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轻型
卡车
加强
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设计
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轻型卡车加强筋弯曲模设计,轻型,卡车,加强,弯曲,设计
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摘要目前，在我国日常的工业生产中轻型卡车的使用范围很广，但在生产轻型卡车时，车厢加强筋使用量很大，并且在折弯机上加工时会出现弯曲困难，加工时间过长，损耗弯折机寿命等问题，对轻型卡车车厢的加强筋弯曲模进行设计，可缩短加强筋弯曲的时间，使成型效果更好，而且降低成本，有助于加快经济发展。因此本设计对现实生产生活有着重要意义。首先分析了制造轻型卡车加强筋的材料的工艺性并确定了合适的尺寸，然后计算弯曲部分的最小弯曲半径，弯曲弹复角以及坯料的精确长度。最后，根据计算结果确定所要运用的弯曲工艺方案。从上述力的分析中，计算材料的弯曲应力并选择合适压力机。计算凹凸模的外形尺寸并确定其制造和组装精度，接着确定固定板和上下模座的尺寸。选择合适零件，如：顶件板，定位板和弹顶器等，并确定顶件板尺寸。基于上述数据最终确定了压力机的型号。最后，根据以上计算结果使用AUTOCAD绘图软件绘制模具的总装配图和部分重要零件的零件图。关键词 轻型卡车；加强筋；弯曲模；模具设计AbstractAt present, Light trucks are widely used in Chinas daily industrial production, but the amount of reinforcing rib in light truck carriage is large, bending on the bending machine is time-consuming and laborious, and losses the service life of the bending machine. the design of the bending die of reinforcing rib in light truck carriage can improve the forming efficiency and forming effect of reinforcing rib, and the cost is low, which is helpful to accelerate the economic development. Therefore, the research of this topic is of great significance to actual production and life.In this paper, the process analysis was carried out according to the material and size of the light truck ribs. The minimum bending radius and the bending complex radius of the bending part were determined and the length of the blank was calculated. Finally, determine the bending process plan. By analyzing the above forces, the bending stress of the material is calculated and a suitable press is selected. Calculate the external dimensions of the concave-convex mold and determine its manufacturing and assembly accuracy, and then determine the dimensions of the fixed plate and upper and lower mold seats. Select suitable parts, such as top plate, locating plate and ejector, and determine the size of top plate.Finally, the model of the press was determined based on the above data.Finally, use AUTOCAD software to draw the assembly drawings of the mold and the parts drawings of important parts such as male and female molds. The design of stiffener bending die was finally completed.Keywords light truck rib reinforcement bending die die design 37 目 录摘要IAbstractII1 绪论11.1 设计的目的及意义11.2 国内外的发展现状11.2.1 模具发展现状11.2.3 主要设计内容32零件的工艺性分析和实验方案论证42.1零件的工艺性分析42.1.1零件材料的选择42.1.2零件结构42.1.3最小许可弯曲半径42.1.4 弯曲件的直边高度52.1.5 对称性工件的圆角半径的设置52.1.6 零件尺寸的精度52.1.7 零件弯曲时的回弹62.1.8 弯曲件展开长度的计算62.2 弯曲工艺方案的确定及弯曲模结构的设计原则72.2.1 弯曲工艺方案的论证72.2.2 弯曲模结构设计原则83 弯曲力的计算和压力机的选用93.1弯曲力的计算93.1.1 第一阶段自由弯曲力的计算93.1.2 第二阶段校正力的计算103.1.3 顶件力的计算103.2 弯曲时压力机压力的确定和压力机型号的初步确定113.2.1 弯曲时压力机压力的确定113.2.2 压力机型号的确定114 弯曲凸、凹模设计144.1 弯曲凸、凹模的间隙确定144.2 弯曲模工作部分尺寸计算154.2.1 凸凹模宽度尺寸的计算154.2.2 凸、凹模的圆角半径确定164.3 凹模外形尺寸设计164.4 凹模强度校核174.5 凸模设计184.6 凸模强度校核184.7 弯曲件凸、凹模深度及凸模两侧部分尺寸的确定194.8 凸、凹模的固定204.9 弯曲件凸、凹模材料的选用及热处理205.1 固定板的设计计算245.1.1凹模固定板的设计245.1.2 凸模固定板的设计255.2 凹模垫板265.3 顶件装置设计275.4 弯曲模下模座的设计285.5 定位零件的设计计算295.6 弹性元件的设计计算305.8 模具总装配图336 压力机的最终确定34结论35致谢36参考文献371 绪论1.1 设计的目的及意义 本次设计的课题名为轻型卡车加强筋弯曲模的设计。目前，我国工业生产中轻型卡车的使用范围较广，但在生产轻型卡车车厢加强筋时生产材料的用量很大，而且在折弯机上进行弯曲作业时会出现材料弯曲困难，加工时间过长，损耗折弯机的寿命等问题。本课题设计目的是提高轻型卡车加强筋成形的速度，使成型效果更好，降低生产成本低。有助于加快经济发展。因此本课题的研究对轻型卡车的发展以及工业生产有着重要意义。1.2 国内外的发展现状1.2.1 模具发展现状在如今高速发展的经济环境下，模具业也处于不断的发展之中，其制造水平日益提高。世界经济的快速发展，人类消费项目日益增多，生活水平提高，对制造业的依赖日趋增加。自加入世贸组织以来，我国经济高速发展，所占世界经济比重越来越大，与世界的联系日益紧密。制造业在生产结构的比重日益增加，中国制造业的发展使中国逐渐转变为世界制造业中心。目前，我国的模具行业已经取得了很大突破，较改革开放之前进步显著，但某些方面仍无法与发达国家相比，例如：高端模具制作周期长，模具更新换代跟不上时代发展精度低，使用寿命短。另外设备陈旧，小规格生产，难以开发新型模具和高端设备难以普及，CAD / CAE / CAM技术人才少等也是制约我国模具发展的原因。因此，为了加速我国经济的发展，为了我们的祖国的制造业尽快超越发达国家，有识之士应更加重视中国模具的发展，提高自身技术水平为我国模具的发展做出贡献，使我国的模具制造业能够在世界上展示出独一无二的风采 王巍.模具设计师M.北京：机械工业出版社，2009。模具是指工业生产用于注塑、吹塑、挤出、压铸或锻造成型、冶炼、冲压等方法，获得各种产品的模具和工具。即模具是用来制作模制物品的工具。不同的零件组成组成了制模工具，零件不同则模具也有所差异。模具被称为“工业之母” 马朝兴.冲压模具设计手册M.北京：化学工业出版社, 2009。 冲压模具是利用固定在冲床或压力机上的模具对金属或非金属板材施加一定压力使其变形。如今我国冲压模具的发展不仅仅体现在数量,还有质量方面, 冲模制造技术和能力同样取得了很大发展。但是随着人民生活水平的提高，现阶段取得的成就并不能完全满足国民经济和生产生活需求。可在制造一些大型、精密、复杂、长寿命的模具方面的水平还落后于发达国家，此类零件每年仍需从国外大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具。某些中低档的冲模随着技术的发展和机器的普及在生产中已趋于供过于求，市场竞争异常激烈。冲压加工是指使金属或非金属板料在压力机冲击下，只通过冲模一次冲裁即可完成由其他加工方法不能或制造较为困难的较复杂形状零件的加工。冲模制造的零件具有精度高，稳定性好且互换性较高的优点。模具加工较其他加工方式获得零件重量更轻、薄壁更厚、刚性更好、形状更复杂、表面质量更高。通常，冲压加工不需加热毛坯，所以能量消耗较小，冲压加工较为节省能源。冲压加工的生产效率较其他加工方式更高，生产效率能达到其他加工方法的十倍左右，其生产量遥遥领先于其他机械加工方法。冲压生产操作也不复杂，由于模具能够保证零件生产的精度而机床保证生产效率，其只存在常规操作，操作人员不需要经过很长时间的培训，所以冲模生产方便快捷。冲压生产自动化的另一种方式是通过自动化设备来实现。但冲压模具的结构复杂且对精度要求较高，另外模具的制作周期长，成本高等因素也制约着其发展，因此要想使冲压模得到进一步发展，解决这些问题时当务之急。所以为了实现冲压生产方式的经济性，只有在大批量生产时才会使用冲压生产 许树勤.模具设计与制造M.陕西：陕西国防工业出版社,2014。一套普通的冲模设备一般由活动部分和固定部分组成。通常活动部分为上模，固定在压力机或冲床的模座上；固定部分为下模，固定在压力机或者冲床的工作台上。因此，下模座一般是固定不动的，上模按一定规律随着压力机滑块做周期性的往复直线运动，以达到使板料变形目的 党根茂,骆志斌,李集仁.模具设计与制造M.西安：西安电子科技大学出版社, 2007。冲模装配图如图1-1所示。 图1-1 冲模装配图1凸模； 2凹模； 3上模座； 4下模座； 5模柄； 6凸模固定板； 7凹模固定板； 8卸料板； 9导料板； 10导料销； 11导套； 12导柱冲模零件如上图所示。其中凹模和凸模为工作零件，主要用作完成冲压工作。定位板，导正销和倒料板可称作定位零件，保证送料时良好的导向进距。导向零件如导套，异柱等主要作用为确保上下模的精确运动和凹凸模之间的间隙均匀。安装零件的作用是使所有零件连接成一个整体，并保证零件的相对位置不会变形，使压力机和冲床上的零件组装正确，需要用到螺钉，模柄，和固定板和垫板等安装零件。卸料板则为卸料零件，其主要负责是在工件的卸下和废料的排除。随着我国逐渐成为世界制造业的中心，我国制造业的规模不断扩大，技术发展不断取得突破，在我国经济中占很大比重。然而我国制造业仍存在很多不足，依旧有长远的进步空间。目前，我国最重要研究对象是多工位级进模和多功能模具。多工位级进模和多功能模具的研究是我国跨入世界模具先进地位的重要标志之一。这其中最具有代表性的冲模模具是集机电一体化的铁芯精密自动阀片的多功能模具，该模具的研究运用已基本在国际中处于领先地位 李集仁,翟建军.模具设计与制造（第二版）M.西安：西安电子科技大学出版社,2010。 但在总体上来说我国的整体水平和国外的多工位级进模相比，仍处于落后阶段。在制造精度、使用寿命、模具精度和使用性能等关乎模具未来发展的方面仍无法取得突破，以至于与国外先进水平的差距越来越大。 当前，模具制造技术在汽车覆盖件方面的使用越来越普及，其技术水平也在不断提高。然而现阶段所取得的成绩是远远不够的，我国的技术人员仍需不断学习先进的模具制造技术，致力于新型高效的模具的开发以适应模具行业的发展，不能固步自封，更要避免模具人才出现断层，以保证模具行业的不断发展。1.2.2 国内冲模技术的发展目标自改革开放以来，我国的冲模技术正处于高速发展中，已取得喜人的成就，但仍无法与国外先进的模具制造水平相提并论。我们要需要不断的学习先进的技术，目前，我国应对以下方面做出改进和提升：（1） 学习但不依赖国外技术，尽早独立研究出新型高功效的模具。（2） 引进先进高效的冲模加工方式和设备并普及到生产中。（3） 在高校中开设相关专业，大力培养高级人才。（4） 继续致力于多工位级进模和多功能模具的研究，将国外先进技术与我国生产中的实际情况相结合。（5） 扩大模具生产规模，研究新材料，高性能，精密复杂的模具8。1.2.3 主要设计内容本课题主要的设计内容为：1、分析折弯机弯曲作业时的弯曲变形特点，确定合理的模具设计方案；2、综合轻型卡车实际情况和模具设计的具体要求确定凸凹模的具体尺寸；3、选择正确的模具材料及合适的热处理方法；4、由于弯曲过程比较复杂，存在弯曲应力、弯曲回弹等问题，因此要通过计算校核确定设计正确；5、绘制弯曲模装配图及部分零件图（包括凸凹模、卸料板等）；2零件的工艺性分析和实验方案论证本课题为轻型卡车加强筋弯曲模的设计，设计的零件如图2-1所示，其中四个内圆角r1=r2=r3=r4=5mm，生产纲领则为大批量生产。材料为Q235。图2-1 轻型卡车加强筋零件图2.1零件的工艺性分析2.1.1零件材料的选择本文所设计的轻型卡车弯曲模加强筋的零件材料为Q235（以前称为A3刚，现已不使用），Q235钢属于碳素结构钢，是GB700-79标准中规定的甲类钢，甲类钢能够保证零件的机械性能; 乙类钢则保证保证材料的化学成份。如今GB700-79 已经被GB700-88 取代了。Q235钢塑性加工性能好，其主要机械性能如下：Q235钢材料状态为未退火状态，屈服强度s=253MPa，抗剪强度=304373MPa，抗拉强度b=432461MPa，延伸率10=2125% 杨文朵,朱铁柱.筋板零件成形工艺与模具设计J.模具工业,2007,33(1)：23-26。2.1.2零件结构由图2-1可看出加工零件较为简单，不需要冲孔，只需将板料进行弯曲即可。2.1.3最小许可弯曲半径最小许可弯曲半径是指在材料不发生破坏的情况下弯曲半径的最小值。将板材弯曲成型时，弯曲件的圆角半径应当适中。半径过大，难以保证弯曲件的精度；半径过小，则板材易产生裂纹。因此在进行弯曲作业时需要计算最小弯曲半径。最小弯曲半径的计算方法如下： （2-1）弯曲半径 （2-2）断面收缩率 与延伸率 关系如下： （2-3）将式（2.1）带入式（2.3）中得 （2-4）将式=(r/t+/2)t带入式（2.4）可得弯曲半径 （2-5）假设不考虑材料变薄的情况，取=1，则板料的最小弯曲半径为 （2-6）式中 断面收缩率； R 板料弯曲时外弯曲半径；r 板料弯曲时内弯曲半径； 应变中性层弯曲半径； 变薄系数； 延伸率；t 板料弯曲前的厚度。以上各材料的最小弯曲半径可从模具实用技术设计综合手册表1-2-1查得。经查表1-2-1得，对于A3钢，垂直于纤维方向的最小弯曲半径为0.4t=0.41.5=0.6R5；得：平行于纤维方向最小弯曲半径为0.8t=0.81.5=1.22t，且2t=21.5=3mm。2.1.5 对称性工件的圆角半径的设置因为该零件为对称性工件，所以圆角半径应该设置成对称，如零件图2-1所示，r1=r2，r3=r4，由此保证在弯曲成型时毛坯件能够受力平衡，不会由滑动现象产生。2.1.6 零件尺寸的精度零件图2-1中的零件尺寸均无公差尺寸标注，公差标注在冲压工序中由IT14等级来确定。弯曲件长度的未注公差的极限偏差可查表2-1；弯曲件角度的自由公差可查表2-2。表2-1 弯曲件为注公差的长度尺寸的极限偏差 吴茜，刘斌.模具材料研究与应用现状及发展趋势J.模具工业,2017,(1)：11-13长度尺寸材料厚度0.81.01.540.81.01.52.02.5图2-2 L和表2-2 弯曲件角度的自由公差2（L、见图2-2）L/mm61010181830305032302130115L/mm5080801201201801802602603601504030252.1.7 零件弯曲时的回弹金属板材在进行时塑性弯曲时，总会伴随着弹性变形，因此，在弯曲过程中弹复现象是无法避免的。弹复量对弯曲件的质量有着直接影响。所以减少弹复对工件精度的影响是加工中必须考虑的问题，首先应当确定弹复值： （2-7） 模具的角度； 0弯曲后工件的实际角度。某些相对弯曲半径较小的工件（r/t0.5t的弯曲件计算这类弯曲件的展开长度的前提是弯曲前后中性层长度不变。其计算步骤如下：（1） 首先计算出零件图中直线段l1，l2，l3的长度，如图2-3所示。图2-3 弯曲件断面尺寸由图可得l1=20mm，l2=17mm，l3=37mm；（2）由 r ， t 查模具实用技术设计综合手册表1-2-1得：压弯90时的弯曲部分中性层的弧长l=8.80mm； （3）计算弯曲件毛坯的展开长度 L=2l1+2l2+l3+4l=220+217+37+48.80=146.2mm取L=147mm2.2 弯曲工艺方案的确定及弯曲模结构的设计原则2.2.1 弯曲工艺方案的论证根据上述计算，轻型卡车加强筋零件的制造只需将板料弯曲成形。根据所学知识可提出三种弯曲的工艺方案：方案1：一次弯曲成形。该方案采用图2-4（a）模具装置，将工件一次弯曲成形；方案2：在方案1的基础上，凸模脚部结构采用图2-4（b）所示的倒角结构，将工件一次成型。方案3：两次弯曲成形。该方案分两个工序：第一道工序先将板料压成U形，第二道工序再将U形件压成形；图2-4 弯曲工艺方案对三个方案进行比较，方案3采用的是两次弯曲成形，在进行加工时，需要分两个工序，使生产成本大大增加，另外由于在加工过程中进行两次定位，加工精度会因此降低；方案1采用的是一次成形方案，对高度不高，圆角半径较小，厚度较小的工件以采用直接一次成形。但在毛坯弯曲过程中会受到凸模和凹模圆角处的阻力，材料会出现拉长现象，因此会与弯曲件展开长度会有较大的差异。如果对凸模的脚部结构进行改进，则可改善材料的拉长的现象。根据工件的制造和节约成本的要求，综合考虑后选用方案2。2.2.2 弯曲模结构设计原则根据设计好的零件弯曲成形工艺方案可设计出弯曲成形模具的结构。为了尽可能提高产品合格率，使零件达到工件的要求，应考虑以下几点： 1、保证坯料在模具上的定位迅速、精准。坯料水平放置在模具上，优先利用零件上的孔或不发生变形的部位进行定位。 2、在弯曲成形时，要避免配料出现滑动现象。 3、为了减少零件回弹现象，应考虑在凸模行程终了时，使坯料在模具中获得校正变形。 4、模具结构要保证生产零件时的安全，高效，坯料的放入和零件的取出要简单方便。 5、模具结构应易于制造、维修与保养，同时要在生产条件有变化时保障生产中的生产安全。3 弯曲力的计算和压力机的选用3.1弯曲力的计算模具的设计和压力机的选择都必须计算板料弯曲过程中的弯曲力。弯曲力的大小与毛坯的尺寸、材料的机械性能、凹模支点间的距离、弯曲半径和模具间隙、弯曲方式等多种因素有关。因此，在计算弯曲应力时很难考虑全面，模具的精度无法得到保证，所以在生产过程中计算弯曲力时，通常根据经验公式或者简化的理论公式。弯曲力分析和计算过程如下:分析弯曲成形过程可知，弯曲力变化的两个阶段如图3-1所示。图3-1 弯曲过程第一阶段：当凸模下行，到达下死点之前，在工件两边分别进行V形件的自由弯曲而且第一阶段工件只受V形弯曲力作用；第二阶段：第一阶段后，凸模会继续下行，当到达下死点时，凹模会对工件底部进行校正，这时只受凸凹模的校正弯曲力的作用。3.1.1 第一阶段自由弯曲力的计算对于V形弯曲，自由弯曲力 （3-1）式中 F自 材料在冲压行程结束前的自由弯曲力，单位为N； B 弯曲件的板宽，单位为mm； t 弯曲件的厚度，单位为mm； r 弯曲件的内弯曲半径，单位为mm； b 材料的强度极限，单位为MPa； K 安全系数，通常K=1.3。查模具实用技术设计综合手册可得：A3钢的强度极限b为432461MPa，取b =450MPa；弯曲件的板宽取B=100mm；弯曲件的厚度t=1.5mm；弯曲件的内弯曲半径r=5mm；则F自=0.61.31001.52450/(5+1.5)=12150 N 3.1.2 第二阶段校正力的计算第一阶段结束后直接进入第二阶段，即弯曲件在冲压行程结束时所受到模具的校正作用。校正力： （3-2）式中 F校 校正弯曲力，单位为N； A 校正部分投影面积，单位为mm2； q 单位校正力，单位为MPa，其值见表3-1。表3-1 单位校正力q值 王晶.磨具材料的分类及应用J.科技资讯,2010,(8):59 单位为（MPa）材料材料厚度 t/mm铝1520203030404050黄铜20303040406060801020号钢304040606080801002530号钢4050507070100100120根据材料的种类和板厚，查表3-1可得：q=4060MPa；所以：F校=400（100-50-21.5-25）q=592000888000 N校正力取：F校=600 kN3.1.3 顶件力的计算当作为卸料装置的弯曲模设有顶件板或顶杆时，顶件力F值可以近似的取自由弯曲力的30%80%，即： （3-3）式中 F自 材料在冲压行程结束前的自由弯曲力，单位为N； F=（0.30.8）12150N=36459720 N取 F=3700 N3.2 弯曲时压力机压力的确定和压力机型号的初步确定3.2.1 弯曲时压力机压力的确定对于有压料的自由弯曲： （3-4）校正弯曲力的发生位置在下死点位置，并且校正力与自由弯曲力没有重叠关系。因为校正力远远大于压料力，所以在实际计算时可以不考虑压料力，即F0。在确定压力机型号时只需考虑校正力即可，即 （3-5）3.2.2 压力机型号的确定 选择原则冲压设备的选择主要由冲压模具的尺寸，冲压件的尺寸以及冲压力的大小来决定。有以下选择原则11：1 压力机的公称压力必须大于冲压所需的总压力。另外当某些工序行程较长时，必须将其工作负荷曲线纳入考虑范围。 压力机滑块行程应满足制件在高度上能获得的最大尺寸。在冲压工序完成后能顺利地从模具上取出来。压力机的行程次数应根据生产率和材料变形速度来选择。 压力机的闭合高度以及工作台面、滑块、模柄孔等零件的尺寸都应与模具的安装要求相符合。 行程次数选择压力机的行程次数时应主要考虑以下因素：(1).考虑进料和出料速度的快慢；(2).如何消除弯曲时金属变形限制行程次数的增加的影响；(3).本课题设计的轻型卡车加强筋的生产纲领为大批量生产，所需要的行程次数较多。 滑块行程(S)滑块行程应是指滑块运动的最大距离，即曲柄旋转一周，上死点到下死点的距离。其值为曲柄半径的两倍： （3-7）式中 S 滑块行程； R 曲柄半径。选择用于弯曲的压力机的滑块行程应主要考虑的因素：(1).要保证毛坯放进和工件取出；(2).应使滑块行程大于工件高度的两倍以上，即 （3-8）式中 S滑块行程； H工工件高度。本次设计中工件高度H工=30 mm，经查JB23-63型压力机的滑块行程S=120 mm 。满足上式（3.8）。 闭合高度压力机滑块在下死点时，滑块下部到工作台上平面面的距离称为闭合高度。在计算模具的安装高度时必须参考这一数值。(1).压力机的闭合高度可通过调节连杆的长度来改变，当连杆调至最短时，闭合高度最大，称最大闭合高度；当连杆调至最长时，闭合高度最小，称最小闭合高度。这两个距离通常由实际产品生产时数据决定。选用压力机为最大闭合高度为360 mm,连杆调节量为 90 mm的JB23-63型压力机。 (2).压力机的装模高度为压力机的闭合高度减去垫板厚度，若没有垫板，则装模高度就等于闭合高度。(3).模具的闭合高度是指压力机滑块到达下死点时，模具上模座的上平面与下模座的下平面之间的距离。模具的闭合高度与压力机的配合关系为： （3-9） （3-10） （3-11）式中 Hmax 压力机的最大闭合高度，mm； Hmin 压力机的最小闭合高度，mm； H 模具的闭合高度，mm； Hd 压力机垫板厚度，mm；如果压力机上不设置垫板，模具闭合高度H=280355 mm 。如果加上垫板，则模具闭合高度H将减少。 工作台面尺寸设计 根据所选压力机设计工作台。压力机的工作台尺寸应大于下模周界5070 mm。经考虑JB23-63型压力机的过坐台尺寸可为：560mm710mm。 模柄孔尺寸设计JB23-63型压力机的模柄孔尺寸为：直径深度为50mm70mm，那么，设计时模具的模柄尺寸要与模柄孔尺寸配合。经查JB23-63型压力机的主要参数如下：公称压力： 630 kN 滑块行程： 120 mm行程次数： 70 次/min 最大封闭高度： 360 mm连杆调节长度: 90 mm 工作台尺寸： 480mm710mm工作台板厚： 90 mm 模柄孔尺寸：50mm70mm（直径深度）4 弯曲凸、凹模设计4.1 弯曲凸、凹模的间隙确定冲压模具凹凸模的间隙大小和均匀程度均是影响模具质量和使用寿命的重要因素。装配在模具制造中扮演着重要的角色。装配过程的好坏直接影响凸凹模间隙的均匀性。如果装配时如果调整不好，当在凸凹模的制造完成后,就会造成间隙分布不均匀，甚至加工出次品，降低产品合格率。所以在装配时，必须控制好凹凸模之间的距离和使间隙分布均匀。图4-1 弯曲模间隙及工作部分尺寸间隙值计算公式为：弯曲有色金属时 （4-1）弯曲黑色金属时 （4-2）式中 Z/2 凸凹模间的单面间隙，单位为mm； tmin 材料的最小厚度，单位为mm； t 材料的公称厚度，单位为mm； n 弯曲系数，随弯曲件的高度H和弯曲线长度b的变化而变化，见表4-1。表4-1 弯曲系数n值 唐育新,李迎春,张崇新.热处理技术对模具性能的影响J.新疆化工,2004,(3):35-36弯曲件高度H/mm材料厚度t/mm0.5224450.522447.57.512b2Hb2H100.050.050.08200.050.050.040.080.060.06350.070.050.040.080.060.06500.100.070.050.000.060.06750.100.070.050.000.100.081000.070.050.000.101500.100.070.000.102000.100.070.050.10由图2-1知，弯曲线的长度b=400mm，弯曲件的高度H=30mm，由上表知：弯曲系数n=0.1mm；板料的厚度t=1.5mm。带入式（4.2）中。所以单面间隙。4.2 弯曲模工作部分尺寸计算4.2.1 凸凹模宽度尺寸的计算凸、凹模宽度尺寸是指L凸、L凹的尺寸如图4-1，凸凹模宽度尺寸可按下列公式计算：图4-2 弯曲件断面 如图4-2： 凹模尺寸： （4-3）凸模尺寸： L凸按凹模尺寸配置，要保证双面间隙为Z，或 （4-4）式中 L凸 弯曲凸模宽度尺寸，单位为 mm； L凹 弯曲凹模宽度尺寸，单位为 mm； Z 弯曲凸凹模双边间隙，单位为 mm； L 弯曲件外形的基本尺寸，单位为 mm； 弯曲件的尺寸偏差，单位为 mm；凹、凸 弯曲件的凸凹模制造公差，单位为 mm，采用IT7IT9级，按IT9级精度制造。由图2-1知，弯曲件外形的基本尺寸L=50mm；查表2-1知=0.6；带入（4-3）中得：查标准公差表知： 凹=0.062 mm即L凹=49.7+0.062 mm带入（4-4）中，4.2.2 凸、凹模的圆角半径确定图4-3 凸、凹模角度假设弯曲件的内侧弯曲半径为r，则r1=r，且必须大于等于材料允许的最小弯曲半径，即r1rmin。所以取r1=5 mm；对于U形件的凹模圆角半径来说，一般不要小于3 mm，否则在弯曲时会在材料表面留下划痕。而对于帽罩形件来说，凹模的圆角在工件成形时有校正作用，所以设计凹模圆角半径r2时，要结合具体的工件尺寸（图2-1）计算。所以取r2=5 mm。在进行圆角半径r3设计时，对于凸模阶梯过度处，通常要考虑工件尺寸、凸凹模配合和壁厚等方面。 （4-5）式中t工件壁厚。所以 r3=6.5 mm弯曲件的外侧弯曲半径r4的选择方法类似于r3，也是r3加上板料的厚度t，即 r4=6.5 mm因为帽罩形工件的两边对称，为避免毛坯在弯曲时偏移现象的产生，所以凹凸模两边圆角半径应当相同。4.3 凹模外形尺寸设计凹模外形尺寸，本课题设计时按经验公式计算。凹模高度： （4-6）凹模壁厚： （4-7） 式中 k系数，其值见表4-2； b最大孔口尺寸，单位为 mm；表4-2 系数k的数值 洪慎章.现代模具技术的现状及发展趋势J.航空制造技术,2006,(6):30-32料厚t/mmb/mm0.5123320050.180.22由工件尺寸知：b=400mm200 mm，当料厚t=1mm时，应取k=0.12， 带入（4-6）得H=48mm；当料厚t=2mm时，系数k=0.15，带入（4-7）得H=60mm；但是工件的长度为400mm，由于尺寸较大，由于凹模要通过螺钉与凹模座配合，所以凹模厚度取H=62 mm，壁厚取c=62 mm。4.4 凹模强度校核校核凹模强度的主要方法是检查其高度H。因为当凹模下模座或垫板上的洞口的尺寸大于凹模的洞口的尺寸，凹模会受弯曲力影响而变形，但如果凹模高度达不到要求，便会产生弯曲变形，导致破裂。矩形凹模的计算公式： （4-8） （4-9）式中 F冲压力，单位为N； 弯材料的许用弯曲应力，单位为MPa，（淬火钢为未淬火钢的1.53倍）； H最小凹最小高度，单位为mm； b凹模最大孔口直径，单位为mm； a垫板或下模座直径，单位为 mm。在本课题设计中，凹模设计为一个部分，凹模的工作部分的横向尺寸比垫板洞口的尺寸大得多，因此在工件成形过程不会发生弯曲变形，所以也可以满足凹模强度和高度方向的要求。4.5 凸模设计1）凸模型式冲孔、弯曲、拉深等成形加工都离不开凸模结构。凸模根据截面的形状有圆形凸模和非圆形凸模两种。截面的形状可根据零件形状调整。拖拉机车斗加强筋的形状如图2-1所示，表面都是平面状，并且没有任何圆孔存在，所以结合具体尺寸选择非圆形凸模。2） 凸模长度凸模长度通常由模具结构来确定的。本课题设计的凸模结构见图4-4所示，凸模的长度等于凸模长度加凹模配合部分和附加长度。凸凹模间的配合部分的长度为28.5 mm，而零件的长400mm，为了避免加工时发生变形，则凸模的附加部分长度可取50 mm。另外其宽度为120 mm。图4-4 凸模4.6 凸模强度校核凸模通常不需要校核，校核一般只针对细长或断面尺寸较小且毛坯厚度较大的凸模，校核方法是通过计算其压应力和弯曲应力，来检查自由长度和危险断面尺寸是否满足强度要求。1） 压应力校核当凸模断面较小而冲压力很大时,就必须计算凸模的抗压强度。圆形凸模 （4-10）其他各种断面的凸模 （4-11）式中 dmin 凸模最小直径，单位为mm； t 料厚，单位为mm； 抗剪强度，单位为 MPa； Amin 凸模最狭窄处的截面积，单位为mm2； 压 凸模材料的许用应力，单位为MPa；2） 弯曲应力校核当凸模断面小而毛坯厚度又较长时，就必须计算纵向弯曲应力。1 无导向装置的凸模圆形凸模 （4-12）其他各种断面的凸模 （4-13）2 有导向装置的凸模圆形凸模 （4-14）其他各种断面的凸模 （4-15） 式中 Lmax 允许的凸模最大自由长度，单位为mm； d 入模的最小直径，单位为mm； F 冲压力，单位为mm； J 凸模最小横截面的轴惯矩，单位为mm4；本课题设计的凸模尺寸中，宽度和长度都比较大，高度适中，所以通常不会发生失稳现象,不需要进行弯曲应力校核，只需对非圆断面压应力进行校核。冲压力取压力机的公称压力F压机=630kN；查表可知：Cr12MoV的压=9811569MPa。带入（4-11）中得。4.7 弯曲件凸、凹模深度及凸模两侧部分尺寸的确定1）弯曲件凸、凹模深度在设计弯曲件时，凹模的深度也是必须考虑；如果凹模深度过小，则会导致毛坯两边的自由部分太多，使弯曲件回弹大，不平直等缺陷；但如果凹模深度增大，则消耗的模具钢材较多，使成本提高，且会导致压力机的工作行程较大。 因此在设计凹模深度时要考虑到材料厚度t和工件高度L。而对于帽罩形工件凹模模腔深度设计则要结合工件尺寸，顶件板的厚度，凸凹模配合后下死点的具体位置等因素。由图2-1得：H=30 mm，l2=17mm。所以凹模模腔深度为： （4-16）凸模与凹模配合部分尺寸为（如图4-4所示）： （4-17）式中 t板料厚度，单位为 mm。2） 凸、凹模两侧工作部分尺寸工件在成形过程中主要要确保下部尺寸的精度，而帽罩形工件的帽沿处的尺寸，则根据实际生产情况而定，实际尺寸应略大于帽沿尺寸。4.8 凸、凹模的固定凸凹模的固定方式主要有机械固定法、物理固定法和化学固定法三种。机械固定法一般采用的有：螺钉紧固法、压配合等方法。物理固定法有：（1）低熔点合金浇注固定法：因为低熔点合金冷却膨胀时，会使凸模或凹模与固定板之间的联接加强。（2）热套固定法：一般用于固定硬质合金材料圆形零件的凹模。经考虑本课题主要选用螺钉和销钉的机械固定法。4.9 弯曲件凸、凹模材料的选用及热处理冲压模具材料的选用原则：由于冲压模具在进行生产时会遇到高温高压等恶劣条件，其模具材料要求具有高硬度、高强度、高耐磨性、适当的韧性、高淬透性和热处理变形量小及淬火时不易开裂等性能。然后要同时满足各种条件是不现实的，所以要根据具体的生产条件来确定凹凸模的材料，以在经济成本最小的情况下满足生产条件。（1） 当大批量生产冲压件时，模具的凸模和凹模及其他部分的零件材料应选取质量高、耐磨性好的材料。反之，当生产批量不大时，可适当降低对材料性能的要求，是成本降低，以达到效益最大化。（2） 当加工材料较硬或变形抗力较大时，凸凹模应可能选用耐磨性好、强度较高的材料。在进行不锈钢拉伸时，应选用具有良好的抗粘着性铝青铜凹模。另外提高模具的性能还可以通过冷处理和深冷处理、真空处理和表面强化等方法。（3） 模具材料的选用应考虑材料的加工性能和工厂的加工条件。（4） 将我国的模具的生产供应的实际情况纳入模具材料的考虑范围。弯曲件凸、凹模材料的选用及热处理表4-3 冲模工作零件常用材料及热处理要求模具类型零件名称及工作要求材料牌号热处理硬度冲裁模形状简单、批量小的凸、凹模T8A、T10A、9Mn2V淬硬凸模HRC5660凹模HRC5862形状复杂、批量大的凸、凹模Cr12、Cr12MoV、Cr6WV、GCr15淬硬HRC5862YG15HRC86弯曲模一般弯曲的凸凹模及其镶块T8A、T10A淬硬HRC5860形状复杂、要求耐磨的凸凹模及镶块CrWMn、Cr12、Cr12MoV淬硬HRC5862热弯曲时的凸凹模5CrNiMo、5CrMnMo淬硬HRC5256拉深模一般拉深的凸、凹模T8A、T10A淬硬HRC5256连续拉深的凸、凹模T10A、CrWMn变薄拉深及要求高耐磨性的凸、凹模Cr12、Cr12MoVYG8、YG15双动拉深的凸、凹模钼钒铸铁火焰表面淬火HRC6064结合零件加工时的工作条件，本次设计选用冷作模具钢。冷作模具钢具有高硬度、良好的耐磨性、高含碳量等优点。合金元素的主要作用是增加淬透性，提高耐磨性。 冷作模具钢包括制造冲截用的模具、冷镦模和冷挤压模、压弯模及拉丝模等。另一种是高淬透性、高耐磨的高碳高铬钢，基体钢。高铬钢是指含Cr含量达12%左右的高碳亚共晶莱氏体钢，主要有Cr12、Cr12MoV等钢。轻型卡车加强筋材料为Q235钢，属软钢，并具有较好的综合机械性能，弯曲成形性能较好，但零件形状复杂，所以凸凹模材料应选Cr12MoV。冷压模具的制造，一般还需经过锻造、退火、机械加工等加工，并且成形前尚需粗加工和消除应力、淬火、回火、精加工，最后嵌修装配。为了消除锻坯中的内应力，改善组织和降低硬度，使机械加工方便，通常采用球化退火。Cr12MoV钢的球化退火的规范见表4-4。表4-4 常用模具钢的球化退火规范 Zeno Ghizdavet，Virginia Burghelea，Alina Melinescu.Complex molds shaping and designingJ.Key Engineering Materials ，2002(206-213)：325-328钢号加热等温冷却方式退火硬度（HB）温度/时间/h温度/时间/hT7T12A、9Mn2V7607802468070035炉冷至500以下空冷9Mn2V229CrWMn7908102469071046炉冷至500以下空冷2172559SiCr、GCr157908102470072046炉冷至500以下空冷9SiCr241、GCr15 207229Cr6WV8308502473075068炉冷至500以下空冷229Cr12、Cr12MoV8508702472075068炉冷至500以下空冷207255W18Cr4V、W6Mo5Cr4v28608802472075068炉冷至500以下空冷207255Cr4W2MoV8508702475077046炉冷至500以下空冷241255Cr2Mn2SiWMoV7808002470072068炉冷至500以下空冷2556W6Mo5Cr4V8508602474075046炉冷至500以下空冷197229由上表知Cr12MoV冷作模具钢的热处理规范为：加热至850870，应保温24h；在720750的情况下做等温处理68h；炉冷至500以下空冷，得到的硬度为207255HB左右。综上所述，Cr12MoV冷作模具应钢采用一次硬化法，主要热处理工艺如下：下料改锻球化退火机械加工淬火低温回火精加工冲模其他零件的材料和热处理要求如表4-5。表4-5 模具辅助零件的材料及热处理要求 A.V.Kushnareva，E.Kh.Shakhpazovb，O.V.Travin，N.M.Aleksandrovab，Yu.P.Peteenko，and A.A.Kirichkova.On continuous casting of steels using pulse-periodic cooling in a mold.J.Russian Metallurgy (Metally)，2010，(1)：24-27零件名称材料牌号热处理硬度废料切刀T10A、9Mn2V淬硬HRC5660定距侧刃T10A、Cr6WV淬硬HRC56609Mn2V、Cr12HRC5862侧刃挡块T8A淬硬HRC5660导正销T8A、T10A淬硬HRC50549Mn2V、Cr12HRC5256压边圈一般拉深T10A、9Mn2V淬硬HRC5458双动拉深钼钒铸铁火焰表面淬硬滑动导柱、导套20钢渗碳、淬火HRC5862滑动导柱、导套GCr15淬硬HRC6266钢球保持架LY11、H62导料板、侧压板、挡料销45钢淬硬HRC4348卸料板、固定板、凹模框A3、A5钢顶板、顶杆、推杆45钢淬硬HRC4348续表4-5 零件名称材料牌号热处理硬度垫板45钢淬硬HRC4348T7HRC4352齿圈压板Cr12MoV淬硬HRC5860中层预应力圈5CrNiMo、40Cr、35CrMoA淬硬HRC4547外层预应力圈5CrNiMo、35CrMoA、40Cr、35CrMnSiA、45钢淬硬HRC4042压入、凸缘式、通用模柄A3、A5钢浮动模柄、球面垫板45钢淬硬HRC43485 弯曲模其他零部件的设计与选用5.1 固定板的设计计算5.1.1凹模固定板的设计凹模固定板的外形要与装配后凹模的外形一致，作用是固定凹模。凹模固定板的厚度与凹模厚度一致，取62 mm。所以凹模固定板的外形尺寸材料：Q235。如图5-1所示。图5-1 凹模固定板5.1.2 凸模固定板的设计凸模固定板外形也与凸模外形大致相同，作用同样是固定凸模。凸模固定板的厚度选取应当适中。太薄，会承受不了凸模的重量而断裂失效；太厚，则浪费材料。所以厚度取15mm。所以凸模固定板的外形尺寸为材料：Q235。如图5-2所示。图5-2 凸模固定板5.2 凹模垫板凹模垫板的外形与凹模固定板的相同，所以外形尺寸也与固定板的尺寸相同。得凹模固定板的外形尺寸为材料：45钢。如图5-3所示。图5-3 凹模垫板5.3 顶件装置设计顶件装置的作用是防止零件完成冲压后吸附在下模或者上模上无法取料，顶件器就是把零件顶出的。起到卸料或者退料的作用。，尺寸的选择要结合凹模模腔、凸模进入凹模深度、材料的厚度以及所承受的强度综合考虑。本次设计选用的顶件装置是用弹簧和顶杆配合，工件成形后利用顶杆将工件顶出。顶杆的尺寸需要结合弹簧，凹模模腔深度，工件高度等综合考虑。材料：45钢。如图5-4所示。图5-4 顶杆5.4 弯曲模下模座的设计模具采用无导向模架为非标准件，只有下模座。计算得装配后凹模轮廓尺寸：LBH=174mm420mm50mm。选取下模座时矩形模板的长度应比凸模模板长度大40mm以上；计算时，宽度应与凹模宽度相同或者稍大；模板需要足够的厚
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