二级圆柱齿轮减速器的设计.doc

成都理工大学工程技术学院本科毕业论文闭角U形件弯曲模设计作者姓名：闻 亮指导教师：周立华专业名称：机械工程及自动化成都理工大学工程技术学院二OO六年六月摘 要摘 要我国模具工业的发展之快有目共睹。加入WTO后，各行业大批境外企业进入我国市场，使作为支持工业的模具工业也迎来了新一轮的发展机遇，同时也面临着国外先进技术和高品质制品的挑战。模具工业中，冲压模具的比重达50%并且还有逐步增大的趋势。这样对冲压模具的设计者的要求也越来越高。本文研究冲压模具中的闭角弯曲模的模具设计。本文首先简要介绍了我国模具工业的发展将面临新的机遇和挑战。然后针对模具工业中的闭角弯曲模具（冷冲压）进行了详细的研究，通过对闭角弯曲件的冲裁和弯曲工艺性进行分析、拟定方案、计算数据、最终选定了冲压设备和并进行模具零件的设计，完成闭角弯曲件模具的设计。关键词：冲压模具 闭角弯曲模 冲压方案 模具设计AbstractThe development of mold profession is obvious to all quickly in our country. After joining WTO, various professions large quantities of out-of-country enterprises inrushing, causes the support industry mold profession the recent turn of development opportunity, at the same time also faces overseas advanced technical and the high quality product challenge. In the mold profession, the ramming mold proportion reaches 50% and also has increases gradually. Like this more and more is also high to the ramming mold design request.In paper research ramming mold closed bevel bending die design. The paper first briefly introduced our country mold industry development will face the new opportunity and the challenge. Then has conducted the detailed research in view of in the mold industry in cold ramming closed bevel curving mold, through the mold craft analysis, draws up the plan, the data computation, chooses the ramming equipment and the mold components design, finally completes the closed bevel curving mold the design.Keywords: Ramming mold，closed bevel bending，die ramming plan，mold design- 25 -目 录目 录摘 要Abstract目 录1绪 论11.1模具工业发展情况11.2设计任务12拟定方案32.1工艺性分析32.1.1冲裁的工艺性32.1.2弯曲的工艺性42.2拟定方案53数据计算73.1尺寸计算7 3.1.1展开尺寸的计算7 3.1.2公差的计算8 3.1.3 排样和搭边9 3.2选定冲压设备10 3.2.1冲裁部分计算10 3.2.2弯曲部分计算11 3.2.3选择压力机124模具设计15 4.1V型模具参数的确定15 4.1.1弯曲模的圆角半径15 4.1.2模具工作部分深度15 4.1.3回弹角的确定16 4.2U型模具参数的确定17 4.2.1凸凹模间隙的计算17 4.2.2凸凹模尺寸的计算18 4.3模具零件设计19 4.4模具的运动分析20总 结22致 谢24参考文献25附 件261 绪 论1绪 论1.1 模具工业发展情况八十年代以来，中国模具工业发展十分迅速。在新世纪来到之际，我国模具工业的发展将面临新的机遇和挑战。国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，也为其发展提供了巨大的动力。回顾以往，展望未来，我们满怀信心期待模具技术在“十五”期间有更快的发展。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。模具是一种技术密集、资金密集型产品，在我国国民经济巾的地位也非常重要。模具工业已被我国正式确定为基础产业，并在“十五”中列为重点扶持产业。由于新技术、新材料、新工艺的不断发展，促使模具技术不断进步，对人才的知识、能力、素质的要求也在不断提高。本次毕业设计即是设计冲压模具。1.2 设计任务任务是设计闭角U形件弯曲件的模具，闭角U形件为弯曲角小于的U形件。常见的这类零件有文件夹、燕尾型工件的保护套。该类零件形状复杂，难于用机加法进行生产；采用塑性成型方法比较方便可靠，而且生产效率高、成本低，但是需要设计相应的模具。由于闭角U形件两侧边和底边的夹角小于，弯曲时如何设计模具是使两侧边紧贴弯曲凸模形成一定的弯角以及弯曲后如何取件是设计该副模具的技术难点。此次设计即是设计一套闭角弯曲模。模具零件图及要求如下页：2 拟定方案2拟定方案2.1 工艺性分析冲压件的工艺性是指冲压加工中的难易程度。冲压工艺性的好坏直接影响到冲压件的质量、模具寿命、材料消耗、生产率和冲压成本。甚至直接影响到冲压工艺的实施。因此，冲压中应尽可能提高冲压件的工艺性。2.1.1 冲裁的工艺性上一章讲诉设计任务是设计闭角弯曲件的模具，此零件材料是Q235，Q235的各项力学性能如下：表2.1 材料的力学性能材料名称牌号材料状态力学性能抗剪强度抗拉强度屈服点伸长率（%）/MPa普通碳素刚Q235未退火3043734324612352125使板料分离的冲压工艺叫冲裁。冲裁过程是瞬间完成的。为了控制冲裁件的质量，就需要对冲裁的三个阶段进行控制。而冲裁过程是很复杂的，冲裁变形区为凸、凹模刃口连线的周围材料部分，其变形性质是以剪切变形为主，还伴随拉伸、弯曲和横向挤压等变形。要认真分析冲裁的各个方面。1冲裁件的形状应尽可能设计的简单、对称，使排样时废料尽量减少，此工件总体成矩形，满足要求。2冲孔尺寸应不易过小，否则凸模强度不够，易折断。表2.2 冲孔的最小直径材料牌号孔的直径dQ235d=t如表1.1所示孔的直径不小于板厚，此零件孔直径5mm大于板厚1mm，满足要求。3带孔的板料在弯曲时，冲孔件的孔与孔之间，孔与边缘之间的距离a不能过小，否则容易破裂，而且孔的边缘容易产生膨胀或歪扭变形。表2.3 孔到边缘和孔间距的最小距离材料牌号Q235孔到边缘距离a=t孔间距离a=t孔到边缘距离37.5mm孔间距离135mm均远大于板厚1mm，满足要求。2.1.2 弯曲的工艺性弯曲件的尺寸精度与板料的力学性能、板料的厚度、模具结构和模具精度、工艺的数量和工艺的先后次序以及工件本身的尺寸等因数有关。1因为该工件各尺寸无特殊要求，弯曲件的精度要求不高，按IT12精度确定。2弯曲件的形状：弯曲件左右对称、可以不用压料板和定位销等定位压料零件，但是为了进一步提高零件精度，弯曲时利用零件上的孔可以进行定位。3弯曲件的弯曲半径：主要为了防止如果工件半径过小在弯曲时拉应力达到或超过材料的抗拉强度，使材料外部出现断裂致使工件报废。因此弯曲时不能小于最小圆角半径R。该工件材料为Q235。查表如下： 表2.4 许用最小弯曲半径材料及牌号退火或正火的冷作硬化的弯曲线位置Q235同中硬刚20、30、45垂直碾压方向平行碾压方向垂直碾压方向平行碾压方向上表中，t为板料厚度，由此可得出零件的弯曲半径R=3符合此要求。4弯曲件的孔边距离：时满足工艺要求。由上分析可知：由于零件的形状、尺寸大小、以及材料的选取能够符合冲压工艺的要求，并且冲压工艺性较好，加工容易能够满足零件的要求。2.2 拟定方案根据冲压弯曲件的特点、生产批量、以及现有设备和生产能力等的关系，冲制一个带孔的零件，一般需要经过落料、冲孔等几道工序才能完成。根据此零件的加工要求应有冲孔、落料、弯曲三步。有四种可行的方案：方案一：冲孔 落料 弯曲此方案冲孔落料弯曲分三步进行，这些工序如果采用单工序模，则每一道工序要一副模具。模具、冲压设备和工人都要增加，各道工序间的半成品运输也会增多。而采用多工序模就可以克服以上缺点。冲孔工序是在板材上冲两个孔，落料工序是冲裁下矩形的板材，冲孔落料都比较简单，冲孔最先完成可以作为落料的定位装置，其中冲孔落料可以设计成连续模，连续模就是多工序模的一种。弯曲作为后一道工序，并且孔还可以为其定位。此方案是把三道工序分开（或者是冲孔落料用连续模和弯曲两个工序）这个方案工序较多都不很复杂，或者作成连续模较复杂，不适宜。方案二：落料 冲孔 弯曲此方案落料冲孔弯曲也是分三步进行，这些工序如果采用单工序模，则每一道工序要一副模具。模具、冲压设备和工人都要增加，各道工序间的半成品运输也会增多。而且落料最先进行，冲孔排在后面没法为落料定位，虽说这两道工序都不复杂，但是工序多了浪费了时间，不适宜。方案三：落料冲孔 弯曲此方案分两步进行，落料冲孔用一套模具，落料冲孔都较容易，共用一套模具也不难实现，弯曲另外使用一套模具，正好孔可以为弯曲定位，这样分步加工即不复杂也容易实现。方案四：落料冲孔弯曲此方案三道工序在一套模具中实现，虽然模具变的最少但是因为一套模具要完成三道工序难度较大，不适宜。综合上面四套方案，第三个方案即不复杂，工序也不算多，为加工这个零件的首选方案。3 工艺数据计算3 工艺数据计算3.1尺寸计算3.1.1 展开尺寸的计算工件在冲裁时为了能够准确的下料，使工件最终能够达到零件的加工要求，以及确定模具的结构尺寸。因此必须进行展开尺寸的计算。零件的简图如下：图3.1 零件图(单位:mm)设计要求：材料：Q235厚度：1mm批量生产在板料弯曲时，弯曲件毛坯展开尺寸的准确与否，直接关系到所弯曲工件的尺寸精度。而弯曲中性层在弯曲变形的前后长度不变，因此，可以用中性层长度作为计算弯曲部分展开长度的依据。根据公式注：中性层系数 内圆角半径板厚 板件弯曲角表3.1 中性层系数x值3mm中性层参数0.46 在机械设计手册中查得该尺寸所在的尺寸范围内按精度等级按，表3.2 外型的公差外形基本尺寸/mmIT12/mm长度220宽度33其偏差分别为和。因此在进行冲裁下料时其尺寸应为：为了保证弯曲的质量，宽裁减成（32.9120.30）mm，板料裁减成长为（2200.52）mm。因为此工件长度和宽度方向要求不高只是对孔和闭角角度有一定要求，所以长度和宽度按IT12级精度确定。3.1.2 公差的计算尺寸公差是指允许尺寸的变动量。标准公差等级的选用是一项重要的，同时又是一项比较困难的工作，因为公差等级的高低直接影响产品的使用性能和加工的经济性。公差等级过低，产品质量得不到保证；公差等级过高，将使制造成本增加。所以，必须要考虑矛盾的两方面，正确合理的选用公差等级。选用公差等级的原则是：在充分考虑使用要求的前提下，考虑工艺的可能性，尽量选用精度较低的公差等级。外形与内孔的公差值：表3.3 外形与内孔的公差值零件尺寸长220mm（150-300）零件板厚1mm外形的公差值0.52mm孔距尺寸上下偏差：表3.4 孔距尺寸上下偏差孔距尺寸L=135mm零件板厚1mm孔距尺寸上下偏差值mm图3.2 孔距尺寸上下偏差图3.3 孔中心与边缘距离偏差孔外边缘轮廓偏移的极限偏差：孔中心与边缘距离偏差：3.1.3 搭边和排样搭边就是在排养时制作件之间以及制件与条料侧边之间多余的料。搭边料为废料，但在工艺上能起很大的作用能补偿定位误差，使条料在进送时有一定的刚度，便于送料。搭边值的留量与板料厚度，材料种类，制件形状，冲模结构图3.4 搭边值的选取和送料形式有关，搭边值的留量太大，浪费材料，太小，工件易产生毛刺，有时会损坏刃口，降低模具寿命。搭边值：根据材料要求查表如下：表3.5 低碳钢的搭边a和a1数值(mm)材料厚度t矩形件边长l50或圆角r2t工件间a侧面a10.81.21.5t1.8t3.2 选定冲压设备3.2.1 冲裁部分计算冲裁力是选择压力机的主要依据，也是模具设计必须的数据。所以冲裁力的计算直接影响到压力机的选取。冲裁力：在生产使用中，考虑到刃口变钝、间隙不匀和材料性能波动等原因，通常按下式计算冲裁力：卸料力： Kx卸料力系数 P冲裁力推件力： Kt推件力系数 P冲裁力 顶件力： Kd顶件力系数 P冲裁力压板力： 推板反压力： 总压力：3.2.2 弯曲部分计算图3.5 弯曲弯曲力是设计弯曲模和选压力机吨位的重要依据。特别在弯曲线较长、相对弯曲半径较小、材料的强度较大，而弯曲设备的吨位和功率相对有限的情况下必须对弯曲力进行精确计算。弯曲力的计算如下页： 系数 取（11.3） 弯曲力系数 弯曲件宽度毛坯件厚度 材料强度极限凸模圆角半径在工件加工过程中由于工件会产生弯曲回弹，会影响工件弯曲质量，为了减小回弹，保证零件精度，因此采用校正弯曲。校正弯曲是指在板料终了阶段凸模继续下行将弯曲件压靠在凹模上，这一过程为校正弯曲。在校正弯曲时，校正力比压弯力大得多，因此一般只计算校正力。V型和U型件弯曲的校正力公式为： -单位面积上的校正力/MPa -校正部分的投影面积/ -弯曲力校正部分的垂直投影面积的计算：A=22024=5280mm校正力的计算： 3.2.3 选择压力机在此零件的生产中，因为可能要加装卸料装置，而一般液压压力机一般都不具有，所以选用机械压力机即一般为曲柄压力机。压力机的滑块下压时的冲击力为压力机的压力。由曲柄压力机的工作原理可知，压力机滑块的压力在整个行程中不是一个常数，而是随着曲柄的转尖而不断变化的，压力机的标称压力必须大于冲压工艺所需的冲压力。根据以上的计算冲裁可以选择40吨的压力机。弯曲可以大致选择63吨的压力机。又根据最大装模高度和最小装模高度、工作台尺寸和模柄孔尺寸来具体选择。压力机的装模高度是指滑块在下止点时，滑块低平面到工作台上垫板平面之间的高度。调节压力机的连杆长度，可以调节装模高度的大小。模具的闭合高度应在最大装模高度和最小装模高度之间。压力机工作台面尺寸应大于冲模的最大平面尺寸。一般工作台面尺寸每边应大于模具下模座尺寸，以便安装固定模具用的螺钉和压板。（长/左右：100mm710mm；宽/前后250mm480mm）有安装螺钉和压板的空间。模柄孔装的上模座对上模起固定作用还要对零件施力的模柄孔满足要求。滑块内安装模柄用的孔直径和模柄直径的基本尺寸应一致，模柄的高度应小于模柄孔的深度。必须保证压力机的电动机功率大于冲压时的所需功率。冲裁的压力机只需保证板厚小于最大装模高度并且压力机的压力能够冲裁板材即可所以选择型号为J2140的压力机。弯曲的压力机根据上述比较确定型号为J2163的压力机满足条件。这两种压力机的具体参数见下页表：表3.6 开式固定压力机（部分）参数冲裁压力机弯曲压力机型号J2140J2163标称压力/kN400630滑快行程/mm80100行程次数/（次/min）8045最大装模高度/mm330400连杆调节长度/mm7080工作台尺寸前后左右/（mmmm）模柄孔尺寸直径深度/mm电动机功率/kW5.55.54 模具设计4 模具设计4.1 V型模具参数的确定4.1.1 弯曲模的圆角半径在工件进行V型弯曲时，如果无凸模圆角半径或圆角半径过小，一方面会使工件在弯曲时起皱，影响工件弯曲质量，同时还会产生应力集中，影响模具的寿命；另一方面如果凹模圆角半径过小，弯曲的力臂减小，毛坯沿凹模圆角滑进时阻力增大，从而增加弯曲力，使毛坯表面擦伤。对称压弯件两边的凹模圆角半径应一致，否则压弯时毛坯回产生偏移。因此模具在设计时须确定弯曲凸模的圆角半径。当弯曲件的相对弯曲半径较小时，凸模圆角半径等于弯曲件的弯曲半径，但必须大于最小弯曲半径。在该设计中由于工件的弯曲半径比较小，因此设计时凸模的圆角半径等于弯曲件的弯曲半径为：。此时，对于V型弯曲件凹模有：由于材料为Q235中等硬度，考虑到其工件的回弹量不大，因此上式系数取0.8即可。4.1.2 模具工作部分深度弯曲模的深度要适当。若过小，工件两端的自由部分较长，弯曲件回弹大，不平直。过大，浪费材料，且须较大的压力机行程。结合本次设计，弯曲V型件时，凹模深度及最小厚度可查表：表4.1 弯曲凸模深度弯曲件边长/材料厚度10252010154.1.3 回弹角的确定在材料弯曲变形结束，工件不受外力作用时，由于弹性恢复，使弯曲件的角度、弯曲半径与模具的形状尺寸不一致，这种现象称为回弹。弯曲回弹的表现形式有：1. 弯曲半径增大。2. 弯曲件角度增大。影响回弹角的因数有：1） 材料的力学性能，材料的屈服点愈高，弹性模量愈小，弯曲回弹愈大。即的比值愈大，材料的回弹愈大。2） 相对弯曲半径愈小，回弹值愈小。3） 弯曲件角度愈小，表示弯曲变形区域愈大，回弹的积累愈大，回弹角也愈大。4） 弯曲方式：自由弯曲和校正弯曲比较，由于校正弯曲可以增大圆角处的塑性变形程度，因而有较小的回弹。5） 模具间隙：压制U形件时，模具间隙对回弹值有直接影响。间隙大，回弹就大；间隙小，材料被压紧，回弹就小。6） 工件形状：工件形状复杂，一次弯曲时的成形角的数量愈多，各部分的回弹相互牵制，回弹就小。7） 非变形区的影响：对V形件的小半径进行校正弯曲时，由于非变形区的直边有校正作用，所以弯曲后的回弹是直边和圆角区的符合。弯曲件的回弹角：表4.2 U形件弯曲时的回弹角材料的牌号凹模和凸模的单边间隙Z回弹角Q23531.0由于影响弯曲回弹的因数很多，而且各因数又相互影响，因此，计算回弹角比较复杂，也不准确。在生产中一般按经验数表或力学公式计算出回弹值。已知，弯曲半径的回弹值不大，因此，只考虑角度回弹，经查表得，弯曲时选用得材料硬度不大，另外此零件采取校正弯曲、减小凸凹模间隙和将凹模两侧分别作出等于回弹量的斜度，可以把回弹角控制在4.2 U型模具参数的确定4.2.1凸凹模间隙的计算对于V型弯曲件，凸模和凹模之间的间隙由调节压力机的装模高度来控制。凸模和凹模之间的间隙值对弯曲件回弹、表面质量、和弯曲力均有很大的影响。间隙愈大，回弹增大，工件误差加大，间隙过小，会使零件边部壁厚减薄，降低凹模寿命。凸、凹模单边间隙Z计算公式为： 式中 弯曲凸、凹模的单边间隙； 材料厚度基本尺寸；材料厚度的上偏差； 间隙系数；当工件的精度要求较高时，其间隙值应适当的减少。在上式中，查表得c=1.05；计算得凸、凹模的单面间隙为：4.2.2凸凹模尺寸的计算弯曲凸模和凹模宽度尺寸计算与工件尺寸的标注有关，一般原则是：工件标注外形尺寸则模具以凹模为基准件，间隙取在凸模上。反之，工件标注内形尺寸，则模具以凸模为基准件，间隙取在凹模上。从给出的零件图可知，该模具以凹模为基准件，间隙取在凸模上。计算公式为： 式中 弯曲件宽度的最大尺寸； 凸模宽度； 凹模宽度； 弯曲件宽度的尺寸公差； 凸模和凹模的制造偏差，一般按IT9级选用。图4.1 以上情况只实用于弯曲件弯曲角度大于等于的情况，而实际情况是弯曲件的弯曲角度为小于所以以上公式并不完全适合此工件，所以凸模比凹模尺寸小得多。从上页图示可以看出： 在机械设计手册中按IT12级查得弯曲件宽度的尺寸公差为0.21。凸、凹模的制造偏差为0.043。凸、凹模的尺寸为： =23.843 4.3 模具设计板料在弯曲过程中沿凹模圆角滑移时，会受到凹模圆角处的摩擦力的作用。当板料各边所受的摩擦力不等时，有可能使毛坯在弯曲过程中沿工件的长度方向产生移动，使工件两边的高度不符合要求，这种现象叫做便移。为使制造的工件合格需要一定的措施来制止便移现象，下面有一些措施：1）采取压料装置，使毛坯在压紧的状态逐渐弯曲成形，从而防止毛坯的滑动，而且能得到较平整的工件。2）利用毛坯上的孔或设计工艺孔，用定位销插入孔内再弯曲，使毛坯无法移动。3）使不对称形状的弯曲件组合成对称弯曲件弯曲，然后再切开，使板料弯曲时受力均匀，不容易产生便移。4）模具制造准确，间隙调整对称。根据此零件的实际情况，在弯曲时使用定位孔进行弯曲是最简单也是最有效的抑制偏移的方法。模具零件图见附件。4.4 模具的运动过程这套模具的装配图如下：图4.2 模具装配图1双头螺柱 2螺栓 3弹簧 4套筒 5弹簧 6凹模垫板 7螺钉 8止转销 9滚柱 10定位销 11凹模 12零件 13凸模 14上模座凸模13和上模座14连在压力机滑块上，冲压开始时，送料工把第一步冲裁的零件12（孔已冲制出）手动送到由定位销定位处，然后压力机带动凸模13下行， 下行过程中遇到滚柱，把滚柱一边推到与凹模底边平齐，则另一边把零件挤压成闭角。然后凸模上行，由于弹簧3的拉力作用，滚柱转到另一边与凹模竖直边平齐，定位销也由于弹簧5的作用回位，最后手动卸料，等待下一次的弯曲。总 结总 结论文简要介绍我国模具行业以及机械行业的发展现状。了解我国冷冲压模具在模具行业中所占的比重，以及冷冲模占据的重要地位。论文首先对模具的冲裁工艺性和弯曲工艺性进行了分析。对模具的设计方案进行了求证。最终通过对四种方案的比较，确定了在剪裁板材的同时冲孔，以孔定位进行弯曲的两套模具完成。然后主要计算了展开尺寸、公差、冲裁力、压板力、推件力，得出冲裁力为32吨，弯曲力（校正弯曲）为52.8吨，因为考虑到以后可能要加装自动卸件装置，所以选取机械压力机中的曲柄压力机，因为曲柄压力机都有横梁，便于加装卸料装置，选取的压