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1、 冲孔复合模具设计 第 19 页 共 20 页冲孔复合模具设计作者：陆强强 指导老师：许良元（安徽农业大学工学院 09级农业机械化及其自动化 合肥230036）摘要：垫圈冲孔复合模设计，它的结构的主要特征是有一个既是落料凸模又是冲孔凹模的凹凸模。这一复合模为倒装式复合模，凹凸模装在下模，落料凹模和冲孔凸模装在上模。采用刚性推件装置把卡在凹模中的冲件推下，刚性冲件由打杆、推板、连接推杆组成。冲孔废料直接由冲孔凸模从凸凹模内孔推下，无顶件装置，结构简单，操作方便，主要完成冲孔、落料两道工序。由打杆顶出制件，橡胶垫驱动的卸料板卸除条料。由弹性挡料销和导料销定位、导料。模架为后侧导柱圆形模架，压入式模
2、柄。由于垫圈的生产为大批量生产，所以在使用模具的前后都应注重模具的保养和修复，防止生产出误差过大的不合格产品。本次设计使用CATIA绘制零件实体并完成装配，进而生成装配工程图和相关的零件图。关键词：冲孔复合模具 CATIA 设计1 引言1.1CATIA简介本次设计主要运用了CATIA进行作图设计，下面是关于CATIA的简单介绍。CATIA具有完备的设计能力和很大的专业覆盖面，它是一套集成的软件应用包，内容覆盖了产品设计的各个方面，包括：计算机辅助设计（CAD），计算机辅助工程分析（CAE）和计算机辅助制造（CAM）。它既具有各种类型的协同产品设计的必要功能，也可以进行无缝集成完成支持“端到端”
3、的企业流程解决方案，其特有的DMU电子样机模块功能及混合建模技术更使企业竞争力和生产力的提高。使用CATIA V5版本，可为数字化企业建立一个针对产品整个开发过程的工作环境。在这个环境中，可以对产品的开发过程进行仿真，实现工人之间的电子通信和产品整个开发过程，包括概念设计、详细设计、工程设计、成品定义和制造乃至成品在整个生命周期中的使用和维护。总的来说，CATIA具有以下几个方面的特点和应用。（1） 先进的混合建模技术和后期修改性。 设计对象的混合建模：在CATIA V5的设计环境中，无论是实体还是曲面，都做到了真正的互操作。 变量和参数化混合建模：在设计时，用户不必考虑参数化设计目标，CAT
4、IA V5提供了变量驱动和后参数化能力。 几何和智能工程混合建模：对于一个企业来说，可以将企业多年的经验积累到CATIA V5的知识库中，用于指导企业新员工，或者指导新产品的开发，以缩短新产品推向市场的时间。 方便的修改性：CATIA V5具有方便的修改能力。无论是实体建模还是曲面造型，由于CATIA V5提供了智能化的树结构，用户方便快捷的对产品进行重复修改。在设计的过程中做修改，或者是对方案的更换，都是很简单的事情。 （2）CATIA V5提供了各模块的全相关性和完备的设计能力。CATIA V5的各个模块以相同的数据裤为前提，因此CATIA V5的各个模块存在着真正的全相关性。三维模型的修
5、改能完全体现在二维、有限元分析、模具和数控加工的程序中。这样就使产品就从概念设计到最终产品的形成，从单个零件的设计到最终电子样机的建立，具有统一的数据结构，也将机械设计、工程分析及仿真、数控加工和网络应用解决方案有机的结合在一起，为用户提供完整的解决方案和严密的无纸工作环境。 （3）并行工程的设计环境。CATIA V5提供了多模型链接的工作环境及混合建模方式，使得并行工程设计模式已不再是概念，总设计部门只要把基本的结构尺寸发放下层部门，各分系统的人员便可以开始工作，即可协同工作又不互相牵连：由于模型之间的相互联结性，使得上游设计结果可作为下游设计的参照，同时，上游设计的修改可直接对下游工作进行
6、刷新，实现真正的并行设计工作环境，从而大大缩短设计周期。 （4）强大电子商务能力。CATIA V5的基础结构支持即插即用功能的扩展，如OLE；可使用Visual Basic进行高级宏编程。因此，不管工厂规模如何，使用电子设计和文件资料的二次开发应用，会大大增强企业的竞争力。 （5）与NT和UNIX硬件平台的独立性。CATIA V5是在Windows NT平台和UNIX平台上开发完成的，并在所有其支持的硬件平台上具有统一的数据、功能、版本发放日期、操作环境和应用支持。1.2模具工业及其发展1、模具工业在国民经济中的地位模具是制造业的一种基础工艺装备，在机械、电子、轻工、汽车、纺织、航空航天等工业
7、领域里，日益成为使用最广泛的主要工艺装备，它承担了这些工业领域中60%90%的产品零件、组件和部件的生产加工。、模具生产出的制件具有较高的精度、复杂度、一致性、生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业。模具制造的重要性还体现在市场需求上，仅以汽车摩托车行业的模具市场为例。在发达的国家中，模具的最大市场主要在汽车摩托车这一块，占市场的50%左右。汽车基本车型不断增加，模具的更新换代也会随之而来。汽车换型时约有80%
8、的模具需要更换。中国摩托产量位居世界第一，据统计，我国摩托车共有14种排量、80多个车型，1000多个型号。单辆摩托车的零部件有过半的零件生产需要模具。其他的行业，如电子，通信，家电及建筑等，也存在巨大的模具市场。2、我国模具技术的现状及发展趋势我国模具工业从起步到现在，历经了半个多世纪，近几年来，我国模具技术有了很大的发展，模具水平有了较大的提高。大型、精密、复杂、高效和长寿命的模具有了很好的提升。我国主要汽车模具企业，已能生产部分轿车覆盖件模具体现高水平制造技术的多工位级进模，已经从电机、电铁芯片模具，扩大到接插件、电子零件、汽车零件、空调器散热片等家电零件模具上。塑料模热流道技术更趋成熟
9、，气体辅助注射技术已开始采用。模具质量、寿命显著提高，模具交货期较前缩短。模具CAD/CAM/CAE技术在大范围内得到较为广泛的应用。电加工在制造模具的发展中有着举足轻重的作用。模具加工机床品种增多，水平明显提高。模具标准件应用更加广泛，品种有所扩展。模具材料方面由于对模具寿命的重视，优质模具钢的应用有较大进展。正由于模具行业的技术进步，模具水平得以提高，模具国产化取得了可喜的成就。历年来进口模具不断增长的势头得到控制，模具出口量稳步增长。模具技术有以下发展趋势：（1） 模具CAD/CAM/CAE正向集成化、三维化、正能化和网络化方向发展（2） 模具制造向高效、精密、复合和多功能方向发展（3）
10、 快速经济制模技术得到应用（4） 特种加工技术有了进一步发展（5） 高速铣削加工得到更广泛的应用（6） 模具高速扫描及数字化系统将在逆向工程中发挥更大作用（7） 超精加工和复合加工将得到发展（8） 模具标准化程度将不断提高（9） 模具材料及表面处理技术发展迅速2 工艺分析及模具结构设计2.1设计要求图1 零件图如图1所示零件：垫圈（摘自GB/T97、1-2002）生产批量：大批量材料：08F优质碳素结构钢 t=2mm设计该零件的冲压工艺与模具 2.2零件的工艺析 产品为规则圆形，落料和冲孔也均为圆形。形状结构对称且简单，无狭槽和尖角；孔与零件边缘之间的最小距离满足c1.5t要求。 （ 1.5t
11、=3）（1） 尺寸精度 任务书对冲件的尺寸精度没有作要求。 所以根据其他技术要求来确定尺寸精度。（2）冲裁件断面质量 本零件在断面粗糙度上没有要求，所以只要模具精度达到一般要求，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 对于冲压件材料的要求是低强度，高塑性，表面质量和厚度公差符合国家标准。本设计的产品材料为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。其冲裁出的产品表面质量和厚度公差可以很好的得到保证。 经上述分析，该零件适合冲裁加工。 选用一般模具材料就能够满足该模具对材料强度的要求，又由于零件为大批量生产，选用模具材料时适当提高模
12、具材料的一个档次。从零件精度方面看，该零件对公差等级没做特别要求，设计精度要求较低，普通冲裁模生产的冲件一般都可以达IT11级，所以选用的冲裁模为一般精度就可以满足此零件的生产要求。 查看参考文献5中的表格11-9，比较三种主要冲模，根据零件的实际尺寸情况，决定采用复合模冲裁该零件。由于冲模的结构简单、制造周期短，价格低，而且通用性好，所以采用复合模冲裁该零件。2.3排样和压力计算1、排样零件为规则圆形 ，考虑到零件为大批量生产，如果采用交叉双排或多排，则模具尺寸和结构就会相应增大，从而增加模具生产成本，所以本设计决定采用单排结构。如图2所示。图2 排样查看参考文献10，确定搭边当t=2时，a
13、=2.4mm,b=2mm所以条料宽度B=44+2.4*2=48.8mm材料利用率：式中 一个歩距内冲裁件数目； A冲裁件面积； S歩距长度； B板料宽度；取：n=1; A=*22=1520.53；S=46；B=48.8 =1520.5346*48.8=67.73%2、 计算冲压力（1）冲裁力冲裁力公式为 式中 冲裁力； 冲孔冲裁力； 落料冲裁力。（2） 冲孔冲裁力 式中 K系数（取K=1.1）； 孔的个数，n=1。 冲孔周长，mm 材料厚度， 材料抗剪强度，查参考文献10知，MPa。 （3） 落料冲裁力。 所以 （4）卸料力 式中 卸料系数，查参考文献10知，取。 所以 （5）推料力 式中 推
14、料系数，查参考文献10取。 同时卡在凹模洞孔内的件数，。 所以 （6）顶件力 式中 顶件系数，查参考文献10取。 所以 （7）总冲压力 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。总的冲压力为 选定符合压力供给要求的压力机J23-16。3、计算模具压力中心 该零件完全对称，模具的压力中心即是几何图形的中心。2.4 凹模设计1、凹模刃口的结构型式 该设计选取整体式的凹模，冲裁凹模的刃口型式有直筒形和锥形两种，冲裁的垫圈的形状为规则的圆形，厚度薄，尺寸的精度要求不严格，零件是机械力推出，不自动下落。所以选用直筒形式的凹模刃口，强度较高，修模后刃口尺寸不变，适于大批量生产。查参考文献5可知，其形式如下图3图3 凹模刃口2、 凸凹模外形尺寸的计算与选取（1）凹模壁厚和厚度 由参考文献5中查表知，凹模的壁厚最小
