汽车备轮架加固板模具结构设计

摘 要

随着工业的发展，冲压成型工艺在机械工业、电子工业、航天航空工业、生物领域及日用品的生产中占的比例越来越大。而Auto CAD 2002和PRO/ENGINEER2001自问世以来，多年来已成为全世界最普及的CAD/CAM系统。广泛应用与机械、电子、模具等行业。根据连接板产品的特点和实际生产的产量，设计成由冲孔、切边、弯曲所组成的一副复合模，该级进模具能够自动送料，并自动切断导料错误时压力机的主电路。

关键词：冲压成型、复合模具、CAD、CAM。

Abstract

With the development of industry, The Mould holddown shapings covers more and more in mechanical industy, electronics industry, spaceflight industry, biological field and production of daily necessities. For many years, the Auto CAD 2002 and PRO/ENGINEER2001 has been becoming the most common 3 D CAD/CAM systems since it come out. And it extensively use in machinery, election and mould fields.The very die stamping what I designed is made from a concatenation-mould considered the feature and the number of the product ,with self-acting-feeding attachment.It can stop the running of the machine when the self-acting-feeding attachment break out something wrong and has six procedures such as: punching, edge trimming, bending, rolling-over-the-bore, blanking-lack, falling-product .

Keyword: mould holddown shaping, concatenation-mould, CAD,CAM

前 言

振兴和发展我国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。“模具是工业生产的基础工艺装备”也已经取得了共识。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。目前全世界模具年产值约为600亿美元，日、美等工业发达国家的模具工业产值已超过机床工业，从1997年开始，我国模具工业产值也超过了机床工业产值。

模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，因为模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。鉴于模具工业的重要性，在1989年3月国务院颁布的《关于当前产业政策要点的决定》中，把模具列为机械工业技术改造序列的第一位、生产和基本建设序列的第二位。1997年以来，又相继把模具及其加工技术和设备列入了《当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录》和《鼓励外商投资产业目录》。经国务院批准，从1997年到2000年，对80多家国有专业模具厂实行增值税返还70%的优惠政策，以扶植模具工业的发展。

现在，应该引起我们特别注意的是，1999年8月20日党中央和国务院发布的《关于加强技术创新发展高科技实现产业化的决定》中，明确提出了高新技术产业领域。《决定》指出：要在电子信息特别是集成电路设计与制造、网络及通信、计算机及软件、数字化电子产品等方面，加强技术创新，形成一大批拥有自主知识产权、具有竞争优势的高新技术产业。《决定》还指出：要加强传统产业的技术升级，注重电子信息等技术与传统产业的嫁接，大幅度提高国产技术装备的水平。1999年7月，国家计委和科学技术部发布了《当前国家优先发展的高新技术产业化重点领域指南(目录)》，《指南》中列入了电子专用工模具、塑料成形新技术与新设备、快速原型制造工艺及成套设备、激光加工技术及成套设备、汽车关键零部件等。例如，采用快速原型制造技术和设备，用分层实体堆积等方法，可以将复杂的CAD模型转化为实物，使模具和产品的设计、评价与制造周期大大缩短，企业就能快速抢占市场，取得竞争优势。

我国冲压模具企业技术现状及发展趋势

一、现状

改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”，广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康家等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业已有几千家。

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，模具制造技术现已成为衡量一个国家制造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。

近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力量，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/engineer、I-DEAS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、等CAE软件，并成功用于模的设计中。

虽然中国模具工业在过去10多年中取得了令人瞩目的发展，但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重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；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、复杂和长寿命模具依赖进口。我国模具工业目前技术水平参差不齐，悬殊较大。从总体上来讲，与发达工业国家及港台地区先进水平相比，还有较大的差距。在采用CAD/CAM/CAE/CAPP等技术设计与制造模具方面，无论是应用的广泛性，还是技术水平上都存在很大的差距。在应用CAD技术设计模具方面，仅有约10%的模具在设计中采用了CAD，距抛开绘图板还有漫长的一段路要走；在应用CAE进行模具方案设计和分析计算方面，也才刚刚起步，大多还处于试用和动画游戏阶段；在应用CAM技术制造模具方面，一是缺乏先进适用的制造装备，二是现有的工艺设备（包括近10多年来引进的先进设备）或因计算机制式（IBM微机及其兼容机、HP工作站等）不同，或因字节差异、运算速度差异、抗电磁干扰能力差异等，联网率较低，只有5%左右的模具制造设备近年来才开展这项工作；在应用CAPP技术进行工艺规划方面，基本上

处于空白状态，需要进行大量的标准化基础工作；在模具共性工艺技术，如模具快速成型技术、抛光技术、电铸成型技术、表面处理技术等方面的CAD/CAM技术应用在我国才刚起步。计算机辅助技术的软件开发，尚处于较低水平，需要知识和经验的积累。我国大部分模具厂、车间的模具加工设备陈旧，在役期长、精度差、效率低，至今仍在使用普通的锻、车、铣、刨、钻、磨设备加工模具，热处理加工仍在使用盐浴、箱式炉，操作凭工人的经验，设备简陋，能耗高。设备更新速度缓慢，技术改造，技术进步力度不大。虽然近年来也引进了不少先进的模具加工设备，但过于分散，或不配套，利用率一般仅有25%左右，设备的一些先进功能也未能得到充分发挥。

缺乏技术素质较高的模具设计、制造工艺技术人员和技术工人，尤其缺乏知识面宽、知识结构层次高的复合型人才。中国模具行业中的技术人员，只占从业人员的8%~12%左右，且技术人员和技术工人的总体技术水平也较低。1980年以前从业的技术人员和技术工人知识老化，知识结构不能适应现在的需要；而80年代以后从业的人员，专业知识、经验匮乏，动手能力差，不安心，不愿学技术。近年来人才外流不仅造成人才数量与素质水平下降，而且人才结构也出现了新的断层，青黄不接，使得模具设计、制造的技术水平难以提高。

二、未来冲压模具制造技术发展趋势

模具技术的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。达到这一要求急需发展如下几项：

（1） 全面推广CAD/CAM/CAE技术

模具CAD/CAM/CAE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/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM/CAE培训的技术服务的力度；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/CAM/CAE技术跨地区、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，使虚拟成为可能。

（2） 高速铣削加工

国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小的优点。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注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。

(3)模具扫描及数字化系统

高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，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“十五”期间将发挥更大的作用。  (4)电火花铣削加工

电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。 (5)提高模具标准化程度

我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右。 (6)优质材料及先进表面处理技术

选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积(TiN、TiC等)、等离子喷涂等技术。 (7)模具研磨抛光将自动化、智能化

模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。

(8)模具自动加工系统的发展

这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。

目 录

第1章 冲压工件的工艺分析 第2章 工艺方案的确定 第3章 模具结构形式的确定 第4章 模具工艺设计

4.1计算毛胚尺寸 4.2确定排样方案 4.3计算材料利用率 4.4计算冲压力 4.4.1冲裁力F冲 4.4.2弯曲力F弯

4.4.3御料力F御和推料力F推 4.5初选压力机 4.6计算压力中心

4.7计算冲裁模凸、凹模刃口尺寸 4.7.1冲孔刃口尺寸 4.7.2切边和切断刃口尺寸 4.8计算弯曲模工作部分尺寸

4.8.1弯曲时凸模与凹模之间的间隙 4.8.2弯曲时凸模与凹模的宽度尺寸 4.8.3弯曲时模具圆角半径与凹模深度

第5章 模具结构设计

5.1冲裁模结构设计

5.1.1凸模的结构设计 5.1.2凹模的结构设计 5.1.3凸凹模的结构设计 5.1.4定位零件的设计 5.1.5导向零件的设计 5.1.6卸料与推件装置的设计 第6章总结体会参考文献

第1章 冲压工件的工艺分析

工件名称： 汽车备轮架加固板 生产批量： 大批量 材 料： 08A

材料碳素结构钢08A的力学性能见下表 材料名称 牌号 材料状态 抗剪强度 τ/MPa 碳素结构钢 制件如下图所示：

抗拉强度 σ/MPa 275～410 延伸率 δ/％ 32 屈服强度 σ/MPa 196 08A 退火 255～333

从上图看，主要存在以下几点要注意的问题：

1. 零件内、外形转角部都以圆角过渡，便于模具加工； 2. 零件最小孔径φ11满足最小孔径条件；

3. 加固板上顶板中两个φ11孔与左边距仅相距3.5mm，在设计模具结构时应

加以注意；

4. 冲裁时可满足φ21的公差要求；

5. 各孔中心距之间无公差要求，孔中心与边缘距离尺寸也无公差要求； 6. 弯曲角为90°，无公差要求。

通过上述工艺分析可知，该零件为普通厚板弯曲件，尺寸精度不高，主要是轮廓成形问题，属大量生产，因此可用冲压方法生产。

第2章 工艺方案的确定

根据制件工艺性分析，其基本工序有落料、冲孔、弯曲三种。组合起来有以下几种方案：

（1） 落料—弯曲—冲孔，单工序冲压。 （2） 落料—冲孔—弯曲，单工序冲压。 （3） 切边—弯曲—冲孔，单件复合冲压。

（4） 切边（落料）—冲孔—弯曲，单件复合冲压。

冲孔时：冲底部两个直径11孔、一个直径21孔和两个腰形孔，其余六个直径11孔转削加工。

方案（1）、（2）属于单工序冲压，由于此制件生产批量较大，生产效率低，不宜采用。

方案（3）由于先弯曲，造成冲孔时非常不方便，增加了模具的制造难度，

故不宜采用。

方案（4）加工零件时较为容易，且效率较高，故此方案最为合适。

第3章 模具结构形式的确定

模具结构主要包括定位零件、导向零件、御料与推（顶）件装置和连接与固定零件。

因本制件形状较大，且材料较厚，故采用固定挡料销定位，利用挡料销的定位面抵住板料的前搭边。利用导料销纵向送料，板料沿着导料销的一侧导向送进，以免送偏。

考虑到材料的厚度，采用刚性御料装置和刚性推件装置。

本制件为大批量生产，同时，为保证冲裁件精度，采用对角导柱滑动导向模架。以保证精确定位，提高冲压件质量及模具寿命。

第4章 工艺设计

4.1 计算毛胚尺寸

板料弯曲时，中性层长度是不变的，因此根据变形前后中性层长度不变的原则来确定弯曲件毛胚展开的长度和尺寸。由于弯曲变形程度、弯曲方法、弯曲件形状及标注方法等不同，故计算方法略有不同，主要有概算法、外侧尺寸加算法和内侧尺寸加算法三种。

本设计中采用概算法，弯曲件分为直边和弯曲两部分，以其中性层长度之和可求得弯曲件展开长度，但弯曲部分的中性层要考虑位移。

查文献【1】可知该零件的毛胚展开尺寸可按下式计算：

L?l1?l2???180(r??t)

式中: L——弯曲件展开长度，mm; l1，l2——弯曲件直边长，mm； r——弯曲件弯曲半径，mm；

?——层位移系数，查文献【1】表5-6得?=0.33； ?——弯曲件的弯曲带中心角，为90°； t——板料厚度，mm，t=4mm。

求宽度方向展开尺寸时，由上面制件零件图可知：

l1=116-（r+t）=116-（5+4）=107mm l2=140-2（r+t）=122mm L=2l1+l2+

3.14?90180(5?0.33?4)

=214+122+1.57?6.2?2 =355.8mm

考虑到弯曲是板料纤维的伸长，经过试压修正，实际毛胚尺寸取L=355mm。 同理，可计算出其他部位尺寸，最后得出如下图所示的弯曲毛胚的形状和尺寸。

加固板毛胚尺寸图

4.2 确定排样方案

排样是指冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法。合理的排样和选择适当的搭边值，是降低成本和保证制件质量及模具寿命的有效措施。

从本制件零件图上分析可知，该零件形状比较复杂，孔、槽较多，只能采用有废料排料，由此形成的设计废料占了很大的比例，要控制和提高材料的利用率，唯有从降低工艺废料百分比入手，采用合理的排样方法才能降低废料的比例。考虑到此为大批量生产，结合冲压生产率，冲模耐用度，冲模结构应尽量简单和操作方便，安全等因素，提出以下几种方案：

方案一：

方案二：

从节约材料，减少模具制造难度方面考虑，采用方案一。 由文献【1】表3-12可查得该零件冲裁时的最小搭边值如下： 工件间a=3mm， 侧面b=3.5mm。 考虑到实际情况，取a=b=5mm。

由此可知，条料宽B=355+2b=365mm，单件制件所需材料长L=253+a=258mm。 查文献【2】表4-1，选板料规格为1600mm ?1500mm?4mm，每块可剪365mm?258mm?4mm规格条料24块，材料剪裁利用率达94.2%。

4.3 计算材料利用率

排样的目的是为了在保证制件质量的前提下，合理利用原材料。衡量排样经济性、合理性的指标是材料的利用率。

由文献【1】可查得材料利用率计算公式如下：

??A0A?100%

式中: A0——得到制件的总面积,mm2；

A——一个步距地条料面积（L?B），mm2。 由制件毛胚图等参考资料可计算出：

??

4.4计算冲压力

完成本制件所需的冲压力由冲裁力、弯曲力、推料力和御料力组成。

4.4.1 冲裁力F冲

冲裁力是选择压力机的主要依据，也是设计模具所必须得数据。在冲裁过程中，冲裁力的大小是不断变化的，冲裁力是指板料作用在凸模上的最大抗力。

此制件的冲裁力由冲孔力、切边力、切断力三部分组成。采用普通平刃刀口冲裁：

由文献【1】可知冲裁力的计算公式如下：

F

冲

= KLt?

式中: K——系数，取1.3； L——冲裁件周长，mm；

?——材料抗剪强度，MPa，查文献【2】表4-12取?=300MPa；

t——材料厚度，mm，t=4mm。

制件周长L由外周长L1和内孔周长L2组成：

L?L1?L2

L1?355?70?2?62?2?157?2?240?40?2?45?2?4

L2?8?3.14?11?3.14?21?2??3.14?14?2?2?52?

L?355?240?748?657?2000mm

由上述数据可求得制件冲裁力如下：

F

冲

= 1.3?2000?300?4=3120KN

4.4.2 弯曲力F弯

弯曲力是指弯曲工件完成预定形状时需要压力机施加的压力，是设计冲压工艺和选择设备的依据之一。弯曲力不仅与板料材质、板料厚度、弯曲几何参数和凸、凹模间隙有关，而且与弯曲方式关系密切。由于影响因数众多而难以精确计算，故常采用经验公式或简化公式计算，总的来说，分为自由弯曲力计算和校正弯曲力计算两类。

本设计中完成此制件的加工，一共需要两次弯曲： （1）压弯加固板的顶部和底部； （2）压弯加固板的两侧部。

为保证制件弯曲质量，有效控制回弹，采用校正弯曲。由文献【1】查得校正弯曲力的计算公为式如下： F弯 =AP

式中：A——工件被校正部分在垂直于凸模运动方向上的投影面积，mm2； P——单位校正力，MPa，查文献【1】表5-9取P=60MPa。 由上式和制件零件图可求得： F

弯1

= A1P

?60??50?106.5?54?62??2

?1040.76KN

F

弯2

= A2P

49?106.52?146 ?2?60??1362.18

KN

F

弯3

= A3P

?60?146?142

?1243.92KN

F弯= F

弯1

+ F

弯2

+ F

弯3

=3646.86 KN

4.4.3 御料力F御和推料力F推

由于冲裁时材料的弹性变形及摩擦，在一般冲裁条件下，冲裁后材料将发生弹性恢复，使落料件或冲孔废料梗塞在凹模上，而板料则紧箍在凸模上，为了使冲裁工作继续进行，需要一定的御料力和推料力将工件或废料顶出。

由文献【1】可得御料力和推料力计算公式如下：

御料力： F御=K御F冲 推料力：F推= n K推F冲

式中：K御、K推——系数，查文献【1】表3-13得K推=0.045、K御=0.035； n——同时卡在凸模洞孔的件数，一般卡3-5件，本设计中取3。 解得：

F御= 0.035?3120=109.2kN F推= 3?0.045?3120=421.2KN 由上述数据可求得总的公称压力F为：

F= F

冲

+ F弯+F御+F推=7297.26 KN

4.5 初选压力机

查文献【3】表1-83闭式单点压力机技术规格（部分）参数，初选公称压力为8000KN的压力机，型号为JA31-630B。

4.6计算压力中心

冲压力合力的作用点称为压力中心。为了保证压力机和冲模正常平稳地工作、必须使冲模的压力中心通过模柄轴线与压力机滑块中心重合，从而保证模具的使用寿命和制件的加工质量。

本设计中，制件采用单件冲压，冲压件图形本身左右对称，故采用解释法求压力中心较为方便。建立坐标系如下图所示：

因为左右对称，所以XG=0，只需求YG。 由文献【1】可查得压力中心计算公式如下：

Y G?Y1F1?Y2F2?Y3F3?Y4F4?Y5F5?Y6F6F1?F2?F3?F4?F5?F6

=133.16≈133mm

4.7计算冲裁模凸、凹模刃口尺寸

冲裁模凸、凹模刃口尺寸的计算与加工方法有关，加工方法基本分为凸模与凹模分开加工和凸模与凹模配作加工两类。本制件形状较为复杂，材料较厚，所以采用配作加工法加工凸、凹模。

4.7.1冲孔刃口尺寸

加工凸、凹模时，以冲???孔的凸模为基准件，图样上只需标注基准件的尺寸及公差，配作件仅标注基本尺寸，注明与基准件配作及应保证的间隙值。?

由文献【?】表????可得冲孔时凸模与凹模配作加工工作部分尺寸和公差计算公式如下：?

?????????????dp??d??????p dd??d????Zmin?0

式中：dp、dd——冲孔凸、凹模基本尺寸，mm； d——基准件基本尺寸，mm；为21mm；

?——制件制造公差，mm；查文献【1】表3-15取?=0.30mm； Zmin——最小合理间隙，mm；查文献【4】表2-12取Zmin=0.640mm； ?——因数；查文献【1】表3-15取?=0.5；

?d——凸、 ?p、凹模的制造公差，查文献【1】表3-16取?p=0.020；

??d0 ?d=0.025。 由上述数据可求得：

mm dp??21?0.5?0.30??0.020?21.150?0.0200 dd??21?0.5?0.30?0.640?0?0.025?21.790?0.025mm

4.7.2切边和切断刃口尺寸

在切边和切断工序中，凸、凹模在四个方向与板料作用并使之分离，从制件毛胚图可知，该工序为落料工序，尺寸a、b为落料尺寸。为使计算简单，直接取a和b为凸模基本尺寸。

(1)切断刃口尺寸：

Ap??a????Zmin???p

??5?0.5?0.30?0.640??0.020 ?4.21?0.020mm000

?0.025 Ad??a????0??d??5?0.5?0.30?0?4.850?0.025

mm

（2）切边刃口尺寸： Bp??b????Zmin???p ??5?0.5?0.30?0.640??0.020

mm ?4.210?0.02000 Bd??b????0 ??5?0.5?0.30?0?0.025mm ?4.850??d?0.025

4.8计算弯曲模工作部分尺寸

弯曲模工作部分的尺寸主要指凸、凹间隙、圆角半径、凹模深度及凸、凹模横向宽度尺寸等。

4.8.1弯曲时凸模与凹模之间的间隙

弯曲V形工件时，凸、凹模间隙时靠调整压力机闭合高度来控制的，不需要在模具结构上确定间隙。U形工件的弯曲，则必须选择适当的间隙。间隙的大小对于工件质量和弯曲力有很大影响。间隙越小，弯曲力越大。间隙过小，则会使工件壁变薄，并降低凸模寿命。间隙过大，则回弹较大，还会降低工件精度。

本制件弯曲工序中，第二、三次弯曲都属于U形弯曲，故需计算凸模与凹模之间的间隙。U形件弯曲的凸、凹模间隙，根据材料的厚度、弯曲件的高度和厚度而定。

查文献【1】得凸、凹模单边间隙可按下式计算：

c?t???kt

式中：c——弯曲时凸模与凹模之间的间隙，mm；

t——材料的公称厚度，4mm；

k——间隙关系，查文献【1】表5-10取k=0.07； ?——板料厚度的正偏差，本设计中取?=0。 由上述数据可求得：

c?4?0.07?4?4.28mm

4.8.2弯曲时凸模与凹模的宽度尺寸

凸模与凹模的宽度尺寸（见下图）与工件的尺寸有关：

第1次弯曲凹模

第1次弯曲凸模

第2次弯曲凹模

第2次弯曲凸模

弯曲模尺寸简图

根据工件尺寸的标注样式不同，凸模与凹模的宽度尺寸可按下表所列公式进行计算：

工件尺寸标注方式

用外形尺寸标注

用内形尺寸标注 注: L

凸、

凸模尺寸

以凸模为基准件

1??L凹= ?L???2?0???d凹模尺寸

L凸按凹模尺寸配制，

L凸=（L凹?2c???p 以凸模为基准件

1??L凸= ?L???

2???p?00L凹按凸模尺寸配制， L凹=（L凸?2c?0??d

L凹——弯曲凸模和凹模宽度尺寸，mm；

L——弯曲件外形或内形公称尺寸，mm；

?——弯曲件尺寸公差，mm；

c——凸模与凹模的单面间隙，mm，c=4.28mm;

?p、?d——凸、凹模的制造公差，?p=0.020；?d=0.025。 从本制件零件图可知，该制件是以外形尺寸标注，且无尺寸公差。故凸模与凹模宽度计算公式如下：

L凹=L

L凸=（L凹?2c???p 第二次弯曲时：

?0.025L凹= 1780

0 L凸= 169.440?0.020 第二次弯曲时：

?0.025 L凹= 1400

L凸= 131.440?0.020

4.8.3弯曲时模具圆角半径与凹模深度

（1）凸模圆角半径rp。

如工件内侧的圆角半径为r，通常rp=r，但不能小于材料允许的最小弯曲半径rmin。当工件弯曲半径r小于rmin时，则应取rp?rmin，然后在利用随后的整形工序满足制件的要求，此时，整形模的圆角半径rp=r。对于工件圆角半径较大，而且精度要求较高时，应考虑回弹的影响，将凸模圆角半径根据回弹角的大小作相应的调整，以补偿弯曲的回弹量。

本设计中取rp=r=5mm。 （2）凸模圆角半径rd。

工件在压弯过程中，凸模将工件压入凹模而成形，凸模口部的圆角半径rd对于零件质量有明显的影响。如过小，弯曲板料表面出现划痕；如凸模两边圆角半径不一致，则毛胚会产生偏移。凸模圆角半径rd的大小与弯曲高度和材料厚度有关，查文献【1】表5-12可知：

第二次弯曲时：rd=15mm； 第三次弯曲时；rd=20mm。 （3）凸模深度。

凸模深度尺寸要适中，若过小，毛胚两边自由部分太多，弯曲件弹复大又不平直，弯曲件质量下降；若过大，凸模增大，则模具耗材也增多，且压力机需要有较大的工作行程。查文献【1】表5-12可得凸模的深度L：

第二次弯曲时：L=40mm； 第二次弯曲时：L=55mm。

第5章 模具结构设计

本制件加工过程中需要冲裁模和弯曲模两类模具。

5.1冲裁模结构设计

冲裁模是冲压生产所用的主要工艺装备。冲裁模结构的合理性和先进性，对冲裁件的质量与精度、冲裁加工的生产率与经济效应、模具的使用寿命与操作安全等都有着密切的关系。

冲模的工作零件（包括凸模、凹模及凸凹模）又称成形零件，是直接完成冲裁工序的关键零件。

5.1.1凸模的结构设计

凸模又称冲头，是冲模的关键零件之一，凸模本身按其作用又可分为工作部分（即刃口）和固定部分。

查阅查考文献选择如下图所示的凸模结构简图：

中型圆孔凸模

参阅文献【1】可得凸模长度计算公式如下：

L?h1?h2?h3?h

式中：L——凸模长度，mm；

h1——凸模固定板厚度，mm；查文献【1】表h2——卸料板厚度，mm；查文献【1】表h3——导板厚度，mm；查文献【1】表

1-300取h1=30mm；

1-300取h2=30mm；

1-300取h3=12mm；

h——附加长度，包括凸模的修磨量，凸模进入凹模的深度，凸模固定板与

卸料板的安全距离等。一般取15mm～20mm，本设计取h=20mm。

L?30?30?12?20?92mm

在一般情况下，凸模的强度是足够的，所以不用进行强度计算。但本制件板

料厚度较大，应进行压应力和弯曲应力的校核，检查其危险断面尺寸和自由长度是否满足强度要求。

（1）压应力的校核

查文献【1】可知圆形凸模按下式进行压应力校核：

dmin?4?t???

式中：dmin——凸模最小直径，mm；

t——料厚，mm；t=4mm；

?——材料的抗剪强度，MPa；255 MPa～333 MPa；

???——凸模材料的许用压应力，MPa；1800MPa～2000 MPa

解得：dmin?2.96mm

该制件最小的孔为?11，显然圆凸凸模压应力强度符合条件。 （2）稳定性校核

凸模的抗失稳定能力，根据模具结构特点，可分为无导向装置和有导向装置凸模两种情况，本设计中为有导向装置凸模。

查文献【1】可知其计算公式如下：

Lmax?270d2F

式中：Lmax——允许的凸模最大自由长度，mm d——凸模最小直径，mm；11mm； F——冲裁力，N。F=53882N。 解得：Lmax?140.8mm。

显然，凸模的长度符合稳定性要求。

5.1.2凹模的结构设计

凹模的结构形式较多,按外形可分为标准圆凹模和板状凹模，按结构分为整体式和镶拼式，按刃口形式也有平刃和斜刃。几种常见的凹模刃口形式如下图所示：

图a为锥形刃口凹模，冲裁件或废料容易通过，凹模磨损后的修摸量较小。但刃口强度较低，刃口尺寸在修磨后略有增大。适用于形状简单，精度要求不高，材料厚度较薄工件的冲裁。当t＜2.5mm时，a=15`；当t=2.5～6mm时a=30`；当采用电火花加工凹模时，a=4`～20`。

图b、c为圆柱刃口筒形或锥形凹模。刃口强度较高，修磨后刃口尺寸不变。但孔口容易积存工件或废料，推件力大且磨损大。适用于形状复杂或精度要求较高工件的冲裁。当t＜0.5mm时，h=3～5mm;当t=0.5～5mm时，h=5～8mm;当t=5～10mm时，h=10～15mm,a=3°～5°。

本设计中凹模采用b图所示结构形式。

冲裁时凹模承受冲裁力和侧向力的作用，由于凸模的结构形式不一，受力状态又比较复杂，目前还不可能用理论计算法确定凸模尺寸，在生产中大都采用经验公式概略地计算凹模尺寸，查文献【1】可得其计算公式如下：

凹模厚度 Hd?Kb

凹模壁厚 c?（1.5～2）Hd

式中：b——冲裁件最大外形尺寸，mm；取b=355mm；

K——因数，见下表；

因数K的数值

b/mm 料厚 ＜50 ＞50～100 ＞100～200 ＞200 0.3 0.2 0.15 0.10 0.35 0.22 0.18 0.12 0.42 0.28 0.20 0.15 0.50 0.35 0.24 0.18 0.60 0.42 0.30 0.22 0.5 1 2 3 ＞3 解得：Hd?0.22?355?78mm；

c?75mm。

凹模板长度L为：

L=355（步进距）+2c=505mm。 凹模板宽度B为：

B=258（料宽）+2c=408mm。

查文献【2】表5-7选L*B=500*500规格滑动导向对角模具模架。

5.1.3凸凹模的结构设计

凸凹模式复合模中的关键零件，凸凹模工作端的内外缘均为刃口，一般内缘与凹模刃口结构形式相同，外缘与凸模刃口结构形式相同，内外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸，所以当冲件孔边距离较小时必须考虑凸凹模的强度。凹凸模的最小壁厚与冲模的结构有关，一般可由经验数据决定。不积聚废料的凸凹模的最小壁厚；对于黑色金属和硬材料约为工件料厚的1.5倍，单但不小于0.7mm；

对于有色材料与软材料约等于工件料厚，但不小于0.5mm。本设计中，凸凹模尺寸满足最小壁厚条件，具体形状和尺寸见模具装配图。

5.1.4定位零件的设计

模具上定位零件的作用是使毛胚或半成品在模具上能够正确定位。根据毛胚形状、尺寸及模具的结构形式，可以选用不同的定位方式，常见的定位零件有：挡料销、定位板、导正销、侧刃和导料尺等。

本设计中采用圆头固定挡料销定位，导料板送料，具体形状和尺寸见装配图。

5.1.5导向零件的设计

在大批量生产中为了便于装模或在精度要求较高的情况下，模具都采用导向装置，以保证精确定位，提高冲件质量及模具寿命。

本设计中，采用滑动导柱、导套进行导向，具体尺寸见装配图。

5.1.6卸料与推件装置的设计

卸料装置和推件装置有刚性（即固定卸料板）和弹性两种形式。此外废料切刀也是卸料的一种形式。

固定卸料板方式卸料力大，但无压料作用，毛坯材料厚度大于0.8mm以上时采用。

弹性卸料板方式卸料力小，但有压料作用，冲裁质量较好，多用于薄板。对于卸料力要求较大，卸料板与凹模间又要求有较大的空间位置时，可采用刚弹性相结合的卸料装置。

本设计中，采用刚性卸料装置和刚性推件装置。 卸料板的厚度h见小表：

卸料板的厚度

卸料板宽度 冲件料厚 ≤50 ＞50～80 t H0 ～0.8 0.8～1.5 ＞1.5～3 ＞3～4.5 ＞4.5 6 6 8 10 12 H0` 8 10 H0 6 8 - 10 - 12 - 14 H0` 10 12 H0 8 10 - 12 - 14 - 16 H0` 12 14 H0 10 12 - 14 - 16 - 18 H0` 14 16 H0 12 14 - 16 - 18 - 20 H0` 16 18 - - - ＞80～125 ＞125～200 ＞200 H0固定卸料板厚度（mm）

故固定卸料板选择500mm*500mm*18mm规格。

第八章 结论

通过论文设计可以看出，此设计对于改造一个厂的现有设备有一定的意

义。在我国，绝大多数机械、电器制造厂商都拥有这种设备，随着生产力的提高，旧的生产设备将会被新的生产设备所淘汰。而对于企业来说旧设备的淘汰将是一种损失。通过改造，提高了生产力，也节约了生产成本。我们知道冲压加工一般是大批量生产冲压模具在机械生产中占有及其重要的作用，它是机械学与材料学的统一。模具加工本身就是一种生产力较高的生产方式，加上自动化设备的模具加工更进一步地提高了它的生产力。

总结与体会

通过本次设计，我加强了冲压模具方面知识的学习，作为本人的专业我

知道冲压模具在当今生产的重要意义。而经过这一次设计，我加强了冲压学、冲压加工工艺以及材料学的理解。而更重要的是本人力求创新，把大学所学知识综合起来，用计算机语言、传感器技术、微机原理、微型计算机接口技术、电子电路、液压气动结合起来完成这一设计，这使得我的综合能力素质能力得以大大的提高，也是我大学所学知识的一种具体表现。

参考文献

肖景容、姜奎华主编.《冲压工艺学》P20公式2-8.机械工业出版社2004.1 [2] 郑可鍠主编. 《实用冲压模具设计手册》P16表1-24.宇航出版社.1990.5 [3] 肖景容、姜奎华主编.《冲压工艺学》P23表2-10.机械工业出版社2004.1 [4] 肖景容、姜奎华主编.《冲压工艺学》P13表2-2.机械工业出版社2004.1 [5] 肖景容、姜奎华主编.《冲压工艺学》P14表2-3.机械工业出版社2004.1 [6] 肖景容、姜奎华主编.《冲压工艺学》P15表2-4.机械工业出版社2004.1 [7] 薛啟翔编著.《冲压模具设计制造难点与窍门》P11表1-4 .机械工业出版社2003.9

1《冲模设计手册》机械工业出版社

2、《实用模具技术手册》机械工业出版社 3、《中国模具设计大典》 江西科学技术出版社 李德群 唐志玉 2003

4、《实用模具设计与制造手册》 机械工业出版社 许发樾 2000 5、《模具制造工艺》 机械工业出版社 黄毅宏 1996

6、《冲压工艺及模具设计》西北工业大学出版社

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/6hxg.html