管夹的第一次弯曲模设计.docx
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管夹的第一次弯曲模设计
1.选题背景
1.1模具在国民经济中所占的地位
随着工业的发展模具在国内工业上的地位显得越来越重要，它的重要性现在已经成为工业生产中必不可少的一部分了，不仅在机械行业中占有的地位越来越高甚至在电子行业家电等各行各业中的地位也在不断的提升，其中所占非常打的的一部分零部件都非常依靠模具成形的技术，由于模具制作精度结构各个方面的因素都直接影响着产品的生产的，从而人们对模具的评价也非常的高有百业之母的称号。
一副设计好的模具可以为厂家带来非常好的经济效应，利用模具自身并不是非常高的价值制造出来的产品价值却可以非常高，已经远远超过了模具本身所具有的价值。
上述所述基本可以看出模具的发展在国民经济中的重要性已经可以说已经达到了战略性的作用，甚至可以说模具生产的水平高低，不仅仅直接能够代表企业生产水平以及发展水平的高低程度，而且从另一种程度上来说，小到企业，大到甚至已经可以作为衡量一个国家的第一生产力--科技的发展水平的程度的高低了，已经成为了一个国家在工业制造业上发展水平高低的非常重要的一个因素了，模具生产水平的高低已经在很大程度上不仅仅能决定着生产出来产品的质量还有所带来的经济效益以及对新产品的开发能力，而一个国家制造业在国际上竞争力同时也在很大程度上取决于模具的生产水平。
下面是模具基本知识的进行一些简单的介绍，模具首先是制造业最基本的一部分内容，它的作用显而易见，主要就是用于产品的成形在产品的制造过程中限制了材料的的位移。
用模具制造零件具有非常多的优点首先用模具制造产品的效率非常高，而且一副好的模具生产出来的产品质量有保证，合理的设计模具可以有效减少材料的浪费，生产成本也就随之降低因此模具才会广泛应用于制造业中。
如上面所述我们知道模具在生产中起到如此关键的作用，所以在很早的时候中国政府当时颁布了一个战略性的文献中，将机械行业的改造中将模具放在了首位，由此也可以看出模具在工业生产中的关键性作用是不可忽视的。
模具的既然如此重要，那么它体现在市场需求上当然就是非常的大了，尤其是汽车行业对模具的需求非常巨大，每年所产生以及能带动的经济价值也非常巨大，所以模具行业有着非常广阔的发展前景。
中国模具市场的供应情况基本是供不应求，并且也有一定的模具也会出口到国外，这些模具近到日本等邻国远到美国欧洲瑞士，但由于国内市场对模具的需求以及国内模具制造质量标准等问题，出口到国外的模具相对来说还是比较少的，如果解决了模具生产周期能配备一些在国际上来说比较先进的数控设备等一些问题，模具的出口会大大增加，对于国家经济的发展来说有着很重要的意义，那么研究和发展模具提高模具的制造水平就显得刻不容缓了。
1.2中外模具行业介绍及其对比
中国目前的模具生产量已经非常大了，另外有专家预计到未来5年之后，中国模具由于国家的重视和对经济的促进效果将急剧发展并成为全世界最大的模具生产国之一，中国模具的普遍制作仍然还是存在着许多方面的问题的，存在着许多不足的地方，但并不是说就一无是处了。
中国模具的制造业制造出来的模具相比与许多其他国家来说同时也具有其他国家所不具备的一些优点，据近几年相关研究模具的研究人员调查研究结果可以得出的一些非常客观的数据就可以看出来，欧洲模具制造业其模具设计和生产的主要优点有以下几点，第一点也就是差别最大的一点就是欧洲的模具是生产制造的时间相对来说比较短，其生产时间要比中国快百分之六十左右，第二点是它们的模具制造出来的质量比较高。
但是中国模具在设计和生产上同时也具有它们所没有的最大的一个优点，那就是中国模具制造业生产模具生产成本相比与欧洲国家来说价格还是比较低的，跟欧洲同行相比较的话中国模具生产的成本只有它们生产成本的百分之九十左右，而造成模具在中国的生产的价格比较低的最主要的原因是因为国内的劳动力成本相比较欧洲来说比较低廉，不过由于价格上具有比较大的优势，企业生产的最终目的还是为了经济效益，所以中国的模具制造行业对许多国外公司依然有着很强的吸引力，而随着中国模具不断的发展，模具制造技术的不断更新，模具质量也会不断的提高，中国模具的出口量也一定会在世界范围内占有越来越多的份额。
另外由于世界各国对模具也越来越重视，因此模具生产商也会越来越多，他们之间的模具竞争也会相应加剧，模具生产商的增多竞争的家具会导致模具总体价格也会相应的降低，比如说像德国在近年内的国家模具整体价格就下降了非常多。
据相关研究人员的统计,前几年全球模具的生产主要集中在德国等一些工业相对来说比较发达的欧洲国家，其中58％的模具是他们所生产的，而中国由于模具的起步相对于其他国家来说显得比较慢工业发展相对来说比较落后等原因中国等亚洲国家模具生产所占全世界模具生产的比例只占到约只有百分之一，随着全世界工业的发展，也意识到模具发展的重要性，今后东欧国家对模具的发展也会越来越重视，其模具发展规模还有其年生产总量将会以非常快的速度增长，中国作为世界上的工业大国理所当然也会把模具的发展放作为国家的发展中的一个非常重要的方面，今后中国和其他亚洲国家的生产比例将提高到百分之二十以上。
另外在中国拥有其它国家所没有的廉价劳动力成本的优势和中国整体经济迅猛持续快速发展的方向，中国的科技水平将会不断的提高，中国模具发展的前景将不可估量。
今后中国和其他亚洲国家的生产比例将提高到百分之二十以上。
另外在中国具有非常的廉价劳动力，这种优势也将促进中国模具的发展，但是也不能因此而认为中国模具的发展将势不可挡，许多问题我们还是需要正视的，目前中国模具制造还缺乏一定的自主创新能力，模具的生产周期相对于其他其他一些模具发展比较好来说还是比较长，也没有建立起相应的比较完整的模具制造体系，这一系列的问题导致国内生产出来的模具质量方面还存在一定的不足。
上述的介绍也提到了欧洲模具制造方面相对于中国模具制造方面的优点，恰好欧洲模具制造和中国模具制造方面优缺点达到了一种互补的关系，利用这点我们可以充分加强与欧洲国家的合作，这样中国的模具生产行业就可以更好更快的学习模具生产技术，以及欧洲一些国家企业先进的管理水平。
2.设计任务及工艺方案分析及确定
本次的设计内容是管夹的第一次弯曲模设计，工件的成型弯曲比较多，形状相对来说比较复杂，通过分析级进模一次弯曲和级进模二次弯曲的优缺点，本次设计所采用的模具是级进模二次弯曲来加工，一次弯曲的内径不好弯曲，并且弯曲后可能会存在精度达不到事先预想的要求的问题，二次弯曲的缺点在于弯曲的回弹大。
本次设计所使用的方法是用二次弯曲来达到加工零件的目的，不过由于本次设计的课题是管夹的第一次弯曲模设计，所以本人在本次设计没有包括零件的最终成型，本次我所设计的制件如下。
2.1设计工件图如图所示
1由于的公差的要求不高，本次设计的公差定位IT4
2管夹的厚度为1mm
3生产出来后的工件表面需要无毛刺比较平整光滑
2.2工艺方案分析以及确定
2.2.1制件的结构工艺性
工艺方案的确定是基于在对不同的制件工艺的全面分析上，其中包括了很多，其实质就是工艺路线的选择，内容主要有工序的排列，顺序，工序数等等各个方面的内容，最后再进行比较选择一个比较合理的方案，另外还需要考虑到经济还有一些技术上的问题等方面。
2.2.2排样
从排样的定义上来说可以看出排样在模具生产当中也是占有非常重要的地位的，排样是指需要进行开料的工件在板料上的所需要的布置还有如何开切的方式。
根据分类方法的不同，排样的分类也分为许多种，按照废料的多少来分类的话，排样就可以分为三种了第一种排样就是有废料，第二种排样就是少废料，还有最后一种就是无废料了，而根据另外的分类方法我们又可以分为不同的排样的方式，但是总体上来说排样是非常重要的结构设计，选择一个合适的排样方式显得就尤为重要了，一个好的排样方式的选择可以起到不仅仅是在降低成本方面有作用，另外在节约资源方面，甚至在减轻工人的工作量的作用都是不可忽视的，而且排样方式的选择对模具的结构，对许多基本装置的选择都会产生一定的影响，因此一个好的排样方式的选择十分重要，经过仔细综合的考虑各个方面的因素，本次设计中排样采用的是直排法。
待排样图的设计基本完成之后，模具结构，加工工艺等等许多方面也随之确定了下来。
2.2.3载体和搭口
载体和搭口的设计在模具设计中的作用不言而喻，他们在模具设计中起到了非常重要的作用，它们的设计直接关系到毛坯在运送过程中的定位问题，一旦说毛坯定位不准的话，那么会带来的许多不必要的问题，后果可能会严重，甚至无法做出产品。
在模具的设计中搭边和载体是相同的，而搭口就是毛坯与载体的连接部分。
载体可使用多件排列的方法，这种方法可以大大提高材料的利用。
搭口需要比较高的强度否则载体与零件的分开可能会出现一定的问题，冲裁的连接部位应该设计的尽量比较平滑，减少毛刺等各个问题的出现，搭接分为两种基本方式一种基本方式是交接而另一种基本方式就是平接，平接需要位置精度特别高，除必要的情况之外，应该尽量用交接的方式。
2.2.4模具材料的选用
用模具制作出来的零件，其零件的质量很显然与模具的质量有着直接的关系，因此在模具材料的选择上就显得十分重要，选择了适当的模具材料不仅是对产品的质量产生直接的影响，甚至对生产效率的影响也比较大，模具如果比较容易损坏并且因此需要经常进行更换的话，会明显影响到生产效率，对经济效益的提高也产生了非常大的影响，所以设计中对模具制作材料的选用，对模具进行表面处理都十分关键，直接关系到产品的质量。
所以作为模具的材料应该具有较高的变形抗力、比较好的抗断裂抗力，并且尽量需要有很好的冷、热加工工艺性、较高的耐磨性和抗疲劳性。
在模具的选择上应该考虑到成本的问题，大批量的生产需要高耐磨的抗疲劳性的模具，小批量的生产则根据实际情况为了降低成本应该选用价格相对较低的材料来做模具，而本次设计出来的零件由于是大批量的生产，所以设计中选择的材料首先耐磨性要比较高，由于本次设计对零件的精密度要求不是特别高，所以综合考虑本次设计考虑采用的是碳钢和低合金钢。
2．2.5模具类型的选择
该工件的生产属于大批量的生产，考虑到零件的特性还有设计中对零件的尺寸要求还有零件的形状等各个方面的原因，经过认真的综合分析得出结论，本次设计采用的最适合的模具是复合冲裁模，这种模具具有非常大的优点，首先从最重要的一点生产的效率方面来说生产效率是非常的高，不仅如此从结构上来说相对于其它的模具来说也是比较简单的，另外这种模具操作起来也并不是十分复杂，操作上简单易懂，如此就能有效减少体力劳动的付出，并且能够降成本降到最低了，综合考虑来说使用这种模具应该来说来说比较合理。
3.工艺设计与计算
3.1冲压工艺分析
①展开毛坯尺寸计算。
展开毛坯尺寸按料厚中心层计算：
L=2π（20+Kt）-（4+2+2×2）+（10-1-2）×2+π（2+Kt）
其中K=0.5，则
L=2π（20+0.5×1）-（4+2+2×2）+（10-1-2）×2+π（2+0.5×1）=
128.8-10+14+7.85=140.65
取L=141mm
为了方便冲模设计的制造，考虑到零件的使用性能，设计中未计入回弹量。
2冲压工艺方案。
我设计的管夹分为三道工序：
工序1：
连续冲裁外形8×141mm和冲两孔。
工序2：
一次预弯，预弯尺寸就是工件图。
工序3：
二次成形。
3一次预弯形状尺寸的确定。
一次预弯尺寸应满足二次成形时的定位方便、成形的可能；一次预弯两端部形状，应与工件夹固定部分尺寸的形状完全一致，因二次成形时只完成直径20mm的成形；一次预弯形状展开毛坯尺寸，应能与二次成形时相同，不应该有缺料或者余料的现象出现。
校核图中AB间的毛坯长度：
L（AB）=2π（9.7+0.5×1）×120°/360°mm=21.4mm
二次成形时直径为40mm的圆对应AB点间的毛坯长度：
L=2π（20+0.5×1）×60°/360°mm=21.47mm
两者的计算结果基本上是相同的
R9.7mm圆弧顶点，应该以方便弯曲毛坯在模具中的定位为宜。
一次弯曲模具结构分析
首先毛坯放在凹模4上，之后用定位板2进行定位。
弯曲前，预料杆3和压料杆5将毛坯压紧，这样做的目地是为了防止弯曲过程中毛坯会滑动。
毛坯在凸模6和凹模4间一次成形。
由于工件较窄，仅有8mm宽，凸模2选用悬臂式结构，可方便取件。
为操作方便，一二次成形模具均选用后侧导柱模架。
3.2冲裁方式选择
本次设计中的本副模具采用比较合理的顺出件式冲裁，该种冲裁方式具有很多的优点，首先比较安全，省去了校平的工序，从而大幅度的提高了生产中的生产效率。
3.3冲裁力的计算
冲裁力的计算是为了计算出压力机的最大压力，计算方法如下
F=AΓ（3-1）
A为剪切断面面积
Γ表示为板料的抗剪强度
由于刃口磨损、以及模具的偏差等各种因素的影响。
取安全系数的大小为1.4，并取抗剪强度
为抗拉强度
的0.8倍，所以冲裁力的计算为
F=LT
（3-2）
式中L表示冲裁轮廓的总长度
T表示板料厚度
表示板料的抗拉强度
经查的取
=300
F=440×1.5×1.4×0.8×300=200000N
3.4卸料力和推料力以及顶件这三种力的计算
很多因素会对这三种力产生比较大的影响，因此非常准确的计算出来这三种力非常困难，实际生产操作中根据总结出来的公式进行计算。
=
F（3-3）
=
F（3-4）
=
F（3-5）
式中
表示的是卸料力
表示的是推加力
表示的是顶件力
表示的是卸料力系数
表示的是推加力系数
表示的是顶件力系数其值可以查表得到
N表示同时卡在凹模孔内的工件或废料数
h表示凹模直刃高度
t表示板厚
F表示冲裁力N按式（3-1）计算。
查资料可得
=0.04
=0.05
=0.06
卸料力
=
F=200000×0.04=8000N
推件力
=
nF=200000×0.05×n=9900×n=40000N
顶件力
=
F=0.06×200000=1200N
3.5压力中心计算
对于对称的零件来说，压力中心的计算就是重心的计算。
X=180mm,Y=0.75mm
3.6确定修边余量
该制件H=38mm
故可求得H/D=38/357=0.110，查表对比可知此数值的大小并不需要留修边余量
3.7毛坯直径计算
由于板厚等于1mm所以根据经验公式可以求出毛坯直径的值
D=d＋4dH－1.72rd-0.56r=390mm
3.8弯曲力FC的计算
影响弯曲力大小的基本因素有很多一个是材料变形量的大小还有所使用的材料的不同也会影响到弯曲力的大方面都会影响到弯曲时的弯曲力的大小。
所以要准确的计算弯曲力的大小就显得比较困难，不过根据无数实践总结出来的经验，弯曲力的计算可以用以下计算式来计算。
弯曲力大小计算的总结出来的经验公式为：
Fu=0.7KBt2σb/γ+t公式（6—5）
Fu表示冲压后的弯曲力的大小
B表示γ弯曲件的宽度的大小
T表示厚度
Γ表示内弯曲半径
σb表示材料的抗拉强度其值可通过查阅资料获得一般取σb=400（MPa）
K表示安全系数，取1.4
根据公式6—5Fu=0.7KBt2σb/（γ+t）
=0.7×1.4×25×1.22×400/（5+2）
=43（KN）
顶件力和压料力的计算也可以根据经验公式来获得其值的大小大概为取弯曲力的百分之三十到百分之八十左右
F压料=80%Fu
=80%42.6
=35.4（KN）
弯曲力的计算
FC=Fu+F压料
=21.45+35.4
=56.85（KN）
3.9压力机的选择
计算出件时的总冲压力：
=F+
+
（3-6）
根据制造要求和对模具的要求固选用总冲压力为（如式3-6）
=F+
+
=223681N
选择其公称压力为250KN的压力机，压力机型号为J23-25
小，甚至弯曲的形状方式模具的结构等等各个
3.10导板间间距的确定
导料板间距离的计算方法：
A=B+Z公式（5—2）
其中Z表示的是导料板与条料之间的间隙的最小值的大小
易查得Z=5mm
根据公式4—2A=B+Z
=28+5
=33（mm）
表5—4导料板与条料之间的最小间隙Zmin
材料厚度t/mm
有侧压装置
条料宽度B/mm
100以下
100以上
~0.5
0.5~1
1~2
2~3
3~4
4~5
5
5
5
5
5
5
8
8
8
8
8
8
3.11材料利用率的计算
材料利用率的大小直接影响生产的经济效应，所以设计中应该尽量提高对材料利用率的计算
冲裁零件的总面积大小的计算：
S=长×宽=26×33=818mm2
毛坯规格的选用：
毛坯规格的选用为长度为900mm宽度为500mm。
首先要计算在一个步距内的材料利用率n：
利用率n1=（nF/Bh）×100%
式中n表示一个步距内冲件的个数：
n1=（nF/Bh）×100%
=（1×818/28×33.2）×100%
=82.86%
先计算出横裁时的条料数为：
n1=900/B
=900/28
=31.6结果表示可以冲的条数为31
每条件数为：
n2=（500-a）/h
=（500-1.5）/33.2
=15.02计算结果表示可以冲的条数为15
那么可以计算出来板料可以冲出来总件数为：
n=n1×n2=31×15=455件
计算板料利用率为：
n12=（nF/500×900）
=（510×800/500×900）×100%
=78.6%
计算纵裁时的条料数为：
n1=500/B
=500/28
=17.006可冲17条，
每条件数为：
n2=（900-a）/h
=（900-1.5）/33.5
=27.2可冲27件，
计算板料可冲总件数为：
n=n1×n2=17×27=489件
计算板料的利用率为：
n12=（nF/500×900）
=（489×800/500×900）×100%
=78.6%
从计算结果可以看出来横裁和纵裁的对材料利用率都是一样的，故零件采用横裁法相对来说比较合理。
3.12落料时凸模间隙值以及落料时凸模间隙值的确定
3.12.1凸模间隙：
是在凸模的设计中是一个非常重要的一个参数，首先凸模间隙它影响冲载件的冲裁之后的冲裁面的表面质量，并且凸模间隙还影响其在尺寸方面的精度。
不仅如此，凸模间隙还影响我们所使用模具的寿命，还有就是在零件成形过程中零件的的受力也会受到很大的影响，冲裁力的大小，推件力的大小等等。
由此可见合理选择凸模的间隙至关重要。
冲裁间隙参数非常重要但主要还是按制件质量要求来的，但是也没有一个非常明确的计算方法，因此按照经验公式来的，由于对该工件的公差精度要求不是非常的高，可采用稍微比较大公差，并不会产生非常大的影响。
通过查表可得到
=0.105mm
=0.135mm
由于非圆形的间隙比圆形间隙要大点，而对于本次设计的冲件精度比较低，低于IT14级。
所以材料冲裁之后断面的精度不需要严格保证没有比较特殊要求的冲件，所以取
Z=0.120mm
（1）考虑到落料和冲孔是有一定的区别的。
由于在落料前的尺寸的长度主要取决于模具，所以我们可以用减小凸模设计中尺寸的大小的方法来确定合理的凸模间隙的大小。
（2）刃口的磨损是个非常重要的问题它对冲件尺寸有非常大的影响，凸模的选取方法也是有比较大的讲究，凸模尺寸在选取的过程中应取尽量保持与冲裁件的最大极限尺寸相适应。
落料时落料的基本尺寸可以查表得到，经查得，落料凸模的基本尺寸应该选取为440mm，使证落料凸模的双面间隙的值保持为0.12。
凸模固定方式
凸模的固定方法有许多种，比较常用的固定方法有两种：
一种方法是用来螺钉固定凸模，另一种方法则是用锥面压装。
而对于较薄的凸模来说，采用的方法也不尽相同，常用的方法可以采用销钉吊装的固定方法另一种方法是首先等侧面开槽之后，然后在用压板把凸模固定在设备上的方法来固定也可以。
但是还有需要指出方面的是，冲裁弯曲连续模工作是按照一定的顺序来的。
顺序一般有以下几步首先第一步先由导销导正条料之后，然后等到弹性卸料板首先将条料固定，第二部开始进行弯曲了，之后就是第三部了进行冲裁或者是进行最后是弯曲工作，完成这三步之后差不多就可以了。
冲裁稍微有点不同它是在成形工作开始后再进行的，并且冲裁是在形成工作结束完成。
根据以上的分析可以得出冲裁凸模的高度值和成形凸模高度值是有区别的，并不是同一个概念，因此这就需要我们来正确设计和区分冲裁凸模和成形凸高度尺寸。
3.12.2凹模
凹模的设计从结构方面以及一些其它方面的原因相比较与凸模的制造来看会显得相对来说要稍微复杂一点。
下面对凹模的结构常用的类型进行介绍，凸模的结构分为许三类第一类是整体式第二种也是比较常见的拼块式另外第三类就是嵌块式了。
块固定板安装孔的加工方式也有两种，不过一般来说我们会使用坐标镗床有时候也会使用坐标磨床。
当嵌块工作型孔不是上述的规则的圆孔，而是为非圆孔的时候，这时候嵌块式凹模具的设计则需要考虑到更多的因素了，固定部分为圆形所以容易转动，为了防止转动，因不能简单的用磨削型孔或者是其他的方式将它分成两个部分，这时候我们仍然需要考虑到其它方面的因素，如拼接缝设计要尽量对冲裁有利并且其设计应该磨削加工能带来非常大的方便之处，在镶入固定板后要对它进行定位，定位的选择用键。
这种方法不仅适用于上述的嵌块套它同样也非常适用于异形孔的导套。
3.13卸料装置的设计
3.13.1卸料板的设计
卸料板的作用顾名思义就是起到了卸料的作用，而在本副模具的卸料板还具有其他的作用，它可以用外形凸模进行导向。
导向的作用在于对其中内孔中的凸模起到一定的保护作用，而卸料板的边界尺寸的大小计算可由其与凹模的边界尺寸是相同的来得出，并且由于卸料板的厚度就可以查阅资料并记录下表格。
故按表10—5中的数据进行选择，容易选择出卸料板厚度选择为6mm。
由于它们的尺寸边界的大小是相同的，卸料板与凸模的间隙就已经在凸模设计中就已经确定了其值为0.035。
卸料板的材料选择方面要求并不是十分严格因此可以采用我们常用的45号钢进行制造，这种钢在热处理淬火厚的硬度在40HRC到45HRC之间。
表10—5固定卸料板厚度
冲压件厚度t
卸料板宽度
<50
50~80
80~125
125~210
>210
~0.8
6
6
8
10
12
>0.8~1.5
6
8
10
12
14
>1.5~3
8
10
12
14
16
3.13.2卸料弹簧的设计
在冲裁模卸料的过程中与零件出件的装置中，通常所采用的元件有弹簧还有另外一种材料橡胶，经过综合分析考虑到本副模具的结构情况，最终该模具使用的弹性元件定为弹簧较为合理。
1、弹簧的选择与计算
在卸料装置中由于弹簧的标准化一般所选择的弹簧为螺旋式压缩弹簧并且该种弹簧成圆柱型。
由于这种弹簧已标准化，设计时候就非常的方便了，只需要根据所确定要求的压缩量还有生产的压力情况之后按照标准来选用就可以了。
（1）卸料弹簧的选择原则
1、首先为保证卸料需要正常工作的话，弹簧需要进行必要的预压，否则弹簧的就不能保持正常的工作。
而其压力的值的大小应该大于等于每一个弹簧所承受的卸料力的大小，根据以上可得下列公式
Fy≥Fx/n公式（10—1）
式中Fy表示弹簧的预压力N
Fx表示卸料力N
N表示的是弹簧根数
2、弹簧在极限压缩时候的尺
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