模具设计与数控加工
,一、实验注意事项 1、在模具加工的过程中使用正确的加工方法，要注意人身与设备的安全，加工出符合自己设计要求的凸、凹模工件。 2、认真书写实验报告所要求的内容，分析容易产生问题的原因。 3、实验报告内容必须每人写一份。 二、实验简介 1、零件的设计与工艺分析，根据零件图进行凸、凹模设计，计算模具的各尺寸并用AUTOCAD制图。 2、利用自动编程软件编制出程序，12人一台在数控铣床上加工出模具。,三、实验目的 1、了解模具设计的设计原理、过程、计算方法及数控加工的基本知识。 2、熟悉零件的数控编程方法、指令的输入及数控机床的操作方法；建立机械设计与机械制造生产过程的基本概念。 四、实验内容 （本实验共32学时，分解为8个单元。每个单元4学时） 第一单元：模具设计原理、工作原理； 第二单元：模具设计加工程序； 第三单元：手册应用、模具设计； 第四单元：编制程序； 第五、六、七单元模具加工； 第八单元：写实验报告。,模具设计与数控加工 绪论 第一节模具的分类 第二节冲裁模具设计的 基本原理和设计方法 第三节注塑模具设计的 基本原理和设计方法,退出,计算机辅助制造三维建模 烟灰缸凹模,上一页,返回目录,下一页,计算机辅助制造三维建模 烟灰缸凸模,返回目录,下一页,上一页,绪论,模具是现代工业生产的重要工艺设备之一，模具工业是国民经济的基础工业.模具已广泛应用与电机电器产品、电子和计算机产品、仪表、家用电器、汽车、军械、通用机械等产品的生产中.用模具生产制造所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低能耗，是其他加工方法所不能比拟的.国民经济的五大支柱产业机械、电子、汽车、石化、建筑,都要求模具工业的发展与之相适应.模具对产品的产量和质量有着非常重要的作用。,返回目录,退出,上一页,下一页,世界各国对模具的设计与制造非常重视，日本人说：“模具工业是进入富裕社会的原动力”，模具的设计与制造水平常可表明一个国家的工业发展程度。确认一个国家是否是模具工业发达国家，其衡量条件有三： 模具的设计水平； 模具的制造水平； 模具的标准化水平。,退出,下一页,返回目录,上一页,第一节 模具的分类 1、模具按其工作时的温度分类，可分为： 图1,返回目录,退出,下一页,上一页,2、模具按其工作的工艺方式分类，可分为：图2,退出,下一页,返回目录,上一页,3、模具按其模具所用材料分类，可分为： 图3,退出,下一页,返回目录,上一页,设计要求： 1）设计并绘出零件图 在零件图上标出尺寸及公差（用AUTO CAD画出三视图） 在图纸上写出技术要求（包括：材料、精度级别、年产量） 2）根据零件的要求，按计算公式计算凸、凹模具的各尺寸。 3）根据计算值编出凸、凹模具零件加工程序，在图上标出所选材料、技术要求等。 4）编写技术文件。,返回目录,退出,下一页,上一页,第二节 冲裁模具设计的 基本原理和设计方法,模具是利用其特定形状去成型具有一定形状和尺寸的制品的工具。在各种材料加工工业中广泛地使用着各种模具如上图2所示。模具在设计和制造过程中的各种因数将直接关系到产品的产量和质量，因此，模具的设计过程是一个严谨的过程。,退出,下一页,返回目录,上一页,一、零件图的设计,在模具设计之前需先进行零件的设计，本实验课题只要求同学以小组为单位设计一个冷冲压零件或塑料零件，零件图设计方法如下： 画出零件草图（三视图）在零件草图上标注尺寸 查表确定精度等级标出零件的尺寸公差选材（查表）确定生产件数。,退出,下一页,返回目录,上一页,1、 冲栽零件的工艺分析,设计一个冲栽零件时应该考虑它在冲压加工中的难易程度，应考虑下面几方面的问题： 冲栽零件的形状和尺寸要求如下。 冲栽零件的形状应尽可能的简单、对称。 冲栽零件上应避免过长的悬壁和狭槽（如图4所示），其最小宽度为b2t(材料厚度)。,退出,下一页,返回目录,上一页,图 4,上一页,返回目录,下一页,退出,冲栽零件上的孔与孔、孔与边缘间的距离不能太小，可查表获得。 冲栽零件的外形或内孔的转角处，应有适当圆角过度，以减少应力集中时的破裂现象。 为防止冲栽时凸模折断，冲孔的尺寸不能太小，普通冲栽模的冲孔最小孔径一般应大于材料厚度。,退出,下一页,返回目录,上一页,2）冲栽零件的尺寸精度 和表面粗糙度,普通冲栽零件的尺寸精度一般在IT10IT11级以下，表面粗糙度低于Ra6.3µm, 冲孔精度比落料精度高一级,退出,下一页,返回目录,上一页,二、冷冲压模具,冷冲压工艺是建立在常温下，靠模具与冲压设备对金属或非金属施加压力，使其产生塑性变形或分离，从而完成加工的过程。 本实验课题中只考虑冲栽模具和复合模具设计。,退出,下一页,返回目录,上一页,冲压一个零件或许需要多次冲压工序才能完成，冲压工序可分为分离工序和塑性成形工序两大类如图5所示。,退出,下一页,返回目录,上一页,1、冲栽模具的结构和工作过程,冲栽是利用模具使板料产生分离的冲压工序。不同的冲压零件、不同的冲压工序所使用的模具是不一样的，模具的基本组成结构按其功能、用途大致由六个部分组成：工作零件、定位零件、卸料及压料零件、导向零件、支撑零件、连接零件，以典型的导柱、导套冲栽模具为例，其基本结构如图6所示,退出,下一页,返回目录,上一页,图6,退出,下一页,返回目录,上一页,部件分类与功能：,工作零件直接对坯料、板料进行冲压加工的冲模零件，如凸模11、凹模5。 定位零件确定条料或坯料在冲模中正确位置的零件，如档料销8、导料板9。 卸料及压料零件将冲切后的零件或废料从模具中卸下来的零件，如卸料板固定10。 导向零件用以确定上下模的相对位置，保证运动导向精度的零件，如导套3、导柱4及导板模中的导板等。 支撑零件将凸模、凹模固定于上、下模上，以及将上下模固定在压力机上的零件，如上模座2、下模座6、凸模固定板12、模柄1等。 连接零件把模具上所有零件连接成一个整体的零件，如螺钉7、14和15等。,退出,下一页,返回目录,上一页,2、弯曲模具的结构和工作过程,弯曲是指将材料弯成一定角度和形状的冲压工序。弯曲模具的主要零件是凸模和凹模，图7为V形件弯曲模结构该模具由凸模4、凹模1、定位板3以及顶件器2等零件组成，,退出,下一页,返回目录,上一页,图7,退出,下一页,返回目录,上一页,3、拉深模具的结构和工作过程,拉深（或拉延）是利用拉深模将平板毛坯压成筒形（或其他断面形状）零件，或将筒形的毛坯再压成筒形零件的冲压工序，属于成形工序。拉深成形一个产品需经过多次成形工序，如锅、盆等，因此，拉深模具分为首次拉深模具和后面的多次拉深模具，图8为简易的带压边的拉深模具,图9为多次拉深时圆筒直径的变化,图10为有压边的拉深模具.,退出,下一页,返回目录,上一页,图8,退出,下一页,返回目录,上一页,图9,退出,下一页,返回目录,上一页,图10-1,退出,下一页,返回目录,上一页,图10-2,退出,下一页,返回目录,上一页,图10-3,返回目录,退出,下一页,上一页,三、冲栽模具设计,1、冷冲压模具设计的步骤: 冲压件的工艺分析； 工艺方案制定； 排样图设计； 总的压力计算及压力中心计算； 凸模、凹模的选材（查表）； 刃口尺寸计算； 弹簧、橡胶件等的计算和选用； 凸模、凹模或凸凹模结构设计以及冲模的结构件设计； 绘制模具装配图和工作件的零件图； 编写设计说明书； 填写冲压工艺卡和零件机械加工工艺卡。,退出,下一页,返回目录,上一页,2、凸模、凹模刃口（工作部分）尺寸计算,凸模、凹模是冲栽模具的工作零件，在冲栽过程中凸、凹模的刃口尺寸及制造公差直接影响冲栽零件的尺寸精度，合理的冲栽间隙也要依靠凸、凹模刃口尺寸的准确性来保证。因此，正确地确定冲栽模具刃口尺寸及制造公差，是冲栽模具刃口尺寸计算过程中一项关键性的工作。,返回目录,退出,下一页,上一页,1）凸模、凹模刃口尺寸计算的原则,（1）应考虑落料和冲孔的特点 落料和冲孔的工作过程是相同的，但，在冲栽工艺中是两个不同的概念（见图11），冲孔是在一个零件上冲一个孔，落下来的是废料，而落料是在一个板材上冲下一块有用的料。落料件的尺寸取决于凹模 尺寸，因此，落料模具应先决定凹模尺寸，用减小凸模尺寸来保证合理间隙；冲孔件的尺寸取决于凸模尺寸，故冲孔模具应先决定凸模尺寸，用增大凹模尺寸来保证合理间隙。,返回目录,退出,下一页,上一页,图11,退出,下一页,返回目录,上一页,（2）应考虑刃口的 磨损规律,模具的刃口磨损后，尺寸增大的应取零件尺寸公差范围内较小的数值；模具的刃口磨损后，尺寸减小的应取零件尺寸公差范围内较大的数值。,返回目录,退出,下一页,上一页,（3）应考虑零件精度与 模具精度间的关系,选择模具刃口的制造公差时，应考虑既能保证零件的精度要求，又能保证有合理的间隙数值。一般冲栽模具精度较零件精度高23级。,退出,下一页,返回目录,上一页,2）间隙值的确定、冲裁零件的尺寸精度及表面粗糙度的确定,所谓的合理间隙，就是指采用这一间隙进行冲栽时，能够得到令人满意的冲栽零件的断面质量，较高的尺寸精度和较小的冲栽压力，并使模具有较长的使用寿命。 （1）模具间隙 冲栽间隙是指冲栽的凸模与凹模刃口之间的间隙，凸模与凹模每一侧的间隙，称为单边间隙；两侧间隙之和称为双边间隙。在查表时无特殊说明，冲栽间隙是指双边间隙。冲栽间隙的数值等于凹模刃口与凸模刃口尺寸之差，如图12所示。,退出,下一页,返回目录,上一页,图12,上一页,返回目录,下一页,退出,计算公式 :,公式：Z=Dd-Dp 式中 Z 冲栽间隙 （mm）； Dd凹模刃口尺寸（mm）； Dp凸模刃口尺寸（mm）。,退出,下一页,返回目录,上一页,（2）合理间隙值的确定,确定冲栽模具间隙时，目前广泛使用的是经验公式与查表。 经验确定法： 当厚度t3mm时 软钢、纯铁 Z=（69）%t Z=（1519）%t 铜、铝合金 Z=（610）%t Z=（1621）%t 硬钢 Z=（812）%t Z=（1715）%t 查表法： 查表法是机械设计中普遍采用的方法之一，通过模具设计 让同学们学会查表。,退出,下一页,返回目录,上一页,3）凸、凹模刃口尺寸计算,（1）凸、凹模采用互换（分开）加工时，凸、凹模刃口尺寸的计算 凸、凹模采用分开加工时，设计时需在图纸上分别画出凸、凹模图，并标注凸、凹模的刃口尺寸及制造公差。,退出,下一页,返回目录,上一页,计算公式,落料： 冲孔： 孔心距： 式中 x磨损系数，其值与冲栽件制造精度有关（查表可得）。一般， 当冲栽零件精度在IT10以上时，x=1； 当冲栽零件精度在IT11 IT13时，x=0.75； 当冲栽零件精度在IT14时，x=0.5； 零件公差； x备磨损量。,退出,下一页,返回目录,上一页,例题: 冲栽如图13所示垫圈，求凸、凹模工作部分的尺寸。,解：冲压件的工艺分析 外圆属落料，内圆属冲孔 零件形状简单 精度要求一般等级 生产批量大。,退出,下一页,返回目录,上一页,图13,上一页,返回目录,下一页,退出,查表,根据外圆公差0.62 查标准公差表可得零件精度IT14； 根据零件厚度3，材料：10号钢，查冲栽间隙表可得Zmin=0.34,Zmax=0.40；查凸、凹模制造的公差表可得落料：凸=0.02,凹=0.03 冲孔凸=0.02,凹=0.025；由零件精度IT14查磨损系数x表可得x=O.5。,退出,下一页,返回目录,上一页,磨损系数,退出,下一页,返回目录,上一页,计算方法, 凸+凹=0.02+0.03=0.05, 凸+凹=0.2+0.025=0.045 Z凹-Z凸=0.40-0.34=0.06 均满足Z凹-Z凸凸+凹,故凸、凹模采用分开加工方法。,退出,下一页,返回目录,上一页,落料凸、凹模工作部分尺寸计算：,=（37-0.5×0.62）=36.69= = (36.69-0.34) =36.35= 冲孔凸、凹模工作部分尺寸计算： =(21+0.5×0.52)=21.26= =(21.26+0.34)=,
