JXFZ01-022@油位传感器壳体模具设计与动画演示
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机械毕业设计全套
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JXFZ01-022@油位传感器壳体模具设计与动画演示,机械毕业设计全套
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1 绪论 1.1 研究课题的意义 模具是现代化工业生产的重要工艺设备，随着工业技术的迅速发展，在国民经济的各个领域都越来越多的依靠模具来进行加工。采用模具成形加工零件代替传统的切削加工工艺，可以提高生产效率，保证零件质量，节约原材料，降低生产成本，从而获得很高的经济效益。据粗略统计， 70以上的汽车、拖拉机、电机电器、仪器仪表零件。都是采用冲压模具成形的方法来生产。因此利用模具生产零件已经成为工业上进行成批生产或大量生产的主要技术手段，它对保证制品的质量、缩短产品研发周期、加速产品的更新换代等都具有重要意义 1。 在我国，随着生产和科学技术的发展特别是 20 世纪 80 年代以来，产品的更新换代速度加快，产品的数量迅速增加。这使模具的需求量相应增加，质量要求也越来越高，从而使模具技术 在国民经济中的地位和作用日趋重要。显然，模具技术落后，制造周期长 ，产品质量低劣，必然影响生产发展和产品的更新换代。使产品丧失竞争力。近年来，日本的机车、手表、家用电器等产品的销量猛增，品种繁多，并在国际市场占有优势地位，其重要原因之一就是模具技术的高度发展，可见，研究和发展模具技术，对促进国民经济的发展具有特别重要的意义。 1.2 国内外 发展现状 纵观模具制造业近十余年来的发展道路，其主要的发展方向可以归纳为以下几个方面。 （ 1） 模具的专业化和标准化程度不断提高 实现模具的专业化生产，前提是模具的标准化，这样 可使专业模具的生产厂减少 30 50的制造工作量，降低成本 50左右。有了模具的各项标准 ， 才能采用专用的先进生产设备和技术，建立专门的机械化和自动化生产线，才可能采用高精度的，专用的质量检测手段，从而实现提高模具质量、缩短生产周期 、降低制造成本的目标。 （ 2） 模具粗加工技术向高速加工方向发展 以高速铣削为代表的高速切削加工技术代表了模具 零件外型表面粗加工的方向。高速铣削可以大大改善模具表面质量状况，并大大提高加工效率和降低加工成本。 （ 3） 成形表面的加工向精密、自动化方向发展 成形表面的加工向计算机控制和高精度加工方向发展。 数控加工中心、电火花成形加工设备、计算机控制连续轨迹坐标磨床和配有 CNC 修正设备与精密测nts 1 量装置的成形磨销加工设备等的推广使用，使提高模具制造技术水平的关键。 （ 4） 光整加工向自动化方向发展 当前模具成形表面的研磨、抛光等光整加工仍然以手工作业为主，不仅花费工时多，而且劳动强度大、 表面质量低。工业发达的国家正在研制由计算 机控制、带有磨料磨损自动补偿装置的光整加工设备，可以对复杂型面的三维曲面进行光整加工设备，可以对复杂型面的三维曲面进行光整加工，并开始在模具加工上使用，大大提高了光整加工的质量和效率。 （ 5） 反向制造工程制模技术的发展 以坐标测量机和快速成型制造技术为代表的反向制造工程制模技术是一种以复制为原理的制造技术。它是模具制造技术上的又一重大发展，对模具制造具有重要影响 。这种技术特别适用于多品种、少批量、形状复杂的模具制造，对缩短模具制造周期，进而提高产品市场竞争力有重要意义。 （ 6） 研制和发展模具用材料 模具材 料是影响模具寿命、质量、生产效率和生产成本的重要方面。没有充足的、高质量的、品种系列齐全的模具用材料，模具工业要赶上世界先进水平就只能是纸上谈兵。 （ 7） 模具 CAD/CAM 技术将有更快的发展 模具 CAD/CAM 技术在模具设计和制造上的优势越来越明显，它是模具技术上的又一革命，普及和提高 CAD/CAM 技术的应用已经势在必行。 2 冲模设计 概述 冲压模具是金属加工的基本方法之一，它是通过冲压机床安装在其上的模具施加压力于板料或带料毛坯上，使毛坯全体或局部发生塑性变形，从而获得所需的零件形状。目前，冲压加工主要 用于制造金属薄板零件，包括黑色金属和有色金属板零件，有时也用于加工部分非金属板零件。 2.1 冲模设计原始资料 在设计冲模设计之前，需要掌握一下原始资料： （ 1） 冲压件图样及技术要求 零件为 380 传感器壳体 。 钢号 ： 08、表面质量级别 级拉伸延展级别： S、抗拉强度： 275 410MPa、伸长率： 10 30； （ 2） 零件的批量大小 5000 个 ； （ 3） 产品工艺卡 ； （ 4） 模具制造车间的设备加工能力 零件精度、大小要求完全满足 ； （ 5） 冲压生产车间的冲压设备资料 ； nts 2 （ 6） 标准采用 GB708-88/GB710 88。 2. 2 冲模 设计步骤 在进行冲模设计时，为设计出合理的冲压成形工艺和模具结构，应遵循下 述的设计步骤： （ 1） 根据冲压件产品图进行冲压件工艺性分析，确定该零件是否适宜采用冲压方式进行生产，或者确定在不改变冲压件功能的要求情况下，改变冲压件的形状能否获得更好的冲压工艺性。 （ 2） 根据冲压件的形状特点、生产批量要求以及企业的模具制造能力，确定采用单工序模、复合模还是采用连续模加工该冲压件。 （ 3） 进行零件展开计算、毛坯排样 、工序设计、冲压力及压力中心计算等，并绘制工序方案图或条料排样图。 （ 4） 根据冲压力计算结果选择冲压设备。所选冲压设备的公称压力应大于所需的冲压力，闭合高度与冲模的闭合高度相适应，而且滑块行程必须满足工艺要求。 （ 5） 根据冲压工序的设计结果，确定模具的总体结构、选择模具、设计工作部件及辅助部件，必要时，还应进行零部件的强度校核计算，以确保零件的强度要求。 （ 6） 用 Solidworks 和 CAD 绘制模具总装图和零部件图 ， 进行动画模拟。 3 冲压工艺过程设计 3.1 毛坯展开计算 冲压件由板料经冲压成形而获得，因此，首先必须将冲压件展平，获得其毛坯形状，才能确定选用合适的板料。由于冲 压成形过程中材料的塑性变形情况较复杂，且塑性变形的过程本身是不可逆的，很难找到精确的毛坯计算方法，通常都是采用经验公式或经验方法进行近似计算，然后 通过试模确定精确的毛坯形状。对形状较复杂冲压件的毛坯形状则可采用有限元法计算获得。 3.1.1 弯曲展开计算 弯曲展开就是将冲压件的弯曲部分展平，同时将与弯曲部分相邻的平直部分变换到相应位置的过程，因此，弯曲展开计算的关键就是计算弯曲部分的展开长度 。由弯曲变形特点分析可知，弯曲展开长度与中性层的长度相等。若以曲率半径 来表示中性层的位置，则其可按下式近似确定 2： （ 1） 式中 ： r 弯曲内侧半径； r xt nts 3 t 料厚； x 中性层位移参数 。 知道中性层位置后，弯曲展开长度就可按下式进行计算： （ 2） 式中 ： l弯曲展开长度； a 弯曲角； 弯曲中性层半径 。 3.1.2 拉深 展开计算 由于拉伸成形伴随复杂的的金属流动，因此，除一些规则的 拉深工件可采用解析法计算其毛坯 形状外，其他不规则的拉深工件则只能凭经验按材料的流动特点分区计算，或者采用有限元法计算得出毛坯形状。但不论何种方法，都难以获得精确得毛坯形状。通常是在已做好得拉深模中对计算出得毛坯进行试压、修改，直到工件合格后才能将最终得毛坯形状确定下来，然后再做落料模。 由于拉深成形过程中材料得体积不变，而且拉深出来得拉深件其壁厚也基本不变（变薄拉深除外），因此，拉深件得毛坯尺寸可按等面积法进行计算。我们得这个工件是规则的，规则拉深件的毛坯尺寸就可按等面积法解析计算获得。下面是计算过程： (1) 修边余量的确定 由于成形过程中的金属流动和材料的各相异性，导致毛坯拉深后工件的边口不齐，如图 1 所示。一般情况 下，拉深后都要修边，因此再计算毛坯尺寸前，应首先确定修边余量 并计 h 入工件的高度或凸缘直径。修边余量查 相关 文献得 3： 图 1 带修边的拉深成形图 h1.5mm (2)毛坯尺寸得确定 圆筒形拉深件得横截面为圆形，因此，其毛坯形状亦为圆形。进行毛坯计算/ 180l nts 4 时，首先将工件分解为若干 个简单几何体 ，分别求出各几何体得表面积。对其求和获得工件得表面积，然后根据等面积法，即可得圆形毛坯得直径。 图 2 不带修边的拉深成形图 如图 2 所示 对于我们设计得工件，可将其分解为图所示得三各简单几何体，它们的表面积分别为： 图 3 成形图上部分 （ 3） 图 4 底边过渡部分 （ 4） 图 5 底边 （ 5） 根据表面积法，可得圆形毛 坯直径为 23 24A d r 2 242A d r r 1 ()A d H rnts 5 图 6 毛坯图 =136mm （ 6） 3.2 毛坯排样 毛坯排样是指毛坯在条料上的布置方法，合理的排样是降低冲压件的制造成本 ，提供冲压件质量，保证模具寿命的有效措施。 3.2.1 排样方式 按照排样时工件之间，以及工件与条料侧边之间是否留有余料，排样可分为有废料排样 和少、 无废料排样两大类。而按毛坯条料的布置形式，排样又可分为直排、斜排、对排、多排和混合排等。 我们采用的是有废料排样和直排相结合。 对于有废料排样 ， 由于工件周边都有余料 (废料 )，模具沿工件全部外形进行冲裁，因此，这类排样才能保证冲裁件的质量，冲模的寿命也长，但材料的利用率低。而对于少废料和无废料排样，工件的周边的某些部分没有余料，因此，这样的排样方式节省材料，并有利于 一次冲裁多个工件，提高生产率。但采用少废料和无废料排样时，由于条料的宽度的公差以及条料导向与工件定位所产生的误差，使工件的质量和精度难以保证；而且，由于采用单边冲裁，还会影响断面质量及模具寿命 。在具体进行毛坯排样时，选择何种排样方式除了考虑上述因素外，还必须考虑采用何种模具进行加工。当采用连续模时，毛坯排样方式还与连续成形的载体设计有密切关系。 3.2.2 搭边 排样时的工件之间、以及工件与条料侧边之间留下的余料叫搭边 。搭边除可补偿条料的定位误差、保证冲出合格工件以外，还能保持条料有一定的刚度。便于送料。搭 边是废料，从节省材料的角度出发，搭边值应该越小越好。但过小的搭边容易被挤进凹模，增加刃口磨损，降低模具寿命，并且也影响冲裁件的剪切表面质量。 当采用连续冲压成形工艺时，为了使条料送进顺利，特别是在采用侧刃定距的情况下，搭边应该选择大些。 如图 7，我们根据上面的要求查文献得出合适的搭边值为 1.5mm。 224 1 . 7 2 0 . 5 6D d d H r d r nts 6 图 7 排样搭边图 3.2.3 步距 所谓步距是条料在冲压生产过程中，每次送进的距离。它是由毛坯形状、排样方式及搭边大小确定的，并与采用何种模具类型有密切关系。步距值应尽量取的圆整，或者取小数点后 1 2 位 ，以便模具加工制造。所以我们取： S=D+a=136+1.5 137.5mm （ 7） 3.2.4 材料利用率 所谓材料利用率是指在一段条料上能冲出的所有零件的总面积与这段条料的面积之比。排样时，在保证工件质量的前提下，应尽量考虑如何提高材料的利用率 。 但如果一种排样较其他排样的利用率提高不多，而又使模具结构复杂化，那么这样的排样就不可取，一般应根据工件的批量、材料的贵重程度、模具结构的复杂程度等综合考虑。如果采用连续冲压成形，则应主要考虑排样对模具结构复杂性的影响，而不是材料 利用率。 材料利用率可按下式计算 4： 78.4% （ 8） 式中 ： A冲裁件的面积； N一个步距内冲裁件的数目； B条料宽度； h进距 。 3.3 冲压工艺方案设计 通常情况下，冲压件都需要通过多道冲压工序才能加工出来。所谓冲压工艺方案设计，就是确定那些冲压工序以及他们的组合方式来完成冲压件的加工。主要包括 以 下内容 ： （ 1）根据冲压件的 形状特点、冲压工序的成形特点、冲压件的精度和生产批量要求及模具的复杂程度，确定采用单冲、复合还是连续冲压成形工艺。 （ 2）划分冲压件的形状，并划分出各部分形状可以通过相应的冲压工序加工出来，如冲裁成形部分、弯曲成形部分、拉伸成形部分等。 （ 3）根据冲压件的 旋 转、材料性能及尺寸和精度要求等，确定所采用的冲100%nAnB nts 7 压工序次数及其工艺参数和相应的辅助工序，并对这些工序进行合理的组合与排列。 （ 4）绘制冲压工艺方案图。当采用单冲、复合成形方案时，其工艺方案图为一组中间工序件图；当采用连续冲压成形方案时，其工艺方案图为条料排 样图。 冲压 工艺方案的好坏，直接决定了冲压件制造技术的合理性、冲压件质量和成本。所以，正确合理地制定冲压工艺方案是一项十分重要的工作 5。 我们加工的工件 :原来的冲压工艺是：落料 拉深 切边 冲孔共 4 道工序，需 4副以上模具。这样落后的工艺，不仅产品质量很不稳定，而且生产效率低，安全风险大，成本高，非常不适应当前的生产。因此，需改善其工艺流程，以提高产品质量和生产效率，降低安全风险和生产成本。要达到此目的，就必须减少模具数量，把分散的工序集中在尽量少的模具上完成。 3.3.1 工艺分析 集中冲压工序减少模 具数量，有 2 条途径：一是设计连续模，二是设计复合模。本零件的材料是 08号钢板 料厚 1.5mm，形状是 较复杂的圆柱 体，外形尺寸136mm，需落料、拉深、 切边 、 冲孔 工序。如果设计连续模，模具外形尺寸相当大，该企业的设备不匹配。而复合模则可以完成落料 、 拉深 、 冲孔的复合工序，余下 切边 工序另外进行。都可以一次成形，而且与落料、 拉深、 冲孔及切边这几道分离工序是不同直径的同心圆，所 以可以设计复合模，在一次冲压过程中顺序完成。 基于前面的分析，把原来的冲压工艺改为用一副复合模，经一次冲压完成落料、拉深和冲孔工序，其余的切 边工序单独完成。实施这样的工艺，关键是复合模的设计。 （ 1） 冲裁工序设计 冲裁是冲压工艺的最基本工序之一。在冲压加工中应用极广。它既可直接冲出成品零件也可以为弯曲、拉深和挤压等其它工序准备坯料，还可以在已成形的工件进行再加工（切边、切舌、冲孔等工序） 。 冲裁工序主要用于加工冲压件上的孔和外形。当采用单工序模加工时，由于中间工序难以定位，同时也为了避免增加模具数量，一般不宜把孔和外形分割成一组简单的形状来加工。 因此，工件的外形就对应落料工序，工件的每一个孔就对应一个冲孔工序。而当采用 复合 模加工时，由于不存在中间 工序件定位和增加模具数量的问题，同时为了保证条料能顺利的送进，如果孔和外形的形状较复杂，一般需将其分隔成一组简单形状的冲裁工序，以简化凸凹模制造。 （ 2） 拉深工序设计计算 我们进行拉深工序计算主要是为了校核工件能否能进行一次拉深成功，或者nts 8 需要几次拉深能够满足要求。 工件在拉深时不起皱、不破裂情况下的最小拉深系数 极限拉深系数。所以 在确定一个零件是否能够一次拉深成功时，应首先计算它的总拉深系数 ， 如果它小于极限拉深系数，就必须进行多次拉深。 总拉深系数 M总 =d/D=80/136=0.59 （ 9） 由文献查得 M极 =0.63 0.59= M总 故一次拉深即可完成 要求 5。 （ 3） 辅助工序设计 为改善冲压成形条件，或便于工序件的定位，通常要增加一些辅助工序。如在带料连续拉深成形时，为便于拉深成形过程中材料的流动，通常都需要增加一个切口工序，对于几何形状不对称的零件，为便于冲压成形和定位，有时采用成对冲压的方法成形，以便改变冲压成形的条件、避免成形过程中坯料的偏移，然后再通过剖切或切断辅助工序将其截成两个零件，对于复杂弯曲、拉深成形的冲压件，为便于定位，有时需要 冲制工艺孔作为定位之用，该工序亦是辅助工序。 3.3.2 工序组合 所谓工序组合就是确定再一副模具上完成的工序。按照这些工序再模具上布置方式的不同，可分为单冲工序、复合工序和连续成形工序。它们分别与单冲模、复合模、连续模相对应。在进行工序组合时，要着重考虑工序组合的必要性和可行性。组合的必要性取决于冲压件的生成批量和制造精度。一般情况下，当批量较大且精度要求较高时，应考虑采用复合工序或连续冲压工序；当批量小且精度要求不高时，采用单工序分开成形比较适宜。而组合的可行性则主要考虑一下几个方面： （ 1）工序的组合 应保证能加工出符合精度和质量要求的冲压件。 （ 2）对于组合在一起的工序，其成形动作在模具结构上时可实现的，且不至于 给模具制造与维修带来太多的困难，并保证模具又足够的强度。当采用复合成形方式组合工序时，工序数一般不超过 4个。另外，当零件上的孔间距或孔边距较小时，不宜采用复合成形工序，否则其凸凹模的壁厚满足不了强度的要求。 （ 3）将工序组合在一起后，应使其与企业现有的冲压设备相匹配。这是由于将工序组合到一起后，冲压力及模具尺寸可能都会增大，应保证其不超出企业现有冲压设备所保证的范围。 3.3.3 工序顺序的安排 工序顺序的安排主要取决于冲压变形规律和冲压件质量的要求。当冲压工序的顺序变更不影响零件的质量时，则应当根据模具结构、工序件定位和操作的方nts 9 便性来考虑工序顺序的安排。在进行工序顺序安排时应注意遵循以下原则 ： （ 1）尺寸精度要求较高的部分应尽量放在较后的工序。 （ 2）所有的孔只要其形状和位置不受后续工序的影响，应尽量在平板毛坯状态下冲制出来，以便于定位和简化冲孔工序的模具结构。 （ 3）当某个成形工序导致材料的流动影响到其他工序的形状时，应尽量先完成该成形工序。另外，当孔间距或孔边距较小时，应先冲大孔和一般精度的 孔，在冲小孔和精度高的孔，或先落料再冲孔，以将可能产生的畸变限制再最小的范围内。 3.3.4 冲压力与压力中心计算 在冲压生产过程中，冲压力包括：使材料产生塑性变形获得相应工件形状得各工序得冲压力，以及卸料力、推件力和顶件力等。所有压力的合力中心 。计算冲压力的目的，是为了选择合适的冲压设备或弹性元件。计算压力中心的目的，则是为了使压力中心位于冲压设备允许的范围内，以免偏心过大导致模具受力不均，影响模具寿命。 因为我们所要加工的工件是规则零件所以其压力中心就是工件的集合中心，以下是它们冲压力的计算： （ 1） 冲裁 工序冲压 成形 力计算参考公式为： 83025N （ 10） 式中 ： L冲裁轮廓总长； t材料厚度； b材料的抗拉强度 。 （ 2） 拉深工序（不带边）冲压成形力计算参考公式为： 40584N （ 11） 式中 ： D坯料直径； d1一次拉深后工件的直径 。 （ 3） 卸料力、推件力、 顶件力 及压料力计算： 卸料力、推件力、顶件力的计算方法都是一样的，只是系数 k的取值不一样。当为冲裁件时， F为冲裁力；当为拉深件时， F为拉深力。 卸料力、推件力、顶件力计算公式： 5864N （ 12） 压 料力计算公式： 7835N （ 13） 式中 ： A压料板下的毛坯投影面积； P单位压边力 。 （ 4）总压力计算 11 . 3 bF D d t bF Ltf k Ff Apnts 10 由于在一副模具中各冲压工序和辅助装置不一定是同时工作的，因此，在计算总冲压力时，不能仅简单的将所有力叠加，而应根据冲压工序和辅助装置的组合方式及作用方式，确定某一时刻的最大冲压力做总冲压力 。我们采用 落料拉深冲孔复合模时，由于拉深是落料完成后才开始进行的，而落料力和压料力是同 时产生的。且落料力比拉深力大，则此时所需的最大冲压力则是落料力和压料力之和 5。 F总 =F落 +f压 = 90860N （ 14） 4 冲模结构及零部件设计 冲压工艺方案设计完成后，冲模的类型就已确定。冲模总体结构设计就是根据所采用的模具类型、制作的精度要求、形状特点及冲压工艺方案，确定模具的结构形式、模具的总体尺寸及模架，以及设计各零件部件的具体结构。 4.1 冲压设备及选用 冲压设备属锻压机械。常见冷冲压设备有机械压力机 （以 Jxx 表示其型号）和液压机（以 Yxx 表示其型号）。 4.1.1 冲压设备分类 （ 1）机械压力机按驱动滑块机构的种类可分为曲柄式和摩擦式 ； （ 2）按滑块个数可分为单动和双动 ； （ 3）按床身结构形式可分为开式（ C 型床身）和闭式（ 型床身） ； （ 4）按自动化程度可分为普通压力机和高速压力机等。 4.1.2 压力机的选择 （ 1）中、小型冲压件 选用开式机械压力机； （ 2）大、中型冲压件 选用双柱闭式机械压力 ； （ 3）导板模或要求导套不离开导柱的模具，选用偏心压力机 、 形模等 ； （ 4）大量生产的冲压件 选用高速 压力机或多工位自动压力机； （ 5）校平、整形和温热挤压工序 选用摩擦压力机； （ 6）薄板冲裁、精密冲裁 选用刚度高的精密压力机； （ 7）大型、形状复杂的拉深件 选用双动或三动压力机； （ 8）小批量生产中的大型厚板件的成形工序，多采用液压压力机。 4.1.3 压力机规格的选择 （ 1） 公称压力 nts 11 压力机滑块下滑过程中的冲击力就是压力机的压力。压力的大小随滑块下滑的位置不同，也就是随曲柄旋转的角度不同而不同。 压力 机的公称压力 我国规定滑块下滑到距下极点某一特定的距离 Sp （此距离称为公 称压力行程，随压力机不同此距离也不同，如 JC23-40 规定为7mm， JA31-400 规定为 13mm，一般约为（ 0.05 0.07 ）滑块行程）或曲柄旋转到距下极点某一特定角度 （此角度称为公称压力角，随压力机不同公称压力角也不相同）时，所产生的冲击力称为压力机的公称压力。公称压力的大小，表示压力机本身 能够承受冲击的大小。压力机的强度和刚性就是按公称压力进行设计的。 压力 机的公称压力与实际所需冲压力的关系 冲压工序中冲压力的大小也是随凸模（或压力机滑块）的行程而变化的。在冲压过程中，凸模在任何位置所需的冲压力 应小于压力机在该位置所发出的冲压力。最大拉深力虽然小于压力机的最大公称压力，但大于曲柄旋转到最大拉深力位置时压力机所发出的冲压力，也就是拉深冲压力曲线不在压力机许用压力曲线范围内。故应选用所示压力更大吨位的压力机。因此为保证冲压力足够，一般冲裁、弯曲时压力机的吨位应比计算的冲压力大 30%左右。拉深时压力机吨位应比计算出的拉深力大 60% 100%。 滑块行程长度是指曲柄旋转一周滑块所移动的距离，其值为曲柄半径的两倍。选择压力机时，滑块行程长度应保证毛坯能顺利地放入模具和冲压件能顺利地从模具中取出。特别是成形拉 深件和弯曲件应使滑块行程长度大于制件高度的2.5 3.0 倍。 （ 2） 行程次数 行程次数即滑块每分钟冲击次数。应根据材料的变形要求和生产率来考虑。 （ 3） 工作台面尺寸 工作台面长、宽尺寸应大于模具下模座尺寸，并每边留出 60 100mm，以便于安装固定模具用的螺栓、垫铁和压板。当制件或废料需下落时，工作台面孔尺寸必须大于下落件的尺寸。对有弹顶装置的模具，工作台面孔尺寸还应大于下弹顶装置的外形尺寸。 （ 4） 滑块模柄孔尺寸 模柄孔直径要与模柄直径相符，模柄孔的深度应大于模柄的长度。 （ 5） 闭合高度 压 力机的闭合高度 是指滑块在下止点时，滑块底面到工作台上平面（即垫板下平面）之间的距离。 压力机的闭合高度可通过调节连杆长度在一定范围内变化。当连杆调至最短（对偏心压力机的行程应调到最小），滑块底面到工作台上平面之间的距离，为nts 12 压力机的最大闭合高度；当连杆调至最长（对偏心压力机的行程应调到最大），滑块处于下止点，滑块底面到工作台上平面之间的距离，为压力机的最小闭合高度。 压 力机的装模高度 指压力机的闭合高度减去垫板厚度的差值。没有垫板的压力机，其装模高度等于压力机的闭合高度。 模具的闭合 高度是指冲模在最低工作位置时，上模座上平面至下模座下平面之间的距离。 理论上为： Hmin-H1HHmax H1 亦可写成： Hmax-M H HHmax H 式中： H模具闭合高度； Hmin压力机的最小闭合高度； Hmax压力机的最大闭合高度； H 垫板厚度； M连杆调节量； Hmin H 压力机的最小装模高度； Hmax-H 压力机的最大装模高度。 由于缩短 连杆对其刚度有利，同时在修模后，模具的闭合高度可能要减小。因此一般模具的闭合高度接近于压力机的最大装模高度。所以在实用上为： Hmin-H 10HHmax-H 5 （ 6） 电动机功率的选择 必须保证压力机的电动机功率大于冲压时所需要的功率。 4.1.4 模具在压力机上的安装 在压力机上安装与调整模具，是一件很重要的工作，它将直接影响制件质量和安全生产。因此，安装和调整冲模不但要熟悉压力机和模具的结构性能，而且要严格执行安全操作制度。 模 具安装的一 般注意事项 -检查压力机上的打料装置，将其暂时调整到最高位置，以免在调整压力机闭合高度时被折弯；检查模具闭合高度与压力机闭合高度之间的关系是否合理；检查下模顶杆和上模打料杆是否符合压力机的除料装置的要求（大型压力机则应检查气垫装置）；模具安装前应将上下模板和滑块底面的油污揩拭干净，并检查有无遗物，防止影响正确安装和发生意外事故。 模 具安装的一般顺序（指带有导柱导向的模具）： （ 1） 根据冲模的闭合高度调整压力机滑块的高度，使滑块在下止点时其底平面与工作台面之间的距离大于冲模的闭合高度。 （ 2） 先将滑块升到 上止点，冲模放在压力机工作台面规定位置，再将滑块nts 13 停在下止点，然后调节滑块的高度，使其底平面与冲模座上平面接触。带有模柄的冲模，应使模柄进入模柄孔，并通过滑块上的压块和螺钉将模柄固定住。对于无模柄的大型冲模，一般用螺钉等将上模座紧固在压力机滑块上，并将下模座初步固定在压力机台面上（不拧紧螺钉）。 （ 3） 将压力机滑块上调 3 5mm，开动压力机，空行程 1 2 次，将滑块停于下止点，固定住下模座。 （ 4） 进行试冲，并逐步调整滑块到所需的高度。如上模有顶杆，则应将压力机上的卸料螺栓调整到需要的高度。 4.2 模具总体尺 寸 模具的总体尺寸主要指模具的平面轮廓尺寸、各模板厚度、模具闭 合高度等。这些尺寸是进一步进行模具结构及零件设计的基础。我们采用后侧导柱模架，两导柱、导套、分别装在上下模的后侧，凹模面积是导套前的有效区域。可用于冲压较宽条料，且可用边角料。送料及操作方便， 可纵向、横向送料。主要用于一般要求的冲模，不宜用于大型模具，且有 弯曲力矩 ，上模座在导柱上运动不平稳。所以 我们使用 320mm240mm系列。 4.2.1 凸凹模的工作尺寸计算 （ 1） 冲裁工序的凹凸模尺寸计算 冲裁凸、凹模刃口部分尺寸之差称为冲裁间隙，其双面 间隙用 Z 表示，单面间隙为 Z/2， 冲裁间隙的大小对冲裁件的断面质量、冲裁力、模具寿命等影响很大，它是冲裁凸、凹模设计中一个重要的工艺参数。 冲裁过程中作用于凸、凹模上的力为被冲材料的反作用力，凸、凹模刃口受着极大的垂直压力与侧压力的作用，高压使刃口与被冲材料接触面之间产生局部附着现象，当接触面相对滑动时，附着部分就产生剪切而引起磨损。这种附着磨损，是冲模磨损的主要形式。当接触压力愈大，相对滑动距离愈大，模具材料愈软，则磨损量愈大。而冲裁中的接触压力，即垂直力、侧压力、摩擦力均随间隙的减小而增大，且间隙小时，光亮 带变宽，摩擦距离增长，摩擦发热严重，所以小间隙将使磨损增加，甚至使模具与材料之间产生粘结现象。而接触压力的增大，还会引起刃口的压缩疲劳破坏，使之崩刃。小间隙还会产生凹模胀裂，小凸模折断，凸凹模相互啃刃等异常损坏。当然，影响模具寿命的因素很多，有润滑条件，模具制造材料和精度、表面粗糙度、被加工材料特性、冲裁件轮廓形状等，但间隙却是其中一个主要因素。所以为了减少凸、凹模的磨损，延长模具使用寿命，在保证冲裁件质量的前提下适当采用较大的间隙值是十分必要的。若采用小间隙，就必须提高模具硬度、精度、减小模具粗糙度、良好 润滑，以减小磨损。 nts 14 由以上分析可见，间隙对冲裁件质量、冲裁力、模具寿命等都有很大的影响。但很难找到一个固定的间隙值能同时满足冲裁件质量最佳、冲模寿命最长，冲裁力、最小等各方面的要求。因此，在冲压实际生产中，主要根据冲裁件断面质量、尺寸精度和模具寿命这三个因素综合考虑，给间隙规定一个范围值。只要间隙在这个范围内，就能得到质量合格的冲裁件和较长的模具寿命。这个间隙范围就称为合理间隙，这个范围的最小值称为最小合理间隙（ Zmin），最大值称为最大合理间隙（ Zmax）。考虑到在生产过程中的磨损使间隙变大，故设计与制造 新模具时应采用最小合理间隙 Zmin。确定合理间隙值有理论法和经验确定法两种。 合理的间隙使板料冲裁时在凸、凹模刃口处产生的裂纹相重合，但这种方法计算繁琐，通常都是通过查表获得所需的间隙值（见 GB/T16743-1997冲裁间隙）。本文中各个冲裁间隙如下： 对冲孔工序： 15的孔： d凸 = 0.015 mm d凹 = 0.010 mm 10的孔： d凸 = 0.013 mm d凹 = 0.009 mm 07的孔： d凸 = 0.012 mm d凹 = 0.008 mm 对落料工序： 136的料： d凸 = 0.020 mm d凹 = 0.014 mm 图 8 凹模设计 图 从图 8上看我们采用的凹模设计它的厚度全为刃口的有效刃高度，刃壁无斜度，刃磨后刃口的尺寸不变，用于冲件或废料逆冲压方向推出的模具，适合复合模、薄料冲模具。 （ 2） 拉深凸、凹模尺寸计算 1）凸、凹模间隙 拉深模的间隙是指凸、凹模横向尺寸的差值，单边间隙用 c来表示。拉深模的间隙对拉深工序有较大的影响。间隙小 ，工件的质量较 好，但拉深力大，工件易拉断，模具磨损严重；间隙大，虽然拉深力见小 ，模具寿命提高了，但工件易起皱，侧壁不直，回弹较大，质量不能保证。因此，在确定拉深间隙时，应综合考虑材料类型、料厚变化及拉深 件的形状要求。文中采用的拉深间隙如下： c=(1 1.5)tmax =1.5mm (15) nts 15 式中： tmax=材料厚度的最大值。 2） 凸、 凹模圆角半径 凹模口圆角半径对拉深工序的影响很大。 rd过小 时，毛坯被拉入凹模的阻力就大，拉深力的增加，易使工件产生划痕、变薄甚至拉裂，还使模具寿命的降低。rd 过大时，会使压边圈下的毛坯悬空，使有效压边面积减小，易起皱。 在不起皱的情况下，凹模圆角半径愈大愈好。一般可采用以下经验公式计算： r 0 . 8 ( )d D d t 7.5mm （ 16） 式中： D毛坯上道工序的拉深直径； d本道工序的拉深直径； t材料厚度 。 凸模的圆角半径 rp对拉深工序也有影响。当 rp过小时，则角部弯曲变形过大，危险断面容易拉断；当过大时；则毛坯底部的承载面积减小，悬空部分加大，容易产生底部的局部变薄和内皱。凸模的圆角半径应壁凹模半径略小，即： ( 0 .6 1)pdrr5mm （ 17） 3）凸、凹模横向尺寸 凸、凹模的横向尺寸计算，要根据尺寸的标注要求、模具的磨损趋势和制造公差确定。对于中间过渡工件的半成品尺寸，由于没有严格限制的必要，模具尺寸只要等于半成品的尺寸即可， 以下时凸、凹模横向尺寸及公差的计算公式： 0.5081.5 （ 18） 0( 0 . 7 5 2 ) ppd D c 00.580 （ 19） 式中： dD凹模尺寸； pd凸模尺寸； D拉深件 外形的基本尺寸； C凸、凹模的单边间隙； d凹模的制造公差； p凸模 的制造公差； 拉深件基本尺寸的公差 。 4.2.2 凸模的结构形式及固定方式 （ 1） 凸模的结构形式 凸模的结构形式按其形状可以分为直通式和台阶式，按其组成方式可分为整体式和镶拼式，当模具工作部分形状较小时，凸模有足够的强度，通常采用直通式， 本文中由于工件部分形状较复杂，为了便于加工，采用直通式 。一般情况下，中小型的凸模都是采用整体式。 （ 2） 凸模的固定方式 0( 0 . 7 5 ) ddDD nts 16 对凸模的固定要满足两个基本的要求：一是稳定可靠，二是拆装方便。当凸模较细时，为保证 其强度，通常需增加一保护套。 （ 3） 凸模长度计算 凸模的长度时由模具结构中凸模的安装位置、相关板件的厚度、凸模进入凹模的深度，以及在模具工作状态下卸料板与凸模固定板间的安全距离（一般取15 20mm）等确定的，本文中模具的长度 L 60mm。 4.2.3 凹模的结构形式及固定方式 （ 1） 凹模的结构形式 本文中凹模从材质、工艺和价格的角度出发采用结构简单、制造方便的整体式结构。但是当凹模局部损坏时就可能导致整个模板的报废。 （ 2） 凹模的固定方式 对于整体式凹模，一般都是采用螺钉和销钉固定板或模座的表面上。 4.3 工件送进与定位方式 工件的送进方式我们采用手动送料。所以要特别注意操作的安全问题。 定位方式采用侧刃和挡料销相结合的方式定位。 4.4 卸料方式 卸料方式分为弹性卸料和刚性卸料两种。我们在这次设计中上模部分采用橡胶弹性卸料，下模采用整体卸料板进行卸料。 4.5 压料、卸料及抬料装置设计 4.5.1 压料装置 在板料的拉深成形过程中，常采用压料装置将板料压在凹模平面上，以防止板料在变形过程中起皱。我们也主要采用刚性压料，其压边圈固定在外滑块上，通过调节压料圈和凹模之间的距离来控制压边力，从而获得所需的压边 效果 。 4.5.2 卸料装置 （ 1） 刚性卸料 刚性卸料结构的卸料板通过螺钉和销钉被固定在下模上 ， 主要适用于料厚在0.5mm以上、工件平面度要求不高、卸料力不大的 情况。 当卸料板仅起卸料作用时，凸模与卸料板的双边间隙取决于板料厚度，一般在 0.2-0.5mm之间，板料薄时取小值；板料厚时取大值。当固定卸料板兼起导板作用时，一般按 H7/h6配合制造，但应保证导板与凸模之间间隙小于凸、凹模之间的冲裁间隙，以保证凸、nts 17 凹模的正确配合。 固定卸料板的卸料力大，卸料可靠。因此，当冲裁板料较厚（大于 0.5mm）、卸料力较大、平 直度要求不很高的冲裁件时，一般采用固定卸料装置。 （ 2） 弹性卸料 弹性卸料结构式通过卸料螺钉将卸料板安装在上模或下模上，可上下运动，并在模座或凸模固定板与卸料板之间装有预压缩的弹性件，以提供卸料力，弹性卸料结构可对条料施加一定的压边作用，因此，工件的平整度很高，且卸料也比较平稳。 弹压卸料既起卸料作用又起压料作用，所得冲裁零件质量较好，平直度较高。因此，质量要求较高的冲裁件或薄板冲裁宜用弹压卸料装置。 弹压卸料方法，用于简单冲裁模；是以导料板为送进导向的冲模中使用的弹压卸料装置。弹压卸料板作为可以作为细长小凸 模的导向，卸料板本身又以两个以上的小导柱导向，以免弹压卸料板产生水平摆动，从而保护小凸模不被折断。 弹压卸料板与凸模的单边间隙可根据冲裁板料厚度选用。在级进模中，特别小的冲孔凸模与卸料板的单边间隙可将表列数值适当加大。当卸料板起导向作用时，卸料板与凸模按 H7/h6配合制造，但其间隙应比凸、凹模间隙小。此时 ， 凸模与固定板以 H7/h6或 H8/h7配合。此外，在模具开启状态，卸料板应高出模具工作零件刃口 0.30.5mm，以便顺利卸料。 4.5.3 抬料装置 在我们设计中因为包含拉深工序，所以条料上的工序件可能会 在凹模面之下的模腔内，此时需要抬料装置将条料抬起一定高度才能使条料顺利送进。抬料装置一般包括抬料钉和弹簧等组成，我们采用的使柱式抬料钉。 4.6 模具的工作过程 根据新工艺方案设计了 总装配图 示的落料 - 拉伸 冲孔边复合模。整个模具工作过程分零件成形及卸料两个阶段。 模具置于压力机工作台面上 ， 压机滑块上升 ， 模具开启 ， 上、下模脱离接触 ， 下卸料板 通过 下 顶杆在压机弹性缓冲器和弹簧弹力作用上升至与落料下模 上平面平齐， 此 时 ， 将坯料置于落料下模适当位置 ， 完成零件的定位。当压力机下移 ， 上 卸料板在卸料橡胶弹力作用下开始与坯料 弹性接触 ， 对坯料进行压紧 ， 当其下移一段距离后 ， 落料下模接触坯料并压缩卸料板与落料拉伸上模共同作用对零件进行落料 ， 落料完成同时 ， 落料拉伸上模对拉伸成形下模发生作用对坯料进行拉伸 ， 当落料拉伸上模下行 40mm 后 ， 拉伸完成 。随着上模继续下落孔的凸模压迫零件和凹模的配合下完成冲孔成形。 上卸料板在橡胶圈的弹力下向下移动将套在凸凹模上的废料卸掉。上卸料杆在外力作用下，向下运动将卡在上模中的零件卸掉，下顶杆随弹簧作用向上运动将卡在下模上的nts 18 零件顶出。 根据零件的工艺计算 ， 依据传统的加工经验 ， 可制订出工艺方案为 ：落料 拉伸 冲 孔 。 模具采用装在下模座底下的弹顶器推动顶杆和顶件块，弹性元件高度不受模具有关空间的限制，顶件力大小容易调节，可获得较大的顶件力。卡在凸凹模内的冲孔废料由推件装置推出。当上模上行至上止点时，把废料推出 。每冲裁一次，冲孔废料被推下一次，凸凹模孔内不积存废料，胀力小， 不易破裂。但冲孔废料落在下模工作面上，清除废料麻烦，尤其孔较多时。边料由弹压卸料装置卸下。由于采用固定挡料销和导料销，在卸料板上需钻出让位孔，或采用活动导料销或挡料销。 从上述工作过程可以看出，正装式复合模工作时，板料是在压紧的状态下分离，冲出的冲 件平直度较高。但由于弹顶器和弹压卸料装置的作用，分离后的冲件容易被嵌入边料中影响操作，从而影响了生产率。 图 9 总装配图 5 三维模型制作 Solidworks软件是由美国 Solidworks公司在 Windows平台上研制开发的三维nts 19 机械设计软件 。 它是一套优秀的 、 综合性的软件 ， 集三维零件设计 、 产品动画 、有限元分析 、 模具设计 、 产品数据管理于一体 。 在 Solidworks 软件中首先完成 凸模、凹模 等零件的模型 。 首先建立各个零件的三维模型图表 1， 所示为零件的三维模型 。 然后完成 各零部件的装配 ， 在制作模型时 ， 模型中零件之间的装配关系必须正确 。 否则将不能产生相应的运动和动作 。 这是能否使 Solidworks Animator 制作动画的前提和关键 。 基于 SolidWorks 软件的传感器壳体三维模型设计以及动画模拟 ， 可使工程技术人员更加直观地对产品进行评估 ， 缩短了设计周期 ， 节约了设计资金 ， 提高了设计效率。以 SolidWorks 软件为主 ， 并结合AutoCAD、 CAXA 电子图板等二维绘图软件对传感器壳体的设计方案 ， 同样适用于其他的工业设备设计 ， 具有工程实用价值。 表 1 三维建模零件图 nts 20 5.1 动画制作 利用动画向导可以生成旋转动画 、 爆炸动画或解除爆炸动画 Solidworks Animator 插件通常不在的 Solidworks工作界面中 。 单击工具插件 ， Solidworks nts 21 Animator 然后出现 Animator 插件的菜单和工具条 ， 选择动画类型 ： 可选择旋转 、 爆炸或解除爆炸选项 ( 然后在动画控制选项中输入播放时间 ， 延迟时间 ， 选择播放和录制动画 ， 开始动画播放和录制 。 具体做法是 ： 首先生成旋转动画 ， 产生旋转动画的路径 。 保留该路径 ， 然后使用动画向导生成爆炸动画 。 同样可生成旋转和解除爆炸动画 。 录制动画之后将生成 avi文件 ， 通过超级链接 ， 插入课件中播放动画 6。 将转配体导入动画制作。利用爆破工具将装配体爆破 。爆破后如 附图 1 所示，即完成其简单的仿真。以上过程就是在进行软件仿真的一般步骤。其基本包括零件的建模，零件的装配和装配后的模拟这几个部分 。 5.2 生成二维工程图制作 SolidWorks 作为一套功能强大的计算机辅助绘图和设计软件 ， 可以建立机械零件的三维实体图、三维装配体图及二维工程图。由于直接指导 生产的是二维工程图 ， 且大多生产一线的工程技术人员对二维绘图软件 ， 如 AutoCAD、 CAXA电子图板等更加熟悉 ， 而且二维软件在绘制 ， 尤其是标注装配图、零件图时 ， 具有独特的优势。所以 ， 充分利用 SolidWorks 和二维绘图软件间的文件交换 ， 把由 SolidWorks 自动生成的工程视图与二维软件的标注结合起来 ， 达到 “以二维之长补三维之短 ”的目的 。 以下就是三维模型生成二维工程图的详细过程 :在S
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