章模壓模具與液壓機(jī)課件

課件5.1概述第五章模壓模具與液壓機(jī)5模壓成型模具與液壓機(jī)5.1概述5.1.1模具的作用模具的作用是使能制造出一定形狀、尺寸、外觀及各種性能均滿足設(shè)計(jì)要求的制品。設(shè)計(jì)模具時(shí)應(yīng)考慮如下因素：（1）制品的物理機(jī)械性能;（2）模壓料的成型工藝性能;（3）制品成型后的收縮率;（4）有利于物料流動(dòng)和排氣;（5）有利于穩(wěn)定快速加熱;（6）結(jié)構(gòu)盡量簡單，降低成本

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課件第五章模壓模具與液壓機(jī)5.1.2制品結(jié)構(gòu)與模具的關(guān)系（1）出模斜度為了脫模方便,需要一定的出模斜度,一般為1～1.5°。5.1概述圖5-1脫模斜度ααα

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課件第五章模壓模具與液壓機(jī)（3）園角和邊緣修飾在轉(zhuǎn)角處采用圓弧過渡，有利于充模，脫模；有利于模具加工和模具強(qiáng)度。同時(shí)還有利于制品的外觀修飾。（4）孔和金屬嵌件（自學(xué)）（2）壁厚與加強(qiáng)筋模壓制品的壁厚不宜設(shè)計(jì)太大，否則不易傳熱，導(dǎo)致內(nèi)部固化不完全，冷卻慢，并造成材料浪費(fèi)。熱固性模壓制品控制在1～6mm熱塑性模壓制品控制在2～4mm如果在此厚度范圍內(nèi)不能滿足制品的力學(xué)性能要求，可考慮增設(shè)加強(qiáng)筋，或改變形狀增加剛度。P108圖5－2，5－3，5－4，5－5。5.1概述

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課件第五章模壓模具與液壓機(jī)5.2壓模結(jié)構(gòu)與分類5.2.1壓模結(jié)構(gòu)由型腔、加料室、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、抽芯機(jī)構(gòu)、脫模機(jī)構(gòu)、加熱系統(tǒng)等組成。典型的壓模結(jié)構(gòu)見圖5－10P1115.2.2壓模分類5.2.2.1按模具的固定方式分：移動(dòng)式模具：裝料、脫模等都在機(jī)外進(jìn)行，勞動(dòng)強(qiáng)度大,適合于試制產(chǎn)品或小批量生產(chǎn)。固定式模具：適于大批量生產(chǎn)，大型制品。半固定式模具：適于大批量生產(chǎn)小型制品。5.2.1壓模結(jié)構(gòu)

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課件第五章模壓模具與液壓機(jī)5.2.2.2按分型面特征分：水平分型面：圖5－11；5－12（兩個(gè)水平分型面）垂直分型面：圖5－13復(fù)合分型面：5.2.2.3按上下模的配合結(jié)構(gòu)特征分：溢式壓模圖5－14，優(yōu)缺點(diǎn)P113;不溢式壓模圖5－15,優(yōu)缺點(diǎn)P113;半溢式壓模圖5－16;帶加料板壓模圖5－17;5.2.2壓模分類

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課件第五章模壓模具與液壓機(jī)5.3壓模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.3.1型腔總體設(shè)計(jì)5.3.1.1施壓方向的選定應(yīng)注意如下的因素：（1）有利于壓力傳遞,圖5-18a、b，軸線太長時(shí)用b式。（2）便于加料,圖5-19a、b，用a式比較合理。（3）便于安裝固定嵌件，圖5-20a、b，用b式比較合理。（4）保證凸模的強(qiáng)度,其形狀愈簡單愈好,圖5-21，a式。（5）一般長型芯位于施壓方向上。（6）保證重要尺寸精度（重要尺寸不在施壓方向上）。5.3壓模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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課件第五章模壓模具與液壓機(jī)5.3.1.2分型面位置和形狀的選定一般選在制件斷面最大的地方；多采用水平分型面；避免側(cè)抽模。5.3.1.3凸、凹模配合結(jié)構(gòu)的選定由模壓料的特點(diǎn)和制品形狀確定：溢式壓模：適合于高度小，物料流動(dòng)性好的情況。半溢式壓模：（屆于兩者之間）不溢式壓模：適合于高度大，物料流動(dòng)性差的情況。5.3壓模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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課件第五章模壓模具與液壓機(jī)5.3.2型腔配合形式溢式壓模配合形式：凸凹模在分型面水平上接觸，見圖5-24a、b。不溢式壓模配合形式：凸凹模之間不存在擠壓面，圖5-25，凸凹模之間需要留有一定的間隙（0.025～0.075mm），便于氣體排出和溢料，并有利于開模。5.3.3壓模設(shè)計(jì)自學(xué)一、二、三一、凹模設(shè)計(jì)二、凸模設(shè)計(jì)三、型芯設(shè)計(jì)5.3壓模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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課件第五章模壓模具與液壓機(jī)5.3.4加料室設(shè)計(jì)溢式壓模無加料室，模壓料放在型腔中部。不溢式壓模具有加料室，加料室是盛放模壓料并使之加熱塑化進(jìn)入型腔前的一個(gè)腔體（實(shí)際上是型腔開口的延續(xù)部分），其體積設(shè)計(jì)是很重要的。模壓料體積計(jì)算：V＝Gν＝V件ρν

V——所需模壓料的體積，m3；G——模壓料質(zhì)量，kg；ν——模壓料比容，m3/kg；V件——模壓件體積，m3；ρ——模壓件密度kg/m3。5.3壓模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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課件第五章模壓模具與液壓機(jī)(1)不溢式壓模加料室高度計(jì)算圖5-37

H＝10-2（m）（2）半溢式壓模加料室高度計(jì)算圖5-38H＝×10-2（m）

H-加料室高度m；V-模壓料體積m3；V1-下凸模凸出部分體積m3；F-加料室斷面積m2。V0-擠壓邊以下體積m3。（3）其他情況加料室高度計(jì)算

公式（5-5），（5-6），（5-7）5.3壓模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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課件第五章模壓模具與液壓機(jī)5.4壓模強(qiáng)度計(jì)算壓模必須具備足夠的剛度和強(qiáng)度，才能保證在壓制過程中不至于產(chǎn)生過大的變形或破裂。

型腔壁厚按“最大壓力”設(shè)計(jì)。

對(duì)小尺寸型腔，在發(fā)生大的彈性變形之前，其應(yīng)力往往超出了允許應(yīng)力，因此，對(duì)小尺寸型腔按強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算壁厚（按拉伸、彎曲允許應(yīng)力）。

對(duì)大尺寸型腔，往往變形是主要的，因此，按剛度進(jìn)行計(jì)算壁厚。

最大不溢料間隙0.025～0.08mm；最大允許彈性變形量0.025～0.05mm。5.4壓模強(qiáng)度計(jì)算

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課件第五章模壓模具與液壓機(jī)5.4.1凸模不發(fā)生失穩(wěn)的最大壓力P＝

其中J＝πd4/64

E——彈性模量n——安全系數(shù)一般不需進(jìn)行校驗(yàn)，對(duì)于特別細(xì)長的情況進(jìn)行失穩(wěn)校驗(yàn)，P122。Lmax≤

(m)P-壓力，N；E-材料的彈性模量，MPa；J-凸模最小截面處的慣性矩，m4；L-凸模長度，m。5.4壓模強(qiáng)度計(jì)算

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課件第五章模壓模具與液壓機(jī)5.4.2整體式圓形凹模型腔側(cè)壁和底板厚度計(jì)算對(duì)于整體式圓形凹模，在工作壓力下，模具內(nèi)表面承受的應(yīng)力最大。其承受的切向應(yīng)力σT，徑向應(yīng)力σr，軸向應(yīng)力σs，分別由下式表示：（5-12）（5-13）（5-14）式。στmax＝σrmax＝＝－q

5.4.2.1強(qiáng)度計(jì)算σs＝5.4壓模強(qiáng)度計(jì)算

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課件第五章模壓模具與液壓機(jī)由第二強(qiáng)度理論，等效應(yīng)力σvmax≤[σ]允許應(yīng)力（5－15）。則：σvmax

＝σT－m（σr＋σs）≤[σ]m——泊松比，鋼材m＝0.3。將5-12、5-13、5-14代入5-15式并整理得：a＝

其中：q——凹模內(nèi)壁經(jīng)向工作壓力，MPa；a——凹模型腔外徑比內(nèi)徑，a＝d2/dI=r2/r1。5.4壓模強(qiáng)度計(jì)算

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課件第五章模壓模具與液壓機(jī)又，型腔壁厚S＝ar1－r1＝（a－1）r1即：S＝r1（a－1）=r1根據(jù)5-12、5-16式作圖，στmax/q及σvmax/q與a的關(guān)系曲線（即切應(yīng)力、等效應(yīng)力與工作壓力q的關(guān)系）如圖5-42，P123。

由圖5-42看出，a>4以后，再增加a值，應(yīng)力值降低趨于平緩，即再增加壁厚對(duì)改善強(qiáng)度已意義不大，所以一般取a＝4～6。此即圓形凹模厚度計(jì)算公式（5－18）。5.4壓模強(qiáng)度計(jì)算

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課件第五章模壓模具與液壓機(jī)5.4.2.2剛度計(jì)算P124，圖5-43根據(jù)制品尺寸允許變形值（即制品精度），確定型腔側(cè)壁的厚度。lc＝

受約束的臨界高度,mm.δ1＝δlc4/l14

l1處膨脹徑向伸長值,mm.δ＝自由膨脹徑向伸長值,mm.（5－22）根據(jù)制品尺寸精度確定允許形變值δ，由允許變形值δ及公式5-22可計(jì)算出側(cè)壁厚度。

然后與強(qiáng)度計(jì)算比較，取最大值。5.4壓模強(qiáng)度計(jì)算

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課件第五章模壓模具與液壓機(jī)5.4.2.3底板計(jì)算整體式圓形型腔的底板,最大變形量發(fā)生在園板中心處；最大應(yīng)力點(diǎn)發(fā)生在底板周邊。剛度條件計(jì)算（5－24）：底板厚為

h＝

強(qiáng)度條件計(jì)算（5－25）：底板厚為

h＝

計(jì)算完成后取較大的h值，為底板厚度。5.4壓模強(qiáng)度計(jì)算

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課件第五章模壓模具與液壓機(jī)5.5電加熱裝置及其功率計(jì)算模壓過程中廣泛采用電加熱。5.5.1電加熱裝置5.5.1.1

電熱元件電阻絲、電熱棒（硅碳棒、硅鉬棒）等。將電阻絲密封起來，不易氧化，使用壽命長，安全。5.5.1.2電熱板與電熱套電熱板固定在壓機(jī)上，板上有一排孔，用以裝電熱棒、電阻絲，圖5-45、5-46。電熱套：由電熱片組成，在特殊部位，用以補(bǔ)足電熱板加熱的不足，圖5-47。5.5.1.3控制系統(tǒng)5.5電加熱裝置及其功率計(jì)算

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課件第五章模壓模具與液壓機(jī)5.5.2壓模電功率計(jì)算5.5.2.1模具裝置的蓄熱和散熱量計(jì)算P127（1）、蓄熱需功率（由室溫到所需溫度的功率）模具：Q1＝CmGm（T2－T1）/t(w)模壓料：Q2＝CpGp（T2－T1）/t(w)Cm、CP—模具與模壓料的比熱，J/Kg℃；Gm、GP—模具與模壓料的質(zhì)量，Kg；T1、

T2—分別為室溫和最高成型溫度，℃；t—模具由室溫到成型溫度需要的時(shí)間，s。5.5電加熱裝置及其功率計(jì)算

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課件第五章模壓模具與液壓機(jī)（2）散熱需功率模具散熱量Q3＝(αc＋αR)（Tw－T1）F（w）（3）理論總功率（單位時(shí)間內(nèi)需要的總熱量）Q＝Q1＋Q2＋Q3

αc—對(duì)流放熱系數(shù)，W/m2℃；αR—輻射放熱系數(shù)，W/m2℃；TW—模具外表面最高溫度，℃；T1—環(huán)境最低溫度，℃；F—模具外表面面積，m2。5.5電加熱裝置及其功率計(jì)算

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課件第五章模壓模具與液壓機(jī)（4）理論電功率

N0＝Q/1000（kw）（5）實(shí)際功率

N＝κN0

（kw）(κ=1.5)κ—設(shè)計(jì)保險(xiǎn)系數(shù)5.5.2.2近似計(jì)算法及經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法P127-1285.6液壓機(jī)作業(yè)：1、壓模強(qiáng)度計(jì)算與型腔尺寸有什么關(guān)系？5.5電加熱裝置及其功率計(jì)算

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課件5.1概述第五章模壓模具與液壓機(jī)5模壓成型模具與液壓機(jī)5.1概述5.1.1模具的作用模具的作用是使能制造出一定形狀、尺寸、外觀及各種性能均滿足設(shè)計(jì)要求的制品。設(shè)計(jì)模具時(shí)應(yīng)考慮如下因素：（1）制品的物理機(jī)械性能;（2）模壓料的成型工藝性能;（3）制品成型后的收縮率;（4）有利于物料流動(dòng)和排氣;（5）有利于穩(wěn)定快速加熱;（6）結(jié)構(gòu)盡量簡單，降低成本

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課件第五章模壓模具與液壓機(jī)5.1.2制品結(jié)構(gòu)與模具的關(guān)系（1）出模斜度為了脫模方便,需要一定的出模斜度,一般為1～1.5°。5.1概述圖5-1脫模斜度ααα

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課件第五章模壓模具與液壓機(jī)（3）園角和邊緣修飾在轉(zhuǎn)角處采用圓弧過渡，有利于充模，脫模；有利于模具加工和模具強(qiáng)度。同時(shí)還有利于制品的外觀修飾。（4）孔和金屬嵌件（自學(xué)）（2）壁厚與加強(qiáng)筋模壓制品的壁厚不宜設(shè)計(jì)太大，否則不易傳熱，導(dǎo)致內(nèi)部固化不完全，冷卻慢，并造成材料浪費(fèi)。熱固性模壓制品控制在1～6mm熱塑性模壓制品控制在2～4mm如果在此厚度范圍內(nèi)不能滿足制品的力學(xué)性能要求，可考慮增設(shè)加強(qiáng)筋，或改變形狀增加剛度。P108圖5－2，5－3，5－4，5－5。5.1概述

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課件第五章模壓模具與液壓機(jī)5.2壓模結(jié)構(gòu)與分類5.2.1壓模結(jié)構(gòu)由型腔、加料室、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、抽芯機(jī)構(gòu)、脫模機(jī)構(gòu)、加熱系統(tǒng)等組成。典型的壓模結(jié)構(gòu)見圖5－10P1115.2.2壓模分類5.2.2.1按模具的固定方式分：移動(dòng)式模具：裝料、脫模等都在機(jī)外進(jìn)行，勞動(dòng)強(qiáng)度大,適合于試制產(chǎn)品或小批量生產(chǎn)。固定式模具：適于大批量生產(chǎn)，大型制品。半固定式模具：適于大批量生產(chǎn)小型制品。5.2.1壓模結(jié)構(gòu)

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課件第五章模壓模具與液壓機(jī)5.2.2.2按分型面特征分：水平分型面：圖5－11；5－12（兩個(gè)水平分型面）垂直分型面：圖5－13復(fù)合分型面：5.2.2.3按上下模的配合結(jié)構(gòu)特征分：溢式壓模圖5－14，優(yōu)缺點(diǎn)P113;不溢式壓模圖5－15,優(yōu)缺點(diǎn)P113;半溢式壓模圖5－16;帶加料板壓模圖5－17;5.2.2壓模分類

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課件第五章模壓模具與液壓機(jī)5.3壓模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.3.1型腔總體設(shè)計(jì)5.3.1.1施壓方向的選定應(yīng)注意如下的因素：（1）有利于壓力傳遞,圖5-18a、b，軸線太長時(shí)用b式。（2）便于加料,圖5-19a、b，用a式比較合理。（3）便于安裝固定嵌件，圖5-20a、b，用b式比較合理。（4）保證凸模的強(qiáng)度,其形狀愈簡單愈好,圖5-21，a式。（5）一般長型芯位于施壓方向上。（6）保證重要尺寸精度（重要尺寸不在施壓方向上）。5.3壓模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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課件第五章模壓模具與液壓機(jī)5.3.1.2分型面位置和形狀的選定一般選在制件斷面最大的地方；多采用水平分型面；避免側(cè)抽模。5.3.1.3凸、凹模配合結(jié)構(gòu)的選定由模壓料的特點(diǎn)和制品形狀確定：溢式壓模：適合于高度小，物料流動(dòng)性好的情況。半溢式壓模：（屆于兩者之間）不溢式壓模：適合于高度大，物料流動(dòng)性差的情況。5.3壓模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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課件第五章模壓模具與液壓機(jī)5.3.2型腔配合形式溢式壓模配合形式：凸凹模在分型面水平上接觸，見圖5-24a、b。不溢式壓模配合形式：凸凹模之間不存在擠壓面，圖5-25，凸凹模之間需要留有一定的間隙（0.025～0.075mm），便于氣體排出和溢料，并有利于開模。5.3.3壓模設(shè)計(jì)自學(xué)一、二、三一、凹模設(shè)計(jì)二、凸模設(shè)計(jì)三、型芯設(shè)計(jì)5.3壓模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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課件第五章模壓模具與液壓機(jī)5.3.4加料室設(shè)計(jì)溢式壓模無加料室，模壓料放在型腔中部。不溢式壓模具有加料室，加料室是盛放模壓料并使之加熱塑化進(jìn)入型腔前的一個(gè)腔體（實(shí)際上是型腔開口的延續(xù)部分），其體積設(shè)計(jì)是很重要的。模壓料體積計(jì)算：V＝Gν＝V件ρν

V——所需模壓料的體積，m3；G——模壓料質(zhì)量，kg；ν——模壓料比容，m3/kg；V件——模壓件體積，m3；ρ——模壓件密度kg/m3。5.3壓模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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課件第五章模壓模具與液壓機(jī)(1)不溢式壓模加料室高度計(jì)算圖5-37

H＝10-2（m）（2）半溢式壓模加料室高度計(jì)算圖5-38H＝×10-2（m）

H-加料室高度m；V-模壓料體積m3；V1-下凸模凸出部分體積m3；F-加料室斷面積m2。V0-擠壓邊以下體積m3。（3）其他情況加料室高度計(jì)算

公式（5-5），（5-6），（5-7）5.3壓模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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課件第五章模壓模具與液壓機(jī)5.4壓模強(qiáng)度計(jì)算壓模必須具備足夠的剛度和強(qiáng)度，才能保證在壓制過程中不至于產(chǎn)生過大的變形或破裂。

型腔壁厚按“最大壓力”設(shè)計(jì)。

對(duì)小尺寸型腔，在發(fā)生大的彈性變形之前，其應(yīng)力往往超出了允許應(yīng)力，因此，對(duì)小尺寸型腔按強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算壁厚（按拉伸、彎曲允許應(yīng)力）。

對(duì)大尺寸型腔，往往變形是主要的，因此，按剛度進(jìn)行計(jì)算壁厚。

最大不溢料間隙0.025～0.08mm；最大允許彈性變形量0.025～0.05mm。5.4壓模強(qiáng)度計(jì)算

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課件第五章模壓模具與液壓機(jī)5.4.1凸模不發(fā)生失穩(wěn)的最大壓力P＝

其中J＝πd4/64

E——彈性模量n——安全系數(shù)一般不需進(jìn)行校驗(yàn)，對(duì)于特別細(xì)長的情況進(jìn)行失穩(wěn)校驗(yàn)，P122。Lmax≤

(m)P-壓力，N；E-材料的彈性模量，MPa；J-凸模最小截面處的慣性矩，m4；L-凸模長度，m。5.4壓模強(qiáng)度計(jì)算

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課件第五章模壓模具與液壓機(jī)5.4.2整體式圓形凹模型腔側(cè)壁和底板厚度計(jì)算對(duì)于整體式圓形凹模，在工作壓力下，模具內(nèi)表面承受的應(yīng)力最大。其承受的切向應(yīng)力σT，徑向應(yīng)力σr，軸向應(yīng)力σs，分別由下式表示：（5-12）（5-13）（5-14）式。στmax＝σrmax＝＝－q

5.4.2.1強(qiáng)度計(jì)算σs＝5.4壓模強(qiáng)度計(jì)算

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課件第五章模壓模具與液壓機(jī)由第二強(qiáng)度理論，等效應(yīng)力σvmax≤[σ]允許應(yīng)力（5－15）。則：σvmax

＝σT－m（σr＋σs）≤[σ]m——泊松比，鋼材m＝0.3。將5-12、5-13、5-14代入5-15式并整理得：a＝

其中：q——凹模內(nèi)壁經(jīng)向工作壓力，MPa；a——凹模型腔外徑比內(nèi)徑，a＝d2/dI=r2/r1。5.4壓模強(qiáng)度計(jì)算

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課件第五章模壓模具與液壓機(jī)又，型腔壁厚S＝ar1－r1＝（a－1）r1即：S＝r1（a－1）=r1根據(jù)5-12、5-16式作圖，στmax/q及σvmax/q與a的關(guān)系曲線（即切應(yīng)力、等效應(yīng)力與工作壓力q的關(guān)系）如圖5-42，P123。

由圖5-42看出，a>4以后，再增加a值，應(yīng)力值降低趨于平緩，即再增加壁厚對(duì)改善強(qiáng)度已意義不大，所以一般取a＝4～6。此即圓形凹模厚度計(jì)算公式（5－18）。5.4壓模強(qiáng)度計(jì)算

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課件第五章模壓模具與液壓機(jī)5.4.2.2剛度計(jì)算P124，圖5-43根據(jù)制品尺寸允許變形值（即制品精度），確定型腔側(cè)壁的厚度。lc＝

受約束的臨界高度,mm.δ1＝δlc4/l14

l1處膨脹徑向伸長值,mm.δ＝自由膨脹徑向伸長值,mm.（5－22）根據(jù)制品尺寸精度確定允許形變值δ，由允許變形值δ及公式5-22可計(jì)算出側(cè)壁厚度。

然后與強(qiáng)度計(jì)算比較，取最大值。5.4壓模強(qiáng)度計(jì)算

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課件第五章模壓模具與液壓機(jī)5.4.2.3底板計(jì)算整體式圓形型腔的底板,最大變形量發(fā)生在園板中心處；最大應(yīng)力點(diǎn)發(fā)生在底板周邊。剛度條件計(jì)算（5－24）：底板厚為

h＝

強(qiáng)度條件計(jì)算（5－25）：底板厚為

h＝

計(jì)算完成后取較大的h值，為底板厚度。5.4壓模強(qiáng)度計(jì)算

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