1943_菱形密封墊片沖裁模三維設計與模擬仿真

1943_菱形密封墊片沖裁模三維設計與模擬仿真,菱形,密封,墊片,沖裁模,三維設計,模擬,摹擬,仿真 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 1 頁目 錄摘要………………………………………………………………………………………11 緒論……………………………………………………………………………………21.1 國內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 ……………………………………………………21.2 國外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 ……………………………………………………42 設計課題………………………………………………………………………………73 沖壓件的工藝分析……………………………………………………………………84 確定沖壓工藝方案 ……………………………………………………………………95 模具結(jié)構(gòu)形式選擇與確定……………………………………………………………105.1 排樣及材料利用率 ………………………………………………………………106 工作零部件的計算……………………………………………………………………126.1 沖孔凸模和落料凸模的加工………………………………………………………126.2 側(cè)刃位置計算………………………………………………………………………127 模具的設計與計算……………………………………………………………………137.1 各部分工藝力的計算………………………………………………………………137.2 沖壓設備的初步選擇………………………………………………………………147.3 計算壓力中心………………………………………………………………………147.4 校核橡膠墊…………………………………………………………………………157.5 模具總體結(jié)構(gòu)的設計………………………………………………………………158 模擬仿真…………………………………………………………………………………218.1 PRO/E 介紹 …………………………………………………………………………218.2 PRO/E 基本建模……………………………………………………………………228.3 PRO/E 的裝配………………………………………………………………………268.4 PRO/E 動畫…………………………………………………………………………328.5 模具裝配圖…………………………………………………………………………35畢業(yè)設計總結(jié) ……………………………………………………………………………39致謝 ………………………………………………………………………………………40參考文獻 …………………………………………………………………………………41 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 2 頁1 緒 論模具是制造業(yè)的重要工藝基礎(chǔ)，在我國，模具制造屬于專用設備制造業(yè)。中國雖然很早就開始制造模具和使用模具，但長期未形成產(chǎn)業(yè)。直到 20 世紀 80 年代后期，中國模具工業(yè)才駛?cè)氚l(fā)展的快車道。近年，不僅國有模具企業(yè)有了很大發(fā)展，三資企業(yè)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)（個體）模具企業(yè)的發(fā)展也相當迅速。1.1 國內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢1.1.1 國內(nèi)模具的現(xiàn)狀雖然中國模具工業(yè)發(fā)展迅速，但與需求相比，顯然供不應求，其主要缺口集中于精密、大型、復雜、長壽命模具領(lǐng)域。由于在模具精度、壽命、制造周期及生產(chǎn)能力等方面，中國與國際平均水平和發(fā)達國家仍有較大差距，因此，每年需要大量進口模具。中國模具產(chǎn)業(yè)除了要繼續(xù)提高生產(chǎn)能力，今后更要著重于行業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的調(diào)整和技術(shù)發(fā)展水平的提高。結(jié)構(gòu)調(diào)整方面，主要是企業(yè)結(jié)構(gòu)向?qū)I(yè)化調(diào)整，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)向著中高檔模具發(fā)展，向進出口結(jié)構(gòu)的改進，中高檔汽車覆蓋件模具成形分析及結(jié)構(gòu)改進、多功能復合模具和復合加工及激光技術(shù)在模具設計制造上的應用、高速切削、超精加工及拋光技術(shù)、信息化方向發(fā)展。近年，模具行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和體制改革步伐加大，主要表現(xiàn)在，大型、精密、復雜、長壽命、中高檔模具及模具標準件發(fā)展速度高于一般模具產(chǎn)品；塑料模和壓鑄模比例增大；專業(yè)模具廠數(shù)量及其生產(chǎn)能力增加；“三資”及私營企業(yè)發(fā)展迅速；股份制改造步伐加快等。從地區(qū)分布來看，以珠江三角洲和長江三角洲為中心的東南沿海地區(qū)發(fā)展快于中西部地區(qū)，南方的發(fā)展快于北方。目前發(fā)展最快、模具生產(chǎn)最為集中的省份是廣東和浙江，江蘇、上海、安徽和山東等地近幾年也有較大發(fā)展。雖然我國模具總量目前已達到相當規(guī)模，模具水平也有很大提高，但設計制造水平總體上落后于德、美、日、法、意等工業(yè)發(fā)達國家許多。當前存在的問題和差距主要表現(xiàn)在以下幾方面：（1）企業(yè)組織結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術(shù)結(jié)構(gòu)和進出口結(jié)構(gòu)均不合理我國模具生產(chǎn)廠中多數(shù)是自產(chǎn)自配的工模具車間（分廠） ，自產(chǎn)自配比例高達 60%左右，而國外模具超過 70%屬商品模具。專業(yè)模具廠大多是“大而全” 、 “小而全”的組 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 3 頁織形式，而國外大多是“小而?！?、 “小而精” 。國內(nèi)大型、精密、復雜、長壽命的模具占總量比例不足 30%，而國外在 50%以上。2004 年，模具進出口之比為 3.7﹕1，進出口相抵后的凈進口額達 13.2 億美元，為世界模具凈進口量最大的國家。（2）開發(fā)能力較差，經(jīng)濟效益欠佳 我國模具企業(yè)技術(shù)人員比例低，水平較低，且不重視產(chǎn)品開發(fā)，在市場中經(jīng)常處于被動地位。我國每個模具職工平均年創(chuàng)造產(chǎn)值約合 1 萬美元，國外模具工業(yè)發(fā)達國家大多是 15～20 萬美元，有的高達 25～30 萬美元，與之相對的是我國相當一部分模具企業(yè)還沿用過去作坊式管理，真正實現(xiàn)現(xiàn)代化企業(yè)管理的企業(yè)較少。（3）國家對模具工業(yè)的政策支持力度還不夠雖然國家已經(jīng)明確頒布了模具行業(yè)的產(chǎn)業(yè)政策，但配套政策少，執(zhí)行力度弱。目前享受模具產(chǎn)品增值稅的企業(yè)全國只有 185 家，大多數(shù)企業(yè)仍舊稅負過重。模具企業(yè)進行技術(shù)改造引進設備要繳納相當數(shù)量的稅金，影響技術(shù)進步，而且民營企業(yè)貸款十分困難。（4）人才嚴重不足，科研開發(fā)及技術(shù)攻關(guān)投入太少模具行業(yè)是技術(shù)、資金、勞動密集的產(chǎn)業(yè)，隨著時代的進步和技術(shù)的發(fā)展，掌握并且熟練運用新技術(shù)的人才異常短缺，高級模具鉗工及企業(yè)管理人才也非常緊張。由于模具企業(yè)效益欠佳及對科研開發(fā)和技術(shù)攻關(guān)重視不夠，科研單位和大專院校的眼睛盯著創(chuàng)收，導致模具行業(yè)在科研開發(fā)和技術(shù)攻關(guān)方面投入太少，致使模具技術(shù)發(fā)展步伐不大，進展不快。（5）工藝裝備水平低，且配套性不好，利用率低近年來我國機床行業(yè)進步較快，已能提供比較成套的高精度加工設備，但與國外裝備相比，仍有較大差距。雖然國內(nèi)許多企業(yè)已引進許多國外先進設備，但總體的裝備水平比國外許多企業(yè)低很多。由于體制和資金等方面的原因，引進設備不配套，設備與附件不配套現(xiàn)象十分普遍，設備利用率低的問題長期得不到較妥善的解決。（6）專業(yè)化、標準化、商品化程度低，協(xié)作能力差由于長期以來受“大而全” “小而全”影響，模具專業(yè)化水平低，專業(yè)分工不細致，商品化程度低。目前國內(nèi)每年生產(chǎn)的模具，商品模具只占 40﹪左右，其余為自產(chǎn)自用。模具企業(yè)之間協(xié)作不暢，難以完成較大規(guī)模的模具成套任務。模具標準化水平低，模 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 4 頁具標準件使用覆蓋率低也對模具質(zhì)量、成本有較大影響，特別是對模具制造周期有很大影響。1.1.2　國內(nèi)模具的發(fā)展趨勢模具技術(shù)集合了機械、電子、化學、光學、材料、計算機、精密監(jiān)測和信息網(wǎng)絡等諸多學科，是一個綜合性多學科的系統(tǒng)工程。模具技術(shù)的發(fā)展趨勢主要是模具產(chǎn)品向著更大型、更精密、更復雜及更經(jīng)濟的方向發(fā)展，模具產(chǎn)品的技術(shù)含量不斷提高，模具制造周期不斷縮短，模具生產(chǎn)朝著信息化、無圖化、精細化、自動化的方向發(fā)展，模具企業(yè)向著技術(shù)集成化、設備精良化、產(chǎn)批品牌化、管理信息化、經(jīng)營國際化的方向發(fā)展。我國模具行業(yè)今后仍需提高的共性技術(shù)有：（1）建立在 CAD/CAE 平臺上的先進模具設計技術(shù)，提高模具設計的現(xiàn)代化、信息化、智能化、標準化水平。（2）建立在 CAM/CAPP 基礎(chǔ)上的先進模具加工技術(shù)與先進制造技術(shù)相結(jié)合，提高模具加工的自動化水平與生產(chǎn)效率。（3）模具生產(chǎn)企業(yè)的信息化管理技術(shù)。例如 PDM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理） 、ERP（企業(yè)資源管理） 、MIS（模具制造管理信息系統(tǒng)）及 INTERMET 平臺等信息網(wǎng)絡技術(shù)的應用、推廣及發(fā)展。（4）高速、高精、復合模具加工技術(shù)的研究與應用。例如超精沖壓模具制造技術(shù)、精密塑料和壓鑄模具制造技術(shù)等。（5）提高模具生產(chǎn)效率、降低成本和縮短模具生產(chǎn)周期的各種快速經(jīng)濟模具制造技術(shù)。（6）先進制造技術(shù)的應用。例如熱流道技術(shù)、氣輔技術(shù)、虛擬技術(shù)、納米技術(shù)、高速掃描技術(shù)、逆向工程、并行工程等技術(shù)在模具研究、開發(fā)、加工過程中的應用。（7）原材料在模具中成形的仿真技術(shù)。（8）先進的模具加工和專有設備的研究與開發(fā)。（9）模具及模具標準件、重要輔件的標準化技術(shù)。（10）模具及其制品的檢測技術(shù)。（11）優(yōu)質(zhì)、新型模具材料的研究與開發(fā)及其正確應用。（12）模具生產(chǎn)企業(yè)的現(xiàn)代化管理技術(shù)。 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 5 頁1.2　國外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢國外發(fā)達國家的模具廠大體分為獨立的模具廠和隸屬于一些大的集團公司的模具廠，一般規(guī)模都不大，但專業(yè)化程度高，技術(shù)水平高，生產(chǎn)效率極高。 國外模具企業(yè)一般不超過 100 人，多數(shù)在 50 人以下。在人員結(jié)構(gòu)上，設計、質(zhì)量控制、營銷人員超過 30%，管理人員在 5%以下。年人均產(chǎn)值超過 100 萬元人民幣，最高能達到 200 多萬元人民幣。國內(nèi)模具企業(yè)中一些私營、合資企業(yè)人員結(jié)構(gòu)和國外差不多，但一些國企的人員結(jié)構(gòu)還不盡合理，在年人均產(chǎn)值上差距還很大，多數(shù)在 10~20萬元人民幣，少數(shù)能達到 40 萬元人民幣。 國外模具企業(yè)對人員素質(zhì)要求較高，技術(shù)人員一專多能，一般能獨立完成從工藝到工裝的設計；操作人員具備多種操作技能；營銷人員對模具的了解和掌握很深。國內(nèi)模具企業(yè)分工較細，缺乏綜合素質(zhì)較高的人員。國外模具企業(yè) CAD/CAM/CAE 技術(shù)的應用比較廣泛，逆向工程、快速原型制造鑄造模具使用也比較多。國內(nèi)模具企業(yè)中一些骨干廠家在這方面和國外差距已經(jīng)不大，有些已經(jīng)達到國外水平，但一些中小型模具企業(yè)與國外的差距還是很大。不過在模具材料方面，隨著國外技術(shù)的引進和中國自身研發(fā)能力的提高，差距在逐漸縮小。 在模具的價格和制造周期上，國外模具價格一般是國內(nèi)模具的 5～10 倍，制造周期是 2～3 倍（一般把模具的調(diào)試時間也算在制造周期之內(nèi)） ，在這兩方面應該說國內(nèi)模具企業(yè)競爭優(yōu)勢的。模具是現(xiàn)代加工行業(yè)中的基本工藝裝備。模具技術(shù)水平已成為衡量一個國家制造業(yè)水平的重要指標。由于沖壓工藝具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量穩(wěn)定、成本低以及可加工復雜形狀工件等一系列優(yōu)點，在機械、汽車、輕工、國防、電機電器、家用電器，以及日常生活用品等行業(yè)應用非常廣泛，占有十分重要的地位。隨著工業(yè)產(chǎn)品的不斷發(fā)展和生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提高，沖壓模具作為個部門的重要基礎(chǔ)工藝裝備將起到越來越大的作用?，F(xiàn)代工業(yè)需要先進的模具設備和高技術(shù)人才。目前國內(nèi)模具技術(shù)人員短缺，要解決這樣的問題，關(guān)鍵在于職業(yè)培訓。我們做為踏入社會的當代學生，就應該掌握扎實的專業(yè)基礎(chǔ)，現(xiàn)在學好理論基礎(chǔ)。本設計是以適應企業(yè)技術(shù)的發(fā)展，能體現(xiàn)出在學校所學，能體現(xiàn)先進性和前瞻性，所涉及到的知識包括沖壓成型基本原理、沖壓工藝方 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 6 頁案的確定、沖壓工藝規(guī)程編制、模具結(jié)構(gòu)設計、模具材料的選擇、壓力機的選擇、模具制造方法。希望通過這些知識的介紹，能使自己掌握模具加工的核心技術(shù)，了解周邊技術(shù)和跟蹤前沿技術(shù)。希望能通過這次設計，能掌握模具設計的基本方法和基本理論。本次設計是菱形密封墊片沖壓模具設計。材料 Q235，厚度 1.2mm，用沖壓方法完成零件加工。經(jīng)實踐證明，該工藝可行性好，效率高、成本低、經(jīng)濟效益顯著。 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 7 頁2 設計課題 1） 、零件簡圖（圖 2.1）2） 、 生產(chǎn)批量：大批量3） 、材 料：Q2354） 、材料厚度：c =1.2mm 圖 2.1 零件圖 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 8 頁3 沖壓件的工藝分析①尺寸精度分析：其尺寸無公差要求, 可按工件要求查補用一般精度的模具即可以滿足零件的精度要求。②零件結(jié)構(gòu)的工藝性分析：該零件形狀簡單，結(jié)構(gòu)符合沖裁工藝性要求。③沖壓件的材料分析：Q235 的抗剪強度是 350Mpa，此種材料有足夠的強度，適合于沖壓生產(chǎn)。根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析，此產(chǎn)品沖壓工藝性較好，適合沖壓方法進行加工。 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 9 頁4 確定沖壓工藝方案因為該工件是軸對稱件，材料厚度僅為 2mm，沖裁性能較好。為了減少工序數(shù)經(jīng)對該工件進行詳細分析，并查閱有關(guān)資料后根據(jù)以上墊片的工藝分析可知，墊片零件所需的基本沖壓工序為沖孔和落料，可以擬出以下三種工藝方案。方案一：用簡單模分兩次加工，即落料—沖孔。方案二：沖孔落料復合模。方案三：沖孔落料跳步模。方案的分析：若采用方案一，生產(chǎn)率比較低，工件的累計誤差大，操作不方便。由于該墊片零件為中大批量生產(chǎn)，方案二和方案三比較好。墊片零件的外形比較簡單，2 個 r=2.1mm 的孔與外圓 R=3.5mm 邊緣的距離比較小，模具的重要零件——凸凹模，受沖件孔到搭邊 5 寬度很窄的影響，強度很差，極易拉裂。所以不宜采用沖孔、落料復合模。跳步模對于中小型零件，尤其是小零件，則可將沖孔和落料分開進行，甚至可以間隔一步，凹模型孔間的壁厚增大，強度可以得到有效保證。它不僅可以同時完成沖孔、落料的基本沖孔工藝，而且生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)管理得到簡化。由上分析，該工藝采用方案三。 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 10 頁5 模具結(jié)構(gòu)形式的選擇與確定1.送料方式：因是中大批量生產(chǎn)，所以采用手動送料方式。2.定位裝置：本工件在跳步模中的尺寸是適中的，又是大批量生產(chǎn)，我們采用前后分布的雙側(cè)刃定距。3 導向方式：為確保零件的質(zhì)量及穩(wěn)定性，選用導柱、導套導向。4.卸料方式：本模具采用跳步模，沖孔廢料和工件留在凹?？锥粗?，為了簡化模具結(jié)構(gòu)，可以在下模座中開有通槽，使廢料和工件從孔洞中落下。由于工件平直度要求高，為了簡化模具結(jié)構(gòu)和達到可靠的卸料力，采用彈性卸料板來卸下條料廢料。5.1 排樣及材料利用率計算1） ．零件的尺寸此零件展開為菱形，其外圓的最大尺寸為 35mm2） ．排樣（如圖 5.1） 。圖 5.1 排樣圖上圖為不合理排樣：沖件中心線與條料長度方向垂直并排，這樣材料利用率低。下圖 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 11 頁合理排樣：采用斜排，其中有兩直線與條料長度方向平行，這樣材料才能得到充分利用。3）材料利用率經(jīng)查表知：材料厚度為 1.2mm 的搭邊尺寸：a 為 1.4、a1 為 2.2、b 為 1.4、b1 為2.2。這里 b 取 2mm、a1 結(jié)合排樣取 2.35mm（使兩沖件之間的橫向距離為整數(shù) 26.5，便于計算和模具的加工）a 為 2.5mm。條寬度的計算：擬采用側(cè)壓裝置的送料方式，由公式：B=(D+2b+2c)D-條料寬度方向沖裁件的最大尺寸b-側(cè)搭邊值c-側(cè)刃寬度帶入數(shù)據(jù)計算，取側(cè)刃 2mm。導尺間距的計算：由公式 s=D+2(b+c),帶入數(shù)據(jù)計算得出導尺間距離為 31mm.4）材料利用率的計算：材料的利用率可用以下公式計算=?%10?BsnA=（1*529.137）/（821.5*1）=64.4%式中，A—一個沖裁件的實際面積，mmn—一個進距內(nèi)的沖裁件的數(shù)量；B—條料寬度，mms—進距，mm得 =64.4﹪? 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 12 頁6 工作零部件的計算6.1 沖孔凸模和落料凸模的加工我們根據(jù)落料凸模基本尺寸應等于或接近工件的最小極限尺寸的原則，設計落料凸模。我們根據(jù)沖孔凸?；境叽鐟扔诨蚪咏ぜ淖畲髽O限尺寸的原則，設計沖孔凸模。這里沒有公差我們根據(jù)沖件的材料、厚度和裝配要求來決定凸凹模的尺寸。兩個 Φ4.2的孔的凸模直徑定為 Φ4.4，Φ18 的孔的凸模定為 Φ18.25，均采用車床加工成階梯型的。落料凸?；境叽缋響咏虻扔诠ぜ淖钚O限尺寸，就取 Φ22.7，采用線切割加工。6.2 側(cè)刃位置計算為了保證第一個的完整性，首步側(cè)刃全端距沖孔中心 16.5mm。為使模具緊湊和凹模的強度要求，第二個側(cè)刃末端距落料中心設為 12mm。 （如圖 6.1）圖 6.1 側(cè)刃位置尺寸 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 13 頁7 模具的設計與計算7.1 各部分工藝力的計算7.1.1 沖裁力的計算沖裁力的大小主要與沖件材料的厚度和力學性能、沖件剪切周邊長度有關(guān)。其他影響因素包括：卸料力、推料力、頂料力、凸凹模之間配合間隙的大小。刃口鋒利程度、潤滑情況等。普通沖載力的大小可按下式進行計算：F 沖=1.25Ltτ式中 ： F 沖—沖孔力（N） ；L—工件內(nèi)輪廓周長（mm）;t—材料厚度（mm）,t=1.2mm;τ—材料抗剪強度（Mpa）由手冊查得 310Mpa 到 380Mpa 這里取τ=350Mpa.沖裁力周邊長度，從排樣圖可以看出由三大部分組成，即?兩側(cè)刃沖切長度：（30-27+26.5）*2=59。?三圓孔沖切長度：（4.2*2+18.5）π=84.47?沖件外形的沖切長度。由于外形是由四條直邊和四個圓弧相切而成的，必須通過平面幾何加三角函數(shù)的綜合計算才能獲得。經(jīng)計算，沖件外形的沖切長度為 87.52。所以：整套模具的沖切周邊長度為L=69+84.47+87.52=230.99，按 231 計算。代人，得：F=1.25*350*1.2*231=121.275KNP=12.13 噸 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 14 頁7.2 沖壓設備的初步選擇對于沖裁工序，壓力機的公稱壓力應大于或等于沖裁時總壓力的 1.2～1.3 倍，即 P≥(1.2～1.3) ∑F因此，總的沖裁力為：∑P＝P 沖（1+（0.2-0.3） ） ＝15.77 噸由此可見，本例沖裁力應選 15.77 噸往上的，這里選 16 噸。根據(jù)所需總壓力初選公稱壓力為 16 噸的開式壓力機。 （參看《模具設計指導》相關(guān)章 106 頁。壓力機的主要技術(shù)參數(shù)如下表 7.1 所示表 7.1 壓力機的主要技術(shù)參數(shù)7.3 計算壓力中心確定壓力中心的目的：沖裁模的壓力中心就是合力的作用點，為了保證壓力機和模具正常平衡工作，模具的壓力中心必須通過模柄軸線而和壓力機的滑塊中心重合，否則會產(chǎn)生偏心，形成偏心載荷。對于復雜形狀零件或多凸模沖模的壓力中心可以用坐標法和杠桿法求解。這里采用坐標法：A=（A 1C1+A2C2+...+AnCn）/(C 1+C2+...+Cn）公稱壓力 滑塊行程/㎜ 行程次數(shù)/min-1最大閉合高度/㎜160KN 70 115 300工作臺 模柄孔尺寸封高度調(diào)節(jié)量㎜前后㎜左右㎜直徑㎜深 度㎜60 300 450 50 78 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 15 頁式中 A----壓力中心坐標；A1~An----各型孔或線段壓力中心坐標；C1~Cn----各型孔或線段的周邊長度或長度。計算得，落料孔中心距模具中心為 21.03mm，為了便于加工，取正數(shù) 20mm。 （如圖7.1）圖 7.1 壓力中心7.4 校核橡膠墊橡膠墊只有高度 H 為滿足橡膠墊高徑比要求，將橡膠中間掏空裝入模具中，其最大外形尺寸 100，所以H/D=19/100=0.19橡膠墊的高徑比在 0.5-1.5 之間，所以選用的橡膠墊規(guī)格合理。橡膠的裝模高度約為1X19=19 7.5 模具總體結(jié)構(gòu)的設計7.5.1 繪制模具總體結(jié)構(gòu)草圖：如圖 7.2 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 16 頁圖 7.2 菱形密封墊片模具的主要組成部件：1-上模座 2-橡膠 3-銷釘 4-螺釘 5-側(cè)刃 6-落料凸模 7-墊板 8-沖頭 9-沖孔凸模1 10-沖孔凸模 2 11-卸料板螺釘 12-固定板 13-卸料板 14-側(cè)刃擋板 15-銷釘 16-承料板 17-螺釘 18-側(cè)面導板 19-銷釘 21-凹模模具的工作原理：當模具處于上極限待工作位置時，將事先用剪板機剪好的長方形板料，放置在凹模和側(cè)面導板 18 之間，并通過側(cè)面導板 18 和側(cè)刃擋板 14 定位。共 3 個，X 方向 2 個， Y 方向 1 個，用于限制板料沿 X、Y 兩個方向的移動自由度和繞 Z 軸的轉(zhuǎn)動自由度。模具工作時，上模座隨壓力機滑塊下行，卸料板 13 首先在彈性墊 2 的作用下預壓板料。隨著壓力機滑塊的繼續(xù)下行，上模座推動墊板 7 壓緊凸模，使凸模及凹模 21 完成工件的成形。模具到達下死點，滑塊回升，在彈性墊 2 的作用下，凸模首先從凹模中退出，隨著滑塊繼續(xù)回升，卸料板 13 退回。模具退回上極限位置時。至此，模具同時完成了落料、沖孔過程完成。7.5.2 模具主要零件結(jié)構(gòu)設計的分析 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 17 頁1） 、 沖孔凸模設計：根據(jù)沖壓件的的形狀和尺寸，確定沖孔凸模尺寸，由于 Φ4.2 的孔偏小。沖頭偏細，強度不夠，所以沖孔凸模采用階梯軸形式（增加強度） ，截面形狀是圓形，刃口形狀為平刃。凸模材料：T10A由于沖件形狀已決定了橫向尺寸和形狀，所以在一般情況下，凸模的強度是足夠的，但是，對于特制細長的凸模和板料厚度大的情況，才需要進行壓應力和彎曲應力的校核，檢查其危險面尺寸和自由長度是否滿足強度要求。沖孔凸模是直通式最小直徑是 4.2mm,進行沖裁的板料最大厚度為 1.2mm ，由于沖孔凸模細長，所以凸模的強度不夠，所以采用階梯型的。沖孔凸模的固定方式，采用鉚接固定.2） 、落料凸模的設計落料凸模是在沖壓過程中，與凹模配合直接對沖制件進行分離或成型的工作零件。落料凸模的材料選?。篢10A刃口形式 選用刃口，根據(jù)沖裁件的形狀、厚度、尺寸精度以及模具的具體結(jié)構(gòu)決定，采用刃口形式為直通式。加工方法：由于形狀不是回轉(zhuǎn)體，而且形狀規(guī)則，采用線切割加工比較合適落料凸模的固定方式，采用鉚接固定.凸模的高度，考慮到彈頂器的壓縮范圍，凸模的高度 H=16+12+19=47mm。取 47mm3） 、凹模的設計凹模的材料選?。篊rWMn 考慮到設計的方便和模具的強度、緊湊性。凹模的周界?。篖×B＝140mm×100mm（如圖 7.3） 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 18 頁圖 7.3 凹模外形尺寸7.5.3 模具的其它零件的設計1）、固定板、墊板、彈壓卸料板的大小根據(jù)凹模的周界大小，固定板、墊板、彈壓卸料板也應?。篖×B＝140mm×100mm。2） 、模架的選用根據(jù)凹模的周界尺寸，查《模具設計指導》P126 頁相關(guān)資料，同時為了安裝方便，故采用對角導柱式模架.7.5.4 模具的連接1） 、上模架的連接上模架的連接是把凸模固定板用六個 M8 的內(nèi)六方螺釘連接連接在上模架上。由于螺釘不受沖壓時的拉伸力，只受固定板和墊板的重力，所以六個 M8 的內(nèi)六方螺釘強度足夠。2） 、彈壓卸料板的連接彈壓卸料板采用六個加長螺釘連接。H=5+47+12=64mm。取 60mm。 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 19 頁由于螺釘拉伸時，彈頂器處于微壓縮狀態(tài)，這時力比較小。強度滿足要求。3） 、凹模的連接凹模用四個 M8 的內(nèi)六方螺釘連接。具體的數(shù)據(jù)如下；上模座：L/mm×B/mm×H/mm=160×100×35下模座：L/mm×B/mm×H/mm=160×100×40導柱：d/mm×L/mm=Φ25×150導套：d/mm×L/mm×D/mm=Φ25×85×33墊板厚度?。?mm凹模的厚度已定為：18mm凸模固定板厚度?。?6mm彈壓卸料板厚度取：12mm橡膠壓縮后的高度：18mm模具的閉合高度：35+40+5+18+16+12++19=145mm所以 H 閉=145mm 最終裝配圖設計。（如圖 7.4） 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 20 頁圖 7.4 裝配圖 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 21 頁8 模擬仿真8.1 、PRO/E 簡介 Pro/Engineer 是美國 PTC 公司的產(chǎn)品，于 1988 年問世。10 多年來，經(jīng)歷 20 余次 的改版，已成為全世界及中國地區(qū)最普及的 3D CAD/CAM 系統(tǒng)的標準軟件，廣泛應用于 電子、機械、模具、工業(yè)設計、汽車、航天、家電、玩具等行業(yè)。 Pro/E 是全方位的 3D 產(chǎn)品開發(fā)軟件包，和相關(guān)軟件 Pro/DESINGER（造型設計） 、Pro/MECHANICA（功能仿 真） ，集合了零件設計、產(chǎn)品裝配、模具開發(fā)、加工制造、鈑金件設計、鑄造件設計、 工業(yè)設計、逆向工程、自動測量、機構(gòu)分析、有限元分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理等功能，從 而使用戶縮短了產(chǎn)品開發(fā)的時間并簡化了開發(fā)的流程；國際上有 27000 多企業(yè)采用了 PRO/ENGINEER 軟件系統(tǒng)，作為企業(yè)的標準軟件進行產(chǎn)品設計。下面就 Pro/ENGINEER 的 特點進行簡單的介紹。 （1）主要特性全相關(guān)性：Pro/ENGINEER 的所有模塊都是全相關(guān)的。這就意味著在 產(chǎn)品開發(fā)過程中某一處進行的修改，能夠擴展到整個設計中，同時自動更新所有的工程 文檔，包括裝配體、設計圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。全相關(guān)性鼓勵在開發(fā)周期的任一點進行 修改，卻沒有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提前 發(fā)揮其作用。 基于特征的參數(shù)化造型： Pro/ENGINEER 使用用戶熟悉的特征作為產(chǎn)品幾何 模型的構(gòu)造要素。這些特征是一些普通的機械對象，并且可以按預先設置很容易的進行 修改。例如：設計特征有弧、圓角、倒角等等，它們對工程人員來說是很熟悉的，因而 易于使用。裝配、加工、制造以及其它學科都使用這些領(lǐng)域獨特的特征。通過給這些特 征設置參數(shù)（不但包括幾何尺寸，還包括非幾何屬性） ，然后修改參數(shù)很容易的進行多 次設計疊代，實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。 （2）數(shù)據(jù)管理：加速投放市場，需要在較短的時間內(nèi)開發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實現(xiàn) 這種效率，必須允許多個學科的工程師同時對同一產(chǎn)品進行開發(fā)。數(shù)據(jù)管理模塊的開發(fā) 研制，正是專門用于管理并行工程中同時進行的各項工作，由于使用了 Pro/ENGINEER 獨特的全相關(guān)性功能，因而使之成為可能。 （3） 裝配管理： Pro/ENGINEER 的基本結(jié)構(gòu)能夠使您利用一些直觀的命令， 例如“嚙 合” 、 “插入” 、“對齊”等很容易的把零件裝配起來，同時保持設計意圖。高級的功 能支持大型復雜裝配體的構(gòu)造和管理，這些裝配體中零件的數(shù)量不受限制。 （4）易于使用：菜單以 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 22 頁直觀的方式聯(lián)級出現(xiàn)，提供了邏輯選項和預先選取的最普 通選項，同時還提供了簡短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得容易學習和使 - 33 34 用。 Pro／E 包含了許多的功能模塊，本設計中主要用到以下三個模塊：（1）基本建模（2）組件裝配（3）動畫（4）繪圖8.2 、PRO/E 基本建模首先，雙擊桌面 圖標打開 PROE4.0 應用程序。啟動應用程序后，點擊菜單欄上的【文件】→【設置工作目錄】 。在彈出的設置工作目錄對話框中設置工作目錄，如圖 8.1。圖 8.1 設置工作目錄單擊工作欄中的新建 按鈕，新建一個零件實體建模，去除缺省模板，單擊【確定】按鈕。 （如圖 8.2）進入選擇模板對話框，選擇第三個模板，單擊確定。（如圖 8.3）進入繪圖區(qū)。 （如圖 8.4） 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 23 頁圖 8.2 新建圖 8.3 選擇模板 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 24 頁圖 8.4 繪圖界面利用右邊右邊的工具欄（如圖 8.5）中的 （拉伸） 、 （旋轉(zhuǎn)） 、去料、倒角、陣列等功能畫出所有零件圖模型圖。 （如圖 8.6--8.13）圖 8.5 工具欄 圖 8.6 側(cè)面導板 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 25 頁圖 8.7 凹模 圖 8.8 固定板 圖 8.9 上模架 圖 8.10 下模圖 8.11 墊板 圖 8.12 落料凸模 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 26 頁圖 8.13 所有零件圖共 29 個模型圖。8.3 、PRO/E 的裝配首先，雙擊桌面 圖標打開 PROE4.0 應用程序。啟動應用程序后，點擊菜單上的【文件】→【設置工作目錄】 。在彈出的設置工作目錄對話框中設置工作目錄。 （如圖 8.1）單擊工作欄中的新建 按鈕，新建一個組件設計，去除缺省模板，單擊【確定】按鈕（如圖 8.14） 。進入選擇模板對話框，選擇如圖中的模板，單擊確定（如圖 8.15） 。進入裝配區(qū)（如圖 8.16） 。 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 27 頁圖 8.14 新建圖 8.15 選擇模板 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 28 頁圖 8.16 裝配界面為了便于修改和動畫的選擇主體簡單，我采用上下模分開裝配，最好再把他們裝在一起。點擊右邊 (添加元件)按鈕添加第一個元件（為了方便裝配第一個元件添加模架） ，約束條件設為缺省，使它完全約束，點擊 按鈕。 （如圖 8.17）點擊右邊 按鈕添加第二個元件，利用 Ctrl+Alt+鼠標右鍵上下左右移動和 Ctrl+Alt+鼠標中鍵旋轉(zhuǎn)，使元件移動到合適位置。選擇合適的約束條件，使元件完全約束（2--3 個約束） 。 （如圖8.18）同樣的方法添加下模架所有元件。 （如圖 8.19）同樣的方法裝配上模（如圖 8.20--8.21）架和卸料板（如圖 8.22） 。最后再把這三個裝配到一起（如圖 8.23--8.24） 。 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 29 頁圖 8.17 添加下模架 圖 8.18 添加凹模圖 8.19 下模部分 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 30 頁圖8.20 上模部分圖 8.21 上模部分 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 31 頁圖 8.22 彈壓卸料板部分圖 8.23 總裝配圖 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 32 頁圖 8.24 總裝配圖8.4 、PRO/E 動畫在裝配好后，點擊菜單中【應用程序】中的【動畫】進入動畫模塊，先點這個圖標，先在開模狀態(tài)拍一張快照，命名為 Snapshot1（如圖 8.26） 。圖 8.25 第一張快照位置 圖 8.26 創(chuàng)建第一張快照退出，點右邊工具欄中的 （主體定義）按鈕，為第二個快照移動的零件新建主體。（由于我們在裝配時分開裝配，這里很方便選主體）選上模部分和彈壓卸料部分為主 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 33 頁體（如圖 8.27） 。然后再進入拖動功能中，點 （主體拖動）按鈕，在高級拖動選項中點 （沿 Y 軸向拖動）按鈕，然后，鼠標選取要要拖動的元件，拖動到合適位置，拍第二張快照。 （如圖 8.28）圖 8.27 選取主體 圖 8.28 第二張快照位置從新進入主體，定義主體，選上模部分為主體，進入拖動中進行沖孔動作。先不拍照。在定義沖下的廢料為主體，讓廢料向下移動一段距離，拍第三張快照。 （如圖8.29）圖 8.29 第三張快照位置模具先回到壓料位置，再回到起始位置。 （如圖 8.30）讓料板向前移動一個沖壓長度。 （如圖 8.31） 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 34 頁圖 8.30 回到起始位置 圖 8.31 料板向前移動一個沖壓長度重新進行第二、第三個沖壓動作，每個沖壓動作后，料板向前移動一個沖壓長度。點擊右邊工具欄中的 （關(guān)鍵帖）按鈕。進入關(guān)鍵帖對話框。 （如圖 8.32）點擊按鈕添加關(guān)鍵帖序號，單擊確定。 （如圖 8.33）圖 8.32 關(guān)鍵帖 圖 8.33 添加關(guān)鍵帖序號點擊右邊工具欄中的 （啟動動畫）按鈕。動畫開始演示。點擊右邊工具欄中的 （回放）按鈕。進入回放對話框。 （如圖 8.34）點擊（播放）按鈕進行播放。調(diào)節(jié)播放速度按鈕，使播放速度適中。 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 35 頁圖 8.34 回放對話框8.5 、模具裝配圖首先，雙擊桌面 圖標打開 PROE4.0 應用程序。啟動應用程序后，點擊菜單上的【文件】→【設置工作目錄】 。在彈出的設置工作目錄對話框中設置工作目錄。 （如圖 8.1）單擊工作欄中的新建 按鈕，新建一個繪圖，去除缺省模板，單擊【確定】按鈕（如圖 8.35） 。進入下一個對話框，點擊添加缺省模型。指定模板，選擇【格式為空】，單擊格式-【瀏覽】選擇 A3 圖框（如圖 8.37） 。單擊確定。 （如圖 8.36）進入工程圖繪圖區(qū)。 （如圖 8.38）圖 8.35 新建 圖 8.36 選擇裝配圖和格式 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 36 頁圖 8.37 選擇圖框圖 8.38 工程圖界面點擊菜單上的【插入】→【繪圖視圖】→【一般】添加一般視圖。選擇視圖中心后，會彈出【繪圖視圖】對話框（如圖 8.39） 。在中選擇合適的角度、合適的比例。在【視圖顯示】中的顯示線性選擇【無隱藏線】 、相切邊顯示樣式選擇【無】 （如圖 8.40） 。（如圖 8.41）點擊菜單上的【插入】→【繪圖視圖】→【投影】添加投影視圖。選擇合適的位置確定。在【視圖顯示】中的顯示線性選擇【無隱藏線】 、相切邊顯示樣式選擇【無】 。（如圖 8.42） 。添加完后，保存成.dwg 格式。 （如圖 8.43） 。 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 37 頁用 CAD 打開該圖，修改成如圖 8.44 所示。圖 8.39 繪圖視圖對話框圖 8.40 選擇線性 圖 8.41 一般視圖 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 38 頁圖 8.42 投影視圖 圖 8.43 保存成.DWG圖 8.44 裝配圖 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 39 頁設計總結(jié)本次設計是菱形墊片沖壓模具設計，在設計過程中我首先對零件進行工性分析，提出沖壓方案，確定最佳方案，接著排樣、計算材料的利用率，然后進行模具的整體設計，做出模具的裝配草圖。再計算各部分的工藝力，如沖孔力，落料力，推件力，卸料力等，在此基礎(chǔ)上可以初步的選擇沖壓設備。接下來計算壓力中心及沖孔凸凹模刃口尺寸，最后進行模具的實體建模，裝配、動畫，出工程圖。此次模具設計，使我的專業(yè)知識更加系統(tǒng)化，完整化。在設計中我熟練撐握了查閱有關(guān)的技術(shù)標準與規(guī)范，知到了怎樣去學習和善于利用前人所積累的寶貴設計經(jīng)驗和資料。也鍛煉了我綜合考慮結(jié)構(gòu)、工藝性、經(jīng)濟性以及標準化等的能力，鞏固了過去所學的專業(yè)課程知識。已撐握了模具設計的基本流程，也鍛煉了我的動手能力和對于工程技術(shù)的嚴謹性?？傊ㄟ^此次模具設計使我的專業(yè)水平更上了一層樓。通過這次的模具設計也發(fā)現(xiàn)了自身的不足，深刻感受到理論與實踐相結(jié)合的重要性，使我對模具有了更深的了解，尤其是對冷沖模的發(fā)展、分類、結(jié)構(gòu)組成及工作原理。實際制作模具更是一項艱難的工作，很多工作都是靠經(jīng)驗的，也學到了書本上是學不到的。這段日子里，我覺得自己過的很充實。學到了很多知識，不僅掌握了許多新的知識，并且對專業(yè)知識加深了鞏固，幫助我更好的進步從陌生到開始接觸，從了解到熟悉，這是每個人學習事物所必經(jīng)的一般過程，我對模具的認識過程亦是如此。經(jīng)過三個月的努力，我相信這次畢業(yè)設計一定能為四年的大學生涯劃上一個圓滿的句號，為將來的事業(yè)奠定堅實的基礎(chǔ)。 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 40 頁致 謝經(jīng)過這近四個月時間的緊張忙碌和工作，本次畢業(yè)設計已經(jīng)接近尾聲，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有老師的督促和指導，以及在一起設計的同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。在這里我首先要感謝我的指導老師孫光華老師，孫老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設計的每個階段，比如設計草案的確定，程序的學習，運行，后期程序的檢查，等整個過程中都給予了我悉心的指導。從來不因為我的錯誤太多對我產(chǎn)生厭煩，他總是細心地糾正程序中的每一個錯誤，除了敬佩孫老師的專業(yè)水平外，他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。其次要感謝我的同班同學，在我做畢業(yè)設計期間給予了我很大的幫助，在我苦惱的時候為我分憂解難，讓我感受到集體的溫暖，激勵我奮發(fā)向前，勇于面對一切困難。感謝大學三年來所有的老師，為我們打下機械專業(yè)知識的基礎(chǔ)。老師的教育不僅讓我學到了專業(yè)知識，掌握了相關(guān)技術(shù)，提高了自身素質(zhì)，更使我對人生充滿了憧憬。在往后的征途中，我會加倍努力的工作和學習。祝福老師、同學們！祝老師們永遠幸福、安康。祝同學們事事稱心如意，早日覓到合意的工作。 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 41 頁參 考 文 獻[1] 周本凱.沖壓模具使用技巧與修復實例[T].北京：化學工業(yè)出版社，2008.[2] 周本凱.沖壓模具設計實踐 100 例[T].北京：化學工業(yè)出版社，2008.[3] 史鐵梁.模具設計指導[T].北京：機械工業(yè)出版社.2003.[4] 沈精虎.Pro/E4.0 動畫仿真.北京：北京郵電出版社.2009.[5] 鐘日銘.Pro/E3.0 中文版裝配設計與產(chǎn)品實例.北京：機械工業(yè)出版社.2007.[6] 徐政坤.沖壓模具與設備[T]. 北京：機械工業(yè)出版社， 2004.[7] 劉極峰.計算機輔助設計與制造[M].北京：高等教育出版社，2004.[8] 余銀柱.沖壓工藝與模具設計[T].北京：北京大學出版社，2005.[9] 羅百輝.沖壓模具技術(shù)回答[T]. 北京：化學工業(yè)出版社 2007.[10] 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