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河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文
摘 要
本設計主要完成了機床中心軸托架的彎曲工藝分析和彎曲模架的設計兩部分內容。
本套彎曲模具的設計流程包括彎曲件的工藝分析、工藝方案的確定、模具結構形式的選擇、必要的工藝計算、主要零部件的設計、壓力機型號的選擇，以及總裝圖及零件圖圖繪制。
沖裁模的部分工作零件都已經制定了行業(yè)標準或國家標準?？梢詫⑼鼓！⑼鼓９潭ò?、凹模塊等制成標準的結構尺寸，這樣可以進行統(tǒng)二備料，大大縮短加工周期，甚至也可以以商品的形式由專業(yè)廠生產提供。
在本次設計過程中，最難的、也是最重要的工作是計算型腔的結構尺寸。在設計時，確定出首次彎曲的凸凹模形狀尺寸具有突破性的意義，也是后續(xù)設計工作能夠順利進行的前提。其次，定位裝置的確定也是本次設計的難點和重點之一。開始一直不能確定應使用什么樣的方式定位，后來根據參考書利用導料板和擋料銷進行粗定位，并且導料板固定在凸模上。
關鍵詞：模架；凸模；凹模；沖裁力；壓力機
Abstract
This design main completed the central axis of bending machine bracket process analysis and bending formwork design two parts.
This set of bending die design process including process analysis, bending parts process scheme determination, the model structure forms of choice, the necessary process calculation, the main parts design, presses model choice, and assembly drawing and parts drawing Desmond tutu.
Punch die parts of all working parts has enacted a industry standard or national standards. The punch, can be the punch fixed board, concave module, the structure size made standards, so can undertake series two inventories, greatly shorten processing cycle, even to the goods by professional production provides the form.
In the design process, the hardest and most important work is calculated cavity structure size. In the design, identified the first bending concavo-convex model shape with breakthrough significance, size is the follow-up design work can smoothly premise. Secondly, the determination of positioning device is one of the difficult and important design. started hasn't been able to determine what kind of way should be used, then according to the reference positioning using pilot stripper plate and block material sales coarse location, and guide stripper plate fixed on a convex modules.
Keywords： formwork dies；the punch die cutting force press
目 錄
1前 言………………………………………………………………1
1.1 沖壓與冷沖模的概念、工序、分類及沖壓設備的選用…1
1.1.1.沖壓與冷沖模概念………………………………………1
1.1.2 沖壓工序的分類………………………………………2
1.1.3 沖模的分類……………………………………………3
1.1.4 沖壓設備及選用………………………………………4
1.2沖壓行業(yè)現狀與發(fā)張方向…………………………………6
1.2.1 沖壓業(yè)現狀……………………………………………6
1.2.2 沖壓行業(yè)發(fā)展趨勢……………………………………9
2 工藝分析…………………………………………………………11
2.1 沖壓工藝性分析……………………………………………12
2.2 確定工藝方案………………………………………………13
2.3 工藝方案的比較……………………………………………15
2.4毛坯展開尺寸計算…………………………………………16
2.5 彎外角的計算………………………………………………17
2.6 彎內角的計算………………………………………………20
2.7 凸凹模寬度尺寸的計算……………………………………21
2.8 排樣方案及其計算…………………………………………22
2.9 各工序沖壓力的計算和設備的選取………………………23
2.10 制定工藝卡片……………………………………………26
3 落料沖孔復合模設計……………………………………………28
3.1 沖裁力的計算………………………………………………28
3.2 初選壓力機…………………………………………………28
3.3 凸模與凹模刃口尺寸的計算………………………………29
3.3.1 沖孔……………………………………………………29
3.3.2 落料……………………………………………………30
3.4 模架設計……………………………………………………31
3.5 沖模閉合高度計算…………………………………………32
3.6 模柄…………………………………………………………33
3.7 壓力中心的計算……………………………………………33
3.8 彈簧和橡膠的選用計算和安裝……………………………34
3.8.1 高度計算………………………………………………34
3.8.2 受力計算………………………………………………35
3.9 定位裝置……………………………………………………36
4 第一次彎曲模設計………………………………………………38
4.1 模架設計………………………………………………………38
4.2 沖模閉合高度計算…………………………………………40
4.3 模柄…………………………………………………………42
4.4 壓力中心的計算……………………………………………42
4.5 凸凹模的結構設計…………………………………………42
4.6 卸料裝置……………………………………………………43
4.7 卸料彈簧的選擇和安裝……………………………………46
4.7.1 彈簧的選擇……………………………………………46
4.7.2 彈簧的安裝……………………………………………50
4.8 定位裝置……………………………………………………50
4.8.1 擋料銷的設計…………………………………………50
4.8.2 導正銷的設計…………………………………………51
4.8.3 墊板的設計……………………………………………54
4.8.4 螺釘和銷釘……………………………………………54
5 彎內角模具結構設計……………………………………………56
5.1 模架…………………………………………………………56
5.2 模柄…………………………………………………………57
5.3 凸凹模結構設計……………………………………………57
5.4 推件裝置……………………………………………………58
5.5 導正裝置……………………………………………………61
5.6 凹模固定板…………………………………………………62
5.7 螺釘和螺銷…………………………………………………62
6 最終沖孔模設計…………………………………………………64
6.1 沖裁力的計算………………………………………………64
6.2 初選壓力機…………………………………………………65
6.3 沖模間隙值的確定…………………………………………65
6.4 凸模與凹模刃口尺寸的計算………………………………65
6.5 模架設計……………………………………………………66
6.6 沖模閉合高度計算…………………………………………66
6.7 模柄…………………………………………………………67
6.8 彈簧和橡膠的選用計算和安裝……………………………68
6.9 定位裝置……………………………………………………68
6.9.1 導正銷的設計…………………………………………68
6.9.2 螺釘和銷釘……………………………………………70
7 總 結……………………………………………………………72
致 謝………………………………………………………………74
參考文獻……………………………………………………………75
79
1前 言
1.1 沖壓與冷沖模的概念、工序、分類及沖壓設備的選用
1.1.1 沖壓與冷沖模概念
沖壓是一種先進的材料（金屬或非金屬）加工方法，它是建立在材料塑性變形基礎上，利用模具和沖壓設備對板料進行加工，以獲得要求的零件形狀、尺寸及精度。
沖壓模具是指在沖壓加工中，將材料（金屬或非金屬）加工成零件（或半成品）的一種特殊工藝裝備，稱為沖壓模具，由于沖壓加工一般是在常溫下進行的，所以沖壓模具俗稱冷沖模。
沖壓加工在批量生產中得到了廣泛的應用，在現代工業(yè)生產中占有十分重要的地位，其特點如下：
⑴ 在生產過程中，應用了自動化的機械設備及多工位自動送料裝置，故生產效率高。
⑵ 在沖壓加工中，廢料比其他加工少，且廢料也可制成其他小零件，故材料的利用率高。
⑶ 在沖床的簡單沖擊下，可得到形狀復雜、強度高、精度高、一致性好的零件。
⑷ 隨生產量增大，零件的制造成本降低。
⑸ 縮短工時，節(jié)省勞力，操作簡單。
⑹壓力機的閉合高度是指滑塊在下止點，滑塊底面到工作臺上平面（即墊板下平面）之間的距離。壓力機的閉合高度可通過調節(jié)連桿長度在一定范圍內變化。當連桿調至最短（對偏心壓力機的行程應調到最?。瑝K底面到工作臺上平面之間的距離，為壓力機的最大閉合高度；當連桿調至最長（對偏心壓力機的行程應調到最大），滑塊處于下止點，滑塊底面到工作臺上平面之間的距離，為壓力機的最小閉合高度。
⑺ 沖壓加工所使用的模具是技術密集型產品，精度高、成本高（占產品成本的10﹪～30﹪）。所以只有生產批量大時，沖壓加工的優(yōu)點才能充分體現。
1.1.2 沖壓工序的分類
沖壓加工因制件的形狀、尺寸和精度的不同，所采用各工序也不同。根據材料的變形特點可將冷沖壓工序分為分離工序和成形工序兩類。
⑴ 分離工序是指板料在沖壓力作用下，變形部分的應力達到強度極限以后，使坯料發(fā)生斷裂而產生分離。分離工序包括落料、沖孔、剪切、切斷、切槽、切口、切邊等幾大類，這是以被加工材料的形態(tài)及受力狀態(tài)為劃分依據的。分離工序所加工的板料可以是平面的也可以是立體的，當然也可以加工型材、棒材、管材等。其所用的沖?？赏ǚQ為沖裁模。其中有代表性的為落料模、沖孔模、切邊模以及包含多道工序的復合模和連續(xù)模。
落料模通常用來在平板上封閉沖裁出所需的零件。
沖孔模通常用來在零件上封閉沖除多余的材料，得到所需要的孔。
切邊模通常用來在毛坯或零件上沖去多余的邊料。
其余分離工序包括有不同個數的沖裁面，均不封閉。
⑵ 成形工序是指坯料在沖壓力作用下，變形部分的應力達到屈服極限，但未超出抗拉強度極限，使板料產生塑性變形，成為具有一定形狀、尺寸與精度制件的加工工序。
廣義成形工序指利用永久變形的固態(tài)板料制成所需形狀和尺寸的制件加工。
廣義成形除包含狹義成形所包含的內容以外還包括其他壓力加工工序，如鍛造、軋制、鍛壓、擠壓等。
狹義成形是指保持作為毛坯的板料狀態(tài)而改變其外觀的加工。狹義成形通常包括拉深、脹形、翻邊、擴口、縮口等工序，彎曲也可以劃為成形的一種。
1.1.3 沖模的分類
沖壓模具是沖壓生產必不可少的工藝裝備，是技術密集型產品。沖壓件的質量、生產效率以及生產成本等，與模具設計和制造有直接關系。模具設計與制造技術水平的高低，是衡量一個國家產品制造水平高低的重要標志之一，在很大程度上決定著產品的質量、效益和新產品的開發(fā)能力。
沖壓模具的形式很多，一般可按以下幾個主要特征分類：
⑴ 根據工藝性質分類
① 沖裁模 沿封閉或敞開的輪廓線使材料產生分離的模具。如落料模、沖孔模、切斷模、切口模、切邊模、剖切模等。
② 彎曲模 使板料毛坯或其他坯料沿著直線（彎曲線）產生彎曲變形，從而獲得一定角度和形狀的工件模具。
③ 拉伸模 是把板坯制成開口空心件，或使空心件進一步改變形狀和尺寸的模具。
④ 成型模 是將毛坯或半成品工件按照凸、凹模的形狀直接復制成形，而材料本身僅產生局部塑性變形的模具。如脹形模、縮口模、擴口模、起伏成形模、翻邊模、整形模等。
⑵ 根據工序組合程度分類
① 單工序模 在壓力機的一次行程中，只完成一道沖壓工序的模具。
② 復合模 只有一個工位，在壓力機的一次行程中，在同一工位上同時完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具。
③ 級進模（也稱連續(xù)模） 在毛坯的送進方向上，具有兩個或更多的工位，在壓力機的一次行程中，在不同的工位上逐次完成兩道以上沖壓工序的模具。
1.1.4 沖壓設備及選用
⑴常用沖壓設備
沖壓設備屬鍛壓機械。常見冷沖壓設備有機械壓力機和液壓機。沖壓設備分類：①機械壓力機按驅動滑塊機構的種類可分為曲柄式和摩擦式；②按滑塊個數可分為單動、雙動和多動；③按床身結構形式可分為開式（C型床身）和閉式（II型床身）；④按自動化程度可分為普通壓力機和告訴壓力機等。而液壓機按工作介質可分為油壓機和水壓機。
⑵沖壓設備的選用
1） 壓力機類型的選擇
① 中、小型沖壓件 選用開式機械壓力機；
② 大、中型沖壓件 選用雙柱閉式機械壓力機；
③ 導板模或要求導套不離開導柱的模具 選用偏心壓力機；
④ 大量生產的沖壓件 選用高速壓力機或多工位自動壓力機；
⑤ 校平、整形和高溫擠壓工序 選用摩擦壓力機；
⑥ 薄板沖裁、精密沖裁 選用剛度高的精密壓力機；
⑦ 大型、形狀復雜的拉深件 選用雙動或三動壓力機；
⑧ 小批量生產中的大型厚板件的成形工序 多采用液壓壓力機。
2）壓力機規(guī)格的選擇
① 公稱壓力
壓力機滑塊下滑過程中的沖擊力就是壓力機的壓力。壓力的大小隨滑塊下滑的位置不同，也就是隨曲柄旋轉的角度不同而不同。
② 滑塊行程長度
滑塊行程長度是指曲柄旋轉一周滑塊所移動的距離，其值為曲柄半徑的兩倍。選擇壓力機時，滑塊行程長度應保證毛坯能順利地放入模具和沖壓件夢順利地從模具中取出。特別是成形拉深件和彎曲件應使滑塊行程長度大于制件高度的2.5～3.0倍。
③ 行程次數
行程次數即滑塊每分鐘沖擊次數。應根據材料的變形要求和生產率來考慮。
④ 工作臺面尺寸
工作臺面長、寬尺寸應大于模具下模座尺寸，并每邊留出60～100㎜，以便于安裝固定模具用的螺栓、墊鐵和壓板。當制件或廢料需下落時，工作臺面孔尺寸必須大于下落件尺寸。對有彈頂裝置的模具，工作臺面孔尺寸還應大于下彈頂裝置的外形尺寸。
⑤ 滑塊模柄孔尺寸
模柄孔直徑要與模柄直徑相符，模柄孔的深度應大于模柄的長度。
⑥ 閉合高度
壓力機的閉合高度是指滑塊在下止點，滑塊底面到工作臺上平面（即墊板下平面）之間的距離。壓力機的閉合高度可通過調節(jié)連桿長度在一定范圍內變化。當連桿調至最短（對偏心壓力機的行程應調到最?。?，滑塊底面到工作臺上平面之間的距離，為壓力機的最大閉合高度；當連桿調至最長（對偏心壓力機的行程應調到最大），滑塊處于下止點，滑塊底面到工作臺上平面之間的距離，為壓力機的最小閉合高度。
⑦ 電動機功率的選擇
必須保證壓力機的電動功率大于沖壓時所需要的功率。
1.2沖壓行業(yè)現狀與發(fā)張方向
1.2.1 沖壓業(yè)現狀
⑴ 沖壓行業(yè)場頻結構的現狀
按照中國模具工業(yè)協(xié)會的劃分，我國模具基本分為10大類，其中，沖壓模具占主要部分。按產值計算，目前我國沖壓模占50﹪左右。
我國沖模大多為簡單模、單工序模和復合模等，精沖模、精密多工位級進模還為數不多，模具平均壽命不足100萬次，模具最高壽命可達到1億次以上，精度達到3～5，有50個以上的級進工位，與國際上最高模具壽命6億次，平均模具壽命5000萬次，精度達到2～3相比，處于20世紀80年代中期國際先進水平。
⑵ 沖壓行業(yè)技術結構現狀及國內外沖模CAD/CAM發(fā)展現狀
目前，我國沖壓模具工業(yè)技術水平參差不齊，分布差異性較大。從總體上來講，與發(fā)達工業(yè)國家先進水平相比，還有較大的差距。在采用CAD/CAM/CAE/CAPP等技術設計與制造模具方面，無是應用的廣泛性，還是技術水平上都存在很大的差距。
沖模CAD/CAM系統(tǒng)的發(fā)展是隨著CAD/CAM技術以及現代設計理論與方法的發(fā)展而不斷發(fā)展的，從最初以二維圖形技術為基礎的系統(tǒng)發(fā)展到了目前的以三維圖形技術及特征構形為主要特點的階段。
① 國外沖模CAD/CAM的發(fā)展概況
國外于20世紀60年代末開始模具CAD/CAM研究，20世紀70年代已投入生產使用。如美國的公司于1973年研制成功計算機輔助設計級進模的PDDC系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括產品圖形于材料特性的輸入；在輸入的基礎上，再進行模具結構類型選擇、凹模排樣、凸模和其他嵌件設計，最后繪制模具總裝圖和零件圖及NC編程。
汽車覆蓋件模具CAD/CAM的研究在世界各大汽車公司均取得成效。其中日本豐田汽車公司于1965年將數控技術用于模具加工，1980年開始采用模具CAD/CAM系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括NTDFE和CADEETT兩個設計軟件及加工凸凹模的TINCA軟件，可完成車身外形設計、車身結構設計、沖模CAD、主模型及沖模加工、夾具加工等。沖模CAD主要應用三維幾何構形與圖形變換的功能，其中有關工藝成型性能的評價，應用有限元分析方法和幾何模擬方法。該系統(tǒng)投入使用后。可使覆蓋件成型模的設計與加工時間縮短50%。
美國通用汽車公司、福特汽車公司和英國PSF公司均已建立覆蓋件拉延成型模CAD/CAM系統(tǒng)，特別是福特汽車公司在覆蓋件塑性成形方面取得很大成就，應用大應變彈塑性有限元方法，模擬覆蓋件的成型過程，預測其中的應力、應變分布，失穩(wěn)破裂及回彈的計算等。
② 國內沖模CAD發(fā)展概況
由于我國計算機技術發(fā)展較晚，于20世紀80年代才開始模具CAD/CAM的研究。到目前為止，先后通過國家有關部門鑒定的有：1984年華中科技大學建成的精沖模CAD/CAM系統(tǒng)，1985年機電研究院建成的沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)。1986華中科技大學、上海交通大學建成的沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)，隨后相繼又有西安交通大學、華中科技大學、上海交通大學等開展了拉延模、彎曲級進模CAD/CAM以及精沖級進模CAD/CAM的研究。
從20世紀90年代中期開始，華中科技大學模具技術國家重點實驗室在深入分析級進模設計特點的基礎上，將基于特征的特征的設計方法應用于級進模CAD/CAM系統(tǒng)的開發(fā)上，于1999年在Auto CAD軟件平臺上建成了基于基于特征的級進模CAD/CAM集成系統(tǒng)（HMJC系統(tǒng)）。系統(tǒng)共分：鈑金零件的特征造型，基于特征的沖壓工藝設計（條料排樣），模具結構及零件設計，級進模標準設件和典型結構建庫工具，線切割自動編程共5大模塊。其中，鈑金零件的特征造型模塊主要用于將鈑金零件的產品信息輸入計算機，建立鈑金零件的特征模型，為后續(xù)的工藝及模塊結構設計提供信息?；谔卣鞯臎_壓工藝設計模塊可實現鈑金零件自動展開、毛坯排樣及沖壓工序設計、工位布置、工藝參數設計等。由于在沖壓工藝設計時需考慮眾多因素，所以該模塊提供進行交互設計的各種操作命令，以便用戶快速確定設計結果。模具結構及零件設計模塊則為用戶提供設計模具總裝結構及模具零件的相關功能，使用戶可方便的設計出級進模，并輸出符合用戶要求的總裝圖與模具零件圖。級進模標準件和典型結構建庫工具用于建立用戶的標準件庫和典型結構庫，它面向用戶開放，可按需要進行添加刪除和修改。
缺乏技術素質較高的沖壓模具設計、制造工藝技術人員和技術工人，尤其缺乏知識面寬、知識結構層次高的復合型人才。中國模具行業(yè)中的技術人員，只占從業(yè)人員的8﹪～12﹪。此外，技術人員和技術工人知識老化，知識結構不能適應現在的需要。
1.2.2 沖壓行業(yè)發(fā)展趨勢
隨著工業(yè)產品質量的不斷提高，沖壓產品生產證呈現多品種、少批量、復雜、大型、精密、更新換代速度快的變化特點，沖壓模具證向高效、精密、長壽命、大型化方面發(fā)展。為適應市場變化，隨著計算機技術和制造技術的迅速發(fā)展，沖壓模具設計與制造技術正從手工設計、依靠人工經驗和常規(guī)機械加工技術向以計算機輔助世紀（CAD）、數控切削加工、數控電加工為核心的計算機輔助設計與制造（CAD/CAM）技術轉變。它包括：
⑴ 模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三維化、智能化和網絡化方向發(fā)展
① 模具軟件集成化
② 模具設計、分析及制造的三維化
③ 模具軟件應用的網絡化趨勢
⑵ 模具檢測、加工設備向精密、高效和多功能方向發(fā)展
① 模具檢測設備日益精密、高效
② 數控電火花加工機床
③ 高速銑削加工（HSM）
⑵ 快速經濟制模技術
① 快速原型制造技術（RPM）
② 表面成形制模技術
③ 澆鑄成形制模技術
④ 冷擠壓及超塑成型制模技術
⑤ 無模多點成形技術
⑥ KEVRON鋼帶沖裁制造技術
⑦ 模具毛坯快速制造技術
⑧ 其他方面技術
2 工藝分析
加工工藝的確定需要考慮多種因素，最重要的是要兼顧質量與效率。下面將對托架的加工工藝選擇做詳細闡述。
圖2-1所示為在機械產品中使用較廣泛的芯軸托架，采用沖壓生產。該零件中心孔中裝有芯軸，該零件使用材料為08冷軋鋼板，料厚1.5，工件表面不允許有嚴重劃痕，孔不允許變形。
圖2-1 工件圖
2.1 沖壓工藝性分析
該工件上的φ10孔內裝有心軸，且孔的邊與彎曲中心的距離為6大于1.0t（1.5），彎曲時不會引起孔變形，因此φ10孔可以在壓彎前沖出，沖出的φ10孔可以做后續(xù)工序定位孔用。托架上45的孔是與機身聯接的緊固孔，為了保證裝配要求，對5個孔提出了精度要求（IT9）,要求孔不能有變形，而45孔的邊緣與彎曲中心距離為1.5，等于1.5t，彎曲時容易發(fā)生孔變形，故應在彎曲后沖出。
本設計只考慮工件的彎曲。彎曲件的工藝性主要考慮以下幾個方面。
（1） 彎曲半徑
彎曲件的彎曲半徑不宜過大和過小。過大因受回彈的影響，彎曲件的精度不宜保證；過小時會產生拉裂。彎曲半徑應大于材料的許可最小半徑，否則應采用多次彎曲并增加中間退火的的工藝，或者是先在彎曲角內側壓槽后再進行彎曲。
（2）直邊高度
保證彎曲件直邊平直的直邊高度H不應小于2t(t為彎曲件厚度)，否則需先壓槽或加高直邊（彎曲后再切掉），如圖2-2所示。
（3） 孔邊距
如果彎曲毛坯上有預先沖制的孔，為使孔不發(fā)生變化，必需使孔置于變形區(qū)之外，即孔邊距L（圖2-3）應符合以下關系。
當彎曲件厚度t<2時，L≥t；t≥2時，L≥2t。
圖2-2 彎曲直邊高度要求 圖2-3 孔邊距
圖中工件兩邊的孔邊距為11（>1.5）,中心孔φ10孔邊距為6（>1.5）,均滿足要求。
（4）形狀與尺寸的對成性
彎曲件的形狀與尺寸應盡可能對稱，高度也不應相差太大。當沖壓不對稱彎曲件時，因受力不均勻，毛坯容易偏移，尺寸不易保證。為防止毛坯的偏移，在設計模具時應考慮增設壓料板、定位銷等定位零件。如圖2-1所示，本次設計的工件形狀完全對稱。
（5）部分邊緣彎曲
當局部彎曲某一段邊緣時，為了防止在交界處由于應力集中而產生斷裂，可預先沖裁卸荷孔或切槽，也可以將彎曲線移動一段距離，以遠離尺寸突變處。
2.2 確定工藝方案
根據給出的工件結構進行詳細分析得出：沖壓該零件所需的基本孔為沖孔、落料及彎曲，其彎曲工藝方案有三種，因此，沖壓工藝方案可以有以下幾種。
方案一：首先為沖孔（φ10）和落料的復合，然后為彎曲外部兩角并使中間預彎45°，然后彎曲中間兩角，最后沖4個孔（φ5），彎曲部分如圖2-4所示。
方案二：首先為沖孔（φ10）和落料的復合（同方案一），然后彎外部兩角，然后壓彎中間兩角，最后沖4個孔（φ5，同方案一），如圖2--5所示。
圖2-4 方案一工件變形路線圖 圖2-5 方案二工件變形路線圖
方案三：首先沖孔（φ10）和落料的復合（同方案一）直接壓彎四角，最后沖4個孔（φ5，同方案一）如圖2-6所示
圖2-6 方案三工件變形路線圖
方案四：沖孔（φ10），切斷，彎外角，再彎內角，最后沖4個φ5孔（同方案一）。
方案五：沖孔（φ10），切斷，彎四角，沖4個φ5孔（同方案一）
方案六：全部工序合并，采用帶料級進沖壓成形。
2.3 工藝方案的比較
綜合運用彎曲模成型原理和模具設計技術對上述六個方案進行比較，可以得出如下結論。
⑴ 方案一的優(yōu)點是：模具結構簡單，壽命長，模具的制造周期短；工件的回彈容易控制，尺寸和形狀準確，表面質量高；除工序一外，各工序都能用φ10mm孔和一個側面定位，定位基準一致且與設計基準重合，操作也比較方便。缺點是：工序分散，所用模具、壓力機和操作人員較多，工作量較大。
⑵ 方案二和方案一相比，零件的回彈難以控制，尺寸和形狀不明確，且同樣存在工序分散、勞動量大、占用設備的缺點。
⑶ 方案三的工序比較集中，占用設備和人員少，但是模具壽命低，工件表面有劃傷，厚度變薄，回彈不易控制，尺寸的控制不夠精確。
⑷ 方案四的成形過程本質與方案三相似。
⑸ 方案五本質上業(yè)也與方案三相同，只是采用了結構比較復雜的級進復合模。
⑹ 方案六的特點是采用高度集中的連續(xù)模完成方案一中分散的各工序。其生產率很高，但模具結構復雜，安裝、調試、維修比較困難，制造周期長。
通過比較可以得出，當進行小批量生產時宜選擇方案一。但是進行大量生產時應采用方案六，即級進模生產的方式。本次設計針對單件、小批量生產，故綜合各種因素，采用方案一。
2.4毛坯展開尺寸計算
首先根據工件結構圖進行毛坯展開尺寸的計算，工件尺寸如圖2-7所示
由參考文獻[1]式（4-23）可得
式中 L-----彎曲件毛坯總長度，;
-----各段直線部分長度，;
-----各段圓弧部分彎曲中心角，（°） ;
-----各段圓弧部分彎曲半徑，;
-----各段圓弧部分中性層位移系數。
有參考文獻[1]中表4-6可知
x=0.3
故
考慮到彎曲時板料纖維的伸長，實際毛坯取L=103。
圖2-7 工件尺寸
2.5 彎外角的計算
按照工藝方案一，首先應彎兩45°外角，故對其進行工藝計算。
凸模圓角半徑：,大于其最小圓角半徑，則。
由參考文獻[1]圓角半徑選用原則可知，t=1.5<2時，
故取
彎曲件凹模深度L0的計算如圖2-8所示
凹模深度L0要適當。若L0過小，則彎曲件兩端的自由部分長，回彈大且不平直；如果L0過大，則凹模用料過多，且需要較大行程的沖床。因此，L0的大小要根據彎曲件的要求確定。如彎曲件直邊的平直度要求高且沖床行程足夠大時，可采用較大的凹模深度。彎曲時，彎曲件全部被壓入凹模中。
圖2-8 首次彎曲尺寸
通過粗略的幾何計算可得
考慮到下一次彎曲會是工件變薄伸長，故取21。
此時由于內角的彎曲角度不大，故凸凹模的圓角半徑粗略設為r凸=10mm，
。
如果彎曲零件的角度不等于90°時，凸凹模的尺寸差值與角度有一正切關系，其尺寸為
式中 -----正切差值，
。
此處，=0.621。
此x對以后的凸凹模建模有用。
由于V形零件彎曲時，凸模與凹模之間的間隙是靠調整壓力機的閉合高
度來控制的，因此不需要在設計制造模具時確定間隙。
圖2-9 彎外角計算示意圖
2.6 彎內角的計算
與彎角的工藝分析計算相同，彎內角的工藝計算如下：
大于其最小圓角半徑，則。
由參考文獻[1]凸凹模的圓角半徑選取規(guī)則，t=1.5<2時，
故取
由參考文獻[1]表4-15可知，凹模深度。
由參考文獻[1]關于V形和U形彎曲凸凹模間隙論述知：于V形件彎曲時，凹凸模的間隙是靠調整壓力機的閉合高度來控制的。但在模具設計中，必須考慮到模具閉合時使模具工作部分與工件能緊密貼合，以保證彎曲質量。
對于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，工件的形狀和尺寸誤差增大。間隙過小會加大彎曲力，使工件厚度減薄，增加摩擦，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算：
式中 --------------彎曲件凸、凹模單邊間隙；
---------工件材料厚度；
--------材料厚度的正偏差；
---------間隙系數，可查參考文獻[1]表4-16。=1.5，設材料厚度無偏差，則=0，=0.05，可知
2.7 凸凹模寬度尺寸的計算
一般原則是：工件標注外形尺寸是，模具以凹模為基準件，間隙取在凸模上。反之，工件標注內形尺寸是，模具以凸模為基準件，間隙取在凹模上。
⑴ 落料件尺寸的基本計算公式為
尺寸106，可查得凸、凹模最小間隙=0.246，最大間隙=0.360，凸模制造公差，凹模制造公差。將以上各值代入≤校驗是否成立，經校驗，不等式成立，所以可按上式計算工作零件刃口尺寸。
即
⑵ 沖孔基本公式為
式中 -----彎曲件寬度的最小尺寸；
-----凸模寬度；
-----凹模寬度；
-----彎曲件寬的尺寸公差；
δ-----凸凹模制造公差，按IT6～IT8級公差選取。
查參考文獻[8]制造公差表，GB/T 1804, =0.21。
查參考文獻[8]標準公差IT值表，選取凸凹模的制造偏差IT8，則δ=0.033，有
2.8 排樣方案及其計算
為了保證零件的精確，條料的強度和剛度便于手工送料，采用單排有廢料排樣，據參考文獻[1]表3-9
選用無側壓裝置 表查得 =1.5㎜ =0.5㎜ =0.5
條料寬度：
式中 ------條料寬度方向沖裁件的最大尺寸；
-----側搭邊值，見參考文獻[1]表3-9；
-----條料寬度的單向（負向）偏差，見參考文獻[1]表3-10；
-----導料板與最寬條料之間的間隙，見參考文獻[1]表3-12。
步距：
選擇板料規(guī)格為：900mm1800
先將板料剪切成17張900105.88的條料，再利用此條料進行沖裁，通過公式
可計算出此條料可沖裁的工件數n1=28.82個，即可沖裁28個工件。
則在整個板料上可沖裁的工件為
材料的利用率為
可見此種排法的材料利用率很高，方案可行。
2.9 各工序沖壓力的計算和設備的選取
由于本設計著重彎曲的設計計算，故對落料和沖孔工序以及沖4個φ5mm孔的工序不作討論，只討論兩個彎曲工序。
⑴ 彎45°角
最大自由彎曲力為
式中 -----沖壓行程結束時，不經受校正時的自由彎曲力，；
-----與彎曲形式有關的系數，對于V形件C取0.6，對于U形件C取0.7；
-----彎曲件的寬度，；
-----內圓彎曲半徑（等于凸模圓角半徑），；
-----彎曲件的厚度，；
-----材料強度極限，；
-----安全系數，一般取1.3。
其中，08鋼，=300，C取0.6，=1.3，=30，=1.5，=1.5，則
校正力計算公式為
式中 -----校正力，；
-----單位面積上的校正力，，其值見參考文獻[1]表4-9；
------彎曲件被校正部分的投影面積，。
其中:
取=90，
則
頂件力的計算公式為
系數取為0.5，則
根據和得。
查參考文獻[3]開式可傾工作臺壓力機主要參數表6-2，選用壓力機型號為JH23-25，其標稱壓力250。
⑵ 彎內角
最大自由彎曲力計算公式為
其中，取0.7, =1.3,
=30,=1.5,=1.5,=300
則
校正力的公式為
其中
取=90，
則
頂件力的計算公式為
系數取為0.5，則
根據和得。
查參考文獻[3]開式可傾工作臺壓力機主要參數表6-2，選用壓力機型號為J23-16F，其標稱壓力160。
2.10 制定工藝卡片
圖2-10 工藝卡片
3 落料沖孔復合模設計
3.1 沖裁力的計算
沖裁力是沖裁過程中凸模對板料施加的壓力，它是隨凸模進入材料的深度（凸模行程）而變化的，通常說的沖裁力是指沖裁力的最大值，它是選用壓力機和設計模具的重要依據之一。
由參考文獻[1]可知，用平刃口模具沖裁時，沖裁作為純剪切進行計算，其沖裁力F為
式中 -----沖裁力，；
-----系數，一般取1.3；
-----沖裁周邊長度，；
-----材料厚度，；
-----材料抗剪強度，。
卸料力
推件力
式中 -----中心孔直徑，；
-----零件長，；
-----零件寬，；
-----沖裁力，；
、-----卸料力、推件力系數；
-----同時卡在凹模內的沖裁件（或廢料）數。
查參考文獻[1]表3-14得，=0.05，=0.55, =1
采用彈性卸料裝置和下出料方式的沖裁模時
3.2 初選壓力機
查參考文獻[3]表6-2選用開式雙柱可傾壓力機，初選壓力機型號規(guī)格為JH23-25，其標稱壓力為250。
3.3 凸模與凹模刃口尺寸的計算
凸凹模刃口尺寸的計算可選用分開加工的計算方法。
3.3.1 沖孔
該工序屬于無特殊要求的一般沖孔件，查參考文獻[1]表3-3得
=0.04, =0.06
則
由公差查得 Φ5+0.030 取磨損系數=0.75.
設凸凹模分別按IT6和IT7級加工制造，則
凸模尺寸
凹模尺寸
其中Δ為工件公差。
校核
式中 ，-----沖孔凸、凹模基本尺寸，；
-----凸、凹模最小初始雙面間隙，；
，-----凸、凹模制造公差。
滿足間隙公差條件。
3.3.2 落料
該工序尺寸的計算，落料模應先確定凹模刃口尺寸，其基本尺寸接近或等于工件輪廓的最小極限尺寸再減小凸模刃口尺寸以保證最小合理間隙。查參考文獻[1]表3-3得
=0.04, =0.06
則
有公差查得為IT14級為IT14級 取 x=0.75
凸模尺寸
凹模尺寸
凸模尺寸
凹模尺寸
式中 ， -----落料凸、凹?；境叽?，；
-----落料件最大極限尺寸，；
-----凸、凹模最小初始雙面間隙，；
-----磨損系數。
3.4 模架設計
根據以模架包括上模座 下模座 導柱和導套，因為凸凹模及其固定板和墊板，是通過螺釘、銷釘等與上模座 下模座連接在一起的，模架是模具和壓力機的連接件。所以模架具有重要作用。因此，對于精度要求較高 生產量大的沖壓件，必須使用帶有帶有模架的模具。重要的模具如復合模，連續(xù)模沖裁模等都必須樹勇模架。成形模則要根據制件精度，模具間隙大小，壓力機導向精度等情況考慮是否需要模架。
選擇模架尺寸時要根據凹模的輪廓尺寸考慮，在長度、寬度上都應該比凹模大30-40，模板厚度一般等于凹模厚度的1.5倍。選擇模架時還要注意到模架與壓力機的安裝關系。沖壓機模具的閉合高度應大于壓力機的最小裝模高度，小于壓力機得最大裝模高。通常小型沖模常采用后側式 對角式或者對稱式的導柱型模具。四角模架主要使用于精度要求高的沖壓和大型沖壓件。
根據以上原則選用后側式導柱模架
上原則選用后側式導柱模架
查參考文獻[2]表22.4-3續(xù)
模架尺寸：L=250，B=125 ，H=190～225
Ⅰ級精度的后側導柱模架型號為: 模架250×100×﹙190～235） GB／T 2851.3
后側導柱上模座型號為： 250×125×45 GB/T2855.5
后側導柱下模座型號為： 250×125×55 GB/T2855.6
導套型號為： 25×90×38 GB／T2861.6
導柱型號為： 25×180 A25h5×180 GB／T2861.1
3.5 沖模閉合高度計算
沖模的閉合高度，是指沖模處于閉合狀態(tài)（工作行程最低點）時，上模板的上平面至下模板的下平面的高度。
沖模設計時，必需使沖模的閉合高度和壓力機的閉合高度相適應，通常應滿足
式中 -----壓力機的最大閉合高 度，；
-----壓力機的最小閉合高 度，；
-----沖模的閉合高度，。
在沖模結構中，計算沖模的閉合高度時，要區(qū)分兩類不同的沖模：
對于沖裁累沖?！恍枰紤]沖裁料厚（與料厚無關），但要考慮刃口進入量。
式中 -----沖模的閉合厚度；
-----制件的料厚；
——下模板的厚度；
——上模板的厚度；
——凸模的高度；
——凹模的高度。
由前面所選的壓力機的規(guī)格為JH23-25，標稱壓力250。由參考文獻[3]開式可傾工作臺壓力機主要參數表可知，壓力機的最大閉合高度=220最小閉合高度=160
所選沖模閉合高度H=210，在190～225范圍之內，滿足
3.6 模柄
模柄對于中小型模具用于固定上模，沖模的上模則通過柄安裝在沖壓滑塊上。常用的有：壓入式模柄， 旋入式模柄，螺釘固定式模柄等，模柄一般用Q235-A或45鋼制成。直徑大小必須根據選定壓力機孔直徑大小相應確定。
本次設計采用標準的壓入式模柄，因壓力機為JH23-25 查參考文獻[2]表22.5-24，選取模柄尺寸Φ32×88 GB／T7346.1-1994
3.7 壓力中心的計算
沖壓力的合力的作用點稱為沖模的壓力中心。沖模的壓力中心應與壓力機滑塊中心重合，否則會產生偏斜，導致模具和壓力機急劇磨損。
對于簡單形狀沖裁及形狀簡單而對稱的工件如圓形 正多邊形 矩形等。其沖裁時的壓力中心，即工件的幾何中心?，F在設計的工件為對稱形式，壓力中心就在Φ10上。故不需考慮不規(guī)則形狀沖裁的壓力中心的求法，確定了壓力中心之后，在進行模具的裝配時，必須使用模柄和壓力中心在一條直線上，這樣才不會產生彎矩，使模具磨損。
3.8 彈簧和橡膠的選用計算和安裝
卸料用彈性元件有彈簧、橡膠及氣墊，他們的壓力特性不相同，要根據需要選用。
彈簧壓力隨行程增加而增加，呈一定線性增長。橡膠的壓力和行程呈曲線式增長，氣墊的壓力在行程中基本不變，所以采用氣墊最為理想。但目前國內小型壓力機中安裝氣墊的較少，常采用的彈性元件仍是彈簧和橡膠。
與彈簧相比，橡膠的剛度要大些，因此對要求卸料力較大、行程較小的模具，選擇橡膠較好；反之則選擇彈簧。
通過分析對比，本設計中選擇橡膠作為彈性元件。
沖模上采用橡膠作彈性元件時，需對橡膠的高度和受力狀況進行計算。
3.8.1 高度計算
橡膠的高度按下式計算：
式中 -----橡膠高度，；
-----工作行程，或橡膠在工作時的壓縮比，；
-----橡膠預壓量，%；
-----工作行程末的橡膠壓縮量，%。
對于普通橡膠，可取=10%～15%，45%。對于聚氨酯橡膠，=5%～10%，=10%～35%。硬度越高，和都應減小。
按上式計算出的橡膠高度，還需按下式復核：
式中 -----橡膠外徑，。
如過小，可適當放大，若過大，可將橡膠墊分成數塊，以免失穩(wěn)彎曲。
3.8.2 受力計算
橡膠受壓時應力和應變的關系，可用彈性模量來表示，即
或
式中 -----彈性模量，；
-----壓力，；
-----承壓面積，；
-----壓縮應變，%。
橡膠的彈性模量，是隨材料牌號、應變量和形狀系數K而變化的。
形狀系數是橡膠承壓面積與自由膨脹表面積的比值，計算見參考文獻[4]表2-18。
對于聚氨酯橡膠，在壓縮比應變15%～20%時，彈性模量E可從參考文獻[4]表2-26查的。當應變增大時，彈性模量E須乘以參考文獻[4]圖2-27所示的系數C。
本次設計選用橡膠。
3.9 定位裝置
為了限定被沖材料的進給步距，并準確地將工件安放在沖模上設定位置，保證下一步工序的順利進行，必須采用各種形式的定位裝置。沖模適用的定位零件有導料銷、導料板、擋料板 、定位板、導向銷、定距側刃和側壓裝置等。
。
在冷沖模各種零件之間，尤其是上下模各類零件與模座的結合部分，多采用螺釘緊固定位，在螺釘的選用中多采用內六角螺釘，也有時用外方角螺釘。對于一些輔助件的緊固也有用于開口螺釘沉頭螺釘等。銷釘均選用圓柱銷，具體在模具中選用的螺釘、銷釘的規(guī)格數量可參考國標中冷沖模典型組合。螺釘是用來緊固模具零件的，主要承受拉應力，其尺寸及數量一般根據經驗確定，小型、中型模具采用M6、 M8、M12，大型模具可選M12、M16等。沖模中圓柱銷起定位作用，圓柱銷一般承受錯移力，一般圓柱銷用兩個以上，布置時一般離模具較遠，對中小型模具一般選用d=6、8、12由參考文獻[6]得
上模座與固定板，使用圓柱頭內六角螺釘，螺釘 GB／T70.1-2000 材料45鋼 M4×25
參數 p=1.5 b=32 =15.73 k=9.642 t=5 s=8.175 e=9.15 r=0.4
下模座和凹模連接螺釘為 螺釘 GB／T 70.1—2000 材料45鋼 M8×45 參數同M4×25
上模座與墊板、凸模固定塊及凹模的連接螺釘為 GB/T70.1-2000 M6×50 參數同上
上模座圓柱銷為 銷 GB／T 119.1-2000 材料Q235 6m6×60
卸料板和下模座連接的卸料螺釘選 GB／T 5281-1985 材料45鋼 M6.5×40
參數 p=0.7 b=20 =7 k=4 t=2 s=3.08 e=344 r=0.2
4 第一次彎曲模設計
按照加工工藝的的流程，首先彎外角，因此需要設計相應的彎外角模具。本節(jié)將對彎外角模具的結構設計進行詳細闡述。
4.1 模架設計
模架包括上模座、下模座、導柱和導套。
因為凸凹模及其固定板和墊板，是通過螺釘、銷釘等與上模座、下模座連接在一起的，模架是模具和壓力機的連接件，所以，模架具有重要的作用。
因此，對于精度要求較高、生產量大的沖壓件，必須使用帶有模架的模具。重要的模具，如復合模、連續(xù)模、沖裁模等都必須使用模架。成型模則要根據制件精度、模具間隙大小、壓力機導向精度等情況考慮是否需要模架。
選擇模架尺寸時要根據凹模的輪廓尺寸考慮，在長度、寬度上都應該比凹模大30～40，模板厚度一般等于凹模厚度的1～1.5倍。選擇模架時還要注意到模架與壓力機的安裝關系。沖壓模具的閉合高度應大于壓力機的最小裝模高度，小于壓力機的最大裝模高度。通常小型沖模常采用后側式、對角式或對稱式的導柱型模架。四角導柱式模架主要用于精度要求較高的沖壓件和大型沖壓件。
根據以上原則，選用后側式導柱模架，如圖4-1所示。
圖4-1 模架示意圖
1-上模座；2-下模座；3-導柱；4-導套。
查參考文獻[2]續(xù)表22.4-3
凹模尺寸：L=160，B=100，高度H=190～225。
Ⅰ級精度的后側導柱模架型號為 模架160100（190～225） GB/H2851.3
后側導柱上模座型號為：16010040 GB/T2855.5
后側導柱下模座型號為：16010050 GB/T2855.6
導套型號為： 259038 GB/T2861.6
導柱型號為： 25180 GB/T2861.1
4.2 沖模閉合高度計算
沖模的閉合高度，是指沖模處于閉合狀態(tài)（工作行程最低點）時，上模板的上平面至下模板的下平面的高度。
沖模設計時，必需使沖模的閉合高度和壓力機的閉合高度相適應，通常應滿足
式中 -