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机械毕业设计论文
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模具毕业设计16基于ProE的冲裁模设计,机械毕业设计论文
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第 1 页 (共 37 页 ) 基于 Pro/E 的冲裁模设计 基于 Pro/E的冲裁模 设计 学生：易凡 指导老师：曾祥亮 机械与材料学院 摘要 本课题首先综述了国内外模具发展的现状和发展的趋势， CAD/CAM 在模具发展过程中的重要作用。 在此基础上通过 Pro/E 的实体建模功能，应用软件自身模块进行托板 级进模的设计。设计中应用 Pro/E 的零件设计模块进行级进模零件实体建模，通过其组件设计模块进行模具整体的组装及条带的放置，最后应用 Pro/Mechanism 模拟仿真模块进行模拟加工，从而确定模具设计的最终结果。 关键词 特征 级进模 参数化 Pro/E Based on Pro/E Stamping Dies Design Student： Yi Fan Supervisor： Zeng xiang-liang (College of Mechanical & Material Engineering) Abstract This topic summarize the domestic and foreign molds development,present situation and the development tendency， with the importance of CAD/CAM in the process of molds development. Studies in that foundation take PRO/E Solid Modeling function,apply the software module itself to design the progressive dies.During the design,the part-design module approaches the part solid modeling, the assembly module assembles the entire dies and layout thestrip belt arrangement,and apply the Pro/Mechanism module to process the simulation and manufacture at last,then gives the design result. Keywords Feature Progressive Dies Parameter Pro/E 前言 nts 第 2 页 (共 37 页 ) 基于 Pro/E 的冲裁模设计 本课题研究是的用 CAD/CAM 系统软件 Pro/E 进行指定托板的冲裁模设计。当今，模具 CAD/CAM 制造技术水平正在成为衡量一个国家制造业水平的重要评价指标之一。 21 世纪模具制造行业的基本特征是在 CAD/CAM 技术的基础上，进行 高度集成化、智能化、柔性化和网络化 ,追求的目标是提高产品质量及生产效率 ,缩短设计周期及制造周期 ,降低生产成本 ,最大限度地提高模具制造业的应变能力 ,满足用户需求。 计算机辅助设计与制造的背景与现状 早 20世纪 50年代，计算机辅助设计与制造 (CAD/CAM)技术就开始 酝酿，发展至今已经经历了四个阶段，从最初的平面绘图发展成为现在的集实体造型 、信息管理和数控加工为一体的制造系统。当今， CAD/CAM技术是具有代表性的先进制造技术，模具是数控加工 CAD/CAM技术应用最为广泛和典型的一个领域。模具 CAD/CAM制造技术水平正在成为衡量一个国家制造业水平的重要评价指标之一。 我国早在 20 世纪 70 年代就已开展 CAD/CAM 的研究。在 20 世纪 80 年代，我国进行了大规模的 CAD/CAM 技术研究与发展。国家对 CAD/CAM 技术十分重视，国家科委曾组织主要工业部门研究在全国开展 CAD 应 用工程的必要性和可行性。经过这些年的发展，我国的 CAD/CAM 技术有了长足的进步，开发了一批具有国际先进水平的大型 CAD/CAM 软件，但我国的软件开发周期长，功能不够完整，在市场占有率上还不能与国外软件相抗衡。我国模具工业是 19 世纪末 20 世纪初随着军火和钟表也引进的压力机发展起来的，从那时到 20 世纪 50 年代初，模具多采用作坊式生产，凭工人经验，用简单的加工手段进行制造。在以后的几十年中，随着国民经济大规模发展，模具业进行很快。当时，我国大量引进苏联的图纸、设备和先进经验，其水平不低于当时工业发达的国家。此后 直到 20世纪 70 年代末，由于错过了世界经济发展大浪潮，我国的模具业没有跟上世界发展的步伐， 20 世纪 80 年代末，伴随家电、轻工、汽车生产线模具的大量进口和模具国产化的呼声日渐高涨，我国先后引进了一批现代化的模具加工机床。在此基础上，参照已有的进口模具，我国成功地复制了一批替代品，如汽车覆盖件模具等。模具的国产化虽然使我国模具制造水平逐渐赶上国际先进水平，但计算机应用方面仍存在很大差距。 模具的发展趋势 模具 CAD/CAE/CAM 正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展 ： （ 1）模具软件功能集成化 nts 第 3 页 (共 37 页 ) 基于 Pro/E 的冲裁模设计 模具软件功能的集成化要求软件的功能模块比较齐全，同时各功能模块采用同一数据模型，以实现信息的综合管理与共享，从而支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程，达到实现最佳效益的目的。如英国 Delcam 公司的系列化软件就包括了曲面 /实体几何造型、复杂形体工程制图、工业设计高级渲染、塑料模设计专家系统、复杂形体 CAM、艺术造型及雕刻自动编程系统、逆向工程系统及复杂形体在线测量系统等。集成化程度较高的软件还包括： Pro/ENGINEER、 UG 和 CATIA 等。国内有上海交通大学金属塑性成型有限元分析系 统和冲裁模 CAD/CAM 系统；北京北航海尔软件有限公司的 CAXA 系列软件；吉林金网格模具工程研究中心的冲压模 CAD/CAE/CAM 系统等。 （ 2）模具设计、分析及制造的三维化 传统的二维模具结构设计已越来越不适应现代化生产和集成化技术要求。模具设计、分析、制造的三维化、无纸化要求新一代模具软件以立体的、直观的感觉来设计模具，所采用的三维数字化模型能方便地用于产品结构的 CAE 分析、模具可制造性评价和数控加工、成形过程模拟及信息的管理与共享。 （ 3）模具软件应用的网络化趋势 随着模具在企业竞争、合作、 生产和管理等方面的全球化、国际化，以及计算机软硬件技术的迅速发展，网络使得在模具行业应用虚拟设计、敏捷制造技术既有必要，也有可能。美国在其 21 世纪制造企业战略中指出，到 2006 年要实现汽车工业敏捷生产 /虚拟工程方案，使汽车开发周期从 40 个月缩短到 4 个月。现代制造业中，无论哪一行业的工程装备，都越来越多地采用由模具工业提供的产品。为了适应用户对模具制造的高精度、短交货期、低成本的迫切要求，模具工业正广泛应用现代先进制造技术来加速模具工业的技术进步，满足各行各业对模具这一基础工艺装备的迫切需求 。 1 PRO/E 介绍 Pro/ENGINEER是一套独立的机械设计软件，它就是我们常称的软件“引擎”，也称为 Pro/ENGINEER-Foundation，模块则是依附在其上执行的软件包。软件主要提供了构建实体和钣金组件、创建组件、设计焊接件、生成具有完备文档的产品图形，以及逼真渲染效果图等工作所需的高级集成功能。此外，还提供扩充的行业标准和直接数据交换转换器，以通过一些数据标准来共享和再用工程数据。用户根据自己的需要来扩展其功能。nts 第 4 页 (共 37 页 ) 基于 Pro/E 的冲裁模设计 作为新一带的产品造型系统 Pro/ENGINEER 概括来说有参数化（ Parametric）、基于特征（ Feature-Based）、实体模型（ Solid Modeling） 、全相关性（ All-Relative）等 特点。 1.1 参数化（ Parametric） Pro/ENGINEER使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。这些特征是一些普通的机械对象，并且可以按预先设置很容易的进行修改。例如：设计特征有弧、圆角、倒角等等，它们对工程人员来说是很熟悉的，因而易于使用。 装配、加工、制造以及其它学科都使用这些领域独特的特征。通过给这些特征设置参数（不但包括几何尺寸，还包括非几何属性） ，然后修改参数很容易的进行多次设计叠代，实现产品开发。 数据管理：加速投放市场，需要在较短的时间内开发更多的产品。为了实现这种效率，必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发。数据管理模块的开发研制，正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作，由于使用了 Pro/ENGINEER独特的全相关性功能，因而使之成为可能。 1.2 基于特征（ Feature-Based） 在 Pro/ENGINEER中的特征指的是形状特征。所谓基于特征，是指作为实体模型构建的基础，无论多么复杂的实体模型，都可以分解成由若干个特 征根据一定的关系组成物体。特征可以由参数来完全控制，指定了参数，等于控制了特征的形状，从而达到了设计实体模型的目的。在 Pro/ENGINEER中，我们通过高级特征如：拉伸体、扫描、孔、槽、倒角等，来取代构建实体的一些低级特征可从零件和组建来设计。 1.3 实体模型（ Solid Modeling） 实体模型用来表示在计算机上创建的是实物模型，以及它所包含的所有特征。实体模型与线框模型不同，实体模型有体积，所以可以用一个确切的数字表示密度，因而可以具有质量和惯性。与线框模型不同，如果在一个实体模型上挖孔，就会 自动生产一个新的表面，同时可以自动识别内部和外部。实体模型是最有用的是具有真实性的模型。 1.4 全相关性（ All-Relative） nts 第 5 页 (共 37 页 ) 基于 Pro/E 的冲裁模设计 Pro/ENGINEER 的所有模块都是全相关的。这就意味着在产品开发过程中某一处进行的修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体、设计图纸，以及制造数据。全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改，却没有任何损失，并使并行工程成为可能，所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其作用。 Pro/E 软件从 1988 年发布 第一版 John Deere 以来， 不断升级更 新，现在的最新版本为 Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 版。 本设计中使用的 Pro/E 系统版本是 Pro/ENGINEER Wildfire 2.0 版本 。 2 冲裁件工艺分析 零件名称：托板（如图 1） 生产批量：大批量 材 料： 08F 板 厚： t=2mm 要求设计此工件的冲裁模 图 1 (单位 :mm) (1)材料 08F 为优质碳素结构钢，其性能参数如下 ： 表 1 钢材化学成分、力学性能 牌号 C(%) Si(%) Mn(%) b(MPa) s(MPa) 5(%) (%) 08F 0.050.11 0.03 0.250.50 295 175 35 60 分析上面数据，可知材料 抗拉 强度不高，韧性较好， 具有良好的冲压性能。 nts 第 6 页 (共 37 页 ) 基于 Pro/E 的冲裁模设计 (2)形状 由图 1 可知零件形状简单，零件图上所有尺寸均未标注公差，属自由尺寸，为了提高模具的寿命，可按 IT14 级确定工件尺寸的公差。经查公差表，各尺寸公差为： 58074.0、 38062.0、 30052.0、 16044.0、 14 0.22、 17 0.22、 3.005.3 。 结论：可以冲裁 。 3 确定工艺方案及模具结构形式 冲裁件尺寸精度要求不高，形状不大，但生产量较大，根据材料较厚的特点 ,为保证孔位精度和较高的生产率，实行工序集中的工艺方案。根据此要求可拟出以下方案： 方案一：选用复合模 ，先冲孔后落料 。其优点是生产效率高 且零件精 度好 ，生产工序集中，占用设备和人员少 。但对设备要求高，模具结构设计复杂 ,寿命短，一般用作精冲模设计 。 方案二：选用复合模，先落料后冲孔。其优点是落料后能进一步保证后一步工序冲孔与落料件的配合尺寸精度。但要采用倒装模才利于废料及零件的清理，操作较烦琐，结构复杂。 方案 三 ：冲孔落料分步进行， 先冲孔后落料， 选用级进模。其优点是 模具结构简单，各个操作简单，投产快。 但零件尺寸精度不及复合模高，工序分散。 综合分析，冲裁件尺寸精度要求不高， 所 以可采用导正钉定位、刚性卸料装置、自然漏料方式的级进模结构形式，先冲孔后落料。 级进模冲裁工位的设计要点 ： (1) 在级进冲压中，冲裁工序常安排在前工序和最后工序，前工序主要完成切边（切出制件外形）和冲孔。最后工序安排切断或落料，将载体与工件分离。 (2) 对复杂形状的凸模和凹模，为了使凸模、凹模形状简化，便于凸模，凹模的制造和保证凸模、凹模的强度，可将复杂的制件分解成为一些简单的几何形状多增加一些冲裁工位。 对于孔边距很小的工件，为防止落料时引起离工件边缘很近的孔产生变形，可将孔旁的外缘以冲孔方式先于内孔冲出，即冲外缘工位在前，冲内孔工位在后。 对有严格相对位置要求的局部内，外形，应考虑尽可能在同 一工位上冲出，以保证工件的位置精度。 nts 第 7 页 (共 37 页 ) 基于 Pro/E 的冲裁模设计 综上分析，选择方案三，能较好地满足 加工和设备要求。 4 模具设计计算 4.1 排样 计算条料宽度及确定步距。首先查表确定搭边值。 材料利用率 ： %100 bhnA 式中 A 冲裁件面积 (mm2) n 一个步距内冲裁件的个数 b 条料宽度 (mm) h 步距 (mm) 方案一： 根据零件形状，工件间按矩形取搭边值 b=1.8mm,侧边按圆形取搭边值 a=1.5mm.。 级进模进料步距为 32mm。 条料 宽度 按相应 的公式计算： B=(D+2a)0 查相关表 =0.5，所以 B=(58+2 1.5) 05.0=6105.0mm 画出排样图，如图 2 所示。 图 2 材料利用率 1 70.4% 方案二： 工件间按圆形取搭边值 b=1.5mm，侧边按矩形去搭边值 a=2mm。 级进模进料步距为 59.5mm。 条料 宽度 按相应的 公式计算： B=(D+2a)0 查相关表 =0.5，所以 B=(30+2 2) 05.0=3405.0mm 画出排样图，如图 3 所示。 nts 第 8 页 (共 37 页 ) 基于 Pro/E 的冲裁模设计 图 3 材料利用率 2 67.5% 比较以上两种方案可知，方案一 材料步距小，工作效率高且材料利用率高，所以选用排样方案一。 4.2 计算 总冲压力 由于冲模采用刚性卸料装置 和自然漏料方式，故总的冲压力 (如图 4)为： P0= P+P 推 P=P 落 +P 冲 P=KLt P 推 =nK1P 式中 P 总的冲裁力 P 推 推件力 P 落 落料时的冲裁力 P 冲 冲孔时的冲裁力 K 冲压系数，一般取 1.3 图 4 K1 推料力系数，可查表 L 冲裁件裁剪边长 t 材料厚度 材料剪切强度 n 梗塞在凹模内的制件或废料数量 (n h/t) 计算冲裁力，查表 =300Mpa nts 第 9 页 (共 37 页 ) 基于 Pro/E 的冲裁模设计 P 落 = KLt= 100030021616302165823.1 126kN P 冲 = 100030025.343.1 34kN 计算推料力，取 n=3，查表 K1=0.055 P 推 = 34126055.03 26kN 计算总冲压力 P0=P 落 +P 冲 +P 推 =126+34+26=186kN 4.3 确定压力中心 如图 5，根据图形分析，因为工件图形对称，故落料时 P 落 的压力中心在 O1 上；冲孔时 P 冲 的压力中心在 O2 上。 设冲模压力中心离 O1 点的距离为 X，根据力矩平衡原理得： P 落 X= (31.8-X)P 冲 由此计算得 X=6.76mm 图 5 4.4 确定 冲裁模间隙 设计模具时一定要选择合理的间隙，使冲裁件的断面质量较好，所需冲裁力较小，模具寿命较高。确定凸、凹模合理间隙有理论确定法和查表确定法。由于计算方法在生产中使用不便，故目前常用的是查表确定法。 见表 1. 表 1 落料、冲模刃口始用间隙 材料名称 45、 T8、 T10 10、 15、 20 Q215、 08、 15 H26、 H68 厚度 初始间隙 Z/mm nts 第 10 页 (共 37 页 ) 基于 Pro/E 的冲裁模设计 t/mm minZ maxZminZ maxZminZ maxZminZ maxZ1.5 0.27 0.31 0.21 0.25 0.15 0.19 0.10 0.14 1.8 0.34 0.38 0.27 0.31 0.20 0.24 0.13 0.17 2.0 0.38 0.42 0.30 0.34 0.22 0.26 0.14 0.18 2.5 0.49 0.55 0.39 0.45 0.29 0.35 0.18 0.24 3.0 0.62 0.68 0.49 0.55 0.36 0.42 0.23 0.29 从表中可查得 Zmin=0.38， Zmax=0.42. 4.5 冲模刃口尺寸及公差计算 落料尺寸由凹模刃口尺寸决定，冲孔尺寸由凸模刃口尺寸决定；设计冲孔时，应以凸模 为标准件；设计落料时，以凹模为基准件。按加工方式的不同其计算方法不一样，主要有分开加工和配合加工两种方法，但配合加工 一般在制造精度较高时采用，这里用分开加工的方法，计算公式如下： 冲孔 dp=(d+x )0pdd=(dp+Zmin) d0=(d+x +Zmin) d0落料 Dd=(D- x ) d0Dp=(Dd-Zmin)0p=(D-x -Zmin)0p式中 dp、 dd 冲孔凸、凹模刃口尺寸（ mm） ; d 冲孔工件孔径的基本尺寸（ mm） ; Dd、 Dp 落料凹、凸模刃口尺寸（ mm） D 落料工件外径的基本尺寸（ mm） ; 零件公差（ mm） ; x 磨损 系数 Zmin 最小合理间隙（双面）（ mm） ; p、 d 凸、凹模制造公差（ mm） 尺寸精度按 IT14 级查设计手册，磨损系数 x=0.5，这里 25.0dp nts 第 11 页 (共 37 页 ) 基于 Pro/E 的冲裁模设计 4.5.1 落料刃口尺寸 0 .1 352.025.01 d Dd1= 13.0013.00 7.2952.05.030 0 .1 144.025.02 d Dd2= 11.0011.00 8.1544.05.016 0 .0 622.025.03 d Dd3= 06.0006.00 9.722.05.08 0 .1 974.025.04 d Dd4= 19.0019.00 6.5774.05.058 0 .1 662.025.05 d Dd5= 16.0016.00 7.3762.05.038 凸模按刃口实际尺寸配置，保证双边间隙 0.250.36mm。 4.5.2 冲孔刃口尺寸 0 .0 83.025.0 p dp= 008.00 08.0 65.33.05.05.3 凹模按刃口实际尺寸配置，保证双边间隙 0.250.36mm。计算结 果如 表 2： 表 2 模具刃口尺寸 尺寸精度均为 IT14 级，查设计手册 x=0.5， Zmin=0.25， Zmax=0.36 冲裁性质 工作尺寸 凹模尺寸注法 凸模尺寸注法 落料 0 74.058 18.006.57 凸模具尺寸按凹模刃口尺寸配置，保证双边间隙 0.380.42mm 0 62.038 16.007.37 0 52.030 13.007.29 nts 第 12 页 (共 37 页 ) 基于 Pro/E 的冲裁模设计 0 44.016 11.008.15 R8 06.009.7 R 冲孔 3.005.3 凹模具尺寸按凸模刃口尺寸配置，保证双边间隙 0.380.42mm 0 08.065.3 中心距尺寸：在计算模具中心距尺寸时，制造偏差值取工件公差的 1/8 L14= 078.0148/62.014 L17= 065.0178/52.017 4.6 确定 主要零件的结构尺寸 4.6.1 确定凹模外形尺寸 凹模高度 H 的确定： 3 1.0 PH P 取总压力 P0=186000N 3 1 8 6 0 0 01.0H 26mm 查表取 H=25mm 凹模壁厚 c 的确定： mmHc 5.37)25.1( ，查表 c=34mm 凸模长度 L 的确定： L=b+2c b=58mm, mmL 12634258 凹模宽度 B 的确定： B=步距 +工 件宽 +2c 步距 =31.8mm，工件宽 =30mm mmB 8.129342308.31 根据模具设计手册 GB/T 8057 95，确定凹模外形尺寸为 25125140 。 nts 第 13 页 (共 37 页 ) 基于 Pro/E 的冲裁模设计 图 6 4.6.2 确定 凸模长度 采用刚性卸料时，凸模长度按下式计算： L1=h1+h2+h3+h 式中 h1 凸模固定板厚度 (mm) h2 卸料板厚度 (mm) h3 导料板厚度 (mm) h 附加长度，一般为 1520mm，此处可取 h=18mm 根据设计要求 h1=18mm,h2=12mm,h3=6mm，所以 L1=6+12+18+18=54mm 选用冲床的公称压力应大于计算出的总压力 P0=186kN；最大闭合高度应大于冲模闭合高度 5mm；工作台台面尺寸应能满足模具的正确安装。按上述要求，可选用 L23 25开式双柱可倾压力机，并需在工作台上配备垫块，垫块实际尺寸可配置。 5 凸模强度校核 凸模一般不需要作强度核算，只有当凸模特别细长时或凸模断面尺寸小而板料厚度大时，才进行凸模抗弯能力和承压能力的校核。本模具设计中的 冲孔凸模为此类型，需要进行强度校核。 5.1 承压应力校验 冲裁时，凸模承受的压应力p必须小于凸模材料强度允许的压应力 p： pp AF ,对圆形凸模，由上式可得 4min ptd nts 第 14 页 (共 37 页 ) 基于 Pro/E 的冲裁模设计 式中 dmin 凸模最小直径 (mm) 毛坯材料的抗剪强度 (MPa) t 毛坯厚度 (mm) p 凸模材料的许 用压应力 (MPa) 凸模的许用应力取决于凸模材料的热处理和凸模的导向性。 T10A 凸模淬火硬度至5862HRC， p=10001600Mpa，所以 mmmmd 5.34.21000 23004m i n 承压应力要求能满足。 5.2 失稳弯曲应力校核 失稳弯曲应力采用杆件受轴向压力的欧拉公式进行校核。 对于凸模自身无导向装置的情况，若引入弯曲安全系数 n，则不发生失稳弯曲的最大冲裁力为 224nLEJF 由上式可得不发生失稳弯曲的凸模最大长度 为 mmFdL 1241000345.39595 22m a x 对于自身有导向的凸模，相当于一端固定，另一端铰支的压杆，不发生失稳的最大冲裁力为 222nLEIF 由上式可得不发生失稳弯曲的凸模最大长度为 mmFdL 3541000345.3270270 22m a x 综上可知需要给凸模安装导向装置，凸模一般使用护套，其长度 mml 193554 ，可取 mml 30 。 6.确定凸凹模结构形式 nts 第 15 页 (共 37 页 ) 基于 Pro/E 的冲裁模设计 6.1 凸模 本设计中的零件为大批量生产，相对于一般凸模 来说更换频率较高且又是小孔冲裁，需要选择一种易于装卸的形式，有安全护套保证稳定性。综合上面强度校核的结果分析，选用图 7 凸模结构形式。 图 7 6.2 凹模 图 8 图 8 中刃口特点是不易积存废料或制件，对洞口磨损压力很小，且刃磨后尺寸稍有增大，这种微小的磨损量不会影响模具寿命。一般适合形状较简单、冲裁制件精度要求不高、制件或废料向下落的情况，所以本设计中使用这种凹模刃口非常合适。选用图 6中的固定形式便于拆卸与快速更换。 7 模具材料的选择 nts 第 16 页 (共 37 页 ) 基于 Pro/E 的冲裁模设计 冷作模具钢是制造冷冲压模具的材料，要求高硬度、高强度、高耐磨性、适当的韧性，高淬透性和热处理不变形及淬火时不宜开裂等性能。对于尺寸不大、形状简单的模具可选用碳素工具钢。冲裁件的强度和硬度较小且冲裁精度要求较低，故凸凹模的材料选择要求也较低，选用碳素工具钢 T10A 作为模具用钢 。 8 绘制非标准零件图 按已确定的模具形式及参数，从冷冲模标准中选取标准模架，相关零件均可选用标准件。本设计中非标准零件为凸模、凹模、凸模固定板和固定卸料板，零件图见图纸。 9 Pro/E 建模设计 9.1 非标准零件 设计 9.1.1 冲孔凸模 （ 1） 在工具栏中单击 新建 按钮，打开“新建”对话框，在 类型 选项组中选择“零件”单选按钮，在“子类型”选项组中选择“ 实体” 单选按钮，在名称框中输入“ TUMOLD_CH”作为零件的名称，取消选中“使用缺省模板”复选框。在单击 确定 按钮后，在打开的“新文件选项”对话框的模板中选用“ mmns-part-solid”模板。 （ 2） 在文件 中开始创建旋转特征。在草绘窗口中以 top作为草绘基准平面，画出如图图 9-1所示的曲线，完成冲孔凸模的创建，如图 9-2。 nts 第 17 页 (共 37 页 ) 基于 Pro/E 的冲裁模设计 图 9-1 图 9-2 9.1.2 落料凸模 （ 1） 同上，在名称框中输入“ TUMOLD_L”作为零件的名称。 （ 2） 在 文件 中开始创建拉伸特征。在草绘窗口中以 top作为草绘基准平面，画出如图图 9-3所示的曲线，完成冲孔凸模的创建，如图 9-4。 图 9-3 图 9-4 （ 3） 落料凸模在回程卸料过程中 会受到较大的卸料力，所以在上面需要有固定的装置，即如图 9-4所示加了一个小孔，用销钉 穿 入，在装配过程中与凸模固定板连接。 小孔的操作步骤为 ： 点击工具栏上的孔工具按钮 ， 在拉伸好的 TUMOLD_L零件 上选nts 第 18 页 (共 37 页 ) 基于 Pro/E 的冲裁模设计 取一个 侧面 为参照， 添加一个孔特征。 9.1.3 凹模 （ 1） 新建零件文件，同上。在名称框中输入“ AO_MOLD”作为零件的名称。 （ 2） 在文件中创建拉伸特征，建立凹模外形实体，如图 9-5所示。 图 9-5 （ 3） 在外形实体上选择一个平面创建拉伸去料特征，完成凹模刃口的创建。本模具设计为自动落料，冲孔废料和落料件均自动从凹 模中落下。凹模刃口截面如图8，所以在凹模刃口上接着创建一个拔模特征。如图 9-6。 图 9-6 拔模： nts 第 19 页 (共 37 页 ) 基于 Pro/E 的冲裁模设计 (i) 创建基准面 单 击窗口右端工具栏上的 基准平面按钮 ， 选取凹模 上表面 ， 在图中拖动平面偏距滑动柄使创建的基准平面在凹模内，并在偏距栏中输入偏距 6，点确定完成基准面 DTM1 的创建。 (ii) 参照 单击右端工具栏上的拔模命令按钮 ，在弹出的工具栏中点选参照，单击拔模曲面中的选取项目，依次选取凹模刃口内侧面，接着单击拔模枢轴和拖动方向，分别选取创建的基准平面 DTM1.完成参照设置。 (iii) 分割 单击分割项，在分割选项中选择根 据拔模枢轴分割， 在侧选项中选择独立拔模侧面。在角度输入栏中分别输入 3和 1，单击确定完成拔模特征的创建。 图中外围四个大孔为螺栓固定孔，紧接着的四个小孔为凹模定位销 孔。 9.1.4 模具板件 (1) 凸模固定板 根据设计，确定要安装在凸模固定板上零件个数和相对位置，利用拉伸特征完成凸模固定板的创建，如图 9-7 所示。 图 9-7 (2) 导料板 用拉伸特征完成导料板的创建，如图 9-8. nts 第 20 页 (共 37 页 ) 基于 Pro/E 的冲裁模设计 图 9-8 (3) 卸料板 用拉伸特征完成卸料板的创建，如图 9-9. 图 9-9 9.2标准零件 9.2.1 模架 根据凹模尺寸可以查模具设 计手册选用相应的标准模架。本设计查表选用的模架形式及尺寸如下： 表 3 模架基本尺寸 凹模周界 上模座 下模座 闭合高度 导柱 导套 mmD 1600 40160 45160 160mm 15028 3810028 15032 3810032 nts 第 21 页 (共 37 页 ) 基于 Pro/E 的冲裁模设计 上下模座具体尺 寸见图纸。 根据以上数据画出模架实体模型零件 ，如图 9-10 所示。 图 9-10 9.2.2 模柄 选用压入式模柄，具体尺寸 表 4 模柄尺寸 单位 (mm) d D 1D 1d 基本尺寸 极限偏差 基本尺寸 极限偏差 60 -0.100 -0.290 62 +0.030 +0.011 71 8 H h 1h b a 2d 110 40 8 4 1 17 nts 第 22 页 (共 37 页 ) 基于 Pro/E 的冲裁模设计 图 9-11 9.2.3 螺栓和销钉 螺栓和销钉是模具零件在组装和安装过程中的定位和连接件，一般尽量选用标准件。因为这些零件容易损坏和磨损，需要经常更换，随时都可以外出购买。其次是简化设计过程，只进行主体零件的设计和测试。本设计中用到的螺栓和销钉见图纸。 10 模具装 配 在 Pro/ENGINEER 的 “ 组件 ” 模式下，不但可以根据零件的组合方式来设计零件，而且可以将元件零件和子组件放置在一起以形成组件。然后 对该组件进行修改、分析或重新定向。 在装配模块中，各零件之间是全约束的， 模具装配 过程涉及到的零件数量较多，因此在装配前要先拟定一个方便的装配路线。这样易于理清装配参照，缩短装配时间且在出现问题时也易于发现和解决。 本设计中，模具装配的装配路线为从外向内，自下而上。装配过程如下： 10.1 下模 (1) 启动 Pro/E,设置零件放置目录为当前工作目录。 在工具栏中单击 新建 按钮，打开“新建”对话框，在 类型 选项组中选择“组件”单选按钮，在“子类型”选项组中选择“设计” 单选按钮，在名称框中输入“ MOLD”作为零 件的名称，取消选中“使用缺省模板”复选框。在单击 确定 按钮后，在打开的“新文件选项”nts 第 23 页 (共 37 页 ) 基于 Pro/E 的冲裁模设计 对话框的模板中选用“ mmns-asm-design”模板。 (2) 在右侧工具栏中点选 按钮添加元件。 在弹出的对话框中选中下模板base-plate.prt，然后打开。在接下来弹出的元件放置对话框中点选 按钮以缺省方式放置第一个组件。 (3) 点击 添加下模座周围的固定螺栓，在弹出的窗口中选择 baseding.prt 然后打开。 在接下来弹出的对话框状态下先后选取 baseding.prt 螺帽下表面和下模座螺栓孔平面， 输入偏距 0， 将约束类型改为 匹配 ，如图 10-1 所示。 图 10-1 接下来选取螺栓曲面和匹配平面孔曲面，点确定完成第一个螺栓的放置，如图 10-2. nts 第 24 页 (共 37 页 ) 基于 Pro/E 的冲裁模设计 图 10-2 用同样的方式完成其它三个螺栓的放置，结果如图 10-3. 图 10-3 (4) 点击 添加导柱。从上面选取的模架数据可知两导柱粗细不同，在装配时要分清下模座的导柱孔，使其匹配。 先选中 DAOZHU_XI.PRT 打开，弹出元件放置窗口时，在绘图区选取导柱底面和下模座底面，输入偏距 0 确定，将匹配类型改为对齐；接着添加约束，选取导柱柱面和下模座细导柱孔 面，完成细导柱的放置。然后以同样的方式完成粗导柱的放置，结果如图 10-4. nts 第 25 页 (共 37 页 ) 基于 Pro/E 的冲裁模设计 图 10-4 (5) 点击 添加凹模 ，在弹出的对话框中选中下模座上表面和凹模底面 ，单击 按钮，确定基准面处于显示状态。接着添加约束，点选 AO_MOLD.PRT 的 Top 面和装配基准的 Right 面，接着点选 AO_MOLD.PRT 的 Right 面和装配基准的 Front面，点确定完成凹模的放置，如图 10-5。 图 10-5 (6) 点击 添加导料板 和卸料板，方法同上，选取三对约束平面，完成它们的放置，如图 10-6。 nts 第 26 页 (共 37 页 ) 基于 Pro/E 的冲裁模设计 图 10-6 (7) 装配定位销和连接螺 栓，把凹模固定在下模座上，并且把下模座、凹模、导料板和卸料板连接起来，完成模具下半部分的装配。 10.2 上模 (1) 点击 添加上模座，在弹出的元件放置对话框中 点选上模座上表面和下模座下表面，输入 偏距值为模具闭合高度 200 并选择约束类型为匹配 ， 接着选取上模座Right 面、下模座 Right 面和上模座 Front 面、下模座 Front 面分别对齐，完成上模座的放置 ，如图 10-7 所示 。 图 10-7 (2) 装配模柄和导套。点击 添加模柄，在弹出的元件放置对话框点选模柄下底面和上模座下底面 ，选择约束类型为对齐 ，单击 按钮显示基准 轴，点选模柄轴和 上模座模柄孔的轴完成放置。用同样的方式完成两导套的放置。由于导柱有粗细之分，在放置导套时要对应，装配结果如图 10-8。 nts 第 27 页 (共 37 页 ) 基于 Pro/E 的冲裁模设计 图 10-8 (3) 点击 添加垫板。放置时注意与凹模方向相对应，为接下来放置凸模固定板做准备。选择一个底面与上模座底面对齐，然后选取两组参考面对齐，完成垫板放置。接着放置凸模固定板，与垫板对齐且根据 凸凹模配合方向选择，如图 10-9 所示是隐藏了 下 模座的装配图。 图 10-9 (4) 装配落料凸模和冲孔凸模，在添加冲孔凸模之前还要先装配护套。选取上模座 和垫板 ，单击右键在快捷菜单中选中隐藏 ，再点击 添加护套，在弹出的 元件放置对话框中选取护套上表面和凸模固定板的上表面，接下来点选护套上部粗外壁和护套孔壁完成第一个护套的放置，其它三个护套按此方法重复放置即可。然后放置落料凸模和在护套中冲孔凸模，方法也与护套放置过程一样。 到此为止，整个模具模型基本建立，接下来放置定位销和固定螺栓即可完成模具的装配，如图 10-10。 nts 第 28 页 (共 37 页 ) 基于 Pro/E 的冲裁模设计 图 10-10 10.3 运动仿真 上下模用装配选用连结选项，类型选择选择滑动杆，使导套和导柱以滑动杆方式连结。在下拉菜单应用程序中把模型转到机构模块中。在滑动轴添加伺服电动机并 设置相关参数完成机构设计。 仿真动画见捕捉视频文件。 11 绘制工程图 在生产过程中，需要二维图形来表达零件或者装配件，也就是常说的工程试图。 Pro/E系统提供了多种视图表达形式，用户在完成三维建模后，使用工程图模块可以快捷地创建工程图。在创建工程图时，用户可以根据零件的复杂程度，使用不同数量和类型的视图来表达零件。各种视图形式简要介绍如下： 一般视图：根据选定的投影参照和投影方向创建的一个独立正交视图，一般视图用来表达零件的主要结构。 投影视图： 在一般视图周围的适当位置选取一点，系统将在该位置自动创建与一 般视图符合投影关系的投影视图。 nts 第 29 页 (共 37 页 ) 基于 Pro/E 的冲裁模设计 辅助视图：对于一些倾斜结构，常用辅助视图来表达结构，辅助视图也属于一种投影视图。创建辅助视图时，首先在父视图上选取一个垂直于屏幕的曲面或平行于屏幕的轴线，然后以垂直于选定曲面或平行选定轴线方向进行投影。 剖视图：剖视图常用来表达零件的内部结构。 11.1 工程图配置选项 在工程图窗口中任一位置单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选取“属性” 菜单 选项 ，弹出 文件属性菜单管理器，然后点选绘图选项，弹出下面的 对话框，如图
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