1、1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 1-11.2 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 375460MPa，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
2、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2该零件为弯角件，厚度 较薄，据工件相关尺寸结构可知零件需要进行冲5.1t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，相对圆角半径 ，大于材料的最小
3、弯曲半径；两侧的圆角半径为 ，3r2/tr 5.10r相对圆角半径 ，大于材料的最小弯曲半径。因此，均可以实现弯曲成形。7另外，零件上有两个 的孔对称分布在零件两侧。为保证弯曲时，孔的形5.3状不发生畸变，据参考文献1可知，当厚度 时，弯曲件上的孔边到弯曲半2tm径 中心的距离应满足 。据图 1-1 的尺寸可知 ，故满rlt731.52.1l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 ；rS从零件图上可知 ，故满足要求。rS35.1.20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
4、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 2-13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
5、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
6、，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
7、，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 4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、
8、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 厚的限制，不易冲制孔壁过小的工件。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
9、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 ，此类弯曲变性区材料变薄不严重，tr5.0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：5）（ KtrlllL21021式中 毛胚展开长度，mm；工件直边长度，mm；1l2应变中性层位移系数，查参考文献1表 4-3，为 0.38；K弯曲中心角；弯曲件内弯曲半径，mm；r板厚，mm；t（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
10、可得： mL6.285.130214.57.1）（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 ，具体图形如下：6/30图 4-1据零件图相关尺寸，带入公式可得： mL6.415.380.164.3202 ）（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：综合和尺寸，可绘制出零件弯曲前的毛胚图如下：6图 4-24.2冲压力的计算（1）底部弯曲力的计算：该工序冲压力，包括自由弯曲力，校正弯曲力和压料力（或推件
11、力） 。 自由弯曲力 trkbF27.0自式中 系数，一般取 11.3。此处取 ；2.1k弯曲件宽度，30mm；材料厚度，1.5mm；t材料的抗拉强度，375460MPa，取 420MPa；b弯曲件内弯曲半径，3mm；r带入数据可得自由弯曲力为： NF529.13402.702自 校正弯曲力冲压件在行程终了时受到的校正弯曲力，可按参考文献1公式 4-41 计算：pA校式中 校正部分投影面积,mm 2单位面积上的校正力，查1表 4-4 值为 4060MPa，取 50MPa；据参考零件图可知校正部分投影面积为： 246530.1mA带入数据可得：7kNF3.2504650校 压料力对于设有顶件装置
12、或压料装置的弯曲模，顶件力或压料力可近似取自由弯曲力的 60%80%。 自压 FF8.06取系数 0.7，则 。kN7.3.自压（2）侧边弯曲力的计算 自由弯曲力 NF75.1635.104202.7自 校正弯曲力 2.3.51mAkN96870校 压料力 kF2.自压4.3 冲压设备的选择由弯曲工艺可知，弯曲时的校正弯曲力与自由弯曲力、压料力不是同时发生的，且校正力比自由弯曲力和压料力大得多。因此，可以校正弯曲力为依据选择冲压设备，考虑到两个弯曲工序是在压力机的一次行程中完成的，故应将两次校正弯曲力叠加之后再根据总的校正弯曲力来选择压力机， 。kNF2.309.62总根据 ;.kNF36.5
13、42.081.校公实际选用公称压力为 63kN 的压力机，型号为 。JC其具体参数如下表：表 4-1公称压力 63kN 最大封闭高度 170mm滑块行程 50mm 封闭高度可调节量 40mm行程次数 160 次/min 立柱中间距离 150mm模柄孔尺寸 mm305工作台板厚度 40mm左右 315mm 左右 150mm工作台尺寸前后 200mm 前后 70mm倾斜角 30工作台孔尺寸 直径 110mm滑块中心到床身距离 110mm 垫板厚度 30mm8第五章 弯曲模工作部分的设计考虑到本设计中，底部弯曲和侧边弯曲是在压力机的一次行程中完成的，且底部弯曲属于 90的 V 形弯曲，为简化模具结构
14、，保证侧边弯曲能够准确，则将两次弯曲工序在一个凹模中进行，故应对毛胚进行定位，可考虑在底部 V 形弯曲时采用带定料销的弯曲模，其大致结构如图 5-1：图 5-15.1 凸凹模圆角半径和凹模深度（1） 凸模圆角半径弯曲件的弯曲半径不小于 时，凸模的圆角半径一般取弯曲件的圆角半径。minr而当弯曲件的弯曲半径较大、精度要求又较高时，还应考虑工序件的回弹，凸模的圆角半径应作相对应的修正。底部弯曲部分的弯曲半径较小为 ，稍大于最小弯曲半径，且为 V 形弯曲，3r弯曲角度为 90，则可忽略回弹对工件的影响，故该部分的凸模圆角半径可取弯曲件的弯曲半径，即 。1pr侧边弯曲部分的弯曲半径为 ，考虑到弯曲半径
15、较大，应考虑回弹对工件0.5r的影响，据参考文献1可知当弯曲半径较大，材料厚度较小时，弯曲件回弹前的内弯曲半径可按公式 4-32 进行计算：2spEtr式中 弯曲件回弹前的内弯曲半径，mm；弯曲件回弹后的内弯曲半径，10.5mm；rE为材料的弹性模量，210GPa；零件厚度，1.5mm；t9卸载弯矩引起的卸载应力，MPa；sp上式中 可按参考文献1公式 4-30 计算：1.75236aspsmMP带入数据可得弯曲件回弹前的内弯曲半径为： 30.08.52152761r m由此可计算出侧边弯曲部分凸模的圆角半径 。2.pr（2） 凹模圆角半径凹模圆角半径对弯曲力和工件质量均有影响。凹模圆角半径过
16、小，胚料弯曲时进入凹模的阻力增大，工件表面产生擦伤甚至压痕。凹模圆角半径过大，影响胚料定位的准确性。在生产中，凸模圆角半径一般取决于弯曲件材料的厚度：当 时， ；2tmtr)63(凹底部弯曲时，凹模圆角半径取 3t，故凹模圆角为： ;5.41mrd侧边弯曲时，由于弯曲角度不大，且无直边要求，其凹模要做成凸模圆角半径相匹配的形状，其圆角半径取 ；与凹模匹配形式如装配图的主视图所示。 ;102mrd（3） 凹模工作部分深度凹模工作部分深度要适当。若深度过小，则工件弯曲成形后的回弹大，而且直边不平直。若深度过大，则浪费模具材料，而且压力机需要较大行程。底部弯曲属 V 形弯曲，据参考文献1表 4-7
17、可得凹模深度为 1520mm，结合工件尺寸，取凹模深度 。mL160侧边弯曲虽然属 U 形弯曲，但弯曲高度不大，且没有直边要求，故凹模深度即为工件侧边所需弯曲高度，取 。405.2 凸凹模间隙和横向尺寸及制造公差（1）凸凹模之间的间隙生产中，弯曲黑色金属工件时，凸凹模之间的间隙值可按下式来决定： nttZmax式中 弯曲凸模与凹模的单面间隙，mm；材料厚度的最大尺寸，1.5mm；axt间隙系数，查参考文献1表 4-10 为 0.10；代入数据可得： mZ65.10.51（2）凸凹模横向尺寸及制造公差弯曲凸凹模的工作尺寸计算与零件标注形式有关。一般原则是：当工件标注外10形尺寸时，应以凹模为基准
18、件，间隙取在凸模上；当工件标注内形尺寸时，应以凸模为基准件，间隙取在凹模上。并用配做法制模。 底部弯曲的凸凹模尺寸计算由零件图可知，其标注形式是标注外形尺寸。故应以凹模为基准件，零件无精度要求，考虑到一般弯曲件精度等级都在 IT13 级以下，故本设计中，按 IT14 级精度选取。由于底部采用的是定料销定位，如图 5-1 所示，考虑到定料销钉的直径及未工作部分的宽度，底部弯曲时凹模应在弯曲件基本尺寸的基础上增加 17.5mm，则应为 20+17.5=37.5mm。则底部弯曲时凹模的尺寸可根据参考文献1公式 4-45 计算：凹凹 0)75.(L凸模的尺寸据参考文献1公式 4-46 计算：2凸凹凸
19、Z式中 弯曲件的基本尺寸，37.5mm；弯曲件的公差,据参考文献3,表 3-2 可知 为 0.52mm；凸凹模的制造公差，一般选取 IT7IT9 级精度，一般可取凸模凹凸精度比凹模精度高一级，凸模取 8 级精度，凹模取 9 级精度。据参考文献3,表 3-2 可知， =0.039mm， =0.062mm；凸凹凸凹模单面间隙，1.65mm；Z带入数据可得：mL 062.062.0 137)57.03()75.( 凹凹 底部弯曲时，其凸凹模示意图如 5-1 所示，只有一面有间隙，故凸模尺寸为：Z039.039.4)61. 凸凹凸 侧边弯曲的凸凹模尺寸计算：侧边弯曲时，则要按照工件尺寸形状需要进行综合分析。根据工件形状工件底部水平长度必须保证为 30mm，否则会在底部尺寸突变处产生开裂。则凸模底部的水平长度为应为 30mm，在此基础上，结合凸模圆角为 和凹模深度28.5pr，可计算出凸模基本直径约为 44mm。又因为弯曲时，凸凹模的制造公mL40差，一般选取 IT7IT9 级精度，一般可取凸模精度比凹模精度高一级，凸模取 8 级精度，凹模取 9 级精度。据参考文献3,表 3-2 可知，=0.039mm， =0.062mm。凸凹综上所述，可得侧边弯曲时的凸模尺寸为：；mL039.4凸由凸模尺寸及凸凹模间隙可知，侧边弯曲时凹模的尺寸为：
