MJC01-188@通用汽车底板支撑架修边冲孔模具设计
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机械毕业设计全套
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MJC01-188@通用汽车底板支撑架修边冲孔模具设计,机械毕业设计全套
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毕 业 设 计 通用 汽车底板支撑架修边冲孔模具设计 专 业： 机械设计制造 班级 学号 ： 机 制 0611 07 学生姓名： 王 宁 指导教师： 张玉 讲师 二 八 年 六 月 nts 摘 要 冲压 成型是 汽车模具冲压件 成型的主要方 法 ， 大多数模具 可以 通过拉延 修边 （冲孔） 翻边整形（冲孔）这几个工序完成 。 本 文基于 UG 模具设计软件设计了汽车底板 支撑架的修边冲孔模。 首先对模具制件进行了分 析，以 此 为依据利用 UG 绘图软件进行结构、零部件的设计。 另外 就 目前来说，由于 汽车冲压 模具体积庞大、结构复杂， 传统的 模具 设计方法 不但 复杂、周期长、效率底 ，而且 模具的市场灵活度 也 底 。 为了克服 这些缺点，设计这套模具的时候 采用 了参数化设计 方法 ， 该 技术把模具 结构中 一些有关联的零部件通过约束关系联系在一起， 从而实现同步响应。 模具中的标准件都是一些重要而且常用的零件， 为此 建立 了 标准件库来， 以提高标准件的设计质量而且缩短模具设计周期。 参数化的应用在很大程度上提高了模具的灵活性， 使模具设计效率有了质的飞跃。 关键词 ： 汽车 修边冲孔模具； UG；参数化；标准件库； 模板 nts ABSTRACT Stamping molding is that the automobile mould stamps piece of main molding method , great majority moulds can by the fact that this several working procedure is completed near mandrelling Xiu the (punched hole) turns edge reshaping (punched hole) over。 This set of moulds that I design are that automobile bottom board props up the Xiu edge punched hole model. First, I make the analysis having been in progress piece to the mould , the following is the design according to the software making use of UG to draw carries out strrization design when designing this set of moulds , this technology has been that component and part that mould few have to be connected is responded to synchroly by the fact that constraint relation connection comes true together , thereby. Standard piece in mould all is that some are important and ordinary time is in common use part, come to standardize therefore I have built a standard piece the warehouse, such words can raise standard piece design mass and shorten the mould design cycle. Parameterization application has improved the mould flexibility to a great extent , has made design for die and mould efficiency have a qualitative leap。 Key Words： The automobile repairs the edge punched hole mould； UG；parameterization； building block library； templet nts目 录 1 绪 论 . 1 1.1 我国汽车 冲压 模具的发展现状 . 1 1.2 毕业设计课题的任务、要求、技术难点及要达到的预期效果 . 2 2 汽车底板支撑架修边冲孔模具设计 . 3 2.1 制件的工艺分析 . 3 2.2 冲压工艺方案的确定 . 4 2.3 参数计算 . 4 2.4 总体结构设计 . 6 2.5 模板技术参数化设计方法 . 7 2.5.1 模板的设计和创建 . 7 2.5.2 参数化特征建模 . 9 2.5.3 装配和 WAVE 技术 . 11 3 在 UG/Part families 中模具标准件库的 建立 . 11 3.1 参数化标准零件库的建立 . 11 3.2 组件库的建立 . 14 3.3 汽车模具 CAD 的技术特点 . 15 4 主要零件的设计 . 17 4.1 压料芯的设计 . 17 4.2 凸模和凹模镶块的布置和固定 . 18 4.3 辅助机构的设计 . 20 4.3.1 模座导向机构的设计 . 20 4.3.2 板料定位器的设置 . 21 4.3.3 起吊装置的选择 . 22 4.3.4 减重孔的设计 . 23 4.3.5 辅助元器件作用 . 24 5 模具 CAD 技术的发展趋势 . 24 结 论 . 26 nts参考文献 . 27 致 谢 . 28 nts 1 1 绪 论 1.1 我国汽车 冲压 模具的发展现状 随着汽车工业的快速发展，服务于汽车生产的模具近年来也快速发展。汽车模具种类很多，其中冲压模具和塑料模具是用量最大的两大类。此外，还有铸造模具、锻造模具、橡胶模具、粉末冶金模具及拉丝模具和无机材料成型模具等。在汽车工业十分发达的国家，为汽车服务的模具往往要占到其全部模具生产量的 40以上。经过多年发展，我国目前为汽车服务的模具约已占到了全部模具产量的 1/3 左右，其中，冲压模具要占一半左右。由此可见，汽车冲压模具在模具 行业和汽车工业 中的重要地位 。 尤其是 汽车 制件 模 具直接关系到 汽车车型 ，因此其地位尤为 重要。 就我 国模具行业综合 能力和水平来看 ，对于中档 及其以下汽车 的 冲 压具，国 内目前 已完全有能力可 以 设计制造，满足用户所需 ，部分 高级轿车的冲压模具其国内也已开始生产。虽然如此 ，我国的 冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。这些主要表现 在高档轿车和大中型汽车 制件 模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面。轿车 制件 模具具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表 制件 模具水平。虽然在设计制造方法和手段上面已基本达到了国际水平，模具结构方 面也接近国际水平，在轿车 模具国产化进程中前进了一大步，但在制造质量、精度、制造周期等方面，与国外相比还存在一定的差异。 我 国模具行业专业化 程度还 比较低，模具自产 自配比例过 高。国外模具 自产 自配比例一般为 3O 左右。我国冲压模具 自产自配比例约为 60左右。 这就对专业化产生了很多不 利影响。现在，技术 要求高 、投入大的模具专 业化程度较高 ，例如 制件 模具 、多工位级进模和 精冲模等。而一般冲模专业化程度就较低。由于 自 配比例高 ， 所以 冲 压模具 生产能力的分布基本上跟 随冲 压件 生产能力的分 布。但是专业化程度较高的汽车 制件 模具和多工位、 多功能精密冲模的专业生产企业的分布有不少并不跟随冲压能力分布而分布 ，而往往取决于主要 投资者 的决策。例如四川 有较大的汽车 制件模具的能力 ，但其主要用户不 在 四川。另外，企业之间 近年来正在逐步形成 “ 战 略联盟”。形成联盟的 企业 ，往往以一个实力强 大和水平较高的大型模具厂为核心 ，在一定的地域 范 围内有很好的协作关 系，包括原材料、工艺、技术及市场乃至资金和人 员方面的协同等。长春及 其周边地区、哈尔滨及其周边地区、湖北十堰及其周边地区、京津冀有关地区、成渝有关地区、上海及其周边地 区、芜湖及其 周边地区等，都已形成了 由一大批企业 组成的汽车 冲 压模具的 “ 联盟生产基 地”。 1.2 毕业设计课题的任务、要求、技术难点及要达到的预期效果 nts 2 首先，要了解整个模具行业的发展概况以及应用水平，特别是冲压模具设计的先进技术和方法。其次，熟练掌握 UG 应用软件，还要了解目前应用较为广泛的其他应用软件，如 UG、 CATIA、 AutoCAD 软件等。再次，必须对冲压材料的 成型特性有足够的了解。最重要的是在基于 UG软件的基础上着手于本课题 汽车底板支架 修边冲孔模具 的设计。 本课题 要解决的主要问题是 ： 1、 制件 工艺分析 ； 2、 冲压工艺方案 确定 ； 3、 修边冲孔模 参数计算 ； 4、 修边冲孔模 总体结构设计 ； 5、 一些辅助机构的设计、排列和选用。 最后需要利用 UG软件绘出该零件冲压模具的三维图，利用 AutoCAD绘制其二维工程图。 为了解决这些问题，必须 先明确 本 冲压模具的设 计重点 ， 作出详细的工作进度计划。 在 这 其间要多参照已成型的模具结构， 熟练掌握 Ug和 AutoCAD 软件 的使用 ；掌握冲压模具的设计程序、规范及结构特点；了解模具 标准件， 学会标准件库的建立，以提高模具设计效率；学会使用参数化设计方法，以 减少设计周期。 最后 还应掌握 模具 零件尺 寸 公差与零件 设计的几何要求关系， 因为在设计模具时，必须根 据制件的尺寸和精度要求来确定相应的成型零件的尺寸和精度等级，得到零件的工作尺寸。所有这些资料必 须通过图书馆查找期刊文献、会议文献以及专业书籍和网络数据库得到，所以还要熟练掌握 资料的检索。 nts 3 2 汽车底板支撑架 修边冲孔 模具 设计 2.1 制件的工艺分析 如图 2-1，图 2-2分别为汽车底板支架 制件的 轴测 图和正视图。 此 制 件为 大 批量生产，如果能够采用冲压工艺将大大的提高生产效率、降低生产成本。 图 2-1 汽车底板支架轴测 图 零件结构：该 所要修 边的冲压件形状复杂，模具分离刃口所在的位置是任意的空间曲面 ； 冲压件存在不 同程度的弹性变形 。因此，进行模具设计时，在工艺上和模具结构上应考虑 制件定位、模具导正、废料的排除、工件的取出 问题。 尺寸精度：零件图上所 有 未注公差的尺寸属自由尺寸，可按 IT14 级确定工件尺寸公差。由零件图可知此冲压件的尺寸精度一般，普通冲裁即可满足。 结论：此冲压件适合 用 普通冲裁 的 垂直 修边冲孔模 来完成。 2.2 冲压工艺方案的确定 该冲压件包括 拉延、修边 冲孔 和整形三个 基本工序，可采用先 拉延再 修边 冲孔 （落料） ， 后整形的 单工序模生产 方案 。 单 工序模具结构简单，制造方便， 此制件 需要 三道工序， 三套 模具 就能 完成冲压件的 加工， 并且可以 满足冲压件大批量生产的需要 。另外 此制件 用 垂直 修边冲孔模 即可完成冲压， 无需斜契机构，所以模具空间布局比较宽敞，有利于制件空间定位。 本次设 计仅作 修边冲孔模 设计，另外两道工序 拉延 和整形由别的同学负责设计完nts 4 成。 2.3 参数计算 1.冲裁力 (如图 2-3)计算 P=l t =1320 0.8 45=47520kg 式中 : P: 冲裁力 kg无阶梯状态下计算 l: 冲裁长度 mm t:板厚 mm :抗剪强度 kgf/ 2mm 图 2-3冲裁力 示意图 : 抗剪强度 kgf/ 2mm 按 表 1 卸料 力 卸料力因 料厚形状等的不同而各异。一般为冲裁力的 2 6。 P 卸 =K 卸 P=47520 0.06=2851.2kg 式中 K 卸 ：卸料系数见 表 2 表 2 卸料力系数表 料厚 K 卸 钢 0.1 0.06 0.09 0.1 0.5 0.04 0.07 0.5 2.5 0.025 0.06 2.5 6.5 0.02 0.05 6.5 0.015 0.04 铝、铝合金 0.03 0.08 紫铜、黄铜 0.02 0.06 注 :卸料系数 K 卸 在冲大搭边和复杂轮廓时取上限值 3.修边尺寸展开计算 本模具为无伸长和压缩的纯直角弯曲情况，其中性层为料厚的 40 （如图 2-4） : X=H-0.43r+0.52t nts 5 图 2-4 修边尺寸展开示意图 4.间隙 间隙，是指凸模与凹模刃口间单侧的间隙。 如图 2-5所示。 间隙选取 （如图 2-6） ：本模具的落料尺寸决 定于凹模刃口尺寸，间隙取在凸模上。 图 2-5 凸模与凹模刃口间单侧的间隙 nts 6 图 2-6 间隙选取适用图 2.4 总体结构设计 此制件 模具分离刃口所在的位置是任意的空间曲面 ， 冲压件存在不同程度的弹性变形 ，所以本设计要针对其特性设计出一套合格的 修边冲孔模具 。 结构 形式的选择 ： 修边冲孔模 可分为 ： 垂直 修边冲孔模 、斜楔 修边冲孔模 和垂直 斜楔 修边冲孔模 。垂直 修边冲孔模 的修边方向与压力机滑块运动方向一致，是 制 件 修边冲孔模 最常用的形式，应尽量采用。斜楔 修边冲孔模 的修边镶块作水平或倾斜方向运动，有一套将压力机滑块运动方 向转变成刃口镶块沿修边方向运动的斜楔机构，所以结构较复杂。垂直斜楔 修边冲孔模 的一些修边镶块作垂直方向运动，另一些修边镶块作水平或倾斜方向运动，该 修边冲孔模 用于同一模具上需要垂直修边和斜楔修边的情况，模具结构复杂。 根据制件结构、精度等级，不需要设计 斜楔 滑块机构。所以设计一套 垂直 修边冲孔模 就可以满足要求了。 该模具采用垂直修边结构，模具设计的重点是凸模和凹模镶nts 7 块 和废料刀设计。 确定了模具的结构形式，然后用 UG（ CAD） 模板技术参数化 的 设计 方法 进行结构设计； 在 UG/Part families 中 进行 模具标准件库 的 建 立 。 2.5 模板技术参数化设计方法 根据汽车 模具 设计的经验和规则，在 UG 平台上将模板技术和参数化方法应用于汽车 模具 的设计中，能够大大地缩短传统 模具 设计的周期，达到快速响应制造 ， 以下就把这项技术应用到本设计中。首先对一些专有名词进行介绍。 快速响应制造 (BapidRgpnse Manufacturing， RRM)，最初是由福特汽车公司提出的，其目的是建立集成环境同时使工程技术人员有效地使用计算机仿真和处理技术进行产品的开发、设计和制造，缩短产品的市场响应时间，提高质量和可靠性，同时降低成本。参数化模板技术的设计思想是为快速模具结构设计服务的，缩短模具结构生成和出固的耗时，减少冲压工艺分析设计和依据图纸进行模具制造中间的时间间隔，从而更好的满足 客户 的要求。 模板是将一个事物的结 构按照其内在的规律予以固定化、标准化的结果，它是结构标准化的具体体现。参数化模板技术利用 CAD 设计的参数化技术，将模板的尺寸进行全关联，用主要参数来对其他参数进行驱动。参数化模板技术的应用必须建立在特征建模的基础之上。以 UG 为开发平台，运用 UG 完善的参数化机制和强大的 CAD 功能进行特征建模，尤其 UG所提供的装配功能和 WAVE 技术使参数化模板技术具有更广泛的适应性和更强大的 生命力。 2.5.1 模板的设计和创建 1 参数化模板技术应用方法研究 模板是结构标准化的具体体现，那么模板中的每一个标准化结构都可以看作是一个模块。将各个模块建模，然后利用 UG 的装配功能把模块拼装，便完成模板。同时，模板的设计中应该融入一定实际生产经验，这样模板才具有权威性。 针对模板中使用的标准件 (螺栓、 螺钉 、 导柱 、 导套等 )，建立标准件库 。 这样在由模板生成具 体模具时，当标准件的规格需要变换时，能够直接从标准件库中提出，方便省时。根据零件的形状和尺寸，首先在计算机中以工程草图的形式画出，尺寸以参数形式表示，然后对这些参数赋以不同的值，就能够建立起一组形状相同、规格不同的标准件。 模具作为一种特定结构的机械产品，进行模块化设计时，既与传统模块化机械产品设计有许多共同之处，又具有自身的特殊性。模块的正确划分是模板制作的关键，要兼顾两个方面：一是模具的结构， 二是是否有利于实现参数化。 本模具 在深刻分析制件结构、特性和冲压 压形模具结构特点的基础上， 先 抽象出所有 冲压 压 形模具的共nts 8 同特征，要将上述两个方 面统一起来对模板划分模块。可分为二个模块：上模、下模 、压料芯 。从是否有利于实现参数化的角度看，压形模具可分为模架模块和专用型面模块。模架模块是指结构相对规则的上下模架部分，主要起定位和支撑等作 用。专用型面模块是指型面结构变化部分，不易实现设计参数化，是 制 件成形的关键部分 。所以将 本模具的 模板分成 四 个模块：上模基座 （如图 2-7） 、下模基座 （如图 2-8） 、 镶块、 压料芯 。这样划分的优点有： 1)将上、下模划分为基座 ，因为基座是少变化和稳定的，结构相对规则，易于实现参数化；而型体外形则是 多变的，不规则，不易于实现参数化；当型体由于突变失效时，不至于牵连基座； 2)不同的产品，要求不同的模具型面， 将型面设计成镶块形式， 将 镶块 单独作为一个文件，便于对它的操纵和控制 。 图 2-7 上模基座 UG 三维立体图 2 冲压 压形模板的创建 基于上述参数化模板技术在汽车 冲压 压形模板设计中应用方法的分析，根据对压形模板的模块划分，对各个模块在 UG中建模，然后装配成为压形模板。 2.5.2 参数化特征建模 参数化模板要求其中的曲线、曲面、实体的形状、尺寸和空间位置都是可变的。在 UG 中，只有作为特征 ，其形状和空间参数才是可以改变的，同时在参数之间建立关联。 参数化关联机制在压形模板中建立方法将生成模板的所有参数分成 2 种即控制参数和受控参数。受控参数的值通过公式由控制参数决定，在 UG 中是通过表达式功nts 9 能来创建参数之间的公式关系。但由于装配部件也较多，这样所有的控制参数总共也较多，所以又将控制参数分成主控参数和非主控参数。非主控参数的值也是通过公式由主控参数决定。这样模板的所有参数将全由主控参数来决定，减少了需要修改的参数个数，增强了模板的实用性。经过不断修改，目前压形模板的主控参数有总装文件的模具 闭合高度、送料高度和下模基座文件的四角平台长、四角平台宽、筋板宽、模具长度、模具宽度、模具高度和基准高度等。除了使用公式在参数之间建立起关联，还可以在草图中通过几何定位确定参数的关系。 草图是 UG 中实现参数化的最强大工具，草图实际上就已经决定了其后要生成实体的方法，它实际上就是对所描述对象建立数学模型，其后面的三维造型工作只是将它所表达的思想实现出来。 以下模基座草图为例说明使用草图的方法。在头脑中先构思出下模基座的大体结构，有四角平台、压板槽、底板加强筋、侧加强筋、导腿。选择下模基座的底面为草图附着面，初步生成的草图如图 2-9 所示。其中 1是用于生成底板加强筋，先生成一长方体，然后使用自定义特征 (事先已经做好，存在自定义特征库中 )。 2是用于生成导腿，关于 YC 方向做镜像，便得到两个导腿。 3是用于生成四角平台， 4是在四角平台中挖空，用于减重。 5 是用于生成侧加强筋，然后在 xC 方向做阵列，再关于 xC 做镜像。 6 是用于生成压板槽 (使用自定义特征 )，然后方法同侧加强筋。 7是用于生成侧加强筋附着面。经过镜像和填补最后得到草图形状见图 2-10 所示 。 图 2-9 下模基座草图 nts 10 图 2-10 下模基座草图 2.5.3 装配和 WAVE 技术 模块造形完毕需要装配成模板。 UG 为建模提供了强大而有效的装配功能，为了完美地实现参数化模板的目标，模块之间的装配定位应当使用约束定位 (Mte)，而且应当尽可能地使用 WAVE 技术， WAVE 技术的突出特点是它的相关拷贝功能。在压形模板的设计中，上模基座就是通过下模基座 WAVE 生成，秉着求同存异的原则，上模基座除导腿外 与下模基座相同，所以建立上模基座时，应用 WAVE 技术，将下模基座的草图抽取过来。这样设计工作不仅简便，而且避免了大量的参数关联。 然后装配上相应的标淮件，最终得到的压形模板 ， 这 样的 压形模板已经与真正的压形模具相差不大了，模具的基本结构形状已经具备，必用的标淮件已经装入，结合特定的用户要求，只需作很小的改动就可以成为一套真正可以应用于实际生产的模具。 3 在 UG/Part families 中模具标准件库的建立 在冲模标准件库中，一个标准件主要有二个文件，即模型文件（ prt）和数据文件（ dbf）。标准件库的内容一般采用二级结构，第一级为数据库主引导文件。第二级为零件的 DBF 数据文件，该 DBF 文件记录了标准件一系列参数。对于标准组件，需要采用三级数据文件。 在标准件建库过程中 ， 必须先建立标准件信息模型，输入的内容分为三类，一是三维参数化特征实体模型；二是特征变量；三是装配信息。它们以一定的结构存贮于nts 11 数据库中，提供对标准零件或组件的完整描述。 3.1 参数化标准零件库的建立 在标准零件库的建设中，主要应用基于特征变量的参数设计方法。在模型创建的过程中，添加设计变量，通过设计变量表中的表达式，设置变量间的关联规则，重要参数采用 Excel 表格来控制，通过对设计变量的修改来驱动生成新零件。具体的步骤如下： 1 在三维 CAD 环境中，建立产品实体模型 。 2 将每个特征相关的数据用变量来表示，以便于变量的驱动和管理 。 3 对于相互关联的特征尺寸，在变量表的公式中表达，简化实体的尺寸要素。 UG 系统中标准件建立流程如图 3-1所示。 图 3-1 标准零件建立流程 以下以常用的导柱为例，利用 UG/Part families 建立导柱系列标准零件库。 在 expression 表中建立冲模标准导柱数学表达式，由数学表达式驱动模型。建立输入数学表达式如图 3-2， 图中包括了特征变量定义。 nts 12 图 3-2 数学表达式 输入完数学表达式后，根据表达式建立参数化特征模型，如图 3-3。 图 3-3 特征模型 参数化特征模型建立后，进行特征变量列表，把需要变化的尺寸定义为参数符号，生成特征变量列表如表 3。表中仅列了一项参数，而且代号和描述项为空。 表 3 特征变量列表在特征变量列表中以符号标注的尺寸为族表成员，未添加的尺寸的特征为非变化的，依附于其它特征而存在，重要尺寸可以在 expression 表中用表达式进行关联设计。 nts 13 特征变量列表生成后即可往表中添加相关模型变 量。在实际应用中，可用图中的导柱为类属模型来生成一系列标准件，通过编辑 excel 表格，把目前市场上出售的冲模标准导柱、按国标（ GB）和各标准件厂的企业标准进行生产的导柱的模型变量输入到表中，如表 4。 在 excel 里可以编辑所需要的实例的尺寸值，此处的 excel 与常用的 excel 仅仅多了一项 Partfamily，数值输入完毕，必须用 Partfamilysamefamily 项存盘。在表中，行包含了实例和它们适当的值，列则被具体项目使用。 族表的另一个优点是不论你创建一个新表还是修改一个已有的表，你都可以向表中添加项目。 3.2 组件库的建立 1 组件库的建库方法 组件不是一个简单零件的概念，它可能是一个子装配体、一个零件，由于子装配体和零件的参数表达式不一样，零件的参数可以直接驱动，在装配体这一层还不能直接读取到零件的可驱动参数，因此需要对子装配体的数据文件另外作一些处理。 （ 1）对单个特征和零件组成的装配组件，选择要驱动的可驱动参数，可以直接为这个参数做数据文件。 （ 2）对由多个零件或装配体组成的装配组件，要想变更组件的规格 ，就得变更组件中所有零件的相应规格，由于在组件这一级，各零件的可驱动参数被屏蔽，即不可驱动，必须找到各零件的标识才可以驱动其本身，可以采用建立一级索引文件的方法解决这个问题。图 3-4 装配组件及其数据文件组织结构图。 图 3-4 装配组件及其数据文件组织结构图 由上图可以看出，通过建立一级索引文件，无论装配组件的装配关系有几级，都可以为单个的零件找到对应的数据文件，从而实现参数驱动。索引文件必须包含下一级零件或组件的名字标识和规格，因此索引文件的列名就是下一级数据文件或者索引文件的名字。 nts 14 2 导套导柱组件 库建立 依据组件库的建库方法，在 UG 系统中利用 Excel 为导柱导套组件建立索引文件如表 5，在组件中建立索引文件也就建立组件库。 以上运用的基于 UG（ CAD）模具设计方法， 第一， 可以实现计算机与模具工作者的交互作用， 有利于发挥人和机器各自的长处， 提高模具的质量。在计算机系统内存储了各有关专业 的综合性的技术知 识，为模具的设计和工艺的制定提供了科学的依据 。计算机与设计人员交互作用，有利于发挥人机各自的特长，使模具设计和制造工艺更加合理化。系统采用的优化设计方法有助于某些工艺参数和模具结构的优化。第二，可以 使 与模具设计有关的分析计算、图样绘制和曲 面造型以及工艺编制等均可借助于计算机来完成，并且由于模具质量提高、可靠性增强，故使模具装配与返修时间明显减少 ， 设计计算和图样绘制的自动化 也 大大缩短了设计时间 ， 从而 提高生产率。CAD 与 CAM 的一体化可显著缩短从设 计到制造的周期 。例如，采用冲裁模 CAD CAM系统设计制造模具，比传统方法提 助于优化设计和节省原材料，提高设备利用率，降低生产成本 。例如，冲压件的毛坯优化排样可使材料利用率提高 5 7。 CAD 的经济效益有些可以估算，有些则难以估算 ， 由于采用 CAD 技术，生 产准备时间 缩短 ，产品更新换代加快，大大增强了产品的市场竞争能力 。 传统设计 模具 的方法 首先要制造主样板、主模型和工艺模型，然后利用工艺模型为靠模，在仿形机床上加工模具表面，最后由钳工装配、调试成合格模具。不仅工艺流程长、模具表面的形状精度低，而且存在着对模具制造工人要求高等缺点。 3.3 汽车模具 CAD 的技术特点 1 汽车 模具型面 CAD 的特点 一般 制件 成形都要依次经过拉延、切边、整形、翻边和冲孔等几道工序。第一道工序，即拉延工序中最重要的是工艺补充面的设计。工艺补充面设计得好坏直接影响到所设计的模具能否拉出合 格的零件，能否减少调试模具的时间，缩短整个模具的生产周期。 2 汽车 模具结构 CAD 的特点 大型模具结构一般都比较复杂，一副大型 制件 模具有上百个零件，模具的外形尺寸也比较大。模具结构设计一般可分为二维设计和三维设计两种，两种方法各有其优、缺点。 计算机二维设计与手工图板设计相似，属平面绘图，其优点是设计速度快、占用计算机内存小、对计算机硬件配置要求不高，是一种投资小、见效快的方法；它的缺点是设计错误不易被发现，不能直接用于分析和加工。三维设计有很多优点，如可实现参数化、基于特征、全相关等，使得产品在设计阶段易 于修改，同时也使得并行工nts 15 程成为可能。三维设计形象、直观，设计结构是否合理使人一目了然。同时，三维设计的自动标注尺寸减少了人为设计错误，但三维模具设计目前也存在一些问题，例如：计算机运算速度低、软件占用硬盘和内存的空间大、模具结构投影线条多、设计速度慢等。 3 目前 我国 汽车 制件 模具 CAD 应用中存在的主要问题 车身 制件 在汽车整车中占据着重要的位置，而 制件 模具是生产 制件 的主要工艺装备，对车身质量的好坏起着决定性的作用。目前国外汽车 制件 模具 CAD/CAM 技术的发展已进入实质性的应用阶段，不仅全面提高了模具设计的质量 ，而且大大缩短了模具的生产周期。近些年来，我国在汽车 制件 模具 CAD 技术的应用方面也取得了显著的进步，但目前依然存在着以下一些问题： （ 1）设计效率低 由于我国 CAD 技术起步较晚，专业人员水平较低，既懂专业又熟悉 CAD/CAM 应用软件技术的人才十分缺乏，因而开发能力较差，自主开发的 CAD软件质量不高，设计效率低 3。 （ 2）标准化程度低 由于各行业有各行业的标准，各企业有各企业的标准，各模具生产厂家之间没有形成一定的设计、制造规范，因而造成现有 制件 冲模 CAD/CAM系统的集成化程度和智能化程度都比较低。 （ 3）现有 CAD 软件专用性差 目前国内自主开发的 CAD 软件较少，而多数厂家引进的国外先进软件多为通用型软件，未经开发则专用性较差。 （ 4） 制件 冲模 CAD/CAM 技术的开发手段比较落后，开发的 CAD/CAM 系统在质量、可靠性上难以保证，并且开发周期长。 （ 5）现有的冲模 CAD 系统的人机界面不能满足多种用户的要求。 （ 6）主要应用 CAD 进行二维设计，而且大多停留在用计算机绘图代替手工绘图的基础上。 4 主要零件的设计 4.1 压料芯的设计 考虑的因素：整体尺寸，导板信息（位置、大小、个数）的布置。 1 确定压力 中心 确定压力中心也可以理解成是模具在压床上的位置。尽量使他们的中心重合。目的是使压力中心重合。气顶杆选择应尽量靠近凸模轮廓线且受力应均匀，如在气顶杆位置有偏移的情况下，可略微调整。但调整量不得过大（ 50MM 以内）。 信息提取：从制件数模中提取，修边线线、板料线，从压机上提取压板槽、气顶nts 16 杆位置。当它们的中心重合后发现，气顶杆位置略有偏移。所以将制件中心向 Y正方向偏移 47.69MM。如图 4-1所示。 图 4-1 下模模具中心与冲压中心偏离图 2 压料芯结构设计 利用制件切 出 压料芯形状， 然后安排各冲孔位置以及 起吊孔位置（根据此模具具体形式安排于 Y 的正负方向上）。如图 4-2 所示。 nts 17 图 4-2 压料芯 UG 三维立体图 3 导板设计 压料芯与上模座使用内导向结构并且前后左右各两块导板。从安装，加工方面考虑，把导板安装在压边圈上，上模上为导滑面。现在进行导向面长度选定如图 4-3所示。 依照导板设计原则 ,压料芯长 1910MM、宽 1810MM，所以导板长度应大于 150MM、宽度应大于 100MM，为了更加稳定取导板长度 200MM、宽 150MM。所以导滑面长应 200MM、宽 100MM。 4.2 凸模和凹模镶块的布置和固定 修边 冲孔模 刃口的结构形式有整体式和镶块式两种，如果是将刃口材料堆焊在凸模或凹模体上的则称为整体式，如果是以镶块结构形式安装在凸模或凹模体上的则称为镶块式。由于 制件 的修边线多为不规则的空间曲线，且修边线很长，为便于制造、装配及修理， 所以本 修边冲孔模 的凸模和凹模 采用 镶块式结构。 结构排列 如图 4-4所示 。 1 镶块的布置原则 1 分块大小要适应加工条件，直线段适当长，形状复杂或拐角处取短些，尽量取标准值。 nts 18 2 为了消除接合面制造的垂直度误差，两镶块之间的接合面宽度应尽量小些。 3 分块应便于加工，便于装配调整，便 于误差补偿，最好为矩形块。 4 曲线与直线连接时，接合面应在直线部分，距切点应有一定的距离 (一般取5 7mm)。必须在曲线上分块时，接合面应尽量与修边线垂直，以增大刃口强度。 5 对于立边修边的易损镶块，应尽量取小值，以便更换。 6 有很多镶块依次相连接时，特别是整周镶块，为了补偿镶块在制造中存在的偏差，需要设计一块镶块作为补偿镶块。补偿镶块应选择在立体曲面比较平滑、形状简单处，其长度要比设计长度加长 3 4mm。 7 凸模镶块接合面与凹模镶块接合面不应重合，以减小模具损坏，提高制件质量。 8 局部为 凸、凹点修边时，应采用镶块中再镶入镶块的复合结构，以消除或减小角部应力集中，延长模具寿命。 镶块布置 好 以后 ，由于模具无须设计 斜楔 滑块机构， 镶块 只 受 剪切力 不受 水平推力 ，不会 沿受力方向 产生 位移和颠覆力矩 ，所以采用内六角螺母固定即可。 2 废料刀设计 废料刀也是修边镶块的组成部分，镶块式废料刀是利用修边凹模镶块的接合面作为一个废料刀刃口，相应地在修边凸模镶块外面装废料刀作为另一个废料刀刃 。另外由于在 可调式滑料托架 旁边切除的材料较长，不利于落料所以在每个 可调式滑料托架的旁边加个废料刀。如图 4-5所示 。 图 4-5 废料刀下模排放图 nts 19 4.3 辅助 机构的设计 4.3.1 模座 导向机构的设计 导向机构分为： 1导板导向 定位精度较低，一般为 0.1MM-0.15MM，但其可承受的侧向力较大，它在拉延、成型模中应用较多。 2导板 +导柱导向 在汽车模具上一般不单独使用，主要应用于 修边冲孔模 ，又称为复合导向。 3导柱、导套导向 导柱、导套始终是成套使用，其定位精度可达 0.1MM 以内。适用于模具要求导向精度要求较高 的模具。 1导板 2导板 +导柱 3导柱、导套 本模具为 垂直 修边冲孔模 运动形式简单，制件形状复杂所以在此选用 导板 +导柱 的 复合导向。 如图 4-6 所示 。 图 4-6 导柱排放 UG 三维立体图 4.3.2 板料定位器的设置 nts 20 板料定位器位置的布置原则： 一般是当板料长度大于 2500MM 时四个，小于 2500MM 时两个。可根据具体情况自由调整。定位器尺寸采用上海三住机械有限公司标准。如图 4-7所示 : 图 4-7 板料定位器 尺寸 设计 标准 板料定位器的作用是为使板料在拉延前快速置于正确的位置， 在长度方向每面设计两个，宽度方向为进料方向无需定位器。 如图 4-8所示 (对面对称 )。 图 4-8 板 料定位器 排放 UG 三维立体图 4.3.3 起吊装置的选择 在选择起吊装置时，一般都要 考虑经济性、稳定性。本模具选用插入式起重 棒。经用 UG测量得下模重量为 4 吨，根据 上海三住机械有限公司标准 确定各尺寸如图 4-9所示 。 nts 21 图 4-9 起重棒 尺寸设计标准 4.3.4 减重孔的设计 减重孔的作用除了 减轻重量还有调整导向部分躲避工 序件形状、调整确定缓冲装置及压料板内弹簧和漏水等作用。 模具清洗时，在模具不翻转的情况下，就能保证清洗液排出。 另外 压料芯 ，压料板，侧冲滑块等铸件还起到起吊和装夹的作用。铸造通孔直径最小为 50mm。 如 图 4-10 所示 。 图 4-10 减重孔 尺寸设计标准 nts 22 4.3.5 辅助元器件作用： 1. 模具运输连接板 作用：在模具运输过程中固定上下模。 2. 可调式滑料托架 作用：方便上、下板料和制件的。 3. 限位块 作用：冲压过程中限制上模运动行程。 4. 基准块 作用：在机加工中作为加工基准。在模具各序加工中起重要作用。 5. 安全护板 作用：在试模和生产中防异物弹出，起安全保护作用。 6. 存放定位块 作用：模具在存放时防止上下模在非工作状态下接触，保护模芯。 5 模具 CAD 技术的发展趋势 本模具的设计是基于 UG 软件进行的，那么 模具 CAD 技术 将来 的发展趋势 是怎样呢？在以后的模具设计中，模具 CAD 技术 将 主要 朝 着 以下 几个方向 发展： 1 一体化 从传统的设计方式向 CAD CAE CAM 一体化方向发展。 模具设计过程是 一 个 信息处理、交换、流通和管理 的过程 CAD CAE CAM 能够对设计和制造过程中信 息的产生 、转换 、 存储，流通管理进行分析和控制，将它 们有机 地、统一地 “ 集成在一起，才能取得最佳效益 。 2 智 能 化 理想的智能模具专家系统 ， 应该从 设计到制造全部 自动化。人工智能 【 AI】 是通向这条道 路的重要途径 目前 AI 的应用主要集中在知识工程 的 引入，发展智能专家系统上 智能专家系统可以完善 CAD 系统的功能 ， 有利于创造更高级的 CAD 系统，它将是模具 CAD 的一个重要发展 方 向。 3 最优化 目前 模 具 CAD 系统使用的 大多还是 人工设计准则，因而模具生产仍然存在可靠 性问题 。采用塑性模拟技术可 以 分析塑性成形过程 ， 提 高工艺分析和模具 CAD 的理论水平与实用性 ，所以 计 算机 模拟技 术、优化技术将会得到更大发展。 4 可视化 模具 CAD 可视 化 的基 本 思想 是从准备数据 ，实施计算到表达结果都用图形或图 像来完成或表现 ，最后结果还可以用具 有 真实 感的动 态图形模拟来描述 。 复杂的数据 视觉形式表现最容 易理解 ，并挠得到直观、形象的整体概念。 5 微型化 及 新型化 目前模具 CAD 正转向超级微型计算机工作 站 及 新型外围设 备 ，以 超级 微机为基础的 CAD 系统将不断增多 ， 而目功能 将不 断加强 。 nts 23 6 网络 化 微机 CAD 系统发展 的一条 主要途径是网络化 ， 由于微机价格低廉，功能较强 ，可 以将多台 以微机为中心的智能工作站连 成 分布 式的 CAD 系统 。 分布式 CAD 系统结构灵活，功能强， 每 个工作站可以单独使用，也可以联 台使用。整个 网络 和 大 型、巨型计算机相连 ， 可以解决更复杂的 问 题 。 另 外
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