毕业设计（论文）-一模多件套筒式冲模设计及三维模型.doc

安徽科技学院 工学院 毕业设计（论文） 一模多件套筒式冲模设计 摘要：本文首先介绍了冲压模具、模具cad技术、三维模型及运动仿真技术的发展现状和前景，选用了三维设计软件pro/engineer。通过一模多件套筒结构工艺性和尺寸精度的分析，比较几种不同冲压工艺方案的优缺点。采用了复合模一次将冲孔、落料以及外形冲出，模具结构型式采用倒装式复合模。推件装置采用典型的打杆打料板式的刚性推件装置，卸料装置采用弹性卸料板。选用四导柱高精度模架，然后确定了模具的总体结构。最后根据冲压手册及相关的模具设计手册进行冲裁力、压力中心、模具工作部分、模具各零部件尺寸的计算及设计。在有关的设计及计算完成之后，应用三维设计软件pro/engineer建立模具各个零部件的三维模型，然后根据要求进行零件装配，零件装配好以后，进行装配体的干涉检查，确定装配体中各零件之间是否存在干涉。 关键词：模具设计；拆装；三维模型；cad千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“abstract”这一行后加一空行- 32 -1绪论1.1 课题背景随着计算机技术的日益发展,制造业正面临着空前的变革。能够完整描述产品的数字化模型在赢得客户方面正发挥着越来越大的作用。更进一步,如果能够制作数字模型的动态演示片,那么在与客户交流以及方案设计论证时,可以进行多种设计方案分析比较,与仅演示静态模型相比,能达到更好的效果。模具拆装动态模拟正是基于这种思想提出的。采用先进的造型技术建立模具模型并实现拆装模拟以及运动仿真，可以更好地展示模具内部结构，以及装配关系，这样有即利于产品的宣传，同时也有利于和客户的沟通。另一方面在实际的模具拆装实验教学中，由于课时短，学生在有限的时间内拆装的模具的数量少，因此我们如果能把模具做成三维模型，这样我们能够在很短的时间内清楚的了解多套模具的内部结构，装配关系，以及模具的工作过程。1.2 冲压模具业发展现状及发展趋势1.2.1 冲压模具发展现状改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”；广东及山东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，美的、海尔、海信等集团纷纷建立了自己的模具设计和制造中心。近年来许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维cad，并陆续开始使用ug、pro/engineer、i-deas、euclid-is、solid works等国际通用软件，个别厂家还引进了moldflow、c-flow、dynaform、optris和magmasoft等cae软件，并成功应用于冲压模的设计中。以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心、天汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力，在模具cad/cae/cam技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析kmas软件，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模cadcam软件，上海交通大学中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模cad软件深圳市立先科技开发有限公司开发的press模具设计软件、模具行业拥有不少的用户。虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；cad/cae/cam技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具仍然依赖进口1。1.2.2 冲压模具技术发展趋势当前,我国工业生产的特点是产品品种多、更新快和市场竞争激烈。在这种情况下,用户对模具制造要求是“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”。 在模具设计制造中将全面推广cad/cam/cae技术模具cad/cam/cae技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及cad/cam/cae技术的条件已基本成熟。计算机和网络的发展正使cad/cam/cae技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。有条件的企业应积极做好模具cad/cam技术的深化应用工作,即开展企业信息化工程,可从capppdmcimsvr，逐步深化和提高。用于模具设计制造的计算机软件,将向智能化、集成化方向发展2。 高速铣削加工得到更广泛的应用国外近年来发展的高速铣削加工,主轴转速可达40000-100000r/min，快速进给速度可达到30-40m/min，加速度可达1g，换刀时间可提高到12s。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。高速铣削必须与相应的软件、加工工艺、刀具及其夹紧头相配合。 模具扫描及数字化系统将在逆向工程中发挥更大作用高速扫描机和模具扫描系统,已在我国200多家模具厂点得到应用,取得良好效果。该系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能,大大缩短了模具的研制制造周期。有些快速扫描系统,可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上,用雷尼绍的sp2-1扫描测头实现快速数据采集,采集的数据通过软件可自动生成各种不同数控系统的加工程序及不同格式的cad数据,用于模具制造业的逆向工程。高速扫描机扫描速度最高可达3m/min,大大缩短了模具制造周期。 电火花铣削加工技术将得到发展电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。 模具标准化程度的提高我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右，并有完善的标准系列，包括零件标准和模架标准，国际标准化组织已经制定了国际模具系列标准，标准件的品种多，规格全，质量高，而且全部均已商品化34。1.3 模具cad 技术发展趋势21 世纪模具制造行业的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化、网络化,追求的目标是提高产品质量及生产效率、缩短设计周期及制造周期,降低生产成本、最大限度的提高模具制造业的应变能力,满足用户需求。具体表现出以下几个特征4。 集成化技术现代模具设计制造系统不仅应强调信息的集成,更应该强调技术、人和管理的集成。在开发模具制造系统时强调“多集成”的概念，即信息集成、智能集成、串并行工作机制集成及人员集成,这更适合未来制造系统的需求。 智能化技术应用人工智能技术实现产品生产周期(包括产品设计、制造、使用)各个环节的智能化，实现生产过程(包括组织、管理、计划、调度、控制等) 各个环节的智能化，以及模具设备的智能化，也要实现人与系统的融合及人在其中智能的充分发挥。 网络技术的应用网络技术包括硬件与软件的集成实现，各种通讯协议及制造自动化协议,信息通讯接口，系统操作控制策略等，是实现各种制造系统自动化的基础。网络技术的应用为我国模具企业实现敏捷制造和动态联盟奠定了技术基础。多学科多功能综合产品设计技术产品的开发要进行多目标全性能的优化设计，以追求模具产品动静态特征性、效率、使用寿命、可靠性、制造成本与制造周期的最佳组合。虚拟现实与多媒体技术的应用虚拟现实vr (virtual reality) 是人造的计算机环境，人处在这种环境中有身临其境的感觉,并强调人的介入操作。 vr 技术在21 世纪整个制造业中都将有广泛的应用,可以用于培训、制造系统仿真、实现基于制造仿真的设计与制造、集成设计与制造、实现集成人的设计等。多媒体技术采用多种介质来存储、表达处理多种信息、融文字、语音、图像于一体,给人一种真实感。 反求技术的应用反求工程能够缩短从设计到制造的周期，是帮助设计者实现并行工程等现代概念的一种强有力的工具,目前在工程上正得到越来越广泛的应用。 主要应用于新零件的设计、已有零件的复制、损坏或磨损零件的还原、模具精度的提高等方面。 快速成形技术快速成形制造技术rpm ( rapid proto typing manufactur2ing) 基于层制造原理，迅速制造出产品原型，而与零件的几何复杂程度丝毫无关，尤其在具有复杂曲面形状的产品制造中更能显示其优越性。它不仅能够迅速制造出原型供设计评估、装配校验、功能实验,而且还可以通过形状复制快速经济地制造出产品模具(如制造电极用于edm 加工、作为模芯消失铸造出模具等) ，从而避免了传统模具制造的费时、耗成本的nc 加工,因而rpm 技术在模具制造中日益发挥着重要的作用5。1.4 模具工业发展潜力目前深圳周边及珠江三角洲地区已经成为中国模具工业最为发达、科技含量最高的区域。今后几年，随着全球制造业重心加快向我国转移，这一地区有可能在10年内发展成为世界模具生产中心。此外，国内浙江东部的余姚、宁海、黄岩、温州等地区的模具工业发展也非常快，从业人员达到10万余人，模具年产值70亿元。有专家预测，在外资的带动下，2003年我国模具市场总体规模将增加13左右，到2007年模具产值将达到600多亿元，年均增长速度为12左右，模具自给率将从目前的70提高到80左右，模具及模具标准件出口将从现在的1.8亿多美元增长到2007年的4亿多美元左右6。1.5 三维造型 三维造型概述传统的机械产品设计通常是采用平面图形表示机械零件及其装配关系，设计结果是机器在某一位置的静态图形。这种方法难以反映机器在运行过程中各零件的运动状态及其相对位置关系，无法直观地判断其运动是否合理，各零件之间是否存在干涉等问题。随着cad技术的发展，三维造型已逐步得到应用。用这些技术生成机构的运动仿真图像，可有效地解决上述问题。将计算机造型和运动仿真功能融入三维机械cad软件中是三维机械cad软件发展的必然要求7。同时，三维造型技术是cad/cam综合系统的核心技术，利用虚拟仿真技术，可以模拟机构运动的轨迹并可对其进行动态检验，进行新产品设计方案的即时修改和旋转显示，模拟机器的装配过程，对机械设计来说十分重要 8 。虚拟仿真技术，可以在仿真实时运行过程中和事后分析中展示模型中的实体运行及其相应属性的动态变化规律，使设计人员对系统模型得到概念化和形象化的理解。因此，国外三维机械cad软件纷纷增加了造型和运动仿真功能。目前，市场上具有三维造型和仿真功能的三维机械cad软件有很多，具有代表性的有:solid works(animation插件)、pro/engineer ( dads/pro模块)、i-deas ( master assembly)子模块，solid edge ( simple motion)等。国内自主版权的三维cad软件，在三维动画和运动仿真功能方面市场上未见有成熟的产品9。1.6 pro/engineer 软件简介随着计算机三维技术的发展，在机械零件及机械系统设计中，零部件如何装配、加工、各零部件是否发生干涉、可视化设计等方面已能够实现，且具有了很实际的意义。但是这个工作在以往的条件下很难实现，尤其是三维可视化方面的虚拟仿真，主要原因是三维仿真软件和硬件的要求都比较高，在 pc 机的配置上，很难实现实用的软硬件平台，加上商业化软件价格昂贵，且不容易与具体的设计过程结合起来。随着计算机性价比的不断提高，在 pc 机构造出机械零部件的三维模型，再进行虚拟装配及仿真，不再是遥不可及的事情了，工程人员可直接在计算机里实现三维可视化的仿真装配。pro/e软件就是一个很好的例子7。1.6.1 pro/engineer软件背景介绍pro/engineer是由美国ptc（parametric techhnology corporation,参数科技公司）推出的三维cad/cae/cam（计算机辅助设计计算机辅助工程/计算机辅助制造）大型集成软件。ptc公司于1985年在美国波士顿成立，开始参数化建模软件的研究。1988年，pro/e v1.0版问世。经过20余年的发展，pro/e已经成为主流的cad/cae/cam软件之一。ptc公司于2004年推出pro/e wildfire2.0版，200年三月，pro/e wildfire3.0版也已正式发布。考虑到pro/e wildfire2.0版使用的广泛性，主要内容也将围绕pro/e wildfire2.0展开。pro/e在工业设计、机械设计及制造等领域有着广泛的应用，整个pro/e系列软件包括了对大型装配体的管理、机构运动分析和仿真、有限元分析、制造和产品数具管理（pdm）等功能，可以说为工业产品提供了一个全面、紧密集成的开发环境。pro/e的广泛应用主要是其具有全相关性、基于特征建模和参数化的特性6。 全相关性pro/e包含了基本模块、assembly（装配）、detail（工程图）、manufacture（制造）、molddesign（模具）等许多模块，所有模块的信息都是全相关的，所有的工程文档都是基于同一个模型数据库的。在整个设计开发过程中的任一处改动，都能及时自动地反映到设计开发过程中的其他相关环节，从而避免了由于数据不统一而引起的错误。 基于特征建模pro/e将设计人员熟悉的特征作为几何建模的构造要素，如孔壳、倒角和圆角等。通过对这些特征的布尔运算形成各种复杂的结构。 参数化参数化是ptc公司提出并在pro/e中首先采用的，几何模型的所有特征都是由若干参数确定的，通过改变参数可以改变特征的特性10。1.6.2 pro/engineer概述pro/engineer 就是一款非常优秀的三维设计软件，其中包括零件设计、板金设计、二维工程图自动生成和装配等功能。环境下的三维实体建模软件，该软件在个人计算机上就可以将强大的3d实体模型建构功能应用于各种设计中，功能强大全面而且方便快捷、形象直观、易学易用，参数化特征造型技术定义清晰，是新一代三维设计的主流软件8。pro/e自从1988年问世以来，经过近20年的发展，已经成为最通用的3d cad/cae/cam系统之一。而pro/e wildfire2.0作为目前最普及的版本，其功能十分广泛，包含了实体建模、装配设计、工程图绘制、模具设计、曲面设计、机构运动分析等诸多模块9。1.6.3 pro/engineer功能介绍 参数式草绘草绘是pro/e三维造型的基础，pro/e中的三维造型均是在二维草绘的基础上通过一定的造型方法（如拉伸、旋转、扫描、混合等）生成的。对于草绘，可以理解为“截面轮廓”，因为草绘是二维的，所以草绘必定依附于某一平面，这一平面可以是系统提供的基准平面，也可以是用户创建的模型的某一表面。图2-1即为一典型的草绘，其中包含了草绘几何图元（直线、圆等）、构造图元（中心线、辅助线）、草绘参照、尺寸、约束（圆弧与直线连接处的“t”标记和“箭头”标记）等。 基准特征构建在pro/engineer中提供了5种基准特征：基准平面（datum plane）、基准轴（datum axis）、基准曲线（datumcurve）、基准点（datum point）、基准坐标系（datum coordinate system）。基准特征主要在模型生成、装配过程中起辅助作用。合理地使用基准特征是正确、快速、灵活创建模型的基础。 三维实体特征设计pro/engineer的实体模型是以特征为基础的，特征是pro/engineer模型的最小单位，特征的名称一般都是机械设计中常见的名词，如孔（hole）、倒圆角（round）、筋（rib）、倒角（chamfer）等。由于特征是模型的最小单元，因此每个模型都是由一连串的特征组成，每个特征都会影响模型的外形。 特征的阵列、复制和镜像实体特征的复制通常可以使用阵列、复制和镜像来实现。一般而言，阵列一次可以复制出多个特征，但对每个特征的操控性较低；而复制和镜像一次只能复制出一个特征，但其对特征的操作性较强。 元件装配将绘制好的零件组合在一起形成装配体的过程称为装配，新形成的装配体在pro/e中称为组件。组件可以用于检查零件之间有无干涉，也可以用于后续的运动仿真等应用中。 工程图产品设计经由零件的三维造型设计阶段到装配体（组件）的设计阶段，已经基本定型完成。机械设计的最后一步，是由工程图来完成的，即提供完整的产品工程图及其技术文档（包括：零件图、部件图、装配图、零件清单等）。由于pro/e具备统一的工程数据库，因而其工程图的图形数据可以直接从产品的三维模型数据库中得到，无需重新输入，而且pro/e在工程图和三维零件模型、装配件模型之间也提供了全相关的功能，在工程图与三维模型中任何一处对产品的改动，都会在其余部分中体现出来，即当零件或装配模型发生改动后，工程图也能相应随之更改10。 1.7 本课题的研究目的 通过一模多件模具的设计进一步熟悉冲压模具的设计思路和设计过程。 通过模具建模，虚拟装配，认识cad/cae/cam技术在模具设计中的作用。 熟练掌握pro/e wildfire2.0的零件建模、装配等操作。1.8 本课题研究的内容 查阅国内外与课题相关资料、调研、外文翻译。 一模多件冲压模具的设计。 应用pro/e wildfire2.0软件对模具进行三维建模以及虚拟装配。 撰写毕业论文。2.一模多件套筒式冲模设计2.1 设计任务书及产品图2.1.1 任务要求 材料：q235； 生产批量：大批生产； 材料厚度：0.5mm； 产品工艺性好，质量稳定,精度达到图纸要求； 模具设计合理，加工容易，操作方便安全； 绘制装配图及主要零件的零件图； 建立pro/engineer三维模型； 制作模具的总体装配图。2.1.2 产品图图2-1为一模多件套筒的零件图: （1） （2） （3）图2-1 一模多件零件图和三维模型2.2零件冲压工艺分析2.2.1冲裁件结构工艺性分析冲裁工件的工艺性，是指冲裁工件对冲压工艺的适应性，即冲裁件的形状结构、尺寸大小、尺寸公差与尺寸基准是否符合冲裁工艺的要求。冲裁工件的工艺性对冲裁工件的质量、材料利用率、生产率、模具寿命、操作方式及冲压设备的选用等都有很大影响。经分析，零件属圆形冲裁件，结构规则，排样简单。冲孔时，由于受到冲孔凸模强度的限制，孔的尺寸不宜过小。由表2.1查得,冲裁件最小孔11.3满足冲孔的最小尺寸，冲裁件孔与孔，孔与边缘之间的距离也满足条件11 ,且不小于34mm。由表2-2得冲裁件最小圆角半径0.90t0.900.5 0.45mm，13零件的圆角满足最小圆角半径要求。表2-1凸模冲孔最小尺寸冲件材料圆形孔（直径d）方形孔（孔宽b）矩形孔（孔宽b）长圆形孔（孔宽b）钢钢钢黄铜、铜、铝、锌d1.5td1.3td1.0td0.9td0.8td1.35td1.2td0.9td0.8td0.7td1.2td1.0td0.8td0.7td0.6td1.1td0.9td0.7td0.6td0.5t注：为抗剪强度；d一般不小于0.3mm,t为材料厚度。表2-2 冲裁件最小圆半径工 序线段夹角黄铜、紫铜、铝软 钢合 金 钢冲孔900.20t0.30t0.45t900.40t0.60t0.90t注：t为材料厚度。2.2.2冲裁件的精度分析冲裁件的精度一般可分为精密级和经济级两类。精密级是冲压工艺上所允许的精度，而经济级是可以用较经济手段达到的精度。2.3排样分析排样是指冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法。排样合理与否，对材料利用率的大小有直接影响。因此，排样是冲压工艺中一项重要的、技术性很强的工作。2.3.1 排样方式及排样图该零件厚度较薄，零件成圆形，尺寸较小，所以采用有废料的直排排样方式，如图2.2所示。由排样图的几何关系，可以近似算出两排中心距为41mm。2.3.2搭边值的确定搭边是指排样时冲件之间以及冲件与条料边缘之间留下的工艺废料。搭边虽然是废料，但在冲裁工艺中却有很大的作用：补偿定位误差和送料误差，保证冲裁出合格的零件；增加条料刚度，方便条料送进，提高生产效率；避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉人模具间隙,提高模具寿命。搭边值要合理确定，从节省材料出发搭边值越小越好，但搭边值小于一定数值后对模具寿命和剪切表面质量不利。一般约等于0.5t,搭边的最小宽度的最大值等于毛坯的厚度。因此，搭边值0.5mm，0.8mm11 。图2-2 排样图2.3.3材料利用率的计算冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料利用率，它是衡量合理利用材料的经济性指标。一个进距内的材料利用率可用下式表示式中： 冲裁件面积（包括内形结构废料）,mm2； 一个步距内冲裁件数目； 条料宽度,mm； 进距,mm。代入数据计算可得： 71.98%其中a1=(r12-r22)=420.54mm2,r1=20mm,r2=17mm,零件一的表面积; a2=(r22-r32)=527.52mm2,r3=11mm,零件二的表面积; a3=(r32-r42)=279.70mm2,r4=5.65mm,零件三的表面积。2.4分析比较和确定工艺方案 工序一 工序二 工序三 冲孔落料 冲孔落料 冲孔落料图2-3 冲压工艺方案一方案一：采用三套单工序模具进行冲裁，如图2-3所示：工序 l先用复合模冲出零件一；工序2然后用复合模冲出零件二；工序3最后用复合模冲出零件三。方案二：用一套复合模进行冲压，如图2-4所示。工步1先用复合模冲出零件一，工步2然后复合模冲出零件二；工步3最后复合模冲出零件三，压力机一次行程生产三个不同的环形转冲片零件。工步一 工步二 工步三冲孔落料 冲孔落料 冲孔落料图2-4 冲压工艺方案二现分析比较两个方案的优缺点：方案一的优点是：模具结构简单，制造周期较短，维修方便，几个单工序模可能比一套复合模的成本还低。缺点是：加工零件时不易保证三个零件的同轴度，而且易使内孔冲头磨损，降低模具使用寿命。方案二的优点是：复合模可以成倍提高生产效率，生产批量越大，提高生产效率就越显得重要。节省人力，电力和工序间的搬运工作。同时可以提高冲压件的同轴度要求，并且无需重新定位，从而使冲压工件的位置精度得到提高。缺点是：对模具制造精度要求较高，模具的制造成本较高。 方案的确定：一般对于这样的环形工件，通常采用落料冲孔一个工序完成的加工方法，由于该工件的生产批量大，如果把三道工序同时完成，可以大大提高工作效率，并减轻工作量，节约能源，降低成本，而且可以避免将手伸入模具的问题，对保护操作者的安全也很有利，所以本设计采用方案二。3压力机的确定及相关计算3.1模具结构型式及总体结构的确定3.1.1模具结构型式的确定模具结构型式的确定是一项关键的内容。它直接关系到冲压过程的生产效率、冲压件的生产成本、冲压件的质量和尺寸精度以及模具寿命的高低。通过表3-1和表3-2的几种冲模特征及适用性比较，这三个零件冲压采用倒装式复合模。表3-1单工序模、复合模和连续模的比较比较项目单工序模连续模复合模工件尺寸精度较低一般it11级以下较高，it9级以下工件行位公差工件不平整，同轴度、对称度及位置度误差大不太平整，有时要较平，同轴度、对称度及位移度误差较大工件平整，同轴度、对称度及位置度误小冲压生产率低，冲床一次行程内只能完成一个工序高，冲床在一次行程内能完成多个工序教高，冲床在一次行程内可完成两个以序实现操作机械化、自动化的可能性较易，尤其适合于多工冲床上实现自动化较易，尤其适应于单机上实现自动化难，工件与废料排除较复杂，只能在单机上实现部分机械化作对材料的要求对条料宽度要求不严，可用边角料对条料或带料宽度要求严格对条料宽度要求不严，可用边角料生产安全性安全性较差比较安全安全性较差模具制造的难易程度较易，机构简单，制造周期短，价格低形状简单件，比用复合模制造难度低形状复杂件，比用级进模的制造难度低应用通用性好，适于中、小批量生产和大型件的大量生产通用性较差，适合于形状简单，尺寸不大，精度要求不高件的大批量生产通用性较差，适于形状复杂、尺寸不大、精度要求较高件的大批量生产表3-2复合模正装和倒装第比较序号正装倒装1对于薄冲件能达到平整要求不能达到平整要求2操作不方便，不安全，孔的废料由打棒打出操作方便，能装自动拔料装置，既能提高生产效率，又能保证生产安全。孔的废料通过凹凸模的孔往下漏3废料不会在凹凸模孔内聚集，每次由打棒打出，可较少孔内废料的涨力，有利于凹凸模减小最小壁厚废料在凹凸模孔内聚集，凹凸模要求有较大的壁厚以增加强度4装凹模的面积较大，有利于复杂冲件用拼块结构如凹凸模较大，可直接将凹凸模固定在底座上省去固定板3.1.2模具总体结构的确定模具结构型式确定模具总体结构如图3-1所示：本装配图主要表达了一模多件套筒式冲模的主要结构和装配关系，其模架、模柄、螺钉等是标准件，主要是通过分析计算选择的，而其它的非标准零件是能过计算设计的。该模具的主要特点是多筒式。1、上凸凹模；2、上凸凹模；3、打料板；4、连接销；5、衬套；6、冲孔凸模；7、下固定板；8、顶杆；9、下垫板；10、挡料销；11、下凸凹模；12、内顶件器；13、外顶件器；14、中间垫板；15、凹模；16、打杆；17、卸料板；18、上固定板；19、上垫板；20、打杆；21、打板。图3-1 模具装配图3.2冲裁力的计算3.2.1 冲裁力的计算冲裁力的计算公式式中 冲裁总周长； 零件一的外圆周长为149.6mm； 零件二外圆周长为106.76mm；l3零件三外圆周长为69.08mm； l4内孔周长为35.482mm。=+ l4=149.6mm106.76mm69.08mm+35.482mm361.992mm 抗剪强度，按文献可知取为310mpa； t材料厚度为0.5mm。代入数据计算可得：1.3361.992mm0.5mm310mpa729272n72.93kn3.2.2 卸料力的计算在此复合模中，卸料板卸的是外圈的废料。卸料力公式：式中： 卸料力系数，由表2-5可知，0.03代入数据计算可得：0.0372.932.188kn3.2.3推件力的计算查文献可得推件力公式：f推=nk推f冲式中：f推推件力系数，由表2-5可知，0.045,冲孔凹模刃口直壁高度h=10mm, 则n= f推=20.04572.93kn=6.56kn3.2.4顶件力的计算查文献可得顶件力公式：式中： 顶件力系数，由表3-3可知，0.055代入数据可得：0.05572.938.02kn总压力如下式： + f推72.932.1888.02+6.56=89.7kn;表3-3 卸料力、推件力及顶件力因数冲裁材料 料厚t/mmk2k推k3钢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压力机公称压力的确定对于冲裁工序，压力机的公称压力应大于或等于冲裁时总冲压力的（1.11.3）即： p(1.11.3) f式中 p压力机的公称压力； f冲裁时总冲压力。应选取的压力机公称压力p0(1.11.3) 89.7kn=98.67116.61kn,根据表3-4查得压力机型号为j23-16型开式压力机,该压力机与模具设计的有关参数为可由表3-4查得。表3-4 开式压力机技术参数型号技术参数j23-6.3j23-10j23-16j23-25j23-35公称压力/kn63100160250350滑块行程/mm3545556580最大高度/mm150180220270280滑块行程次数1701451205550闭合高度调节/mm3535454560工作台尺寸/mm前后200240310320380左右3003704505006103.4模具压力中心的确定冲裁时的合力作用点或工序模各工序冲压力的合力作用点，成为压力中心。设计时模具压力中心应于压力机滑块中心一致，如果不一致，冲压时，冲压时会产生偏裁，导致模具以及压力机滑块与导轨的急剧磨损，降低模具和压力机的实用寿命。此三个零件都是轴对称零件，其压力中心就是零件的对称中心。凹模的中心，下模座的中心和浮动模柄的中心应在一条直线上，模具压力中心的示意图如3-2所示。图3-2 压力中心示意图3.5模具工作部分尺寸计算3.5.1落料凸、凹模工作部分尺寸计算由表3-5查得,冲裁模初始双面间隙zmin=0.04mm,zmax=0.06mm.落料刃口尺寸计算 冲裁凸模、凹模分别按it6和it7级制造。由文献可查得，x=0.75mm,=0.15 mm。计算可得凸凹模的刃口尺寸如表3-6所示。表3-5冲裁模初始双面间隙(mm)材料名称45、t7、t8（退火）、65钢10、15、20、冷轧钢带、30钢板q215、q235钢板厚度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: 工件制造公差,磨损系数,凹模的制造公差, 凸凸模的制造公差 3.5.2冲孔刃口尺寸计算对于11.3刃口孔冲裁凸模、凹模的制造公差由文献查得, 凸=0.02 mm , 凹=0.02 mm,则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属于尺寸不变情况，查文献得：l1凹= l1凹l1凹= 230.01mml2凹= l2凹l2凹=30-0.10.01mm=2.950.06 mm4.模具各零部件的设计及计算4.1 冲孔凸模的设计由于冲件的形状和尺寸不同，冲模的加工以及装配工艺等实际条件亦不同，所以在实际生产中使用的凸模结构形式很多。其截面形状有圆形和非圆形；刃口形状有平刃和斜刃等；结构有整体式、镶拼式、阶梯式、直通式和带护套式等。凸模的固定方法有台肩固定、铆接、螺钉和销钉固定，粘结剂浇注法固定等。本冲孔凸模设计如图，由于冲孔凸模直径11.3mm，不属于细长形，所以不需要进行压应力和弯曲应力的教核。由于此模具采用弹性卸料板，所以凸模的长度应根据实际情况确定，凸模的尺寸如图4-1所示。式中： 凸模固定板的厚度； 附件垫板的厚度；落料凹模的厚度。代入数据计算可得：18111544mm 图4-1冲孔凸模二维图及三维模型图4.2下固定板的设计凸模固定板的外形尺寸与凹模轮廓尺寸基本上是一致的，主要是起固定凸模的作用，在这里凸模采用套筒式钢套镶合，查冲压手册可知，凸模固定板的厚度取0.830mm，直径=80mm。 图4-2下固定板二维图及三维模型图4.3下垫板的设计垫板的作用是直接承受和扩散凸模传递的压力，以降低模座所受的单位压力，防止模座被压出陷痕而损坏。此外，当利用压力机的打杆推件时因上模座局部被挖空，也需要采用垫板来支撑。垫板的厚度一般取612mm。其外形与固定板相同。材料采用45号钢。查文献得，凸模垫板的厚度取6mm，直径80mm。下垫板的三维模型如下图4-3所示。图4-3下垫板三维模型图4.4凹模的设计查文献冲压手册可知，凹模壁厚b1取20mm，b2取16.5mm;刃口厚度取14mm，最后取落料凹模直径d1取40mm，d2取80mm厚度;1取14mm，2取18mm，凹模二维图及三维模型如图4-4所示。图4-4 凹模二维图及三维模型 4.5凸凹模的设计 图4-5 下凸凹模二维图及三维模型对于复合模而言，凸凹模的内外缘均为刃口。内外缘之间的壁厚决定于冲裁件的尺寸，凹凸模的壁厚又受到冲模结构的影响：对于顺装式复合模，由于凸凹模装在上模，内孔不会存废料，张力小，其最小壁厚就可以小些；而对于倒装式复合模，因内孔会积存废料，其最小壁厚就应大些。在此三零件同时冲出的复合冲模中已经在零件工艺分析中验证过，凸凹模的最小壁厚满足规定的凸凹模的最小壁厚。所设计的三个凸凹模的二维及三维模型如下图所示。 图4-6 上凸凹模二维图及三维模型图4-7 上凸凹模二维图及三维模型4.6 凸凹模固定型式的确定由于凸凹模的机构不规则，凹凸模也采用套筒式钢套镶合。长度的确定凹凸模的长度计算公式：式中： 凹凸模固定板的厚度或凹模厚度； 橡胶的装模高度或中间垫板厚度； 卸料板的厚度或下固定板厚度。 上垫板的厚度。代入数据计算可得：181215144mm2298+645mm229839mm 凹凸模内冲孔凹模的刃口型式的设计最常见的凹模刃口结构型式有如图4-11所示的几种。这四种凹模刃口型式的特点和及适用范围如下表4-1所示。在这套三个零件的模具中凹凸模中的冲孔凹模刃口型式采用第三种型式，即柱行孔口的筒形凹模。图4-11 常见凹模刃口结构型式4.7凸凹模固定板的设计凸凹模固定板的外形尺寸与凹模轮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4-1四种凹模刃口型式的特点和及适用范围刃口型式特点及应用范围柱孔口锥形凹模1.刃口强度较高，修模后刃口尺寸不变。2.凹模内易积存废料或冲裁件，尤其间隙较小时，刃口直壁部分磨损较快。3.用于冲裁形状复杂或精度要求较高的零件。锥形口凹模1刃口强度较差，修磨后刃口尺寸约有增大。2凹模内不易积存废料或冲裁件，刃口内壁磨损较慢。3用于冲裁形状简单、精度要求不高的零件。柱形口筒形凹模1刃口强度较高，修磨后刃口尺寸不变，且刃口直壁下面的扩大部分可使凹模加工简单。2用于冲裁形状复杂、或精度要求较高的中、小形件，也可用于装有顶出装置的模具。柱形直通式口凹模1刃口为直通式，强度较高，修磨后刃口尺寸不变。2用于冲裁大型或精度要求较高的零件，模具装有顶出装置不适用于下漏料的模具。 图4-12 上固定板三维模型 图4-13 下固定板三维模型4.8卸料板的设计卸料装置主要用来在冲压工作完成后从凸模上卸下条料或废料，有时也起压料或凸模导向作用，此外还兼有保护凸模强度、防止冲裁时材料的变形作用。卸料装置的种类较多。它包括固定卸料板、活动卸料板、弹压卸料板和废料切刀。其中弹压式卸料板是活动卸料板的一种。它即起卸料的作用，又起压料的作用，由于工作前对板料有预压作用，所得冲裁零件的质量较好，平直度较高。因此质量要求较高的冲裁件或薄板冲裁易采用弹压式卸料版。此三个零件冲孔落料复合模采用弹性卸料板，查文献4选取厚度h8mm，d =80mm，查文献1表15.32得，卸料板与凹凸模之间的单面间隙c0.05mm。卸料螺钉：选用直径d6mm，l =35mm的圆柱头内六角卸料螺钉。标记为：圆柱头内六角卸料螺钉m635 gb/t7650.6，卸料板三维模型如图4-14所示。卸料板螺钉的沉孔深度：h=8mm，圆柱头内六角卸料螺钉三维模型如图4-15所示。 图4-14 卸料板三维模型 图4-15 圆柱头内六角卸料螺钉三维模型4.9出件装置的设计此套模具采用刚性的推件装置。其基本零件有打杆、打板、连接推杆和推件块组成。为使刚性推件装置工作正常，推件力必须均衡，为此，连接推杆需要采用24根、且均匀分布，长短必须完全一致。由于刚性推件装置的推件力较大、工作可靠，所以应用十分广泛，不但用于倒装式冲模中的推件，而且用于顺装式中冲模中的卸料件或推出废料，尤其对于冲裁板料较厚的冲模，宜用这种推件装置12。 4.10打杆的设计采用a型带肩推杆，选用直径为d6mm，长度如下式：式中： 顶出状态时，打杆在上模座平面以下的长度； 压力机的结构尺寸； 考虑各种误差而加的常数，一般取（812）mm。综合考虑，打杆的长度取40mm，标记为：推杆a640jb/t7650.113。图4-16 a型带肩推杆三维模型4.11顶杆的设计采用直径4mm，长度30mm的顶杆，标记为：顶杆430jb/t7650.314。顶杆的三维模型如下图4-17所示。图4-17 顶杆三维模型4.12顶件器的设计顶件器是将冲压零件顶出，结构和相关尺寸如图4-18和4-19所示15。 图4-18 内顶件器二维图及三维模型图4-19 外顶件器二维图及三维模型 4.13橡胶的设计计算 橡胶的自由高度橡胶的自由高度按下式计算：式中：0.5123mm故代入数据计算可得，10.512mm,取12mm15。 橡胶的装配高度橡胶的预压缩量为橡胶自由高度10%15，橡胶的装9.359.9mm。 橡胶的型式选用圆型的橡胶，直径=16mm，数量为2个，标记为：聚氨酯弹性体126.512 jb/t7650.9-199516。图4-20 橡胶三维模型 橡胶受力计算橡胶板的工作压力： 式中： 橡胶板横截面积； 单位压力，与橡胶板压缩量、形状有关。168220.672mpa，所以橡胶产生的工作压力大于卸料力，满足卸料条件16。 4.14定位零件的设计冲模的定位零件是用来保证条料的正确送进及在模具中的正确位置。条料在模具送料平面中必须有两个