管座及其加工模具的設(shè)計(jì),及其,加工,模具,設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙
摘要
（1） 此畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的制品名稱為“管座及其加工模具的設(shè)計(jì)” 管座是摩托車固定軟管的零件。
（2） 制品材料為：Q235，此材料屈服點(diǎn)為235Mpa，抗拉強(qiáng)度為375-460Mpa，伸長(zhǎng)率為26%，有足夠的強(qiáng)度，適合與沖壓生產(chǎn)。
（3） 此制品中等批量生產(chǎn)，精度要求不高，因而我為求使模具的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，材料消耗少，制造成本底，加上其零件是非對(duì)稱的多向彎曲件，需要多次彎曲才能成形，設(shè)計(jì)了沖孔落料模，變薄翻孔模，斜楔式彎曲模，U型彎曲模，通過(guò)比較選擇較好的方案來(lái)完成加工過(guò)程
（4） 本設(shè)計(jì)力求加工過(guò)程的成本低，使模具的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，并且還采用了比較方案的方式，對(duì)其加工時(shí)所用的模具及工件慎重選擇，以求更好。
關(guān)鍵詞：管座，沖壓模具，彎曲成型
目 錄
第一章 引言…………………………………………………………………3
第二章 結(jié)構(gòu)工藝分析，工藝方案分析……………………………4-8
第三章 模具的設(shè)計(jì)……………………………………………………9-35
3.1 沖孔落料模………………………………………………9-17
3.2 變薄翻孔?！?8-23
3.3 斜楔式彎曲模……………………………………………24-30
3.4 U型彎曲?！?1-35
第四章 總結(jié)………………………………………………………………35
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………36
第一章 引言
本設(shè)計(jì)的管座是摩托車固定軟管的零件，材料是Q235，料厚是1.5mm，中等批量生產(chǎn)，年產(chǎn)量100萬(wàn)件，精度要求不高。該零件是非對(duì)稱的多向彎曲件。需要多次彎曲才能成形。其零件圖如圖1示：
圖1 管座式樣圖
第二章 結(jié)構(gòu)工藝分析，工藝方案分析
2.1工件材料的分析：
Q235的屈服點(diǎn)為235Mpa，抗拉強(qiáng)度為375-460Mpa，伸長(zhǎng)率為26%（查冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)）。此材料有足夠的強(qiáng)度，適合與沖壓生產(chǎn)。
2.2確定工藝的方案。
彎曲工藝是指成形制件彎曲部分先后順序以及彎曲工序的分散與集中的程度。
彎曲工序的安排原則：
2.2.1先外部后內(nèi)部彎曲成形。
2.2.2前道工序必須為后道工序準(zhǔn)備定位。
2.2.3小型復(fù)雜件宜采用集中工序，大型件宜采用工序分散的工藝。
2.2.4精度要求較高的彎曲件宜采用單工序，以便模具的調(diào)整與修正。
2.3確定零件的沖壓工序：
圖1所示的零件為一帶孔的彎曲件，其沖壓工序主要包括以下幾個(gè)方面：
落料、沖孔、變薄翻孔、斜楔式彎曲、U型彎曲
2.4分析零件的沖壓工藝性：
圖1所示尺寸是均沒(méi)有標(biāo)注公差的一般尺寸，按照慣例取為T12級(jí)，符合一般沖壓的經(jīng)濟(jì)度的要求，模具的精度要求凸模取IT6，凹模取IT7級(jí)。
零件材質(zhì)為Q235，能夠進(jìn)行一般的沖壓加工，市場(chǎng)上也容易得到，價(jià)格適中。
外形的落料工藝性：該零件屬于中小尺寸的零件，料厚1.5 mm 外形復(fù)雜程度一般，尺寸精度要求一般，因此可以采用沖裁落料工藝。
沖孔的工藝性：孔徑為2.3mm，孔尺寸的精度要求一般，可采用沖孔得到。
變薄翻孔的工藝性：變薄后的孔徑為10.5mm，高度為3mm。精度要求一般，可以采用一般的變薄翻孔工藝。
彎曲的工藝性：該零件圖所示的外形主要包括3處彎曲部位。各彎角處的圓角半徑均沒(méi)有大于1mm，根據(jù)彎曲工藝性的要求分析得知各個(gè)彎曲角均可以一次成形得到。
綜合以上幾方面的情況分析，可以認(rèn)為該零件的沖壓工藝性良好，完全可以滿
足該零件的生產(chǎn)要求。
2.5：制訂沖壓的工藝方案：
分析該管座的零件圖得知，該零件上有一個(gè)安裝時(shí)起定位作用的翻邊孔，孔徑為10.5 mm，翻邊高度是3，經(jīng)計(jì)算，該翻邊孔是屬于變薄翻邊。為了達(dá)到該零件的翻邊高度，翻邊預(yù)制孔的可以先用鉆削的方法獲得，這樣可以改善預(yù)制孔的孔緣狀況，避免口部發(fā)生破裂。為了使鉆孔位置準(zhǔn)確，鉆孔前需要用模具沖出一個(gè)適當(dāng)?shù)念A(yù)制孔。零件彎勾處的口部的最小彎曲尺寸為13.5mm，內(nèi)部最大的彎曲尺寸為14.5mm,需要采用凸?？梢曰瑒?dòng)的斜楔式的彎曲模，在壓力機(jī)滑快下壓時(shí)一次成形，零件的兩側(cè)面的彎曲處可以采用U形彎曲模成形。零件展開(kāi)后外形應(yīng)由落料得到。
根據(jù)以上的分析，零件的沖壓工藝擬定為以下三種：
方案一：
落料——沖孔—— 變薄翻孔——斜楔式彎曲——U型彎曲；
方案二：
沖孔落料—— 變薄翻孔——斜楔式彎曲——U型彎曲 ；
方案三：
采用級(jí)進(jìn)模；
下面就著三種方案進(jìn)行分析比較：
采用方案一：在這套方案中，模具的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，比較容易的適應(yīng)產(chǎn)品形狀的變更，材料的利用效率高，加工的利用率高，加工的方向自由，模具制造的時(shí)間短，費(fèi)用低廉，但是產(chǎn)品的精度要求不高，模具的數(shù)量多，占用的設(shè)備多，生產(chǎn)率不高。
采用方案二：在該方案中將方案一的前兩道工序結(jié)合起來(lái)，采用先沖孔，后落料的的簡(jiǎn)單的兩工位的級(jí)進(jìn)模具，后面的工序沒(méi)有改動(dòng)，這樣設(shè)計(jì)具有了方案一的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也在一定程度上提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了勞動(dòng)時(shí)間，設(shè)備的占用量有所減少，但是模具的成本有所提高。
采用方案三：該方案和前兩道方案相比較，生產(chǎn)的效率有了極大的提高，操作方便，不產(chǎn)生半成品，生產(chǎn)率與工位數(shù)沒(méi)有什么關(guān)系，能夠完成復(fù)雜的加工，但是材料的利用率和前面相比較而言要低的多，同時(shí)級(jí)進(jìn)模的模具設(shè)計(jì)制造難度大，模具的制造時(shí)間長(zhǎng)，費(fèi)用高
綜合以上所述：考慮到零件的材料性質(zhì)，生產(chǎn)的批量，尺寸的精度以及生產(chǎn)的成本，零件的沖壓工藝方案等一系列因素決定采用方案二。方案二同時(shí)具有了方案一和方案三的部分優(yōu)點(diǎn)，在節(jié)約成本的同時(shí)也適當(dāng)?shù)奶岣吡松a(chǎn)的效率。
采用方案二將主要涉及到以下四套模具：
（1）沖孔落料模；
（2）變薄翻孔模；
（3）斜楔式彎曲模；
（4） U型彎曲模；
2.6、排樣。
根據(jù)零件的外形展開(kāi)圖所示，典型的毛坯排樣方案有以下兩種方案。如圖2所示
第一種方案（上圖）：要求條料的寬度小，模具的寬度也小，但是模具的長(zhǎng)度較長(zhǎng)。
第二種方案（下圖）：在該方案中模具的寬度增加，但是模具的長(zhǎng)度卻減少了很多，同時(shí)它的送進(jìn)步距變小，有利提高材料的利用率。
根據(jù)應(yīng)變中變形層前后的長(zhǎng)度不變，由于零件的彎曲圓角與板厚之比大于允許的最小彎曲半徑r/t的值，彎曲時(shí)不存在板料開(kāi)裂的危險(xiǎn)，因此排樣是主要考慮的是材料的利用率。
綜合上述：排樣方案定為方案二 圖2 排樣的2種方案
查表知搭邊值為：
中央搭邊為1.8mm，側(cè)搭邊為1.0mm，所以步距初定為27.5mm，條料寬度定為51.5mm 。
排樣圖設(shè)計(jì)后，必須確定以下內(nèi)容：
2.6.1 模具的工位數(shù)及工位的內(nèi)容；
2.6.2被沖制工件各工序的安排及先后順序，工件的排樣方式。
2.6.3模具的送料步距條料的長(zhǎng)度與寬度的利用率。
2.6.4導(dǎo)料方式、彈頂器的設(shè)置和導(dǎo)正銷的安排。
2.6.5模具的基本結(jié)構(gòu)。
2.7：毛坯展開(kāi)：
根據(jù)圖2提供的信息，其零件展開(kāi)圖如圖3所示：
圖3毛坯展開(kāi)圖
第三章 模具的設(shè)計(jì)
3.1沖孔落料模
3.1.1、模的壓力中心：
保證壓力機(jī)和模具正常的工作，必須使沖模的壓力中心和壓力機(jī)的滑快中心線相重合，否則沖壓時(shí)會(huì)使沖模與壓力機(jī)滑塊歪斜，引起凸，凹模間隙不均勻和 導(dǎo)致導(dǎo)向零件加速磨損，造成刃口和其他零件的損壞，甚至還會(huì)引起壓力機(jī)導(dǎo)軌磨損，影響壓力機(jī)的精度。
形狀簡(jiǎn)單而對(duì)稱的工件，其沖裁時(shí)壓力中心與其幾何中心重合，形狀復(fù)雜的工件，多凸模沖孔及級(jí)進(jìn)摩的壓力中心則采用解析法或者作圖法來(lái)確定。
該工件在該工序中是級(jí)進(jìn)沖裁，因此該沖模的壓力中心可以采用解析法和作圖來(lái)確定。為了加強(qiáng)壓力中心的準(zhǔn)確性，避免作圖時(shí)產(chǎn)生的誤差，因此采用解析法來(lái)確定該工件的壓力中心。
該工件的壓力中心為：
因?yàn)闆_裁力與周邊的邊長(zhǎng)成正比，所以式中各Fp1,Fp2,Fp3,….Fpn 可以分別用
沖裁邊的周邊長(zhǎng)度L1,L2,L3……Ln代替即為：
； ； ；
； ； ；
各線段的重心如下：
；
將上述數(shù)值代入式中：
=30.8
=34.5
在該工序中有兩到工位，因此還要求出整個(gè)模具的壓力中心。這就要求計(jì)算出沖孔模的壓力中心，但該沖模是圓行其壓力中心就是其幾何中心。
下面計(jì)算各個(gè)凸模的沖裁周邊長(zhǎng)度：
對(duì)于整個(gè)工件的壓力中心為：
= 31
=34.2
3.1.2、 模具凸、凹模間隙的確定：
查表知：
考慮到模具在使用過(guò)程中的磨損會(huì)使模具的間隙增大，影響模具的加工精度，使工件的質(zhì)量達(dá)不到規(guī)定的要求，故在設(shè)計(jì)模具時(shí)，要采用最小的合理間隙來(lái)增加模具的壽命。
3.1.3、凸模和凹模的刃口尺寸的設(shè)計(jì)：
（1） 沖孔：
根據(jù)模具的設(shè)計(jì)原則，沖孔時(shí)以凸模的設(shè)計(jì)為基準(zhǔn)，首先要確定凸模的刃口尺寸。
由零件圖知需要沖的孔的孔徑為2.3mm ,又上面查表知道：
=0.108mm
因?yàn)榱慵](méi)有指名公差要求，故按慣例取為IT12
取X=0.75
凹、凸模分別按照IT6和IT7級(jí)加工
=
=
=（2.3+0.132）00.012
=2.43200.012
校核其間隙是否合理：
0.008+0.0120.240-0.132
0.020.108
因?yàn)? 0.020.108（滿足間隙的公差要求）
所以該間隙值是合理的。
（2） 落料：
根據(jù)模具的設(shè)計(jì)原則，沖孔時(shí)以凹模的設(shè)計(jì)為基準(zhǔn)，首先要確定凹模的刃口尺寸。
查表知:
制件的公差為IT12級(jí),取x=0.75
該制件當(dāng)凹模磨損后,對(duì)尺寸的精度影響不大,所以有:
Dd=(Dmax+0.5Δ)
因?yàn)棣?0
所以Dd=Dmax
所以有: a= 80.75 b=15
c= 60.1 d=25.5
e=29.34
落料凸模的基本尺寸與凹模的尺寸相同,但是我們?cè)诎惭b凹、凸是要保證其有一個(gè)適當(dāng)?shù)膬擅骈g隙值,一般在0.1.-0.14mm間.
3.1.4、沖裁時(shí)的壓力:
（1）沖裁力:
該沖裁是屬于普通的平刃沖裁,其沖裁力FP:
FP=KP T L τ
式中的:τ為材料的抗剪強(qiáng)度;
L為沖裁件的周邊總長(zhǎng);
T為料厚;
KP為系數(shù)(一般取1.3)
F1=1.3*1.5*231.03*250
=1.13*102(KN)
F2= 1.3*1.5*4.2*250
=2047.5(KN)
（2）卸料力
F3=K F1
=0.03*1.13*100
=3.39(KN )
F總=F1+F2+F3
=113+3.39+2.04
=118.44(KN)
3.1.5、凹模的外行尺寸:
凹模的外行尺寸一般按照經(jīng)驗(yàn)公式法和查表法這兩種方法得到,在這里采用的是按照經(jīng)驗(yàn)公式的方法來(lái)計(jì)算的.
凹模的高度: h=k*b
式中: k:為系數(shù)
b:為最大的孔尺寸的長(zhǎng)度,在該工件中為80.75;
h=0.35*80.75
=28.35mm
現(xiàn)取整h=30mm
凹模的壁厚: C=(1.5-2)*h
故取C=50mm
3.1.6、擋料裝置:
擋料裝置的作用是限定毛坯的送進(jìn)步距和送人沖模的毛坯有正確的位置,以保證沖出的工件達(dá)到圖樣的要求.
在本道工序中,主要設(shè)計(jì)到兩種裝置,分別是圓柱頭式的擋料銷和臨時(shí)的擋料銷.圓柱頭式的擋料銷的特點(diǎn)及應(yīng)用是:該銷的固定部分和工作部分的直徑的差別很大,不至于削弱凹模的強(qiáng)度,并且制造簡(jiǎn)單,使用方便,成本低廉,一般固定在凹模上,適用于帶固定卸料板和彈性卸料板的沖裁模中;至于臨時(shí)擋料銷的作用為:在級(jí)進(jìn)模中當(dāng)沖第一個(gè)沖件時(shí),作確定條料的準(zhǔn)確的位置用,也就是輔助固定擋料銷用的,用時(shí)只要向里壓緊,讓擋塊伸出擋住工件就可以了.
3.1.7、卸料裝置:
在該套模具中采用的是橡皮卸料裝置,該裝置適用于薄的材料沖模上,該工件的板料厚為1.5mm,符合該裝置的使用要求.
3.1.8、模具的閉合高度:
墊板的厚度為: 25mm
卸料板的厚度: 25mm
凹模模板的厚度: 30mm
凸模固定板的厚度: 30mm
凸模的高度: 95mm
H模=下模座厚+上模座厚+凸模高+凹模厚+墊板+橡膠高-凹模和凸模的刃面高度差+料厚
=45+40+95+30+35-10+1.5
=235(mm )
3.1.9、凸模的強(qiáng)度校核:
對(duì)于特別細(xì)長(zhǎng)的凸模應(yīng)該進(jìn)行壓應(yīng)力的和彎曲力的校核,檢查其危險(xiǎn)斷面的尺寸和自由長(zhǎng)度是否滿足要求.
（1）壓應(yīng)力的校核:
當(dāng)凸模的斷面小而沖裁力相當(dāng)大的時(shí)候,必需對(duì)凸模進(jìn)行強(qiáng)度的技術(shù),以檢查該凸模是否合理.
對(duì)于圓形凸模:
對(duì)于其他各種斷面的凸模有:
式中 dmin 凸模的最小直徑;
t 料厚
τ抗剪強(qiáng)度;
F沖裁力;
Amin凸模最狹窄處的截面積;
[σ壓]凸模材料的許用壓應(yīng)力
在該模具中t=1.5mm d=2.3mm τ=300
[σ壓]=1800 Amin=70*15=1050mm2
圓凸模: =4*1.5*300/1800
=1
故圓凸模設(shè)計(jì)是合理的,可以滿足要求.
其他斷面的凸模:
F/[σ壓]=118440/300
=372.8
A min>372.8
所以該凸模的設(shè)計(jì)也合理.
彎曲力的校核:
當(dāng)凸模斷面小而較長(zhǎng)時(shí),必須進(jìn)行縱向彎曲應(yīng)力的計(jì)算.
該凸模是屬于無(wú)導(dǎo)向裝置的凸模,對(duì)圓形凸模有:
式中:Lmax 允許凸模的最大自由長(zhǎng)度;
d 凸模的最小直徑;
F 沖裁力 ;
3.1.10選模架:
由于采用手工送料,考慮到開(kāi)敞性和經(jīng)濟(jì)性選用后側(cè)導(dǎo)住模架,根據(jù)模板的平面尺寸和工作區(qū)的高度要求,查冷沖模的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),選A160*160*160-300 GB2851.3-81 HT200
上模座(GB2855.5-81 ) 160*160*40;
下模座 (GB2855.6-81 ) 160*160*40;
導(dǎo)套(GB2861.1-81 ) 28*150;
導(dǎo)柱 (GB2861.6-81 ) 28*100*38;
3.1.11選沖床:
對(duì)于中小型的沖裁件、彎曲件、淺拉伸件多用具有C形床身的開(kāi)式曲柄壓力機(jī),該壓力機(jī)具有操作空間三面敞開(kāi)、操作方便、容易安裝、機(jī)械化的附屬設(shè)備和成本低廉的優(yōu)點(diǎn).
根據(jù)前面的計(jì)算結(jié)果,選用壓力為160KN的開(kāi)式曲柄壓力機(jī),該壓力機(jī)的行程次數(shù)為每分鐘為115次,最大的封閉高度為300mm,工作臺(tái)的尺寸為450mm*300mm,可以滿足該工件在該工序加工的模具尺寸要求的
3.1.12選模柄:
根據(jù)上面的計(jì)算結(jié)果和工件的零件圖示,該模具是中小型的模具的,可以采用上模用模柄固定,下模用壓板固定于壓力機(jī)下臺(tái)面的方法.
查開(kāi)式曲柄壓力機(jī)(160KN)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),其模柄的安裝尺寸孔徑為30mm,查冷沖壓國(guó)標(biāo),可以選用壓人式模柄,規(guī)格為A30*95GB2962.1-81;
3.1.13模具的基本工作過(guò)程:
圖4 沖孔落料模
如圖4所示，模具工作時(shí),條料一側(cè)緊貼導(dǎo)料板,條料前進(jìn)方向從右往左.初始擋料銷用于沖壓時(shí)首次擋料.使用時(shí),推進(jìn)初始擋料銷,條料送進(jìn)定位后,手指松開(kāi),初始擋料銷在簧片的作用下回位.固定擋料銷用于以后每次沖壓后條料送進(jìn)后的擋料.工件和預(yù)沖孔廢料從凹模下排出.彈性卸料板將條料從落料凸模和沖孔凸模上卸下.
3.2變薄翻孔模:
3.2.1、翻孔:
翻孔是將毛坯或半成品的外邊緣或孔邊緣沿一定的曲線翻成豎立的邊緣的沖壓的方法.當(dāng)翻孔的沿線是一條的直線時(shí),翻孔也就變成了彎曲,所以可以說(shuō)彎曲是翻邊的一種特殊形式.用翻邊的方法可以加工形狀較為復(fù)雜的且有良好剛度的零件,能在沖壓件上制取與其它零件裝配的部位.
該工件的孔是屬于內(nèi)孔,內(nèi)孔翻邊變形時(shí),毛坯外緣部由于受到壓邊力的約束,或與外緣的寬度與翻邊孔直徑之比較大而通常不是變形區(qū),豎壁部分已經(jīng)成形固是傳力區(qū),圓孔翻邊是屬于伸長(zhǎng)類翻邊,翻邊時(shí)毛坯變形區(qū)切向方向受到拉應(yīng)力的作用,產(chǎn)生切向的拉應(yīng)變形.根據(jù)屈服準(zhǔn)則可以斷定孔邊緣是最先發(fā)生塑性變形的部位,厚度變薄最嚴(yán)重,因而也最容易產(chǎn)生裂紋.翻邊時(shí)變形區(qū)還受到徑向拉應(yīng)力的作用,產(chǎn)生的徑向的應(yīng)變值相對(duì)較小.
3.2.2、極限變形程度:
圓孔翻邊的翻邊的變形程度用翻邊系數(shù)m來(lái)表示,翻邊系數(shù)為翻邊前孔徑d0與翻邊后孔徑D的比值.
m =d0/D
顯然m值越小,變形程度越大,翻邊孔不破裂所能達(dá)到的最小翻邊系數(shù)用mmin來(lái)表示.影響翻邊系數(shù)的主要因數(shù)有以下幾個(gè)方面:
（1） 材料的塑性:
材料的延伸率、應(yīng)變硬化指數(shù)和各向異性系數(shù)越大,極限翻邊系數(shù)的就越大,極限翻邊系數(shù)越小就越利于翻邊,該工件的材料是Q235,其各項(xiàng)指標(biāo)多可以達(dá)到翻邊的要求,在該工件的加工時(shí)基本不會(huì)發(fā)生開(kāi)裂和皺起等現(xiàn)象.
（2）孔的加工方法:
預(yù)制孔的加工方法決定了孔的邊緣狀況,孔的邊緣應(yīng)無(wú)毛刺,撕裂、硬化層等缺陷時(shí)翻邊系數(shù)就越小,有利于翻邊.在該工件上采用的是常規(guī)沖孔,常規(guī)沖孔的方法產(chǎn)生效率高,但是沖孔會(huì)形成孔口的表面的硬化層、毛刺、撕裂等缺陷,導(dǎo)致極限的翻邊系數(shù)變大,沖孔應(yīng)對(duì)工件采取熱處理、修孔或沿孔的反方向進(jìn)行加工使毛刺位于翻孔內(nèi)側(cè)等方法,能獲得較低的翻邊系數(shù).
（3） 預(yù)制孔的相對(duì)直徑:
預(yù)制孔的相對(duì)直徑d/t越小,極限翻邊系數(shù)就越小,有利于翻邊,這是因?yàn)橥瑯拥念A(yù)制孔徑,材料厚度t越大,厚度方向的壓應(yīng)變的允許的絕對(duì)值就增大,根據(jù)體積不變的原則,翻邊時(shí)變形區(qū)的邊緣將要開(kāi)裂時(shí)的極限切向應(yīng)變值增大,可知極限的翻邊系數(shù)就越小.
該零件的翻孔豎邊高度較高,且允許變薄,材料有具有良好的塑性,故采用變薄翻孔模,凸模和凹模采用小間隙,材料在凸模和凹模的作用下產(chǎn)生擠壓變形,使料厚顯著減薄,從而達(dá)到確定的翻孔高度
3.2.3、凸模的形狀及計(jì)算:
一般球形凸模的極限翻邊系數(shù)要比平底凸模的極限翻邊系數(shù)小,此外拋物線、錐形面和較大圓角半徑凸模也比平底凸模的極限翻邊系數(shù)小,因?yàn)樵诜厱r(shí)球行或錐面是最先與預(yù)制孔接觸,在凹模口區(qū)產(chǎn)生的彎曲變形比平底凸模小,更容易使孔口部產(chǎn)生塑性變形.在該模具中凸模頭部做成拋物線形.
凸模的外形尺寸計(jì)算:
計(jì)算凸模的外形尺寸應(yīng)按照材料變形體積前后不變的原則計(jì)算:
γ=0.5
r<3
所以有:
d0=
式中: d0=2.3mm;
d3=10.5mm;
t=1.5mm;
h=4.5mm;
代入上式解得:
d1=8.5mm;
圖4 凸模
3.2.4、翻邊力的計(jì)算:
在所有的凸模中,圓柱形平底的凸模的翻邊力最大:
F =1.1*лt(D-d0)σb
=1.1*3.14*1.5*(8.5-2.3)*250
=49*103(N)
曲面凸模的翻邊力要比圓柱平底的凸模小20%-30%.
Fmin=49*103*0.7
=34.3*103(N)
Fmax=49*103*0.8
=39.2*103(N)
3.2.5、凹模的外行尺寸:
凹模的外行尺寸一般按照經(jīng)驗(yàn)公式法和查表法這兩種方法得到,在這里采用的是按照經(jīng)驗(yàn)公式的方法來(lái)計(jì)算的.
凹模的高度: h=k*b
式中: k:為系數(shù)
b:為最大的孔尺寸的長(zhǎng)度,在該工件中為8.5;
h=0.4*8.5
=3.4mm(因?yàn)閔>25)
現(xiàn)取h=30mm
凹模的壁厚: C=(1.5-2)*h
故取C=45mm
3.2.6、凸模的強(qiáng)度校核:
對(duì)于特別細(xì)長(zhǎng)的凸模應(yīng)該進(jìn)行壓應(yīng)力的和彎曲力的校核,檢查其危險(xiǎn)斷面的尺寸和自由長(zhǎng)度是否滿足要求.
1、壓應(yīng)力的校核:
當(dāng)凸模的斷面小而沖裁力相當(dāng)大的時(shí)候,必需對(duì)凸模進(jìn)行強(qiáng)度的技術(shù),以檢查該凸模是否合理.
對(duì)于圓形凸模:
式中 dmin 凸模的最小直徑;
t 料厚
τ抗剪強(qiáng)度;
F沖裁力;
Amin凸模最狹窄處的截面積;
[σ壓]凸模材料的許用壓應(yīng)力
圓凸模: =4*1.5*300/1800
=1mm
故沖孔凸模設(shè)計(jì)是合理的,可以滿足要求.
3.2.7、定位裝置:
為了使工件準(zhǔn)確放入模具中,使凸模對(duì)準(zhǔn)工件的預(yù)制孔中,故在該工序中采用定位板來(lái)給工件定位.
3.2.8、選模架:
由于采用手工送料,考慮到開(kāi)敞性和經(jīng)濟(jì)性選用后側(cè)導(dǎo)住模架,根據(jù)模板的平面尺寸和工作區(qū)的高度要求,查冷沖模的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),選A160*160*160-300 GB2851.3-81 HT200
上模座(GB2855.5-81 ) 160*160*40;
下模座 (GB2855.6-81 ) 160*160*40;
導(dǎo)套(GB2861.1-81 ) 28*150;
導(dǎo)柱 (GB2861.6-81 ) 28*100*38;
3.2.9、選沖床:
對(duì)于中小型的沖裁件、彎曲件、淺拉伸件多用具有C形床身的開(kāi)式曲柄壓力機(jī),該壓力機(jī)具有操作空間三面敞開(kāi)、操作方便、容易安裝、機(jī)械化的附屬設(shè)備和成本低廉的優(yōu)點(diǎn).
根據(jù)前面的計(jì)算結(jié)果,選用壓力為63KN的開(kāi)式曲柄壓力機(jī),該壓力機(jī)的行程次數(shù)為每分鐘為160次,最大的封閉高度為300mm,工作臺(tái)的尺寸為315mm*250mm,可以滿足該工件在該工序加工的模具的尺寸要求.
3.2.10、選模柄:
根據(jù)上面的計(jì)算結(jié)果和工件的零件圖示,該模具是中小型的模具的,可以采用上模用模柄固定,下模用壓板固定于壓力機(jī)下臺(tái)面的方法.
查開(kāi)式曲柄壓力機(jī)(63KN)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),其模柄的安裝尺寸孔徑為30mm,查冷沖壓國(guó)標(biāo),可以選用壓人式模柄,規(guī)格為A30*95GB2962.1-81;
3.2.11、模具的基本工作過(guò)程:
圖5變薄翻孔模
如圖5所示，工件由定位板進(jìn)行外形定位,壓料板裝在上模上,上面有彈簧分布于翻孔凸模周圍,壓力機(jī)滑塊下降時(shí),壓料板將工序件壓在凹模上,然后凸模和凹模進(jìn)行翻孔.工件翻孔后,壓力機(jī)滑塊上行,彈簧復(fù)位,推動(dòng)頂桿將工件頂出凹模,頂桿除起頂件作用外,在翻孔時(shí)兼起壓料作用,以防止翻孔時(shí)起皺.
3.3斜楔式彎曲模
零件的彎勾處是一中多角彎曲。模具設(shè)計(jì)時(shí)，將幾個(gè)簡(jiǎn)單的彎曲工序，復(fù)合在一模具中，力求多角彎曲不同時(shí)進(jìn)行。當(dāng)壓機(jī)滑塊下行時(shí)，利用凸模的垂直及凹模的水平運(yùn)動(dòng)使材料產(chǎn)生塑性變形。從而被彎成有一定曲率、一定角度的形狀。
在該零件的彎勾處口部最小尺寸為13mm.內(nèi)部最大彎曲尺寸Φ14.5mm.
3.3.1、彎曲時(shí)應(yīng)變中性層位置
沖壓時(shí)板料一般為寬料。彎曲是寬度方向應(yīng)變等于零。故
因?yàn)樽冃吻昂髴?yīng)變中性層長(zhǎng)度不變
將（2）代入（1）得：
以代入（3）式得：
上式中
所以 查表3-1
式中：L-板料彎曲部分的原長(zhǎng)
t-板料彎曲前厚度
-板料彎曲后厚度
b-板料寬度
R-外彎曲半徑
r-內(nèi)彎曲半徑
α-彎曲中心角
β-應(yīng)變中性層彎曲半徑
―變薄系數(shù)
3.3.2、最小彎曲半徑
根據(jù)圖樣要求rmin=6.5mm
彎曲件的彈復(fù)：
a- 模具角度
a 0彎曲的實(shí)際角度
由于影響彈復(fù)角的因素很多（與材料的機(jī)械性能，板料厚度，彎曲半徑的大小，以及彎曲時(shí)校正力的大小等因素有關(guān)），因此在理論上計(jì)算彈復(fù)值是很困難的，通常在模具設(shè)計(jì)時(shí)，按實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)來(lái)選用，經(jīng)試沖后在對(duì)模具工作部分加以修正。
彎曲力的計(jì)算
為了選擇壓力機(jī)和設(shè)計(jì)模具，必須計(jì)算彎曲力
對(duì)于該彎曲件
=
=
=270N
式中 -材料在沖壓行程終了時(shí)自由彎曲力
b-料寬
t-料厚
r- 彎曲件內(nèi)半徑
Gb- 材料強(qiáng)度極限
k-安全系數(shù)（一般取k=1.3）
3.3.3、校正彎曲力
F較=FP
=27*103*55
=14580N
式中 F較-校正彎曲力
P- 單位校正力，起值查表3-17
查表3-17
該料厚1.5mm
查得P在50-70MPa之間
取 P=55MP a
3.3.4、 彈壓力
該模中沒(méi)有彈壓裝置，其彈壓力F可取近似的自由彎曲力的30%-80%
F=0.3F自
=0.3*27.103
=810N
壓力機(jī)的選擇
F總=F自+F校+F彈
=270+14850+810
=15938N
選壓力為160KN的曲柄形式壓力機(jī)，該壓力機(jī)最大閉合高度為300，最小高度160。滿足該道工序的要求
3.3.5、彎曲模工件部分尺寸計(jì)算
（1）凹.凸 模寬度尺寸計(jì)算
該零件彎曲時(shí)應(yīng)該按用內(nèi)形尺寸進(jìn)行計(jì)算
=14.5-0.008 mm
=（14.5-0.008+0.132）+0.012
= mm
式中：b凹。b凸為彎曲模凹凸模的寬度尺寸
c為彎曲凹凸模的單邊間隙
l 為彎曲件的內(nèi)形基本尺寸
為彎曲件尺寸偏差
凹凸為彎曲凹凸模的制造公差，采用I17級(jí)
（2） 凹凸的圓角半徑與彎曲凹模深度確定
a凸模圓角半徑
若彎曲件的內(nèi)側(cè)彎曲半徑r,則r凸=r
r ==7.25 mm
r凸=r=7.25 mm
b凹模圓角半徑及凹模深度
凹模的圓角半徑r凹 及凹模深度l
可查表3-20得
r凹=6mm
l =25mm
（3）斜楔的計(jì)算及結(jié)構(gòu)
斜楔角度.確定
確定斜楔的角度，主要考慮機(jī)械效率，行程和受力狀態(tài) 斜楔角度一般取40o,為了增大滑楔行程s 可以采用45o ,50o取=45o
為了工作可靠，斜楔模應(yīng)設(shè)置后擋塊
3.3.6、彎曲卸裁向彎曲件的回彈
（1） 回彈的表現(xiàn)形式;
一般有兩種，分別是彎曲半徑的改變和彎曲角度的改變，要確定回彈值主要就考慮這兩方面
（2） 影響回彈的主要因素
a材料的機(jī)械性能 材料的屈服點(diǎn)愈高，彈性模量愈小，彎曲變形的回彈也愈大
b相對(duì)彎曲半徑.相對(duì)彎曲半徑愈小，則回彈越小，因?yàn)橄鄬?duì)彎曲半徑愈小，變形程度愈大，變形區(qū)總的切向變形程度增大，塑性變形在總變形中占的比例增大，而相應(yīng)變形比例則減少，從而回彈減少
c彎曲中心角
彎曲中心角愈大，表示變形區(qū)的長(zhǎng)度愈長(zhǎng)，回彈積值愈大，故回彈角愈大，但對(duì)曲率半徑的回彈沒(méi)有影響
d模具間隙
彎曲模具的間隙愈大，回彈也愈小
6.2.5彎曲件的形狀
由于兩邊受牽制U形件回彈小于V形件
6.2.6彎曲力
彎曲力的大小不同對(duì)和談值亦有所不同
(3)回彈值的確定
回彈值的確定方法有理論合成法和經(jīng)驗(yàn)值法，在該模具設(shè)計(jì)時(shí)采用的是理論公式法
在該工序中相對(duì)彎曲半徑為=9屬于大圓角半徑彎曲在工件卸栽后彎曲件的彎曲圓角半徑和彎曲角度都發(fā)生了變化，凸模圓角半徑，凸模彎曲中心角以及彎曲角可按純塑料彎曲條件進(jìn)行計(jì)算
=
=
=0.26
=46.8
=180-46.8=133.2o
式中： r: 工件的圓角半徑;
rt : 凸模的圓角半徑;
d: 工件圓角半徑所對(duì)弧長(zhǎng)的中心角;
αt: 凸模圓角半徑所對(duì)弧長(zhǎng)的中心角;
σs: 彎曲件的厚度;
t: 彎曲材料的厚度;
E: 材料的彈性模量;
θt: 凸模的彎曲角;
3.3.7、模具的基本工作過(guò)程:
圖6斜楔式彎曲模
如圖6所示，工件放在固定凹模和活動(dòng)凹模的平面上,由定位板進(jìn)行外形定位.壓力機(jī)的滑塊下降時(shí),凸模下壓,工序件向凹模的表面靠攏,當(dāng)凸模上表面與上模座接觸后,斜楔推動(dòng)活動(dòng)凹模向中間移動(dòng).滑塊行程終了,凸模凹?；顒?dòng)凹模對(duì)工件進(jìn)行校正彎曲,使工件與凸模和凹模全部貼緊、成形.壓力機(jī)滑塊上升時(shí),斜楔隨之上升,之后凸模也上升,活動(dòng)凹模在彈簧的作用下,向外邊移動(dòng),退之與擋塊接觸,彈壓桿在彈頂器的作用下復(fù)位.彎曲后彎曲件沿凸模的前后方向上取出.
3.4U型彎曲模：
工件兩側(cè)面彎曲形狀不對(duì)稱。高度相差，彎曲時(shí)受力不均。毛坯易偏移。尺寸不易保證。模具設(shè)計(jì)時(shí)考慮增加壓料板，定位孔等定位零件。工件彎曲時(shí)就進(jìn)人彈性壓緊狀態(tài)，然后再進(jìn)行彎曲。
3.4.1、彎曲時(shí)應(yīng)變中性層的位置。
應(yīng)變中性層位置是計(jì)算工件彎曲部分展開(kāi)長(zhǎng)度的依據(jù)。應(yīng)變中性層位置可以利用彎曲前后材料體積相等的條件來(lái)確定。沖壓生產(chǎn)所用的材料一般為寬板方向應(yīng)變等零，故：
LTB=Π（R2-r2）α/（2Π）B ①
應(yīng)為變形前后應(yīng)變中性層的長(zhǎng)度不變，
故：
L=2ρ ②
將②代人得
ρ=(R2-r2)/2t ③
以R=r+t代人③
ρ=(r/t+η/2)ηt
η的值與r/t的值有關(guān)
r/t=22.5/1.5
當(dāng)r/t>10時(shí)η=1 （查表3-1）
ρ=（17+1/2）*1.5
=17.5*1.5
=26.25mm
式中字母所代表的同鍥型彎曲模部分。
3.4.2、彎曲的回彈
Δa=a0-a
式中 a磨具角度
a0-彎曲后實(shí)際角度
相對(duì)彎曲半徑r/t較的工件：
相對(duì)彎曲半徑較大是r/t≥10
不僅彈復(fù)角達(dá)到相當(dāng)大的值。而且圓角半徑也有較大的影響。
凸模的圓角半徑為：
r凸=r0/(1+(3σs/e)*(r0/t)
設(shè) 3σs/e=k
故 r凸=r0/(1+Ar0/t)
彈復(fù)角力：
Δα=（180-α0）（r0/r凸-1）
但一般對(duì)于較大的彎曲件可查圖3-14和3-15得按ro /t=17
σs=300Mpa
r凸=17.5
r0/r凸=17.5/17=1.07
根據(jù)r0/r凸和α0=360在圖3-15得彈復(fù)角Δα=3.50
凸模角度為
α凸=360-3.50=32.50
彎曲力幾算：
該工步彎曲屬于U形彎曲。
所以 F自=0.7Kbt2σb/(r+t)
=0.7*1.3*25.5*152*380/(3+1.5)
=441(KN)
式中 F自：材料在沖壓行程結(jié)束時(shí)的自由彎曲力；
b：彎曲件寬度；
t:材料厚度；
r:彎曲件內(nèi)彎曲半徑；
σs：材料的強(qiáng)度極限；
K: 安全系數(shù)，一般取k=1.3;
3.4.3、校正彎曲應(yīng)力：
彎曲件在進(jìn)行沖壓行程結(jié)束是，會(huì)受到模具的校正力，使彎曲件的回彈減少，提高彎曲件的產(chǎn)品質(zhì)量。
模具的校正力一般按照下列公式計(jì)算：