马鞍形零件工艺展开和成型模具设计

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1、 马鞍形零件冲压工艺和成形模具设计马鞍形零件冲压工艺和成形模具设计0：引言 图（一）所示图形为某产品上一种零件。材料 20#钢，料厚 2mm。图（一） 该零件形状怪异，成型部分不仅仅弯曲变形，而且包含扭曲变形，零件工艺性 很差。 1：零件结构和工艺分析 仔细分析该零件结构，该零件左部分为弯曲，右部分扭曲引伸，中间连接部分 属于扭弯变形。整个零件纵向对称。在弯曲部分弧底有两个孔，左右侧对称各 有两孔。零件很象马鞍形状，但尺寸不大，板材厚。 工艺人员制定工艺流程。综合考虑零件批量和生产成本，制定以下工艺方案。 落料成形 弯曲成形 扭曲引伸成形 切边 2：毛坯尺寸计算 钣金件常用的坯料计算法是中性层

2、计算法和等量法。中性层法适用于计算弯曲 类零件的毛坯尺寸。等量法适用于计算引伸件的毛坯尺寸。但是图（一）所示 零件不是一个标准的弯曲件，更不是一个标准的引伸件，变形部分包含弯曲、 扭曲、引伸。单纯的中性层法和等量法都不适合图（一）所示零件。为了得到 比较准确的毛坯尺寸，工艺师采用了 UG 三维软件中的级进模模块，利用软件强 大的计算能力对这种扭曲变形的零件进行有限元分析计算，得到的毛坯图形为 样条曲线，不是规则的函数曲线。 3：冲压工艺和模具设计 加工工艺的第一道工序是落料成形。如果采用落料模成形工艺，因毛坯图形曲 线不是规则的函数曲线，凸凹模刃口形状比较难加工。此外模具成本也较高。 综合考虑

3、，采用数控冲裁机模拟加工样条曲线。数控机床的自动编程软件能够接受封闭形状的 CAD 图形，并按照图形模拟加工零件。直接把二维展开图形 （dxf 形式）导入自动编程软件，自动生成程序，机床按照程序模拟加工样条曲 线。第二道工序弯曲成形和第三道工序扭曲成形采用模具成形。最后一道工序 切边采用机械加工切边平整。这样的工艺安排从成本上是最经济的，模具费用 也是最少的。 4：模具结构 41 弯曲成形模图（二）弯形模结构1.模柄 2.凸摸 3.紧定螺钉 4.凹模 5.卸料螺钉 本道工序弯曲成形，成形后工件形状见图(三).。图(三)弯形模模具结构比较简单，模柄 1 采用凸缘螺纹模柄，螺纹旋入凸模 2 ，凸缘

4、 部位拧入紧定螺钉 3 防止模柄在冲压过程中松动。为保证工件对称度，模具以 毛坯工件中间两孔为定位孔，下模配置两个卸料螺钉，起两种作用：一种作用 定位，一种作用卸料。凸模相对应卸料螺钉的位置对应有两个孔，也起两种作 用：一种作用试模时导向，一种作用防止凸模打坏卸料螺钉头部。卸料橡皮配 至在冲床下面，紧贴凹模下面。模具工作过程如下：冲压前先把毛坯工件送至凹模上，两个卸料螺钉套入毛 坯件孔内定位。冲压过程中冲床滑块下行，凸模先把工件压住，然后带动卸料 螺钉下行。滑块下行到下死点，凸凹模合模，工件成形。然后滑块上行，卸料 螺钉受橡皮推力带动工件上行卸料。整个冲压过程完成。 在设计模具尺寸时考虑到工件

5、圆弧较大（r/t10） ，弯曲成形后不仅弹复角 达到了相当大的数值，而且圆角半径也有较大的变化，计算凸凹模角度和凸凹 模圆角时必须考虑了回弹量。在这种状态下的弹复主要取决于材料的机械性能， 因此凸模圆角半径和弹复角按下面公式计算：凸模圆角半径为： tr Err0s0 31凸 1)180(0 0 凸rr凸模的圆角半径（毫米）凸r工件要求的圆角半径（毫米）0r工件要求的角度（度）0工件材料屈服强度（兆帕）sE 工件材料弹性模数（兆帕）t工件材料厚度（毫米）把各项数值带入公式（、E 从材料手册中查取） ，计算得=21.3 毫米，s凸r4.6。4.2 扭曲成形模（图四）扭曲成形模结构 1.垫板 2.内

6、六角螺钉 3.上模板 4.模柄 5.内六角螺钉 6.销 7.凸模固定板 8.销 9.聚氨酯 10.压料器 11.成型上模 12.凹模 13.定位销 这副模具是零件成型的关键。压入式模柄压入上模板，通过螺钉、定位销把上模板、垫 板、凸模固定板连接，压料器、聚氨酯、成型上模被封闭在在凸模固定板内，成型上模完 全固定。压料器可以在一定范围内压缩聚氨酯滑动。凹模设计成一个整体，中间加工出和 零件形状吻合的型腔（考虑角度回弹） 。左半部份圆弧底部镶入定位销 13。 模具工作原理：先把第一道工序成型后的工件放入下模，以定位销 13 和凹模型腔定位。 冲床滑块带动凸模下行，压料器 10 先接触工件，滑块下行

7、的同时聚氨酯压缩弹力压紧零件， 同时成型上模 11 下行挤压零件，直至凸凹模合模，零件成型。合模位置见图（五） 。图（五）模具合模状态图 在这副模具的试模过程中，发现实际工作状态和理想设计状态略有差异。模具由于是单边 冲压，冲压过程中单边扭曲、涨形的力量又特别大，聚氨酯的压缩弹力根本不足以压住工 件。成型上模刚开始接触工件时，工件左边已经翘头挤压压料器压缩聚氨酯上行，由于工 件套在定位销钉上，定位销钉阻碍工件左边翘头，工件左孔被拉裂，定位销受拉力变弯， 导致工件紧套在定位销上难以拔出来。把左边的定位销钉取消，改以第一道工序弯曲件的 外形轮廓和右边定位销定位，零件成形，试模成功。 最后一道工序线切割加工右边平齐，整个加工过程完成。 5.结束语 整个加工工艺成本低，模具结构简单，模具制造成本低，经过近两年的实际生 产，效果较好，保证了质量，保证零件加工精度和人力。