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本科畢業(yè)論文（設計）中期進展情況檢查表
學生姓名
吳明軍
班級
機制032
指導教師
李保國 王保國
論文（設計）題目
汽車油箱托架的模具設計
目前已完成任務
1. 制定畢業(yè)設計計劃
2. 查找相關文獻
3. 完成畢業(yè)論文開題報告
4. 完成油箱托架沖孔的模具設計
5. 完成油箱托架彎曲的模具設計
是否符合任務書要求進度：符合
尚需完成的任務
1. 繼續(xù)對論文材料進行組織和整理；
2. 按照論文提綱，有步驟有計劃的開展論文工作，存在問題要及時與老師及工程師溝通；
3. 對已完成的論文內容進行檢查審核，力求把問題降到最少；
4. 到規(guī)定的時間完成論文初稿；
5. 根據(jù)指導老師的指導意見和全部材料完成論文；
能否按期完成論文（設計）：能
存在問題和解決辦法
存
在
問
題
由于實驗設備以及生產(chǎn)設備條件的限制，設計出來的模具無法加工出來。無法確定模具的耐磨情況。
擬
采
取
的
辦
法
根據(jù)存在的問題，前往工廠現(xiàn)場考察學習；向工廠內的工程師請教解決的方法。
指導教師簽 字
日期
年 月 日
教學院長（主任）意 見
負責人簽字： 年 月 日
畢業(yè)論文（設計）任務書
題目名稱 汽車油箱托架的模具設計
學生姓名
吳明軍
所學專業(yè)
機械制造及其自動化
班級
032班
指導教師
李保國
王保國
所學專業(yè)
機電一體化
機械設計制造
職稱
教 授
工程師
完成期限
2007年1月20日 至 2007年6月17日
一、論文（設計）主要內容及主要技術指標
1.主要內容
要求設計出能生產(chǎn)出汽車油箱托架的模具。
2.技術指標
（1）能夠沖壓成型油箱托架。
（2）能夠完成托架沖孔。
（3）能夠完成油箱托架彎曲。
（4）成型過程中保證精度要求。
二、 畢業(yè)論文（設計）的基本要求
1.畢業(yè)設計（論文）一份：有400字左右的中英文摘要，正文后有15篇左右的參考文獻，正文中要引用5篇以上文獻，并注明文獻出處。論文字數(shù)在6000字以上；
2.有不少于2000漢字的與本課題有關的外文翻譯資料；
3.畢業(yè)設計總字數(shù)在10000字以上；
4.模具裝配圖一套（要求：有CAD圖或手繪圖）。
三、畢業(yè)論文（設計）進度安排
1. 2007年1月8日-1月20日，下達畢業(yè)設計任務書；寒假期間完成外文資料翻譯和開題報告。
2. 2007年3月5-3月11日（第1周），指導教師審核開題報告和設計方案。
3. 2007年4月2日-5月6日（第5-9周），CAD軟件的應用，模具設計。
4. 2007年5月8-13日（第10周），畢業(yè)設計中期檢查。
5. 2007年5月14-6月3日（第11-13周），整理、撰寫畢業(yè)設計（論文）。
6. 2007年6月4-11日（第14周）上交畢業(yè)論文指導、評閱教師審查評閱論文，畢業(yè)設計答辯資格審查，學生修改整理論文。
7. 2007年6月11-17日（第15周），畢業(yè)設計（論文）答辯。
河南科技學院
2007屆本科畢業(yè)論文
論文題目：汽車油箱托架的模具設計
學生姓名：吳明軍
所在院系： 機電學院
所學專業(yè)：機械設計制造及其自動化
導師姓名：李保國 王保國
完成時間：2007年6月15日
畢業(yè)論文（設計）開題報告
題目名稱 汽車油箱托架的模具設計
學生姓名
吳明軍
專業(yè)
機械設計、制造及其自動化
班級
機制032班
一. 選題的目的意義
利用模具來成型零件，能少切屑、無切屑，多工序重合。利用模具成型代替?zhèn)鹘y(tǒng)切屑加工工藝，能提高生產(chǎn)效率、保證零件質量、節(jié)約材料、降低生產(chǎn)成本，取得較高的經(jīng)濟效益。油箱托架屬于典型的常見零件，但其模具包含了沖壓摸、彎曲模、拉伸模，在模具設計方面具有代表性。設計合理優(yōu)質的托架模具，能使得油箱托架的大批大量生產(chǎn)成本低、質量好，大大節(jié)省了加工工時，具有良好的經(jīng)濟效益。通過托架的模具設計，能培養(yǎng)一種熟練的模具設計能力。?
二. 國內外研究現(xiàn)狀
由于托架零件形狀復雜，而且強度要求較高，世界上工業(yè)領域廣泛采用鈑金方法、利用冷沖壓成型的方法加工。也有一些研究機構正在研究利用注塑模注塑復合材料的辦法，但是成本太高，無法在工業(yè)上廣泛推廣應用。目前工業(yè)上大量采用冷沖壓成型的方法加工合金板材制造，其模具采用冷沖模，模具材料采用優(yōu)質合金鋼。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Mold flow、C-Flow、DYNAFORM、Optics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取得顯著成效。
三. 研究內容與方案
論文首先從我國模具應用現(xiàn)狀與模具發(fā)展趨勢入手，從而引入模具的分類、結構，同時分析模具類型在托架加工中的選取依據(jù)。設計合理、優(yōu)質、高效、切實可行的油箱托架生產(chǎn)模具，使模具數(shù)目 盡量少、效率高、壽命長，能有效降低托架的生產(chǎn)成本。
依據(jù)模具的類型和零件的結構、尺寸確定各個模具的具體結構參數(shù)。以下是對課題的研究方案:
1. 熟悉和掌握模具設計基本原理
2. 熟悉和掌握模具設計的相關軟件
3. 掌握根據(jù)零件的工藝分析
4. 能夠熟練地根據(jù)工藝設計出幾種模具方案
5. 根據(jù)實際生產(chǎn)情況確定出最佳方案
四. 論文的研究方法
1. 查閱模具設計的相關資料
2. 參觀工廠的實際生產(chǎn)情況
3. 借鑒相關的設計經(jīng)驗
4. 指導老師的相關指導
五. 參考文獻
[1]韋龍.大型精密冷沖模具的設計與制造[J].汽車工藝與材,2005, (20)：21～24
[2]模具使用技術叢書編委會.沖模設計應用實例[M].北京:機械工業(yè)出版社,1999
[3]徐煒炯.模具設計[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,1998
[4]郝濱海.沖壓模具簡明設計手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社,2005
[5]夏巨諶.鈑金工手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社,2005
[6]鄧明.實用模具設計簡明手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006
[7]曹將棟,趙良才,方喜峰,賈維.承重托架CAD/CAE集成設計系統(tǒng)[J].機械與電子,2005, (18)：50～53
[8]高梅蘭.汽車油箱托架沖壓工藝方案分析[J].客車技術,1993, (30)：40～42
[9]朱玉生,陳文琳,董定福.托架彎曲成行模具設計中摩擦的避免和利用[J].合肥模具技合肥工業(yè)大學學報,2005, (22)：41～46
[10]王洪俊,范海雁.汽車沖壓件成行新工藝[J].汽車工藝與材料,2005, (30)：32～35
[11]趙昌盛.實用模具材料應用手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005
[12]羅曉嘩,趙從容.模具的液壓成行工藝[J].液體傳動與控制,2004, (20)：40～44
[13]薛啟翔.沖壓模具設計結構圖冊[M].北京:化學工業(yè)出版社,2006
[14]K.stoeckhert, G. Manning[德].模具制造手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社, 1998
[15]駱志斌.模具工實用技術手冊[M].南京:江蘇科學技術出版社,2000
[16]彭建生.模具設計與加工速查手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005
[17]江洪,魏崢,周鮮華.Solid works 2004/2005基礎教程[M].北京:化學工業(yè)出版社,2006
六. 指導教師審批意見
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年 月 日
右沖模：
1.下模板 2.凹模墊板 3.凹模 4.導柱 5.導套 6.上模座 7.模柄 8.卸料螺釘
9.凸模墊板 10.凸模固定板 11.橡膠 12.凸模 13.卸料板 14.螺釘 15.擋料銷
圖1 右沖模裝配圖
圖2 右沖模凸模
圖3 右沖模凹模
14
圖4 右沖模卸料板
下沖模：
圖5 下沖模裝配圖
圖6 下沖模凸模
圖7 下沖孔凹模
圖8 下沖孔卸料板
右彎模：
1.凹模 2. 螺釘 3.卸料螺桿 4. 上模板 5.成型器6.橡皮 7.頂板 8.螺釘
9.下模板 10.下墊鐵 11.螺桿12.螺釘 13.定位銷 14.凸模 15.頂板
16.卸料螺桿 17.壓邊圈 18.螺釘 19.上墊鐵 20.螺釘 21.圓柱銷 22.擋塊
圖9 右彎模裝配圖
圖10 右彎模凸模
圖11 右彎模成型器
圖12 右彎模凹模
圖13 右彎模壓邊圈
下彎模：
1.螺釘 2. 定位板 3. 螺釘 4. 螺釘 5.凸模 6. 凸模固定板
7.定位銷 8. 成型器 9.銷子 10.上模板 11.銷子 12.凹模 13.下模板
14.螺桿 15.螺釘 16.頂板 17.卸料螺桿 18.下墊鐵19.螺釘
圖14 下彎曲模裝配圖
圖15 下彎模凸模
圖16 下彎模成型器
圖17 下彎模凹模
連接彎模：
1.下模板 2.螺釘 3.托板 4墊鐵 5擋板 6螺釘 7螺釘 8凸模1 9凸模2
10螺釘 11下模板 12凹模1 13.凹模2 14.凹模3 15.螺釘 16墊板 17 螺釘
圖18 連接彎模裝配圖
圖19 連接彎模凹模1
圖20 連接彎模凹模2
圖21連接彎模凹模3
圖22 連接彎模凸模1
圖23 連接彎模凸模2
摘 要
利用模具來成型零件，能少切屑、無切屑，多工序重合。利用模具成型代替?zhèn)鹘y(tǒng)切屑加工工藝，能提高生產(chǎn)效率、保證零件質量、節(jié)約材料、降低生產(chǎn)成本，取得較高的經(jīng)濟效益。許多研究機構和大專院校經(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取得顯著成效。本文主要介紹了汽車油箱拖架的沖裁模和彎曲模的設計。油箱托架屬于常見零件，但其模具包含了沖壓摸、彎曲模等，在模具設計方面具有代表性。設計合理優(yōu)質的托架模具，能使得油箱托架的大批大量生產(chǎn)成本低、質量好，節(jié)省加工工時，具有較好的經(jīng)濟效益。
?關鍵詞：沖裁模，彎曲模，設計
Mould Design OF BUS Fuel Tank Bracket
Abstract
Making use of mould to come to the molding part, can stop cutting crumbs, have no cuttings and makes multiple operation coincidence. Making use of molding to replace tradition cuttings process handicraft, can improve the efficacy, guarantee part mass, save material, make production costs lower, and make higher economic effect. Many study organizations 、universities and colleges have got notable progress by efforts of many years ,and have great progress in the field of mould CAD/CAE/CAM technology. It gets a marked effect in the field of improving mould mass 、shortening the design for die、mould manufacturing cycle ,and so on. The paper introduces cutting mould design and curved mould design of bus fuel tank bracket. The fuel tank bracket belongs to the common part, whose mould contains stamping fumble and curved model waits, has represent aliveness in the field of mould design. Designing rational high grade bracket mould, can cut down the cost of product and enhance quality for large amount production, has good economic effect.
Key Words: Cutting Mould, Curved Mould, Design
目 錄
1 緒論 1
2 工藝分析 1
3 模具材料的選擇 2
4 右沖孔模設計 3
4.1 沖壓力的計算 3
4.2 確定模具壓力中心 3
4.3 計算凸、凹模刃口尺寸 3
4.4 凸、凹模結構設計 4
4.5 凸、凹模外形尺寸確定 5
4.6 模具總體設計及主要零部件設計 6
4.7 沖壓設備的選擇 8
5 下沖孔模設計 9
5.1 沖壓力計算 9
5.2 計算凸、凹模刃口尺寸 9
5.3 凸、凹模外形尺寸確定 9
5.4 模具總體設計及主要零部件設計 11
5.5 沖壓設備的選擇 11
6 右彎模設計 11
6.1 應力和應變狀態(tài)分析 12
6.2 零件的結構工藝性分析 13
6.3 彎曲件毛坯展開尺寸的計算 14
6.4 彎曲工藝力的計算 15
6.5 彎曲設備標稱壓力的選擇 15
6.6 回彈角的確定 15
6.7 U行件彎曲模的結構 16
7下彎曲模設計 16
7.1 彎曲件毛坯展開尺寸的計算 16
7.2 彎曲工藝力的計算 18
7.3 彎曲設備標稱壓力的選擇 20
7.4 回彈角的確定 20
7.5 U行件彎曲模的結構 20
8下彎曲模設計 20
8.1 彎曲件毛坯展開尺寸的計算 20
8.2 彎曲工藝力的計算 21
8.3 彎曲設備標稱壓力的選擇 24
8.4 回彈角的確定 24
8.5 彎曲模的結構 24
9 結束語 25
致謝 25
參考文獻 25
附圖1 工件圖 26
附圖2 連接彎模 27
5
1 緒論
冷沖壓是在常溫下，利用沖模在壓力機上對板料或坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形或分離，從而獲得零件所需的形狀、尺寸的一種壓力加工的方法，它廣泛應用于汽車、電機、電器和儀表行業(yè)，是一種重要的加工工藝。目前工業(yè)上大量采用冷沖壓成型的方法加工合金板材，模具采用冷沖模，模具材料采用優(yōu)質合金鋼。近年來，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。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Mold flow、C-Flow、DYNAFORM、Optics和MAGMASOFT等CAE軟件，并成功應用于沖壓模的設計中。許多研究機構和大專院校開展了模具技術的研究和開發(fā)。經(jīng)過多年的努力，模具CAD/CAE/CAM技術得到了顯著提高，并且模具質量顯著提高，模具設計制造周期也明顯縮短了。模具制造業(yè)是一個國家的基礎工業(yè)，也是衡量一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標志。伴隨著科學技術的日新月異和市場競爭的日趨激烈，模具的設計質量和制造精度都有了更高要求，其制造周期也要求更短了。顯然，單純依靠手工設計和經(jīng)驗的模具設計和制造方法已難以適應市場經(jīng)濟的需要。計算機輔助設計與制造技術能大大加快模具的設計和制造速度，縮短設計和制造周期，更能保證產(chǎn)品的精度[1]。本文就沖裁模和彎曲模的詳細設計過程各舉一例，再給出其他他工序模具的簡要設計說明和模具圖。汽車油箱拖架是一種常見的汽車零件，形狀較為復雜，適合鈑金加工。冷沖模的結構形式和部分零件已經(jīng)標準化，本文的設計內容包括非標準件的設計和標準件的選用。
2 工藝分析
圖1 托架
根據(jù)托架的形狀和尺寸，零件加工工序依次為右沖孔、下沖孔、右彎、下彎曲、連接處彎曲。由于折邊深度較大，不宜先彎再沖孔，因此將沖孔工序放前面。沖孔時，最小孔徑必須滿足[2]（t=2）,Ф17 mm孔符合沖孔工藝要求。多孔沖裁時，孔邊距應滿足[2] mm, mm，而零件各孔的孔邊距均大于最小孔邊距，符合工藝條件，可以多孔同時沖裁。再考慮工件的折彎工藝性：鈑金件的最小彎曲半徑，各處彎曲半徑均大于最小彎曲半徑，符合工藝要求，工件的工藝性良好。
3 模具材料的選擇
冷作模具材料選用時，可按下列步驟考慮[3]：
（1） 按模具的大小考慮：
尺寸不大時可選用高碳工具鋼，尺寸較大時可選高碳低合金工具鋼，尺寸大時可選用高合金耐磨鋼。
（2） 按模具形狀和受力情況考慮：
模具形狀簡單、不易變形、截面尺寸不大、載荷較小時，可選高碳工具鋼，形狀復雜、易變形、截面尺寸大、載荷較大時可選高耐磨模具鋼。
（3） 按模具的使用性能考慮：
具要求耐磨性特別高、淬火變形較小時，可選高碳高鉻鋼或高碳中鉻鋼，也可選用基體鋼和高速鋼制造。對載荷沖擊較大的模具，可選用沖擊韌度較高的中碳合金模具鋼。
（4） 按模具的工作量考慮：
當產(chǎn)品批量不大時，選用低廉的碳素工具鋼或高碳低合金鋼制造，當批量大，要求模具使用壽命長時，可選用高碳中鉻鋼、高碳高鉻鋼、基體鋼或高強韌性低合金冷作模具鋼制造，當生產(chǎn)批量特別大，要求使用壽命特別長時，可選用硬質合金或鋼結硬質合金制造。
（5） 按模具的用途考慮：
冷作模具包括冷沖模、冷擠壓模、冷鐓模、冷沖裁模等，用途不同，選材也不同。
托架用45鋼制造。綜合考慮各種因素，查《熱處理技術數(shù)據(jù)手冊》?P 808，常用冷作模具鋼的選用參考為：
沖裁模：[輕載沖裁模（厚度<2mm），大批量生產(chǎn)零件]Cr12MoV(Cr4W2V)
彎曲模：[彎曲翻邊模大批量生產(chǎn)用] Cr12MoV(Cr4WMo2V)硬度要求HRC 57-60
拉深模：[輕載拉深模、成行淺拉深] 9Mn2V ;CrWMn。硬度要求 60-62 HRC
[重載拉深模大批量成型拉深模] Cr12；Cr12MoV,硬度要60-62 HRC模具材料均選Cr12MoV，能符合各種性能要求，較為合適。
4 右沖孔模設計
4.1 沖壓力的計算
本模具采用彈性卸料板，四孔1次沖出。
(1) 沖裁力[4]：查表，由公式
（1）
其中，Kp--系數(shù)，取決于材料的屈強比；
t--材料的厚度；
L--沖裁周長；
--材料的抗剪強度，Mpa。
則沖裁力為：
P (KN)
(2) 卸料力[4]：由公式
（2）
式中， Q --卸料力；
K--推出系數(shù)；
P--沖裁力。
則卸料力為：
(KN)
(3) 推料力[4]：查得公式
（3）
其中，n--凹模內滯留的工件或廢料數(shù)，
K1--推出系數(shù)，查表得0.05。
則推料力為：
(KN)
4.2 確定模具壓力中心
沖壓形狀對稱的沖壓件，壓力中心在其對稱中心線的交點，即幾何中心上。而此處的各處壓力相等，且位置對稱，壓力中心就是四孔的幾何中心 [5]。見圖2。
4.3 計算凸、凹模刃口尺寸
沖裁初始間隙[6] 2c取0.260--0.380 mm。凸凹模分開加工，分別計算凸模和凹模的偏差，模具凸模按6極精度制造，凹模按7級精度制造。刃口尺寸計算如下:
凸模刃口：由計算公式
（4）
式中， dp--凸模刃口直徑；
dmin--工件的最小直徑；
x--磨損系數(shù)；
Δ--工件公差。
查表得：x=0.5，δp=0.011, δd=0.018。則凸模刃口直徑[6]：
圖2 壓力中心示意
凹模刃口[6]：
根據(jù)公式：
（5）
其中， dd--凹模的刃口直徑；
cmin--最小間隙值。
則凹模刃口尺寸為：
（mm）
校對：，滿足間隙公差條件[6]。
4.4 凸、凹模結構設計
凸模結構的確定：圓形斷面的凸模的結構形式已經(jīng)標準化。 凸模采用B型標準圓凸模[6]。凸模和固定板采用H7/n6的過度配合。用凸肩固定。見圖3。
凹模結構的確定：采用圖4所示的結構，不易積存零件或廢料，但刃口強度不高，修磨后刃口尺寸稍有增大，實用于沖裁形狀簡單、精度要求不高的零件。。
圖3 凸模的結構形式
圖4 凹模結構
4.5 凸、凹模外形尺寸確定
凹模的外形尺寸H可取 14，16，18，20，22，25,28,30,35,，K=0.42。凹模壁厚(指凹模刃口與外邊緣的距離)的確定式：小凹模 ,大凹模。B指凹模孔的最大寬度，C是凹模壁厚，H取16。初步取：。
初取凹模長度，由公式：
（5）
（6）
則計算如下：
(mm)
(mm)
L取280，B取90。
(mm)， (mm)
見圖5。
凸模的外形尺寸[12]：采用B1型, h=3,d=17.2,D，D1=24。L可取 40，42，45，48，50，52，55，58，60，65，70 等, D模具采用了彈性卸料裝置。橡膠的自由高度為：
（7）
其中， (修磨量)= 8 mm，故H’=28--32 (mm)。
橡膠的裝配高度為：
圖5 右沖孔凹模
H1=(0.85—0.9) H’ ≈25 (mm)。
凸模長度的計算：
（8）
其中，t 1--凸模固定板的厚度；t2--卸料板的厚度； L1--附加長度。包括凹模進入凸模的深度0.5—1mm，總修磨量6—12mm。墊板厚度取10mm，凸模固定板厚度取 16mm，橡膠的裝配高度取25mm，卸料板厚度取28mm。凹模墊板 315×100×16。
?凸模的總長度：
(mm)
凸模的自由長度:
L’ (mm)
L取85 mm。見圖6。
4.6 模具總體設計及主要零部件設計
模具結構確定[4] ：
模架結構的選擇：選擇后側導柱標準模架：L×B=315×200
上模座：L/mm×B/mm×H/mm=315×200×45 (GB/T 2855.5)
下模座：L/mm×B/mm×H/mm=315×200×55 (GB/T 2855.6)
導柱：d/mm×L/mm=35×180 (GB/T 2861.1)
導套：d/mm×L/mm×H/mm=35×115×43 (GB/T 2861.6)
模架閉合高度：190—230 (mm)
模具的閉合高度為：
H =45+10+16+25+28+2+16+16+55=213 (mm)
圖6 右沖孔裁凸模
模柄：采用壓入式標準A型模柄，模柄 A60×140 JB/T 7646.1
凸模：d=17.2mm，高度L=85，h 為I型的圓凸模AI 17.2×85 GB2863.1-81
卸料板：橡膠彈性卸料板 h=3—5 mm,取B=250,厚h0’=25,h=4.見圖8
卸料螺釘：圓柱頭螺釘:M10×80 JB/T 7650.5, 頂板 A17 JB/T 7650.4
擋料銷：圓柱頭式擋料銷，A型，d=10mm，固定擋料n銷A10 JB/T 7649.10 凸模固定板：250×80×16，45鋼 JB/T7643.3
凸模的墊板：250×80×10，45鋼 JB/T7643.3
凹模墊板：315×100×16，45鋼 JB/T7643.3
凹模：280×90
橡膠元件：,P是橡膠壓力，單位是N。A是橡膠橫截面積(mm2),q 橡膠壓縮的單位壓力（Mpa）。橡膠的自由高度：
（9）
L是考慮修模最后的卸料或壓邊的工作行程。H應滿足。D是橡膠自由狀態(tài)的直徑。若比值大于1.5，可將橡膠分層，且兩層之間需加鋼質墊片。當比值小于0.5時，則增加橡膠層的高度，至。橡膠的自由高度為：
H’ =(3.5--4)S’ （10）
其中，S’ =t+1+5(修磨量)=8 (mm)，故H’=28---32 ( mm)。
橡膠的裝配高度：
H2=(0.85--0.9) H’
≈25 (mm)
由于工件尺寸大，沖裁力較大，將凸模的端部做成1o的斜刃，可提高模具的使用壽命。模具裝配圖見圖7。
1.下模板 2.凹模墊板 3.凹模 4.導柱 5.導套 6.上模座 7.模柄 8.卸料螺釘
9.凸模墊板 10.凸模固定板 11.橡膠 12.凸模 13.卸料板 14.螺釘 15.擋料銷
圖7 右沖孔模
4.7 沖壓設備的選擇
選用開式曲柄壓力機，采用彈壓卸料裝置和下出件的模具時，；采用彈壓卸料裝置和上出件的模具時，；采用剛性卸料裝置和下出件模具時，。沖裁時，采用彈壓裝置和下卸料模具 =159.6+6.384+7.98 =173.96 KN,閉合高度為203。
選擇J21-40[5]公稱壓力：400 KN，滑塊行程：80 mm，最大閉合高度：330mm,連桿調節(jié)長度:70 mm,工作臺尺寸（前后×左右）/mm:460×700。
5 下沖孔模設計
5.1 沖壓力計算
本模具采用彈性卸料板，兩孔1次沖出。
(1) 沖裁力
（沖裁力） (KN)
(2) 卸料力
(KN)
(3) 推料力
n=1，推料力 (KN)
5.2 計算凸、凹模刃口尺寸
單個凸、凹模的刃口尺寸計算同3.3。凸模和凹模的結構也采用和右沖孔模中的凸、凹模相同的結構。見圖5和圖6。
5.3 凸、凹模外形尺寸確定
凹模的外形尺寸[6]： H取16。凹模壁厚(指凹模刃口與外邊緣的距離)的確
定式：小凹模 [6]。B指凹模孔的最大寬度。C是凹模壁厚。L取280，B取90。
(mm)
(mm)
凸模的外形尺寸[6]： h=3,d=17.2，，D1=24。L取85 mm。橡膠的裝配高度為25mm。凸模長度的計算[7] ：
（11）
其中， t 1--凸模固定板的厚度；
t2--卸料板的厚度。
L1--附加長度，包括凹模進入凸模的深度0.5—1mm，總修磨量6—12mm。墊板厚度取10 mm，凸模固定板厚度取 16mm，橡膠的裝配高度取25mm，卸料板厚度取28 mm。凹模墊板 315×100×16。?凸?？偢撸?
L=16+25+28+2+1+5=85 (mm)
凸模的自由長度：
L’=25+28+2+1+5=61 (mm)
凸模結構見圖11。
圖8 卸料板
圖9 下沖孔凹模結構
圖10 下沖孔凸模結構
圖11 下沖孔凸模
5.4 模具總體設計及主要零部件設計
同4.6，凸模數(shù)量變?yōu)?，模具裝配圖見圖12。
5.5 沖壓設備的選擇
選用開式曲柄壓力機 ，采用彈壓卸料裝置和下出件的模具時[5]:
P∑=P+Q+Q1 （12）
采用彈壓卸料裝置和上出件的模具時:
P∑=P+Q+Q2 （13）
采用剛性卸料裝置和下出件模具時:
P∑=P+ Q1 （14）
沖裁時，采用彈壓裝置和下卸料模具，根據(jù)公式（12）：
P∑=P+Q+Q1
=(159.6+6.384+7.9)
=86.968 (KN)
閉合高度為203 mm，選擇J21-40[5] ：公稱壓力：400 KN，滑塊行程：80 mm，最大閉合高度：330mm,連桿調節(jié)長度：70 mm，工作臺尺寸：460×700(mm2)。
6 右彎模設計
6.1 應力和應變狀態(tài)分析
相對彎曲半徑[7]：
（1） [12] 時，E=2.09×105 Mpa ，σs=355 Mpa，即 294時變形不大。發(fā)生彈性變形，應力狀態(tài)如圖10所示（a）。
（2）r/t 在200—5之間，材料的變形區(qū)處于彈—塑性彎曲和進入線性純
塑性彎曲，應力分布如圖（b）、（c）。在線性彈-塑性狀態(tài)，板料中心及附近區(qū)域
1. 下模板 2. 凹模墊板 3. 凹模 4. 導柱 5. 導套 6. 上模板
7. 模柄 8. 卸料螺釘 9. 凸模墊板 10. 凸模固定板 11. 橡膠
12.凸模 13. 卸料板 14.連接螺釘 15. 擋料銷
圖12 下沖模
圖13 應力狀態(tài)圖
為彈性變形，其它部分為塑性變形。而在線性純塑性彎曲時，板料橫截面上切向應力都超過屈服點進入了塑性彎曲。這兩種彎曲，其應力和應變仍屬于線性狀態(tài)，
應力和應變的中性層可認為在板料厚度的中央。
（3） 之時，板料另兩個方向的應力應變值較大，不能忽略，變形區(qū)的應力應變狀態(tài)為立體塑性彎曲。 設板料彎曲變形區(qū)主應力和主應變的三個方向為切向（σθ，εθ）、徑向（σρ，ερ）、寬度方向（σB，εB）。根據(jù)寬板和窄板，
變形區(qū)的應力應變狀態(tài)如圖14 所示[7]：
內區(qū)
外區(qū)
圖14 復雜應力狀態(tài)圖
彎曲時，相對彎曲半徑明顯很小，屬于三向應力狀態(tài)。工件的相對彎曲半徑均小于5，處在三向應力狀態(tài)。有必要考慮去除外力后工件的變形恢復的影響。 彎曲回彈： 變形結束后，工件不受外力作用，由于彈性變形的恢復，使彎曲件的彎曲中心角和彎曲半徑變得與模具的尺寸不一致，這種現(xiàn)象叫彎曲件的彈性回跳（回彈）。表現(xiàn)為彎曲半徑變大，彎曲中心角變小。影響回彈的主要因素：材料的力學性能、相對彎曲半徑、彎曲中心角、彎曲方式、彎曲件的形狀、模具間隙等。而要減小回彈造成的誤差，在工件的結構和尺寸已經(jīng)確定的情況下，而且要求不很高，不必進行校正彎曲，只能在模具結構上考慮。1.凸模角度上予以補償：由于彎曲屬于U行件彎曲，將凸模兩側分別作出等于回彈角Δα 的斜度，卸載后可補償回彈值；2.采用改變應力狀態(tài)的模具結構，使內外層均受拉應力時，內外層的回彈量的一部分相互抵消，可有效減小回彈量。
6.2 零件的結構工藝性分析
為了實現(xiàn)彎曲件的形狀，材料必須產(chǎn)生塑性變形。彎曲最大圓角半徑?jīng)]有限制，可如果半徑過小，彎曲時外層材料拉伸變形量過大，而師拉應力達到或超過
抗拉強度，材料外層將斷裂，工件報廢。板料彎曲存在一個最小圓角半徑，彎曲半徑不能小于這個最小值：。彎曲半徑都遠遠大于板厚，工藝性好。
6.3 彎曲件毛坯展開尺寸的計算
當板料彎曲變形時，在彈性階段中性層位于板厚的中間。在塑性階段中性層的位置往往向彎曲的內側偏移。中性層半徑可按以下式子計算[4]：
式中， --中性層半徑；R--彎曲內半徑；K--中性層位置因數(shù)；t--材料厚度。
圖15 中性層位置示意圖
將大端展開，有四處彎曲，寬度方向展開得
圖16 大端折彎圖
毛坯長度等于中性層長度，等于直邊加各段圓弧中性層的弧長[6]，毛坯長度等于中性層長度，等于直邊加各段圓弧中性層的弧長。
L=（30.5-2）+（60-4）+（30.5-2）+2×（83-4）+1.57×（4×3）+1.57×（x×4）×2
=271+18.8+8
=298 (mm)
其中， x--中性層位移系數(shù)[6]，x=0.64。
6.4 彎曲工藝力的計算
U型彎曲力：
=KBt2[12] （15）
其中， K--安全系數(shù)，取0.4；
B--彎曲寬度B=345；
t--厚度，取2mm；
--材料抗拉強度600 Mpa。
=0.4×345×2×2×600 = 331.2 （KN）
2處折彎：
=2×0.6×C×B×t2×σb /(r+t) （16）
式中，C--系數(shù)1.3；B=345；r--凸模圓角半徑，3mm。
=2×0.6×1.3×345×4×600/(3+2)=258.3 （KN）
校正彎曲力[7]：
=A×q （17）
式中，A--校形區(qū)投影面積，q--校形所需單位壓力50Mpa。
A按主視圖投影面計算,A=60×345=20700 mm2 。
=50×20700=1035 （KN）
彎曲力的總和為：
P=331.2+258.3+1035=1624.5 （KN）
壓料力的計算：
Q= 0.4×P=0.4×1624.5=649.8 （KN）
6.5 彎曲設備標稱壓力的選擇
自由彎曲時:
=331.2+649.8=981 （KN）
校正彎曲時:
=1035 （KN）
是彎曲用壓力機標稱壓力。選用四柱萬能液壓機Y32-500[7]：公稱壓力
5000KN，滑塊行程900mm，頂出力 1000KN,工作臺尺寸 1400×1400，工作行程速度 10 mm/s，液體工作壓力25 Mpa。
6.6 回彈角的確定
彎曲間隙值,其中是凸凹模的單邊間隙；t 料厚，n為因數(shù)，取n=0.07；Z/2=2+0.14,Z=4.28；回彈角為2o[2]。
6.7 U行件彎曲模的結構
凸模采用整體結構，由于凹模尺寸較大，采用鑲拼結構。模具中為了防止料
圖17 凹模組合
在成形時和凸模相對滑動太快，影響工件質量，特在凸模下邊增加了液壓頂板裝置。這樣就可以讓板料慢慢地流動，變形質量好。見圖19。
7 下彎曲模設計
7.1 彎曲件毛坯展開尺寸的計算
當板料彎曲變形時，在彈性階段中性層位于板厚的中間。在塑性階段中性層的位置往往向彎曲的內側偏移。中性層半徑可按以下式子計算[15]：
ρ= R+K×t （18）
式中,ρ--中性層半徑；R--彎曲內半徑；K--中性層位置因數(shù)；t --材料厚度。
毛坯長度等于中性層長度，等于直邊加各段圓弧中性層的弧長。截向展開長度:
L = (30-2)+(60-4)+(30-2) + (65-2) ×2+1.57×(4×3)+1.57×4×x×2
=238+26.9
=265 （mm）
縱向展開長度:
圖18 壓邊圈
1.凹模 2. 螺釘 3.卸料螺桿 4. 上模板 5.成型器6.橡皮 7.頂板 8.螺釘
9.下模板 10.下墊鐵 11.螺桿12.螺釘 13.定位銷 14.凸模 15.頂板
16.卸料螺桿 17.壓邊圈 18.螺釘 19.上墊鐵 20.螺釘 21.圓柱銷 22.擋塊
圖19 右彎模
圖20 右彎凸模
圖21 右彎模成型器
l=58+32+497=587 (mm)
式中，x--中性層位移系數(shù),x=0.64[5]。
7.2 彎曲工藝力的計算
(1) 縱向彎曲力：
U型彎曲力:
=KBt2 （19）
其中， K--安全系數(shù)，取0.4；B--彎曲寬度B=588；t--厚度；--材料抗拉強度，600 Mpa。
= 564.5 (KN)
2處折彎:
=2×0.6×C×B×t2×σb /(r+t)
其中， C--系數(shù)1.3；B=588；r--凸模圓角半徑，3mm。
=2×0.6×1.3×588×4×600/(3+2)=440.2 (KN)
校正彎曲力:
=A×q （20）
其中， A是校形區(qū)投影面積；
q--校形所需單位壓力50 Mpa。
A按主視圖投影面,A=60×588=35280 (mm2)。
根據(jù)公式（20）：
=50×35280=1764 （KN）
圖22 下彎模成型器
圖23 下彎模凸模
(2) 截向彎曲力：
單角彎曲力:
'=0.6×CBt2 /(r+t) （21）
=0.6×1.3×265×2×2×600/5
=99.2 (KN)
校正彎曲力:
' =A×q =105×60×50=315 (KN)
彎曲力的總和為:
P=++ +'+' =564.5 +440.2+1764 +99.2+315KN =3182.5 (KN)
壓料力的計算:
Q= 0.4×P=0.4×3182.5=1273.2 (KN)
7.3 彎曲設備標稱壓力的選擇
選擇方法同6.5。
自由彎曲時:
>= 564.5+1273.2+99.2=1936.9 (KN)
校正彎曲時:
>= 1764+315=2079 (KN)
是彎曲用壓力機標稱壓力。選用雙動厚板沖壓液壓機 5000液壓機：公稱壓力 5000KN，壓邊缸公稱力2500 KN，工作液體壓力20 Mpa，立柱中心距 2500×1600，最大工作行程1400 mm,頂出力 2000KN,工作臺尺寸 2000×2000，最大工作速度 30mm/s，液體工作壓力25Mpa。
7.4 回彈角的確定
同5.6，回彈角為2o。
7.5 U行件彎曲模的結構
凸模采用整體結構，凹模采用鑲拼結構。由于尺寸較大，形狀又不規(guī)則，成型精度不高。在凹模中增加了一成形器，成型效果顯著，精度好。見圖25。
8 連接彎模設計
8.1 彎曲件毛坯展開尺寸的計算
連接處彎曲可以等效是先縱向彎曲，再截向彎曲。
圖24 下彎模凹模組合
縱向彎曲(單角彎曲):
l=225+185=410 (mm)
截向彎曲(U形彎曲):
L=60+58×2+30×2=236 (mm)
8.2 彎曲工藝力的計算
(1) 縱向彎曲：
單角彎曲力:
'=0.6×CBt2/(r+t) （22）
其中，C--安全系數(shù)，取1.3；B--彎曲寬度，B=236 mm；t--厚度；材料抗拉強度，600 Mpa。
'=0.6×1.3×236×2×2×600 /5 = 88.4 (KN)
2處折彎:
=2×0.6×C×B×t2×/(r+t)
式中，C系數(shù)1.3；B=345；r凸模圓角半徑，3mm。
1.螺釘 2. 定位板 3. 螺釘 4. 螺釘 5.凸模 6. 凸模固定板
7.定位銷 8. 成型器 9.銷子 10.上模板 11.銷子 12.凹模 13.下模板
14.螺桿 15.螺釘 16.頂板 17.卸料螺桿 18.下墊鐵19.螺釘
圖25 下彎模
=2×0.6×1.3×236×4×600/(3+2)=176.7 (KN)
校正彎曲力:
=A×q
其中，A--校形區(qū)投影面積，A=60×410=24600 (mm2)；
q--校形所需單位壓，取50 Mpa。
由上式計算：=50×24600=1230 （KN）
（2） 截向彎曲：
U型彎曲力：
=KBt2 （23）
其中， K--安全系數(shù)，取0.4；
B--彎曲寬度，B=410 mm；
t--厚度，取2 mm;
--材料抗拉強度600 Mpa。
=0.4×410×2×2×600=393.6 (KN)
校正彎曲力：
圖26 凹模1
' =A×q
其中， A--校形區(qū)投影面積；
q--校形所需單位壓力50Mpa。
A =152×60=9120 mm2。
計算得：
'=50×9120=456 （KN）
彎曲力的總和為：P=88.4+176.7 +1230 +393.6+456=2344.7 （KN）
壓料力的計算： Q= 0.4×P=0.4×2344.7=937.88 （KN）
圖27 凹模2
8.3 彎曲設備標稱壓力的選擇
計算方法同6.5。
自由彎曲時：
（KN）
校正彎曲時：
（KN）
是彎曲用壓力機標稱壓力。選用四柱萬能液壓機Y32-500 ：公稱壓力5000KN，滑塊行程900mm，頂出力 1000KN,工作臺尺寸 1400×1400，工作行程速度 10 mm/s，液體工作壓力25Mpa。
8.4 回彈角的確定
同6.6，回彈角為2o。
8.5 彎曲模的結構
凸模采用整體結構，由于凹模尺寸較大，采用鑲拼結構。由于此處折彎變形較大，受力大，在凹模中增加了加強筋，大大提高了模具的使用壽命。結構見附圖2。
圖28 凸模1
圖29 凸模2
9 結束語
本零件生產(chǎn)需模具總計5套，這套設計的模具其結構簡單實用，能夠生產(chǎn)出
符合要求的工件，能很好得滿足生產(chǎn)要求，現(xiàn)與工廠內投入生產(chǎn)的設備相配套，
生產(chǎn)比較可靠。
致謝
本文是在劉老師的悉心指導下完成的，并受到小組同學和有關老師的熱心幫助，同時也得到實習公司的各位老師的耐心輔導，在此一并表示忠心的感謝！
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附圖1 工件圖
汽車油箱托架
附圖2 連接彎模
1.下模板 2.螺釘 3.托板 4墊鐵 5擋板 6螺釘 7螺釘 8凸模1 9凸模2
10螺釘 11下模板 12凹模1 13.凹模2 14.凹模3 15.螺釘 16墊板 17 螺釘
連接彎模
29