机床中心轴托架的弯曲工艺设计

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【摘 要】本文在深入了解弯曲模的设计过程及要领和对机床中心轴托架的结构进行深入分析的基础上，通过对比不同工艺的优缺点，最后确定出机床中心轴托架的弯曲工艺设计的最佳方案，并且对弯内外角尺寸，凸凹模宽度，排样方案等进行了计算，最后确定出机床中心轴加工的工艺卡片，为实际生产提供一定的借鉴。

【关键词】托架；弯曲工艺；设计

1.引言

冲压加工是通过模具对板材加压力或拉力，使板材发生塑性变形，同时对板料施加剪切力使板材分离，从而获得一定尺寸、形状和性能零件的加工方法。冲压加工需研究冲压工艺和模具两个方面的问题。根据常用的分类方法，冲压工艺可以分为分离工序和成形工序两大类。随着社会的发展，现阶段冲压成形已经走向计算机辅助工程化和智能化的发展道路，从原来的经验、实验分析阶段开始走进有冲压理论指导的科学阶段。可使设计与加工时间缩短50%。

本文是在深入了解弯曲模的设计过程及要领和对机床中心轴托架的结构进行深入分析的基础上，对零件进行工艺分析，讨论多个工艺方案的优缺点，进行分析并且最终确定零件的加工工艺。

2.设计计算

2.1 工艺分析

加工工艺的确定需要考虑多种因素，最重要的是要兼顾质量和效率。下面将对托架的加工工艺选择做详细阐述。

2.1.1 工件分析

此模具用于加工图1所示的机床中心轴托架，材料为08钢。

根据所给出的零件二维图，首先在Pro/E中运用参数化建模技术实现零件的三维建模，如图2所示。

该工件是中心轴托架，在Φ10mm孔内装有心轴，托架通过4个Φ5mm孔与机身连接，为保证良好的装配工件，5个孔的公差等级均为IT9级，表面不允许有严重的划伤，该零件选用08钢，其弯曲半径均不大于该种材料的最小弯曲半径，且工件精度要求不高，不需要校形，所有的孔可用高精度冲模冲出。因此，该零件可以用冷冲压加工成形。

图1 工件二维图 图2 工件三维实体模型

本设计主要考虑工件的弯曲工艺。弯曲件的工艺性主要考虑以下几个方面。

﹙1﹚ 弯曲半径

弯曲件的弯曲半径不宜过大和过小。过大因受回弹的影响，精度不宜保证；过小时会产生拉裂。

﹙2﹚ 空边距

如果弯曲毛坯上有预先冲制的孔，为使孔不发生变化，必须使孔置于变形区之外，即孔边距L，应符合以下关系。当弯曲件厚度t1.5mm﹚，中心孔Φ10mm孔边距为7.5mm﹙>1.5mm﹚，均满足要求。

﹙3﹚ 直边高度

保证弯曲件直边平直的直边高度H不应小于2倍的壁厚，否则需先压槽或加高直边，弯曲后再切掉。

﹙4﹚ 形状与尺寸的对称性

弯曲件的形状与尺寸应尽可能对称，高度也不应相差太大。

﹙5﹚ 部分边缘弯曲

当局部弯曲某一段边缘时，为了防止在交界处由于应力集中而产生断裂，可预先冲裁卸荷孔或切槽，也可以将弯曲线移动一段距离，以远离尺寸突变处。

2.2 确定工艺方案

根据给出的工件结构进行详细分析得出：冲压该零件所需的基本工序为冲孔、落料及弯曲，其弯曲工艺方案有三种，因此，冲压工艺方案可以有以下几种。

方案一：首先为冲孔﹙Φ10mm﹚和落料的复合，然后为弯曲外部两角并使中间预弯45°，然后弯曲中间两角，最后冲4个孔﹙Φ5mm）。

方案二：首先为冲孔﹙Φ10mm﹚和落料的复合﹙同方案一﹚，然后弯外部两角，然后压弯中间两角，最后冲4个孔﹙Φ5mm，同方案一﹚。

方案三：首先冲孔﹙Φ10mm﹚和落料的复合﹙同方案一﹚，直直接弯压四角，然后冲4个孔﹙Φ5mm，同方案一﹚。

通过比较可以得出，当进行小批量生产时宜选择方案一。

2.3毛坯展开尺寸计算

首先根据工件二维结构图进行毛坯尺寸的计算，工件尺寸如图1所示。

由孔边距公式[1]再考虑到弯曲时板料纤维的伸长，实际毛坯取L=107 m m 。

2.3.1 弯外角的计算

按照工艺方案一，首先应弯两45°外角，故对其进行工艺分析计算。凸模圆角半径：，大于其最小圆角半径，则r凸=1.5mm。由圆角半径选用原则[1]可知，t=1.5mm

凹模深度L0要适当。若L0过小，则弯曲件两端的自由部分长，回弹大且不平直；如L0过大，则凹模用料过多，且需要较大行程的冲床。因此，L0的大小要根据弯曲件的要求确定。如弯曲件直边的平直度要求高且冲床行程足够大时，可采用较大的凹模深度。弯曲时，弯曲件全部被压入凹模中。由公式45°，因为宽度b=22mm ，﹙mm﹚考虑到下一次弯曲会使工件变薄伸长，故取L0=15mm。

此时由于内角的弯曲角度不大，故凸凹模的圆角半径粗略设为r凸=10mm，r凹=20mm。

如果弯曲零件的角度不等于90°时，凸凹模的尺寸差值与角度有一正切关系，如图3。

图3弯外角计算示意图

其尺寸 式中得x=0.621mm。此x对以后的凸凹模建模有用。

由于V形零件弯曲时，凸模与凹模之间的间隙是靠调整压力机的闭合高度来控制的，因此不需要在设计制造模具时确定间隙。

弯内角的计算与弯外角的工艺分析计算相同，不再详述，计算得r凸=1.5mm。r凹=4t=4×1.5=6﹙mm﹚C=1.575﹙mm﹚。

2.3.2 凸凹模宽度尺寸计算

因为工件标注内形尺寸 ， 由制造公差表[3]，GB/T 1804查的=0.21mm。同样由标准公差IT值表[3]，选取凸凹模的制造偏差为IT8，则==0.033mm，得带入上面的公式，再按生产实践的经验进行修正，所以mm，mm。

2.3.3 排样方案及其计算

为了保证零件的精确、条料的强度和刚度，便于手工送料，采用单排有废料排样，据参考文献[2]搭边a和数值表查得：a=1.0mm，=1.2mm。

由参考文献表2-14[2]查得；=0.5mm，计算出条料标称宽度﹙mm﹚，进距： ﹙mm﹚。

选择板料规格为：900mm×1800mm

先将板料剪切成17张900mm×105.88mm的条料，再利用此条料进行冲裁，通过公式：

可计算出此条料可冲裁的工件数=28.82个，即可冲裁28个工件。则在整个板料上可冲裁的工件为﹙个﹚材料利用率为可见此种排法的材料利用率很高，方案可行。

2.3.5 各工序冲压力的计算和冲压设备的选取

由于本文着重弯曲的设计计算，故对落料和冲孔工序以及冲4个Φ5mm孔的工序不作讨论，只讨论两个弯曲工序。

﹙1﹚ 弯45°角

最大自由弯曲力为 [1]，带入数据得=5265N。

校正力计算公式为其中，A=1683mm2，取=90 MPa，则﹙N﹚

顶件力的计算公式为系数取为0.5，则Fq=0.5 F自=2632.5﹙N﹚

根据 F机≥F校和F机≥F自+Fq得F机≥151470N。

查参考文献[4]开式可倾工作台压力机主要参数表，选用压力机型号为J23-25，其公称压力为250kN。

﹙2﹚ 弯内角

最大自由弯曲力计算公式为，带入数据得F自=6142.5﹙N﹚。

校正力的公式为 其中，A=750mm2，p=90 MPa，则=67500﹙N﹚

顶件力的计算公式为 ，取系数为0.5，则Fq=0.5 F自=3017.25﹙N﹚

根据 F机≥F校和F机≥F自+Fq，所以F机≥67500N。

查参考文献[4]开式可倾工作台压力机主要参数表，选用压力机型号为J23-16A，其公称压力为160kN。

2.4 制定工艺卡片

对所确定的工艺方案一进行细化，得到机床中心轴托架的冷冲工艺路线，略。

3.结论

本文主要完成了机床中心轴托架的弯曲工艺分析的设计和分析。通过不同工艺方案的比较，最终确定出最优的工艺方案。

在设计过程中，最难的、也是最重要的工作是计算型腔的结构尺寸。在设计时，确定出首次弯曲的凸凹模形状尺寸具有突破性的意义，也是后续设计工作能够顺利进行的前提。其次，定位装置的确定也是本次设计的难点和重点之一。

参考文献：

[1]郑家贤.冲压工艺与模具设计[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2]郝滨海.冲压模具简明设计手册[S].北京：化学工业出版社，2004.

[3]张淑娟，全腊珍.画法几何与机械制图[M].北京：中国农业出版社，2007.

[4]陆元三，刘红燕，文建平，等.防止弯曲件孔边变性和开裂的工艺措施[J].模具制造，2010，﹙9﹚：26-28.