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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。

1落料成形

2弯曲成形

3扭曲引伸成形

4切边

2：毛坯尺寸计算

钣金件常用的坯料计算法是中性层计算法和等量法。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，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

4．1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圆弧较大（r/t≥10），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：

——凸模的圆角半径（毫米）

——工件要求的圆角半径（毫米）

——工件要求的角度（度）

——工件材料屈服强度（兆帕）

E——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，4.6°。

4.2扭曲成形模

（图四）扭曲成形模结构

1.垫板2.内六角螺钉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