一模多件套筒式?jīng)_模設(shè)計及三維模型(最新)

1、一模多件套筒式?jīng)_模設(shè)計 摘要：本文首先介紹了沖壓模具、模具cad技術(shù)、三維模型及運動仿真技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和前景，選用了三維設(shè)計軟件pro/engineer。通過一模多件套筒結(jié)構(gòu)工藝性和尺寸精度的分析，比較幾種不同沖壓工藝方案的優(yōu)缺點。采用了復合模一次將沖孔、落料以及外形沖出，模具結(jié)構(gòu)型式采用倒裝式復合模。推件裝置采用典型的打桿打料板式的剛性推件裝置，卸料裝置采用彈性卸料板。選用四導柱高精度模架，然后確定了模具的總體結(jié)構(gòu)。最后根據(jù)沖壓手冊及相關(guān)的模具設(shè)計手冊進行沖裁力、壓力中心、模具工作部分、模具各零部件尺寸的計算及設(shè)計。在有關(guān)的設(shè)計及計算完成之后，應(yīng)用三維設(shè)計軟件pro/engineer建立模具

2、各個零部件的三維模型，然后根據(jù)要求進行零件裝配，零件裝配好以后，進行裝配體的干涉檢查，確定裝配體中各零件之間是否存在干涉。 關(guān)鍵詞：模具設(shè)計；拆裝；三維模型；cad千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。在目錄上點右鍵“更新域”，然后“更新整個目錄”。打印前，不要忘記把上面“abstract”這一行后加一空行- 34 -1緒論1.1 課題背景隨著計算機技術(shù)的日益發(fā)展,制造業(yè)正面臨著空前的變革。能夠完整描述產(chǎn)品的數(shù)字化模型在贏得客戶方面正發(fā)揮著越來越大的作用。更進一步,如果能夠制作數(shù)字模型的動態(tài)演示片,那么在與客戶交流以及方案設(shè)計論證時,可以進行多種設(shè)計方案分析比較,與僅演示靜態(tài)模型相比,能達

3、到更好的效果。模具拆裝動態(tài)模擬正是基于這種思想提出的。采用先進的造型技術(shù)建立模具模型并實現(xiàn)拆裝模擬以及運動仿真，可以更好地展示模具內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以及裝配關(guān)系，這樣有即利于產(chǎn)品的宣傳，同時也有利于和客戶的溝通。另一方面在實際的模具拆裝實驗教學中，由于課時短，學生在有限的時間內(nèi)拆裝的模具的數(shù)量少，因此我們?nèi)绻馨涯＞咦龀扇S模型，這樣我們能夠在很短的時間內(nèi)清楚的了解多套模具的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，裝配關(guān)系，以及模具的工作過程。1.2 沖壓模具業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.2.1 沖壓模具發(fā)展現(xiàn)狀改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，市場對模具的需求量不斷增長。近年來，模具工業(yè)一直以15%左右的增長速度快速發(fā)展，模具工業(yè)

4、企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化，除了國有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨資和私營也得到了快速發(fā)展。浙江寧波和黃巖地區(qū)的“模具之鄉(xiāng)”；廣東及山東一些大集團公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，美的、海爾、海信等集團紛紛建立了自己的模具設(shè)計和制造中心。近年來許多模具企業(yè)加大了用于技術(shù)進步的投資力度，將技術(shù)進步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力。一些國內(nèi)模具企業(yè)已普及了二維cad，并陸續(xù)開始使用ug、pro/engineer、i-deas、euclid-is、solid works等國際通用軟件，個別廠家還引進了moldflow、c-flow、dynaform、optris和magmasoft等cae軟件，并成功應(yīng)用于沖壓模

5、的設(shè)計中。以汽車覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技術(shù)已取得很大進步，東風汽車公司模具廠、一汽模具中心、天汽模具中心等模具廠家已能生產(chǎn)部分轎車覆蓋件模具。此外，許多研究機構(gòu)和大專院校開展模具技術(shù)的研究和開發(fā)。經(jīng)過多年的努力，在模具cad/cae/cam技術(shù)方面取得了顯著進步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計制造周期等方面做出了貢獻。例如，吉林大學汽車覆蓋件成型技術(shù)所獨立研制的汽車覆蓋件沖壓成型分析kmas軟件，華中理工大學模具技術(shù)國家重點實驗室開發(fā)的注塑模、汽車覆蓋件模具和級進模cadcam軟件，上海交通大學中心開發(fā)的冷沖模和精沖研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖模cad軟件深圳市立先科技開發(fā)有限公司開

6、發(fā)的press模具設(shè)計軟件、模具行業(yè)擁有不少的用戶。雖然中國模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與工業(yè)發(fā)達國家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設(shè)備在模具加工設(shè)備中的比重比較低；cad/cae/cam技術(shù)的普及率不高；許多先進的模具技術(shù)應(yīng)用不夠廣泛等等，致使相當一部分大型、精密、復雜和長壽命模具仍然依賴進口1。1.2.2 沖壓模具技術(shù)發(fā)展趨勢當前,我國工業(yè)生產(chǎn)的特點是產(chǎn)品品種多、更新快和市場競爭激烈。在這種情況下,用戶對模具制造要求是“交貨期短”、“精度高”、“質(zhì)量好”、“價格低”。 在模具設(shè)計制造中將全面推廣cad/cam/cae技術(shù)模具cad/cam/cae技術(shù)是模具設(shè)計

7、制造的發(fā)展方向。隨著微機軟件的發(fā)展和進步，普及cad/cam/cae技術(shù)的條件已基本成熟。計算機和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展正使cad/cam/cae技術(shù)跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所地在整個行業(yè)中推廣成為可能，實現(xiàn)技術(shù)資源的重新整合，使虛擬制造成為可能。有條件的企業(yè)應(yīng)積極做好模具cad/cam技術(shù)的深化應(yīng)用工作,即開展企業(yè)信息化工程,可從capppdmcimsvr，逐步深化和提高。用于模具設(shè)計制造的計算機軟件,將向智能化、集成化方向發(fā)展2。 高速銑削加工得到更廣泛的應(yīng)用國外近年來發(fā)展的高速銑削加工,主軸轉(zhuǎn)速可達40000-100000r/min，快速進給速度可達到30-40m/min，加速度可達1g，換刀時間可提高

8、到12s。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向發(fā)展。高速銑削必須與相應(yīng)的軟件、加工工藝、刀具及其夾緊頭相配合。 模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)將在逆向工程中發(fā)揮更大作用高速掃描機和模具掃描系統(tǒng),已在我國200多家模具廠點得到應(yīng)用,取得良好效果。該系統(tǒng)提供了從模型或?qū)嵨飹呙璧郊庸こ銎谕哪Ｐ退璧闹T多功能,大大縮短了模具的研制制造周期。有些快速掃描系統(tǒng),可快速安裝在已有的數(shù)控銑床及加工中心上,用雷尼紹的sp2-1掃描測頭實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集,采集的數(shù)據(jù)通過軟件可自動生成各種不同數(shù)控系統(tǒng)的加工程序及不同格式的cad數(shù)據(jù),用于模具制造業(yè)的逆向工程。高速掃描機掃描速度最高可達3m/min,大大縮短了模具制造周

9、期。 電火花銑削加工技術(shù)將得到發(fā)展電火花銑削加工技術(shù)也稱為電火花創(chuàng)成加工技術(shù)，這是一種替代傳統(tǒng)的用成型電極加工型腔的新技術(shù)，它是有高速旋轉(zhuǎn)的簡單的管狀電極作三維或二維輪廓加工(像數(shù)控銑一樣)，因此不再需要制造復雜的成型電極，這顯然是電火花成形加工領(lǐng)域的重大發(fā)展。國外已有使用這種技術(shù)的機床在模具加工中應(yīng)用。預(yù)計這一技術(shù)將得到發(fā)展。 模具標準化程度的提高我國模具標準化程度正在不斷提高，估計目前我國模具標準件使用覆蓋率已達到30%左右。國外發(fā)達國家一般為80%左右，并有完善的標準系列，包括零件標準和模架標準，國際標準化組織已經(jīng)制定了國際模具系列標準，標準件的品種多，規(guī)格全，質(zhì)量高，而且全部均已商品化

10、34。1.3 模具cad 技術(shù)發(fā)展趨勢21 世紀模具制造行業(yè)的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化,追求的目標是提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率、縮短設(shè)計周期及制造周期,降低生產(chǎn)成本、最大限度的提高模具制造業(yè)的應(yīng)變能力,滿足用戶需求。具體表現(xiàn)出以下幾個特征4。 集成化技術(shù)現(xiàn)代模具設(shè)計制造系統(tǒng)不僅應(yīng)強調(diào)信息的集成,更應(yīng)該強調(diào)技術(shù)、人和管理的集成。在開發(fā)模具制造系統(tǒng)時強調(diào)“多集成”的概念，即信息集成、智能集成、串并行工作機制集成及人員集成,這更適合未來制造系統(tǒng)的需求。 智能化技術(shù)應(yīng)用人工智能技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)周期(包括產(chǎn)品設(shè)計、制造、使用)各個環(huán)節(jié)的智能化，實現(xiàn)生產(chǎn)過程(包括組織、管理、計劃、調(diào)度、控

11、制等) 各個環(huán)節(jié)的智能化，以及模具設(shè)備的智能化，也要實現(xiàn)人與系統(tǒng)的融合及人在其中智能的充分發(fā)揮。 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括硬件與軟件的集成實現(xiàn)，各種通訊協(xié)議及制造自動化協(xié)議,信息通訊接口，系統(tǒng)操作控制策略等，是實現(xiàn)各種制造系統(tǒng)自動化的基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用為我國模具企業(yè)實現(xiàn)敏捷制造和動態(tài)聯(lián)盟奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。多學科多功能綜合產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)產(chǎn)品的開發(fā)要進行多目標全性能的優(yōu)化設(shè)計，以追求模具產(chǎn)品動靜態(tài)特征性、效率、使用壽命、可靠性、制造成本與制造周期的最佳組合。虛擬現(xiàn)實與多媒體技術(shù)的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實vr (virtual reality) 是人造的計算機環(huán)境，人處在這種環(huán)境中有身臨其境的感覺,并強調(diào)人的介

12、入操作。 vr 技術(shù)在21 世紀整個制造業(yè)中都將有廣泛的應(yīng)用,可以用于培訓、制造系統(tǒng)仿真、實現(xiàn)基于制造仿真的設(shè)計與制造、集成設(shè)計與制造、實現(xiàn)集成人的設(shè)計等。多媒體技術(shù)采用多種介質(zhì)來存儲、表達處理多種信息、融文字、語音、圖像于一體,給人一種真實感。 反求技術(shù)的應(yīng)用反求工程能夠縮短從設(shè)計到制造的周期，是幫助設(shè)計者實現(xiàn)并行工程等現(xiàn)代概念的一種強有力的工具,目前在工程上正得到越來越廣泛的應(yīng)用。 主要應(yīng)用于新零件的設(shè)計、已有零件的復制、損壞或磨損零件的還原、模具精度的提高等方面。 快速成形技術(shù)快速成形制造技術(shù)rpm ( rapid proto typing manufactur2ing) 基于層制造原理

13、，迅速制造出產(chǎn)品原型，而與零件的幾何復雜程度絲毫無關(guān)，尤其在具有復雜曲面形狀的產(chǎn)品制造中更能顯示其優(yōu)越性。它不僅能夠迅速制造出原型供設(shè)計評估、裝配校驗、功能實驗,而且還可以通過形狀復制快速經(jīng)濟地制造出產(chǎn)品模具(如制造電極用于edm 加工、作為模芯消失鑄造出模具等) ，從而避免了傳統(tǒng)模具制造的費時、耗成本的nc 加工,因而rpm 技術(shù)在模具制造中日益發(fā)揮著重要的作用5。1.4 模具工業(yè)發(fā)展?jié)摿δ壳吧钲谥苓吋爸榻侵薜貐^(qū)已經(jīng)成為中國模具工業(yè)最為發(fā)達、科技含量最高的區(qū)域。今后幾年，隨著全球制造業(yè)重心加快向我國轉(zhuǎn)移，這一地區(qū)有可能在10年內(nèi)發(fā)展成為世界模具生產(chǎn)中心。此外，國內(nèi)浙江東部的余姚、寧海、黃

14、巖、溫州等地區(qū)的模具工業(yè)發(fā)展也非?？?，從業(yè)人員達到10萬余人，模具年產(chǎn)值70億元。有專家預(yù)測，在外資的帶動下，2003年我國模具市場總體規(guī)模將增加13左右，到2007年模具產(chǎn)值將達到600多億元，年均增長速度為12左右，模具自給率將從目前的70提高到80左右，模具及模具標準件出口將從現(xiàn)在的1.8億多美元增長到2007年的4億多美元左右6。1.5 三維造型 三維造型概述傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品設(shè)計通常是采用平面圖形表示機械零件及其裝配關(guān)系，設(shè)計結(jié)果是機器在某一位置的靜態(tài)圖形。這種方法難以反映機器在運行過程中各零件的運動狀態(tài)及其相對位置關(guān)系，無法直觀地判斷其運動是否合理，各零件之間是否存在干涉等問題。隨著c

15、ad技術(shù)的發(fā)展，三維造型已逐步得到應(yīng)用。用這些技術(shù)生成機構(gòu)的運動仿真圖像，可有效地解決上述問題。將計算機造型和運動仿真功能融入三維機械cad軟件中是三維機械cad軟件發(fā)展的必然要求7。同時，三維造型技術(shù)是cad/cam綜合系統(tǒng)的核心技術(shù)，利用虛擬仿真技術(shù)，可以模擬機構(gòu)運動的軌跡并可對其進行動態(tài)檢驗，進行新產(chǎn)品設(shè)計方案的即時修改和旋轉(zhuǎn)顯示，模擬機器的裝配過程，對機械設(shè)計來說十分重要 8 。虛擬仿真技術(shù)，可以在仿真實時運行過程中和事后分析中展示模型中的實體運行及其相應(yīng)屬性的動態(tài)變化規(guī)律，使設(shè)計人員對系統(tǒng)模型得到概念化和形象化的理解。因此，國外三維機械cad軟件紛紛增加了造型和運動仿真功能。目前，市

16、場上具有三維造型和仿真功能的三維機械cad軟件有很多，具有代表性的有:solid works(animation插件)、pro/engineer ( dads/pro模塊)、i-deas ( master assembly)子模塊，solid edge ( simple motion)等。國內(nèi)自主版權(quán)的三維cad軟件，在三維動畫和運動仿真功能方面市場上未見有成熟的產(chǎn)品9。1.6 pro/engineer 軟件簡介隨著計算機三維技術(shù)的發(fā)展，在機械零件及機械系統(tǒng)設(shè)計中，零部件如何裝配、加工、各零部件是否發(fā)生干涉、可視化設(shè)計等方面已能夠?qū)崿F(xiàn)，且具有了很實際的意義。但是這個工作在以往的條件下很難實現(xiàn)，

17、尤其是三維可視化方面的虛擬仿真，主要原因是三維仿真軟件和硬件的要求都比較高，在 pc 機的配置上，很難實現(xiàn)實用的軟硬件平臺，加上商業(yè)化軟件價格昂貴，且不容易與具體的設(shè)計過程結(jié)合起來。隨著計算機性價比的不斷提高，在 pc 機構(gòu)造出機械零部件的三維模型，再進行虛擬裝配及仿真，不再是遙不可及的事情了，工程人員可直接在計算機里實現(xiàn)三維可視化的仿真裝配。pro/e軟件就是一個很好的例子7。1.6.1 pro/engineer軟件背景介紹pro/engineer是由美國ptc（parametric techhnology corporation,參數(shù)科技公司）推出的三維cad/cae/cam（計算機輔助設(shè)

18、計計算機輔助工程/計算機輔助制造）大型集成軟件。ptc公司于1985年在美國波士頓成立，開始參數(shù)化建模軟件的研究。1988年，pro/e v1.0版問世。經(jīng)過20余年的發(fā)展，pro/e已經(jīng)成為主流的cad/cae/cam軟件之一。ptc公司于2004年推出pro/e wildfire2.0版，200年三月，pro/e wildfire3.0版也已正式發(fā)布?？紤]到pro/e wildfire2.0版使用的廣泛性，主要內(nèi)容也將圍繞pro/e wildfire2.0展開。pro/e在工業(yè)設(shè)計、機械設(shè)計及制造等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，整個pro/e系列軟件包括了對大型裝配體的管理、機構(gòu)運動分析和仿真、有限

19、元分析、制造和產(chǎn)品數(shù)具管理（pdm）等功能，可以說為工業(yè)產(chǎn)品提供了一個全面、緊密集成的開發(fā)環(huán)境。pro/e的廣泛應(yīng)用主要是其具有全相關(guān)性、基于特征建模和參數(shù)化的特性6。 全相關(guān)性pro/e包含了基本模塊、assembly（裝配）、detail（工程圖）、manufacture（制造）、molddesign（模具）等許多模塊，所有模塊的信息都是全相關(guān)的，所有的工程文檔都是基于同一個模型數(shù)據(jù)庫的。在整個設(shè)計開發(fā)過程中的任一處改動，都能及時自動地反映到設(shè)計開發(fā)過程中的其他相關(guān)環(huán)節(jié)，從而避免了由于數(shù)據(jù)不統(tǒng)一而引起的錯誤。 基于特征建模pro/e將設(shè)計人員熟悉的特征作為幾何建模的構(gòu)造要素，如孔殼、倒角和

20、圓角等。通過對這些特征的布爾運算形成各種復雜的結(jié)構(gòu)。 參數(shù)化參數(shù)化是ptc公司提出并在pro/e中首先采用的，幾何模型的所有特征都是由若干參數(shù)確定的，通過改變參數(shù)可以改變特征的特性10。1.6.2 pro/engineer概述pro/engineer 就是一款非常優(yōu)秀的三維設(shè)計軟件，其中包括零件設(shè)計、板金設(shè)計、二維工程圖自動生成和裝配等功能。環(huán)境下的三維實體建模軟件，該軟件在個人計算機上就可以將強大的3d實體模型建構(gòu)功能應(yīng)用于各種設(shè)計中，功能強大全面而且方便快捷、形象直觀、易學易用，參數(shù)化特征造型技術(shù)定義清晰，是新一代三維設(shè)計的主流軟件8。pro/e自從1988年問世以來，經(jīng)過近20年的發(fā)展，

21、已經(jīng)成為最通用的3d cad/cae/cam系統(tǒng)之一。而pro/e wildfire2.0作為目前最普及的版本，其功能十分廣泛，包含了實體建模、裝配設(shè)計、工程圖繪制、模具設(shè)計、曲面設(shè)計、機構(gòu)運動分析等諸多模塊9。1.6.3 pro/engineer功能介紹 參數(shù)式草繪草繪是pro/e三維造型的基礎(chǔ)，pro/e中的三維造型均是在二維草繪的基礎(chǔ)上通過一定的造型方法（如拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、混合等）生成的。對于草繪，可以理解為“截面輪廓”，因為草繪是二維的，所以草繪必定依附于某一平面，這一平面可以是系統(tǒng)提供的基準平面，也可以是用戶創(chuàng)建的模型的某一表面。圖2-1即為一典型的草繪，其中包含了草繪幾何圖元（直

22、線、圓等）、構(gòu)造圖元（中心線、輔助線）、草繪參照、尺寸、約束（圓弧與直線連接處的“t”標記和“箭頭”標記）等。 基準特征構(gòu)建在pro/engineer中提供了5種基準特征：基準平面（datum plane）、基準軸（datum axis）、基準曲線（datumcurve）、基準點（datum point）、基準坐標系（datum coordinate system）?；鶞侍卣髦饕谀Ｐ蜕伞⒀b配過程中起輔助作用。合理地使用基準特征是正確、快速、靈活創(chuàng)建模型的基礎(chǔ)。 三維實體特征設(shè)計pro/engineer的實體模型是以特征為基礎(chǔ)的，特征是pro/engineer模型的最小單位，特征的名稱一般都

23、是機械設(shè)計中常見的名詞，如孔（hole）、倒圓角（round）、筋（rib）、倒角（chamfer）等。由于特征是模型的最小單元，因此每個模型都是由一連串的特征組成，每個特征都會影響模型的外形。 特征的陣列、復制和鏡像實體特征的復制通?？梢允褂藐嚵?、復制和鏡像來實現(xiàn)。一般而言，陣列一次可以復制出多個特征，但對每個特征的操控性較低；而復制和鏡像一次只能復制出一個特征，但其對特征的操作性較強。 元件裝配將繪制好的零件組合在一起形成裝配體的過程稱為裝配，新形成的裝配體在pro/e中稱為組件。組件可以用于檢查零件之間有無干涉，也可以用于后續(xù)的運動仿真等應(yīng)用中。 工程圖產(chǎn)品設(shè)計經(jīng)由零件的三維造型設(shè)計階段

24、到裝配體（組件）的設(shè)計階段，已經(jīng)基本定型完成。機械設(shè)計的最后一步，是由工程圖來完成的，即提供完整的產(chǎn)品工程圖及其技術(shù)文檔（包括：零件圖、部件圖、裝配圖、零件清單等）。由于pro/e具備統(tǒng)一的工程數(shù)據(jù)庫，因而其工程圖的圖形數(shù)據(jù)可以直接從產(chǎn)品的三維模型數(shù)據(jù)庫中得到，無需重新輸入，而且pro/e在工程圖和三維零件模型、裝配件模型之間也提供了全相關(guān)的功能，在工程圖與三維模型中任何一處對產(chǎn)品的改動，都會在其余部分中體現(xiàn)出來，即當零件或裝配模型發(fā)生改動后，工程圖也能相應(yīng)隨之更改10。 1.7 本課題的研究目的 通過一模多件模具的設(shè)計進一步熟悉沖壓模具的設(shè)計思路和設(shè)計過程。 通過模具建模，虛擬裝配，認識ca

25、d/cae/cam技術(shù)在模具設(shè)計中的作用。 熟練掌握pro/e wildfire2.0的零件建模、裝配等操作。1.8 本課題研究的內(nèi)容 查閱國內(nèi)外與課題相關(guān)資料、調(diào)研、外文翻譯。 一模多件沖壓模具的設(shè)計。 應(yīng)用pro/e wildfire2.0軟件對模具進行三維建模以及虛擬裝配。 撰寫畢業(yè)論文。2.一模多件套筒式?jīng)_模設(shè)計2.1 設(shè)計任務(wù)書及產(chǎn)品圖2.1.1 任務(wù)要求 材料：q235； 生產(chǎn)批量：大批生產(chǎn)； 材料厚度：0.5mm； 產(chǎn)品工藝性好，質(zhì)量穩(wěn)定,精度達到圖紙要求； 模具設(shè)計合理，加工容易，操作方便安全； 繪制裝配圖及主要零件的零件圖； 建立pro/engineer三維模型； 制作模具的

26、總體裝配圖。2.1.2 產(chǎn)品圖圖2-1為一模多件套筒的零件圖: （1） （2） （3）圖2-1 一模多件零件圖和三維模型2.2零件沖壓工藝分析2.2.1沖裁件結(jié)構(gòu)工藝性分析沖裁工件的工藝性，是指沖裁工件對沖壓工藝的適應(yīng)性，即沖裁件的形狀結(jié)構(gòu)、尺寸大小、尺寸公差與尺寸基準是否符合沖裁工藝的要求。沖裁工件的工藝性對沖裁工件的質(zhì)量、材料利用率、生產(chǎn)率、模具壽命、操作方式及沖壓設(shè)備的選用等都有很大影響。經(jīng)分析，零件屬圓形沖裁件，結(jié)構(gòu)規(guī)則，排樣簡單。沖孔時，由于受到?jīng)_孔凸模強度的限制，孔的尺寸不宜過小。由表2.1查得,沖裁件最小孔11.3滿足沖孔的最小尺寸，沖裁件孔與孔，孔與邊緣之間的距離也滿足條件11

27、 ,且不小于34mm。由表2-2得沖裁件最小圓角半徑0.90t0.900.5 0.45mm，13零件的圓角滿足最小圓角半徑要求。表2-1凸模沖孔最小尺寸沖件材料圓形孔（直徑d）方形孔（孔寬b）矩形孔（孔寬b）長圓形孔（孔寬b）鋼鋼鋼黃銅、銅、鋁、鋅d1.5td1.3td1.0td0.9td0.8td1.35td1.2td0.9td0.8td0.7td1.2td1.0td0.8td0.7td0.6td1.1td0.9td0.7td0.6td0.5t注：為抗剪強度；d一般不小于0.3mm,t為材料厚度。表2-2 沖裁件最小圓半徑工 序線段夾角黃銅、紫銅、鋁軟 鋼合 金 鋼沖孔900.20t0.30

28、t0.45t900.40t0.60t0.90t注：t為材料厚度。2.2.2沖裁件的精度分析沖裁件的精度一般可分為精密級和經(jīng)濟級兩類。精密級是沖壓工藝上所允許的精度，而經(jīng)濟級是可以用較經(jīng)濟手段達到的精度。2.3排樣分析排樣是指沖裁件在條料、帶料或板料上的布置方法。排樣合理與否，對材料利用率的大小有直接影響。因此，排樣是沖壓工藝中一項重要的、技術(shù)性很強的工作。2.3.1 排樣方式及排樣圖該零件厚度較薄，零件成圓形，尺寸較小，所以采用有廢料的直排排樣方式，如圖2.2所示。由排樣圖的幾何關(guān)系，可以近似算出兩排中心距為41mm。2.3.2搭邊值的確定搭邊是指排樣時沖件之間以及沖件與條料邊緣之間留下的工藝

29、廢料。搭邊雖然是廢料，但在沖裁工藝中卻有很大的作用：補償定位誤差和送料誤差，保證沖裁出合格的零件；增加條料剛度，方便條料送進，提高生產(chǎn)效率；避免沖裁時條料邊緣的毛刺被拉人模具間隙,提高模具壽命。搭邊值要合理確定，從節(jié)省材料出發(fā)搭邊值越小越好，但搭邊值小于一定數(shù)值后對模具壽命和剪切表面質(zhì)量不利。一般約等于0.5t,搭邊的最小寬度的最大值等于毛坯的厚度。因此，搭邊值0.5mm，0.8mm11 。圖2-2 排樣圖2.3.3材料利用率的計算沖裁件的實際面積與所用板料面積的百分比叫材料利用率，它是衡量合理利用材料的經(jīng)濟性指標。一個進距內(nèi)的材料利用率可用下式表示式中： 沖裁件面積（包括內(nèi)形結(jié)構(gòu)廢料）,mm

30、2； 一個步距內(nèi)沖裁件數(shù)目； 條料寬度,mm； 進距,mm。代入數(shù)據(jù)計算可得： 71.98%其中a1=(r12-r22)=420.54mm2,r1=20mm,r2=17mm,零件一的表面積; a2=(r22-r32)=527.52mm2,r3=11mm,零件二的表面積; a3=(r32-r42)=279.70mm2,r4=5.65mm,零件三的表面積。2.4分析比較和確定工藝方案 工序一 工序二 工序三 沖孔落料 沖孔落料 沖孔落料圖2-3 沖壓工藝方案一方案一：采用三套單工序模具進行沖裁，如圖2-3所示：工序 l先用復合模沖出零件一；工序2然后用復合模沖出零件二；工序3最后用復合模沖出零件三

31、。方案二：用一套復合模進行沖壓，如圖2-4所示。工步1先用復合模沖出零件一，工步2然后復合模沖出零件二；工步3最后復合模沖出零件三，壓力機一次行程生產(chǎn)三個不同的環(huán)形轉(zhuǎn)沖片零件。工步一 工步二 工步三沖孔落料 沖孔落料 沖孔落料圖2-4 沖壓工藝方案二現(xiàn)分析比較兩個方案的優(yōu)缺點：方案一的優(yōu)點是：模具結(jié)構(gòu)簡單，制造周期較短，維修方便，幾個單工序?？赡鼙纫惶讖秃夏５某杀具€低。缺點是：加工零件時不易保證三個零件的同軸度，而且易使內(nèi)孔沖頭磨損，降低模具使用壽命。方案二的優(yōu)點是：復合?？梢猿杀短岣呱a(chǎn)效率，生產(chǎn)批量越大，提高生產(chǎn)效率就越顯得重要。節(jié)省人力，電力和工序間的搬運工作。同時可以提高沖壓件的同軸度

32、要求，并且無需重新定位，從而使沖壓工件的位置精度得到提高。缺點是：對模具制造精度要求較高，模具的制造成本較高。 方案的確定：一般對于這樣的環(huán)形工件，通常采用落料沖孔一個工序完成的加工方法，由于該工件的生產(chǎn)批量大，如果把三道工序同時完成，可以大大提高工作效率，并減輕工作量，節(jié)約能源，降低成本，而且可以避免將手伸入模具的問題，對保護操作者的安全也很有利，所以本設(shè)計采用方案二。3壓力機的確定及相關(guān)計算3.1模具結(jié)構(gòu)型式及總體結(jié)構(gòu)的確定3.1.1模具結(jié)構(gòu)型式的確定模具結(jié)構(gòu)型式的確定是一項關(guān)鍵的內(nèi)容。它直接關(guān)系到?jīng)_壓過程的生產(chǎn)效率、沖壓件的生產(chǎn)成本、沖壓件的質(zhì)量和尺寸精度以及模具壽命的高低。通過表3-1

33、和表3-2的幾種沖模特征及適用性比較，這三個零件沖壓采用倒裝式復合模。表3-1單工序模、復合模和連續(xù)模的比較比較項目單工序模連續(xù)模復合模工件尺寸精度較低一般it11級以下較高，it9級以下工件行位公差工件不平整，同軸度、對稱度及位置度誤差大不太平整，有時要較平，同軸度、對稱度及位移度誤差較大工件平整，同軸度、對稱度及位置度誤小沖壓生產(chǎn)率低，沖床一次行程內(nèi)只能完成一個工序高，沖床在一次行程內(nèi)能完成多個工序教高，沖床在一次行程內(nèi)可完成兩個以序?qū)崿F(xiàn)操作機械化、自動化的可能性較易，尤其適合于多工沖床上實現(xiàn)自動化較易，尤其適應(yīng)于單機上實現(xiàn)自動化難，工件與廢料排除較復雜，只能在單機上實現(xiàn)部分機械化作對材料

34、的要求對條料寬度要求不嚴，可用邊角料對條料或帶料寬度要求嚴格對條料寬度要求不嚴，可用邊角料生產(chǎn)安全性安全性較差比較安全安全性較差模具制造的難易程度較易，機構(gòu)簡單，制造周期短，價格低形狀簡單件，比用復合模制造難度低形狀復雜件，比用級進模的制造難度低應(yīng)用通用性好，適于中、小批量生產(chǎn)和大型件的大量生產(chǎn)通用性較差，適合于形狀簡單，尺寸不大，精度要求不高件的大批量生產(chǎn)通用性較差，適于形狀復雜、尺寸不大、精度要求較高件的大批量生產(chǎn)表3-2復合模正裝和倒裝第比較序號正裝倒裝1對于薄沖件能達到平整要求不能達到平整要求2操作不方便，不安全，孔的廢料由打棒打出操作方便，能裝自動拔料裝置，既能提高生產(chǎn)效率，又能保證

35、生產(chǎn)安全?？椎膹U料通過凹凸模的孔往下漏3廢料不會在凹凸?？變?nèi)聚集，每次由打棒打出，可較少孔內(nèi)廢料的漲力，有利于凹凸模減小最小壁厚廢料在凹凸?？變?nèi)聚集，凹凸模要求有較大的壁厚以增加強度4裝凹模的面積較大，有利于復雜沖件用拼塊結(jié)構(gòu)如凹凸模較大，可直接將凹凸模固定在底座上省去固定板3.1.2模具總體結(jié)構(gòu)的確定模具結(jié)構(gòu)型式確定模具總體結(jié)構(gòu)如圖3-1所示：本裝配圖主要表達了一模多件套筒式?jīng)_模的主要結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系，其模架、模柄、螺釘?shù)仁菢藴始饕峭ㄟ^分析計算選擇的，而其它的非標準零件是能過計算設(shè)計的。該模具的主要特點是多筒式。1、上凸凹模；2、上凸凹模；3、打料板；4、連接銷；5、襯套；6、沖孔凸模；

36、7、下固定板；8、頂桿；9、下墊板；10、擋料銷；11、下凸凹模；12、內(nèi)頂件器；13、外頂件器；14、中間墊板；15、凹模；16、打桿；17、卸料板；18、上固定板；19、上墊板；20、打桿；21、打板。圖3-1 模具裝配圖3.2沖裁力的計算3.2.1 沖裁力的計算沖裁力的計算公式式中 沖裁總周長； 零件一的外圓周長為149.6mm； 零件二外圓周長為106.76mm；l3零件三外圓周長為69.08mm； l4內(nèi)孔周長為35.482mm。=+ l4=149.6mm106.76mm69.08mm+35.482mm361.992mm 抗剪強度，按文獻可知取為310mpa； t材料厚度為0.5mm

37、。代入數(shù)據(jù)計算可得：1.3361.992mm0.5mm310mpa729272n72.93kn3.2.2 卸料力的計算在此復合模中，卸料板卸的是外圈的廢料。卸料力公式：式中： 卸料力系數(shù)，由表2-5可知，0.03代入數(shù)據(jù)計算可得：0.0372.932.188kn3.2.3推件力的計算查文獻可得推件力公式：f推=nk推f沖式中：f推推件力系數(shù)，由表2-5可知，0.045,沖孔凹模刃口直壁高度h=10mm, 則n= f推=20.04572.93kn=6.56kn3.2.4頂件力的計算查文獻可得頂件力公式：式中： 頂件力系數(shù)，由表3-3可知，0.055代入數(shù)據(jù)可得：0.05572.938.02kn總

38、壓力如下式： + f推72.932.1888.02+6.56=89.7kn;表3-3 卸料力、推件力及頂件力因數(shù)沖裁材料 料厚t/mmk2k推k3鋼0.10.1-0.50.5-2.52.5-6.50.065-0.0750.045-0.0550.04-0.050.03-0.040.10.0630.0550.0450.140.080.060.053.3壓力機公稱壓力的確定對于沖裁工序，壓力機的公稱壓力應(yīng)大于或等于沖裁時總沖壓力的（1.11.3）即： p(1.11.3) f式中 p壓力機的公稱壓力； f沖裁時總沖壓力。應(yīng)選取的壓力機公稱壓力p0(1.11.3) 89.7kn=98.67116.61k

39、n,根據(jù)表3-4查得壓力機型號為j23-16型開式壓力機,該壓力機與模具設(shè)計的有關(guān)參數(shù)為可由表3-4查得。表3-4 開式壓力機技術(shù)參數(shù)型號技術(shù)參數(shù)j23-6.3j23-10j23-16j23-25j23-35公稱壓力/kn63100160250350滑塊行程/mm3545556580最大高度/mm150180220270280滑塊行程次數(shù)1701451205550閉合高度調(diào)節(jié)/mm3535454560工作臺尺寸/mm前后200240310320380左右3003704505006103.4模具壓力中心的確定沖裁時的合力作用點或工序模各工序沖壓力的合力作用點，成為壓力中心。設(shè)計時模具壓力中心應(yīng)于

40、壓力機滑塊中心一致，如果不一致，沖壓時，沖壓時會產(chǎn)生偏裁，導致模具以及壓力機滑塊與導軌的急劇磨損，降低模具和壓力機的實用壽命。此三個零件都是軸對稱零件，其壓力中心就是零件的對稱中心。凹模的中心，下模座的中心和浮動模柄的中心應(yīng)在一條直線上，模具壓力中心的示意圖如3-2所示。圖3-2 壓力中心示意圖3.5模具工作部分尺寸計算3.5.1落料凸、凹模工作部分尺寸計算由表3-5查得,沖裁模初始雙面間隙zmin=0.04mm,zmax=0.06mm.落料刃口尺寸計算 沖裁凸模、凹模分別按it6和it7級制造。由文獻可查得，x=0.75mm,=0.15 mm。計算可得凸凹模的刃口尺寸如表3-6所示。表3-5

41、沖裁模初始雙面間隙(mm)材料名稱45、t7、t8（退火）、65鋼10、15、20、冷軋鋼帶、30鋼板q215、q235鋼板厚度t（mm）zminzmaxzminzmaxzminzmax0.30.040.060.030.050.020.040.50.080.100.060.080.040.06表3-6凸凹模刃口尺寸 (mm)工件尺寸凸模尺寸d凸=(d-x-zmin)0-凸凹模尺寸d凹=(d-x)+ 凹0d1=40d2=34d3=2239.84750-0.0133. 84750-0.0121. 84750-0.0139.8875+00.0133. 8875+00.0121.8875+00.01注

42、: 工件制造公差,磨損系數(shù),凹模的制造公差, 凸凸模的制造公差 3.5.2沖孔刃口尺寸計算對于11.3刃口孔沖裁凸模、凹模的制造公差由文獻查得, 凸=0.02 mm , 凹=0.02 mm,則d凸=(d+ x) 0-凸= (11.3+0.75*0.15) 0-0.01mm=11.41250-0.01mm;d凹= (d+ x+ zmin) + 凹0= (11.3+0.75*0.15+0.04) +00.01=11.4525+00.01l1=23,l2=30-0.1屬于尺寸不變情況，查文獻得：l1凹= l1凹l1凹= 230.01mml2凹= l2凹l2凹=30-0.10.01mm=2.950.0

43、6 mm4.模具各零部件的設(shè)計及計算4.1 沖孔凸模的設(shè)計由于沖件的形狀和尺寸不同，沖模的加工以及裝配工藝等實際條件亦不同，所以在實際生產(chǎn)中使用的凸模結(jié)構(gòu)形式很多。其截面形狀有圓形和非圓形；刃口形狀有平刃和斜刃等；結(jié)構(gòu)有整體式、鑲拼式、階梯式、直通式和帶護套式等。凸模的固定方法有臺肩固定、鉚接、螺釘和銷釘固定，粘結(jié)劑澆注法固定等。本沖孔凸模設(shè)計如圖，由于沖孔凸模直徑11.3mm，不屬于細長形，所以不需要進行壓應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的教核。由于此模具采用彈性卸料板，所以凸模的長度應(yīng)根據(jù)實際情況確定，凸模的尺寸如圖4-1所示。式中： 凸模固定板的厚度； 附件墊板的厚度；落料凹模的厚度。代入數(shù)據(jù)計算可得：1

44、8111544mm 圖4-1沖孔凸模二維圖及三維模型圖4.2下固定板的設(shè)計凸模固定板的外形尺寸與凹模輪廓尺寸基本上是一致的，主要是起固定凸模的作用，在這里凸模采用套筒式鋼套鑲合，查沖壓手冊可知，凸模固定板的厚度取0.830mm，直徑=80mm。 圖4-2下固定板二維圖及三維模型圖4.3下墊板的設(shè)計墊板的作用是直接承受和擴散凸模傳遞的壓力，以降低模座所受的單位壓力，防止模座被壓出陷痕而損壞。此外，當利用壓力機的打桿推件時因上模座局部被挖空，也需要采用墊板來支撐。墊板的厚度一般取612mm。其外形與固定板相同。材料采用45號鋼。查文獻得，凸模墊板的厚度取6mm，直徑80mm。下墊板的三維模型如下圖

45、4-3所示。圖4-3下墊板三維模型圖4.4凹模的設(shè)計查文獻沖壓手冊可知，凹模壁厚b1取20mm，b2取16.5mm;刃口厚度取14mm，最后取落料凹模直徑d1取40mm，d2取80mm厚度;1取14mm，2取18mm，凹模二維圖及三維模型如圖4-4所示。圖4-4 凹模二維圖及三維模型 4.5凸凹模的設(shè)計 圖4-5 下凸凹模二維圖及三維模型對于復合模而言，凸凹模的內(nèi)外緣均為刃口。內(nèi)外緣之間的壁厚決定于沖裁件的尺寸，凹凸模的壁厚又受到?jīng)_模結(jié)構(gòu)的影響：對于順裝式復合模，由于凸凹模裝在上模，內(nèi)孔不會存廢料，張力小，其最小壁厚就可以小些；而對于倒裝式復合模，因內(nèi)孔會積存廢料，其最小壁厚就應(yīng)大些。在此三零

46、件同時沖出的復合沖模中已經(jīng)在零件工藝分析中驗證過，凸凹模的最小壁厚滿足規(guī)定的凸凹模的最小壁厚。所設(shè)計的三個凸凹模的二維及三維模型如下圖所示。 圖4-6 上凸凹模二維圖及三維模型圖4-7 上凸凹模二維圖及三維模型4.6 凸凹模固定型式的確定由于凸凹模的機構(gòu)不規(guī)則，凹凸模也采用套筒式鋼套鑲合。長度的確定凹凸模的長度計算公式：式中： 凹凸模固定板的厚度或凹模厚度； 橡膠的裝模高度或中間墊板厚度； 卸料板的厚度或下固定板厚度。 上墊板的厚度。代入數(shù)據(jù)計算可得：181215144mm2298+645mm229839mm 凹凸模內(nèi)沖孔凹模的刃口型式的設(shè)計最常見的凹模刃口結(jié)構(gòu)型式有如圖4-11所示的幾種。這

47、四種凹模刃口型式的特點和及適用范圍如下表4-1所示。在這套三個零件的模具中凹凸模中的沖孔凹模刃口型式采用第三種型式，即柱行孔口的筒形凹模。圖4-11 常見凹模刃口結(jié)構(gòu)型式4.7凸凹模固定板的設(shè)計凸凹模固定板的外形尺寸與凹模輪廓尺寸基本上是一致的，主要是起固定凸凹模的作用，凸凹模上固定板的厚度取6mm，=80mm；凸凹模下固定板的厚度取15mm，=80mm。表4-1四種凹模刃口型式的特點和及適用范圍刃口型式特點及應(yīng)用范圍柱孔口錐形凹模1.刃口強度較高，修模后刃口尺寸不變。2.凹模內(nèi)易積存廢料或沖裁件，尤其間隙較小時，刃口直壁部分磨損較快。3.用于沖裁形狀復雜或精度要求較高的零件。錐形口凹模1刃口

48、強度較差，修磨后刃口尺寸約有增大。2凹模內(nèi)不易積存廢料或沖裁件，刃口內(nèi)壁磨損較慢。3用于沖裁形狀簡單、精度要求不高的零件。柱形口筒形凹模1刃口強度較高，修磨后刃口尺寸不變，且刃口直壁下面的擴大部分可使凹模加工簡單。2用于沖裁形狀復雜、或精度要求較高的中、小形件，也可用于裝有頂出裝置的模具。柱形直通式口凹模1刃口為直通式，強度較高，修磨后刃口尺寸不變。2用于沖裁大型或精度要求較高的零件，模具裝有頂出裝置不適用于下漏料的模具。 圖4-12 上固定板三維模型 圖4-13 下固定板三維模型4.8卸料板的設(shè)計卸料裝置主要用來在沖壓工作完成后從凸模上卸下條料或廢料，有時也起壓料或凸模導向作用，此外還兼有保

49、護凸模強度、防止沖裁時材料的變形作用。卸料裝置的種類較多。它包括固定卸料板、活動卸料板、彈壓卸料板和廢料切刀。其中彈壓式卸料板是活動卸料板的一種。它即起卸料的作用，又起壓料的作用，由于工作前對板料有預(yù)壓作用，所得沖裁零件的質(zhì)量較好，平直度較高。因此質(zhì)量要求較高的沖裁件或薄板沖裁易采用彈壓式卸料版。此三個零件沖孔落料復合模采用彈性卸料板，查文獻4選取厚度h8mm，d =80mm，查文獻1表15.32得，卸料板與凹凸模之間的單面間隙c0.05mm。卸料螺釘：選用直徑d6mm，l =35mm的圓柱頭內(nèi)六角卸料螺釘。標記為：圓柱頭內(nèi)六角卸料螺釘m635 gb/t7650.6，卸料板三維模型如圖4-14

50、所示。卸料板螺釘?shù)某量咨疃龋篽=8mm，圓柱頭內(nèi)六角卸料螺釘三維模型如圖4-15所示。 圖4-14 卸料板三維模型 圖4-15 圓柱頭內(nèi)六角卸料螺釘三維模型4.9出件裝置的設(shè)計此套模具采用剛性的推件裝置。其基本零件有打桿、打板、連接推桿和推件塊組成。為使剛性推件裝置工作正常，推件力必須均衡，為此，連接推桿需要采用24根、且均勻分布，長短必須完全一致。由于剛性推件裝置的推件力較大、工作可靠，所以應(yīng)用十分廣泛，不但用于倒裝式?jīng)_模中的推件，而且用于順裝式中沖模中的卸料件或推出廢料，尤其對于沖裁板料較厚的沖模，宜用這種推件裝置12。 4.10打桿的設(shè)計采用a型帶肩推桿，選用直徑為d6mm，長度如下式：

51、式中： 頂出狀態(tài)時，打桿在上模座平面以下的長度； 壓力機的結(jié)構(gòu)尺寸； 考慮各種誤差而加的常數(shù)，一般?。?12）mm。綜合考慮，打桿的長度取40mm，標記為：推桿a640jb/t7650.113。圖4-16 a型帶肩推桿三維模型4.11頂桿的設(shè)計采用直徑4mm，長度30mm的頂桿，標記為：頂桿430jb/t7650.314。頂桿的三維模型如下圖4-17所示。圖4-17 頂桿三維模型4.12頂件器的設(shè)計頂件器是將沖壓零件頂出，結(jié)構(gòu)和相關(guān)尺寸如圖4-18和4-19所示15。 圖4-18 內(nèi)頂件器二維圖及三維模型圖4-19 外頂件器二維圖及三維模型 4.13橡膠的設(shè)計計算 橡膠的自由高度橡膠的自由高度

52、按下式計算：式中：0.5123mm故代入數(shù)據(jù)計算可得，10.512mm,取12mm15。 橡膠的裝配高度橡膠的預(yù)壓縮量為橡膠自由高度10%15，橡膠的裝9.359.9mm。 橡膠的型式選用圓型的橡膠，直徑=16mm，數(shù)量為2個，標記為：聚氨酯彈性體126.512 jb/t7650.9-199516。圖4-20 橡膠三維模型 橡膠受力計算橡膠板的工作壓力： 式中： 橡膠板橫截面積； 單位壓力，與橡膠板壓縮量、形狀有關(guān)。168220.672mpa，所以橡膠產(chǎn)生的工作壓力大于卸料力，滿足卸料條件16。 4.14定位零件的設(shè)計沖模的定位零件是用來保證條料的正確送進及在模具中的正確位置。條料在模具送料平面中必須有兩個方向的限位：一是在與條料方向垂直的方向上的限位，保證條料沿正確的方向送進，稱為送進導向；二是在送料方向上的限位，控制條料一次送進的距離（步距）稱為送料定距。對于塊料或工序件的定位，基