrCKBF2自 式中： ***弯曲在冲压行程结束时的弯曲力，N ；自F B弯曲件的宽度，mm； r弯曲件的内弯曲半径，mm； t弯曲件材料厚度，mm； 材料的抗拉强度，MPa；b K安全系数，一般取 K=1/3； 结合本次模具设计实际尺寸要求，有 KNtr BFb 703/515/04237/7/02 自 6/3/2 顶件力和压料力的计算 顶件力 和压料力 值可以近似取弯曲力的 3

50、0%-80%。顶F压 因此， = =0/7 =0/7 5/703KN=3/99KN (6-17)顶 压 自 6/3/3 弯曲件的毛坯长度计算 由于本设计一次弯曲两个角，同时 r=0/5t=0/5mm。 因此，按照如下公式进行计算 (6-18)tllL6/0321 则 。mtllL 8/17)78/7(6/0321 6/3/4 弯曲模工作部分的设计计算 弯曲模工作零件的设计主要是确定凸、凹模工作部分的圆角半径、凹模深度、凸、 凹模间隙、横向尺寸及公差等，凸、凹模安装部分的结构设计与冲裁凸、凹模基本相 39 同。 1凸模圆角半径 pr 当弯曲件的相对弯曲半径 rt58、且不小于 时，凸模的圆角半径

51、取等于tr/min 弯曲件的圆角半径，即 =r。若 rt ，则应取 ，将弯曲件先弯成较大pt/minpi 的圆角半径，然后采用整形工序进行整形，使其满足弯曲件圆角半径的要求 2。 当弯曲件的相对弯曲半径 rt10 时，由于弯曲件圆角半径的回弹较大，凸模的圆角 半径应根据回弹值作相应的修正。故取凸模圆角半径 =0/5mm。pr 2凹模圆角半径 dr 凹模圆角半径的大小对弯曲变形力、模具寿命、弯曲件质量等均有影响。 过小dr 时，坯料拉入凹模的滑动阻力增大，易使弯曲件表面擦伤或出现压痕，并增大弯曲变 形力和影响模具寿命； 过大时，又会影响坯料定位的准确性。生产中，凹模圆角半dr 径 通常根据材料厚

52、度选取。dr t2 mm 时， =(36)tdr t=24 mm 时， =(23)t t4 mm 时， =2t。dr 另外，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。 故取凹模远角半径 =3m。dr 3凹模深度 凹模深度尺寸可按表 3-6 与表 3-8 选取。弯曲 U 形件时，若直边高度不大或要求两 边平直，凹模深度应大于零件的深度/否则，凹模深度可小于零件的深度。故取凹模深 度 。mL150 4凸、凹模间隙 弯曲 V 形件时，凸、凹模间隙是由调整压力机的闭合高度来控制的，模具设计时 可以不考虑。对于 U 形类弯曲件，间隙过大，则回弹增大，从而降低了弯曲件精度。 生产中，U 形件弯

53、曲模的凸、凹模单边间隙一般可按如下公式确定。 弯曲黑色金属时，C=(1/05-1/15)t 因此取 C=1/1t=1/1mm。 40 5模具宽度尺寸 弯曲件标注外形尺寸在外侧时（见图 6-11a） ，应以凹模为基准，先确定凹模尺寸， 同时考虑到磨损和弯曲件的回弹，凹模尺寸应为 (6-19)dBd0)75/( 凸模尺寸按凹模配置，保证单边间隙 C，即 。 (6-20)CBP2 式中：B 弯曲件基本尺寸； 弯曲件制造公差； 凸、凹模制造公差，按 IT6-8 级公差选取。dp、 图 6-11 标注外形与内形的弯曲件及模具尺寸 (a)弯曲件尺寸标在外侧（b）弯曲件尺寸标在内侧 故，先计算凹模尺寸： m

54、Bdd 81/425/071)75/0( /）（ 凸模尺寸/ mCdP 015/015/6)8/4(2 凸模，凹模的制造公差 IT7 和 IT8 级。 41 第七章 模具结构及设计 7/1 冲模及冲模零件分类 7/1/1 冲模的分类 冲压件的品种、样式繁多，导致冲模的类型多种多样。 1/按工序性质可分为落料模、冲孔模、切断模、整修模、弯曲模、拉深模、成形模。 2/按工序组合程度可分为单工序模。级进模和复合模。 单工序模：在一副模具中只完成一个工序。如落料模、冲孔模、弯曲模、拉深模 等。 级进模：在一次行程中，在一副模具的不同位置上完成不同的工序。因此对工件 来说，要经过几个工位也即几个行程才能

55、完成。而对模具来说，则每一次行程都能冲 压出一个制件。所以级进模生产率相当高。 复合模：在一次行程中，一副模具的同一个位置上，能完成两个以上工序。因此 复合模冲压出的制件精度较高，生产率也高。 3/按导向方式可分为无导向的开式模、有导向的导板模、导柱模等。 4/按卸料方式可分为刚性卸料模、弹性卸料模等。 5/按送料、出件及排料的方式可分为手动模、半自动模、自动模等。 6/按凸、凹模的材料可分为硬质合金模、锌基合金模、薄板模、钢带模、聚氨酯橡 胶模、等 12。 7/1/2 冲模零件的分类 冲压工艺是通过冲压模具来实现的，因此做好模具设计是冲压工艺中的一项关键 工作。模具设计主要是确定模具的类型、

56、结构和模具零件的选用、设计与计算等。 42 凡属模具，无论其结构形式如何，一般都是由固定和活动两部分组成。固定部分 是用压铁、螺栓等紧固件固定在压力机的工作台面上，称下模；活动部分一般固定在 压力机的滑块上，称上模。上模随着滑块作上、下往复运动，从而进行冲压工作。 一套模具根据其复杂程度不同，一般都由数个、数十个甚至更多的零件组成。但 无论复杂程度如何，根据模具零件的作用又可以分为五个类型的零件。 1/工作零件 是完成冲压工作的零件，如凸模、凹模、凸凹模等。 2/定位零件 这些零件的作用是保证送料是由良好的导向和控制送料的进距，如 挡料销、定距侧刀、导正销、定位板、侧压板等。 3/卸料、推件零

57、件 这些零件的作用是保证在冲压工序完毕后将制件和废料排除， 以保证下一次冲压工序顺利进行。如推件器、卸料板、废料切刀等。 4/导向零件 这些零件的作用是保证上模与下模相对运动是有精确的导向，是凸 模凹模之间有均匀的间隙，提高冲压件的质量。如导柱、导套、导板、等。 5/安装、固定零件 这些零件的作用是是上述四部分零件连接成“整体” ，保证各 零件间的相对位置，并是模具能安装在压力机上。如上模板、下模板、模柄、固定板、 垫板、螺钉、圆柱销。 由此可见，在看模具图时，特别是复杂模具，应从这五个方面去识别模具上的各 个零件。当然并不是所有模具都必须具备上述五部分零件。对于试制或小批量生产的 情况，为了

58、缩短生产周期、节约成本，可把模具简化成只有工作部分零件如凸模、凹 模和几个固定部分零件即可；而对于大批量生产，为了提高生产率，除做成包括上述 零件的冲模外，甚至还附加自动送、退料装置等。 7/2 冲模主要零件设计 7/2/1 工作零件 （一）凸模、凹模的固定形式 43 图 7-1 凸模、凹模的固定形式 如图 7-1 所示，a 、b、g、 h 是直接固定在模板上的，其中图 b、h 一般用于中型和 大型零件，图 a、g 常用于冲压数量较少的简单模；图 c、i 所示凸模（凹模）与固定板 用 配合，上面留有台阶。这种形式躲在零件形状简单、板材较厚时采用；图 d 所67mH 示是采用铆接，凸模上无台阶，

59、全部长度尺寸形状相同，装配时上面铆开然后磨平。 这种形式适用于形状较复杂的零件，加工凸模是便于全长一起磨削；图 j 所示是仅靠 配合固紧，一般只在冲压小件时使用；图 e、 f、k 所示是快速更换凸模（凹模）的67r 固定形式。对多凸模（凹模）冲模，其中个别凸模（凹模）特别易损，需经常更换， 此时采用这种形式更换易损凸模（凹模）较方便。 （二）凹模刃口形式 凹模刃口通常有如图 7-2 所示的几种形式。 图 7-2 凹模刃口形式 图 a 的特点是刃边强度较好。刃磨后工作部分尺寸不变，但洞口易积存废料或制 件，推件力大且磨损大，刃磨时磨去的尺寸较多。一般用于形状复杂和精度要求较高 的制件，对向上出件

60、或出料的模具也采用此刃口形式。 图 b 的特点是不易积存废料或制件，对洞口磨损及压力很小，但刃边强度较差。 且刃磨后尺寸稍有增大，不过由于它的磨损小，这种增大不会影响模具寿命。一般适 44 用于形状较简单、冲裁制件精度要求不高、制件或废料向下落的情况。 图 c、d 与图 b 相似，图 c 适用于冲裁较复杂的零件；图 d 适用于冲裁薄料和凹模 厚度较薄的情况。图 e 与图 a 相似，适用于上出件或上出料的模具。 图 f 适用于冲裁 0/5mm 以下的薄料，且凹模不淬火或淬火硬度不高（3540 HRC） ，采用这种形式可用手锤敲打斜面以调整间隙，直到试出满意的冲裁件为止。 （三）凹模外形和尺寸的确

61、定 圆形凹模可由冷冲模国家标准或工厂标准中选用。非标准尺寸的凹模受力状态比 较复杂，目前还不能用理论计算方法确定，一般按经验公式概略地计算，如图 7-4 所 示。 凹模高度 （15mm） (7-1)KbH 凹模壁厚 （3040mm） (7-2)c)25/1( 式中 b冲裁件最大外形尺寸 K系数，考虑板材厚度的影响，其值可查表 7-1。 表 7-1 系数 K 值 料厚 t（mm） b（mm） 05 1 2 3 3 200 0/10 0/12 0/15 0/18 0/22 上述方法适用于确定普通工具钢经过正常热处理，并在平面支撑条件下工作的凹 模尺寸。冲裁件形状简单时，壁厚系数取偏小值，形状复杂时

62、取偏大值。用于大批量 生产条件下的凹模，其高度应该在计算结果中增加总的修模量。 整体凹模的厚度 H 也可按冲裁力的大小来进行估算，其经验公式为： (7-3)321/0Pk 式中 H 为凹模厚度（mm ） ；P 为冲裁力（N） ； 为冲模轮廓长度修正系数，其1k 45 值见表 7-2； 为凹模材料修正系数，其值见表 7-32k 表 7-2 凹模冲裁轮廓长度修正系数 1k 轮廓长度/mm 500 修正系数 1k1 1/12 1/25 1/37 1/50 1/6 表 7-3 凹模材料修正系数 2k 凹模材料 合金工具钢 碳素工具钢2k 1 1/3 此次设计采用经验公式，查表 7-2 得 =1，查表

63、7-2 得 =1/3，于是有：1k2k H=1 mm，圆整为 H=30mm。846/251053/703/1 （四） 凸模长度确定及其强度核算 1/ 凸模长度计算 凸模的长度一般是根据结构上的需要确定的，如图 7-3 所示。 图 7-3 凸模长度 凸模长度 (7-4)ahL321 式中 固定板的厚度（mm） ；1h 固定卸料板的厚度（mm） ；2 46 导尺厚度（mm） ；3h 附加长度，包括凸模的修模量、凸模进入凹模的深度及凸模固定板a 与卸料板安全距离等。这一尺寸如无特殊要求，可取 1020mm。 于是有： = ，圆整为 65mm。ahL321 m2/60192/ 凸模长度确定后一般不需作强度核算，只有当凸模特别细长时，才进行凸模的抗 弯能力和承压能力的校核。 2/凸模抗弯能力的校核 图 7-4a 所示为凸模无导向的情况； 对于非圆形凸模 (7-5)FIL135max 对于圆形凸模 (7-6)d 2ax0 图 7-4b 所示为凸模有导向的情况： 对于非圆形凸模 (7-7)FIL380max 对于圆形凸模 (7-8)d 2ax5 式中 凸模允许的最大***长度（mm） ；F该凸模的冲压力（N） ；maxL I凸模最小断面惯性矩（mm 4） ；d凸模最小直径（mm） ； 圆形： 5/21ax 3/凸模承

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