弯曲件冲压工艺设计与正装复合冲裁模具设计

弯曲件冲压工艺设计与正装复合冲裁模具设计内容摘要：

其中 D 为冲压件在送料方向上宽度，即 D=L ； 此处 L 为冲压件的展开长度，在此取工件的中性层来计算其等效长度，但是坯料在塑性弯曲时，其中性层会发生内移，相对弯曲半径越小，中性层的内移量就越大。 中性层的曲率半径用  来表示则由经验公式可得： r kt 式 () 式中： r—— 零件的内弯半径； t—— 材料的厚度； 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 冲压件的工艺参数的确定 8 k—— 为中性层的位移系数。 因为 r/t=,所以 《冲压工艺及模具设计与制造》 表 35 可查得： k= ,所以： 6 2 k t mm       所以由 r=6 = ，所以弯曲件的长度由 《冲压工 艺及模具设计与制造》 P126式 32 计算：   12L = L + L + / 1 8 0r k t 式中： 12LL和 分别为竖直和水平方向到内圆弧的长度。 由零件图可知 12L = 59 m m L 19 mm 所以   12L = L + L + / 1 8 0r k t =59+19+ 90 / 180 = 所以 H= D+ a =2L +a = 5+ =180 m m 由于是采用少废排样的方式，所以只在送料方向上设计了搭边值，所以条料的宽 度可近似为冲压件本身的宽度值，即条料宽度 B=100mm。 由软件（ PRO/E）可求该制件的实际面积 S= 板料的剪裁及材料利用率的计算 条料是从板料剪裁而得。 条料宽度一经决定，就可以裁板。 轧制的板料一般都是长方形，所 以就有纵裁（沿长边裁，也就是沿辗制纤维方向裁）和横裁（沿短边裁）两种方法（图 ） 图 板料的纵裁与横裁 查《冷冲压工艺手册》 P523 表 选用 1100 4500 5标准轧制 35钢板。 裁板方案有纵裁和横裁两种，比较两种方案，选用其中材料的利用率较高的一种。 纵裁时： 每张板料裁成条料数： n1 = 1100/100 = 11 余 0mm 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 冲压件的工艺参数的确定 9 每块条料冲制的制件数： n2 =（ 45002 .5） /180 = 24 余 ∴每张板料冲制的制件数 n=n1 n2=11 24=264 个 查《冲压工艺与模具设计》 P65 材料的总利用率： η 0=LBnS 100% n—— 条料（或整个板料）上实际冲裁的零件数； L—— 条料（或板料）长度； B—— 条料（或板料）宽度； S—— 一个零件的实际面积； 回弹量的计算及弯曲参数的选择 在前面的分析中已经知道，回弹将会使工件在形状尺寸上达不到要求，必须采取相应措施来保证冲压件的尺寸精度。 但是由于影响回弹值的因素很多，要在理论上准确计算回弹值是很困难的，常常是按照试验总结出来的数据来选择，经试冲之后再对模具工作部分加以修正来保证冲压件的形状尺寸。 由于 r/t=5～ 8，所以在弯曲变形后，弯曲半径变化不大，只角度的回弹。 查《冷冲压工艺手册》 P74 表 由材料硬度得其校正性弯曲时的回弹角为：1  ，所欲使弯曲之后的角度为： 90则在卸载前的弯曲中心角度应为： 0 90 1 89          。 又因为此工件的厚度为 5mm，所以根据前人经验可知，当 2t mm 时，弯曲件的孔边距应有 2Lt ，从零件图上分析可知此项条件能够满足；其次对弯曲件最小弯曲半径查《冷冲压工艺手册》 P72 表 由材料硬度得最小弯曲半径应为 ： 0 .2 0 .2 5 1r t m m   ， 此设计中取 r=6mm；满足要求。 最后还必须确定弯曲的直边高度 H，因为在弯曲 90 角时，必须保证足够长的弯曲力臂，其弯曲的直边高度应满足： 2 2 5 1 0H t m m   ， 从零件图上看出，此项要求也能满足设计条件而不必增加其它的工艺措施了 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 4 冲压件的工艺计算 10 4 冲压件的工艺计算 此处的工艺计算主要是各种力和间隙值的计算，计算的目的在于合理的选择冲压设备和对模具的设计。 所谓的冲压力主 要是指冲裁力、弯曲力、卸料力、推件力、顶件力和压料力，同时基于上述各力来选择相应的压机。 下面将分别对落料、冲孔和弯曲三个部分的力和间隙进行计算。 冲裁部分冲压力的计算 本次设计中 ,有两个部分的冲裁 ,即冲孔和在弯曲结束前对工件的切断 ,无论是哪种冲裁 ,在整个冲裁过程中冲裁力是随着凸模进入材料的深度 (也即是凸模行程 )而变化的。 前面已经分析过并选择了冲压件的材料为 35 钢。 则可查阅相关的设计手册，根据金属材料的力学性能可绘制其在冲裁过程中冲裁力的变化曲线如图 ，绘制时参照资料 [4]图 319。 凸模行程冲裁力 图 冲裁力变化曲线 从上图可以看出，在 AB阶段，曲线近似成比例上升，为弹性变形阶段，而在BC 段曲线上升变慢，表现出塑性变化的特征，属于塑性变形阶段，在 C 点处冲裁力达到最大值。 在此点之后，随着凸模的继续下降，材料的变形继续增大，由于材料在此时已达到了最大变形程度，之后将开始剪裂。 CD 段即为断裂阶段，而 DE段的压力主要用于克服摩擦力和将材料从凹模内推出来。 我们通常所说的冲裁力也即是指冲裁过程中冲裁力的最大值 ,它是选择压力机和模具设计的重要依据之一，也 是选择设备吨位和设计、检验模具强度的重要依据。 由于冲裁加工的复杂性和变形的瞬时性，使得建立理论计算公式相当困难，因此常依据前人的经验所得出的计算公式进行设计计算。 对于平刃口模具冲裁时，其冲裁力为： 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 4 冲压件的工艺计算 11 0F Lt 式 () 式中  的数值查阅相关的设计手册而来。 但是可能出现手册中的  值不全，从而查不到此值，此时则 可以按剪切应力与材料的抗拉强度之间通过一定系数联系起来，从而计算出  值，它们之间的计算关系为：  ，即有 0 bF Lt。 但是在实际选择冲压设备时 ,为了安全起见 ,常在冲压力的基础上乘上一个安全系数 K ,并常取  ,故由上述分析可得设备上最小冲裁力为 : bbF F L t L t   设 式 () 在上式中： L—— 冲裁件冲裁轮廓周长； t—— 为材料的厚度； b —— 为材料的抗拉强度。 所以 ,在下面对冲压件的冲裁力的计算时均采用此公式进行计算。 切断时冲裁力的计算 由零件图可知，切断落料为圆弧加直边。 同时查《冷冲压工艺手册》的表 查得材料为 35 钢的优质碳素结构钢的抗拉强度为： 4 9 0 6 3 5MPa MPa，在本设计中取其值为： 510b MPa 。 由零件图几何关系计算 1 67. 77 44. 72 2 157 .21L m m m m m m   ， 5t mm 代入公式 中计算其切断冲裁力为： 13 3 630 .80 .8 1 5 7 .2 1 1 0 5 1 0 5 1 0 1 03 2 0 .7 1 1 0bF L tNN       冲孔时冲裁力的计算 在冲孔时，公式中除冲裁的周长 L 有所变化外，其它参数均不发生变化。 竖直大孔冲裁的轮廓周长为： 21 3 .1 4 3 0 9 4 .2L D m m    故此时冲裁力为： 213 3 632 2 94. 2 10 5 10 510 10384 .34 10bF L tNN        水平小孔冲裁轮廓周长为： 22 4 14 43. 96L D m m    故此时冲裁力为： 223 3 632 2 43. 96 10 5 10 510 10179 .36 10bF L tNN        攀枝花学院本科毕业设计（论文） 4 冲压件的工艺计算 12 卸料力、推件力的计算 由于冲裁中材料的弹性形变及摩擦的存在，在冲裁之后因为弹性形变及弯曲弹性恢复的作用，冲裁后的带孔部分的板料可能会紧箍在凸模上，而冲落部分的材料则可能会卡在凹模的洞口中，所以为了保证冲裁过程能够连续、顺利地进行，必须将箍在凸模上材料（ 本设计中即为工件）卸下，将卡在凹模内的材料（本设计中即为冲裁后的废料）推出去。 因此，我们把条料或制件从凸模上卸下来所需的力称为卸料力；而把将制件或废料从凹模中推出的力称为推出力；另外，所谓的顶件力是指将制件或废料从凹模洞口逆着冲裁的方向中顶出时所需的力。 因为在本设计中所用到的主要是推件力，所以对顶件力不再作计算。 对这三个力，可基于本设计由图 所示来说明。 卸卸顶推 图 卸料力、推件力及顶件力示意图 通过上图 ,我们可以对各力有了清楚的认识 ,由于影 响这些力的因素很多 ,其主要的因素有 :材料的力学性能、材料的厚度、模具间隙、凹模洞口的结构、搭边的大小、润滑的情况、制件的形状和尺寸等。 在实际的生产过程中，常采用经验公式来计算这些力，则根据《冲压手册》 P61 可得： 卸料力： xxF KF 式 () 推件力： ttF nKF 式 () 式中 xK —— 为卸料力系数， tK —— 为推件力系数， n —— 为留在凹模洞口内的件数，由于本次设计加工的零件形状简单，精度要求也不是很高。 采用每次冲孔后即由推料杆将废料从凹模中推出，所以可以凹模的结构形式如何均取 1n。 根据《冲压手册》表 237可查得：  ，取 。  ，攀枝花学院本科毕业设计（论文） 4 冲压件的工艺计算 13 所以计算此二力的大小为： 330. 04 38 4. 34 10 15 .3 7 10xxF K F N N      331 0 .0 4 5 3 8 4 .3 4 1 0 1 7 .3 0 1 0ttF n K F N N       从减小冲裁力的角度考 虑 ,冲孔和切断两道工序不同时 进行 ,采用先冲孔再切断的方法加工 ,因此在计算总的冲裁力时 ,以切断和冲孔中力较大者参与计算 ,故总的冲裁力的大小为： 213333 8 4 .3 4 1 0 1 7 .3 0 1 04 0 1 .6 3 1 0tF F FN   总 弯曲部分冲压力的计算 此次设计中所使用的方法为复合 冲压，所以只计算冲裁部分的冲裁力，在选择压力机方面是远远不够的，它必须结合弯曲部分的弯曲力，由两者共同来选择压力机，因此还必须计算弯曲力的大小。 在前面已经详细分析了冲裁的变形及冲裁力的变化 ,在对板料弯曲分析也一样开始是弹性弯曲，其后是变形区内外层纤维首先进人塑性状态，并逐渐向板的中心扩展进行自由弯曲，最后是凸、凹模与板料互相接触并冲击零件的校正弯曲。 如图 所示为弯曲各阶段弯曲力与弯曲行程的变化关系。 图 弯曲力变化曲线 在上图中， 1 是 弹性弯阶段， 2 是自由弯曲阶段， 3 是校正弯曲阶所以由上图示可知，各阶段的弯曲力是不同的，弹性弯曲阶段的弯曲力较小，可略去小计，自由弯曲阶段的弯曲力不随行程的变化而变化，校正弯曲力随行程急剧增加。 弯曲力的计算 通过对零件的工艺分析知，要加工的工件一次弯曲就可成形，同冲裁力计算一样，弯曲力也受到如材料性能、零件形状、弯曲方法、模具结构等诸多因素的影响，使得靠理论分析来进行准确计算存在很大困难。 查《冷冲压工艺及模具设计与制造》表 310 可得其 U形件自由弯曲力经验公式为： 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 4 冲压件的工艺计算 14 2。