基于CAD的冲裁压力中心和冲裁力确定方法.pdf

电加工与模具 z 0 0 3 年第2 期 设 计 研 究 基于 Au t o C A D的冲裁压力 中心和 冲裁 力确定方法 李奇涵 冯伟 东 马风 雷 李任 江 长春 工业 大学 机 电工程 学 院 吉林长 春 1 3 0 0 1 2 摘 要 在 冲模 设 计 中 一般认 为 冲裁 力 与刃 口轮 廓线 长度 成正 比 冲模 压 力 中心通 常采 用计 算 法 解析 法 或 作 图法求 解 提 出 了一 种基 于 Au t o C AD 中 工具 的压 力 中心和 冲裁 力确 定方 法 此 法快速 直接 简单 方便 精度较 高 可替 代 原有 方法 值 得推 广 关键词 冲模 Au t o C A D 压力中一 t7 冲裁力 压力 中心是冲裁模各个冲裁力 的合力作用点 在进行 冲裁 模设 计 时 必 须 使 模 柄 中 心线 与 冲模 压 力 中心重 合 如二 者 偏 移 量超 过 允 许 范 围 滑 块 将 承受 偏心 载荷 在偏 心弯 矩 的作用 下 将 导致 滑块 与 导轨 非正 常磨 损 影 响 压力 机 精 度 和 寿命 凸 凹模 间隙不均匀 降低冲压件质量和加剧磨损 甚至碰撞 和损 坏零 部件 冲裁 力 是 选用 设 备 编制 工 艺 的重 要依 据 因此 准确 求得 冲模压 力 中心 和冲裁 力大 小 是 冲裁工 艺和 冲模设 计 的重要 环节 在进行 冲模设计时 形状对称的冲压件 圆形 矩 形 正多 边形 等 其 压力 中一 t7 为 冲压件 轮廓 的几何 中心 较易确定 而对于刃口形状不对称的冲模和多 凸模 连续模的压力 中心 往往通过计算法 解析法 或作图法采用空 间平行力 系合力 作用 线 的求解方 法 即根 据 合 力对 某 轴 的 力 矩 等 于各 分 力对 该 轴 的力矩 之 和 的原 理 进行 计 算 但 对 于 形状 复 杂 的冲件 此方法烦琐复杂 精度不高 极易出错 且无 法计算包含样条轮廓的冲件的压力中心 下面介绍 一 种 利 用 普 及 度 很 高 的 Au t o C A D 软 件 中 的 工 具 T OO L S 来 确定 冲模 压 力 中心 的方 法 并将 这 种快 速 准确 简 便方 法 的使 用 步骤 进 行 阐 述 举 出 应用 实 例 1 基于 A u t o C A D 2 0 0 0的冲模 压 力 中心 的 确 定 方 法 1 1 原 理 冲裁力的计算公式 F K Lt r 式 中 F为冲裁力 K 为修正系数 一般取 1 3 L为 冲裁 周 边长 度 t为材 料 厚 度 r为 材 料抗 剪 强度 收稿 日期 2 0 0 2 1 0 3 O 4 0 由上 式可 知 在 同种 材料 板厚 相 同的 条 件 下 冲裁轮廓各部分的冲裁力与轮廓线的长度成正比 即 F o e L 同时冲裁力沿轮廓分布 因此求轮廓各部 分 冲裁力 合力 的作 用 点 压 力 中心 可转 化 为 求 轮 廓线的质心位置 Au t o C A D 2 0 0 0具 有计 算 物 体质 量特 性 的功 能 如周长 面积 质心等 但 在 Au t o C AD 2 0 0 0中 只有实体 面域才有质量 线不具有质量 直接对线 求质心没有意义 J 因此要计算 刃 口轮廓线质心 关键在于把轮廓线转换为实体和面域 对大多数情 况 F oeL 而言 把轮廓线转换为面域就能准确求 质心 本方法的基本思想是将 刃 口的轮廓线 用平 行于轮廓的两条多义线构造出面域或面域的差集来 代替 进而求面域或面域差集的质心 且由于以极限 的思想 选取 两条 多义 线 的 间距 当 取适 当小 值 时 计算 结果 可达 到精 度 要求 1 2 具 体步 骤 由于刃 口的轮廓形状包括单凸模非封闭式 如 样条 曲线 形式 单 凸模 封 闭 式 多 凸模 或连 续 模 三 种 其求解过程略有不同 故分别介绍 1 2 1 单 凸模 非封 闭式 如样条 曲线形 式 1 用 Au t o C A D 绘 出 刃 口的轮 廓 线 并 用 快 捷工具 一 修 改 Mo d i f y 一 多段线合并 J o i n 定义为多义线 图 1 图 1 样条曲线刃 口 维普资讯 设 计 研 究 电加工与模具 2 0 0 3 年第2 期 2 用 偏移 Of f s e t 命令将 轮廓线 分别向两 侧偏 移 极 小 的 距 离 2 并 删 除 D e l e t e 原 轮 廓 3 用 画直线 L i n e 命令将开 口端封闭 并用 编辑多义线 命令 P e d i t 将此封闭线转为一条多义 线 使 A u t o C A D认为这条线为一个整体 图 2 图 2封 闭 多 义线 4 用 绘 图 D r a w 菜单 下 的 面 域 R e g i o n 创 建 以上 述多 义线 为边界 的面 域 5 依 次 点 取 工具 T o o l s 菜 单 查 询 I n q u i r y 一 质量 特 性 Ma s s P r o p e r t i e s 点 选 面 域 然后回车 屏 幕上 的文本 窗 口将 显示 面 域 的质 心 Ce n t r o i d z Y 1 2 2单 凸模 封 闭式 1 2 5 步骤与非 封 闭式 相 同 3 用 绘 图 D r a w 下 的 面域 R e g i o n 分 别 创建 以内外多义线为边界的两个面域 4 用 修改 Mo d i f y 菜单下 的 实体编辑 中 的 差集 S u b t r a c t 命令创建环形面域 1 2 3多 凸模 或 连续模 1 此情况 中包含的多个刃 口轮廓可能封闭 可能不 封 闭 对 封 闭 型 刃 口 用处 理 单 凸模 封 闭 式 刃 口的方 法创 建环形 面域 否则 用 处理 单 凸模 非封 闭式刃 口的方法创建面域 2 打 开 工 具 T ool s 菜 单 查 询 I n q u i r y 一 质量特性 Ma s s P r o p e r t i e s 顺次点取各个面域 的面域 差 集 回车后就 可获 得质 心 压力 中心 坐标 2 应用 实例 2 1 求解 实例 图 3为一长方形冲件 加工要求 在上面冲出 1 个 圆孔 1个 正五边 形孔 2个 异 形孔 1个 4 5 切 口 尺寸如图 经分析可见 这是包含不封闭轮廓且形 状复杂 的 多 凸模 的情 况 很 典 型 求 解 过 程 可 表 示 为 建立如图的坐标系一绘制刃 口轮廓 可 由零件图 提取 一 把各轮廓线转为 多义线 圆 4 5 刃 口不需 转 一各多义线向内外偏移 0 1 mm 形成 内外轮廓 环 注意 4 5 刃口偏移后用直线把两端封闭 再转为 一 条多义线 将各轮廓环 分别 生成面域 图 4 一 求各 凸模 对 应 面 域 的差 集 4 5 刃 口面 域 不 必 求 差 集 一依次点选各面域差集 和面域 查询质量特性 结果 显示 如下 质 心 X 4 9 0 0 8 2 y 2 3 1 1 5 4 也 一 2 0 一 一 2 1 I l T I 气 J j I c J y 1 40 90 1 O 5 图 3 冲件 图 公差略 图 4面 域 面域 环 2 2 说 明 1 刃 口轮廓可由零件图提取 十分方便 2 偏 移量取 0 1 mm 已能满 足精度要求 若 取值 过小 会增 加作 图难 度 3 凸模横截面偏移后轮廓 均需设为多义线 以保证能创建面域 4 对 于多 凸模 连 续 模 的情 况 在查 询质 心 时依次 点选 已创 建 的各 个 面 域或 环 形 面域 即可 不 要再做它们的并 交 差集运算 3 基 于 Au t o C A D 2 0 0 0的冲 裁 力 的确 定 方 法 有些情况下冲裁力不一定与刃 口轮廓长度成正 比 如渐变或突变的材料厚度 或 同一冲件不同材料 的情况 这 时用求轮廓线质心的方法来确 定压 力中心 必须把轮廓线转变为实体求出质心后 才能 准确求出压力 中心和冲裁力 具体方法是将轮廓线 生成的面域与随轮廓变化的冲裁力构成实体 求 出 该体积的重心 压力中心 和冲裁力 这种方法称之 一 41 维普资讯 电加工与模具 2 0 0 3 年第2 期 设 计 研 究 万能通用快换冲裁模 架设计 徐盛林余五新 武汉 江汉 大学 湖 北武汉 4 3 0 0 5 6 摘要 提 出了一种随着冲裁工序的改变 可在压力机上迅速更换凸凹模的通用模 架 介绍 了这 种模 架 的结构 基 本工作 原理 及其 主要 优缺 点 并对该模 架主要 零件 的设 计作 了一 定的说 明 关键词 冲裁模具 快换模架 凸轮压紧 近几年 随着 模 具 的 品种 数 量 越 来 越 多 对 模 架 的需求 量 也随 之增大 传 统 的模具 生产 方式 是一 副 模具必需一套模架 制造模具时材料消耗量大 存放 模 具需 一定 的堆 放 空 间 而 在安 装 使 用 和更 换模 具 时 需 耗 费较长 的安 装调 整 时 间 这 种 生产 方 式 持 续 了很 多年 本 文 介 绍 一种 通 用 快 换 模 架 具 有 以 下 优 点 1 一模 架多 用 当冲压 制 件 或 冲压 工序 改 变 时 仅须 更换 模 芯 凸模 凹模 而仍 使 用 同一 套模 架 无须为每一套模芯配制一副模架 2 可实 现模具 的快 速更 换 公 用 模 架安 装 在 压 力机 上不 动 只需耗 费较 短时 间将模 芯 更换 即可 3 可节 省模具 制造 中原 材 料 消耗 节 省 资金 同时减少存放模具 的空问 1 工作原理 1 1 结构 快 换模 架 的结 构如 图 1 所 示 模 芯用 螺 钉 和 销 钉 紧 固在 上 下垫板 上 而 垫板 与 模 座 的定 位 由两 根 固定定位销和两根伸缩式活动定位 销保证 上下模 座上都 安装 有 4根定 位 销 垫 板 的周 边 尺 寸 和两 销 收稿 日期 2 0 0 3 0 l 一0 6 孔尺 寸都有 较 高 的精 度 要 求 垫 板 相对 于模 座 的 固 定则 由 2 4个松 夹 方 便 的 凸 轮 夹压 板 保 证 拆 卸 时 将 垫板 和模 芯一 起 拆下 上下模 座安 装在 压力 机 上不 动 1 下模 座2 螺钉3 上模 座4 螺钉5 模柄6 导套 7 导柱8 垫板9 压紧器部件1 O 固定定位销 l 1 弹性挡 圈 1 2 齿轮1 3 活动定位销 l 4 轴 3 图 1 模架结构图 9 盘 9 盘 为体 积效原 理 该方 法充 分考 虑 了冲裁 力 随轮廓 变 化 的影响 因此 结果 更精 确 4 结束语 该方法是一种基于计算机绘图技术 的新方法 与传统方法相 比优势非常突出 它具有理论严谨 操作方便 结果准确 节省时间等传统方法难 以实现 的