U型彎曲件沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)

張艷琴，金 雨

（南充職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，四川 南充 637100）

1 彎曲件的工藝分析

該工件是U型件，零件圖中的尺寸公差為IT14，彎曲圓角半徑R為3 mm，大于最小彎曲半徑（rmin＝0.4 t＝0.8 mm），故此件形狀、尺寸、精度均滿足彎曲工藝的要求，可用彎曲工序加工。如圖1所示。

2 彎曲模的總體方案的確定

根據(jù)工件的形狀、尺寸要求來選擇彎曲模的類型。此彎曲模屬于U形彎曲模，故采用導(dǎo)柱導(dǎo)向簡(jiǎn)單U形彎曲模。優(yōu)點(diǎn)：導(dǎo)向準(zhǔn)確，可靠，能保證沖裁間隙的均勻，穩(wěn)定，使用于大批量生產(chǎn)，精度要求高的彎曲件。缺點(diǎn)：模具較重，制造工藝復(fù)雜，成本較高，輪廓尺寸大。

3 彎曲工藝計(jì)算

3.1 彎曲件展開長度計(jì)算

因?yàn)閞＝3mm＞0.5 t＝0.5×3＝1.5 mm，屬于有圓角半徑較大的彎曲件。所以彎曲件的展開長度按直邊區(qū)和圓角區(qū)分段進(jìn)行計(jì)算。視直邊區(qū)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條件進(jìn)行計(jì)算：①變形區(qū)中性層曲率半徑ρ＝γ＋κ t＝1.86 mm；②毛坯尺寸中性層長度

3.2 彎曲件回彈值的計(jì)算

第一，因?yàn)樽冃纬潭萺/t＝1.5≤10，屬于大變形程度自由彎曲的回彈值，所以可用查表法查得單角彎曲90°時(shí)的平均回彈角△的值。查表得△＝3。

第二，工件回彈問題的解決生產(chǎn)中常采用調(diào)整凸凹模間隙的方法解決工件回彈問題?；蛘弑M量選用彈性模量大，屈服極限小的材料。

3.3 彎曲力的計(jì)算

第一，U形件自由彎曲時(shí)的彎曲力，F(xiàn)自＝3.113 KN。

第二，校正彎曲的彎曲力F校＝Ap＝222.4 KN。

第三，頂件力及壓料力。若彎曲模設(shè)有頂件裝置或者壓料裝置其頂件力FD或壓料力FY可以近似取自由彎曲力的30%～80%。即是FD＝FY＝（0.3～0.8）F自。

第四，壓力機(jī)公稱壓力的確定。自由彎曲時(shí)候，壓力機(jī)公稱壓力F機(jī)為F機(jī)≥F自＋F校正彎曲時(shí)，由于校正彎曲力比頂件力FD或壓料力FY大得多，可以忽略頂件力和壓料力，故F機(jī)F校＝222.4 KN。

3.4 初選壓力機(jī)

公稱壓力的選擇，選擇壓力機(jī)時(shí)，要根據(jù)模具結(jié)構(gòu)來確定，當(dāng)施力行程較大時(shí)（50%～60%）PC＞P機(jī)，即沖壓時(shí)工藝力的總和不能大于壓力機(jī)公稱壓力的50%～60%。校正彎曲時(shí)，要使額定壓力有總夠的富余，一般壓力機(jī)的公稱壓力要大于校正彎曲力的1.5～2倍，取1.7。故公稱壓PC＝378.08（KN）初選壓力機(jī)的公稱壓力為400 KN，即J23－40型壓力機(jī)。①行程次數(shù)，選擇45次/ min。②滑塊行程（S）為了保證毛坯放進(jìn)和工件的取出，應(yīng)使滑塊行程大于工件高度的兩倍以上，S＞2H工。J23－40型壓力機(jī)的滑塊行程為80 mm，80＞2×22＝44，故滿足工件彎曲時(shí)的沖壓行程。③閉合高度J23－40型壓力機(jī)的最大閉合高度為330 mm，最小閉合高度為265 mm。模具的閉合高度與壓力機(jī)的配合遵守以下關(guān)系（Hmax－Hd）－5＞H＞（Hmin－Hd）＋10，即325＞H＞275如果壓力機(jī)不設(shè)置墊板，所設(shè)計(jì)的模具閉合高度H在275～325 mm之間。加上墊板，模具閉合高度將減小。④工作臺(tái)面的尺寸。壓力機(jī)工作臺(tái)尺寸應(yīng)大于下模周界50～70 mm。J23－40型壓力機(jī)的工作臺(tái)尺寸（前后X左右）為460 mm×700 mm。那么，設(shè)計(jì)模具的下模座（寬×長）不要超過460 mm×700 mm。⑤模柄孔的尺寸。直徑深度為Ф50 mm×70 mm，那么設(shè)計(jì)時(shí)模具的模柄尺寸要與模柄孔尺寸匹配。

4 彎曲模零件設(shè)計(jì)計(jì)算

4.1 凸模圓角半徑

彎曲件r/t較小，r/t＝1.5。凸模的圓角半徑r凸可以取彎曲件的彎曲半徑，但不能小于彎曲件的最小圓角半徑。故r凸＝1.5 mm。

4.2 凹模圓角半徑

凹模圓角半徑不能過小，以免增加彎曲力，擦傷工件表面。兩邊的凹模圓角半徑應(yīng)一致，否則彎曲時(shí)毛坯會(huì)產(chǎn)生偏移。生產(chǎn)中，按材料的厚度決定凹模的圓角半徑。查表得r凹＝（3～6）t。故取 r凹＝5×1＝5 mm。

4.3 凹模工作部分深度的設(shè)計(jì)計(jì)算

凹模工作部分的深度將決定板料的進(jìn)模深度，同時(shí)也影響到彎曲件直邊的平直度，也對(duì)工件的尺寸精度造成一定的影響。彎曲U型件的凹模深度L0和最小厚度h查表可得：L0＝（10～15）mm，取L0＝15 mm；h＝20 mm。

4.4 凸、凹模工作部分的尺寸與公差

彎曲凸模和凹模的寬度尺寸與工件的標(biāo)注有關(guān)。工件標(biāo)注外形，以凹模為基準(zhǔn)。故

5 彎曲模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。在壓力機(jī)上安裝、調(diào)整方便。頂板在彎曲時(shí)候與凸模將板料夾緊，并且背壓力可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)大小，始終能對(duì)工件底部施加加大的反頂壓力，能使工件底部保持平整。又因?yàn)橄履７磦?cè)壓板的作用，能有效的防止工件的滑移。上模主要有上模座、凸模、凸模固定板等組成；下模主要由凹模、凹模固定板、頂板、頂桿、螺桿、導(dǎo)料板和下模座等零件組成。工作時(shí)，先將板料放在導(dǎo)料板中，上模下行，凸模與頂板將板料夾緊，凸模與凹模對(duì)板料進(jìn)行彎曲直至頂板與凹模的墊板接觸，并對(duì)彎曲件施加了校正力。彎曲結(jié)束后頂板可將彎曲件頂出凹模，結(jié)構(gòu)見圖2。

圖1 彎曲件零件圖

5.1 凹、凸模的設(shè)計(jì)與計(jì)算

凹模的外形結(jié)構(gòu)為外矩形，查表得凹模深度 L0＝15mm，凹模寬度凹模的長度 L≥工件的長度 L0＝162 mm，取L＝166 mm。凸模寬度凸模的伸長度L伸＞凹模深度L0＝15 mm，可根據(jù)安全距離Y（20～25 mm）取值。

5.2 固定板的設(shè)計(jì)

凹模采用矩形固定板，厚度根據(jù)凹模的深度與頂件塊厚度之和來選取，頂件塊的厚度去15 mm，故凹模固定板的厚度H＝25＋15＝40 mm；凹模固定板外形尺寸：根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)取214×140×35－45鋼。凸模固定板厚度查表H＝25 mm，凸模固定板外形尺寸根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)，查表可取200×100×25－45鋼。

5.3 模板的設(shè)計(jì)

上、下模板上不僅要安裝沖模的全部零件，而且要承受和傳遞工作壓力，因此模板要有足夠的強(qiáng)度和剛度。如果剛度和強(qiáng)度不足，工作時(shí)候會(huì)產(chǎn)生較大的彈性變形，導(dǎo)致模具零件的迅速磨損或破壞，使沖模壽命顯著降低。矩形模板的長度應(yīng)比凹模長度大40～70 mm，而寬度取凹模寬度相同或稍大。模板要有足夠的厚度，模板厚度可參照凹模厚度估算，通常為凹模厚度1～1.5倍。模板上、下平面之間都應(yīng)該有平面度要求。模板材料大多是鑄鐵或鑄鋼鐵其結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足鑄造工藝要求。采用非標(biāo)準(zhǔn)的矩形模板。上模板外形尺寸：200×100×35，下模板外形尺寸：254×200×40，模板材料為Q235。

5.4 彎曲模其他零件的設(shè)計(jì)與選用

當(dāng)模板所受的單位壓力大于模板材料的許用壓力時(shí)就需要添加墊板，它被裝于凹模固定板與模板之間，尺寸162×140×15－45鋼。彈頂器采用聚氨酯橡膠做彈性元件，彈性元件的高度按凸模工件進(jìn)入凹模深度 3.5～4倍選取。定位采用毛坯外形定位和導(dǎo)料板定位。因?yàn)槟＞叩慕Y(jié)構(gòu)較小，故選用壓入式模柄。它與上模座孔采用 H7/m6過渡配合，并且加銷釘防轉(zhuǎn)。模柄工作段的直徑應(yīng)與選定的壓力機(jī)J23－40型滑塊?？椎闹睆较嘁恢隆?/p>

6 結(jié)束語

簡(jiǎn)單U型彎曲模設(shè)計(jì)是沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)一個(gè)很重要的部分，學(xué)生可通過設(shè)計(jì)學(xué)會(huì)對(duì)沖壓件進(jìn)行工藝性分析，合理制定工序以及工序的復(fù)合方式，沖壓件毛坯展開尺寸的計(jì)算，模具工作部分尺寸，沖壓力，選擇壓力機(jī)噸位和模具結(jié)構(gòu)與型式等書本上難以理解的知識(shí)。同時(shí)也復(fù)習(xí)了機(jī)械設(shè)計(jì)、材料成形原理和冷沖壓模設(shè)計(jì)等課程，學(xué)會(huì)了如何利用手上的資料查找到與這次模具設(shè)計(jì)相關(guān)的資料和參數(shù)，怎樣才能夠設(shè)計(jì)一副合理、經(jīng)濟(jì)又實(shí)用的沖壓模具，怎樣才能夠合理制定工序以及工序的復(fù)合方式才能使用生產(chǎn)成本降到最低，同時(shí)又能兼顧生產(chǎn)率和產(chǎn)品的質(zhì)量。

[1]王孝培.沖壓手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出社，1995.

[2]王孝培.沖壓設(shè)計(jì)資料[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1983.

[3]沖模設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組.沖模設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.