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废料 冲孔 切断 连续 冲模 设计

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学士学位论文 少废料冲孔切断连续冲模设计及动画演示摘 要由于几年市场需求的巨大拉动，模具工业高速发展，市场广阔，产销两旺。用模具生产所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工方法所不能比拟的。随着消费结构和产业结构的加快升级，必将对先进模具制造技术和先进生产装备提出更高的要求。本次毕业设计就是在Pro ENGINEER平台上对少废料冲孔切断连续冲压模具的设计及动画演示。在设计过程中，通过了解和掌握冲压模具材料及连续冲压模具设计的有关知识，主要完成了模具的工作零件、定位零件、导向零件和装配零件的设计，并利用Pro ENGINEER软件进行三维造型及工作过程的动画设计。通过本次设计，不仅掌握了冲压模具的基本设计过程和设计要领，并了解了冲压模具的成型原理，以及Pro ENGINEER的实体建模、装配建模、制图基础、工作过程动画设计等各个环节的基本操作规则及运用方法，从而可以利用软件Pro ENGINEER完成模具的整体设计。关键词冲压模具；连续模；Pro/E；Design of Less Waste Progressive Die for the Piercing and Sleeving Modulus and Animation PresentationAbstract Recent years due to the strong market demand pull Die rapid industrial development, a vast market, and sales have been good. Mold demonstrated by the production of high-precision, high complexity, high consistency, high productivity and low consumption. Other processing methods could be compared. With the consumption structure and accelerate the upgrading of the industrial structure. It is bound to die of advanced manufacturing technology and advanced production equipment and higher requirements. The graduation is the design platform Pro-ENGINEER right-lateral Wedge pressing die design and animation demonstrated. In the design process, through understanding and pressing die material and Wedge continuous die design of the knowledge, completed the major work of the mold components, positioning components, parts and assembly-oriented parts of the design, and the use of Pro-ENGINEER software for 3D modeling and animation process design. During this design, not only mastered the basic pressing die design process and design pointers, and understanding of the forming die principle, PRO-ENGINEER entity modeling, assembly modeling, mapping basis, animation design process, and other aspects of basic operating rules and use methods so can use software or other Pro ENGINEER 3D design software to complete the overall design of mold. Keywords Pressing die; the continuous modulus; Pro ENGINEE目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 国内外模具发展概况11.3 国内模具产业存在的问题及与国外的差距41.4 模具发展趋势41.5 选题的目的和意义6第2章 工艺分析及方案确定72.1 基础性分析72.2 冲压设计的工艺分析82.2.1 冲压件的结构分析以及模具结构的确定82.2.2 冲裁力计算102.3 本章小结12第3章 冲裁模主要零部件设计123.1 凸模设计123.1.1 凸模的固定方式123.1.2 凸模长度的确定123.1.3 凸模的结构123.2 凹模的设计123.2.1 凹模的类型和结构形式123.2.2 凹模外形尺寸的确定123.2.3 凸、凹模材料的选择123.3 本章小结12第4章 冲模结构零部件设计124.1 导向零件的设计124.1.1 导板的设计与选用124.1.2 导柱与导套的选用124.2 定位零件的选用124.2.1 挡料销的设计与选用124.2.2 导料板的设计与选用124.3 卸料装置124.4 连接与固定装置124.4.1 模柄的设计与选用124.4.2 上、下模座的选用124.4.3 其他固定零件124.5 本章小结12第5章 模具的装配与动画设计125.1 模具的装配125.1.1 模具装配的原则125.1.2 模具的装配过程125.2 模具动画设计125.3 本章小结12结 论12致 谢12参考文献12附录A12IV 第1章 绪论当前，人们对冷冲压技术的重视程度越来越高。生产效率高、产品一致性好、应用范围广等特点得到社会各界越来越多的业内人士的认同，模具制造业已经迅速发展成为一个新兴的热门行业，在整个模具制造中冷冲压模具占到模具总量的50%以上。模具制造能力的强弱和水平的高低，已经成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一。它关系着产品质量和经济效益的提高，直接影响了国民经济中许多行业的发展。1.1 课题背景我国的冲压模技术研究,大约起步于20 世纪60 年代。经过近50 多年的发展,技术水平有了较大的进步。特别是近10 年来技术水平有了很大的提高,大型、精密、复杂、高效、长寿命模具有了新的突破。特别是摩托车、汽车行业的快速发展,推动了冲压模技术和冲压模具生产快速发展。目前,汽车发动机缸罩、盖板、变速器壳体、机油滤清器座、摩托车发动机缸体、箱体、制动器、轮毂等铝合金冲压模具,化油器锌合金冲压模具,自动扶梯冲压模等,我国均能自主生产,使汽车、摩托车上铝合金、锌合金配套件的冲压模大部分实现了国产化。在模具设计方面,较多的模具制造企业采用了CAD/ CAM 技术,使得模具设计周期有了较大程度的缩短。同时在设计上注意到了如何解决冲压模具的热平衡问题,合理地确定模具的浇注系统、冷却系统、排溢系统以及从冲压工艺方面考虑抽芯问题及二次增压结构,总体水平有了较大的提高,但其功能应用还不够充分,特别是CAE 技术还未得到广泛应用。在制造方面,采用了部分高精设备,如加工中心、数控铣、电脉冲、线切割,使得加工精度有了较大的提升。但所使用的设备绝大部分还属传统的通用设备,精度较差、效率低、稳定性差。在模具的热处理方面:成形淬火及真空淬火已得到了较好的应用,传统的热处理技术调质、氮化已基本被淘汰。但成形淬火及真空淬火工艺还不太成熟,冲压模具热处理变形、模具早期龟裂及模具寿命不长等问题还有待进一步探讨。1.2 国内外模具发展概况根据国际专用工具协会和亚洲模具协会联盟的综合估计，全球的主要模具生产国家和地区如下: 1)日、美、德、法等工业发达国家 它们发展速度快，市场规模大，内需充足，较高，具备开发各种模具的能力。 2)发展中国家地区 包括韩国、新加坡、马来西亚、葡萄牙等国家和中国台湾、香港地区。属出口导向型，发展模式大致为由传统劳动密集产业开始从事工业化生产，渐渐步入技术密集和资本密集产业的出口，模具工业已由初期的低精密度向较高精密度发展。 3)经济发展迅速的大国 如中国大陆、印度等。其人口众多，长期重视基础工业发展，模具工业技术主要集中在少数大型国有企业。我国自实行改革开放以来，经济发展迅速，带动模具工业迅速发展。 下面分别介绍一些国家和地区模具的发展情况。 1. 日本根据日本金型工业协会估计，1995年日本的模具产值约为15866亿日元，较上一年增长了13.9 。与其他产业相似，其模具行业在1991年发展到高峰后开始跌落，一直到1995年才有所回升，主要原因是1995年日本各大汽车厂将各类型车逐渐淘汰，由此对模具需求迫切。 日本为全球第一大模具出口国，1991年起其模具出口额超过20亿美元，1995年为2586.87亿日元(约合28亿美元)，约占产值的16.3 。1995年进口约占产值的1.2 。出口规模较大的原因在于： (1)模具技术较高，质量良好，精密度符合各类客户需求。 (2)企业的海外投资很多，各海外工厂习惯于使用日本制造的模具， (3)按时交货且交货期短是日本模具的一大特色， 2澳大利亚 澳大利亚的模具生产能力较强，达到了国际一流水平，它将高新技术应用于模具设计和制造中。 1)CAD/CAM/CAE一体化技术被广泛应用 它显示了用信息技术带动模具工业发展的优越性。澳大利亚塑料模具设计制造已普遍应用了CADCAMCAE一体化技术。在CAD应用方面，己经甩掉了图板，二维CAD被广泛应用，三维的使用目前已达到了60 ，ProEUG，Solid，Edge，Mechanical Desktop等设计软件应用得很普遍，而且采用DNC网络联系到高精度和高效率加工中心。应用这些软件不仅可完成二维设计，同时可获得三维模型，为NC编程和CADCAM的集成提供了保证。应用三维设计，还可以在设计时进行装配干涉检查，保证设计和工艺的合理性。 2)企业规模 澳大利亚汽车模具企业规模不大，职工多在40-50人，最大的只有450人(制作模具的人数为68人，其他人员做产品零件)。多机床管理和一专多能、一人多职普遍被模具厂采用，其车间机床很多但工人不多，多台数控机床在工作，但只有一个工人管理。 3) 实行JIT管理模式 澳大利亚的模具企业都是根据市场需要发展起来的，都有一套适应市场需要的科学的、严格的管理方法，从生产计划、工艺制定到作业流程控制、库存、统计等方面普遍使用了计算机化管理。在生产现场数据采集和统计都使用了条码技术，有些公司还应用了集成化管理，在公司内部，设计、工艺、生产部通过计算机网络DNC共享信息。在生产车间，制品、外购件和生产作业地干净整洁有条不紊，生产基本实现了零库存，做到了准时生产(JIT)。 4) 专业化生产和社会协作 为了在市场竞争中生存发展，每个模具企业都有自己的特色产品，都有自己的技术优势，必须采用专业化生产方式，不能什么模具都制造。 Electeolux公司是一个较大的模具制造公司，主要做一些大型模具，拥有日本产OKUMA数控铣床3台，大型电加工设备。生产重点放在模具开发和制造及装配调试工作上，做许多机械零件加工外协。 5) 模具标准化程度较高 模具标准件可以在市场上采购，许多模具企业进行模具零件的粗加工，半精加工也由相对固定的协作厂家完成，模具冲压件由固定铸造厂粗加工后再送往协作厂进行半精加工。塑料模具用的钢材在钢厂进行粗加工作为标准模块运到模具厂，模具厂的热流道、定位、导向、斜楔、气动等都是标准件，由专业厂供给，这样大大地缩短了模具产品的制造周期。 3. 葡萄牙 模具工业是葡萄牙颇具国际竞争力的重要出口产业，生产规模在1995年己达3.2亿美元，制造厂家约250家，从业人员约7500人。但大部分为中小企业，每个工厂平均员工为30人。 由于地理因素及文化背景优势，葡萄牙的模具在美洲市场上广为各大公司认同，近年来葡萄牙人又加强了对欧盟市场的拓展，使其逐渐成为世界模具市场上一个强有力竞争者。 目前，葡萄牙的模具生产重心为塑料模具，占国内模具总产值的80以上。模具行业已普遍使用CADCAM技术，并采用CNC等精密加工机械，全行业用于研究开发及新设备的占全年产值的10，超过大部分主要竞争对手。葡萄牙的模具外销比例达85，1995年出口增长为22.5，接近2亿美元，进口额为3431万美元。美、加曾为其最大出口市场。1986年葡萄牙加入欧盟后，市场重心转移到欧洲，美国和加拿大所占市场份额从1985年的65 降低到目前的30 。 4中国台湾 中国台湾的模具工业具有相当的规模和水平，1998年模具产值曾达到19.5亿美元。近几年因中国台湾经济衰退，中国台湾的模具产值连续下降，1999年降低到17.2亿美元，2000年又降到15.5亿美元，两年共下降了20.5 。中国台湾模具出口占模具总产值的30 左右，中国大陆是中国台湾模具销售的主要市场之。 各类模具在中国台湾模具产值中所占的比例为：塑料模具占45 ，冲压模具占36 ，冲压模具占8 ，锻造模具占3 ，其他模具占8 。中国台湾模具企业有以下特点： (1)模具生产效率高、工期短、人均产值高。 (2)专业分工细，技术精益求精，客户相对稳定。 (3)模具企业带件生产比较普遍，有利于企业的发展。 (4)紧跟主产品需求开发模具，重视开拓海外市场。 (5)CADCAE/CAM和高速切削加工技术应用广泛。1.3 国内模具产业存在的问题及与国外的差距国内模具产业存在的问题及与国外的差距主要表现在以下两个方面：一方面是产需矛盾。我国工业的高速发展,使产品更新换代速度越来越快,对冲压模具的要求越来越高。但冲压模具企业专业化、标准化程度低,除采购少量的标准件外,绝大部分工作都由模具制造厂完成,加之大部分模具制造企业管理由于体制上的约束,模具制造周期长,不能适应市场的要求。其次,设计及工艺技术较落后,如CAD/ CAM/ CAE 技术应用不普遍,设备数控化程度低,造成生产效率低,制造周期长,也不能满足市场的需求另外,由于技术水平相对落后,冲压模具材质较差,加之加工设备精度差,导致生产出的冲压模具总体水平较低,造成高精、大型、复杂、高效、长寿命模具主要依靠进口,国内冲压模制造企业只能在中、低档水平竞争的局面。另一方面是产品水平。衡量模具产品水平,主要有模具加工的制造精度和表面粗糙度、模具的复杂程度、使用寿命和制造周期等。就目前而言,国内冲压模具与国外相比还存在着相当大的差距。1.4 模具发展趋势当前,我国工业生产的特点是:产品品种多、更新速度快和市场竞争激烈。在此情况下,用户对模具制造的要求是:交货期短、精度高、生产工艺性好、使用寿命长、价格低。因此,冲压模技术的发展趋势很明显。1) 模具产品向大型化、精密化发展，目前国内冲压模企业主要以生产中、低档模具为主,大型、精密、高效、长寿命模具主要依靠进口。因此冲压模向大型、精密化发展是必然趋势。2) 提高冲压模具标准件的应用程度使用模具标准件不仅能缩短模具制造周期,而且能提高模具质量、降低制造成本。为此,首先要制定统一的国家标准,严格按照标准生产。其次,要逐步形成规模生产,提高标准件的质量,降低制造成本。再次,要进一步增加标准件规格、品种,发展和完善销售网络,保证供货速度。在这方面,德、意、日等国已远远走在我们前面。3) 优质冲压模具材料的使用和先进热处理技术将受到重视在整副模具的价格构成中,材料所占比重约占1/ 3 。使用优质热作模具钢,制作高档次模具产品,提升模具使用寿命和品质显得尤为重要。目前,我国热作模具钢材在钢的纯净度、等向性、致密性和均匀性方面还有待于提高,目前,较高档次模具材料主要采用瑞典8407 、奥地利W302 、日本8 KD61 、DH3125 和德国344M 等材料。我国上钢五厂生产的SW8407 材料虽处于国内热作模具钢的领先地位,但其应用还有待于进一步推广。热处理技术方面:真空淬火可以防止加热氧化和不脱碳、脱气或除气,清除氢脆,提高材料塑性、韧性和疲劳强度;加热缓慢,零件内升温差小,零件的变形小,表面热处理除完善、普及常用的表面处理方法(即:渗碳和渗氮处理) 外,硬化膜沉积技术及预硬材料技术也是发展的一个方向。4) 高速铣削加工将得到广泛应用。目前,国内模具制造所使用的铣削方法主要是采用每分钟数千转的大力铣,少部分采用1000020000 r/ min 的准高速铣,近来国外的高速铣主轴转速可达40000100000 r/ min ,快速进给速度可达3040 m/ min ,换刀时间可达13 s。加工工件温升小(约3 ) ,变形小,这样大大提高了加工效率(可提高68 倍) ,并可获得Ra 10 m 的表面粗糙度,形状精度可达10m。5) CAD/ CAE/ CAM 及CAPP、CAT、KBE 技术将得到广泛应用。新一代模具软件建立在从模具设计实践中归纳总结出的大量知识上,这些知识包括设计、模拟、加工工艺、检测分析等方面,经过系统化和科学化的整理,以特定形式存储在工程知识库中,并能方便地被模块所调用。在智能软件的支持下,模具CAD 不再是对传统设计与计算方法的模仿,而是在先进理论指导下,充分运用本领域专家丰富的知识和成功的经验,它以立体思想、直观的感觉来设计模具的结构,在三维特征下造型,进行成形过程模拟,数控过程仿真、生产组织、检测和管理方面高度集成化,所生成的三维结构能方便地用于模具的可制造性评价和数控加工。特别是CAE 的应用,可大大提高模具质量, 优化产品生产的工艺性。因此CAD/ CAE/CAM 等技术的应用,将为冲压模行业的发展带来又一次革命。6) 模具研磨抛光向自动化和智能化方向发展。模具表面的精加工是模具加工中至今未能很好解决的难题之一。模具表面的质量对模具使用命、制件外观均有较大的影响。我国目前的仍以手工研磨抛光为主,不仅效率低、劳动强度大,且质量不稳定,制约了我国冲压模具制造水平的提高。因此,研究抛光的自动化、智能化是一个重要的发展趋势。日本已研制了数控研磨机,可实现三维曲面模具研磨抛光的自动化。另外,由于冲压模具型腔形状较复杂,任何一种研磨抛光方法都有一定局限性。因此,特种研磨抛光(如挤压珩磨、电化学抛光、超声波抛光、激光抛光以及复合抛光工艺与设备) 是研磨抛光发展的一个方向。7) 快速原型制造技术(RPM) 将得到更好的应用。快速原型制造技术是计算机技术、激光成形技术和新材料技术的发展而产生的,是一种基于离散，堆积成形思想,根据零件的CAD 模型,快速自动完成复杂三维实体的制造技术。它通过立体光固化(SLA) 叠层实体制造(LOM) 激光选区烧结(SLS) 三维打印(3D2P) 、熔融沉积成形( FDM) 等方法得到制件原型,然后通过传统的快速制模方法(如精铸、粉末冶金、电铸和喷涂等) 获得金属模具,此方法获得的冲压模具,主要用于新品开发的设计验证、功能验证、可制造性、可装配性验证等。在用于压力铸造方面还有待于进一步的探讨。1.5 选题的目的和意义冲压模具设计是否正确合理、先进和适用, 对于冲压生产中冲压件合格率的高低, 作业循环的快慢, 模具的制造难易程度及模具的使用寿命等都具有重要的影响。本课题正是考虑到以上的因素，选择了冲压模具设计。这也正是符合当前研究的热点和市场的需求。不论在科研还是实际生产中都有着深刻的现实意义。 第2章 工艺分析及方案确定 2.1 基础性分析冲压生产时，冲压工艺方面的各种工艺参数的正确采用，是获得优质冲压件的决定因数，而冲压模则是正确选择和调整有关工艺参数的基础。冲压模在冲压生产过程中所起的重要作用是：决定冲压件的形状和尺寸精度；已定的冲压系统决定着零件的冲压状况；冲压系统影响零件的冲压条件；模具的强度限制着冲压比的最大限度；影响操作的效率。控制和调节冲压过程的热平衡；冲压件取出时的质量；模具成型表面的质量既影响冲压件质量，又影响生产周期，更影响取出件的难易程度。由此可见，冲压件的形状、精度、表面要求、内部质量和生产操作的顺利程度等方面，常常与冲压模的设计质量和制造质量有直接关系的。更重要的是模具设计并制造好以后，可以再修改的程度就不大了，上述的作用与冲压件质量的关系也就相对地固定了，这就是模具的设计和制造一定要建立在与冲压工艺要求相适应的基础上的缘故。因此，从某种程度上说，冲压模与冲压工艺、生产操作存在着极为密切而又互为制约，相互影响的特殊关系。其中，冲压模的设计，实质上是对生产过程中可能出现的各种因数的预计的综合反映。所以，设计冲压模时，必须全面分析冲压件结构，熟悉冲压机操作过程特性及工艺参数可调节的范围，分析零件的形状特点，此外，还要考虑经济效果和制造条件等，只有这样，才能设计出符合实际，满足生产要求的冲压摸。冲压模设计的基本要求：1）所产生的冲压件，应符合冲压零件图上所规定的形状尺寸以及各项技术要求，特别是要设法保证高精度和高质量部位达到要求，要尽量减少机械加工部位和加工余量。2）模具应适应冲压生产工艺的要求，并且技术经济性合理。3）在保证冲压件质量和安全生产的前提下，应采用合理先进简单的结构，减少操作程序，使动作准确可靠，构件刚性良好，易损件拆卸方便，便于维修，并有利于延长模具工作寿命。4）模具上各种零件应满足机械加工工艺和热处理工艺的要求。选材适当，配合精度选用合理，达到各项技术要求。5）掌握冲压机的技术特性，充分发挥冲压机的技术功能和生产能力。准确选定安装尺寸，使模具与冲压机的连接与安装既方便又准确可靠。6）在条件许可时，模具的零部件应尽可能实现标准化、通用化和系列化，以缩短设计和制造周期。冲压模的总体设计应包括以下的主要内容：冲压模具设计时首先要根据冲制零件的生产批量，考虑采用单冲还是复冲。对单件小批量生产的零件可以采用单冲；而对大批量生产，可采用复冲或级进模。正确的考虑这一因素可以降低生产成本。然后根据冲制的零件图，考虑起加工工序，选择冲模形式可结构。这是设计过程中的主要阶段。同时还要考虑很多因素，其中有；零件形状、尺寸精度、材料、冲模制造条件，车间设备条件，技术条件等。在确定了冲模的形式后，就可以对冲模作具体的设计。此时应考虑下列问题：1） 必须保证冲制零件的质量。2） 结构简单，制造方便，容易修磨，容易拆装。3） 尽量采用标准结构和避免不必要的加工精度。4） 冲模的安装尺寸应该符合冲床的规格，及冲模的闭合高度和冲床的闭合高度想适应；冲模相应尺寸与冲床台面尺寸、台面孔尺寸，模柄孔尺寸相适应。5） 对形状不对称的冲模，要使其压力中心与模柄的轴线重合。6） 冲模中的主要零件如上、下模座、导柱导套、模柄、导正钉等，可根据冲压模具标准件选用与设计指南选用。7） 决定模刃尺寸和凸凹模间的间隙。确定冲压模总体设计方案，应考虑如下几点： a、冲压件成型可靠，质量能满足产品的各项技术要求。b、模具结构简单、先进、合理、动作准确可靠，维修方便。c、制造成本低、省工、省料。d、能充分发挥冲压机的生产能能力。冲压模由凹模和凸模组成,其结构设计主要包括以下方面:工作零件设计；定位零件设计；卸料零件的设计；导向零件的设计；装配零件的设计。 2.2 冲压设计的工艺分析2.2.1 冲压件的结构分析以及模具结构的确定零件的结构比较简单，为距型垫片结构。零件的材料为Q235,料厚为0.8mm，零件的毛坯为方形板。在零件上有对称的两个4.2的孔。本次设计的任务就是设计冲出如图形状的零件的模具,由于制件尺寸较薄,可采用刚性卸料装置和下出料方式，同时为提高零件的加工效率,可以在压力机的一次冲压行程中,在几个不同的工位上同时完成多道工序的冲裁,即冲侧刃、冲孔、落料同时进行本次设计就是采用这种设计。即采用连续模冲压。零件的结构图如下图2-1所示：图2-2 排样图图图2-1 工件图 1）排样:根据零件的形状进行排样,由于是进行少废料冲孔切断冲模设计,所以设计零件排样图如下图2-2所示:2)材料的利用率:结合图2-1及图2-2可得材料的利用率为: （2-1）其中: -一张板料上总的材料利用率; -一个进距的材料利用率;A -冲裁件面积(包括内行结构废料);n -一个进距内冲裁件数目;b -条料宽度h -进距.所以: =92.1%2.2.2 冲裁力计算冲裁力是选择压力机的主要依据，也是设计模具所必需的数据。1)冲裁力、推件力、冲裁工艺力的计算在冲裁过程中，冲裁力的大小是不断变化的，冲裁力是指板料作用在凸模上的最大抗力。对于普通平刃口的冲裁,其冲裁力F可按下式进行计算: F=KLt (2-2)式中:F冲裁力,N; L冲裁件的周长,mm; t材料厚度, mm; 材料抗剪强度,MPa; K系数。考虑到凸模、凹模刃口磨损,模间间隙波动,材料力学性能变化及材料厚度偏差等因素而增加的安全系数,常取K1.3。 在一般情况下,材料的1.3,为计算方便,也可用下式计算冲裁F: F=Lt (2-3) 式中: -材料的抗拉强度,MPa。表2-1 部分碳素结构钢力学性能牌 号屈服强度/MPa伸长率/%抗拉强度/ MPaQ215Q235Q255Q2751652151852352052552252752631212619241520335410375460410510490610由表4-1查得Q235的=375460 MPa,取=400MPa。a.冲裁力: =D=4.20.8400=4220.2N = Lt=(10+2.4+10) 0.8400=7168N = Lt=(28+10+28+10) 0.8400=24320Nb.推件力:在生产中,都是采用简单的经验公式来计算: =n (2-4)式中: -推料力,N; -推件力系数; -冲裁力,N; n-同时卡在凹模洞口的件数,n=h/t,h为凹模刃口直壁高度,mm;t为料厚,mm。表2-2 卸料力、推件力和顶件力系数材料及厚度/mm钢0.10.10.50.52.52.56.56.50.0050.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.030.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03铝、铝合金0.0250.080.030.07-紫铜、黄铜0.020.060.030.09-由表2-2查得，=0.055；由取凹模刃口高度h=6mm;故在凹模口内同时存有制件及废料的个数n=8个推料力：= n=80.554220.2=1856N； = n=80.557168=3154N； =n=80.5524320=10700N。总力：=+=4221+1856=6077N； =+=7168+3154=10322N； =+=24320+10700=35020N； =+2+2=6077+210322+235020=67818N结合参考文献1表1-2，初选公称压力为100KN的开式压力机。2）模具压力中心的确定冲压力合力的作用点称为压力中心。为了保证压力机和冲模正常平稳地工作、必须使冲模的压力中心通过模柄轴线与压力机滑块中心重合，否则，冲裁过程中压力机滑块和冲模将会承受偏心载荷，使滑块导轨和冲模导向部分产生不正常磨损，合理间隙得不到保证，刃口迅速变钝，从而降低冲件质量和模具寿命甚至损坏模具发生冲压事故。因此，设计冲模时，应正确计算出冲裁十的压力中心，并使压力中心与模柄轴中心线重合。由于本设计方案是多凸模、连续模，故其压力中心可按参考文献1的式3.15和式3.16进行计算。考虑到以上情况，为使压力中心接近其几何中心，特将凸模（和凹模孔）的布置如图2-3所示，这样其压力中心和几何中心基本重合，可以保证冲压过程稳定进行。图2-3 压力中心如下图2-3所示为压力中心计算过程示意图：如图所示，冲孔时压力中心在圆心位置；落料和冲侧边时，由于是单边冲压，所以压力中心在单边中点出。同时不难看出，由于关于X轴对称，总的压力中心也应在X轴上（即在X轴上），只需计算即可。由式3-15可得：= (2-5)结合上面所计算的冲裁力、推件力、冲裁工艺力可得：= =14.21mm即如图2-3上所示的压力中心。2.3 本章小结本章主要做了模具设计的一些前期准备工作，了解了模具设计的设计内容和步骤。对冲压件进行工艺分析，分别计算了冲压件的冲裁力和压力中心，对设计方案进行初步判断，为以后的设计工作做好准备。 第3章 冲裁模主要零部件设计3.1 凸模设计 凸模又称冲头，是冲模中起直接形成工件作用的凸形工作零件，既以外形为工作表面的零件。其工作端面的截面形状根据零件确定。刃口通常为平的，优点是便于修磨，为了减轻冲床的负荷也可以磨成齿形。由于本设计中冲裁力较小，因此直接采用平口即可。冲模工作表面的表面粗糙度要求在Ra0.8Ra1.6m之间。3.1.1 凸模的固定方式凸模常用的固定方法有铆接法、台肩法和低熔点合金、环氧树脂浇铸固定法。本设计采用的突缘固定法属于台肩法的一种，它是通过先将凸模压入凸模固定板，然后依靠台肩将凸模与凸模固定板固定在一起，然后利用螺钉固定在上模座上的一种方式。3.1.2 凸模长度的确定凸模的长度是根据模具结构的需要和修磨量来确定的，凸模的长度一般都在40100mm的范围内，近年来由于线切割技术的进步，不管何种形状的凸模（包括圆形）都是通过模钢板直接割取。在冲剪加工中凸模的断裂的主要原因在于细小凸模的抗压强度不足或弯曲强度不足所致。确定凸模长度的方法可按参考文献1式3.20计算完成。 (3-1) 式中- 凸模固定板的厚度，mm； - 卸料板厚度，mm； - 导料板的厚度，mm； h- 附加长度，它包括凸模的修磨量，凸模进入凹模的深度，凸模固定板与卸料板的安全距离等。一般取h=1520mm。通过上面的公式确定冲头的总长度为=20+12+6+20=58mm其中 =20mm; =12mm; =6mm;h=20mm。3.1.3 凸模的结构图3-1 冲孔凸模在本设计中，共需冲孔凸模（2个）、落料凸模（1个）、侧刃凸模（2个）三种。各种凸模的结构如图3-1所示。图3-2 落料凸模如图3-1所示为冲孔凸模，凸模固定板内凸模的机械固定方法是将凸模压入固定板内，其配合为P7/h6。凸模装入固定板后，其顶面与固定板顶面一起磨平。刃口锋利不倒钝，工作部位表面光滑。图3-3 侧刃凸模如图3-2为落料凸模，为矩形凸模，其机械固定方法同冲孔凸模是一样的。如图3-3所示为侧刃凸模，也是矩形凸模，其机械固定方法同冲孔凸模是一样的。为增强其强度，适当的加厚了凸模的厚度。在一般情况下，凸模的强度是足够的，且本设计板料较薄，所以不用进行强度校合。3.2 凹模的设计3.2.1 凹模的类型和结构形式凹模是冲模中起直接形成冲件作用的凹形工作零件，即一内形为工作零件。凹模刃口的周边形状和凸模相同。凹模因要清除“废料”或工件，沿深度方向的尺寸不能上下一致，凹模的类型基本上有以下三种：第一种是孔口一段呈直筒形，以下转为锥形，锥度为 ；第二种是孔口一段呈直筒形，落料孔比凹模尺寸大12mm，即阶梯形；第三种是具有以下的锥形。第一、二两种形式刃口坚固，修磨后尺寸不变，对形状复杂和精度要求高的槽形是很合适的。第三种形式适用于冲制形状简单或精度要求较低的工件，它的使用寿命较长，因为加工时通常把刃口尺寸控制在公差的最小值，而锥底尺寸控制在公差的最大值或稍大一点。在第一、二种形式中，孔口的一段高度称为有效高度或寿命高度，凹模的有效高度一般为812mm，凹模的工作表面粗糙度要求在Ra0.8Ra1.6um范围内。凹模有两种结构：整块的和拼块的。如果是整块的，可以用螺钉、销钉固定和定位在下模座上；如果是拼块，则用钢圈热套办法将拼块紧固，再通过钢圈将凹模固定在下模座上。钢圈内圈和凹模外圈的配合为U8/h7。本设计采用阶梯形凹模，利于制件和废料顺利漏出。且凹模采用机械法固定，由螺钉将其固定在下模座上，用两个圆柱销定位。3.2.2 凹模外形尺寸的确定根据该零件的形状可以确定，冲孔模的凹模采用圆形，落料及冲侧边时采用矩形，同时模具工作过程中产生的废料也要由此排出。综合以上的情况，凹模采用整块结构。结合2.2.2的计算分析及凸凹模位置分布的分析可以确定其外形采用方形，再考虑螺钉及定位销的分布，还有下模座的标准尺寸的分布可以确定凹模的外尺寸取为8063mm。根据参考文献1表3-18及公式3.27和3.28可取凹模的厚度为20mm，凹模直刃口高度取为6mm。下面以零件的几何尺寸为基准，进行凹模相关尺寸的计算和说明。已知加工材料为Q235，材料厚度为0.8mm,由文献1表3-3可查取冲裁件精度为IT9级，而一般冲裁模的精度应高于冲裁件的精度23级，故取冲裁模的制造精度为IT7级。由表3-2可以查得该材料的初始双面间隙为 查文献2表2-10可知（冲孔时）凸、凹模制造公差为 +=0.02+0.02=0.04mm上式不满足+-，故不宜采用凸凹模分开加工的方法计算凸模和凹模刃口尺寸。从而采用凸模和凹模配作加工，这种加工方法的特点是；模具的间隙由配作保证，工艺比较简单，不需要用公式+-进行校核，并且可以放大基准件的制造公差，制造容易，是目前一般工厂常常采用的方法。图3-4 工件尺寸及偏差图由冲裁件的制造精度为IT9级，查文献3表3.2可得工件的尺寸及偏差如图3-4所示。由于采用配作加工，故定以凹模为基准件，凸模配作加工。尺寸精度为IT9级，查文献2表2-9，得磨损系数X=1。由文献2表2-11相应公式可进行计算如下：mm为凸模磨损后减小尺寸：Dd=(d+x+)=(4.2+10.03+0.07) =4.3mm (3-2)冲孔凸模尺寸按凹模尺寸配制，保持双面间隙0.070.10mm。mm为凹模磨损后尺寸增大：L=(l-x)=(10-10.036) =9.96mm (3-3)由于是单边冲裁，可以适当增大凹模尺寸；落料凸模尺寸按凹模尺寸配制，保持双面间隙0.070.10mm。18mm为凸模磨损后尺寸不变尺寸：L=l=18=18mm。 (3-4)mm可以转化为冲裁侧边时的尺寸偏差要求，即为mm为凸模磨损后减小尺寸：L=(l+x+)=(1.2+10.025+0.07) =1.3mm (3-5)落料凸摸尺寸按凹模尺寸配制，保持单面间隙0.0350.05mm。下表3-1列出工件尺寸、凹模尺寸和凸模尺寸（mm）。表3-1 工件尺寸、凹模尺寸和凸模尺寸工件尺寸凹模尺寸凸模公称尺寸4.34.39.969.961818181.31.3凸模和凹模尺寸按以上计算进行表注和加工，或者按IT7级要求进行表注加工。凹模结构如图3-5、3-6所示：3.2.3 凸、凹模材料的选择图3-5 凹模（正向）冲模中最重要的部分是凹模和凸模。用来制造凹模和凸模的材料，要承受强大的剪切力、压力、冲击力、和摩擦力，因此模刃应满足如下要求：有很高的硬度，很高的耐磨和耐疲劳的能力以及足够的韧性；热处理以后的变形应尽可能小；长期使用以后的变形应尽可能小。根据上述要求，通常采用碳素工具钢（T10A）作为制造凹模和凸模的材料。经过淬火和磨削加工后，其硬度要求达到HRC6064。并且本模具工作零件形状简单，冲压件尺寸不大，采用碳素工具钢T10A作为制造凹模和凸模的材料已经能够达到要求。图3-5、3-6为凹模的正反向视图，为阶梯形凹模。图3-6 凹模（反向）3.3 本章小结这章在此次课程设计中占有最重要的地位，它是模具设计的核心部分。完成了凹模和凸模结构的整体设计和材料的选择，并通过PRO-E软件的三维建模功能来辅助设计，大大提高了模具的可应用性。再参考相应的设计手册，可以省去不少计算过程，例如壁厚的校核。利用电脑三维软件辅传统设计将成为我国模具事业未来的发展方向。 第4章 冲模结构零部件设计冲裁模具除了凹模和凸模以外一般还包括导向零件、定位零件、卸料与顶料装置、连接与固定装置等。 各零部件之间在装配时一般都要通过销钉定位，再用螺钉锁紧，模具上所用的螺钉尽量采用内六角螺钉。模具外表面应光洁，加涂防锈漆防锈。4.1 导向零件的设计不管是什么形式的冲裁模具，都要用到导向零件。导向零件是决定冲模质量和寿命的很重要的零件。导向零件的作用是：保证模具在进行装配和调模试机时，保证凹、凸模之间一定的方向和位置。导向零件要承受一定的侧向力，起了导向和定位的作用。4.1.1 导板的设计与选用图4-1 导板在导板模中，以导板对凸模导向，导板既对凸模起导向作用又起卸料板作用，导板与凸模采用H7/h6配合，导板厚度可取凹模厚度的0.6倍1倍，在冲裁过程中使凸模与导板始终保持配合，不得脱离。本设计中导板厚度取凹模厚度的0.6倍，即12mm，导板的材料为45钢，导板的具体结构形式如图4-1所示。4.1.2 导柱与导套的选用导柱、导套都是圆柱形，加工方便，容易装配，是模具行业应用最广泛的导向装置。本设计中采用两套导柱、导套进行导向，对角配置，两导柱的导向直径不同，这样可以避免合模时上模误装方向而损坏凸、凹模刃口。本设计中的两套导柱、导套均是直接从国家标准中选用。具体规格为：“导柱A18h5130GB/T2861.1” “导套A18H66018GB/T2861.6”和“导柱A20h5130GB/T2861.1” “导套A20H66523GB/T2861.6”。4.2 定位零件的选用4.2.1 挡料销的设计与选用挡料销的定位面抵住条料的前搭边或制件内廓的前面，使条料送进步距准确。本设计中挡料销采用固定挡料销，结构简单，制造容易，且采用国家标准件，规格为：“固定挡料销GB/T2866.11 6m614”4.2.2 导料板的设计与选用图4-2 导料板条料的送料方向一般都是靠着导料板或导料销一侧导向送进，以免送偏。由于本设计中采用导板定向和卸料，所以应使用导料板导向。条料两侧靠导料板的内侧面的约束，引导其正确向前送进，否则条料会送偏，影响制件质量甚至造成废品。为使条料能从两导料板间顺利通过，两导料板间的距离要大于条料宽度0.21mm;导料板厚度要大于挡料销顶高度和条料厚度之和28mm，才能使条料从挡料销顶面通过。本导料板采用分离式，且在导料板内侧设置一侧刃，侧刃既能切去条料旁侧少量材料，又能达到控制条料送料距离的目的，且为矩形侧刃，制造简单。导料板材料选用45钢，具体结构形式如图4-2所示。4.3 卸料装置在冲压模具中，卸料结构是将条料、废料从凸模上卸下的装置，分为固定卸料装置、弹性卸料装置两种。本设计中采用固定卸料装置，即如前面导向零件中的导板所示，既起导向作用，又起到卸料的作用。4.4 连接与固定装置4.4.1 模柄的设计与选用模柄又称模把，通常它将上模与压力机的滑块连在一起。选择模柄种类时要考虑模具结构的特点和使用要求，模柄工作段的直径应与所选定的压力机滑块模柄孔的直径相一致。本设计中的模柄采用国家标准，为压入式模柄，它与上模座孔采用H7/m6过度配合，并加防转销钉防转。图4-3 模柄具体规格为：“压入式模柄GB2866.1-81”，具体结构如图4-3所示：4.4.2 上、下模座的选用模座分为上模座和下模座，它们是冲模全部零部件安装的条件，又承受和传递冲裁力，因此它要有足够的强度、刚度和足够大的外形尺寸。上模座通过模柄安装在冲床滑块上，下模座用螺栓固定在工作台上。分为带导柱和不带导柱两种。带导柱的模座已经标准化了。上、下模座通过导柱、导套的连接而形成模架，模架已经标准化，可由专业模具厂提供。模座要有足够的厚度，一般取凹模厚度的11.5倍。本设计中采用的上、下模座均为国家标准化模座。规格分别为：“对角导柱下模座806330GB/T2855.2”和“对角导柱上模座806325GB/T2855.1”。图4-4 对角导柱上模座模座的前侧面须进行机械加工，以便在此面上打上该模具的标记。另外，为便于工件和废料的取出，在下模座的中间加工一矩形通槽。具体结构如图4-4、图4-5、图4-6、图4-7所示。图4-5 对角导柱上模座图4-4是对角导柱上模座的正向视图。图4-5是对角导柱上模座的反向视图。如图4-5所示，同时在对角导柱上模座的底面上有一销钉孔，装配时加一防转销钉，防止模柄转动。图4-7 对角导柱下模座图4-6 对角导柱下模座图4-6是对角导柱下模座的正向视图。4.4.3 其他固定零件其他固定零件主要是指凸模固定板、垫板、螺钉和销钉等。凸模固定板的平面设计除应保证凸模的安装外，应有足够的尺寸来安放螺钉和销钉。根据前几章节的计算和综合考虑，取凸模固定板和垫板的基本尺寸为907020mm，材料为45钢。其立体视图如图4-8所示，由图4-8也可直观的看出凸模的固定方式。图4-8 凸模固定板图4-9 垫板垫板装在固定板与上模座之间，它的作用是承受凸模或凹模压力，防止过大的冲裁力在上、下模板上压出凹坑，而影响模具的正常工作。本设计中设计的垫板的基本尺寸为90706mm，材料为45钢。其立体视图如图4-9所示。螺钉和销钉都是标准件，螺钉用于固定模具零件，而销钉则起定位作用。本设计中选用的螺钉是内六角圆柱头螺钉，标准分别是：下模座固定用螺钉为：“内六角圆柱头螺钉GB/T70.1 M640”；上模座固定用螺钉为：“内六角圆柱头螺钉GB/T70.1 M655”。所选圆柱销为：上模座定位圆柱销为：“销GB/T119.1 6m645”；下模座定位用圆柱销为：“销GB/T119.1 6m660”。4.5 本章小结本章主要设计并确定了整个冲模结构的零部件。在完成整个冲模结构零部件的设计过程中，使用了一部分标准件，而另外一些非标准件的尺寸及形状的确定过程也以零件的实际尺寸及标准件为参照进行。在此过程中，数据经过反复验算，校核，最终确定。 第5章 模具的装配与动画设计5.1 模具的装配5.1.1 模具装配的原则冲压模具安装时，必须注意如下各项要求。（1）上下模的平行度。本项为冲压模具的关键要求。上下模的平行度不良时，在加工中就无法保持适当的刃口间隙与吻合状态，因而引起模具的啮齿、烧结、冲头折断或刃口损坏等情形。（2）间隙的均匀。模具的间隙不均时，容易使间隙产生过大的毛头，以及引起模具的啮齿、烧结、冲头折断等现象。（3）冲头与母模的适当压入量。冲头压入母模过深时，容易引起模具的加速磨耗。正常的压入深度为：比刚好能够剪断稍微深一点即可。依据上面所述，冲压加工用模具的安装要求及应注意的事项如下：（1）机器的检查。离合器急煞车的动作、冲头的运动状态，冲座底面、承梁板顶面的伤痕，以及排屑孔的阻塞等。（2）模具的检查。上下刃口的研磨状态，导销、冲头等的位置及形状，上下模安装面是否附着废屑或尘埃，以及导柱的嵌合状态等。（3）将压床的冲座放置于下死点位置，然后松开连杆螺杆，并将其调整到冲座面距模具顶面越10mm20mm的位置。若此时的连杆螺杆以调整一半以上的距离，则要用垫板将模具垫高，以减少连杆螺杆的调整量。（4）上下模于套合状态下，装入压床中，并使冲座中心与模具中心确实对准。至于有模柄锁紧孔(Shank Clamping Hole)的冲座，则应将模具确实对准装妥后，再将模柄盖盖上。（5）旋转连杆螺杆，使冲座徐徐下降，直到冲座底面与模具顶面紧紧压在一起。若冲座底面与模具顶面无法全面接触时，则必须追查起原因，探讨究竟是冲座与床台位置不佳，还是模具本身的平行度不良，并加以校正与补救。（6）上模座以确实夹紧于冲座。有模柄的模具应利用模柄盖几夹紧螺栓，将模具确实夹紧。至于无模柄的模具，则应以固紧螺栓或压板将模具直接夹紧与冲座底面。（7）下模轻轻锁紧于床台上方。（8）旋转连杆螺杆，使冲座徐徐上升，而将上模与下模分开。然后再将冲座徐徐下降，并使冲头插入母模内，以观察两者的嵌合状态。此时，如有轻微的不顺或阻力，即表示上下模的嵌合状态不甚良好，需把下模松开后重新安装。（9）上模与下模的嵌合状态圆滑之后，将下模确实锁紧。（10）调整冲头插入母模的深度。此深度以能使制品确实分离的最小量为原则。但其值唱受机械精度及冲压力的影响，一般0.52mm程度为宜。（11）锁紧连杆螺杆。（12）以手动方式将冲座转回死点，检查个部分的固紧状态，确认个机件的固紧无误后，再以手动方式将冲座旋转一行程。（13）整理承梁板上的各种多余工具，施行模具的注油，并安装安全保护装置。（14）按下电源开关，试行旋转数次，贯彻机械的运转状态，确认一切无误后，即可准备正式生产。（15）进给材料进行试生产。若冲头插入母模深度不足，导致无法冲断时，应徐徐增加插入母模的深度直到刚好冲断为止。（16）检查制品的尺寸、形状及毛头状态。待一切符合所需要求的条件时，模具的安装工作即告全部完成。5.1.2 模具的装配过程在模具的装配过程中，使用了PRO-E软件模拟装配的过程。由于装配的过程较多，因此只选择其中比较关键的步骤进行说明。图5-1 新建装配文件步骤1 新建文件。打开PRO-E软件，单击新建按钮，在弹出的对话框中选择组件，不使用缺省模板，单击确定按纽，选择mmns-asm-design模板，单击确定进入装配界面。如图5-1所示。 图5-2 调入下模座步骤2 调入下模座。单击图形界面中的将元件添加到组件按钮，在弹出的对话框中选择文件duijiaodaozhuxiamozuo,单击确定按纽将下模座调入界面。下模座将作为整个模具装配的基础。如图5-2所示。安装过程中应注意基准面的选择，以便于后面零件的安装和动画仿真的制作。步骤3 安装凹模。重复上述的步骤，将凹模调入界面。然后依次对相应的截面和中心轴进行对齐或匹配，将凹模安装在下模座上。如图5-3所示。步骤4 完成下模部分的安装。依次将前面已经绘制好的零件图如两侧导柱、两个导料板、挡料销、导板调入界面，对其进行截面和轴线的匹配，将它们安装在下模座上。以同样的方式将两个圆柱销、四个螺钉也安装上。如图5-4所示。安装过程中注意轴线、平面等约束的选择。图5-4 下模座的安装图5-3 凹模的安装 图5-3为凹模的安装图，图5-4为下模座的安装示意图。步骤5 完成凸模与凸模固定板的安装。如图5-5所示。图5-5 凸模与固定板的安装步骤6 完成上模部分的安装。依次将上模座、模柄、导套、垫板、凸模及其固定板及圆柱销、螺钉等上模部分的元件调入界面。按照上述的方法进行装配，完成上模部分的安装。见图5-6。图5-6 上模座的安装步骤7 完成模具的装配。按照安装定模方法将动模部分的零件调入界面安装。完成整个模具的装配。如图5-7所示。图5-7 模具装配图图5-7所示为模具的装配图。 5.2 模具动画设计由于模具工作动画过程中未涉及到弹簧的伸缩，用PRO-E软件来进行运动仿真比较容易。这样能大大加快动画设计的速度。下面就动画的设计步骤做简要的说明。步骤1 建立模具的三维模型。打开PRO-E新建文件并命名为“模具动画”。建立模具各个零部件的模型并完成模具的装配。所有零部件的建模均可以在同一个界面内完成。然后移动各零件的位置就可以完成模具的装配。如图5-8所示。步骤2 单击工具栏中的“时间配制”按钮。将播放长度改为300帧，单击确定。使动画播放的时间为10秒钟。 步骤3 设定零件的移动路径。单击工具栏中的“自动关键点”按钮。则进度条会变为红色。选中需要移动零件，此时零件在投影视图中的颜色会变为白色。移动各个关键点并将选中的零件移动到该关键点时的相应的位置。单击“曲线编辑器”修改各零件的移动路径。步骤4 渲染动画。依照步骤三的描述设置各个零件的动作路径。单击渲染按钮。在弹出的对话框中进行设置。在文件中将文件命名为模具动画并选择保存格式为 AVI格式。对文件进行渲染后就回得到一个模具动画演示的视频文件。图5-9 送料示意图图5-10 工件及废料图图5-8 动画完成图 图5-9为动画中的送料示意图。 图5-10为动画中加工出的工件以及所产生的废料示意图。5.3 本章小结本章采用了 PRO-E 软件对模具进行了模拟装配和动画演示。PRO-E 软件良好的尺寸驱动特性大大提高了模拟装配的效率。通过运用PRO-E 软件对动画过程的模拟，更进一步熟悉和掌握了该软件。也充分发挥了PRO-E的优势。但在此过程中，也发现了不少问题，如有些命令还不能熟练运用。在今后的生活学习中，要加强这一方面的学习。结 论在这次毕业设计中，参考查阅了各种有关冲压模具和Pro/ENGINEER软件的资料，掌握了许多与冲压模具及Pro/ENGINEER软件有关的知识，当然也遇到许多疑点和难点，现总结如下：1.冲压模具设计是否正确合理、先进和适用, 对于冲压生产中冲压件合格率的高低, 作业循环的快慢, 模具的制造难易程度及模具的使用寿命等都具有重要的影响；2.从冲压工艺的分析中，不难看出：在冲压生产时，冲压工艺方面的各种工艺参数的正确采用，是获得优质冲压件的决定因数，而冲压模则是正确选择和调整有关工艺参数的基础；3.凸模和凹模的设计是模具设计的核心部分。本设计完成了凹模和凸模结构的整体设计和材料的选择，并通过PRO-E软件的三维建模功能来辅助设计，大大提高了模具的可应用性；4.确定了整个冲模结构的零部件。在完成整个冲模结构零部件的设计过程中，使用了一部分标准件，并且模具标准化已成为一种趋势而另外一些非标准件的尺寸及形状的确定过程也以零件的实际尺寸及标准件为参照进行；5.采用了 PRO-E 软件对模具进行了模拟装配和动画演示。PRO/E 软件良好的尺寸驱动特性大大提高了模拟装配的效率。通过运用PRO/E 软件对动画过程的模拟，更进一步熟悉和掌握了该软件。也充分发挥了PRO/E的优势。当然在此过程中也遇到了许多问题和难点，如对用PRO/E 软件生成相应的数控机床加工程序不熟练，一些数据的选择没有经验，经过反复校核才得以确定，中间走了不少弯路，由于受条件的影响，在这次设计中只有完成了各个零部件的二维工程图纸和相应的三维零件图，没有真正的实体加工，但是动画过程模拟了其可能的各个过程，整个设计过程总体来说是比较成功的。 致 谢历经近四个月的毕业设计即将结束，本次设计从选题、设计、到指导工作均是在敖晓春老师的直接关怀和悉心指导下完成的，导师严谨的治学态度，敏捷的思维，渊博的知识均使我受益非浅。在此，对老师所给予的无私帮助表示诚挚的谢意。这次设计是大学期间所学知识的一次综合运用，它涉及到软件应用，模具设计等多方面的知识。同时，这也是一次完全不同于以往的设计，它需要我们在独立完成的同时，对过去所学的知识进行完善和总结。 在此期间，我遇到了许多困难和疑惑，但在老师和同学的帮助下，得以在设计的期限内按要求顺利完成设计。同时，我也认识到了自身知识的不足，在今后的人生道路上，我还需要不断的学习。在整个软件的学习过程中我深刻认识到了，只求结果有时并不一定可取，在迷茫的新软件的学习过程中，敖晓春老师曾给了不少支持和鼓励，于是得以长久的坚持下了，不仅仅是一次学习过程，而且更好的完成了一次心理的历练，是一个成长的过程，是一个从大学走向社会的过程，在此对老师在整个过程给予的帮助和支持真心的说声谢谢，我一定会在以后的工作工程中扎扎实实的以此次毕业设计的心态来对待每一项工作和任务。大学毕业后，我将走向工作岗位。我将用我的知识去回馈社会。母校给我的一切我都将铭记于心。最后，对所有曾经传授我知识的老师，给过我帮助的同学们说一声谢谢，感谢你们！参考文献1 牟林，胡建华冲压工艺与模具设计北京大学出版社，2006：1111，2732922 薛啟翔冲压模具与制造化学工业出版社，2004：135，823973 常玉晨电机制造工艺学黑龙江科学技术出版社，2000：871064 陈永滨，陈炳明.冲压模具设计基础机械工业出版社，2004：216，871055 冲模设计手册编写组冲模设计手册机械工业出版社.2002：14086 郑可煌使用冲压模具设计手册宇航出版社,1990：7417 郭景仪冲压模具设计与制造技术北京出版社2000：30408 杨玉英冲压工艺学机械工业出版社，1997年：70759 刘品,李哲机械精度设计与检测基础哈尔滨工业大学出版社，2006：3113710 机械设计手册编委会机械设计手册（新版）机械工业出版社，2004年：99011 雪茗斋电脑教育研究室Pro/ENGINEER WildFire机械设计实例课堂人民邮电出版社，2006：36437912 张耀宸机械加工工艺设计手册航空工业出版社，1987：10016513 金大鹰机械制图机械工业出版社,2001：8012014 王光玉机械工艺学机械工业出版社,2001:608015 Emanuel Sachs etc.Dimensional control,Surface finish and hardness. Progess on tooling by 3D Printing.In Proceedings of Solid Free form Fabrication Smposium,2000:16 Feintool.Fine-Blanking Practical Handbook,2001:325717 10. Analysis of Thermo - mechanical Distortion in Die Casting : Martin Rbarone Enterprise System lab，1999附录AThe Optimal Design of a Cooling System for a Die-Casting Die With a Free Form SurfaceAbstractThis study is on the finite element and abductive network method application to die-casting dies with free-form surfaces.The study aims to find the optimal cooling system parametersand decrease in deformation of a die-casting die. In order to avoid the numerous influencing factors, the free-form surface of a die-casting die is created as a non-linear Eq. of a polynomial function. The parameters of the cooling system, including the channel space and channel diameter, are adjusted according to the non-linear Eq.An abductive network has been built for modelling the diecasting cooling parameters. The abductive network is composed of a number of functional nodes. Once the cooling system parameters are given, this network can predict the deformation of the die-casting accurately. A simulated annealing optimization algorithm with a performance index is then applied to the neural network for searching for the optimal cooling system parameters and to obtain a satisfactory result.Keywords: Die-casting die; Free-form; Neural network; Simulated；annealing1. IntroductionThe typical, traditional die-casting process includes high-pressure filling, cooling, solidification and ejection stages. The cooling stage is of great importance because it significantly affects both the productivity and the quality of the die-cast part. It is well known that about 80% of the cycle time of die-casting is spent in cooling the hot melt sufficiently so that the cast part can be ejected without warp. The design of a successful die can be considerably affected by perfect filling, which reduces the cooling time, reduces warp and in turn increases the quality of the part. The main aim of the cooling process is to maintain a uniform temperature of the filling and cooling cycle. Accordingly, there are at least two important concepts for the designer when considering the cooling system and in establishing cooling processing conditions: (1) achieving uniform temperature and. (2) mini-mising the cycle time.To achieve these two aims, the designer may need an optimal computer-aided design system to achieve a rapid and uniform cooling system. The design of an optimal system needs analysis of 3D heat transfer during the filling and cooling processes.The thermal analysis tool should predict the temperature gradient and deformation of the die-body.Generally speaking, traditional die design still depends on experience, due to the lack of analytic ability in mould flow and heat transfer, so the designer is unable to evaluate and handle the deformation resulting from material and thermal expansion and shrinkage of the die. The parameters of different cooling systems can cause large temperature gradients, and different deformations.Although FEM software is capable of analysing the fillingflow and cooling conditions of pressure-injected metal and the heat stress, heat strain and temperature distribution conditions of a die-casting die under various cooling systems, the establishment of an analytic model is very difficult, especially for 3D free-form geometry. Besides understanding the requirements of multi-cavity dies, and the metal flow and solidification process, the designer should be fully acquaintanted with the basic finite element software. Integration can be achieved and can save a lot of money and time only if a complete understanding of the process of die manufacturing is available and eliminate the annoyance caused by moving of personnel.Initially, consider the design of the vent gate and overflow gate in the process of injection and flow to fill the die cavity during cold room die-casting as investigated by simulation by Garber 2. When metal casting using a plunger into a cavity,he considered the change occurring in the metal, and the replacement of the air in the cavity by molten metal. Subsequently, Garber 3,4 showed that too large or too small a plunger speed will affect the cast quality. Groenevelt and Kaiser 5 studied and discussed the influence of the speed of injection of the molten metal into the cavity, and flow distance and cavity temperature on the quality of product after casting. According to the experiment, the distance of molten metal flow increases linearly as the die-casting speed increases, as does the die temperature. The range of temperature is approximately 121288C. Other studies 6,7 proposed the importance of initial temperature (pre-heat temperature) of the die, and pointed out that too low a pre-heat temperature would tend to cause failure in filling up the cavity inside the die by the die-casting liquid, and result in formation failure. A higher temperature may increase the cooling time and reduce productivity. Truelove 8 used a cooling system to control the overall temperature of the die, in order to obtain an optimal heat transmission characteristic, and reduce the occurrence of hard point phenomena in the cast piece, thereby improving the quality of the piece.Jong et al. 9 developed a mathematical Eq. for the flow and solidification of molten metal during high-pressure diecasting, in order to analyse the temperature conditions and solidification strain of die-cast components in the cavity.Kenichiro et al. 10 used a finite element method to analyse and design the die; the result was not only improved accuracy, but the factors to be considered are increased too, and the pressure of die-casting, the speed of molten liquid flow, viscosity, and the mechanical nature of the material changed with temperature and phase.This study uses CADCAE error software for a systemic design process of a die, in order to minimise human error in die design 1113. It uses the CAD software to create a freeform model, and the finite element software to analyse the conditions of die-cast processing. It simulates the temperature distribution of the die-body and deformation after casting under various parameters (cooling-line distance R, channel center distance L, channel diameter D), as shown in Fig. 1. It uses an abductive network to establish the relationship of the Fig. 1. Relationship between cooling channel and free-form die. deformation and the cooling system parameters model. Based on the abductive modelling technique, it is able to represent the complicated and uncertain relationships between the input and the output variables.Once the abductive network has constructed the relationships of the input and output die-casting variables, an appropriate optimisation algorithm with a performance index is able to search for the optimal casting parameters. In this paper, a sound optimisation method of simulated annealing 14 is adopted. The simulated annealing algorithm is a simulation of the annealing process for minimising the performance index.It has been successfully applied to die-casting die design 15, etc. The basic theory can be widely applied.2. Die-Casting Flow TheoryIn the die-casting process about 80% of the time is spent in cooling cycle. The deformation of the die-casting die is caused by the non-uniform temperature distribution of the casting processing, which affects the quality of casting part. The designer of the cooling system has to think about the total cycle and compute the deformation at every stage of the diecasting process. The die-casting process analysis includes three major stages: (1) filling stage; (2) cooling and solidification stage; (3) ejection, i.e. stress residue stage. Firstly, the casting processing has to ensure that the melt fills the cavity. The major die-casting flow equations are divided into five stages. In the filling stage, the mould cavity fills with molten plastic fluid under high pressure. 3. Create the Relationship Between Cooling System and Die-Casting Die DeformationThe die-casting pressure for high-pressure injection in Al alloy die-casting is approximately 30150 Mpa; generally the injection pressure varies with time. To examine the influence of the processing pressure, Dochler and Borton used a cathode ray oscilloscope and camera to analyse the pressure variation in the die-casting process, i.e. high-pressure filling, cooling and ejection.Design of a die-casting die involves the design of a runner, cavity balance, analysis of life span of the die (residue stress),cooling system, etc. The purpose of this study is to find the optimal cooling system of a die-casting die for casting any workpiece. The assumed casting conditions are: die-casting pressure 120 Mpa, casting speed 2.8 m/s, die-casting cycling time 20 s/cycle, pre-heat die temperature 150C, injection temperature 700C. The basic assumption for the flow in the cavity is: (1) 3D flow; (2) Newton fluid; (3) laminar flow; (4) incompressible fluid; (5) zero speed of fluid in the vertical and horizontal wall directions.According to the different cooling parameters in the closed section of the part surface, there are 15 sets of data to simulate die-casting processing. The basic configuration is a free-form surface according to mould flow analysis of the 3D flow model. The surface temperature is set at the pre-heat temperature (150C) of the die, while the temperature of the molten metal is 700C. The different cooling parameters of the cooling system produce a total of 15 sets, as shown in Table 1.The method for heat transfer and deformation analysis is identical, the set injection temperatures are all 700C, so it is only necessary to maintain a temperature of 700C at the injection gate. The mould temperature is 150C, cooling water temperature is 40C, and other temperatures are obtained using finite element analysis for the temperature at the instant of filling up, as shown in Figs 2 and 3.Fig.2. Temperature gradientFig. 3. Deformation distributionThe deformation analysis uses a solid model analysed by 3D flow and non-linear conditions, for finding its temperature at the boundary condition required for performing the analysis. The configured temperature of each node is input as the initial condition. Making the injection gate a boundary constraint condition serves as a 3D thermal strain condition. The mechanical properties change with the accompanying the change of temperature. It is obtained from an analysis of the non-linear stable stage. The results of the cavity flow analysis discussed above performed by the strain analysis stage are shown in Table 1.The parameters of the die-casting process are complicated and hard to control. There is no definite determination in the relation of each parameter and target function. It is different when using experimental and statistical methods for the condition of the actual die-casting. There is much restriction in the application. This study employs a neural network to learn and train the network for the deformation of the die-casting die, and the deformation of the die in the die-casting process, and uses this neural network to perform further analysis on each parameter.Similarly, the establishment of the relation of the input parameter (cooling system parameters: R, cooling line distance; D, channel diameter; L, channel-centre distance) and output parameter (deformation) during the die-casting process is shown in the Appendix. To build a complete abductive network, the first requirement is to train the database. The information given by the input and output data must be sufficient. Thus the training factor (cooling system parameters) for the abductive network training should be good and make defect-free product. Table 1 illustrates the cooling system parameters and the maximum deformation of the die-casting die obtained from 3D mould-flow analysis.Based on the development of the die-casting model, threelayer abductive networks, which are composed of cooling system parameters and the cas