《其它模具设计简介》大作业

摩托车侧盖前支承冲压工艺与模具设计

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一、零件及其冲压工艺性分析

摩托车侧盖前支承零件是以2个φ5.9mm的凸包定位且焊接组合在车架的电气元件支架上，腰圆孔用于侧盖的装配，故腰圆孔位置是该零件需要保证的重点。另外，该零件属隐蔽件，被侧盖完全遮蔽，外观上要求不高，只需平整。图1所示为摩托车侧盖前支承零件示意图，材料Q215钢，厚度1.5mm，年生产量5万件，要求编制该冲压工艺方案。

图1 侧盖前支承零件示意图

该零件端部四角为尖角，若采用落料工艺，则工艺性较差，根据该零件的装配使用情况，为了改善落料的工艺性，故将四角修改为圆角，取圆角半径为2mm。此外零件的“腿”较长，若能有效地利用过弯曲和校正弯曲来控制回弹，则可以得到形状和尺寸比较准确的零件。

腰圆孔边至弯曲半径R中心的距离为2.5mm。大于材料厚度 （1.5mm），从而腰圆孔位于变形区之外，弯曲时不会引起孔变形，故该孔可在弯曲前冲出。

二、确定工艺方案

首先根据零件形状确定冲压工序类型和选择工序顺序。冲压该零件需要的基本工序有剪切(或落料)、冲腰圆孔、一次弯曲、二次弯曲和冲凸包。其中弯曲决定了零件的总体形状和尺寸，因此选择合理的弯曲方法十分重要。

1、弯曲变形的方法及比较 该零件弯曲变形的方法可采用如图2所示中的任何一种。

第一种方法(图2a)为一次成形，其优点是用一副模具成形，可以提高生产率，减少所需设备和操作人员。缺点是毛坯的整个面积几乎都参与激烈的变形，零件表面擦伤严重，且擦伤面积大，零件形状与尺寸都不精确，弯曲处变薄严重，这些缺陷将随零件“腿”长的增加和“腿”长的减小而愈加明显。

第二种方法(图2b)是先用一副模具弯曲端部两角，然后在另一副模具上弯曲中间两角。这显然比第一种方法弯曲变形的激烈程度缓和的多，但回弹现象难以控制，且增加了模具、设备和操作人员。

第三种方法(图2c)是先在一副模具上弯曲端部两角并使中间两角预弯45°，然后在另一副模具上弯曲成形，这样由于能够实现过弯曲和校正弯曲来控制回弹，故零件的形状和尺寸精确度高。此外，由于成形过程中材料受凸、凹模圆角的阻力较小，零件的表面质量较好。这种弯曲变形方法对于精度要求高或长“脚”短“脚”弯曲件的成形特别有利。

图2 弯曲成形

a)一副模具成形 b)、c)两副模具成形

2、工序组合方案及比较 根据冲压该零件需要的基本工序和弯曲成形的不同方法，可以作出下列各种组合方案。

方案一：落料与冲腰圆孔复合、弯曲四角、冲凸包。其优点是工序比较集中，占用设备和人员少，但回弹难以控制，尺寸和形状不精确，表面擦伤严重。

方案二：落料与冲腰圆孔复合、弯曲端部两角、弯曲中间两角、冲凸包。其优点是模具结构简单，投产快，但回弹难以控制，尺寸和形状不精确，而且工序分散，占用设备和人员多。

方案三：落料与冲腰圆孔复合、弯曲端部两角并使中间两角预弯45°、弯曲中间两角、冲凸包。其优点是工件回弹容易控制，尺寸和形状精确，表面质量好，对于这种长“腿”短“脚”弯曲件的成形特别有利，缺点是工序分散，占用设备和人员多。

方案四：冲腰圆孔、切断及弯曲四角连续冲压、冲凸包。其优点是工序比较集中，占用设备和人员少，但回弹难以控制，尺寸和形状不精确，表面擦伤严重。

方案五：冲腰圆孔、切断及弯曲端部冲腰圆孔、切断连续冲压、弯曲中间两角、冲凸包。这种方案实质上与方案二差不多，只是采用了结构复杂的连续模，故工件回弹难以控制，尺寸和形状不精确。

方案六：将方案三全部工序组合，采用带料连续冲压。其优点是工序集中，只用一副模具完成全部工序，其实质是把方案三的各工序分别布置在连续模的各工位上，所以还具有方案三的各项优点，缺点是模具结构复杂，安装、调试和维修困难。制造周期长。

综合上述，该零件 虽然对表面外观要求不高，但由于“腿”特别长，需要有效地利用过弯曲和校正来控制回弹，其方案三和方案六都能满足这一要求，但考虑到该零件件生产批量不是太大，故选用方案三，其冲压工序如下：

落料冲孔、一次弯形 （弯曲端部两角并使中间两角预弯45°）、二次弯形(弯曲中间两角)、冲凸包。

三、主要工艺参数计算

1、毛坯展开尺寸 (查工具书) 展开尺寸按图3分段计算。毛坯展开长度 L?2l1?2l?l?2l?2l2345

式中

l=12.5mm; 1ll2=45.5m; =30mm; 3

?

rl4和l5按2?r?xt?计算。 其中圆周半径r分别为2mm和4mm，材料厚度t=1.5mm，中性层位置系数x按由表3-2查取。当r=2mm时取x=0.43，r=4mm时取x=0.46。

将以上数值代入上式得

L?2?12.5?2?45.5?30?2??2?0.43?1.5??2??4?0.46?1.5??169?mm?22

考虑到弯曲时材料略有伸长，故取毛坯展开长度L=168mm。

对于精度要求高的弯曲件，还需要通过试弯后进行修正，以获得准确的展开尺寸。

2、确定排样方案和计算材料利用率

①确定排样方案，根据零件形状选用合理的排样方案，以提高材料利用率。该零件采用落料与冲孔复合冲压，毛坯形状为矩形，长度方向尺寸较大，为便于送料，采用单排方案 （见图4）。

图3 毛坯计算图 图4 排样方案

搭边值a和a1由表2-12查得，a=2mm,a1=1.8mm。

②确定板料规格和裁料方式。根据条料的宽度尺寸，选择合适的板料规格，使剩余的边料越小越好。该零件宽度用料为172mm，以选择

1.5mm×710mm×1420mm的板料规格为宜。

裁料方式既要考虑所选板料规格、冲制零件的数量，又要考虑裁料操作的方便性，该零件以纵裁下料为宜。对于较为大型的零件，则着重考虑冲制零件的数量，以降低零件的材料费用。

3、计算材料消耗工艺定额和材料利用率。根据排样计算，一张钢板可冲制的零件数量为n=4×59=236(件)。

材料消耗工艺定额

一张钢板的质量1.5?710?1420?0.0000078??0.04998kg一张钢板冲制零件的数量236 G?

材料利用率

一张钢板冲制零件数量?零件面积?100％一张钢板面积 ??

236?168?22?12?13???6.52

???100％710?1420=79.7% ??

零件面积由图5计算得出。

图5 落料、冲孔工序略图

四、计算各工序冲压力和选择冲压设备

1、第一道工序—落料冲孔(见图6) 该工序冲压力包括冲裁力FP，卸料力F3和推料力F1，按图6所示的结构形式，系采用打杆在滑块快回到最高位置时将工件直接从凹模内打出，故不再考虑顶件力

冲裁力 F2。

FP?Lt?b(或1.3Lt?)

式中 L—剪切长度;

t —材料厚度（1.5mm）;

?b—拉深强度，由表8-49查取，取?b=400Mpa； τ—抗剪强度。

剪切长度L按图12-5所示尺寸计算`

L?L?L 12

式中 L1—落料长度(mm)；

L2—冲孔长度(mm)。

将图示尺寸代入

1L计算公式可得 L?2??168?2?2?2?2??2?2??376mm

L2?2??12?6.5?

??65mm

因此，

L=376+65=441mm

将以上数值代入冲裁力计算公式可得

Fp?Lt?

'b?441?1.5?400?264600?N? 落料卸料力 F3?K卸Fp?K卸L1t

式中

'?b K卸—卸料力系数，由表2-8查取；

Fp—落料力(N)。

将数值代入卸料力公式可得

F3?N??0.04?376?1.5?400?9024_

冲孔推件力

F1?nKF推''p?nKLt?推2b

式中 n—梗塞件数量(即腰圆形废料数)，取n=4；

K推—推件力系数，由表2-8查取；

Fp—冲孔力(N)。

将数值代入推件力公式可得 ''

F1?N??4?0.055?65?1.5?400?8580

zp31第一道工序总冲压力 F?F?F?F

=264600+9024+8580

=282204≈282（kN）

选择冲压设备时着重考虑的主要参数是公称压力、装模高度、滑块行程、台面尺寸等。

根据第一道工序所需的冲压力，选用公称压力为400kN的压力机就完全能够满足使用要求。

(2) 第二道工序—一次弯形(见图12-7) 该工序的冲压力包括预弯中部两角和弯曲、校正 端部两角及压料力等，这些力并不是同时发生或达到最大值的，最初只有压弯力和预弯力，滑块下降到一定 位置时开始压弯端部两角，最后进行校正弯曲，故最大冲压力只考虑校正弯曲力P2和压料力Py。

校正弯曲力

式中 P?Sq 2S??mm—校正部分的投影面积 2

—单位面积校正(MPa)，由表3-11查取，

结合图12-1、图12-5所示尺寸计算式如下 qq=100Mpa。

?12?13?6.52?????2544?mm2?S??34??168?34?cos45???22????

校正弯曲力

P?Sq2?N??2544?100?254400

y 压料力P为自由弯曲力P的30%~80%。 1

自由弯曲力(表3-10)

式中 系数 Cbt??P2L12b C=1.2；

弯曲件宽度 b=22mm;

料厚 t=1.5mm；

抗拉强度 ?

2b=400MPa； 1 支点间距2L近似取10mm。将上述数据代入P表达式，得：

?2376P1?

取1.2y?22?1.5?400?50%P1，得 ?N? P

压料力 Py=50%×2376=1188?N?

则第二道工序总冲压力

P?P?Pz2Y?N??256?kN??254400?1188?255588

根据第二道工序所需要的冲压力，选用公称压力为400kN的压力机完全能够满足使用要求。

（3）第三道工序—二次弯形(见图12-8) 该工序仍需要压料，故冲压力

包括自由弯曲力P和压料力Py。 1

自由弯曲力

压料力 ?22?1.5?4001.2?699?N?P? 12Py?50%P1?699?50%?349?N?

则第三道工序总冲压力P?P?Pz1Y?N??699?349?1048

第三道工序所需的冲压力很小，若单从这一角度考虑，所选的压力机太小，滑块行程不能满足该工序的加工需要。故该工序宜选用滑块行程较大的400kN的压力机。

（4）第四道工序—冲凸包（见图12-9） 该工序需要压料和顶料，其冲压力包括凸包成形力Pp和卸料力P3及顶件力P2，从图12-1所示标注的尺寸看，凸包的成形情况与冲裁相似，故凸包成形力

凸包成形力

卸料力

顶件力 Pp可按冲裁力公式计算得 P3p?Lt?卸pb?2?6??1.5?400?22608?N?P?KP2卸?0.04?22608?904?N?p (系数P?KP?N??0.06?22608?1356K顶K卸由表2-8、

查取)

则第四道工序总冲压力

P?P?P?P?22608?904?1356?24868?N??25?kN? Zp32

从该工序所需的冲压力考虑，选用公称压力为40kN的压力机就行了，但是该工件高度大，需要滑块行程也相应要大，故该工序选用公称压力为250kN的压力机。

五、模具结构形式的确定

落料冲孔模具、一次弯形模具、二次弯形模具、冲凸包模具结构形式分别见图6、图7、图8、图9。

图6 落料冲孔模具结构形式形式

图8 二次弯形模具结构形式 具结构形式 图7 一次弯形模具结构 图9 冲凸包模

第二篇：作业：模具设计

一、已知：材料：聚丙烯（PP），尺寸见下图，未注公差取MT5.

二、需完成以下工作：

1、进行成型工艺性分析；2、选择分型面并阐述理由；3、确定型腔数目并画出排列形式（CAD图或3D图）；4、初步选择注射机并校核；5、进行浇注系统设计（CAD图或3D）；6、进行成型零件设计（结构设计和工作尺寸计算）；7、选择模架（CAD图或3D），确定每块板的具体尺寸。

三、提交的内容： word说明书以及PPT（3D或CAD图纸需体现在说明书和PPT当中）。