鹅颈式弯曲模设计及强度分析

  随着鹅颈弯曲模具在冲压领域的广泛应用，弯曲成形部件的制造成本大大降低。同时，在使用鹅颈管期间发生模具损坏问题弯曲模具已成为生产车间常见的惯性问题，其损坏是由于模具强度设计不足和模具设计结构不合理造成的。

  1.零件的过程分析

  以铁路货车侧柱为例，详细介绍了鹅颈弯曲模具的设计过程和受力分析。图1显示了出口铁路货车侧柱的横截面。该厚度为12毫米。材料是Q450NQR1。铁路货车用高强度耐腐蚀钢，长度为2530mm。工艺流程为：喷丸，喷漆→切割→切割→找平→弯曲→储存。

  如图2所示，弯曲过程分为4个步骤。在步骤4的弯曲过程中，鹅颈弯曲模式起作用。因此，在鹅颈弯曲模具的设计过程中，参数设计了鹅颈弯曲模具主要按步骤4进行。

  2.弯曲力的计算

  P - 总弯曲力N.

  B - 弯曲宽度，mm

  δ--材料厚度，mm

  σb - 抗拉强度，MPa

  R--内弯曲半径，mm

  计算零件所需的弯曲力为5930kN，这意味着弯曲模具需要承受来自弯曲机的5930kN的压力。

图1 - 侧柱部分

  3.模具设计原理

  如图2中的弯曲步骤4所示，如果没有鹅颈结构部件，工件将在弯曲过程中干扰弯曲模式，从而终止弯曲并使工件不能成为弯曲模式。形成。鹅颈模具的设计原理是使用模具的鹅颈部分来避免模具设计方法，其中工件在成形过程中干扰模具。

图2 - 侧柱弯曲步骤图

  4.基本模具参数测定

  如图3所示，是鹅颈弯曲模具的示意图，其中鹅颈管的偏心尺寸L和鹅颈管的宽度尺寸t是影响模具强度的关键参数。为了满足形成零件的需要，鹅颈宽度的初始设计为50mm，鹅颈偏心率L应为（t / 2 + 2.5）mm，其中t是距离压力中心最远的模具部分的宽度尺寸，即T =50毫米。

图3 - A-A截面应力状态分析示意图

  5.强度分析

进行模具的鹅颈部分的强度分析。除了来自弯曲机的压力之外，模具还受到由鹅颈部分中的压力引起的弯矩。选择用于强度分析的鹅颈A-A部分，并进行柱方程计算：模具的鹅颈部分的强度分析，除了来自弯曲机的压力外，模具也经受鹅颈部分的压力。弯矩。如图4所示，对鹅颈危险区域的A-A应力状态的分析表明，截面宽度为t，压力中心之间的垂直距离为弯曲机和A-A截面的质心为L，弯曲机对弯曲模具提供的压力为F，工件对弯曲模具的反作用力F0，截面的弯矩为M，在该部分的B点有可能破损。在分析之后，绘制了图4A-A中所示截面的力状态的简化图。

图4-A-A截面应力条件

  σ1 - 外力F0产生的应力

  σ2 - 弯矩产生的应力

  在等式（5）中，W是弯曲截面系数。由于A-A部分是高度为t和长度为h的矩形，因此，w = t2h / 6。

  从公式（2），M = F0×L，并将W和M代入公式：

  t-- A截面的厚度，mm

  L - 弯曲机的压力中心与A部分的质心之间的垂直距离，mm

h - 弯曲模具的长度，mm

  将σ1和σ2值代入等式（3）得到σ3为：

  σ3-弯矩和M和外力F0产生的应力之和

  F1 - 模具危险部分A-A可承受的最大应力

  δs - 弯曲模式材料的屈服强度

  将式（7）的结果σ3代入式（8），得到F1

  在式（9）中，α是安全系数，通常取1.1至1.2的值。在该计算中，取α= 1.15，并将α和F1值代入公式（9）：

  δs= 450MPa，h = 2530mm，t = 50mm，L = 27.5mm，代入式（10），F2值为1553t，这意味着设计的弯曲力大的A-A截面可承受1553t的应力。该值远大于弯曲力零件的成型，可以满足零件的成形要求。

  6.结构优化

  根据上述计算结果，危险区A-A的应力为15530kN，远大于形成5930kN的工件的弯曲力，可以满足工件的成型要求。

  但是，为了进一步降低操作人员的劳动强度，降低模具的制造成本，有必要优化模具的设计，使其能够满足产品的实现，减少

  操作者的劳动强度，降低模具的制造成本。

  根据公式（10），危险部分A-A经受的应力与模具材料的屈服强度σs，A部分的厚度t，弯曲模式的长度h和垂直距离L有关。在弯曲机的压力中心和A部分的质心之间。由于模具材料通常不会改变，即σs是固定值;工件长度为2530 mm，也是固定值L =T / 2 + 2.5;所以公式中的变量只有t，并且t的值逐渐优化：

  通过将t的值从50更改为30来重新计算：

  重新计算t的值，从30到25重新计算：

  通过将t的值从25更改为20来重新计算：

  根据上述计算结果，可以看出F32小于零件成形的最大弯曲力，F12和F22大于零件成形的最大弯曲力，但模具制造成本低，便于操作者安装和拆卸模具，因此最终确定模具的危险部分A-A的宽度为25mm。工作部分的厚度模具的剩余部分按25mm设计。鹅颈管的曲线过度弯曲以避免局部应力集中。模具和设备的界面尺寸可根据夹紧设计设备机制。

  7.效果验证

  实践证明，模具能承受弯曲部分的应力状态，其刚性和强度可以满足实际生产需要。为了适应当今主流旋律的高效率，低成本，快节奏零件制造车间，模具设计作为零件成本的投入是零件成本的重要组成部分。该公式和计算过程可以在鹅颈模具的设计过程中得到推广和应用。

  8.结论

  鹅颈弯曲模具的危险部分距离压力中心最远。在某些模具材料和模具结构的条件下，危险部分的强度与厚度成正比危险部分的尺寸。