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四直角彎曲件 彎曲模具設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 班 級(jí) 材料134 學(xué) 號(hào) 201306404 姓 名 楊江峰 指導(dǎo)教師 李一楠 目錄 一、模具設(shè)計(jì)的內(nèi)容 2 二、設(shè)計(jì)要求 2 三、模具設(shè)計(jì)的意義 2 四、彎曲工藝簡(jiǎn)介 3 （一）、彎曲工藝的概念 3 （二）、彎曲的基本原理 3 （三）、彎曲件的質(zhì)量分析 4 （四）、彎曲件的工藝性 5 五、設(shè)計(jì)方案的確定 6 （一）、彎曲件工藝分析 6 （二）、彎曲件坯料展開(kāi)尺寸的計(jì)算 7 （三）、彎曲力的計(jì)算與壓力機(jī)的選用 7 （四）、彎曲模工作部分尺寸設(shè)計(jì) 10 六、模具整體結(jié)構(gòu) 15 七、總結(jié) 16 八、參考文獻(xiàn) 17 一、模具設(shè)計(jì)的內(nèi)容 設(shè)計(jì)一副如下圖所示彎曲件的成形模型，主要考慮其彎曲模的設(shè)計(jì)： 二、設(shè)計(jì)要求 1．設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)1份 2．主要零件圖4張 3．模具裝配圖1份 三、模具設(shè)計(jì)的意義 沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì)是材料成型機(jī)控制工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程。通過(guò)模具的課程設(shè)計(jì)使學(xué)生加強(qiáng)對(duì)課程知識(shí)的理解，在掌握材料特性的基礎(chǔ)上掌握金屬成形工藝和塑件成型工藝，掌握一般模具的基本構(gòu)成和設(shè)計(jì)方法，為學(xué)生的進(jìn)一步發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的理論、實(shí)踐基礎(chǔ)。 四、彎曲工藝簡(jiǎn)介 （一）、彎曲工藝的概念 把板料、管材或型材等彎曲成一定曲率或角度，并得到一定形狀的沖壓工序成為彎曲。用彎曲方法加工的零件種類非常多，如汽車縱梁、自行車車把、儀表電器外殼、門搭鉸鏈等。最常見(jiàn)的彎曲加工是在普通壓力機(jī)上使用彎曲木壓彎。 （二）、彎曲的基本原理 以V形板料彎曲件的彎曲變形為例進(jìn)行說(shuō)明。其過(guò)程為： 1、凸模運(yùn)動(dòng)接觸板料（毛坯）由于凸、凹模不同的接觸點(diǎn)力作用而產(chǎn)生彎矩，在彎矩作用 下發(fā)生彈性變形，產(chǎn)生彎曲。 2、隨著凸模繼續(xù)下行，毛坯與凹模表面逐漸靠近接觸， 使彎曲半徑及彎曲力臂均隨之減少，毛坯與凹模接觸點(diǎn)由凹模兩肩移到凹模兩斜面上。（塑變開(kāi)始階段）。 3、隨著凸模的繼續(xù)下行，毛坯兩端接觸凸模斜面開(kāi)始彎曲。（回彎曲階段）。 4、壓平階段，隨著凸凹模間的間隙不斷變小，板料在凸凹模間被壓平。 5、校正階段，當(dāng)行程終了，對(duì)板料進(jìn)行校正，使其圓角直邊與凸模全部貼合而成所需形狀。 （三）、彎曲件的質(zhì)量分析 在實(shí)際生產(chǎn)中，彎曲件的質(zhì)量問(wèn)題有：拉裂、截面畸變、翹曲及回彈?；貜検窃O(shè)計(jì)彎曲件的主要考慮因素之一。 1.彎曲件的回彈 回彈——常溫下的塑性彎曲和其它塑性變形一樣，在外力作用下產(chǎn)生的總變形由塑性變形和彈性變形兩部分組成。當(dāng)彎曲結(jié)束，外力去除后，塑性變形留存下來(lái)，而彈性變形則完全消失。彎曲變形區(qū)外側(cè)因彈性恢復(fù)而縮短，內(nèi)側(cè)因彈性恢復(fù)而伸長(zhǎng)，產(chǎn)生了彎曲件的彎曲角度和彎曲半徑與模具相應(yīng)尺寸不一致的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象稱為彎曲件的彈性回跳（簡(jiǎn)稱回彈）彎曲件的回彈現(xiàn)象通常表現(xiàn)為兩種形式：一是彎曲半徑的改變，由回彈前彎曲半徑r0變?yōu)榛貜椇蟮膔1。二是彎曲中心角變變，由回彈前彎曲中心角度α0（凸模的中心角度）變?yōu)榛貜椇蟮墓ぜ?shí)際中心角度α1 2.影響回彈的主要因素 1）材料的力學(xué)性能 2）相對(duì)彎曲半徑r／t 3）彎曲中心角α 4）彎曲方式及彎曲模板料 5）彎曲件形狀 6）模具間隙 3．減少回彈的措施 1）選用合適的彎曲材料 2）改進(jìn)彎曲工藝 3）改進(jìn)零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4）改進(jìn)模具結(jié)構(gòu) 4.回彈值的確定 由于R/t=1<5，屬于大變形。大變形（r/t<5）時(shí)彎曲件圓角半徑變化很小，而只修正彎曲角。 單角90校正彎曲回彈角 材料 R/t ≤1 1~2 2~3 Q215、Q235 1~1.5 0~2 1.5~2.5 純銅、鋁、黃銅 0~1.5 0~3 2~4 模具設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)彎曲件彎曲角為j=90時(shí)，取凸模角度jT=j-Dj。 該彎曲件彎曲角都為90，其回彈角查表得Dj=2,則jT=j-Dj=88。jD= （四）、彎曲件的工藝性 1．最小彎曲半徑 在保證外層纖維不發(fā)生破壞的條件下，所能彎曲零件內(nèi)表面的最小圓角半徑，稱作彎曲件的最小彎曲半徑，表示彎曲時(shí)的成形極限。由于該材料為H62查手冊(cè)得其rmin/t=0.8,故r=2mm滿足最小彎曲半徑的要求。 2、彎曲件直邊高度 彎曲件的彎曲邊高度不宜太小，h>R+2t，如彎曲邊高度太小，則難以形成足夠的彎矩。 3.孔邊距離 如果彎曲毛坯上有預(yù)先沖制的孔，為使孔型不發(fā)生變化，必須使孔置于變形區(qū)之外，即孔邊距L應(yīng)符合以下關(guān)系： 當(dāng)t<2mm時(shí)，L>=t；t>=2mm，L>=2t。 4.形狀與尺寸的對(duì)稱性 彎曲件的形狀與尺寸應(yīng)盡可能對(duì)稱，高度也不應(yīng)相差太大。 五、設(shè)計(jì)方案的確定 （一）、彎曲件工藝分析 該彎曲件名為帶孔的四直角相反彎曲對(duì)稱件，尺寸無(wú)精度要求，材料是H62，黃銅。采用復(fù)合模沖壓成形，其需要經(jīng)過(guò)三道工序完成：落料、復(fù)合彎曲、沖兩側(cè)孔。落料工序已經(jīng)在上道工序中沖制完成。本模具是完成1個(gè)U形和2個(gè)V形彎曲的沖壓工藝，彎曲角都是90。 （二）、彎曲件坯料展開(kāi)尺寸的計(jì)算 1．中性層的確定 由于中性層的長(zhǎng)度在彎曲變形前后不變，其長(zhǎng)度就是彎曲件坯料展開(kāi)尺寸的長(zhǎng)度。而欲求中性層長(zhǎng)度就必須找到其位置，用曲率半徑r0表示。中性層位置與板料厚度t、彎曲半徑r、變薄系數(shù)等因素有關(guān)，在實(shí)際生產(chǎn)中為了使用方便，通常用下面的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定中性層的位置： r0=r+xtr=+ 式中：r r0——中性層半徑；r——彎曲件內(nèi)彎半徑； 有色金屬?gòu)澢?0時(shí)的應(yīng)變中性層系數(shù)x R/t 0.5 0.8 2.0 3.0 4.0 5.0 x 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 從彎曲件圖可以看到：圓角半徑都為r=2mm，板料厚度t=2mm，查表得x=0.31，則中性層半徑為：r0=r+xt=2+0.312=2.62mm 2.毛坯展開(kāi)尺寸計(jì)算 由于圓角半徑r>0.5t所以毛坯展開(kāi)長(zhǎng)度等于彎曲件直線部分長(zhǎng)度與彎曲部分中性層展開(kāi)長(zhǎng)度的總和，即 L=li+p/2x(ri+xt)=11+11+40+4+4-4+4p+8x0.31=81mm （三）、彎曲力的計(jì)算與壓力機(jī)的選用 1．彎曲力的計(jì)算 彎曲力是指彎曲件在完成預(yù)定彎曲時(shí)所需要的壓力機(jī)施加的壓力，是設(shè)計(jì)沖壓工藝過(guò)程和選擇設(shè)備的重要依據(jù)之一。彎曲力的大小與毛坯尺寸、零件形狀、材料的機(jī)械性能、彎曲方法和模具結(jié)構(gòu)等多種因素有關(guān)，理論分析方法很難精確計(jì)算，在實(shí)際生產(chǎn)中常按經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。 1） 自由彎曲時(shí)的彎曲力公式 F自=CKBt2sb/r+t C—與彎曲形式有關(guān)的系數(shù)，對(duì)于V形件C取0.6；對(duì)于U形件C取0.7； K—安裝系數(shù)，一般取1.3； B—料寬（mm）； t—料厚（mm）； r—彎曲半徑（mm）； sb—材料強(qiáng)度極限（MPa）。 2） 校正彎曲公式 F校=pA p—單位面積上的校正力（MPa）； A—校正面垂直投影面積（mm2）。 單位校正壓力p的數(shù)值 材料厚度 t（mm） <3 3~10 鋁 30~40 50~60 黃銅 60~80 80~100 10~20鋼 80~100 100~120 3） 計(jì)算 本彎曲件彎曲部分，其中兩處V形彎曲，一處U形彎曲。材料H62的sb=600Mpa。 V形彎曲力：Fv=0.61.310222+2600=4680N U形彎曲力：Fu=0.71.310222+2600=5460N F總=2Fv+Fu=24680+5460=14820N 總彎曲力： F頂=0.5F總=7410N 校正彎曲力：查表取p=70Mpa，F(xiàn)校=707010=49000N 2.壓力機(jī)的選用 型號(hào) 公稱壓力（KN） 滑塊行程（mm） 行程次數(shù)（/min） 最大閉合高度（mm） 閉合高度調(diào)節(jié)量(mm) 工作臺(tái)尺寸（mm） 墊板尺寸（mm） 模柄孔尺寸（mm） J23-3.15 31.5 25 170 120 25 前 后 160 左右250 厚 度 30 孔徑110 直徑 ?25 深 度 40 壓力機(jī)的選取總原則：壓力機(jī)的公稱壓力必須大于彎曲時(shí)的所有工藝力之和。由于本模具是利用凹模的擺動(dòng)，使毛坯在壓力機(jī)滑塊下壓時(shí)一次彎曲成形。但這類彎曲模存在一個(gè)共同的弊病，這就是彎曲回彈較大，很難實(shí)現(xiàn)校正彎曲。因此該模具的壓力機(jī)選擇主要考慮自由彎曲力，由經(jīng)驗(yàn)公式得： F壓力機(jī)≥1.3（F總+F頂）≈28.9KN 由上述可知，該彎曲件彎曲所需的壓力是28.9KN，查取模具設(shè)計(jì)手冊(cè)，可選取具有以上規(guī)格的壓力機(jī)。 沖模的閉合高度是指滑塊在下死點(diǎn)即模具在最低工作位置時(shí)，上模座上平面與下模座下平面之間的距離H。沖模的閉合高度必須與壓力機(jī)的裝模高度相適當(dāng)，即沖模的閉合高度應(yīng)介于壓力機(jī)的最大裝模高度Hmax 和最小裝模高度Hmin之間起關(guān)系為： Hmax-5≥H≥Hmin+10 （四）、彎曲模工作部分尺寸設(shè)計(jì) 1、凸模圓角半徑 當(dāng)彎曲件的相對(duì)彎曲半徑r/t較小時(shí)，取凸模圓角半徑等于或略小于工件內(nèi)側(cè)的圓角半徑r，但不能小于材料所允許的最小彎曲半徑rmin。由前面所述，該工件的相對(duì)彎曲半徑等于最小相對(duì)彎曲半徑，那么，凸模的圓角半徑應(yīng)等于工件內(nèi)側(cè)圓角半徑，即Rp=2mm。 2、凹模圓角半徑 凹模圓角半徑的大小不會(huì)直接影響到彎曲件的圓角半徑，但是過(guò)小的凹模圓角半徑會(huì)使彎矩的彎曲力臂減小，毛坯如凹模困難，會(huì)擦傷毛坯表面。另外，凹模兩側(cè)的圓角半徑必須相等，否則會(huì)引起板料偏移。在實(shí)際生產(chǎn)中通常根據(jù)材料厚度選取凹模圓角半徑： 當(dāng)t≤2mm，Ra=（3~6）t；t=2~4mm，Ra=（2~3）t。由于采取復(fù)合模彎曲，凹模還要實(shí)現(xiàn)兩處V型彎曲工藝，且r=2mm，因此，取Ra=2mm。 3、凹模深度 凹模深度要適當(dāng)，若過(guò)小則彎曲件兩端自由部分太長(zhǎng)，工作回彈大，不平直；若深度過(guò)大則凹模過(guò)高，浪費(fèi)模具材料并需要較大的壓力機(jī)工作行程。對(duì)于U型彎曲件，如果彎曲件直邊較長(zhǎng)，凹模深度可以小于工件高度，凹模深度Lo值見(jiàn)下表： 彎曲U型件的凹模深度Lo（mm） 彎曲件邊長(zhǎng)l 板料厚度t <1 >1~2 >2~4 >4~6 <50 15 20 25 30 50~75 20 25 30 35 75~100 25 30 35 40 100~150 30 35 40 45 150~200 35 40 45 50 但由于本模具不但要進(jìn)行U形彎曲，同時(shí)也要對(duì)U形彎曲件的直邊進(jìn)行V形彎曲，因此考慮實(shí)際模具，選擇凹模深度Lo=10mm。 4、凸、凹模的間隙 彎曲V形件時(shí)，凸、凹模之間的間隙是靠調(diào)整壓力機(jī)的閉合高度來(lái)控制的，但設(shè)計(jì)中必須考慮在合模時(shí)使毛坯完全壓靠，以保證彎曲件的質(zhì)量。 對(duì)于U形件彎曲，必須合理選擇凸、凹模間隙。間隙過(guò)大，則回彈也大，彎曲件尺寸和形狀不易保證；間隙過(guò)小，會(huì)使零件邊部壁厚減薄，降低模具壽命，且彎曲力大。生產(chǎn)中常按材料性能和厚度選取： 對(duì)鋼板C=（1.05~1.15）t，對(duì)有色金屬C=（1.0~1.1）t 由于H62是黃銅，屬有色金屬，取C=1.0t=2mm。 5、U形彎曲處的凸、凹模工作部分尺寸及公差 凸、凹模工作部分尺寸主要是指彎曲件的凸、凹模的橫向尺寸。當(dāng)工件標(biāo)注外形尺寸時(shí)，應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)件，間隙取在凸模上；當(dāng)工件標(biāo)注內(nèi)形尺寸時(shí)，應(yīng)以凸模為基準(zhǔn)件，間隙取在凹模上。而凸、凹模的尺寸和公差應(yīng)根據(jù)工件尺寸、公差、回彈情況以及模具的磨損規(guī)律而定。 1）彎曲件標(biāo)注外形尺寸 凹模尺寸為 Ld=(L-34D)0+dd 凸模尺寸為 Lp=（Ld—2C）-dp0 2）彎曲件標(biāo)注內(nèi)形尺寸 凸模尺寸為L(zhǎng)p=(L+34D)-dp0 凹模尺寸為 Ld=(Lp+2C)0+dd 式中： L——U形彎曲件基本尺寸，mm； Lp、Ld——凸、凹模工作部分尺寸，mm； D——彎曲件公差，mm； dp、dd——凸、凹模制造公差，選用IT7~IT9級(jí)精度，mm； C——凸、凹模單面間隙。 由彎曲件圖可以看出彎曲件標(biāo)注外形尺寸，且彎曲件未標(biāo)注尺寸公差，則按未按公差I(lǐng)T14 級(jí)來(lái)處理，查表得彎曲件外形B1=70mm的公差D1=0.74mm，內(nèi)形B2=40mm的公差D2=0.62mm，凹模制造公差dd，選用IT8級(jí)精度dd=0.046mm，凸模制造公差dp，選用IT8級(jí)精度dp=0.030mm。 則彎曲件外形尺寸Bd=（B-34D）0+dd=69.440+0.046 mm Bp=（Bd-2C）-dp0=65.04-0.0300 mm 彎曲件內(nèi)形尺寸 Bp=(B+34D)-dpo=40.16-0.0300 mm Bd=（B+2C）0+dd=44.560+0.046 mm 6、模具零件材料的選取 模具材料的選取一般原則為：要有足夠的使用性能；良好的工藝性—好的淬透性、耐回火性高、熱處理變形小；合理的經(jīng)濟(jì)性能。應(yīng)考慮到的因素：模具的工作條件—受力狀態(tài)、工作溫度、腐蝕等；模具工作性質(zhì)及其加工手段；模具熱處理要求等。 凸、凹模的常用材料及熱處理要求 沖件情況 選用材料 熱處理 硬度HRC 一般彎曲的凸模、凹模及鑲塊 T8A、T10A 淬火 56-60 要求高度耐磨的凸模、凹模及鑲塊 CrWMn 淬火 60-64 形狀復(fù)雜的凸模、凹模及鑲塊 Cr12 淬火 生產(chǎn)量大的的凸模、凹模及鑲塊 Cr12MoV 淬火 選取Cr12為凸、凹模的材料。 7、模具零件形式的選取 1）模架的選取 該彎曲模選用無(wú)導(dǎo)向裝置的沖模，其上下模間的相對(duì)位置是在壓力機(jī)上安裝時(shí)調(diào)整的，工作過(guò)程中由壓力機(jī)的導(dǎo)軌精度保證，因此裝配時(shí)，上、下?？梢元?dú)立進(jìn)行，彼此基本無(wú)關(guān)。 由于下模有彈頂機(jī)構(gòu)，可利用下墊板通過(guò)對(duì)彈頂裝置的定位，從而達(dá)到固定下模的作用，而凸模與模柄聯(lián)結(jié)可直接在滑塊的直線上下運(yùn)動(dòng)的控制下實(shí)現(xiàn)其上下運(yùn)動(dòng)，無(wú)需導(dǎo)向裝置和上模座，簡(jiǎn)化了模具的結(jié)構(gòu)。由于下模座不是標(biāo)準(zhǔn)模座，取設(shè)計(jì)其尺寸為180x90x20（mm），凸模長(zhǎng)度取40mm，凹模擺動(dòng)塊的厚度為30mm，定位板的厚度為10mm，凹模支架為20mm，閉合高度h=118mm，滿足所選開(kāi)式壓力機(jī)的閉合高度要求。 2）模柄的選擇 模柄的作用是將模具的上模座固定在沖床的滑塊上。常見(jiàn)的模柄形式有壓入式模柄、旋入式模柄、凸緣模柄、浮動(dòng)式模柄、槽型模柄、通用模柄、推入式模柄。模柄的長(zhǎng)度不能大于壓力機(jī)滑塊里模柄孔的深度，模柄直徑與模柄孔一致，并以H7m6過(guò)渡配合。根據(jù)模具的總體特點(diǎn)，選用凸緣模柄，此模柄用螺釘與上模緊固在一起。 3）凸模固定板的選取 該模具中模柄直接與凸模固定，無(wú)需固定板。 4）螺釘、銷釘?shù)倪x取 螺釘用于固定模具零件，一般選用內(nèi)六角螺釘；銷釘起定位作用，常用圓柱銷釘。它們的選取應(yīng)根據(jù)沖壓力大小、凹模厚度等確定。 六、模具整體結(jié)構(gòu) 七、總結(jié) 在這次為期兩周的課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我通過(guò)在設(shè)計(jì)過(guò)程中不斷地發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤、改正錯(cuò)誤的過(guò)程中，對(duì)過(guò)去所學(xué)的專業(yè)知識(shí)有了更深刻的理解，明白了書(shū)本上的知識(shí)是如何在實(shí)踐運(yùn)用中得到體現(xiàn)的，同時(shí)也了解了模具設(shè)計(jì)的大概流程，為未來(lái)的就業(yè)打好了更扎實(shí)的基礎(chǔ)。 在課堂上學(xué)到的知識(shí)是分散的、零碎的，當(dāng)我深入去了解時(shí)，才驚訝的發(fā)現(xiàn)模具設(shè)計(jì)是一個(gè)多么嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪^(guò)程，除了少部分機(jī)械的選擇要靠經(jīng)驗(yàn)公式以外，其他諸如最小彎曲半徑、中性層系數(shù)之類的都有其嚴(yán)格的取值范圍，模具的設(shè)計(jì)就是從一環(huán)跳到另一環(huán)，環(huán)環(huán)相扣的過(guò)程，一環(huán)的出錯(cuò)可能就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)設(shè)計(jì)鏈的崩潰。當(dāng)然，模具設(shè)計(jì)也不是死板的，它更像是帶著鐐銬舞蹈，在種種局限的范圍里，如何讓設(shè)計(jì)出來(lái)的模具更可靠、更經(jīng)濟(jì)、更簡(jiǎn)潔才是模具設(shè)計(jì)者真正的追求，作為初學(xué)者的我當(dāng)然是做不到這一點(diǎn)。盡管經(jīng)過(guò)兩周的努力得到了這份設(shè)計(jì)，但其必然是粗糙的，因此設(shè)計(jì)更加的完善也必然是我未來(lái)專業(yè)之路上的不懈追求。 最后，在這里我要向本次專業(yè)課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)老師李一楠老師表示深切的感謝。不僅是感謝她在本次設(shè)計(jì)中的指導(dǎo)與幫助，更是感謝她在過(guò)去的大學(xué)四年里對(duì)我們的每一份關(guān)懷與照顧。 八、參考文獻(xiàn) 1.《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》 主編 姜奎華.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1998.5 2.《機(jī)械制圖》 主編 楊月英 馬曉麗. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2012.9 3.《AutoCAD 2012繪制機(jī)械圖》 主編 楊月英 張效偉. 中國(guó)建材工業(yè)出版社.2012.2 4.《互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)》 主編 周兆元 李翔英. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.3