接线端子板弯曲模设计.docx
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接线端子板弯曲模设计
1绪论
改革开放以来，随着国民经济的高速发展，工业产品的品种和数量的不断增加，更新换代的不断加快，在现代制造业中，企业的生产一方面朝着多品种、小批量和多样式的方向发展，加快换型，采用柔性化加工，以适应不同用户的需要；另一方面朝着大批量，高效率生产的方向发展，以提高劳动生产率和生产规模来创造更多效益，生产上采取专用设备生产的方式。
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；所加工出的零件与零件可以一次成形，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。
现代工业发达的国家对模具工业都十分重视，模具技术水平的高低反映了一个国家制造业的能力和工业发达的程度。
随着工业生产的迅速发展，模具工业在国民经济中的地位将日益提高，并在国民经济发展过程中发挥越来越大的作用。
接线端子就是用于实现电气连接的一种配件产品，工业上划分为连接器的范畴。
随着工业自动化程度越来越高和工业控制要求越来越严格、精确，接线端子的用量逐渐上涨。
本文将接线端子的成型工序分冲孔落料和弯曲接头两步来完成，和两步工序对应的是弯曲毛坯的冲孔落料复合模和接线端子端口弯曲模。
本设计运用两套模具加工，综合运用模具加工的各种知识，分析设计弯曲毛坯的接线端子端口弯曲模模具主要零件设计、整体结构设计、零件图、总装图和UG造型等设计，方法和规律，具有很强的实际意义。
设计中巧妙地灵活运用冲压模具制造的知识与冲压模具装配试模等知识和技术，解决弯曲模主要结构设计等问题，综合模具制造技术的实际应用。
2弯曲件的工艺性分析
2.1弯曲件的材料分析
弯曲件的材料应具有足够的塑性，较低的屈服极限和较高的弹性模量。
最适合弯曲的弯曲材料有钢、黄铜、紫铜等。
脆性较大的材料，要求弯曲时有较大的相对弯曲半径。
非金属材料中，只有塑性较大的纸板，有机玻璃等才能进行弯曲。
并且在弯曲前要对毛坯进行预热，弯曲时的相对弯曲半径也应较大。
在本次的材料选择中，综合考虑，选用黄铜来弯曲。
2.2弯曲件的结构分析
弯曲件大小适中，外形简单，制件需进行一次弯曲成形工序。
按IT14级确立工件尺寸的公差，无其它特殊要求。
生产批量：
大批量生产
材料：
黄铜
厚度：
1㎜
材料：
黄铜，抗拉强度τb=77Mpa，断后伸长率δ=38%。
此材料具有较高的弹性和良好的塑性，其弯曲加工性能较好。
精度：
零件图上所有尺寸均未标注公差，属自由尺寸，可按IT14级确定零件尺寸的公差。
查得各尺寸公差如下：
凸模：
18.1
，16.1
凹模：
20.31
，18.2
图2-1
结构形状：
该制件弯曲部分形状对称，其相对弯曲半径回弹量较大，变形程度较小，设计时要考虑回弹的控制。
零件高度：
17mm。
开口高度：
23mm。
长度：
18mm。
宽度：
16mm。
结论：
该制件可进行弯曲。
2.3弯曲工艺方案的确立
弯曲件工序安排原则:
（1）简单形状的弯曲件，如V形、L形、U形件等只需一次弯曲。
（2）尺寸特别小的弯曲件，应尽可能用一副复杂弯曲模一次弯曲成形，以便于毛坯的定位和生产操作，保证弯曲件的尺寸精度，提高生产效率。
（3）大批量生产的中小型弯曲件，应尽可能用一副多工位级进模完成冲裁，弯曲等所有冲压加工任务，以提高生产效率。
（4）在能够保证弯曲件弯曲成形的前提下，应尽量减少弯曲工序数量。
（5）每次弯曲成形的部位不应过多，以防止弯曲件变薄，翘曲或拉伤，简化模具结构。
（6）多次弯曲时，弯曲工序顺序安排原则为：
先弯外角，再弯内角，必须任绝后续工序材料的可靠定位；后续工序的弯曲不能影响已成形部位的形状和尺寸。
弯曲件工序安排需要综合考虑弯曲件的形状、尺寸、精度要求、生产批量、材料性能以及模具结构等各方面的因素。
根据制件的工艺分析，该工件属于一次弯曲成形工序，只有一种方案。
一次弯曲，采用单工续模生产。
3模具总体结构的确定
3.1模具类型的选择
由于该制件用毛坯直接来弯曲，制件比较简单，只需一次直接弯曲即可成
形，所以采用单工序模。
3.2定位方式的选择
为保证弯曲出外形完整的合格零件，毛坯在模具中应该有准确的定位位置，正确的位置是依靠定位零件来保证的。
因为要保证其定位，该模具选用定位板来定位。
3.3卸料和出件方式的选择
因为制件简单，料厚较薄，卸料力不大，可采用弹性卸料装置卸料，常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。
因为工件料厚为1mm，卸料力不大，可采用弹性顶件卸料装置。
出件方式为上出件方式出件。
3.4送料方式的确定
该制件是直接进行弯曲，采取送料方式为手工送料。
4有关工艺与设计计算
4.1弯曲中性层位置的确定
中性层位置以曲率半径ρ表示
ρ=r+kt（式4-1）
式中，r—弯曲件的内弯曲半径；
t—材料的厚度；
k—中性层位移系数，见表4-1。
所以中性层位置以曲率半径
ρ=1+0.32×1
=1.32mm
4.2影响最小相对弯曲半径的因素
（1）材料的力学性能
材料的塑性愈好，许可的相对弯曲半径愈小。
对于塑性差的材料，其最小相对弯曲半径应大一些。
（2）弯曲中心角
弯曲中心角
是弯曲件圆角变形区圆弧所对应的圆心角。
弯曲中心角越小，变形分散效应越显著，所以最小相对弯曲半径的数值也越小。
反之，弯曲中心角越大，对最小相对弯曲半径的影响将越弱，当弯曲中心角大于
后，对相对弯曲半径已无影响。
（3）板料的纤维方向
弯曲所用的冷轧钢板，经多次轧制具有方向性。
当弯曲件的折弯线与纤维方向垂直时，材料具有较大的拉伸强，不易拉裂，最小相对弯曲半径的
数值最小。
而平行时则最小相对弯曲半径数值最大。
因此，对于相对弯曲半径较小或者塑性较差的弯曲件，折弯线应尽可能垂直于轧制方向。
（4）板料的冲裁断面质量和表面质量
表面质量和断面质量差的板料弯曲，其最小相对弯曲半径
的数值较大。
（5）板料的宽度
相对宽度
较小的窄板，其相对弯曲半径的数值可以较小。
（6）板料的厚度
当板料的厚度较小时，按此规律变化的切向应变梯度很大，与最大应变的外表面相邻近的纤维层可以起到阻止外表面材料局部不均匀延伸的作用，所以薄板弯曲允许具有更小的
值。
4.3求中性层长度
a=πrα/180°（式4-2）
=3.14×10.5×97°/180°
=18㎜
4.4按中性层尺寸求中心角
根据表4-1进行计算
H=3.5L=2
≈15.6D=21（式4-3）
sinβ=7.8/10.5
α=2β≈97°
表4-1中性层位移系数x值
r/t
X
r/t
X
r/t
x
0.1
0.21
0.8
0.30
3
0.40
0.2
0.22
1.0
0.32
4
0.42
0.3
0.23
1.2
0.33
5
0.44
0.4
0.24
1.3
0.34
6
0.46
0.5
0.25
1.5
0.36
7
0.48
0.6
0.26
2
0.38
≥8
0.50
0.7
0.28
2.5
0.39
4.5最小弯曲半径
最小弯曲半径是表示弯曲变形的极限变形程度的一个参数指标。
在保证弯曲变形区材料外表面不发生破坏的条件下，弯曲内表面所能形成的最小圆角半径称为最小弯曲半径。
最小弯曲半径与弯曲材料厚度的比值rmin/t称作最小相对弯曲半径。
因为中性层位置在半径为ρ=r+t/2处，且弯曲后厚度保持不变，最外层金属的伸长率为δ外。
故δ外=（r+t）-（r+t/2）/r+t/2=1/2r/t+1
如将δ外以材料断后生产率δ代入，则r/t转化为rmin/t，且有rmin/t=1-δ/2δ，即rmin/t=1㎜，rmin≈1㎜。
4.6回弹量的确定
为了得到形状与尺寸精确的弯曲件，需要事先确定回弹值，由于回弹直接影响了弯曲件的形状误差和尺寸公差，因此在模具设计和制造时必须先考虑材料的回弹值，修正模具相应工作部分的形状和尺寸。
小变形程度（r/t<10）自由弯曲时的回弹值。
当r/t<10时，弯曲件的角度和圆角半径的回弹都很小。
4.7弯曲凸模和凹模间隙
间隙是靠调整压力机的装模高度来控制。
间隙过小，会使零件旁边厚度变薄，降低凹模寿命，增大弯曲力。
间隙过大，则回弹大，降低零件精度。
弯曲U形类弯曲件时，凸、凹模间隙取值如下：
（1）弯曲有色金属：
（式4-4）
（2）弯曲黑色金属：
（式4-5）
因为本次制件材料选择是黄铜，属于有色金属，所以
弯曲件高度为16，t=1，查表n=0.05。
所以
—弯曲凸、凹模的双面间隙
—材料厚度的基本尺寸
—材料的最小厚度
—间隙系数
4.7.1弯曲凸模
（1）凸模的结构确定
凸模结构通常分为两大类。
一类是镶拼式，另一类为整体式。
整体式中，根据加工方法的不同，又分为直通式和台阶式。
直通式凸模的工作部分和固定部分的形式与尺寸做成一样，这类凸模一般采用线切割方法进行加工。
台阶式凸模一般采用机械加工，当形状复杂时，成形部分常采用成型磨削。
对于圆形凸模，GB2863-81的冷冲模标准已制订出这类的凸模的标准结构形式与尺寸规格。
设计时可按国家选择。
（1）工艺性分析
该零件是弯曲的凸模，凸模在弯曲模中是保证产品制件的关键零件。
弯曲凸模零件的外形是立方体，该零件属于小型工作零件，成形表面在淬火前的加工方法可以采用仿形刨削或压印法；淬火后的精密加工可以采用坐标磨削和钳工修研的方法。
采用仿形刨削作为淬火前的主要加工手段，在淬火中控制热处理变形量，淬火后的精加工通过模具钳工的加工来保证。
（2）毛坯材料的选择
根据零件的工艺分析，由于该零件为主要工作零件，起成型的作用，对硬度、强度要求较高，因此该零件的毛坯材料选用Cr12MOV。
它的力学性能满足该零件的加工要求。
（3）毛坯形状和尺寸的确定
弯曲凸模毛坯采用锻件形式，锻造成长方体。
为了便于装夹和数控车削该毛坯为55mm×25mm×22mm。
（4）凸模零件精度的确定
根据凸模作为工作零件，其精度要求较高，所以选用IT7级，表面粗糙度为Ra0.8
m。
弯曲凸模的加工工艺过程见表4-6所示
表4-6弯曲凸模的加工工艺过程
序
号
工序名
工序内容
1
备料
锯床下料
2
锻造
锻成55mm×25mm×22mm
3
热处理
退火
4
立铣
铣六面，保证尺寸50.4mm×20mm×18mm
5
磨平面
磨两大平面及相邻的侧面，保证垂直
6
钳工划线
去毛刺，划线
7
工具铣
铣型面，留余量0.4～0.5mm
8
仿形刨
按线找正刨型面，留余量0.1～0.15mm
9
钳工修整
修型面留余量0.02～0.03mm对样板；倒角R4mm
10
热处理
淬火、回火，保证58～62HRC
11
平磨
光上、下面
12
钳工修整
修研型面达图样要求，对样板
4.7.2弯曲凹模
（1）工艺性分析
凹模是以内表面作为工作型面，内表面为通孔时称为型孔，内表面为不通孔时称为行腔。
加工后的凹模的尺寸和精度必须达到设计要求（刃口一般为IT6～IT5）,其间隙要均匀、合理；刃口部分要保持尖锐锋利，刃口侧壁应平直或稍有利于卸料的斜度。
（2）毛坯材料的选择
弯曲凹模的作用是起弯曲的作用，该零件在模具上所受力较大，对硬度、强度的要求较高。
该零件选择材料为Cr12MoV，Cr12MoV具有更高的淬透性、耐磨性和承载强度，且淬火变形小。
它的强度、硬度，能够满足零件的加工要求。
（3）凹模的固定方式
凹模采用销钉和螺钉固定。
销钉的数量为两个，其位置按对称分布。
螺钉的数量为两个，其位置按对称分布，这样有利于力的均匀分布。
（4）毛坯形状和尺寸的确定
弯曲凹模毛坯采用锻件形式，锻造成长方体。
为了便于装夹和数控铣削该毛坯为59mm×28mm×25mm。
（5）精度的确定
凹模作为工作零件，其精度要求较高，外形精度为IT11级，表面粗糙度为Ra0.8
m，内型腔精度为IT7级，表面粗糙度为Ra0.4
m，上下平面的平行度对为0.02。
5弯曲总工艺力的确定
5.1弯曲力的计算
自由弯曲时的弯曲力：
F自=0.7KBT2δb/r+t（式5-1）
式中，
F自—自由弯曲在冲压行程结束时的弯曲力；
B—弯曲件的宽度；
r—弯曲件内弯曲半径；
δb—材料的抗剪强度；
K—安全系数，一般取K=1.3。
所以F自=0.7KBT2δb/r+t
=0.7×1.3×16×1×77/2
=560.56N
5.2校正弯曲时的弯曲力计算
F校=QA/1000（式5-2）
=20MPa·512mm2/1000
=10.24KN
F—校正力；
Q—单位校正力；
A—弯曲件上被校正部分在垂直与弯曲力方向的平面上的投影面积。
5.3顶件力的计算
F1=（0.3～0.8）F（式5-3）
F1—顶件力，F自由弯曲力，取0.6。
所以，顶件力F1=0.6F
=0.6×560.56
=336.34N
5.4压料力的计算
F2=（0.3～0.8）F（式5-4）
F2—压料力，F自由弯曲力，取0.6。
所以，压料力
F2=0.6F
=0.6×560.56
=336.34N
5.5弯曲的工艺总力
FΣ=F+F1+F2
=0.561KN+0.336KN+0.336KN+10.24KN
=11.473KN
5.6压力机的选择
压力机的规格按下式选择：
～0.8）
（式5-5）
式中
—弯曲工艺总力（KN），
—压力机的公称压力。
计算可得
14.34KN～16.39KN，
冲压设备属锻压机械。
常见的冷冲压设备有机械压力机（以Jxx表示其型号）和液压机（以Yxx表示其型号）。
常用冷冲压设备的工作原理和特点如表5-3。
表5-3常用冷冲压设备的工作原理和特点
类型
设备名称
工作原理
特点
机械式
压力机
摩擦压力机
利用摩擦盘与飞轮之间相互接触传递动力，皆助螺杆与螺母相对运动原理而工作。
结构简单，当超负荷时，只会引起飞轮与摩擦盘之间的滑动，而不致损坏机件。
但飞轮轮缘摩擦损坏大，生产率低。
适用于中小件的冲压加工，对于校正、亚印和成形等冲压工序尤为适宜。
曲柄式压力机
利用曲柄连杆机构进行工作，电机通过皮带轮及齿轮带动曲轴传动，经连杆使滑块作直线往复运动。
曲柄压力机分为偏心压力机和曲轴压力机，二者区别主要在主轴，前者主轴是偏心轴，后者主轴是曲轴。
偏心压力机一般是开式压力机，而曲轴压力机有开式和闭式之分。
生产率高，适用于各类冲压加工。
高速压力机
工作原理与曲柄压力机相同，但其刚度、精度、行程次数都比较高，一般带有自动送料装置、安全检测装置等辅助装置。
生产率很高，适用于大批量生产，模具一般采用多工为级进模。
液压机
油压机
水压机
利用帕斯卡原理，以水或油为工作介质，采用静压力传递进行工作，使滑块上、下往复运动。
压力大，而且是静压力，但生产率低。
适用于拉深、挤压等成形工序。
所以根据综上所计算出来的总压力与常用冷冲压设备的工作原理和特点初选压力机为J23-3.15。
6模具主要零部件设计
设计主要零部件时，首先要考虑主要零部件用什么方法加工制造及总体装配方法。
结合模具的特点，本模具适宜采用数控铣床加工凹模固定板、定位板、凹模等零件，凸模用数控车床、数控铣床加工。
弯曲模的定位装置零件是用来保证材料的进料正确即在弯曲中保持位置的正确性。
定位零件是，定位板。
下面就分别介绍各个零部件的设计方法。
6.1弯曲模凸、凹模工作尺寸计算
U形弯曲时，不须要确定间隙，依靠调整压床的闭合高度控制。
此零件的相对弯曲半径r/t=1，弯曲件圆角半径的回弹较大，为了减小回弹，在设计弯曲模结构时在弯曲凸模上减去回弹角，使弯曲件弯曲后其回弹得到补偿。
（1）凸模工作尺寸：
凸模圆角半径应根据回弹值作相应的修正，因为
>
>
min
，一般取：
Rp=r=1，
P=
+
（式6-1）
Rp=1，
=900，
=30
所以：
P=930
（2）凹模工作尺寸：
t=（0.2～2）mm时，t=1，
Rd=（3～6）t，取5。
凹模圆角半径Rd=（3～6）t（式6-2）
=5t
=5mm
6.2凹模外形尺寸的确定
（1）凹模厚度H的确定（按经验公式计算）
H=L0+L（式6-3）
=25+20
=45mm
式中，L0—凸模进入凹模的深度，见表6-1；
L—凹模自由长度。
表6-1弯曲U形件的凹模深度L0
直边长度L
材料厚度t
<1
1～2
>2～4
>4～6
>6～10
<50
15
20
25
30
35
50～75
20
25
30
35
40
75～100
25
30
35
40
40
100～150
30
35
40
50
50
150～200
40
45
55
65
65
（2）凹模宽度B的确定
B=零件宽+制件厚度
B=18+2=20㎜
图6-1凹模
6.2.1凹模的固定方式
凹模采用螺钉固定。
螺钉的数量为四个，其位置按对称分布。
这样有利于力的均匀分布。
6.2.2凹模上各零件位置的确定
本模具采用了一个挡料销和两个导料销进行条料的定位和导料。
根据条料的宽度（97.4mm）销和导料销的位置，由于两个导料销之间的距离必须大于一个步距，所以两个导料销之间的距离为60mm。
根据该套模具的结构和压力中心的位置确定了与凸凹模配合的型腔的位置。
落料凹模的压力中心与整幅模具的压力中心相重合。
6.2.3凹模精度的确定
根据凹模作为工作零件，其精度要求较高，外形精度为IT11级，内型腔精度为IT7级，表面粗糙度为Ra3.2um，上下平面的平行度对为0.04。
6.3模座的标准化
弯曲模具用模架已实现标准化生产和市场化供应，因此，在凹模和其他模块的尺寸根据使用强度和设计结构要求选定后，应选用相近的标准模架中的模块周界标准尺寸。
所以标准的下模座尺寸为：
H=40㎜，L=200mm。
表6-2系数值K
s/mm
材料厚度t/mm
<1
>1～3
>3～6
50
0.30～0.40
0.35～0.50
0.45～0.60
>50～100
0.20～0.30
0.22～0.35
0.30～0.45
>100～200
0.15～0.20
0.18～0.22
0.22～0.30
>200
0.10～0.15
0.12～0.18
0.15～0.22
6.4弯曲凸模的设计
弯曲凸模是台阶式，采用车床和铣床加工方法。
凸模材料应选Gr12MoV，热处理为58-64HRC。
Cr12具有更高的淬透性、耐磨性和承载强度，且淬火变形小。
它的强度、硬度，能够满足零件的加工要求。
弯曲凸模的长度为
L=L0+L1+L2
=30+20+2
=52mm
L0一凸模在模柄的深度，
L1一凸模进入凹模的深度，
L2一固定板厚度。
图6-2弯曲凸模
6.5定位板的设计
本模具的卸料板不仅有定位作用，还具有外形凸模导向的作用。
卸料板的边界尺寸与凹模和凹模固定板边界尺寸之和相同，定位板厚度为2mm。
定位板用45钢制造，热处理为淬火硬度40～45HRC。
所以定位板的周界尺寸为
L=140mmB=60mm
定位板示意图如下：
图6-3定位板
6.6弹簧的设计
在冲裁模卸料与出件装置中，常用的元件是弹簧与橡胶，考虑本模具的结构，该采用的弹性元件为弹簧。
在卸料装置中，常用的弹簧是圆柱螺旋压缩弹簧。
这种弹簧已经标准化（GB2098—1980），设计是根据所要求的压缩量和生产的压力按标准选用即可。
（1）卸料弹簧的选择原则
①为保证卸料正常工作，在非状态下，弹簧应该预压，其与压力应大于等于单个弹簧承受的卸料力，即
（式6-5）
式中：
—弹簧的预压力；
—卸料力；
N—弹簧根数。
②弹簧的极限压缩量应大于或等于弹簧工作时的总压缩量，即
（式6-6）
式中：
—弹簧的极限压缩量（mm）；
H—弹簧工作时的总压缩量（mm）；
—弹簧在余压力作用下的预压量（mm）；
Hx—卸料板的工作行程（mm）；
—凸模与凸凹模的刃磨量（mm），通常取Hm=4～10mm。
③选用的弹簧能够合理的布置在模具的相应空间。
（2）卸料弹簧的选用与计算步骤
①根据卸料力和模具安装弹簧的空间大小，初定弹簧根数n，计算每个弹簧应产生的预压力
。
②根据预压力和模具结构预选弹簧的规格，选择时应使弹簧的极限工作
压力大于预压力，初选时一般可取
=（1.5-2）
。
③计算预选弹簧在预压力下的预压量
：
（式6-7）
④校核弹簧的极限压缩量是否大于工作时的实际总压缩量，即
如不满足，则需重选弹簧规格，直至满足为止。
⑤列出所选弹簧的主要参数：
d（钢丝直径）
（弹簧中径）t（节距）
（自由高度）n（圈数）
（弹簧的极限压力）
（弹簧的极限工作量）
由于U形件的料厚为2mm，计算出的卸料力为7870N。
⑥假设考虑模具结构，初定弹簧的根数n=6，则每个弹簧的预压力
根据公式（7-5）得预压力
为：
Fy≥Fx/n=7870/6≈1311（N）
⑦初选弹簧规格，按2
估算弹簧的极限工作压力
为：
Fj=2Fy=2×1311=2622（N）
查标准GB2089-1994，初选弹簧规格为d×
×
=2×20×50，
=2540N，
=26.1。
⑧计算所选弹簧的的预压量
根据公式（6-7）得预压量
为：
H=FyHj/Fj=16mm
⑨校核所选弹簧是否合适。
卸料板的工作行程Hx=2+1=3mm，取
凹模刃磨量为4mm，弹簧工作时的总压缩量根据公式得：
=16+3+4
=23（mm）
应为H＜
=26.1mm，故所选弹簧合格。
⑩所选弹簧的主要参数为：
d=2mm，D2=20mm，t=6.74mm，n=7圈，h0=50
F2=2540N，Hj=26.5mm。
弹簧的标记为：
弹簧2mm×20mm×50mmGB2089-1994。
6.7垫板的设计
它的作用是直接承受和扩散凸模传递的压力，如果凸模的端部对材料的压力超过材料的许用压力，需在凸模端部与模座之间加上垫板防止模具损坏。
垫板外形尺寸可与固定板相同，其厚度一般取3～10mm,根据凹模的尺寸可以得出垫板尺寸为250×200mm×8mm。
6.8压料装置设计
在这副模具整体设计过程中，考虑到弯曲制件在受到弯曲凸、凹模的冲压时会产生相对移动。
因此，我设计了压料装置。
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