模具強(qiáng)度的校核

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1、第五章 模具強(qiáng)度的校核 凹模強(qiáng)度的校核，其主要原理是根據(jù)厚壁圓筒理論來進(jìn)行校核的， 通過分析和 計(jì)算各個(gè)配合面與凹模內(nèi)腔的周向拉應(yīng)力是否在模具材料的強(qiáng)度許可范圍之內(nèi)， 然后再按照計(jì)算的結(jié)果對配合面直徑、模具材料以及相對應(yīng)的過盈量進(jìn)行調(diào)整， 要用公式計(jì)算出模具的沖裁力，抗壓強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度，疲勞強(qiáng)度，是否在允許范 圍內(nèi)，從而使得模具符合強(qiáng)度的設(shè)計(jì)要求。 5.1 模具強(qiáng)度的校核 5.1.1 變形程度的計(jì)算 (D 由上可以得出, 零件斷面收縮率為: (2) 擠壓比為：G A0 A1 G的數(shù)值越大，則表示零件的冷擠壓變形程度越大。 (3) 對數(shù)變形程度 e為: 以上三者

2、存在如下的關(guān)系: 1 1— - G InG 1 In 1 - F 則可以得到：1-- 69%, G 得至上 G 3.23 5.1.2 冷擠壓變形力的計(jì)算 (1)由于在此次模具設(shè)計(jì)之中, 我們選擇的是正擠壓的方法，所以根據(jù)正擠壓 力的計(jì)算公式可以得出：F pAo c b(In? A es ) Ao 在上式中：c 材料的加工硬化系數(shù)。經(jīng)查閱資料后可以得出: [1 摩擦因數(shù)。經(jīng)查閱資料后選擇N =0.1 h ——凹模工作帶長度，單位 mm由所設(shè)計(jì)的凹模尺寸可以得出： h=92mm s ——擠出件的壁厚，對于實(shí)心件，那么其數(shù)值是

3、擠出部分直徑的一半，單位 為mm經(jīng)過計(jì)算，可以得出，擠出件的壁厚 s=29.5mm f ——凹、凸模工作部分的幾何形狀系數(shù)，在一般情況下，其數(shù)值取為0.8-1.3 , 合適的凹、凸模工作部分形狀則取偏小的數(shù)值， 反之則取偏大值。經(jīng)過計(jì)算和查 閱資料可得，f=1.0. d ——凸模的工作部分直徑，單位為 mm有零件的尺寸可以計(jì)算出，凸模的工 作部分直徑為：d=52mm A ——凸模與擠壓毛坯的接觸表面在凸模運(yùn)動(dòng)方向上的投影面積，單位為 mrK 經(jīng)過計(jì)算可以得出：A uR2 2627t 2122.6 mrm 因?yàn)榇舜问清F形凹模擠壓，所以根據(jù)資料，其計(jì)算結(jié)果還要乘以0.85 o 2 0.

4、1 92 F 2 420 (In3.23 e 29.5 ) 2122.6 3976055N (2)正擠壓單位擠壓力計(jì)算 根據(jù)正擠壓單位擠壓力公式有： 式中，h1凹模的工作帶高度，單位為 mm ——擠壓材料的平均變形抗力，單位為MPa通過查閱資料后，其值取 二1050MPa d -0- Jg =1.8 ,則 d0=1.8 x 52=93.6mm d 可得，正擠壓的單位擠壓力為： 2 0.1 52 92 p 2 1050 (In1.8 2 0.1 92) e 93.62210.88MPa 52 因?yàn)橛少Y料顯示，模具的許用單位壓力分別為 2000MPa-2500MP；a而2

5、210.88MPa 介于兩者之間，在規(guī)定的范圍之內(nèi)，所以可得此次模具設(shè)計(jì)是合理的。 5.1.3應(yīng)力的計(jì)算 模具需要消除的主要是內(nèi)應(yīng)力， 它是在加工過程中有外力引起的，當(dāng)外力撤銷 后，由于基體的形變內(nèi)應(yīng)力依然存在，如果不消除的話，在自然條件下就容易變 形，硬質(zhì)塑料還容易斷裂。模具的應(yīng)力狀態(tài)在進(jìn)行工作的時(shí)候， 其近似計(jì)算的結(jié) 果如下： 通過查閱資料，選擇材料 G7的彈性模量為E=500GPa泊松比為v=0.22。 H13的彈性模量為E=215GPa泊松比為v=0.3。 45鋼的彈性模量為E=210GPa泊松比為v=0.28。 通過分析與計(jì)算可以得到模芯上段內(nèi)腔的周向拉應(yīng)力的數(shù)值為：

6、(T e i=666MPa 相應(yīng)的內(nèi)套圈內(nèi)壁周向拉應(yīng)力數(shù)值為： (T e2=710MPa 相應(yīng)的外圈內(nèi)壁周向拉應(yīng)力的數(shù)值為： (T e3=707MPa 模芯齒形段的內(nèi)腔的周向拉應(yīng)力的數(shù)值為： ① ei'=404MPa 相應(yīng)部分的內(nèi)套圈內(nèi)壁周向拉應(yīng)力的數(shù)值為： (T e2'=570MPa 相應(yīng)的外圈內(nèi)壁周向拉應(yīng)力的數(shù)值的數(shù)值為： 硬質(zhì)合金的耐磨性良好， 抗壓強(qiáng)度優(yōu)越， 但是其抗拉強(qiáng)度非常低， 一般其數(shù)值 在200Mp以下，所以在內(nèi)腔周向拉應(yīng)力的數(shù)值為 666MPa勺情況下，我們可以預(yù) 見模具會有一個(gè)比較差的壽命。因此其調(diào)整如下： 模芯的外徑尺寸設(shè)計(jì)為： ①=80mm(

7、是內(nèi)徑的1.54倍) 第二層外徑尺寸設(shè)計(jì)為： ①二160mm(是內(nèi)徑的2倍) 第三層外徑是： ①二280mm(是內(nèi)徑的1.75倍) 直徑為①=80mrm5①=160mnm勺模芯，它的過盈量分別為 0.52mm和0.8mm 改進(jìn)后的校核計(jì)算結(jié)果如下： (T ei=-68MPa (T 92=908MPa (T 93=842MPa (T ei'=-266MPa (T e2'=794MPa (T 93'=761MPa 在上述的的應(yīng)力狀態(tài)之下， 因?yàn)槟Ｐ臼冀K在三向壓應(yīng)力狀態(tài)之下進(jìn)行工作， 所 以這樣可以很大程度上改善它的使用條件， 延長模具的工作壽命； 通過分析發(fā)現(xiàn)， 外圈

8、內(nèi)腔周向拉應(yīng)力的數(shù)值為 842MPa幾乎已經(jīng)接近45鋼材料的抗拉強(qiáng)度，所 以在考慮之后，外圈的材質(zhì)選擇更改為H13。 如果條件良好， 還可以依據(jù)設(shè)計(jì)的結(jié)果來應(yīng)用有限元方法， 通過計(jì)算機(jī)仿真軟 件模擬成形過程，這樣可以得到更加精準(zhǔn)的結(jié)果。 5.1 模具尺寸的確定 凹模內(nèi)腔尺寸的確定要綜合考慮和分析模具材料在加工成形過程當(dāng)中因?yàn)槭? 力的作用而產(chǎn)生的尺寸變化， 這種變化會使得其數(shù)值隨著模具材質(zhì)、 過盈配合以 及內(nèi)腔形狀的變化而變化。 計(jì)算結(jié)果與實(shí)際結(jié)果在一般的情況之下， 這兩者的出 入會比較大，因此在設(shè)計(jì)過程之中不能根據(jù)仿真結(jié)果或者計(jì)算數(shù)值來進(jìn)行修正， 應(yīng)當(dāng)在盡可能將成形尺寸落在公

9、差范圍以內(nèi)的條件之下， 使得模具能進(jìn)行適當(dāng)?shù)?修正，所以內(nèi)腔的直徑應(yīng)該設(shè)計(jì)在下偏差處。 例如產(chǎn)品的尺寸為（①52±0.05）,模芯是硬質(zhì)合金材料，凸模的單位壓應(yīng)力 的數(shù)值是1750MPa寸，估算擠壓時(shí)候的模具可能會有0.03mm左右的擴(kuò)大，因此 靜態(tài)模具尺寸其數(shù)值可以設(shè)置為①=51.92mm當(dāng)產(chǎn)品的尺寸為（①52±0.1 ） mm 的時(shí)候，靜態(tài)模具尺寸其數(shù)值就可以設(shè)置為①=51.90mm 外形尺寸最主要考慮的因素是裝配關(guān)系， 由此確定好定位面， 從而就可以確定 其精度和公差的范圍。按照上述的步驟，得出所設(shè)計(jì)的凹模的形狀及尺寸如圖 1-7 所示。 在冷擠壓齒輪的時(shí)候， 影響擠壓模具的

10、幾何形狀的因素有很多， 其主要因素有： 齒輪的模數(shù)和齒數(shù)、精整帶（即工作帶）的高度以及凹模進(jìn)口部分的形狀等 等。 齒輪的模數(shù)和齒數(shù)對擠壓力的影響， 其實(shí)就是對毛坯斷面收縮率的影響。 凹 模進(jìn)口的部分形狀主要是受半徑方向的入口角ai大小與切線方向的入口角a 2 大小的所影響的。 a i角的大小對擠壓力的影響就跟正擠壓圓柱形零件的情況相似，通過減小ai 角可以使得擠壓力降低。但是由于齒輪擠壓加工的時(shí)候ai角的大小僅僅只對齒 峰部分有影響的，所以它的影響程度比正擠壓圓柱零件時(shí)小。當(dāng)a i的大小減小 到100° -120°的時(shí)候，會使得開始擠壓的時(shí)候的齒形充填不滿。當(dāng)a 2=180°的 時(shí)候，雖然齒峰的充填情況較之要好，但是所受擠壓力會變大。 a 2角的大小降低的時(shí)候雖然所受擠壓力會變小，但是當(dāng)a 2< 90。的時(shí)候會造 成齒部對圓柱體部分的過渡區(qū)域擴(kuò)大。止匕外，如果a 2角角度太大，就會使得凹 模進(jìn)口過渡部分之上的齒形太過尖銳，嚴(yán)重的可能會導(dǎo)致局部的變形非常劇烈， 使得毛坯上的磷化層遭到破壞， 從而引起凹模齒峰的精整部分 （即工作帶） 很快 地磨損掉，工作壽命大大地縮短。當(dāng)a 2角度值接近180°的時(shí)候，所受擠壓力 就會增大，進(jìn)而導(dǎo)致零件齒形的充填情況變壞。 所以，綜上分析之后得出，在正擠壓齒輪時(shí)，可以采用a1=120。、a 2=90°。