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1、个人资料整理仅限学习使用中北大学课 程 设 计 说 明 书学生姓名：高生梅学号： 0903054211 学院：材料科学与工程学院专业：材料成型及控制工程题目：无缝弯头弯曲模设计指导教师：涉国恩 职称 :教授于建民职称 : 副教授2018 年 01 月 20日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用中北大学课程设计任务书20182018学年第 一学期学院：材料科学与工程学院专业：材料成型及控制工程学 生 姓 名：高生梅学号： 0903054211 课程设计题目：无缝弯头弯曲模设计起 迄 日 期：20
2、18年 12 月 20 日2018年 1 月 20 日课程设计地点：中北大学材料科学与工程学院指 导 教 师：涉国恩职称: 教授于建民职称 : 副教授系主任：下达任务书日期:2018 年 12 月 20 日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用课 程 设 计 任 务 书1设计目的：通过挤 冲）压模具课程设计，强化学生课堂上学习到的成形模具的知识，加深学生对金属塑性成形原理的理解，培养学生独立设计挤冲）压模具的能力，使学生熟练掌握Auto CAD等绘图软件的应用，为学生以后的毕业设计和从事相关工作
3、打下良好的基础。2设计内容和要求 包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：自行设计一套符合要求挤冲）压成型零件的装配模具及其中的两个非标零件。1）根据指导教师提供的零件图纸，进行挤冲）压工艺分析、编制；2）进行冲压零件图的绘制 零件图转化为挤压件图或锻件图）；3）根据挤 冲）压件图，进行工艺计算、确定工艺方案，选择合适的挤压设备；4）设计挤 、图纸、实物样品等：本次课程设计的工作内容包括以下几个部分： 挤冲）压零件图纸一张，要求标注尺寸公差、粗糙度、技术要求以及所用原材料； 挤冲）压模具装配图 三号图纸）一张； 挤冲）压模具零件图至少两张，凹模零件图、凸模零件图； 模具结构设计计算说明书一
4、本。注：以上各项内容均要求打印。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用第一章冲压工艺分析无缝弯头，材料 Q235 ，管厚 4mm ，90弯曲角1.1 材料分析：Q235为碳素结构钢，有良好的弯曲成形性能。1.2 结构分析：图 1-2-1 90 弯臂图1-2-2 管 U形件结构简单，用 U型管代替两个 90弯头，左右对称，对弯曲成形有利。管材的截面形状及厚度的变化：当用无填料的自由弯曲时，剖面形状近似为椭圆，变形区材料外侧受拉，内侧受压，使外侧管壁变薄，内侧变厚，变形量大时，内侧起皱，外侧有破裂可
5、能，因此后续工序采用整形工序，将滚动轴精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用承用钢球 GBT308 2008）从管料一端放入管中，将变形部位进行整形。1.2.1 弯曲变形的特点及方法：a管材弯曲变形时，主要依靠中性层内外纤维的缩短和伸长，当弯曲变形程度大时，外侧过薄导致破裂，内管壁增厚，失稳起皱，断面会产生畸变，呈椭圆形。b管的质量控制：为保证管材的成型质量，控制弯曲变形程度在一定范围内，保证最大伸长应变不超过材料所引起的极限值。管材常用弯曲方法按弯曲方式分为绕弯，推弯，压弯及滚弯。用压弯法对管
6、材进行弯曲，利用模具压制带直段的管件，优点是生产效率高，装置简单，次方法压制弯头的直径为25-406mm ，壁厚为 2.5-40mm 。1.2.2 最小弯曲半径的确定管子的最小弯曲为Rmin=144mm. 1.3 弯曲件精度及提高弯曲件精度的措施：精度分析：由于未注公差尺寸，按级选取。a因弯曲件回弹影响弯曲件精度，减小回弹的措施有，提高材料塑性，在管坯前进行软化退火处理。由于U 形件弯曲，若背压力不足，在底部产生反向鼓起，变形结束便措产生负回弹，通过成形卸料器，使背压达到最佳值，抵消回弹。克服偏移的措施：利用定位销定位，减少偏移。由于90弯头弯曲时利用形状对称的U形件，弯曲后再切开，有效防止偏
7、移。1.4 下料方法：管材剪切下料，与机械加工方法相比，其具有加工速度快，生产效率高，材料利用率高等特点，有管壁的厚度，可分为薄壁管剪切和厚壁管剪切，薄壁管剪切时管壁易被压扁，后壁管剪切时断面质量较差。钢管的下料设计下料采用管坯切断模，由于采用484 的无缝钢管制成，为提高材料利用率，须制成一定角度。1.5 管坯的形状与尺寸：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用管坯下料尺寸是影响弯头质量的一个重要因素，在弯曲变形过程中外侧受拉伸，内侧受压缩，其两者的变形程度也不同，因此管坯下料尺寸不仅与弯头的
8、设计尺寸有关，考虑到弯头压制成后其端面还要加工，应预留出加工余量。1.6 弯曲件的直边高度 ：为保直边的平直，直边应留一定的高度。第二章冲压工艺计算2.1 管材厚度减薄率：管材厚度减薄率的变化主要取决于管材的相对弯曲半径R D 和相对厚度 TD ，外侧的最小壁厚和内侧的最大壁厚T管材的原始壁厚 mm ） D 管材外径 R中性层弯曲半径由于厚度减薄，降低了管材的机械强度和使用性能。Tmin=t1-1-t/D）/2R/D） =4X1-0.083/2.5=3.87mm Tmax=4.13mm 减薄率 =T-Tmin）/Tx100%=3.25% 减小厚度变薄的措施：采用电阻局部加热法，降低中性层内侧的
9、金属的变形抗力，使变形更多集中在受压部分，降低拉应力。2.2 弯曲件的展开尺寸的计算：R=60 D=48 T=4 压制 90 弯头管坯尺寸L1，L2为管坯长度尺寸精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用 D 管子外径R 截面中性层弯曲半径1，2为工艺余量1=0.20.3）D 2=10mm L1 = /2R-D/2+t ）+ 1 L2=/2R-D/2+t ）+2 L 中=2R/4=94.2mm 因为是 U型管弯曲，有两个弯头L1=11.6mm L2=141.88mm L 中=1.57R=94.2mm
10、 L1=23.2mm L2=283.76mm L2-L1）2=130.28mm Tana=40130.28 a=17.1图 2-2 管坯展开U 形管是成正半圆形的管件。管子的两端中心线问的距离d 等于两倍弯曲半径 R。U 形管可代替两个90弯头管子弯曲段的长度正好是以r 为半径所画圆的周长的 14，其弧长用弯曲半径来表示，即为90弯管弯曲段的展开长度为弯曲半径的 157 倍。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用弧长=94.2mm 2.3 弯曲时压制力的计算及压力机设备的选用压制力为 F=KAP
11、 F为压制弯头所需的力 N ）A为承压面投影面积 mm ）A=0.707DR+D ）K为修正系数，热压时取0.05 0.1 ，冷压时取 0.25 0.35 P为单位校正力A=0.7074860+48）=3665.088 K=0.3 P=80MP F=0.3 3665.088 80=87.96KN 设备的选用初选冲压设备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
12、的安全范围。压力机压力的确定：压力机压力大于校正弯曲力初选压力机选择压力机 2363，其技术参数为：公称压力 630KN 滑块行程： 120mm 滑块行程次数： 50/min 最大闭合高度： 360mm 闭合高度调节量： 80mm 模柄孔尺寸： 50 80 工作台尺寸： 340180230 垫板厚度： 35mm 工作台孔尺寸： 340 180 230 床身最大倾角： 30精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用 2.4 曲回弹值的计算及预防回弹的措施：单角弯曲时回弹角，查手册得a130230对于回
13、弹，通过成形卸料器施加一定背压值，使底部产生的负回弹与角部产生的正回弹相抵消. 减小回弹的措施有，提高材料塑性，在管坯前进行软化退火处理。由于 U 形件弯曲，若背压力不足，在底部产生反向鼓起，变形结束便措产生负回弹，通过成形卸料器，使背压达到最佳值，抵消回弹。2.5 弯曲模具工作部分的尺寸计算凸模圆角半径：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。弯曲 件的
14、 弯 曲半 径 小于 最小 弯 曲 半径 ，首次 弯 曲取较 大弯 曲半径 ，Rp=145mm，再经整形工序达到所需半径。故首次凸模圆角半径rp 可取弯曲件的内弯曲半径r=145mm ，后需整形工序。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。凹模两边的圆角半径应一致，否则坯料在弯曲时发生偏移， rd 的值通常按材料厚度t 来选取。查文献 1）表 3-14 由 Rd=2 3）t=12mm 。凹模深度：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
15、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，对压精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用力机是很不利的。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。该件为弯曲过大不大且两边要求平直的U 型管件，则凹模深度应大于零件高度。凸凹模间隙： U型件弯曲时，间隙由材料的种类和厚度决定）对于尺寸精度要求一般的弯曲件，板料
16、为黑色金属时，单边间隙C 可按下式计算：C=1+nt） 3-1）式中为凸凹模间的单面间隙 t为材料厚度的基本尺寸mm 取为间隙系数，为0.1 将各个数据代入式 3-1）中52.8 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取小些，硬材料则应取大些，弯曲件相对弯曲半径r/t较小时可以取大些。此外还应考虑弯曲尺寸精度和板料厚度偏差的影响。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用第三章模具总体设计3.1 工作零件设计型件弯曲凸凹模横向尺
17、寸及公差：由于零件未注尺寸公差，按级，仅按外形尺寸标注，查公差表74 0.047。模具工作零件结构的确定即弯曲模凸、凹模工作尺寸的确定。弯曲凸、凹模工作尺寸的计算与工件尺寸的标注行成有关。综上所述，查阅文献 凸模 (3-3 式中为凹模的基本尺寸， mm ；为凸模的基本尺寸， mm 。Lmax为弯曲件的最大极限尺寸，mm ；为弯曲件的尺寸公差， mm ；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用，为凹模、凸模的制造公差，mm ，取1/41/3 ），这里取1/4； Z为凹、凸模双面间隙， mm 。将数
18、据代入式 3-2）、3-3）得：3.2 模架的设计及选择标准模架的选择：以凹模的外形尺寸计算凹模周界的大小。1.1 上下模板安装冲模的全部零件，主要传递和承受冲压力，因此具有足够的强度和刚度，若刚度不足，工作时产生较大的弹性变形，导致模具迅速磨损和破坏，降低冲模寿命。其次上下平面间有平行度要求。1.2 垫板的作用：直接承受和分散凸模传来的压力，防止模板被凸模端面压陷。1.3 顶杆应能使有效顶出工件，不能太长，造成在下死点行程时受力。顶板上也可以设计通气槽，有利于压缩空气将工件与顶板分开。凹模高度 85凹模壁厚 1.5-2 ）H116.3凹模宽度 250凹模总长 400为了保证冲出零件的精度和高
19、稳定的质量，采用模架导向方式。模架导向不仅能保证上、下模的导向精度而且能提高模具的刚性，延长模具的使用寿命，使冲裁件的质量稳定可靠，使模具的安装比较容易。模架的类型选用后侧导柱模架标准模架。根据冲压件的形状尺寸和精度以及结构类型等选择模架的类别和形式；根据凹模周界和闭合高度要求确定模架的规格。查阅文献 2）表 10-29 选用的模架主要技术参数为：凹模周界： L=400mm 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用 B=250mm 闭合高度：最小 275mm 最大 320mm 上模座： 400m
20、m 250mm 55mm GBT2861.1 2008 下模座： 400mm 250mm 70mm GBT2855.2 2008 导柱： 40mm 260 mm GB/T2861.1 导套： 40mm 140mm 53mm GB/T2861.6 选择后侧导柱模架400250 275320）上模座 40025055 参照 GB/T2861.12008 下模座 400 25070 参照 GB/T2855.22008 导柱 40 260 参照 GB/T2861.1 导套4014053 参照 GB/T2861.6 3.3 模柄零件设计图 3-3 压入式模柄使用开式压力机，模具比较小，常用模柄固定上模，
21、采用压入式模柄。模柄夹持部分的公称直径与压力机滑块的模柄孔径相等其尺寸配合关系可取H7/m6 ），高度则小于模柄孔深度5-10mm 。即模柄露出的长度小于压力机滑块深度， 50 80 其选用可参考 2）表 10-45。3.4 紧固零件设计螺钉和销钉的选择 =Hm=Hmin+10mm。无特殊情况， Hm应取上限值，最好取在 Hm=Hmin+M/3 范围内 M=Hmax-Hmin），避免连杆调节过长，导致螺纹接触面积过小而被压坏。模具闭合高度Hm 取 290mm 左右符合，位于最大闭合高度和最小闭合高度之间，下模座尺寸每边都大于压力机工作台孔尺寸40-50mm ，3.8 弯曲的次品分析及预防A 弯
22、曲的废次品的主要形式为：. 弯曲破裂和起皱. 形状不良，畸变，呈椭圆形。. 表面擦伤。b防止措施： 1. 尽量使坯料的轧纹方向与弯曲线垂直或成45角，应提高坯料剪切面的质量。2. 弯曲前毛坯退火处理。3. 在弯曲开始时顶板对毛坯施加足够的压力，最后对弯曲件进行校正。3.9 无缝弯头弯曲模工作原理工作原理：模具开启时，压力缓冲器将成形卸料器顶起，使成形卸料器的端面与凹模的端面齐平，将待弯的管料置于凹模槽内，压力机下行，上模与管料接触形成圆弧顶端，随成形继续，已完管料部分进入卸料器的槽内，得到约束保护，压力机继续下行，弯曲上模，成形卸料器及凹模共同将管料移至模具下止点，弯曲成形滑块上行，上模与凹模
23、接触脱离，成形卸料器与压力机缓冲器作用下将管件推出凹模，若工件卡在上模，用推杆推出即可。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用参考文献1 王卫卫 . 材料成形设备北京：机械工业出版社，2006.19. 2 张均. 冷冲压模具设计与制造 . 西安：西北工业大学出版社，1993. 3 成虹. 冲压工艺与模具设计 . 北京：高等教育出版社，2006.4 成都模具工业协会冲压模具设计师手册 . 北京：机械工业出版社，1989. 5 王孝培 . 冲压手册 . 第二版 . 北京: 机械工业出版社 ,199
24、0 6 杨玉英 . 实用冲压工艺与模具设计师手册. 北京：机械工业出版社，2005. 7 郭成，储家佑 . 现代冲压技术手册 . 北京：中国标准出版业，2005. 8 郝滨海 . 冲压模具简明设计手册 . 北京: 化学工业出版社 ,2005 9 模具实用技术丛书编委会. 冲模设计应用实例. 北京：机械工业出版社，1999. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用10 二代龙震工作室 . 冲压模具设计基础 . 北京：电子工业出版社， 2006. 11 刘建超，张宝忠 . 冲压模具设计与制造 .
25、北京：高等教育出版社， 2004. 12 王芳. 冷冲压模具设计指导 . 北京：机械工业出版社，1998. 13 陈锡栋、靖颖怡主编. 冲模设计应用实例. 北京：机械工业出版社，2004 14 钟毓斌主编 . 冲压工艺与模具设计. 北京：机械工业出版社，2000 15 周玲编 . 冲孔设计实例详解 . 北京：化学工业出版社，2007 16 王孝培主编 . 冲压手册 . 北京：机械工业出版社，1996 17 郑可锽主编 . 实用冲压模具设计手册. 北京: 宇航出版社， 1992 18 李硕本主编 . 冲压工艺学 . 北京：机械工业出版社，1982 19 胡彦辉主编 . 模具制造工艺学 . 重庆：
26、重庆大学出版社， 2007 20 李云程 . 模具制造工艺学 . 北京：机械工业出版社， 2001 课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：1 王卫卫 . 材料成形设备北京：机械工业出版社，2006.19 2 阮雪榆编 . 冷挤压技术 . 上海：上海人民出版社， 1975.783 贾宪安，胡九锡 . 金属挤压机 . 北京：化学工业出版社， 1985.1154 洪慎章 . 冷挤压使用技术 . 北京：机械工业出版社， 2004.9.7 15 5 王孝培 . 冲压手册 . 第二版 . 北京: 机械工业出版社 ,1990 6 郝滨海 . 挤压模具简明设计手册 . 北京: 化学工业出版社 ,2005
27、7 杨长顺 . 冷挤压工艺实践 . 武汉: 国防工业出版社 ,1984 8 郝滨海 . 冲压模具简明设计手册 . 北京: 化学工业出版社 ,2005 9 锻模设计手册编写组 . 锻模设计手册 . 北京: 机械工业出版社 ,1991 10 贾俐俐 . 挤压工艺及模具 . 机械工业出版社， 2006 另外，可参考中北大学图书馆上的电子资源。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用5设计成果形式及要求：本次课程设计的设计成果以模具设计图纸和模具设计计算说明书的形式提交。6工作计划及进度：2018 年 12 月 20 日12 月 25 日冲挤）压零件的设计模具结构计算及草图设计2018 年 12 月 26 日2018 年 1 月 6 日模具装配图的绘制2018 年 1 月 7 日1 月 10 日模具零件图的绘制2018 年 1 月 11 日1 月 20 日模具设计计算说明书的撰写2018 年 1 月 21 日答辩和成绩考核系主任审查意见：签字：年月日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 18 页