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空氣開關固定卡沖壓成形工藝與模具設計
1緒 論
沖壓模具在實際工業(yè)生產(chǎn)中應用廣泛。在傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)中工人生產(chǎn)的勞動強度大、勞動量大,嚴重影響生產(chǎn)效率的提高。隨著當今科技的發(fā)展,工業(yè)生產(chǎn)中模具的是用已經(jīng)越來越引起人們的重視,我而被大量應用到工業(yè)生產(chǎn)中來。
1.1 沖壓模具行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及技術趨勢
改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，市場對模具的需求量不斷增長。近年來，模具工業(yè)一直以15%左右的增長速度快速發(fā)展，模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化，除了國有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨資和私營也得到了快速發(fā)展。浙江寧波和黃巖地區(qū)的“模具之鄉(xiāng)”；廣東一些大集團公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，科龍、美的、康佳等集團紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資和外商獨資的模具企業(yè)現(xiàn)已有幾千家。
隨著與國際接軌的腳步不斷加快，市場競爭的日益加劇，人們已經(jīng)越來越認識到產(chǎn)品質量、成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性。而模具制造是整個鏈條中最基礎的要素之一，模具制造技術現(xiàn)已成為衡量一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標志。
近年許多模具企業(yè)加大了用于技術進步的投資力度，將技術進步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力。一些國內模具企業(yè)已普及了二維CAD，并陸續(xù)開始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等國際通用軟件，個別廠家還引進了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件，并成功應用于沖壓模的設計中。
以汽車覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技術已取得很大進步，東風汽車公司模具廠、一汽模具中心等模具廠家已能生產(chǎn)部分轎車覆蓋件模具。此外，許多研究機構和大專院校開展模具技術的研究和開發(fā)。經(jīng)過多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術方面取得了顯著進步；在提高模具質量和縮短模具設計制造周期等方面做出了貢獻。
雖然中國模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與工業(yè)發(fā)達國家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設備在模具加工設備中的比重比較低；CAD/CAE/CAM技術的普及率不高；許多先進的模具技術應用不夠廣泛等等，致使相當一部分大型、精密、復雜和長壽命模具依賴進口。
1.2 未來沖壓模具制造技術發(fā)展趨勢
模具技術的發(fā)展應該為適應模具產(chǎn)品“交貨期短”、“精度高”、“質量好”、“價格低”的要求服務。達到這一要求急需發(fā)展如下幾項：
(1)全面推廣CAD/CAM/CAE技術
模具CAD/CAM/CAE技術是模具設計制造的發(fā)展方向。隨著微機軟件的發(fā)展和進步，普及CAD/CAM/CAE技術的條件已基本成熟，各企業(yè)將加大CAD/CAM技術培訓和技術服務的力度；進一步擴大CAE技術的應用范圍。計算機和網(wǎng)絡的發(fā)展正使CAD/CAM/CAE技術跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所地在整個行業(yè)中推廣成為可能，實現(xiàn)技術資源的重新整合，使虛擬制造成為可能。
(2)高速銑削加工。
國外近年來發(fā)展的高速銑削加工，大幅度提高了加工效率，并可獲得極高的表面光潔度。另外，還可加工高硬度模塊，還具有溫升低、熱變形小等優(yōu)點。高速銑削加工技術的發(fā)展，對汽車、家電行業(yè)中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向發(fā)展。
(3)模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)
高速掃描機和模具掃描系統(tǒng)提供了從模型或實物掃描到加工出期望的模型所需的諸多功能，大大縮短了模具的在研制制造周期。有些快速掃描系統(tǒng)，可快速安裝在已有的數(shù)控銑床及加工中心上，實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集、自動生成各種不同數(shù)控系統(tǒng)的加工程序、不同格式的CAD數(shù)據(jù)，用于模具制造業(yè)的“逆向工程”。模具掃描系統(tǒng)已在汽車、摩托車、家電等行業(yè)得到成功應用，相信在“十五”期間將發(fā)揮更大的作用。
(4)電火花銑削加工
電火花銑削加工技術也稱為電火花創(chuàng)成加工技術，這是一種替代傳統(tǒng)的用成型電極加工型腔的新技術，它是有高速旋轉的簡單的管狀電極作三維或二維輪廓加工(像數(shù)控銑一樣)，因此不再需要制造復雜的成型電極，這顯然是電火花成形加工領域的重大發(fā)展。國外已有使用這種技術的機床在模具加工中應用。預計這一技術將得到發(fā)展。
(5)提高模具標準化程度
我國模具標準化程度正在不斷提高，估計目前我國模具標準件使用覆蓋率已達到30%左右。國外發(fā)達國家一般為80%左右。
(6)優(yōu)質材料及先進表面處理技術
選用優(yōu)質鋼材和應用相應的表面處理技術來提高模具的壽命就顯得十分必要。模具熱處理和表面處理是否能充分發(fā)揮模具鋼材料性能的關鍵環(huán)節(jié)。模具熱處理的發(fā)展方向是采用真空熱處理。模具表面處理除完善應發(fā)展工藝先進的氣相沉積(TiN、TiC等)、等離子噴涂等技術。
(7)模具研磨拋光將自動化、智能化
模具表面的質量對模具使用壽命、制件外觀質量等方面均有較大的影響，研究自動化、智能化的研磨與拋光方法替代現(xiàn)有手工操作，以提高模具表面質量是重要的發(fā)展趨勢。
(8) 模具自動加工系統(tǒng)的發(fā)展
這是我國長遠發(fā)展的目標。模具自動加工系統(tǒng)應有多臺機床合理組合；配有隨行定位夾具或定位盤；有完整的機具、刀具數(shù)控庫；有完整的數(shù)控柔性同步系統(tǒng)；有質量監(jiān)測控制系統(tǒng)。
2 沖孔落料彎曲模設計
工件名稱：空氣開關固定卡 生產(chǎn)批量：大批量生產(chǎn)
材料：20
厚度：0.5mm
工件簡圖:如圖1所示
圖2-1 制件圖
2.1 工藝分析
此工件材料為20鋼，具有良好的沖壓性能，適合沖裁彎曲等工序加工而成。工件結構簡單，具有3個尺寸為12mm的孔，孔與孔，孔與邊緣之間的距離也滿足要求，零件圖上形狀尺寸68mm、8mm、、4mm、25mm、36mm等均為自由公差可以看作IT12級，尺寸精度較低。故而對此工件的形狀、尺寸、精度整體分析可以采用沖孔、落料和彎曲工藝對其進行加工成型。
2.2 工藝方案的確定
該零件包括沖孔落料和彎曲三個基本工序，可以有三種工藝方案。
方案一：先沖孔，后落料，最后彎曲，采用三道工序模進行生產(chǎn)。
方案二：沖孔－落料，最后彎曲。采用兩道工序模具進行生產(chǎn)。
方案三：沖孔－落料-彎曲級進沖壓成形。采用級進模生產(chǎn)。
方案一模具結構簡單，但需要三道工序三副模具，成本高而生產(chǎn)效率低，難以滿足生產(chǎn)批量要求。方案二只需兩副模具，首先使用一套模具進行沖孔落料生產(chǎn)，然后再使用一套彎曲模具完成最后一道彎曲成形制件。工件的精度及生產(chǎn)效率都高，易于批量生產(chǎn)，接近凸凹模的許用最小壁厚，見表2.9.6[6]模具強度較好制造難度小，并且沖壓后成品件留在模具上，在清理模具上的物料時，操作較方便，最后的一道彎曲將制件徹底成型使其滿足要求。方案三只需要一副模具，生產(chǎn)效率高，但操作不方便，送料速度較快，通過對上述三種方案的分析比較，該件選擇第二種方案較為合適。沖壓生產(chǎn)采用該方案為最佳。在此，首先通過使用一套沖孔落料正裝復合模對下好的坯料板進行沖孔落料，形成下圖2所示的半成品坯料，然后將其作為半成品坯料再用一套彎曲模對其進行一次彎曲成形，達到制件要求形狀如圖2所示。
圖2-2 半成品坯料
2.3 主要設計計算
2.3.1 沖裁件坯料長度的計算
結合圖1中制件尺寸可知：當彎曲成形制件圓角半徑較小（r<0.5t）時，根據(jù)毛坯與制件等體積法計算；當彎曲件半徑較大（r>=0.5t）時，根據(jù)中性層長度不變原理進行計算。
因為R=1.5>0.5×1,屬于圓角半徑適中的彎曲件，所以該沖裁半成品坯料的展開長度按直角邊與圓角區(qū)分段進行計算。視直角邊在彎曲前后長度不變，圓角區(qū)展開長度按彎曲前后中性層長度不變原理進行計算。
1) 由于,查表3.4，得中性層位移系數(shù)x=0.46。
變形區(qū)中性層曲率半徑ρ按式（3.7）計算
2) 毛坯尺寸（中性層長度）
其中
——彎曲件直線部分長度
——彎曲件圓角部分長度
——坯料展開總長度
式中
L弧=(παρ/180°)×4
=（3.14×90°×1.73/180°）×4
≈（2.72×4）=10.88mm
另由圖中各尺寸關系可得出：
L直=（36-25-1.5×2）+(25-0.5×2-1.5×2)
+（6-0.5×2-1.5×2）×2
=8+21+4=33mm
故綜上可得：
L總=L直 + L弧 =10.88+33 =43.88mm≈44mm
故而得到彎曲前沖裁得到的半成品坯料長度為44mm，繼而也可得到?jīng)_裁時所需的坯料長度同為44mm。
2.3.2 沖裁排樣方式的確定和相關計算
設計沖孔、落料復合模，首先要設計條件排樣圖。沖裁件在條料、帶料或板料上的布置方式，稱為沖裁件的排樣，簡稱排樣。合理的排樣應是在保證制件質量、有利于簡化模具結構的前提下，以最少的材料消耗，沖出最多數(shù)量的合格工件。底座的形狀簡單，由于零件外形尺寸為自由尺寸對精度要求不高，為了提高材料的利用率減少沖裁力，雖然這時會使零件外形尺寸公差等級降低但是經(jīng)過等籌兼顧，全面考慮。這里我們采用有廢料排樣。如圖3所示：
圖2-3 有廢料排樣圖
另外，為了確保沖裁件質量，排樣中各工件與料邊之間、工件與工件之間留下的余量，稱為搭邊。在此處的搭邊值是根據(jù)課本表2.9取得工件間a1=2mm，a=1.8mm。故而可得沖裁所需鋼板條料的寬度為：B=（68+1.8×2）mm=71.6mm，如圖3中所示。中查板材標準[2]宜選500mm×1500mm的鋼板，每張鋼板可剪裁約20張條料(71.6mm×500mm)，每張條料可沖裁大約10個工件。故每張鋼板的利用率為：
A1： 選用一張鋼板所加工總零件面積；
A: 一張鋼板面積。
而相對來說，一個布距內材料的利用率通常是以一個布距內零件的實際面積與所用毛坯面積的百分率來表示。
式中
S1—一個布距內零件的實際面積；
S2—一個布距內所需毛坯面積；
送料布距；
條料寬度
代入已知數(shù)據(jù)，可得一個步距的材料利用率：
2.4 模具工作零部件刃口尺寸的計算
(1)沖尺寸為12mm的孔對應凸、凹模刃口尺寸的計算
查表2.4得間隙值Zmin=0.040mm，Zmax=0.060mm。
由于制件結構簡單，精度要求不高，所以采用凸、凹模分開加工的方法制作凸、凹模。其凸、凹模人口尺寸的計算如下：
查表2.5得凸、凹模制造公差：
δ凸=0.020mm，
δ凹=0.020mm
校核：Zmax-Zmin=0.020mm，而δ凸+δ凹=0.040mm
滿足δ凸+δ凹> Zmax-Zmin，故而采用配作法制造模具刃口。
工件圖中未標注公差值，查相關文獻可得尺寸為12mm的工件公差值為△=0.18mm。
查表2.6得IT12級時的磨損系數(shù)x=0.75。
所以按式（2.5）可得：
d凸=(dmin+x△)
=(12+0.75×0.18)mm
=12.14mm
d凹=（d凸+Zmin）
=（12.14+0.040）mm
=12.14mm
(2)外形落料凸、凹模刃口尺寸的計算
對于沖裁件外輪廓的落料，其形狀相應也比較簡單，當以凹模為基準件時凹模磨損后，刃口部分尺寸都變大，因此屬于A類尺寸。對于外形尺寸分別為68mm和44mm，所以通過查相關文獻可查得其對應公差分別為：0.30mm，0.25mm。
所以按公式：Aj=(Amax-x△) 可求得：
68凹=(68-0.75×0.30)
=67.78mm
44凹=(44-0.75×0.25)
=43.8mm
落料凸模的基本尺寸與凹模相同，分別是67.78mm、43.8mm，不必標注公差，但要在技術要求中注明：凸模刃口實際尺寸與落料凹模配制，保證最小雙面合理間隙值Zmin=0.040mm(落料凹模刃口部分尺寸見圖4所示）。
圖2-4 落料凹模刃口部分尺寸
2.5 計算沖壓力和初選壓力機
(1)沖壓力的計算
該制件首先是采用沖孔落料正裝復合模，擬選用彈性卸料上出料。沖壓力的相關計算如下：
沖裁力F：
F＝KLt
式中：
F—沖裁力（KN）；
L—沖裁周邊長度（mm）；
t—沖裁件材料厚度；
—被沖材料的抗剪強度（MPa）；
K—系數(shù)，一般取1.3.
在一般情況下，材料的抗剪強度=1.3，為方便計算，也可按下式進行估算沖裁力
F＝1.3Lt≈Lt
式中
—被沖裁材料抗拉強度（MPa）
查手冊[3]得20鋼的為355～500Mpa, ?。?50Mpa。
F落＝Lt=(68+44)×2×0.5×450N=50.4KN
F沖＝3Lt=3×(2×3.14×2+8+8)×0.5×450N=19.28KN
由于此處采用的是彈性卸料裝置和上出料的沖孔、落料正裝復合模，所以其沖裁工序總力的計算公式為：
F總=F+F卸+F頂
查表2.7取K卸=0.05 K頂=0.08
故落料時的卸料力和頂出沖孔廢料時的頂件力分別為
F卸＝K卸F落=0.05×50.4KN=2.52KN
F頂＝K頂F沖=0.08×19.28KN=1.54KN
所以，
F總=F+F卸+F頂=F落+F沖+F卸+F頂=73.74KN
(2)壓力中心的確定
模具的壓力中心就是沖壓力合力的作用點。模具的壓力中心必須使模柄軸線與壓力機滑塊的中心線重合，否則，沖壓時滑塊就會承受偏心載荷，導致滑塊導軌和模具導向部分不正常的磨損，還會使合理間隙得不到保證，從而影響制件質量和降低模具壽命甚至破壞模具。
選用坐標系XOY,如圖5所示：
由于該制件為對稱結構，所以制件中心坐標即為模具的壓力中心。
所以X0=34mm，Y0=22mm。
圖2-5 壓力中心
2.6 模具總體設計
由上述已知，該制件需要沖孔落料正裝復合模和一次彎曲成形模兩套模具加工而成。所以對沖孔落料模具的總體設計如下所示。
2.6.1 模具的類型選擇
由上述分析，本零件的第一套模具包括沖孔和落料兩道工序，結合制件結構，可采用正裝復合模。其上模部分由上模座、推板、墊板、凸凹模固定板、彈頂器、彈性卸料板及凸凹模等零件組成，下模部分由落料凹模、凹模固定板、沖孔小凸模、凸模固定板、墊板、下模座等組成。其優(yōu)點為：采用彈性的頂件裝置、卸料裝置對工件和條料起到壓平的作用，適用于沖制材質較軟、板料較薄、平直度要求較高的沖裁件，沖裁件的精度較高。沖裁完成后回程時，上模部分的彈性卸料裝置將卡在凸凹模外的條料廢料卸下，而沖孔廢料由上模部分的剛性推件裝置卸出模外，工件由下模部分彈性頂件裝置頂出，每沖裁一次，頂出一次，模內不會積聚工件，有利于減小凸凹模的最小壁厚，不易將凸凹模脹裂。但是由于此結構的沖孔廢料從上模引出，而此工件上孔又較多，沖孔廢料易落入下模部分，造成模具清理麻煩。
因為是批量生產(chǎn)，采用手動送料方式，從右往左送料；又因為該制件采用的是正裝復合模，所以直接用擋料銷和導料銷即可。
為確保零件的質量及穩(wěn)定性，選用導柱、導套導向。又根據(jù)制件尺寸及精度要求等采用中間導柱模架。
2.6.2 模具主要零部件的結構設計
(1)凸模、凹模、凸凹模的結構設計
1) 落料凸、凹模的結構設計 在落料凹模內部，由于要設置推件塊，所以凹模刃口應采用直通型刃口，并查表2.21取得刃口高度h=5mm。該凹模結構簡單，宜采用整體式。
又查表2.22，得k=0.25
即
凹模高度：
H=ks=0.25×68mm=17mm；
凹模壁厚：
C=(1.5~2)H=(1.5~2)×26mm=36~52mm；
凹模外形尺寸的確定：
凹模外形長度
L=；
參照標準，在此取凹模外形尺寸為：160mm×100mm×20mm。
2) 沖尺寸為12mm孔的凸模設計
因為該制件內孔非圓形，所以其對應凸模為異形凸模，其固定方式為P7/h6的鉚接固定；為使凸模加工方便，將其做成等斷面，即直通式凸模，其結構如圖6所示。凸模固定板厚度取16mm，凸模長度根據(jù)結構上的需要來確定。對其加工采用成型磨削或者線切割等方法，加工容易，但其固定板型孔的加工較復雜。注意：由于鉚接的異形凸模工作端應進行淬火，淬火長度約為全長的1/3，另一端處于軟狀態(tài)，與凸模固定板鉚接時要凹進1mm。故其長度計算如下：
L=h凸模固定板+h襯板+h落料凹模=20mm+20mm+20mm=60mm
圖2-6 異形凸模
由于此凸模尺寸較大，且長度較短，剛強度足夠，所以不需對其進行校核。沖裁時注意進入凹模刃口1mm。
3) 凸凹模的結構設計
本模具為復合沖裁模，除了沖孔凸模和落料凹模以外還有一個凸凹模。由于凸凹模是復合沖裁中的一個特殊零件，其內形刃口起沖孔凹模的作用，按凹模設計，其外形刃口起落料凸模作用，按凸模設計。內外緣之間的壁厚由沖裁件形狀和尺寸決定，從強度考慮，壁厚受最小壁厚限制。而對于此沖孔落料正裝復合模來說，凸凹模裝于上模部分，內孔不會積聚廢料，脹力小，最小壁厚可以小些。根據(jù)模具的整體結構設計要求，凸凹模的結構簡圖應如圖7所示。另外，在確定凸凹模安排在模架上的位置時，要依據(jù)計算的壓力中心的數(shù)據(jù)，使壓力中心與模柄中心重合。
圖2-7 凸凹模的結構
(2)模架的設計
上模座：284mm×120mm×50mm
下模座：340mm×180mm×50mm
導柱：28mm×200mm
導套：28mm×100mm×40mm
模柄：48mm×80mm
墊板：160mm×100mm×10mm
卸料板：160mm×100mm×12mm
凸模固定板：160mm×100mm×20mm
襯板：160mm×100mm×20mm
模具閉合高度：
H閉=H上模+H墊板×2+H凸凹模+H凹模+H襯板+H凸模固定板+H下模座
=50mm+10×2mm+50mm+20mm+20mm+20mm+50mm
=230mm
在此，結合上面對該沖裁件計算出的沖壓力F總=73.74KN，綜合考慮初選J23—25型壓力機。其公稱壓力為250KN,最大裝模高度為270mm。
2.7 沖壓設備的的選用及安裝
由上面的設計計算等已知該制件的沖壓設備相應的也要用到兩套。各套模具沖壓設備的選定如下所示。
2.7.1 沖壓設備的選定
有上述已知計算可知，選擇型號為J23—25型的開式雙柱可傾壓力機能滿足要求。其主要技術參數(shù)如下表所示：
表2-1 J23—25型壓力機主要技術參數(shù)
公稱壓力/KN
250
滑塊行程/mm
65
滑塊行程次數(shù)/（次/min）
55
最大封閉高度/mm
270
封閉高度調節(jié)量/mm
55
滑塊中心線至床身距離/mm
200
立柱距離/mm
270
工作臺尺寸/mm（前后×左右）
370×560
工作臺孔尺寸/mm （前后×左右×直徑）
200×290×φ260
墊板尺寸/mm（厚度）
50
模柄孔尺寸/mm（直徑×深度）
φ40×60
床身最大傾斜角(°)
30°
2.7.2 沖孔落料正裝復合模沖壓設備的安裝
模具安裝之前要切斷壓力機總電源開關，檢查壓力機打料裝置的位置是否合適，應將其暫時調整到最高位置，以免調整壓力機裝模高度時被折彎；檢查壓力機的裝模高度與模具的閉合高度是否合理；檢查下模的頂桿和上模的打料裝置是否符合壓力機打料裝置的要求。
由上面對制件模具的設計以及壓力機的選用可以確定其安裝程序如下：
（1）根據(jù)模具的閉合高度調整壓力機的裝模高度，使壓力機的裝模高度略大于模具的閉合高度。
（2）將滑塊升至上止點，將模具放于工作位置狀態(tài)，再將滑塊逐步下降使模具模柄安裝到滑塊的模柄孔內，使滑塊下平面與上模座上平面接觸，再用壓塊或壓緊螺釘將模柄（上模）固緊。
（3）下模安放于壓力機工作臺墊板上，并與上模對正，用壓板和壓緊螺栓將下模固緊在工作臺墊板上。
（4）用手搬動飛輪（或者選擇“點動”，然后切斷壓力機總電源）使滑塊移至最下位置，放松調節(jié)螺桿的調緊螺母，轉動調節(jié)螺桿，按照模具閉合高度及上下刃口接觸要求，調節(jié)滑塊至適當高度，然后鎖緊螺桿。
（5）調節(jié)壓力機打料裝置的擋頭螺釘，使推料動作在行程終了時進行。
（6）接通壓力機電源，空行程運轉數(shù)次，然后進行試沖。
2.7.3 模具裝配的技術要求
（1）組成模具的各零件的材料、尺寸公差、表面粗糙度和熱處理等均符合相應圖樣的要求。
（2）模架的三項技術指標：上模座上平面對下模座下平面的平行度，導柱軸心線對下模座下平面的垂直度和導套孔軸心線對上模座上平面的垂直度均應達到規(guī)定的精度等級要求。
（3）模架的上模沿導柱上、下移動應平穩(wěn)，無阻滯現(xiàn)象。
（4）裝配好的模具，其封閉高度應符合圖樣規(guī)定要求。
（5）模柄的軸心線對上模座上平面的垂直度公差在全長范圍內不大于0.05mm。
（6）凸模和凹模之間的配合間隙應符合圖樣要求，周圍的間隙應均勻一致。
（7）定位裝置要保證定位準確可靠。
（8）頂料裝置活動靈活、正確，出料孔暢通無阻，保證制件及廢料不卡在沖模中。
（9）模具在生產(chǎn)的條件下進行試驗，沖出的零件應符合圖樣要求。
2.8 模具總裝圖
沖孔落料正裝復合模的總裝圖如下所示：
圖2-8 沖孔落料正裝復合模具圖
1-打桿；2-模柄；3-推板；4-推桿；5-卸料螺釘；6-凸凹模；7-卸料板；8-落料凹模；9-頂件塊；10-帶肩頂桿；11-沖孔凸模；12-固定擋料銷；13-導料銷；14-下模座；15-墊板；16-凸模固定板；17-定位銷；18-導柱；19-橡膠彈頂器；20-凸凹模固定板；21-上模座；22-銷釘；23-螺釘
其工作原理為：該模具由導料銷13和擋料銷12控制條料的送進方向和步距。上模下行，進行沖裁，導柱、導套對上、下模的運動起到可靠的導向作用。沖裁過程中，彈性卸料板7對板料起著壓平作用，沖才出的工件精度高。沖裁完畢，上?；爻?，上模部分的彈性卸料裝置將卡在凸凹模外的廢料卸下，沖孔廢料由上模部分的剛性推件裝置卸出模外，工件由下模部分的彈性頂件裝置頂出，每沖裁一次，頂出一次，模內不積聚工件，不易將凸凹模脹裂，但是沖孔廢料落在下模面上，清除廢料麻煩，彈性卸料板上需開設擋料銷、導料銷的讓為孔。
3 彎曲模的設計
3.1 彎曲模具的相關計算
3.1.1 彎曲模工作部分尺寸計算
彎曲模工作部分的尺寸主要是指凸模、凹模及凸凹模中圓角半徑和凹模的深度。而對于該制件一次彎曲成形模還應有凸、凹模間隙和模具橫向尺寸等。
（1） 凸模圓角半徑及凸凹模上對應的凸模的圓角半徑
由于此工件的R/t=1.5/0.5=3較小，且四處彎曲角的R均為1.5mm，大于最小彎曲半徑（rmin=0.5t=0.5×0.5mm=0.5mm)，所以在這里可以將各處對應凸模的圓角半徑取為R凸=1.5mm。
（2） 凸凹模上凹模圓角半徑
凹模圓角半徑R凹的大小對彎曲力以及彎曲件的質量均有影響。R凹過小會使彎矩的彎曲力臂減小，毛坯沿凹模圓角滑入時的阻力增大，彎曲力增加，并易使工件表面擦傷甚至出現(xiàn)壓痕。凹模兩邊的圓角半徑應一致，否則在彎曲時毛坯會發(fā)生偏移。
在實踐生產(chǎn)中，R凹一般按材料的厚度t來選取。由于該形件彎曲模的厚度t=0.5<2mm，故而結合凸模圓角半徑R凸=1.5mm可將對應凹模的半徑R凹取在凸模圓角半徑的基礎上加上一個制件壁厚即取為R=1.5mm。
（3） 凹模工作部分深度的設計計算
凹模工作部分的深度將決定板料的進料深度，同時也影響到彎曲件直邊的平直度，對工件的尺寸精度造成一定的影響.而對于該工件來說，由于在設計模具結構時考慮到制件自身的要求，后續(xù)彎曲模具結構設計為一次彎曲成形復合模，凸凹模在上模部分，凸模與凹模在下模部分。所以將凸凹模部分的凹模深度選定為制件深度，即在制件整體高度的基礎上減去一個板厚即h凹=5.5mm；而下模部分的凹模深度因為有凸模要穿過，所以其對應孔的設計應確保與凸模的配作。其工作表面為上表面，且有定位塊保證工件的可靠定位，應注意其平直度及精度要保證制件的順利成形。
（5） 凸、凹模間隙
對該工件進行彎曲時，必須要選擇適當?shù)耐?、凹模間隙。若間隙過大，會造成制件兩直邊不平，上寬下窄，降低制件的尺寸精度。間隙過小，使彎曲力增大，直邊壁厚變薄，容易擦傷工件表面，加速凹模的磨損，降低凹模使用壽命。彎曲模的凸、凹模間隙是指單邊間隙。為能順利的彎曲，間隙值應稍大于板料厚度t。在設計同時還應考慮以下因素的影響：彎曲件寬度B較大時，受模具制造與裝配誤差的影響，將加大間隙的不均勻程度，因此間隙應取大些；B較小時，間隙值可取小些；彎曲件材料較軟時，彎曲時板厚容易變薄，間隙可取小些；硬料則應取大些。此外，還應考慮彎曲件尺寸精度和板料厚度偏差的影響。
綜上所述，又已知制件寬度B=68mm，材料為20。故該形制件凸、凹模間隙值可按下式進行計算
一般情況下，
Z/2=t+△1+Ct
當工件精度要求較高時，
Z/2=t
以上各式中：
Z/2——凸、凹模單邊間隙（mm）；
t——工件材料厚度的基本尺寸（mm）；
C——間隙系數(shù)，可查表得；
△1——材料厚度的正偏差（mm）；
由于設計模具結構是把凹模設計為可調式，故也可將模具的凸、凹模間隙Z/2處選為材料的厚度，即Z/2=t=0.5mm。
（6）凸、凹模橫向尺寸及公差
現(xiàn)以U形件為參考對該工件凸、凹模等相關尺寸進行設計。依據(jù)產(chǎn)品零件圖可知，本零件標注的是外型尺寸，故設計凸、凹模時應以凹模為基準，間隙取在凸模上。查表2.5得δ凸=0.020mm，δ凹=0.030mm。
又由表3.9查得該彎曲件中內形尺寸14.5mm的尺寸公差為△=±0.6mm。
凹模橫向尺寸：
La=(L-0.75△)
=(25-0.75×0.6)mm
=24.55mm
凸模橫向尺寸：
Lt=(La-Zmin)=(24.55-1) mm=23.55 mm
以上各式中
L——彎曲件的基本尺寸（mm）；
§t、§a——凸、凹模的制造公差，選用IT7~IT9級精度，一般取凸模的精度比凹模精度高一級；
La 、Lt——凸、凹模工作部分尺寸（mm）；
Z——凸、凹模雙邊間隙（mm）；
△——彎曲件的尺寸公差（mm）。
3.1.2 彎曲模部分其他相關計算
（1） 彎曲件回彈值的計算
由于回彈直接影響了彎曲件的形狀和尺寸，因此，在模具設計和制造時，必須預先考慮材料的回彈。通常是先根據(jù)經(jīng)驗數(shù)值和簡單的計算初步確定模具工作部分尺寸，然后再試模修正相應部分的形狀和尺寸。小變形程度（r/t≥10）時，回彈比較大，先計算凸模圓角半徑，再計算凸模角度；大變形程度（r/t<5）時，卸載后圓角半徑變化小，僅考慮彎曲中心角的回彈變化。彎曲此工件時，其彎曲中心角為90°，故而結合制件材料為20鋼以及其相對彎曲半徑為r/t=3、材料厚度為0.5mm，經(jīng)查表3.2可以取該制件的彎曲回彈角為5°。
（2） 彎曲力的計算
彎曲力指的是壓力機完成預定的彎曲工序所需施加的壓力，是選擇壓力機和設計模具的重要依據(jù)之一，所以必須進行計算，但要從理論上計算彎曲力是很復雜的，并且計算的值還不是十分的準確，因此，在生產(chǎn)中通常采用經(jīng)驗公式進行計算。
對于該工件，按U形件彎曲計算。其公式為：
F自=0.7Kbt2σb/(r+t)
式中：
F自——沖壓行程結束時自由彎曲的彎曲力（KN）;
K——安全系數(shù)，一般取K=1.3；
b——彎曲件寬度（mm）;
t——彎曲件材料厚度（mm）;
σb——彎曲件材料的抗拉強度（Mpa）;
r——彎曲件的內彎曲半徑（mm）;
所以經(jīng)查詢相關各值后代入上式可得 ：
F自=0.7Kbt2σb/(r+t)
=0.7×1.3×68×0.25×450/（1.5+0.5）N
=3480.75N=3.48KN
頂件力Fd可近似取自由彎曲力的30﹪～80﹪，即
Fd=（0.3～0.8）Fz
=（0.3～0.8）×3.48KN
=（1.044～2.784）KN
取Fd=2.5KN
校正彎曲時，校正彎曲力最大值是在壓力機工作到下死點的位置，且校正力遠遠大于自由彎曲力（或接觸彎曲力），而在彎曲工作的過程中，二者又不是同時存在的，因此，查表3.7得：P=40Mpa,所以校正力為：
F校=AP=[（36×68）×40]N=97920N=97.92KN
式中
F?！Ｕ龔澢?（KN）；
A——校正部分投影面積（mm2）；
P——單位面積校正力（Mpa），其值見表3.7。
3.2 初選壓力機
選擇壓力機時，要根據(jù)模具的結構來確定，當施力行程較大時，（50﹪～60﹪）F0﹥F,即沖壓時工藝力的總和不能大于壓力機公稱壓力的50﹪～60﹪，校正彎曲時，更要使額定壓力有足夠的富裕量。
對于校正彎曲，由于校正彎曲力比頂件力大得多，故頂件力或壓料力可以忽略不計，但這里為了保險起見，在計算公稱壓力時還是將頂件力Fd考慮進去。
F壓機≥（1.2～1.3）（F校+Fd）
=（1.2～1.3）(97.92+2.5)KN
=（1.2～1.3）×100.42KN
=120.5～130.55KN
初選彎曲模對應壓力機的公稱壓力為160KN，即J23—16型。
3.3 壓力中心的確定和沖壓力的計算
(1)沖壓力的計算
該制件首先是采用沖孔落料正裝復合模，擬選用彈性卸料上出料。沖壓力的相關計算如下：
沖裁力F：
F＝KLt
式中：
F—沖裁力（KN）；
L—沖裁周邊長度（mm）；
t—沖裁件材料厚度；
—被沖材料的抗剪強度（MPa）；
K—系數(shù)，一般取1.3.
在一般情況下，材料的抗剪強度=1.3，為方便計算，也可按下式進行估算沖裁力
F＝1.3Lt≈Lt
式中
—被沖裁材料抗拉強度（MPa）
查手冊[3]得20鋼的為355～500Mpa, ?。?50Mpa。
F落＝Lt=(68+44)×2×0.5×450N=50.4KN
F沖＝3Lt=3×(2×3.14×2+8+8)×0.5×450N=19.28KN
由于此處采用的是彈性卸料裝置和上出料的沖孔、落料正裝復合模，所以其沖裁工序總力的計算公式為：
F總=F+F卸+F頂
查表2.7取K卸=0.05 K頂=0.08
故落料時的卸料力和頂出沖孔廢料時的頂件力分別為
F卸＝K卸F落=0.05×50.4KN=2.52KN
F頂＝K頂F沖=0.08×19.28KN=1.54KN
所以 F總=F+F卸+F頂=F落+F沖+F卸+F頂=73.74KN
(2)壓力中心的確定
模具的壓力中心就是沖壓力合力的作用點。模具的壓力中心必須使模柄軸線與壓力機滑塊的中心線重合，否則，沖壓時滑塊就會承受偏心載荷，導致滑塊導軌和模具導向部分不正常的磨損，還會使合理間隙得不到保證，從而影響制件質量和降低模具壽命甚至破壞模具。
選用坐標系XOY,如圖5所示：
由于該制件為對稱結構，所以制件中心坐標即為模具的壓力中心。
所以X0=34mm，Y0=22mm。
圖3-1 壓力中心
3.4 一次彎曲成形模的設計
由前面沖壓工藝分析可知，對于該形彎曲件采用的模具類型為一次復合彎曲成形模，且為標準后座模架。上模部分由上模座、凸凹模、凸凹模固定板、墊板等零件組成；下模主要由定位塊、凹模、襯板、凸模、頂桿、螺釘和下模座等零件組成。彎曲工件主要由下面頂板頂出。
（1）定位方法的選擇
因為該模具坯料采用的是長條料，控制條料的送進方向采用定位塊和凸模外形定位，因為零件的尺寸精度要求不是很嚴格，此定位方法就可以滿足要求。
（2）頂件及出料方式的選擇
因為工件的厚度為0.5mm，相對較薄，頂件力也比較小，故可以采用彈性卸料裝置，即下模部分由頂板及彈頂器等組成頂出裝置。且設計時應注意下模彈頂器的彈頂力必須大于毛坯件第一次彎曲的彎曲力，才有利于工件的全部成形。
另外根據(jù)制件及模具的結構形式及特點分析，我們選擇采用前后送進坯料的后出料方式，可以提高生產(chǎn)效率。
（3）導向方式的選擇
為提高模具壽命和工件質量，方便安裝調整，選用導柱、導套導向。由于該零件導向尺寸較小，且精度要求不是太高，所以宜采用后側導柱模架，導柱與導套之間采用間隙配合。根據(jù)沖壓工序性質、沖壓的精度及材料厚度等的不同，其配合間隙也稍微不同。因為本制件的厚度為0.5mm，所以導柱、導套之間的配合采用H7/h6。
結合制件形狀及結構要求，可將其工作部分零件設計為一個凸模、和一個凹模安裝于下模部分，另外設計一個凸凹模安裝于上模部分。模具各主要零部件的設計如下：
①彎曲凸模、凹模及凸凹模的設計
結合工件外形并考慮加工，將彎曲凸模設計成簡單的形式用線切割進行加工成形，將其安裝于下模座上的襯板中且與凹模中心孔配作加工，故而凹模也要用線切割進行成型加工，同時還應注意與制件下表面接觸處的凹模上表面精度要保證，在此取其表面粗糙度Ra=0.8，且應保證其上下表面平行度要求；對于成形制件外表面的凸凹模的加工也同樣采用線切割進行成型加工，保證其加工精度，最終更好的保證制件的成型要求。另外，將其各部分尺寸確定如下：
凸模高度：Lt=53.5mm；
凹模板厚度：La=26mm；
凸凹模高度：Lta=65.5mm。
定位及緊固零件的設計
該形件彎曲模上模部分對于凸凹模的固定采用兩個定位銷定位及兩個螺釘緊固，定位銷以尺寸為φ8.0mm的孔作導正孔，定位銷采用H7/h6與凹模板配合。其中此定位銷在此可以采用φ8×40的銷釘；同時緊固螺釘選M8的尺寸（公稱直徑為d=8mm、公稱長度為l=40mm、性能等級為8.8級，表面氧化、A級的六角頭螺栓）。而對于下模座的緊固及固定也采用相同規(guī)格的螺釘及定位銷，但在數(shù)量上，這樣便于整套模具的加工及制造。但在數(shù)量上，下模部分用到了四個螺釘和兩個銷釘對其進行緊固及固定。另外，在凹模上表面我們又采用了兩個定位塊來對坯料進行定位（注意兩定位塊之間距離要滿足坯料長度方向尺寸要求），而且兩定位塊高度尺寸要在高于工作前凸模伸出凹模表面高度的基礎上再加上一個板料厚度，從而可靠保證坯料的定位。對于定位塊的定位我們在此采用四個尺寸為M5的螺釘將其固定于凹模兩側。
③彈頂器的設計
彈頂器用橡膠作彈性元件，安裝于頂板下部。其結構如下圖所示：
圖3-2 橡膠彈頂器
1-頂板；2-橡膠；3-托板；4螺桿
④模架的設計
該模具采用后座導柱模架結構，結構簡單。以制件對應凸、凹模周界尺寸為依據(jù)，選擇模架規(guī)格。
綜上所述，由于此形件彎曲模不是標準模架，因此需自行設計。取模柄高度為85mm，上模座高度為40mm，墊板厚度為6mm，凸凹模高度為65.5mm，凹模板厚度為26mm，凸模安裝運行對應的襯板厚度為22mm，下模座的厚度H取40mm。彎曲模閉合高度是指沖床運行到下止點時，模具工作狀態(tài)的高度。模具閉合后剩余空間部分即為制件厚度為0.5mm。
故該模具的閉合高度為：
H閉合=H上模座+H墊板高度+H凸凹模高度+H凹模+H襯板+H下模座+H制件厚度
=（40+6+65.5+26+22+40+0.5）mm=200mm
可見該模具閉合高度小于所選壓力機J23-16型的最大裝模高度（220mm），可以滿足其使用要求。
3.5. 一次彎曲成形模沖壓設備的選定及安裝
由上面的設計過程及計算數(shù)據(jù)可知：初選壓力機的公稱壓力為160KN，即J23—16型壓力機。
J23—16型壓力機的滑塊行程為55mm，大于工件高度的兩倍，滿足支撐板彎曲時的沖壓行程。其主要技術參數(shù)如下表所示：
表3-1 J23—16型壓力機主要技術參數(shù)
公稱壓力/KN
160
滑塊行程/mm
55
滑塊行程次數(shù)/（次/min）
120
最大封閉高度/mm
220
封閉高度調節(jié)量/mm
45
滑塊中心線至床身距離/mm
160
立柱距離/mm
220
工作臺尺寸/mm（前后×左右）
300×450
工作臺孔尺寸/mm （前后×左右×直徑）
160×240×φ210
墊板尺寸/mm（厚度）
40
模柄孔尺寸/mm（直徑×深度）
φ40×60
床身最大傾斜角(°)
35°
模具安裝之前要切斷壓力機總電源開關，檢查壓力機打料裝置的位置是否合適，應將其暫時調整到最高位置，以免調整壓力機裝模高度時被折彎；檢查壓力機的裝模高度與模具的閉合高度是否合理；檢查下模的頂桿和上模的打料裝置是否符合壓力機打料裝置的要求。
由上面對制件模具的設計以及壓力機的選用可以確定其安裝程序如下：
（1）根據(jù)模具的閉合高度調整壓力機的裝模高度，使壓力機的裝模高度略大于模具的閉合高度。
（2）將滑塊升至上止點，將模具放于工作位置狀態(tài)，再將滑塊逐步下降使模具模柄安裝到滑塊的模柄孔內，使滑塊下平面與上模座上平面接觸，再用壓塊或壓緊螺釘將模柄（上模）固緊。
（3）下模安放于壓力機工作臺墊板上，并與上模對正，用壓板和壓緊螺栓將下模固緊在工作臺墊板上。
（4）用手搬動飛輪（或者選擇“點動”，然后切斷壓力機總電源）使滑塊移至最下位置，放松調節(jié)螺桿的調緊螺母，轉動調節(jié)螺桿，按照模具閉合高度及上下刃口接觸要求，調節(jié)滑塊至適當高度，然后鎖緊螺桿。
（5）調節(jié)壓力機打料裝置的擋頭螺釘，使推料動作在行程終了時進行。
（6）接通壓力機電源，空行程運轉數(shù)次，然后進行試沖。
3.6 模具的總裝圖
一次彎曲成形模的總裝圖如下所示：
圖3-3 一次彎曲成形復合模
1-打桿；2-模柄；3-上模座；4-止轉銷；5-緊固螺釘；6-墊板；7-推桿；8-定位塊；9-緊固螺釘；10-凸模；11-緊固螺釘；12-頂桿；13-頂板；14-下模座；15-襯板；16-銷釘；17-凹模；18-導柱；19-導套；20-凸凹模；21-凸凹模固定板；22-銷釘
其工作原理為：坯料送進時毛坯用定位塊8和凸模10定位，工作時，上模下行時，凸凹模21與凸模10首先將毛坯壓彎成“”形件，上模繼續(xù)下行時，迫使毛坯及凸模10向下運動，使工件在凸模10與凹模17的作用下成形。
另外，該模具結構特點為：下模彈頂器的彈頂力必須大于毛坯件第一次彎曲的彎曲力，才有利于工件的順利全部成形。
總 結
畢業(yè)設計作為三年大學學習中極為重要的一部分，是衡量一個學生專業(yè)課水平的重要標志。畢業(yè)設計是我們所學課程的一次系統(tǒng)而深入的綜合性的總復習，是一次理論聯(lián)系實踐的訓練，也是我們步入工作前的一次檢驗。
就我個人而言，通過這次畢業(yè)設計，使我學習到了許多知識，對模具的設計與制造有了極為深刻的認識，是一次由理論向實踐的飛躍，回顧一個多月的設計生活，讓我感慨頗深，主要體會有以下幾點：
(1) 扎實的基礎課，專業(yè)課是模具設計的基礎
由于以前所學的課程難免有些理解不深，遺忘等，而本次設計又或多或少的用到了這些知識，從而迫使我認真扎實的學習了以前的課程，并加深了對這些課程的理解、真正有一種溫故而知新的感覺，如機械制圖中的各種線型的特點應用，材料力學中的應力校核，熱處理中各種材料與熱處理性能，公差配合與測量技術中公差的正確選用，模具的加工與制造技術。塑料模具的設計與制造步驟，模具材料的正確選用等。
(2) 理論與實踐相結合的重要性
以前的學習中，基本上是純理論的學習，雖然有金工實習、畢業(yè)實習等實踐的體味，但卻停留在表面上，沒有進行過真正的設計，從而使理論與實踐嚴重脫節(jié)，而現(xiàn)在我們是在經(jīng)歷了金工實習、畢業(yè)實習后的一次真正的練兵。我認真回顧了以前所見所學的塑料模知識，在腦海里反復了思考了塑料模的步驟，然后開始到圖書館查資料作設計。在作設計的過程中，我才真正感覺到眼高手低的含義，同時也“窺一斑而知全豹”，自己的學習中的不足和薄弱環(huán)節(jié)暴露無遺，但是在老師們的幫助下以及自己的努力下，我終于克服了重重困難，使設計得以順利的進行。通過向老師們請教，我了解到設計要面向企業(yè)，面向市場的原則，畢業(yè)設計正是對實踐能力的一次強有力的訓練，是我們獨立工作的前湊，將對我們以后的工作產(chǎn)生深遠的影響。
(3) 對模具設計中的安全性，經(jīng)濟性加深了認識
在設計工作中，要不斷對安全性進行分析，從操作者的角度進行設計，在設計中，需要考慮到模具的成本問題，經(jīng)濟效益是工業(yè)生產(chǎn)的前提，成本的高直接決定了產(chǎn)品的競爭力，故在設計中盡可能的選用標準件。
(4) 電腦成為設計中重要的輔助工具
由于工件形狀復雜，在設計中計算塑件的體積出現(xiàn)了很大的難度，后經(jīng)程老師指點迷津，通過Pro/E繪圖和計算才得以解決。另外在繪零件和裝配圖時采用電腦也更方便快捷。采用電腦處理，精度高，方便快捷，在本次設計時，要求機械繪圖，電子文檔文本，從而對AUTOCAD的學習有了很大的進展，對WORD，WPS等各種文字處理工具有了更為熟練的操作，而模具CAD技術已成為該行業(yè)的發(fā)展趨勢，電腦終將成為設計的必備工具，這對提高學生的綜合素質著極為重要的現(xiàn)在意義。
(5) 設計態(tài)度直接決定著設計質量
畢業(yè)設計一般時間都足夠，但足夠的時間不一定都能設計出優(yōu)秀的模具。這就除了能力水平的問題外，極為重要的一點便是態(tài)度問題，作為學生必須要態(tài)度謙虛、工作認真、勤學好問、實事求是，才能正確對待設計，才有可能取得設計的圓滿成功。
總之，通過畢業(yè)設計使我對模具的設計與制造有了更深的認識，得到了許多有益的啟示，這對畢業(yè)后的過渡轉變有極重要的影響。在以后的工作中，我將繼續(xù)保持謙虛謹慎的工作作風，揚長避短，多與人交流，提高自己的個人素質和技能積累經(jīng)驗，誠實守信，爭取在事業(yè)上更上一層樓，芝麻開花—節(jié)節(jié)高。
致 謝
在過去近三年的學習中，我學完了模具專業(yè)中所學的理論知識，在畢業(yè)前夕，又通過畢業(yè)設計的這一實踐性環(huán)節(jié)，進行已學知識的全面總結和應用，鞏固了過去所學的基礎課和專業(yè)課知識。通過這次畢業(yè)設計，使我深深認識到理論與實踐相結合的重要性，平時在學習中所注意不到的細節(jié)性問題，往往成為設計工作中難以克服的難點！在這幾個月的設計中，不僅促使我重新溫習了三年來的專業(yè)基礎課，而且也使我掌握了很多在課本上學不到的東西，同時提高了我的綜合能力的培訓及擴大了對模具領域的新知識學習。這些都為我以后的工作打下了堅實的基礎。強化了所學知識，增強了動手能力，更深切地體會了“溫故而知新”的長遠意義，還有獨立解決問題的能力的提高，這些是本次畢業(yè)設計留給我的最寶貴的財富。
本設計的完成得益于河南機電高等專科學校材料工程系及鄭州信昌部品有限公司各位老師的指導和幫助，特別是韓老師的親切指導與幫助，在此對各位老師表示我最崇高的敬意和由衷的感謝，真心的說一聲：“你們辛苦了！謝謝?！蓖瑫r，在設計過程中也得到了許多同學的熱心幫助和支持，才使的論文能夠得以順利的完成，在此再一次向所有給予我?guī)椭椭С值睦蠋熀屯瑢W表示