滾動軸彎曲模設計

滾動軸彎曲模設計,滾動,轉動,彎曲,曲折,設計 第 0 頁 共 33 頁 第 1 章 緒論 模具工業(yè)是國民經濟的基礎工業(yè),是工業(yè)生產的重要工藝裝備。先進國家的模具工 業(yè)已擺脫從屬地位,發(fā)展為獨立的行業(yè)。日本工業(yè)界認為：“模具工業(yè)是其它工業(yè)的先 行工業(yè),是創(chuàng)造富裕社會的動力”。美國工業(yè)界認為：“模具工業(yè)是美國工業(yè)的基石”。 在德國模具被冠以 “金屬加工業(yè)中的帝王”之稱。 模具作為提高生產率，減少材料和消耗，降低產品成本，提高產品質量和市場占 有率的重要手段，已越來越受到各行業(yè)部門的重視。目前世界上模具工業(yè)的年產值約 680 億美元。我國 2004 年模具產值為 530 億元，模具出口 4.91 億美元，同時還進口 18.31 億美元。中國已經成為世界上凈出口模具最多的國家。但大型多工位級進模具， 精密沖壓模具，大型多型腔精密注塑模，大型汽車覆蓋件模具等雖已能生產，但總體 技術水平不高，與國外先進國家相比，仍有很大差距。改革開放以來，隨著國民經濟 的發(fā)展，市場對模具的需求量不斷增長。 近年來，模具工業(yè)一直以 15%左右的速度發(fā)展，模具工業(yè)企業(yè)的所有制也發(fā)生了巨 大變化，除了國有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨資和私營也得到了快速的發(fā)展。到 目前為止，中國約有模具生產廠家 2 萬家，從業(yè)人員有 50 多萬人，全年模具產值高達 450 億元以上。 中國模具工業(yè)的發(fā)展在地域分布上存在不平衡性，東南沿海地區(qū)發(fā)展快于中西部 地區(qū)，南方的發(fā)展快于北方。模具生產最集中的地區(qū)在珠江三角州和長江三角地區(qū)， 其模具產值占全國的三分之二以上。 而在模具制造領域中占有重要地位的沖壓模具生產技術與工業(yè)發(fā)達國家相比還相 當落后，主要原因是我國在沖壓基礎理論及成型工藝、模具標準化、模具設計、模具 制造工藝及設備方面與工業(yè)發(fā)達國家相比還有相當大的差距，導致我國模具在壽命、 效率、加工精度、生產周期等方面與工業(yè)發(fā)達國家相比差距還很大。隨著工業(yè)產品質 量的不斷提高，沖壓產品生產正呈現(xiàn)多品種、少批量、復雜、大型、精密、更新?lián)Q代 速度快等特點，沖壓模具正向高效、精密、長壽名、大型化方向發(fā)展。為適應市場的 變化，隨著計算機技術和制造技術的迅速發(fā)展，沖壓模具設計與制造技術正由手工設 計、依靠人工經驗和常規(guī)機械加工技術向計算機輔助設計、數(shù)控切削加工、數(shù)控電加 工為核心的計算機輔助設計與制造技術轉變。近年來許多模具企業(yè)加大了用于技術進 第 1 頁 共 33 頁 步的投資力度，技術進步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力。一些國內模具企業(yè)已普及了二維 CAD，并陸續(xù)開始使用 UG、PRO/ENGINEER 等國際通用軟件。以汽車覆蓋件模具為代表 的大型沖壓模具的制造技術已取得了很大進步，東風汽車公司模具廠、一汽模具中心 等模具廠家已能生產部分轎車覆蓋件模具。此外，許多研究機構和大專院校開展模具 技術的研究和開發(fā)。經過多年的努力，在模具 CAD/CAE/CAM 技術方面取得了顯著進步， 在提高模具質量和縮短模具設計制造周期等方面做出了貢獻。 未來沖壓模具的發(fā)展方向：模具技術的發(fā)展應該為適應模具產品交貨期短、精度 高、質量好、價格低、的要求服務。達到這一要求急需發(fā)展的如下幾項： （1）全面推廣 CAD/CAM/CAE 技術 模具 CAD/CAM/CAE 技術條件已基本成熟，各企業(yè)加大 CAD/CAE/CAM 技術培訓和技 術服務的力度，進一步擴大 CAE 技術的應用范圍。計算機和網絡的發(fā)展正使 CAD/CAE/CAM 技術跨地區(qū)、跨行業(yè)、跨企業(yè)，跨院所地在整個行業(yè)中推廣成為可能，實 現(xiàn)技術資源的重新整合，使虛擬制造成為可能。 （2）高速銑削加工 國外近年來發(fā)展的高速銑削加工，大幅度提高了加工效率，并獲得了極高的表面 光潔度。另外，還可以加工高硬度模塊，還具有溫升低，熱變形小等優(yōu)點。高速銑削 加工技術的發(fā)展，對汽車，家電行業(yè)中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已 向更高的敏捷性，智能化，集成化方向發(fā)展。 （3）模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng) 高速掃描機和模具掃描系統(tǒng)提供了從模型或實物掃描到加工出期望的模型所需的 諸多功能。大大的縮短了模具的在研制制造周期。有些快速掃描系統(tǒng)，可快速安裝在 已有的數(shù)控機床及加工中心，實現(xiàn)快速采集，自動生成各種不同數(shù)控系統(tǒng)的加工程序， 不同格式 CAD 數(shù)據(jù)，用于模具制造業(yè)的“逆向工程” 。模具掃描系統(tǒng)已在汽車，摩托車。 （4）電火花銑削加工 電火花銑削加工技術也稱為電火花創(chuàng)成技術，這是一種替代傳統(tǒng)的用成型電極加 工型腔的新技術，它是用高速旋轉的簡單的管狀電極做三維或二維輪廓加工，因此不 再需要制造復雜的成型電極，這顯然是電火花成形加工領域的重大發(fā)展。國外已有使 用這種技術的機床在模具加工中的應用，預計這一技術將得到快速的發(fā)展。 第 2 頁 共 33 頁 （5）提高模具的標準化程度 我國的模具標準化程度在不斷提高，估計目前我國模具的標準件使用的覆蓋率達 到 30%左右，而國外的達到了 80%左右。 （6）優(yōu)質材料及先進的表面處理技術 選用優(yōu)質的鋼材和應用相應的表面處理技術來提高模具的壽命顯得十分必要。模 具熱處理和表面的處理的發(fā)展方向是真空熱處理。模具表面處理應完善并發(fā)展先進的 氣相沉積技術、等離子噴涂技術等。 （7）模具研磨拋光將智能化、自動化 模具表面的質量對模具的使用壽命、制件外觀質量等方面均有較大的影響，拋光 研磨智能化、自動化替代現(xiàn)有的手工操作，以提高模具的表面質量。 （8）模具自動加工系統(tǒng)的發(fā)展 這是我國長遠發(fā)展的目標。模具自動加工系統(tǒng)應有多臺機床合理組合；并配有隨 行的定位夾具，有完整的機具、刀具數(shù)據(jù)庫；完整的數(shù)控柔性同步系統(tǒng)；質量監(jiān)測系 統(tǒng)。 作為一名未來的模具設計者，這次冷沖模具的設計，就是我進行真實模具前的一 次演練，是我自己對三年大學生活所學知識的一次綜合應用，使我將三年所學知識連 貫起來，在老師的指導下，進一步認識到自己的不足，近而加以鞏固。這次設計使我 對沖壓模具有了更深刻的認識，認識到了沖壓模具的重要性，讓我對自己將要從事的 工作充滿了信心。我以后一定會盡自己最大的努力，在模具制造和設計行業(yè)作出自己 的貢獻，為我國的模具事業(yè)的發(fā)展貢獻自己的力量。 第 2 章 零件工藝性分析 零件簡圖：如圖 2-1 所示; 零件名稱：閉角 U 形彎曲件; 材料：Q235; 第 3 頁 共 33 頁 材料厚度：1mm; 大批量生產 圖 2-1 閉角彎曲件 2.1 零件結構工藝性分析 此零件為一個簡單的小于 90°的 U 形件，也稱其為閉角彎曲件，其彎曲圓角半徑 r 為 0.6mm,材料選擇普通碳素鋼 Q235,板厚為 1mm。其工藝性主要包括彎曲件的精度、 圓角半徑、板料的纖維方向與彎曲線夾角、彎曲的直邊高度、其他工藝性等。 2.1.1 彎曲精度 彎曲件為薄板，短邊，取彎曲精度 IT14 級。彎曲件的精度，由于零件圖上對這方 面都沒有確定，這樣的制件可以設精度為 IT14 級，這樣精度一般的制造精度都可以滿 足要求。 其彎曲件長度的自由公差為±0.3；彎曲件的角度的自由公差為 。0326??? 2.1.2 彎曲圓角半徑 根據(jù)材料和板厚查的此工件允許的最小圓角半徑 其值小于圓角半徑mr48.0in? 0.6mm,避免了板料外層斷裂致使工件報廢。 第 4 頁 共 33 頁 2.1.3 板料的纖維方向與彎曲線夾角 Q235 鋼屬于軋制板材，在彎曲時各方向的性能是有差別的，纖維的方向就是軋制 的方向，所以彎曲線最好與纖維線垂直，彎曲時不易開裂，此制件符合此工藝性要求。 2.1.4 彎曲的直邊高度 一般彎曲件為了避免穩(wěn)定性不好，要求直立部分高度 H>2.5t,很顯然此零件符合工 藝性要求。 2.1.5 其他工藝性要求 此彎曲件的形狀和尺寸對稱，零件的圓角 ,保證了尺寸精度，并且在制件中21r? 間設置了定位工藝孔，這樣可以防止彎曲時毛坯偏移造成質量不穩(wěn)定，確保了工藝性 要求。 2.2 零件沖壓工藝性分析 從制件圖上可以看出，必須先通過落料沖工藝孔，然后再進行彎曲，需要兩套模 具，很明顯彎曲決定了零件的總體形狀和尺寸，所以在此主要對彎曲工藝進行分析。 此彎曲件是小于 90°的 U 形件，且材料厚度比較小，所以不能采用一般的 U 形彎 曲模，可以采用滾軸式的凹模，使制件一次成形，能夠保證工件質量，還能減小回彈。 第 3 章 彎曲回彈的影響 彎曲過程中的回彈現(xiàn)象是一個影響彎曲件精度的重要問題,所以在這里單獨來分析 其影響。 影響彎曲回彈的因素比較多，包括材料的力學性能、相對彎曲半徑、彎曲中心角 的大小、彎曲方式及彎曲模、工件的形狀等。它主要有曲率減小,彎曲中心角兩種表現(xiàn) 形式，但當相對彎曲半徑小于 5 時,卸載后彎曲件圓角半徑變化很小,可以不予考慮,而 僅考慮彎曲中心角的回彈變化。此模具就屬于本類型。 在實際生產中,由于材料的力學性能和厚度的波動等,要完全消除彎曲件的回彈是 第 5 頁 共 33 頁 不可能的,但可以采取一些措施來減小或補償回彈所產生的誤差,以提高彎曲件的精度。 在此設計彎曲模時應該多加注意,由于此材料較軟(Q235),其回彈角小于 5o,在模具 上作出補償并采用較小的凸,凹模間隙。加之一套克服回彈的有效方法,滾軸式凹模,凸 模側壁給以補償回彈角。這在以下的設計中會具體體現(xiàn)。 第 4 章 工藝方案的確定 根據(jù)制件工藝性分析，其沖壓零件需要的基本工序有落料沖孔，一次彎曲，其中 彎曲決定了零件的總體形狀和尺寸，因此選擇合理的彎曲方法十分重要。 方案一：先用一般 U 形彎曲模完成兩直角平行的 U 形工序件，再用斜面凹模縮小 上口間距，彎成閉角形件。 ， 方案二：采用一次成型的滾動軸式彎曲模，在凹模側壁安裝可轉動的轉軸，凹模 鑲件隨著凸模的下行，板料先被彎成兩平行的 U 形過渡件，當工件底部接觸到轉軸凹 模后，轉軸凹模就會轉動，成形彎曲件。 方案一模具結構簡單，但需要兩道工序兩副模具，生產效率低，并且保證不了精 度。方案二只需要一副模具就可以完成。提高了生產效率，也保證了精度。盡管模具 結構較方案一復雜，但由于零件的幾何形狀簡單對稱，模具制造并不困難。 綜合以上分析，采用第二種方案進行彎曲最好。 第 5 章 主要工藝參數(shù)計算 此彎曲模設計的工藝參數(shù)計算主要包括制件毛坯尺寸計算,彎曲力的計算及彎曲模 工作部分尺寸設計的計算。 5.1 毛坯尺寸計算 彎曲中性層位置的計算 第 6 頁 共 33 頁 板料彎曲時應變中性層的長度始終是不變化的，故可根據(jù)彎曲后應變中性層的長 度來確定彎曲件的毛坯長度。 實際應用中，通常采用以下經驗公式確定彎曲毛坯中性層的長度： ρ= r + xt 式中 r---零件的彎曲內側半徑 t---材料厚度 x---中性層位移系數(shù)，查表（手冊） 。 由 ，查手冊得 x=0.26/0.6/1.rt? 代入公式計算得 0.62*18??? 一般將圓角半徑較大時（r>0.5t）的彎曲稱為有圓角半徑的彎曲。 此時，不考慮中性層的變化，其展開長度等于彎曲件直線部分的長度和圓弧部分 的長度之和。其計算要點為： 將工件直邊長度 L 直累加得 ΣL 直 將工件彎曲變形部分分別以中性層方法計算并累加。 毛坯展開尺寸等于直線部分長度和彎曲部分的總和。 ???彎彎彎 LL 此彎曲件屬于圓角半徑 r>0.5t 的彎曲件，變薄不嚴重，按中性層展開的原理，坯 料總長度等于彎曲件直線部分和圓弧部分長度之和 12()80ZLlrxt???? 式中 ——坯料展開總長度；Z 第 7 頁 共 33 頁 a——彎曲開口角。 代入公式計算得 ????3.14*202*70.6(3206).6*18ZL????? =45.4mm 因為有少許偏移，取值為 46mm,寬度尺寸為 10mm,故毛坯尺寸為 。4610m? 5.2 彎曲件回彈值的計算 大變形程度(r／t＜5)時的回彈值大變形程度，圓角半徑回彈小，不必計算,計算 凸模角度。 (1)因為 a=60? a．查表得到△a 90的值 b．計算回彈角。 90???? c.計算凸模中心角。 =58.7°t??? 式中 r—彎曲件的圓角半徑，mm； t—彎曲件材料的厚度，mm； at—凸模的圓角部分的中心角，(°) a—彎曲件的中心角，(°)； 一彎曲件的彎角，(°)? (2)校正彎曲時的回彈值 第 8 頁 共 33 頁 a. 查表得到△a 90的值 b．計算回彈角 90???? c. 將回彈角進行修正 =0.16*1.3°=0.2°jK d．計算凸模中心角 =59.8°tj??? 式中 ——校正彎曲時的回彈角；j? K——修正系數(shù)，查表得 0.16。 (4) 工件回彈問題的解決 當工件精度要求不高或校正彎曲時，生產中常采取調整凸凹模間隙的方法解決工 件回彈問題。設計彎曲模結構時，把凹模做成可調式。 5.3 彎曲力的計算 彎曲力是設計彎曲模和選擇壓力機噸位的依據(jù)。 彎曲力的理論計算可以從塑性彎矩和外力彎矩相等的條件求得。但由于彎曲力受 材料性能，零件形狀，彎曲方法，模具結構等多種因素的影響，用理論公式來計算不 但計算復雜，并且也不一定準確。因此在生產中經常采用經驗公式計算，作為設計工 藝過程和選擇設備的依據(jù)。 5.3.1 自由彎曲時的彎曲力 20.7bKBtFr???自 式中：F——自由彎曲在沖行程結束時的彎曲力； B——彎曲件的寬度; T——彎曲材料的厚度; R——彎曲件的內彎曲半徑; ——材料的抗拉強度 450MPa;b? 第 9 頁 共 33 頁 K——安全系數(shù)，一般取 K=1.3。 代入公式計算得 20.7*130*45.62594FN??自 5.3.2 校正彎曲時的彎曲力 校正彎曲時，校正力比壓彎力大得多，而且兩個力先后作用。因此，若采用校正 彎曲時，一般只計算校正力，V 形件和 U 形件均按下式計算： F 校 =Ap 式中 F 校 ――校正彎曲時的彎曲力 A――校正部分垂直投形面積 p――單位面積上的校正力。 由制件可知校正為內角彎曲半徑部分，其投影面積為 ，單位232*10Am? 面積上的校正力查表取 110MPa。 代入公式計算得 320*15.KFN?校 5.3.3 壓彎時的頂件力和卸料力 對于設有頂件裝置的彎曲模，頂件力值 可按自由彎曲力的 30～80%選取，即DF??0.3~8DF?自 取值為 0.7，代入得 0.7*259.416DFN?? 5.3.4 彎曲時壓力機噸位的確定 自由彎曲時，壓力機噸位 F 機為 第 10 頁 共 33 頁 1.2~3YFF??自壓 機 （ ） （ ） 取值為 1.3，代入得 1.3*179.656N??壓 機 （ 2.4） 對于校正彎曲，由于校正彎曲力比頂件力大的多，故頂件力可以忽略，即 1.2~3FF?校壓 機 （ ） 取值為 1.3，代入計算锝 1.3*5248KN?壓 機 5.3.5 初選壓力機 (1)公稱壓力的選擇 選擇壓力機時，要根據(jù)模具結構來確定，當施力行程較大時 (50％～60％) 即沖壓時工藝力的總和不能大于壓力機公稱壓力的0P?校 50％～60％。校正彎曲時，更要使額定壓力有足夠的富余，一般壓力機的公稱壓力要 大于校正彎曲力的 1．5～2 倍，在本例中取了 1.8 倍，即 公稱壓力 P0=1.8*45.8＝82.4(kN) 初選壓力機的公稱壓力為 100kN，即 J23—10 型壓力機。 (2)行程次數(shù) 選擇用于彎曲的壓力機的行程次數(shù)主要考慮以下因素 ①考慮操作方式(進、出料速度的快慢)； ②彎曲時，金屬變形需要過程限制了行程次數(shù)增加； 依據(jù)上述因素綜合分析，J23—10 型壓力機的行程次數(shù)選擇了 120 次／min。 (3)滑塊行程(S) 滑塊行程是指滑塊的最大運動距離，即曲柄旋轉一周，上死點 至下死點的距離。其值為曲柄半徑的兩倍：S＝2R 選擇用于彎曲的壓力機的滑塊行程主要考慮以下因素： ①要保證毛坯放進和工件取出，應使滑塊行程大于工件高度的兩倍以上，S=2R 第 11 頁 共 33 頁 ②該件為大批量，需要以限制行程來增加行程次數(shù)，提高生產效率。 J23—10 型壓力機的滑塊行程為 45mm，大于工件高度的兩倍，滿足電極板彎曲時 的沖壓行程。即 S>2HI 45>2*6.1 (4)閉合高度 壓力機的閉合高度是指滑塊在下死點時，滑塊底面到工作臺上平面 之間的距離。 ①壓力機的閉合高度可以通過調整連桿長度來改變其大小，將連桿凋至圾短時， 閉合高度最大，稱最大閉合高度。將連桿調至最長時，閉合高度最小，稱最小閉合高 度。 J23—10 型壓力機的最大閉合高度為 180mm，連桿調節(jié)量為 35mm，故最小閉合高度 為 145mm。 ②當壓力機工作臺面上有墊板時，用壓力機的閉合高度減去墊板厚度，就是壓力 機的裝模高度，沒有墊板的壓力機，其裝模高度與閉合高度相等。 ③模具的閉合高度是指壓力機滑塊在下止點位置時，模具上模座上平面至下模座 下平面之間的距離。它與壓力機的配合應該遵守下列關系 ????maxmin5101801407ddHH????? 如果壓力機上不設置墊板，模具閉合高度 H 在 155～175mm 之間。加上墊板，模具 閉合高度 H 將減小。 式中 H MAX?！獕毫C的最大閉合高度，mm； HMIN——壓力機的最小閉合高度，mm； H —— 模具的閉合高度，mm； Hd——壓力機墊板厚度，mm。 (5)工作臺面尺寸 壓力機工作臺尺寸應大于下模周界 50～70mm。J23—10 型壓力 第 12 頁 共 33 頁 機的工作臺尺寸(前后 X 左右)為 240mmx370mm。那么，設計時模具的下模座(寬 X 長)不 要超過 240mmx370mm。 (6)模柄孔尺寸 直徑 X 深度為 ?30mmX55mm，那么，設計時模具的模柄尺寸要與模 柄孔尺寸匹配。 5.4 彎曲模工作部分設計的計算 彎曲模工作部分尺寸主要指凹模圓角半徑、凸模圓角半徑和凹模的深度。U 形件彎 曲模，還有凸、凹模之間的間隙及模具橫向及深度尺寸。 5.4.1 凸模圓角半徑 Tr ①當彎曲件 r>10 時，凸模圓角半徑 rt為 13tsrrEt??? ②當彎曲件 r 較小時，凸模圓角半徑為 ??minttr??但 此工件的彎曲圓角半徑較小但不小于工件材料所允許的最小彎曲半徑,故凸模圓角 半徑 可取彎曲件的內彎曲半徑 r＝0.6mm。I r 5.4.2 凹模圓角半徑 Ar 凹模圓角半徑不能過小，以免增加彎曲力，擦傷工件表面。此件兩邊彎曲高度相 同，屬于對稱彎曲，凹模兩邊圓角半徑 r，應取大小一致。 凹模圓角半徑 ra一般按材料厚度 t 來選取。 24tmt???:??3~62aartt? 該工件厚度 t＝1mm，故凹模圓角半徑 r=5t=5mm。 5.4.3 凹模深度的計算 Ar 第 13 頁 共 33 頁 凹模深度要適當，凹模深度過小坯料兩端未受壓部分太多，工件回彈大且不平直， 影響工件質量。若過大，則浪費模具鋼材，且需沖壓有較大的工作行程。所以根據(jù)經 驗數(shù)字查表得此形彎曲模的凹模深度為 。ml15? 5.4.4 凸、凹模間隙的計算 彎曲凸、凹模之間的單邊間隙用 C 來表示。 U 形件彎曲 對于鋼板 C =（1.05～1.15）t 對于有色金屬板料 C =（l～1.1）t 凸、凹模間隙是靠調節(jié)壓力機的閉合高度來實現(xiàn)的，不必在設計及制造模具時考 慮。 此制件為特殊的 U 形件，材料為一般鋼板，可以按照一般 U 形件彎曲標準計算。 彎曲模的凸、凹模單邊間隙一般可按按下式計算： △+??tCKt 式中： C——彎曲模凸、凹模單邊間隙； ——工件材料厚度，其值為 1mm;t △——材料厚度的正偏差，其值為 0.025； K——間隙系數(shù)，查表為 0.05。 代入公式計算 10.25.*17Cm?? 很顯然凸、凹模間隙符合要求。 5.4.5 凸、凹模尺寸的計算 彎曲件寬度尺寸標注在外側時應以凹模為基準，先確定凹模尺寸?？紤]到模具磨 第 14 頁 共 33 頁 損和工件回彈的影響， 凹模寬度尺寸： △75.0(max??LAA?0) 彎曲件寬度尺寸標注在內側時則應以凸模為基準，先確定凸模尺寸。同理若考慮 模具磨損和工件的回彈影響，凸模寬度尺寸： △25.0(??LT0)T?? 此制件尺寸標注在外側，如 5-1 圖所示： ±△ ′ 圖 5-1 標注外形的彎曲件 所以選擇第一組公式進行計算： 凹模尺寸 △75.0(max??LAA?0) 凸模尺寸 0)(TZAT?? 式中： 、 ——凸凹橫向尺寸；L ——彎曲件橫向的最大極限尺寸；max △——彎曲件橫向的尺寸公差； 第 15 頁 共 33 頁 、 ——凸、凹模的制造公差， 采用 IT8 級， 采用 IT9 級。T?? T??? 經查表 △ ； ；m62.0?T?m039.??062.? 代入上述公式得 ??0.620.62175*38AL??????0.390.391852*7TLm??? 所以根據(jù)制件尺寸計算得到凸模尺寸為 ；凹模尺寸為 。0.623185m? 0.3927m? 第 6 章 模具總體設計 6.1 模具類型的選擇 有彎曲工藝分析可知，該制件的成型工藝過程可分為包括下料和彎曲兩道工序， 下料工序的模具比較簡單，或者也可以根據(jù)生產車間的實際情況對已有的剪切模具進 行相應的調整，下料工序的模具問題很容易解決。所以，本設計只對彎曲這道工序進 行設計，該模具的類型為單工序彎曲模。 6.2 定位方式的選擇 因為該制件由平板彎曲制造而成，并且為小于 90 的 U 型件。彎成的零件形狀完? 全對稱，壓力的中心也在中心處，本方案采用的是單工序彎曲模，坯料的放入采用人 工，所以該制件的定位采用的是兩邊的定位板和中心處的定位銷進行長度定位和溝槽 進行定位，每次加工時只需將剪好的條料放入溝槽中，靠兩邊的定位板及定位銷就可 以保證條料的準確定位。這樣的定位比較方便，加工也十分的容易，并且保證了坯料 在彎曲模內的準確定位，避免彎曲過程中坯料的偏移，提高定位精度。 6.3 卸料出件方式的選擇 第 16 頁 共 33 頁 卸料出件包括頂件和出件兩種方式的確定。此工件為小于 90 的 U 形件，其結構? 形狀決定了成型的制件一定是包在凸模上，根據(jù)模具的結構形狀可知，有擺塊包著制 件，上?；爻虝r兩擺塊利用安裝在模座上的彈簧分開，擺塊的下面要安裝一個頂板， 利用底部的彈簧帶動頂板頂出制件。它的出件方式如果設計自動出件裝置結構復雜， 制作成本高，不經濟。所以對于本套模具設計采用的是手動出件，勞動強度稍大，但 節(jié)省了制造成本和模具的平時維修的工時和費用。 6.4 導向方式的選擇 模具屬于單工序沖模，結構簡單，導向精度要求不高，通過凸、凹模就可以保證， 定位靠在壓力機上安裝時調整來定位。無需設計導柱和導套，所以采用無導向裝置。 模具結構草圖如 6-1 圖所示： 圖 6-1 模具結構草圖 第 7 章 模具主要零部件的設計 第 17 頁 共 33 頁 7.1 凸模部分的設計 彎曲模沒有固定的結構形式，此工件結構簡單，精度要求不高，所以可以設計比 較簡單一些，但一定要把回彈角考慮進去凸模成型部分設置為 58.7o。根據(jù)制件形狀可 以將凸模設計為整體式凸模，對凸模上半部分的設計精度要求不嚴格，其寬度為 31.85mm，高度為 50mm，長度為 10mm。凸模的下半部分比較復雜，根據(jù)制件的外形設 計，其具體尺寸已經在前邊計算過，即工作部分尺寸為 ，保證傾斜角度是0.623185m? 58.7°，圓角半徑是 0.6mm,并且斜面大于 6mm,設計值為 12 mm。并且在凸模底部設置 φ4 的定位孔，如 7-1 圖所示： 1.758.7°4 圖 7-1 整體式凸模 7.2 凹模部分的設計 凹模設計成滾動軸式的，來減小回彈,為了成形 60 的角，要求滾軸彎曲成型部分? 為 58.7 ,左右兩件想對稱。這種形狀的凹模包括成形凹模和滾軸的設計，根據(jù)模具結? 構的設計和模具的工作過程的要求，可以看出凹模的設計不僅要保持上面的尺寸，還 要保證成形滾軸能在座架上轉動，以 Ф4mm 的圓的中心線為中心軸轉動，保證零件可 以拔出來，同時成形轉軸要轉動，在下面還要留出一定的距離，保證制件拔出的時候， 兩滾軸不相撞。 具體尺寸及形狀如 7-2 圖所示： 第 18 頁 共 33 頁 圖 7-2 轉軸式凹模 7.3 上模座及模柄的設計 因為此制件要求精度不高，選擇了無導柱裝置，所以設計模具時為了進一步簡化 模具的結構，將模柄與上模座設計成整體形式的，選擇標準模架——帶柄圓形上模座 （帶柄圓形上模座用于無導向系統(tǒng)的單工序沖模以支撐和固定凸模等零件） 。根據(jù)所選 壓力機的參數(shù)，得到模柄孔的尺寸為 Ф30mm 深度為 55mm，上模座的厚度為 35mm，總 高度為 83mm。 由于設計時希望凸模直接壓入模座內，所以在上模座的底部切割出于凸模上部尺 寸相匹配的孔。其配合要求為 H7/m6。根據(jù)凸模上部的尺寸查手冊的其孔口為 31.26mm,壓 入深度為 9mm。 7.4 下模座的設計 第 19 頁 共 33 頁 模座的設計要求，除了保證強度以外還應考慮模具在壓力機上的安裝、頂件裝置 的安裝等方面的問題，標準彎曲模模架很復雜，并且加工較困難，對此簡單模具使用 性不大，所以自行設計了下模座的大小，選擇的模座的厚度為 40mm，長為 160mm，寬 為 80mm。并且在模座上打出必須的螺釘和銷釘孔。 7.5 其它零部件的選擇 其它的次要零件的設計也很重要，它們都為標準件，螺釘按 M10×50 GB70-85 選 4 個，另外再選 2 個 M10×40 GB70-85 的螺釘。頂件裝置采用彈簧彈頂裝置， 10×16 GB2866.5—81（這個頂件裝置對于這套模具可能不太合適，如果由于過長造成的問題 可以通過改變它的長度或按照這個標準進行加工即可） 。彈簧選 1.6×10×35 GB2089—80 的。 第 8 章 設備的選定 根據(jù)前邊彎曲力及壓力機噸位的計算，確定選開式可傾壓力機 J23-10 模具閉合高度 mH165?模 模具外廓尺寸 0? 此時 開式可傾壓力機，主要力學性能為：KN10 公稱壓力 1 最大裝模高度 m20 行程 45 臺面尺寸 37? 根據(jù)模具閉合高度，彎曲力，外廓尺寸等數(shù)據(jù)選定此設備是合適的。 J23—100 具體的參數(shù)如表 1 J23—100 壓力機參數(shù)表 第 20 頁 共 33 頁 公稱壓力 100KN 滑塊行程 45mm 滑塊行程次數(shù) 145 次/min 最大裝模高度 220mm 最大封閉高度 180mm 封閉高度調節(jié)量 35mm 滑塊的中心線至 床身的距離 130mm 立柱距離：180mm 連桿調節(jié)長度 40mm 墊板尺寸（厚度） 35mm 前后 240mm 前后 130mm 工作臺尺寸 左右 370mm 工作臺孔尺 寸 左右×孔徑 200mm×170mm 模柄孔尺寸 φ30mm×55mm 最大傾斜角度 35° 彎曲模在壓力機上的安裝 根據(jù)彎曲模的閉合高度，下模座的平面尺寸及所選壓力機的額定壓力，確定要安 裝的設備，模具安裝時，先安裝上模，把上模固定好，根據(jù)上模的安裝位置，調整下 模與上模的間隙，間隙調整好后，把下模預緊，經沖床空運行無問題，停機后，把下 模緊固好，再進行試模。 第 9 章 模具總裝圖 由以上設計，可得到如 9-1 圖所示的模具總裝圖。 第 21 頁 共 33 頁 71234510 689 圖 9-1 滾動軸彎曲模 1、模柄 2、銷釘 3、凸模 4、滾軸5、成形凹模6、底座7、彈簧套筒螺釘8、拉簧9、 螺釘10、限位螺釘11、頂桿 模具工作過程： 坯料由定位板固定在凹模面上，壓力機滑塊帶著上模下行，凸模下表面先接觸毛 坯料，使它先彎曲成兩直邊平行的 U 形過渡件，當工件底部接觸到轉軸凹模后，轉軸 凹模就會轉動，將工件彎曲成形。凸模回升時，依靠拉簧的拉力使?jié)L軸復位，成形件 留在凸模上，用手工將工件縱向取出。進行下一個工件的生產。 第 10 章 工作零件的加工工藝 本副彎曲模，模具零件加工的關鍵在工作零件，帶柄圓形上模座，下模座。其工 作零件主要是凸模、凹模及滾軸。制件本身的要求精度又不高，所以對模具材料的要 求不高，選擇一般的冷作模具鋼就能夠滿足加工零件的要求，完成對制件的加工，凸 模和凹模都選用 CrWMn，滾軸選用 T8A。 該套模具根據(jù)裝配圖可以看出采用的是正裝的模具，僅有彎曲的這一道工序。另 第 22 頁 共 33 頁 外本套模具的組成也非常的簡單，零件圖中沒有對零件的各個部分的公差做出明確的 規(guī)定，這里取制件的公差等級為 IT14，屬于一般精度的加工要求。但是根據(jù)凸、凹模 的形狀可知，利用一般的加工方法難以完成，凹模的需要采用線切割進行加工，對于 凸模采用電火花加工而成，具體的加工方案見下表機械加工工藝過程卡 1，成形凹模的 加工采用線切割加工而成，具體方案見下表機械加工工藝過程卡 2。 表 2 機械加工工藝過程卡 1 產品型號 零（部）件圖號 1 機械加工工藝過程 卡片 產品名稱 凸 模 零（部）件名稱 共（2）頁第（1）頁 第 23 頁 共 33 頁 材料牌號 Cr WM n 毛坯 種類 鍛 件 毛坯外 型尺寸 12mm ×34m m×52 mm 每個毛坯可制件數(shù) 1 每臺 件數(shù) 1 備注 工時工序號 工序名稱 工 序 內 容 車間 工段 設備 工 藝 裝 備 準終 單件 01 下 料 鋸床下料 金工 G711 6 02 鍛 造 鍛成矩形棒料 金工 03 時 效 對鍛件進行時效退火 熱處 理 04 車 削 粗車 11mm×33mm×51mm 的矩形及端面 金工 C061 8 三爪卡盤 05 車 削 精車 10.5mm×33mm×50.5mm 的 矩形 金工 C061 8 三爪卡盤 06 銑 削 粗銑另一端面 金工 X50 A 專用銑夾具 07 磨 削 磨基準面 金工 M10 40 專用磨夾具 08 電 火 花 加工凸模的工作部分 D712 5 專用電火花加工夾具 09 淬 火 回 火 對凸模的加工的部分進行 熱處理 熱處 理 10 研 磨 對凸模進行進一步的修整 金工 11 檢 驗 設計 審核 標準化 會簽 第 24 頁 共 33 頁 日 期 日期 日期 日期 標記 記 數(shù) 更改文 件號 簽字 日期 標記 處 數(shù) 更該 文件 號 表 3 機械加工工藝過程卡 2 產品型號 零（部）件圖號 2機械加工工藝過程 卡片 產品名稱 凹模 零（部）件名稱 共 2 頁第 2 頁 材料牌號 Cr WM n 毛坯 種類 鍛 件 毛坯外 型尺寸 104mm ×42m m×56 mm 每個毛坯可制件數(shù) 1 每臺 件數(shù) 1 備注 工時工序號 工序名稱 工 序 內 容 車間 工段 設備 工 藝 裝 備 準終 單件 01 下 料 鋸床下料 金工 G711 6 02 鍛 造 鍛成六方 鍛造 03 時 效 對鍛件進行時效退火 熱處 理 04 粗 銑 粗銑六面 金工 X 50A 專用銑夾具 05 磨 削 粗磨六面成直角 金工 M 1040 專用磨夾具 06 劃 線 確定孔位，為下一步加工 打好基準沖眼兒 鉗工 07 鉆 孔 根據(jù)沖眼兒鉆孔 金工 ZQ 4015 專用鉆夾具 08 精 磨 精磨上下兩面，表面粗糟 度值為 Ra0.8 金工 M 1040 專用磨夾具 09 線 切 加工成形凹模的工作部分 CKX -2A 專用線切割夾具 第 25 頁 共 33 頁 割 10 研 磨 對成形凹模進行進一步的 修整 金工 11 淬 火 回 火 對成形凹模進行熱處理 熱處 理 12 檢 驗 設計 日 期 審核 日期 標準化 日期 會簽 日期 標記 記 數(shù) 更改文 件號 簽字 日期 標記 處數(shù) 更該 文件 號 彎曲模的作用是使坯料在塑性變形內發(fā)生彎曲，使坯料產生永久性變形而獲得所 要求的尺寸。 由于模具彎曲工作部分的形狀及尺寸精度要求較高，制造時凸、凹模工作表面的 曲線和折線需用事先做好的樣板和給樣件來控制，樣板與樣件的加工精度為+0.05mm。 裝配時可按照沖裁模的裝配方法，借助樣件或樣板調整間隙。 為了提高之間的表面質量和模具壽命，彎曲模凸、凹模的表面粗慥度要求較低， 一般為 Ra＜0.4m。 第 11 章 模具的裝配、安裝及調試 11.1 模具的裝配 無導向裝置的沖模即敞開式模具裝配時沒有嚴格的先后順序要求。凸凹模之之間 的間隙在壓力機上調配時調整，上下模部分完全按照圖紙要求裝配，然后將上下模與 第 26 頁 共 33 頁 壓力機滑塊固定牢，下模部分通過螺釘和壓板初步固定在工作臺上。通過邊試邊調整 間隙，直到沖出合格制件為止。此時將下模部分完全固定牢固后，即可正常用于生產。 具體步驟如下所示： 1） 安裝上模部分 模柄和上模座是一個整體，所以不需裝配。主要是凸模的裝配，因為模具設計比 較簡單，凸模直接壓入上模座中，其配合要求為 H7/m6。裝配時先在壓力機上將凸模壓 入上模座內，檢驗凸模的垂直度，然后將凸模尾部磨平。 2） 安裝下模部分 檢查下模各個零件尺寸是否能滿足裝配技術條件。將下模座放在夾板上加好，再 將固定板、座架放在下模座上，保證凸、凹模的幾何中心重合，然后夾緊。 3） 鉆鉸下模銷釘和螺釘孔 在下模座板上劃線，確定螺釘孔、銷釘孔的位置，將下模部分放在鉆床上，根據(jù) 具體的要求將螺釘孔、銷釘孔加工出來。并用螺釘和銷釘將下模部分固定。然后，將 彈簧和頂桿裝入下模座和座架內。把成型擺塊裝入座架中。再將座架放入固定板，用 圓銷將成形擺塊固定，最后，打入銷釘上上螺釘，完成下模的裝配。 4） 配裝凸、凹模部分 將凸模在壓力機的模柄孔中固定，將下模放在壓力機的工作臺面上，根據(jù)凸模的 位置調整下模的位置，將樣件放夾在凸模上，壓力機下行進行試沖來調整上下模的位 置。然后，放上條料進行試沖。 根據(jù)試沖的情況，在對模具進行修整，直到達到要求為止，將沖好的制件連同模 具一起交付使用或入庫封存。 11.2 模具的安裝 11.2.1 彎曲模的安裝要點 壓力機的選用要求： 壓力機噸位大于沖模的工藝力； 第 27 頁 共 33 頁 壓力機的制動器離合器及操作系統(tǒng)等機構的工作要正常； 壓力機要有足夠的剛性，強度和精度。 壓力機工作臺面的選用要求 壓力機與模具底面要清理干凈，不準有任何污漬和金屬費屑。 沖模的緊固要求： 安裝沖模的螺栓及螺母和壓板應采用專用件； 用壓板將下模緊固在工作臺面上時，其緊固用的螺栓擰入螺孔中的長度應大于螺 栓直徑的 1.5—2 倍； 壓板的壓置應使壓板的基面平行于壓力機的臺面，不準偏斜。 凸模進入凹模的深度的要求： 彎曲模采用試沖方法，確定凸模進入凹模的深度。 凸模與凹模的相對位置的要求： 沖模安裝后，凸模的中心線應與凹模工作平面垂直； 凸模與凹模的間隙應均勻。 11.2.2彎曲模的安裝步驟 此模具是無導向沖模，裝配方法相對比較簡單，該模具的設計上下模的對正是在 放到壓力機上調整模具在壓力機的位置，靠壓力機的導軌來對正。具體步驟如下： 1）將模具放在壓力機平臺中心處。 2）將壓力機滑塊的螺母松開，用手或者撬杠轉動飛輪使壓力機滑塊下降到同模具 上模板接觸，并使沖模模柄進行滑塊沖。 3）將模柄緊固在滑塊上，固定時，應注意使滑塊兩邊的螺栓交錯旋緊。 4）在凹模刃口上，墊以相當于凸、凹模單邊間隙的硬紙板或鋼皮，并使間隙均勻。 5）間隙調整后壓緊下模。 第 28 頁 共 33 頁 6）開動壓力機進行試模。 11.3 模具的調試 無導向裝置的模具上、下模的位置要用測量間隙或用墊片法來保證。此沖壓為對 稱的制件，則安裝模具時，先將上模緊固在壓力機滑塊上，下模在工作臺上暫不緊固。 然后在凹模洞壁口放置于制件材料等厚的墊片，再使上、下模吻合，就能達到自動對 準，且間隙均勻，待調整好閉合高度后，再把下模緊固，既可試沖。所墊的墊片，最 好墊入試件，這樣可便于調整間隙，也避免碰壞凸、凹模。 彎曲模的調整工作比一般的沖裁模復雜的多。彎曲模試沖時常出現(xiàn)的缺陷、產生 原因及調整方法如表 2 所示： 第 29 頁 共 33 頁 表 4 彎曲模試沖時的缺陷和調整方法 缺陷 產生原因 調整方法 彎曲件地面不平 1.卸料桿分布不均勻 2.壓料力不夠 1.均勻分布卸料桿或增加卸料桿的個數(shù) 彎曲件形狀和尺寸不合格 沖壓件產生回彈造成之間不合格 1.修改凸模的角度和形狀 2.增加凹模的深度 3.減少凸凹模之間的間隙 4.彎曲前坯料退火 5.增加校正力 彎曲件產生裂紋 1.彎曲變形區(qū)內應力超過材 料強度極限 2.彎曲區(qū)外側有毛刺 3.彎曲變形過大 4.彎曲線與板料的纖維方向 平行 5.凸模圓角小 1.更換蘇醒好的材料或將材料退火 2.減少彎曲變形量后將有毛刺邊放在 彎曲內側 3.分次彎曲，首次彎曲用較大的彎曲 半徑 4.更改落料排樣，使彎曲線與板料纖 維方向成一定角度 5.加大凸模圓角 彎曲件表面擦傷或壁 厚減薄 1.凸模圓角過大或表面粗慥 2.板料粘附在凹模內 1.加大凸模圓角，降低表面粗燥度 2.凹模表面鍍鉻或化學處理 第 30 頁 共 33 頁 3.間隙小，擠壓變薄 4.壓料裝置亞料力過大 3.增加間隙 4.減小壓料力 彎曲件出現(xiàn)撓曲度或 扭轉 中性層內外變化收縮，彎曲 量不一樣 1.對彎曲件進行再校正 2.材料彎曲前退火處理 3.改變設計，將彈性變形設計在于撓 曲度方向相反的方向上 結論 本課程設計是我們進行完了三年的模具設計與制造專業(yè)課程后進行的，它是對我 們三年來所學課程的又一次深入、系統(tǒng)的綜合性的復習，也是一次理論聯(lián)系實踐的訓 練。它在我們的學習中占有重要的地位。 通過這次畢業(yè)設計使我再復習老知識的同時學到了許多新知識，對一些原來一知 半解的理論也有了進一步的的認識。特別是原來所學的一些專業(yè)基礎課：如機械制圖、 模具材料、公差配合與技術測量、冷沖模具設計與制造等有了更深刻的理解，使我進 一步的了解了怎樣將這些知識運用到實際的設計中。同時還使我更清楚了模具設計過 程中要考慮的問題，如怎樣使制造的模具既能滿足使用要求又不浪費材料，保證工件 的經濟性，加工工藝的合理性。 在設計的過程中通過沖壓手冊、模具制造簡明手冊、模具標準應用手冊等隊要設 計的問題進行查詢，我了解了通過更多的途徑去了解我要做的設計，使設計更具合理 性。也使我學會了設計過程中對資料的查詢和運用。 通過對滾動軸彎曲模的設計，使我對彎曲模有了深刻的認識，特別是這種帶有擺 塊的彎曲模具的設計。彎曲模的主要零件的加工一般比較復雜，多采用線切割進行加 工，彎曲回彈的影響因素多，不容易從純理論的角度精確的計算出來，多需要在試模 后再進行調整。在模具的設計過程中也遇到了一些難以處理的問題，雖然設計中對它 們做出了解決 ，但還是感覺這些方案中還是不能盡如人意，如壓力計算時的公式的選 用、凸凹模間隙的計算、卸件機構選用、兩滾動軸的確切位置等。 第 31 頁 共 33 頁 一個多月斷斷續(xù)續(xù)的設計與研究，修改再修改，終于可以暫時畫上個句號，但由 于缺乏實踐經驗，對一些零部件的設計以及相關尺寸的計算，壓力計的選用等方面還 存在很多疑惑，難免有疏漏之處，懇請老師給予指正。 致謝 感謝各位老師在三年之中的諄諄教誨和在作畢業(yè)設計的過程中對我的幫助。使我 在大學三年學到了更多知識，在此衷心對各位老師的辛勤教導表示感謝。對你們在平 時學習和生活中提供的幫助，值此畢業(yè)之際表示深深的謝意。 畢業(yè)之后，我一定會努力工作，不辜負各位老師對我的深切期望，在這里也說一 聲：老師您辛苦了！ 祝各位老師，工作順利，萬事如意! 參考文獻 [1] 王秀鳳 萬良輝主編.冷沖壓模具設計與制造.北京航空航天大學出版社 第 32 頁 共 33 頁 [2] 吳伯杰主編.沖壓工藝與模具.電子工業(yè)出版社 [3] 許發(fā)樾主編.模具標準應用手冊.機械出版社 [4] 王孝培主編.實用沖壓技術手冊.機械出版社 [5] 陳孝康主編.實用模具技術手冊.中國輕工業(yè)出版社 [6] 現(xiàn)代模具設計，制造，調試與維修實用手冊 4.金版電子出版社 [7] 劉建超 張寶忠主編.沖壓模具設計與制造.高等教育出版社 [8] 翟徳梅主編.模具制造技術 [9] 沖壓模具設計編寫組主編.沖壓模具設計手冊.機械工業(yè)出版社 [10] 楊占堯主編.沖壓模具圖冊.高等教育出版社 [11] 鐘毓斌主編.沖壓工藝與模具設計.華北航天工業(yè)學院出版社