弯曲模具设计说明书--保持架异向弯曲工序模具设计
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日期：2014/12/27
目录
1. 设计的目的和意义 (2)
2. 弯曲零件图及工艺 (3)
2.1. 弯曲零件图 (3)
2.2. 工艺分析 (3)
2.3. 材料分析 (4)
2.4. 模具简图 (4)
3. 弯曲力的计算 (9)
4. 校正弯曲力的计算 (9)
5. 弹顶器的计算 (10)
6. 回弹量的计算 (10)
7. 弯曲模结构设计和装配图总图 (11)
8. 弯曲模凸模、凹模设计 (12)
9. 结论 (13)
10. 参考文献 (13)
1.设计的目的和意义
本设计书旨在设计出保持架中间工序的弯曲模，保持架为多部位弯曲结构，采用冲压弯曲工艺可以方便快捷高效地进行生产，且品质益于保证，节省成本。
保持架采用单工序模冲压，需要三道工序，工艺简单，生产效率高。
此模具是保持架三道工序（a 落料 b 异向弯曲 c 最终弯曲）三步中的第二步，是成型最关键的一步。
2.弯曲零件图及工艺
2.1.弯曲零件图
零件名称：保持架
生产批量：中批量
材料： 20钢，厚0.5mm
零件图：如图1
图1 保持架零件图
2.2.工艺分析
保持架采用单工序模冲压，需要三道工序，分别为落料、异向弯曲、最终弯曲。
每道工序各用一套模具。
本设计书主要介绍了中间工序-异向弯曲工序模具的设计。
异向弯曲工序的工件如图2所示。
工件左右对称，共有8条弯曲线。
其中字母a, b, c, d, e为此弯曲工序的弯曲线。
图2 异向弯曲工序工件
2.3.材料分析
此工件材料为20钢（GB/T 699-1999），冷变形塑性高、一般供弯曲、压延、弯边和锤拱等加工切削加工性冷拔或正火状态较退火状态好、一般用于制造受力不大而韧性要求高的。
该钢属于优质低碳碳素钢，冷挤压、渗碳淬硬钢。
该钢强度低，韧性、塑性和焊接性均好。
抗拉强度为355~500MPa，伸长率≥24%。
2.4.模具简图
图3是保持架零件图，图4是此弯曲工序的成品图，图5为此工序模具的设计装配图，图6是保持架模具凹模零件图，图7是保持架模具凸模零件图，图8是凹模垫板工程图，图9是凹模固定板工程图，图10是凸模垫板工程图，图11是凸模固定板工程图。
图3 保持架零件图
图4 异向弯曲工序工件
图5 保持架模具装配图
图6 保持架凹模
图7 保持架凸模
图8 凹模垫板工程图
图9 凹模固定板工程图
图10 凸模垫板工程图
图11 凸模固定板工程图
3.
弯曲力的计算
工件共有8条弯曲线，而且都是自由弯曲。
查表知道，V 形件自由弯曲经验公式：
当弯曲内半径r 取0.1t 时，则每处的弯曲力为：
kN t r Bt F b
4909.1)
5.05.01.0(1000410
5.08)(1000221=+⨯⨯⨯⨯=+=σ
这样的弯曲共有六条，再加上两边的两条宽度为4mm 弯曲，总计弯曲力为：
kN F z 4363.104909.164909.1=+⨯=
4.
校正弯曲力的计算
A F q =校
查表知道，q 取值为30Mp ；A 按水平面的投影计算为2472)814(4856mm A =-⨯+⨯=，所以：
kN 416.1N 1416047230==⨯=校F
故得到弯曲所需力为kN 8523.11kN 416.1kN 4363.10=+=+校F F z 。
可根据弯曲所需力选择压力机、模架、模柄等设备和标准件。
我选择的标准件有GB/T 2862.1-81模柄、GB/T 2856.1上模座、GB/T 2856.2下模座、GB/T 117-2000 销钉、GB/T 5782-2000螺栓。
5.
弹顶器的计算
弹顶器的作用是将弯曲后的工件顶出凸模，由于所需的顶出力很小，在突耳的弯曲过程中，弹顶器的力不宜太大，应当小于单边的弯曲力，否则弹顶器将压弯工件，是工件在直边部位出现变形。
查表 “常用压缩弹簧基本性能”选用圆柱螺旋压缩弹簧，其中经2D =14mm ， 钢丝直径mm d 2.1=， 最大工作负荷N F n 3.41=，最大单圈变形量mm f n 575.5=，节距mm t 44.7=。
由工件主视图可以看出，弹顶器的工作行程需要有
mm mm mm f x 2.1062.4=+=
弹簧有效圈数3=n 圈，最大变形量mm mm f n f n 73.16575.531=⨯=⨯=。
弹簧预先压缩量选为mm f 80=。
弹簧的弹性系数K 可按下述估算：
MPa MPa nf F K n n 47.2575
.533
.41=⨯==
则弹簧预紧力为
N N Kf F 76.19847.200=⨯==
下止点时弹簧弹顶力为
N N Kf F x 2.252.1047.21=⨯==
此值远小于e 处的弯曲力，故符合要求。
6.
回弹量的计算
零件图中队弯曲半径的大小没有要求，为了减少回弹，弯曲半径尽量选择小一些。
关于弯曲线与纤维线的方向，在b 、c 、d 点属于垂直方向，在e 点属于平行方向。
材料为正火状态，最小弯曲半径的值选取分别为0.1t 、0.5t 。
取在b 、c 、d 点的弯曲半径为0.05mm ，在e 点弯曲半径为0.25mm 。
确定各弯曲线上的回弹量采用查表法，d 点弯曲角大约是155°，由表 查出r/t 值为0.05/0.5=0.1, 回弹角小于0.30°。
c 点的弯曲角是指R3圆弧在c 点的切线与cd 的夹角，其角度值用作图法求出约为81°。
查表并采用插值法得出回弹角
约为1.40°。
用同样的方法得出b点回弹角约为1.45°。
R3圆弧段弯曲后产生的回弹有两个影响：其一圆弧曲率变大，其二影响ab段的角度。
对于前者，r/t<(5~8)时，忽略不计；对于后者，经过查表和计算得到回弹角为6°，平分到b、c两点各3°。
所以如图是补偿前后曲线。
图12 弯曲角度回弹补偿
7.弯曲模结构设计和装配图总图
模具总体结构如图9所示，采用对角导柱模架，凸模用凸模固定板固定。
下模部分有凸模、凹模固定板、垫板和下模座组成。
模座下面装有弹顶器，弹顶器通过两个杆传递到顶件块上。
坯料在弯曲过程中极易滑动，要采用定位措施。
本工件中部有两个突耳，在凹模对应部位设置沟槽，冲压时突耳始终处于沟槽内，用这个办法实现料的定位。
模具工作过程是将落料后的坯料放在凹模上，并使中部的两个突耳进入凹模固定板的槽中。
当模具下行时，凸模中部和顶块压住坯料的突耳，使坯料准确定位在槽内。
模具继续下行，使各部弯曲逐渐成型。
上模回程时，弹顶器通过顶件块将工件顶出。
图13 保持架弯曲模具装配图
8. 弯曲模凸模、凹模设计
凸模和凹模都采用镶嵌结构，这样便于采用线切割加工。
凸模和凹模波浪部分均按照回弹补偿角度设计。
凸模用凸模固定板和螺钉固定。
凸模中用于两突耳处弯曲的凹模，与其对应凸模间隙由式
t n Z )1(2+=计算。
查表的间隙系数n=0.05，则单边间隙为0.525mm 。
凸模和凹模均采用Cr12制造，热处理硬度为62~64HRC 。
如图所示，(a)、(b)分别为凸模、凹模。
图14 凸、凹模示意图
9.结论
通过模具设计这门课，了解了模具在工业生产中起到的巨大作用，特别是车辆工程和模具有着特别大的联系，汽车覆盖件几乎全部都是采用模具生产，所以才会有大街上那么多漂亮的汽车。
不仅如此，我们还系统地学习了金属模具的结构和设计以及塑料模具的结构和设计，了解了模具的设计过程，再通过自己进行此保持架模具的设计，比较系统的掌握了弯曲模的设计步骤和设计要点。
虽然仅仅是一点皮毛，但是已经切身体会到了模具在工业生产中所起的巨大作用。
模具是一种效率较高，精度较高，技术含量较大的生产工艺，在汽车工业、飞机工业以及家用电器方面甚至小到勺子杯子的生产起着不可忽视的作用，是当今社会不可缺少的生产工艺，为社会发展带来巨大进步。
10.参考文献
1.林承全，胡绍平，冲压模具课程设计指导与范例，北京，化学工业出版社，2008.1
2.周树银，王振云.冲压模具设计及主要零部件加工.第三版.北京理工大学出版社.2008
3.二代龙震工作室.冲压模具基础教程.清华大学出版社.2010
4.周本凯.冲压模具设计实践100例.北京：化学工业出版社，2008。