卡通图案冲裁模的设计与模拟论文

目 录1 绪论12 分析冲压件的工艺性23 模具材料的选择原则24 模具结构型式的确定35 确定工艺方案45.1 分析产品图样，确定模具结构45.2 确定零件的排样次序，画出排样图55.3 确定冲裁位置55.4 确定步距长度65.5 计算条料的宽度65.6 侧刃长度计算65.7 勾画草图，确定凹模外形尺寸75.8 选定标准模具结构85.9 计算凹模与凸模工作尺寸105.10 绘制其他零件图105.10.1 上模板与底座的选定115.10.2 模柄的选定125.10.3 导柱导套的选定125.10.4 定位零件的选定135.10.5 紧固零件的选定135.11 绘制图样146 利用CAXA建立模具型腔及数控仿真146.1 CAXA制造工程师146.2 模具型腔的建立156.3 模具型腔的数控加工仿真156.4 生成数控程序167 画装配图188 运用Pro/ENGINEER对模具进行装配199 结束语20致谢20参考文献211 绪论我国冲压模大多为简单模、单工序模和复合模等，精冲模、精密多工位级进模还为数不多，模具平均寿命不足100万次，模具最高寿命达到1亿次以上，精度达到35m，有50个以上的级进工位，与国际上最高模具寿命6亿次，平均模具寿命5000万次相比，处于80年代中期国际先进水平。在现代日趋发达的社会里，模具工业是国民经济的基础产业。模具工业的发展标志着国家工业水平及产品开发能力。模具是工业生产的基础工艺装备。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%80%的零部件都要依靠模具成形。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍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，因为模具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。随着计算机技术的迅速发展和应用,使一直被手工操作和传统工艺所垄断的模具制造行业正逐步被高新技术所渗透。尤其是计算机辅助设计和计算机辅助制造（CAD/CAM）技术给模具设计与制造的发展带来了美好前景，同时模具的复杂型腔、较高的精度、复杂的结构和运动的完整性给CADCAM技术提供了最好的表现平台，这不仅在应用深度，而且在应用广度上都比其他行业更为突出。我国模具CADCAM的研究开发，是从20世纪70年代末期开始的，当时只是在高校和研究所作为研究课题，如今许多企业已采用了先进的CADCAM软件系统，更多的企业正在计划购置相应的软件。CADCAM技术在模具制造业中应用越来越广泛,而软件系统是CADCAM系统的核心。模具CADCAM无论是在提高生产率、改善设计质量方面，还是在降低成本、减轻劳动强度方面，都具有突出的优越性。采用模具CADCAM技术提高了模具的设计与制造质量。因为在计算机系统内存储了各有关专业的综合性技术知识，为模具设计与制造提供了科学的基础。计算机与人的交互作用，有利于发挥人、机各自的特长，使模压成形艺、模具结构及模具制造工艺设计更加合理化。CADCAM系统中采用了优化设计方法，可使某些工艺参数和模具结构优化。利用CADCAM技术设计制造模具可节省时间，提高工作效率。设计计算、图纸绘制和数控编程的自动化大大缩短了设计时间，节省了劳动力，优化设计与制造带来了原材料的节省。进入21世纪，在经济全球化的新形势下，随着资本、技术和劳动力市场的重新整合，我国装备制造业在加入WTO以后，将成为世界装备制造业的基地。而在现代制造业中，无论哪一行业的工程装备，都越来越多地采用由模具工业提供的产品。为了适应用户对模具制造的高精度、短交货期、低成本的迫切要求，模具工业正广泛应用现代先进制造技术来加速模具工业的技术进步，满足各行各业对模具这一基础工艺装备的迫切需求。本文应用CAXA制造工程师软件对设计的模具型腔进行模拟加工仿真，利用Pro/ENGINEER把模具的装配关系表达清楚。2 分析冲压件的工艺性本次设计的图案是一朵小花，材料厚度为3mm的纯铜板，经过分析可以知道零件的尺寸精度在IT11级以下的冲裁精度，查冲压手册表2-5需要采用IT7级的冲裁模具，才能满足零件的精度要求。此件要求的外形尺寸及内孔尺寸精度不高，况且需用的零件批量又较大，所以选用级进模结构比较合适。综上所述，零件的冲裁工艺与模具设计中需要着重解决以下几个问题：（1）工艺方案和模具结构应保证能达所要求的高精度；（2）冲模结构应能冲出冲件的复杂外形；（3）冲裁模的制造精度和导向精度应适应冲件的厚度，模具间隙小的特点；（4）冲裁模的强度和耐磨性应适应冲压材料强度高的特点。3 模具材料的选择原则模具材料的选择原则为：（1）要选择能满足模具工作要求的最佳综合性能的材料；（2）要针对模具失效形式选用钢材；（3）要根据制品批量大小，以最低成本的选材原则选择材料；（4）要根据冲模零件的作用选择材料；（5）要根据冲模精密程度选用钢材。1模具的尺寸小于80或80120之间时，模具成型零件的尺寸公差取制件尺寸公差的1/41/3。当模具的尺寸大于120500时，模具成型零件的尺寸取制件尺寸公差的1/91/8。2表1 模具工作条件及对模具工作零件材料的性能要求模具类型工作条件模具工作零件材料的性能要求冲裁模主要用于各种板料的冲切成形，其刃口在工作过程中受到强烈的摩擦和冲击具有高的耐磨性、冲击韧性以及耐疲劳断裂性能冲压模具中凸、凹模等工作零件所用的材料主要是模具钢，常用的模具钢包括碳素钢、合金工具钢、轴承钢、高速工具钢、基体钢、硬质合金和钢基硬质合金等（可参见GB/T699-1999、GB/T1298-1986、GB/T1299-2000、JB/T5826-1991、JB/T5825-1981、JB/T5827-1991等）。凸、凹模的材料一般采用Cr12系列冷作模具钢,这类钢材具有良好的淬透性和耐磨性，但韧性较差，淬火后变形较大。常用的材料为Cr12MoV，热处理硬度为5560HRC。因此凸凹模的材料选Cr12MoV比较合适。采用淬火加低温回火的热处理方法。3表2 冷冲模工作零件的材料选用与热处理技术要求模具种类冲压条件凹模凸模硬度/HRC冲裁模形状简单、小批量T8A、T10A5862形状较复杂、中批量、厚板Cr12、9CrWMn、Cr12MoV6062形状复杂、高耐磨Cr12MoV6062粉末高速钢6467GCr95862硬质合金8889HRA抗腐、防磁特殊要求GCr9、GCr155862薄板、大批量Cr12MoV6062粉末高速钢6467硬质合金8889HRA4 模具结构型式的确定确定冲压工艺芳案以后应通过分析比较选择合理的模具结构形式，使它尽可能满足以下要求：（1）能冲出符合技术要求的工件；（2）能提高效率；（3）模具制造的修模方便；（4）模具有足够的寿命；（5）模具易于安装调试，且操作方便安全。5 确定工艺方案5.1 分析产品图样，确定模具结构如图1所示零件，此件要求的外形尺寸及内孔尺寸精度不高，况且需用的零件批量又较大，所以选用级进模结构比较合适。级进模设计要求有以下几方面：（1）要合理地进行工序安排；（2）要正确绘制排样图；（3）要合理地确定工位数及空位工位；（4）要设计完好的导料及浮顶装置；（5）要设计出可靠的卸料机构；（6）要设计出精确的定距机构；（7）凸凹模结构设计要合理；（8）要有可靠的安全监测机构。图1 零件图5.2 确定零件的排样次序，画出排样图鉴于零件的外形尺寸是800-0。02×530-0。12mm，为了不使模具的整体尺寸过大和便于手工送料故选用单排排样。在冲压零件的成本中，材料费用一般占60以上。因此设法减少废料才能提高材料的利用率。排样方法有三类：（1）有废料排样是指沿工件全部外形冲裁，工件周边都留有搭边的排样，这种排样的缺点是材料利用率低，但有了搭边能保证冲裁件的质量，模具寿命也高。（2）少废料排样是指工件部分外形冲裁，只有局部有搭边的排样。（3）无废料排样是指工件与工艺之间及工件与条料侧边之间均无搭边的排样。条料与直线或曲线的切断而得到工件。少、无废料排样的缺点是工件质量较差，模具寿命不高。但这两类排样可以节省材料，还具有简化模具结构提高生产率等优点。经筛选后，其排样图如下图。图2 排样示意图5.3 确定冲裁位置在冲孔与落料工序次序安排时，应先安排冲孔，后安排落料，以便于使先冲好的孔作为导正定位孔，以提高制作精度。据图2所示的排样图，以20孔的位置为落料，整个零件的位置为冲孔。5.4 确定步距长度由于选用级进模结构，为了确保精度，采用双侧刃定距，其步距大小可按下式计算：x=L+a1 、（1）式中x-步距(mm)；L-工作沿送料方向最大长度(mm)；a1-工作搭边宽度(mm)。若选取:a1=2,故:x=L+a1=53+2=55mm故取步距x=55mm5.5 计算条料的宽度条料的宽度可以按下式计算：B0-=L+2a+hc （2）式中B-条料的公称尺寸(mm)；a-边距(mm)；h-侧刃数量，即单侧刃为1，双侧刃为2；c-侧刃裁切的条边宽度。为定位准确，本模具准备采用双侧刃，故h=2；而从表2-34查取，当材料t=3mm时，a=3mm；当零件材料厚度t=3时，c=2.5mm，故条料的宽度应该是：B=L+2a+hc=80+2×3+2×2.5=91(mm)5.6 侧刃长度计算侧刃的长度一般应等于步距的长度，而宽度在68mm之间。故取侧刃长度为55mm，宽度为8mm。侧刃的位置，根据资料所述：侧刃的位置可以根据冲模的具体情况而定。但侧刃孔应尽量避开螺钉孔(最小距离不应小于45mm)。若采用双向侧刃时，前一个侧刃中心位置，尽可能与被冲工件的中心线重合，后一个侧刃的位置可以任意选定。5.7 勾画草图，确定凹模外形尺寸确定凹模外形尺寸时，可按选择冲件的冲裁位置来确定凹模各孔，即先画出各形孔及侧刃形孔位置,然后再确定凹模外形尺寸大小。确定时，应注意凹模强度的要求。其确定方法按手册所述确定。根据以下公式：H凹=k·b15式中 （3）H凹-凹模厚度(mm)；k-修正系数，一般取0.20.6，材料越厚应取偏大值；b-凹模刃口最大长度(mm)。根据零件图，t=3mm，刃口长度为55mm，而k=(0.20.6)取中间值0.35，故：H凹=0.35×55=19.25(mm)因此符合H凹=k·b15mm的要求，即查表得本凹模的厚度H凹=22mm。因此，根据手册公式可直接算出凹模长度及宽度，即按以下的公式可知：B=b+(34)H凹=(91-2×2.5+2×8)+4×20=182mmA=a+(34)H凹=（55+6+20+55）+4×20=216mm故经查表后初步确定凹模的外形尺寸为A×B×H=216×182