模具设计实例------U形弯曲件模具设计

（一）零件工艺性分析（图1）

工件图为图15所示活接叉弯曲件，材料45钢，料厚3mm。其工艺性分析内容如下：

1.材料分析 45钢为优质碳素结构钢，具有良好的弯曲成形性能。

2.结构分析  零件结构简单，左右对称，对弯曲成形较为有利。可查得此材料所允许的最小弯曲半径，而零件弯曲半径，故不会弯裂。另外，零件上的孔位于弯曲变形区之外，所以弯曲时孔不会变形，可以先冲孔后弯曲。计算零件相对弯曲半径，卸载后弯曲件圆角半径的变化可以不予考虑，而弯曲中心角发生了变化，采用校正弯曲来控制角度回弹。

3.精度分析  零件上只有1个尺寸有公差要求，由公差表查得其公差要求属于IT14，其余未注公差尺寸也均按IT14选取，所以普通弯曲和冲裁即可满足零件的精度要求。

4.结论：由以上分析可知，该零件冲压工艺性良好，可以冲裁和弯曲。

（二）工艺方案的确定

零件为U形弯曲件，该零件的生产包括落料、冲孔和弯曲三个基本工序，可有以下三种工艺方案：

方案一：先落料，后冲孔，再弯曲。采用三套单工序模生产。

方案二：落料—冲孔复合冲压，再弯曲。采用复合模和单工序弯曲模生产。

方案三：冲孔—落料连续冲压，再弯曲。采用连续模和单工序弯曲模生产。

方案一模具结构简单，但需三道工序三副模具，生产效率较低。

方案二需两副模具，且用复合模生产的冲压件形位精度和尺寸精度易保证，生产效率较高。但由于该零件的孔边距为4.75mm，小于凸凹模允许的最小壁厚6.7mm，故不宜采用复合冲压工序。

方案三也需两副模具，生产效率也很高，但零件的冲压精度稍差。欲保证冲压件的形位精度，需在模具上设置导正销导正，故其模具制造、安装较复合模略复杂。

通过对上述三种方案的综合分析比较，该件的冲压生产采用方案三为佳。

（三）零件工艺计算

1. 弯曲工艺计算 （1） （1）毛坯尺寸计算   （图2）        对于有圆角半径的弯曲件，由于变薄不严重，按中性层展开的原理，坯料总长度应等于弯曲件直线部分和圆弧部分长度之和，可查得中性层位移系数，所以坯料展开长度为    由于零件宽度尺寸为18mm，故毛坯尺寸应为64mm×18mm。弯曲件平面展开图见图16，两孔中心距为46mm。     （2）弯曲力计算  弯曲力是设计弯曲模和选择压力机的重要依据。该零件是校正弯曲，校正弯曲时的弯曲力和顶件力为                             对于校正弯曲，由于校正弯曲力比顶件力大得多，故一般可以忽略，即    ≥  生产中为安全，取≥，根据压弯力大小，初选设备为JH23—25。 2.冲孔落料连续模工艺计算    （1）刃口尺寸计算  由图3-2可知，该零件属于一般冲孔、落料件。根据零件形状特点，冲裁模的凸、凹模采用分开加工方法制造。尺寸18mm、R9mm由落料获得，2×φ8.5mm和46±0.31mm由冲孔同时获得。查得凸、凹模最小间隙，最大间隙，所以。  按照模具制造精度高于冲裁件精度3～4级的原则，设凸、凹模按IT8制造，落料尺寸，凸、凹模制造公差，磨损系数取0.75。冲孔尺寸，凸、凹模制造公差，磨损系数取0.5。根据冲裁凸、凹模刃口尺寸计算公式进行如下计算：   落料尺寸，  校核不等式≤，代入数据得。说明所取的与合适，考虑零件要求和模具制造情况，可适当放大制造公差为：          ， 。  将已知和查表的数据代入公式得              故落料凸模和凹模最终刃口尺寸为：，。  落料R9mm，属于半边磨损尺寸。由于是圆弧曲线，应该与落料尺寸18mm相切，所以其凸、凹模刃口尺寸取为    冲孔：  校核，代入数据得：。说明所取的与合适，考虑零件要求和模具制造情况，可适当放大制造公差为：， 。  将已知和查表的数据代入公式得

故冲孔凸模和凹模最终刃口尺寸为：，。 孔心距46±0.31mm 因为两个孔同时冲出，所以凹模型孔中心距为    （2） 排样计算 （图3）  分析零件形状应采用单直排的排样方式，零件可能的排样方式有如图17所示两种。  比较方案a和方案b，方案a是少废料排样，显然材料利用率高，但因条料本身的剪板公差以及条料的定位误差影响，工件精度不易保证，且模具寿命低，操作不便，排样不适合连续模，所以选择方案b。同时，考虑凹模刃口强度，其中间还需留一空工位。现选用规格为3mm×1000mm×1500mm的钢板，则需计算采用不同的裁剪方式时，每张板料能出的零件总个数。  经查得零件之间的搭边值，零件与条料侧边之间的搭边值，条料与导料板之间的间隙值，则条料宽度为   步距    由于弯曲件裁板时应考虑纤维方向，所以只能采用横裁。即裁成宽71.5mm、长1000mm的条料，则一张板材能出的零件总个数为     计算每个零件的面积，则材料利用率为。排样图如图18所示。  （图4） 3.冲裁力计算  此例中零件的落料周长为148.52mm，冲孔周长为26.69mm，材料厚度3mm，45钢的抗剪强度取500MPa，冲裁力基本计算公式。则冲裁该零件所需落料力    冲孔力        模具结构采用刚性卸料和下出件方式，所以所需推件力为    计算零件所需总冲压力 初选设备为JC23—63。

凹模深度过小，则坯料两端未受压部分太多，零件回弹大且不平直，影响其质量；深度过大，则浪费模具钢材，且需压力机有较大的工作行程。该零件为弯边高度不大且两边要求平直的U形弯曲件，则凹模深度应大于零件的高度，且高出值，如图21所示。 4）凸、凹模间隙  根据U形件弯曲模凸、凹模单边间隙的计算公式得 5）U形件弯曲凸、凹模横向尺寸及公差  零件标注内形尺寸时，应以凸模为基准，间隙取在凹模上。而凸、凹模的横向尺寸及公差则应根据零件的尺寸、公差、回弹情况以及模具磨损规律而定。因此，凸、凹模的横向尺寸分别为       （2）弹顶装置中弹性元件的计算  由于该零件在成型过程中需压料和顶件，所以模具采用弹性顶件装置，弹性元件选用橡胶，其尺寸计算如下 1）确定橡胶垫的自由高度        认为自由状态时，顶件板与凹模平齐，所以        由上两个公式取。 2）确定橡胶垫的横截面积    查得圆筒形橡胶垫在预压量为10%~15%时的单位压力为0.5MPa，所以 3）确定橡胶垫的平面尺寸  根据零件的形状特点，橡胶垫应为圆筒形，中间开有圆孔以避让螺杆。结合

零件的具体尺寸，橡胶垫中间的避让孔尺寸为φ17mm，则其直径D为 4）校核橡胶垫的自由高度    橡胶垫的高径比在0.5~1.5之间，所以选用的橡胶垫规格合理。橡胶的装模高度约为0.85×140=120mm。       （六）冲孔落料连续模装配图  有了上述各步计算所得的数据及确定的工艺方案，便可以对模具进行总体设计并画出冲裁装配图如图22所示。  模具闭合高度H模=45+8+20+15+14+12+25+50=189mm。       （七）弯曲模具装配图  由上述各步计算所得的数据，对弯曲模具进行总体设计并画出装配图如图23所示。  （图8）  模具闭合高度H模=40+20+4+103=167 mm。

【责任编辑：】

关键词：塑料模具,汽摩模具