电视机壳体框架的冲压工艺与模具设计.doc

济南大学毕业设计
1 前言
由于模具成形具有优质、高效、省料和低成本等优点，在国民经济各个部门，尤其是在机械制造、汽车、家用电器、仪器仪表、石油化工、轻工用品等各工业部门得到了极其广泛的应用，占有十分重要的地位。据统计，利用模具制造的零件数量在上述领域产品中占80%到95%以上[1]。美国模具工业总产值达300亿美元；而日本模具工业产值也有158亿美元（1999年），比起模具工业初期的1957年，产值增加了约300倍，成为日本经济能飞速发展，模具制造工艺222并在国际市场占有一定优势的重要原因之一。在世界经济发达的国家，模具工业产值已远远超过机床制造业的工业产值。在日本，模具被誉为：“进入富裕社会的原动力”，在德国则冠之以“金属加工业中的帝王[1]”。随着当下市场的多样化，差异化需求，我国工业生产的特点是产品品种多，更新换代快，交货周期短，市场竞争异常激烈。2001年中国加入WTO，全球制造也转移，中国成为世界制造大国，对模具的需求上升。统计资料显示，1996年到2001年，我国模具产值平均以%15的速度增长，2002年产值为330亿元人民币，位于世界第四[1]。当前我国部分模具设计与制造在模具的精密度，复杂度和寿命已达到或者超越国际水平。虽然我国模具有了飞速发展，但任然不能满足国内生产的需求，任然需要花巨资从国外进口，主要原因就是我国模具专业化和标准化程度低；模具品种少、效率低、经济效益差；制造周期长，模具精度不高，制造技术落后，与模具制造业相适应的先进设备相对较少；新材料使用率低，导致总体模具产品寿命低等。
根据我国模具现有的问题，我国模具应朝着如下方面进行发展：开发大型，精密，复杂和长寿命的模具。主要技术手段有：加速模具的专业化和标准化，增加模具的互换性和减低模具维护成本；全面开展模具CAD/CAE/CAM技术，缩短模具设计制造周期；研发新材料和新工艺，提高模具寿命，降低模具成本；发展模具成套设备，研究模具快速技术（RPM）；培养大批高素质模具高级人才，以满足全国甚至全球日益增长的模具使用量[1]。将中国变成模具大国和强国。
既然人们已经认识到模具在工业制造中的重要性，而中国又是一个全球性的制造大国，然而中国模具的设计制造水平远不及欧美发达国家水平，面对如此国情，中国迫切需要全面发展模具设计设计制造能力。本次毕业设计从电视机壳体框架的冲压工艺与模具设计入手，学习模具设计设计过程，结合现代设计理念，分析传统设计的不足。从实际成产和制造工艺方面考虑，对工件进行合理的修改建议，解决传统制造过程中存在的问题。
电视机壳体框架零件的材料为10号冷轧钢板，板厚1.2mm，结构较为复杂，批量较大，是典型的冲压件。冲压该零件需要的基本冲压工艺有落料、冲孔、弯曲。传统手工的模具设计效率低，增大了模具的制造周期，现代模具设计常采用CAD/CAE/CAM技术，将实现模具从设计到制造的计算机辅助，大大提高了模具的设计和制造效率，同时也方便进行模具的标准化地管理和制造过程的监控。

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2 工艺方案的制订
2.1 零件的工艺性分析
2.1.1 电视机壳体框架的工艺性分析
如图2.1所示电视机壳体框架的零件图，该零件的材料为10号冷轧钢板，板厚1.2mm，该零件为典型的弯曲件，要求表面不允许有褶皱，弯折处不允许有裂纹等缺陷。大批量生产。

图2.1 电视机壳体框架零件图
从该零件的使用场合要求和技术要求来看，制造精度要求一般；总体结构为弯折件，弯折半径r=2mm,弯折角度为900,都符合模具弯曲工艺要求；零件上的孔也多为简单直孔，精度要求不高，最小孔径为4mm，复合冲裁要求；综上该零件非常适合冲压加工。
由图2-1可知，该零件上有4个Ф4圆孔，一个矩形孔和一个长圆形孔，为节约模具数量和复杂程度，应先冲孔再经行弯折；由于该零件大批量生产，所以应尽量选用复合模以提高加工效率。
2.1.2 毛坯尺寸的计算
（1）根据公式计算。由于工件为两次弯曲成形，因此毛坯尺寸仅仅只需计算首次弯曲和第二次弯曲前的毛坯尺寸即可。如图2.2所示工件弯曲部分尺寸

图2.2 弯曲部分尺寸
因为，查表2-1可得该工件的中性层位移系数x=0.36.

表2-1 中性层的位移系数x值

x
0.1
0.21
0.2
0.22
1.3
0.34
1.5
0.36
2
0.28

采用弯曲件毛坯计算公式

（2.1）

则
=28+156.8+（2+0.361.2）2=188.7(mm)

=55(mm)

==20.9(mm)

（2）CAD软件验证。零件的整体结构为弯曲成形，故利用solidworks2009钣金工具便能很方便的建立该零件的三维模型图，且能很方便的求解零件的展开后尺寸，及毛坯尺寸。
参照图2-1所示零件图，用solidworks2009钣金工具建立零件的三维模型如图2.3所示。

图2.3 电视机壳体框剪的三维模型

编辑该零件的材料为10号冷轧钢；展开该零件，便可以该工件的各部分尺寸，如图2.4所示

图2.4 展开模型后零件的毛坯尺寸

利用测量工具，可以获得毛坯的周长为(mm)，面积为5973(mm2)
2.1.3 工艺方案的制定：
通过以上的分析，冲压该零件需要的基本工序有落料、冲孔和弯曲。根据这些基本工序和工件结构，可以列出冲压该工件的各种组合方案有：
方案一：按照基本工序，落料→冲圆孔→冲腰圆孔→冲方孔→首次弯曲成形→二次弯曲成形；
方案二：冲孔一次完成，落料→冲全部孔→首次弯曲成形→二次弯曲成形；
方案三：先弯曲再冲孔，落料→首次弯曲→第二次弯曲→冲孔。
方案四：落料冲孔复合，落料冲孔→首次弯曲成形→二次弯曲成形；
对以上这些方案进行分析：方案一使用单工序模具，需要模具数量多，且冲孔位置精度差；方案二落料冲孔分部完成，模具结构相对较为简单，需要四套模具，但考虑到为大批量生产，应尽可能使用复合模，以提高生产效率；方案三先弯曲再冲孔，会使得模具结构复杂，降低了生产效率同时不易保证所需精度。所以综合考虑该工件的批量，经济性和工艺性，选择方案四，落料冲孔→首次弯曲→第二次弯曲的工序。
第一步工序：落料冲孔，如图2.5所示

图2.5 落料冲孔获得的工件
第二步工序：首次弯曲成形，如图2.6所示

图2.6 首次弯曲获得的工件图

第三步工序：二次弯曲成形，成形工件，如图2.1所示

3 落料、冲孔复合模具的设计
由于该工件大批量生产，为提高生产效率，减少模具数量和工序，从而选用落料拉伸复合模，符合大批量生产要求；考虑到卸料的方便，常用的落料拉伸复合模都采用倒装式。凹凸模装在上模座，冲孔废料由下模座排出，落料的边角料采用弹性卸料装置推出。
3.1 冲压工艺的计算
3.1.1 排样设计
在冲裁过程中，特别是大批量生产过程中，选择好的排样设计可以减少废料，对节约成本具有重要意义。由落料毛坯为矩形件，板厚为1.2mm，查经验值表[1]搭边a和a1的数值可以查得沿边a=2.0mm，工件间a1=1.8mm。排样方案如图3.1所示

图3.1排样图

计算材料的进距利用率：

η=nA/Bh 100% （3.1）

式中 A—冲裁件的面积；
n—一个进距内冲裁件数目；
B—条料宽度；
h—进距；
所以
η=
=54%

3.1.2 冲裁工艺中力的计算
冲孔力的计算
（1）冲裁力的计算
平刃口模具冲裁时，其理论冲裁力可利用下式公式计算

F0=Ltτ （3.2）

式中：L—冲孔件周长(mm)；
t—材料厚度(mm)；
τ—材料抗拉强度(Mpa)；
选择压力机的吨位时，考虑刃口磨损、材料厚度等因素，实际冲裁力可能增大[2]，应取

F=1.3Ltσ （3.3）

其中F为最大可能冲裁力，σ为材料的抗拉强度(Mpa)
该工件冲孔为4个Ф4圆形直孔，L1=4πd=43.144=50.24(mm)
1个矩形孔，L2=2（b+l）=2（5+16）=42(mm)
1个长圆型孔，L3=22.56(mm)
则L=L1+L2+L3=114.8(mm)
又材料为10号冷轧钢板的抗拉强度为σ=432Mpa，板厚t=1.2mm，则

F冲=1.3 114.8 1.2 432=77366（N）

3.1.3 冲孔卸料力，推件力和顶件力的计算
卸料力，卸料力，推件力和顶件力一般都运用经验公式计算
(1) 卸料力

F卸=K卸F冲 （3.4）

式中— 卸料力系数；查表3.1，得=0.05；

表3.1 卸料力、推件力及顶件力系数
材料
材料厚度/mm

钢
~0.1
0.06~0.075
0.1
0.14
>0.1~0.5
0.045~0.055
0.065
0.08
>0.5~2.3
0.04~0.05
0.05
0.06
>2.5~6.5
0.03~0.04
0.04
0.05

则
=3868.3（N）

（2）推件力

（3.5）

式中F推——推件力；
n——梗塞在冲孔凹模中的废料个数，n=h/t,h为凹模刃壁垂直部分高度（mm），t为板料厚度为1.2mm。取h为6mm，则n=5.
——推件力系数，查表3.1得，=0.05
则
=19341.5（N）
（3）顶件力
（3.6）

式中— 卸料力系数；查表3.1，得=0.06；
则
=4641.96（N）

3.2 冲孔总压力的计算

F冲总=F冲+F卸+F推+F顶
=77366N+3868.3N+19341.5N+4641.96N
=105217.76（N） （3.7）
3.3 落料力的计算
3.3.1 冲裁力
由公式3.3知

F落= 1.3540 1.2432=363916.8（N）

3.3.2 落料卸料力，推件力和顶件力的计算
（1）卸料力
查表3.1，得=0.05；
则由公式3.2得
F卸=0.05363916.8=18195.8（N）

（2）推件力
查表3.1得，K推=0.05
则由公式3.5
=90979（N）
（3）顶件力
查表3.1，得K顶=0.06；
则由公式3.6
363916=21835（N）
3.3.3 落料总压力的计算
F落总=F落+F卸+F推+F顶
=363916N+18195N+90979N+21835N
=494925N

3.4 压力机的选择
压力机的吨位应该大于或者等于冲压过程总的压力[2]

FF总=F总冲+F总落=105217+494925N=600142(N)

由于复合模的工件需要从模具中取出，所以选用可倾斜式压力机，压力机行程与模具的闭合高度相匹配。
选择压力机型号为开式双柱可倾压力机J23-80,其公称压力800KN，最大闭合高度380mm，最小闭合高度290mm，工作台尺寸540800.
3.5 模具压力中心的确定
如图3.2所示选择工件原点位置为O，将工件毛坯分为10个部分，分别计算没部分的重心（x1，y1），（x2，y2）。。。。。。（x10，y10），
按下列公式求冲模的压力中心的坐标值（x0，y0）
(3.8)
(3.9)

求得模具的压力重心为如图所示的位置A（38.63,12.97）。

图3.2压力中心

3.6 凸，凹模间隙值的确定
冲裁间隙影响冲裁件的精度，模具寿命，断面尺寸和冲裁工艺中的力等，其值的选取主要根据经验值来选用。
查表可以初步选择凸，凹模的初始间隙为Zmin=0.126mm，Zmax=0.180mm。
凸凹模间隙还可以根据实际情况灵活掌握。
表3.2 冲裁模初始双边间隙
材料厚度/mm
08、10、35、Q 235
Zmin
Zmax
1.0
0.100
0.140
1.2
0.132
0.180
1.5
0.170
0.240

3.7 凹，凸刃口尺寸的确定
3.7.1 冲孔凹凸模的刃口尺寸计算
确定凹凸模刃口尺寸的原则为：1，考虑落料和冲孔的区别，落料件的尺寸取决于凹模，因此落料模应该先决定凹模尺寸，用减小凹模尺寸来保证合理间隙；冲孔件的尺寸取决于凸模，因此冲孔模应先决定凸模尺寸，用正大凹模尺寸来保证合理间隙。2，考虑刃口 磨损对冲件尺寸的影响：刃口磨损后尺寸变小，应取接近或等于冲件的最大极限尺寸。3，考虑冲件精度与模具精度之间的关系，在选择模具制造公差时，既要抱枕冲件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。一般冲模精度叫冲件精度高2-3级[3]。
凹，凸模分开加工：

Zmax-Zmin=0.180-0.126=0.054(mm)；

由表2-6可以查出凹，凸模的制造公差：
冲孔部分：0.02(mm)；0.02(mm)

+=0.04<Zmax-Zmin=0.054

由表3.3查出凹,凸模的磨损系数：x=0.5，
A，所以冲孔Ф4部分：

=（4+0.50.2）mm=4.1
=（4.1+0.126）=4.226
表3.3 磨损系数x
材料厚度/mm
非圆型
圆形
1
0.75
0.5
0.75
0.5
工件公差/mm
1
<0.16
0.17~0.35
0.36
<0.16
0.16
1~2
<0.2
0.21~0.41
0.42
<0.2
0.2

冲长圆形孔和矩形部分：
=（d+0.50.2）mm
=（d+0.126）mm

3.8 落料凹，凸模刃口尺寸的计算
因为落料凹，凸为不规则件，加工是应凹，凸模分开配合加工，根据图示零件形状，凹模磨损后其尺寸变化有三种情况。
第一类型尺寸AD=（D-0.2）
第二类型尺寸BD=（D+0.12）
第三类型尺寸CD=（D+0.1）
落料凸模尺寸则按照凹模尺寸配制，但其双面间隙应满足双面间隙Zmin-Zmax即0.126-0.180之间。
3.9 落料、冲孔复合模主要零件的设计
3.9.1 落料凹模的设计
（1）凹模厚度、壁厚
厚度
H=Kb（15mm） (3.10)

式中b——冲裁件的最大外形尺寸，知b=189mm
K——系数，查表3.4，K=0.2

表3.4 系数K
b/mm
材料厚度/mm
1
2
50~100
0.22
0.28
100~200
0.18
0.2

则
H0.2189=35.8
取
H=40mm
壁厚
C=(1.5~2)H（30mm） (3.11)
取
C=70mm

（2）凹模外形，刃口孔型的选择
因为该工件为不规则形状复杂型件，所以落料凹模选用矩形外形；落料需要的冲裁力比较大，需要落料凹模的刃口强度较高，因此选择筒带式凹模，取倾斜角=。
（3）凹模的紧固形式和材料的选择
模具中凹模紧固采用销钉固定；用于制造凹模的材料为T10A。
3.9.2 凸凹模的设计
（1）凹凸模的最小壁厚验证：
受强度的影响，凸凹的最小壁厚是受限制的，由于凹凸模的内外缘都是刃口，它的壁厚取决于冲件的形状。对于该倒装式复合模，冲压件为10号冷轧钢板，板厚为1.2mm的最小壁厚由经验值可知应不小于工件厚度的1.5倍[4]即不小于1.8mm，由该工件的结构可以看出最小壁厚为6mm，满足要求。
（2）凹凸模的结构设计
落料凸模选用直通式结构，便于线切割加工。冲孔凹模选择阶梯式，便于冲孔废料的排除，查表[1]取得h=6mm。冲孔凹凸模的最小厚度为应不小于15mm[4]。
（3）凹凸模固定形式
由于该凹凸模的形状复杂，外形尺寸较大，应选择使用螺钉直接与下模座相连。
(4)冲孔凸模的设计
冲孔凸模已有国家标准，按照本工件的冲孔类型选择B型圆凸模，矩形凸模和长圆形凸模。
3.9.3 卸料与推件装置的设计
（1）卸料板
由于弹性卸料板对板料在冲压前有一定的预压或支撑作用，操作方便，冲压后也可以平稳卸料，生产效率高，所以选择弹性卸料板，通过螺钉和弹簧固定在下模座上，选用45钢，对热处理硬度无特殊要求。
查弹性卸料板厚度表得弹性卸料板的厚度H=16mm；
查卸料板孔与凸模的单边间隙c值表得c=0.15；
弹性卸料板导向孔的高度h取为5mm；
卸料板底面高出凸模底面大的尺寸a取为0.5mm；
卸料螺钉孔直径d1处的l最小值为螺钉直径的0.75倍[7]。
（2）弹簧的选用和计算
根据落料时的卸料力为18195N和模具的结构，由于卸料力较大，拟用8个组合的弹簧，则每个组合弹簧所承受的负荷为
=2274（N）；
按照等强度原则，则；为了满足内外弹簧的变形量关系，则内外弹簧压缩后的变形量应该相同，且一个为左旋，另一个为右旋；单边间隙为（0.5~1）D外。[5]
按照以上原则和组合弹簧的极限压力Fj大于F，所以查表[1]初选择的弹簧组合为内圈弹簧的序号为16，其hj1=15.2，外圈弹簧的序号为37，其hj2=15.4。
去弹簧的自由高度70mm，则弹簧的总的可压缩量h==18mm,预压时的压缩量为11.5mm；工作行程为h1=t+1=2.2mm;凹凸模的修模量取h2=4mm；

(mm) (3.12)

则所选的弹簧合适。
（3）推件装置
选用刚性推件器，通过打杆将力传递给推板，从而将工件从模具中推出。

3.9.4 凸模固定板和垫板的设计
冲孔凸模通过固定板固定在上模座上；垫板的使用可以扩散凸模所承受的压力，从而保护模座。
(1)固定板的设计
由经验公式固定板的厚度

H=(1~1.5)D (3.13)

式中H——固定板的厚度
D——凸模与固定板像配合部分的直径（最大径），本套模具中的最大径D=16mm。
则H取为20mm。
固定板的外形尺寸和落料凹模相同，材料选用45钢，无需热处理变硬。
(2)垫板的设计
垫板的外形选为矩形，尺寸与落料凹模相同。冲裁模是否加垫板，应根据模座承受压力的大小进行判定。凸模支撑端对模座的单位压力大小为

> (3.14)

则需要加垫板，取垫板的厚度为10mm
3.9.5 模架的型号选择和设计
目前模座已经有了国家标准，模具设计时需要选择合适的型号。
本套模具凹模的周界为330 200，查后侧导柱上模座表[7]选择的架模为后侧导柱模架，型号为模座40025055 GB/T 2855.5。
模座为铸造件，选择材料为HT200，其材料的需用应力为。
3.9.6 导向零件的选择
上下模座的位置精度常采用导向零件来保证，小型模具常用的导向零件为导柱和导套，导柱和下模座配合安装在一起，导套和下模座安装在一起，都是采用过盈配合。目前导柱和导套都已经标准化，由专门的企业经行加工，模具设计时需要选择合适的型号。
由于本套模具的运动速度不高，精度要求也一般，为节约模具成本，选择滑动导柱和导套，参见国家标准模座40025055 GB/T 2855.5的尺寸，可以选择B型导柱和导套，查B型导柱各部分参数表选择导柱的型号为导柱B40H623070 GB/T 2861.6，查询B型导套各部分参数表选择导套的型号为导套B40H611543 GB/T 2861.6。
B型导柱和导套材料选用20钢，热处理要求渗氮深度0.8~1.2mm，硬度58~62HRC，技术条件按JB/T 8070-1995的规定。

3.9.7 模柄的选择
冲模常通过模柄将上模与压力机的滑块相连接，从而传递压力。由于本套冲模的所需要压力较大，适合选用凸缘式模柄。
模柄与上模座之间采用螺钉经行固定，在上模座上加工出能容纳模柄大凸缘的沉孔，使得与凸缘的配合为H7/h6[8]。凸缘模柄的材料常选用Q235。
3.9.8 冲模闭合高度的确定
冲模闭合高度H是指模具在最低的工作位置时，下模座的底平面至上模座的顶平面之间的距离（不含模柄高度）。
压力机的闭合高度是指滑块在下止点时工作台面（不含垫板高）至滑块下平面件的距离。即:
H=300(mm)
冲模的闭合高度H应介于压力机的最大装模高度和最小装模高度之间的，其关系为

式中 —压力机最大闭合高度，=380(mm)；
—压力机最小闭合高度，=290(mm)；
所以 冲模闭合高度满足，则模具的闭合高度为300(mm)。
3.9.9 定为装置的设计与选择
定位装置保证材料在模具中的正确位置，常用的定位装置有挡料板和挡料销，导料板和导料销等。这里选用导料销和导料销定位，便于拆装。
3.10 最终模具结构图
根据以上的结构额的设计和计算，最终设计出此落料冲孔模具图，如下图所示

图3.3 落料冲孔复合模

4 首次弯曲模具设计

根据以上工件成形的方案，第二步即为首次弯曲。弯曲是将板料弯成一定形状和角度的成形方法，是板料冲压中常见的加工工序之一。首次弯曲成形后的工件如图2.6所示。
如图所示，在这一步工序里我们需要将两个边经行弯折90度，且弯折半径均为2mm，由于工件中间部位有两个小孔，可用于定位工件；两弯折处得距离较远，所以选择倒装式弯曲模，凹模固定在上模，凸模固定在下模。弯曲件毛坯尺寸的计算已经在计算毛坯尺寸的时候经行了计算，这里将不再说明。
4.1 弯曲工艺的计算
4.1.1 回弹值的确定
要从理论上计算回弹值比较困难，因为影响回弹值的因素很多，所以在模具设计时常采用经验值加以确定，然后在实际的冲压过程中加以修正。
在本套模具中弯曲半径比上板料厚度即r/t=1.7，小于5~8，在弯曲变形后的半径的变化不大，因此只考虑弯曲角度的回弹。查表4.1，可知回弹角度为20，此角度需在试模时加以修正。

表4.1 900自由弯曲时的回弹角
材料
/mm
材料厚度/mm
<0.8
0.8~2
中等硬度的钢=400~500Mpa
0.8~2
50
20

4.1.2 最小弯曲半径的校核
在弯曲工艺过程中，弯曲半径越小，弯曲外表面越容易产生裂纹，所以弯曲半径受到最小弯曲半径的限制。当工件对弯曲半径五特殊要求时，应将弯曲半径尽量选择较大值。查弯曲件最小弯曲半径表[2]可得该10号冷轧钢板板料的最小弯曲半径在垂直于纤维方向为0.4t=0.48mm，平行于纤维方向为0.8t=0.96mm。这里工件要求为2mm，满足最小弯曲半径要求。

4.1.3 弯曲力的计算
（1）自由弯曲力的计算
该弯曲为U型弯曲

(4.1)

式中 F自——材料在冲压行程结束时的自由弯曲力（N）；
b——弯曲件的宽度（mm）；
——材料的抗拉强度（Mpa）；
t——弯曲件的厚度（mm）；
——系数，可查表得；
r——弯曲件的内弯曲半径（mm）；
k——安全系数，取1.3；
——系数，可查表得。
这里由图2.5知b=20mm，t=1.2mm；查材料参数表[9]=432Mpa;r=2mm，则

=3538(N)

（2）顶件力的计算

F顶=（0.3~0.8）F (4.3)

取
F顶=0.53538=1769N

4.2 压力机的选择
压力机的选择应满足F压机F自+F顶=3538N+1769N=5307N；考虑到模具的闭合高度，查询可倾斜式压力机表[2]选择压力机的型号为J23-10.

4.3 凹，凸模的间隙
凹凸间隙

c= (4.4)

式中 c——弯曲凸凹模单边间隙；
t——材料厚度（mm）；
——材料厚度偏差；
K——系数，可查表得到。

查10号冷轧钢板的厚度偏差表[2]得=0.13mm；弯曲件高度为31mm,查表4.2得k=0.03.

表4.2 系数K的数值
弯曲件高度/mm
材料厚度/mm
<0.5
0.6~2
20
0.05
0.03
35
0.07
0.03

则
c=1.2+0.13+0.031.2=1.4(mm)
4.4 弯曲模具的设计
4.4.1 弯曲模工作部分尺寸的计算
(1)凸凹模宽度尺寸计算
凹凸模宽度尺寸bp和bd，根据工件的标注方式，可利用公式bd=；bp=求得。
(2)凹凸模的圆角半径和凹模深度的计算
因为弯曲件的圆角半径为2mm，则凸模的圆角半径为2mm；
凹模的圆角半径常根据常根据材料的厚度或者查表选取，由t=1.2mm<2mm,则rd=（3~6）t，则取为5mm。
凹模的深度不能太大也不能太小，太大则浪费模具材料，太小则回弹量增大，使得弯曲件不平直。根据材料厚度选取[2]l为20mm。

4.4.2 弯曲模的结构设计
由上凹，凸模的工作部分尺寸的计算，凹凸模的周界尺寸不大，所以不必做成镶嵌式结构，做成整体式结构有利于凹凸模的定位与紧固，凹模与凸模分别用螺钉与上模座和下模座连接，整体式也够也能也能保证螺纹孔的位置精度，便于安装。

4.5 其他主要零件的设计与选择
4.5.1 模座的选择
由上所设计的凹模周界为18055，据此可以选择后侧导柱模座窄型，查后侧导柱上模座[7]选择上模座型号为模座2508045 GB/T 2855.7；查后侧导柱下模座[7]选择下模座型号为2508050 GB/T 2855.8;模座的材料为HT200，其材料的许用应力为
由于冲压力为5307N，凸模在模座上的的受力面积为550mm2
则

所以凸模不需要加垫板。
4.5.2 导柱与导套的选择
导柱导套与上下模座配合着选用，由模座选用型号为模座2508045 GB/T 2855.7。查询B型圆柱导柱和导套表[7]的型号选择分别为导柱B32h515045;导套B32H66530。
导柱导套的材料20钢，热处理要求渗氮深度0.8~1.2mm，硬度58~62HRC，技术条件按JB/T 8070-1995的规定。
4.5.3 顶件与定位装置的设计
弯曲模常用的顶件装置有刚性和弹性顶件装置，这里因为顶件力不大为1700N，选用刚性顶件装置，采用三个打杆直接将工件推出。这种结构简单实用。
弯曲前工件的定位装置选用螺钉件工件定位在下模上，毛坯件固定面经落料冲孔已经有两个圆孔，可利用其定位，无需再找工艺孔。
4.6 首次弯曲模具装配图
经过上面的设计，首次弯曲模的装配图如下所示

图3.2 首次弯曲模三维模型

5 第二次弯曲模具的设计
按照该工件的成形方案，最后一步工序为第二次弯曲，采用U型弯曲模，成形后便使得工件最终成形，成形后的工件如图2.6所示。
如图所示，在这一步工序里我们需要将两个边经行弯折90度，且弯折半径均为2mm，可以选用固定面上的一个圆孔与首次弯曲后的边将工件定位；该部分为典型的U型弯曲，弯曲件毛坯尺寸的计算已经在计算毛坯尺寸的时候经行了计算，这里将不再说明。
5.1 弯曲工艺的计算
5.1.1 回弹值的确定
要从理论上计算回弹值比较困难，因为影响回弹值的因素很多，所以在模具设计时常采用经验值加以确定，然后在实际的试模过程中加以修正。
在本套模具中弯曲半径比上板料厚度即r/t=1.7，小于5~8，在弯曲变形后的半径的变化不大，因此只考虑弯曲角度的回弹。查表4.1，可知回弹角度为3度，此角度需在试模时加以修正。
5.1.2 最小弯曲半径的校核
在弯曲工艺过程中，弯曲半径越小，弯曲外表面越容易产生裂纹，所以弯曲半径受到最小弯曲半径的限制。当工件对弯曲半径无特殊要求时，应将弯曲半径尽量选择较大值。查弯曲件最小弯曲半径表[2]可得该10号冷轧钢板板料的最小弯曲半径在垂直于纤维方向为0.4t=0.48mm，平行于纤维方向为0.8t=0.96mm。这里工件要求为2mm，满足最小弯曲半径要求。
5.1.3 弯曲力的计算
（1）自由弯曲力的计算
该弯曲为U型弯曲，
（5.1）

式中 F自——材料在冲压行程结束时的自由弯曲力（N）；
b——弯曲件的宽度（mm）；
——材料的抗拉强度（Mpa）；
t——弯曲件的厚度（mm）；
r——弯曲件的内弯曲半径（mm）；
k——安全系数，取1.3；
这里由图知b=143mm，t=1.2mm，=432Mpa，r=2mm，则

=25297N

（2）校正弯曲力的计算
冲压行程结束时，工件收到模具的校正，所产生的力为校正弯曲力。

F校=pA (5.2)

式中 F校——校正弯曲力（N）；
A——校正部分投影面积（mm2）；
P——单位校正力（Mpa），可以查表[1]得到。
查表可得p=50Mpa；计算的到A=40mm2
则
F校=2000N

（3）顶件力的计算

F顶=（0.3~0.8）F自 （5.3）

取
F顶=0.325297=7589（N）

5.2 压力机的选择
压力机的选择应满足F压机F自+F顶=25297N +7589N =32886N；考虑到模具的闭合高度，选择压力机的型号为J23-6.3.该压力机的最小闭合高度和最大闭合高度分别是145mm和180mm。工作台宽度为200mm310mm。

5.3 凹，凸模的间隙
凹凸间隙

c= （5.4）

式中 c——弯曲凸凹模单边间隙；
t——材料厚度（mm）；
——材料厚度偏差；
K——系数，可查表[1]得到。

查10号冷轧钢板的厚度偏差得=0.13mm；查表4.2得k=0.03.
则
c=1.2+0.13+0.031.2=1.4(mm)
5.4 弯曲模具的设计
5.4.1 弯曲模工作部分尺寸的计算
（1）凸凹模宽度尺寸计算
凹凸模宽度尺寸bp和bd，根据工件的标注方式，可利用公式

bd= (5.5)
bp= (5.6)

求得。
bd== =30.8 (mm)
bp== =28 (mm)

（2）凹凸模的圆角半径和凹模深度的计算
因为弯曲件的圆角半径为2mm，则凸模的圆角半径为2mm；
凹模的圆角半径常根据常根据材料的厚度或者查表选取，由t=1.2mm<2mm,则rd=（3~6）t[6]，则取为5mm;
凹模的深度不能太大也不能太小，太大则浪费模具材料，太小则回弹量增大，使得弯曲件不平直。根据材料厚度选取l为15mm。

5.4.2 弯曲模的结构设计
由以上凹，凸模的工作部分尺寸的计算，凹凸模的周界尺寸不大。整体式结构较镶嵌式结构更有利于凹凸模的定位与紧固，凹模与凸模分别用螺钉与上模座和下模座连接，整体式还能够够保证螺纹孔的位置精度，便于安装。所以选择整体式结构。
5.5 其他主要零件的设计与选择
5.5.1 模座的选择
由上所设计的凹模周界为18055，据此可以选择后侧导柱模座窄型，查询后侧导柱模座窄型表[7]上模座型号为模座2508045 GB/T 2855.7；下模座型号为2508050 GB/T 2855.8模座的材料为HT200，其材料的许用应力为
由于冲压力为5307N，凸模在模座上的的受力面积为8000mm2,
则

所以凸模不需要加垫板。

5.5.2 导柱与导套的选择
导柱导套与上下模座配合着选用，由选用型号为模座2508045 GB/T 2855.7。查询B型圆柱导柱和导套表[7]选择导柱导套的型号选择分别为导柱B32h515045;导套B32H66530。
导柱导套的材料20钢，热处理要求渗氮深度0.8~1.2mm，硬度58~62HRC，技术条件按JB/T 8070-1995的规定[7]。
5.5.3 顶件与定位装置的设计
（1）顶件装置结构设计：弯曲模常用的顶件装置有刚性和弹性顶件装置，这里因为顶件力为7589N，可以选用弹性顶件装置，采用弹簧的推力将成形后的工件推出。该结构还可以在弯曲前将工件进行预紧。
（2）弹簧的选择：这里选择圆截面圆柱螺旋压缩弹簧，由凹模的深度为15mm，即弹簧的压缩量为15mm，自由状态时的自由高度为50mm，拟用3个弹簧，则每个弹簧的预压力为F预=2526N，则选用的弹簧为307.8100.查表得它的参数为f=1.88. =25.6> 所需要的工作行程15mm，所以选择的弹簧合适。
（3）定位装置：采用固定面上的小孔与首次弯曲的一边经行定位，已经能够限制工件的所有自由度。
5.6 第二次弯曲模具装配图
经过上面的设计，第二次弯曲模具的装配图如图5.1所示

图5.1 第二次弯曲模具装配图

结 论
冲压模具由于其高效、低成本在钣金件的生产制造过程中起着重要作用，国内外关于冲压工艺也做了相当多的研究与分析。冲压模具的要趋于模块化标准化方向发展，比如国内对冲压模具的模架，导向零件都有相关国家标准，有专门的厂家进行批量生产，使用时只需要购买相应的型号就可以，只有极少数大型模座或特殊用途的模座需要根据具体使用情况进行设计和制造。冲压模具的标准化大大节省了模具的制造成本，缩短了模具的设计、制造周期和交货时间，对提高企业的竞争力起到了不可估量的作用。任何机械设备的设计原则都是在满足使用需求的条件下使得机械结构尽可能简化，简单实用。
本文通过对电视机壳体框架成形工艺经行了分析，其适用于冲压成产，并在前人已有的基础上设计出了完成该工件成形的相关的冲压模具。通过对这三套模具的设计过程中我们发现模具零件的标准化对提高设计效率起到了不可估量的作用；计算机辅助设计也是一个不错的工具，特别是三维辅助设计使得整个设计过程非常清晰，思路明确，模具设计的CAD技术也将会在整个模具产业中起到不小的作用；模具的材料在整个模具设计中占据了重要的位置，使用力学性能好的材料会使得整套模具质量减小，同时还能提高模具的使用寿命；推件和卸料装置的设计大多采用圆柱形压缩弹簧，弹性推件会卸料装置工作过程平稳不易损伤工件，但对于卸料或推件力比较大的的场合弹簧的使用将使得整个装置结构变得杂乱，不符合简单实用的原则。
在整个设计过程中我们也发现传统冲压模具设计过程中的诸多不足之处。CAE技术的使用将使得整个冲压过程在虚拟的计算机系统中经行模拟，检验设计的不足和检查出设计需要优化的部位，而国内的设计大多数依靠经验设计。目前市场上大部分主流先进CAE软件均为国外软件，国内企业需要使用就需要化大部分资金从国外购得，同时由于相关技术人员的缺乏使得CAE技术没办法在国内普及，严重影响中国模具的设计能力。中国虽是模具的制造大国，但其设计能力也远不如欧洲及先进发达国家水平。