弯曲模具设计计算说明书概要

弯曲模具设计计算说明书

设计内容

设计说明书 1份 模具装配图 1张 凸模零件图 1张 凹模零件图 1张

班 级： 学 号： 姓 名： 指 导：

2009年12月

目录

一、模具设计的内容…………………………………………………….3 二、设计要求…………………………………………………………….3 三、模具设计的意义……………………………………………………3 四、弯曲工艺的相关简介………………………………………………3 （一）、弯曲工艺的概念…………………………………………………3

（二）、弯曲的基本原理…………………………………………………4 （三）、弯曲件的质量分析………………………………………………4 （四）、弯曲件的工艺性………………………………………………7 （五）、最小相对弯曲半径………………………………………………7

五、设计方案的确定……………………………………………………7 （一）、弯曲件工艺分析………………………………………………8

（二）、弯曲件坯料展开尺寸的计算……………………………………8 （三）、弯曲力的计算与压力机的选用…………………………………9 （四）、弯曲模工作部分尺寸设计……………………………………10

六、模具整体结构……………………………………………………16 七、模具的工作原理及生产注意事项………………………………18 八、总结………………………………………………………………19 九、参考资料…………………………………………………………20

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一、模具设计的内容

设计一副如下图所示弯曲件的成形模具：（补充图纸）

二、设计要求

详尽的设计计算说明书1份、主要零件图、模具装配图1份。

三、模具设计的意义

冲压成形/塑料成型工艺与模具设计是机制专业的专业基础课程。通过模具的课程设计使学生加强对课程知识的理解，在掌握材料特性的基础上掌握金属成形工艺和塑件成型工艺，掌握一般模具的基本构成和设计方法，为学生的进一步发展打下坚实的理论、实践基础。

四、弯曲工艺的相关简介

（一）、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，如汽车上很多履盖件，小汽车的柜架构件，摩托车上把柄，脚支架，单车上的支架构件，把柄，门扣，铁夹等。

（二）、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。

（三）、弯曲件的质量分析

在实际生产中，弯曲件的质量主要受回弹、滑移、弯裂等因素的影响，重点介绍回弹

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因素，具体如下。 1、弯曲件的回弹

回弹——常温下的塑性弯曲和其它塑性变形一样，在外力作用下产生的总变形由塑性变形和弹性变形两部分组成。当弯曲结束，外力去除后，塑性变形留存下来，而弹性变形则完全消失。弯曲变形区外侧因弹性恢复而缩短，内侧因弹性恢复而伸长，产生了弯曲件的弯曲角度和弯曲半径与模具相应尺寸不一致的现象。这种现象称为弯曲件的弹性回跳（简称回弹）。 弯曲件的回弹现象通常表现为两种形式：一是弯曲半径的改变，由回弹前弯曲半径r0变为回弹后的 r1。二是弯曲中心角变变，由回弹前弯曲中心角度α0（凸模的中心角度）变为回弹后的工件实际中心角度α1。

2、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。 如Π形件的回弹值比U形件小，U形件又比V形件小。 6）模具间隙

在压弯U形件时，间隙大，材料处于松动状态，回弹就大；间隙小，材料被挤压，回弹就小。

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3、减少回弹的措施 1）选用合适的弯曲材料

在满足弯曲件使用要求的条件下，尽可能选用弹性模量E大、屈服极限σs小、加工硬化指数n小、机械性能较稳定的材料，以减少回弹。 2）改进弯曲工艺 （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。 （3）采用拉弯工艺

3）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。 4）改进模具结构 （1）补偿法

利用弯曲件不同部位回弹方向相反的特点，按预先估算或试验所得的回弹量，修正凸模和凹模工作部分的尺寸和几何形状，以相反方向的回弹来补偿工件的回弹量。 （2）校正法

当材料厚度在 0.8mm 以上，塑性比较好，而且弯曲圆角半径不大时，可以改变凸模结构，使校正力集中在弯曲变形区，加大变形区应力应变状态的改变程度（迫使材料内外侧同为切向压应力、切向拉应变 ），从而使内外侧回弹趋势相互抵消。 （3）采用聚氨酯弯曲模

利用聚氨酯凹模代替刚性金属凹模进行弯曲，弯曲时金属板料随着凸模逐渐进入聚氨酯凹模，激增的弯曲力将会改变圆角变形区材料的应力应变状态，达到类似校正弯曲的效果，从而减少回弹 。

4、回弹值的确定

1）小变形（r/t≥10）自由弯曲时的凸模弯曲角 和凸模圆角半径

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rT?r1?3?srEt；?T???(1800??)(r/rT?1)

式中：rT——凸模圆角半径； r——弯曲件圆角半径；?——弯曲件弯曲角；?T ——凸模弯曲角；?s——材料屈服点； E——材料弹性模量； t——板料厚度； 2）大变形（r/t<5）时弯曲件圆角半径变化很小，而只修正弯曲角。

表-1 单角90°校正弯曲回弹角

r/t 材料 1~2 ≤1 Q215、235Q 1~1.5° 0~2° 纯铜、铝、黄铜 0~1.5° 0~3° 对于弯曲件弯曲角不为90°时回弹角：

2~3 1.5~2.5° 2~4° ??'?(1800??)???/900

式中：??'——弯曲角为?时的回弹角；?——弯曲件弯曲角；??——弯曲角为90°的回弹角；

模具设计时，当弯曲件弯曲角??900时，取凸模角度?T?????；当??900时，取凸模角度?T?????'，通过试模来进行修正。 该弯曲件弯曲角都为

0?T?????9?090°，其回弹角查表-1

得???1.50，则

1?0.5? 808.5其他影响因素 1、弯曲件的弯裂

弯曲件变形区外边是拉伸区，当此区的拉应力超出材料的应力极限时（强度极限）就产生裂纹。弯曲件的相对弯曲半径r/t越小，则变形越大，越易拉裂。 2、弯曲件的滑移

由于毛坯与模具之间磨擦的存在，当磨擦力不平衡时造成毛坯的移位，称作滑移，使弯曲件的尺寸达不到要求：

1） 产生滑移的原因：由于两边磨擦力不等。

工作不对称，毛坯两边与凹模接触面不相等；凹模两边的边缘圆角半径不相等，半径小，磨擦力更大；两边折弯的个数不一样；V形弯曲中凹模不是中心对称，角度小的一边正压力大，磨擦大； 凹模两边的间隙和润滑情况不一样。

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2） 防止滑移的措施

尽可能采用对称凹模，边缘圆角相等，间隙均匀；采用弹性顶件装置的模具结构；采用定位销的模具结构。

（四）、弯曲件的工艺性

1、最小弯曲半径：

在保证外层纤维不发生破坏的条件下，所能弯曲零件内表面的最小圆角半径，称作弯曲件的最小弯曲半径，表示弯曲时的成形极限。 最小弯曲半径的影响因素：

材料的力学性能；弯曲线的方向：由于板料的扎制造成板料性能和各项异性，扎制方向塑性较好，使弯曲的切向变形方向与扎制方向一致；板料宽度：宽度加大，最小弯曲半径增大；板料的表面质量；弯曲角；板料的厚度。 2、弯曲件直边高度

弯曲件的弯曲边高度不宜太小，h>R+2t，如弯曲边高度太小，则难以形成足够的弯矩。

（五）、最小相对弯曲半径

rtr弯曲半径为：

t1?2

??max?1?r1111 min?(而弯曲件的相对?1)??(?3?1)；1? ；

23t2??max21?2?22rr??1，所以?min在弯曲工艺时不必采取特殊工艺措施。 2tt1五、设计方案的确定

（一）、弯曲件工艺分析

该弯曲件名为压块，形状对称，尺寸无精度要求，材料是Q235A，普通碳素钢。采用复合模冲压成形，其需要经过三道工序完成：落料、冲中间孔、复合弯曲、冲两侧孔。落料工序已经在上道工序中冲制完成。本模具是完成1个U形和2个V形弯曲的冲压工艺，弯曲角都是90°。

（二）、弯曲件坯料展开尺寸的计算（补充图纸）

1、中性层的确定

由于中性层的长度在弯曲变形前后不变，其长度就是弯曲件坯料展开尺寸的长度。而欲求中性层长度就必须找到其位置，用曲率半径?0表示。中性层位置与板料厚度t、弯曲半径r、

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变薄系数?等因素有关，在实际生产中为了使用方便，通常采用下面的经验公式来确定中性层的位置：?0?r?xt

式中：?0——中性层半径；r——弯曲件内弯半径；

x为中性层位移系数，其值件下表：表-2

r/t x r/t x 0.1 0.21 1.3 0.34 0.2 0.22 1.5 0.36 0.3 0.23 2 0.38 0.4 0.24 2.5 0.39 0.5 0.25 3 0.4 0.6 0.26 4 0.42 0.7 0.28 5 0.44 0.8 0.3 6 0.46 1 0.32 7 0.48 1.2 0.33 ≥8 0.5 从弯曲件图可以看到：圆角半径都为r=2mm，板料厚度t=2mm，查表-2得x=0.32，则中性层半径为：

?0?r?xt?2?0.32?2?2.64mm

2、毛坯展开尺寸的计算

由于圆角半径r>0.5t，所以毛坯展开长度等于弯曲件直线部分长度与弯曲部分中性层展开长度的总和，即L??li????i1800(ri?xit)。弯曲件有5段直线部分和4段弯曲部分，因此

L?2?20.5?2?12?42?4??2?2.64?123.58mm

（三）、弯曲力的计算与压力机的选用

1、弯曲力的计算

弯曲力是指弯曲件在完成预定弯曲时所需要的压力机施加的压力，是设计冲压工艺过程和选择设备的重要依据之一。弯曲力的大小与毛坯尺寸、零件形状、材料的机械性能、弯曲方法和模具结构等多种因素有关，理论分析方法很难精确计算，在实际生产中常按经验公式进行计算。 1）自由弯曲时的弯曲力公式

0.6KBt2?b0.7KBt2?bV形弯曲件：FVz? ； U形弯曲件：FUz?；

r?tr?t式中：FVz、FUz——自由弯曲力；B——弯曲件的宽度；t——弯曲件厚度；r——内圆弯曲半径；?b——弯曲材料的抗拉强度；K——安全系数，一般取1.3。 2）、校正弯曲力公式

FJ?FqA

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式中：FJ——校正力；Fq——单位面积上的校正力，Mpa，见表-3；A——弯曲件被校正部分的投影面积，mm2。

表-3 单位校正弯曲力 单位（MPa）

3）计算

本弯曲件弯曲部分，其中两处V形弯曲，一处U形弯曲。Q235A的?b?450MPa

0.6KBt2?b0.6?1.3?20?22?450??7020N V形弯曲力：FVz?r?t2?20.7KBt2?b0.7?1.3?20?22?450??8190N U形弯曲力：FUz?r?t2?2总弯曲力：Fz'?7020?2?8190?22230N 校正弯曲力：

查表4-9得Fq?50MPa；弯曲件被校正部分的投影面积A?50?20?1000mm

2FJ?FqA?1000?50?50000N

自由弯曲力与校正弯曲力之和：F?FJ?Fz'?50000?22230?72230N 2、压力机的选用

压力机的选取总原则：压力机的公称压力必须大于弯曲时的所有工艺力之和。由于本模具采用自由弯曲和校正弯曲，所以压力机的公称压力必须大于自由弯曲力与校正弯曲力之和，即

Fyj?F?72230N。压力机选用还决定于压力机的调整与板料厚度误差的大小。

由上述可知，该弯曲件弯曲所需的压力是72230N，查取模具设计手册，可选取具有以下规格的压力机，具体如下： 型号 公称压力 滑块行程 行程次数 最大闭合高度 闭合高度调节量 工作台尺寸 垫板尺寸 模柄孔尺寸 9

J11-50 160KN 50mm 150 次/min 220mm 45mm 前后300mm，左右450mm 厚度40mm，孔径210mm 直径40mm，深度60mm

（四）、弯曲模工作部分尺寸设计

1、凸模圆角半径

当弯曲件的相对弯曲半径r/t较小时，取凸模圆角半径等于或略小于工件内侧的圆角半径r，但不能小于材料所允许的最小弯曲半径rmin。由前面所述，该工件的相对弯曲半径等于最小相对弯曲半径，那么，凸模的圆角半径应等于工件内侧圆角半径，即Rt?2mm。 2、凹模圆角半径

凹模圆角半径的大小不会直接影响到弯曲件的圆角半径，但是过小的凹模圆角半径会使弯矩的弯曲力臂减小，励志名言www.jzblog.com毛坯如凹模困难，会擦伤毛坯表面。另外，凹模两侧的圆角半径必须相等，否则会引起板料偏移。在实际生产中通常根据材料厚度选取凹模圆角半径：

当t?2mm,Ra?(3~6)t ；t?2~4mm,Ra?(2~3)t ；t?4mm,Ra?2t 。由于采取复合模弯曲，凹模还要实现两处V型弯曲工艺，且r?2mm，因此，取Ra?2mm。 3、凹模深度

凹模深度要适当，若过小则弯曲件两端自由部分太长，工作回弹大，不平直；若深度过大则凹模过高，浪费模具材料并www.ailese.com需要较大的压力机工作行程。

对于U型弯曲件，如果弯曲件直边较长，凹模深度可以小于工件高度，凹模深度l0值见下表：

表-4 弯曲U型件的凹模深度l0（mm）

但由于本模具原理如下图形式：

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