方垫片复合模设计说明书.docx

模具CAD/CAM课程设计说明书 方垫片1复合模设计（CAD/CAM） 摘 要本次课程设计的内容为方形垫片1复合模，完成冲孔、落料两道工序。模具为倒装结构，由打杆顶出制件，弹簧驱动的卸料板卸除条料。排样方式为单排，由固定挡料销和导料销定位、导料。模架为中间导柱模架，凸缘式模柄。使用CATIA生成零件实体并完成装配，进而生成装配工程图和相关的零件图。 关键词： 冲孔 落料 倒装 单排 CATIA目 录1. 概论1 1.1 CAD/CAM概论1 1.2 CAD/CAM系统组成1 1.3 CATIA简介 12.工艺方案分析及确定 2 2.1 垫片冲压工艺分析 2 2.2垫片冲压工艺的确定33.模具结构的确定 4 3.1 模具的形式 4 3.2 定位装置 4 3.3 卸料装置 4 3.4 导向零件 43.5 模架 54.工艺计算 6 4.1 排样 6 4.2 计算冲压力 7 4.3 计算模具压力中心 8 4.4 计算模具刃口尺寸 85.主要工作零件的设计 9 5.1 落料凹模 9 5.2 冲孔凸模长度及强度校核11 5.3 凸凹模长度，壁厚校核126.其他零件的设计14 6.1 卸料弹簧14 6.2 凸凹模固定板14 6.3 垫板15 6.4 卸料板156.5 模座166.5 压力机校核167.CATIA实体建模17 7.1 模具的设计顺序17 7.2 零件的实体建模17 7.3 装配模具实体17 7.4 工程图20结束语21参考文献21一 、 概论1.1 CAD/CAM概论随着计算机计算有关技术的不断发展和计算机技术应用领域的日益扩大，涌现出许多以计算机技术为基础的新兴科学。CAD/CAM技术便是其中之一。CAD/CAM，即计算机辅助制造技术与计算机辅助制造，是一门基于计算机技术而发展起来的、与机械设计和制造技术相互渗透、型号结合的、多学科综合性的技术。它随着计算机技术的迅速辅助、数控机床的广泛应用及CAD/CAM软件的日益完善，在电子、机械、航空航天、轻工等领域得到了广泛的意义。模具CAD/CAM是在人的参与下，以计算机为中心的一整套系统。其中，模具CAD完成对采用工艺、模具结构的最优化设计；模具CAM完成对零件的加工制造，并在加工制造工程中实施实时监督、控制、测试和管理。CAM的输出信息直接来自于CAD的输出信息，二者是有机结合的整体。1.2 CAD/CAM系统组成CAD/CAM系统有硬件系统和软件系统组成。硬件系统包括计算机和外部设备，软件系统有系统软件、应用软件和专业软件组成。CAD/CAM系统的功能不仅与组成改系统的硬件功能和软件功能有关，而且与它们的匹配和组织有关。在建立CAD/CAM系统时，视线应根据输生产任务的需要，选定最合适的功能软件，然后再根据软件系统选择与之相匹配的硬件系统。1.3 CATIA简介CATIA是基于Windows平台的三维设计软件，采用参数化和特征造型技术，能方便、快捷地创建复杂形状的实体、复杂装配和生成工程图。而且参数化的实体能通过对尺寸的修改来进行编辑，实现参数化驱动。CATIA和Windows实现无缝集成。“基于Windows的桌面集成系统”不只是一个单一的 设计工具，而是以CATIA为核心的各种应用的组合，如结构分析、运动分析、工程数据管理和上课加工等。图形界面友好，用户易学易用。二、工艺方案分析及确定2.1 垫片冲压工艺分析2.1.1 产品结构形状分析由上图可知，产品为长方形片落料、圆片冲孔。产品形状结构简单对称，无狭槽、尖角；孔边间距d=20，满足dt的要求（1.5t=1.5*0.8=1.2,t=0.8）2.1.2 产品尺寸精度、粗糙度、断面质量分析（1）尺寸精度 任务书对冲件的尺寸精度要求为IT12级查“冷冲压模具设计”知，普通冲裁时对于该冲件的精度要求为IT12IT11级，所以尺寸精度满足要求。（2）冲裁件断面质量 因为一般用普通冲裁方式冲1mm以下的金属板料时，其断面粗糙度Ra可达12.53.2，毛刺允许高度为0.050.1mm；本产品在断面粗糙度上没有太严格的要求，单要求孔及轮廓边缘无毛刺，所以只要模具精度达到一定要求，在冲裁后加修整工序，冲裁件断面的质量就可以保证。（3）产品材料分析 对于冲压件材料一般要求的力学性能是强度低，塑性高，表面质量和厚度公差符合国家标准。本设计的产品材料为08钢，属优质碳素结构钢，其力学性能是强度、硬度低而塑性较好，非常适合冲裁加工。另外产品对于厚度与表面质量没有严格要求，所以尽量采用国家标准的板材，其冲裁出的产品表面质量和厚度公差就可以保证 经上述分析，产品的材料性能符合冷冲压加工要求。（4）产量 10万件 由产品的生产数量10万件可知，产品批量为中等批量，适合采用冲压加工的方法，最好采用复合模或连续模。22 零件冲压工艺方案的确定完成此工件需要冲孔、落料两道工序。其加工方案分为3种，件表2.1。 表2.1 工艺方案序号工艺方案结构特点1单工序模生产：落料冲孔（或冲孔落料）模具结构简单，但需要两道工序、两套模具才能完成零件的加工，生产效率低，难以满足零件大批量生产的需求。且两道工序中的定位误差，将导致孔心距尺寸精度难以保证。2复合模生产：落料-冲孔复合同一副模具完成两道不同的工序，大大减小了模具规模，降低了模具成本，提高生产效率，也难以提高压力机等设备的使用效率；操作简单、方便，适合大批量生产；能可靠保证孔心距尺寸精度。3连续模生产：冲孔-落料连续同一副模具不同工位完成两道不同的工序，生产效率高，模具规模相对第二种方案要大一些，模具成本要高；两道工位之间的定位要求非常高；否则无法保证孔心距尺寸精度。根据本零件的设计要求以及各方案的特点，决定采用第2种方案比较合理。三、模具结构的确定3.1 模具的形式 复合模又可分为正装式和倒装式。3.1.1 正装式特点 工件和冲孔废料都将落在凹模表面上，必须加以清除才能进行下一次冲裁，因此操作不方便，也不安全，对多孔工件不宜采用，但冲出的工件表面比较平直。3.1.2 倒装式特点冲孔废料由冲孔凸模冲入凹模洞口中，积累到一定数量，由下模漏料孔排出，不必清除废料，操作方便，应用很广，但工件表面平直度较差，凸凹模承受的张力较大，因此凸凹模的壁厚应严格控制，以免强度不足。经分析，此工件有一圆孔，若采用正装式复合模，操作很不方便；另外，此工件无较高的平直度要求，工件精度要求也较低，所以从操作方便、模具制造简单等方面考虑，决定采用倒装式复合模。3.2 定位装置 采用固定导料销纵向定位，固定挡料销定位工位。安装在活动卸料板上。工作时凹模下行而躲入凹模的躲避孔内，工作很方便安全。3.3 卸料装置 3.3.1 条料的卸除 采用弹性卸料板。因为是倒装式复合模，所以卸料板安装在下模。3.3.2 工件的卸除 采用打料装置将工件从落料凹模中推下，落在模具工作表面上。3.3.3 冲孔废料的卸除下模座上采用漏料孔排出。冲孔废料在下模的凸凹模内积聚到一定数量，便从下模座的漏料孔中排出。 3.4 导向零件 导向零件有许多种，如用导板导向，则在模具上安装不便，而且阻挡操作者视线，所以不采用；若用滚珠式导柱导套进行导向，虽然导向精度高、寿命长，但结构比较复杂，所以也不采用；针对本次加工的产品的精度要求不高，采用滑动式导柱导套极限导向即可。而且模具在压力机上的安装比较简单，操作又方便，还可降低成本。3.5 模架 若采用中间导柱模架，则导柱对称分布，受力平衡，滑动平稳，拔模方便，但只能一个方向送料。若采用对焦导柱模架，则受力平衡，滑动平稳，可纵向或横向送料。若采用后侧导柱模架，则可三方向送料，操作者视线不被阻挡，结构比较紧凑，但模具受力不平衡，滑动不平稳。 本设计决定采用中间导柱模架。四、工艺计算4.1 排样 零件外形为长方形 ，可以采用横排或纵排；考虑到零件为中等批量生产，如果采用横排，则模具尺寸和结构就会相应增大，从而增加模具生产成本，所以本设计决定采用纵排结构。如图4.1所示。图4.1 排样图 4.1.1 搭边查冷冲压模具设计与制造表2.8 ，确定搭边值，a1。当t=1时，a=2，a1=1.54.1.2 条料宽度 4.1.3 材料利用率 式中 一个歩距内冲裁件数目； A冲裁件面积（包括内形结构废料）； S歩距长度； B板料宽度；取：n=1; A=4900；S=71.5；B=74.1 4.2 计算冲压力 4.2.1 冲裁力 冲裁力公式为 （4-1） 式中 冲裁力； 冲孔冲裁力； 落料冲裁力。4.2.1.1 冲孔冲裁力 （4-2）式中 K系数（取K=1.3）； 孔的个数，。 冲孔周长，mm； 材料厚度，t=1 mm； 材料抗剪强度，查“冲模设计手册”知20钢，400MPa，取MPa。所以 4.2.1.2 落料冲裁力。 mm 所以 4.2.2 卸料力。 式中 卸料系数，查“冲压设计手册”知，取。 所以 4.2.3 推料力 （4-5） 式中 推料系数，查“冲压设计手册”取。 同时卡在凹模洞孔内的件数，。 所以 4.2.4 顶件力 （4-6） 式中 顶件系数，查“冲模设计手册”取。 所以 4.2.5 总冲压力冲裁时，压力机的压力值必须大于或等于冲裁各工艺力的总和，即大于总的冲压力。总的冲压力根据模具结构不同计算公式不同，当采用弹压卸料装置和下出件的模具时，总的冲压力为 初选压力机：JB23-80 最大闭合高度mm 高度调节量mm 模柄尺寸4.3 计算模具压力中心 由于该零件是关于两条中心线完全对称的，所以模具的压力中心在工件的几何中心。4.4 计算模具刃口尺寸 模具采用复合模结构，计算刃口尺寸时宜采用尺寸转换法计算。 零件上包含三个尺寸：落料尺寸 ；冲孔尺寸 ；位置尺寸。冲裁间隙：，一般冲裁件k取k=3， 查冲压手册得： 带入公式得：基准型面尺寸为： 式中 磨损系数，查“冲压手册”取 = 0.75 基准型面（凹模）制造公差，取； 基准型面（凸模）制造公差，取； 工件的制造公差。所以凸模、凹模刃口尺寸为：（全注公差法）冲孔刃口尺寸冲孔件以凸模为基准型面基准型面尺寸为相关型面尺寸为落料刃口尺寸落料件以凹模为基准型面基准型面尺寸为相关型面尺寸为综上，冲孔凸模刃口尺寸 落料凹模刃口尺寸 凸凹模刃口尺寸 五、模具工作零件的设计计算5.1 落料凹模落料凹模尺寸如图5.1所示。图5.1 落料凹模尺寸5.1.1 厚度 （5-1）式中 凹模的理论厚度。进一位取整数取：查“冷冲压模具设计”表2-5知刃磨余量为 5。所以凹模厚度为 41+5 = 46mm。5.1.2长宽尺寸：（1）=1.5=1.546=70 （2）压力中心为工件的几何中心 （3）长度尺寸； 宽度尺寸； 所以，凹模外形尺寸为390170465.1.3 紧固件尺寸（1）紧固件直径：由 取d=16如内六角螺钉 M16L圆柱销 A16L（2）紧固件长度：紧固件配合长度应大于1.5d(3) 紧固件位置距边尺寸取1.5d螺孔间距约等于10d销孔中心距螺孔中心大于等于2d5.2 冲孔凸模长度及强度校核 5.2.1 冲孔凸模长度 （5-3） （0.60.8） 式中 凸模固定板厚度； 冲孔凸模厚度，=40 mm； 凸模自由长度。 所以 （0.60.8）=（0.60.8）40 ，即2432mm，取30mm。mm。所以 mm5.2.2 凸模强度（压应力）校核校核公式： （5-4）凸模最小断面积，； 凸模材料的许用压应力，凸模材料选用Cr12MoV，查冲压手册知，=（10001600）MPa，取1200 MPa。因为 所以凸模强度校核符合要求。5.2.3 凸模刚度（细长杆失稳）校核。校核公式 式中 凸模最大自由高度； E凸模材料弹性模量，一般取MPa； 凸模最小断面惯性矩，圆形断面； 支承系数，无导板导向；安全系数，钢取23。 代入公式得 实际 所以凸模刚度符合要求。5.3 凸凹模长度确定，壁厚校核5.3.1 凸凹模长度确定 式中 卸料板厚度，取=10mm； 凸凹模固定板厚度，=（0.60.8）=（0.60.8）46=27.636.8mm，取=30mm。5.3.2 凸凹模壁厚校核查冲压手册知，倒装复合模凸凹模最小壁厚（料厚t=1mm）；本设计中 所以凸凹模壁厚校核合格，按图设计的凸凹模符合要求。5.3.3其他刃口直边设计存三片料，高为4.5mm。 六、其他零件的设计 6.1卸料弹簧设计 6.1.1单个弹簧所承受的负荷已知总卸料力设卸料弹簧个数为故6.1.2由初选弹簧初选弹簧规格：弹簧中径；弹簧钢丝直径；节距；最大许用工作载荷；最大负荷下许用压缩量；自由长度6.1.3弹簧压缩量6.2 凸凹模固定板凸凹模固定板形状与凹模板一致，厚度为30mm。6.3 垫板冲裁时，如果凸模的端部对模座的压应力超过模座材料的许用压应力，这时需要在凸模端部与模座之间加上一块强度较高的垫板。即下列情况下加垫板。 式中 凸模端面的压应力，其数值为； 模座材料下雨压应力，其数值：铸铁约为100MPa，钢约为200 MPa； 冲裁力； 凸模上端面面积。垫板的尺寸与凸模固定板一致，厚度一般取310mm。垫板淬硬后两面应磨平，表面粗糙度Ra0.320.63。由于本套模具选用凸缘式模柄，在上模座与凸模固定板之间也必须安装垫板，厚度取为8mm。下面校核一下凸凹模与下模座之间是否加垫板。 所以 模座采用铸铁，所以不用加垫板。6.4 卸料板卸料板同样为方形板，形状和凹模板一致，厚度为20mm。卸料板材料选A3或（45）钢，不用热处理淬硬。取卸料板与凸凹模的双面间隙为0.10.3mm。所以卸料板上与凸凹模装配的孔尺寸为 6.5模座根据凹模板的尺寸，模座采用标准的中间导柱圆形模座，材料采用HT200。标记为：上模座69023060 下模座69023060 。6.6 压力机的校核模具的闭合高度为 所以模具的外形尺寸为690170306 压力机的最大闭合高度380mm，最小闭合高度所以所以压力机合格，可用。 7 CATIA实体建模 7.1 模具的设计顺序在进行模具结构及零件设计时，需首先根据条料排样图确定总体结构，然后以此为基础，详细设计其中的组成零件。这一过程实际上就是自顶向下的设计过程。模具组成零件的形状除受成形工艺形状约束外，还受其在模具中所处的位置及其他零件的关系约束，只有总装在结构基础上，才能获得零件的相关约束，进行零件的设计。 为此，在利用CATIA进行建模时，应采用自顶向下的设计模式，依次实现模具结构及零件的设计。具体表述为：首先，根据条料排样图确定模具的总体框架结构，从典型结构库中实体化一种导向结构图，然后直接在该总体结构下，设计其他相关模具零件，以使零件设计和装配设计相关联。这样，在设计某一零件时，其相关零件的形状变化可被自动处理，从而保证设计结构一致性。当零件设计完成后，可将装配结构中的每一零件输出到相应的文件中，用来产生相应零件的工程图，并标注相关尺寸、技术要求等。7.2 零件的实体建模 通过前面的设计可知，该套模具共包含28种零件，其中6种标准可从软件的零件库中调用，剩余的22种则要有设计者之间设计。 在CATIA中，可以通过多种方式将曲面转换为实体，下面为两种典型的零件的画法。（1） 凹模板 操作步骤为：1.在草绘平面内作凹模板外形、刃口和销孔；2.用拉伸命令将平面拉伸为实体；3.用异性孔向导命令端面上相应的位置作出螺纹孔；4.用环形阵列命令作出另外两个螺纹孔；4.用拉伸切除命令作出大孔。（2） 凸凹模 操作步骤为：1.用旋转命令作出凸凹模的外形；2.用拉伸切除命令分别在上下端面作出冲孔孔和漏料孔；3.用拉伸切除命令在下端面上作出销孔。7.3 装配模具实体7.3.1 装配体装配的概念在工程中非常重要，CATIA能够模拟实际工作环境，将零件进行装配合成。装配体的零部件可以包括独立的零件，也可以是其他的装配体。将一个零部件放入装配体，这个零部件才会与装配体文件产生链接的关系。装配体文件不能单独存在，要和零部件一起存放才有意义，同时对零部件文件的任何改变都会更新装配体。传统的设计方法有两种：（1） 自下而上设计法 此为比较传统的方法。在自下而上设计中，线建立零件，并将之插入装配体，然后根据设计要求，将各个零件进行配合。它的有点是：由于零部件是独立设计的，它们的相互关系及重建行为更为简单。使用自下而上设计法可以专注于单个零件的设计工作。在不需要控制零件大小和尺寸的参考关系时，该方法较为适用。 图6.1 模具装配体（2）自上而下设计法自上而下设计法从装配体中开始设计