模具強(qiáng)度的校核

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(lái)進(jìn)行校核的， 通過(guò)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(duì)配合面直徑、模具材料以及相對(duì)應(yīng)的過(guò)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：GA0A1G的數(shù)值越大，則表示零件的冷擠壓變形程度越大。(3)對(duì)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- 69%, G得至上G 3.235.1.2 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 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(zhǎng)度，單位 mm由所設(shè)計(jì)的凹模尺寸可以得出：h=92mms 擠出件的壁厚，對(duì)于實(shí)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(guò)計(jì)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)值， 反之則取偏大值。經(jīng)過(guò)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=52mmA 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(guò)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 o2 0.1 92F 2 420 (In3.23 e 29.5 ) 2122.6 3976055N(2)正擠壓?jiǎn)挝粩D壓力計(jì)算根據(jù)正擠壓?jiǎn)挝粩D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(guò)查閱資料后，其值取 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?yàn)橛少Y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(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(guò)程中有外力引起的，當(dāng)外力撤銷(xiāo) 后，由于基體的形變內(nèi)應(yīng)力依然存在，如果不消除的話(huà)，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(guò)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(guò)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：(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(jiàn)模具會(huì)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：=80mm(是內(nèi)徑的1.54倍)第二層外徑尺寸設(shè)計(jì)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(guò)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(zhǎng)模具的工作壽命； 通過(guò)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(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(lái)應(yīng)用有限元方法， 通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真軟件模擬成形過(guò)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(guò)程當(dāng)中因?yàn)槭芰Φ淖饔枚a(chǎn)生的尺寸變化， 這種變化會(huì)使得其數(shù)值隨著模具材質(zhì)、 過(guò)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(huì)比較大，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程之中不能根據(jù)仿真結(jié)果或者計(jì)算數(shù)值來(lái)進(jìn)行修正，應(yīng)當(dāng)在盡可能將成形尺寸落在公差范圍以?xún)?nèi)的條件之下， 使得模具能進(jìn)行適當(dāng)?shù)?修正，所以?xún)?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（52±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(huì)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=51.92mm當(dāng)產(chǎn)品的尺寸為（52±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=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(duì)擠壓力的影響， 其實(shí)就是對(duì)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(xiàn)方向的入口角a 2大小的所影響的。a i角的大小對(duì)擠壓力的影響就跟正擠壓圓柱形零件的情況相似，通過(guò)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(duì)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(huì)使得開(kāi)始擠壓的時(shí)候的齒形充填不滿(mǎn)。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(huì)變大。a 2角的大小降低的時(shí)候雖然所受擠壓力會(huì)變小，但是當(dāng)a 2< 90。的時(shí)候會(huì)造 成齒部對(duì)圓柱體部分的過(guò)渡區(qū)域擴(kuò)大。止匕外，如果a 2角角度太大，就會(huì)使得凹模進(jìn)口過(guò)渡部分之上的齒形太過(guò)尖銳，嚴(yán)重的可能會(huì)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(huì)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°。