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弯曲模课程设计

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2020年4月19日
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四直角弯曲件
弯曲模具设计说明书

班 级 材料134
学 号 06404
姓 名 杨江峰
指导教师 李一楠

目录
一、模具设计的内容 2
二、设计要求 2
三、模具设计的意义 2
四、弯曲工艺简介 3
（一）、弯曲工艺的概念 3
（二）、弯曲的基本原理 3
（三）、弯曲件的质量分析 4
（四）、弯曲件的工艺性 5
五、设计方案的确定 6
（一）、弯曲件工艺分析 6
（二）、弯曲件坯料展开尺寸的计算 7
（三）、弯曲力的计算与压力机的选用 7
（四）、弯曲模工作部分尺寸设计 10
六、模具整体结构 15
七、总结 16
八、参考文献 17

一、模具设计的内容
设计一副如下图所示弯曲件的成形模型，主要考虑其弯曲模的设计：

二、设计要求
1．设计计算说明书1份
2．主要零件图4张
3．模具装配图1份
三、模具设计的意义
冲压成形工艺与模具设计是材料成型机控制工程专业的专业基础课程。经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、弯曲工艺简介
（一）、弯曲工艺的概念
把板料、管材或型材等弯曲成一定曲率或角度，并得到一定形状的冲压工序成为弯曲。用弯曲方法加工的零件种类非常多，如汽车纵梁、自行车车把、仪表电器外壳、门搭铰链等。最常见的弯曲加工是在普通压力机上使用弯曲木压弯。
（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，弯曲件的质量问题有：拉裂、截面畸变、翘曲及回弹。回弹是设计弯曲件的主要考虑因素之一。
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）弯曲件的回弹现象一般表现为两种形式：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
2）相对弯曲半径r／t
3）弯曲中心角α
4）弯曲方式及弯曲模板料
5）弯曲件形状
6）模具间隙

3．减少回弹的措施
1）选用合适的弯曲材料
2）改进弯曲工艺
3）改进零件的结构设计
4）改进模具结构
4.回弹值的确定
由于R/t=1<5，属于大变形。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。
单角90°校正弯曲回弹角

材料
R/t
≤1
1~2
2~3
Q215、Q235
1~1.5°
0~2°
1.5~2.5°
纯铜、铝、黄铜
0~1.5°
0~3°
2~4°
模具设计时，当弯曲件弯曲角为j=90°时，取凸模角度jT=j-Dj。
该弯曲件弯曲角都为90°，其回弹角查表得Dj=2°,则jT=j-Dj=88°。jD=
（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。由于该材料为H62查手册得其rmin/t=0.8,故r=2mm满足最小弯曲半径的要求。

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。
3.孔边距离
如果弯曲毛坯上有预先冲制的孔，为使孔型不发生变化，必须使孔置于变形区之外，即孔边距L应符合以下关系：
当t<2mm时，L>=t；t>=2mm，L>=2t。
4.形状与尺寸的对称性
弯曲件的形状与尺寸应尽可能对称，高度也不应相差太大。
五、设计方案的确定
（一）、弯曲件工艺分析
该弯曲件名为带孔的四直角相反弯曲对称件，尺寸无精度要求，材料是H62，黄铜。采用复合模冲压成形，其需要经过三道工序完成：落料、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
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r0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，一般见下面的经验公式来确定中性层的位置： r0=r+xtr=+
式中：r r0——中性层半径；r——弯曲件内弯半径；

有色金属弯曲90°时的应变中性层系数x

R/t
0.5
0.8
2.0
3.0
4.0
5.0
x
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50

从弯曲件图能够看到：圆角半径都为r=2mm，板料厚度t=2mm，查表得x=0.31，则中性层半径为：r0=r+xt=2+0.31×2=2.62mm
2.毛坯展开尺寸计算
由于圆角半径r>0.5t因此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 L=åli+p/2xå(ri+xt)=11+11+40+4+4-4+4p+8x0.31=81mm
（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
F自=CKBt2sb/r+t
C—与弯曲形式有关的系数，对于V形件C取0.6；对于U形件C取0.7；
K—安装系数，一般取1.3；
B—料宽（mm）；
t—料厚（mm）；
r—弯曲半径（mm）；
sb—材料强度极限（MPa）。

2） 校正弯曲公式
F校=pA
p—单位面积上的校正力（MPa）；
A—校正面垂直投影面积（mm2）。
单位校正压力p的数值
材料厚度
t（mm）
<3
3~10
铝
30~40
50~60
黄铜
60~80
80~100
10~20钢
80~100
100~120

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。材料H62的sb=600Mpa。
V形弯曲力：Fv=0.6×1.3×10×222+2×600=4680N
U形弯曲力：Fu=0.7×1.3×10×222+2×600=5460N
F总=2Fv+Fu=2×4680+5460=14820N
总弯曲力： F顶=0.5F总=7410N
校正弯曲力：查表取p=70Mpa，F校=70×70×10=49000N
2.压力机的选用

型号

公称压力（KN）

滑块行程（mm）

行程次数（/min）

最大闭合高度（mm）
闭合高度调节量(mm)

工作台尺寸（mm）

垫板尺寸（mm）

模柄孔尺寸（mm）

J23-3.15

31.5

25

170

120

25
前 后
160
左右250
厚 度
30
孔径110
直径 ∅25
深 度
40
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。由于本模具是利用凹模的摆动，使毛坯在压力机滑块下压时一次弯曲成形。但这类弯曲模存在一个共同的弊病，这就是弯曲回弹较大，很难实现校正弯曲。因此该模具的压力机选择主要考虑自由弯曲力，由经验公式得：
F压力机≥1.3（F总+F顶）≈28.9KN
由上述可知，该弯曲件弯曲所需的压力是28.9KN，查取模具设计手册，可选取具有以上规格的压力机。
    冲模的闭合高度是指滑块在下死点即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。冲模的闭合高度必须与压力机的装模高度相适当，即冲模的闭合高度应介于压力机的最大装模高度Hmax 和最小装模高度Hmin之间起关系为：
Hmax-5≥H≥Hmin+10

（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Rp=2mm。
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，可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。在实际生产中一般根据材料厚度选取凹模圆角半径：
当t≤2mm，Ra=（3~6）t；t=2~4mm，Ra=（2~3）t。由于采取复合模弯曲，凹模还要实现两处V型弯曲工艺，且r=2mm，因此，取Ra=2mm。
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，凹模深度能够小于工件高度，凹模深度Lo值见下表：
弯曲U型件的凹模深度Lo（mm）

弯曲件边长l
板料厚度t
<1
>1~2
>2~4
>4~6
<50
15
20
25
30
50~75
20
25
30
35
75~100
25
30
35
40
100~150
30
35
40
45
150~200
35
40
45
50

但由于本模具不但要进行U形弯曲，同时也要对U形弯曲件的直边进行V形弯曲，因此考虑实际模具，选择凹模深度Lo=10mm。
4、凸、凹模的间隙
弯曲V形件时，凸、凹模之间的间隙是靠调整压力机的闭合高度来控制的，但设计中必须考虑在合模时使毛坯完全压靠，以保证弯曲件的质量。
对于U形件弯曲，必须合理选择凸、凹模间隙。间隙过大，则回弹也大，弯曲件尺寸和形状不易保证；间隙过小，会使零件边部壁厚减薄，降低模具寿命，且弯曲力大。生产中常按材料性能和厚度选取：
对钢板C=（1.05~1.15）t，对有色金属C=（1.0~1.1）t
由于H62是黄铜，属有色金属，取C=1.0t=2mm。

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 Ld=(L-34D)0+dd
凸模尺寸为 Lp=（Ld—2C）-dp0
2）弯曲件标注内形尺寸
凸模尺寸为Lp=(L+34D)-dp0
凹模尺寸为 Ld=(Lp+2C)0+dd
式中：
L——U形弯曲件基本尺寸，mm；
Lp、Ld——凸、凹模工作部分尺寸，mm；
D——弯曲件公差，mm；
dp、dd——凸、凹模制造公差，选用IT7~IT9级精度，mm；
C——凸、凹模单面间隙。
由弯曲件图能够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，查表得弯曲件外形B1=70mm的公差D1=0.74mm，内形B2=40mm的公差D2=0.62mm，凹模制造公差dd，选用IT8级精度dd=0.046mm，凸模制造公差dp，选用IT8级精度dp=0.030mm。
则弯曲件外形尺寸Bd=（B-34D）0+dd=69.440+0.046 mm
Bp=（Bd-2C）-dp0=65.04-0.0300 mm
弯曲件内形尺寸 Bp=(B+34D)-dpo=40.16-0.0300 mm
Bd=（B+2C）0+dd=44.560+0.046 mm

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。

凸、凹模的常见材料及热处理要求
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
该弯曲模选用无导向装置的冲模，其上下模间的相对位置是在压力机上安装时调整的，工作过程中由压力机的导轨精度保证，因此装配时，上、下模能够独立进行，彼此基本无关。
由于下模有弹顶机构，可利用下垫板经过对弹顶装置的定位，从而达到固定下模的作用，而凸模与模柄联结可直接在滑块的直线上下运动的控制下实现其上下运动，无需导向装置和上模座，简化了模具的结构。由于下模座不是标准模座，取设计其尺寸为180x90x20（mm），凸模长度取40mm，凹模摆动块的厚度为30mm，定位板的厚度为10mm，凹模支架为20mm，闭合高度h=118mm，满足所选开式压力机的闭合高度要求。
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。模柄的长度不能大于压力机滑块里模柄孔的深度，模柄直径与模柄孔一致，并以H7m6过渡配合。根据模具的总体特点，选用凸缘模柄，此模柄用螺钉与上模紧固在一起。
3）凸模固定板的选取
该模具中模柄直接与凸模固定，无需固定板。
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，常见圆柱销钉。它们的选取应根据冲压力大小、凹模厚度等确定。
六、模具整体结构

七、总结
在这次为期两周的课程设计过程中，我经过在设计过程中不断地发现错误、改正错误的过程中，对过去所学的专业知识有了更深刻的理解，明白了书本上的知识是如何在实践运用中得到体现的，同时也了解了模具设计的大概流程，为未来的就业打好了更扎实的基础。
在课堂上学到的知识是分散的、零碎的，当我深入去了解时，才惊讶的发现模具设计是一个多么严谨的过程，除了少部分机械的选择要靠经验公式以外，其它诸如最小弯曲半径、中性层系数之类的都有其严格的取值范围，模具的设计就是从一环跳到另一环，环环相扣的过程，一环的出错可能就会导致整个设计链的崩溃。当然，模具设计也不是死板的，它更像是带着镣铐舞蹈，在种种局限的范围里，如何让设计出来的模具更可靠、更经济、更简洁才是模具设计者真正的追求，作为初学者的我当然是做不到这一点。尽管经过两周的努力得到了这份设计，但其必然是粗糙的，因此设计更加的完善也必然是我未来专业之路上的不懈追求。
最后，在这里我要向本次专业课程设计的指导老师李一楠老师表示深切的感谢。不但是感谢她在本次设计中的指导与帮助，更是感谢她在过去的大学四年里对我们的每一份关怀与照顾。
八、参考文献
1.《冲压工艺与模具设计》 主编 姜奎华.北京：机械工业出版社.1998.5
2.《机械制图》 主编 杨月英 马晓丽. 北京：机械工业出版社. .9
3.《AutoCAD 绘制机械图》 主编 杨月英 张效伟. 中国建材工业出版社. .2
4.《互换性与测量技术基础》 主编 周兆元 李翔英. 北京：机械工业出版社， .3