弯曲模课程设计说明书

1、湖南科技大学目录第一章 概述11.1设计的目的11.2设计要求11.3模具设计的意义1第二章 冲压件的工艺分析22.1模具设计的内容22.2弯曲件的质量分析32.3弯曲件的工艺性6第三章 设计方案的确定73.1弯曲件坯料展开尺寸的计算73.2弯曲力的计算与压力机的选用83.3弯曲模工作部分尺寸设计93.4模具零件材料的选取133.5模具零件形式的选取13第四章 模具的工作原理及生产注意事项174.1工作原理174.2生产注意事项17第五章 总结19第一章 概述1.1设计的目的课程设计是冲压模具课程设计重要的综合性与实践性教学环节。课程设计的基本目标是：（1）综合运用冲压模具设计、机械制图、公差

2、与技术测量、机械原理及零件、模具材料及热处理、模具制造工艺等先修课程的知识，分析和解决冲压模具设计过程中遇到的问题，进一步加深对所学知识的理解；（2）通过设计实践，逐步树立正确的设计思想，增强创新意识，基本掌握塑料模具设计的一般规律，培养分析问题和解决问题的能力。（3）通过计算绘图和运用技术标准、规范、设计手册等有关设计资料，进行冲压模具设计技能训练，为此后的模具设计及其机械设计打下良好的基础。1.2设计要求详尽的设计计算说明书1份、工作零件图2张、模具装配图1份。1.3模具设计的意义冲压成形/塑料成型工艺与模具设计是机制专业的专业基础课程。通过模具的课程设计使学生加强对课程知识的理解，在掌握

3、材料特性的基础上掌握金属成形工艺和塑件成型工艺，掌握一般模具的基本构成和设计方法，为学生的进一步发展打下坚实的理论、实践基础。第二章 冲压件的工艺分析2.1模具设计的内容设计一副如下图2.1所示弯曲件的成形模具：图2.1 弯曲件2.2弯曲件的质量分析该弯曲件名为压块，形状对称，尺寸无精度要求，材料是Q345，低合金钢。采用复合模冲压成形，本模具是完成1个U形和2个V形弯曲的冲压工艺，弯曲角都是90°。在实际生产中，弯曲件的质量主要受回弹、滑移、弯裂等因素的影响，重点介绍回弹因素，具体如下。2.2.1弯曲件的回弹回弹常温下的塑性弯曲和其它塑性变形一样，在外力作用下产生的总变形由塑性变形

4、和弹性变形两部分组成。当弯曲结束，外力去除后，塑性变形留存下来，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）。弯曲件的回弹现象通常表现为两种形式：一是弯曲半径的改变，由回弹前弯曲半径r0变为回弹后的 r1。二是弯曲中心角变变，由回弹前弯曲中心角度0（凸模的中心角度）变为回弹后的工件实际中心角度1。2.2.2影响回弹的主要因素1）材料的力学性能金属材料的变形特点与材料的屈服强度成正比，与弹性模数E成反比，即材料的屈服强度s越高，弹性模量E越小，弯曲弹性回跳越大。2）

5、相对弯曲半径rt相对弯曲半径rt越大，板料的弯曲变形程度越小，在板料中性层两侧的纯弹性变形区增加越多，塑性变形区中的弹性变形所占的比例同时也增大。故相对弯曲半径rt越小，则回弹也越小。3）弯曲中心角4）弯曲方式及弯曲模板料弯曲方式有自由弯曲和校正弯曲。在无底的凹模中自由弯曲时，回弹大；在有底的凹模内作校正弯曲时，回弹值小。原因是：校正弯曲力较大，可改变弯曲件变形区的应力状态，增加圆角处的塑性变形程度。5）弯曲件形状工件的形状越复杂，一次弯曲所成形的角度数量越多，各部分的回弹值相互牵制以及弯曲件表面与模具表面之间的摩擦影响，改变了弯曲件各部分的应力状态（一般可以增大弯曲变形区的拉应力），使回弹困

6、难，因而回弹角减小。 如形件的回弹值比U形件小，U形件又比V形件小。6）模具间隙在压弯U形件时，间隙大，材料处于松动状态，回弹就大；间隙小，材料被挤压，回弹就小。2.2.3减少回弹的措施1）选用合适的弯曲材料在满足弯曲件使用要求的条件下，尽可能选用弹性模量E大、屈服极限s小、加工硬化指数n小、机械性能较稳定的材料，以减少回弹。2）改进弯曲工艺（1）采用热处理工艺 对一些硬材料和已经冷作硬化的材料，弯曲前先进行退火处理，降低其硬度以减少弯曲时的回弹，待弯曲后再淬硬 。在条件允许的情况下，甚至可使用加热弯曲。 （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

7、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。（3）采用拉弯工艺 3）改进零件的结构设计在变形区压加强肋或压成形边翼，增加弯曲件的刚性，使弯曲件回弹困难。4）改进模具结构（1）补偿法利用弯曲件不同部位回弹方向相反的特点，按预先估算或试验所得的回弹量，修正凸模和凹模工作部分的尺寸和几何形状，以相反方向的回弹来补偿工件的回弹量。（2）校正法当材料厚度在 0.8mm 以上，塑性比较好，而且弯曲圆角半径不大时，可以改变凸模结构，使校正力集中在弯曲变形区，加大变形区应力应变状态的改变程度（迫使材料内外侧同为切向压应力、切向拉应变 ），从而使

8、内外侧回弹趋势相互抵消。（3）采用聚氨酯弯曲模利用聚氨酯凹模代替刚性金属凹模进行弯曲，弯曲时金属板料随着凸模逐渐进入聚氨酯凹模，激增的弯曲力将会改变圆角变形区材料的应力应变状态，达到类似校正弯曲的效果，从而减少回弹 。2.2.4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；式中：凸模圆角半径； r弯曲件圆角半径；弯曲件弯曲角； 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/t<5）时弯曲件圆角半径变化很小，而只修正弯曲角。对于弯曲件弯曲角不为90°时回弹角：式中：弯曲角为时的回弹角；弯曲件弯曲角；弯曲角为90°的

9、回弹角；模具设计时，当弯曲件弯曲角时，取凸模角度；当时，取凸模角度，通过试模来进行修正。该弯曲件弯曲角都为90°，其回弹角，则2.2.5其他影响因素1、弯曲件的弯裂弯曲件变形区外边是拉伸区，当此区的拉应力超出材料的应力极限时（强度极限）就产生裂纹。弯曲件的相对弯曲半径r/t越小，则变形越大，越易拉裂。2、弯曲件的滑移由于毛坯与模具之间磨擦的存在，当磨擦力不平衡时造成毛坯的移位，称作滑移，使弯曲件的尺寸达不到要求：1） 产生滑移的原因：由于两边磨擦力不等。工作不对称，毛坯两边与凹模接触面不相等；凹模两边的边缘圆角半径不相等，半径小，磨擦力更大；两边折弯的个数不一样；V形弯曲中凹模不是中

10、心对称，角度小的一边正压力大，磨擦大； 凹模两边的间隙和润滑情况不一样。2） 防止滑移的措施尽可能采用对称凹模，边缘圆角相等，间隙均匀；采用弹性顶件装置的模具结构；采用定位销的模具结构。2.3弯曲件的工艺性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。最小弯曲半径的影响因素：材料的力学性能；弯曲线的方向：由于板料的扎制造成板料性能和各项异性，扎制方向塑性较好，使弯曲的切向变形方向与扎制方向一致；板料宽度：宽度加大，最小弯曲半径增大；板料的表面质量；弯曲角；板料的厚度。2）弯曲件直边高度弯曲件的弯曲边高度不宜

11、太小，h>R+2t，如弯曲边高度太小，则难以形成足够的弯矩。第三章 设计方案的确定3.1弯曲件坯料展开尺寸的计算3.1.1中性层的确定由于中性层的长度在弯曲变形前后不变，其长度就是弯曲件坯料展开尺寸的长度。而欲求中性层长度就必须找到其位置，用曲率半径表示。中性层位置与板料厚度t、弯曲半径r、变薄系数等因素有关，在实际生产中为了使用方便，通常采用下面的经验公式来确定中性层的位置： 式中：中性层半径；r弯曲件内弯半径；x为中性层位移系数，其值件下表：表3.1r/tx3.00.464.00.485.00.5从弯曲件图可以看到：圆角半径都为r=5mm，板料厚度t=1mm，查表3.1得x=0.5，

12、则中性层半径为：3.1.2毛坯展开尺寸的计算由于圆角半径r>0.5t，所以毛坯展开长度等于弯曲件直线部分长度与弯曲部分中性层展开长度的总和，即。弯曲件有5段直线部分和4段弯曲部分，因此3.2弯曲力的计算与压力机的选用3.2.1弯曲力的计算弯曲力是指弯曲件在完成预定弯曲时所需要的压力机施加的压力，是设计冲压工艺过程和选择设备的重要依据之一。弯曲力的大小与毛坯尺寸、零件形状、材料的机械性能、弯曲方法和模具结构等多种因素有关，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： ； U形弯曲件：；式中：、自由弯曲力；B弯曲件的宽度；t弯曲件厚度；r

13、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）、校正弯曲力公式式中：校正力；单位面积上的校正力，Mpa；A弯曲件被校正部分的投影面积，mm2。3）计算本弯曲件弯曲部分，其中两处V形弯曲，一处U形弯曲。Q345的MPV形弯曲力：U形弯曲力：总弯曲力：校正弯曲力：；弯曲件被校正部分的投影面积自由弯曲力与校正弯曲力之和：3.2.2压力机的选用压力机的选取总原则：压力机的公称压力必须大于弯曲时的所有工艺力之和。由于本模具采用自由弯曲和校正弯曲，所以压力机的公称压力必须大于自由弯曲力与校正弯曲力之和，即。压力机选用还决定于压力机的调整与板料厚度误差的大小。由上述可知，该弯曲件弯曲所需的

14、压力是145245.8N，查取模具设计手册，可选取具有以下规格的压力机，具体如下表3.2：表3.2 压力机参数型号公称压力滑块行程行程次数最大闭合高度闭合高度调节量工作台尺寸垫板尺寸模柄孔尺寸J11-50160KN50mm150次/min220mm45mm前后300mm，左右450mm厚度40mm，孔径210mm直径40mm，深度60mm3.3弯曲模工作部分尺寸设计3.3.1凸模圆角半径当弯曲件的相对弯曲半径r/t较小时，取凸模圆角半径等于或略小于工件内侧的圆角半径r，但不能小于材料所允许的最小弯曲半径rmin。那么，凸模的圆角半径应等于工件内侧圆角半径，即。3.3.2凹模圆角半径凹模圆角半径

15、的大小不会直接影响到弯曲件的圆角半径，但是过小的凹模圆角半径会使弯矩的弯曲力臂减小毛坯如凹模困难，会擦伤毛坯表面。另外，凹模两侧的圆角半径必须相等，否则会引起板料偏移。在实际生产中通常根据材料厚度选取凹模圆角半径：当 ； ； 。由于采取复合模弯曲，凹模还要实现两处V型弯曲工艺，且r=5mm，因此，取。3.3.3凹模深度凹模深度要适当，若过小则弯曲件两端自由部分太长，工作回弹大，不平直；若深度过大则凹模过高，浪费模具材料并需要较大的压力机工作行程。对于U型弯曲件，如果弯曲件直边较长，凹模深度可以小于工件高度，凹模深度l0值见下表3.3表3.3 弯曲U型件的凹模深度l0（mm）弯曲件边长lt &l

16、t;11< t <22< t <44< t <66< t <10<5015202530355075202530354075100253035404010015030354050501502004045556565但由于本模具原理如下图3.1形式： 图3.1 模具凸、凹模凹模的具体尺寸见凹模零件图。3.3.4 凸、凹模的间隙V形件弯曲时，凸、凹模的间隙是靠调整压力机的闭合高度来控制的。但在模具设计中，必须考虑到要使模具闭合时，模具的工作部分与工件能紧密贴合，以保证弯曲质量。U形件弯曲时必须合理确定凸、凹模之间的间隙，间隙过大则回弹大，工件的形

17、状和尺寸误差增大。间隙过小会加大弯曲力，使工件厚度减薄，增加摩擦，擦伤工件并降低模具的寿命。U形件凸、凹模的单面间隙值一般可按下式计算：；式中：Z/2凸、凹模的单面间隙；t板料厚度的基本尺寸；板料厚度的正偏差；C根据弯曲件的高度和宽度而决定的间隙系数，当工件精度要求较高时，间隙值应适当减小，可以取Z/2=t。查有关资料板料厚度的正偏差为 ,C=0.07由公式可得：3.3.5 U形弯曲处的凸、凹模工作部分尺寸及公差凸、凹模工作部分尺寸主要是指弯曲件的凸、凹模的横向尺寸。当工件标注外形尺寸时，应以凹模为基准件，间隙取在凸模上；当工件标注内形尺寸时，应以凸模为基准件，间隙取在凹模上。而凸、凹模的尺寸

18、和公差应根据工件尺寸、公差、回弹情况以及模具的磨损规律而定。1）弯曲件标注外形尺寸凹模尺寸为 凸模尺寸为 （或凸模尺寸按凹模实际尺寸配制，保重单面间隙Z/2）2) 弯曲件标注内形尺寸凸模尺寸为 凹模尺寸为 （或凹模尺寸按凸模实际尺寸配制，保重单面间隙Z/2）式中：LU形弯曲件基本尺寸，mm；、凸、凹模工作部分尺寸，mm；弯曲件公差，mm；、凸、凹模制造公差，选用IT7IT9级精度，mm；Z/2凸、凹模单面间隙。由弯曲件图可以看出弯曲件标注外形尺寸，且弯曲件未标注尺寸公差，则按未按公差IT13级来处理，查表得弯曲件公差，凹模制造公差，选用IT9级精度，凸模制造公差，选用IT8级精度。凹模尺寸为凸

19、模尺寸为由于顶件板与凹模的配合为：0.10.5mm（单边），所以顶件板尺寸为3.4模具零件材料的选取模具材料的选取一般原则为：要有足够的使用性能；良好的工艺性好的淬透性、耐回火性高、热处理变形小；合理的经济性能。应考虑到的因素：模具的工作条件受力状态、工作温度、腐蚀等；模具工作性质及其加工手段；模具热处理要求等。凸、凹模的常用材料及热处理要求如下表3.5表3.5冲件情况选用材料热处理硬度HRC一般弯曲的凸模、凹模及镶块T8A、T10A淬火56-60要求高度耐磨的凸模、凹模及镶块CrWMn淬火60-64形状复杂的凸模、凹模及镶块Cr12淬火生产量大的的凸模、凹模及镶块Cr12MoV淬火选取Cr1

20、2为凸、凹模的材料。3.5模具零件形式的选取3.5.1模架的选取初步选取滑动导向模架中的后侧导柱模架，其特点是导向装置在后侧，横向、纵向送料比较方便，但由于偏心载荷的作用将加剧导向装置和凸、凹模之间的磨损，从而影响了模具寿命，一般用于较小的冲模。见下图3.2： 图3.2 后侧导柱模架选取凹模边界L=400mm，B=250mm，闭合高度h=245320mm，上模座400*250*50，下模座400*250*60，导柱32*250，采用A型普通导柱，导套32*100*38，采用A型普通导套。导套(导柱)与上、下模座采用H7/h6配合精度。3.5.2模柄的选择模柄的作用是将模具的上模座固定在冲床的滑

21、块上。常见的模柄形式有压入式模柄、旋入式模柄、凸缘模柄、浮动式模柄、槽型模柄、通用模柄、推入式模柄。压入式模柄能保证较高的同轴度和垂直度，适用于中小型模具，故在此选压入式模柄。如下图3.3： 图3.3 压入式模柄3.5.3螺钉、销钉的选取螺钉用于固定模具零件，一般选用内六角螺钉；销钉起定位作用，常用圆柱销钉。它们的选取应根据冲压力大小、凹模厚度等确定。下表3.6是螺钉规格：表3.6凹模厚度13>1319>1925>2532>35螺钉规格M4、M5M5、M6M6、M8M8、M10M10、M12第四章 模具的工作原理及生产注意事项4.1工作原理模具由上模座、凸模、销钉、螺钉

22、、凹模、压边圈、橡皮、卸料螺钉、顶件块、推杆、下模座、紧固螺钉等组成。模具的工作过程：开启模具后，将板料放在凹模上，通过导料板和定位销可靠定位，并通过顶板上定位销与板件上的中间孔配合固定，防止在弯曲时板件移动，凸模下行完成弯曲工艺。当行程终了时，凸模回程，顶料件将弯曲件顶出，完成一个工作流程。4.2生产注意事项4.2.1模具的安装和搬运冲模的使用寿命、工作安全和冲件质量等与冲模的正确安装有着极大的关系。1）冲模应正确安装在压力机上，使模具上下部分不发生偏斜和位移，这样可以保证模具有较高的准确性，避免产生废品。而且可保证模具寿命。2）模具安装时，将带有导向的模具，上下应同时搬到工作台面上。由于大

23、型模具在工作台面上不便移动，应按材料的送料方向、产品的取出方式、气垫顶杆孔的位置等尽量准确定位。先固定上模，然后根据上模的位置固定下模。3）固定上模的方法有压板压紧、螺钉紧固、燕尾槽配合和模柄固定等。对中小型模具，最常用的方法是模柄固定。模柄装入曲柄压力机模柄孔后，采用模柄夹持器来固定。夹紧模柄时，旋紧夹持器上两螺母，再用方头螺钉顶紧模柄。4）凡大型模具用模柄固定时，为增强固定的可靠性，制成带固定斜面的模柄把用固定螺钉紧固，或模具的上模座用吊挂螺丝安装。5）当模柄外形尺寸大小模柄孔尺寸时，禁止用随意能够得到的铁块、铁片等杂物作为衬垫，必须采用专门的开口衬套或对开衬套。6）固定下模的方法主要有螺钉固定和压板固定。螺钉固定准确可靠，但增加了冲模制造工时，且装拆冲模也不方便，