冲压课程设计 弯角件

第一章 零件冲压的工艺分析

1.1 制件介绍

零件名称：弯角件

材料：A3（即新标准中的Q235A，碳素结构钢。） 料厚：1.5mm 批量：大批量 零件图如下：

图1-1

1.2 材料分析

本设计采用的材料是A3，A3即新标准中的Q235A，A3韧性和塑性较好，脆性较低，有一定的伸长率，含碳量为0.14%~0.22%，屈服强度约为235MPa，抗拉强度为375~460MPa，其屈强比和屈弹性比较小，该材料适合弯曲成形，且材料性质有利于工件质量的提高。

1.3 冲压加工的经济性分析

冲压加工方法是一种先进的工艺方法，因其生产率高，材料利用率高，操作简单等一系列优点而广泛使用。但由于模具费用高，生产批量的大小对冲压加工的经济性起着决定性作用，批量越大，冲压加工的单件成本就越低，批量小时，冲压加工的优越性就不明显，这时采用其他方法制作该零件可能有更好的经济效果。

根据本零件的生产纲领，零件为大批量生产，且尺寸精度要求不高，原料为A3的板料且壁厚适宜。因此，采用冲压方法不仅可行而且经济。

1.4 零件结构形状分析

1

该零件为弯角件，厚度t?1.5较薄，据工件相关尺寸结构可知零件需要进行冲孔、落料和底部弯曲和侧边弯曲四道工序。除此之外，零件外形比较规整，无尖角、凹陷或其他形状突变，属于典型的板料冲压件。

零件外形尺寸无公差要求，底部和两侧均需弯曲。其中，底部的圆角半径为r3，相对圆角半径r/t?2，大于材料的最小弯曲半径；两侧的圆角半径为r?10.5，相对圆角半径r/t?7，大于材料的最小弯曲半径。因此，均可以实现弯曲成形。

另外，零件上有两个?3.5的孔对称分布在零件两侧。为保证弯曲时，孔的形状不发生畸变，据参考文献[1]可知，当厚度t?2mm时，弯曲件上的孔边到弯曲半径r中心的距离应满足l?t。据图1-1的尺寸可知l?7?3?1.75?2.25?1.5，故满足要求。

最后，零件底部弯曲时，两侧边有尺寸突变，为防止弯曲时尺寸突变的尖角处出现撕裂，据参考文献[1]可知，应保证尺寸突变处到弯曲半径的中心距离S?r；从零件图上可知S?20?12.5?3?1.5?3?r，故满足要求。

通过上述分析，可以看出该零件为普通的板料弯曲件，尺寸精度要求不高，主要是轮廓成形问题，又属大量生产，因此用冲压方法生产是完全可行的。

第二章 冲压的工艺方案的确定

2.1 冲压方案

结合零件图可知，完成此零件需要进行冲孔、落料、底部弯曲、侧边弯曲四道工序。为弯曲方便高效，可考虑将经过冲孔、落料工序后的零件毛胚做成两个零件相连且对称分布的形式，如图2-1所示：

图 2-1

2

在弯曲时，采用成对弯曲，压力机的一次行程弯曲成形两个零件，然后将两个零件沿对称线切断，这样可以使压力机受力均衡且提高弯曲效率。但考虑到对称分布时，在冲孔、落料工序的材料利用率不高，大批量生产时会因材料浪费严重而影响经济效益，且切断部分沿中心线切断制件的精度难以控制，另外，同时弯曲两个零件所需的的弯曲力较大，对设备的要求也就高了。所以，综合考虑之下决定弯曲时采用单个零件弯曲。

由此，冲压方案可分为如下几种：

（1）方案一：冲孔—落料—底部弯曲—侧边弯曲。 （2）方案二：冲孔、落料复合—底部弯曲—侧边弯曲。 （3）方案三：冲孔、落料复合—底部和侧边弯曲复合。 （4）方案四：冲孔、落料和底部弯曲复合—侧边弯曲。 （5）方案五：冲孔、落料、底部弯曲和侧边弯曲复合。 （6）方案六：冲孔、落料级进—底部弯曲、侧边弯曲。 （7）方案七：冲孔、落料级进—底部弯曲、侧边弯曲复合。

2.2 各工艺方案分析

方案一为单工序模生产，模具制造简单，维修方便，但是模具数量较多，大批量生产时，模具更换频繁，生产效率低，生产成本较高，工件精度低，不适合大批量生产。

方案二的冲孔落料采用复合模，可以节省一道工序，提高生产效率；但由于两个弯曲工序分属不同的模具，弯曲后回弹不易控制，同时二次弯曲成本较高，故不宜采用。

方案三的冲孔落料采用复合模，底部和侧边弯曲也采用复合模具。可以节省两道工序，同时提高生产效率，生产成本也低。另外，两道弯曲工序在一个模具上，回弹值容易控制，制件形状精度容易把握。

方案四的落料、冲孔和底部弯曲采用复合膜，侧边弯曲采用单工序模。可以节省两道工序，但侧边弯曲时，由于工件之前已弯曲过一次，送料和毛胚定位不方便，生产效率低；同时，二次弯曲回弹不易控制，影响产品精度，故不宜采用。

方案五为四个工序复合模，生产效率高，工件精度高，但模具制造复杂，制造成本高，调整和维修难度大；故不宜采用。

方案六与方案七落料与冲孔采用级进模，生产效率高，但结合本工件的形状和生产批量采用交叉双排的的排样方式可以提高材料利用率，不适合采用级进模，且级进模制造复杂，调整维修麻烦，工件精度较低，固方案六、七不宜采用。

2.3 工艺方案的确定

3

生产的经济性采用方案三是比较合理的。其生产效率高、模具制造成本合理、材料利用率高、制件精度高、模具制造和调整维修相对简单。在本设计中，将设计底部和侧边的弯曲复合模。

第三章 冲模结构的确定

3.1 模具的结构形式

复合模是在压力机的一次行程中，在一副模具的同一位置上完成数道冲压工序的模具。复合模具有生产效率较高、冲模轮廓尺寸较小等优点，适合生产批量大、精度要求高的冲压件。复合模按工作零件的安装位置不同，可分为正装式和倒装式两种形式。

（1）正装式复合模的特点：工作时，板料是在压紧状态下冲压成形的，因此冲出来的冲件平直度较高。但冲孔时，废料落在下模工作面上不易清除，影响操作安全降低生产率。其比较适用于冲制材料较软的或板料较薄的平直度要求较高的冲件。

（2）倒装式复合模的特点：冲孔废料由冲孔凸模落入凹模内孔推下，结构简单，操作方便。但凸凹模内积存废料，胀力较大，因此倒装式复合模因受凸凹模最小壁

3.2 模具结构的选择

分析可知，该复合模要实现两个弯曲工序，不会有废料的产生，同时考虑到弯曲时冲件平直度的要求及材料的厚度，并结合两种复合模的特点，本模具应采用正装式复合模。

第四章 计算冲压力和选择冲压设备

4.1 零件弯曲前的毛胚尺寸的计算

经计算可得底部和侧边弯曲均满足r?0.5t，此类弯曲变性区材料变薄不严重，且断面畸变较小，可按应变中心层长度等于毛胚长度的原则来计算毛胚尺寸。其毛胚长度可按参考文献[1]公式4-37计算：

L?l1?l2?l0?l1?l2??（r?Kt）

4

式中 L—毛胚展开长度，mm；

l1 l2—工件直边长度，mm；

K—应变中性层位移系数，查参考文献[1]表4-3，为0.38；

?—弯曲中心角；

r—弯曲件内弯曲半径，mm； t—板厚，mm；

（1）零件在宽度方向上值的计算：

据零件图相关尺寸，带入公式可得：

L1?15.5?7.5?3.142?（3?0.38?1.5）?28.6mm

考虑到弯曲时板料纤维的伸长，经过试压修正，实际毛坯尺寸取28.5mm。 （2）零件在长度方向上值的计算：

由零件侧边的相关尺寸及侧边弯曲外径R12可在制图软件中推出侧边弯曲中心角为??30???/6，具体图形如下：

图4-1

据零件图相关尺寸，带入公式可得：

L2?30?2?3.146?（10.5?0.38?1.5）?41.6mm

考虑到弯曲时板料纤维的伸长，经过试压修正，实际毛坯尺寸取41.5mm。 （3）零件弯曲前的毛胚图：

综合①和②尺寸，可绘制出零件弯曲前的毛胚图如下：

5

侧边弯曲时，凸凹模制件的间隙是由凸凹模所取圆角半径之差决定的，即

Z?rd2?rp2?10?8.5?1.5mmL凹?(44?2?1.5)0?0.062；

mm。

?47?0.0620

第六章 选择标准模架

6.1模架的类型

模架包括上模座、下模座、导柱和导套。冲压模具的全部零件都安装在模架上，为缩短模架制造周期，降低成本，我国已制定出模架标准。根据模架导向用的导柱和导套间的配合性质，模架分为滑动导向模架和滚动导向模架两大类。每类模架中，由于导柱安装位置和数量的不同，由有多种模架类型，如：后侧导柱式、中间导柱式、对角导柱式和四角导柱式。

选择模架结构时，要根据工件的受力变形特点、坯料定位和出件方式、板料送进方向、导柱受力状态和操作是否方便等方面进行综合考虑。

在此选用滑动导向型的后侧导柱式模架，导柱分布在模架后侧的水平线上，两个导柱的直径相同。

6.2 模架的尺寸

选择模架尺寸时要根据凹模的轮廓尺寸来考虑，一般在长度及宽度上都应比凹模大30?40mm，模版厚度一般等于凹模厚度的1～1.5倍。选择模架时，还要考虑模架与压力机的安装关系，例如模架与压力机工作台孔的关系，模座的宽度应比压力机工作台的孔径每边约大40?50mm。

模具的闭合高度H应介于压力机的最大装模高度H间，其关系为：

Hmin?H1?10mm?H?Hmax?H1?5mmmax与最小装模高度Hmin之

式中 H1为垫板厚度。

由上面压力机的选择可知道Hmax?170mm，Hmin?Hmax?40?130mm，所以

模具高度H与垫块高度H1之和应介于130?170mm之间。

查参考文献[2]表22.4-2，选用的模架型号为160?100?130~170IGB/T2851.3，闭合高度H?130～170mm，故可以安装在所选压力机上。

上模座、下模座型号分别为：

上模座：160?125?35 GB/T2855.5 下模座：160?125?40 GB/T2855.6

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导柱、导套的型号分别为： 导柱：25?130 GB/T2861.1 导套：25?80?38 GB/T2861.6

凹模周界尺寸为160?125mm，而凹模所需的最大宽度为40.5mm，所以周界尺寸符合要求。工作台孔尺寸为70mm，模座的宽度也比工作台孔尺寸大，也符合要求。

第七章 选用辅助结构零件

7.1 导向零件的选用

导向装置可提高模具精度、寿命以及工件的质量，而且还能节省调试模具的时间，大批量生产的冲压模具中广泛采用了导向装置，导向装置设计的主意事项： （1）导柱与导套应在凸模工作前或压料板接触到工件前充分闭合，且此时应保证导柱上端距上模座上平面有10～15 mm的间隙；

（2）导柱、导套与上、下模板装配后，应保持导柱与下模座的下平面、导套上端与上模座的上平面均留2～3 mm的间隙；

（3）对于形状对称的工件，为避免合模安装时引起的方向错误，两侧导柱直径或位置应有所不同；

（4）当冲模有较大的侧向压力时，模座上应装设止推垫，避免导套、导柱承受侧向压力；

（5）导套应开排气孔以排除空气。

根据所选择的后侧导柱式模架，选用的两个导柱直径是相同的，为?25mm，其规格为： 28h5?130GB/T2861.1，而所选用的导套直径为?38mm，其规格为：

25?80?38H6GB/T2861.6 。

7.2 模柄的选用

根据压力机模柄孔的尺寸：直径: ?30mm，深度: 50mm，结合所选上模板厚度及压力机安装深度，选择压入式模柄，其型号可选取为A30?78JB/T7646.1，模柄直径为30，与上模座配合部分的直径为32，高度为78，结构形式如图6-1所示，其固定段与上模座孔采用H7/m6过渡配合，并加防转销防止转动，装配后模柄轴线与上模座垂直度好。

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图6-1

7.3顶件装置

本设计中，为了方便工人从模具中取出工件，应设置顶件装置，在凸模上移后，将工件从凹模中顶出，其结构如图6-2所示，利用压缩弹簧的回复力通过顶杆推动顶板向上运动，直到弹簧回复原长，此时，顶板的阶梯部分与凹模的突出部分相接触后停止运动，并且顶板上表面与凹模最高表面平齐，工件被顶出。同时，顶板上的定料销与凹模上的定料销一起实现下一次毛胚的定位。

图6-2

1- 顶杆2-顶杆固定板 3-弹簧4-弹簧固定板

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7.4 定位装置

为正确地将弯曲毛胚安放在弯曲模上完成弯曲工序，必须采用各种形式的定位装置。用于冲模的定位零件有导料销、导料板、挡料销、定位板、导向销。定位装置应可靠并具有一定的强度，以保证工作精度、质量的稳定；定位装置应可以调整并设置在操作者容易观察和便于操作的地方；定位精度要求高时，要考虑粗定位和精定位两套装置。

由于本工件精度要求不高，属于普通弯曲，可采用定位销钉进行定位，保证毛胚在弯曲前的准确位置，本设计中采用凹模上安装两个定位销钉与顶板上的定料销顶配合实现弯曲毛胚成形前的定位，其结构如图6-3中所示。

图 6-3

1-凹模 2-定料销 3-顶板 4-弯曲毛胚5-定位销

第八章 模具材料的选择

材料的选择在模具设计中有着举足轻重的地位。在模具设计中，应根据模具制造条件、模具工作条件、模具材料的基本性能等相关因素来选择经济、先进、适用的模具材料。通常要求模具材料必须具备三种性能，即耐磨性、韧性和硬度，来满足模具成型需要同时又保证有比较长的寿命。

由于该工件的生产为大批量生产，因此冲裁模的工作零件凸、凹模及凸凹模的材料必须具有较高的强度和耐磨性，以提高模具的寿命。基于此条件，本设计的凸凹模采用Cr12MoV钢制造， Cr12MoV 钢有高淬透性，截面为 300～400mm以下者可以完全淬透，在300~400℃时仍可保持良好硬度和耐磨性，韧性较Cr12 钢高，淬火时体积变化最小。可用来制造断面较大、形状复杂、经受较大冲击负荷的各种模具和工具。

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第九章 模具总装图

9.1 模具装配图

根据以上步骤，绘制出模具装配图如下：

图 8-1

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