1、题 目: V形弯曲模具设计姓 名: 灬焚书灬学 号: 89757系 别: 材料工程系专 业: 材料成型及控制工程专业年 级: 2015级指导老师:浮生、流年塑性成形工艺课程设计2015年7月32日目 录1、设计任务书12、冲压工艺分析12.1 材料分析12.2 工艺分析12.3 弯曲件的工序安排13、弯曲模具总体结构设计23.1 模具类型的选择23.2 操作与定位方式23.3 卸料与出件方式24、弯曲模具工艺与设计分析24.1 弯曲工件毛坯尺寸计算24.2 弯曲力的计算34.3 压弯时的顶件力和卸料力44.4 弯曲时压力机吨位的选择45、弯曲模具零件设计45.1 凸模与凹模工作部位设计45.1
2、.2 凸模与凹模的圆角半径45.1.3 弯曲模凹、凸模间隙55.1.3 弯曲凸、凹模刃口尺寸及公差65.2 凹模尺寸设计65.3 模座的选择85.4 垫板规格的的选择85.5 固定板的选择95.6 定位板的设计105.7 凸模设计105.8 模柄的选择115.9 螺钉、销钉的设计115.9.1 螺钉、销钉的选择115.9.2 螺钉、销钉孔确定115.9.3 螺钉、销钉位置确定116、冲压设备的选择126.1 闭合高度的确定126.2 压力机设备的选用137、课设小结14参考文献151、设计任务书设计题目:V形弯曲模具设计工件图:如图1材料 : Q235 厚度 : 1mm技术要求: 小批量,零件
3、公差按IT14选取图 1:工件图2、冲压工艺分析2.1 材料分析Q235号钢为普通碳素结果钢,性质较软,具有较好的弯曲性能,弹性模量E=200220GPa ,抗拉强度b=375500MPa。2.2 工艺分析该弯曲件外形简单,精度要求不高,工件厚度小,可以采用单工序模弯曲,且定位精度易保证。2.3 弯曲件的工序安排参考冷冲模设计 P136可一次压弯成形。3、弯曲模具总体结构设计3.1 模具类型的选择冲压工艺分析可知,采用单工序冲模,所以采模具类型为单工序模。3.2 操作与定位方式零件小批量生产,安排生产可采用手工送料方式能够达到批量生产,且能降低模具成本,因此采用手工送料方式。零件尺寸较小,厚度
4、较小,宜采用定位板定位。3.3 卸料与出件方式因为工件料厚为1mm,相对较薄,卸料力不大,故可采用弹性料装置卸料。3.4 导向方式的选择导向零件是用来保证上模相对于下模的正确运动。对生产批量较大、零件公差要求较高、寿命要求较长的模具,一般都采用导向装置。模具中应用最广泛的是导柱和导套。该模具生产批量不大,工件变形弯曲简单,弯曲力较小,可以不采用导向装置。4、弯曲模具工艺与设计分析4.1 弯曲工件毛坯尺寸计算工件属于有圆角半径的弯曲件,毛胚展开长度为: 公式 1式中 L弯曲件板料长度 l直线线部分的各段长度; l圆弧圆弧部分的长度; X中性层系数。r/t=12/1=128,查-P131-表5.5
5、得中性层系数x=0.5,按公式1计算板料的展开长度得: =40+=66.18mm图 2:板料展开图4.2 弯曲力的计算弯曲力受材料力学性能,零件形状与尺寸,弯曲方式,模具结构形状与尺寸等多种因素的影响,很难用理论分析方法进行准确计算。因此,在生产中均采用经验公式估算弯曲力,以便作为弯曲工艺设计和选择冲压设备的理论。查冷冲模设计P133可得v形件弯曲力:公式 2其中 F自冲压行程结束时的自由弯曲力(N); K安全系数,一般取K=1.3; B弯曲件的宽度(mm); t弯曲材料的厚度(mm); r弯曲件的内弯曲半径(mm); b材料的强度极限(MPa)。根据图1可得:b=40mm;t=1mm;r=1
6、2mm查阅机械设计课程设计手册P37,表2-3可得=450MPa。代入公式2得 4.3 压弯时的顶件力和卸料力压弯时的顶件力和卸料力FQ值近似取弯曲力的30%80%即: 所以 FQ=0.81080=864 N 4.4 弯曲时压力机吨位的选择自由弯曲时,压力机的吨位F为: FF自+FQ1080+864=1944 N5、弯曲模具零件设计5.1 凸模与凹模工作部位设计5.1.2 凸模与凹模的圆角半径在材料弯曲变形结束,工件不受外力作用,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。弯曲回弹表现为1:弯曲半径增大;2:弯曲件角度增大。材料的屈服点b愈高,弹性模量E愈小
7、,弯曲回弹愈大。当r/t10,弯曲相对半径较大,工件不仅有角度回弹,弯曲半径也有较大的回弹。可由下面公式得出:公式 3公式 4其中:r 工件的圆角半径(mm);r凸凸模的圆角半径(mm);a弯曲件的角度();凸弯曲凸模的角度();t板料的厚度(mm);E弯曲材料的弹性模量(MPa); s弯曲材料的屈服点(MPa)。R/t=12/1=1210加工的板料有角度回弹和半径回弹,查阅机械设计课程设计手册P4 表2-3得Q235号钢材的弹性模量为200-22010MPa,取值E=21010MPa代入公式3,公式4得 mm所以,5.1.3 弯曲模凹、凸模间隙对于V型件,凹模与凸模之间的间隙是由调节压力机的
8、装模高度来控制的,所以Z=t=1(mm)。5.1.3 弯曲凸、凹模刃口尺寸及公差弯曲凸、凹模工作尺寸的计算与工件尺寸的标注形式有关。一般原则是:当工作标注外形尺寸时,应以凹模为基准件,间隙取在凸模上,当工件标注内行尺寸时,应以凸模为基准件,间隙取在凹模上,并来用配作法制模。5.2 凹模尺寸设计凹模的工件深度将决定板料的进模深度,对于常见的弯曲件,弯曲时不需全部直边进入凹模内,只有当直边长度较小且尺寸精度要求高时,才使直边全部进入凹模内,凹模深度过大,不仅增加模具的消耗,而且将增加压力机的工作进程,使最大弯曲力提前出线。中小型弯曲件通常都使用模具在机械压力机上进行加工,最大弯曲力提起出线,对压力
9、机是很不利的。凹模深度过小,可能造成弯曲件直边不平直,降低其精度。因此,凹模的深度要适当。由冷冲模设计P134 表5-7 取压边长度L0=12,h=20,如图3。 图 3:凹模根据几何知识可算出: mm mm根据表 4-13可得: mm所以: mm由几何知识可得 mm 根据冷冲模设计P101可计算得所以: mm可得: mm mm mm凹模板具有标准尺寸,查阅冲压模具标准件与设计指南P103表4-13取得凹模标准尺寸为:16016040 mm图 4调整后得到:mm;;mm,凹模尺寸如图4。5.3 模座的选择模座材料采用HT400,模具采用“中间导柱下模座”(简图见冲压模具标准件与设计指南图2-5
10、3),根据凹模尺寸,选择凹模周界L=315mm,B=160mm,厚度H=40mm的中间导柱下模座。各部位尺寸详见冲压模具标准件与设计指南P57表2-31因为工件批量不大,变形简单,弯曲力较小,可以不采用导柱导向。模具工作的时候,将上模固定在压力机上,下模固定在压力机工作台上,位置调整准确即可对板料进行弯曲加工。为节省材料,对下模座进行必要加工,两边各预留30mm压边尺寸,对多余部分进行切削,加工后下模座规格为:24016040 mm上模座选择配套规格,同理进行必要切削加工后的尺寸为 16016032,其余的尺寸详见冲压模具标准件与设计指南P42表2-22。5.4 垫板规格的的选择查阅冲压模具标
11、准件与设计指南P166对垫板进行选择。垫板的作用是直接承受和扩散凸,凹模传递的压力,以降低模板所受的单位压力,防止模板局部破坏导致模具寿命降低。冲模中最常见为凸模垫板,它被装在凸模固定板与凹模之间。另外,当采用刚性推件装置,上模板被挖空时也需加垫板。是否需要垫板,根据模板承受压力来判断,公式为:公式 5式中: 冲板承受的压力; F 冲裁力,即凸(凹)模所承受的压力,N; A 凸(凹)模与上、下模板的接触面积、即凸(凹)模固定板端面面积;mm2; 模板材料的许用应力。其中:F=1944 N,A= (120-40)(20-33.25) = 6920 mm2,=120MPa。代入公式5得: MPa所
12、以,可以不采用垫板。5.5 固定板的选择固定板(凸、凹模固定板)主要用于固定中、小型的凹模,小型的凸、凹模零件一般通过固定板间接地固定在模板上,以减少模具钢的用量。为了保证安装、固定牢固,固定板必须有足够的厚度,查冲压模具标准件与设计指南P166厚度可以由下面经验公式得出 凸模固定板: 凹模固定板: 式中 H 固定板厚度 H0 凹模高度与垫板高度之和 D 凸模与固定板相配合部分的直径。若凸模与固定板相配合的部分截面为非圆形,则为其截面最大径。凹模不需要用固定板,凸模与固定板配合部位如图示:图 5:凸模和固定板的配合部位所以: mm mm取标准: = 52 mm。固定板上的凸模安装孔与凸模采用过
13、渡配 H7/m6,材料为45#钢。5.6 定位板的设计 定位板的作用是保证板料送料准确和在模具中的位置正确。材料采用45#钢,长和宽尺寸采用模架尺寸,厚度稍高于板料厚度,取H定=2mm,挡料部位及整体尺寸见图6。图 6:定位版设计图5.7 凸模设计 凸模长度计算 (参考冷冲模设计P99图4-44)公式 6式中: H 凸模固定板的厚度;H卸料板的厚度;H定位版的厚度;H凸模进入凹模的深度;Y安全距离取值范围为1520mm。其中:H1=52mm;H2=0mm;H3=2mm;;Y 取16mm;H=H1H2t=16.324mm。 代入公式6得:L=52+2+16.324+16=86.324 mm所以凸
14、模尺寸为:31.094086.324 mm 5.8 模柄的选择选用旋入式模柄,材料Q235,这种模柄装配简单,适合简单模具使用,可较好地保证模柄轴线与上模座的垂直度。它与上模座孔采用H7/m6,属于过渡配合,并加防转销防转动,根据压力机J23-16的相关参考可知,模柄的外形尺寸为 : dh=3050 mm参考冲压模设计指导表3-41选择3256的旋入式模柄回来再加工至30505.9 螺钉、销钉的设计5.9.1 螺钉、销钉的选择模座的固定螺钉选择内六角圆柱头螺钉,根据冲压模具标准件与设计指南 P132 表5-8选择M10螺钉。上模座的固定螺钉 4 M10下模座的固定螺钉 4 M10定位板的固定螺
15、钉 4 M6上模座连接销钉 210下模座连接销钉 210 5.9.2 螺钉、销钉孔确定M10内六角圆柱螺钉通过孔的规格参考冲压模具标准件与设计指南 P132 表5-9 可知:D=16.5,d=11.5,H=25,如图7。5.9.3 螺钉、销钉位置确定螺钉、销钉分布要满足相应的尺寸位置要求,孔到边缘和孔与孔之见的距离要满足安全距离 查阅冲压模具标准件与设计指南P138 表5-17 得出对应的最小距离,如图8。图 7:螺钉孔图 86、冲压设备的选择6.1 闭合高度的确定模具闭合高度(H闭)是指模具在最低工作位置时,上模座上平面与下模座下平面之间的距离。H闭=H上模座+H凹模+H凸固+H定位+H下模
16、座+Y公式 7式中: H上模座上模座厚度,取H上模座=32mm;H凹模凹模厚度,取H凹模=40mm;H凸固凸模固定板厚度,取H凸固=52mm; H定位定位板的厚度,H定位=2mm;H下模座下模座厚度,取H下模座=40mm;Y安全距离,取16mm。代入公式7去得:H闭= 32+40+2+52+40+16=182 mm6.2 压力机设备的选用压力机是给模具提供压力的设备,按照传动方式的不同可以分为机械压力机和液压压力机。模具的公称压力为1944N,闭模高度为182mm。查冷冲模设计P12 表1-3,确定选择J23-16开式双柱可倾式压力机。压力机的参数如下: 公称压力 160kN 滑块行程 55m
17、m 滑块行程次数 120次/分 最大闭合高度 220mm 滑块中心线至床身的距离 205mm 模柄孔尺寸 mm 立柱距离 428mm 工作台尺寸 380610 mm 7、课设小结为期三周的课程设计结束了,这是我第二次接触课程设计这样创新性强的实践课。相对比第一次接触课设,这次整个课设过程进行起来较为顺利,但整个课设过程还是走了许多弯路,在设计和计算过程中也出现了各种各样的错误,在同学和老师的帮助下也都尽量改正了,虽然还存在或多或少的问题,这也是我今后努力的方向,我会继续努力学习,来丰富自己的知识。首先,我们对工件进行分析,选择出最符合的工艺工序,在根据工件对模具进行计算、设计,最终设计出整套模
18、具。整个过程涉及的知识不单单是一本书上的,我们要查阅其他相关书籍,更有甚者,相同的零件在不同的书籍上有不同的标准,我们需要不断比较最终选择出最理想的数据。整个过程,环环相扣,一个数据的错误,可能导致最终模具不符合要求。课设,不仅加深了我们对本专业知识的了解,也从实践中告诫我们严谨的态度在以后的工作中是多么重要。通过这次的模具设计,我对本专业学习的模具制造工艺学有了更进一步的了解。我们现在对模具设计只不过是一个初步的了解,这门课程还有更多的知识等着我们去学习,在这三周短暂的课程设计里,我学会了运用课本上一些最基本的理论,对专业就业方向也有了更深的理解。总体来说,通过这次课设我受益匪浅。培养了我的设计思维,增加了实际操作能力,为以后的工作打下了较好的基础。在让我体会到了搞设计艰辛的同时,更让我体会到成功的喜悦和快乐。参考文献丁松聚,冷冲模设计, 机械工业出版社,2012吴宗泽,罗圣国, 机械设计课程设计手册, 高等教育出版社,1992马朝兴,冲模模具设计手册, 化学工业出版社,1998 高军,冲压模设计指导,化学工业出版社,2007