圆垫片落料冲孔复合模设计96499

1、模具cad/cam课程设计说明书垫片34复合模cad设计系业号号名师院专班学姓教导指沈阳航空航天大学2010年11月沈阳航空航天大学摘要本次课程设计的内容为垫片34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，橡胶垫驱动的卸料板卸除条料。排样方式为单排，由弹 性挡料销和导料销定位、导料。模架为屮间导柱圆形模架，压入式模柄。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刚才图。关键词：冲孔落料倒装单排 catia第1章 cad/cam概述11.1 cad/cam 的意义11.2模具cad/cam常用软件及其特点 11.3 cad/cam技术在现代模具技

2、术中的应用1第2章工艺分析及模具结构设计22制件的工艺性分析及工艺计算22.1.1工艺分析22.1.2排样及工艺计算 32.2冲压力及压力中心的计算42.3凸模凹模凸凹模刃口及结构尺寸计算52.3.1计算模具刃口尺寸52.3.2落料凹模结构尺寸计算92.3.3冲孔凸模与凸凹模结构尺寸确定 102.4模具总体结构设计132.4.1送料定位机构设计 132.4.2卸料机构设计 132.4.3 出件机构设计 132.5其他零件尺寸的确定 132.6压力机的确定16第3章零件建模装配体及工程图173.1设计构思173.2零件建模173.3装配设计183.3.1销钉 螺钉的安装183.3.2干涉检验18

3、3. 4工程图193. 5辅助设计223.5.1 模拟视图及爆炸视图22结束语2425参考文献第章cad/cam概述1.1 cad/cam 的意义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z-o 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，在电了、机械、航空航天、轻工等领域得到了广泛的意义。模m cad/cam是在人的

4、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的输出信息宜 接来自t cad的输出信息，二者是有机结合的整体。1.2模具cad/cam常用软件及其特点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, 软件系统冇系统软件、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系统吋，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

5、选择与之相匹配的硕件系统。1.3 cad/cam技术在现代模具技术中的应用在当今模具设计与制造领域屮如何借助cad/cam软件在电脑上完成，提高加工 模具的精度和生产效率一宜是我们急需寻找的途径。autocad > pro/e、 mastercam软件都是目前世界最为优秀和应用最为广泛cad/cam的软件代表。 釆用cad/cae/cam技术可捉高模具产品的设计质量、缩短模具设计与制造周期、 降低产品成木。第2章工艺分析及模具结构设计21制件的工艺性分析及工艺计算2.1. 1工艺分析由图可知，产品为圆片落料、i员i片冲孔。产品形状结构简单对称，无狭槽、尖角；孔与孔之间、孔与零件之间的最小

6、距离满足c>1.5t要求。(c = 8°40 -2.5 = 17.51.5t= 1.5)2(1) 尺寸精度任务书对冲件的尺寸精度要求为tt12级，查参考文献2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. 5-3.2,毛刺允许高度为0. 050. linin；本产品在断而粗糙度上没冇太 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

7、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。木设计的产甜材料为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而质 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。2. 1. 2排样及工艺计算2. 1.2. 1 排样零件外形为圆形，可以采用单排、交叉双排或多排；考虑到零件为中等批量生 产，如果采用交叉双排或多排，则模具尺寸和结构就会相应壇大，从而增加模具 生产成木，所以木设计决定采用单排结构。如图所示。2. 1.2.2 搭边查参考文献1，确定搭

8、边值a, b。当 t=l 时，a=2, b=l .52. 1.2.3条料宽度b二d+2a二80+2*2二84mm2. 1.2.4材料利用率in =xloo%sb式中一一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=l;a二兀 *402二5026. 55； s=81 5； b=84n =5026. 55 / 81.5*84=73.42.2冲压力及压力中心的计算2. 2. 1计算冲压力2. 2. 1. 1冲裁力冲裁力公式为p = p孔+ p落式屮 p冲裁力；p孔一冲孔冲裁力；p落一落料冲裁力。2. 2.1.2冲孔冲裁力p孔p孔=nklti式屮k系数（取k二1

9、.3）；n一孔的个数，n二3。厶孔一冲孔周长，厶孔1 =屈=龙x40 = 125.66 mml代2 =和=7rx5 = 15.7 mmt一材料厚度，t = 1mm2材料抗剪强度，查参考文献知ly12, r = 280 320mpa ,取 r = 300 mpa o© =片 +匚=1.3x125.66x1x300 + 2x1.3x15.7x1x300=61253. 4=61. 25kn 2. 2.1.3落料冲裁力冬。p落=kl探tt厶落=加）=龙 x 80 = 251.33 mm所以 息=1.3x251.33xlx300 = 98018.7n = 9&02kn2.2. 1.4卸

10、料力p卸。式中k卸一卸料系数，查参考文献1知心=0.010.05,取k卸=0.03。所以p卸=0.03 x 98.02 = 2.94 kn2. 2.1.5推料力p推p推=推p推式小k推一推料系数，查参考文献1取k卸=0.055。n同吋卡在凹模洞孔内的件数，n = 3 o所以=3x0.055x61.25 = 10.1 kn2.2. 1.6顶件力p顶p顶=k顶(p孔+ f落)式中k顶一顶件系数，查参考文献1取顶=0.06 o所以p顶=0.06 x(61.25 + 98.02)= 9.56 kn2. 2. 1. 7总冲压力p总冲裁时，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

11、。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p总=p + pk +=% +作 +切 + 血=61.25 + 98.02 + 2.94 + 10.1 + 9.56 =181.87kn初选压力机：jc23-35o2. 2.2计算模具压力中心由于该零件完全对称于相互垂直大大两条多层次线，所以模具的压力中心在儿 何图形的狭槽点上。2.3凸模凹模凸凹模刃口及结构尺寸计算2. 3.1计算模具刃口尺寸模具采用复合模结构，计算刃】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a =处0打.74 ；冲孔尺寸b、= 040誉,b2 = 05；。3.位置尺寸

12、w = 30 ± 0.105 o查得冲裁模刃口双间隙zmin =0.24 mm,zmax = 0.36 mm。1）落料刃口尺寸计算：加0爲4的凸凹模的制造公差由表查得5凹=0.030mm ,5凸=0.020mm。由于 5凹 + /凸=0.05 < zmax _ zmin， 故采用凸模与凹模分开加工方法， 曲表查得x=o. 5,贝ij：d凹=(d_x曾=(80 - 0.5 x o.74)；003 = 79.63；°03 mmd凸凹 -z% =(79.63-0.5x0.24)% "9.51九2加加英工作部分结构尺寸如图所示:i_ _ _z/力/79.51_g.o

13、2h79.63+§032）冲40mm孔刃口尺寸计算：040泸彳的凸凹模的制造公弟由表查得5凹=0.030/nm ,§凸=0.020mm 由于 §凹 + §凸=0.050 < zraax 一 zmin , 故采用凸模与凹模分别加工方法， 甫表查得x二0.5,贝d凸=(d + xa )二=(40 + 0.5 x o.62)?o.o2 = 40.3 c002 mm d凹=(d凸 + zmin )；和=(40.31 + 0.24)带 j 40.55捫 mm ,其工作部分结构尺寸如图所示:40.31§,023) 冲5mm孔刃口尺寸计算：05畀的凸凹

14、模的制造公茅由表查得5凹=0.020mm ,5凸=0.020mm. 由于 +=0.040<zmax-zmin , 故采用凸模与凹模分别加工方法， 由表查得x=0.5,贝£d 口 = (d + xa )r = (5 + 0.5 x o.3)oo2 = 5.15oo2 m/n d 凹=9 凸 + z罰)謬=(55 + 0.24)捫=5.39 严 mm 其工作部分结构尺寸如图所示：40.31-q.022. 3. 2落料凹模结构尺寸计算 落料凹模尺寸如图5所示。图5.1落料凹模尺寸2. 3. 2.1 厚度h & = h 理 + h式屮 h理一凹模的理论厚度。h 理=0.25 彳

15、厶 & 2 = 0.25 x 乂251.33x98018.72 = 2&96 mm进一位取整数取丹理=29 mm查参考文献4知刃磨余量为/? = 6o所以凹模厚度为29+6 = 35mm o因为落料冲裁力f落=98.02kn v150kn,所以凹模厚度应小于25mm。所以将 凹模做成一块凹模板和一块夹板相拼的结构。综合模具结构设计，取凹模厚度 h凹=23mm,夹板厚度为12mm。2. 3. 2. 2凹模板直径0,零件外形为圆形，而口完全对称，所以将凹模板做成圆形。dd =d + 2w式屮 切断轮廓线到凹模边缘的尺寸，轮廓为平滑曲线吋，理。所以dd =80 + 2xl.2x29

16、= 149.6mm查参考文献2按推荐值取dd = 150 mm所以凹模板外形尺寸0150x352. 3. 3冲孔凸模与凸凹模结构尺寸确定2. 3. 3.1冲孔凸模长度厶如图所示l = h +/nh = （0.60.8） hph厂025也忑4=hd +/i式中凸模固定板厚度；h卩冲孔凸模厚度，hp =21mm； hp2 = 10mm咕一凸模自由长度。所以 h, = （0.60.8） hp= （0.60.8） x21 = 12. 616. 8mm,取0 = 14mm。= （0.60.8） h（）= （0.60.8） x10二68min,取/ =8mm。+/i = 23 + 12 = 35mm （考

17、虑到在落料前冲孔凸模先接触板料，所以取/f| = 35.5 mm）o所以取h = 14mmlt =+/（ =14+35.5=49.5mml2 - hx 4-/ （ = 14+35=49mm2. 3. 3. 2凸模强度（压应力）校核校核公式为仏sq压化in式中代曲凸模最小断面积,q压一凸模材料的许用压应力，凸模材料选用crl2mov,查参考文献|2知，= (10001600) mpa,取q压=1200mpa<>因为鼻二黑"96 mpxq压仏 “20.67所以凸模强度校核符合要求。2. 3. 3. 3凸模刚度（细长杆失稳）校核。校核公式.腔、巴占“v叭式中anax凸模最大自由

18、高度；e 凸模材料弹性模量，一般取£ = 2.1xlosmpa；rrrljmax-凸模最小断面惯性矩，圆形断面几x64“ 一支承系数，无导板导向“ =2； n一安全系数，钢取=23。代入公式得7/ 兀 /ejnnx 7i |210000xx5.134 oa/nrix < i = -j= 80.96mmmax “y np代2 v 64x3x6123实际/门=35.5 mm<40.96mm所以凸模刚度符合要求2. 3. 3. 4凸凹模工作尺寸计算图5. 3 凹模各部分尺寸1）凸凹模长度丹川确定h =如由一 “预 + h 卸 + h2 = 14 - 2 +10 + 24 = 4

19、6 mm式中 h卸一卸料板厚度，取h卸=10mm；0_凸凹模固定板厚度,h = （0.60.8）（h凹+/z）= （0.60.8） x35 = 2128mm,取0 =24mm。2）凸凹模壁厚校核查参考文献知，侄9装复合模凸凹模最小琏厚 =2.7 （料厚ulnini）；本设计中 n =（79.49-60-5.39）/2 = 7.05 >所以凸i叫模壁厚校核合格，按图设计的凸i叫模符合要求。3）其他漏料孔直径取 = 44mm 02 = 7mm ,刃口真边设计存三片料，高为5mm,凸凹 模和凸凹模固定板之间在装配时安装止转销防转。2. 4模具总体结构设计冲孔废料由冲孔凸模冲入凹模洞口中，积累到

20、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，此工件有三个孔，若采用正製式复合模，操作很不方便；另外，此工 件无较高的平宜度要求，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，决定釆用倒装式复合模。2. 4. 1送料定位机构设计采用伸缩式挡料销纵向疋位，安装在橡胶垫和活动卸料板之间。工作时可随凹 模下行而压入孔内，工作很方便.2. 4. 2卸料机构设计2. 4. 2.1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。2. 4. 2. 2工件的卸除

21、采用打料装置将工件从落料凹模中推下，罗在模具工作表面上。2. 4. 2. 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。2. 4. 3出件机构设计因为是复合模结构，所以采用上出件机构2.5其他零件尺寸的确定2. 5. 1橡胶垫为保证橡胶垫不过早失去弹性而破坏，其允许的最人压缩两不得超过摘要高度 的45%, 般取自由高度的35%45%。橡胶垫的预压缩量一般取自由高度的10% 15%o橡胶垫产生的力f = ap式中 f一压力；a 一橡胶垫横截而积；p 一与橡胶垫压缩量有关的单位压力，如表5. 1所示。表5. 1橡胶压缩量和单位压力橡胶压

22、缩量(%)单位压力(mpa)橡胶压缩量(%)单位压力(mpa)100. 26251.03150. 50301.52200. 70352. 10取 /1 =-x(1502 -802)=1 2644.9mm2,贝 u4生=2940 = o 23 恥a 12644.9取压缩量为25%,预压缩量为10%,工作行程5 = r + l«2ninio所以橡胶垫的自由高度为h.ih = 13.3 mm, 取 14mm!,ili 0.25 - 00预压缩量取为h预=2m。2. 5.2凸凹模凸凹模固定板形状与凹模板一致,如图5. 3所示，厚度为24mm。2. 5. 3凸模固定板凸模固定板将凸模固定在模座

23、上，其平血轮廓尺寸与凹模板外形尺寸相同，但 还应考虑紧固螺钉及销钉的位置。固定板的凸模安装孔与凸模采用过渡配合 h7/m6、h7/n6,压装后将凸模端面与固定板一起磨平。凸模固定板为圆形，厚度 一般取凹模厚度的06、08倍，材料为q235h凸固定 "mm2. 5. 4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。即下列情况下雨加垫板。by v j p式中 6凸模端面的压应力，其数值为乂；>f0模座材料下雨压应力，其数值：铸铁约为loompa,钢约为200 mpa；p冲裁力；f-凸模上端面面积。垫板的下载与凸

24、模固定板一致，厚度一般取412mmo垫板淬硬后两面应磨平，表而粗糙度rawo. 320. 63。由于本套模具选用压入式模柄，在上模座与凸模固定板之间也必须安装垫板，厚度取为8mmo下面校核一下凸凹模与下模座之间是否下雨加垫板。已知凸凹模下端面直径dpd =90mm,所以f=-d2 =-x902 =6361.73加加 244p = p札 + p冷=61253.4 + 98018.7 = 159272angwp 159272.1“门所以 <rv = = 25mpa> f 6361.7模座采用铸铁，bv = 100mpd><tv,所以不用加犁板。2. 5. 5卸料板卸料板同样

25、为圆形板，直径和凹模板一致，如图5. 3所示，厚度为lommo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. 3nmi卸料板上设置4个卸料螺钉，公称直径为10mm,螺纹部分为mloxlommo卸料 钉尾部应留有足够的行程空间。卸料螺钉拧紧后，应使卸料板超岀凸模端面1mm, 有误差时通过在螺钉与卸料板z间安装垫片來调整。2. 5. 6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ht200o标记为:上模座 160x40 gb2855. 1181；下模座 160x45 gb2855. 128l2. 6压力机的确定模具的闭合高度为ii 闭二ii

26、 上模 + h 垫+l+ ii + ii 卜模一h2 = (40+8+14+35+46+45-2) mm=186mm 式中l凸模长度，l=49mm；h凹模厚度，h=35mm； h2凸模冲裁后进入凹模的深度，h2=2mmo选择压力机jc23-35公称压力350kn最人闭合高度280mm最小闭合高度220mm所以h喰5>h模hinin+10压力机工作台尺寸380x610, 一般工作台面尺寸每边应大于模具下模座尺寸5070mm,所以压力机合格，可用第3章零件建模装配体及工程图3. 1设计构思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，然后一 次为基础，详细设计其中的组成零件。

27、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，还受其在模具屮所处的位置及其 他零件的关系约束，只有总装在结构皋础上，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，应采用口顶向下的设计模式，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

28、件中，用来产生相应零件的工 程图，并标注和关尺寸、技术要求等。3. 2零件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 库屮调用，剩余的22种则要有设计者z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 阵列命令作岀另外两个螺纹孔；4用拉伸切除命令作岀大孔。(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。3. 3装配设计装配的概念在工程屮非常重耍，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。