四角件弯曲模具设计.docx
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四角件弯曲模具设计
武汉理工大学华夏学院
课程设计说明书
题目四角弯曲零件冲压工艺与模具设计
学院名称机电工程学院
班级机制1071班
学号
学生姓名肖一民
指导教师欧阳伟
2010年12月29日
1．设计课题1
2．课程设计的目的及要求2
1.工艺过程的制定3
1.1制件的工艺性分析3
3
3
1.2冲压工艺方案的分析与制定4-5
2设计工艺计算6
2.1弯曲件展开尺寸的计算6
2.2冲压力的计算及冲压设备的选择7
8
8
2.3材料利用率及弯曲回弹值的计算8
3.模具工作零件设计9
3.1弯曲模具工作零件尺寸的计算9
9
9
10
3.2模具工作零件结构的确定10-12
4.模具其他零件的设计13-14
5.设计心得体会15
6.参考文献16
序言
模具做为高效率的生产工具的一种，是工业生产中使用极为广泛与重要的工艺装备。
采用模具生产制品和零件，具有生产效率高，可实现高速大批量的生产；节约原材料，实现无切屑加工；产品质量稳定，具有良好的互换性；操作简单，对操作人员没有很高的技术要求；利用模具批量生产的零件加工费用低；所加工出的零件与制件可以一次成形，不需进行再加工；能制造出其它加工工艺方法难以加工、形状比较复杂的零件制品；容易实现生产的自动化的特点。
设计出正确合理的模具不仅能够提高产品质量、生产率、具使用寿命，还可以提高产品经济效益。
在进行模具设计时，必须清楚零件的加工工艺，设计出的零件要能加工、易加工。
充分了解模具各部件作用是设计者进行模具设计的前提，新的设计思路必然带来新的模具结构。
本次设计了一套弯曲模具。
经过查阅资料，首先要对零件进行工艺分析，经过工艺分析和对比，通过冲压力、顶件力、卸料力和弯曲力等计算，确定压力机的型号。
再分析对冲压件加工的模具适用类型选择所需设计的模具。
得出将设计模具类型后将模具的各工作零部件设计过程表达出来。
在设计说明书的第一部分，说明了冲压模具的重要性与本次设计的意义，接着是对冲压件的工艺分析，完成了工艺方案的确定。
第二部分，对零件排样图的设计，完成了材料利用率的计算。
再进行弯曲工艺力的计算和弯曲模工作部分的设计计算，对选择冲压设备提供依据。
最后为主要零部件的设计和标准件的选择，为本次设计模具零件图的绘制和模具的成形提供依据，以及为装配图各尺寸提供依据。
1．设计课题
设计模具名称：
弯曲模
工件名称：
四角弯曲零件
材料：
Q235材厚1mm
工件简图：
2．课程设计的目的及要求
冲压模具课程设计以《课程设计任务书》的形式下达，由指导老师指定模具结构、制件模具形状和要求。
生产批量等原始资料。
要求学生以完整正确的模具装配图、零件图以及设计计算书作为完成设计任务的成果。
《冲压成形技术》课程设计是课程的最后一个教学环节，同时是第一次对学生进行全面的模具设计训练。
设计过程本身对于我们学生来说就是一种挑战，是一种创新，对我们的设计能力和经验的积累是十分有利的。
其设计目的：
（1）综合理由冷冲压模课程和其它有关先修课程的理论及生产实践的知识去分析和解决模具设计问题，并使所学专业知识得到进一步巩固和深化。
（2）学习模具设计的一般方法，了解和掌握常用模具整体设计、零部件的设计过程和计算方法，培养正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力。
（3）通过计算和绘图，学会运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料等，培养模具设计的基本技能。
主要任务：
（1）查阅资料，分析零件的成型工艺，制定成型工艺方案，并进行设计计算。
（2）完成零件成型工艺中主要工序模具的详细设计计算。
（3）完成模具装配图，主要零件图的设计与绘制，绘图工作量不少于一张0号图纸。
（4）编制模具工作零件加工工艺卡。
（5）编制设计说明书（不少于5000字）。
时间安排:
12月13日设计动员，下达设计任务书
12月14日-12月19日制定设计方案，并进行工艺分析与计算
12月20日-12月26日模具结构设计及模具装配图的绘制
12月27日-12月28日模具零件图的绘制
12月29日-12月30日整理，撰写设计说明书
12月30日设计考核
1.工艺过程的制定
1.1制件的工艺性分析
冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性。
一般情况下对弯曲件的工艺性影响最大的是制件的结构形状，精度要求，形位公差及技术要求。
良好的结构工艺性应保证材料消耗少，工艺数目少，模具结构简单而寿命高，产品质量稳定，操作简单。
通常对工件的工艺影响最大的是几何形状尺寸和工艺要求。
a）冲压件的形状应尽可能简单，对称，避免形状复杂的曲线，本次设计的工件形状简单，结构对称，没有复杂曲线，故符此形状方面的要求。
b）冲压件内外形转角处要尽量避免尖角，而以圆弧过度，以便于模具加工，减少热处理和冲压时候的开裂，减少冲压时候尖角处的崩刃和过快磨损。
冲压件的一般圆角半径R应大于或等于板厚t的一半，即R>0.5t。
在同种材料相同的情况下外形上的圆角半径值可比内形上的圆角半径值小10%~20%。
本次设计工件无尖角，便于模具的加工，减少了尖角处的崩刃和磨损，冲压件的圆角半径R=1>0.5t=0.5，故冲压件的尺寸满足要求。
c）冲压件的凸出悬臂和凹槽宽度不宜太大，以免凸模折断，而本次设计的工件无凸出悬臂。
d）在进行直角弯曲时，若弯曲的直边高度过短，弯曲过程中不能产生足够的弯矩，将无法保证弯曲件的直边平直。
所以必须使弯曲件的直边高度H>2t，制件的直边高度达到了15mm，满足要求。
冲压件的经济精度一般不高于11级，最高可达IT8~IT10级，本次设计中工件未标注公差，故按未注公差IT14级来处理，设计模具时采用IT11级制造。
端面粗糙度只要不影响工件的使用和装配，取其自然的断面粗糙度，即Ra=12.5~50，最高Ra=6.3。
材料为Q235，为普通碳素钢，查文献
（1）表9-1，其主要性能为：
σs=235MPa，σb=400Mpa，τ=360MPa，延伸率为30%，强度不高，塑性良好，冲压工艺性好，适合进行冲压加工。
1.2冲压工艺方案的分析与制定
要生产所给制件，需弯曲两道工序才能完成。
由于此四角件弯边高度是15mm，大于15*t（t为板料厚度），若采用一次弯曲成型工艺，容易造成材料断裂的情况，因此此工件采用两次弯曲成型可以保证成型工序的安全实施，同时也能保证弯曲件的精度。
初步拟定弯曲工艺方案：
1：
采用单工工序模具分别进行两次弯曲。
2：
采用复合模进行弯曲成型。
工艺方案的分析与最终确定：
第一种工艺方案采用两道工序来完成成型结构，此工序对模具的结构要求简单，但是对于大批量生产不宜采用此方案，加工效率不高
复合模的第一道工序如上图
复合模的第二道工序如下图
2设计工艺计算
2.1弯曲件展开尺寸的计算
根据文献
（2）125页，按圆角半径r=1mm>0.5t=0.5mm的弯曲件计算方法进行计算。
将弯曲件制件分为如图3段
根据查阅文献可知，此次冲压成型过程采用两次弯曲过程进行成型，材料为Q235,弯曲半径取最小值，r=1mm>0.5t（t为板料厚度），将工件尺寸分为如上图的尺寸，L1，L2,L3,确定各个尺寸的大小L1=20mmL2=7mmL3=15mm
则由计算公式可计算出弯曲件的展开尺寸。
弯曲件的展开尺寸：
L=L1+2L2+2L3+t
L=20+2*7+2*15+1=65mm
2.2冲压力的计算及冲压设备的选择
由于弯曲力受到材料的力学性能，零件形状与尺寸，板料厚度，弯曲方式，模具结构形状与尺寸，模具间隙和模具工件表面质量等多种因素的影响，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。
根据本次设计的实际情况可知，本次弯曲的过程相当于两次U形弯曲的复合模形式，四角形弯曲件是在自由弯曲阶段相当于U形弯曲中的自由弯曲，而在第二阶段则相当于一个完整的U形弯曲。
第一阶段查阅文献得计算公式：
公式1
其中：
FZ为弯曲力
第二阶段相当于一个U形件的弯曲查阅文献得计算公式：
公式2
K为安全系数，取1.3
=400Mpa,为弯曲材料的抗拉强度
t为弯曲件的厚度，t=1mm
B为弯曲件的宽度，B=20mm
r为内圆弯曲半径（等于凸模圆角半径），r=1mm
将数据代入式公式1，计算，可得：
FZ2=3641.3N
将数据代入式公式2，计算，可得
FZ1=6399.8N
最终弯曲力取最大值：
FZ=6399.8N
对设置顶件装置的弯曲模，其顶件力一般取FD=（0.3-0.8）FZ
FD=3199.9N
整个工艺过程所需的弯曲力：
F总=FZ+FD
=6399.8N+3199.9N
=9598N
确定压力机的额定压力不仅要考虑能完成弯曲加工，而且要注意防止压力机过载。
由于前述计算所得的弯曲力均为弯曲过程中可能出现的最大弯曲力数值，即短时间内出现的峰值，如果压力机的额定压力等于或略大于该计算值，并不能保证在整个弯曲过程中压力机不过载。
因此，在确定压力机的压力时，应预留出较大的安全范围。
自由弯曲时，有上述计算可知，总的冲压工艺压力F总为：
F总=9598N
一般情况下，压力机的公称压力应大于或等于冲压总工艺力的1.3倍，可以取压力机的压力位
F压机≥1.3F总
代入数据得：
F压机≥12477N
查文献
（1）表9-9，初选压力机J23-16，其主要技术参数为：
公称压力：
160KN
滑块行程：
55mm
滑块行程次数：
120/min
最大闭合高度：
220mm
闭合高度调节量：
45mm
工作台尺寸：
模柄孔尺寸：
床身最大倾角：
2.3材料利用率及弯曲回弹值的计算
该制件属于复合弯曲模，其材料利用率达到100%。
由于相对弯曲半径r=1.0mm，属于极小变形程度，圆角回弹值小，不必计算，且制件精度要求不高，制件卸载后可以符合精度要求。
3.模具工作零件设计
3.1弯曲模具工作零件尺寸的计算
1、凸模圆角半径
弯曲件的相对弯曲半径r/t较小时，凸模角半径rp可取弯曲件的内弯曲半径r，但不能小于允许的最小弯曲半径。
如果r/t值小于最小相对弯曲半径，应先弯成较大的圆角半径，然后再用整形工序达到要求的圆角半径。
当弯曲件的相对弯曲半径r/t较大且精度要求较高时凸模圆角半径应根据回弹值进行修正。
由于该制件的相对弯曲半径r/t较小，故凸模圆角半径rp可取弯曲件的内弯曲半径r=1.0mm。
2、凹模圆角半径
凹模圆角半径rd的大小直接影响坯料的弯曲成形。
凹模的圆角半径rd不能过小，否则弯曲时坯料拉人凹模的阻力大，厚度易拉薄，擦伤工件表面。
rd太大，会影响毛坯定位的准确性。
rd的值通常按材料厚度t来选取。
查文献
（1）表3-14
t=1mm时，rd=3mm
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，才能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现。
中小型弯曲件通常都使用模具在机械压力机上进行加工，最大弯曲力提前出现，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，凹模深度要适当。
初选凹模深度40mm
弯曲四角形时，必须选择适当的凸、凹模间隙。
间隙过大则回弹量大，工件的形状和尺寸误差增大。
间隙过小，使弯曲力增大，直边壁厚变薄，增大摩擦，容易擦伤工件表面，加速凹模的磨损，降低凹模的使用寿命。
同时考虑到下列因素的影响：
弯曲件宽度较大时，受模具制造和装配误差的影响，将加大间隙的不均匀程度，因此间隙应取大些。
宽度较小时间隙值可以
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