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1、个人资料整理仅限学习使用目录摘要-3 第一章绪论 -41.1冲压成形工艺与理论研究 -41.2冲压加工自动化和柔性化 -41.3CAD/CAM-4第二章工艺分析-62.1工件分析 -62.2确定工艺方案 -72.3工艺方案的比较 -82.4毛培尺寸的确定 -82.5弯角工艺的计算 -92.6冲压设备选取 -10第三章弯角模 -113.1木架的选择 -113.2模柄-113.3凸凹模设计 -123.4推件器的设置 -133.5导向装置 -143.6固定板的选取 -153.7螺钉和销的选择 -153.8三维装配图和爆炸视图 -163.9solidworks motion 分析-193.10soli
2、dworks 有限元分析第四章 -254.1模架的选择 -254.2模具闭合高度的计算 -264.3模柄-264.4压力中心的计算 -264.5凸凹模设计 -274.6定位件 -294.7卸料弹簧的选用 -294.8垫板和固定板的选用 -324.9螺钉和销的选用 -324.10爆炸视图和三维装配图 -334.11 solidworks motion 分析-344.12solidworks 有限元分析 -35总结-38参考文献 -39摘要本设计为机床后托架的冷冲压模具设计，根据设计零件的尺寸、材料、批量生产等要求，首先分析零件的工艺性，确定其工艺方案。再根据工艺方案设计了两个模具共同完成两件的冲
3、制。完成两个模具的设计，完成模具零件的设计选用并完成三维建模和主要零件的CAD 二维零件图纸的绘制，并在三维建模的基础上用solidworks 进行运动仿真和有限元分析。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 23 页个人资料整理仅限学习使用关键词：模具设计solidworksCAD零件图运动仿真有限元分析This design for the machine after the bracket of the cold stamping die design, according to the design of the siz
4、e of the parts, materials, mass production requirements, first of all, analysis technology of parts, determine the processing plan. According to process plan design of the two moulds to accomplish two punch. Complete two mould design, mould parts design to choose and complete the drawing of 3 d mode
5、ling and 2 d CAD drawing, and on the basis of 3 d modeling in solidworks motion simulation and stress analysis.Keyword：mold design solidworks CADparts drawing motionsimulation第一章绪论冲压是通过模具对板材施加压力或拉力，使板材发生塑性变形，同时对板料施加剪切力使板材分离，从而获得一定尺寸、形状和性能零件的加工方法。由于冲压加工经常在材料冷状态下进行，因此也称为冷冲压。冲压加工的原材料一般是板材或带材，故也称为板材冲压。冲
6、压加工需要研究冲压工艺和模具两个方面的问题。根据通用的分类方法：冲压工艺可以分为分离工序和成形工序两大类。冲压加工有其自身的优势，其缺点在于冲模的结构比较复杂，模具制造价格较高。因此冲压加工一般只适用于大批量、单一品种的生产。目前为了解决这方面的问题，正在努力发展某些简易冲模，如聚氨酯橡胶冲模、低合金冲模以及采用通用组合冲模、钢皮模等，同时也在进行冲压加工中心等新型设备和工艺的研究。1.1 冲压成形工艺于理论研究由于引入了计算机辅助工程CAE ），冲压成形已从原来对应力应变进行有限元分析，逐步发展到采用计算机进行工艺过程的的模拟和分析以实现冲压过程的优化设计。在冲压毛坯设计方面也开展了计算机辅
7、助设计，可以对排样或拉伸毛坯进行优化设计。在现阶段，冲压成形已走向计算机辅助工程化和智能化的发展道路，冲压成形已从原来的经验、实验分析阶段开始进入有冲压理论指导的科学阶段。很多研究机构已经开始进行冲压成形性能和成形极限、冲压件成型难度的判定以及成行预测等技术的预测。1.2 冲压加工自动化和柔性化为适应大批量、高效生产的需要，在冲压模具和设备上广泛应用了各种自动化的进、出料机构。对于大型冲压件，例如汽车覆盖件，专门配置了机械手或机器人，这不仅大大提高了冲压件的生产品质和生产率，而且也增加了冲压工作和冲压工人的安全性。在中小件的大批生产方面，现已广泛应用多工位级进模、多工位压力机或高速压力机。在小
8、批量多品种生产方面，正在发展柔性制造系统 FMS ），为了适应多品种生产时不断更换模具的需要，已成功的发展了一种快速转换系统，现在，换一副大型冲压模具，仅需要68min 即可完成。此外，近年来，集成制造系统 CIMS ）也正被引入冲压加工系统，出现了冲压加工中心，并且使设计、冲压生产、零件运输、仓储、品质检验以及生产管理等全面实现自动化。1.3CADCAM 冲模 CAD/CAM 系统的发展是随着CAD/CAM 技术以及现代设计理论与方法的发展而不断发展的，从最初以二维图形技术为基础的系统发展到了目前的以三维图形技术及特征构形为主要特点的阶段。(1) 国外冲模 CAD/CAM 的发展简况国外于
9、20 世纪 60 年代末开始模具CAD/CAM 研究，20 世纪 70 年代已投入生产使用。如美国的 Diecomp公司于 1973 年研制成功计算机辅助设计级进模的PDDC 系统。该系统包括产品图形于材料特性的输入；在输入的基础上，再进行模具结构类型选择、凹模排样、凸模和其他嵌件设计，最后绘制模具总装图和零件图及NC编程。汽车覆盖件模具CAD/CAM 的研究在世界各大汽车公司均取得成效。其中日本丰田汽车公司精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 23 页个人资料整理仅限学习使用于 1965 年将数控技术用于模具加工，1980
10、年开始采用模具CAD/CAM 系统。该系统包括NTDFE和 CADEETT 两个设计软件及加工凸凹模的TINCA软件，可完成车身外形设计、车身结构设计、冲模 CAD 、主模型及冲模加工、夹具加工等。冲模CAD主要应用三维几何构形与图形变换的功能，其中有关工艺成型性能的评价，应用有限元分析方法和几何模拟方法。该系统投入使用后。可使覆盖件成型模的设计与加工时间缩短50% 。美国通用汽车公司、福特汽车公司和英国PSF公司均已建立覆盖件拉延成型模CAD/CAM 系统，特别是福特汽车公司在覆盖件塑性成形方面取得很大成就，应用大应变弹塑性有限元方法，模拟覆盖件的成型过程，预测其中的应力、应变分布，失稳破裂
11、及回弹的计算等。2）国内冲模 CAD 发展简况由于我国计算机技术发展较晚，于20 世纪 80 年代才开始模具CAD/CAM 的研究。到目前为止，先后通过国家有关部门鉴定的有：1984年华中科技大学建成的精冲模CAD/CAM 系统， 1985年机电研究院建成的冲裁模CAD/CAM 系统。 1986 华中科技大学、上海交通大学建成的冲裁模CAD/CAM 系统，随后相继又有西安交通大学、华中科技大学、上海交通大学等开展了拉延模、弯曲级进模 CAD/CAM 以及精冲级进模 CAD/CAM 的研究。从 20 世纪 90 年代中期开始，华中科技大学模具技术国家重点实验室在深入分析级进模设计特点的基础上，将
12、基于特征的特征的设计方法应用于级进模CAD/CAM 系统的开发上，于1999年在 AutoCAD软件平台上建成了基于基于特征的级进模CAD/CAM 集成系统 HMJC 系统）。系统共分：钣金零件的特征造型，基于特征的冲压工艺设计条料排样），模具结构及零件设计，级进模标准设件和典型结构建库工具，线切割自动编程共5 大模块。其中，钣金零件的特征造型模块主要用于将钣金零件的产品信息输入计算机，建立钣金零件的特征模型，为后续的工艺及模块结构设计提供信息。基于特征的冲压工艺设计模块可实现钣金零件自动展开、毛坯排样及冲压工序设计、工位布置、工艺参数设计等。由于在冲压工艺设计时需考虑众多因素，所以该模块提供
13、进行交互设计的各种操作命令，以便用户快速确定设计结果。模具结构及零件设计模块则为用户提供设计模具总装结构及模具零件的相关功能，使用户可方便的设计出级进模，并输出符合用户要求的总装图与模具零件图。级进模标准件和典型结构建库工具用于建立用户的标准件库和典型结构库，它面向用户开放，可按需要进行添加删除和修改。第二章工艺分析加工工艺的确定需要考虑多种因素，最重要的是要兼顾质量与效率。下面将对托架的加工工艺选择做详细阐述。2.1 工件分析此模具用于加工下图所示的机床中心轴托架，材料为08 钢。图 2-1 根据所给出的的零件二维图，首先在solidworks中运用参数化建模技术实现零件的三维精选学习资料
14、- - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 23 页个人资料整理仅限学习使用建模，如右图 2-2 所示图 2-2 工件三维图该工件是中心轴托架工件，10mm 孔内装有心轴，托架通过4 个5 孔与机身连接，为保证良好的装配工件， 5 个孔的公差等级均为IT9 级，表面不允许有严重的划伤，该零件选用08钢，其弯曲半径均大于该种材料的最小弯曲半径，且工件精度要求不高，不需要校形，所有的孔可用高精度冲模冲出。因此，该零件还可以用冷冲压加工成形。考虑到工件的实际尺寸。弯曲件的工艺性主要考虑以下几个方面。（1）弯曲半径弯曲件的弯曲半径不宜过大和过小。过大因受
15、回弹的影响，弯曲件的精度不宜保证；过小时会产生拉裂。弯曲半径应大于材料的许可最小半径，否则应采用多次弯曲并增加中间退火的的工艺，或者是先在弯曲角内侧压槽后再进行弯曲。，否则需先压槽或加高直边弯曲后再切掉），如图3-3 所示。（3）孔边距如果弯曲毛坯上有预先冲制的孔，为使孔不发生变化，必需使孔置于变形区之外，即孔边距 L图 3-4）应符合以下关系。当弯曲件厚度 t2mm时，Lt ；t 2mm 时，L2t 。图 2-3 弯曲质变高度要求图 2-4 孔边距图中工件两边的孔边距为1.5mm=1.5mm）, 中心孔 10mm 孔边距为 7.5mm1.5mm）, 均满足要求，但是考虑到孔的精度要求，应先弯
16、曲再冲孔。4）形状与尺寸的对成性弯曲件的形状与尺寸应尽可能对称，高度也不应相差太大。当冲压不对称弯曲件时，因受力不均匀，毛坯容易偏移，尺寸不易保证。为防止毛坯的偏移，在设计模具时应考虑增设压料板、定位销等定位零件。如图3-1 所示，本次设计的工件形状完全对称。5）部分边缘弯曲精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 23 页个人资料整理仅限学习使用当局部弯曲某一段边缘时，为了防止在交界处由于应力集中而产生断裂，可预先冲裁卸荷孔或切槽，也可以将弯曲线移动一段距离，以远离尺寸突变处。2.2 确定工艺方案根据给出的工件结构进行详细分析得
17、出：冲压该零件所需的基本孔为冲孔、落料及弯曲，其弯曲工艺方案有三种，因此，冲压工艺方案可以有以下几种。方案一：首先为冲孔 10mm ）和落料的复合，然后为弯曲外部两角并使中间预弯45，然后弯曲中间两角，最后冲4 个孔5mm ），弯曲部分如图 3-5 所示。方案二：首先为冲孔 10mm ）和落料的复合 同方案一），然后弯外部两角，然后压弯中间两角，最后冲 4 个孔5mm ，同方案一），如图3-6 所示。图 3-5 方案一工件变形路线图图 3-6 方案二工件变形路线图方案三：首先冲孔 10mm ）和落料的复合 同方案一）直接压弯四角，最后冲4 个孔 5mm ，同方案一）如下图图 3-7 方案三工件
18、变形路线图方案四：冲孔 10mm ），切断，弯外角，再弯内角，最后冲4 个5mm 孔同方案一）。方案五：冲孔 10mm ），切断，弯四角，冲4 个5mm 孔同方案一）方案六：全部工序合并，采用带料级进冲压成形。2.3 工艺方案的比较综合运用弯曲模成型原理和模具设计技术对上述六个方案进行比较，可以得出如下结论。方案一工序分散，所用模具、压力机和操作人员较多，工作量较大。方案二和方案一相比，零件的回弹难以控制，尺寸和形状不明确，且同样存在工序分散、劳动量大、占用设备的缺点。方案三的工序比较集中，占用设备和人员少，除工序一外，各工序都能用10mm 孔和一个侧面定位，定位基准一致且与设计基准重合，操作
19、也比较方便。缺点：模具寿命低，工件表面有划伤，厚度变薄，回弹不易控制，尺寸的控制不够精确。方案四的成形过程本质与方案三相似。方案五本质上业也与方案三相同，只是采用了结构比较复杂的级进复合模。方案六的特点是采用高度集中的连续模完成方案一中分散的各工序。其生产率很高，但模具结构复杂，安装、调试、维修比较困难，制造周期长。通过比较可以得出，当进行小批量生产时宜选择方案三。但是进行大量生产时应采用方案六，即级进模生产的方式。本次设计针对单件、小批量生产，故综合各种因素，采用方案三。2.4 毛培尺寸的确定精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页
20、，共 23 页个人资料整理仅限学习使用首先根据工件结构图进行毛坯展开尺寸的计算，工件尺寸如图3-8 所示由简明冲压模具设计手册式 3-4）可得)(659.107r2LL0iim mtx）（式中： Li-直边长度； ri-弯曲半径； x0-应变中性层位移系数。图 3-8 工件尺寸其中 Li =103mm ， ri =1.5mm，x0 =0.32 2.5 弯角工艺计算虑到弯曲时板料纤维的伸长，实际毛坯取L=107mm 。与弯角的工艺分析计算相同，弯内角的工艺计算如下： R/t =1.5/1.5 =1,大于其最小圆角半径，则r凸=1.5mm 。由简明冲压模具设计手册凸凹模的圆角半径选取规则，t=1.
21、5mm2mm 时，r凹=36）t, 故取）（凹mm6.514t4r由简明冲压模具设计手册关于V形和 U形弯曲凸凹模间隙论述知：对于V 形件弯曲，间隙过大则制件精度低，间隙过小则弯曲力增大，制件直边薄且模具寿命降低。合理的U 形件弯曲凸凹模单边间隙可按下式计算： C=t+kt 式中 C 弯曲凸凹模单边间隙； t材料厚度材料厚度正偏差 k根据弯曲件高度h 和弯曲线长度b 确定的系数，可查简明冲压模具设计手册系数 k 值表。 t=1.5mm，设材料厚度无偏差，则 =0mm ，k-0.05 ，可知）（mm75.51.515.00.51C因为工件标注内形尺寸0p5.20BBp）（d80pdC2BB）（式
22、中 B-弯曲件基本尺寸；-弯曲件制造公差；p、d -凸凹模制造公差，按IT6IT8 级公差选取。查机械设计课程设计制造公差表，GB/T 1804, =0.21mm 。查机械设计课程设计标准公差IT 值表，选取凸凹模的制造偏差IT8，则p = d=0.033mm ，有0033.0033.00p525.0251.205.2052B）（33.0000.0330pd025.228C2BB）（在制造过程中，其尺寸需按生产实践的经验进行修正，所以取：mm525.025B0033.0p,mm025.228B33.000d。2.6 冲压设备的选取弯角最大自由弯曲力为b2tRCkBt自F式中 C与弯曲形式有关的
23、系数，对于V形件 C取 0.6 ，对于 U形件 C取 0.7 ； B料宽， mm ； k安装系数，一般取1.3 ；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 23 页个人资料整理仅限学习使用 t料厚， mm ；b材料强度极限， Mpa 。其中， 08 钢，b=300Mpa ，C 取 0.6 ，k=1.3，B=30mm，t=1.5mm，R=1.5mm ，则 F自=5265N 。校正力计算公式为 F校=pA 其中， A=1683mm2，取 p=90Mpa ，则 F校=pA=151470F自系数取为 0.5 ，则 Fq=0.5F自=263
24、2.5N）根据 F机F校和 F机F自+Fq得 F机151470N 。查冲压模具简明手册开式可倾工作台压力机主要参数表，选用压力机型号为J23-25，其公称压力 250kN 。查冲压模具简明手册开式可倾工作台压力机主要参数表，选用压力机型号为J23-16，其公称压力 160kN 。第三章弯角模3.1 模架的选择由上述可知，在弯外角的工序中，选用压力机为：J23-16A，公称压力 160kN 。由冲压模具简明手册开式可倾工作台压力机主要参数表可知：压力机的最大闭合高度 Hmax=180mm ；最小闭合高度 Hmin=130mm 。根据上面的压力机的闭合高度和冲模闭合高度的配合，选择冲模模架为：凹模
25、周界，L=125mm ，B=100mm，闭合高度 90180mm 。级精度的后侧导柱模架型号为12510090180） GB/T2581.3-1990 后侧导柱上模座型号为12510030 GB/T2855.5-1990 后侧导柱下模座型号为12510040 GB/T2855.5-1990 导套型号为 A25H78038 GB/T2581.6-1990 导柱型号为 A25h6150 GB/T2581.1-1990 3.2 模柄由前面弯外角所述，选择压入式模柄，由冲压模具简明手册模柄系列选择模柄A2570 JB/T7646.1 -1990绘制零件图和根据零件图如图3-1精选学习资料 - - -
26、- - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 23 页个人资料整理仅限学习使用图 3.1 3.3凸模的设计凸模装在下模座上，采用与下模座过盈配合压入下模座中。考虑到工件的边长30mm ，故凸模的长度选择50mm 。其宽度在前面的计算中已经给出，为Bp=033.00-52.025mm 。其圆角半径为r凸=1.5mm 。凸模的三维图如图5-3 所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 23 页个人资料整理仅限学习使用图 3-2 凸模三维图凹模深度为 L0=40mm 。凸凹模间隙 C=1.575m
27、m ，那么凹模的内芯宽度为 28+2C=28.202mm）U形件弯曲的简单的工作单元有以下几种常用的结构形式：自由弯曲工作单元结构校正弯曲工作单元结构凸台压校弯曲工作单元结构在这里采用自由弯曲工作单元结构。凹模三维图如图5-4 所示。3-3 凹模三维图3.4 推件装置凹模装在上模座 倒装）时，要利用刚性或弹性推件装置推出工件。推件装置装在上模内，通过冲床滑块内的打料机构完成推件工作。推件装置一般由推件器和推杆组成.以弯曲为例来说明该装置的工作过程。上模下行，依靠凸凹模完成弯曲后，弯曲件卡在凹模内。上模上行到某一高度时，压力机上的横杆给推杆上端一个向下的推力，通过推杆传递给推件器，便在弯曲件上表
28、面有一个相应的推力。上模上行到上死点过程中，凹模对推料器产生一个向上的位移，位移量略大于弯曲件高度，从而使弯曲件脱出凹模。在弯内角的模具设计中，脱料装置就采用上面的方案。采用刚性推件装置，利用推件器和推杆将弯曲工件从凹模中顶出。一般装在上模。其推件靠压力机中滑块内的横梁作用，推件力大且可靠。复合模中，刚性推件装置通常由推杆、推板、推销和推件器组成。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 23 页个人资料整理仅限学习使用推杆的长度应高出压力机滑块模柄孔510mm ；推件器应高出凹模刃口0.5 1mm 。为了使推件力均衡分布，推销要
29、分布均匀，长短一致。推板一般装在上模的孔内，其厚度与工件尺寸和推件力有关，对于中小件，一般取510mm 。为了保证凸模的支承和强度，放推板的孔不能全挖空。因此，推板的形状要按推下工件的形状来设计。推板有如下集中形式：用于正方形工件的推板；用于圆形工件的推板；用于矩形工件推板，本设计采用矩形。由实用冲压技术手册推杆系列表选择带肩推杆，根据以上原则，选择直径d=8mm ，长度 L=120mm ，材料 45 钢，A型带肩推杆，型号为推杆 A8120 JB/T 7650.1-1994 其中 d1=10mm 推板根据弯曲件来设计，冲裁件的内部形状尺寸较小，外形尺寸较简单时，推件块顶件块）外形与凹模为间隙
30、配合H8/f8 ，推件块 顶件块）内孔与凸模为非配合关系 那么推板上的让位孔的直径为： 9.975+0.3=10.275mm）由此可知上一步在推板上预留的10mm 孔显然小了，需改成10.275mm 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 23 页个人资料整理仅限学习使用导正销安装在凸模上面，凸模总长为50mm 。在弯外角中没有用到卸料板，但是为了达到导正销定位条料的目的，导正销需凸出凸模一定长度即上面所述的h，且 h=1mm 。那么导正销的非锥形部分为 51mm ，锥形部分为 30。(3) 导料板的计算条料靠着导料板送进，
31、以免送偏。导料板有与导板分离和连城整体的两种结构。为使条料顺利通过，导料板间的距离应等于条料的最大宽度加上一间隙值一般大于 0.5mm ）。其高度 H视板料厚 t 与挡料销的高度h 而定，查实用冲压技术手册导料板高度表，有H=6mm。在弯内角的过程当中，同弯外角一样，采用分离式结构，将导料板通过螺钉安装在凸模上面，对工件在 Z 方向上进行约束。导料销只起辅助导正作用，起精确定位作用的是导正销，采用横向送料的的形式，将导料板安装在凸模的前后两侧。将导料板分为安装部分和导正工作部分，大致确定导料板的宽度为20mm ，较凸模工作部分窄一点，安装部分高度为10mm ，工作部分高度为6mm ，厚度 2t
32、=3mm 。3-6 固定板由冲压模具简明手册表15.57选择固定板：100mm 63mm 10mm ，45 钢， JB/T 7643.2-19903-7 螺钉的选择上模座和固定板采用圆柱销定位。由参考文献 4 圆柱销系列表选择销钉：销 GB/T 119.1 6m645 上模座和凹模固定板采用紧固件螺钉连接。由参考文献 4 内六角螺钉系列表选螺钉螺钉 GB/T70.1 M840 下模座和凸模的固定也采用螺钉连接由参考文献 4 内六角螺钉系列表选螺钉螺钉 GB/T 70.1 M830 具体参数为： P=1.25mm ，b=28mm ，dk=13mm ，k=8mm ，t=4mm ，s=6mm ，e=
33、6.86mm ，r=0.4mm。上、下模座和凸模的定位同样采用销钉定位。由参考文献4 附圆柱销表选上模座定位圆销为：销 GB/T 119.1 3m640 导料板在凸模上的固定也采用螺钉连接。由参考文献 4 内六角螺钉系列表选螺钉螺钉 GB/T 70.1 M310 具体参数为： P=0.5mm 、b=18mm 、dk=5.5mm 、k=3mm 、t=1.3mm、s=2.5mm 、e=2.87mm 、r=0.1mm。由于公称长度小于表中数值，故需要制出全螺纹。3-8装配图和爆炸图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 23 页个人
34、资料整理仅限学习使用 3-6三维装配图爆炸图 3-7 爆炸图3.9 solidworksmotion 分析本部分说明实现模具的运动仿真，对模具的使用参数进行一个初步的分析。加载完成装配体之后，单击绘图区下部的“运动算例”标签切换到运动算例界面。单击 MotionManager 工具栏中的“马达”图标按钮，系统弹出“马达”属性管理器。在这里单击“现性马达”图标为模具添加线性马达。单击” 马达位置 ” 右侧的显示栏，然后选取为模柄添加马达位置如图所示。在“运动”栏中选择“马达类型”为“线段”，在弹出的“函数编制程序”窗口中设置所需值编制完成后点击“完成”设置过程如图 3-8、3-9 所示图 3-8
35、 图 3-9 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 23 页个人资料整理仅限学习使用时间位移参数图表 3-10 为模具添加下一个马达。按照上面所诉的方式步骤。安装马达位置为如图3-11所示马达添加位置图 3-11 下面进行仿真分析当我们完成模型动力学参数的设置后，就可以仿真求解题设问题。首先我们在 motionmanager界面将时间长度拉到7 秒，如图所示图 3-12 单击 motionmanager工具栏的“计算”图标按钮对模具进行仿真求解的计算。通过观察，我们发现上下模通过怎样的运动来实现冲压成形的。首先上模下行与凸模
36、的共同作用让毛培挤压成型然后上模上行同时推件器下行推出工件。单击 motionmanager工具栏的“结果和图解”图标按钮弹出如图所示“结果”属性管理器。单击“结果”栏内的额“选取类别”下拉菜单，选取分析类别的“力”，单击“选取子类别”的下拉框，选择分析的子类别为“反作用力”单击“选取结果分量下拉框”，选取分析结果为“幅值”。如图3-13 所示精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 23 页个人资料整理仅限学习使用结果属性管理器 3-13 选择重合配合 3-14 首先单击“面”图标右侧的显示栏，然后在装配体模型树中单击配合14
37、 凹模与垫板。如图 3-14 所示. 单击确定按钮，生成新的图解如图3-15所示图 3-15 通过图解我们看到反作用力曲线开始的时候有一个峰值，那是因为启动的一瞬间力有一个突变过程之后有一个回落是因为材料的弹性力的作用所以做一个震荡变化。在3-4s的时候为零这是上模停止不动推件器向下运动将冲压成形的工件顶出。3.10Soliworks 有限元分析新建算例点击右击左下角算例图标新建算例按照上面所示添加马达。点击“模拟设置”弹出设置属性对话框，选择添加需要设置部分添加时间如图3-16、3-17所示精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页
38、，共 23 页个人资料整理仅限学习使用图 3-17 图 3-16 点击“计算模拟结果”等待运算。运算结束之后重新开始播放。得到应力分析结果如下图所示图 3-18 通过图解我们可以看到凹模的两个边界和倒角部分所受的应力明显大于其他部位。整个凹模的上面部分受力比较均匀能够满足生产需求。考虑到实际生产中受力可能会更大一点和多次使用的情况，应给以改进。变形分析结果如图 3-19 所示图 3-19 整个凸模、凹模在工作的过程中变形很小能够保证工件的成形精度要求。安全系数分析图解如下图3-20 所示精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共
39、23 页个人资料整理仅限学习使用图 3-20 通过图解我们看到整个凹模是可以安全适用的。对主要的工作零件凹模再进行一次静态分析在 solidworks 中打开凹模零件新建静态类型的新算例，分析名取为“静态”。对该工程的哟速和载荷进行处理注意选取压力为常量。根据前面所诉设置压力为1600N，由于是压模所以为固定夹具。如图3-20、3-21、2-22、3-23 所示图 3-20 图 3-21 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 23 页个人资料整理仅限学习使用图 3-22 图 3-23 对点击生成网格，按系统默认值处理。如图3
40、-24 所示图 3-24 点击运算等待运算结果如图3-25 所示图 3-25 点击结果分别查看应力，应变和位移。结果如图3-26、3-27、3-28所示精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 23 页个人资料整理仅限学习使用应力图 3-26 位移图 3-27 应变图 3-28 对比上面整体分析发现在凹模的肩部很薄弱在应力的作用下容易发生比较大的变形这会影响到我们的制造精度。这是在设计之前没有考虑周全的地方应当在实际设计中给以改进。加强对这一部位的保护。第四章冲外孔模具在这里我们采用上一步工序中已经冲压成型的弯曲件冲四个外小孔按
41、照加工工艺的的流程，首先弯外角，因此需要设计相应的弯外角模具。本节将对弯外角模具的结构设计进行详细阐述。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 23 页个人资料整理仅限学习使用4.1 模架选择模架包括上模座、下模座、导柱和导套。因为凸凹模及其固定板和垫板，是通过螺钉、销钉等与上模座、下模座连接在一起的，模架是模具和压力机的连接件，所以，模架具有重要的作用。因此，对于精度要求较高、生产量大的冲压件，必须使用带有模架的模具。重要的模具，如复合模、连续模、冲裁模等都必须使用模架。成型模则要根据制件精度、模具间隙大小、压力机导向精度等
42、情况考虑是否需要模架。选择模架尺寸时要根据凹模的轮廓尺寸考虑，在长度、宽度上都应该比凹模大3040mm ，模板厚度一般等于凹模厚度的11.5 倍。选择模架时还要注意到模架与压力机的安装关系。冲压模具的闭合高度应大于压力机的最小装模高度，小于压力机的最大装模高度。通常小型冲模常采用后侧式、对角式或对称式的导柱型模架。四角导柱式模架主要用于精度要求较高的冲压件和大型冲压件。根据以上原则，选用后侧式导柱模架，如图4-1 所示。图 4-1 模架示意图1-上模座； 2-下模座； 3- 导柱；4- 导套凹模尺寸： L=125mm ，B=100mm，高度 H=190 225mm 。级精度的后侧导柱模架型号为
43、模架 125100190225） GB/T2581.3 后侧导柱上模座型号为： 12510040-1990 后侧导柱下模座型号为： 12510050-1990 导套型号： A25H79038 GB/T2581.6-1990导柱型号： A25h5180 GB/T2581.1-19904.2 模具闭合高度的计算冲模的闭合高度，是指冲模处于闭合状态工作行程最低点）时，上模板的上平面至下模板的下平面的高度。冲模设计时，必需使冲模的闭合高度和压力机的闭合高度相适应，通常应满足Hmax-5H Hmin+10 式中 Hmax压力机的最大闭合高度，mm ； Hmin压力机的最小闭合高度，mm ； H 冲模的闭
44、合高度， mm 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 23 页个人资料整理仅限学习使用在冲模结构中，计算冲模的闭合高度时，要区分两类不同的冲模：对于冲裁累冲模不需要考虑冲裁料厚与料厚无关），但要考虑刃口进入量。对于变形类冲模则应考虑制件的料厚 t ，如图 4-2 所示 H=h1+h2+h3+h4+t 式中 H冲模的闭合厚度； t制件的料厚； h1下模板的厚度； h2上模板的厚度； h3凸模的高度； h4凹模的高度。由前面所选的冲外孔压力机的规格为J23-25，公称压力 250kN。由冲压模具简明手册开式可倾工作台压力机主要
45、参数表可知，压力机的最大闭图 4-2 冲模闭合高度合高度 Hmax=220mm 最小闭合高度 Hmin=160mm所选冲模闭合高度 H=210mm，在 190225范围之内，满足条件 Hmax-5H Hmin+10 4.3模柄模柄对中小型模具用于固定上模，冲模的上模则通过模柄安装在冲床滑块上。常用的有：压入式模柄、旋入式模柄、螺钉固定式模柄等。模柄一般采用 Q235-A或 45 钢制成。其直径大小必须根据选定压力机孔直径大小确定。本设计采用标准的“压入式模柄”，模柄规格为：A2570 JB/T7646.1 -19904.4 压力中心的计算冲压力的合力的作用点称为冲模的压力中心。冲模的压力中心应
46、与压力机滑块中心重合，否则冲压时会产生偏斜，导致模具和压力机急剧磨损。对于简单形状冲裁及形状简单而对称的工件，如圆形、正多边形、矩形等，其冲裁时的压力中心即工件的几何中心。由于这里研究的工件为对称形式，压力中心就在10mm孔上。故不需考虑不规则形状冲裁的压力中心的求法。确定了压力中心之后，在进行模具的装配时必须使模柄和压力中心在一条竖直线上，这样才不会产生弯矩，使模具磨损。由于本工件是一个对称工件压力中心就是他的形心，所以不必计算压力中心。4.5 凸凹模设计由于模具间隙较小，固凸、凹模采用配作加工为宜，由于凸、凹模之间存在着间隙，使落下的料或冲出的孔都带有锥度。落料件的尺寸接近于凹模刃口尺寸，
47、而冲孔件的尺寸接近于凸模刃口尺寸。固计算凸模与凹模刃口尺寸时，应按落料与冲孔两种情况分别进行。由此，在确定模具刃口尺寸及其制造公差时，需遵循以下原则：I）落料时以凹模尺寸为基准，即先确定凹模刃口尺寸；考虑到凹模刃口尺寸在使用过程中因磨损而增大，固落料件的基本尺寸应取工件尺寸公差范围较小尺寸，而落料凸模的基本尺寸则按凹模基本尺寸减最小初始间隙；II）冲孔时以凸模尺寸为基准，即先确定凸模刃口尺寸，考虑到凸模尺寸在使用过程中因磨损而减小，固冲孔件的基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较大尺寸，而冲孔凹模的基本尺寸则按凸模基本尺寸加最小初始间隙；III ）凸模与凹模的制造公差，根据工件的要求而定，一般取比
48、工件精度高23 级的精度，考虑到凹模比凸模的加工稍难，凹模比凸模低一级。冲孔刃口尺寸计算查表冲裁模初始双面间隙Z 取精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 23 页个人资料整理仅限学习使用Zmin=0.246mZmax=0.360m 对零件图中未注公差的尺寸，冲压件一般保证精度IT14，因制件形状简单且对称，在这里保证精度 IT14。查互换性与测量技术基础表3-6 简单形状冲裁时5mm的极限偏差0.3mm，磨损因数查表得 x=0.5。根据0min)(pxddpdZxddd0minmin)(pd、dd- 冲孔凸、凹模刃口尺寸 m
49、m ）；mind-冲孔件孔的最小极限尺寸 mm ）； -冲件的制造公差 mm ，冲孔件为自由尺寸，可按IT14 即精度处理）；minZ- 最小合理间隙 mm ）；p、d- 凸、凹模制造公差 mm ）；X -磨损系数， x 值在 0.5 1 之间，它与冲压精度有关，可查表或按下列关系选取：冲件精度为 IT10 以上时， x=1；冲件精度为 IT11 IT13 时，x=0.75；冲件精度为 IT14 以下时， x=0.5；查冲压模具及设备表4-13 得p=0.02mm 、d=0.025mm ，则002.0) 3. 05 .05(pdmm002.015.5025. 00)246. 03.05.05(
50、ddmm025. 00396.5校核间隙：因为p+d=0.02+0.025=0.045mmZmax-Zmin=0.114mm, 所以符合p+dZmax-Zmin 。凹模的结构形式和固定方法：凹模采用矩形板状结构和通过用螺钉、销钉固定在凹模固定板内，其螺钉与销钉与凹模孔壁间距不能太小否则会影响模具强度和寿命，其值可查冷冲压工艺及模具设计表3-23。凹模刃口的结构形式：考虑凹模有磨损和保证冲件的质量，凹模刃口采用直刃壁结构，刃壁高度取 5mm, 漏料部分沿刃口轮廓单边扩大2倍根据算得的凹模轮廓尺寸，选取与计算值相接近的标准凹模板轮廓尺寸为LBH=1001040）凹模材料和技术要求：凹模的材料选用T
51、10A。工件部分淬硬至HRC5862。外轮廓棱角要倒钝。如图 4.1所示精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 23 页个人资料整理仅限学习使用图 4-1 冲孔部分的凸模刃口尺寸为圆形，为了便于凸模和固定板的加工，将冲孔凸模设计成台阶式。为了保证强度、刚度及便于加工与装配，圆形凸模常做成圆滑过渡的阶梯形，小端圆柱部分。是具有锋利刃口的工作部分，中间圆柱部分是安装部分，它与固定板按H8/k7 配合，尾部台肩是为了保证卸料时凸模不致被拉出，圆形凸模采用台肩式固定。凸模的长度是依据模具结构而定的。采用弹性卸料时，凸模长度按公式L=h
52、1+h2+h3计算，式中 L-凸模长度， mm； h1-凸模固定板厚度， mm。h2-卸料板厚度， mm 。h3-卸料弹性元件被预压后的厚度L=10mm+10mm+40mm =60mm 凸模三维图图 4-2 4.6 定位件定位零件的作用是使坯料或工序件在模具上相对凸、凹模有正确的位置。选用固定导料销一个。起到与凹模共同定位的作用。在凸模中如图4-1 所示定位销安装在下面的定位孔中与凹模的面共同定位。4.7 卸料装置的设计和卸料弹簧的选用本设计采用弹性卸料装置。卸料板卸料板的主要作用是把材料从凸模上卸下，有时也可作压料板用防止变形，并能帮助送料导向和保护凸模等。设计时应注意以下几个方面。卸料力一
53、般取 5% 20% 冲裁力。卸料板应有足够刚度，其厚度H可按下式计算，即 H=0.81.0 ）Hd 式中 H卸料板厚度， mm ；Hd凹版厚度， mm 。卸料板要求耐磨，材料一般选45 钢，淬火，磨削，表面粗造度Ra 为 0.4 0.8m 。卸料板安装尺寸，计算中要考虑凸模有46mm 的刃磨量。卸料板可根据工件形状制作成圆形或矩形，型孔与凸模的配合为H6/h7 或 H8/f7 。卸料装置的尺寸计算卸料板的形状一般与凹模形状相同，同时卸料板的成形孔形状基本与凹模孔相同细小凹精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 23 页个人资料
54、整理仅限学习使用模孔及特殊型孔除外），因此在加工时一般与凹模配合加工。卸料板分为固定卸料板和弹性卸料板。其中，固定卸料板又称刚性卸料板，用于厚料或硬料。特点是卸料力大，使用安全，但送料操作受约束，常用于料厚大于0.5mm 、平面度要求不高的工件，特别适用于卸料力较大的简单冲模；弹性卸料板具有卸料和压料的双重作用，多用于冲制薄料，使工件的平面度提高。借助弹簧、橡胶或气垫等弹性装置卸料，常兼做压边。压料装置或凸模导向。本设计的工件厚度为1.5mm ，为薄料弯曲加工，故采用弹性卸料板。弹性卸料板如图 4-3 所示图 4-3 弹性卸料板1-卸料螺钉； 2- 凸模； 3- 卸料板； 4- 弹簧卸料板孔和
55、凹模的单边间隙Z/2=0.1 0.2 ）t ，取 0.1t ，将 t=1.5mm 代入得单边间隙Z/2=0.15mm。由冲压模具简明手册表15.28 可知 h 0=20mm。卸料板导向孔的高度h=35mm ，取 h=5mm 。卸料板底面高出凸模底面的尺寸k=0.20.8mm取 k=0.5mm 。弹性卸料板凸台高度h1=a-t+0.1 0.3 ）t ，a 为导板厚度，t为料厚，则a=5mm ，h1=3.53mm 。卸料用弹性元件有弹簧、橡胶及气垫，他们的压力特性不相同，要根据需要选用。弹簧压力随行程增加而增加，呈一定线性增长。橡胶的压力和行程呈曲线式增长，气垫的压力在行程中基本不变，所以采用气垫
56、最为理想。但目前国内小型压力机中安装气垫的较少，常采用的弹性元件仍是弹簧和橡胶。与弹簧相比，橡胶的刚度要大些，因此对要求卸料力较大、行程较小的模具，选择橡胶较好；反之则选择弹簧。通过分析对比，本设计中选择弹簧作为弹性元件。对于卸料行程不大的模具，弹簧或橡胶装在模具中，弹簧与座孔的间隙值C 应根据弹簧外径选定，弹簧外径为 10mm 时，C=1mm；外径每增加5mm ，C 值增大 0.5mm ；大于 30mm 的外径，C=3.5mm 。（2）弹簧的选择计算弹簧的顶压力Py Py=Pz/n 式中 Py弹簧的顶压力， N； Pz弹簧承担的工艺力，如卸料力或推件力等，N ；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共 23 页
