阀门模具设计与冲连接角模拟装备过程

1、摘要本模具的设计涉及了落料、浅拉伸和冲裁工艺，其内容主要包括工艺计算设计、模具设计、模拟装配等几个环节，内容完整，独立性强。此设计中阀门连接角的完成共需要两个模具：落料模具和翻边浅拉伸模具。与以往的设计相比减少了模具数量，提高了模具的复合度，减少了工艺流程，缩短了生产周期。在机械设计中大量使用计算机辅助软件已成为当今工业发展的一个趋势，并被国内外广泛使用，其主要特点是精度高，生产周期短。本设计中借助了 Auto CAD 和 UG 制图软件，如在落料工艺计算环节中，求制件的面积和模具压力中心时借助了 Auto CAD 中的关于面域的功能；在模拟装配环节中则主要利用了 UG 制图软件，比起传统设计

2、更加快速便捷，具有非常值得借鉴的价值。本题目借助了丰富的相关资料，设计中严格参照国家模具设计标准，本着认真严谨的态度独立完成，以达到我校毕业设计论文的要求和学以自用的目的。关键词落料模；翻边浅拉伸模；模拟装配/ 52AbstractThe mold design involved clipping, shallow stretching and bending processes. The substance of the design mainly includes the calculating design of process, the mold design, the simulat

3、e assembly, with integritive content and strong independence. clip mold and shallow stretch-bend mold. Compared with previous design, it reduce the amount of mold, improve mold comprehensive level, decrease the process and shorten the production cycle.Nowadays the large-scale use of computer-aided s

4、oftware design in mechanical design has become a trend in industrial development. They were widely used at home and abroad, due to the main features of high precision and short production cycle. This design employ graphics software: Auto CAD and UG. For example, in the calculation of clipping proces

5、s, the function about “partarea”in Auto CAD was utilized for getting the accessory proportion and the press center of mold. They are more quickly and convenient than traditional design, and have great value for reference .This subject consult abundant references, and refers to the country design sta

6、ndard strictly in the design process. It was achieved independently with responsible and scrupulous attitude, for the requirement of our graduation thesis and practicality through study.Key wordclip mold; shallow stretch-bend mold; Simulate assemblyI/52目录摘要 .IAbstract .II第 1 章 绪论 .01.2课题背景 .01.2冲模的结

7、构组成 .01.3设计步骤与要点 .1第 2 章 落料模工艺设计 .22.1排样 .22.1.1工件在条料上的排样 .22.1.2搭边 .22.1.3材料利用率计算 .32.2冲裁力计算与压力中心确定 .42.2.1冲裁力计算 .42.2.2卸料力、推件力、顶件力的计算.42.2.3冲裁工艺力的计算 .52.2.4冲裁压力机的选择 .52.2.5压力中心的确定 .62.3冲裁刃口尺寸计算 .62.3.1计算原则 .62.3.2计算方法 .82.3.3刃口尺寸计算 .9第 3 章 落料模具设计 .113.1初步设计 .113.1.1上凸模系统设计 .113.1.2下凹模系统设计 .113.1.3

8、其它设计 .133.1.4模架模座选择 .143.2绘制落料零件及装配图 .15第 4 章 弯曲拉伸模工艺设计 .154.1弯曲工艺设计 .16II/524.1.1计算自由弯曲力 .164.1.2弯曲模刃口尺寸计算 .164.2拉伸工艺设计 .174.2.1拉伸模刃口尺寸计算 .174.2.2拉伸力、拉伸功计算 .184.3压力机的选择 .20第 5 章 弯曲拉伸复合模具设计 .215.1模具圆角半径和刃口形式确定 .215.1.1弯曲凸凹模圆角半径确定 .215.1.2浅拉伸的凹模刃口形式确定 .215.2压力中心确定 .215.3模具各部件设计 .225.4模具装配 .23第 6 章 落料

9、模装配过程及动画设计 .246.1基本实体造型 .246.2模具主体装配 .246.3模具动态模拟装配 .256.4模拟装配动画制作 .26结论 .31致谢 .32参考文献.33附录 1.34附录 2.42III / 52第1章 绪论1.1 课题背景此设计题目是大型组合式空调设计中的一部分，与哈尔滨三宝泰空调设备股份公司联合研制，其目的是为生产消防阀门配套使用。其不但具有送风调风的功能，同时也具有防火的作用，而其中的阀门即为对风的调节和对火的阻隔的重要部件。其加工采用当今较为流行的加工方式：冲压。这一方式生产周期短，工序简单，成本低，且加工外型简约美观，适应性强，被广泛用于机械、电器、仪表、办

10、公设备等产品的生产中。1.2 冲模的结构组成1、工作零件冲模的工作零件是凸模和凹模，在复合模中还有凸凹模。它们成对互相配合，完成对坯料的成形。它们的形状，尺寸精度，固定方法及材质处理等决定着冲模的性能、模具成本及使用寿命。2、辅助装置辅助装置是协助凸模、凹模完成工艺成形必不可少的装置，如材料送进的定向定位装置，废料排除装置，卸料退料装置，压料抬料装置等。它们的结构形式对工件质量、操纵安全、生产效率都至关重要，辅助装置是冲模设计中不容忽视的重要部分。3、导向装置它们是保证上、下模座能够准确运动的装置，要求工作可靠，导向精度好，有一定互换性。导向装置目前已基本标准化，并有商品供应。4、支承零件在上

11、模座和下模座上安装着凸模、凹模及其他所有的零件。它们与压力0/52机连接，传递并承受着工作压力。模座的形式现已规格化、标准化，并有商品模架出售。一些大工厂也将其作为通用件大批生产，以作备用，同时也为设计提供方便，即只需要按要求选用。5、紧固零件模具的连接可靠，拆卸方便也是冲模设计的一个基本要求。1.3 设计步骤与要点冲模设计一般步骤：1、工艺性分析根据冲压件产品图进行冲压件工艺性分析。2、进行有关工艺计算如冲压力能计算、 坯料展开计算、 排样及工序尺寸计算、刃口尺寸计算等。3、合理选择模具组件包括模具零部件结构、组成、固定方法的选择、刃口尺寸计算、定位装置选择、卸料及顶出装置选择、模架形式选择

12、、模具固定方式的选择等。4、压力中心计算冲压力的合力的作用点称为模具的压力中心。设计时，模具压力中心应于压力机滑块中心一致。若不一致，冲压时会产生偏斜，导致模具以及压力机滑块与导轨急剧磨损。所以设计冲模特别是多工位连续模时，必须确定模具的压力中心。5、设备选用根据计算冲压力选择冲压设备吨位，冲压件所需的冲压力一定要小于或等于压力机的公称压力。所选压力机的闭合高度要与冲模的闭合高度相适应，压力机的滑块行程必须满足冲压工艺要求。此外，选择压力机台面尺寸必须考虑到固定冲模的位置、压力机滑块孔尺寸、滑块中心线到机身后侧的距离，顶件横梁槽的尺寸、机身侧柱间及导轨间的距离及压力机的倾斜范围等，都应与模具各

13、部位尺寸相适应。6、绘图绘制冲模总装图及零件图。1/52第 2章 落料模工艺设计2.1 排样工件在条料上的排样排样原则：保证在最低的材料消耗和最高劳动生产率条件下得到符合技术要求的零件，同时要考虑方便生产操作，使冲模的结构简单、寿命长，并能适应车间生产条件和原材料的供应等情况。材料参数：冲裁件厚度2mm ，材料为镀锌铝板。搭边搭边是指工件与工件之间及工件与条料侧边之间的余料。搭边的作用是补偿送料误差， 保证冲出合格的工件：保证条料有一定的刚度，以利于送料。搭边大小对冲裁工程以及工件质量有很大影响，搭边过大，材料利用率低，同时增加卸料力，搭边过小会在冲裁过程中拉断致使工件上产生毛刺和影响送料工作

14、。有时断裂的搭边还会拉入模具间隙中，损坏模具刃口降低模具寿命。表 2 1 搭边 a 与 a1数值表 (低碳钢 )单位（ mm）材料厚度 t矩形件边长 Lmm 或圆角 r 2t制件间 a沿边 a12.0 2.52.22.5注：对于其它材料， 应将表中数值乘以下列系数：中碳钢0.9 ；高碳钢 0.8 ；硬碳钢 1 1.1 ； 硬铝 1 1.2 ；软黄铜、纯铜 1.2 ；铝 1.3 1.4；非金属（皮革纸、纤维）1.5 21 。制件厚度为： t=2mm ，材料为镀锌铝（属硬铝） ，参见表2 1 理论值a 2.2 1.2， a1 2.5 1.2 3mm ，可取 a= a1 =3mm 。2.64mm具体

15、排样如图2 1。2/52336311图 21 制件排样图材料利用率计算：材料利用率A 100%（ 2-1）0S式中A制件面积；S一个步距内材料的面积，在 Auto CAD 绘图环境里对所绘制零件外轮廓及内孔分别建立面域，做差集处理，通过菜单“工具”“查询”“列表显示” ，自动计算制件的面积为 A=5363.5823mm 2，如图 2 2 所示。图 2 2查询获得制件面积3/52FD ，计算如下：用相同的方法查询一个步距内材料的面积S 为 7240.8235mm 2，则由公式(2-1)得：5363.5832100%74.1337%07240.82352.2 冲裁力的计算与压力中心确定冲裁力计算冲

16、裁力是冲裁时凸、凹模相对运动使工件与板料分离所需的力，它与材料厚度、工件周边长度及材料的力学性能等参数有关。冲裁力是设计模具、选择压力机的重要参数，计算冲裁力的目的是为了合理地选用冲压设备和设计模具。冲裁力的计算公式为F 1.3Lt（2-2）式中 F冲裁力， N；L参与冲裁的轮廓周边长度，mm；t材料厚度，mm； 材料的抗剪切强度，Mpa ；通过AutoCAD查询参与冲裁外轮廓周长L=398.2181mm 。材料厚度t=2mm，材料的抗剪切强度 =275304Mpa ，取 =300 Mpa. 则由公式 （ 2-2）得： F1.3L2300310610.118N卸料力、推件力、顶件力的计算冲裁件

17、在冲裁过程完成后，材料会沿径向产生弹性回复，使处于凸模周边的材料紧箍在凸模上，而冲断后落入凹模的材料则因弹性回复而梗塞在凹模内。从凹模上将工件或废料从凸模上取下来的力叫卸料力，从凹模内将工件或废料顺着冲裁的方向推出的力叫推件力。逆冲裁方向顶出的力叫顶件力。此冲裁工艺中，将加工后的条料从上凸模卸下时受卸料力FX ，加工后的成型制件直接从下凹模里落出，不需计算顶件力FX = K X F 0.05 310610.118 15530.5059N（2-3）式中系数 K X 取为 0.05，为同时塞在凹模内的零件数。4/52总冲裁的计算采用刚性卸料装置和下出料方式，则F总 = F +F C =310610

18、.118+15530.5059=326140.6239 =326.14（2-4）冲裁压力机的选择考虑此设计中对产品的精度要求不高， 材料较薄， 且为小批量生产， 综合考虑选择开 式压力机，此压力机操作方便，价格低廉，适合中小型的冲裁件生产。由总冲裁 326.14KN ，且压力机公称压力R1.31.5 F总 =391.368选择压力机的公称压力为400KN ，具体参数摘录见表2 2。表 2 2冲裁工艺压力机参数公称压力400KN工作台板厚度80 mm发生公称压力时活动台压力机滑块中心滑块距下死点距离7mm到机身紧固工作台平面210 mm距离滑块行程100 mm工作台尺寸左右630 mm行程次数8

19、0前后420 mm最固定和可倾式工300 mm左右300 mm大作台闭最低400 mm工作台前后150 mm合活动台孔尺寸高的位置最高200 mm直径200 mm度封闭高度调节量80 mm立柱间距离300 mm滑块中心到机身距离220 mm模柄的孔尺寸50×70（喉深）（直径×深度）倾斜角30°垫板厚度65 mm5/52压力中心的确定模具的压力中心就是冲压力合力的作用点，为保证压力机和模具的正常工作，应使压力中心与压力机滑块的中心线重合。利用 AutoCAD 的分析功能可以快速准确地实现压力中心的确定，其方法是源于冲裁力沿轮廓线均匀分布的原理，具体如下：1、 在

20、AutoCAD 绘图状态下，对制件图建立相对坐标系，见图2 3。YX图 2 3 压力中心的确定2、 将各个外轮廓与孔轮廓分别向内、 外各做一次偏移， 偏移量为 0.1mm （偏移量越小，结果越精确） ，删除原制件轮廓。将得到的封闭轮廓分别求出面域并进行差集处理，会得到两个环状面域。3、 求两个面域的并集使之成为一个对象，这样就将计算压力中心的问题转化为求环面的质心问题。4、 利用 AutoCAD 菜单的“工具”“查询”“面域 / 质量特征”，自动计算得到压力中心的位置， 图中 处即是，其相对坐标为 （ 22.0718、0）。2.3 冲裁刃口尺寸计算计算原则冲裁件的尺寸精度主要取决于模具刃口的尺

21、寸精度，合理间隙的数值也6/52必须靠模具刃口尺寸及公差来保证。正确确定模具刃口尺寸及其公差，将会直接影响到冲裁生产的技术经济效果，因此它是设计冲裁模的主要任务之一。由此在确定凸凹模刃口尺寸和制造公差时要遵循下列原则：1、 落料时，应以凹模刃口尺寸为基准。凹模基本尺寸取落料件尺寸公差范围内的较小尺寸。凸模的基本尺寸则是用凹模基本尺寸减去最小合理间隙。2、 冲孔时，应以凸模尺寸为基准。凸模基本尺寸取冲件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。凹模的基本尺寸则是用凸模基本尺寸加上最小合理间隙。3、 凸、凹模刃口的制造公差应根据冲裁件的尺寸公差和凸凹模的加工方法来确定，既要保证冲裁间隙要求并冲出合格的零件，又要

22、便于模具加工。4、 根据工件尺寸公差要求，确定模具刃口尺寸公差等级。计算方法：1、 确定模具刃口的名义尺寸根据模具刃口的磨损规律，刃口尺寸存在磨损后增大、减小和不变3 种情况。落料时， 制件成型于凹模， 首先确定凹模刃口尺寸，把间隙放在凸模上。其名义尺寸如表2 3。表 2 3 落料时凸、凹模刃口名义尺寸计算公式凹模磨损后刃口尺寸变化凹模尺寸凸模尺寸增大凹 =凸 =max凹min减小凹 =min凸 =min凹不变C凹 = Cmin +C凸 =C凹2式中凹 、凸 磨损后变大的凹凸模刃口名义尺寸；7/52凹 、凸 磨损后变大的凹凸模刃口名义尺寸；C凹 、 C凸 磨损后不变的凹凸模刃口名义尺寸；Bmi

23、n 、 Cmin 冲裁件最小极限尺寸；Amax冲裁件最大极限尺寸；Zmin 凸凹模最小合理间隙（双面）；x磨损系数；制件的公差值，2、 确定模具刃口的磨损量根据冲模在实用过程中的磨损规律，按制件精度和刃口磨损程度，刃口磨损量留在制件公差范围内的 0.5 1 之间。刃口磨损量用x表示，x 值控制在 0.51 之间，由制件的精度等级IT12得 x=0.75 1 。3、 确定刃口尺寸的制造公差凸、凹模的加工方法可分为两类：分开加工和配制加工。分开加工适用于冲裁圆形、矩形等简单形状的模具，设计时，保证模具的制造公差与冲裁件之间满足下列条件：凸凹Z m a x Z m i n（ 2-5）式中、凸模、凹模

24、制造公差；凸凹Z max 、 Z min 凸、凹模间最大最小合理间隙，刃口尺寸计算已知 IT=12 ，x=0.75，得 Zmin =0.30mm、 Zmax =0.341 ，参见上图及公式表格，具体刃口尺寸计算见表24。8/52表 2 4 落料刃口尺寸计算（mm ）（配做加工）凹模名义尺寸凸模名义尺寸模具的制造公变大：变大：差 （参考文磨损制 件 公凹凹 =凸 =制后刃差 （参max凹min献1第55页表件口变考 文 献变小：变小：316）、5第41尺化情凸凹 =min凸 =min寸况页表凹（参考 2下 3）3.2）不变：不变：中公式）C凹 = Cmin+C凸 =C凹2105变0.35104.

25、74104.44、0.0050.035400.2539.8139.510.030、 0.01010大0.159.899.59R70.156.896.5915不0.1815.0915.090.020、 0.02040.124.064.063变0.13.03.0R3变小0.13.083.42注：凹模所有尺寸的下偏差取0，由公差凹取上偏差， 凸模的所有尺寸上偏差取0 ，由凸下偏差。对刃口尺寸圆整见表2 5。表 25刃口最终尺寸（mm）制件凹模刃口尺寸凸模刃口尺寸尺寸基本尺寸上偏差下偏差基本尺寸上偏差下偏差105105-0.22-0.26105-0.56-0.574040-0.17-0.1940-0.

26、49-0.51010-0.09-0.1110-0.41-0.42R7R7-0.09-0.11R7-0.41-0.431515+0.11+0.0915+0.09+0.079/52续表44+0.08+0.064+0.06+0.0433+0.02030-0.08R3R3+0.1+0.08R3+0.42+0.4配制加工就是先按尺寸和制造公差加工凸模或凹模中的一个，然后以此为基准件按最小合理间隙配置加工另一个凹模或凸模。此方法的制造公差仅与制件公差有关，一般采用/4（为制件公差）。变化后的尺寸如下图：图 2 4 模具磨损后变化的尺寸制件成型时外形用冲裁完成， 外形较为复杂， 采用配制加工。 落料时凹模磨

27、损后刃口尺寸变大。10/52第 3章 落料模具设计3.1 初步设计模具初步定为由模架、凸模、下凹模、导板、卸料板、模柄组成。设计时应综合考虑各组成部分，依次设计结构尺寸，并反复画图计算校验，最后选定合理模架模座，并给出预结构设计。凸模系统设计1、 凸模长度计算：凸模的长度尺寸应根据模具的具体结构来确定，同时还要考虑凸模的修磨量及固定板与卸料板之间的安全距离等因素。当采用刚性卸料时，凸模长度可按下式计算：L= h1 +h 2 +h 3 +h（3-1）式中L 凸模长度， mm；h1凸模固定板厚度（凸模横截面较大，无固定板，厚度0）；h2卸料板厚度（初定为 5mm ）；h3导板厚度 (10mm) ；

28、h附加长度，包括凸模修模量，凸模进入凹模的深度，凸模固定板与卸料板的安全距离等（初定为25mm）。所以 L=40mm 。2、凸模的强度与刚度校核由于凸模横截面较大，且长度适中，凸模的强度和刚度是足够的，无需进行强度校核。下凹模系统设计下凹模系统由凹模、刚性卸料板、导板、挡销组成。3、下凹模设计：凹模轮廓尺寸包括凹模板的平面尺寸LB (长宽)及厚度尺寸 H 。从凹11/52模刃口至凹模外缘的最短距离称为凹模的壁厚 c 。对于简单且形状对称刃口的凹模，由于压力中心即为刃口的对称中心，所以凹模的平面尺寸可由沿刃口型孔向四周扩大一个凹模壁厚来确定，即Ll2c（3-2）Bb2c（3-3）式中 l 沿凹模

29、长度方向刃口型孔的最大距离，mm；b 沿凹模宽度方向刃口型孔的最大距离，mm；c 凹模厚度， mm，主要考虑布置螺栓孔与销孔的需要，同时也要保证凹模的强度和刚度。确定凹模高度H =40mm6 ，壁厚c28mm；导板厚度为10mm，外轮廓与凹模轮廓对应；内凸模安装高度低于凹模高度 5mm，考虑截面面积过小，为加强强度采用拼块用螺钉、销钉固定在固定板上，连接在下模座上，加工及调整方便。4、 卸料装置设计：由模具结构和出料方式将采用刚性卸料装置，安装在下凹模上，刚性卸料板的平面外形尺寸一般与凹模板相同，其厚度可取凹模厚度的 0.81 倍。刚性卸料装置卸料力大，卸料可靠，但冲压时坯料得不到压紧，因此常

30、用于冲裁坯料较厚（大于 0.5mm）、卸料力大和平面度要求不太高的冲件。根据冲裁件厚度，卸料板宽度取刚性卸料板厚度为5mm。5、挡料销设计：挡料销组主要用于定位，保证条料有准确的送料进距。由于凹模为闭合式，卸料方式为刚性卸料，条料较薄，选择弹性挡料销，为方便条料的送进，在挡料销上端进行 45 度角的斜度处理，具体尺寸见下图：图 31挡料销12/52弹簧选用圆柱螺旋压缩弹簧，外径10mm，自由高度20mm ，最大压缩量 8.6mm2 。1、 导板设计：厚度 10mm，共两块，进料处采用斜开口以方便进料。其它设计1、间隙与连接：螺钉孔、圆柱销孔的最小距离如下图所示销孔A螺孔C销孔CA刃口DACD图

31、 3 2 间隙与连接表 3 1 间隙与连接 6螺钉孔M6M8M10M12M16M20M24A10121416202530B12141719242835C5销钉口直2345681013162025径D567891112151620252、模柄设计：采用螺栓连接的普通模柄， 由已选压力机所给出的模柄的孔参数 50 ×70，设计出模柄，如下图：13/52图 33模柄模架模座选择由以上初步设计和制件、条料尺寸，压力机参数，选用导板导向式落料冲裁模。考虑到制件的形状、压力中心以及模具寿命，初步选用标准的中间导柱模架 7 ，具体摘录如下表：表 32中间导柱模架和模座参数凹模零件号、名称及标准编号周界闭合