哈工大橡胶胀形模课程设计说明书要点Word下载.docx
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（1）尺寸要求见图纸；
（2）材料：
Q235钢
（3）批量：
1000件/年
设计要求：
通过国内外资料总结研究的目的和意义，确定设计方案、确定设计工作内容、预期可能的成果、和设计种可能遇到的困难及解决措施。
完成模具装配图绘制（2D）、模具工作部分零件图绘制（2D）、模具装配效果图（3D）；
中期报告。
绘制全部的零件图、装配图（2D、3D）；
学会CAE软件建模。
撰写设计说明书、结题报告，包括主要工艺条件的CAE分析内容。
设计时间：
2014年06月30日至2014年07月24日
设计人（签字）指导教师（签字）
第1章 设计背景
在实际生产中，通常采用的胀形方法主要有刚模胀形、固体软模胀形、液压胀形、起伏成形和圆柱形空心坯料的胀形等方法。
刚模胀形是利用锥形芯块将分瓣凸模顶开，使工序件胀出所需的形状。
固体软模胀形的凸模采用橡胶、聚氨酯或PVC（聚氨乙烯）等材料，胀形时利用软凸模受压变形并迫使板材向凹模型腔贴靠。
用固体软模胀形可以改善刚模胀形的某些不足（如工件变形不均匀、模具结构复杂等）。
液压胀形是在工作前先在坯料内灌注液体，当压力机外滑块下行时先把制件的口边压住，然后内滑块下行，通过橡皮垫使液体产生高压将坯料胀大成形。
而对尺寸较大, 形状为凸肚形的空心胀形件, 若采用刚模胀形会使凸模的分瓣数增多, 制件外观质量难以保证, 并且模具结构复杂, 给使用和维修带来不便。
而采用橡胶胀形工艺既能保证制件的形状和表面质量要求,又使模具结构简单,制造容易,同时也给使用和维修带来方便。
聚氨酯橡胶是聚氨基甲酸酯橡胶的简称, 是一种高分子
弹性材料,性能介于橡胶与塑料之间,强度与硬度较高,耐磨、耐油、耐老化、抗撕裂及流动性能均较好, 同时还有良好的
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机械加工性能,可进行车、铣、刨、磨等加工.在管件和钣金件的成型中,要用到冲压、胀形等金属模具,用聚氨酯橡胶代替传统钢模中的凸模或凹模,设计的模具结构简单,具有生产成本低、零件表面质量好、尺寸精确等突出的优点
自从20世纪80年代初，由于具有高弹性,高耐磨性的聚氨酯橡胶的应用,以及对弹性凸模胀形机理的实验研究,使其应用范围日益扩大。
不仅用于低强度薄板零件的成形,而且可以用来压制高强度钢,耐热钢以及耐热合金的板制零件的成形,板厚可达3mm以上。
因此现已广泛应用于机械、电子、电器、精密仪器仪表、家电和国防工业等领域，并取得良好的社会经济效益。
聚氨酯胀形模采用了具有高强度、高硬度、耐磨、耐油、耐老化、抗撕裂强等性能的聚氨酯橡胶做凸模,利用其受压后横向膨胀而卸载后自行恢复原状的特性使零件胀形,即利用它的各向流动性质,在变形过程中其形状的变化来成形各种冲压件,所以它具有刚性胀形模那样易于控制而不易流散、无污染及流体胀形模的贴模性好和表面质量好等优点,而且又克服了刚性及液体胀形模的缺点。
此外,聚氨酯胀形模结构
简单、生产周期短、成本低、易于修复,它不仅适合于中小批
量和单件生产,也适合于大批量生产。
聚氨酯橡胶胀形的力学特性是胀形中工件变形的应力来自芯模的作用, 聚氨酯芯模胀形把压力机的机械能转变为芯模的变形能, 再以芯模的抗变形力对工件施压, 变成工件的变形能而使工件变形。
自由状态的聚氨酯圆柱体两端受压时,橡胶体变成鼓形, 但由于工件材料的强度和刚度高于橡胶,所以工件的变形滞后于芯模的变形。
因此胀形初期, 橡胶芯模只能按工件毛坯形状变形,并以体积变形方式把压力机的作用力转变成芯模的变形能, 再转化为对工件的压力。
当压力达到一定值时, 工件才开始塑性变形。
材料的强度越高, 开始塑性变形所需的压力就越大。
在芯模变形开始到工件开始塑性变形的过程中, 芯模一方面对工件壁施加压力, 另一方面与工件侧壁产生相对滑动, 由于橡胶与金属间的摩擦系数高达0.15-0.2, 产生很大的摩擦力,橡胶与毛坯的摩擦作用带动毛坯向胀形区流动。
因此胀形中可能出现的问题有
（1）失稳。
（2）开裂。
尤其对于HD较大的零件在胀形时应注意两个问题：
1）防皱,可合理选择胀形时的中间过渡形状。
2）防止裂纹。
应保证焊缝质量,卷焊件应进行热处理,
以消除焊接应力回复塑性。
并打磨焊缝端头,抛光焊缝,防
止应力集中
第二章工艺方案分析及确定
工件名称：
低碳钢筒形件工件简图：
如下图1所示生产批量：
中小批量
材料：
Q235材料厚度：
4mm
图1
由工件图1看，该工件长度较长，直径较大，边缘较薄，需要胀形部分胀形程度小，而橡胶胀形加工具有如下优点：
1）成形精度高，表面质量好。
由于橡胶胀形时采用一软一硬的凸、凹模结构，故成形过程中利用橡皮的流动性好，可使材料受力均匀，贴模良好，容易保证零件的正确几何形状。
零件的表面质量完全取决于剐性凹模的粗糙度值，不可能出现刚性凸模胀形时零件表面残留直线段和棱角的缺陷。
2）模具结构简单，加工方便，制造模具周期短，成本低。
同时操作方便，生产率高。
3）避免了液压胀形中的密封困难问题。
因此小组决定使用聚氨酯固体软模胀形方法对工件进行胀形。
第三章工艺计算与设计
毛坯尺寸主要包括筒形件毛坯直径和长度，而筒形件壁厚通常取与胀零件相同，为4mm.
（1）筒形件毛坯直径。
直径已由所提供毛坯决定，直径为
164mm
（2）筒形件毛坯长度。
自然胀形的筒形件毛坯长度按等长度原则计算，如图2所示。
为便于材料流动，增加材料在切向（周围方向）的可能变形程度和减少材料的变薄率，胀形时，毛坏两端不固定，使其自由收缩，因此计算毛坏高度时需增加一个收缩量公式如下
Lo=L[1+（0.3~0.4）δ]+B
Lo——要求胀形后的尺寸，mmL——工件高度或者母线长度，mm
δ——材料圆周方向的最大延伸率，%B——切边余量，平均取5~15mm0.3~0.4——考虑横向收缩系数。
Lo=590[1+0.4*（175-168）/168]+B
=591.766+B
B取8.234mmLo=600mm
橡胶胀形如图3所示，橡胶凸模4处在筒形件毛坯5内，当压头1对橡胶凸模4下压且压缩量达到一定值时，橡胶凸模的单位压力便急剧增加，这与液体在封闭容器内受压情况相似。
若设筒形件毛坯内部各处的压力都是均匀的，则橡胶胀形所需的单位压力q，可按液压胀形时的单位压力来考虑。
图3橡皮胀形图
1.压头2．凹模3．模套4．橡皮凸模5．毛坯
聚氨酯橡胶胀形时，除需对筒形件毛坯径向施加足够的单位压力外，还需克服橡胶与毛坯之间的摩擦力。
因此，若考虑摩擦影响时，聚氨酯橡胶胀形的总压力应为聚氨酯橡胶胀形力与摩擦力之和。
设橡胶胀形的单位压力为q，则橡胶胀形力为：
P=q*F
式中P--橡胶胀形力，N
q—橡胶单位压力，MPa。
按资料公式计算得q=2t*δ/Dmax=2*4*529/175=24.18MPa
F—橡胶凸模的投影面积，mm。
计算得
F=πD2max/4=3.14*1752/4=24052.82mm2
代入上式得P=24.18*24052.82=581597.16N
橡胶凸模与毛坯之间的摩擦力为：
Fl=u·
q·
A
式中Fl—橡胶凸模与毛坯之间的摩擦力，N
u—橡胶凸模与毛坯间的摩擦系数，取u=0．15A—摩擦作用表面积，mm。
包括胀形区上部与橡胶
接触的面积和胀形区面积计算为
A=A1+A2=π·
d1·
h1+π·
d2·
h2=3.14*164*20+3.14*171*10
6=69000.68mm2Fl=0.15*24.18*69000.68=250256.47N
所以，橡胶胀形的总压力P0为
P0=P+Fl=581597.16+250256.47=831862.63N
压力机的选择：
在实际生产中，为了防止设备的超载，可按
F压³
（1.6~1.8）F总来估算压力机的公称压力F压，参照有关资料选用开
式四柱压力机Y32-500T，其主要技术参数为：
公称压力 5000KN
滑块行程 900mm
最大开口高度 Hmax=1500㎜
工作台尺寸 左右L=1400㎜前后B=1400㎜
3.4模具压力中心
模具压力中心是指诸冲压合力的作用点位置，为了确保压力机和模具正常工作，应使胀形模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。
否则，会使胀形模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨间产生过大磨损，模具导向零件加速磨损，降低了模具和压力机的使用寿命。
模具的压力中心，可安以下原则来确定：
1、对称零件的单个冲裁件，冲模的压力中心为冲裁件的几何中心。
2、工件形状 相同且分布对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。
3、各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该轴的力矩。
求出合力作用点的坐标位置0，0（x=0,y=0），即为所求模具的压力中心。
Xo=L1X1+L2X2+……LnXn/L1+L2+……Ln
Yo=L1Y1+L2Y2+……LnYn/L1+L2+……Ln
由于该零件是一个圆形对称件，属于对称中心零件，所以该零件的压力中心在图形的几何中心o处。
如图4所示：
图4压力中心图
第四章模具的其他零件
4.1模架
模具除简单冲模外，一般冲模多利用模架的结构。
模架的和种类很多，要根据模具的精度要求，模具的类别，模具的大小选择合适的模架.
模架的选择可从《冲压手册》P588页（GB2851.3-81）
选择标准架。
根据查阅的内容及分析，此胀形模可选用后侧导柱模架导、导柱安装在后侧，有偏心裁荷时容易歪斜，滑动不够平稳，可从左右前三个方向关料操作比较方便。
常用于一般要求的小型工件的冲裁和拉深模。
选用的模架的凹模周界为L=160mm，B=160mm，D0=160mm。
1）上模座：
图5
上模座材料选用45钢，硬度为HRc40~45。
由于L´
B£
200´
160,所以根据《冲压设计资料》P445-446页（GB2855.5-81）上模座选用的规格为160×
160×
40，结构如图5所示。
其中，t=40mm，L1=170mm，S=170mm，A1=110mm，
A2=195mm，R=42mm，l2
=80mm，D=42+0.025mm。
2）下模座：
图6
下模座材料选用45钢，硬度为HRc45~48。
根据《冲压手册》P594页（GB2855.6-81）下模座选用的规格为160×
45，结构如图6所示。
-0.041
=80mm，d=28-0.020mm。
4.2模柄
模柄有多种形式，要根据模具的结构特点，选用模柄的形式模柄的直径根据所选压力机的模柄孔径确定，模柄可根据《冲压手册》P620页选择，经查阅各种模柄的特点，选用凸缘模柄，这种模柄应用比较广泛，凸缘模柄的结构和尺寸，如图所示的B型模柄制造，B型模柄中间有孔可安装卸料螺钉进行打料。
图7
模柄选用的材料为A5。
根据《冲压手册》P623页（GB2862.3-81）选用B型凸缘模柄，由于所选压力机的模柄孔直径为F30´
50，因此所选模柄的规格为30´
75，其结构如图7所示。
其中，d=30-0.065mm，D=750 mm，h=64mm，h
=16mm，
-0.195 -0.019 2
d1=11mm，D1=52mm，d3=9mm，d2=15mm，h1=9mm。
卸料螺钉是卸件块与上模座之间安装的连接件，即要保证卸件块能平稳运动，又要保证卸件块与上模座的连接关系。
根据模具的特点，本次设计采用《冲压手册》P645页（GB2867.5-81）的圆柱头卸料螺钉，材料为45钢，硬度为HRc40~45。
其结构如图
9所示。
图9
其中，d=10mm，L=235mm，d1:
M8，l=8mm，D=15mm，
h=6mm，n=2.5mm，t=3mm，r£
0.4mm，r1£
0.5mm，d2=6.2mm
，b=2mm，c=1.2mm。
4.4弹顶和推出装置
弹顶装置由弹簧元件组成装于模具的下面通过顶杆起到顶块从而起到推料的作用，弹顶装置通常在压力机的工作台孔中。
顶杆设计的尺寸为直径12mm，长度为80mm。
材料45钢，硬度为HRc40~45。
顶块的材料为T10，硬度为HRc60~62，其结构如图10所示。
图10
4.5导向装置（导柱、导套）
导向装置指得是模架上的导柱、导套。
模具在开模，闭模过程中，导柱和导套起导向的作用，使得凸凹模正确的闭合，故此，导柱、导套需要有严格的配合精度及尺寸要求，导柱、导套的选择可以从《冲压手册》中选取，（取H7/h6配合）
1）导柱：
图11
导柱选用的材料为20钢，硬度为渗碳HRc60~62。
根据《冲压手册》P606页（GB2861.1-81）选用A型导柱，规格为28´
150，其结构如图11所示。
其中，d=32mm，L=910mm。
2）导套：
图12
导套选用的材料为20钢，硬度为渗碳HRc60~62。
根据《冲压手册》P612页（GB2861.6-81）选用A型导套，规格为32×
500×
48，其结构如图12所示。
其中，
d=32mm，D=48mm，L=500，h=38mm，l=25mm，b=3mm，a=1mm，
油槽数为2个。
4.6连接零件
此类零件包括螺钉、销钉等，主要作用是联接其它零部件，使之共同完成工件的制造，螺钉和销钉可由《冲压手册》第十章、第七、八章查选，形状及尺寸见七、八节图所示。
本次设计需要3个M8´
20L的内六角螺钉和6个M10´
55L的内六角螺钉，2个d=8mmd的圆柱销，则胀形模上有关螺钉孔的尺寸见《冲压手册》表10-28。
4.7凸凹模
（1）凸模
凸模的材料是橡皮，其结构如图13所示。
图13
（2）上凹模
上凹模的材料是CrWMn，其结构如图14所示。
图14
（3）下凹模
下凹模的材料是CrWMn，其结构如图15所示。
图15
5.主要组件的装配
1.模柄的装配,模柄与上模座的配合要求是H7/m6.装配时，先加工定俭销孔或螺纹孔，再用螺钉将模柄固定在上模座上。
然后把模柄端面突出部分锉平或磨平，安装好模柄后，用角尺检查模柄与上模座上平面的垂有度。
2、凸模和装配，凸模与上凹模的配合要求为H7/m6.。
装配时，先
在上凹模里将凸模装入，检查凸模的垂直度，然后将上凹模的上平面与凸模尾部一起磨平。
3、卸件块的装配，卸件块起压料和卸料的作用。
装配时保证它与凸模之间具有适当的间隙，其装配方法是，先将卸件块装入凸模内，然后再将卸料螺钉通过模柄、上模座和凸模上的通孔与其连接。
4、模架的技术要求及装配，组成模架的各零件均应符合相应的技术条件，其中特别重要的是每对导柱，导套的配合间隙应符合要求。
装配成套的模架，多项技术指标（上模座上平面对下模座下平面的平行度）导柱轴心线对下模座下平面的垂直度和导套孔轴心线对上模座下面垂直度）应符合相应精度等级要求。
装配后的模架，上模座沿导柱上、下移动平稳无阻滞现象，压入上、下模座的导柱导套离其它装表面应有1—2mm距离，压入后就牢固。
装
配成套的模架，各零件的工作表不应有碰伤，裂纹以及其它机械损伤模架的装配主要指导柱导套的装配，目前大多数导柱，导套与模座
之间采用过盈配合，即将上下模座孔扩大，降低其加工要求，同时将导柱、导套之间冷入粘结剂，即可使用导柱，导套固定，滑动导向模架常用的装配工艺和检验方法有压入导套、压入导套、安装导套。
6.模具的动作说明
本模具是一套胀形模。
将毛坯放在下凹模内并由它定位，冲压时凸模先插入毛坯内，毛坯在上、下凹模和凸模的夹持下进行镦压，利用空气的压力使中部空腔处胀出成形，工件成型后，卸件块顶住工件，上模上行，工件与上凹模脱离，然后顶杆推动顶块将工件从下凹模中顶出。
7模具总装图
结束
通过这次模具设计，小组成员在多方面都有所提高。
首先，了解了国内外对胀形设计的最近研究进展，开拓了眼界。
其次，我们综合运用本专业所学课程的理论知识的能力有所增强，进一步提升了我们的理论与实践相结合的能力。
巩固与扩充了胀形模具设计等锻压课本里所学的内容。
第三，了解了模具的基本结构，掌握了胀形模具设计的方法和步骤，以及设计理念。
提高了计算能力，阅读能力，绘图能力，以及遇到困难时的解决思路和途径。
小组三人均受益匪浅。
参考文献
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