槽环的弯曲模具设计【槽环U形弯曲件】

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槽环弯曲模设计摘要:设计本模具是为了制造普通 U 形弯曲件。设计中分析了零件的结构及工艺性。该零件的冲压工艺“弯曲”，讨论了弯曲零件毛坯展开形状和尺寸的确定方法，其中特别分析了弯曲模的定位及卸料方式。关键词:弯曲；定位；卸料前 言冷冲压工艺是一种生产效率很高的、少切削或无切削的先进加工方法，在经济和技术方面都具有很多优点。它操作简便，便于实现机械化和自动化，适合于较大批量零件的生产，其制品一般都不需作进一步的机械加工，尺寸精度和互换性也都比较好。所以，它在航空、汽车、拖拉机、电机电器、精密仪器仪表等工业中占有十分重要的地位。据相关统计资料介绍，仅汽车制造业就约有 60％-75％的零件是采用冷冲压加工工艺制成的。若按劳动量估算，冷冲压生产所占的劳动量为整个汽车工业总劳动量的 25％-30％。在电机及仪器仪表生产中，也有 60％-70％的零件是采用冷冲压工艺来完成的。此外，随着加强国防建设的需要和人们物质生活水平的提高，在诸如家电，电子元器件和兵器领域内，冷冲压加工量也占有相当大的比例。可见，支持和促进冷冲压加工技术，对发展国民经济和加速工业化建设，具有十分重要的意义。国内的模具工业虽起步较晚，但在过去的十多年中也取得了一些进步。例如冲压模具方面，国内设计制造的部分轿车覆盖件模、空调器散热片级进模、以及带自动冲切、叠压、铆合、计数、分组、扭斜和安全保护的功能的精密多功能模，都已达到较高的水平。但从总体上看，我国与工业发达国家相比仍有大差距。特别是在大型、精密、复杂和长寿模具上，一方面技术差距明显；另一方面产能也不能满足国内的需要，因而仍需大量从国外进口。所以，尽快适应社会主义工业化建设对冷冲压工艺生产水平提高的需要，全方位大力做好模具基础、研发和推广工作，是至关重要的。目 录1 零件工艺分析 ............................................................................................................................61.1 材料分析 ...............................................................................................................................................71.2 结构分析 ...............................................................................................................................................72 弯曲工艺计算 ...............................................................................................................................................72.1 弯曲件的展开尺寸 ...............................................................................................................................72.2 弯曲件回弹值 .......................................................................................................................................83 冲压工艺方案的确定 .................................................................................................................................84 弯曲力的计算 ...............................................................................................................................................84.1 校正弯曲力计算 ...................................................................................................................................84.2 自由弯曲力计算 ...................................................................................................................................94.3 顶件力计算 ...........................................................................................................................................95 压力机压力的计算与选择 ........................................................................................................................95.1 压力机压力计算 ...................................................................................................................................95.2 压力机选择 .........................................................................................................................................106 凸凹模工作部分的尺寸计算 .................................................................................................................106.1 弯曲凸模的圆角半径 .........................................................................................................................106.2 弯曲凹模圆角半径 .............................................................................................................................106.3 凸凹模间隙的确定 .............................................................................................................................116.4 凹模深度的确定 .................................................................................................................................117 主要零部件的设计 ...................................................................................................................................127.1 凸模 .....................................................................................................................................................127.2 凹模 .....................................................................................................................................................128 模具的总体设计 ........................................................................................................................................138.1 模架的选择 .........................................................................................................................................138.2 其它零部件的选择 .............................................................................................................................138.3 卸料方式的选择 .................................................................................................................................158.4 凹凸模固定方式的选择 .....................................................................................................................158.5 紧固装置的选择 .................................................................................................................................168.6 模具材料的选用 .................................................................................................................................169 弹顶装置中弹性元件的计算与选择 ...................................................................................................169.1 橡皮的选择 .........................................................................................................................................169.2 弹性元件的计算 .................................................................................................................................1610 模具简图 ...................................................................................................................................................1810.1 弯曲模结构浅析 ...............................................................................................................................1810.2 凹模简图 ...........................................................................................................................................1910.3 凸模间图 ...........................................................................................................................................20总结致谢参考文献第 0 页 共 22 页1 零件工艺分析工件为下图所示槽环弯曲件，零件工艺分析内容如下:第 1 页 共 22 页1.1 材料分析该工件所用材料为 10 钢，是一种常用的冷冲模具钢，其塑性较好，适合冲压加工。1.2 结构分析该工件只有弯曲一个工序，材料为 10 钢，材料厚 1.5mm。在弯曲时应有一定的凸凹模间隙，工件的尺寸全部为自由公差，可看作 IT14 级，尺寸精度较低，普通弯曲就能满足要求。零件结构简单，左右对称，对弯曲成形较为有利，可查《模具设计与制造》P79 表2-1 知 10 钢的最小相对弯曲半径 ，而零件的弯曲半径 ＞ ，故，不会t4.0rmin5.1r4t0弯裂，无需多次弯曲。因为 r/t=1＜5，所以，弯曲变形后角度回弹较小，弯曲半径变化也不大，可以采用简单的直壁校正弯曲法及可达到要求。2 弯曲工艺计算2.1 弯曲件的展开尺寸毛坯展开尺寸计算如下图所示：坯料的总宽度应等于弯曲件直线部分和圆弧部分长度之和，查《模具设计与制造》第 2 页 共 22 页P84 表 2-6 得中性层位移系数 =0.31。按式（2-4）计算其中层半径m97.153.01tr查《冷冲压模具设计指导》P79 表 6-2，当 r≥0.5 的弯曲时，双直角弯曲时毛坯展开计算公式为：（1）)tr(1802321L其中：(2)mL25.49.231将式（2）带入式（1）得 L= 7.2.2 弯曲件回弹值因为 r/t=1＜5，属大变形程度，只考虑角度回弹。根据工件材料 10 钢的抗拉强度为 335Mpa 及材料厚度查《模具设计与制造》P83 表2-4，可确定角度回弹值为 23 冲压工艺方案的确定由于该制件较为简单，且毛坯为冲压成型件，根据其工艺分析，可确定该零件的冲压方案为：弯曲—退模卸料。4 弯曲力的计算4.1 校正弯曲力计算由于为了保证弯曲件在一次弯曲过程中即可得到弯曲件内形尺寸精度,故采用校正弯曲。查《模具设计与制造》P85，可知： APF校式中 —校正弯曲力，N;校FA—校正部分投影面积， ；m2P—单位面积校正力，Mpa。查《模具设计与制造》P85，表 2—8，可知：P 取 80Mpa80614校F第 3 页 共 22 页N67204.2 自由弯曲力计算查《模具设计与制造》P85，式（2—7）可知： tr7.0b2自F5.1363.N2.781式中 —自由弯曲在冲压行程结束时的弯曲力，N；自FB—弯曲件的宽度，mm；t—弯曲材料的厚度，mm；—材料的抗拉强度，Mpa；bK—安全系数，一般取 K=1.3。4.3 顶件力计算若弯曲模设有顶件装置或压料装置，其顶件力 (或压料力 )可近似取自由弯曲力DFY的 30％~80％。查 《模具设计与制造 》P85，式（ 2—9）可知： 自）（FDY8.0~3)(197455..(N5 压力机压力的计算与选择5.1 压力机压力计算对于校正弯曲，由于校正弯曲力比顶件力大的多，故一般 可以忽略。即：DF查《模具设计与制造》P85，式(2—11)可知：校压 F 校压 ）（F3.1~考虑实际生产安全 取 1.8，即：压 67208.压第 4 页 共 22 页N120965.2 压力机选择根据压弯力的大小，查《模具设计与制造》P28，表 1—15，初步选择型号为 J23—16 的开式压力机，压力机参数如下。公称压力：160 滑块行程：55mm行程次数：120 次/min最大闭合高度：220mm压力机工作台面尺寸：300mm 450mm(前后 左右)连杆调节量：45mm电动机功率 1.5KW模柄孔尺寸 φ40 60mm（直径 深度）6 凸凹模工作部分的尺寸计算6.1 弯曲凸模的圆角半径查《模具专业毕业设计手册》P101，表 6—4 可知： tr31r凸式中 r—弯曲件圆角半径，mm；—材料屈服极限， ；32m/E—材料弹性模数， 。查 P103，附表 2 可知 的值为： ，即 。34-1076.9m5.1r凸6.2 弯曲凹模圆角半径凹模圆角半径不应过小，以免擦伤零件表面，影响冲模寿命。凹模圆角半径过大，会影响坯料定位的准确性。凹模两边的圆角半径应一致，否则在弯曲时坯料会发生偏移。生产中常根据材料的厚度来选择凹模圆角半径：当 时， ，取 。m2tt6~3r）（凹 m95.5r凹第 5 页 共 22 页6.3 凸凹模间隙的确定凸模和凹模间的间隙值对于弯曲件的回弹、表面质量和弯曲力均有很大的影响。查《模具设计与制造》可知：弯曲黑色金属时 ；ntcmax式中 c—弯曲凸模与凹模的单面间隙；—材料厚度的最小尺寸；mintt—材料厚度的基本尺寸；n—间隙系数。查《模具设计与制造》P91，表 2—12 可知： 。即：05.ntcmax.1.1）（=1.675mm6.4 凹模深度的确定弯曲凹模深度要适当。过小时，坯件弯曲变形的两直边自由部分长，弯曲件成形后回弹大，而且直边不平直。若过大，则模具材料消耗多，而且要求压力机具有较大的行程。弯曲 U 形件时，若弯边高度不大，或要求两边平直，则凹模深度应大于零件高度，如下图所示，其中 值，查《模具设计与制造》P91 ，表 2—10 可知 。oh m4ho第 6 页 共 22 页7 主要零部件的设计7.1 凸模当弯曲件标注的是内形尺寸时，选择凸模为设计基准件，间隙取在凹模上。由于本零件标注的是内形尺寸，所以计算时以凸模为准，间隙取在凹模上。零件按 IT14 级制造，查《冲压模具设计与制造技术指南》P223，附录四，取零件公差为 ，凸模精度等级43.01按 IT8 级确定。查《模具设计与制造》P92，式 2-18 可知： 0-pP)75.(L027.-027.-314）（式中 —弯曲凸模横向尺寸；PLL—弯曲件横向尺寸，凸模计算时取最小值；—弯曲凸模的制造公差，可采用 级精度；P 9~7IT—弯曲件横向尺寸公差。因为凸模高度一般是根据结构上的需要来确定的。凸模高度应大于工件高度，所以凸模高度为 70mm。7.2 凹模 由于弯曲件标注的是内形尺寸，所以间隙取在凹模上。凹模的精度等级按 IT9 级确定。查《模具设计与制造》P92，式 2—19 可知： ＋ ２ ｃ ）ＰL(d43.043.067152）（式中 —弯曲凹模横向尺寸；dL—弯曲凹模的制造公差，可采用 级精度； 9~ITC—弯曲凸模与凹模的单面间隙。查表得凹模的总深度 L 为；L=45mm7.2.1 凹模周界的确定查《模具设计与制造》P54，式（1—34）可知：凹模厚度 ）（ m15b式中 b—冲裁件的最大外形尺寸；第 7 页 共 22 页K—凹模厚度系数，考虑板料厚度的影响，见表 1—26。即凹模的厚度 H 为 20mm。由式（1—35）可知：凹模壁厚 ）（）（ m40~32~5.1c38所以凹模长 L=60+38=98mm，宽 B=35+38=73mm。8 模具的总体设计8.1 模架的选择由于缩短连杆对压力机的刚度有利，同时在修模后，模具的闭合高度可能要减小，因此一般模具的闭合高度接近于压力机的最大装模高度。查《模具设计与制造》P28，式（1—28）： m5m101axmin HH175+10 H 220-5根据压力机的最大装模高度和凹模周界的范围及模具工作的稳定性、刚度等各方面的因素综合考虑，查《模具专业设计手册》P112，表 7—1 可知：模架选择 200 125 的滑动导向后侧导柱模架。8.2 其它零部件的选择8.2.1 模座的选择模座已标准化，在选用时应考虑如下几点。所选用的模座的凹模周界尺寸（L B）应与凹模的周界尺寸一致。模座的厚度一般为凹模板厚度的 倍，以保证有足够的强度和刚度。5.1~0所选用的模座必须与所选压力机的工作台和滑块的有关尺寸相适应，并进行必要的校核。下模座的最小轮廓尺寸，应比压力机工作台上落料孔的尺寸每边至少要大mm。下模座的最大轮廓尺寸比所选压力机的工作台每边至少要小 mm，一遍50~4 50~4安装、固定。查《模具专业毕业设计手册》P125，表 7—17 和 P127，表 7—19 可知：上模座：140 80 （mm）35下模座：140 （mm）09第 8 页 共 22 页8.2.2 导柱导套的选择导柱直径 d 根据下模座导柱安装孔直径确定，导柱的长度 L 应保证在模具最小闭合高度时，导柱上端面与上模座上平面的距离应为 ，下模座下平面与导柱下端面m15~0的距离应为 。查 《模具设计与制造》P67 式（1—39）与式（1—40）可知：m3~2 32h）（）（ 5~0HL式中 H—模具闭合高度；—上模座的厚度；1h—下模座的厚度；2—凸模的长度；3—凸模刃口进入凹模刃口的深度，一般取 ；m1~5.0L—导柱长度。根据公式计算得 H=181mm，L=150mm。查《模具专业毕业设计手册》P152，表 8—33，可知 B 型导柱直径 d 为 25mm。导套已标准化，导套内径 d 根据导柱外径确定，导套外径 D 根据上模座导套安装孔直径确定，导套的装配长度 H 应小于上模座厚度 3mm 以上，导套长度 L 可查《模具设计与制造》P68,表 1—29 可知导套长度 L 为 55mm。第 9 页 共 22 页导柱导套装配关系如下图所示：8.3 卸料方式的选择由于模具开模时零件大多数会留在凹模内，所以必须采用顶件装置。但有时零件也可能在凸模上，所以在凸模上装有弹簧卸料装置。同时卸料板也有压板的作用。8.3.1 顶件板的选择 顶件板尺寸与凹模孔相配合，平面尺寸与凹模内形尺寸相同。查《模具专业毕业设计手册》可知厚度为 4mm。同时在顶件板上设有定位装置，用零件方形内孔定位。如下图所示：8.3.2 定位板的选择顶件板的定位只能上下定位，故还需要定位板来定位左右两个方向。顶位板的厚度位 2mm，长度为 40mm，宽度为 10mm。材料为 45 钢。8.4 凹凸模固定方式的选择如果采用凸模固定板与凸模采用过渡配合关系，平面尺寸与凹模外形尺寸相同。但第 10 页 共 22 页卸载比较麻烦。本设计采用螺钉固定，因为螺钉卸载方便，成本低。8.5 紧固装置的选择所用的紧固装置都采用螺钉 M8.GB/T70-2000。8.6 模具材料的选用模具工作零件承受较大的冲击载荷，要求有足够的强度和韧性，同时有较高的硬度和耐磨性，热态成形时，还必须有一定的红硬性。模具工作零件的材料及热处理要求查《模具专业毕业设计手册》P129 表 7—22 与 P130 表 7—23 可知：凸凹模：T10A，淬硬， HRC60~5卸料板：45 钢顶板： 45 钢，淬硬 483导柱导套：20 钢，渗碳、淬火， 62~59 弹顶装置中弹性元件的计算与选择9.1 橡皮的选择冷冲模中所用橡皮一般为聚氨酯橡胶（PUR）。橡胶允许承受的载荷较大，并且安装调整方便，所以在工序中采用橡胶为弹性元件。橡胶在压缩后所产生的压力随橡胶牌号、应变量和系数（指橡胶承压面积与自由膨胀面积的比值）而变化。模具上安装橡胶的块数、大小大多凭经验，必要时可进行核算。9.2 弹性元件的计算9.2.1 确定橡胶的自由高度聚氨酯橡胶的总压缩量一般 ，对于冲裁模的预压量一般取 。工作行%35 ％％ 15~0程 H 为 40mm。 ）（ 3.0~25./hH式中 H—橡胶自由状态下的高度；—橡皮的预压缩量3.0~25.h—所需的工作行程。根据上述公式计算得：h=12mm。第 11 页 共 22 页9.2.2 确定橡胶的横截面积 A查《模具专业毕业设计手册》可知： sqF式中 F—橡胶工作时的压力；q—橡胶的单位压力。橡皮压缩率 p 和单位压力 q 的对应关系如下:p=l/H=0.2橡胶压缩量 p% 单位压力 q/Mpa 橡胶压缩量% 单位压力 q/Mpa10 2.6 25 10.615 5 30 15.220 7 35 21根据上述公式计算得：s=1140 2m9.2.3 确定橡胶的平面尺橡胶应为长方形，中间开有圆孔以避让顶杆，用来固定橡胶和压板。则其长为：60mm，宽为：17mm。 9.2.4 核算橡胶高径比查《模具设计与制造》P65 可知：橡胶的高度 H 与直径 D 应有适当的比例，一般应保持如下关系： ）（ 5.1~0如果 ，应适当将橡胶分成若干段后在间加钢垫圈，以免失稳弯曲。此次设计5.1DH中 ，所以采用整体式。所选橡胶如下图：3.第 12 页 共 22 页10 模具简图10.1 弯曲模结构浅析对于弯曲精度要求不高，回弹值较小的零件，可采用下图所示结构。压弯时压料板将毛坯先压住再弯曲。第 13 页 共 22 页10.2 凹模简图第 14 页 共 22 页10.3 凸模简图第 15 页 共 22 页10.4 模具总装图1—模柄；2—上模座；3—螺钉；4—导套；5—凸模；6—卸料板；7—凹模；8—导柱；9—下模座；10—螺钉；11—顶件板；12—弹性顶杆；13—橡胶；14—弹簧；15—顶杆。 第 16 页 共 22 页总结在这次的毕业设计中，我综合了三年来所学的专业知识，使我受益匪浅。不仅使我自己的专业技能有所发挥并且掌握的更为熟练，也加强了在大学阶段所学专业理论知识的巩固。在做毕业设计的过程中，在设计和绘图都遇到了一些问题，经过老师和同学的指导帮助，再加上自身不懈的努力得到了及时的解决。这次的毕业设计使我中学到了许多东西，同时认识了自己的不足。我运用所学的专业知识，以及与专业相关联的课程为出发点，设计了本零件所用的弯曲模，并熟悉了这三年来所学过的软件AUTOCAD 和 PRO/E。在设计思想中尽可能体现了我所学的、掌握的和了解的知识。总之，通过此次的毕业设计，是我很清晰的找出了自己这三年来所学知识的种种漏洞，并得以改正，使我对于自身专业又有了全新的认识，为我之后的学习和工作奠 定了坚实的基础。第 17 页 共 22 页致谢首先 感 谢学 校及 学 院各 位领 导 的悉 心关 怀 和耐 心指 导， 特 别要 感 谢 刘 中 华 老师给我的指导，在设计和说明书的写作过程中，我始终得到刘老师的悉心教导和认真指点，使得我的理论知识和动手操作能力都有了很大的提高与进步，对模具设计与制造的整个工艺流程也有了一个基本的掌握。在他身上，时刻体现着作为科研工作者所特有的严谨求实的教学风范，勇于探索的工作态度和求同思变、不断创新的治学理念。他不知疲倦的敬业精神和精益求精的治学要求，端正了我的学习态度，使我受益匪浅。另外，还要感谢我的同学，他们在寻找资料，解答疑惑，实验操作、论文修改等方面，都给了我很大的帮助和借鉴。最后，感谢所有给予我关心和支持的老师和同学使我能如期完成这次毕业设计。谢谢各位老师和同学！由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免会出现错误，恳请老师们多多指教。签名：第 18 页 共 22 页参考文献[1]马希青，苏梦香，赵月罗.机械制图[M].中国矿业大学出版社,2001.[2]李奇.模具设计与制造[M].任命邮电出版社,2014.[3]翁其金，徐新成.冲压工艺及模具设计[M].机械工业出版社.[4]周大隽.冲模结构设计.机械工业出版社[M].2006.[5]李名望.冲压模具设计与制造技术指南[M].化学工业出版社.2008.[6]张瑞平.金属工艺学[M].北京：冶金工业出版社.[7] 模具实用技术丛书编委会编.冲模设计应用实例[M].机械工业出版社.2003.[8] 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