四角件弯曲模具设计

四角件弯曲模具设计

武汉理工大学华夏学院

课程设计说明书

题 目 四角弯曲零件冲压工艺与模具设计 学院名称 机电工程学院

班 级 机制1071班 学 号

学生姓名 肖一民 指导教师 欧阳伟

2010年 12月 29日

目 录

1． 设计课题 1 2． 课程设计的目的及要求 2 1.工艺过程的制定 3 1.1 制件的工艺性分析 3 1.1.1冲压件的形状和尺寸应满足的要求 3 冲压件的精度与断面粗糙度 1.2冲压工艺方案的分析与制定 4-5 2 设计工艺计算 6 2.1弯曲件展开尺寸的计算 6 2.2冲压力的计算及冲压设备的选择 7 2.2.1冲压力的计算 8 2.2.2初选冲压设备 8 2.3材料利用率及弯曲回弹值的计算 8 3.模具工作零件设计 93.1 弯曲模具工作零件尺寸的计算 9

9

1

3.2模具工作零件结构的确定 10-12 4. 模具其他零件的设计 13-145.设计心得体会 3 9

0

15

6.参考文

献

16

序 言

模具做为高效率的生产工具的一种，是工业生产中使用极为广泛

与重要的工艺装备。采用模具生产制品和零件，具有生产效率高，可实现高速大批量的生产；节约原材料，实现无切屑加工；产品质量稳定，具有良好的互换性；操作简单，对操作人员没有很高的技术要求；利用模具批量生产的零件加工费用低；所加工出的零件与制件可以一次成形，不需进行再加工；能制造出其它加工工艺方法难以加工、形状比较复杂的零件制品；容易实现生产的自动化的特点。

设计出正确合理的模具不仅能够提高产品质量、生产率、具使用寿命，还可以提高产品经济效益。在进行模具设计时，必须清楚零件的加工工艺，设计出的零件要能加工、易加工。充分了解模具各部件作用是设计者进行模具设计的前提，新的设计思路必然带来新的模具结构。

本次设计了一套弯曲模具。经过查阅资料，首先要对零件进行工艺分析，经过工艺分析和对比，通过冲压力、顶件力、卸料力和弯曲力等计算，确定压力机的型号。再分析对冲压件加工的模具适用类型选择所需设计的模具。得出将设计模具类型后将模具的各工作零部件设计过程表达出来。在设计说明书的第一部分，说明了冲压模具的重要性与本次设计的意义，接着是对冲压件的工艺分析，完成了工艺方

案的确定。第二部分，对零件排样图的设计，完成了材料利用率的计算。再进行弯曲工艺力的计算和弯曲模工作部分的设计计算，对选择冲压设备提供依据。最后为主要零部件的设计和标准件的选择，为本次设计模具零件图的绘制和模具的成形提供依据，以及为装配图各尺寸提供依据。

1． 设计课题

设计模具名称：弯曲模

工件名称：四角弯曲零件 材料：Q235 材厚1mm 工件简图：

2． 课程设计的目的及要求

冲压模具课程设计以《课程设计任务书》的形式下达，由指导老师指定模具结构、制件模具形状和要求。生产批量等原始资料。要求学生以完整正确的模具装配图、零件图以及设计计算书作为完成设计任务的成果。

《冲压成形技术》课程设计是课程的最后一个教学环节，同时是第一次对学生进行全面的模具设计训练。设计过程本身对于我们学生来说就是一种挑战，是一种创新，对我们的设计能力和经验的积累是十分有利的。

其设计目的：

（1）综合理由冷冲压模课程和其它有关先修课程的理论及生产实践的知识去分析和解决模具设计问题，并使所学专业知识得到进一步巩固和深化。 （2）学习模具设计的一般方法，了解和掌握常用模具整体设计、零部件的设计过程和计算方法，培养正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力。 （3）通过计算和绘图，学会运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料等，培养模具设计的基本技能。 主要任务：

（1）查阅资料，分析零件的成型工艺，制定成型工艺方案，并进行设计计算。

（2）完成零件成型工艺中主要工序模具的详细设计计算。

（3）完成模具装配图，主要零件图的设计与绘制，绘图工作量不少于一张0号图纸。

（4）编制模具工作零件加工工艺卡。 （5）编制设计说明书（不少于5000字）。 时间安排:

12月13日 设计动员，下达设计任务书

12月14日-12月19日 制定设计方案，并进行工艺分析与计算 12月20日-12月26日 模具结构设计及模具装配图的绘制 12月27日-12月28日 模具零件图的绘制 12月29日-12月30日 整理，撰写设计说明书 12月30日 设计考核

1.工艺过程的制定

1.1 制件的工艺性分析

冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性。一般情况下对弯曲件的工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。良好的结构工艺性应保证材料消耗少，工艺数目少，模具结构简单而寿命高，产品质量稳定，操作简单。通常对工件的工艺影响最大的是几何形状尺寸和工艺要求。

冲压件的形状和尺寸应满足的要求

a）冲压件的形状应尽可能简单，对称，避免形状复杂的曲线，本次设计的工件形状简单，结构对称，没有复杂曲线，故符此形状方面的要求。

b）冲压件内外形转角处要尽量避免尖角，而以圆弧过度，以便于模具加工，减少热处理和冲压时候的开裂，减少冲压时候尖角处的崩刃和过快磨损。冲压件的一般圆角半径R应大于或等于板厚t的一半，即R>0.5t。在同种材料相同的情况下外形上的圆角半径值可比内形上的圆角半径值小10%~20%。本次设计工件无尖角，便于模具的加工，减少了尖角处的崩刃和磨损，冲压件的圆角半径R=1>0.5t=0.5，故冲压件的尺寸满足要求。

c）冲压件的凸出悬臂和凹槽宽度不宜太大，以免凸模折断，而本次设计的工件无凸出悬臂。

d）在进行直角弯曲时，若弯曲的直边高度过短，弯曲过程中不能产生足够的弯矩，将无法保证弯曲件的直边平直。所以必须使弯曲件的直边高度H>2t，制件的直边高度达到了15mm，满足要求。

冲压件的精度与断面粗糙度

冲压件的经济精度一般不高于11级，最高可达IT8~IT10级，本次设计中工件未标注公差，故按未注公差IT14级来处理，设计模具时采用IT11级制造。端面粗糙度只要不影响工件的使用和装配，取其自然的断面粗糙度，即Ra=12.5~50，最高Ra=6.3。

材料为Q235，为普通碳素钢，查文献（1）表9-1，其主要性能

为：σs=235MPa，σb=400Mpa，τ=360MPa，延伸率为30%，强度不高，塑性良好，冲压工艺性好，适合进行冲压加工。

1.2冲压工艺方案的分析与制定

要生产所给制件，需弯曲两道工序才能完成。由于此四角件弯边高度是15mm，大于15*t（t为板料厚度），若采用一次弯曲成型工艺，容易造成材料断裂的情况，因此此工件采用两次弯曲成型可以保证成型工序的安全实施，同时也能保证弯曲件的精度。

初步拟定弯曲工艺方案：

1：采用单工工序模具分别进行两次弯曲。 2：采用复合模进行弯曲成型。

工艺方案的分析与最终确定：

第一种工艺方案采用两道工序来完成成型结构，此工序对模具的结构

要求简单，但是对于大批量生产不宜采用此方案，加工效率不高

复合模的第一道工序如上图

复合模的第二道工序如下图

2 设计工艺计算

2.1弯曲件展开尺寸的计算

根据文献（2）125页，按圆角半径r=1mm>0.5t=0.5mm的弯曲件计算方法进行计算。

将弯曲件制件分为如图3段

根据查阅文献可知，此次冲压成型过程采用两次弯曲过程进行成型，材料为Q235,弯曲半径取最小值，r=1mm>0.5t（t为板料厚度），将工件尺寸分为如上图的尺寸，L1，L2, L3,确定各个尺寸的大小L1=20mm L2=7mm L3=15mm 则由计算公式可计算出弯曲件的展开尺寸。

弯曲件的展开尺寸：L= L1+2 L2+2 L3+t L=20+2*7+2*15+1=65mm

2.2冲压力的计算及冲压设备的选择

2.2.1冲压力的计算

由于弯曲力受到材料的力学性能，零件形状与尺寸，板料厚度，弯曲方式，模具结构形状与尺寸，模具间隙和模具工件表面质量等多种因素的影响，很难用理论分析方法进行准确计算。因此，在生产中均采用经验公式估算弯曲力。

根据本次设计的实际情况可知，本次弯曲的过程相当于两次U形弯曲的复合模形式，四角形弯曲件是在自由弯曲阶段相当于U形弯曲中的自由弯曲，而在第二阶段则相当于一个完整的U形弯曲。

0.7KBt2b第一阶段查阅文献得计算公式：FZrt 公式1

公

其中：FZ为弯曲力

1.6Bt2b第二阶段相当于一个U形件的弯曲查阅文献得计算公式：FZrt式2

K为安全系数，取1.3

b=400Mpa,为弯曲材料的抗拉强度

t为弯曲件的厚度，t=1mm B为弯曲件的宽度，B=20mm

r为内圆弯曲半径（等于凸模圆角半径），r=1mm 将数据代入式公式1，计算，可得： FZ2=3641.3N

将数据代入式公式2，计算，可得 FZ1=6399.8N

最终弯曲力取最大值：FZ=6399.8N

对设置顶件装置的弯曲模，其顶件力一般取FD=（0.3-0.8）FZ FD=3199.9N 整个工艺过程所需的弯曲力：F总= FZ+ FD

=6399.8N+3199.9N

=9598N 2.2.2初选冲压设备

确定压力机的额定压力不仅要考虑能完成弯曲加工，而且要注意防止压力机过载。由于前述计算所得的弯曲力均为弯曲过程中可能出现的最大弯曲力数值，即短时间内出现的峰值，如果压力机的额定压力等于或略大于该计算值，并不能保证在整个弯曲过程中压力机不过载。因此，在确定压力机的压力时，应预留出较大的安全范围。

自由弯曲时，有上述计算可知，总的冲压工艺压力F总为： F总= 9598N

一般情况下，压力机的公称压力应大于或等于冲压总工艺力的1.3倍，可以取压力机的压力位

F压机≥1.3 F总

代入数据得： F压机≥12477N

查文献（1）表9-9，初选压力机J23-16，其主要技术参数为： 公称压力：160KN 滑块行程：55mm 滑块行程次数：120/min 最大闭合高度：220mm

闭合高度调节量：45mm 工作台尺寸：300mm450mm 模柄孔尺寸：40mm60mm 床身最大倾角：350

2.3材料利用率及弯曲回弹值的计算

该制件属于复合弯曲模，其材料利用率达到100%。

由于相对弯曲半径r=1.0mm，属于极小变形程度，圆角回弹值小，不必计算，且制件精度要求不高，制件卸载后可以符合精度要求。

3.模具工作零件设计

3.1 弯曲模具工作零件尺寸的计算 3.1.1凸模与凹模的圆角半径

1、凸模圆角半径

弯曲件的相对弯曲半径r/t较小时，凸模角半径

r p

可取弯曲件的内弯

曲半径r，但不能小于允许的最小弯曲半径。如果r/t值小于最小相对弯曲半径，应先弯成较大的圆角半径，然后再用整形工序达到要求的圆角半径。当弯曲件的相对弯曲半径r/t较大且精度要求较高时凸模圆角半径应根据回弹值进行修正。

由于该制件的相对弯曲半径r/t较小，故凸模圆角半径的内弯曲半径r=1.0mm。 2 、凹模圆角半径

凹模圆角半径rd的大小直接影响坯料的弯曲成形。凹模的圆角半径rd不能过小，否则弯曲时坯料拉人凹模的阻力大，厚度易拉薄，擦伤工件表面。rd太大，会影响毛坯定位的准确性。rd的值通常按材料厚度t来选取。

查文献（1）表3-14 t=1mm时，rd=3mm

r p

可取弯曲件

凹模的工件深度将决定板料的进模深度，对于常见的弯曲件，弯曲时不需全

部直边进入凹模内。只有当直边长度较小且尺寸精度要求高时，才能直边全部进入凹模内，凹模深度过大，不仅增加模具的消耗，而且将增加压力机的工作进程，使最大弯曲力提前出现。中小型弯曲件通常都使用模具在机械压力机上进行加工，最大弯曲力提前出现，对压力机是很不利的。凹模深度过小，可能造成弯曲件直边不平直，降低其精度。因此，凹模深度要适当。 初选凹模深度40mm

弯曲四角形时，必须选择适当的凸、凹模间隙。间隙过大则回弹量大，工件的形状和尺寸误差增大。间隙过小，使弯曲力增大，直边壁厚变薄，增大摩擦，容易擦伤工件表面，加速凹模的磨损，降低凹模的使用寿命。

同时考虑到下列因素的影响：弯曲件宽度较大时，受模具制造和装配误差的影响，将加大间隙的不均匀程度，因此间隙应取大些。宽度较小时间隙值可以取小些，硬材料则应取大些，弯曲件相对弯曲半径r/t较小时可以取大些。此外还应考虑弯曲尺寸精度和板料厚度偏差的影响。

综上所述，查阅文献，对于尺寸精度要求一般的弯曲件，板料为黑色金

Zb=（n+1）t

属时，单边间隙Zb可按下式计算：

式中 Zb为弯曲凹、凸模的单面间隙，mm； t为材料厚度的基本尺寸（或中间尺寸），mm； n为间隙系数。 查阅文献，取间隙系数n=0.04 将各个数据代入式（3-1）中，得： Zb=1.04mm

3.2模具工作零件结构的设计

模具工作零件结构的确定即弯曲模凸、凹模工作尺寸的确定。

由于本次设计的弯曲模具采用的复合模具，其中要确定的主要尺寸有凸凹模的尺寸，活动凸模的尺寸，凹模的尺寸。

分析模具的冲压过程，现在从模具的第一步冲压开始计算凹凸模的尺寸

上图为第一道工序的弯曲过程，在此道工序中需要完成弯边H=7mm的U形弯曲件，通过此道工序确定凹凸模的最大尺寸为

50.5mm。

由于凹凸模的最大尺寸为50.5mm，由此来计算出凹模的横向尺寸。

ALA(Lmax0.75)0=52.5

在复合模的第二道工序中，为了防止零件弯曲过程碰到凹模内壁，凹模内壁尺寸单边间隙应该大于或者等于7mm 即凹模内壁的最大尺寸为66.5mm

上图为活动凸模的尺寸示意图

其中活动凸模的尺寸根据凹凸模的尺寸进行计算 LT(LTZ)0_T=19.94mm

对于活动凸模下面的厚度取8mm，提高其工作的耐久性，防止在受压的情况下产生的变形。 活动凸模的最大尺寸应该与凹模的最大尺寸保持一致，保证活动凸模在凹模里面工作位置的稳定性，同时提高其定位。

4. 模具其他零件的设计

凸模的固定方法

凸模采用台阶式凸模, 凸模固定板采用阶梯式固定配合垫板，凸模在上模的正确固定应该是既保证凹模工作可靠良好的稳定性，还要使凸模在更换或修理时，拆装方便，在此基础上，尽量使结构简单。该凸模的固定方法选用固定板固定凸模，由于凸模的端部呈方形，必须保证其不能转动，否则将影响制件的尺寸和精度，故在固定板固定的基础上加止转销防止凸模转动。

定位装置的设计

弯曲该四角形制件时，采用定位板法定位制件的平动。

由于该制件结构简单，外形呈方形，可采用在右侧加一略高于凹模一个板厚的侧板进行定位，防止制件在冲压弯曲过程中的转动而影响制件尺寸和精度。同时，该侧板可以起到导料的作用。弯曲L形制件时，会产生一定的侧向力，而侧板则可以平衡一定的侧向力，保证凸、凹模的间隙和制件的精度要求。

凸模固定板

查阅文献，凸模固定板的外形尺寸与凹模周界相同，厚度为凹模厚度的0.6～0.8倍，则凸模固定板厚度为：

H=（0.6～0.8）H0 =18～24mm

取凸模固定板厚度为20mm，按H7加工精度。

模架的选择

为了保证弯曲零件的精度和高稳定的质量，采用模架导向方式。模架导向不仅能保证上、下模的导向精度而且能提高模具的刚性，延长模具的使用寿命，使弯曲件的质量稳定可靠，使模具的安装比较容易。 模架的类型选用后侧导柱模架

查阅文献（1）表9-46选用的模架主要技术参数为： 凹模周界：L=160mm B=100mm 闭合高度：最小 190mm

最大 225mm 上模座： 245mmX100mmX35mm 下模座： 200mmX100mmX40mm 导柱： 25mmX180mm 导套： 25mmX90mmX38mm

紧固件及其它零件的选用

1. 螺钉和销钉的选择（国家标准）

1） 上模座、垫板、凸模固定板采用螺钉与销钉固定，规格分别为： 螺钉 2个M10x45 参照GB/T7001—2000 销钉 2个A6 x45 参照GB/T119—2000

2） 下模座、凹模，采用螺钉与销钉固定，规格分别为： 螺钉 4个M10x50 参照GB/T7001—2000 销钉 2个A6 x50 参照GB/T119—2000

模柄的选择

中、小型模具一般是通过模柄将上模固定在压力机上。模柄是作为上模与压力机滑块连接的零件。对它的基本要求是：一要压力机滑块上的模柄孔正确配合，安装可靠；二要与上模正确而可靠连接。

查阅文献，采用压入式模柄，它与模座孔采用过渡配合H7/m6，并加销钉以防转动。这种模柄可以较好的保证轴线与上模座的垂直度，适用于各种中、小型冲压模，生产中最常见。模柄的直径根据所选用压力机的模柄孔径确定。

垫板的确定

垫板的厚度取8mm ，其尺寸：160X100X8mm

5. 设计心得体会

本次设计为课程设计，各项要求均比较严格，为了能更加好的完成设计任务，我从图书馆和网上查阅了大量的冷冲模设计资料。这为我在后来设计阶段省下了不注宝贵的时间表。除了对知识的查阅，我还翻出了大学三年来所学的重点专业知识，重新系统的去学习和撑握，为设计做准备。

尽管做了很好的准备，但在设计过程中却暴露了基础知识不扎实。对许多专业知识还不能自如的运用，对许多概念上的知识、专业术语含糊不清，做不到深刻理解。

模具设计中许多问题的解决都是通过从实践所得的数据来确定、并适当的做出选择，如：冲压间隙的确定等。

本次设计的工作量相对于课程设计大了很多，特别对图线的要求。绘图成了快速完成设计的最大障碍，绘图软件主要用CAD。这是我们大一所学的知识，因为环境等因素的制约，想提高绘图技巧是我必须要完成的任务。

在这次设计中，我受益匪浅！首先，它让我知道了什么叫一丝不苟，为什么要一丝不苟。在一次次的计算，绘图的修改中，我认识到了认真的力量，多次的绘图修改让我明白了没有踏踏实实的工作，不会有最后的成功。再就是，它让我知道了什么叫态度决定一切！倘若有一个良好的工作心态和态度，那么你就成功了一半。

设计已经结束，但是在设计中我们学到的东西将使我受益终身！

附表

参考文献

【1】 林承全主编. 版社

【2】 李奇涵主编.

《冲压模具课程设计指导与范例》 北京：化学工业出《冲压成型工艺与模具设计》 北京：科学出版社

《互换性与技术测量》 武汉：华中科

【3】 谢铁邦、李柱、席宏卓主编.

技大学版社

【4】 张大为主编.

《冷冲压模具结构》 武汉：华中科技大学出版社

《冷冲模设计与制造》 机械工业出版社

【5】高鸿庭 刘建超主编.