雙扇形擋片復(fù)合模模具設(shè)計(jì)

1、模具cad/cam程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)雙扇形擋片復(fù)合模設(shè)計(jì)（cad） 院 系 航空宇航工程學(xué)院 專 業(yè) 飛行器制造工程（鈑金與模具）班 號(hào) 6403020 學(xué) 號(hào) 200604032042 姓 名 指導(dǎo)教師 張漢茹 沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院2009年12月 1日 摘 要本次課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容為雙扇形擋片復(fù)合模，完成沖孔、落料兩道工序。模具為倒裝結(jié)構(gòu)，由打桿頂出制件，橡膠墊驅(qū)動(dòng)的卸料板卸除條料。排樣方式為單排，由彈性擋料銷和導(dǎo)料銷定位、導(dǎo)料。模架為中間導(dǎo)柱圓形模架，壓入式模柄。使用solidworks生成零件實(shí)體并完成裝配，進(jìn)而生成裝配工程圖和相關(guān)的零件剛才圖。 關(guān)鍵詞： 沖孔 落料 倒裝 單排 solidwork

2、s 目 錄1. 概論1 1.1 cad/cam概論1 1.2 cad/cam系統(tǒng)組成1 1.3 solidworks簡(jiǎn)介 12.工藝方案分析及確定 2 2.1 墊片沖壓工藝分析 2 2.2墊片沖壓工藝的確定33.模具結(jié)構(gòu)的確定 4 3.1 模具的形式 4 3.2 定位裝置 4 3.3 卸料裝置 4 3.4 導(dǎo)向零件 43.5 模架 54.工藝計(jì)算 6 4.1 排樣 6 4.2 計(jì)算沖壓力 7 4.3 計(jì)算模具壓力中心 8 4.4 計(jì)算模具刃口尺寸 85.主要工作零件的設(shè)計(jì) 9 5.1 落料凹模 9 5.2 沖孔凸模長(zhǎng)度及強(qiáng)度校核11 5.3 凸凹模長(zhǎng)度，壁厚校核126.其他零件的設(shè)計(jì)14 6.

3、1 橡膠墊14 6.2 凸凹模固定板14 6.3 墊板15 6.4 卸料板156.5 模座166.5 壓力機(jī)校核167.solidworks實(shí)體建模17 7.1 模具的設(shè)計(jì)順序17 7.2 零件的實(shí)體建模17 7.3 裝配模具實(shí)體17 7.4 工程圖20結(jié)束語(yǔ)21參考文獻(xiàn)211概論1.1 cad/cam概論信息科學(xué)技術(shù)是當(dāng)今世界的中心科學(xué)技術(shù)，其核心是計(jì)算機(jī)技術(shù)，已滲透應(yīng)用到國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，各行業(yè)都在積極進(jìn)行信息化改造，以信息化帶動(dòng)工業(yè)化。以計(jì)算機(jī)技術(shù)為主要技術(shù)手段，將大大減輕科技人員的腦力和體力勞動(dòng)，甚至能夠完成人力所不及的工作，大大促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算有關(guān)技術(shù)的不斷

4、發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴(kuò)大，涌現(xiàn)出許多以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新興科學(xué)。cad/cam技術(shù)便是其中之一。cad/cam，即計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)與計(jì)算機(jī)輔助制造，是一門基于計(jì)算機(jī)技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的、與機(jī)械設(shè)計(jì)和制造技術(shù)相互滲透、型號(hào)結(jié)合的、多學(xué)科綜合性的技術(shù)。它隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速輔助、數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用及cad/cam軟件的日益完善，在電子、機(jī)械、航空航天、輕工等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。模具cad/cam是在人的參與下，以計(jì)算機(jī)為中心的一整套系統(tǒng)。其中，模具cad完成對(duì)采用工藝、模具結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)；模具cam完成對(duì)零件的加工制造，并在加工制造工程中實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)督、控制、測(cè)試和管理。cam的輸出信

5、息直接來(lái)自于cad的輸出信息，二者是有機(jī)結(jié)合的整體。1.2 cad/cam系統(tǒng)組成cad/cam系統(tǒng)有硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。硬件系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備，軟件系統(tǒng)有系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件和專業(yè)軟件組成。cad/cam系統(tǒng)的功能不僅與組成改系統(tǒng)的硬件功能和軟件功能有關(guān)，而且與它們的匹配和組織有關(guān)。在建立cad/cam系統(tǒng)時(shí)，視線應(yīng)根據(jù)輸生產(chǎn)任務(wù)的需要，選定最合適的功能軟件，然后再根據(jù)軟件系統(tǒng)選擇與之相匹配的硬件系統(tǒng)。1.3 solidworks簡(jiǎn)介solidworks是基于windows平臺(tái)的三維設(shè)計(jì)軟件，采用參數(shù)化和特征造型技術(shù)，能方便、快捷地創(chuàng)建復(fù)雜形狀的實(shí)體、復(fù)雜裝配和生成工程圖。而且參數(shù)化

6、的實(shí)體能通過(guò)對(duì)尺寸的修改來(lái)進(jìn)行編輯，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化驅(qū)動(dòng)。solidworks和windows實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成。“基于windows的桌面集成系統(tǒng)”不只是一個(gè)單一的 設(shè)計(jì)工具，而是以solidworks為核心的各種應(yīng)用的組合，如結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動(dòng)分析、工程數(shù)據(jù)管理和上課加工等。圖形界面友好，用戶易學(xué)易用。2 工藝方案分析及確定2.1 墊片沖壓工藝分析2.1.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形狀分析圖2.1可知，產(chǎn)品為圓片落料、圓片沖孔。產(chǎn)品形狀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單對(duì)稱，無(wú)狹槽、尖角；孔與孔之間、孔與零件之間的最小距離滿足c1.5t要求。（,） 圖2.1 雙扇擋片 2.1.2 產(chǎn)品尺寸精度、粗糙度、斷面質(zhì)量分析（1）尺寸精度 任務(wù)書(shū)對(duì)沖件的

7、尺寸精度要求為it12級(jí)，查參考文獻(xiàn)2知，普通沖裁時(shí)對(duì)于該沖件的精度要求為it12it11級(jí)，所以尺寸精度滿足要求。（2）沖裁件斷面質(zhì)量 因?yàn)橐话阌闷胀_裁方式?jīng)_1mm 的金屬板料時(shí)，其斷面粗糙度ra可達(dá)12.53.2，毛刺允許高度為0.050.1mm；本產(chǎn)品在斷面粗糙度上沒(méi)有太嚴(yán)格的要求，單要求孔及輪廓邊緣無(wú)毛刺，所以只要模具精度達(dá)到一定要求，在沖裁后加修整工序，沖裁件斷面的質(zhì)量就可以保證。（3）產(chǎn)品材料分析 對(duì)于沖壓件材料一般要求的力學(xué)性能是強(qiáng)度低，塑性高，表面質(zhì)量和厚度公差符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計(jì)的產(chǎn)品材料為20鋼，屬優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其力學(xué)性能是強(qiáng)度、硬度低而塑性較好，非常適合沖裁加工。另外

8、產(chǎn)品對(duì)于厚度與表面質(zhì)量沒(méi)有嚴(yán)格要求，所以盡量采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的板材，其沖裁出的產(chǎn)品表面質(zhì)量和厚度公差就可以保證 經(jīng)上述分析，產(chǎn)品的材料性能符合冷沖壓加工要求。（4）產(chǎn)量 30萬(wàn)件 由產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)量30萬(wàn)件可知，產(chǎn)品批量為中等批量，適合采用沖壓加工的方法，最好采用復(fù)合?；蜻B續(xù)模。22 墊片沖壓工藝方案的確定完成此工件需要沖孔、落料兩道工序。其加工方案分為3種，件表2.1。 表2.1 工藝方案序號(hào)工藝方案結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1單工序模生產(chǎn)：落料沖孔（或沖孔落料）模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需要兩道工序、兩套模具才能完成零件的加工，生產(chǎn)效率低，難以滿足零件大批量生產(chǎn)的需求。且兩道工序中的定位誤差，將導(dǎo)致中心孔的位置精度難以保證

9、。2復(fù)合模生產(chǎn)：落料-沖孔復(fù)合同一副模具完成兩道不同的工序，大大減小了模具規(guī)模，降低了模具成本，提高生產(chǎn)效率，也難以提高壓力機(jī)等設(shè)備的使用效率；操作簡(jiǎn)單、方便，適合大批量生產(chǎn)；能可靠保證中心孔的位置精度。3連續(xù)模生產(chǎn)：沖孔-落料連續(xù)同一副模具不同工位完成兩道不同的工序，生產(chǎn)效率高，模具規(guī)模相對(duì)第二種方案要大一些，模具成本要高；兩道工位之間的定位要求非常高；否則無(wú)法保證中心空的位置精度。根據(jù)本零件的設(shè)計(jì)要求以及各方案的特點(diǎn)，決定采用第2種方案比較合理。3 模具結(jié)構(gòu)的確定3.1 模具的形式 復(fù)合模又可分為正裝式和倒裝式。3.1.1 正裝式特點(diǎn) 工件和沖孔廢料都將落在凹模表面上，必須加以清除才能進(jìn)行

10、下一次沖裁，因此操作不方便，也不安全，對(duì)多孔工件不宜采用，但沖出的工件表面比較平直。3.1.2 倒裝式特點(diǎn)沖孔廢料由沖孔凸模沖入凹模洞口中，積累到一定數(shù)量，由下模漏料孔排出，不必清除廢料，操作方便，應(yīng)用很廣，但工件表面平直度較差，凸凹模承受的張力較大，因此凸凹模的壁厚應(yīng)嚴(yán)格控制，以免強(qiáng)度不足。經(jīng)分析，此工件有兩個(gè)孔，若采用正裝式復(fù)合模，操作很不方便；另外，此工件無(wú)較高的平直度要求，工件精度要求也較低，所以從操作方便、模具制造簡(jiǎn)單等方面考慮，決定采用倒裝式復(fù)合模。3.2 定位裝置 采用伸縮式擋料銷縱向定位，安裝在橡膠墊和活動(dòng)卸料板之間。工作時(shí)可隨凹模下行而壓入孔內(nèi)，工作很方便。3.3 卸料裝置

11、3.3.1 條料的卸除 采用彈性卸料板。因?yàn)槭堑寡b式復(fù)合模，所以卸料板安裝在下模。 3.3.2 工件的卸除 采用打料裝置將工件從落料凹模中推下，落在模具工作表面上。3.3.3 沖孔廢料的卸除下模座上采用漏料孔排出。沖孔廢料在下模的凸凹模內(nèi)積聚到一定數(shù)量，便從下模座的漏料孔中排出。 3.4 導(dǎo)向零件 導(dǎo)向零件有許多種，如用導(dǎo)板導(dǎo)向，則在模具上安裝不便而且阻擋操作者視線，所以不采用；若用滾珠式導(dǎo)柱導(dǎo)套進(jìn)行導(dǎo)向，雖然導(dǎo)向精度高、壽命長(zhǎng)，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，所以也不采用；針對(duì)本次加工的產(chǎn)品的精度要求不高，采用滑動(dòng)式導(dǎo)柱導(dǎo)套極限導(dǎo)向即可。而且模具在壓力機(jī)上的安裝比較簡(jiǎn)單，操作又方便，還可降低成本。 3.5

12、模架 若采用中間導(dǎo)柱模架，則導(dǎo)柱對(duì)稱分布，受力平衡，滑動(dòng)平穩(wěn)，拔模方便，但只能一個(gè)方向送料。若采用對(duì)焦導(dǎo)柱模架，則受力平衡，滑動(dòng)平穩(wěn)，可縱向或橫向送料。若采用后側(cè)導(dǎo)柱模架，則可三方向送料，操作者視線不被阻擋，結(jié)構(gòu)比較緊湊，但模具受力不平衡，滑動(dòng)不平穩(wěn)。 本設(shè)計(jì)決定采用中間導(dǎo)柱模架。4 工藝計(jì)算4.1 排樣 零件外形為圓形 ，可以采用單排、交叉雙排或多排；考慮到零件為中等批量生產(chǎn)，如果采用交叉雙排或多排，則模具尺寸和結(jié)構(gòu)就會(huì)相應(yīng)增大，從而增加模具生產(chǎn)成本，所以本設(shè)計(jì)決定采用單排結(jié)構(gòu)。如圖4.1所示。圖4.1 排樣圖 4.1.1 搭邊查參考文獻(xiàn)1 ，確定搭邊值，。當(dāng)時(shí) 4.1.2 條料寬度采用無(wú)側(cè)

13、壓裝置，所以（z=0.1，a=0.5）mm 4.1.3 材料利用率 式中 板料（帶料或條料）上實(shí)際沖裁的零件數(shù)量； 零件的實(shí)際面積； 板料（帶料或條料）長(zhǎng)度； 板料（帶料或條料）寬度；若取工件數(shù)量14件，則料長(zhǎng)為 mm取 mm所以條料規(guī)格為所以材料利用率為 4.2 計(jì)算沖壓力 4.2.1 沖裁力 沖裁力公式為 （4-1） 式中 沖裁力； 沖孔沖裁力； 落料沖裁力。4.2.1.1 沖孔沖裁力 （4-2）式中 k系數(shù)（取k=1.3）； 孔的個(gè)數(shù)，。 沖孔周長(zhǎng)，mm； 材料厚度，mm； 材料抗剪強(qiáng)度，查參考文獻(xiàn)2知20鋼，392mpa，取mpa。所以 n = 27.3kn4.2.1.2 落料沖裁力。

14、 （4-3） mm 所以 n = 118.4kn4.2.2 卸料力。 （4-4） 式中 卸料系數(shù)，查參考文獻(xiàn)1知0.06，取。 所以 kn4.2.3 推料力 （4-5） 式中 推料系數(shù)，查參考文獻(xiàn)1取。 同時(shí)卡在凹模洞孔內(nèi)的件數(shù)，。 所以 kn4.2.4 頂件力 （4-6） 式中 頂件系數(shù)，查參考文獻(xiàn)1取。 所以 kn 4.2.5 總沖壓力沖裁時(shí)，壓力機(jī)的壓力值必須大于或等于沖裁各工藝力的總和，即大于總的沖壓力。總的沖壓力根據(jù)模具結(jié)構(gòu)不同計(jì)算公式不同，當(dāng)采用彈壓卸料裝置和下出件的模具時(shí)，總的沖壓力為kn 初選壓力機(jī)：j23-25。 4.3 計(jì)算模具壓力中心 由于該零件完全對(duì)稱于相互垂直大大兩條

15、多層次線，所以模具的壓力中心在幾何圖形的中心。 4.4 計(jì)算模具刃口尺寸 模具采用復(fù)合模結(jié)構(gòu)，計(jì)算刃口尺寸時(shí)宜采用尺寸轉(zhuǎn)換法計(jì)算。 零件上包含四個(gè)尺寸：落料尺寸，；沖孔尺寸； 所以基準(zhǔn)型面尺寸為： 式中 磨損系數(shù)，查參考文獻(xiàn)1取 = 0.5； 基準(zhǔn)型面（凹模）制造公差，取； 基準(zhǔn)型面（凸模）制造公差，??； 工件的制造公差。 查參考文獻(xiàn)1知刃口始用間隙為mm，mm。 所以凸凹模尺寸為： 凹模尺寸：， ，。 凹模尺寸校核：按雙面間隙0.16配修凹模，則， 。對(duì)照零件尺寸，該法可用。5 模具工作零件的設(shè)計(jì)計(jì)算5.1 落料凹模落料凹模尺寸如圖5.1所示。圖5.1 落料凹模尺寸5.1.1 厚度 （5-1

16、）式中 凹模的理論厚度。mm進(jìn)一位取整數(shù)取 mm查參考文獻(xiàn)4知刃磨余量為 。所以凹模厚度為 31+6 = 37mm。因?yàn)槁淞蠜_裁力，所以凹模厚度應(yīng)小于25mm。所以將凹模做成一塊凹模板和一塊夾板相拼的結(jié)構(gòu)。綜合模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，取凹模厚度mm，夾板厚度為13mm。5.1.2 凹模板直徑 零件外形為圓形的一部分，而且完全對(duì)稱，所以將凹模板做成圓形。 （5-2） 式中 切斷輪廓線到凹模邊緣的尺寸，輪廓為平滑曲線時(shí)，。 所以 mm 查參考文獻(xiàn)2按推薦值取 mm 5.2 沖孔凸模長(zhǎng)度及強(qiáng)度校核 沖孔凸模尺寸如圖5.2所示。5.2.1 沖孔凸模長(zhǎng)度如圖所示 （5-3） （0.60.8） 式中 凸模固定板厚度

17、； 沖孔凸模厚度，mm； 凸模自由長(zhǎng)度。 圖5.2 凸模尺寸所以 （0.60.8）=（0.60.8）912mm，取10.5mm。 mm（考慮到在落料前沖孔凸模先接觸板料，所以取 mm）。所以 mm5.2.2 凸模強(qiáng)度（壓應(yīng)力）校核校核公式為 （5-4）式中 凸模最小斷面積，； 凸模材料的許用壓應(yīng)力，凸模材料選用cr12mov，查參考文獻(xiàn)2知，（10001600）mpa，取1200 mpa。因?yàn)?mpa所以凸模強(qiáng)度校核符合要求。5.2.3 凸模剛度（細(xì)長(zhǎng)桿失穩(wěn)）校核。校核公式 （）式中 凸模最大自由高度； e 凸模材料彈性模量，一般取mpa； 凸模最小斷面慣性矩，圓形斷面； 支承系數(shù)，無(wú)導(dǎo)板導(dǎo)向

18、；安全系數(shù)，鋼取23。 代入公式得 mm實(shí)際 mm。所以壓力機(jī)合格，可用。 7 solidworks實(shí)體建模 7.1 模具的設(shè)計(jì)順序在進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)及零件設(shè)計(jì)時(shí)，需首先根據(jù)條料排樣圖確定總體結(jié)構(gòu)，然后一次為基礎(chǔ)，詳細(xì)設(shè)計(jì)其中的組成零件。這一過(guò)程實(shí)際上就是自頂向下的設(shè)計(jì)過(guò)程。模具組成零件的形狀除受成形工藝形狀約束外，還受其在模具中所處的位置及其他零件的關(guān)系約束，只有總裝在結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，才能獲得零件的相關(guān)約束，進(jìn)行零件的設(shè)計(jì)。 為此，在利用solidworks進(jìn)行建模時(shí)，應(yīng)采用自頂向下的設(shè)計(jì)模式，依次實(shí)現(xiàn)模具結(jié)構(gòu)及零件的設(shè)計(jì)。具體表述為：首先，根據(jù)條料排樣圖確定模具的總體框架結(jié)構(gòu)，從典型結(jié)構(gòu)庫(kù)中實(shí)體化

19、一種導(dǎo)向結(jié)構(gòu)圖，然后直接在該總體結(jié)構(gòu)下，設(shè)計(jì)其他相關(guān)模具零件，以使零件設(shè)計(jì)和裝配設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián)。這樣，在設(shè)計(jì)某一零件時(shí)，其相關(guān)零件的形狀變化可被自動(dòng)處理，從而保證設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)一致性。當(dāng)零件設(shè)計(jì)完成后，可將裝配結(jié)構(gòu)中的每一零件輸出到相應(yīng)的文件中，用來(lái)產(chǎn)生相應(yīng)零件的工程圖，并標(biāo)注相關(guān)尺寸、技術(shù)要求等。7.2 零件的實(shí)體建模 通過(guò)前面的設(shè)計(jì)可知，該套模具共包含28種零件，其中6種標(biāo)準(zhǔn)可從軟件的零件庫(kù)中調(diào)用，剩余的22種則要有設(shè)計(jì)者之間設(shè)計(jì)。 在solidworks中，可以通過(guò)多種方式將曲面轉(zhuǎn)換為實(shí)體，下面為兩種典型的零件的畫(huà)法。（1） 凹模板 操作步驟為：1.在草繪平面內(nèi)作凹模板外形、刃口和銷孔；2.用拉伸

20、命令將平面拉伸為實(shí)體；3.用異性孔向?qū)疃嗣嫔舷鄳?yīng)的位置作出螺紋孔；4.用環(huán)形陣列命令作出另外兩個(gè)螺紋孔；4.用拉伸切除命令作出大孔。（2） 凸凹模 操作步驟為：1.用旋轉(zhuǎn)命令作出凸凹模的外形；2.用拉伸切除命令分別在上下端面作出沖孔孔和漏料孔；3.用拉伸切除命令在下端面上作出銷孔。7.3 裝配模具實(shí)體7.3.1 裝配體裝配的概念在工程中非常重要，solidworks能夠模擬實(shí)際工作環(huán)境，將零件進(jìn)行裝配合成。裝配體的零部件可以包括獨(dú)立的零件，也可以是其他的裝配體。將一個(gè)零部件放入裝配體，這個(gè)零部件才會(huì)與裝配體文件產(chǎn)生鏈接的關(guān)系。裝配體文件不能單獨(dú)存在，要和零部件一起存放才有意義，同時(shí)對(duì)零部件文件的任何改變都會(huì)更新裝配體。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法有兩種：（1） 自下而上設(shè)計(jì)法 此為比較傳統(tǒng)的方法。在自下而上設(shè)計(jì)中，線建立零件，并將之插入裝配體，然后根據(jù)設(shè)計(jì)要求，將各個(gè)零件進(jìn)行配合。它的有點(diǎn)是：由于零部件是獨(dú)立設(shè)計(jì)的，它們的相互關(guān)系及重建行為更為簡(jiǎn)單。使用自下而上設(shè)計(jì)法可以專注于單個(gè)零件的設(shè)計(jì)工作。在不需要控制零件大小和尺寸的參考關(guān)系時(shí)，該方法較為適用。 圖6.1 模具裝配體（2）自上而下設(shè)計(jì)法自上而下設(shè)計(jì)法從裝配體中開(kāi)始設(shè)計(jì)，這時(shí)兩種設(shè)計(jì)方法是不同之處。使用一個(gè)零件的幾何體來(lái)幫助定義另一個(gè)零件，或生成組裝零件后，才添加特征。本設(shè)計(jì)中的模具結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，故采