《工程训练制造技术基础》 冲压成形_CAD

第五章 冲压成型CAD,5-1 冲裁模CAD/CAM系统 5-1-1 冲裁件工艺性判断与毛坯优化排样 冲裁件工艺性判断 冲裁件工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性，包括冲裁件的结构、尺寸及其偏差、外轮廓与孔(槽)和孔(槽)与孔(槽)之间的距离等因素的适应性。 工艺性判断的主要内容是检查被冲零件的结构尺寸是否在允许的极限值范围内。,工艺性判断流程举例（P83G4-4）,工艺性判断的关键流程： 选择判断对象元素； 判断被选对象元素的性质；（P83G4-5） 量化被判断对象的结构尺寸，并与极限值进行比较。,(2) 毛坯优化排样 利用CAD进行优化排样的优点： 借助图形变换可以方便地生成和修改各种排样方案； 可以快速计算出各种排样方案下的毛坯材料利用率； 可将优化方案存储下来以备后用。,常用排样方式举例（P84G4-6）,材料利用率计算 卷(带)料,板料,实际排样优化方法举例(P86G4-8),目的：利用简单的图形变换代替对复杂目标函数的求解。 具体实现： 多边形化 等距放大 图形平移/旋转 与已储存的方案比较 输出排样结果,5-1-3 冲裁工艺方案设计 (1) 冲裁工艺方案设计的主要内容 选择模具类型 确定冲裁工步和顺序,(2) 模具类型的选择原则 制件的尺寸精度 制件的形状与尺寸 生产批量 模具加工条件 模具类型选择流程举例(P91G4-12),工步设计时需综合考虑的问题： 材料利用率、尺寸精度、模具结构与强度、冲切废料的处理等。,工步设计的一般原则 为保证模具强度，将间距小于允许值的轮廓安排在不同工步冲出； 有相对位置精度要求的轮廓，应尽量安排在同一工步上冲出； 对于形状复杂的零件，有时通过冲切废料来间接得到工件的轮廓形状； 为保证凹模、卸料板的强度和凸模的安全装置，必要时可增设空工步； 落料安排在最后工步； 为减小模具尺寸，使压力中心与模具中心尽量接近，将较大的轮廓安排在前面的工步上； 设计合理的定位装置，以保证送料精度。,建立位置精度关系模型和干涉关系模型 建立两个模型的目的： 为将有位置精度要求的轮廓放在同一工步，而将间距小于一定值的轮廓设置在不同工步上提供依据。,位置精度关系(模型)矩阵,干涉关系(模型)矩阵,工步设计流程举例(P93G4-13) 为什么要冲切废料？ 避免过长的悬臂和窄槽，保证凸模强度； 某些尺寸小、形状复杂的零件，只有通过冲废料的方式获得。 冲裁废料的方式(P93G4-14),工步的自动排序,在工步自动排序阶段，应用程序根据位置精度关系矩阵M1将有位置精度要求的轮廓分配在同一工步上，根据干涉关系矩阵M2将相互干涉的轮廓分配在不同的工步上。 最后，设计人员再根据经验和现场实际对自动排序的结果进行适当调整。 例：某冲裁件的条料排样图(P94G4-15),5-1-4 冲裁模结构设计,结构设计的主要内容： 装配(图)设计 凹模和凸模的工作零件设计(P98G4-194-22),5-2 级进模CAD/CAM系统 级进模(连续模)是一种在压力机的一次行程中，由若 干工位完成多道工序的模具。 5-2-1 级进模的设计内容及特点 设计内容 工艺性分析 毛坯展开 条料排样 模具结构设计,(2) 设计特点 经验性 不确定性 调试难度较大,5-2-2 级进模工艺设计 工艺设计的主要内容： 毛坯展开(P105G4-25) 利用计算机辅助展开的毛坯样仍需通过试冲进行调整。 毛坯排样(P106G4-26) 目前仍是自动排样与交互排样并存。 条料宽度计算(P106G4-27) 条料宽度取决于毛坯样的排列形式、搭边值、侧刃(通常用于工步定位)及载体宽度等因素。计算结果需在实际冲裁中调整。,添加工位(P107G4-28) 废料设计(P107G4-29) 目前主要通过人机交互的方式完成。 侧刃设计(P94G4-15) 设计时可将侧刃作为废料的一部分，或利用参数化方法设计。 冲孔设计 弯曲设计(P107G4-30) 弯曲时，各弯曲边之间的干涉、弯曲后工件的回弹等因素必须加以考虑。目前仍以交互设计为主。 工序操作(P108G4-31) 目的：方便用户修改和调整工步。,图形显示管理 严格说来不属于工艺设计内容，应由计算机图形系统提供。,5-2-3 级进模结构设计和零件设计 级进模结构设计主要需解决好模架设计(选用)与工作零件设计的关系。模架通常直接从模架库中带参获取，而工作零件(主要是凸模、凹模和各种镶嵌零件)的设计一般是利用交互方式完成。,级进模装配好后的动态模拟与干涉检查,5-3 覆盖件模具CAD/CAM 覆盖件模具的特点 结构尺寸大 型面形状复杂 尺寸精度高、表面粗糙度小 要求有较长的使用寿命,5-3-1 覆盖件CAD/CAM系统框架(P116G4-39),5-3-2 覆盖件冲压工艺CAPP 总体结构 (P117G4-40) 工艺数据库管理系统(P118G4-41) 基于成组技术(GT)的检索式工艺设计 成组技术(Group Technology)：按照几何形状的相似性或制造过程的相似性为依据将零件划分成若干族或组，以便利用其相似性特点进行零件设计、工艺设计和生产组织。,GT实施的基础是零件编码、零件分组和标准工艺规程。,检索式工艺设计的原理(P119G4-42),5-3-3 基于特征的冲压工序详细设计 冲压工艺的主要特征分类(P121G4-45) 主特征：覆盖件的主要结构特征，一般由拉延工序形成。 辅助特征：对主特征的补充和完善。,采用最优化技术确定冲压方向的实质是求解多目标函数 初始接触面积大； 初始接触点的分布均匀； 初始接触点多且分散； 首次拉延深度小。,(2) 拉延工序设计 工序设计的关键：选择合适的冲压方向、工艺延伸面和拉延筋。,用参数化方法设计工艺延伸面和拉延筋的实例(P122G4-46,47),(3) 修边冲孔工序设计 关键在于确定修边位置(举例：P123G4-48),覆盖件模具基本结构分类(P124G4-49),覆盖件模具功能组合特征分类(P124G4-50),基元特征 模具(零件)基本几何形体 标准件 典型局部结构,(2) 基于特征分层的覆盖件模具设计 模具基本结构特征设计 可以通过冲压工艺特征映射获得模具基本结构类型。 模具功能组合特征设计 在确定了模具基本结构特征的基础上，按模具各部分的功能进行详细设计。 模具基元特征设计 对于基本几何形体，采用几何造型或特征造型方法进行设计；对于标准件和局部典型结构，可采用参数化设计方法进行设计。,5-4 金属板料成形的有限元模拟简介,5-4-1 动力显示算法的基本理论(略) 动力显式算法的特点： 可避免净力隐式算法中的迭代收敛问题； 不需要形成总体刚度矩阵。,(2) 板料成形有限元模拟的计算步骤 建立有限元模型(前处理) 成形过程模拟(分析求解) 回弹分析 模拟(分析)结果显示,(3) 板料成形有限元模拟举例,