夹型滚动轴弯曲模具设计

1、目 录一弯曲工艺性分析二弯曲件的结构工艺性分析三弯曲件弯曲工序的安排四改进零件的结构设计五弯曲工艺力的计算六毛胚尺寸及回弹量的计算七弯曲模主要工作零件结构参数的确定八模具总体设计九模具材料的选用及其他零部件的设计十模具的装配和冲裁模具的试冲说 明 书本文中设计的模具是单工序弯曲模。属于冲压工艺的一种，但比起冲压模，本套模具突出了弯曲模的特点，而且包括冲压模，文中考虑到工件批量大的特点，选用了经过改进的一种高效率模具，它是能一次成形的回转式压弯模。是组合式的活动凹模，用于弯曲夹角小于90的u形件，可以一次弯曲成形。此模具具有一对有缺口的转轴凹模，其缺口与工件外形相适应。凹模是转轴式的，左右两件对

2、称。这种形状的凹模制成组合式的，且镶在凹模镶块中，便于机械加工。另外镶块部分容易磨损，这样利于更换又节省材料。再根据所选材料和厚度及性质经过计算分析完成该模具的毛坯、弯曲力、回弹值、凸、凹模间隙等的设计计算；选出适合该模具的定位方式、卸料出件方式；设计模具的工作部分即凸、凹模的设计，选择模具的材料并确定每个零部件的加工方案；再根据模具的装配原则，完成模具的装配。装配调整好的模具，需要安装到机器上进行试模。如发现不符合要求的需加以修正，并进行再次试模，直到能正常运行并加工出合格的制品。 1 弯曲工艺性分析1.1 分析零件的冲压工艺性并确定工艺方案名称:夹形零件回转轴弯曲模材料:t10a厚度:零件

3、简图:如图1.1所示图1.1 夹形零件1.2 弯曲件的工艺性 弯曲件的工艺性是指弯曲件的形状、尺寸、精度、材料及技术要求等是否符合弯曲加工的工艺要求。具有良好工艺性的弯曲件，不仅能减少废品率，而且能简化弯曲的工艺过程和模具结构，提高工件的质量。 1.2.1 弯曲件的精度弯曲件的精度受坯料定位、偏移、翘曲和回弹等因素的影响，弯曲的工序数目越多，精度也越低。一般弯曲件的经济公差等级在it13级以下，角度公差大于15。1.2.2 弯曲件的材料 如果弯曲件的材料具有足够的塑性，屈强比小，屈服点与弹性模量的比值小，则有利于弯曲成形和工件质量的提高。如软刚、黄铜和铝等材料的弯曲成形性能好。而脆性较大的材料

4、，如磷青铜、铍青铜、弹簧等，则最小相对弯曲半径大，回弹大，不利于成形。 1.2.3弯曲件的圆角半径 材料只有产生塑性变形才能形成所需的形状。为了实现弯曲件的形状，弯曲圆角半径最大值没有限制。1.3 最小相对弯曲半径的确定1.3.1 最小相对弯曲半径的概念1.3.2 影响最小弯曲半径的因素材料的力学性能、工件的弯曲中心角 、材料的表面质量和侧面质量、弯曲件的宽度、弯曲线的方向。如表1.1表1.1最小相对弯曲半径经验数值的确定 （表中t为板料厚度）材料正火或退火硬化弯曲线的位置与纤维垂直与纤维平行与纤维垂直与纤维平行纯铜0.1t0.35t1.0t2.0t软黄铜0.35t0.8t半硬黄铜0.5t1.

5、2t铝0.5t1.0t08、10、q1950.1t0.4t0.4t0.8t15、20、q2350.1t0.5t0.5t1.0t25、30、q2550.2t0.6t0.6t1.2t35、400.3t0.8t0.8t1.5t 2 弯曲件的结构工艺性分析2.1 最小弯曲半径弯曲件的弯曲半径不宜小于最小弯曲半径，否则要多次弯曲，增加工序数；也不宜过大，因为受到回弹的影响，弯曲角度与弯曲半径的精度都不易保证。2.2 弯曲件形状与尺寸的对称性一般要求弯曲件形状对称，弯曲半径左右一致，则弯曲时坯料受力平衡而无滑动。如果弯曲件不对称，由于摩擦阻力不均匀，坯料在弯曲过程中会产生滑动，造成偏移。 弯曲件的形状与尺

6、寸应尽可能对称、高度也不应相差太大。当冲压不对称的弯曲件时，因受力不均匀，毛坯容易偏移，尺寸不易保证。为防止毛坯的偏移，在设计模具结构时应考虑增设压料板，或增加工艺孔定位。 图2.1弯曲件形状对弯曲过程的影响根据以上分析我们可以知道，此工艺件弯曲半径为，厚度为最小相对弯曲半径取为0.4。因对称性好，材料为a适宜弯曲加工。所以该工件的最小相对弯曲半径取0.4。 3 弯曲件弯曲工序的安排弯曲件的工序安排应根据工件的形状、精度等级、生产批量以及材料的力学性质等因素进行考虑。弯曲工序安排合理，则可以简化模具结构、提高工件质量和劳动生产率。3.1 弯曲件的工序安排原则3.2 弯曲件的工序安排形状简单的弯

7、曲件，如v形件、u形件、z形件等都可以一次弯曲成形。形状复杂的弯曲件，一般要多次弯曲才能成形。弯曲工序的安排对弯曲模的结构、弯曲件的精度和生产批量影响很大。 这副弯曲模可使工件一次弯曲成形，毛坯用安装在凹模面上的定位板定位。当上模下行时，先将毛坯弯曲成u形，当凸模继续下行时，与转动凹模（件4）接触，使转动凹模（件4）向中间方向旋转，将工件弯曲成弯曲角小于90的u形件。上模（件2）回升，转动凹模（件 4）靠弹簧（件10）的拉力复位，工件停留在上模（件2）上，可从垂直于纸面方向（即侧面方向）取出。 图3.1成对成形弯曲4 改进零件的结构设计4.1 采用热处理工艺4.对模具结构采取措施利用弯曲件不同

8、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 ，这是采取补偿法。校正法,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.纵向加压法, 在弯曲过程完成后，利用模具的突肩在弯曲件的端部纵向加压, 使弯曲变形区横断面上都受到压应力，卸载时工件内外侧的回弹趋势相反，使回弹大为降低。利用这种方法可获得较精确的弯边尺寸，但对毛坯精度要求较高。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

9、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。4.3弯曲模结构设计应注意的问题：(1)模具结构应能保证坯料在弯曲时不发生偏移。为了防止坯料偏移，应尽量利用零件上的孔，用定料销定位，定料销装在顶板上时应注意防止顶板与凹模之间产生窜动。工件无孔时可采用定位尖、顶杆、顶板等措施防止坯料偏移。(2)模具结构不应妨碍坯料在合模过程中应有的转动和移动。(3)模具结构应能保证弯曲时产生的水平方向的错移力得到平衡。图4.1用补偿法修正模具结构图4.2 用校正法修正模具结构5 弯曲工艺力的计算 弯曲力是设计弯曲模和选择压力机吨位的重要依据。生产中常用经验公式概略计算弯曲力，作为设计弯

10、曲工艺过程和选择冲压设备的依据。5.1 自由弯曲时的弯曲力的计算公式：5.2 校正弯曲时的弯曲力 校正弯曲是在自由弯曲阶段后，进一步使对贴合凸模、凹模表面的弯曲件进行挤压，其校正力比自由压弯力大得多。由于这两个力先后作用，校正弯曲时只需计算校正弯曲力。v形弯曲件和u形弯曲件均按下式:式中：校正弯曲时的弯曲应力(n)；校正部分垂直投影面积()；为单位面积上的校正力() 。根据上式得：表5.1单位校正力材料料 厚铝黄 铜1020钢2535钢5.3 顶件力和压料力5.4 压力机吨位的确定自由弯曲时压力机的吨位应为：由于校正力是发生在接近压力机下死点的位置，校正力的数值比自由弯曲力、顶件力和压料力大得

11、多，故可忽略不计。则按校正弯曲力选择压力机的吨位，即：6 毛坯尺寸及回弹量的计算6.1 毛坯尺寸 计算毛坯尺寸分析如图6.1所示图6.1 计算毛坯尺寸分析6.2 确定毛坯的尺寸6.3 回弹量的计算弯曲过程并不是完全是材料的塑性变形过程，其弯曲部位还存在着弹性变形，弯曲后零件的形状因为回弹而与模具的形状不完全一致。回弹的大小通常用角度回弹量和曲率回弹量来表示。角度回弹是指模具在闭合状态时工件弯曲角与从模具中取出后工件的实际角度之差，即；曲率回弹量是指模具处于闭合状态时压在模具中工件的曲率半径与从模具中取出后工件的实际曲率半径之差，即。当要求工件的弯曲圆角半径时，可根据材料的有关参数，用下列公式计

12、算回弹补偿时弯曲凸模的圆角半径。只有当弯曲工件的圆角半径为板料厚度的5倍以上时，计算才近似正确。板料弯曲见下式：式中：rp凸模工作部分的圆角半径；r弯曲件的工作半径(mm) 弯曲件材料屈服极限； 弯曲件板料厚度；弯曲件材料的弹性模量。当相对弯曲半径r/t 5时，卸载后弯曲件圆角半径变化很小，可以不予考虑，而仅考虑弯曲中心角的回弹变化。当弯曲件的弯曲角不为90时，其回弹角可用下式计算： 式中： 弯曲件的弯曲中心角为时的回弹角，（）； 弯曲件的弯曲中心角，（）； 弯曲中心角为90时回弹角，（）。所以，可得到该工件的回弹角为： =1.336.4减少回弹的措施：在实际生产中，由于材料的力学性能和厚度的

13、波动等，要完全消除弯曲件的回弹是不可能的。但可以采取一些措施来减小或补偿回弹所产生的误差，以提高弯曲机的精度。 (1)改进弯曲件的设计(2)采取适当的弯曲工艺(3)合理设计弯曲模(4)对于u形件弯曲，减小回弹常用的方法还有：当相对弯曲半径较小时可采取增加背压得方法; 当相对弯曲半径较大时，可采取将凸模端面和顶板表面做成一定曲率的弧形。这两种方法的实质都是使底部产生的负回弹和角部产生的正回弹互相补偿。另一种克服回弹的有效方法使采用摆动式凹模，而凸模侧壁应有补偿回弹角，当材料厚度负偏差较大时，可设计成凸、凹模间隙可调的弯曲模。7 弯曲模主要工作零件结构参数的确定7.1 弯曲凸模和凹模的圆角半径7.

14、1.1 弯曲凸模的圆角半径 7.1.2 凹模圆角半径 凹模的圆角半径的大小对弯曲变形力和制件质量均有较大影响，同时还关系到凹模厚度的确定。凹模圆角半径不能过小，以免擦伤工件表面，影响冲模寿命。凹模圆角半径也不能过大，会影响坯料定位的准确性。所以凹模两边的圆角要求制造均匀一致，否则在弯曲时坯料会发生偏移。生产中常根据材料的厚度来选择凹模圆角半径： 当 时，时，时，由 式子得，也可以查有关资料选取。7.2 凹模工作部分深度弯曲凹模深度要适当。过小时，坯料两端未受压部分太多，弯曲件成形后回弹大，而且直边不平直，影响工件质量。若过大，则模具材料消耗多，而且要求压力机具有较大的工作行程。弯曲u形件时，若

15、弯边高度不大，或要求两边平直，则凹模深度应大于零件高度，如图7.1.b)所示。如果弯曲件边长较大，当对平直度要求不高时，可采用（图7.1.c）所示的凹模形式。图7.1 u形件凹模尺寸7.3 弯曲凹、凸模的间隙v形件弯曲模，凸模与凹模之间的间隙是由调节压力机的闭合高度来控制。对于u形件弯曲模，则必须选择适当的间隙值。凸模和凹模间的间隙值对弯曲件的回弹、表面质量和弯曲力均有很大的影响。若间隙过大，弯曲件回弹量增大，误差增加，从而降低了制件的精度。当间隙过小时，会使零件直边料厚减薄和出现划痕，同时还降低凹模寿命。u形件弯曲模的凸、凹模单边间隙一般可按如下的公式计算：tmax+ct= + 式中：弯曲模

16、凸、凹模的单边间隙； 工件材料厚度（基本尺寸）； 材料厚度的正偏差； 间隙系数，可通过查表取得。 当工件精度要求较高时，其间隙应适当缩小，取。故该模具的间隙取为1。表7.1弯曲u型件凹模的值板料厚度表7.2 弯曲u型件凹模深度弯曲件边长材料厚度（mm） 2025303540253035404030354050507.4 凸、凹模横向尺寸及公差凸、凹模横向尺寸及公差的原则是：工件标注外形尺寸时，应以凹模为基准件，间隙取在凸模上。工件标注内形尺寸时，应以凸模为基准件，间隙取在凹模上。而凸、凹模的尺寸和公差应根据工件的尺寸、公差、回弹情况以及模具磨损规律而定。凸、凹模的横向尺寸根据工件的标注方式不同

17、，可按下表7.3所列公式计算。表7.3凸、凹模工作部分尺寸计算工件尺寸标注方式工件简图凹模尺寸凸模尺寸用外形尺寸标注按凹模尺寸配制，保证双边间隙为或用内形尺寸标注按凸模尺寸配制，保证双边间隙或按上式可得凹模尺寸为： 按凹模尺寸配制的凸模尺寸为：8 模具总体设计根据压弯力的大小,初步考虑使用30的机械压力机压制,模具结构草图如图8.1所示,主要由带柄矩形上模、回转式凹模、凹模镶块、下模座等组成。 图8.1模具结构草图初步计算模具闭合高度 凹模座的外廓尺寸为 8.1 模具主要零部件的设计凹模部分 凹模是转轴式的，左右两件相对称。这种形状的凹模也不应该制成整体而应是组合的，且镶有凹模镶块，以便于机械

18、加工。另外镶块部分容易磨损，这样既便于更换又节省金属材料。技术要求：热处理5660 hrc,材料为 t10a。图8.2凸模 图8.3 凹模镶块8.2 弯曲设备的选择(1)弯曲设备类型的选择原则 根据所要完成的弯曲工艺的性质，生产批量的大小，弯曲件的几何尺寸和精度要求等来选择设备的类型。 对于中小型的弯曲件或拉深件的生产，主要应用开式机械压力机，虽然开式冲床的刚性差，在冲压力的作用下床身的变形能够破坏冲裁间隙分布，降低模具的寿命或冲裁件的质量。可是，由于它提供了极其方便的操作条件和非常容易安装机械化附属装置的特点，使它成为目前中、小型冲压设备的主要形式。对于大、中型弯曲件的生产，多采用闭式结构形

19、式的机械压力机，其中有一般用途的通用压力机，也有台面较小而刚度大的挤压压力机、精度机等。在大型拉深件的生产中，应尽量选用双动拉深压力机，因其可使所用模具结构简单，调整方便。磨擦压力机具有结构简单、造价低廉、不易发生超负荷损坏等特点，所以在小批量生产中常用来完成弯曲、成形等冲压工序。但是，摩擦压力机的行程次数少，生产率低，而且操作不太方便。 在大批量或形状复杂零件的大量生产中，应尽量选用高速压力机或多工位自动压力机。(2)冲压设备规格的确定。在冲压设备的类型选定以后，应该进一步根据冲压件的尺寸、模具的尺寸和冲压力来确定设备的规格。8.3 选定设备8.4 绘制模具总图装配图如图8.4所示,图中零件

20、名称见表8.1。如图8.4 弯曲模总装图表8.1零件明细表序号名称数量材料热处理1上模1452回转凹模2t10ahrc56-603凹模镶块1t10ahrc56-604下模座1ht200hrc56-605弹簧轴4456复位弹簧265mn淬火7弹簧支架1 458紧固螺钉145头部淬火9定位螺钉24510弹簧65mn淬火11顶杆145淬火8.5 绘制模具非标准零件图以凸模、凹模为例，凸模零件图如上图8.2所示，回转凹模零件图如上图8.3所示。8.6 定位方式的选择定位方式的选择通俗的说既是选择定位零件。定位零件的作用是使坯料或工序件在模具上有正确的位置，定位零件的结构形式很多，用于对条料进行定位的定

21、位零件有挡料销、导料销、导料板、侧压装置、导正销、侧刃等，用于对工序进行定位的定位零件有定位销、定位板等。定位零件基本上都已标准化，可根据坯料和工序件形状、尺寸、精度及模具的结构形式与生产效率要求等选用相应的标准。因为该模具采用是板料，控制板料的送进方向采用导料板，无侧压装置。控制板料的送进步距采用挡料销初定距，导正销精定距。8.7 卸料出件方式的选择卸料与出件装置的作用是当冲模完成一次冲压之后，把冲件或废料从模具工作零件上卸下来，以便冲压工作继续进行。通常，把冲件或废料从凸模上卸下来称为卸料。 卸料装置按卸料的方式分为固定卸料装置弹性卸料装置和废料切刀三种。 固定卸料装置 , 固定卸料装置仅

22、由固定卸料板构成，一般安装在下模的凹模上；弹性卸料装置由卸料板、卸料螺钉和弹性元件（弹簧或橡胶）组成；弹性卸料装置可安装于上模或下模，依靠弹簧或橡胶的弹力来卸料，卸料力不太大但冲压时可兼起压料作用，故多用于冲裁料薄及平面度要求较高的冲件；废料切刀是在冲裁过程中冲裁废料切断成数块，从而实现卸料的一种卸料零件。出件装置的作用是从凹模内卸下冲件或废料。我们通常把装在上模内的出件装置称为推件装置；把装在下模内的称为顶件装置。综合考虑该模具的结构和使用方便，以及工件料厚为3，相对较薄，卸料力也比较小，故可采用弹性卸料。依靠弹簧或橡胶的弹力来卸料，卸料力不太大但冲压时可兼起压料作用，故多用于弯曲平面度要求

23、较高的冲件。 9 模具材料的选用及其他零部件的设计9.1 模具材料的选用9.1.1 弯曲模用钢应具有的力学性能：9.1.2 弯曲模零件材料选用原则：(1).要选择能满足模具工作要求的最佳综合性能的材料；(2).要针对模具失效形式选用钢材；(3).要根据制品的批量大小，以最低成本的选材原则选材；(4).要根据弯曲零件的作用选择材料；(5).要根据弯曲精度程度选择钢材。 综合各种材料进行比较及材料的用途查下列表10.1可选择t10a为弯曲模工作零件所用的钢材。表10.1 弯曲模工作零件材料的选用零件名称使用条件选用材料凸模，凹模，凸凹模，凸、凹模镶块，连续模，侧刃凸模形状简单，弯曲材料厚度小于等于

24、3，中小批量生产的冲裁t8、t8a、t10、t10a弯曲厚度小于等于3，形状复杂，或弯曲厚度大于3的中小批量冲裁gr12、grwmn、ggr15、gr12mov要求批量较大，使用寿命较长的弯曲模w18gr4v、gr4w2mov、w6mo5grv2、yg15、yg20需要加热弯曲模3gr2w8v、5grnimo、6gr4mo3niwv选择说明：在选择弯曲凸模、凹模材料时，应根据模具的工作条件和失效特点，量材而用。如形状简单、尺寸较小、受力较小的凸、凹模，只需要热处理工艺适当。性能可以满足使用，生产批量不大时，可选用碳素工具钢，这样可以降低成本；反之，就应该选用变形较小，耐磨性高的合金工具钢。对于

25、大、中型弯曲模，其材料成本与模具总成本10%18%左右，故应选用变形小、耐磨性高的合金工具钢较适宜。9.2 模具零件加工工艺本副弯曲模，模具零件加工的关键在工作零件，固定凸模镶块以及凹模转轴，若采用线切割加工技术，这些零件的加工就变得相对简单。表10.2 弯曲凸模的加工工艺过程工序号工序名称工序内容工序图1备料将毛坯锻成长方体2热处理退火3刨刨6面，互为直角留单边余量0.54热处理调质5磨平面磨6面，互成直角6钳工划线划出各孔位置线7加工螺钉孔、安装孔及穿丝孔按位置加工螺钉孔、销钉孔及穿丝孔等8热处理按热处理工艺，淬火回火达到5862hrc9磨平面精磨上、下平面10线切割按图线切割，轮廓达到尺

26、寸要求11钳工精修全面达到设计要求12检验表10.3 弯曲凸模的加工工艺过程工序号工序名称工序内容工序图1备料将棒类毛坯锻成轴形2热处理退火3粗磨磨侧面，留单边余量0.54热处理调质5磨平面磨端面，互相平行6钳工划线划出缺口位置线7加工螺钉孔、安装孔及穿丝孔按位置加工螺钉孔、销钉孔及穿丝孔等8热处理按热处理工艺，淬火回火达到5660hrc9磨平面精磨缺口内斜面10线切割按图线切割，轮廓达到尺寸要求10 模具的装配和冲裁模具的试冲10.1 模具的装配根据弯曲模装配要点，选凹模作为装配基准件，先装下模，再装上模，并调整间隙、试冲、返修。具体装配见表11.1表11.1夹形零件回转轴弯曲模的装配序号工

27、序工艺说明1凸、凹模预配（1） 装配前仔细检查凸模形状以及凹模缺口，是否符合图纸要求的尺寸精度、形状。（2） 将凸模与相应的凹模相配，检查其间隙是否加工均匀。若不合适应重新修磨或更换。2凸模装配以凹模孔定位，将凸模压入带柄矩形上模座中，并拧紧牢固。3装配下模（1） 在下模座9上划中心线，按中心预装弹簧16；（2） 在下模座9上，装入已准备好的弹簧，分别确定其螺孔位置，并分别钻孔，攻丝；（3） 将下模座9和凹模转轴5，弹簧8，凹模镶块装在一起，并用螺钉紧固。4装配上模（1） 在已装好的下模上放等高垫铁，再在凹模中放入0.12然后将凸模与固定板的组合装入凹模；（2） 预装上模座，划出与凸模固定板相应螺孔。销孔位置并钻绞螺孔、销孔；（3） 用螺钉将固定板组合、连接板8、上模座连接在一起，但不要拧紧；（4） 将套装在已装入凹模固定板的顶杆4，装上弹簧11，并调节顶柱的预压量，使顶柱高出凹模下端约1；（5） 复查凸、凹模间隙并调整合适后，紧固螺钉；（6） 安装定位螺钉7。5试弯调整装机试模并根据试弯结果作相应调整10.2 弯曲模具的调试模具装配