河南机电高等专科学校
毕业设计（论文）任务书设计(论文)题目
：型弯曲件的冲压工艺及模具设
计
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
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绪论
目前，我国冲压技术与工业发达国家相比还相当的落后，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距离相当大。
一、国内模具的现状和发展趋势
(1)国内模具的现状
我国模具近年来发展很快，据不完全统计，2003年我国模具生产厂家约有2万多家，从业人员约50多万人，2004年模具行业的发展保持良好势头，模具企业总体上订单充足，任务饱满，2004年模具产值530亿元。进口模具18.13亿美元，出口模具4.91亿美元，分别比2003年增长18%、32.4%和45.9%。进出口之比2004年为3.69:1，进出口相抵后的进净口达13.2亿美元，为净进口量较大的国家。
在2万多家生产厂点中，有一半以上是自产自用的。在模具企业中，产值过亿元的模具企业只有20多家，中型企业几十家，其余都是小型企业。近年来，模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为：大型、精密、复杂、长寿命中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品；专业模具厂数量增加，能力提高较快；"三资"及私营企业发展迅速；国企股份制改造步伐加快等。
虽然说我国模具业发展迅速，但远远不能适应国民经济发展的需要。我国尚存在以下几方面的不足:
第一，体制不顺，基础薄弱。“三资”企业虽然已经对中国模具工业的发展起了积极的推动作用，私营企业近年来发展较快，国企改革也在进行之中，但总体来看，体制和机制尚不适应市场经济，再加上国内模具工业基础薄弱，因此，行业发展还不尽如人意，特别是总体水平和高新技术方面。
第二，开发能力较差，经济效益欠佳.我国模具企业技术人员比例低，水平较低，且不重视产品开发，在市场中经常处于被动地位。我国每个模具职工平均年创造产值约合1万美元，国外模具工业发达国家大多是15～20万美元，有的高达25～30万美元，与之相对的是我国相当一部分模具企业还沿用过去作坊式管理，真正实现现代化企业管理的企业较少。
第三，工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低．虽然国内许多企业采用了先进的加工设备，但总的来看装备水平仍比国外企业落后许多，特别是设备数控化率和CAD/CAM应用覆盖率要比国外企业低得多。由于体制和资金等原因，引进设备不配套，设备与附配件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较好解决。装备水平低，带来中国模具企业钳工比例过高等问题。
第四，专业化、标准化、商品化的程度低、协作差．由于长期以来受“大而全”“小而全”影响，许多模具企业观念落后，模具企业专业化生产水平低，专业化分工不细，商品化程度也低。目前国内每年生产的模具，商品模具只占45%左右，其馀为自产自用。模具企业之间协作不好，难以完成较大规模的模具成套任务，与国际水平相比要落后许多。模具标准化水平低，标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响，对模具制造周期影响尤甚。
第五，模具材料及模具相关技术落后．模具材料性能、质量和品种往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢相比，无论是质量还是品种规格，都有较大差距。塑料、板材、设备等性能差，也直接影响模具水平的提高。
(2) 国内模具的发展趋势
巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。虽然我国的模具工业和技术在过去的十多年得到了快速发展，但与国外工业发达国家相比仍存在较大差距，尚不能完全满足国民经济高速发展的需求。未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括以下几方面:
1）模具日趋大型化；
2）在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术；
3）模具扫描及数字化系统；
4）提高模具标准化水平和模具标准件的使用率；
5）发展优质模具材料和先进的表面处理技术；
6）模具的精度将越来越高；
7）模具研磨抛光将自动化、智能化；
8）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程；
9）开发新的成形工艺和模具。
二、国外模具的现状和发展趋势
模具是工业生产关键的工艺装备，在电子、建材、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯器材等产品中，60％－80％的零部件都要依靠模具成型。用模具生产制作表现出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清洁环保的特性，是其他加工制造方法所无法替代的。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。近几年，全球模具市场呈现供不应求的局面，世界模具市场年交易总额为600～650亿美元左右。美国、日本、法国、瑞士等国家年出口模具量约占本国模具年总产值的三分之一。
国外模具总量中,大型、精密、复杂、长寿命模具的比例占到50%以上；国外模具企业的组织形式是"大而专"、"大而精"。2004年中国模协在德国访问时，
从德国工、模具行业组织--德国机械制造商联合会（VDMA）工模具协会了解到，德国有模具企业约5000家。2003年德国模具产值达48亿欧元。其中（VDMA）会员模具企业有90家，这90家骨干模具企业的产值就占德国模具产值的90%，可见其规模效益。
随着时代的进步和技术的发展，国外的一些掌握和能运用新技术的人才如模具结构设计、模具工艺设计、高级钳工及企业管理人才，他们的技术水平比较高．故人均产值也较高．我国每个职工平均每年创造模具产值约合1万美元左右，而国外模具工业发达国家大多15～20万美元，有的达到 25～30万美元。
国外先进国家模具标准件使用覆盖率达70%以上，而我国才达到45％．
第一章 弯曲件工艺分析
1.1 弯曲件工艺性分析 工件名称：型弯曲件
工件简图：如图所示
生产批量：大批量
材料：08钢
材料厚度：2 mm
制件图
材料08钢，厚度t=222 0-0.5280
54+0.74 0
2+0.006
0R1
R1
图1制件
图
由上图可知,此工件为典型型弯曲件。材料为08钢，具有良好的弯曲性能适合弯曲成型加工。工件结构简单，除了装配尺寸74.0054+，0
52.022-公差等级IT14
级有严格要求外其余尺寸均为自由公差，工件整体上看，尺寸精度较高，普通弯曲成型不能完全满足要求,需要复合弯曲。
1.2 弯曲件研究思路
本课题研究的思路: 型弯曲件模具的设计. 型弯曲件是最典型的弯曲件，其工作过程很简单就一个弯曲，根据实际确定它不能一次弯曲成功.因此，需要两次弯曲。从制件的成型原理和模具加工成本考虑，确定此次弯曲不采用标准的模架。为了保证制件的顺利加工，模具必须有足够精度。要保证模具的精度，特别要保证导柱和导套的配合精度,保证导柱和导套的配合精度的同时,还要注意保证导柱和导套的刚度. 另外，模具的精度还和弯曲凸模与弯曲凹模工作配合精度有关．设计时可能精度出现误差，应当边试冲边修改调整。
只有加强弯曲变形基础理论的研究，才能提供更加准确、实用、方便的计算方法，才能正确地确定弯曲工艺参数和模具工作部分的几何形状与尺寸，解决弯曲变形中出现的各种实际问题，从而，进一步提高制件质量。
本课题设计进度的安排如下：
1.了解目前国内外冲压模具的发展现状，所用时间15天；
2.确定加工方案，所用时间5天；
3.模具的设计，所用时间30天；
4.模具的调试．所用时间5天。
第二章 弯曲工艺方案的确定
2.1 方案介绍
该工件弯曲成型，可以一次弯曲成型，也可以二次弯曲成型如今有以下三种方案供选择：
方案一：采用一次弯曲成型，单工序生产。
如下图所示：
图2
方案二：采用两次弯曲成型，先弯U型，再弯型，采用两套单工序模生
产
具体如下图所示：
图a 为首次弯曲模具结构图；图b为第二次弯曲模具结构图。
a)首次弯曲 b)二次弯曲
图3
方案三：采用在一套模具上成型，复合模生产。
具体如下图所示：
图4
2.2 方案分析：
方案一、模具结构简单，生产制造成本低，但工件尺寸精度低，尤其是四个直角的精度难以得到保证。另外，在弯曲过程中，由于凸模肩部妨碍了坯料的转动，加大了坯料通过凹模圆角的摩擦力，使弯曲件侧壁容易擦伤和变薄，成型后弯曲件两肩部与底面不平行。
方案二、模具结构相对简单，生产成本较高，由于采用两副模具进行弯曲成形，从而可以避免了方案一中的缺陷，提高了弯曲件的质量，但由于采用两副模具进行生产，生产效率低，另外，凹模的强度不易保证。
方案三、模具结构复杂，生产制造成本与方案二差不多，但是工件尺寸精度，位置精度容易保证，生产效率也高。
综上所述，经过对三种方案的比较分析可见，该工件的弯曲成型生产采用方案三比较合理。
第三章 设计计算
3.1 主要设计计算
3.1.1 弯曲件毛坯坯料尺寸的计算
L=∑∑+弯直L L
式中: L ——弯曲件毛坯长度（mm ）;
∑直L ——弯曲件各直线段长度之和（mm ）;
∑弯L ——弯曲件各部分（圆弧部分）应变中性层展开
长度之和（mm ）;
L 直1L 直2
L 直3
图5
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限尺寸(mm);
?——弯曲件的尺寸公差(mm);
t δ——凸模的制造公差,采用IT7级。
所以: T L =(54 + 0.75 x 0.740
)t δ- =54.560t δ-
查<<公差与配合手册>>表1-6标准公差数值IT7级得:
T L =54056003.0- mm
凹模尺寸为: A L =(T L + Z A δ+0)
式中: A L ——凹模横向尺寸(mm);
Z ——凹凸模双面间隙(mm);
A ——凹模的制造公差,取IT8级得:
A L = (54.56 + 4.412A δ+0)
= 58.972A δ+0
查<<公差与配合手册>>表1-6标准公差值IT 8级得:
A L = 58.972046.00+
3.4 弹簧的选用
弹簧是模具中广泛应用的弹性元件,主要为弹性卸料用.
3.4.1每个弹簧力计算
根据模具安装位置,选定4个弹簧,每个弹簧的弹顶力为:
0F ≥X F / N
式中: X F —— 弹簧复位的弹顶力(N),在此X F =44708.63
N ; 0F ——弹簧的预顶力(N);
N ——弹簧数量。
0F ≥X F / N
= 44708.63/4
= 11177.19 N
) 查<<中国机械工业标准汇编弹簧卷>> GB/T2089-94表有关弹簧规格,初选规格为35 mm x 10 mm x 300 mm,具体参数是D=35 mm , d = 10 mm , t =21.7 mm 2F = 27806 N , 0H ? = 125 mm , 0H = 300 mm , n = 12.5。
3.4.2弹簧预压缩0H ?量
0H ? = 20F F
式中: 0H ?——弹簧预压缩量(mm);
2 所以: 0H ? =
27806
16.11177 x 125 =50.23 mm 3.4.3 弹簧校核
弹簧实际工作总压缩量: H ?= 0H ? + 1H ?
式中: 1
H ?——弹簧工作行程 (mm);
1H ? = 1H + 2H 式中: 1H ——凸模进入凹模深度22 mm ;
2H ——摆块进行二次弯曲工作时,凸模下滑行程50
mm 。
所以: 1
H ? = 22 + 50 = 72 mm
H ?= 0H ? + 1H ? = 50.23 + 72
= 122.23 mm
显然, H ?<2H = 125 mm ,所以所选的弹簧是合适的,可用。
第四章 模具类型的选择
4.1模具结构选择
由弯曲工艺分析可知,采用复合模,所以模具类型为复合模。具体结构如下土所
示:
1
2
3
4
5
6
7
9
10
11
121314
15
16
17188
图8八字摆块复合模结构
模具上模部分主要由: 凹模、打杆、压板、组成。卸料方式采用刚性打件装置卸件,工作原理:上模回程,压力机限位装置迫使打杆推动压板把弯曲件从凹模腔中推出。下模部分由凸模,限位钉(2个),摆块(一对),销轴(2个),导板,销钉(2个),内六方螺钉(4个),下模座,限位块(2个),螺钉(2个),上垫板,下垫板,弹簧等零件组成。
弯曲坯料由前一冲裁工序准备尺寸为:113.42 mm x 70 mm ,板料由前方送进,送料方向定位由限位钉限位,左右方向由限位块定位。板料定位后,上模下行,凸模压入凹模同时把板料拉入模腔内,进行首次U 型弯曲动作;当凸模压入凹模深度22 mm 时,首次U 型弯曲完成,进入二次弯曲动作,这时,在上模下行力的驱使下,摆块被迫向左右摆动,同时板料发生二次弯曲动作,最后工件成型为型件。由
于弯曲回弹力的作用下,工件被卡在凹模腔内,随着上模回程。当上模的打杆触动压力机的限位装置时,达杆推动压板迫使工件从凹模中顶出,卸下工件。在上模回程同时,下模的弹簧弹性势能释放,驱使凸模回程,从而完成整个工件的弯曲动作。
4.2 定位方式的选择
因为模具采用的是前一工序冲裁好的板料,板料由模具前方送进,送进方向在凸模的顶部设有两个限位钉定位,左右方向采用一对定位块定位。
4.3出件方式的设计
弯曲成型后由于弯曲回弹力的作用下,工件回卡在凹模内,为此,在这里采用了上出现的方式,利用压力机的限位装置迫使打杆推动压板顶出工件。
第五章主要零件的设计
5.1工作零件的结构设计
5.1.1 凸模的结构草图如下所示:
L H L 2h 1
h 2
B d B 1
(t)(P )
图9凸模的结构草图
在凸模顶部钻两个5 的孔固定两个限位钉,凸模与限位钉的配合按H7 / n6 配合。在底部钻一螺孔用来与上垫板连接,另外在两侧各钻两个销孔用以安装摆块,其中销钉与销孔采用H7 / m6 配合。
5.1.2 凸模主要尺寸的计算
长度方向: 2L = b B = l B
= 70 mm 式中: b B ——摆块的宽度(mm);
l B ——坯料宽度70 mm 。
L = 2L + 2 t
式中: t ——凸模长度方向上侧壁厚度,综合考虑到模具强度,刚
度和生产成本,选t = 10 mm 。
L = 70 + 2 x 10
= 90 mm
宽度方向:
由前面凸模横向尺寸计算可知: B = T L = 54.56 mm;
1B = B — 2 P
式中: p —— 摆块的厚度,由后面摆块设计中可知, p = 16 mm 。
所以: 1B = 54.56 — 2 x 16
= 22.56 mm
d = 1B + p / 2
= 22.56 + 16 / 2
= 30.56 mm
从定位准确和加工难易程度考虑,在此选R = 5 mm 。
高度方向: 1h = 1h = 22 mm
式中: 1
h ——首次弯曲时,凸模进入凹模的深度22 mm 。
2h = 1h + P / 2
= 22 + 8
= 30 mm
h = 1h + B h + d h + x h
式中: 1h —— 首次弯曲,凸模进入凹模的深度(mm) ;
B h —— 摆块高度,由后面摆块设计中可知B h = 58 mm 。 d h —— 导板的高度8 mm,由后面的设计可知;
x h —— 下模座的高度26 mm,由后面的设计可知。
所以: h = 22 + 58 + 8 + 26 = 114 mm
凸模其余尺寸的设计和具体结构的设计可参见后面的凸模零件图所示。
5.2 凹模的结构设计
考虑到凹模在弯曲时所受的弯曲力和左右张力都比较大,因此,对凹模的强度和刚度都要有较高的要求。为了保证凹模的强度和刚度,在此把凹模和模柄做成一个整体,其结构草图如下所示:
L 1
h 1
t a L
图10
5.2.1 凹模主要尺寸的设计
长度方向:
由前面的计算可知: 1L = A L = 58.972 mm 。
L = 1L + 2 a T
式中: a T —— 凹模侧壁厚度,因为工件在第二次弯曲成型
是在凹模与摆块的共同作用下成型的,所以凹模壁厚
度应略大于工件的凸缘外伸部分尺寸,即:
a T > 1直L + 1弯L
由前面弯曲件坯料尺寸计算可知, 1直L = 10 mm , 1弯L = 2.355 mm 。
所以: a T > 10 + 2.355
=12.355 mm
综合考虑模具刚度和生产成本,在此取a T = 14 mm 。
所以: L = 58.972 + 2 x 14
= 86.976 mm
在此,取L = 87 mm 。
高度方向: 1h = 1h + y h
式中:
1
h——首次弯曲凸模进入凹模的深度1h =
22 mm ；
y
h——压板高度（mm），
y
h= 23 mm 。
所以：1h = 22 + 23 = 45 mm
凹模其余尺寸的设计和凹模结构的具体设计可参见后面的凹模结构零件图所示。
5.3 摆块的结构的设计
5.3.1 摆块的结构草图如下所示：
R
L
B
r
图11摆块草图
5.3.2 摆块的主要尺寸的设计
圆角半径R：R = B t/ 2
式中：B t——摆块的厚度（mm），根据摆块的工作受力
情况和生产成本考虑在此选B t = 16 mm 。
所以：R = 16 / 2
= 8 mm
摆块宽度B：B = L
B = 70 mm