小批量无油轴承的弯曲成形夹具设计.docx

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小批量无油轴承的弯曲成形夹具设计

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

Moldisaveryimportantequipmentnindustrialproduction,andmoldindustryisoneofthemajorbasesofthenationalecomicaldepartments.

Withthedevelopmentofmachineryindustry,electronicsindustry,aviationindustry,dailynecessitiesindustry,instrumentandmeterindustry,quanlityrequirementsofbendingsystembecomemoreandmorewhichdemandsthehigherlevelofdeveloping,designingandmanufacturingbendingmold.Therefore,thelevelofmolddisigning,thestrengthofmoldmanufacturingandthequalityofmolddirectlyaffectproducts'quality,economy'sincreasingandindustrylevel'simproving.

Moldindustrynamed"themotherofindustry"ininternationalmarket,asthebasicinsdustry,playsanundoubtlyimportantinthedevelopmentofotherindustriesandnationlaeconomy.Moldindustrybloomsinrecentdecade.Renewingproductscan'tleavemold.Onlyimprovingtheunderstandingofmoldindustry,canalleteraterenewingourindustrialproducts,canprovidethesustainabledevelopmentofecenomynecessaryequipments,canstrengthourindustrialproductsininternationalmarket.Moldindustrynowisstrugglinginthefiececompetitionforhighgradeandhighlevel.Theycompeteteonthepioitsofqualityandmanufacturingtimewiththepricesecondary.

Thisarticalismainlyaboutthedesignofbentfixtureandoil-lessbearingbending.

KEYWORDS:

stamping;bending;mold

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-

2．2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-

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ITl2～ITl6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，弯曲角的影响比较显著，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

2．2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、08Al

0.2t

0.4t

10、15、Q195

0.5t

0.8t

20、Q215A、Q235A、09MnREL

0.8t

1.2t

20、30、35、40、Q255A、10Ti、13MnTi、16MnL

1.3t

1.7t

65Mn

T

2.0t

4.0t

Y

3.0t

6.0t

1Cr18Ni9

I

0.5t

2.0t

BI

0.3t

0.5t

R

0.1t

0.2t

1050A、1035

Y

0.7t

1.5t

M

0.1t

0.2t

7A04

CSY

2.0t

3.0t

M

1.0t

1.5t

5A05、5A06、3A21

Y

2.5t

4.0t

M

0.2t

0.3t

2A12

CZ

2.0t

3.0t

M

0.3t

0.4t

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=25mm>20mm

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+Kδ―中性层的位置（mm）

Α―弧的长度（mm）

ｒ―零件的内圆弯曲半径（mm）

Ｒ―从半径（ｒ）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

0.25

0.5

0.8

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

12以上

K

0.3

0.33

0.34

0.35

0.375

0.4

0.415

0.43

0.44

0.45

0.46

0.465

0.47

0.475

0.48

0.5

由表4-1可以的：

K=0.5

4.1.2工件尺寸

圆形件的毛坯展开公式：

L=

=

=

=79.64mm

80mm

图4.2零件尺寸图

毛坯的尺寸为：

80mm×50mm

4.2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=1~1.3。

由查表可知304号不锈钢的抗拉强度σb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=2426

4.4弯曲凸凹模间隙C

U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σs越高，弹性模量E越小，弯曲弹性回跳越大。

2）相对弯曲半径r／t

相对弯曲半径r／t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r／t越小，则回弹也越小。

3）弯曲中心角α

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0.9－2.3g/mm³是钢铁的1/8－1/4，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

①上模板②橡胶限位架③橡胶（软阴模）④待成形工件⑤阳模

⑥螺钉⑦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ɸ25.5

。

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60mm×60mm×166mm

20

划各孔面加工线，确定其钻孔位置

30

从左端面钻孔ɸ24mm

上下端面

40

在上端面钻通孔2×ɸ9mm位于中心面保证两空间的距离为130mm

前后端面

50

半精镗孔ɸ25.5保证精度ɸ25.5

前后端面

60

半精镗孔2×ɸ10保证加工精度ɸ10

前后端面

70

下端镗孔ɸ18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R1.5

110

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ɸ23.5

，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ɸ25mm×170mm

20

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2×ɸ8

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ɸ10

。

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ɸ18mm×80mm

20

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

毕业设计是大学四年最后一个任务，是检验自己四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四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