批小量无油轴承的弯曲成形夹具--毕业设计.doc

电气化铁道技术（司乘）专业2014届毕业生毕 业 设 计课 题 小批量无油轴承的弯曲成形夹具 姓 名 班 级 广铁司乘订单2班 指导老师 教授 IIII摘 要 模具是工业生产中的重要工艺装备，模具工业是国民经济各部门发展的重要基础之一。 随着机械工业，电子工业，航空工业，仪器仪表工业和日常用品工业的发展，弯曲成型制件的要求越来越多，质量要求越来越高，这就要求弯曲成型件的模具的开发、设计与制造的水平也越来越高。因此，模具设计的水平高低、模具制造能力的强弱以及模具质量的优劣，都直接影响着各种产品的质量，经济效率的增长以及整体工业水平的提高。 模具作为基础工业、它的质量、精度、寿命对对其他工业的发展起着十分重要的作用、在国际上被称为工业之母，对国名经济的发展起着无可置疑的重要作用。近十年来，模具工业得到了蓬勃发展。一切产品更新换代都离不开模具，只有提高对模具工业重要的认识才能加速我国工业产品的更新换代，才能为我国经济 持续发展提供必要的工业装备，才能施我国工业产品在国际市场上占有一席之地。现在模具行业在激烈的市场竞争中正在向高生产档次，高水平的模具方向发展，竞争的焦点是质量和制造周期，价格是次要的。 本文主要从事的是，无油轴承弯曲成形模及弯曲夹具设计。关键词：冲压、弯曲成形、模具 Abstract Mold is a very important equipment n industrial production, and mold industry is one of the major bases of the national ecomical departments. With the development of machinery industry, electronics industry, aviation industry, daily necessities industry, instrument and meter industry, quanlity requirements of bending system become more and more which demands the higher level of developing, designing and manufacturing bending mold. Therefore, the level of mold disigning, the strength of mold manufacturing and the quality of mold directly affect products quality, economys increasing and industry levels improving. Mold industry named the mother of industry in international market, as the basic insdustry, plays an undoubtly important in the development of other industries and nationla economy. Mold industry blooms in recent decade. Renewing products cant leave mold. Only improving the understanding of mold industry, can alleterate renewing our industrial products, can provide the sustainable development of ecenomy necessary equipments, can strength our industrial products in international market. Mold industry now is struggling in the fiece competition for high grade and high level. They competete on the pioits of quality and manufacturing time with the price secondary. This artical is mainly about the design of bent fixture and oil-less bearing bending.KEY WORDS: stamping; bending; mold 湖南铁道学院毕业设计（论文）目 录第一章绪 论- 1 -1.1弯曲工艺的概念- 1 -1.2弯曲的基本原理- 1 -1.3弯曲成形的主要方法- 2 -第二章零件的工艺性分析- 3 -2.1弯曲精度- 3 -2.2最小弯曲半径- 4 -22 最小相对弯曲半径的确定- 6 -第三章 工艺方案的确定- 6 -3.1工艺分析- 6 -3.2工艺方案- 7 -第四章 工艺计算- 7 -4.1 弯曲件的毛胚展开尺寸计算- 7 -4.1.1中性层的确定- 7 -4.1.2工件尺寸- 8 -4.2弯曲力的计算- 9 -4.3冲压力- 10 -4.4 弯曲凸凹模间隙C- 10 -4.5 弯曲件的回弹- 10 -4.5.1影响回弹的主要因素- 10 -4.5.2解决回弹- 11 -第五章 模具的整体设计- 12 -5.1预弯橡胶冲压模- 12 -5.1.1橡胶冲压模的原理优势- 12 -5.1.2橡胶模的整体设计图- 12 -5.2 弯曲成形夹具- 13 -5.2.1 模具类型- 13 -5.2.2送料与定位方式- 13 -5.2.3卸料与出件方式- 13 -第六章 弯曲成形夹具主要零部件的设计- 13 -6.1夹具上体和下体- 13 -6.2芯棒- 15 -6.3特质紧固件- 15 -6.3.1螺孔- 15 -6.3.2螺钉- 16 -第七章夹具工作原理以及特点- 17 -7.1夹具的工作原理- 17 -7.2夹具的特点- 17 -总结与展望- 18 -参考文献- 19 -致谢- 20 - 20 -第一章绪 论1.1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，如汽车的纵梁、自行车车把、各种电器零件的支架、门窗铰链等，图1为常见的弯曲零件。 图1 常见的弯曲零件1.2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。1.3弯曲成形的主要方法弯曲成形的方法有许多，根据弯曲方式主要的方式包括：模具压弯；折弯；拉弯；滚弯；辊压等等。如图2所示（a）模具压弯；（b）折弯；（c）拉弯；（d）滚弯；（e）辊压图2 常见的弯曲方法第二章 零件的工艺性分析零件简图：如图2.1生产批量：小批量材料：304材料厚度：1.0mm图2.1 零件的尺寸图弯曲及进行模具设计的依据。工艺性好的弯曲件，不仅能得到良好的质量，而且能简化工艺和模具。弯曲件的工艺性主要表现在以下方面件的工艺性是指弯曲件对冲压工艺的适应性。对弯曲件的结构工艺性进行分析是判定弯曲成形难易、制定冲压工艺方案。2.1弯曲精度弯曲件的精度主要是指其形状和尺寸的准确性与稳定性，它与板料的力学性能、厚度、成形模具的结构和模具精度、工序的数量和工序的先后顺序以及工件本身的形状尺寸等因素有关。一般而言，弯曲件外形尺寸所能达到的精度，视板料厚度和压弯件直边尺寸长度的不同分为 ITl2ITl6级，薄料和短边取小值，厚料和长边取大值。、2.2最小弯曲半径当弯曲件相对弯曲半径小到一定程度时，会使弯曲件外表面纤维的拉伸应变超过材料所允许的极限而出现裂纹或折断，所以对弯曲件有一个最小弯曲半径的限制。在保证坯料外表面纤维不发生破坏的前提下，工件能够弯成的内表面最小圆角半径，称为最小弯曲半径，相应地称最小相对弯曲半径。1. 影响最小弯曲半径的因素 (1)材料的力学性能 材料的塑性越好，其塑性指标()（）越高，相应地最小弯曲半径也越小。(2)材料的纤维方向与折弯线方向的关系 轧制的扳料是各向异性的，顺着纤维方向的塑性指标高于垂直于纤维方向的塑性指标。因此弯曲折弯线如果垂直于板料纤维方向，则的数值小于折弯线与纤维方向平行弯曲的值。当弯曲较小的工件时，尽量使折弯线垂直于板料的纤维方向，以提高变形程度，避免外层纤维拉裂。多向弯曲的工件，可使折弯线与板料纤维方向成一定角度。(3)板料的表面质量与坯料断面质量 坯料表面如有划伤、裂纹，或侧面(剪切或冲裁)断面有毛刺、裂口和冷作硬化等缺陷，弯曲时易于开裂。所以表面质量和断面质量较差的板料，其最小相对弯曲半径的数值较大。对于厚板的弯曲，为防止弯裂，最好将有冲裁毛刺的一面放在弯曲内部。(4)弯曲件的宽度 弯曲件的相对宽度不同，变形区的应力状态也不同，在相对弯曲半径相同的条件下，相对宽度大时，其应变强度大，小时，其应变强度小。弯曲件宽度对最小弯曲半径的影响，当较小时，对的影响比较明显，但当10时，其影响变小。(5)弯曲中心角的大小 理论上板料弯曲变形仅局限于圆角部分，直边部分不参与变形，变形程度只与有关，与弯曲中心角的大小无关。但实际弯曲过程中由于金属纤维之间的相互牵制，靠近圆角的直边部分也参与了变形，因而扩大了变形区的范围，这对圆角外表面受拉的状态有缓解作用，有利于降低最小弯曲半径的数值。在较小中心角的弯曲时，其变形区小，因此，圆角中段的变形程度也得以降低，相对应的值也可小些。图2-3为弯曲中心角对最小弯曲半径的影响。当70时，其影响变弱。图2-3弯曲中心角对最小弯曲半径的影响(6)板料的厚度 一般板料厚度越大，最小弯曲半径也越大。这主要是因为变形区内切向应变在厚度方向上按线性规律变化，表面上最大，中性层上为零。当板料厚度较小时，切向应变变化的梯度大，其数值很快地由最大值衰减为零。与切向变形最大的外表面相邻近的金属，可以起到阻止表面金属产生局部的不稳定塑性变形的作用。所以在这种情况下可能得到较大的变形和较小的最小弯曲半径。如图2-4所示。图2-4板料厚度对最小弯曲半径的影响22 最小相对弯曲半径的确定图2-5列出了考虑部分工艺因素的最小相对弯曲半径实验数据。材 料压弯线与轧制纹向垂直压弯线与轧制纹向平行08F、08Al0.2t0.4 t10、15、Q1950.5 t0.8 t20、Q215A、Q235A、09MnREL0.8 t1.2 t20、30、35、40、Q255A、10Ti、13MnTi、16MnL1.3 t1.7 t65MnT2.0 t4.0 tY3.0 t6.0 t1Cr18Ni9I0.5 t2.0 tBI0.3 t0.5 tR0.1 t0.2 t1050A、1035Y0.7 t1.5 tM0.1 t0.2 t7A04CSY2.0 t3.0 tM1.0 t1.5 t5A05、5A06、3A21Y2.5 t4.0 tM0.2 t0.3 t2A12CZ2.0 t3.0 tM0.3 t0.4 t图2-5 最小相对弯曲半径第三章 工艺方案的确定3.1工艺分析此制件结构形状和要求来看,所需的基本工序为落料。 如图2-1所示工件的结构相对简单，尺寸精度要求中等，板材弯曲的弯曲半径适中。 d=25mm20mm得此工件先的进行预弯整形工序，工件的材质时不锈钢，具有较高的塑形。故在弯曲后不经退火而进行整形工序是可行的。此零件生产批量较小，应尽可能的减少模具的成本，使模具尽可能简单高效。3.2工艺方案 （1）落料（2）毛坯预弯（采用橡胶冲压模进行）（3）毛坯成形第四章 工艺计算4.1 弯曲件的毛胚展开尺寸计算4.1.1中性层的确定中性层的确定公式： 式中 r+K中性层的位置（mm） 弧的长度（mm） 零件的内圆弯曲半径（mm） 从半径()的中心至弯曲中性层的距离(mm)图4-1中性层比值与K的关系表：表4-1中性层比值与K的关系表0.250.50.812345678910111212以上K0.30.330.340.350.3750.40.4150.430.440.450.460.4650.470.4750.480.5由表4-1可以的：K=0.54.1.2工件尺寸圆形件的毛坯展开公式：L= = = =79.64mm80mm图4.2零件尺寸图毛坯的尺寸为：80mm50mm4.2弯曲力的计算弯曲力的大小与材料性质、毛坯尺寸、凹模支持点间距离以及弯曲方法等因素有关。工件的弯曲力计算公式： 其中式中 F自由弯曲力（N）； B弯曲件宽度（mm）； R弯曲件内弯曲半径(mm)； 材料抗拉强度（MPa）； k系数，一般取k=11.3。由查表可知304号不锈钢的抗拉强度b为520MPa可以求得：4.3冲压力选择冲压设备时,除考虑弯曲模平面尺寸,模具高度,模具结构和动作配合以外,还因考虑弯曲力的大小.选用的大致原则是:自由弯曲：式中 F 选用的压力机公称压力: 自由弯曲力 有压料板或推件装置的压力,约为自由弯曲力的30%-80%所以：F=1348+1078=24264.4 弯曲凸凹模间隙CU型件弯曲时,必须合理选择凸凹模间隙.生产中常按材料力学性能和材料厚度t选取.对于钢板： 所以 4.5 弯曲件的回弹和所有的塑性成型工艺一样，弯曲变形也有弹性变形。弯曲卸载后，由于中性成附近的弹性变形以及内、外层总变形中弹性变形部分的恢复，试弯曲件的弯曲中心角和弯曲半径变得和模具尺寸不一致的现象称为回弹。4.5.1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）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），使回弹困难，因而回弹角减小。 4.5.2解决回弹 弯曲件产生弹性回跳造成形状和尺寸误差，很难获得合格的制件。因此，生产中要采取措施来控制和减小回弹。常用控制弯曲件的回弹的措施有：1.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2. 从工艺上采取措施 （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。 第五章 模具的整体设计5.1预弯橡胶冲压模5.1.1橡胶冲压模的原理优势 用塑料(一般为环氧树脂)制成的模样。以其他材料为基体表面覆盖一层塑料的复合材料模，也称塑料模。塑料模是当今工业生产中利用特定形状，通过一定的方式来成形的塑料制品的工艺装备或工具。塑料质轻、强度高。一般密度在0.92.3g/mm 是钢铁的1/81/4，铝的1/2、优异的电绝缘性能、优良的化学稳定性能、减摩耐磨性好、透光及防护性能好、减震消音性能好等。塑料按表面受热后的性能分为热固性塑料和热塑性塑料。5.1.2橡胶模的整体设计图图5-1橡胶模的设计图 上模板 橡胶限位架 橡胶（软阴模） 待成形工件 阳模 螺钉 下模板5.2 弯曲成形夹具5.2.1 模具类型根据零件的冲压工艺方案采用单工序模。上体与下体结构相对简单，中间夹一根芯棒主要起弯曲合成形作用。模具工作过程中:将预弯后的胚料放在下体,加上芯棒,模具的上体。分别同时对模具上体上螺母进行紧固。模具下行,使各部分弯曲成型。成型后将上体上的螺母松开，手动将工件取出。5.2.2送料与定位方式由于零件是小批量生产,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。5.2.3卸料与出件方式考虑零件生产批量较小，为了便于操作，提高生产率，使成本竟可能低廉，出件方式采用为手动取料，.模具总体结构见装配图。第六章 弯曲成形夹具主要零部件的设计6.1夹具上体和下体模具的上体和下体，为了更好的使工件弯曲成形性，在模腔内不至于发生偏转和移动，以及瞒住工艺要求，通过查找机械设计手册，上下体闭合时中心孔应满足公差25.5。为了达到强度的要求，需要对上下体进行热处理洛氏硬度达到HRC43-48。在对模具上下体进行切割后，要对模具的上下体进行抛光和倒角。图6-1 弯曲夹具的上下体零件图工艺编制如下：工序工序内容定位与夹紧10备料60mm60mm166mm20划各孔面加工线，确定其钻孔位置30从左端面钻孔24mm上下端面40在上端面钻通孔29mm位于中心面保证两空间的距离为130mm前后端面50半精镗孔25.5保证精度25.5前后端面60半精镗孔210保证加工精度10前后端面70下端镗孔18深度9mm前后端面80热处理90对上下端面的中心面进行线切割上下端面100对切割面进行抛光倒角保证切割面光滑度为0.8倒角R1.5110检验6.2芯棒芯棒主要用于无油轴承的弯曲成形，在毛坯被弯曲的时候，毛培是包裹着芯棒，通过芯棒和模具的上下体同时作用从而达到弯曲成形。为了达到弯曲的精度要求，通过查找机械设计手册以及实用模具设计技术手册芯棒的尺寸应满足公差23.5，其洛氏硬度应为HRC45-48。图6-2 芯棒的零件图工艺编制如下： 工序工序内容定位基准10下料25mm170mm20铣端面钻中心孔，并倒角外圆与端面30初车外圆一头夹一头顶40钻钻通孔28两端面50精车外圆（工艺要求）一头夹一头顶60热处理70半精镗通孔（工艺要求）两端面80检验6.3特制紧固件6.3.1螺孔由于整套夹具，就两个螺钉。螺钉不但要起紧固的做用，还要为毛坯的弯曲成形提供全部的弯曲力。所以普通的螺丝达不到设计的技术参数要求，需要进行特殊制造。首偏先要保证螺丝在进行预紧时，不至于发生跳动和窜动。并须保证螺钉和螺孔的配合精度。首先在加工上下体和芯棒上的螺孔时，必须同时进行。并满足尺寸要求为10。6.3.2螺钉由于整套夹具的弯曲力都是有螺钉提供，所以对螺钉的强度，以及构造必须有特别的要求。零件图如下图所示图6-3特质螺钉工艺编制如下：工序工序内容定位与夹紧10下料18mm80mm20车端面外圆30粗车外圆外圆40从右端面粗车，深度为70mm 外圆左端面50从右端面精车外圆（工艺要求）外圆左端面60车螺纹外圆左端面70右端面倒角外圆左端面80热处理90检验第七章夹具工作原理以及特点7.1夹具的工作原理 整套弯曲成形夹具由两部分组成。一个是预弯塑料模和一个弯曲成形夹具。首先是预弯，预弯得过程是把毛坯放在下模上，上模用千斤顶给其一弯曲力，上模往下运动直至把毛坯弯曲。弯曲成形过程，把预弯得毛培放入夹具的下体，将芯棒压在毛坯上，慢慢的盖上上体。用锤子轻轻的敲击夹具上体，两螺丝同时紧固，直至达到完全弯曲。弯曲成形夹具的整体图：图7.1弯曲成形夹具的整体效果图7.2夹具的特点（1）整套弯曲夹具有预弯塑料模具和整形弯曲夹具两部分组成，这样很好的提高效率。（2）整形夹具结构相对简单，而且弯曲力，可以人工提供，这样很好的解小了成本，也符合小批量加工的效益。（3）预弯塑料模只要对模具下体进行改造，就可以对不同毛坯进行弯曲。可以很好的重复利用节约成本。总结与展望毕业设计是大学三年最后一个任务，是检验自己三年所学知识的一次重要机会。在此次设计中运用了，机械设计、机械制图、机械原理、模具设计、材料、CAD制图等等专业课程。特别是模具学，整套设计让自己对模具的工艺，以及模具的设计过程，特别是冲压模以及弯曲模有了更好更深入的了解。整个毕业设计下来，自己很好的把自己大学三年多学知识进行了一次综合的检验与提高，自己的独立解决问题的能力，也得到了加强。同时也发现了自己许许多多的问题，对知识的掌握和运用还是又很多问题和欠缺。使自己很好的给自己有了一个很好的定位。在这次毕业设计中，碰到了许许多多的问题，在遇到困难的时候，老师给了我许许多多的帮组。在此更要感谢我的导师和专业老师，是你们的细心指导和关怀，使我能够顺利的完成毕业论文。在我的学业和论文的研究工作中无不倾注着老师们辛勤的汗水和心血。老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受启迪。从尊敬的导师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，做人的道理。在此我要向我的导师致以最衷心的感谢和深深的敬意。参考文献1 许发樾冲模设计应用实例 M.北京：机械工业出版社，1999.6 2 翁其金,徐新成冲压工艺及冲模设计 M北京：机械工业出版社，20073 钟毓斌冲压工艺与模具设计 M北京：机械工业出版社，20004 冲模设计手册编写组冲模设计手册 M 北京：机械工业版社 ，19995 冯炳尧,韩泰荣,殷振海,蒋文森模具设计与制造简明手册 M 上海：科学技术出版社，19846 李双义主编冷冲压模具设计 M北京：清华大学出版社，20017 王秀凤,万良辉冷冲压模具设计与制造 M.北京：航天航空大学出版社,2004 8 航空工艺装备设计手册编写组.航空工艺设计手册 M .北京：国防工业出版社，19179 周宏甫主编.机械制造技术基础 M.北京：高等教育出版社，201010 翁其金，徐新成. 冲压工艺及冲模设计 M.北京：机械工业出版社，201111 叶久新，王群. 塑料制品成形及模具设计 M.湖南：湖南科学出版社，201112 关慧贞，冯新安.机械制造装备设计 M.北京：机械工业出版社，2009致谢岁月如歌，短短大学三年生活即将结束。随着毕业答辩的进行，自己慢慢的退下了自己学生的光环，迈向了人生新的篇章，正式开始走向社会。三年里的大学生活，或许不曾如刚入大学时想的那般精彩、那般激情澎湃，但是也给自己留下了许多美好的回忆。在这里我有许许多多要感谢的人，首先感谢的是带我毕业设计的导师胡老师。整个毕业设计是在胡老师的悉心指导下完成的，老师严谨的治学态度，务实的工作作风，孜孜不倦的学习精神令我敬佩至深，受益非浅。同时还要感谢自己所有大学的任课老师，正是他们让我接触到机械这门丰富多彩的学科，为我打开了人生最重要的一道大门。祝福我敬爱的老师们，愿他们以后的身体健康、工作顺利。桃李满天下。其次我还要感谢自己的同学、朋友以及兄弟。三年的大学都有他们的陪伴，大家一起学习一起进步。在三年的大学生活中他们给了我很大的帮组与支持，真心祝福他们以后有一好的工作和前程。最后需要特别感谢的是自己的父母和亲人，谢谢他们对自己求学之路的支持。忠心祝愿自己的父母以及天下所有的父母有一个好身体，也祝愿他们的辛勤劳动与付出都有回报。