弯曲模具设计说明书.doc

弯曲模具设计计算说明书

设计内容

设计说明书 1份
模具装配图 1张
凸模零件图 1张
凹模零件图 1张

班 级：
学 号：
姓 名：
指 导：

目录
一、模具设计的内容…………………………………………………….3
二、设计要求…………………………………………………………….3
三、模具设计的意义……………………………………………………3
四、弯曲工艺的相关简介………………………………………………3
（一）、弯曲工艺的概念…………………………………………………3
（二）、弯曲的基本原理…………………………………………………4
（三）、弯曲件的质量分析………………………………………………4
（四）、弯曲件的工艺性………………………………………………7
（五）、最小相对弯曲半径………………………………………………7
五、设计方案的确定……………………………………………………7
（一）、弯曲件工艺分析………………………………………………8
（二）、弯曲件坯料展开尺寸的计算……………………………………8
（三）、弯曲力的计算与压力机的选用…………………………………9
（四）、弯曲模工作部分尺寸设计……………………………………10
六、模具整体结构……………………………………………………16
七、模具的工作原理及生产注意事项………………………………18
八、总结………………………………………………………………19
九、参考资料…………………………………………………………20

一、模具设计的内容
设计一副如下图所示弯曲件的成形模具：（补充图纸）

二、设计要求
详尽的设计计算说明书1份、主要零件图、模具装配图1份。

三、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。

四、弯曲工艺的相关简介
（一）、弯曲工艺的概念
弯曲是将金属板料毛坯、型材、棒材或管材等按照设计要求的曲率或角度成形为所需形状零件的冲压工序。弯曲工序在生产中应用相当普遍。零件的种类很多，如汽车上很多履盖件，小汽车的柜架构件，摩托车上把柄，脚支架，单车上的支架构件，把柄，门扣，铁夹等。

（二）、弯曲的基本原理
以V形板料弯曲件的弯曲变形为例进行说明。其过程为：
1、凸模运动接触板料（毛坯）由于凸,凹模不同的接触点力作用而产生弯短矩，在弯矩作用下发生弹性变形，产生弯曲。
2、随着凸模继续下行，毛坯与凹模表面逐渐靠近接触，使弯曲半径及弯曲力臂均随之减少，毛坯与凹模接触点由凹模两肩移到凹模两斜面上。（塑变开始阶段）。
3、随着凸模的继续下行，毛坯两端接触凸模斜面开始弯曲。（回弯曲阶段）。
4、压平阶段，随着凸凹模间的间隙不断变小，板料在凸凹模间被压平。
5、校正阶段，当行程终了，对板料进行校正，使其圆角直边与凸模全部贴合而成所需形状。
（三）、弯曲件的质量分析
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。
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α0（凸模的中心角度）变为回弹后的工件实际中心角度α1。

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σs越高，弹性模量E越小，弯曲弹性回跳越大。
2）相对弯曲半径r／t
相对弯曲半径r／t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r／t越小，则回弹也越小。
3）弯曲中心角α
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），使回弹困难，因而回弹角减小。 如Π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。

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σs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 。

4、回弹值的确定
1）小变形（r/t≥10）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。
表-1 单角90°校正弯曲回弹角
材料
r/t
≤1
1~2
2~3
Q215、235Q
1~1.5°
0~2°
1.5~2.5°
纯铜、铝、黄铜
0~1.5°
0~3°
2~4°

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°，其回弹角查表-1得，则
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。
（四）、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太小，h>R+2t，如弯曲边高度太小，则难以形成足够的弯矩。
（五）、最小相对弯曲半径
； ；而弯曲件的相对弯曲半径为：，所以在弯曲工艺时不必采取特殊工艺措施。

五、设计方案的确定
（一）、弯曲件工艺分析
该弯曲件名为压块，形状对称，尺寸无精度要求，材料是Q235A，普通碳素钢。采用复合模冲压成形，其需要经过三道工序完成：落料、冲中间孔、复合弯曲、冲两侧孔。落料工序已经在上道工序中冲制完成。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°。
（二）、弯曲件坯料展开尺寸的计算（补充图纸）

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-2
r/t
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
1
1.2
x
0.21
0.22
0.23
0.24
0.25
0.26
0.28
0.3
0.32
0.33
r/t
1.3
1.5
2
2.5
3
4
5
6
7
≥8
x
0.34
0.36
0.38
0.39
0.4
0.42
0.44
0.46
0.48
0.5
从弯曲件图可以看到：圆角半径都为r=2mm，板料厚度t=2mm，查表-2得x=0.32，则中性层半径为：

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

（三）、弯曲力的计算与压力机的选用
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——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，见表-3；A——弯曲件被校正部分的投影面积，mm2。
表-3 单位校正弯曲力 单位（MPa）

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。Q235A的
V形弯曲力：
U形弯曲力：
总弯曲力：
校正弯曲力：
查表4-9得；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：
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压力是72230N，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：
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
J11-50
160KN
50mm
150
次/min
220mm
45mm
前后300mm，左右450mm
厚度40mm，孔径210mm
直径40mm，深度60mm

（四）、弯曲模工作部分尺寸设计
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。由前面所述，该工件的相对弯曲半径等于最小相对弯曲半径，那么，凸模的圆角半径应等于工件内侧圆角半径，即。
2、凹模圆角半径
凹模圆角半径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，因此，取。
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：
表-4 弯曲U型件的凹模深度l0（mm）

但由于本模具原理如下图形式：

凹模的具体尺寸见凹模零件图。
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，其值按表4-16选取。
表-5 间隙系数C值（单位mm）

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
由公式可得：
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：L——U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IT7~IT9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IT14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
凸模尺寸为
由于顶件板与凹模的配合为：0.1—0.5mm（单边），所以
顶件板尺寸为
6、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。
1）凸、凹模的常用材料及热处理要求
表-6
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Cr12为凸、凹模的材料。
7、模具零件形式的选取
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

具体尺寸如下：表-8

选取凹模边界L=200mm，B=100mm，闭合高度h=160~190mm，上模座200*100*35，下模座200*100*40，导柱25*150，采用B型普通导柱，导套25*85*33，采用A型普通导套。导套(导柱)与上、下模座采用H7/r6配合精度。
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，故在此选用压入式模柄。

3）凸模固定板的选取
凸模固定板的厚度一般为凹模厚度的0.6~0.8倍，其平面尺寸可以与凹模、卸料板外形尺寸相同。
4）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。下面是螺钉规格：
表-9
凹模厚度
≤13
>13~19
>19~25
>25~32
>35
螺钉规格
M4、M5
M5、M6
M6、M8
M8、M10
M10、M12
六、模具整体结构

七、模具的工作原理及生产注意事项
（一）、工作原理
模具由上模座、凸模、凸模固定板、凸模垫板、销钉、螺钉、凹模、凹模垫板、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。
（二）、生产注意事项
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，适用于大、中型冲模。特别注意的是在安装下模座时，不要将废料孔堵住。
7）在冲压生产过程中，由于压力机的振动，可能引起固定冲模的坚固零件松动，操作者必须随时注意和检查各紧固零件的工作情况。
8）对于笨重的冲模，为了便于安装和搬运，应设置起重吊钩，通常采用螺栓吊钩或焊接吊钩等.
2、模具的使用注意事项
1）、使用模具前，应检查模具是否完好，所用的模具名称、编号和基本结构是否与工艺规程一致。有导向装置的模具，检查其润滑是否良好。并清除模具表面油污、赃物。2）、冲压用毛坯表面要洁净，并均匀涂抹润滑剂。3）、定期检查压力机，保证其精度和完好状态。4）、定期进行维护性修理。
3、压力机应具有安全保护装置
压力机安全装置应具有下列各项中的某一项功能，以杜绝人身事故的发生。
1）压力机滑块运行期间，人体的任一部分不会进入危险区。2）滑块下行程时，当人体的任一部分进入危险区之前，滑块能停止下行程或停于下死点之前。3）滑块下行程时，能将进入危险区的人体某一部分推出。4）滑块下行程时，能将进入危险区的操作者手臂拉出。5）当操作者双手脱离启动离合器的操纵按钮（或操纵手柄）后，直到伸进危险区之前，滑块能停止下行程或停于下死点之前。
八、总结
通过本次模具设计，我巩固了冲压成形与模具设计的专业基础知识，基本掌握了弯曲模具的设计方法和设计步骤，对模具的基本结构和制造工艺有了一定认识，熟悉了设计规范和国标，提高了绘图能力，培养了独立思考和动手的能力。在设计过程中从发现错误到弄懂，再发现错误，循环中我懂得了比较多东西，我也知道了这次模具设计的重要性。我知道其实还有很多问题我还没发现，等待我更加努力去学习。
九、参考文献
1、《冲压成形工艺与模具设计》 主编 李奇涵 科学出版社
2、《实用冲压工艺及模具设计》 主编 洪慎章 机械工业出版社
3、《冲压模具最新工艺和实用手册》电子版