弯曲模具设计说明书

设计题目：弯曲模设计   

学生姓名：黄矿裕

学    号：201330230207 

专业班级：13机制2班   

指导老师：徐凤英　　   

2016年12月10号

目 录

绪论…………………………………………………………………………………3

1设计内容…………………………………………………………………………  5

2弯曲工艺分析……………………………………………………………………  5

2.1材料分析………………………………………………………………………  6

2.2工艺分析………………………………………………………………………  6

2.3最小弯曲半径…………………………………………………………………  6

2.4弯曲件的弯边高度……………………………………………………………  6

2.5孔边距…………………………………………………………………………  7

2.6精度……………………………………………………………………………  7

3弯曲模具总体结构设计…………………………………………………………  7

3.1模具类型的选择………………………………………………………………  7

3.2操作与定位方式………………………………………………………………  7

3.3卸料与出件方式………………………………………………………………  7

3.4倒料方式的选择………………………………………………………………  7

4弯曲模具工艺与设计分析………………………………………………………  7

4.1中性层的确定…………………………………………………………………  7

4.2毛坯展开尺寸的计算…………………………………………………………  8

4.3弯曲力的计算…………………………………………………………………  8

4.4压弯时的顶件力与卸料力……………………………………………………  8

4.5回弹值的确定…………………………………………………………………  9

5弯曲模具零件设计………………………………………………………………  9

5.1凸模与凹模工作部位设计……………………………………………………  9

5.1.1弯曲凸凹模间隙c…………………………………………………………9

5.1.2凸凹模圆角半径……………………………………………………………  9

5.1.3弯曲凸凹模刃口尺寸及公差………………………………………………  9

5.2凹模尺寸设计………………………………………………………………… 10

5.3模座的设计…………………………………………………………………… 11

5.4垫板规格的选择……………………………………………………………… 13

5.5固定板的选择………………………………………………………………… 13

5.6顶杆的设计…………………………………………………………………… 14

5.7凸模的设计…………………………………………………………………… 15

5.8螺钉的设计…………………………………………………………………… 15

6冲压设备的选择………………………………………………………………… 15

6.1闭合高度的确定……………………………………………………………… 15

6.2弯曲时压力机吨位的选择及压力机的选择………………………………… 15

7三维装配图展示………………………………………………………………… 16

参考文献…………………………………………………………………………… 18

绪 论

随着我国经济的迅速发展，采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用。随着工 业的发展，工业产品的品种和数量不断增加。换型不断加快，使模具的需要不断 增加，而对模具的质量要求越来越高。模具技术在国民经济中的作用越来越显得更为重要。

模具是一种特殊的模型，用来塑造(制造)产品，从工艺的角度，模具是一种成型制品的特殊工艺装备。模具是工业生产的基础工艺装备， 在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通讯等产品中，60%—80%的零部件都依靠模具成形，模具质量的高低决定着产品质量的高低， 因此，模具被称之为“工业之母”。模具又 是“效益放大器”， 用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。目前，我国冲压技术与工业发达国家相比还比较的落后，主要原因 是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达的国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与工业发达国家的模具相比差距相当大。

随着国民经济总量和工业产品技术的不断发展，各行各业对模具的需求量越 来越大，技术要求也越来越高。虽然模具种类繁多，但其发展重点应该是既能满足大量需要，又有较高技术含量，特别是目前国内尚不能自给，需大量进口的模具和能代表发展方向的大型、精密、复杂、长寿命模具。模具标准件的种类、数量、水平、生产集中度等对整个模具行业的发展有重大影响。因此，一些重要的模具标准件也必须重点发展，而且其发展速度应快于模具的发展速度，这样才能不断提高我国模具标准化水平，从而提高模具质量，缩短模具生产周期，降低成本。由于我国的模具产品在国际市场上占有较大的价格优势，因此对于出口前景 好的模具产品也应作为重点来发展。根据上述需要量大、技术含量高、代表发展方向、出口前景好的原则选择重点发展产品，而且所选产品必须目前已有一定技术基础，属于有条件、有可能发展起来的产品。

冲压是一种先进的少无切削加工方法，具有节能省材、效率高、产品质量好、重量轻、加工成本低等一系列优点,在汽车、航空航天、仪器仪表、家电、电子、 通讯、军工、日常用品等产品的生产中得到了广泛的应用。据统计，薄板成型后，制造了相当于原材料的12倍的附加值 ,在国民经济生产总值中，与其相关的产品占四分之一，在现代汽车工业中，冲压件的产值占总产值的59%。随着我国经济的迅速发展，采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用 。

在完成大学三年的课程学习、生产实习，我熟练地掌握了机械制图、机械设 计、机械原理等专业基础课和专业课方面的知识，对机械制造、工的工艺有了一个系统、全面的理解，达到了学习的目的。对于模具设计这个实践性非常强的设计课题，我们进行了大量的实习 。经过在在洛阳中国一拖的生产实习，我对于冷冲模具、塑料模具的设计步骤有了一个全新的认识，丰富和加了对各种模具的结构和动作过程方面的知识，而对于模具的制造工艺更是有了全新的理解。在指导老师的细心指导下和在工厂师傅的讲解下，我们对于模具的设计和制造工艺有 了系统而深刻的认识 。同时在实习现场亲手拆装了一些典型的模具实体并查阅 了很多相关资料，通过这些实践，我们熟练掌握了模具的一般工作原理、制造、加工工艺。通过在图书馆借阅相关手册和书 籍，更系统而全面了细节问题。锻炼了缜密的思维和使我们初步具备了设计工作者应有的素质 。设计中，将充分利用和查阅各种资料，并与同学进行充分讨论，尽最大努力搞好本次课程设计 。

1 设计内容

设计一副如图1所示弯曲件的成形模具。弯曲件编号：3号弯曲件。

图1  弯曲件工程图

图2  弯曲件三维图

设计要求：详尽的设计计算说明书1份、主要零件图2份、模具二维及三维装配图各1份、模具爆炸图1份。

2 弯曲工艺分析

2.1 材料分析

H62黄铜表示平均含铜量为62%的普通黄铜，有良好的力学性能，热态下塑性好，冷态下塑性也可以，切削性好，易钎焊和焊接，耐蚀，具有较好的弯曲性能，可做各种深拉伸和弯折制造的受力零件，弹性模量E=100GPa，抗拉强度σb=345-460MPa。

2.2 工艺分析

该零件包括冲孔、弯曲两个基本工序。首先，在冲裁设备上冲出工艺孔，用于在弯曲时进行定位，防止工件滑移。由于工件两边对称，且考虑到工件的具体形状，进行弯曲时，按照“U”形弯曲件的加工，同时，该工件无法一次弯曲成形，必须二次弯曲成形，按照一般弯曲件的成形规律，先弯两端然后弯中间部分。鉴于此分析，将零件视作“U”形弯曲件的加工。由于该弯曲件需二次弯曲成形，工件厚度适中，可以采用复合模弯曲，定位精度易保证。

一次弯曲后弯曲件的形状如图3所示。

图3   一次弯曲成形后的弯曲件形状图

2.3 最小弯曲半径

根据弯曲件的工艺要求，参考《实用模具设计简明手册》P66表2-28和表2-29可知，弯曲件的最小弯曲半径，最小相对弯曲半径

2.4 弯曲件的弯边高度

弯曲件的弯边高度不宜过小，应满足h>r+2t,h较小时，弯边在模具上支持的长度过小，不容易形成足够的弯矩，很难得到形状准确的零件，由本冲压件图知弯边高度有2种，①=13>7.5,15>7.5, ②=10>7.5,本冲压件满足条件，所以本冲压件适合于弯曲。

2.5 孔边距

在弯曲件上有孔时，弯曲工程中应防止孔的变形，要求孔壁与弯曲处有适当距离L，若距离太小，冲孔时会使凸模受水平推力而折断。当厚度时，取。零件小孔端孔边距为,符合要求。且中心孔可作为工艺孔进行定位。

2.6 精度

一般弯曲件长度的冲出公差等级在IT13级以下，角度公差大于15′。根据图形查《实用模具设计简明手册》P69表2-30可知，公差等级= IT4﹥IT13。因此该工件需用后续工序来保证其精度。

3 弯曲模具总体结构设计

3.1 模具类型的选择

冲压工艺分析可知，采用复合弯曲模。

3.2 操作与定位方式

零件大批量生产，安排生产可采用手工送料方式能够达到批量生产，且能降低模具成本，因此采用手工送料方式。零件尺寸较小，厚度较小，宜采用压杆定位。

3.3 卸料与出件方式

因为工件料厚为4mm，相对较薄，卸料力不大，故可采用弹性装置卸料。

3.4 导向方式的选择

导向零件是用来保证上模相对于下模的正确运动。对生产批量较大、零件公差要求较高、寿命要求较长的模具，一般都采用导向装置。模具中应用最广泛的是导柱和导套。

4 弯曲模具工艺与设计分析

4.1 中性层的确定

由于中性层的长度在弯曲变形前后不变，其长度就是弯曲件坯料展开尺寸的长度。而欲求中性层长度就必须找到其位置，用曲率半径ρ0表示。中性层位置与板料厚度t、弯曲半径r、变薄系数ζ等因素有关，在实际生产中为了使用方便，通常采用下面的经验公式来确定中性层的位置：

式中：——中性层半径；r——弯曲件内弯半径；x为中性层位移系数，其值如表1：

表1：中性层系数表

4.2 毛坯展开尺寸的计算

由于弯曲件为弯曲，所以可按下式近似计算。参照《实用模具设计简明手册》P72式2-31

式中——弯曲件的展开长度（mm）；

——弯曲件内弯曲半径（mm）；

、——弯曲件直边部分长度（mm）；

——弯曲件原始厚度（mm）；

——中性层内移系数，见表1

则展开长度为

4.3 弯曲力的计算

弯曲力受材料力学性能，零件形状与尺寸，弯曲方式，模具结构形状与尺寸等多种因素的影响，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，以便作为弯曲工艺设计和选择冲压设备的理论。

查《实用模具设计简明手册》P76得弯曲力为

式中  ——自由弯曲力（N）；

——材料抗拉强度（MPa）；

——安全系数，；

       b——弯曲件宽度（mm）。

根据图1可得： 

查阅《机械设计课程设计手册》P37，表2-3可得。

代入公式2得

4.4 压弯时的顶件力和卸料力

压弯时的顶件力和卸料力FQ值近似取弯曲力的30%~80% 即：

     所以  FQ=0.8×6581.25=5265 N 

4.5 回弹值的确定

由于本弯曲件r/t=1<5～8,为大变形程度，弯曲件的圆角半径回弹量很小，可以不予考虑，只需确定角度的回弹值，由《冲压模具及设备》表5-4知=2°

5 弯曲模具零件设计

5.1 凸模与凹模工作部位设计

5.1.1 弯曲凸凹模间隙c

对于L型件，凹模与凸模之间的间隙是由调节压力机的装模高度来控制的，所以c=t=4(mm)。

5.1.2 凸凹模圆角半径

凸模圆角半径应等于弯曲件内侧的圆角半径,则一次弯曲凸模的圆角半径为r1=6mm，二次弯曲凸模的圆角半径为r2=2mm。

凹模圆角半径不宜过小，以免弯曲时擦伤毛坯表面，同时凹模两边的圆角半径应当一致，用以防止弯曲时的毛坯偏移。可根据板料厚度t选取：

因为，所以取一次弯曲凹模圆角半径，二次弯曲凹模圆角半径。

5.1.3 弯曲凸凹模刃口尺寸及公差 

弯曲凸、凹模工作尺寸的计算与工件尺寸的标注形式有关。一般原则是：当工作标注外形尺寸时，应以凹模为基准件，间隙取在凸模上，当工件标注内行尺寸时，应以凸模为基准件，间隙取在凹模上，并来用配作法制模。

一次弯曲成形凸模三维图如图4所示。中心孔用来装推杆2，以推动二次成形凸模运动；两个小孔用来装导杆，保证两个凸模之间的位置精度；而两边的螺纹孔用来装推杆1，用来推动次凸模运动。在该凸模向下运动时，由于两个凸台的作用，会带动二次成形凸模同同时向下运动。

二次成形凸模三维图如图5所示。

图4  一次成形凸模三维图

图5  二次成形凸模三维图

5.2 凹模尺寸设计

凹模的深度要适当，若过小则弯曲件两端自由部分太长，工件回弹大，不平直；若深度过大则凹模增高，多耗模具材料并需要较大的压力机行程。

凹模采用分开加工，两次成形凹模为同一零件，将左右两个凹模装在下模座上，形成一定的配合关系。凹模上面的螺纹孔用来装定位螺钉，进料时板料的位置，再配合顶杆实现精确定位。

图6   左凹模正面图

图7   左凹模底部图

5.3 模座的选择

模座材料采用45钢，根据凹模尺寸，确定下模座整体尺寸为L=150mm，B=70mm，厚度H=30mm。

因为工件批量不大，变形简单，弯曲力较小，可以不采用导柱导向。模具工作的时候，将上模固定在压力机上，下模固定在压力机工作台上，位置调整准确即可对板料进行弯曲加工。

为节省材料，对下模座进行必要加工，两边各预留30mm压边尺寸，对多余部分进行切削，加工后下模座规格为：150×70×30  mm

上模座选择配套规格，同理进行必要切削加工后的尺寸为 140×70×25，其余的尺寸详见《冲压模具标准件与设计指南》P42表2-22。

图8   上模座正面图

图8   上模座底部图

图9   下模座底部图

5.4 垫板规格的的选择

查阅《冲压模具标准件与设计指南》P166对垫板进行选择。

垫板的作用是直接承受和扩散凸，凹模传递的压力，以降低模板所受的单位压力，防止模板局部破坏导致模具寿命降低。冲模中最常见为凸模垫板，它被装在凸模固定板与凹模之间。另外，当采用刚性推件装置，上模板被挖空时也需加垫板。

是否需要垫板，根据模板承受压力来判断，公式为：

式中  ——冲板承受的压力

——冲裁力，即凸（凹）模所承受的压力，N；

——凸（凹）模与上、下模板的接触面积、即凸（凹）模固定板端面面积；；

——模板材料的许用应力。

其中，，， 

代入公式5得： 

所以，可以不采用垫板。

5.5 固定板的选择

固定板（凸、凹模固定板）主要用于固定中、小型的凹模，小型的凸、凹模零件一般通过固定板间接地固定在模板上，以减少模具钢的用量。为了保证安装、固定牢固，固定板必须有足够的厚度，查《冲压模具标准件与设计指南》P166厚度可以由下面经验公式得出

凸模固定板：    

凹模固定板：    

式中       H    — 固定板厚度

    H0    — 凹模高度与垫板高度之和

    D     — 凸模与固定板相配合部分的直径。若凸模与固定板相配合的部分截面为非圆形，则为其截面最大径。

所以， 

取标准  

5.6 顶杆的设计

顶杆的作用是保证板料送料准确和在模具中的位置正确。由于弹簧的作用，在凸模下压时，顶杆随着弯曲件下移，由于顶杆住了弯曲件上的工艺孔，所以弯曲件不会发生滑移。

图10   顶杆工作图

5.7 凸模设计

凸模长度计算   (参考《冷冲模设计》P99图4-44)

式中：——凸模固定板的厚度；

——   卸料板的厚度；

——   定位版的厚度；

——   凸模进入凹模的深度；

——   安全距离取值范围为15~20mm。

其中： Y 取16mm。

代入公式得：L=52+2+16.5+16=86.5mm

所以凸模尺寸为：34×40×86.5  mm

5.8 螺钉的设计

5.8.1 螺钉的选择

模座的固定螺钉选择内六角圆柱头螺钉，根据《冲压模具标准件与设计指南》 P132 表5-8选择M10螺钉。

上模座的固定螺钉     4× M10

下模座的固定螺钉     4× M10

定位板的固定螺钉        4× M6

上模座连接销钉          2×Φ10

下模座连接销钉          2×Φ10     

5.8.2 螺钉孔确定

M10内六角圆柱螺钉通过孔的规格参考《冲压模具标准件与设计指南》 P132 表5-9  可知：D=16.5，d=11.5，H=25。

5.8.3 螺位置确定

螺钉、销钉分布要满足相应的尺寸位置要求，孔到边缘和孔与孔之见的距离要满足安全距离  查阅《冲压模具标准件与设计指南》P138 表5-17 得出对应的最小距离。

6 冲压设备的选择

6.1 闭合高度的确定

模具闭合高度（）是指模具在最低工作位置时，上模座上平面与下模座下平面之间的距离。

式中：  ——上模座厚度，为32mm;

——凹模厚度，为40mm;

——凸模厚度，为52mm;

——定位板的厚度，为2mm;

——下模座的厚度，为40mm;

——安全距离，取16mm。

所以，。

6.2 弯曲时压力机吨位的选择及压力机的选择

自由弯曲时，压力机的吨位F为： 

F≧F自+FQ≧6581.25+5265=11846.25 N。

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，确定压力机的压力时，应预留出较大的安全范围。

由于

则代入数值得

根据闭合高度和压力机压力查《冷冲模设计》P12 表1-3，确定选择J23-16开式双柱可倾式压力机。

选取的开式双柱可倾压力机的参数如下

型号： 

滑块行程次数：120/min

滑块行程：55mm

公称压力：160KN

最大闭合高度：220mm

闭合高度调节量：45mm

床身最大倾角： 

工作台尺寸： 

模柄孔尺寸： 

7装配图及细节展示

图11   模具三维装配图1

图12   模具三维装配图2

参考文献

[1]叶久新,王群.塑料成型工艺及模具设计[M].机械工业出版社，2008.

[2]李奇涵.冲压成形工艺与模具设计[M].机械工业出版社，2007.

[3]冲模设计手册编写组.冲模设计手册[M].机械工业出版社，2005.

[4]数字化手册编委会.冲模设计手册软件版[M].机械工业出版社，2003.

[5]刘建超，张宝忠.冲压模具设计与制造[M].高等教育出版社，2004.