弯板钣金成形工艺及模具设计说明书

1 前言

钣金成形技术的发展形势，谈谈对课程设计的认识及意义。 2 零件图的分析

2.1 零件的功用与经济性分析

该零件属于一种接触片，起导电作用，外形尺寸要求不高，形状简单，容易成形。该零件材料为08钢，厚度1.5mm，年产量属于中批量，故经济性良好。 2.2 零件的冲压工艺性分析

2.2.1 结构形状与尺寸

0.2

该零件外形较简单、对称，无悬臂和窄槽，转角半径最小为R2。制品上有两个φ8.5+-0.1

的孔，符合最小孔径要求。最小孔间距为13.5mm，最小孔边距2.75mm，均符合要求。 该零件有弯曲，形状为Z字形弯曲件，其相对弯曲半径为r/t=4/1.5=2.67>rmin/t，符合最小弯曲半径要求。折弯孔边距为8.75mm，符合要求。 2.2.2 精度与表面粗糙度

0.2 （精度可根据指导书P52页换算）根据制品尺寸可知，其中22±0.2、φ8.5+-0.1这两

个尺寸精度较高，均为IT13至IT14级之间。均符合冲裁件（IT11）和弯曲件(IT13)的经济精度等级要求。

该零件外形无粗糙度要求，可取冲裁件一般粗糙度精度等级，为12.5~3.2μm。 2.2.3 材料

该零件材料使用08钢，属于普通碳素结构钢，其塑性和力学性能均良好，适合于冲裁和弯曲成形。

结论：该零件的形状、尺寸、精度、材料均符合冲裁和弯曲工艺性要求，故可以采

用钣金冲压方法加工。 3 钣金成形工艺设计 3.1 成形工艺方案的确定 3.1.1 成形工序性质与数量的确定

根据零件形状和结构可知，成形该零件有以下工序：2个冲孔，落料，2处弯曲。其中冲孔、落料属于冲裁工序，折弯属于成形工序。 3.1.2 成形工艺方案的分析与确定

根据以上基本工序，可拟定出以下三种冲压工艺方案： 方案一：先落料，再冲孔，最后弯曲，用单工序成形； 方案二：采用多工位级进成形； 方案三：先冲孔、落料复合，再弯曲。

冲压工艺方案比较表

通过上述分析可知，方案一模具结构简单，但效率最低，方案二效率最高，但模具结构复杂，成本高，方案三模具结构复杂程度适中，效率适中，符合制品中批量生产要求，而且零件精度要求不高，故最终选择方案三。 3.2 成形工艺参数的计算

3.2.1 成形尺寸的计算（主要计算弯曲件和拉深件的展开尺寸，纯冲裁这步不需要）

（最好画图表示）

该零件属于弯曲件，需要计算其展开尺寸，如上图所示：

L总=L1+L2+L3+L4+L5,由图形可知，L1=18.5mm，L3=4.5mm，L5=20mm。

L2=L4=

πa

180

(r+xt)，已知r/t=4/1.5=2.67，查表有x=0.39，再已知a=90，r=4，

代入公式有：L2=L4=

πa

180

(r+xt)=

π90

180

(4+0.39⨯1.5)=7.202mm。

故 L总=L1+L2+L3+L4+L5=18.5+7.202+4.5+7.202+20=57.404mm

3.2.2 排样设计与下料方式的确定 1、排样

板料规格拟选用1.5mm×750mm×l500mm(08钢板)。坯料长度为57.404mm不算太小，考虑到零件的形状，为了提高材料利用率，采用条料对排。条料定位方式采用导料销导向，挡料销定距，取搭边值a=2.5mm，a1=2.298mm(查表)则

进距s=36+16+2a=57mm

0条料宽度B-mm+2⨯2.298mm)-0.6=620∆=

(Lmax+2a1)-∆=(57.404-0.6mm

2.裁板方案

1) 板料纵裁利用率 条料数量

n1=B/b=750/62=12条 每条零件数

n2=(L-a1)/s1=(1500-2.5)/28.5=52个 每张板料可冲零件数

n=n1⨯n2=12⨯52=624个 材料利用率

η=

nA624⨯1289.617

⨯100%=⨯100%=71.53% L⨯B1500⨯750

2) 板料横裁利用率 条料数量

n1=L/b=1500/62=24条

每条零件数

n2=(B-a1)/s1=(750-2.5)/28.5=26个 每张板料可冲零件数

n=n1⨯n2=24⨯26=624个 材料利用率

η=71.53%

由此可见，纵裁和横裁材料利用率一样，考虑操作的方便性，最终决定采用横裁法。

3.2.3 各工序冲压力的计算与冲压设备的选择

1．冲孔落料复合工序 落料力

F1=Ltσb=156.533⨯1.5⨯400N=93919N 式中σb=400N（指导书P81，

表4-27）。

卸料力

FX=KXF1=0.045⨯93919N=4226N 式中KX=0.045，由表（书P73页）

查得。

冲孔力

F2=Ltσb=2⨯26.704⨯1.5⨯400N=32045N 推件力

由课件（第三章）F推=nKTF2=4⨯0.055⨯32045N=7048N 式中KT=0.055，

查得。凹模刃口高度取6mm，故n=

故成形总力为：

6-0.5

≈4个。0.5mm为凸模进入凹模深度。 1.5

F∑=F1+F2+FX+F推=93919N+32045N+4226N+7048N=137238N≈137kN 根据工厂现有设备选择合适的压力机。本工序可以选用J23-16 压力机。(指导书P86表4-37)

列出压力机相关参数。 2．弯曲工序（校正弯曲）

（课件第四章）得：P=45MPa，F校=AP=372.234⨯45N=16751N≈17kN P查表A=372.234mm2（计算机查询）。

Fy比较小，对于校正弯曲可以忽略不计，故选择设备时只要满足F压≥（1.1~1.3）F校

即可，但考虑到安装空间需要和工厂现有设备，故选择（只考虑力的要求，也可选择J23-4）J23-16 压力机。

列出压力机相关参数。 3.3 钣金成形工艺规程的编制 参考工艺规程表。

4 钣金成形模具设计（只设计冲孔落料复合模） 4.1 模具类型和结构形式的确定（参考实例） 4.1.1 模具结构类型的确定

由冲压工艺分析可知，采用复合成形，考虑操作的方便性，所以模具类型为冲孔-落料倒装式复合模。

4.1.2 工件的定位方式的确定

零件的生产批量属于中批。合理安排生产可采用手工送料方式能够达到要求，且能降低模具成本，因此采用手工送料方式。考虑零件尺寸、料厚适中，为了便于操作，保证质量，采用导料销导向、挡料销定距的定位方式。 4.1.3 卸料与出件方式的确定

为了保证工件质量，采用上出件方式，由模具上方推件块将工件从落料凹模中推出。冲压后卡在凸凹模上的条料废料采用弹性卸料装置卸料，而最终留在凸凹模内的废料可由冲孔凸模依次从下模废料孔中推出。

故该模具上模有一套刚性的推件装置，下模有一套弹性的卸料装置。 4.1.4 模架类型及模具组合形式的确定

冲孔落料复合模：该零件精度要求不高，为了操作方便，便于安装调整，采用后侧导柱模架。考虑零件精度要求不高，因此采用II级模架精度。 4.2 模具零件的设计与选用 4.2.1 工作零件的设计

（1）凸、凹模间隙的确定（课本P58~59）

该制品精度不高，所以凸凹模间隙根据经验法查表3-4得：Z=(10~15)t%，Zmin=0.15mm，Zmax=0.225mm。

（2）凸、凹模工作尺寸的计算（参考课本第三章第四节） 该零件外形尺寸较多，形状比较复杂，采用配作法。 1）落料

落料时，以凹模为基准，只要计算凹模刃口尺寸，凸模配作，不用计算。

+1+1

a）磨损后变大的尺寸：160，R70

AA=(Amax-xΔ)0

+b）磨损后变小的尺寸：4±0.3，R2±0.5

BA=(Bmin+xΔ)-0c）磨损后不变的尺寸：22±0.2，42.404±0.31

CA=(Cmin+0.5Δ)±凸模刃口尺寸按凹模实际刃口尺寸配作，保证双面间隙Zmin~Zmax。 2）冲孔

冲孔时，以凸模为基准，只要计算凸模刃口尺寸，凹模配作，不用计算。

0.2a）磨损后变小的尺寸：φ8.5+-0.1

bT=(bmin+xΔ)-Δ0

凹模刃口尺寸按凸模实际刃口尺寸配作，保证双面间隙Zmin~Zmax。 （3）模具压力中心的确定

根据制品形状，利用CAXA2007软件计算得出其模具压力中心位置为下图所示：

可知零件左右对称，上下不对称，故压力中心坐标为x=0,y=-27.07mm

（4）凸模结构型式及尺寸的确定

凸模形状为圆形，可设计成阶梯形结构，通过台肩固定。凸模尺寸根据工作要求及其工作尺寸要求确定。

凸模的材料采用T10A（指导书P58），工作部分热处理淬硬58～62HRC。如下图所示

（5）凹模结构型式及尺寸的确定

凹模采用方形板状结构通过螺钉、销钉与固定板固定。冲件批量适中，考虑凹模的磨损和保证冲件的质量，凹模刃口采用直刃壁结构，刃壁高度取6mm，漏料部分考虑要装推件块沿刃口轮廓单边扩大3.5mm。凹模轮廓尺寸计算如下：

凹模长和宽为

B=b+2c=36mm+2⨯35mm=106mm

L=2(27.07+8+c)=140.14mm(计算要保证压力中心在板的中心位置)

式中 c为凹模壁厚，查手册表（参考图形）选取。 凹模厚度为

H=K1K20.1F=1⨯1.37⨯0.1⨯93919mm≈30mm （H=kB=0.25⨯62mm≈15.5mm）

式中 K1为凹模材料修正系数，合金工具钢取K1=1。

K2为凹模刃口周边长度修正系数，参考表（参考冲压课本）选取。

根据算得的凹模轮廓尺寸，选取与计算值相接近的标准凹模轮廓尺寸为

L⨯B⨯H=125mm⨯100mm⨯30mm。（查指导书P137）

凹模材料选用CrWMn(同凸模)，工作部分热处理淬硬60～64HRC。

（6）凸凹模结构型式及尺寸的确定

凸凹模中外形为落料凸模，内形为冲孔凹模，刃口形状都较简单，可设计成阶梯形结构，通过台肩与固定板固定。凸凹模的刃口尺寸可根据落料凸模和冲孔凹模工作尺寸配作，其余尺寸根据卸料装置和安装固定要求确定。

凸凹模的材料也选用CrWMn，工作部分热处理淬硬58～62HRC。

4.2.2 定位零件的设计与选用

根据前述可知采用导料销和挡料销定位。导料销（画图表示）采用直径为

D=φ8mm，d=φ4mm，高度h=3mm，总高为H=10mm。

挡料销采用直径为D=φ8mm，d=φ6mm，因为根据排样图可知，其送料步距较大，挡料销位置已经超出卸料板，故挡料销安装在模座上，高度要根据卸料板、固定板垫板及弹簧的高度综合确定，标记为A8⨯6 JB/T7649.10－1994。（指导书P170~171）

4.2.3 卸料与出件装置的设计 （1）卸料装置设计

卸料装置由卸料板、卸料螺钉和弹簧组成。

a、卸料板尺寸确定：外形尺寸与凹模一样，厚度查指导书P110复合模典型组合取12mm。故卸料板尺寸为125mm⨯100mm⨯12mm。

b、选弹簧：弹簧的计算与选用原则如下： ① 卸料弹簧的预压力应满足： F0≥Fx/n

ΔH0≥ΔH② 弹簧最大许可压缩量应满足：

选用弹簧应能够合理地布置在模具的相应空间。

ΔH=ΔH0+ΔH'+ΔH''

（参照冲模课件或者

书籍）

选择卸料螺钉：根据固定板、垫板的厚度，最终选择卸料螺钉8×50 GB2867.6-81。 （2）推件装置设计

该模具推件装置根据制品的形状可知，由打杆和推件块构成。

打杆直径（参照指导书P183页模柄选取）为φ10mm（适当缩小避免干涉）长度取，材料为45钢，热处理淬硬40～45HRC。

推件块外形为和零件一样，尺寸为比凹模刃口尺寸单边小0.2mm。推件块材料也为45钢，热处理淬硬40～45HRC。 4.2.4 支承固定零件的设计与选用 （1）凸（凹）模固定板

125mm⨯100mm⨯16mm，上模凸模固定板：材料选用45钢（参照指导书60页，表4-6）。

下模凸凹模固定板：125mm⨯100mm⨯20mm，材料选用45钢。 固定板厚度参考指导书P111页，典型组合。 （2）垫板

上下垫板均取一样：125mm⨯100mm⨯6mm，材料选用T8A，热处理56~60HRC。 （3）模柄

根据前述可知，选用J23-16的冲压机，查冲压机标准（指导书87页）可知其模柄安装孔直径为φ30mm⨯50mm，故选用模柄为A30mm⨯50mm,JB/T 7646.1-1994。 4.2.5 模架及其零件的选用

为了方便安装调整，采用后侧滑动导柱模架。考虑零件精度要求不高，因此采用II级模架精度。其凹模周界L⨯B=125mm⨯100mm,闭合高度H=160mm～220mm（查设备的规格p87页），模架其规格（指导书P120页）为：125×100×180～250，GB/T2851.3-1990。上模座规格：125mm×100mm×30mm。下模座规格为：125mm×100mm×35mm，导柱规格(P154)：B22h5×150×35，导套(P158)规格为：A22H6×80×33mm。 4.2.6 紧固件的选用

根据冲裁模结构形式及模架的组合形式可知，冲模零件的连接和紧固采用螺钉，模具零件的定位采用销钉，其螺钉规格为：GB 70-85-M8×60、GB 70-85-M8×40。圆柱销规格为：GB/T119.1-2000 φ8×70、GB/T119.1-2000 φ8×50。 4.3 模具图样的绘制及压力机校核 4.3.1 模具装配图的绘制

先绘制下模（指导书P139页），再根据下模阶梯剖视的位置绘制上模。上模是全剖视，而且是模具闭合状态下的剖视图。 4.3.2 模具零件图的绘制

零件图视图方向应该和装配图一致。 4.3.3 压力机技术参数的校核 （1）模具闭合高度的校核：

模具闭合高度为：H模＝下模座厚度＋上模座厚度＋凸模固定板厚度＋凹模板厚度

＋凸凹模固定板厚度＋垫板厚度＋卸料板厚度＋凸凹模固定板与卸料板之间的安全距离＝178mm。冲压机装模高度为160mm～220mm，因此满足Hmax-5≥H模≥Hmin+10要

求。

（2）模具最大安装尺寸为200mm×165mm，压力机工作台台面尺寸为450mm×300mm，能满足模具的正确安装。 故所选设备满足成形和模具要求。 5 模具的工作原理与使用维护 6 设计总结

（设计的优缺点及其他需说明的问题，收获与体会） 7参考资料 8致 谢