弯角冲压模具设计方案.docx
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弯角冲压模具设计方案
弯角冲压模具设计
一．冲压工艺性分析及结论
零件件图如图所示，零件名称：
弯角，材料：
Q235，料厚：
2mm,生产批量：
大批量
零件图
1.尺寸精度
其外形公差无要求，其中φ3.2的两个孔有位置公差要求，为10±0.1，孔径无公差要求，精度很容易达到。
2.材料方面
材料为Q235，普通碳素结构钢，具有较好的冲裁成型性能。
3.结构方面
结构对称，较为简单。
其弯曲间内侧圆角半径为R1，相对弯曲半镜R/T=0.5，且弯曲角为90度，选取Q235退火或正火的钢板，沿垂直纤维方向上，可一次弯曲成形。
三个孔的孔边与弯曲直边L3.2=2.4mm≥R+0.5t=2mm，L4=1.5≤R+0.5t=2mm，因此φ4孔应在弯曲之后冲；三个孔的孔边距C3.2=1.4≤2t=4mm,C4=0.7≤2t=4mm,如果先冲孔的话，由于孔边距过小，工件易变形，工件质量不能保证。
二．工艺方案的分析比较和确认
经冲压工艺性分析，该工件所需的基本工序有落料、冲孔、弯曲等三个基本工序。
安顺序组合有以下几种方案：
方案一：
落料与冲孔φ3.2复合模冲压——弯曲单工序模冲压——冲φ4孔。
冲压件的尺寸精度高，且生产效率高。
但由于落料与冲孔复合，使模壁较薄，模具易损坏。
且由于孔边距较小，工件弯曲后，易变形，不能保证质量。
方案二：
落料与冲φ3.2孔级进模冲压——弯曲单工序模冲压——冲φ4孔
模具结构复杂，但生产率高，克服了模壁厚度不足而引起模具强度不足的问题。
精度没有方案一好，且也由于孔边距较小，工件易变形，质量不能保证
方案三：
冲φ3.2落料弯曲冲φ4孔级进模。
模具相较于上两种方案，较简单，生产率高，且易保证工件的尺寸和外形精度。
且因为φ4孔必须在弯曲之后进行，所有相对比较麻烦，用级进模可以将φ4孔的平面放于工作台上一次成型，即提高了生产效率，又提高了工件的尺寸精度和定位精度。
综上所述，为保证各项技术要求，选用方案三：
冲φ3.2落料弯曲冲φ4孔级进模
三．模具类型与结构分析
根据以上分析，该工件采用了冲孔、弯曲、落料的级进模。
其中弯曲为L型。
模架采用四角导柱模架，卸料方式为弹性卸料，橡胶为弹性元件，采用聚氨酯，用导料板进行导料，导正销进行精定位。
废料直接从漏料孔里漏出即可。
四．排样图设计及材料利用率计算
根据毛坯长度等于应变中性层长度，弯曲圆弧的长度l=2.32。
因此毛坯展开长度：
L=7+（8.2-2-1）+2.32=14.52mm。
搭边值：
根据表2-9矩形件取a=2，b=2.2。
坯料展开图
排样图
条料宽度B=2Dmax+2+4.4=35.44mm
步距S=22
材料利用率η=A/BS×100%=2（16×7+8×3.2+2×3+3.14×3×3/2）/（35.44×22）×100%≈41%
五．冲压力的计算与压力中心的确定
1.冲压力的计算
查表1-3得，取Q235的抗拉强度δb=400Mpa。
1.1冲4个孔φ3.2和2个导正孔φ3.2
F孔3.2=6Ltδb=6×3.14×3.2×2×400=48230.4N
1.2冲异形框
F异=Ltδb=122.56×2×400=98048N
1.3切边
F切边=Ltδb=32×2×400=25600N
1.3弯曲两个直边
自由弯曲力F弯=2×0.6kbt×tδb/（r+t）=3328N
1.4冲两个孔φ4
F孔4=2Ltδb=2×3.14×4×2×400=20096N
1.5落料两个零件
F落=2Ltδb=2×15.94×2×400=25504N
该模具采用弹性卸料和下出料的方式，凹模直壁高度为6mm,n=h/2=3，查表，Kx=0.055,Kt=0.05
Fz=F孔3.2孔2+F异+F切边+F孔4=48230.4+98048+25600+20096=191974.4N
Fx=nFzKx=3×191974.4×0.055=31675.8N
Ft=KtKx=0.05×191974.4=9598.7N
F=Fz+Fx+Ft+F弯+F
=191974.4+31675.8+9598.7+3328+25504=262080.9N
选用压力机J23-40
型号
公称压力（KN）
滑块行程（mm）
最大封闭高度（mm）
最小封闭高度（mm）
工作台尺寸（mm）
模柄孔尺寸（mm）
工作台垫板厚度（mm）
左右
前后
J23-40
400
80
400
200
630
420
φ50×70
80
六．凸、凹模工作部分尺寸与公差的确定
1.冲裁工作零件刃口尺寸的计算
冲裁初始双面间隙Zmax=0.360,Zmin=0.246，凸凹模都采用配合加工法。
刃口尺寸表
工序
工件尺寸（mm）
X
计算公式
凹模尺寸（mm）
凸模尺寸（mm）
冲孔
冲异形孔
160-0.40
0.75
B=（Bmax-x△）0+0.25△
与凸模实际尺寸配作，并保证双面间隙Zmax=0.360,Zmin=0.246
15.7+0.10
60+0.32
A=（Bmin+x△）0-0.25△
6.24-0.080
2.320+0.32
2.56-0.080
20.640+0.40
20.94-0.10
20+0.32
2.24-0.080
不变刃尺寸4±0.16
C=C±△/8
4±0.04
冲圆孔
φ3.20+0.32
0.5
A=（Bmin+x△）0-0.25△
φ3.360-0.08
φ40+0.32
φ4.160-0.08
落料
R3-0.320
0.5
B=（Bmax-x△）0+0.25△
R2.84+0.080
与凹模实际尺寸配作，保证双面间隙Zmax=0.360,Zmin=0.246
8-0.320
0.75
7.76+0.080
孔心距
10±0.1
Ld=L±△/8
10±0.125
2．压力中心的确定
如图，分析可知，压力中心Yc=0。
Xc=（16076.8×77+32153.6*66+98048×44+25600×22-20096×22-25504×44）/（16076.8+32153.6+98048+25600+20096+25504）
=30.7
因此，压力中心坐标如图Xc处为（29.5,0）。
3．凸凹模外形尺寸
3.1凹模
采用整体式凹模，安装凹模时，依据计算的压力中心的数据，将压力中心与模柄中心线重合：
凹模厚度：
H=kb（H≥15mm）b=31.04，查表k=0.42，H=13mm
凹模壁厚：
c=（1.5-2）H=10-13.44mm
取H=18mm,c=27mm。
凹模宽度：
B=b+2c=70mm
凹模长度:
L=步距+工件长+c=22+128+27=177mm,取180mm
3.2弯曲
凸模：
长×宽为18×14.64，凸凹模间隙取2mm，高度暂时取60mm，材料选T10A,热处理硬度为56-60HRC。
凹模：
圆角为90度，半径R为1mm,材料选T10A,热处理硬度为56-60HRC。
3.3冲孔
φ3.2：
凸模：
选用国家标准圆凸模A3.3×50-T10A,[σ压]=1500Mpa，热处理硬度为58-62HRC，凹模与凸模相配作，热处理硬度为60-64HRC。
强度校核：
压应力校核：
d最小≥4tτ0/[σ压]=2，符合要求。
弯曲应力校核：
L最大≤270d2/
=30.83mm，符合要求。
φ4：
凸模:
选用国家标准圆凸模4.15×50-T10A,[σ压]=1500Mp，τ0=373，热处理硬度为58-62HRC。
凹模与凸模相配作,热处理硬度为60-64HRC。
强度校核:
压应力校核：
d最小≥4tτ0/[σ压]=2，符合要求。
弯曲应力校核：
L最大≤270d2/
=43.1mm符合要求。
3.4冲异形孔
异型孔:
凸模：
选用T10A钢，热处理硬度为58-62HRC，异形凸模高度均暂时取50mm
强度校核：
压应力校核：
F最小≥P/[σ压]=65.36mm2（F最小为最小断面的面积）。
其中：
F=119.68mm2>F最小，符合要求。
弯曲应力校核：
L最大≤1200
J=BH3-bh3/12
L最大≤211mm，符合要求。
凹模：
与凸模配作，T10A钢，热处理硬度为60-64HRC。
切断：
长×宽为18×2.24，选用T10A钢，热处理硬度为58-62HRC，异形凸模高度均暂时取50mm。
强度校核：
压应力校核：
F最小≥P/[σ压]=17.1mm2（F最小为最小断面的面积）。
其中：
F=36mm2>F最小，符合要求。
弯曲应力校核：
L最大≤1200
J=hb3/12
L最大≤25.98mm，符合要求。
凹模：
与凸模配作，T10A钢，热处理硬度为60-64HRC
七．模具主要零件材料的选取、技术要求及强度校核
1.定位零件
1.1导料板
导料板的内侧与条料接触，外侧与凹模齐平，导料板与条料之间的双面间隙取0.5mm，这样就可以确定导料板的宽度，导料板厚度取4mm。
导料板采用45钢制作，热处理硬度为40-45HRC，用螺钉或销钉固定在凹模上。
1.2导正销
落料凸模下部设置两个导正销，分别用φ3.2两个孔作导正孔。
导正应在卸料板压紧板料之前完成导正，考虑到料厚和装配后卸料板下平面超出凸模端面1mm,导正销采用H7/n6,安装在落料凸模端面，导正销导正部分与导正孔采用H7/n6的配合。
2.卸料装置
选用弹压卸料装置：
卸料板的周界尺寸与凹模周界尺寸相同，厚度为8mm，与凸模的单边间隙为0.15mm，选用材料45钢，调质处理HRC24-28。
3.模架
该模具采用四角导柱模架，这种模具的导柱在模具的四个角上，对称分布，冲压时可防止用于偏心力矩而引起的模具外斜。
以凹模周界尺寸为依据，选择模具规格：
导柱d×L分别为φ28×150，GB/T2861.1。
导套d×L×D分别为φ28×100×38，GB/T2861.6。
选用材料20钢，热处理硬度58-62HRC（渗碳处理）。
上模座取200×160×40mm，下模座取200×160×45mm，材料选用HT200，不做热处理。
垫块选用45钢，热处理硬度43-48HRC。
上模垫板厚度H垫取10
下模固定板厚度H固取20mm，，那么该模具的闭合高度:
H=H固+H下+H垫+H上+L+H-1=20+45+10+40+18+50-1=182mm。
L为凸模长度
H为凹模厚度
H小于压力机J23-40的最大封闭高度400mm,可以使用
4.模柄
模柄按照压力机规格，模柄孔为φ50*70，选用GB2862.1-81,材料为A3，A50*95,GB2862.1-81。
单位（mm）
d
D
D1
h
h2
h1
b
a
d1（H7）
d2
50
52
61
95
35
8
3
1
8
17
5.凸模固定板或垫板
由上面模架的选择得出:
凸模固定板厚度为20mm,上模垫板厚度为10mm，选用材料Q235，不做热处理。
八．冲压设备的选择及校核
1.选用压力机J23-40
型号
公称压力（KN）
滑块行程（mm）
最大封闭高度（mm）
最小封闭高度（mm）
工作台尺寸（mm）
模柄孔尺寸（mm）
工作台垫板厚度（mm）
左右
前后
J23-40
400
80
400
200
630
420
φ50×70
80
2．校核：
校核公式：
Hmax-H1-5mm>=H+h>=Hmin-H1+10mm。
Hmax压力机最大封闭高度为400mm
Hmin是压力机最小封闭高度200mm。
H1为垫板厚度为80mm
h等高垫块厚度
H模具闭合高度为205mm
因此,400-70-5≥182+h≥200-70+10
325≥182+h≥140。
所以，符合要求。
九．弹性元件的选择计算
弹性元件选择聚氨酯：
橡胶的自由行程：
S自由=3+1+4=8mm
橡胶的工作行程：
H工作=（3.5-4）S自由=（3.5-4）＋8=28-32mm
取H工作=29mm
橡胶的装配高度：
H装配=（0.85-0.9）×H工作=（0.85-0.9）×29=24.65-26.1mm
取H装配=25mm
因此选用聚氨酯橡胶:
H=25mm，d=10.5mm。
橡胶的横截面积与凹模相配合。
十．紧固件
圆柱头卸料螺钉GB2867.5-818*46
圆柱销GB117-86B8*65
圆柱销GB117-86B4*28
圆柱头螺钉GB/T70.1-2004*25
圆柱头内六角螺钉M10*45GB70—76
圆柱头内六角螺钉M6*65GB70—76
圆柱头内六角螺钉M6*5GB70—76
圆柱销5*70GB119—76
圆柱销GB119-76B6*14
十一．其他需要说明的问题
该模具上模部分主要由上模板，垫板，凸模，凸模固定板，及卸料板等组成。
卸料方式采用弹性卸料，以橡胶为弹性元件。
下模座部分有下模座，凹模板，导料板，等组成。
冲孔废料和成品件均由漏料孔漏出。
条料送进时采用活动挡料销作为粗定位。
在落料凸模上安装两个导正销，利用调料上孔3.2作导正销孔进行导正，以此作为条料送进的精确定距。
操作时完成第一步冲孔后，把条料向前移动用落料孔套在活动挡料销上，向前推紧，冲压时凸模上的导正销再精确定距。
活动挡料销位置的设定比理想的几何位置向前偏移0.2mm，冲压过程中粗定位完成以后，当用导正销作为精确定位时由导正销上圆锥形斜面再将调料，向后拉回约0.2mm，而完成精确定位，用这种方法定距精度可达到0.2mm。
总装图
十二.弯角冲压工艺卡片
厂名
冷冲压工艺卡片
产品型号
零件名称
弯角
共页
产品名称
零件型号
第页
材料牌号及规格
材料技术要求
；毛坯尺寸
每毛坯可制件数
毛坯重量
辅助材料
Q235（2±0.11）mm*1200mm*200mm
条料2mm*35.44mm*1200mm
54
工序号
工序名称
工序内容
加工简图
设备
工艺设备
工时
0
下料
剪床上裁板35.44*1200
1
冲孔
冲φ3.2mm孔
J23-40
级进模
2
冲外形
按型材结构冲裁
J23-40
级进模
3
切断
切断两弯角件
J23-40
级进模
4
弯曲
弯角
J23-40
级进模
5
冲孔
冲φ4mm的孔
J23-40
级进模
6
落料
完成弯角件
J23-40
级进模
7
检验
按产品零件图检验
编制（日期）
审核（日期）
会签（日期）
标记
处数
更改文件号
签字
日期
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