Z型件弯曲设计

HUBEI UNIVERSITY OF EDUCATION

高等教育自学考试

毕业设计（论文）

题目 Z型件弯曲设计 专业班级 模具设计与制造0702班 学号 017607201439 姓名 杨磊 指导教师姓名、职称 李旭 所属助学单位 湖北第二师范学院继续教育学院

2011年 2 月 18 日

目 录

前言

第一部分 设计题目……………………………… 2 第二部分 弯曲工艺分析………………………… 4 第三部分 第四部分 第五部分 第六部分 第七部分 第八部分 第九部分 第十部分 第十一部分

主要工艺参数计算…………………… 5 排样与定距设计…………………… 6 弯曲模工作部分尺寸计算…………… 8 冲压设备的选择………………… 9 模具的总体结构………………… 10 主要零部件的设计及选择…………… 11 模具制造装配要点…………………… 16 设计体会……………………………… 17 参考文献……………………………… 181

第一部分：设计题目

设计模具名称：弯曲模

工件名称：Z型件

生产批量：大批量 材料：Q235 料厚1.5㎜ 工件简图：如图下所示：

设计要求： (1)对模具：

a) 必须保证操作安全、方便。

b)便于搬运、安装、紧固到冲床上方便、可靠 c)生产批量为大批量生产。

d)冲模零件必须具有良好的工艺性，即制造装配容易、便于管理。

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e)保证规定的生产率和高质量的冲压件的同时，力求成本低、模具寿命长。

f)保证模具强度前提下，注意外形美观，各部分比例协调。 (2)对图纸： a)总装配图一张。

b)模具零件图（凸、凹模）。 (3)对说明书：

a)计算过程详细、完全。 b)内容条理清楚，按步骤书写。 c)资料数据充分，并表明数据出处。

d)公式的字母含义应标明，有时还应标明公式的出处。 e)说明书用计算机打印出来。

第二部分：弯曲工艺分析

1．对弯曲制件

由零件图可见，该弯曲件外形简单，精度要求不高，工件厚度1.5

㎜。此工件可用一次单工序模弯曲，定位较为容易，且定位精度易保证。

2．对制件材料

材料为碳素结构钢，其抗剪强度为275-392MPa，抗拉强度为353-500MPa，屈服强度为245MPa，弹性模量为206×103MPa. ㈡模具的工艺分析：

在压力机滑块一次行程弯曲制成工件。

该模具属于单工序弯曲，操作安全、不易于自动化，包括自动送料、自动出件、自动叠片，工件和废料均往下漏，因而不易采用高速压力机生产，冲压精度高，生产效率一般。

第三部分：工艺计算 ㈠弯曲工件的毛坯尺寸计算

根据原始数据可得 t =1.5 r =4

所以r/t =4/1.5 = 2.67 >0.5

所以 根据《冲压工艺及模具设计》P180公式3-46 得

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L= l1 + l2 + l3 + л(r+kt) = 10+10+32+3.14(4+1.5k) = 66.448 mm 式中

l1 l2 l3 —直边区长度 r—弯曲中心角

k— 中性层内移系数值。取0.4

《冲压工艺及模具设计》P180 表3-9 t—弯曲件厚

（二）、压力中心 如图所示

x0 = 20 y0 = 8

所以，压力中心坐标x0 = 20 ，y0 = 8 作为设计模具的参数。 （三）、弯曲力计算

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。 F = （0.65～0.8）Bt2δb/rp +t

4

= 0.7×16×1.5×1.5×400/（4+1.5） =1832.73 N 式中：B—弯曲线长度（mm） t—板料厚度（mm） δb—材料抗拉强度（MPa） rp—弯曲凸模圆角半径（mm）

第四 部分：排样与定距设计

㈠排样图

1. 弯曲件在板料、条料或带料上的布置为排样。排样是否合理，直接影响到材料的利用率、模具结构与寿命及生产操作方式与安全，既排样是设计模具的一个标准。

排样图中只有一个工位，落料。分析工件外形，并为了节约材料，采用直排，条料的边缘作为工件的边缘，完全取搭边成为无废料排样，进行下料。如图

第五 部分：弯曲模具工作部分尺寸

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一、 凸模与凹模的圆角半径 1、 凸模圆角半径

弯曲件的相对弯曲半径r/t较小时，凸模角半径rp可取弯曲件的内弯曲半径r，但不能小于允许的最小弯曲半径。如果r/t值小于最小相对弯曲半径，应先弯成较大的圆角半径，然后再用整形工序达到要求的圆角半径。当弯曲件的相对弯曲半径r/t较大且精度要求较高时凸模圆角半径应根据回弹值进行修正。

由于影响rmin/t的因素很多，rmin/t值的理论计算公式并不实用。所以在生产中主要参考经验数据来确定rmin/t值。由《冲压工艺与模具设计》表3-2可查得：Q235最小相对弯曲半径rmin/t=2.5 2、 凹模圆角半径

3、 凹模的圆角半径rd 不能过小，以免增加弯曲力，擦伤工件表面。

对称压弯时两边凹模圆角半径rd应一致，否则毛坯会产生偏移 rd值通常按材料厚度t来选取 t=1.5mm < 2mm 时rd=（3～6）t 取rd=6 二、 凹模深度

凹模的工件深度将决定板料的进模深度，对于常见的弯曲件，弯曲时不需全部直边进入凹模内。只有当直边长度较小且尺寸精度要求高时，才使直边全部进入凹模内，凹模深度过大，不仅增加模具的消耗，而且将增加压力机的工作进程，使最大弯曲力提前出现。中小型弯曲件通常都使用模具在机械压力机上进行加工，最大弯曲力提前出

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现，对压力机是很不利的。凹模深度过小，可能造成弯曲件直边不平直，降低其精度。因此，凹模深度要适当。由《冲压工艺与模具设计》表3-17可得

L1=14+4=18 L2=40

三、 弯曲模凸凹模间隙

弯曲Z形时，必须选择适当的凸凹模间隙。间隙过大,会造成U形件两边不半径,上宽下窄,降底工件的尺寸精度, 间隙过小,使弯曲力增大,直边壁厚变薄,容易擦伤工作表面,加速凹模的磨损,降低凹模使用寿命,弯曲凸、凹模间隙是指单边间隙。为了能顺利地进行弯曲，间隙值应梢大于板料的厚度。同时应考虑下列因素的影响，弯曲件宽度较大时，受模具制造与装配误差的影响，将加大间隙的不均匀程度，因此间隙值应取大些。宽度较小时间隙值可以取小些，硬材料则应取大些，弯曲件相对弯曲半径r/t较小时可以取大些。此外还应考虑弯曲件尺寸精度和板料厚度偏差的影响

综上所述，对于尺寸精度高要求一般的弯曲件板料为黑色金属时，单边Zb可按下式计算： Zb= tmax +Ct =1.52+0.05×1.5 =1.577

取单边间隙为1.58mm 式中：tmax——板料最大厚度

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C——间隙系数，见表3-18 T板厚公称值

四、 凸、凹模工作尺寸

弯曲凸、凹模工作尺寸的计算与工件尺寸的标注形成有关。一般原则是：当工件标注外形尺寸时，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。

综上所述： Ld=（L-0.75△）8d

=(40-0.75×0.1) 00.03

=39.9900 0.03

式中 Ld凸模宽度基本尺寸 L工件横向基本尺寸

△工件横向尺寸公差

δd凸模制造偏差，一般取IT7~9级，或取工件公差的1/3、~1/4。

第六部分：冲压设备的选择

因工件是大批量生产，精度要求不高冲裁力较小则选用通用压力机，通用机身又分开式和闭式两种，开式机身的钢性教弱，适用

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中小型冲压加工，而闭式机身适用于大中型冲压加工。选用开式双柱可倾压力机JA23—630A 其参数如下：

公称压力 630KN

外形尺寸 1335x1112x2120 滑块行程 120mm 行程次数 70/min 最大闭合高度 360mm 最大装模高度 220mm 连杆调节长度 55mm 工作台尺寸 480×710mm 垫板厚度 90mm 电动机功率 2.20KW 模柄孔尺寸 φ50×70 机床总重量 1780kg

第七部分：模具的总体结构

模具采用中间导柱模架，模具由上模板、凸模固定板及卸料板组成。卸料方式才用弹性卸料，以弹簧为弹性元件。下模部分由下模座、凹模板、导料板等组成。 模具结构如下图所示

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1.下模板 2.凹模 3.导柱 4.导套5.上模板 6.螺钉 7.螺钉 8.落料凸模 9.凸缘模柄 10.螺钉 11.凸模固定板 12.垫板 13.圆柱销 14.冲孔凸模 15.橡胶块 16.弹压卸料板 17.定位销 18.导尺 第八部分 主要零部件的设计及选择 1凸模的固定方法

凸摸在上模的正确固定应该是既保证凸摸工作可靠和良好的稳定性，还要使凸摸在更换或修理时，拆装方便。该凸摸的固定方式选用如下图所示的固定方法。

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（用螺钉固定的落料凸模）

2定位板的设计

定位板的侧壁设计成平直的。定位板的内侧与条料接触，外侧与凹模平齐，这样就确定了定位板的宽度。条料的宽度为16mm，凹模的宽度是72mm。则定位板的宽度为：

B＝16.4mm

定位板厚度由表2—22查得为：5㎜ 导料板的长度为：

L＝14.0㎜

导料板用螺钉固定在凹模上，采用45钢制作，热处理硬度为40～45HRC该导尺如下图所示：

3卸料螺钉

该模具选用标准的圆柱头内六角卸料螺钉（GB2867。6-81）材料为45钢热处理HRC35~40。卸料螺钉的设置形式如下图所示，卸料螺钉长度按（2-52）计算：

L＝h3＋h4＋H0

＝30＋20＋21.5 ＝71.5㎜

式中 h3—固定板厚度

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h4—垫板厚度

H0—预压后弹性元件的高度

4凸模固定板

凸模固定板的外形尺寸与凹模板相同厚度为凹模板厚度的0.8～1倍，则凸模固定板厚度为：

H1 ＝H0×﹙0.8～1﹚ ＝45×﹙0.8～1﹚ ＝36～45㎜

取凸模固定板厚度为45㎜，直径按H7加工精度。

5模架的选择

为保证冲出零件的精度和高稳定的质量，采用模架导向的导向方式。模架导向不仅能保证上、下模的导向精度而且能提高模具的刚性，延长模具的使用寿命，是冲裁见的质量稳定可靠， 使模具的安装比较容易。模架的类型选用中间导柱模架。

除简单冲模外，一般冲模多采用带模架的结构。模架的种类很多，

要根据模具的精度要求、模具的类别、模具的大小选择合适的模架。 查《实用模具技术手册》选用的模架型号为：GB/T2851.1-1990 其主要参数为：

L:210mm B:130mm

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H:最大300mm、最小180mm H1:30mm H2:30mm

模架如下图所示：

6模柄的选择

模柄有多种型式，要根据模具的结点选用模柄的形式。模柄的直径根据所选用压力机的模柄孔径确定。本模选用模柄跟上模座为一整体结构形式。如下图所示：

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7、连接螺钉选用内六角螺钉用45钢制造并淬火硬度HRC35～40，定位销钉采用普通圆柱销。

第九部分：模具制造装配要点

凹模板、导尺均是需要淬硬的零件。凹模加工后，在线切割和淬硬以前在模架的上模板上进行装配。在凹模上画出各个形孔和圆孔的线，并根据计算数据划出压力中心线，使压力中心与下模座的中心线对正。钻、攻螺孔，将下模座、凹模板、导尺进行装配，校正导尺间隙后，钻铰销钉孔，将上述三板固定。钻孔并安装、挡料销，安装乘料板，然后将下模全部拆开，将凹模板和导尺热处理淬硬﹙凹、模钻穿丝孔﹚后进行线切割加工用平面磨床磨平后重新装配。固定在上模板的上模部分，各凹模和凸模、垫片都应淬硬。装配前将凸模淬硬并完成全部加工。垫片在装配前不淬火。装配时将凸模压入凸模固定板，在垫片上钻孔，将外形凸模固定在垫片上，在与卸料板穿在一起。凸、凹模间隙为0.18㎜，在凹模型孔中垫0.1㎜的硬纸片，以确定间隙。将已组装为一体的凸模固定板、凸模、卸料板、垫片一同，并使凸模插入凸模孔上，将上模板同过导柱、导套与下模板装在一起。透过上模板钻、攻螺孔，打入销钉，在钻、攻螺孔，使上模板、垫片、凸模固定板固定。检查无误后，钻、铰销钉孔，打入销钉，再钻、攻螺孔，安装卸料螺钉，上模全部拆开，将垫片淬硬磨平，安装橡胶板，在次装配，完成模具装配。

该模具个部分零件参数如下： 上模座 HT200 厚 30 mm

凸模固定板 45号钢 厚25㎜ 长 400㎜ 宽 140㎜ 弹压卸料板 45号钢 厚 15㎜ 长400㎜ 宽 228㎜ 导料板 45号钢 厚5㎜ 长 14.5㎜ 宽16.4㎜

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下模座 HT200 厚30㎜ 长400㎜ 宽228㎜ 凹模 Cr12 长400㎜ 宽228㎜ 热处理HRC60~64

橡胶厚度44.5㎜ 直径 30㎜ 凸模 Cr12 HRC60～64 凸模修磨量为5 模具闭合高度： H模＝183.5mm

第十部分：参考文献

陈锡栋、靖颖怡主编《冲模设计应用实例》 ——机械工业出版社 张鼎承主编《冲模设计手册》 ——机械工业出版社 陈锡栋、周小玉主编《实用模具技术手册》 ——机械工业出版社 钟毓斌主编《冲压工艺与模具设计》 ——机械工业出版社 冯柄尧主编《模具设计与制造简明手册》 ——上海出版社

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