双扇形挡片复合模模具设计.doc

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1、模具CAD/CAM程设计说明书双扇形挡片复合模设计（CAD） 院 系 航空宇航工程学院 专 业 飞行器制造工程（钣金与模具）班 号 6403020 学 号 200604032042 姓 名 指导教师 张汉茹 沈阳航空工业学院2009年12月 1日 摘 要本次课程设计的内容为双扇形挡片复合模，完成冲孔、落料两道工序。模具为倒装结构，由打杆顶出制件，橡胶垫驱动的卸料板卸除条料。排样方式为单排，由弹性挡料销和导料销定位、导料。模架为中间导柱圆形模架，压入式模柄。使用SolidWorks生成零件实体并完成装配，进而生成装配工程图和相关的零件刚才图。 关键词： 冲孔 落料 倒装 单排 SolidWork

2、s 目 录1. 概论1 1.1 CAD/CAM概论1 1.2 CAD/CAM系统组成1 1.3 SolidWorks简介 12.工艺方案分析及确定 2 2.1 垫片冲压工艺分析 2 2.2垫片冲压工艺的确定33.模具结构的确定 4 3.1 模具的形式 4 3.2 定位装置 4 3.3 卸料装置 4 3.4 导向零件 43.5 模架 54.工艺计算 6 4.1 排样 6 4.2 计算冲压力 7 4.3 计算模具压力中心 8 4.4 计算模具刃口尺寸 85.主要工作零件的设计 9 5.1 落料凹模 9 5.2 冲孔凸模长度及强度校核11 5.3 凸凹模长度，壁厚校核126.其他零件的设计14 6.

3、1 橡胶垫14 6.2 凸凹模固定板14 6.3 垫板15 6.4 卸料板156.5 模座166.5 压力机校核167.SolidWorks实体建模17 7.1 模具的设计顺序17 7.2 零件的实体建模17 7.3 装配模具实体17 7.4 工程图20结束语21参考文献211概论1.1 CAD/CAM概论信息科学技术是当今世界的中心科学技术，其核心是计算机技术，已渗透应用到国民经济各个领域，各行业都在积极进行信息化改造，以信息化带动工业化。以计算机技术为主要技术手段，将大大减轻科技人员的脑力和体力劳动，甚至能够完成人力所不及的工作，大大促进了科学技术和生产的发展。随着计算机计算有关技术的不断

4、发展和计算机技术应用领域的日益扩大，涌现出许多以计算机技术为基础的新兴科学。CAD/CAM技术便是其中之一。CAD/CAM，即计算机辅助制造技术与计算机辅助制造，是一门基于计算机技术而发展起来的、与机械设计和制造技术相互渗透、型号结合的、多学科综合性的技术。它随着计算机技术的迅速辅助、数控机床的广泛应用及CAD/CAM软件的日益完善，在电子、机械、航空航天、轻工等领域得到了广泛的应用。模具CAD/CAM是在人的参与下，以计算机为中心的一整套系统。其中，模具CAD完成对采用工艺、模具结构的最优化设计；模具CAM完成对零件的加工制造，并在加工制造工程中实施实时监督、控制、测试和管理。CAM的输出信

5、息直接来自于CAD的输出信息，二者是有机结合的整体。1.2 CAD/CAM系统组成CAD/CAM系统有硬件系统和软件系统组成。硬件系统包括计算机和外部设备，软件系统有系统软件、应用软件和专业软件组成。CAD/CAM系统的功能不仅与组成改系统的硬件功能和软件功能有关，而且与它们的匹配和组织有关。在建立CAD/CAM系统时，视线应根据输生产任务的需要，选定最合适的功能软件，然后再根据软件系统选择与之相匹配的硬件系统。1.3 SolidWorks简介SolidWorks是基于Windows平台的三维设计软件，采用参数化和特征造型技术，能方便、快捷地创建复杂形状的实体、复杂装配和生成工程图。而且参数化

6、的实体能通过对尺寸的修改来进行编辑，实现参数化驱动。SolidWorks和Windows实现无缝集成。“基于Windows的桌面集成系统”不只是一个单一的 设计工具，而是以SolidWorks为核心的各种应用的组合，如结构分析、运动分析、工程数据管理和上课加工等。图形界面友好，用户易学易用。2 工艺方案分析及确定2.1 垫片冲压工艺分析2.1.1 产品结构形状分析图2.1可知，产品为圆片落料、圆片冲孔。产品形状结构简单对称，无狭槽、尖角；孔与孔之间、孔与零件之间的最小距离满足c1.5t要求。（,） 图2.1 双扇挡片 2.1.2 产品尺寸精度、粗糙度、断面质量分析（1）尺寸精度 任务书对冲件的

7、尺寸精度要求为IT12级，查参考文献2知，普通冲裁时对于该冲件的精度要求为IT12IT11级，所以尺寸精度满足要求。（2）冲裁件断面质量 因为一般用普通冲裁方式冲1mm 的金属板料时，其断面粗糙度Ra可达12.53.2，毛刺允许高度为0.050.1mm；本产品在断面粗糙度上没有太严格的要求，单要求孔及轮廓边缘无毛刺，所以只要模具精度达到一定要求，在冲裁后加修整工序，冲裁件断面的质量就可以保证。（3）产品材料分析 对于冲压件材料一般要求的力学性能是强度低，塑性高，表面质量和厚度公差符合国家标准。本设计的产品材料为20钢，属优质碳素结构钢，其力学性能是强度、硬度低而塑性较好，非常适合冲裁加工。另外

8、产品对于厚度与表面质量没有严格要求，所以尽量采用国家标准的板材，其冲裁出的产品表面质量和厚度公差就可以保证 经上述分析，产品的材料性能符合冷冲压加工要求。（4）产量 30万件 由产品的生产数量30万件可知，产品批量为中等批量，适合采用冲压加工的方法，最好采用复合模或连续模。22 垫片冲压工艺方案的确定完成此工件需要冲孔、落料两道工序。其加工方案分为3种，件表2.1。 表2.1 工艺方案序号工艺方案结构特点1单工序模生产：落料冲孔（或冲孔落料）模具结构简单，但需要两道工序、两套模具才能完成零件的加工，生产效率低，难以满足零件大批量生产的需求。且两道工序中的定位误差，将导致中心孔的位置精度难以保证

9、。2复合模生产：落料-冲孔复合同一副模具完成两道不同的工序，大大减小了模具规模，降低了模具成本，提高生产效率，也难以提高压力机等设备的使用效率；操作简单、方便，适合大批量生产；能可靠保证中心孔的位置精度。3连续模生产：冲孔-落料连续同一副模具不同工位完成两道不同的工序，生产效率高，模具规模相对第二种方案要大一些，模具成本要高；两道工位之间的定位要求非常高；否则无法保证中心空的位置精度。根据本零件的设计要求以及各方案的特点，决定采用第2种方案比较合理。3 模具结构的确定3.1 模具的形式 复合模又可分为正装式和倒装式。3.1.1 正装式特点 工件和冲孔废料都将落在凹模表面上，必须加以清除才能进行

10、下一次冲裁，因此操作不方便，也不安全，对多孔工件不宜采用，但冲出的工件表面比较平直。3.1.2 倒装式特点冲孔废料由冲孔凸模冲入凹模洞口中，积累到一定数量，由下模漏料孔排出，不必清除废料，操作方便，应用很广，但工件表面平直度较差，凸凹模承受的张力较大，因此凸凹模的壁厚应严格控制，以免强度不足。经分析，此工件有两个孔，若采用正装式复合模，操作很不方便；另外，此工件无较高的平直度要求，工件精度要求也较低，所以从操作方便、模具制造简单等方面考虑，决定采用倒装式复合模。3.2 定位装置 采用伸缩式挡料销纵向定位，安装在橡胶垫和活动卸料板之间。工作时可随凹模下行而压入孔内，工作很方便。3.3 卸料装置

11、3.3.1 条料的卸除 采用弹性卸料板。因为是倒装式复合模，所以卸料板安装在下模。 3.3.2 工件的卸除 采用打料装置将工件从落料凹模中推下，落在模具工作表面上。3.3.3 冲孔废料的卸除下模座上采用漏料孔排出。冲孔废料在下模的凸凹模内积聚到一定数量，便从下模座的漏料孔中排出。 3.4 导向零件 导向零件有许多种，如用导板导向，则在模具上安装不便而且阻挡操作者视线，所以不采用；若用滚珠式导柱导套进行导向，虽然导向精度高、寿命长，但结构比较复杂，所以也不采用；针对本次加工的产品的精度要求不高，采用滑动式导柱导套极限导向即可。而且模具在压力机上的安装比较简单，操作又方便，还可降低成本。 3.5

12、模架 若采用中间导柱模架，则导柱对称分布，受力平衡，滑动平稳，拔模方便，但只能一个方向送料。若采用对焦导柱模架，则受力平衡，滑动平稳，可纵向或横向送料。若采用后侧导柱模架，则可三方向送料，操作者视线不被阻挡，结构比较紧凑，但模具受力不平衡，滑动不平稳。 本设计决定采用中间导柱模架。4 工艺计算4.1 排样 零件外形为圆形 ，可以采用单排、交叉双排或多排；考虑到零件为中等批量生产，如果采用交叉双排或多排，则模具尺寸和结构就会相应增大，从而增加模具生产成本，所以本设计决定采用单排结构。如图4.1所示。图4.1 排样图 4.1.1 搭边查参考文献1 ，确定搭边值，。当时 4.1.2 条料宽度采用无侧

13、压装置，所以（Z=0.1，A=0.5）mm 4.1.3 材料利用率 式中 板料（带料或条料）上实际冲裁的零件数量； 零件的实际面积； 板料（带料或条料）长度； 板料（带料或条料）宽度；若取工件数量14件，则料长为 mm取 mm所以条料规格为所以材料利用率为 4.2 计算冲压力 4.2.1 冲裁力 冲裁力公式为 （4-1） 式中 冲裁力； 冲孔冲裁力； 落料冲裁力。4.2.1.1 冲孔冲裁力 （4-2）式中 K系数（取K=1.3）； 孔的个数，。 冲孔周长，mm； 材料厚度，mm； 材料抗剪强度，查参考文献2知20钢，392MPa，取MPa。所以 N = 27.3KN4.2.1.2 落料冲裁力。

14、 （4-3） mm 所以 N = 118.4KN4.2.2 卸料力。 （4-4） 式中 卸料系数，查参考文献1知0.06，取。 所以 KN4.2.3 推料力 （4-5） 式中 推料系数，查参考文献1取。 同时卡在凹模洞孔内的件数，。 所以 KN4.2.4 顶件力 （4-6） 式中 顶件系数，查参考文献1取。 所以 KN 4.2.5 总冲压力冲裁时，压力机的压力值必须大于或等于冲裁各工艺力的总和，即大于总的冲压力。总的冲压力根据模具结构不同计算公式不同，当采用弹压卸料装置和下出件的模具时，总的冲压力为KN 初选压力机：J23-25。 4.3 计算模具压力中心 由于该零件完全对称于相互垂直大大两条

15、多层次线，所以模具的压力中心在几何图形的中心。 4.4 计算模具刃口尺寸 模具采用复合模结构，计算刃口尺寸时宜采用尺寸转换法计算。 零件上包含四个尺寸：落料尺寸，；冲孔尺寸； 所以基准型面尺寸为： 式中 磨损系数，查参考文献1取 = 0.5； 基准型面（凹模）制造公差，取； 基准型面（凸模）制造公差，取； 工件的制造公差。 查参考文献1知刃口始用间隙为mm，mm。 所以凸凹模尺寸为： 凹模尺寸：， ，。 凹模尺寸校核：按双面间隙0.16配修凹模，则， 。对照零件尺寸，该法可用。5 模具工作零件的设计计算5.1 落料凹模落料凹模尺寸如图5.1所示。图5.1 落料凹模尺寸5.1.1 厚度 （5-1

16、）式中 凹模的理论厚度。mm进一位取整数取 mm查参考文献4知刃磨余量为 。所以凹模厚度为 31+6 = 37mm。因为落料冲裁力，所以凹模厚度应小于25mm。所以将凹模做成一块凹模板和一块夹板相拼的结构。综合模具结构设计，取凹模厚度mm，夹板厚度为13mm。5.1.2 凹模板直径 零件外形为圆形的一部分，而且完全对称，所以将凹模板做成圆形。 （5-2） 式中 切断轮廓线到凹模边缘的尺寸，轮廓为平滑曲线时，。 所以 mm 查参考文献2按推荐值取 mm 5.2 冲孔凸模长度及强度校核 冲孔凸模尺寸如图5.2所示。5.2.1 冲孔凸模长度如图所示 （5-3） （0.60.8） 式中 凸模固定板厚度

17、； 冲孔凸模厚度，mm； 凸模自由长度。 图5.2 凸模尺寸所以 （0.60.8）=（0.60.8）912mm，取10.5mm。 mm（考虑到在落料前冲孔凸模先接触板料，所以取 mm）。所以 mm5.2.2 凸模强度（压应力）校核校核公式为 （5-4）式中 凸模最小断面积，； 凸模材料的许用压应力，凸模材料选用Cr12MoV，查参考文献2知，（10001600）MPa，取1200 MPa。因为 MPa所以凸模强度校核符合要求。5.2.3 凸模刚度（细长杆失稳）校核。校核公式 （）式中 凸模最大自由高度； E 凸模材料弹性模量，一般取MPa； 凸模最小断面惯性矩，圆形断面； 支承系数，无导板导向

18、；安全系数，钢取23。 代入公式得 mm实际 mm。所以压力机合格，可用。 7 SolidWorks实体建模 7.1 模具的设计顺序在进行模具结构及零件设计时，需首先根据条料排样图确定总体结构，然后一次为基础，详细设计其中的组成零件。这一过程实际上就是自顶向下的设计过程。模具组成零件的形状除受成形工艺形状约束外，还受其在模具中所处的位置及其他零件的关系约束，只有总装在结构基础上，才能获得零件的相关约束，进行零件的设计。 为此，在利用SolidWorks进行建模时，应采用自顶向下的设计模式，依次实现模具结构及零件的设计。具体表述为：首先，根据条料排样图确定模具的总体框架结构，从典型结构库中实体化

19、一种导向结构图，然后直接在该总体结构下，设计其他相关模具零件，以使零件设计和装配设计相关联。这样，在设计某一零件时，其相关零件的形状变化可被自动处理，从而保证设计结构一致性。当零件设计完成后，可将装配结构中的每一零件输出到相应的文件中，用来产生相应零件的工程图，并标注相关尺寸、技术要求等。7.2 零件的实体建模 通过前面的设计可知，该套模具共包含28种零件，其中6种标准可从软件的零件库中调用，剩余的22种则要有设计者之间设计。 在SolidWorks中，可以通过多种方式将曲面转换为实体，下面为两种典型的零件的画法。（1） 凹模板 操作步骤为：1.在草绘平面内作凹模板外形、刃口和销孔；2.用拉伸

20、命令将平面拉伸为实体；3.用异性孔向导命令端面上相应的位置作出螺纹孔；4.用环形阵列命令作出另外两个螺纹孔；4.用拉伸切除命令作出大孔。（2） 凸凹模 操作步骤为：1.用旋转命令作出凸凹模的外形；2.用拉伸切除命令分别在上下端面作出冲孔孔和漏料孔；3.用拉伸切除命令在下端面上作出销孔。7.3 装配模具实体7.3.1 装配体装配的概念在工程中非常重要，SolidWorks能够模拟实际工作环境，将零件进行装配合成。装配体的零部件可以包括独立的零件，也可以是其他的装配体。将一个零部件放入装配体，这个零部件才会与装配体文件产生链接的关系。装配体文件不能单独存在，要和零部件一起存放才有意义，同时对零部件

21、文件的任何改变都会更新装配体。传统的设计方法有两种：（1） 自下而上设计法 此为比较传统的方法。在自下而上设计中，线建立零件，并将之插入装配体，然后根据设计要求，将各个零件进行配合。它的有点是：由于零部件是独立设计的，它们的相互关系及重建行为更为简单。使用自下而上设计法可以专注于单个零件的设计工作。在不需要控制零件大小和尺寸的参考关系时，该方法较为适用。 图6.1 模具装配体（2）自上而下设计法自上而下设计法从装配体中开始设计，这时两种设计方法是不同之处。使用一个零件的几何体来帮助定义另一个零件，或生成组装零件后，才添加特征。本设计中的模具结构较为简单，故采用第一种设计法。装配体如图6.1所示

22、。7.3.1 干涉检查零件装配完成以后，个别零件之间可能出现型号干涉的情况，需对装配体进行干涉检查；否则零件有可能无法安装或正常工作。需对零件重新进行装配或修改零件尺寸，直到消除干涉为止，表明各个零部件被正确安装，可以正常工作。干涉检查结果如图6.2所示。图6.2 干涉检查7.3.2 爆炸视图爆炸视图又称为系统图或分解图，一般用于显示零件组装流程、操作手册或说明书等.如图6.3所示。图7.3 爆炸视图7.4 工程图刚才图对于产品设计而言有重要作用，它是传递产品信息的规范。在3D零件制作完成以后，需要按照一定的标准绘制2D展开。在SolidWorks中，可以直接由实体生成二维的投影图，然后再对二

23、维图形进行诸如剖视、标注等基本操作，最终完成工程图的绘制。结束语本次的模具CAD/CAM课程设计，完成了对垫13 的工艺分析，确定了生产该零件所需的复合模的结构形式，通过计算得到了具体零件的尺寸。成功利用SolidWorks软件完成对各零件的三维实体件建模，并对零件进行装配得到装配体，最终由装配体生产装配图和相关的零件图。通过本次课程设计，我掌握了冷冲模设计的基本原理，熟悉了SolidWorks的操作方法。总的来说，达到了课程设计的目的和要求。 参考文献1 王秀凤等编著.冷冲压模具设计与制造.北京：北京航空航天大学出版社，2005.42 江维健，林玉琼，许华昌编.冷冲压模具设计.广州：华南理工大学出版社，2005.73 田嘉生，许正颜编.冲模设计基础.北京：航空工业出版社，1994.94 周玲编著.冲模设计实例详解.北京：划线工业出版社，2007.1