毕业设计（论文）-杆类零件的弯曲模工艺及模具设计.doc

本科毕业论文（设计）论文题目：杆类零件的弯曲模工艺及模具设计杆类零件的弯曲工艺及模具设计 姓名：黄楠楠学号：103004010118班级：1班年级：2010级专业：机械设计制造及其自动化学院：机械工程学院指导教师：张家伟 副教授 张巍完成时间：2014年 4月 25 日作者声明本毕业设计是在导师的指导下由本人独立撰写完成的，没有剽窃、抄袭、造假等违反道德、学术规范和其他侵权行为。对本设计的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。因本毕业设计引起的法律结果完全由本人承担。毕业设计成果归武昌工学院所有。特此声明作者专业：机械设计制造及其自动化作者学号：1030040101118作者签名：2014 年 4 月 25 日 杆类零件的弯曲模不要弯曲工艺及模具设计 黄楠楠Rod parts bending process and the mold designHuang，Nan nan2014年4月 25 日2摘 要 弯曲是使材料发生塑性变形，形成一定曲率和角度零件的冲压工艺，弯曲工艺在冲压生产中应用较为广泛。本次不要论文是为现有杆类零件进行弯曲模具设计，该杆类零件主要用于汽车底盘挂钩上面的钢丝件。首先对零件进行分析首先前面加：本论文，其次制定相应的加工工序图工艺，再次根据工艺绘制零件的加工工序图，最后根据零件的工序进行模具的设计。通过模具设计，可以很大程度上提高模具的可靠性、缩短模具的设计和制造的时间、提高模具的使用寿命。本次设计是在原有模具的基础上，针对生产中出现的问题，对原有模具进行改进设计，改进设计后的模具对实际生产有一定的生产指导意义。同时，弯曲工艺中很容易发生回弹现象，本文还分析合理的控制回弹量的大小对弯曲件的质量有直接的意义。同时，本文还分析了影响弯曲件质量的主要因素，影响因素有零件的回弹、材料的机械性能、零件的弯曲中心角等方面，本文着重从理论上介绍了影响回弹的因素及减小回弹量的措施，因为弯曲工艺中很容易发生回弹现象，合理的控制回弹量的大小对弯曲件的质量有直接的意义。下面英文摘要随着中午摘要的改变重新翻译关键字：弯曲模；模具设计；回弹分析3 Pick toAbstract Bending plastic deformation in the materials, form a certain Angle and curvature of parts stamping process, the bending process has been widely applied in stamping production. This paper is for the existing rod parts bending die design, the rod parts wire is mainly used for automobile chassis link the above parts. Analyze the parts first, second, formulate the corresponding processing process diagram, again according to the process of drawing parts machining process diagram, according to the procedure for the design of mould parts. Through the mold design, can largely improve the reliability of the mold, shorten the time of mold design and manufacturing, improve the service life of mould. The design is based on the original mould, in view of the problems arising from the production, to improve the original mold design, improve design of mould for the actual production has a certain guiding significance to the production. At the same time, the bending process is easy to occur the springback phenomenon, this paper also analysis the size of the reasonable control of the springback amount of bending parts quality has a direct significance.Key words: Bending die; Mold design; TheThe不要 springbackspring back analysis各关键词均小写目 录目录格式不对，后面的页数明显没有对齐引 言11 弯曲模设计的内容及意义31.1弯曲模设计的内容31.2本课题的研究意义42 弯曲工艺的相关简介52.1弯曲工艺的概念52.2弯曲的基本原理52.3 弯曲件的质量分析52.4回弹值的计算62.5 减少回弹的措施72.6 回弹值的确定82.7 其他影响因素92.8 弯曲件的工艺性92.9 最小相对弯曲半径103 弯曲模设计方案的确定113.1弯曲件工艺分析113.2弯曲力的计算与压力机的选用113.3 弯曲模工作部分尺寸设计134 模具的工作原理及生产注意事项155 总结17参 考 文 献18致 谢19 引 言目前在国内市场，杆类零件的需求量比较大，大部分的零件都与汽车行业相关，比如说汽车底盘上的挂勾挂钩钢丝件，以及油缸的进气排气管钢丝件。钢丝件冲压是金属加工的一种基本的加工方法，它用以加工各种钢丝件和板料零件，具有生产效率高、尺寸精度好、重量轻、成本低并易于实现机械化和自动化的特点。杆类零件的加工方法有很多种，一部分杆类零件可以通过数控车床来成型，但是面对弯曲很灵活的杆类零件来说，数控车床很难完成加工。在这种情况下，冲压模具加工的零件不仅比数控车床更灵活，更简单，而且生产效率高，如果在精度要求不高的情况下，可以采用数控冲床在进行加工；精度要求高时，可以进行人工操控，对零件进行跟踪以便修改模具。即使是在之前所有工序都完成了，还有遗漏掉的工序也可以进行人工的模具修改和设计，从而再次加工零件，使零件成型。在加工过程中，即使是模具坏了或是偏位了，通过人工进行修模，还可以反复利用。冷冲压加工与其他加工方法比，无论在技术方面还是在经济方面都具有其独特的优点，其加工出来的零件的高精度、高复杂程度、高统一性、高生产率和低消耗。是其他加工方法不能比拟的。但须指出的是，进行冲压加工必须有相应的模具，模具是技术密集型的产品，其制造是单间小批量生产。具有难加工、高精度、高技术要求、高生产成本的特点。所有只有在大批量生产中，才能体现冲压加工较好的经济效益。冷冲压模具的设计、成形作为现代工业生产中一种十分重要的加工方法，其加工对象可以是各种板料零件、棒料零件、管材零件等，这种加工方法具有很多独特的优势，其加工成形零件具有高灵活、重轻性、高刚度、高强度、互换性好、成本低、生产过程可以实现机械自动化及高的生产效率等优点，是一种其它加工方法不能比拟的先进制造技术，在现在工业生产和制造业中具有很强的竞争力，也被广泛应用于汽车、能源、机械、信息、航天航天、国防工业和日常生活的生产之中的各种小、中部件。就拿我们日常生活中使用的挂钩来说，它就是用一跟金属棒料在冲压床上利用模具对棒料弯曲而冲压出来的。由于冲压加工有突出的优点,因此广泛应用于大规模生产,在现代工业生产中占有重要地位,有必要在国防工业的生产机械和加工方法。这句话不通顺本次毕业设计是对钢丝件进行弯曲设计，主要是用于汽车底盘上的挂钩。以前对钢丝件的弯曲也是通过模具弯曲形成了加工成型，但是模具标准化程度不高，模具及其零件部件的商品率偏低，模具制造的专业化程度和集中化程度待进一步提高。通过这次对杆类零件的弯曲模具设计，可以提高模具的可靠性、增加零件的成型率、提高模具的寿命。合理的设计模具的结构，使模具能平稳的工作；采用合理的材料制造模具，增加模具的强度、冲击韧度、耐磨性、耐腐蚀性、刚性、热稳定性和耐热疲劳性；采用合理的润滑方式，让模具在良好的环境下工作。 1 弯曲模设计的内容及意义1.1弯曲模设计的内容 设计题目：钢丝件弯曲模设计 零件名称：汽车底盘挂钩 生产批量：大批量 如图1.1钢丝件弯曲，此钢丝件材料为低碳钢，Q235，直径为10长，长度为159.41.图 1.1零件的展开长度1.1.1弯曲模具设计的前期准备确定工件类型是弯曲模具后，要根据零件的工序图纸和零件生产批量的要求，对弯曲零件进行工艺分析。根据确定弯曲模具结构形式,弯曲的结构画的一部分,然后画一个示意图是工件,其目的是分析确定结构合理,能够满足产品的需求空白弯曲后,修改模图根据分析的结果,确定最佳准备弯曲模的结构。1.1.2模具的组成钢丝件弯曲模的上模主要是由凸模、上垫板组成。下模主要由凹模、底座。定位是由顶杆、支撑块、滚花螺母组成。1.1.3材料分析材料有较好的延展性开头空两格、可塑性，由于它的含碳量低（在0.120.16%之间），材料的硬度比较低，所以材料适用于弯曲成型。1.1.4结构分析该钢丝件结构相对简单适合采用弯曲生产。开头空两格图1.2 压弯1论文中没有提到：图1.2，不知道这两个图是干什么的？所以在原文中要补充说明图1.3压弯2问题同上1.2本课题的研究意义本次毕业设计是对钢丝件进行弯曲设计，主要是用于汽车底盘上的挂钩。以前对钢丝件的弯曲也是通过模具弯曲形成了加工成型，但是模具标准化程度不高，模具及其零件部件的商品率偏低，模具制造的专业化程度和集中化程度待进一步提高。通过这次对杆类零件的弯曲模具设计，可以提高模具的可靠性、增加零件的成型率、提高模具的寿命。合理的设计模具的结构，使模具能平稳的工作；采用合理的材料制造模具，增加模具的强度、冲击韧度、耐磨性、耐腐蚀性、刚性、热稳定性和耐热疲劳性；采用合理的润滑方式，让模具在良好的环境下工作。2 弯曲工艺的相关简介2.1弯曲工艺的概念所谓弯曲是值将金属板材、型材、棒材或管材等毛坯按照设计要求成形为所需要零件形状的一种冲压工序。弯曲工艺在现在工业生产中应用很普遍。其加工出来的零件的种类繁多，如汽车上很多小部件，小汽车的底盘和油缸的小部件，汽车车头、车门锁等。 弯曲件的工艺性是指的弯曲部分的形状,大小,选择材料和技术要求,是否满足弯曲过程的要求。有良好的冲压工艺性的弯曲部分,不仅可以提高工件的质量,降低废品率,而且可以简化工艺和模具结构,降低材料消耗。2.2弯曲的基本原理下面以V形板料弯曲件的弯曲变形来举例进行说明。其过程为：1）凸模向下运动，接触代加工零件,由于不同的凸、凹模接触力和弯矩产生弯曲力,弯曲部分,不要在弯矩作用下弹性变形,不要弯曲此过程为弹性变形阶段。2）随着凸模继续向下运动,加工零件和模具表面逐渐密切接触,使弯曲半径 和弯曲力矩发生改变,毛坯与凹模接触点由凹模两端移到凹模两斜面上，从而使代“曲”字与上面的“随”字对齐加工零件发生塑性变形,这是代加工的零件发生塑性变形,部分形状的变化。(塑性变形)。此过程为塑性变形阶段3）随着凸模的继续向下运动，毛坯的两端最先受到弯曲力矩，接触凸模斜面开始弯曲。最先接触凸模的点发生弯曲，凹模接触点的支撑力是代加工零件发生弯曲。（回弯曲阶段）此过程为弯曲阶段（回弯曲阶段是什么概念，我好像没听过）4）压平阶段，凸模先下挤压，凹凸莫之间的间隙越来越小，由于凸模和凹模的相互运动和挤压，使弯曲的部分在斜面上定型，而最先被挤压弯曲的部分由于凹凸模的挤压而压平。此过程为压平阶段5）校正阶段，当凸模行程结束后，对板料进行校正，是零件与凹模形状一致，从而达到预期的效果。此过程为校正阶段 最后要做一个简单的总结，大致意思如下：就是叙述弯曲成型的阶段有以上五个阶段，模具的各个参数会影响每一个过程，因此合理的设计模具是决定产品质量高低的关键因素（你自己再总结下吧）2.3 弯曲件的质量分析在实际生产过程中，影响弯曲件质量的主要因素有零件的回弹、材料的机械性能、零件的弯曲中心角等因素，下面重点介绍回弹因素，具体有如下几点。2.3.1零件的回弹回弹常温下，在外力作用下产生的总变形由塑性变形和弹性变形两部分组成。在弯曲刚好形成，外力撤去时，此时正是材料的塑形变形，而弹性变形则完全消失。弯曲变形区外侧因弹性恢复而缩短，内侧因弹性恢复而伸长，产生了弯曲件的弯曲角度和弯曲半径与模具相应尺寸不一致的现象。这种现象称为弯曲件的弹性回跳（简称回弹）论文中最好不出现括号。直接写“简称回弹”就可以了。零件回弹现象通常由弯曲半径的改变 和弯曲中心角变变表现出来。2.3.2影响回弹的主要因素1）如果材料的屈服点越高，弹性模量就越小，零件的回弹值就越大；反之相反。2）零件的相对弯曲半径越小，回弹值就越小。3）零件的角度越小，受弯矩影响的区域也就越大，回弹值也越大，回弹角也越大“大”字与上面的“零”对齐。 4）零件的厚薄也能影响回弹值的大小，零件越厚，回弹越大；反之相反。5）自由弯曲与校正弯曲相比较，校正弯曲可增加圆角，从而减小的塑性变形程度问题同上，也能减小回弹。 6）成型零件比较复杂，一次成型要压很多，这样各处回弹能相互牵制，也能减小问题同上回弹。 2.4回弹值的计算 弯曲回弹的计算相对复杂，也不精确，而且还受很多因素的影响。所以在生产中，我们一般是先根据力学公式和经验公式的计算，得出一个参考值，再在接下来的试模中进行修正。当r/t10时，因零件的相对弯曲半径变大，零件的回弹不仅受角度的影响，还有弯曲半径的影响。这时，回弹值可按下式2.1和式2.2进行计算，然后在实际的生产过程中再经行产品的跟踪，以便于进行模具的调试。 （式2.1） （式2.2） 式中：r工件的圆角半径，单位mm； 凸模的圆角半径，单位mm； 弯曲件的角度，单位（）； 弯曲凸模角度，单位（）； t毛坯的厚度，单位mm； E弯曲材料的弹性模量，单位MPa； 弯曲材料的屈服点，单位MPa。 通过上述公式的计算得出的值是近似值。根据以往经验，调试凸模时，放大弯曲半径比收小弯曲半径容易。因此，相对于r/t值较大的零件，实际生产中希望后零件成型后的实际弯曲半径比图纸相对弯曲半径尺寸小些，以便在试模后比较容易地调试模具。 2.5 减少回弹的措施2.5.1选用合适的弯曲材料在满足零件成型和使用的要求下，尽量选用弹性模量大、屈服极限小、机械性能比较稳定的材料，以减少回弹。2.5.2改进弯曲工艺 1）采用热处理工艺 对一些硬化材料，在加工前先要对零件经行退火处理，降低硬度，使零件更容易成型，等加工完后再进行淬火处理。 2）增加校正工序运用校正弯曲工序，对弯曲件施加较大的校正压力，可以改变其变形区的应力应变状态，以减少回弹量。通常，当弯曲变形区材料的校正压缩量为板厚的2%5% 时，就可以得到较好的效果。2.5.3改进零件的结构设计把压弯区域做成加强肋或压成形边翼，这样加强的零件的刚性，能使回弹减小。2.5.4改进模具结构 1）补偿法利用不同部位回弹的方向相反的特点，预先计算出回弹的大概值，然后对凹模凸模经行试模，采用反方向的回弹来补偿回弹值。 2）校正法当零件材料的厚度在0.8mm 以上、材料的塑性比较好、零件的弯曲半径不是很大时，可以改变凸模结构，使校正力集中的变形区域内，加大变形区域内应力的程度，是回弹可以相互抵消。 3）采用聚氨酯弯曲模改变凹模的材料，采用聚氨酯作为模具的凹模，弯曲时，加工零件逐渐被压弯，使零件与聚氨酯凹模接触，增加的弯曲力会使凹模发生微弱的变形，从而减小回弹。2.6 回弹值的确定1）小变形（r/t10）自由弯曲时的凸模弯曲角和凸模圆角半径的关系如式2-3和2-4 （式2-3） （式2-4）式中：凸模圆角半径； r零件圆角半径； 零件弯曲角； 凸模弯曲角； 材料屈服点； E材料弹性模量； t板料厚度；2）大变形（r/t5）时零件的圆角半径变化不是很明显，而只能根据弯曲角进行修正。表2-1 单角90校正弯曲回弹角材料r/t11223Q215、235Q11.5021.52.5纯铜、铝、黄铜01.50324对于弯曲件弯曲角不为90时回弹角： （式2-5）式中：弯曲角为时的回弹角； 弯曲件弯曲角； 弯曲角为90的回弹角；在进行模具设计时，当零件的弯曲角时，实际的凸模角度取；当时，实际的凸模角度取，但是在实际的生产中可能还会根据试模的结果来进行修正。该弯曲件弯曲角都90和86.1，其回弹角查表2-1得，则2.7 其他影响因素2.7.1弯曲件的弯裂弯曲件的变形区夹在在拉伸区之间的区域，当变形区域受到的力过大，甚至超过材料的屈服极限时，就会产生裂纹。零件的相对弯曲半径r/t越小时，则收到的力也就越大，就越容易产生裂纹。2.7.2弯曲件的滑移零件装夹在模具上时，会跟模具产生摩擦，当受到的摩擦力就不均匀时，就会使零件产生偏移，使加工出来的零件达不到预期的效果： 1） 产生偏移的原因：由于两边磨擦力不等。模具工作部分不对称，模具的中心不是在零件的加工中心。两边折弯的数量不一，使两头产生力不同，容易是零件产生偏移。 2） 防止偏移的措施 尽可能使用对称凹模，圆角边缘是相等的,统一的间隙,使用弹性装置的模具结构,定位销模具结构。2.8 弯曲件的工艺性2.8.1最小弯曲半径在保证外层纤维不发生破坏的条件下，所能弯曲零件内表面的最小圆角半径，称作弯曲件的最小弯曲半径，表示弯曲时的成形极限。影响最小弯曲半径的因素有空两格：材料的力学性能和机械性能；弯曲线的方向；板料的宽度；板料的表面质量；零件弯曲时弯曲角；板料的厚度。2.8.2弯曲件直边高度零件弯曲时弯曲边的高度不宜过小，大小因在。2.9 最小相对弯曲半径 ； ；而零件的相对弯曲半径为：，所以在弯曲工艺时加工时不需要采用特殊的加工工艺。3 弯曲模设计方案的确定3.1弯曲件工艺分析该弯曲件名为钢丝件，形状为圆柱体，尺寸无精度要求，材料是Q235，普通碳素钢。采用冲压成形，其需要经过5道工序完成：落料、墩包1、墩包2、压弯1、压弯2。落料、墩包1、墩包2工序已经在上道工序中冲制完成。本次模具模具是完成压弯的冲压工艺，弯曲角第一个是90，第二个是86.1。3.2弯曲力的计算与压力机的选用3.2.1弯曲力的计算 弯曲应力指的是截面上一点的应力，这里指正应力，如果在整个截面将正应力对中面取矩积分，就得到一个弯矩，这就是弯曲内力。弯曲应力的大小和弯矩成正比，和杆件截面模量成反比。杆件的截面模量是形常数（截面的形状尺寸已定），所以弯曲应力与材料弹性模量无关。弯曲变形才与材料弹性模量及截面的惯性矩之乘积成反比。，理论分析方法很难精确计算，在实际生产中常按经验公式进行计算。1） 自由弯曲时的弯曲力公式 V形弯曲件： （式3-1）式中：自由弯曲力； B弯曲件的宽度； t弯曲件厚度； r内圆弯曲半径； 弯曲材料的抗拉强度； K安全系数，一般取1.3。2） 校正弯曲力公式 为了提高弯曲件的精度，减小回弹，在弯曲的终了阶段对弯曲件的圆角及直边进行精压，称为校正性弯曲。校正性弯曲时的弯曲力可用下公式计算： （式3-2）式中：校正力，单位N； 单位面积上的校正力，单位Mpa，（见表3-1）； A弯曲件被校正部分的投影面积，单位mm2。表3-1 单位校正弯曲力 单位（MPa）材 料材 料 厚 度 t/mm13191925253235螺钉规格M4、M5M5、M6M6、M8M8、M10M10、M12但是空两格，实际上还要根据实际模具的强度及材料的硬度要选取。4 模具的工作原理及生产注意事项4.1工作原理模具由凸模、凸模固定板、凹模、销钉、底座、顶杆、螺钉、弹簧、支撑块、滚花螺母等组成。模具的工作过程：开启模具后，将棒料放在凹模上，通过支撑块固定在凹模上，利用弹簧和滚花螺母做成一个可以收缩式的装夹装置，将棒料紧固，通过凹模中间的槽将零件固定，凸模向下行运动，完成弯曲工艺。当行程终了时，凸模回程，人工将弯曲件取出，完成一个工作流程。4.2生产注意事项 冷冲模具的使用寿命和工作的安全与模具的安装和装夹是否正确有着密切的关联。 1）凸模因该正确的装夹的压力机上，而且还要夹稳，这样可以防止模具发生偏移，而且还能防止安全事故的发生。 2）模具在安装时，先用吊车将模具运到工作台上，根据摆放零件的压弯方向来装夹凸模。先固定上模，然后根据上模的位置固定下模。 3）对于小型模具来说，大多数采用压板压紧，将上垫板放在机床上，通过夹具夹紧，再用螺栓加固。 4）固定下模则是采用镶嵌式的固定，在机床上开有固定长度的槽，将整块底镶嵌进去，在利用螺栓固定。 5）在模具工作的过程中，由于模具的相互挤压和机床的震动，可能引起各处螺栓的松动，操作人员必须时刻检查各处螺栓是否松动，避免引起不必要的损失。4.3模具的使用注意事项 1）在使用模具之前，应该检查模具是否处于良好状态，所用的模具型号和凹凸模基本结构是否与工艺规程一致。 2）用于加工的毛坯表面要洁净，不要有毛刺。 3）定期检查压力机，保证其行程高度在合格范围内。 4）定期对模具进行维护性修理。4.4压力机应具有安全保护装置 压力机的装置应该具备下面的某一项功能，防止一切人身事故的反生。 1）为了防止人身事故的发生和工作生产需要，当压力机滑块到达死点前100200mm处，工作人员必须重新启动开关一次，滑块才能继续向下滑行，否则自行停止。 2）工作人员必须双手同时操作开关，压力机才会运行，当启动其中一个时，被视为启动无效，压力机不会运行，而停止只需要松开其中一个开关就能停止运行了。3）安装防打连车装置；防止刚性离合器失灵后，如果工作人员的脚直踩着踏板上，压力机滑块连续运行而发生的人身事故。 5 总结4 通过这次毕业设计，我的从大学只会学习一些理论知识到一个对模具设计有一定了解的设计人员，在这其中，我不仅仅温习了大学所有的专业课的知识，也加强了自己对设计解决能力，更让我了解到想做好一件事情需要付出很大的努力，在对模具进行设计的过程中，我翻阅很多相关的书籍，而这些书籍是之前没有接触到的。也和同学之间进行了交流，相互学习，在交流中加深了自己对模具设计的理解能力。这次的课程设计我们需要绘制二维图和三维图，我们使用的是AutoCAD和Solidworks。在模具设计的过程中遇到许多问题，后来在老师傅的指导和帮助下，我才能很好的完成这次的设计。 这次毕业设计对我来说，是对大学四年的一个交代，也是对以后工作的一个铺垫，虽然在这次设计中遇到了很多的困难，但是靠自己的努力还是如期的完成了本次设计，也使自己知道交流是多么的重要，在遇到思维卡壳的时候，多多向别人请教。通过本次毕业设计，加深我对模具设计的了解，希望能在以后的工作中做得更好。参 考 文 献 1王后面空一个孝培主编. 冲压手册M.第版北京：机械工业出版社.20052李硕本等编著. 冲压工艺理论与新技术M.北京：机械工艺出版社.2011与上面的“李”字对齐.11.213-2633肖景荣等编著.冲压工艺学M. 北京：机械工