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1、第五章 模具強度的校核凹模強度的校核，其主要原理是根據(jù)厚壁圓筒理論來進行校核的， 通過分析和 計算各個配合面與凹模內(nèi)腔的周向拉應(yīng)力是否在模具材料的強度許可范圍之內(nèi)， 然后再按照計算的結(jié)果對配合面直徑、模具材料以及相對應(yīng)的過盈量進行調(diào)整， 要用公式計算出模具的沖裁力，抗壓強度，屈服強度，疲勞強度，是否在允許范 圍內(nèi)，從而使得模具符合強度的設(shè)計要求。5.1 模具強度的校核5.1.1 變形程度的計算(D由上可以得出,零件斷面收縮率為:(2)擠壓比為：GA0A1G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:以上三者存在如下的關(guān)系:11 - GInG1In1 - F則可以得到：1
2、- 69%, G得至上G 3.235.1.2 冷擠壓變形力的計算(1)由于在此次模具設(shè)計之中,我們選擇的是正擠壓的方法，所以根據(jù)正擠壓力的計算公式可以得出：F pAoc b(In?Aes ) 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=0.1h 凹模工作帶長度，單位 mm由所設(shè)計的凹模尺寸可以得出：h=92mms 擠出件的壁厚，對于實心件，那么其數(shù)值是擠出部分直徑的一半，單位 為mm經(jīng)過計算，可以得出，擠出件的壁厚 s=29.5mmf 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)
3、值， 反之則取偏大值。經(jīng)過計算和查 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算出，凸模的工 作部分直徑為：d=52mmA 凸模與擠壓毛坯的接觸表面在凸模運動方向上的投影面積，單位為 mrK經(jīng)過計算可以得出：A uR2 2627t 2122.6 mrm因為此次是錐形凹模擠壓，所以根據(jù)資料，其計算結(jié)果還要乘以0.85 o2 0.1 92F 2 420 (In3.23 e 29.5 ) 2122.6 3976055N(2)正擠壓單位擠壓力計算根據(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
4、值取 二1050MPad-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 5292p 2 1050 (In1.8 2 0.1 92) e 93.62210.88MPa52因為由資料顯示，模具的許用單位壓力分別為 2000MPa-2500MP；a而2210.88MPa 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)計是合理的。5.1.3應(yīng)力的計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)在進行工
5、作的時候， 其近似計算的結(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。通過分析與計算可以得到模芯上段內(nèi)腔的周向拉應(yīng)力的數(shù)值為：(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： 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
6、良好， 抗壓強度優(yōu)越， 但是其抗拉強度非常低， 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)見模具會有一個比較差的壽命。因此其調(diào)整如下：模芯的外徑尺寸設(shè)計為：=80mm(是內(nèi)徑的1.54倍)第二層外徑尺寸設(shè)計為：二160mm(是內(nèi)徑的2倍)第三層外徑是：二280mm(是內(nèi)徑的1.75倍)直徑為=80mrm5=160mnm勺模芯，它的過盈量分別為 0.52mm和0.8mm改進后的校核計算結(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
7、應(yīng)力狀態(tài)之下， 因為模芯始終在三向壓應(yīng)力狀態(tài)之下進行工作， 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)計的結(jié)果來應(yīng)用有限元方法， 通過計算機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)中因為受力的作用而產(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。 計算結(jié)果與實際結(jié)果在一般的情況之下， 這
8、兩者的出入會比較大，因此在設(shè)計過程之中不能根據(jù)仿真結(jié)果或者計算數(shù)值來進行修正，應(yīng)當(dāng)在盡可能將成形尺寸落在公差范圍以內(nèi)的條件之下， 使得模具能進行適當(dāng)?shù)?修正，所以內(nèi)腔的直徑應(yīng)該設(shè)計在下偏差處。例如產(chǎn)品的尺寸為（520.05）,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，估算擠壓時候的模具可能會有0.03mm左右的擴大，因此靜態(tài)模具尺寸其數(shù)值可以設(shè)置為=51.92mm當(dāng)產(chǎn)品的尺寸為（520.1 ） mm 的時候，靜態(tài)模具尺寸其數(shù)值就可以設(shè)置為=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)計的
9、凹模的形狀及尺寸如圖1-7 所示。在冷擠壓齒輪的時候， 影響擠壓模具的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， 其實就是對毛坯斷面收縮率的影響。 凹 模進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小。當(dāng)a i的大小減小 到100 -120的時候，會使得開始擠壓的時候的齒形充填不滿。當(dāng)a 2=180的時候，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角的大小降低的時候雖然所受擠壓力會變小，但是當(dāng)a 2 90。的時候會造 成齒部對圓柱體部分的過渡區(qū)域擴大。止匕外，如果a 2角角度太大，就會使得凹模進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的時候，所受擠壓力 就會增大，進而導(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，可以采用a1=120。、a 2=90。
模具強度的校核
