模具强度的校核

第五章 模具强度的校核

凹模强度的校核，其主要原理是根据厚壁圆筒理论来进行校核的，通过分析和计算各个配合面与凹模内腔的周向拉应力是否在模具材料的强度许可范围之内，然后再按照计算的结果对配合面直径、模具材料以及相对应的过盈量进行调整，要用公式计算出模具的冲裁力，抗压强度，屈服强度，疲劳强度，是否在允许范围内，从而使得模具符合强度的设计要求。

5.1 模具强度的校核

5.1.1 变形程度的计算

（1）由上可以得出，零件断面收缩率为：

%69=F ϕ

（2）挤压比为：10A A G =

。G 的数值越大，则表示零件的冷挤压变形程度越大。 （3）对数变形程度e ε为：

10n

A A I =ε 以上三者存在如下的关系：F F I G I G

ϕεεϕ-11n

n 1

-1e e === 则可以得到：%691-1=G

，得到：23.3=G 17.123.3n n e ===I G I ε

5.1.2冷挤压变形力的计算

（1）由于在此次模具设计之中，我们选择的是正挤压的方法，所以根据正挤压

力的计算公式可以得出：0s h 210b 0e n c p A A A I A F ）（μσ+==

在上式中：c ——材料的加工硬化系数。经查阅资料后可以得出：

c=2.0，抗拉强度为420MPa

μ——摩擦因数。经查阅资料后选择μ=0.1

h ——凹模工作带长度，单位mm 。由所设计的凹模尺寸可以得出：

h=92mm

s ——挤出件的壁厚，对于实心件，那么其数值是挤出部分直径的一半，单位为mm 。经过计算，可以得出，挤出件的壁厚s=29.5mm

f ——凹、凸模工作部分的几何形状系数，在一般情况下，其数值取为0.8-1.3，合适的凹、凸模工作部分形状则取偏小的数值，反之则取偏大值。经过计算和查阅资料可得，f=1.0.

d ——凸模的工作部分直径，单位为mm 。有零件的尺寸可以计算出，凸模的工作部分直径为：d=52mm 。

A ——凸模与挤压毛坯的接触表面在凸模运动方向上的投影面积，单位为mm 2。 经过计算可以得出：6.21222622===ππR A mm 2

因为此次是锥形凹模挤压，所以根据资料，其计算结果还要乘以0.85。

0s h 21

0b 0e n c p A A A I A F ）（μσ+== =⨯+⨯⨯=⨯⨯6.2122e 23.n342025.2992

0.12）（I F 3976055N

（2）正挤压单位挤压力计算

根据正挤压单位挤压力公式有：

00d h 210e d h 2d d n 2p μμσ）（+=I

式中，h 1——凹模的工作带高度，单位为mm

——挤压材料的平均变形抗力，单位为MPa ，通过查阅资料后，其值取=1050MPa

G =d

d 0=1.8，则d 0=1.8×52=93.6mm 可得，正挤压的单位挤压力为：

=⨯⨯⨯+⨯⨯=⨯⨯6.93521.02e 52921.028.1n 10502p ）（I 2210.88MPa

因为由资料显示，模具的许用单位压力分别为2000MPa-2500MPa ，而2210.88MPa 介于两者之间，在规定的范围之内，所以可得此次模具设计是合理的。

5.1.3应力的计算

模具需要消除的主要是内应力，它是在加工过程中有外力引起的，当外力撤销后，由于基体的形变内应力依然存在，如果不消除的话，在自然条件下就容易变形，硬质塑料还容易断裂。模具的应力状态在进行工作的时候，其近似计算的结果如下：

通过查阅资料，选择材料G7的弹性模量为E=500GPa ，泊松比为v=0.22。 H13的弹性模量为E=215GPa ，泊松比为v=0.3。

45钢的弹性模量为E=210GPa ，泊松比为v=0.28。

通过分析与计算可以得到模芯上段内腔的周向拉应力的数值为：

σθ1=666MPa

相应的内套圈内壁周向拉应力数值为：

σθ2=710MPa

相应的外圈内壁周向拉应力的数值为：

σθ3=707MPa

模芯齿形段的内腔的周向拉应力的数值为：

σθ1´=404MPa

相应部分的内套圈内壁周向拉应力的数值为：

σθ2´=570MPa σσ

相应的外圈内壁周向拉应力的数值的数值为：

σθ3´=623MPa

硬质合金的耐磨性良好，抗压强度优越，但是其抗拉强度非常低，一般其数值在200MPa以下，所以在内腔周向拉应力的数值为666MPa的情况下，我们可以预见模具会有一个比较差的寿命。因此其调整如下：

模芯的外径尺寸设计为：

Ф=80mm（是内径的1.54倍）

第二层外径尺寸设计为：

Ф=160mm（是内径的2倍）

第三层外径是：

Ф=280mm（是内径的1.75倍）

直径为Ф=80mm和Ф=160mm的模芯，它的过盈量分别为0.52mm和0.8mm。

改进后的校核计算结果如下：

σ

θ1=-68MPa

σ

θ2=908MPa

σ

θ3=842MPa

σ

θ1´=-266MPa

σ

θ2´=794MPa

σ

θ3´=761MPa

在上述的的应力状态之下，因为模芯始终在三向压应力状态之下进行工作，所以这样可以很大程度上改善它的使用条件，延长模具的工作寿命；通过分析发现，外圈内腔周向拉应力的数值为842MPa，几乎已经接近45钢材料的抗拉强度，所以在考虑之后，外圈的材质选择更改为H13。

如果条件良好，还可以依据设计的结果来应用有限元方法，通过计算机仿真软件模拟成形过程，这样可以得到更加精准的结果。

5.1 模具尺寸的确定

凹模内腔尺寸的确定要综合考虑和分析模具材料在加工成形过程当中因为受力的作用而产生的尺寸变化，这种变化会使得其数值随着模具材质、过盈配合以