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摘 要
利用模具來成型零件，能少切屑、無切屑，多工序重合。利用模具成型代替?zhèn)鹘y(tǒng)切屑加工工藝，能提高生產(chǎn)效率、保證零件質(zhì)量、節(jié)約材料、降低生產(chǎn)成本，取得較高的經(jīng)濟(jì)效益。許多研究機(jī)構(gòu)和大專院校經(jīng)過多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術(shù)方面取得了顯著進(jìn)步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計(jì)制造周期等方面取得顯著成效。本文主要介紹了汽車油箱拖架的沖裁模和彎曲模的設(shè)計(jì)。油箱托架屬于常見零件，但其模具包含了沖壓摸、彎曲模等，在模具設(shè)計(jì)方面具有代表性。設(shè)計(jì)合理優(yōu)質(zhì)的托架模具，能使得油箱托架的大批大量生產(chǎn)成本低、質(zhì)量好，節(jié)省加工工時(shí)，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。
?關(guān)鍵詞：沖裁模，彎曲模，設(shè)計(jì)
Mould Design OF BUS Fuel Tank Bracket
Abstract
Making use of mould to come to the molding part, can stop cutting crumbs, have no cuttings and makes multiple operation coincidence. Making use of molding to replace tradition cuttings process handicraft, can improve the efficacy, guarantee part mass, save material, make production costs lower, and make higher economic effect. Many study organizations 、universities and colleges have got notable progress by efforts of many years ,and have great progress in the field of mould CAD/CAE/CAM technology. It gets a marked effect in the field of improving mould mass 、shortening the design for die、mould manufacturing cycle ,and so on. The paper introduces cutting mould design and curved mould design of bus fuel tank bracket. The fuel tank bracket belongs to the common part, whose mould contains stamping fumble and curved model waits, has represent aliveness in the field of mould design. Designing rational high grade bracket mould, can cut down the cost of product and enhance quality for large amount production, has good economic effect.
Key Words: Cutting Mould, Curved Mould, Design
目 錄
1 緒論 1
2 工藝分析 1
3 模具材料的選擇 2
4 右沖孔模設(shè)計(jì) 3
4.1 沖壓力的計(jì)算 3
4.2 確定模具壓力中心 3
4.3 計(jì)算凸、凹模刃口尺寸 3
4.4 凸、凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4
4.5 凸、凹模外形尺寸確定 5
4.6 模具總體設(shè)計(jì)及主要零部件設(shè)計(jì) 6
4.7 沖壓設(shè)備的選擇 8
5 下沖孔模設(shè)計(jì) 9
5.1 沖壓力計(jì)算 9
5.2 計(jì)算凸、凹模刃口尺寸 9
5.3 凸、凹模外形尺寸確定 9
5.4 模具總體設(shè)計(jì)及主要零部件設(shè)計(jì) 11
5.5 沖壓設(shè)備的選擇 11
6 右彎模設(shè)計(jì) 11
6.1 應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)分析 12
6.2 零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析 13
6.3 彎曲件毛坯展開尺寸的計(jì)算 14
6.4 彎曲工藝力的計(jì)算 15
6.5 彎曲設(shè)備標(biāo)稱壓力的選擇 15
6.6 回彈角的確定 15
6.7 U行件彎曲模的結(jié)構(gòu) 16
7下彎曲模設(shè)計(jì) 16
7.1 彎曲件毛坯展開尺寸的計(jì)算 16
7.2 彎曲工藝力的計(jì)算 18
7.3 彎曲設(shè)備標(biāo)稱壓力的選擇 20
7.4 回彈角的確定 20
7.5 U行件彎曲模的結(jié)構(gòu) 20
8下彎曲模設(shè)計(jì) 20
8.1 彎曲件毛坯展開尺寸的計(jì)算 20
8.2 彎曲工藝力的計(jì)算 21
8.3 彎曲設(shè)備標(biāo)稱壓力的選擇 24
8.4 回彈角的確定 24
8.5 彎曲模的結(jié)構(gòu) 24
9 結(jié)束語 25
致謝 25
參考文獻(xiàn) 25
附圖1 工件圖 26
附圖2 連接彎模 27
5
1 緒論
冷沖壓是在常溫下，利用沖模在壓力機(jī)上對板料或坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形或分離，從而獲得零件所需的形狀、尺寸的一種壓力加工的方法，它廣泛應(yīng)用于汽車、電機(jī)、電器和儀表行業(yè)，是一種重要的加工工藝。目前工業(yè)上大量采用冷沖壓成型的方法加工合金板材，模具采用冷沖模，模具材料采用優(yōu)質(zhì)合金鋼。近年來，許多模具企業(yè)加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投資力度，將技術(shù)進(jìn)步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力。國內(nèi)模具企業(yè)已普及了二維CAD，并陸續(xù)開始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等國際通用軟件。個(gè)別廠家還引進(jìn)了Mold flow、C-Flow、DYNAFORM、Optics和MAGMASOFT等CAE軟件，并成功應(yīng)用于沖壓模的設(shè)計(jì)中。許多研究機(jī)構(gòu)和大專院校開展了模具技術(shù)的研究和開發(fā)。經(jīng)過多年的努力，模具CAD/CAE/CAM技術(shù)得到了顯著提高，并且模具質(zhì)量顯著提高，模具設(shè)計(jì)制造周期也明顯縮短了。模具制造業(yè)是一個(gè)國家的基礎(chǔ)工業(yè)，也是衡量一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。伴隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異和市場競爭的日趨激烈，模具的設(shè)計(jì)質(zhì)量和制造精度都有了更高要求，其制造周期也要求更短了。顯然，單純依靠手工設(shè)計(jì)和經(jīng)驗(yàn)的模具設(shè)計(jì)和制造方法已難以適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)的需要。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造技術(shù)能大大加快模具的設(shè)計(jì)和制造速度，縮短設(shè)計(jì)和制造周期，更能保證產(chǎn)品的精度[1]。本文就沖裁模和彎曲模的詳細(xì)設(shè)計(jì)過程各舉一例，再給出其他他工序模具的簡要設(shè)計(jì)說明和模具圖。汽車油箱拖架是一種常見的汽車零件，形狀較為復(fù)雜，適合鈑金加工。冷沖模的結(jié)構(gòu)形式和部分零件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，本文的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括非標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)件的選用。
2 工藝分析
圖1 托架
根據(jù)托架的形狀和尺寸，零件加工工序依次為右沖孔、下沖孔、右彎、下彎曲、連接處彎曲。由于折邊深度較大，不宜先彎再沖孔，因此將沖孔工序放前面。沖孔時(shí)，最小孔徑必須滿足[2]（t=2）,Ф17 mm孔符合沖孔工藝要求。多孔沖裁時(shí)，孔邊距應(yīng)滿足[2] mm, mm，而零件各孔的孔邊距均大于最小孔邊距，符合工藝條件，可以多孔同時(shí)沖裁。再考慮工件的折彎工藝性：鈑金件的最小彎曲半徑，各處彎曲半徑均大于最小彎曲半徑，符合工藝要求，工件的工藝性良好。
3 模具材料的選擇
冷作模具材料選用時(shí)，可按下列步驟考慮[3]：
（1） 按模具的大小考慮：
尺寸不大時(shí)可選用高碳工具鋼，尺寸較大時(shí)可選高碳低合金工具鋼，尺寸大時(shí)可選用高合金耐磨鋼。
（2） 按模具形狀和受力情況考慮：
模具形狀簡單、不易變形、截面尺寸不大、載荷較小時(shí)，可選高碳工具鋼，形狀復(fù)雜、易變形、截面尺寸大、載荷較大時(shí)可選高耐磨模具鋼。
（3） 按模具的使用性能考慮：
具要求耐磨性特別高、淬火變形較小時(shí)，可選高碳高鉻鋼或高碳中鉻鋼，也可選用基體鋼和高速鋼制造。對載荷沖擊較大的模具，可選用沖擊韌度較高的中碳合金模具鋼。
（4） 按模具的工作量考慮：
當(dāng)產(chǎn)品批量不大時(shí)，選用低廉的碳素工具鋼或高碳低合金鋼制造，當(dāng)批量大，要求模具使用壽命長時(shí)，可選用高碳中鉻鋼、高碳高鉻鋼、基體鋼或高強(qiáng)韌性低合金冷作模具鋼制造，當(dāng)生產(chǎn)批量特別大，要求使用壽命特別長時(shí)，可選用硬質(zhì)合金或鋼結(jié)硬質(zhì)合金制造。
（5） 按模具的用途考慮：
冷作模具包括冷沖模、冷擠壓模、冷鐓模、冷沖裁模等，用途不同，選材也不同。
托架用45鋼制造。綜合考慮各種因素，查《熱處理技術(shù)數(shù)據(jù)手冊》?P 808，常用冷作模具鋼的選用參考為：
沖裁模：[輕載沖裁模（厚度<2mm），大批量生產(chǎn)零件]Cr12MoV(Cr4W2V)
彎曲模：[彎曲翻邊模大批量生產(chǎn)用] Cr12MoV(Cr4WMo2V)硬度要求HRC 57-60
拉深模：[輕載拉深模、成行淺拉深] 9Mn2V ;CrWMn。硬度要求 60-62 HRC
[重載拉深模大批量成型拉深模] Cr12；Cr12MoV,硬度要60-62 HRC模具材料均選Cr12MoV，能符合各種性能要求，較為合適。
4 右沖孔模設(shè)計(jì)
4.1 沖壓力的計(jì)算
本模具采用彈性卸料板，四孔1次沖出。
(1) 沖裁力[4]：查表，由公式
（1）
其中，Kp--系數(shù)，取決于材料的屈強(qiáng)比；
t--材料的厚度；
L--沖裁周長；
--材料的抗剪強(qiáng)度，Mpa。
則沖裁力為：
P (KN)
(2) 卸料力[4]：由公式
（2）
式中， Q --卸料力；
K--推出系數(shù)；
P--沖裁力。
則卸料力為：
(KN)
(3) 推料力[4]：查得公式
（3）
其中，n--凹模內(nèi)滯留的工件或廢料數(shù)，
K1--推出系數(shù)，查表得0.05。
則推料力為：
(KN)
4.2 確定模具壓力中心
沖壓形狀對稱的沖壓件，壓力中心在其對稱中心線的交點(diǎn)，即幾何中心上。而此處的各處壓力相等，且位置對稱，壓力中心就是四孔的幾何中心 [5]。見圖2。
4.3 計(jì)算凸、凹模刃口尺寸
沖裁初始間隙[6] 2c取0.260--0.380 mm。凸凹模分開加工，分別計(jì)算凸模和凹模的偏差，模具凸模按6極精度制造，凹模按7級精度制造。刃口尺寸計(jì)算如下:
凸模刃口：由計(jì)算公式
（4）
式中， dp--凸模刃口直徑；
dmin--工件的最小直徑；
x--磨損系數(shù)；
Δ--工件公差。
查表得：x=0.5，δp=0.011, δd=0.018。則凸模刃口直徑[6]：
圖2 壓力中心示意
凹模刃口[6]：
根據(jù)公式：
（5）
其中， dd--凹模的刃口直徑；
cmin--最小間隙值。
則凹模刃口尺寸為：
（mm）
校對：，滿足間隙公差條件[6]。
4.4 凸、凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
凸模結(jié)構(gòu)的確定：圓形斷面的凸模的結(jié)構(gòu)形式已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。 凸模采用B型標(biāo)準(zhǔn)圓凸模[6]。凸模和固定板采用H7/n6的過度配合。用凸肩固定。見圖3。
凹模結(jié)構(gòu)的確定：采用圖4所示的結(jié)構(gòu)，不易積存零件或廢料，但刃口強(qiáng)度不高，修磨后刃口尺寸稍有增大，實(shí)用于沖裁形狀簡單、精度要求不高的零件。。
圖3 凸模的結(jié)構(gòu)形式
圖4 凹模結(jié)構(gòu)
4.5 凸、凹模外形尺寸確定
凹模的外形尺寸H可取 14，16，18，20，22，25,28,30,35,，K=0.42。凹模壁厚(指凹模刃口與外邊緣的距離)的確定式：小凹模 ,大凹模。B指凹模孔的最大寬度，C是凹模壁厚，H取16。初步?。?。
初取凹模長度，由公式：
（5）
（6）
則計(jì)算如下：
(mm)
(mm)
L取280，B取90。
(mm)， (mm)
見圖5。
凸模的外形尺寸[12]：采用B1型, h=3,d=17.2,D，D1=24。L可取 40，42，45，48，50，52，55，58，60，65，70 等, D模具采用了彈性卸料裝置。橡膠的自由高度為：
（7）
其中， (修磨量)= 8 mm，故H’=28--32 (mm)。
橡膠的裝配高度為：
圖5 右沖孔凹模
H1=(0.85—0.9) H’ ≈25 (mm)。
凸模長度的計(jì)算：
（8）
其中，t 1--凸模固定板的厚度；t2--卸料板的厚度； L1--附加長度。包括凹模進(jìn)入凸模的深度0.5—1mm，總修磨量6—12mm。墊板厚度取10mm，凸模固定板厚度取 16mm，橡膠的裝配高度取25mm，卸料板厚度取28mm。凹模墊板 315×100×16。
?凸模的總長度：
(mm)
凸模的自由長度:
L’ (mm)
L取85 mm。見圖6。
4.6 模具總體設(shè)計(jì)及主要零部件設(shè)計(jì)
模具結(jié)構(gòu)確定[4] ：
模架結(jié)構(gòu)的選擇：選擇后側(cè)導(dǎo)柱標(biāo)準(zhǔn)模架：L×B=315×200
上模座：L/mm×B/mm×H/mm=315×200×45 (GB/T 2855.5)
下模座：L/mm×B/mm×H/mm=315×200×55 (GB/T 2855.6)
導(dǎo)柱：d/mm×L/mm=35×180 (GB/T 2861.1)
導(dǎo)套：d/mm×L/mm×H/mm=35×115×43 (GB/T 2861.6)
模架閉合高度：190—230 (mm)
模具的閉合高度為：
H =45+10+16+25+28+2+16+16+55=213 (mm)
圖6 右沖孔裁凸模
模柄：采用壓入式標(biāo)準(zhǔn)A型模柄，模柄 A60×140 JB/T 7646.1
凸模：d=17.2mm，高度L=85，h 為I型的圓凸模AI 17.2×85 GB2863.1-81
卸料板：橡膠彈性卸料板 h=3—5 mm,取B=250,厚h0’=25,h=4.見圖8
卸料螺釘：圓柱頭螺釘:M10×80 JB/T 7650.5, 頂板 A17 JB/T 7650.4
擋料銷：圓柱頭式擋料銷，A型，d=10mm，固定擋料n銷A10 JB/T 7649.10 凸模固定板：250×80×16，45鋼 JB/T7643.3
凸模的墊板：250×80×10，45鋼 JB/T7643.3
凹模墊板：315×100×16，45鋼 JB/T7643.3
凹模：280×90
橡膠元件：,P是橡膠壓力，單位是N。A是橡膠橫截面積(mm2),q 橡膠壓縮的單位壓力（Mpa）。橡膠的自由高度：
（9）
L是考慮修模最后的卸料或壓邊的工作行程。H應(yīng)滿足。D是橡膠自由狀態(tài)的直徑。若比值大于1.5，可將橡膠分層，且兩層之間需加鋼質(zhì)墊片。當(dāng)比值小于0.5時(shí)，則增加橡膠層的高度，至。橡膠的自由高度為：
H’ =(3.5--4)S’ （10）
其中，S’ =t+1+5(修磨量)=8 (mm)，故H’=28---32 ( mm)。
橡膠的裝配高度：
H2=(0.85--0.9) H’
≈25 (mm)
由于工件尺寸大，沖裁力較大，將凸模的端部做成1o的斜刃，可提高模具的使用壽命。模具裝配圖見圖7。
1.下模板 2.凹模墊板 3.凹模 4.導(dǎo)柱 5.導(dǎo)套 6.上模座 7.模柄 8.卸料螺釘
9.凸模墊板 10.凸模固定板 11.橡膠 12.凸模 13.卸料板 14.螺釘 15.擋料銷
圖7 右沖孔模
4.7 沖壓設(shè)備的選擇
選用開式曲柄壓力機(jī)，采用彈壓卸料裝置和下出件的模具時(shí)，；采用彈壓卸料裝置和上出件的模具時(shí)，；采用剛性卸料裝置和下出件模具時(shí)，。沖裁時(shí)，采用彈壓裝置和下卸料模具 =159.6+6.384+7.98 =173.96 KN,閉合高度為203。
選擇J21-40[5]公稱壓力：400 KN，滑塊行程：80 mm，最大閉合高度：330mm,連桿調(diào)節(jié)長度:70 mm,工作臺尺寸（前后×左右）/mm:460×700。
5 下沖孔模設(shè)計(jì)
5.1 沖壓力計(jì)算
本模具采用彈性卸料板，兩孔1次沖出。
(1) 沖裁力
（沖裁力） (KN)
(2) 卸料力
(KN)
(3) 推料力
n=1，推料力 (KN)
5.2 計(jì)算凸、凹模刃口尺寸
單個(gè)凸、凹模的刃口尺寸計(jì)算同3.3。凸模和凹模的結(jié)構(gòu)也采用和右沖孔模中的凸、凹模相同的結(jié)構(gòu)。見圖5和圖6。
5.3 凸、凹模外形尺寸確定
凹模的外形尺寸[6]： H取16。凹模壁厚(指凹模刃口與外邊緣的距離)的確
定式：小凹模 [6]。B指凹?？椎淖畲髮挾取是凹模壁厚。L取280，B取90。
(mm)
(mm)
凸模的外形尺寸[6]： h=3,d=17.2，，D1=24。L取85 mm。橡膠的裝配高度為25mm。凸模長度的計(jì)算[7] ：
（11）
其中， t 1--凸模固定板的厚度；
t2--卸料板的厚度。
L1--附加長度，包括凹模進(jìn)入凸模的深度0.5—1mm，總修磨量6—12mm。墊板厚度取10 mm，凸模固定板厚度取 16mm，橡膠的裝配高度取25mm，卸料板厚度取28 mm。凹模墊板 315×100×16。?凸?？偢撸?
L=16+25+28+2+1+5=85 (mm)
凸模的自由長度：
L’=25+28+2+1+5=61 (mm)
凸模結(jié)構(gòu)見圖11。
圖8 卸料板
圖9 下沖孔凹模結(jié)構(gòu)
圖10 下沖孔凸模結(jié)構(gòu)
圖11 下沖孔凸模
5.4 模具總體設(shè)計(jì)及主要零部件設(shè)計(jì)
同4.6，凸模數(shù)量變?yōu)?，模具裝配圖見圖12。
5.5 沖壓設(shè)備的選擇
選用開式曲柄壓力機(jī) ，采用彈壓卸料裝置和下出件的模具時(shí)[5]:
P∑=P+Q+Q1 （12）
采用彈壓卸料裝置和上出件的模具時(shí):
P∑=P+Q+Q2 （13）
采用剛性卸料裝置和下出件模具時(shí):
P∑=P+ Q1 （14）
沖裁時(shí)，采用彈壓裝置和下卸料模具，根據(jù)公式（12）：
P∑=P+Q+Q1
=(159.6+6.384+7.9)
=86.968 (KN)
閉合高度為203 mm，選擇J21-40[5] ：公稱壓力：400 KN，滑塊行程：80 mm，最大閉合高度：330mm,連桿調(diào)節(jié)長度：70 mm，工作臺尺寸：460×700(mm2)。
6 右彎模設(shè)計(jì)
6.1 應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)分析
相對彎曲半徑[7]：
（1） [12] 時(shí)，E=2.09×105 Mpa ，σs=355 Mpa，即 294時(shí)變形不大。發(fā)生彈性變形，應(yīng)力狀態(tài)如圖10所示（a）。
（2）r/t 在200—5之間，材料的變形區(qū)處于彈—塑性彎曲和進(jìn)入線性純
塑性彎曲，應(yīng)力分布如圖（b）、（c）。在線性彈-塑性狀態(tài)，板料中心及附近區(qū)域
1. 下模板 2. 凹模墊板 3. 凹模 4. 導(dǎo)柱 5. 導(dǎo)套 6. 上模板
7. 模柄 8. 卸料螺釘 9. 凸模墊板 10. 凸模固定板 11. 橡膠
12.凸模 13. 卸料板 14.連接螺釘 15. 擋料銷
圖12 下沖模
圖13 應(yīng)力狀態(tài)圖
為彈性變形，其它部分為塑性變形。而在線性純塑性彎曲時(shí)，板料橫截面上切向應(yīng)力都超過屈服點(diǎn)進(jìn)入了塑性彎曲。這兩種彎曲，其應(yīng)力和應(yīng)變?nèi)詫儆诰€性狀態(tài)，
應(yīng)力和應(yīng)變的中性層可認(rèn)為在板料厚度的中央。
（3） 之時(shí)，板料另兩個(gè)方向的應(yīng)力應(yīng)變值較大，不能忽略，變形區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)為立體塑性彎曲。 設(shè)板料彎曲變形區(qū)主應(yīng)力和主應(yīng)變的三個(gè)方向?yàn)榍邢颍é姚?，εθ）、徑向（σρ，ερ）、寬度方向（σB，εB）。根據(jù)寬板和窄板，
變形區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)如圖14 所示[7]：
內(nèi)區(qū)
外區(qū)
圖14 復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)圖
彎曲時(shí)，相對彎曲半徑明顯很小，屬于三向應(yīng)力狀態(tài)。工件的相對彎曲半徑均小于5，處在三向應(yīng)力狀態(tài)。有必要考慮去除外力后工件的變形恢復(fù)的影響。 彎曲回彈： 變形結(jié)束后，工件不受外力作用，由于彈性變形的恢復(fù)，使彎曲件的彎曲中心角和彎曲半徑變得與模具的尺寸不一致，這種現(xiàn)象叫彎曲件的彈性回跳（回彈）。表現(xiàn)為彎曲半徑變大，彎曲中心角變小。影響回彈的主要因素：材料的力學(xué)性能、相對彎曲半徑、彎曲中心角、彎曲方式、彎曲件的形狀、模具間隙等。而要減小回彈造成的誤差，在工件的結(jié)構(gòu)和尺寸已經(jīng)確定的情況下，而且要求不很高，不必進(jìn)行校正彎曲，只能在模具結(jié)構(gòu)上考慮。1.凸模角度上予以補(bǔ)償：由于彎曲屬于U行件彎曲，將凸模兩側(cè)分別作出等于回彈角Δα 的斜度，卸載后可補(bǔ)償回彈值；2.采用改變應(yīng)力狀態(tài)的模具結(jié)構(gòu)，使內(nèi)外層均受拉應(yīng)力時(shí)，內(nèi)外層的回彈量的一部分相互抵消，可有效減小回彈量。
6.2 零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析
為了實(shí)現(xiàn)彎曲件的形狀，材料必須產(chǎn)生塑性變形。彎曲最大圓角半徑?jīng)]有限制，可如果半徑過小，彎曲時(shí)外層材料拉伸變形量過大，而師拉應(yīng)力達(dá)到或超過
抗拉強(qiáng)度，材料外層將斷裂，工件報(bào)廢。板料彎曲存在一個(gè)最小圓角半徑，彎曲半徑不能小于這個(gè)最小值：。彎曲半徑都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于板厚，工藝性好。
6.3 彎曲件毛坯展開尺寸的計(jì)算
當(dāng)板料彎曲變形時(shí)，在彈性階段中性層位于板厚的中間。在塑性階段中性層的位置往往向彎曲的內(nèi)側(cè)偏移。中性層半徑可按以下式子計(jì)算[4]：
式中， --中性層半徑；R--彎曲內(nèi)半徑；K--中性層位置因數(shù)；t--材料厚度。
圖15 中性層位置示意圖
將大端展開，有四處彎曲，寬度方向展開得
圖16 大端折彎圖
毛坯長度等于中性層長度，等于直邊加各段圓弧中性層的弧長[6]，毛坯長度等于中性層長度，等于直邊加各段圓弧中性層的弧長。
L=（30.5-2）+（60-4）+（30.5-2）+2×（83-4）+1.57×（4×3）+1.57×（x×4）×2
=271+18.8+8
=298 (mm)
其中， x--中性層位移系數(shù)[6]，x=0.64。
6.4 彎曲工藝力的計(jì)算
U型彎曲力：
=KBt2[12] （15）
其中， K--安全系數(shù)，取0.4；
B--彎曲寬度B=345；
t--厚度，取2mm；
--材料抗拉強(qiáng)度600 Mpa。
=0.4×345×2×2×600 = 331.2 （KN）
2處折彎：
=2×0.6×C×B×t2×σb /(r+t) （16）
式中，C--系數(shù)1.3；B=345；r--凸模圓角半徑，3mm。
=2×0.6×1.3×345×4×600/(3+2)=258.3 （KN）
校正彎曲力[7]：
=A×q （17）
式中，A--校形區(qū)投影面積，q--校形所需單位壓力50Mpa。
A按主視圖投影面計(jì)算,A=60×345=20700 mm2 。
=50×20700=1035 （KN）
彎曲力的總和為：
P=331.2+258.3+1035=1624.5 （KN）
壓料力的計(jì)算：
Q= 0.4×P=0.4×1624.5=649.8 （KN）
6.5 彎曲設(shè)備標(biāo)稱壓力的選擇
自由彎曲時(shí):
=331.2+649.8=981 （KN）
校正彎曲時(shí):
=1035 （KN）
是彎曲用壓力機(jī)標(biāo)稱壓力。選用四柱萬能液壓機(jī)Y32-500[7]：公稱壓力
5000KN，滑塊行程900mm，頂出力 1000KN,工作臺尺寸 1400×1400，工作行程速度 10 mm/s，液體工作壓力25 Mpa。
6.6 回彈角的確定
彎曲間隙值,其中是凸凹模的單邊間隙；t 料厚，n為因數(shù)，取n=0.07；Z/2=2+0.14,Z=4.28；回彈角為2o[2]。
6.7 U行件彎曲模的結(jié)構(gòu)
凸模采用整體結(jié)構(gòu)，由于凹模尺寸較大，采用鑲拼結(jié)構(gòu)。模具中為了防止料
圖17 凹模組合
在成形時(shí)和凸模相對滑動太快，影響工件質(zhì)量，特在凸模下邊增加了液壓頂板裝置。這樣就可以讓板料慢慢地流動，變形質(zhì)量好。見圖19。
7 下彎曲模設(shè)計(jì)
7.1 彎曲件毛坯展開尺寸的計(jì)算
當(dāng)板料彎曲變形時(shí)，在彈性階段中性層位于板厚的中間。在塑性階段中性層的位置往往向彎曲的內(nèi)側(cè)偏移。中性層半徑可按以下式子計(jì)算[15]：
ρ= R+K×t （18）
式中,ρ--中性層半徑；R--彎曲內(nèi)半徑；K--中性層位置因數(shù)；t --材料厚度。
毛坯長度等于中性層長度，等于直邊加各段圓弧中性層的弧長。截向展開長度:
L = (30-2)+(60-4)+(30-2) + (65-2) ×2+1.57×(4×3)+1.57×4×x×2
=238+26.9
=265 （mm）
縱向展開長度:
圖18 壓邊圈
1.凹模 2. 螺釘 3.卸料螺桿 4. 上模板 5.成型器6.橡皮 7.頂板 8.螺釘
9.下模板 10.下墊鐵 11.螺桿12.螺釘 13.定位銷 14.凸模 15.頂板
16.卸料螺桿 17.壓邊圈 18.螺釘 19.上墊鐵 20.螺釘 21.圓柱銷 22.擋塊
圖19 右彎模
圖20 右彎凸模
圖21 右彎模成型器
l=58+32+497=587 (mm)
式中，x--中性層位移系數(shù),x=0.64[5]。
7.2 彎曲工藝力的計(jì)算
(1) 縱向彎曲力：
U型彎曲力:
=KBt2 （19）
其中， K--安全系數(shù)，取0.4；B--彎曲寬度B=588；t--厚度；--材料抗拉強(qiáng)度，600 Mpa。
= 564.5 (KN)
2處折彎:
=2×0.6×C×B×t2×σb /(r+t)
其中， C--系數(shù)1.3；B=588；r--凸模圓角半徑，3mm。
=2×0.6×1.3×588×4×600/(3+2)=440.2 (KN)
校正彎曲力:
=A×q （20）
其中， A是校形區(qū)投影面積；
q--校形所需單位壓力50 Mpa。
A按主視圖投影面,A=60×588=35280 (mm2)。
根據(jù)公式（20）：
=50×35280=1764 （KN）
圖22 下彎模成型器
圖23 下彎模凸模
(2) 截向彎曲力：
單角彎曲力:
'=0.6×CBt2 /(r+t) （21）
=0.6×1.3×265×2×2×600/5
=99.2 (KN)
校正彎曲力:
' =A×q =105×60×50=315 (KN)
彎曲力的總和為:
P=++ +'+' =564.5 +440.2+1764 +99.2+315KN =3182.5 (KN)
壓料力的計(jì)算:
Q= 0.4×P=0.4×3182.5=1273.2 (KN)
7.3 彎曲設(shè)備標(biāo)稱壓力的選擇
選擇方法同6.5。
自由彎曲時(shí):
>= 564.5+1273.2+99.2=1936.9 (KN)
校正彎曲時(shí):
>= 1764+315=2079 (KN)
是彎曲用壓力機(jī)標(biāo)稱壓力。選用雙動厚板沖壓液壓機(jī) 5000液壓機(jī)：公稱壓力 5000KN，壓邊缸公稱力2500 KN，工作液體壓力20 Mpa，立柱中心距 2500×1600，最大工作行程1400 mm,頂出力 2000KN,工作臺尺寸 2000×2000，最大工作速度 30mm/s，液體工作壓力25Mpa。
7.4 回彈角的確定
同5.6，回彈角為2o。
7.5 U行件彎曲模的結(jié)構(gòu)
凸模采用整體結(jié)構(gòu)，凹模采用鑲拼結(jié)構(gòu)。由于尺寸較大，形狀又不規(guī)則，成型精度不高。在凹模中增加了一成形器，成型效果顯著，精度好。見圖25。
8 連接彎模設(shè)計(jì)
8.1 彎曲件毛坯展開尺寸的計(jì)算
連接處彎曲可以等效是先縱向彎曲，再截向彎曲。
圖24 下彎模凹模組合
縱向彎曲(單角彎曲):
l=225+185=410 (mm)
截向彎曲(U形彎曲):
L=60+58×2+30×2=236 (mm)
8.2 彎曲工藝力的計(jì)算
(1) 縱向彎曲：
單角彎曲力:
'=0.6×CBt2/(r+t) （22）
其中，C--安全系數(shù)，取1.3；B--彎曲寬度，B=236 mm；t--厚度；材料抗拉強(qiáng)度，600 Mpa。
'=0.6×1.3×236×2×2×600 /5 = 88.4 (KN)
2處折彎:
=2×0.6×C×B×t2×/(r+t)
式中，C系數(shù)1.3；B=345；r凸模圓角半徑，3mm。
1.螺釘 2. 定位板 3. 螺釘 4. 螺釘 5.凸模 6. 凸模固定板
7.定位銷 8. 成型器 9.銷子 10.上模板 11.銷子 12.凹模 13.下模板
14.螺桿 15.螺釘 16.頂板 17.卸料螺桿 18.下墊鐵19.螺釘
圖25 下彎模
=2×0.6×1.3×236×4×600/(3+2)=176.7 (KN)
校正彎曲力:
=A×q
其中，A--校形區(qū)投影面積，A=60×410=24600 (mm2)；
q--校形所需單位壓，取50 Mpa。
由上式計(jì)算：=50×24600=1230 （KN）
（2） 截向彎曲：
U型彎曲力：
=KBt2 （23）
其中， K--安全系數(shù)，取0.4；
B--彎曲寬度，B=410 mm；
t--厚度，取2 mm;
--材料抗拉強(qiáng)度600 Mpa。
=0.4×410×2×2×600=393.6 (KN)
校正彎曲力：
圖26 凹模1
' =A×q
其中， A--校形區(qū)投影面積；
q--校形所需單位壓力50Mpa。
A =152×60=9120 mm2。
計(jì)算得：
'=50×9120=456 （KN）
彎曲力的總和為：P=88.4+176.7 +1230 +393.6+456=2344.7 （KN）
壓料力的計(jì)算： Q= 0.4×P=0.4×2344.7=937.88 （KN）
圖27 凹模2
8.3 彎曲設(shè)備標(biāo)稱壓力的選擇
計(jì)算方法同6.5。
自由彎曲時(shí)：
（KN）
校正彎曲時(shí)：
（KN）
是彎曲用壓力機(jī)標(biāo)稱壓力。選用四柱萬能液壓機(jī)Y32-500 ：公稱壓力5000KN，滑塊行程900mm，頂出力 1000KN,工作臺尺寸 1400×1400，工作行程速度 10 mm/s，液體工作壓力25Mpa。
8.4 回彈角的確定
同6.6，回彈角為2o。
8.5 彎曲模的結(jié)構(gòu)
凸模采用整體結(jié)構(gòu)，由于凹模尺寸較大，采用鑲拼結(jié)構(gòu)。由于此處折彎變形較大，受力大，在凹模中增加了加強(qiáng)筋，大大提高了模具的使用壽命。結(jié)構(gòu)見附圖2。
圖28 凸模1
圖29 凸模2
9 結(jié)束語
本零件生產(chǎn)需模具總計(jì)5套，這套設(shè)計(jì)的模具其結(jié)構(gòu)簡單實(shí)用，能夠生產(chǎn)出
符合要求的工件，能很好得滿足生產(chǎn)要求，現(xiàn)與工廠內(nèi)投入生產(chǎn)的設(shè)備相配套，
生產(chǎn)比較可靠。
致謝
本文是在劉老師的悉心指導(dǎo)下完成的，并受到小組同學(xué)和有關(guān)老師的熱心幫助，同時(shí)也得到實(shí)習(xí)公司的各位老師的耐心輔導(dǎo)，在此一并表示忠心的感謝！
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附圖1 工件圖
汽車油箱托架
附圖2 連接彎模
1.下模板 2.螺釘 3.托板 4墊鐵 5擋板 6螺釘 7螺釘 8凸模1 9凸模2
10螺釘 11下模板 12凹模1 13.凹模2 14.凹模3 15.螺釘 16墊板 17 螺釘
連接彎模
29