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1、第五章 模具強度的校核 凹模強度的校核，其主要原理是根據(jù)厚壁圓筒理論來進行校核的， 通過分析和 計算各個配合面與凹模內腔的周向拉應力是否在模具材料的強度許可范圍之內， 然后再按照計算的結果對配合面直徑、模具材料以及相對應的過盈量進行調整， 要用公式計算出模具的沖裁力，抗壓強度，屈服強度，疲勞強度，是否在允許范 圍內，從而使得模具符合強度的設計要求。 5.1 模具強度的校核 5.1.1 變形程度的計算 (D 由上可以得出, 零件斷面收縮率為: (2) 擠壓比為：G A0 A1 G的數(shù)值越大，則表示零件的冷擠壓變形程度越大。 (3) 對數(shù)變形程度 e為: 以上三者

2、存在如下的關系: 1 1— - G InG 1 In 1 - F 則可以得到：1-- 69%, G 得至上 G 3.23 5.1.2 冷擠壓變形力的計算 (1)由于在此次模具設計之中, 我們選擇的是正擠壓的方法，所以根據(jù)正擠壓 力的計算公式可以得出：F pAo c b(In? A es ) Ao 在上式中：c 材料的加工硬化系數(shù)。經查閱資料后可以得出: [1 摩擦因數(shù)。經查閱資料后選擇N =0.1 h ——凹模工作帶長度，單位 mm由所設計的凹模尺寸可以得出： h=92mm s ——擠出件的壁厚，對于實心件，那么其數(shù)值是

3、擠出部分直徑的一半，單位 為mm經過計算，可以得出，擠出件的壁厚 s=29.5mm f ——凹、凸模工作部分的幾何形狀系數(shù)，在一般情況下，其數(shù)值取為0.8-1.3 , 合適的凹、凸模工作部分形狀則取偏小的數(shù)值， 反之則取偏大值。經過計算和查 閱資料可得，f=1.0. d ——凸模的工作部分直徑，單位為 mm有零件的尺寸可以計算出，凸模的工 作部分直徑為：d=52mm A ——凸模與擠壓毛坯的接觸表面在凸模運動方向上的投影面積，單位為 mrK 經過計算可以得出：A uR2 2627t 2122.6 mrm 因為此次是錐形凹模擠壓，所以根據(jù)資料，其計算結果還要乘以0.85 o 2 0.

4、1 92 F 2 420 (In3.23 e 29.5 ) 2122.6 3976055N (2)正擠壓單位擠壓力計算 根據(jù)正擠壓單位擠壓力公式有： 式中，h1凹模的工作帶高度，單位為 mm ——擠壓材料的平均變形抗力，單位為MPa通過查閱資料后，其值取 二1050MPa d -0- Jg =1.8 ,則 d0=1.8 x 52=93.6mm d 可得，正擠壓的單位擠壓力為： 2 0.1 52 92 p 2 1050 (In1.8 2 0.1 92) e 93.62210.88MPa 52 因為由資料顯示，模具的許用單位壓力分別為 2000MPa-2500MP；a而2

5、210.88MPa 介于兩者之間，在規(guī)定的范圍之內，所以可得此次模具設計是合理的。 5.1.3應力的計算 模具需要消除的主要是內應力， 它是在加工過程中有外力引起的，當外力撤銷 后，由于基體的形變內應力依然存在，如果不消除的話，在自然條件下就容易變 形，硬質塑料還容易斷裂。模具的應力狀態(tài)在進行工作的時候， 其近似計算的結 果如下： 通過查閱資料，選擇材料 G7的彈性模量為E=500GPa泊松比為v=0.22。 H13的彈性模量為E=215GPa泊松比為v=0.3。 45鋼的彈性模量為E=210GPa泊松比為v=0.28。 通過分析與計算可以得到模芯上段內腔的周向拉應力的數(shù)值為：

6、(T e i=666MPa 相應的內套圈內壁周向拉應力數(shù)值為： (T e2=710MPa 相應的外圈內壁周向拉應力的數(shù)值為： (T e3=707MPa 模芯齒形段的內腔的周向拉應力的數(shù)值為： ① ei'=404MPa 相應部分的內套圈內壁周向拉應力的數(shù)值為： (T e2'=570MPa 相應的外圈內壁周向拉應力的數(shù)值的數(shù)值為： 硬質合金的耐磨性良好， 抗壓強度優(yōu)越， 但是其抗拉強度非常低， 一般其數(shù)值 在200Mp以下，所以在內腔周向拉應力的數(shù)值為 666MPa勺情況下，我們可以預 見模具會有一個比較差的壽命。因此其調整如下： 模芯的外徑尺寸設計為： ①=80mm(

7、是內徑的1.54倍) 第二層外徑尺寸設計為： ①二160mm(是內徑的2倍) 第三層外徑是： ①二280mm(是內徑的1.75倍) 直徑為①=80mrm5①=160mnm勺模芯，它的過盈量分別為 0.52mm和0.8mm 改進后的校核計算結果如下： (T ei=-68MPa (T 92=908MPa (T 93=842MPa (T ei'=-266MPa (T e2'=794MPa (T 93'=761MPa 在上述的的應力狀態(tài)之下， 因為模芯始終在三向壓應力狀態(tài)之下進行工作， 所 以這樣可以很大程度上改善它的使用條件， 延長模具的工作壽命； 通過分析發(fā)現(xiàn)， 外圈

8、內腔周向拉應力的數(shù)值為 842MPa幾乎已經接近45鋼材料的抗拉強度，所 以在考慮之后，外圈的材質選擇更改為H13。 如果條件良好， 還可以依據(jù)設計的結果來應用有限元方法， 通過計算機仿真軟 件模擬成形過程，這樣可以得到更加精準的結果。 5.1 模具尺寸的確定 凹模內腔尺寸的確定要綜合考慮和分析模具材料在加工成形過程當中因為受 力的作用而產生的尺寸變化， 這種變化會使得其數(shù)值隨著模具材質、 過盈配合以 及內腔形狀的變化而變化。 計算結果與實際結果在一般的情況之下， 這兩者的出 入會比較大，因此在設計過程之中不能根據(jù)仿真結果或者計算數(shù)值來進行修正， 應當在盡可能將成形尺寸落在公

9、差范圍以內的條件之下， 使得模具能進行適當?shù)?修正，所以內腔的直徑應該設計在下偏差處。 例如產品的尺寸為（①52±0.05）,模芯是硬質合金材料，凸模的單位壓應力 的數(shù)值是1750MPa寸，估算擠壓時候的模具可能會有0.03mm左右的擴大，因此 靜態(tài)模具尺寸其數(shù)值可以設置為①=51.92mm當產品的尺寸為（①52±0.1 ） mm 的時候，靜態(tài)模具尺寸其數(shù)值就可以設置為①=51.90mm 外形尺寸最主要考慮的因素是裝配關系， 由此確定好定位面， 從而就可以確定 其精度和公差的范圍。按照上述的步驟，得出所設計的凹模的形狀及尺寸如圖 1-7 所示。 在冷擠壓齒輪的時候， 影響擠壓模具的

10、幾何形狀的因素有很多， 其主要因素有： 齒輪的模數(shù)和齒數(shù)、精整帶（即工作帶）的高度以及凹模進口部分的形狀等 等。 齒輪的模數(shù)和齒數(shù)對擠壓力的影響， 其實就是對毛坯斷面收縮率的影響。 凹 模進口的部分形狀主要是受半徑方向的入口角ai大小與切線方向的入口角a 2 大小的所影響的。 a i角的大小對擠壓力的影響就跟正擠壓圓柱形零件的情況相似，通過減小ai 角可以使得擠壓力降低。但是由于齒輪擠壓加工的時候ai角的大小僅僅只對齒 峰部分有影響的，所以它的影響程度比正擠壓圓柱零件時小。當a i的大小減小 到100° -120°的時候，會使得開始擠壓的時候的齒形充填不滿。當a 2=180°的 時候，雖然齒峰的充填情況較之要好，但是所受擠壓力會變大。 a 2角的大小降低的時候雖然所受擠壓力會變小，但是當a 2< 90。的時候會造 成齒部對圓柱體部分的過渡區(qū)域擴大。止匕外，如果a 2角角度太大，就會使得凹 模進口過渡部分之上的齒形太過尖銳，嚴重的可能會導致局部的變形非常劇烈， 使得毛坯上的磷化層遭到破壞， 從而引起凹模齒峰的精整部分 （即工作帶） 很快 地磨損掉，工作壽命大大地縮短。當a 2角度值接近180°的時候，所受擠壓力 就會增大，進而導致零件齒形的充填情況變壞。 所以，綜上分析之后得出，在正擠壓齒輪時，可以采用a1=120。、a 2=90°。