1 前言1.1 本課題的含義隨著技術(shù)水平的提高，以前大多數(shù)企業(yè)都用二維軟件（如CAD）繪圖來輔助設(shè)計，現(xiàn)在則逐漸轉(zhuǎn)向用三維軟件（如Pro/E和UG）建模來輔助設(shè)計。本課題將運用AutoCAD軟件進(jìn)行二維設(shè)計，應(yīng)用Pro/E三維軟件進(jìn)行零件設(shè)計、模具設(shè)計及模具裝配。運用Pro/E建模功能生成鏈條連接板的三維模型，并對零件模型進(jìn)行參數(shù)設(shè)計。而模具設(shè)計這方面，通過設(shè)計計算來確定模具的零件尺寸和總體結(jié)構(gòu)。全套圖紙，加1538937061.2 課題的來由、基本前提條件和技術(shù)要求本課題來源于企業(yè)生產(chǎn)實際。其已知條件為：a.加工零件尺寸見零件圖；b.加工零件材料：08鋼板；c.材料厚度: 2mm；d.大批量生產(chǎn)。技術(shù)要求：a.精度：IT13級；b.沖模應(yīng)能夠讓材料順利送進(jìn)、工件方便取出，加工質(zhì)量穩(wěn)定。c.沖模具有足夠的強(qiáng)度、剛度和相應(yīng)的形狀尺寸精度；d.沖模主要零件應(yīng)具有足夠的耐磨性及使用壽命e.沖模的結(jié)構(gòu)應(yīng)確保操作安全、方便，便于管理維修；1.3 本課題要解決的主要問題及設(shè)計總體思路在該產(chǎn)品的三維建模以及模具的設(shè)計過程中，主要有以下一些需要解決的問題：a.設(shè)計鏈條連接板復(fù)合模和級進(jìn)模各一套；b.進(jìn)行該模具的沖壓工藝規(guī)程的設(shè)計；c.分析沖裁件結(jié)構(gòu)，制定該產(chǎn)品沖裁工藝分析；d.沖壓工藝方案確定與工藝計算；e.沖壓模具總體設(shè)計 （1）二維工程圖：模具裝配圖、零件圖 （2）三維造型：所有零件三維造型、模具裝配及爆炸圖f.編制模具的裝配工藝規(guī)程；g.編制模具中非標(biāo)零件加工工藝規(guī)程；h.保證運動平穩(wěn)、機(jī)構(gòu)合理、安全可靠。i.確保加工精度。本課題的設(shè)計總體思路和設(shè)計成果如下：a.查閱資料：根據(jù)設(shè)計任務(wù)書，分析設(shè)計任務(wù)，收集資料；b.零件分析：分析對沖壓件加工的模具適用類型選擇所需設(shè)計的模具 采用單工序沖載模；c.設(shè)計方案論證：沖壓工藝分析，確定沖壓工藝，并確定總體設(shè)計方案d.坯料計算：進(jìn)行相關(guān)工藝計算；e.二維設(shè)計：復(fù)合模和沖壓模各個零件的二維設(shè)計以及兩個模的裝配圖設(shè)計g.三維建模及裝配：進(jìn)行模具全部相關(guān)設(shè)計，包括模具各零件三維模型的建立以及完成各副模具的裝配模型。1.4 課題的意義模具是制造業(yè)的重要工藝基礎(chǔ)，模具設(shè)計與制造專業(yè)是當(dāng)今現(xiàn)代制造技術(shù)領(lǐng)域最具潛力、發(fā)展最為迅猛的高新技術(shù)專業(yè)，在近幾年內(nèi)，中國將是世界上最大的模具市場之一，培養(yǎng)復(fù)合型的模具設(shè)計與制造人才是時代發(fā)展的需求。我國模具行業(yè)日趨大型化，而且精度將越來越高。10年前，精密模具的精度一般為5m，現(xiàn)在已達(dá)23m。不久，1m精度的模具將上市。隨著零件微型化及精度要求的提高，有些模具的加工精度公差就要求在1m以下，這就要求發(fā)展超精加工。   專家認(rèn)為，我國模具行業(yè)要進(jìn)一步發(fā)展多功能復(fù)合模具，一套多功能模具除了沖壓成型零件外，還擔(dān)負(fù)疊壓、攻絲、鉚接和鎖緊等組裝任務(wù)。通過這種多功能的模具生產(chǎn)出來的不再是成批零件，而是成批的組件，如觸頭與支座的組件、各種微小電機(jī)、電器及儀表的鐵芯組件等。多色和多材質(zhì)塑料成形模具也將有較快發(fā)展。這種模具縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，今后在不同領(lǐng)域?qū)⒌玫桨l(fā)展和應(yīng)用。   隨著熱流道技術(shù)的日漸推廣應(yīng)用，熱流道模具在塑料模具中的比重將逐步提高。采用熱流道技術(shù)的模具可提高制件的生產(chǎn)率和質(zhì)量，并能大幅度節(jié)約制件的原材料，這項技術(shù)的應(yīng)用在國外發(fā)展很快，已十分普遍。國內(nèi)熱流道模具也已經(jīng)生產(chǎn)，有些企業(yè)已達(dá)30左右，但總的來看，比例太低，亟待發(fā)展。隨著塑料成型工藝的不斷改進(jìn)與發(fā)展，氣輔模具及適應(yīng)高壓注射成型工藝的模具將隨之發(fā)展。近幾年來，綠色設(shè)計已經(jīng)延伸到機(jī)械制造行業(yè)當(dāng)中，而模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備，它的生產(chǎn)技術(shù)水平的高低已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平的重要標(biāo)志，因而在模具行業(yè)中提倡綠色設(shè)計應(yīng)更為重要。2 沖壓的基本知識2.1 沖壓的基本工序冷沖壓是機(jī)械中常見的一種金屬加工方法。它是利用安裝在壓力機(jī)上的沖模對板料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或變形，以獲得一定的幾何精度的機(jī)械零件或制品，通常是在室溫下進(jìn)行加工的，所以稱為冷沖壓或板料沖壓。冷沖壓可既可以加工金屬材料，也可以加工非金屬材料。冷沖壓與金屬切削加工相比有如下優(yōu)點：a.金屬材料經(jīng)沖壓變形后，其強(qiáng)度和剛度都得到提高。它能使較薄金屬材料沖制成尺寸大、質(zhì)量小、強(qiáng)度及剛度都較高的金屬制件。盡管越來越多的汽車零件被塑料件所代替，但迄今為止，汽車覆蓋件主要仍是沖壓件，世界上各大汽車廠研制的新型汽車亦采用沖壓件為覆蓋件?？梢哉f冷沖壓是一種不能用其他加工方法替代的加工方法。b.冷沖壓利用金屬塑性，使金屬材料在外力作用下發(fā)生塑性變形以達(dá)到制件形狀和尺寸要求。冷沖壓既不同于鍛壓加工，不需要對金屬材料加熱，也不同于常見的金屬切削，它是一種節(jié)能、無切屑的加工方法。由于在變形過程中未切斷金屬纖維，因而制件具有較合理的流線分布，這也是冷沖壓制件強(qiáng)度和剛度好的重要原因之一。c.冷沖壓最重要的工藝裝備是冷沖模，用冷沖模使金屬材料變形，因此，沖壓件基本上保持了模具工作部分的形狀和尺寸精度。由于制模水平的提高，目前模具精度已達(dá)到微米級，制件精度可以達(dá)到IT7IT6級。d.冷沖壓生產(chǎn)操作簡單，因而易實現(xiàn)機(jī)械化和自動化，生產(chǎn)率高。如一條由46大型壓力機(jī)組成的沖壓生產(chǎn)線， 一分鐘可以制造大尺寸汽車覆蓋件數(shù)十件。e.盡管制造冷沖模的技術(shù)要求高、難度大、成本高，但由于一副模具能沖制成千上萬乃至上億個制件，加之沖壓生產(chǎn)率高，因而在大批量生產(chǎn)的條件下，沖壓成本及低。由于沖壓件的形狀、尺寸和精度要求不同，因此，沖壓加工的方法是多種多樣的。根據(jù)材料的變形特點及工廠現(xiàn)行的習(xí)慣，沖壓的基本工序可分為分離工序與塑性變形工序兩大類。所謂分離工序，就是沖壓過程中使沖壓零件與板料沿一定的輪廓線相互分離，并獲得一定斷面質(zhì)量的沖壓加工方法。而塑性變形工序是使沖壓毛坯在不破壞的條件下發(fā)生塑性變形，以獲得所要求的形狀、尺寸和精度的沖壓加工方法。主要沖壓工序的分類及特征可見下表1-1。表1-1主要沖壓工序的分類類別工序名稱工序特征分離工序切斷用剪刀或模具切斷板料，切斷線不是封閉的落料沖孔用模具沿封閉線沖切板料，沖下的部分為工件用模具沿封閉線沖切板料，沖下的部分為廢料切口用模具將板料局部切開而不全分離,切口部分材料發(fā)生彎曲切邊用模具將工件邊緣多余的材料沖切下來變形工序彎曲用模具使板料彎成一定角度或一定形狀拉深用模具將板料壓成任意形狀的空心件壓肋用模具將板料局部拉伸成凸起和凹進(jìn)的形狀翻邊用模具將板料上的孔或外緣翻成直壁縮口用模具對空心件口部加由外向內(nèi)的徑向壓力,使局部直徑縮小脹形用模具對空心件加向外的徑向力,使局部直徑擴(kuò)張整形將工件不平的表面壓平,將原先彎曲或拉深件壓成正確形狀2.2 沖壓模具2.2.1 沖模的要求沖壓模具（簡稱沖模）是對金屬板材進(jìn)行沖壓加工以獲得合格產(chǎn)品的工具。在沖壓加工過程中，沖模的凸模與凹模直接接觸被加工材料并相對作用使其產(chǎn)生塑性變形達(dá)到預(yù)期的零件。因此對沖模的要求：沖模應(yīng)該具有足夠的強(qiáng)度，剛度和相應(yīng)的形狀尺寸精度；沖模主要零件應(yīng)具有足夠的耐磨性和使用壽命；沖模的結(jié)構(gòu)應(yīng)該確保操作安全，方便，便于管理和維修；沖模應(yīng)有使材料方便送進(jìn)，工件方便取出，定位可靠的裝置，以保證生產(chǎn)的工件質(zhì)量穩(wěn)定；為使沖模上下運動準(zhǔn)確，需要有導(dǎo)向裝置；沖模零件的加工和裝配應(yīng)該盡可能簡單，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件，以縮短模具的制造周期，降低成本；沖模應(yīng)具有與壓力機(jī)連接的部位，以適應(yīng)安裝和管理的需要。2.2.2 沖模的種類從工藝性質(zhì)分為沖裁模、彎曲模、拉深模、成形模等；從工序組合分為單工序模、復(fù)合模、連續(xù)模等；從材料送進(jìn)方式分為手動送料模、半自動送料模、自動送料模等；從適用范圍分為通用模和專用模等；從導(dǎo)向方式分為無導(dǎo)向模、板式導(dǎo)向模、滑動導(dǎo)向模等。2.2.3 沖模結(jié)構(gòu)組成沖模結(jié)構(gòu)由五部分組成，即工作零件，輔助裝置，導(dǎo)向裝置，支撐零件，緊固零件。a.工作零件：沖模的工作零件是凸模和凹模，在復(fù)合模中還有凸凹模。它們成對互相配合，完成對坯料的成形。他們的形狀尺寸，尺寸精度，固定方法決定著沖模的性能，模具成本及使用壽命。b.輔助裝置：輔助裝置是協(xié)助凸模，凹模完成工藝成形不可缺少的裝置。c.導(dǎo)向裝置：它是保證上模，下模準(zhǔn)確運動的裝置，要求工作可靠，導(dǎo)向精度好，有一定的互換性。d.支承零件：在上模座和下模座上安裝著凸模，凹模及其它所有的零件。它們和壓力機(jī)連接，傳遞并承受著工作壓力。e.緊固零件：中大型模具大多采用沉頭螺栓和銷作可卸式連接。模具的連接可靠，拆卸方便也是沖模設(shè)計的一個基本要求。2.2.4 國內(nèi)外現(xiàn)狀綜述模具朝著標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、專業(yè)化和商品化的方向發(fā)展。世界主要工業(yè)國模具標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)程度達(dá)80%，模具廠只需設(shè)計制造模具工作零件，大部分模具零件均從模具標(biāo)準(zhǔn)廠購買，使生產(chǎn)率大幅度提高。模具制造廠專業(yè)程度越來越高，分工越來越細(xì)，而規(guī)模變小。如目前有模架廠、頂桿廠、熱處理廠，甚至某些模具廠僅專業(yè)化生產(chǎn)某類產(chǎn)品的沖裁?；驈澢?，這樣更有利于制造水平的提高和制造周期的縮短。冷沖壓朝著使用CAD/CAM技術(shù)方向發(fā)展。自80年代初，世界模具行業(yè)采用CNC機(jī)床，開發(fā)和研究沖摸CAD/CAM技術(shù)，使沖摸設(shè)計和制造現(xiàn)代化。用計算機(jī)才用有限元模擬金屬板料變形情況，可以預(yù)測某一工藝方案對制件成形的可能性和將會發(fā)生的問題。計算機(jī)將結(jié)果顯示在終端上供設(shè)計人員選擇修改，這樣既節(jié)省了昂貴的試模費用，也縮短了制模周期。采用CAD/CAM/CAE技術(shù)，可以使制模周期縮短1/22/3，精度提高12級。目前用CNC機(jī)床加工的模具精度已達(dá)m級。世界各主要工業(yè)國已廣泛使用此技術(shù)，我國也正由實驗研究轉(zhuǎn)入實用。隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，商品競爭日趨激烈。為爭奪市場，如何提高冷沖壓模具設(shè)計及制造質(zhì)量和縮短周期，已成為沖壓工程技術(shù)人員所面臨的重大課題。除了采用簡易模具技術(shù)，解決產(chǎn)品試制及小批量生產(chǎn)外，目前國內(nèi)外廣泛應(yīng)用成組技術(shù)進(jìn)行組織產(chǎn)品工程設(shè)計、制造及生產(chǎn)。成組技術(shù)是將產(chǎn)品整體為研究對象，分析產(chǎn)品相似性，將形狀結(jié)構(gòu)、尺寸、精度等相似的產(chǎn)品分類成組，從而引導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計及生產(chǎn)達(dá)到成本低、周期短的目的。由于產(chǎn)品相似性使產(chǎn)品制造工藝也具有相似性，這就為冷沖壓模具設(shè)計應(yīng)用成組技術(shù)創(chuàng)造了條件。典型組合模具不僅能適應(yīng)小批量生產(chǎn)要求，作到一模多用，只要更換個別工藝件就能組合成新模具進(jìn)行新的品種生產(chǎn)，從而為小批量生產(chǎn)開辟了新的途徑。典型組合模也具能適應(yīng)中、大批量生產(chǎn)要求，工具制造部門可在、事先制造典型組合模具作為半成品庫存，設(shè)計部門能在短期內(nèi)補充設(shè)計所需工藝件，即可在較短時間內(nèi)制造組合成專用模具供中、大批量生產(chǎn)。此外，用鋅合金作為模具材料，設(shè)計簡單，制造容易，不需要專門的模具加工設(shè)備，省工、省料。模具用鋅合金的性能，相當(dāng)于低碳鋼，加工性質(zhì)類似于青銅鑄件。由于鋅合金的獨有的特點，必將在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，對提高沖壓生產(chǎn)的工藝技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)機(jī)電工業(yè)的發(fā)展，將起積極作用。3 沖壓工藝分析與方案論證3.1 沖壓工藝分析 圖 的 圖3-1 零件圖該零件為拖拉機(jī)機(jī)架框，如圖3-1所示。上面有2個15的孔，一個11的孔，一個12的孔以及兩個11×125的鈑金槽?？字饕糜诮影宓难b配，故這幾個孔的位置是需要保證的重點。另外鈑金槽是用于定位的，位置度也需要得到一定的保證。a.該零件的厚度為3毫米。對于一般的沖壓來說，它的厚度是過厚了一點，所以在彎曲時若能有效地利用過彎曲和校正彎曲來控制回彈，則可以得到形狀和尺寸比較準(zhǔn)確的零件；b.鈑金槽邊緣和所有的孔邊緣至彎曲半徑R的中心距離都大于材料厚度的兩倍（6毫米），從而鈑金槽邊和所有的孔都位于變形區(qū)之外，彎曲時不會引起它們變形，故鈑金槽邊和所有的孔都可以在彎曲前沖出。孔沖好后，也可作為彎曲時的定位。由圖可知，該零件結(jié)構(gòu)形狀難度一般，但并不對稱。是由圓弧直線組成，根據(jù)零件的具體情況，要完成全部的工序而生成該產(chǎn)品，需經(jīng)過以下三道工序，它們分別是：落料、沖孔和彎曲。3.2 沖壓方案論證沖壓該零件需要的基本工序有落料、沖孔、彎曲。由于工件結(jié)構(gòu)不算復(fù)雜，為了減少模具的制造難易程度，這里選擇單工序簡單模。具體工序方案主要有有以下幾種：方案一：采用單工序模，對于該零件，沖模的結(jié)構(gòu)簡單、制造周期短，價格低，而且通用性好，比較容易在實現(xiàn)自動化，但是壓力機(jī)一次行程內(nèi)只能完成一個工序，生產(chǎn)效率不太高。方案二：采用復(fù)合模，壓力機(jī)一次行程內(nèi)可以完成兩個或者兩個以上工序，生產(chǎn)效率高，適合大批量零件生產(chǎn)，沖件精度較高，不受送料誤差影響，內(nèi)外形相對位置一致性好，適宜沖薄料，但是很難實現(xiàn)自動化，只能實現(xiàn)部分自動化，而且制造復(fù)雜性和價格都比單工序模高。方案三：采用級進(jìn)模，壓力機(jī)一次行程內(nèi)可以完成多個工序，生產(chǎn)效率高，沖件精度高，適合中小型零件的大批量零件生產(chǎn)，容易實現(xiàn)自動化，較難保證內(nèi)外形相對位置一致性。模具強(qiáng)度高，耐磨性能要好，級進(jìn)模制造復(fù)雜性和價格要比復(fù)合模低。綜合考慮到零件的性能、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)批量、生產(chǎn)效率使用設(shè)備、模具制造的難易程度及壽命高低、操作方便與安全等方面，經(jīng)過以上的方案比較，可知第二案和第三方案比較好，所以選擇方案二和三。4 復(fù)合模設(shè)計4.1 復(fù)合模的沖壓工作原理在沖壓加工過程中，沖模的凸模與凹模直接接觸被加工材料并對材料施加壓力，使材料沿輪廓線分離，從而得到預(yù)期的零件。4.2 沖壓工藝分析，確定沖壓工藝方案該零件形狀簡單，是由圓弧和直線組成的。沖裁件內(nèi)外形所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度為IT13，孔中心與邊緣距離尺寸公差相比較，可認(rèn)為該零件的精度要求能夠在沖裁加工中得到保證。其它尺寸標(biāo)注、生產(chǎn)批量等情況，也均符合沖裁的工藝要求，故決定采用單工序落料模加工，且一次沖壓成形。4.3 排樣 在條料上沖裁時，工件之間以及工件和條料側(cè)邊之間的余料稱為搭邊。根據(jù)文獻(xiàn)采用直排式的排樣方式。由表2-15查得最小搭邊mm，mm；條料的寬度:=3+24+72+24+3=126； 進(jìn)距：h=24+2=30mm；根據(jù)公式： （4-1）得一個進(jìn)距的材料利用率為： 4.4 進(jìn)行必要的工藝計算該模具采用彈性卸料和下出件方式。08的抗拉強(qiáng)度為 。4.4.1 落料力根據(jù)文獻(xiàn)11公式： （4-2） 其中：落料力(N)；抗拉強(qiáng)度(MPa)，取=295MPa； t材料厚度(MPa)，t=2mm；零件的毛坯的周長(mm)。通過分析計算知該零件的毛坯的周長L=294mm故 =(295×2×294)N=173.46×10N4.4.2 卸料力表4-1 卸料力、推料力和頂料力系數(shù) 鋼料厚（mm） KK K0.10.60.090.10.14>0.10.50.040.070.0650.08>0.52.50.0250.060.050.06>2.56.00.0150.040.0250.05>6.50.0150.040.0250.03鋁、鋁合金0.030.080.030.07紫銅、黃銅0.020.06 0.030.09根據(jù)公式： （4-3）其中：F落料力(N)；K系數(shù)，取K=0.04。故 =(0.04×173.46×10)N=6.94×10N4.3.3推件力根據(jù)公式： （4-4）其中：F落料力(N)；K系數(shù)， K=0.055；n卡在凹模洞口的工件(或廢料)數(shù)目。故=(1×0.055×173.46×10)N=9.54×10N4.4.4 選擇沖床時的總壓力選擇沖床時的總壓力為：F=F+F+F=(173.46+6.94+9.54)KN=189.94KN4.5 確定模具的壓力中心按比例畫出零件形狀，選定坐標(biāo)系XOY，如圖3-1所示。因零件對稱，故Xc，Yc都無需計算。故 壓力中心坐標(biāo)值為（0，0）圖4-1 壓力中心圖4.6 計算凸、凹模刃口尺寸落料時，落料件的尺寸是由凹模決定的，因此應(yīng)以落料凹模作為設(shè)計基準(zhǔn)。查文獻(xiàn)9，由表2-1得間隙值Z=0.16mm Z=0.20mm由于凹模結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，尺寸在生產(chǎn)過程中有變大和縮小，所以用配合加工計算法來計算凹模。第一類：凸?；虬寄Ｔ谀p后會增大的尺寸；第二類：凸?；虬寄Ｔ谀p后會減小的尺寸；第三類：凸?；虬寄Ｔ谀p后基本不便的尺寸。第一類尺寸：（沖裁件上該尺寸的最大極限尺寸-x）第二類尺寸：（沖裁件上該尺寸的最小極限尺寸+x）第三類尺寸：沖裁件上該尺寸的中間尺寸±（1/8）根據(jù)公式 （4-5）其中：凹模尺寸(mm)；系數(shù)，按工件精度由文獻(xiàn)12表2-7查得：=0.75；工件公差(mm)；則凹模各部分尺寸為：尺寸為72時，=（72-0.75×0.54）=71.595尺寸為120時，=（120-0.75×0.54）=119mm尺寸為R10時， mm尺寸為R24時， mm凸模工作部分尺寸按凹模配制，保證雙面均勻間隙為mm。4.7 模具各主要零件設(shè)計4.7.1 凹模的厚度、壁厚及材料根據(jù)文獻(xiàn)11經(jīng)驗公式： （4-6）計算凹模厚度其中：b工件最大外形尺寸,b=120mm；K系數(shù),查表4-2得K=0.20 表4-2 厚度系數(shù) 板料厚度t/mmb/mm0.5123>3<500.300.350.420.500.60501000.200.220.280.350.421002000.150.180.200.240.30>2000.100.120.150.180.22故:=0.20X120=24mm，取mm。 根據(jù)公式： （4-7） 得凹模壁厚：C=2=48mm根據(jù)凹模厚度及工件尺寸,可以估算凹模的外形尺寸:長度、寬度和厚度:120×48×24 mm。由于在冷態(tài)下被加工材料的變形抗力較大且存在加工硬化效應(yīng)，故凹模和凸模承受很大的載荷及摩擦、沖擊作用。Cr12MoV具有優(yōu)良的熱處理性和耐磨性，且韌性較好，通過高溫淬火，還具有一定的熱硬性，所以凹模和凸模的材料選用Cr12MoV。4.7.2 墊板的采用與厚度是否采用墊板,視模座所承受的應(yīng)力是否超過模座材料的許用應(yīng)力而定.當(dāng)壓應(yīng)力大于,則應(yīng)采用墊板;反之,可以不加墊板.該工件落料凸模承壓面尺寸如圖4-2所示。模板承受的壓應(yīng)力: 4-2 凸模墊板根據(jù)公式： （4-8）得MPaQ235的=120160MPa，所以。可以不加墊板.但是考慮到模具的閉合高度,且墊板具有緩沖作用.故仍加墊板.其厚度取為12mm.4.7.3 卸料橡膠的自由高度根據(jù)零件材料厚度為2mm,沖裁時凸模進(jìn)入凹模深度取1mm,維修時刃磨量為6mm,模具開啟時卸料板極高出凸模壓3mm.因此總的工作行程mm。根據(jù)文獻(xiàn)16公式： （4-9）橡膠的自由高度：考慮到模具的閉合高度及卸料具體情況，可取mm。模具組裝時,橡膠的預(yù)壓量根據(jù)公式: （4-10）得mm橡膠的閉合高度mm取63mm橡膠的斷面面積根據(jù)公式：D= （4-11） 其中F=189.94×10 ，P=23MPa 故 D=32mm4.7.4 上下模座的外形尺寸和厚度根據(jù)凹模外形尺寸確定下模座尺寸為：長度、寬度和厚度： 350×306×55（mm）相應(yīng)確定上模座尺寸為：長度、寬度和厚度： 350×216×30（mm）卸料板的外形尺寸和厚度為：長度、寬度和厚度： 216×216×18（mm）4.7.5 上下模座的材料因為上下模座在工作中受到較大的沖擊力，故選擇HT200，它能夠承受較大的載荷且，鑄造性能好，由于石墨有一定潤滑效果，HT200具有較好的減磨和耐磨性。4.7.6 模具的總體設(shè)計根據(jù)上述確定的方案及各步計算結(jié)果設(shè)計模具草總圖，如圖4-3所示.本模具采用手工送料，由于凸模斷面比較復(fù)雜，考慮到加工方便，決定采用螺釘固定方式與模座和墊板相固定。 圖4-3 復(fù)合模4.8 選擇沖壓設(shè)備由上面的計算結(jié)果可知：最大的沖壓力為： KN；模具的最大閉合高度為： H=385mm；模具外形尺寸為： 355×306（mm）； 根據(jù)以上的資料根據(jù)文獻(xiàn)14選擇壓力機(jī)的型號J21-250（開式可傾壓力機(jī)），壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如下所示：公稱壓力/KN： 2500滑塊行程/mm： 200行程次數(shù)： 30最大的閉合高度/mm： 500封閉高度調(diào)節(jié)量： 150工作臺板尺寸/mm： 1200×800電動機(jī)功率/KW： 305 級進(jìn)模的設(shè)計5.1 級進(jìn)模的工作原理因為與落料同為分離工序，所以工作原理相似，其工作原理為在沖壓加工過程中，沖模的凸模與凹模直接接觸被加工材料并對材料施加壓力，使材料沿輪廓線分離，從而在工件上得到預(yù)期的孔。5.2 沖壓件的工藝分析該工序是在材料為Q235上進(jìn)行非圓形和圓形的沖孔加工，由于沖孔尺寸的工件外形尺寸均較簡單，且生產(chǎn)批量不大，為縮短模具的制造周期，降低模具成本，而采用單工序模進(jìn)行對零件的加工。5.3 計算沖壓力 級進(jìn)模沖孔力，推料力以及沖床的總壓力計算同復(fù)合模。5.4 確定模具壓力中心按比例畫出零件形狀，與落料模選定同一坐標(biāo)系XOY。因零件孔對稱，故Xc與Yc都不需計算。故壓力中心坐標(biāo)值為（0,0）5.5 確定選用級進(jìn)模總體布局5.6 模具總體設(shè)計主要零部件設(shè)計5.6.1 模具主要零部件的設(shè)計a)凹模計算根據(jù)文獻(xiàn)11，mm，mm，根據(jù)公式： （5-1） （5-2）H= Kb=0.24×125=30，C=2H=60其中：H凹模厚度(mm)；C凹模壁度(mm)；b最大外形尺寸(mm)；t材料厚度(mm)。根據(jù)凹模厚度和壁厚及工件尺寸,可以計算凹模的外形尺寸:長度、寬度和厚度為mmb）凸模及相關(guān)組件的設(shè)計凸模組件有一般包括凸模、凸模固定板以及墊板等。對于該沖孔模采用的結(jié)構(gòu)形式為臺階的形式，而凸模的一般固定方式為銷釘和螺釘來固定。由于該沖孔零件的厚度比較大，所以對于該模具的材料要有較高的耐磨性能，并能夠承受較大的沖裁力。所以選用了Cr12MoV為凸模材料，凸模工作部分的表面粗糙度為0.8mm其它的表面粗糙度為6.3mm。對于該模具而言，由于制件的尺寸比較大，所以采用凸模固定板的方式來固定凸模，凸模固定板的主要作用是在零件加工的過程中，對凸模起到一定的保護(hù)作用，并能夠?qū)崿F(xiàn)對凸模的固定作用。由凸模的主要尺寸及其結(jié)構(gòu)教室凸模固定板的尺寸如下：按文獻(xiàn)11經(jīng)驗公式: （5-3）mm可取凸模固定板的厚度為：mmc）凸模和凹模的材料由于在冷態(tài)下被加工材料的變形抗力較大且存在加工硬化效應(yīng)，故凹模和凸模承受很大的載荷及摩擦、沖擊作用。Cr12MoV具有優(yōu)良的熱處理性和耐磨性，且韌性交好，通過高溫淬火，還具有一定的熱硬性，所以凹模和凸模的材料選用Cr12MoV。d）卸料橡膠的自由高度:根據(jù)零件材料厚度為3mm,沖裁時凸模進(jìn)入凹模深度取1mm,維修時刃磨量為5mm,模具開啟時卸料板高出凸模壓3mm.因此總的工作行程mm根據(jù)15公式: （5-4）橡膠的自由高度mm取mm模具組裝時,橡膠的預(yù)壓量根據(jù)公式: （5-5）mm橡膠的裝配高度mm取40mm根據(jù)公式： D= （5-6） 得 D=53.96 D-橡膠外徑e）上下模座的外形尺寸、厚度和材料根據(jù)凹模外形尺寸確定下模座尺寸為：長度、寬度和厚度：252×312×45(mm）相應(yīng)確定上模座尺寸為：長度、寬度和厚度：252×312×30（mm）因為上下模座在工作中受到較大的沖擊力，故選擇HT200，它能夠承受較大的載荷且，鑄造性能好，由于石墨有一定潤滑效果，HT200具有較好的減磨和耐磨性。卸料板的外形尺寸和厚度為：長度、寬度和厚度：252×312×18（mm）5.6.2 模具總體設(shè)計根據(jù)以上分析和設(shè)計計算，設(shè)計出級進(jìn)模，如圖5-1所示結(jié)構(gòu)。圖5-1 級進(jìn)模5.6.3 模具的工作原理完成該工序時，零件的坯料在沖壓過程中極易滑動，必須采取定位措施。具體的方法是采用固定銷的方式來達(dá)到定位的效果。在零件加工時，可直接將坯料放在凹模上進(jìn)行加工。這樣的定位方式既安全又可靠。模具的總體結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。上模座采用帶柄的矩形模座，凸模采用固定板和螺釘和銷釘固定在模座。下模部分由凹模、下模座等組成，通過螺釘和銷釘固定。模具的工作過程：將落料后的坯料放在凹模上，與定位銷接觸，這樣起到定位的作用。當(dāng)模具下行時，凸模與坯料進(jìn)行接觸，使坯料充分的定位，繼續(xù)下行時，使零件的各部位成形。上?；爻虝r，通過橡膠回彈的作用，帶動卸料螺釘，將工件彈出并完成該工序的加工。5.7 凸模校核根據(jù)文獻(xiàn)16公式：凸模為圓形的公式： （5-7）凸模為非圓形的公式 ： （5-8）由于所選的凸模材料為Cr12MoV，根據(jù)表查得=9811569MPa.5.7.1 圓形凸模的校核a）11孔的凸模強(qiáng)度校核由上面的公式可知： （5-9）則MPa由于小于標(biāo)準(zhǔn)的許用應(yīng)力，所以該凸模的強(qiáng)度符合條件。b）12孔的凸模強(qiáng)度校核由上面的公式可得：則MPa由于小于標(biāo)準(zhǔn)的許用應(yīng)力，所以該凸模的強(qiáng)度符合條件c）15孔的凸模強(qiáng)度校核由上面的公式可知可根據(jù)公式計算則MPa由于小于標(biāo)準(zhǔn)的許用應(yīng)力，所以該凸模的強(qiáng)度符合條件5.7.2 非圓形凸模的強(qiáng)度校核鈑金槽的凸模是一個非圓形的凸模，所以它的強(qiáng)度校核可以用非圓形的凸模公式來校核。由公式： P=315×10 F=3.14×5.5+11×114=1349可得MPa （5-10）由于小于標(biāo)準(zhǔn)的許用應(yīng)力，所以該凸模的強(qiáng)度符合條件。5.8 壓力機(jī)的選擇由計算結(jié)果可知最大的沖壓力為 KN，模具的最大閉合高度為 H=176mm，模具外形尺寸為 860×483根據(jù)以上的資料，根據(jù)文獻(xiàn)14選擇壓力機(jī)的型號JD21-160，壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如下所示：公稱壓力/ KN： 1600滑塊行程/mm： 160行程次數(shù)： 40最大的閉合高度/mm： 450工作臺尺寸/mm： 1120×710模柄孔的尺寸/mm： 70×80最大傾角度/º： 25º工作臺厚度/mm： 130 電動機(jī)功率/KW： 116 三維建模6.1 沖件三維實體造型6.1.1 Pro/E三維設(shè)計概述a.組件幾何只是被裝配部件引用，而不是直接復(fù)制到裝配部件中。這樣就避免了組件幾何數(shù)據(jù)的重復(fù)，減小了裝配模型文件的規(guī)模，也為裝配模型的修改與自動更新提供了可能。b.可以利用“自頂向下”和“自底向上”兩種裝配建模方法來完成產(chǎn)品的裝配建摸與部件建模，在裝配上下文中可以直接對組建幾何進(jìn)行創(chuàng)建和編輯工作，從而使產(chǎn)品的總體設(shè)計與詳細(xì)設(shè)計可同步和穿插進(jìn)行，部件之間的幾何對象可以相互參照與引用，提高了設(shè)計效率與準(zhǔn)確性。c.不管如何對裝配進(jìn)行編輯，始終保持組建與其裝配之間的相關(guān)性，裝配模型自動更新以反映被引用部件的最新版本，不需要設(shè)計人員人工干預(yù)。不需對裝配所引用模型的幾何對象進(jìn)行編輯，就可以簡化裝配的圖形表示，方便設(shè)計出多種方案的裝配模型。d.通過指定組件之間的約束關(guān)系，在裝配中可利用配對條件來對各組件來進(jìn)行定位。而當(dāng)組件模型發(fā)生改變時，也能保持這種定位關(guān)系不變。e.裝配導(dǎo)航器提供了一種對裝配結(jié)構(gòu)的圖形化顯示，以方便對組件進(jìn)行選擇以及大多數(shù)裝配編輯操作。f.在PRO/E的其它模塊中同樣可以利用裝配。當(dāng)裝配模發(fā)生變化時，相應(yīng)的平面工程圖和樹控加工刀軌也能保持相關(guān)性而自動更新。6.1.2 沖件實體模型的生成運用Pro/E進(jìn)行零件的三維造型，可以輕松的創(chuàng)建3D實體模型，讓設(shè)計的零件及其裝配圖具有真實的外觀，根據(jù)材料的密度屬性，可以計算出模型的質(zhì)量，體積，表面積及其他的物理性質(zhì)。實體建模的優(yōu)勢：如果模型更改了（如厚度變大了），則所有的質(zhì)量屬性都會自動更新。實體模型也可以檢查公差或裝配元件之間的間隙/干涉。Pro/E是一個以特征為主的實體建模系統(tǒng)，他把零件看成是由特征組成的，零件的設(shè)計過程就是特征的構(gòu)造過程。其對數(shù)據(jù)的存取也是以特征為單元進(jìn)行的，所有參數(shù)的建立都是為了完成特征的創(chuàng)建和特征之間的相互關(guān)系，每一個特征的改變都可能改變零件的形狀。因此，特征是零件設(shè)計的根本。三維建模的特點：實體建模，基于建模，參數(shù)化，以模型為中心，相關(guān)性等。 圖6-1 零件圖6.2 產(chǎn)品三維建模方法6.2.1 實體建模方法實體造型技術(shù)能夠精確的表達(dá)零件的全部屬性，可以表達(dá)和處理模形的質(zhì)量，重心，轉(zhuǎn)動慣量等物理特性，在理論上有助于統(tǒng)一CAD、CAE、CAM各應(yīng)用模塊的模型表達(dá)，使CAD/CAE/CAM的一體化成為可能。Pro/E實體造型技術(shù)是用點、曲線和曲面來創(chuàng)建模型，不同的實體之間沒有相關(guān)性，也沒有歷史記載。6.2.2 參數(shù)化建模方法參數(shù)化建模方法是基于特征的體建模方法，下面列出其主要優(yōu)點：a.基于特征：零件模型由具有一定幾何形狀的特征所組成，通過不同特征在一定位置約束下的不同組合而得到模型。特征可以是添加材料的，也可以是切除材料的。b.全尺寸約束：用尺寸參數(shù)來約束特征及其他幾何對象的形狀，通過尺寸約束來控制和修改幾何形狀，所有這些尺寸參數(shù)都是可調(diào)的變量參數(shù)。c.尺寸驅(qū)動：當(dāng)需要修改幾何對象的形狀時，只要編輯與該形狀相配的尺寸參數(shù)就可。d.全數(shù)據(jù)相關(guān)：模型的形狀與其約束各幾何對象的尺寸完全相關(guān)，幾何實體之間也是相關(guān)的。幾何對象相應(yīng)的尺寸參數(shù)的修改將使同一模型在不同應(yīng)用模塊中的相關(guān)尺寸自動更新，不需要人工干預(yù)。6.3 Pro/E裝配復(fù)合模裝配圖如圖6-2所示圖6-2 復(fù)合模裝配圖7. 加工仿真7.1.1運用 Pro/E軟件進(jìn)行仿真加工 Pro/ENGINEER是一款優(yōu)秀的CAD/CAM軟件，該軟件將三維造型與數(shù)控加工緊密結(jié)合在一起，Pro/ENGINEER的CAM模塊提供多種編程模塊，包括銑削，車削，線切割和鉆孔等。零件上的全部加工表面應(yīng)安排在一個合理的加工順序中，這對保證零件質(zhì)量，提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本都至關(guān)重要。 工序順序的安排原則如下： A.先加工基準(zhǔn)面，再加工其他表面。 B.一般情況下先加工平面，后加工孔。 C.先加工主要表面，后加工次要表面。 D.先安排粗加工工序，后安排精加工工序。7.1.2 NC序列定義加工NC制造概念代表著最終零件的Pro/ENGINEER設(shè)計模型為所有制造操作的基礎(chǔ)。在設(shè)計模型上選取特征，曲面和邊作為每一刀具的軌跡參照。要創(chuàng)建銑削序列，必須定義要銑削的幾何體。制造提供幾個允許將銑削幾何定要為獨立特征的刀具，然后可在制造模型內(nèi)將此定義反復(fù)的應(yīng)用于各個序列。Pro/ENGINEER提供了銑削體積快，銑削曲面，銑削窗口，鉆孔組，基準(zhǔn)特征等方法創(chuàng)建加工幾何。高級加工模塊的功能包括：3到5軸銑削、2到4軸車削、2到4軸線切割以及多軸銑削/車削。因而，NC高級加工選件除支持多軸銑削機(jī)床（4到5軸）和帶活動刀具（銑/車）的多軸車床外，兼具生產(chǎn)加工選件和機(jī)械加工專家的功能。需要特別說明的是，成套NC加工選件允許設(shè)計人員為廣泛的加工方法提供支持，同時擁有最大的柔性。 過程切削仿真通過在NC機(jī)器上仿真材料被切削的過程，成套NC加工選件可以讓用戶減少甚至消除使用實際零件進(jìn)行編程驗證的工作。它直接處理Pro/ENGINEER實體零件模型，并支持所有的加工操作:從3軸到5軸的銑削、車削和線切割，到多軸銑/車。NC編程人員和機(jī)械專家使用這一選項，通過預(yù)先查出編程人員的所有可能錯誤，來驗證離散零件的加工程序。這樣就減少了用實際零件進(jìn)行驗證的工作，從而省掉零件報廢、加工工具損耗以及工具、夾具和壓板損壞所需要的費用。7.2仿真加工路徑圖 圖7-1 仿真加工路徑圖 （1） 圖 7-2 仿真加工路徑圖（2） 7.3仿真加工圖 圖7-3 仿真加工圖8.結(jié)論 本次設(shè)計的主要內(nèi)容是鏈條連接板的二維圖和模具設(shè)計以及三維圖的設(shè)計。在設(shè)計過程中，我首先運用AutoCAD進(jìn)行二維模型設(shè)計，并對零件模型進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計,然后運用Pro/E進(jìn)行三維立體模型創(chuàng)建。緊接著，我開始模具設(shè)計，先通過設(shè)計計算來確定零件的相關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸，繼而得到模具的總體結(jié)構(gòu)，然后應(yīng)用Pro/E軟件設(shè)計出各副模具的零件三維模型，組成各副模具的總體裝配模型。本次設(shè)計的主要特點是及應(yīng)用了AutoCAD二維圖設(shè)計軟件又應(yīng)用到了Pro/E三維造型設(shè)計軟件。本設(shè)計的優(yōu)點之一在于裝配與工程圖的相關(guān)性。只要將其中的一個零件圖改變，那么裝配圖也將要隨之改變，這樣若有設(shè)計問題，修改將相當(dāng)容易，大大提高了工作效率。本設(shè)計的第二個優(yōu)點是利用了參數(shù)化設(shè)計的理念，進(jìn)而提高了工作效率，節(jié)約了成本，降低了工作強(qiáng)度。 參考文獻(xiàn)1 肖景榮，姜奎華沖壓工藝學(xué)M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19902 鐘毓斌. 沖壓工藝與模具設(shè)計M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.3 鄭可珵，張弘. 實用沖壓模具設(shè)計手冊. 北京：宇航出版社，1990.4 盧險峰. 沖壓工藝模具學(xué)M.第1版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1998.5 童秉樞. 現(xiàn)代CAD技術(shù)M. 北京：清華大學(xué)出版社，2000.6 王芳. 冷沖壓模具設(shè)計指導(dǎo)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.7 王孝培.沖壓手冊M. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1998.8 涂光祺. 沖模技術(shù)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.9 沖模設(shè)計手冊編寫組. 沖模設(shè)計手冊M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988.10 馬正元. 沖壓工藝與模具設(shè)計M. 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13 上模座