V形弯曲模具设计解析.doc

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 1
2、冲压工艺分析 1
2.1 材料分析 1
2.2 工艺分析 1
2.3 弯曲件的工序安排 1
3、弯曲模具总体结构设计 2
3.1 模具类型的选择 2
3.2 操作与定位方式 2
3.3 卸料与出件方式 2
4、弯曲模具工艺与设计分析 2
4.1 弯曲工件毛坯尺寸计算 2
4.2 弯曲力的计算 3
4.3 压弯时的顶件力和卸料力 4
4.4 弯曲时压力机吨位的选择 4
5、弯曲模具零件设计 4
5.1 凸模与凹模工作部位设计 4
5.1.2 凸模与凹模的圆角半径 4
5.1.3 弯曲模凹、凸模间隙  5
5.1.3 弯曲凸、凹模刃口尺寸及公差  6
5.2 凹模尺寸设计 6
5.3 模座的选择 8
5.4 垫板规格的的选择 8
5.5 固定板的选择 9
5.6 定位板的设计 10
5.7 凸模设计 10
5.8 模柄的选择 11
5.9 螺钉、销钉的设计 11
5.9.1 螺钉、销钉的选择 11
5.9.2 螺钉、销钉孔确定 11
5.9.3 螺钉、销钉位置确定 11
6、冲压设备的选择 12
6.1 闭合高度的确定 12
6.2 压力机设备的选用 13
7、课设小结 14
参考文献 15

1、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=200~220GPa ，抗拉强度σb=375~500MPa。
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》[Ⅰ] 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=12>8,查[Ⅰ]-P131-表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）；
σb — 材料的强度极限（MPa）。
根据图1可得：b=40mm；t=1mm；r=12mm
查阅《机械设计课程设计手册》[Ⅱ]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=0.8×1080=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：
F≧F自+FQ≧1080+864=1944 N
5、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σb愈高，弹性模量E愈小，弯曲回弹愈大。
当r/t<5，弯曲半径的回弹值不大，只考虑角度回弹，可以查表得出。
当r/t>10，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（°）；
α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)；
σs — 弯曲材料的屈服点（MPa）。
∵R/t=12/1=12>10
∴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200-220×10³MPa，取值
E=210×10³MPa

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[Ⅰ]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》[Ⅲ]P103表4-13取得凹模标准尺寸为：
160×160×40 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2-53），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：
240×160×40 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 160×160×32，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： σ — 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：
HⅠ — 凸模固定板的厚度；
HⅡ — 卸料板的厚度；
HⅢ — 定位版的厚度；
HⅣ — 凸模进入凹模的深度；
Y — 安全距离取值范围为15~20mm。
其中：H1=52mm；H2=0mm；H3=2mm;；Y 取16mm；HⅣ=H1－H2－t=16.324mm。
代入公式6得：
L=52+2+16.324+16=86.324 mm
所以凸模尺寸为：
31.09×40×86.324 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 ：
d×h=30×50 mm
参考《冲压模设计指导》[Ⅳ]表3-41选择32×56的旋入式模柄回来再加工至φ30×50
5.9 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
定位板的固定螺钉 4× M6
上模座连接销钉 2×Φ10
下模座连接销钉 2×Φ10
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 8
6、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 mm
6.2 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 55mm
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 380×610 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
[Ⅰ]丁松聚,冷冲模设计, 机械工业出版社，2012
[Ⅱ]吴宗泽,罗圣国, 机械设计课程设计手册, 高等教育出版社，1992
[Ⅲ]马朝兴,冲模模具设计手册, 化学工业出版社，1998
[Ⅳ] 高军,冲压模设计指导,化学工业出版社，2007