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四直角彎曲件 彎曲模具設計說明書 班 級 材料134 學 號 201306404 姓 名 楊江峰 指導教師 李一楠 目錄 一、模具設計的內容 2 二、設計要求 2 三、模具設計的意義 2 四、彎曲工藝簡介 3 （一）、彎曲工藝的概念 3 （二）、彎曲的基本原理 3 （三）、彎曲件的質量分析 4 （四）、彎曲件的工藝性 5 五、設計方案的確定 6 （一）、彎曲件工藝分析 6 （二）、彎曲件坯料展開尺寸的計算 7 （三）、彎曲力的計算與壓力機的選用 7 （四）、彎曲模工作部分尺寸設計 10 六、模具整體結構 15 七、總結 16 八、參考文獻 17 一、模具設計的內容 設計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計： 二、設計要求 1．設計計算說明書1份 2．主要零件圖4張 3．模具裝配圖1份 三、模具設計的意義 沖壓成形工藝與模具設計是材料成型機控制工程專業(yè)的專業(yè)基礎課程。通過模具的課程設計使學生加強對課程知識的理解，在掌握材料特性的基礎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成和設計方法，為學生的進一步發(fā)展打下堅實的理論、實踐基礎。 四、彎曲工藝簡介 （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。最常見的彎曲加工是在普通壓力機上使用彎曲木壓彎。 （二）、彎曲的基本原理 以V形板料彎曲件的彎曲變形為例進行說明。其過程為： 1、凸模運動接觸板料（毛坯）由于凸、凹模不同的接觸點力作用而產生彎矩，在彎矩作用 下發(fā)生彈性變形，產生彎曲。 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，毛坯與凹模接觸點由凹模兩肩移到凹模兩斜面上。（塑變開始階段）。 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，當行程終了，對板料進行校正，使其圓角直邊與凸模全部貼合而成所需形狀。 （三）、彎曲件的質量分析 在實際生產中，彎曲件的質量問題有：拉裂、截面畸變、翹曲及回彈。回彈是設計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，在外力作用下產生的總變形由塑性變形和彈性變形兩部分組成。當彎曲結束，外力去除后，塑性變形留存下來，而彈性變形則完全消失。彎曲變形區(qū)外側因彈性恢復而縮短，內側因彈性恢復而伸長，產生了彎曲件的彎曲角度和彎曲半徑與模具相應尺寸不一致的現(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嶋H中心角度α1 2.影響回彈的主要因素 1）材料的力學性能 2）相對彎曲半徑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）改進彎曲工藝 3）改進零件的結構設計 4）改進模具結構 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 模具設計時，當彎曲件彎曲角為j=90時，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，表示彎曲時的成形極限。由于該材料為H62查手冊得其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應符合以下關系： 當t<2mm時，L>=t；t>=2mm，L>=2t。 4.形狀與尺寸的對稱性 彎曲件的形狀與尺寸應盡可能對稱，高度也不應相差太大。 五、設計方案的確定 （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稱件，尺寸無精度要求，材料是H62，黃銅。采用復合模沖壓成形，其需要經過三道工序完成：落料、復合彎曲、沖兩側孔。落料工序已經在上道工序中沖制完成。本模具是完成1個U形和2個V形彎曲的沖壓工藝，彎曲角都是90。 （二）、彎曲件坯料展開尺寸的計算 1．中性層的確定 由于中性層的長度在彎曲變形前后不變，其長度就是彎曲件坯料展開尺寸的長度。而欲求中性層長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，在實際生產中為了使用方便，通常用下面的經驗公式來確定中性層的位置： r0=r+xtr=+ 式中：r r0——中性層半徑；r——彎曲件內彎半徑； 有色金屬彎曲90時的應變中性層系數(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.毛坯展開尺寸計算 由于圓角半徑r>0.5t所以毛坯展開長度等于彎曲件直線部分長度與彎曲部分中性層展開長度的總和，即 L=li+p/2x(ri+xt)=11+11+40+4+4-4+4p+8x0.31=81mm （三）、彎曲力的計算與壓力機的選用 1．彎曲力的計算 彎曲力是指彎曲件在完成預定彎曲時所需要的壓力機施加的壓力，是設計沖壓工藝過程和選擇設備的重要依據(jù)之一。彎曲力的大小與毛坯尺寸、零件形狀、材料的機械性能、彎曲方法和模具結構等多種因素有關，理論分析方法很難精確計算，在實際生產中常按經驗公式進行計算。 1） 自由彎曲時的彎曲力公式 F自=CKBt2sb/r+t C—與彎曲形式有關的系數(shù)，對于V形件C取0.6；對于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.壓力機的選用 型號 公稱壓力（KN） 滑塊行程（mm） 行程次數(shù)（/min） 最大閉合高度（mm） 閉合高度調節(jié)量(mm) 工作臺尺寸（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 壓力機的選取總原則：壓力機的公稱壓力必須大于彎曲時的所有工藝力之和。由于本模具是利用凹模的擺動，使毛坯在壓力機滑塊下壓時一次彎曲成形。但這類彎曲模存在一個共同的弊病，這就是彎曲回彈較大，很難實現(xiàn)校正彎曲。因此該模具的壓力機選擇主要考慮自由彎曲力，由經驗公式得： F壓力機≥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，查取模具設計手冊，可選取具有以上規(guī)格的壓力機。 沖模的閉合高度是指滑塊在下死點即模具在最低工作位置時，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的裝模高度相適當，即沖模的閉合高度應介于壓力機的最大裝模高度Hmax 和最小裝模高度Hmin之間起關系為： Hmax-5≥H≥Hmin+10 （四）、彎曲模工作部分尺寸設計 1、凸模圓角半徑 當彎曲件的相對彎曲半徑r/t較小時，取凸模圓角半徑等于或略小于工件內側的圓角半徑r，但不能小于材料所允許的最小彎曲半徑rmin。由前面所述，該工件的相對彎曲半徑等于最小相對彎曲半徑，那么，凸模的圓角半徑應等于工件內側圓角半徑，即Rp=2mm。 2、凹模圓角半徑 凹模圓角半徑的大小不會直接影響到彎曲件的圓角半徑，但是過小的凹模圓角半徑會使彎矩的彎曲力臂減小，毛坯如凹模困難，會擦傷毛坯表面。另外，凹模兩側的圓角半徑必須相等，否則會引起板料偏移。在實際生產中通常根據(jù)材料厚度選取凹模圓角半徑： 當t≤2mm，Ra=（3~6）t；t=2~4mm，Ra=（2~3）t。由于采取復合模彎曲，凹模還要實現(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，若過小則彎曲件兩端自由部分太長，工作回彈大，不平直；若深度過大則凹模過高，浪費模具材料并需要較大的壓力機工作行程。對于U型彎曲件，如果彎曲件直邊較長，凹模深度可以小于工件高度，凹模深度Lo值見下表： 彎曲U型件的凹模深度Lo（mm） 彎曲件邊長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行U形彎曲，同時也要對U形彎曲件的直邊進行V形彎曲，因此考慮實際模具，選擇凹模深度Lo=10mm。 4、凸、凹模的間隙 彎曲V形件時，凸、凹模之間的間隙是靠調整壓力機的閉合高度來控制的，但設計中必須考慮在合模時使毛坯完全壓靠，以保證彎曲件的質量。 對于U形件彎曲，必須合理選擇凸、凹模間隙。間隙過大，則回彈也大，彎曲件尺寸和形狀不易保證；間隙過小，會使零件邊部壁厚減薄，降低模具壽命，且彎曲力大。生產中常按材料性能和厚度選?。? 對鋼板C=（1.05~1.15）t，對有色金屬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。當工件標注外形尺寸時，應以凹模為基準件，間隙取在凸模上；當工件標注內形尺寸時，應以凸模為基準件，間隙取在凹模上。而凸、凹模的尺寸和公差應根據(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）彎曲件標注內形尺寸 凸模尺寸為Lp=(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級精度，mm； C——凸、凹模單面間隙。 由彎曲件圖可以看出彎曲件標注外形尺寸，且彎曲件未標注尺寸公差，則按未按公差IT14 級來處理，查表得彎曲件外形B1=70mm的公差D1=0.74mm，內形B2=40mm的公差D2=0.62mm，凹模制造公差dd，選用IT8級精度dd=0.046mm，凸模制造公差dp，選用IT8級精度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??；合理的經濟性能。應考慮到的因素：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 形狀復雜的凸模、凹模及鑲塊 Cr12 淬火 生產量大的的凸模、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 該彎曲模選用無導向裝置的沖模，其上下模間的相對位置是在壓力機上安裝時調整的，工作過程中由壓力機的導軌精度保證，因此裝配時，上、下?？梢元毩⑦M行，彼此基本無關。 由于下模有彈頂機構，可利用下墊板通過對彈頂裝置的定位，從而達到固定下模的作用，而凸模與模柄聯(lián)結可直接在滑塊的直線上下運動的控制下實現(xiàn)其上下運動，無需導向裝置和上模座，簡化了模具的結構。由于下模座不是標準模座，取設計其尺寸為180x90x20（mm），凸模長度取40mm，凹模擺動塊的厚度為30mm，定位板的厚度為10mm，凹模支架為20mm，閉合高度h=118mm，滿足所選開式壓力機的閉合高度要求。 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。常見的模柄形式有壓入式模柄、旋入式模柄、凸緣模柄、浮動式模柄、槽型模柄、通用模柄、推入式模柄。模柄的長度不能大于壓力機滑塊里模柄孔的深度，模柄直徑與模柄孔一致，并以H7m6過渡配合。根據(jù)模具的總體特點，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，一般選用內六角螺釘；銷釘起定位作用，常用圓柱銷釘。它們的選取應根據(jù)沖壓力大小、凹模厚度等確定。 六、模具整體結構 七、總結 在這次為期兩周的課程設計過程中，我通過在設計過程中不斷地發(fā)現(xiàn)錯誤、改正錯誤的過程中，對過去所學的專業(yè)知識有了更深刻的理解，明白了書本上的知識是如何在實踐運用中得到體現(xiàn)的，同時也了解了模具設計的大概流程，為未來的就業(yè)打好了更扎實的基礎。 在課堂上學到的知識是分散的、零碎的，當我深入去了解時，才驚訝的發(fā)現(xiàn)模具設計是一個多么嚴謹?shù)倪^程，除了少部分機械的選擇要靠經驗公式以外，其他諸如最小彎曲半徑、中性層系數(shù)之類的都有其嚴格的取值范圍，模具的設計就是從一環(huán)跳到另一環(huán)，環(huán)環(huán)相扣的過程，一環(huán)的出錯可能就會導致整個設計鏈的崩潰。當然，模具設計也不是死板的，它更像是帶著鐐銬舞蹈，在種種局限的范圍里，如何讓設計出來的模具更可靠、更經濟、更簡潔才是模具設計者真正的追求，作為初學者的我當然是做不到這一點。盡管經過兩周的努力得到了這份設計，但其必然是粗糙的，因此設計更加的完善也必然是我未來專業(yè)之路上的不懈追求。 最后，在這里我要向本次專業(yè)課程設計的指導老師李一楠老師表示深切的感謝。不僅是感謝她在本次設計中的指導與幫助，更是感謝她在過去的大學四年里對我們的每一份關懷與照顧。 八、參考文獻 1.《沖壓工藝與模具設計》 主編 姜奎華.北京：機械工業(yè)出版社.1998.5 2.《機械制圖》 主編 楊月英 馬曉麗. 北京：機械工業(yè)出版社.2012.9 3.《AutoCAD 2012繪制機械圖》 主編 楊月英 張效偉. 中國建材工業(yè)出版社.2012.2 4.《互換性與測量技術基礎》 主編 周兆元 李翔英. 北京：機械工業(yè)出版社，2011.3