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彎片沖壓成形工藝及模具設(shè)計(jì)
1緒 論
1.1 沖壓的現(xiàn)狀與發(fā)展方向
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，許多新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備不斷涌現(xiàn)，因而，促使了沖壓技術(shù)的不斷革新和發(fā)展。
1.1.1 沖壓成形理論及沖壓工藝
沖壓成形理論的研究是提高沖壓技術(shù)的基礎(chǔ)。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)沖壓成形理論的研究非常重視，在材料沖壓性能研究、沖壓成型過程應(yīng)力應(yīng)變分析、板料變形規(guī)律研究及坯料與模具之間的相互作用研究等方面均取得了較大的發(fā)展，特別是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛躍發(fā)展和塑形變形理論的進(jìn)一步完善，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外已開始應(yīng)用塑性成形過程的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，即利用有限元（FEM）等數(shù)值分析方法模擬金屬的塑性成形過程。根據(jù)分析結(jié)果，設(shè)計(jì)人員可預(yù)測(cè)某一工藝方案成形的可行性及可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題，并通過在計(jì)算機(jī)上有選擇地修改相關(guān)的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)工藝及模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
1.1.2 沖壓模具的設(shè)計(jì)與制造
沖壓模具是實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)的基本條件。在沖壓模具的設(shè)計(jì)與制造上，目前正朝著以下兩方面發(fā)展：一方面，為了適應(yīng)高速、自動(dòng)、精密、安全等現(xiàn)代化生產(chǎn)需要，沖壓模具正向高效率、高精度、高壽命、自動(dòng)化及多工位方向發(fā)展。在我國(guó)，工位數(shù)達(dá)50甚至更多的級(jí)進(jìn)模、壽命達(dá)億次的硬質(zhì)合金模、精度和自動(dòng)化程度相當(dāng)高的沖壓模具都已經(jīng)應(yīng)用在生產(chǎn)中，同時(shí)，由于這樣的沖壓模具對(duì)加工、裝配、調(diào)整、維修要求很高，因此，各種高效、精密、數(shù)控自動(dòng)化的模具加工機(jī)床和檢測(cè)設(shè)備也正在迅速發(fā)展；另一方面，為了產(chǎn)品更新?lián)Q代和試制或小批量生產(chǎn)的需要，鋅合金沖壓模具、聚氨脂橡皮沖壓模具、薄板沖壓模具、鋼帶沖壓模具、組合沖壓模具等各種簡(jiǎn)易沖壓模具及其制造工藝也得到了迅速發(fā)展。
1.1.3 模具材料
模具材料及熱處理與表面處理工藝對(duì)模具加工質(zhì)量和壽命的影響很大，世界各主要工業(yè)國(guó)在此方面的研究取得了較大的發(fā)展，并開發(fā)了許多新的鋼種，其硬度可達(dá)HRC58-70，而變形只有普通鋼的0.5-0.2。如：火焰淬火鋼可局部硬化，且無(wú)脫碳；我國(guó)研制的65Nb、LD和CD等新鋼種，具有熱加工性能好、熱處理變形小、抗沖擊性能佳等特點(diǎn)。與此同時(shí)，還發(fā)展了一些新的熱處理和表面處理工藝，主要有：氣體軟氮化、離子氮化、滲硼、表面涂金、化學(xué)氣象沉積（CVD)、物理氣相沉積（PVD)、激光表面處理等。這些方法能提高模具工作表面的耐磨性、硬度和耐腐蝕性，使模具壽命大大延長(zhǎng)。
1.1.4 沖壓模具的標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化
模具的標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化生產(chǎn)，已得到模具行業(yè)的廣泛重視，這是由于模具標(biāo)準(zhǔn)化是組織模具專業(yè)化生產(chǎn)的前提，而模具的專業(yè)化生產(chǎn)是提高模具質(zhì)量、縮短模具制造周期、低成本的關(guān)鍵。我國(guó)已頒布了冷沖壓術(shù)語(yǔ)、冷沖模零部件的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，沖壓模具的專業(yè)化生產(chǎn)正處在積極組織和實(shí)施中，但總的來(lái)說(shuō)，我國(guó)沖壓模具的標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化水平還處于較低水平。
1.1.5 沖壓模具CAD/CAE/CAM技術(shù)
模具CAD/CAE/CAM技術(shù)是改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù)，它以計(jì)算機(jī)軟件的形式為用戶提供一種有效的輔助工具，是工程技術(shù)能借助計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)品、模具結(jié)構(gòu)、成形工藝、數(shù)控加工及成本等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而顯著縮短模具設(shè)計(jì)與制造周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。隨著功能強(qiáng)大的專業(yè)軟件和高效集成制造設(shè)備的出現(xiàn)，以三維造型為基礎(chǔ)、基于并行工程的模具CAD/CAE/CAM技術(shù)正成為發(fā)展方向，它能實(shí)現(xiàn)制造和裝配的設(shè)計(jì)、成形過程的模擬和數(shù)控加工過程的仿真，還可對(duì)模具可制造性進(jìn)行評(píng)價(jià)，使模具設(shè)計(jì)與制造一體化、智能化。
1.1.6 沖壓設(shè)備和沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化
性能良好的沖壓設(shè)備是提高沖壓生產(chǎn)技術(shù)水平的基本條件。高精度、高壽命、高效率的沖模需要高精度、高自動(dòng)化的壓力機(jī)與之相匹配。為了滿足大批量高速生產(chǎn)的需要，目前沖壓設(shè)備也有單工位、單功能、低速朝著多工位、高速、和數(shù)控方面發(fā)展，加之機(jī)械手乃至機(jī)器人的大量使用，使沖壓生產(chǎn)效率得到了大幅度的提高。
沖壓生產(chǎn)的自動(dòng)化是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和改善勞動(dòng)條件的有效措施。由于冷沖壓操作簡(jiǎn)單，坯料和工序件形狀比較規(guī)則，一致性好，因此，容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化。沖壓生產(chǎn)的自動(dòng)化包括：原材料的運(yùn)輸、沖壓工藝過程及檢測(cè)、沖模的更換與安裝、廢料處理等各個(gè)環(huán)節(jié)，但最基本的是壓力機(jī)自動(dòng)化和沖壓模具自動(dòng)化。適用于各種條件下自動(dòng)操作的通用裝置和檢測(cè)裝置：帶料、條料或工序件的自動(dòng)送料裝置，自動(dòng)出件與理件裝置，送料位置和加工檢測(cè)裝置，安全保護(hù)裝置等，都是實(shí)現(xiàn)普通壓力機(jī)和沖壓模具自動(dòng)化的基本裝置。
1.1.7 快速模具制造技術(shù)
由于傳統(tǒng)模具制造過程復(fù)雜、耗時(shí)長(zhǎng)、費(fèi)用高，因此，目前基于快速成形技術(shù)的快速模具制造技術(shù)已經(jīng)成為一個(gè)新的發(fā)展方向和研究熱點(diǎn)。
目前，快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)主要有低熔點(diǎn)合金制模技術(shù)、鋅基合金制模技術(shù)、噴涂成形制模技術(shù)等。采用快速模具制造技術(shù)，能簡(jiǎn)化模具制造工藝，縮短制模周期，降低模具生產(chǎn)成本，在工業(yè)生產(chǎn)中取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
1.2 冷沖壓模具在工業(yè)生產(chǎn)的地位
與其他加工方法相比，沖壓生產(chǎn)無(wú)論在技術(shù)方面還是經(jīng)濟(jì)方面都具有其優(yōu)點(diǎn)：1.沖壓件質(zhì)量穩(wěn)定，尺寸精度高2.生產(chǎn)率高，成本低3.材料利用率高4.易得到復(fù)雜制件。但也有其缺點(diǎn)：1.模具制造周期長(zhǎng)，制造成本高，不適應(yīng)于小批量生產(chǎn)2.沖壓加工生產(chǎn)振動(dòng)和噪音兩種公害。但由于沖壓生產(chǎn)具有以上諸多優(yōu)點(diǎn)，沖壓加工的應(yīng)用十分廣泛，在汽車、拖拉機(jī)、機(jī)電、電器以及日常生活生活用品的生產(chǎn)方面，都占著十分重要的地位。根據(jù)近年的統(tǒng)計(jì)表明，在機(jī)電以及儀器、儀表生產(chǎn)中，有60%～70%的零件是用沖壓工藝完成的。在汽車生產(chǎn)中大概有60%-70%的零件是采用沖壓工藝制成的，沖壓生產(chǎn)所占的勞動(dòng)量是整個(gè)汽車行業(yè)勞動(dòng)量的25%-30%。在電子產(chǎn)品中，沖壓件所占的比例也相當(dāng)大。人們?nèi)粘Ｉ钪械慕饘僦破罚瑳_壓件所占的比例更大，隨處都可看到?jīng)_壓制品，因此，沖壓技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，在工業(yè)生產(chǎn)中占有相當(dāng)重要的地位。
1.3 冷沖壓模具的分類
1.3.1按沖壓工藝進(jìn)行分類
1.沖裁模具
2.彎曲模具
3.拉伸模具
4.成形模具
1.3.2按工序組合程度進(jìn)行分類
1.單工序模具
2.復(fù)合模具
3.級(jí)進(jìn)模具
1.3.3按上下模的導(dǎo)向方式分類
分為無(wú)導(dǎo)向的開式模具、有導(dǎo)向的導(dǎo)料板模具和導(dǎo)柱模具等。
1.3.4按導(dǎo)料或定位形式分類
分為固定導(dǎo)料銷模具、活動(dòng)導(dǎo)料銷模具、導(dǎo)正銷模具、側(cè)刃定距模具等。
2零件的工藝性分析
工件名稱：彎片
生產(chǎn)批量：大批量
材料：08鋼
厚度：2mm
工件簡(jiǎn)圖：如下圖所示
圖2-1 零件圖
2.1 沖壓件的工藝分析
該零件形狀較為復(fù)雜，所需的沖壓工序?yàn)闆_孔、落料和彎曲三個(gè)工序。沖裁件內(nèi)外形所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度為IT11～I(xiàn)T13，沖裁件兩孔中心距極限偏差為±0.12mm（根據(jù)零件判斷一般精度的模具即可滿足要求），孔中心與邊緣距離尺寸公差為±0.5mm，又該零件涉及彎曲，且零件圖中的尺寸公差為未注公差，在處理這類零件公差等級(jí)時(shí)均按IT14級(jí)要求，彎曲圓角半徑R分別為5mm和0.8mm，都大于最小彎曲半徑（rmin=0.4t=0.4×2mm=0.8mm），故此件形狀、尺寸、精度均滿足彎曲工藝的要求，可進(jìn)行彎曲工序加工。零件材料08鋼為碳素鋼，具有良好的沖壓性能，適合沖裁。
2.2 工藝方案的確定
該零件所需的沖壓工序?yàn)闆_孔、落料和彎曲三個(gè)工序，可擬定以下三種工藝方案：
方案一：落料-沖孔-彎曲，采用單工序模生產(chǎn)。
方案二：沖孔、落料、彎曲，采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。
方案三：先沖孔、落料再?gòu)澢?，采用?fù)合模生產(chǎn)。
各個(gè)方案優(yōu)缺點(diǎn)及比較如下：
方案一模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，但需要三道工序，即三副模具，成本相對(duì)較高，生產(chǎn)效率低，適應(yīng)于小批量和試制生產(chǎn)，無(wú)法滿足大批量生產(chǎn)的要求，且更重要的是從上一道工序完成后進(jìn)入下一道工序必然會(huì)增大誤差，使工件精度質(zhì)量大打折扣，達(dá)不到所需要求。
方案二級(jí)進(jìn)模是一種多工位、效率高的加工方法，操作方便、安全，一般適用于大批量小型沖壓件，但級(jí)進(jìn)模較復(fù)合模制造、安裝、調(diào)整都比較難，且成本較高，所得沖裁件的尺寸精度等級(jí)沒有復(fù)合模高。
方案三需要兩套模具，工件精度及生產(chǎn)效率都能滿足，模具制造方便，成本相對(duì)較低，故采用落料沖孔復(fù)合沖壓，再進(jìn)行彎曲的兩套模具生產(chǎn)最為合適。
結(jié)論：方案三為最佳方案。
2.3 沖裁排樣方案的確定
圖2-2排樣圖
因?yàn)榕髁蠟榫匦?，為提高零件的結(jié)構(gòu)精度和模具的使用壽命，采用直排最為合適。
1.確定搭邊值
查表2.9取得最小搭邊值工件間a1=2.8mm，側(cè)面a2=3.0mm
計(jì)算條料寬度
B=（92.5+2×3）mm=98.5mm
計(jì)算步距
S=（20+2.8）mm=22.8mm
2.計(jì)算材料利用率
根據(jù)一般的市場(chǎng)供應(yīng)情況，原材料選用1000mm×1000mm×2mm的冷軋薄鋼板，每塊可剪切成1000mm×100mm條料10條，材料剪切利用率可達(dá)81.02%。
計(jì)算沖壓件毛坯的面積：A=（92.5×20）mm2=1850mm2
一個(gè)布距的材料利用率
η=(nA／BS)×100%
=(1850／98.5／22.8)×100%
=82.38%
所以材料總的利用率η總=81.02%×82.38%=66.74%
2.4 計(jì)算凸、凹模刃口尺寸
查表2.4得間隙值Zmin=0.246mm， Zmax=0.360mm 。
2.4.1沖孔3×φ5mm凸、凹模刃口尺寸的計(jì)算
查表2.5得凸凹模制造公差：
δ凹=0.020mm δ凸=0.020mm
校核： Zmax-Zmin=（0.360-0.246)mm=0.114mm
|δ凹|+|δ凸|=0.040mm＜0.114mm
滿足|δ凹|+|δ凸|≤Zmax-Zmin的要求。
查表2.6得：IT14級(jí)時(shí)磨損系數(shù)x=0.5。
由（2.5）得：d凸=（dmin+x△）-0δ凸
=（5+0.5×0.08）-00.02mm =5.04-00.02mm
由（2.6）得：d凹=（d凸+Zmin）+0δ凹
=（5.04+0.246）+00.02mm=5.286+00.02mm
2.4.2外形落料凸、凹模刃口尺寸的計(jì)算
因?yàn)槁淞霞榫匦?，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度要求不高，所以采用凸、凹模分別加工的方法制作凸、凹模。
查表2.5得凸凹模制造公差：
δ凹=0.025mm δ凸=0.035mm
校核： Zmax-Zmin=（0.360-0.246)mm=0.114mm
|δ凹|+|δ凸|=0.060mm＜0.114mm
滿足|δ凹|+|δ凸|≤Zmax-Zmin的要求。
查表2.6得磨損系數(shù)x=0.75。
由（2.3）得：D1凹=（Dmax-x△）+0δ凹
=（92.5-0.75×0.12）+00.025mm=91.41+00.025mm
D2凹=（Dmax-x△）+0δ凹
=（20-0.75×0.12）+00.025mm=19.1+00.025mm
由（2.4）得：D1凸=(D凹-Zmin）-0δ凸
=（91.41-0.246）-00.035mm=91.164-00.035mm
D2凸=(D凹-Zmin）-0δ凸
=（19.1-0.246）-00.035mm=18.854-00.035mm
2.5 沖壓力的計(jì)算
估算沖裁力的公式
F=Ltδb
式中 F---沖裁力
L---沖裁周邊長(zhǎng)度
t---材料厚度
δb--抗拉強(qiáng)度
沖孔力 F孔=Ltδb
=（5π×2×400／1000）kN=12.57kN
落料力 F落=Ltδb
= (240×2×400)=192kN
卸料力和推件力的公式
F卸=K卸F落
F推=nK推F孔
式中 F---沖裁力
K卸、K推---卸料力、推件力
N---同時(shí)卡在凹模內(nèi)的沖裁件（或廢料）數(shù)
n=h/t
式中 h---凹模洞口的直刃壁高度
T---板料厚度
推件力，取直筒型刃口的凹模刃口形式，由表2.21查得，h=6mm，則n=h/t=6mm/2=4個(gè)，查表2.7得，K推=0.05
F推=nK推（F孔+F落）=4×0.05×（18.85+37.2）N=11.21N
卸料力，查表2.7取K卸=0.04
F卸=K卸（F孔+F落）=0.04×（18.85+37.2）N=2.242N
總沖壓力為：
F總=F落+F孔+F推+F卸=（37.2+18.85+11.21+2.242）kN=69.502kN
為了保證沖壓力足夠，一般沖裁時(shí)壓力機(jī)噸位應(yīng)比計(jì)算的沖壓力大30%左右，即
F總*=1.3×F總=1.3×69.502kN=90.3526kN
2.6 工作零部件的設(shè)計(jì)
2.6.1沖孔凸模
凸模長(zhǎng)度的計(jì)算及凸模長(zhǎng)度的確定
主要根據(jù)凸模結(jié)構(gòu)、修磨、操作安全、裝配等
因素的需要，采用固定卸料板和導(dǎo)料板時(shí)
凸模長(zhǎng)度按下式計(jì)算
L=h1+h2+h3+h
h1—凸模固定板厚度 h2—卸料板厚度
h3—導(dǎo)料板厚度 h—附加長(zhǎng)度
h1+h2+h3+h
h1取20㎜ h2取10㎜ h3取4㎜ 圖2-3沖孔凸模
則L=20+4+10+20=54㎜
2.6.2凸模強(qiáng)度校核
a 壓應(yīng)力校對(duì) 對(duì)凸模斷面上的承受能力進(jìn)行計(jì)算時(shí) 必需使沖裁力為最小或等于最小斷面所允許的最大壓力
πdτT≤【σc】
即 ≥
σ--凸模內(nèi)的壓應(yīng)力
p—沖裁力 d --凹模直徑
t --板料厚度 τ—被沖材料的抗剪強(qiáng)度
【σc】--凸模材料的許永應(yīng)力
2.6.3凸凹模的選擇
對(duì)于復(fù)合模而言,凸凹模的內(nèi)外緣均為刃口,這時(shí)內(nèi)外緣之間的壁厚決定于沖裁件的尺寸,凸凹模的壁厚又受到?jīng)_裁結(jié)構(gòu)的影響,對(duì)于倒裝式復(fù)合模,因孔會(huì)積存廢料,其最小壁厚就應(yīng)該大些,倒裝式復(fù)合模的凸凹模最小壁厚均為1.5倍,但不小于0.7㎜,所以該凸凹模最小壁厚不應(yīng)小于3㎜。
圖2-4凸凹模
2.6.4落料凸模的選擇
L=H1+H2
2.6.5落料凹模的選擇
1 . 凹模的厚度 H=Kb
b——沖裁件的最大外形尺寸
K——系數(shù) 取K=0.15
H=0.15×92.5=13.875㎜
取H=14㎜
2 . 凹模厚度 C=（1～2）H （C ≥14～28㎜）
取C=20㎜
3 .凹模上螺孔 銷孔位置尺寸和螺釘尺寸
a 從凹模外緣到螺孔的尺寸 用M12的螺釘
A=（1.7～2.0）d
取A=22㎜
4 .螺孔間距離
最小間距為80㎜ 最大間距為150㎜
5 .凹模強(qiáng)度的校核
σ彎=≤【σ彎】
σ彎==1.6Mpa＜【σ彎】
2.7 定位零件的設(shè)計(jì)
復(fù)合模采用固定擋料銷，它是一種比較簡(jiǎn)單的定位零件，用于限定條料的送進(jìn)距離，抵住條料的搭邊或工件的輪廓，使送入沖模的材料有正確的位置，起到定位作用。
選用臺(tái)肩式擋料銷
選D=10 d=6㎜ h=5㎜ L=14㎜
彎曲模：采用定位板，以外緣定位。定位板高度
h=t+1=3㎜
定位板一般有兩個(gè)銷
釘固定，以防止
定位板的移動(dòng)。定
位板與毛坯間的通
常所取的極限偏差
為h8和h9復(fù)合模導(dǎo)料板的選擇：
采用分離式導(dǎo)料板導(dǎo)料板厚度H=8㎜ 圖2-5臺(tái)肩式擋料銷
料零件
1.卸料螺釘?shù)倪x擇
d=10㎜ L=60㎜ d1=M8
l=8㎜ D=15㎜ H=6㎜
2.打桿的選擇
H=h1+h2+C=120㎜
3.卸料板壓料臺(tái)肩的高度h
h=H-t+(0.1～0.3)t
=8-2+0.5
=6.5㎜ 圖2-6卸料螺釘
4. 導(dǎo)柱導(dǎo)套
d=45 L=260㎜ 導(dǎo)套 d=45
L=150㎜ H=20㎜ L=25㎜ 油槽數(shù)兩個(gè)
5. 支撐零部件
模架的選擇，中間導(dǎo)柱模架：
上模座：400×60 下模座：400×75
導(dǎo)柱 45×260 導(dǎo)套： 45×150×58
6. 模柄的選擇
φ50×70 選用凸緣模柄
d=50㎜
D=100㎜
H=78㎜ h=18㎜
d1=17㎜ D1=72㎜ d3=11㎜ d2=18㎜ h1=11㎜
7. 墊板的選擇
墊板的作用是直接承受凸模的壓力，以降低模座承受的單位壓力，防止模座被局部壓陷，影響凸模的正常工作。墊板的外形尺寸和模板相同，厚度取10mm 用45鋼
8. 裝配調(diào)試
總裝時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)主要零件的相互依賴關(guān)系，以及裝配方便和易于保證裝配精度要求來(lái)確定裝配基準(zhǔn)件，例如復(fù)合模一般以凸凹模作為裝配基準(zhǔn)件，級(jí)進(jìn)模以凹模作為裝配基準(zhǔn)件；其次，應(yīng)確定裝配順序，根據(jù)各個(gè)零件與裝配基準(zhǔn)件的依賴關(guān)系和遠(yuǎn)近程度確定裝配順序。裝配結(jié)束后，要進(jìn)行試沖，通過試沖發(fā)現(xiàn)問題，并及時(shí)調(diào)整和修理直至模具沖出合格零件為止。
3彎曲模具的設(shè)計(jì)
3.1 彎曲的工藝計(jì)算
3.1.1 彎曲件展開長(zhǎng)度的計(jì)算
當(dāng)彎曲圓角半徑較?。╮＜0.5t）時(shí)，根據(jù)毛坯與制件等體積法計(jì)算；當(dāng)彎曲圓角半徑較大（r＞0.5t）時(shí)，根據(jù)中性層長(zhǎng)度不變?cè)碛?jì)算。
1.因?yàn)镽=0.8＜0.5×2，屬于圓角半徑較小的彎曲件。由于曲變形時(shí)不僅彎曲圓角部分變薄嚴(yán)重，而且與圓角部分相鄰的直邊部分也產(chǎn)生了一定的變薄，所以應(yīng)該按變形前后體積不變條件確定長(zhǎng)度。通常采用表3.5所示經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。
L1總=L1+L2+0.6t
=(18+26+0.6×2)mm=45.2mm
2.又因?yàn)镽=5＞0.5×2，屬于圓角半徑較大的彎曲件。由于變薄不嚴(yán)重，可按中性層展開原則，坯料總長(zhǎng)度等于彎曲件直線部分和彎曲圓角部分應(yīng)變中性層長(zhǎng)度之和。
如下圖所示：L1=18mm L2=26mm L3=18mm L4=30mm
經(jīng)計(jì)算得：L3直=13mm L4直=25mm
根據(jù)r/t，由表3.4查出應(yīng)變中性層位移系數(shù)x=0.46
計(jì)算應(yīng)變中性層的曲率半徑 ρ=r+xt=5.92
因?yàn)?L彎=παρ/180=πα（r+xt）/180
式中 L彎---彎曲件彎曲圓角部分長(zhǎng)度
α---彎曲中心角
r---彎曲件的內(nèi)彎曲半徑
t---板料厚度
x---中性層位移系數(shù)
得：
L彎=παρ/180
=（π×90×5.92/180）mm=9.3mm
L2總=L3直+L4直+L彎
=（13+25+9.3）mm=47.3mm
3.由此得出 L總=L1總+L2總
=（45.2+47.3）mm=92.5mm
圖3-1 彎曲零件
3.1.2 彎曲模工作部分尺寸計(jì)算
1.凸模圓角半徑
R=0.8時(shí)，R/t=0.8/2=0.4較小，且R=0.8mm，小于最小彎曲半徑（rmin=0.4t=0.4×2mm=0.8mm），故凸模圓角半徑為r凸=R=0.8mm；R=2.5時(shí)，R/t=2.5/2=1.25較小，且R=2.5mm，大于最小彎曲半徑（rmin=0.4t=0.4×2mm=0.8mm），故凸模圓角半徑為r凸=R=2.5mm。
2.凹模圓角半徑
凹模圓角半徑r凹一般按材料厚度t來(lái)選取，因?yàn)椴牧虾穸葹?mm，所以r凹=（2～3）t，故凹模圓角半徑取r凹=4mm。
3.凹模工作部分深度的設(shè)計(jì)計(jì)算
凹模工作部分的深度將決定板料的進(jìn)模深度，同時(shí)也影響到彎曲件直邊的平直度，對(duì)工件的尺寸精度造成一定的影響。此彎曲件直邊高度20mm，板厚2mm，查表3.12得凹模的底部最小厚度h0=4mm，因此凹模工作部分深度h凹=（20+4）mm=24mm。
4.凸凹模間隙
對(duì)于U形件彎曲,必須合理確定凸、凹模之間的間隙，間隙過大，則回彈大，工件的形狀和尺寸不易保證，間隙過小，會(huì)加大彎曲力，使工件厚度減薄，增大摩擦，擦傷工件并降低模具壽命，U形件凸、凹模的單面間隙值一般可按下式計(jì)算：
彎曲有色金屬 =tmin+C*t
式中 C—間隙系數(shù)
查表得 C=0.05
則 =tmin+C*t=（2+0.05×2）mm=2.1㎜
5.凸凹模橫向尺寸及公差
工件標(biāo)注外形尺寸時(shí)，以凹模為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，間隙取在凸模上。查表2.5得δ凹=0.020mm，δ凸=0.030mm 。
凹模橫向尺寸
L凹=（L-0.75△）+0δ凹=（30-0.75×0.6）+00.020mm=29.55+00.020mm
凸模橫向尺寸
L凸=（L凹-Zmin）-0δ凸=（29.55-2）-0δ凸mm=27.55-00.030mm
3.1.3 彎曲件回彈值的計(jì)算
小變形程度（r/t≥10）時(shí)，回彈大，先計(jì)算凸模圓角半徑，再計(jì)算凸模角度；大變形程度（r/t＜5）時(shí)，卸載后圓角半徑變化小，僅考慮彎曲中心角的回彈變化。彎曲時(shí)，彎曲中心角為90°，因此，查相關(guān)手冊(cè)，取回彈角為2°。
3.1.4 彎曲力的計(jì)算
1.U形件校正彎曲時(shí)，在進(jìn)行校正彎曲前是自由彎曲，彎曲力FU自為：
FU=δb=
=10400N=10.4kN
V形件校正彎曲時(shí)，在進(jìn)行校正彎曲前是自由彎曲，彎曲力Fv自為：
FV=δb=
=5546.7N=5.546kN
式中 F—沖壓行程結(jié)束時(shí)自由彎曲的彎曲力
K—安全系數(shù)，一般取K=1.3
b—彎曲件寬度（mm）
t—彎曲件材料厚度(mm)
δb—彎曲件材料的抗拉強(qiáng)度（MPa）
r—彎曲件的內(nèi)彎曲半徑（mm）
2.頂件力F頂可近似取自由彎曲力的30％～80％，即
F頂=（0.3～0.8)(FU自+FV自）
=（0.3～0.8)×（10.4+5.546）kN=（4.7838～12.7568）kN
取F頂=12kN
3.校正彎曲時(shí)，校正彎曲力最大值在壓力機(jī)工作到下止點(diǎn)的位置，且校正力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自由彎曲力（或接觸彎曲力），而在彎曲工作過程中，二者又不是同時(shí)存在，因此，查表3.7得p=50MPa，所以校正力 F校為：
F=Ap
A——校正部分投影面積（mm）
p——單位面積校正
F校=Ap=（60×20）×50N=60000N=60kN
4.對(duì)于校正彎曲，由于校正彎曲力比頂件力F頂大得多，故頂件力F頂以忽略，但這里為了保險(xiǎn)起見，在計(jì)算壓力機(jī)工程壓力時(shí)，還是將頂件力F頂考慮進(jìn)去。
F壓機(jī)≥（1.2～1.3）（F校+F頂）
≥（1.2～1.3）×（60+12）kN=（86.4～93.6）kN
初選壓力機(jī)型號(hào)為JB23—10。
3.2 模具總體設(shè)計(jì)
該模具采用彎曲單工序模，上模主要由上模座、凸模、副凹模等零件組成；下模主要由凹模、凹模固定板、頂板、凹模墊板、頂桿、螺釘和下模座等零件組成。彎曲工件由下面的彈頂裝置頂出。
3.3沖壓設(shè)備的選定
初選壓力機(jī)的公稱壓力為100kN，即JB23-10型壓力機(jī)。
JB23-10型壓力機(jī)的滑塊行程為45mm，大于工件高度的兩倍，滿足支承板彎曲時(shí)的沖壓行程。
最大閉合高度：180mm 最大裝模高度：145mm
連桿調(diào)節(jié)長(zhǎng)度：35mm
壓力機(jī)工作臺(tái)尺寸（前后×左右）：240mm×370mm
模柄孔尺寸：Φ30mm×55mm 最大傾斜角度：35°
由于彎曲模不是標(biāo)準(zhǔn)模架，因此，需要自行設(shè)計(jì)。取上模座高度為35mm，凸模固定板高度為25mm，凹模高度為24mm，墊板高度為15mm，下模座高度為40mm，中間的安全距離為25mm。彎曲模閉合高度是指沖床運(yùn)行到下止點(diǎn)時(shí)，模具工作狀態(tài)的高度，故模具閉合高度為：
H=H上模座+H凸模固定板+H凹模+H墊板+H下模座+H安全距離
=（35+25+24+15+40+25）mm=164mm
4 模具裝配圖
圖4-1落料沖孔模
圖4-2彎曲模
5 結(jié)束語(yǔ)
彎板屬于典型的沖裁彎曲件，分析其工藝性，并確定工藝方案。根據(jù)計(jì)算確定該制件的沖裁力及模具刃口尺寸，然后選取相應(yīng)的壓力機(jī)。本設(shè)計(jì)主要是落料凸、凹模及沖孔凸、凹模的設(shè)計(jì)，需要計(jì)算凸凹模的間隙、工作零件的尺寸和公差。此外,還需要確定模具工藝零件和結(jié)構(gòu)零件以及模具的總體尺寸，然后根據(jù)上面的設(shè)計(jì)繪出模具的總裝圖。
由于在零件制造前進(jìn)行了預(yù)測(cè)，分析了制件在生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的缺陷，采取了相應(yīng)的工藝措施。因此，模具在生產(chǎn)零件的時(shí)候才可以減少?gòu)U品的產(chǎn)生。
彎板沖裁件的形狀結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，但是其尺寸相對(duì)較大不適合選用標(biāo)準(zhǔn)模架。要保證零件的順利加工和取件，模具必須有足夠的長(zhǎng)度，因此需要改變上、下模座的長(zhǎng)度，以達(dá)到要求。模具工作零件的結(jié)構(gòu)也較為簡(jiǎn)單，它可以相應(yīng)的簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)。便于以后的操作、調(diào)整和維護(hù)。
彎板沖孔落料模具的設(shè)計(jì)，是理論知識(shí)與實(shí)踐有機(jī)的結(jié)合，更加系統(tǒng)地對(duì)理論知識(shí)做了更深切貼實(shí)的闡述。也使我認(rèn)識(shí)到，要想做為一名合格的模具設(shè)計(jì)人員，必須要有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)，并不斷學(xué)習(xí)新知識(shí)新技術(shù)，樹立終身學(xué)習(xí)的觀念，把理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中去，并堅(jiān)持科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)的精神，大膽創(chuàng)新，突破新技術(shù)，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的騰飛做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
致 謝
首先我衷心地感謝本人的導(dǎo)師韓艷艷老師，她仔細(xì)審閱了我設(shè)計(jì)的全部?jī)?nèi)容并對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容提出了許多寶貴的建設(shè)性建議，使我受益匪淺，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，特別是遇到困難時(shí)，給了我極大的鼓勵(lì)和幫助，在這里我向她表示真誠(chéng)的感謝！
感謝母?！幽蠙C(jī)電高等?？茖W(xué)校的辛勤培育之恩！感謝材料工程系給我提供的良好學(xué)習(xí)及實(shí)踐環(huán)境，使我學(xué)到了許多新的知識(shí)，掌握了一定的操作技能。
最后，我非常慶幸在三年的的學(xué)習(xí)、生活中認(rèn)識(shí)了很多可親可敬的老師和團(tuán)結(jié)友愛的同學(xué)，并感激師友的教誨和幫助！我殷切地希望我們模具專業(yè)能在全系師生的齊心協(xié)力下越辦越好！衷心祝愿我們的學(xué)校和我們所有的師生都能青春永駐！活力無(wú)限！步步登高！
參 考 文 獻(xiàn)
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