简易实用钢架开关安装面板模具设计【全套含有CAD图纸三维建模】
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摘 要运用所学的冷冲模知识，利用UG、AutoCAD等软件针对一款自行设计的简易实用钢架开关安装面板设计所需成型模具。该模具的主要工作为冲裁板料，利用对钢板的冲裁，成型所需钢架开关安装面板。本次设计过程中主要涉及产品工艺分析、材料分析选择、冲压工艺方案制定、模具结构确定、各类尺寸计算、冲压力计算及设备选择。关键词：设计；冲裁；材料；方案；结构；尺寸 目 录前 言11制件分析21.1 制件的介绍21.1.1 制件的构想21.1.2制件的设计图21.2 制件工艺性分析31.2.1 结构及尺寸精度31.2.2 用料分析与选择32 加工工艺设计42.1 模具大类的确定及其特点42.2 加工方案42.2.1 方案列举及其优缺点42.2.2 方案确定42.3 排样设计52.3.1 排样相关尺寸计算52.3.2 材料利用率计算62.4 冲裁力计算63 刃口尺寸计算73.1 落料尺寸73.2 冲孔尺寸74 模具结构设计94.1 模具总体结构确定94.2 模具主要零件尺寸设计计算94.2.1 凹模板94.2.2 卸料板及导料板104.2.3 凸模105标准件选择与压力机的确定135.1 标准件的选择135.2 压力机的确定136 总装图14总 结15致 谢16参考文献17前 言模具号称是工业之母，主要是因为其可十分高效的批量生产出近乎一样的产品。模具的这一特点使其做的产品的零件由于几乎一样互换性好，为现在许多的产品更换零部件提供了很大的方便。所以模具在工业上的地位十分重要，模具的发展造就了近代制造业。当下我们生活中的绝大多数的产品都是由模具直接制造或者间接制造的，大到汽车外壳，小到手表主轴。可见模具的作用之大，广阔的应用范围。此次我设计的课题是简易实用钢架开关安装面板模具。我发现生活中我们日常用的墙壁开关都是由模具批量生产的，种类十分丰富。现如今在市场上形形色色的墙壁开关除了面板外观有所改变之外其主体结构大致相同，都是由开关面板，开关主体和开关安装面板构成。在我们买开关的时候除了关注要有优质的开关主体和漂亮的开关面板之外，我们很多人都会忽略掉不起眼的开关安装面板。开关面板用于承载开关将其安装固定到墙壁上的壁座盒，其质量的好坏影响到开关的安装和日常的使用。市场上的开关安装面板可分为钢架和塑架两种，钢架的卖点都是结实耐用，塑料的卖点大多为绝缘安全、轻便、便宜。但是两者的结构均较复杂，许多安装孔位和槽口在实际安装过程中根本用不到，或者只能运用到高档产品中，不适合广大普通住户使用。综合上述两种开关面板的优缺点，我自己设计构想了一个简易实用钢架开关安装面板来迎合广大普通住户的使用需求，此次我将设计该安装面板的生产模具。设计是一件十分严谨的事情，我们要有条理性的进行设计。首先要对我们的制件即简易实用钢架开关安装面板进行分析，分析其尺寸材料以确定使用什么类型的模具；然后确定制件的加工工艺，再确定模具的具体结构，计算主要零部件的具体尺寸；最后是选择该模具所需要用到的标准件的和我们使用该模具生产产品所需要的压力机。在这个过程中结合我所学的课程，我将使用Siemens NX 8.0和AutoCAD软件进行辅助设计，通过这两个专业软件可以很好地将我的构想表达出来。同时我将运用这些软件进行模具图纸的绘制，制作所需模具工程图纸。一份好的设计不仅仅是将我们脑海中的构想完美的具象化，还应当使其符合当下标准、规范，甚至要考虑到方便模具的制造、安装和使用人员的实际操作。为此我们需要在设计过程中用到许多的标准规定甚至咨询相关专业人士的建议，光光考课本的知识是无法满足我们此次设计的需求。所以在这一个过程中我们需要一位至关重要的导师指导我们进行设计，纠正和补充我们在专业知识上的错误和漏洞，并与我们分享其实践经验。1制件分析1.1 制件的介绍1.1.1 制件的构想如图1-2该制件为一个自主设计的简易实用钢架开关安装面板。该制件区别于市场上现有的高端产品或塑料制件产品，结构更简单，且结实耐用，成本低廉。面板采用标准安装孔位适用于绝大多数的壁座安装使用。 图1-1 市场现有产品举例 图1-2 本制件构想图1.1.2制件的设计图通过实际测量计算设计出本制件的具体尺寸，得图1-3所示制件的设计图。图1-3 制件设计图1.2 制件工艺性分析1.2.1 结构及尺寸精度本制件为2mm厚度的金属制件，拟用冲裁方式加工。制件结构简单、对称，内外转角处无尖角均采用圆弧过度，圆角部分对比冷冲模具设计与项目实践中表2-12冲裁件最小圆角半径得本制件圆角半径均远大于最小圆角半径适合冲裁。本制件无悬臂与窄槽。制件冲孔尺寸对比冷冲模具设计与项目实践中表2-13和表2-14也均符合要求。冲裁件要求孔间距与孔边距不能过小，过小会影响冲裁件的质量，本制件该方面完全符合要求适合冲裁。本制件结合使用对象与安装要求尺寸精度采用IT14级。制件可达到的尺寸公差值参照冷冲模具设计与项目实践中表2-15和表2-16，最终取制件外形与内孔的尺寸公差为分别为( 0 -0.4) ，(+0.2 0)，制件的孔中心距公差为0.25。本制件为2mm厚度的一般精度的冲裁件其断面粗糙度3.212.5m，毛刺无特定方向要求，毛刺允许高度参照冷冲模具设计与项目实践中表2-17。1.2.2 用料分析与选择本制件用料要求防锈，适合冲裁，具有较好的塑性、一定的硬度和刚度且经济实用，综上所述本人选用45号钢作为该制件的材料。理由如下：45号钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能相对较好且价格便宜；其化学成分中含碳量是0.420.50%，Si含量为0.170.37%，Mn含量0.500.80%，Cr含量0.25%；其力学性能中抗拉强度为600MPa，屈服强度为355MPa，抗剪强度为540MPa，伸长率为16%，断面收缩率为40%，冲击功为39J。综上所述该材料除了不能防锈之外基本满足本制件用料要求，且对于制件要求的防锈可在制件冲裁成型后对其进行简单的喷涂防锈漆来解决不能防锈这个问题。2 加工工艺设计2.1 模具大类的确定及其特点上文写到拟用冲裁方式加工原因是本制件为钣金类金属制件故选用冲压模具进行加工，因为其结构简单无需进行塑性变形可通过分离工序即冲裁直接进行加工成型，故选用冲裁模。冲裁模属于冲压模具具有以下特点：（1）材料利用率较高。而且废料可以再利用，提高利用率减少材料成本。（2）生产效率较高。冲压设备行程次数高，可以一次完成多个冲件，而且操作简单，节省时间。（3）产品互换性好。冲压件由模具保证，完成的工件尺寸相同，模具寿命一般较长，因此互换性好。（4）加工范围广。可以加工金属、非金属、简单的、复杂的等多种工件。2.2 加工方案2.2.1 方案列举及其优缺点方案一：先冲孔再落料，采用单工序模加工方案二：先冲孔再落料，采用复合模加工方案三：先冲孔再落料，采用级进模加工方案一单工序模，其胚料形式不限，操作简单，制造难度低成本较低。但冲裁件尺寸精度低或一般，操作安全性低，且无法使用高速压力机生产效率也相对较低，只适合中小批量生产。方案二复合模，其胚料形式不限，冲裁件尺寸精度较高，生产批量大，当冲裁件较复杂时其成本比级进模低。但因清理废料和取件较麻烦，冲压速度不宜太高，导致生产效率稍低且操作的安全性低方案三级进模，其胚料形式局限于条料或带料，冲裁件尺寸精度较高。工序之间可以实现自动送料，冲裁件和废料可直接从下模漏出，且可以使用高速压力机，生产效率高，生产批量大，当冲裁件结构简单时其成本比复合模低，操作安全性高。2.2.2 方案确定结合前文制件工艺性所述该制件结构简单，生产批量大，成本较低，故淘汰小批量生产的方案一，成本相对高的方案二，仅剩下方案三符合要求。且方案三在三个方案中效率最高，安全性最高，且可实现自动化生产，故综合考虑选择方案三级进模加工作为加工方案。2.3 排样设计由于本制件结构简单尺寸较大且采用级进模加工，综合考虑本人选择直单排有废料排样对料带进行冲裁，为节约模具制造成本，在不影响模具结构稳定的前提下，选择如图2-1所示排样减少模具工序。图2-1 排样草图2.3.1 排样相关尺寸计算搭边值选取参照冷冲模具设计与项目实践中表2-19最小搭边值，得理论搭边最小取值：a1=1.98mm，a=2.25mm。实际搭边取值a1=3mm，a=2.5mm。步距s(mm)：s= L+ a1=80+3=83条料理论最小宽度B= Dmax+2a=85mm实际条料宽度B 0 (mm)：B 0 =(Dmax+2a+Z) 0 =(80+22.5+1) 0 -0.8=86 0 -0.8Dmax条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；条料宽度的单向(负向)偏差,查冷冲模具设计与项目实践中表2-20取值0.8mm；Z导料板与最宽条料之间的间隙，参照冷冲模具设计与项目实践中表2-11，本制件精度一般故导料板采用无侧压装置方式导料，Z最小取值0.5mm，实际取值1mm。最终排样结果图如图2-2。图2-2 排样图2.3.2 材料利用率计算材料利用率狮子冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比。计算公式如下：= A/Bs100%材料利用率；A一个冲裁件的实际面积(mm2)，通过计算得本制件实际面积约为4564mm2； s步距(mm)； B条料的宽度(mm)。计算： = A/Bs100% =(4564/7138)100% 64%2.4 冲裁力计算凸模工作过程中击穿金属材料所需要的压力就是冲裁力,。计算公式如下：F=KLtbF冲裁力；L冲裁件周边长度(mm)，利用UG测量得到该排样图的冲裁部分总周长约为665.8mm；b 材料抗剪强度(mm) 45钢材的抗剪强度约为540MPa；K-考虑模具间隙的不均匀、刃口的磨损、材料力学性能与厚度的波动等因素 引入的修正系数，一般取K=1.3。计算： F=KLtb =1.3665.82540=9347832.2(N)935(KN)3 刃口尺寸计算冲裁件的尺寸精度主要取决于模具刃口的尺寸精度，模具刃口尺寸计算公式如下：落料：Dd=(Dmax-x)+d 0Dp=( Dd-Zmin) 0 -p= (Dmax-x-Zmin) 0 -p冲孔：dp=( dmin+x) 0 -pdd=( dp+Zmin)+d 0=( dminxZmin)+d 0Dd、Dp落料凹、凸模刃口尺寸(mm)；dd、dp冲孔凹、凸模刃口尺寸(mm)；Dmax落料的最大极限尺寸(mm)；dmin冲孔极小尺寸(mm)；冲件的制造公差(mm)，即上文制件外形与内孔的尺寸公差，内孔0.2，外形-0.4；Zmin最小合理间隙(mm) 通过查冷冲模具设计与项目实践中表2-2得Zmin=0.26mm，Zmax=0.38；p、d、凸、凹模刃口制造公差(mm)；d+pZmax-Zmin即d+p0.12，取d=0.06，p=0.06；x磨损系数，x值在0.51之间，它与冲件精度有关，通过查冷冲模具设计与项目实践中表2-6得磨损系数x为0.5。3.1 落料尺寸结合零件图和排样图统计得落料尺寸(mm)有：80、R280：Dd =(Dmax-x)+d 0=(80+0.50.4)+0.06 0=80.2+0.06 0mmDp =( Dd-Zmin) 0 -p=(80.2-0.26) 0 0.06=79.94 0 0.06mmR2：Dd =(Dmax-x)+d 0=(2+0.50.4)+0.06 0=2.2+0.06 0mmDp =( Dd-Zmin) 0 -p=(2.2-0.26) 0 0.06=1.94 0 0.06mm3.2 冲孔尺寸结合零件图和排样图统计得冲孔尺寸(mm)有：40、5、8、4、R2、R1、R540：dp =( dmin+x) 0 -p=( 40-0.50.4) 0 -0.06 =38.8 0 0.06mmdd =( dp+Zmin)+d 0=( 38.8+0.26)+0.06 0=40.06+0.06 0mm5：dp =( dmin+x) 0 -p=( 5-0.50.4) 0 -0.06=4.8 0 0.06mmdd =( dp+Zmin)+d 0=( 4.8+0.26)+0.06 0=5.06+0.06 0mm8：dp =( dmin+x) 0 -p=( 8-0.50.4) 0 -0.06=7.8 0 0.06mmdd =( dp+Zmin)+d 0=( 7.8+0.26)+0.06 0=8.0 6+0.06 0mm4：dp =( dmin+x) 0 -p=( 4-0.50.4) 0 -0.06=3.8. 0 0.06mmdd =( dp+Zmin)+d 0=( 3.8+0.26)+0.06 0=4.06+0.06 0mmR2：dp =( dmin+x) 0 -p=( 2-0.50.4) 0 -0.06=1.8 0 0.06mmdd =( dp+Zmin)+d 0=( 1.8+0.26)+0.06 0=2.06+0.06 0mmR1：dp =( dmin+x) 0 -p=( 1-0.50.4) 0 -0.06=0.8 0 0.06mmdd =( dp+Zmin)+d 0=( 0.8+0.26)+0.06 0=1.06+0.06 0mmR5：dp =( dmin+x) 0 -p=( 5-0.50.4) 0 -0.06=4.8 0 0.06mmdd =( dp+Zmin)+d 0=( 4.8+0.26)+0.06 0=5.06+0.06 0mm4 模具结构设计4.1 模具总体结构确定模具卸料方式：由于本制件较厚、卸料力较大、平直度要求不高、无需压料，故采用刚性卸料方式。模具落料方式：由于使用级进模故采用下漏料方式落料。模具导向方式：采用导柱导向方式。模具送料方式：采用无侧压装置的导料板进行导料。料带定位方式：采用固定挡料销进行定位，因为该制件尺寸精度一般，所以无需设置导正销导正定位。凸模及其固定方式：本制件由于结构简单凸模多为规则形状，故凸模采用台阶式安装固定在凸模固定板上。凹模及其固定方式：凹模刃口结构采用直壁形刃口，且刃口直壁下方扩大的部分也为直壁式，具体参照冷冲模具设计与项目实践中表2-25冲裁凹模的刃口形式。本制件冲孔相对较多且密度相对较大无法采用镶拼式结构故采用整体矩形板式结构的凹模。凹模利用螺钉和圆柱销的方式固定在凹模垫板上。4.2 模具主要零件尺寸设计计算4.2.1 凹模板凹模刃口参数：凹模刃口高度取值6mm，刃口直壁下方扩孔单边取值1mm，数据来源查自冷冲模具设计与项目实践中表2-25冲裁凹模的刃口形式。轮廓尺寸：凹模轮廓尺寸包括长度（L）、宽度（B）、厚度（H）。公式：L=2W+S1 B=2W+S2 H=KS2(15mm)公式中W凹模刃壁至板边缘距离，一般取凹模厚度的1.52倍；S1凹模长度方向刃口件最大距离；S2凹模宽度方向刃口件最大距离；K考虑板料厚度的影响系数，查冷冲模具设计与项目实践中表2-27得取值0.28。计算结果综合实际，最终实际取值L=240mm，B=180mm，H=22mm。凹模板螺钉销钉孔位参照冷冲模具设计与项目实践中表2-26进行布置，其具体尺寸及凹模板整体尺寸参照下图图4-1。图4-1 凹模板4.2.2 卸料板及导料板导料板高度由于采用固定挡料销故取值参照冷冲模具设计与项目实践中表2-31，实际取值10mm。导料板间距B0=B+2Z=87mm。B条料理论最小宽度，上文已取值85mm；Z导料板与最宽条料之间的间隙，上文已取值1mm。卸料板为固定卸料板其厚度一般为凹模板的0.81倍，实际取值20mm。凸模与卸料板双边间隙取值1mm。因为固定卸料板与导料板同为固定在凹模上，所以可将两者做成整体式导、卸料板。故导、卸料板厚度即为两者高度之和即30mm。导、卸料板轮廓尺寸参照凹模板尺寸。4.2.3 凸模凸模长度L(mm)：L=H1+H2+H3 =28+30+22=80H1附加长度(mm)，它包括凸模的修磨量、凸模进入凹模的深度、凸模固定板与卸料板之间的安全距离，一般取1520mm，这里实际进入凹模深度取值8mm，安全距离取值20mm，即实际附加长度H1为28mm；H2导、卸料板厚度(mm)；H3凸模固定板厚度(mm)，凸模固定板厚度取凹模板厚度值。凸模台肩取值2mm。凸模具体参照下图4-2和图4-3。图4-2 凸模部分一图4-3 凸模部分二5标准件选择与压力机的确定5.1 标准件的选择上下模座选用标准模座31528050，具体参照GB2857.3-81 冷冲模通用模座 钢板模座。导柱选用标准导柱32210，具体参照GB-T2861.1-90 冲模导向装置 A型导柱。导套选用与导柱配套的标准导套，具体参照GB-T2861.6-90 冲模导向装置 A型导套。固定挡料销选用A1265 GB2866.11-81。圆柱销选用ISO8734标准620L，630L。内六角圆柱头螺钉选用ISO4762标准M1025L，M1030L，M1055L，M1035L，M1075L。5.2 压力机的确定本模具采用刚性卸料装置和下出料方式，其冲裁时的总压力计算公式为F=F+FTFT=nKTFF冲裁力(KN)上文计算得出935KN；n同时卡在凹模孔内的冲裁件(或废料)数，n=h/t (h为凹模刃口高度，t为材料厚度)计算得n=3；KT推荐力系数，参考冷冲模具设计与项目实践中表2-11，取值0.055。F=F+FT=935+30.0559351089 KN压力机的公称压力为p(1.11.3) F，取最大值p1415.7 KNp压力机的标称压力。本模具高度为234mm300mm，压力机最大装模高度应大于模具最高高度。依据模具高度、大小、冲压总压力选择合适的压力机。最终选用型号为JB21160的压力机，其具体参数如下，符合要求。3滑块中心线至机距离：375mm行程次数：42次/min最大装模高度：330mm滑块行程：40mm模柄孔尺寸：8080mm工作台尺寸：1120710mm喉口深度：375mm公称压力：1600KN6 总装图图6-1 总装图总 结毕业设计是对大学生三年学业的一个考核，是大学生三年专业知识积累的具象化。通过此次毕业设计我将我所学到的专业知识用到了实际的设计中去，进行了全面的、严格的查缺及练习。此次设计主要涉及了冲压模具中冲裁模的相关专业知识，以及对产品的材料分析、结构分析的相关知识。通过这样许多知识的综合运用大大的提高了我们在设计方面的综合能力。同时在设计中我也遇到许多困难，大多可归为两类，一个是对相关专业知识的模糊化，另一个是相关设计软件的具体功能操作问题。第一类专业知识的问题我主要通过翻阅教科书，查找相关手册以
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