U型弯曲支撑件冲模设计
模 具 技 术 2006．No．4 17
文章编号 ：1001—4934(2006)04—0017—04
U 型弯 曲支撑件冲模设计
王 军 ，傅 曼 ， 庞 炜
(天津科技大学 机械工程学院，天津 300222)
摘 要：根据制件的形状和生产要求 ，对 u型弯曲支撑件进行 了冲压工艺分析 ，重点阐述
了冲压工艺方案的确定 ，并进行 了排样设计 ；介绍 了各种 力和压力中心等工艺计算。采用冲
孔一翻孔一弯曲一校正 弯曲多工位级进模 ，提 高了生产效率，减小 了劳动强度 。
关键词 ：U型弯曲；级进模；设计
中图分类号 ：TG385．2 文献标识码 ：B
Abstract： Based on part shape and production requirem ent process analysis was carried out
for U—shaped bending supporting part． This paper focuses on the determ ination of the stam p—
ing process plan and layout design． Calculation of pressure center and various forces was
introduced． M ulti—position progressive die， including blanking， burring， bending and sizing
bending was adopted to improve production effi ciency and reduce work intensity．
Key words： U—shaped bending； progressive die； design
0 引言
图 l所示零件 图为U型弯 曲支撑件 ，材料为
Q235，厚度 为 1．5mm，要求制造精度为 IT12，
表面质量无要求，大批量生产 。根据图样分析冲
图 1 零件图
收稿 日期 ： 2006-03—27
作者简介 ： 王 军 (1980～ )，男，硕士研 究生。
孔与落料间最小壁厚为 2．5mm。
l 零件工艺性分析及工艺方案的确定
1．1工艺性分析
根据 图样进行分析，初步拟定需进行冲孔一
落料一翻孔 (或拉深冲孔 )一弯 曲4道工序，且
冲孔时需冲制2个异型圆孔 ，其余为圆孔 ，要求
孔与孔之间定位精确。落料时要求形状精确，并
保证制件在长度方 向上左右对称。
翻孔时为避免翻裂需要对是否可一次成形进
行计算，一次翻孔极限高度 ：
H ： 下D-do
+0．43r+0．72f (1)【l】
--
D
2 (1一告)+0．0 43r+0．72f
= (1—0．47)+0．43× 1+0．72× 1．5
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===4．028m m
式中：鲁===足。
k0——翻边系数 ，取 k0= 0．47
该制件所 需翻孔高度为 4mm < 4．028mm，
故可以一次翻孔成功 。
弯 曲为U型弯 曲，要求左右对称 ，且要保证
内形尺寸，弯 曲角为90。，弯 曲半径很小 ，初步
估算很难一次弯曲成形 ，故要考虑在一次弯 曲成
造 一套模具 。
综上所述 ，该零件适宜采用冲孔一翻孔一弯
曲一校正弯 曲多工位级进模 。先一次冲出所有的
孔，保证 了它们之 间的相互位置精度 ，然后在保
留连接带 的情 况下 ，用倒正销定位冲 出工件 外
形 ，接着进行翻孔、弯 曲和校正弯 曲的工作 。
2 毛坯尺寸 计算
形后再进行一次校正弯 曲。现计算最小弯曲半径
rmin：
对图 1进行展开，计算毛坯尺寸，如 图2所
rmi = (2)fl】 不 。
= 1．5 X O．5
= 0．75m m
式 中： ——最小弯 曲系数 ， = 0．5
而制件 厂= 0．5mm< rmi ，故不可一次弯 曲
成形 。取，．=2mm，即弯 曲后再进行一次校正弯
曲。
1．2工艺方案的分析
方案一：简单模 (冲孔模、落料模、翻孔模、
弯 曲模 、校正弯 曲模 )
如采用简单模 ： (1)需要制造 5套模具 ，
成本高； (2)制件需要大批量生产 ，而简单模生
产效率低 ； (3)工件尺寸较小，进行翻孔弯曲时
操作不安全 。
方案二：复合模
如采用复合模： (1)正装复合模要求1．5mm
× 1．5= 2．25mm 的最小壁厚 ，而制件的最小壁
厚为2．5mm，稍有制造误差凸凹模就达不到最小
壁厚的要求，强度不够，模具易受损； (2)即使
勉强采用冲孔、落料、翻孔复合模，弯曲和校正
弯 曲还要制造至少两套模具，模具成本提高，且
弯曲时制件尺寸不大，操作不安全。(3)倒装复
合模要求 3～ 4．5mm 的最小壁厚 ，而制件 的最
小壁厚 为 2．5mm。
方案三：级进模
如采用级进模： (1)级进模没有最小壁厚的
要求，级进模操作方便安全 ，且可实现 自动化的
大批量生产，符合制件生产的要求； (2)只需制
图2 零件展开图
小 圆面积 ：16．05mm 周 长：14．2mm
大圆面积 ：28．27mm 周 长：l8．85mm
周线 面积 ：3 350mm 周 长：342．2mm
异型 圆面积：40．27mm2 周 长：22．85mm
3 排样设计
为了保证翻孔凹模强度 ，在弯 曲与翻孔之间
加一步空位 ，排样 图如图 3所示 。
排样共分为 7个工位 ：
(1)l工位冲制 出工件上所有 的孔和进行挡
料 的工 艺 孔 。
(2)2工位进行制件前半部分轮廓 的成形 。
(3)3工位进行制件后半部分轮廓 的成形 。
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(4)4工位进行翻孔 ，5工位空步，6工位弯 4
． 4 校正弯 曲力计算
曲，7工位校正弯 曲。
经过计算材料利用率为 59．8％。
4 工艺计算
4．1冲孔力的计算
对一般平刃口的凸模和凹模进行冲裁，可用
下式进行计算 ：
F — KLtvb (3)【 】
式中： ——冲裁力 ，N
L——冲裁件周边长度 ，mm
— — 材料抗切强度 ，MPa
— — 系数 ，一般取 K一 1．3
第一工位冲裁 力为364．4kN，第二工位冲裁
力为 238．7kN，最后切断力的计算也参考此公
式，计算得切断力为 25．3kN。
4．2翻孔力的计算
翻孔力计算现在还没有统一的公式。用圆柱
凸模进行翻孔时按下式进行 计算 ：
F一 1．1rctcr~(D-d) (4)【’】
式中： ——翻孔力 ，N
t——毛坯厚度，mm
— — 材料屈服极限 ，MPa
D——翻边直径 (按中线计算 )，mm
d——毛坯预N-fL直径 ，mm
经计算得翻孔力为 24．8kN。
4．3 弯曲力计算
该零件 的弯 曲为U型弯 曲，参照下式进行计
算：
F ： —0．7
—
kb t2
一
ab (5)【l】 = 一 I 、 l L J
r f l
式中： ——弯 曲力，N
b——弯 曲件的宽度 ，mm
，．——弯 曲半径 ，mm
— — 材料的抗拉强度 ，MPa
k——系数，一般取 1～ 1．3
经计算得弯 曲力为 8．1kN。
校正弯 曲力按照下式进行计算：
F = qA (6)【’】
式 中： ——校正弯 曲力，N
A——校正部分投影面积 ，mm
口——单位面积上的校正力 ，MPa
经计算得校正弯 曲力为 4．2kN。
根据计算得 出总冲裁力为 665．5kN。
4．5 凸、凹模 刃口尺寸计算
该套模具的凸、凹模采用配合加工，由于磨
损而引起的工件尺寸变化有三种情况 ，故计算时
也应按这三种情况进行计算 。
凸模磨损后减小的尺寸 ：
A凸= (A+ △)
一
3 (7)【 】
凸模磨损后增大的尺寸 ：
B凸= ( —xA) (8)【 】
凸模磨损后不变的尺寸 ：C凸=c± 凸(9)【
式中：△——工件公差，mm
^——凸、凹模制造 公差 ，mm
x——磨损系数
当标注形式为 一 凸时 ， 凸一 凹= 1△
-t
1
当标注形式为 ± 凸时 ， 凸= 凹= 1△
U
4．6压力中心的确定
为 了保证压力机和模具正常工作，必须使冲
模的压力中心与压力机 的滑块中心线相重合，否
则在冲压 时会使冲模 与压力机滑 块歪斜 ，引起
凸、凹模间隙不均和导向零件加速磨损，造成刃
口和其他零件的损坏，甚至还会引起压力机导轨
磨损 。压力中心求法如下：
(1)求各个冲裁 凸模 的冲压力。
(2)选定平面直角坐标系统 ，用观察法直观
求出各个冲裁 凸模的压力中心 。
(3)求 冲 裁 以外 的其它 各 个 凸模 的冲 压
力 ，这些 凸模 的压力 中心一般可凭借视察法决
定 。
(4)设整副冲 模的各个 凸模 的冲压力分别
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为 Pl、尸2、P3到 P ，其相应 的压 力中心分 别
为 Ycl， 1)、 Yc2，S'2)、 Yc3， 3)至0( ， )，
则整副冲模的压力中心坐标 ( ， )可按 以下两
式求得：
： —
PIx1+P2X2+P
—
3x3+''"+Pnxn (10)
： —
P1y1+P2y2+P
—
3．V3+'''+P．y． (11)
’ P1+P2+P3+? JrPn
5 u型 弯 曲支撑 件级 进模 结构 特点
该 u型弯 曲支撑件级进模结构如图 4所示。
1．下模座 2．切 断凹模 与 弯曲凸模 3．切断 凸模 与 弯曲凹模 4．固定板 5．垫板 6．上模座 7．翻孔 凸模
8．冲孔 凸模 9．导正销 10、11、12、13．冲孔 凸模 14．板 料 15罔 定卸料板 16．冲孔 凹模 17．垫板 18．导料 板
(1)该模具采用对角导柱模架 ，上下模座采
用HT200，选用凸缘式模柄 ，通过螺钉与上模座
固 定 。
(2)凸凹模均采用配合加工 。固定板、垫板
采用45 钢。切断凹模与弯 曲凸模、切断凸模与
弯 曲凹模、翻孔凸凹模、冲孔凸凹模均采用Crl2
钢材料 ，各凸模与固定板间均采用H7／n6过盈配
合，压入固定板后将其底面与固定板磨平 。
(3)第一工位凸模设计时，无导向装置 凸模
的卸料板仅起卸料作用，对 凸模 自由端无约束作
用。这种结构 的受力情况近似于一端固定而另一
端 自由的压杆 ，需进 行凸模抗压失稳校核 。此
外 ，还需对 异形 凸模 的强度进 行校核 。经过计
算 ，均符合要求 。
(4)翻孔 凸模设计时 ，凸模端部先进入预
孔 ，导正工件位置后 ，然后进行翻孔，翻孔 凸模
入 口圆角与材料厚度有关，此处取为3mm。为了
保证凸缘挺 直，凸模与凹模之间的间隙 z／2一般
略小于材料厚度 t。
(5)弯 曲模工作部分 ，凸模 圆角半径取 为
2mm，凹模 圆角半径 的大 小直接 影响毛坯 的成
形 ，若取 得 过 小 ，弯 曲时材料 表 面 会 出现 划
痕 ，甚至 出现压痕 ，此处取 为6mm，弯 曲凹模
深度 取为 20mm。 凸凹模 间隙经过计算可取 为
1．87m m 。
(6)精整弯 曲模的弯 曲凸模 r为0．5mm，弯
曲凹模 r为 2mm。为 了使模具简单且安装方便 ，
可将弯 曲凹模与冲孔 凸模作成一体，其相应的冲
孔 凸模与弯 曲凹模也作成一体。
6 结论
经实践证明，该套模具能够获得较高的产品
(下转 第 37页 )
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艺上对此处孔 的尺寸要求不高，所 以能够满足使
用要求。但由于其结构不能提供稳定的压边，零件
无法准确定位，冲孔和拉伸过程容易发生侧 向偏
移，造成冲孔毛刺及孔径尺寸不稳定等缺陷。
2 一次改进后 的结构
最初 的改进是更换冲头，选择有一 凸台且带
有顶针的冲头，如 图2所示。前端顶针刺破板料
起到定位 的作用，凸台能够在冲孔前使冲孔废料
横截面积变4,N于其下落，同时能够提供一定的
压边 。改进后 ，孔径尺寸稳定性和质量 明显好
转 ，但 仍未根本解决废料回带现象。
图 2 一次改进后的冲孔凸模
3 最终改进后的结构
为了从根本上解决回带，采用 了反冲结构，
对结构进行了重新设计 ，最终的凸凹模反冲结构
如图3lift示。弹顶冲头与凹模配合装配 ，凸凹模
装配在斜契上。现在的工艺是先冲孔后拉伸，由
于冲孔为静冲，孔 的质量好。拉伸时，冲孔凸模
给凸凹模起到导向作用，从而拉伸后孔的尺寸和
质量都好 。测量孔径尺寸为 10．6mm，与根据板
料不变薄原理计算 出来的孔径 10．4mm相近 。这
种结构让废料经凸凹模的废料通道顺利排 出，落
在非零件区域 ，从根本上解决了回带。改造后，
累计 己生产 3 000多冲次 ，
及其它质量 问题 。
与凹模配做，
4 结论
未出现废料回带现象
． 22～ ．
U 2l
装 配 图
图 3 最终 的凸凹模 反冲结构
将 凸凹模反冲结构成功应用于前 门内板锁孔
的改造，提高了冲孔质量。在斜契结构上成功解
决了废料回带致使零件压印变形的问题 ，避免了
长时间的设备停机及大量的人力返修，为公司节
约 了成 本 。
参考文献 ：
[1】 李硕 本 ．冲 压工 艺 学 [M 】．北 京 ：机械 工 业 出版 社 ，
1982．
[2】 王孝培 ．冲压手册 [M】．北京 ：机械工业 出版社 ，1989．
[3】 中国机械工业 标准汇编 ．冲压模 具 [M】．北京 ：中 国标
准 出版社 ，1998．
◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇
(上接 第 2O页 )
质量和生产效率，有效地提高 了经济效益。
参考文献 ：
[1】马 正元 ．冲 压工艺与模 具设计 [M】．北京 ：机械 工业 出
版 社，2003．
[2】冲模设 计手册编 写组．模具设 计手册之 四一冲模 设计
手 册[M】．北京 ：机械 工业 出版社 ，2001．
[3】王孝培 ．冲压手册 [M】．北京 ：机械工业 出版社 ，2000．
[4】全国模具标准化技术委员会 ．中国机械工业标准汇编
一 冲 压模 具卷 (上 、下 )[M】．北京 ：中国标准 出版社 ，
1999．
[5】吴总 泽．机 械设 计手册 [M】．北京 ：机 械工业 出版 社 ，
2(m 0．
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U型弯曲支撑件冲模设计.pdf
