基于ProE电子零件支架的冲压工艺.docx
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基于ProE电子零件支架的冲压工艺
目录
摘要Ⅰ
AbstractⅡ
1绪论3
1.1概述3
1.2冲压技术的进步3
1.3模具的发展与现状3
1.4模具CAD4
2冲裁零件工艺分析及工艺方案确定5
2.1工艺分析5
2.2工艺方案确定5
3冲裁工艺设计及计算6
3.1排样与搭边6
3.2计算冲裁力与压力中心8
3.3压力设备选取9
3.4刃口尺寸计算10
3.4.1刃口尺寸计算依据和计算原则10
3.4.2刃口尺寸的计算10
4冲裁模具的零件设计与结构设计13
4.1主要工作零件设计13
4.1.1凸凹模设计13
4.1.2落料凹模设计14
4.1.3冲孔凸模设计14
4.2定位元件设计15
4.2.1挡料销15
4.2.2导正销15
4.3卸料装置16
4.3.1推件块16
4.3.2卸料板16
4.3.3卸料弹簧16
4.3.4卸料螺钉17
4.4导向、支撑、固定元件17
4.4.1上下模座17
4.4.2固定板和垫板19
4.4.3导柱导套19
4.4.4模柄与推杆19
4.4.5紧固件19
4.5冲裁模具结构20
4.5.1冲裁模具二维视图20
4.5.2冲裁模具三维轴测图21
5弯曲模具的零件设计与结构设计22
5.1弯曲件的工艺分析与工艺方案确定22
5.1.1工艺分析22
5.1.2工艺方案确定22
5.1.3弯曲件毛坯尺寸计算23
5.2计算弯曲力及回弹值23
5.3压力设备选取24
5.4模具的零件设计与结构设计24
5.4.1总体设计24
5.4.2主要零部件设计24
5.5弯曲模具机构26
5.5.1弯曲模具二维视图26
5.5.2弯曲模三位轴测视图27
6基于Pro/E的冲压模具设计28
6.1Pro/E概述28
6.1.1Pro/E模具设计意义28
6.1.2Pro/E软件特点28
6.1.3设计步骤28
6.2基于Pro/E的模具设计29
6.2.1Pro/E实例29
6.2.2模具零件三维转二维33
6.2.3基于Pro/E三维建模的总装配图36
7总结37
8致谢38
9参考文献39
10附录40
Ⅰ冲裁模零件40
Ⅱ弯曲模零部件41
绪论
1.1概述
（1）综合运用冷冲模课程和其它有关先修课程的理论及生产实践的知识去分析和解决模具设计问题，并使所学专业知识得到进一步巩固和深化。
（2）学习模具设计的一般方法，了解和掌握常用模具整体设计、零部件的设计过程和计算方法，培养正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力，特别是总体设计和计算的能力。
（3）通过计算和绘图，学会运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料等，培养模具设计的基本技能
1.2冲压技术的进步
近几十年来，冲压技术有了飞速的发展，它不仅表现在许多新工艺与新技术在生产的广泛应用上，如旋压成形、软模具成型、高能率成形等，更重要的是人们对冲压技术的认识与掌握的程度有了质的飞跃。
现代冲压成产是一种大规模继续作业的制造方式，由于新技术的参与和介入，冲压生产方式由初期的手工操作足部进化为集成制造，生产过程逐步实现机械化、自动化、并且正在向智能化、集成化的方向发展，实现自动化冲压作业，体现安全、高效、节材等优点，意识冲压生产的发展方向。
冲压自动化生产的实现使冲压制造的概念有了本质的飞跃，结合现代技术信息系统和现代化管理系统的成果，由这三方面组合有形成现代冲压新的生产模式，即计算机集成制造系统。
把产品概念形成、设计、开发、生产、销售、售后服务全过程通过计算机等技术溶为一体，将会给冲压制造业带来更好的经济效益，使现代冲压技术水平提高到一个新的高度。
1.3模具的发展与现状
1.国内现状
我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国发经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。
一些低档次的简单冲模，已趋供过于求，市场竟争激烈。
现将2004年我国冲压模具市场情况简介如下：
据中国模具工业协会发布的统计材料，2004年我国冲压模具总产出约为220亿元，其中出口0.75亿美元,约合6.2亿元.
根据我国海关统计资料,2004年我国共进口冲压模具5.61亿美联社元,约合46.6亿元.从上述数字可以得出2004年我国冲压模具市场总规模约为266.6亿元.其中国内市场需求为260.4亿元,总供应约为213.8亿元,市场满足率为82%.在上述供求总体情况中,有几个具体情况必须说明:
一是进口模具大部分是技术含量高的大型精密模具,而出口模具大部分是技术含量较低中的中低档模具,因此技术含量高的中高档模具市场满足率低于冲压模具总体满足率,这些模具的发展已滞后于冲压件生产,而技术含量低的中低档模具市场满足率要高于冲压模具市场总体满足率;二是由于我国的模具价格要比国际市场低格低许多,具有一定的竟争力,因此其在国际市场前景看好,2005年冲压模具出口达到1.46亿美元,比2004年增长94.7%就可说明这一点;三是近年来港资、台资、外资企业在我国发展迅速，这些企业中大量的自产自用的冲压模具无确切的统计资料，因此未能计入上述数字之中。
随着我国成为世界制造业的中心，电子信息技术中的电子元器件和汽车部件越来越多的成为中国制造，而模具是机械、电子、汽车、家电等工业产品的基础工艺装备，作为工业基础，模具的质量、精度、寿命对其它工业的发展起着十分重要的作用，在国际上称为“工业之母”。
2005年我国模具产值为610亿人民币，2006年约720亿，平均每年以20%～25%的速度增长。
模具的技术水平明显有了提高，一些国产优质模具的性能已接近国外同类产品的先进水平，但由于我国起步晚，许多模具不得不依赖进口，与发达国家相比差距还非常大。
随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新和发展。
其主要发展如下：
1.工艺分析计算的现代化。
它将与现代数学、计算机技术联姻，对加工零件进行计算机模拟和有限元分析，达到预测某一工艺方案对零件成形的可能性与成形过程中可能会发生的问题，供设计人员修改和选择。
2.模具计算辅助设计、制造与分析（CAD/CAM/CAE）的研究和应用将极大地提高模具制造效率，提高模具质量，使模具设计与制造技术实现一体化。
3.模具的标准化、商品化、机械化及专业化自动生产。
2.国外冲压模具水平状况
近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。
大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。
为中档轿车配套的覆盖件模具内也能生产了。
精度达到1~2μm，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。
表面粗糙度达到Ra≤1.5μm的精冲模，大尺寸（φ≥300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。
1、模具CAD/CAM技术状况
我国模具CAD/CAM技术的发展已有20多年历史。
由原华中工学院和武汉733厂于1984年共同完成的精神模CAD/CAM系统是我国第一个自行开发的模具CAD/CAM系统。
由华中工学院和北京模具厂等于1986年共同完成的冷冲模CAD/CAM系统是我国自行开发的第一个冲裁模CAD/CAM系统。
上海交通大学开发的冷冲模CAD/CAM系统也于同年完成。
20世纪90年代以来，国内汽车行业的模具设计制造中开始采用CAD/CAM技术。
国家科委863计划将东风汽车公司作为CIMS应用示范工厂，由华中理工大学作为技术依托单位，开发的汽车车身与覆盖模具CAD/CAPP/CAM集成系统于1996年初通过鉴定。
在此期间，一汽和成飞汽车模具中心引进了工作站和CAD/CAM软件系统，并在模具设计制造中实际应用，取得了显著效益。
1997年一汽引进了板料成型过程计算机模拟CAE软件并开始用于生产。
21世纪开始CAD/CAM技术逐渐普及，现在具有一定生产能力的冲压模具企业基本都有了CAD/CAM技术。
其中部分骨干重点企业还具备各CAE能力。
模具CAD/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量，已成为人们的共识。
在“八五”、九五“期间，已有一大批模具企业推广普及了计算机绘图技术，数控加工的使用率也越来越高，并陆续引进了相当数量CAD/CAM系统。
如美国EDS的UG，美国ParametricTechnology公司Pro/Engineer，美国CV公司的CADSS，英国DELCAM公司的DOCT5，日本HZS公司的CRADE及space-E,以色列公司的Cimatron还引进了AutoCADCATIA等软件及法国Marta-Daravision公司用于汽车及覆盖件模具的Euclid-IS等专用软件。
国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了CAD/CAM技术/DL图的设计和模具结构图的设计均已实现二维CAD，多数企业已经向三维过渡，总图生产逐步代替零件图生产。
且模具的参数化设计也开始走向少数模具厂家技术开发的领域。
在冲压成型CAE软件方面，除了引进的软件外，华中科技术大学、吉林大学、湖南大学等都已研发了较高水平的具有自主知识产权的软件，并已在生实践中得到成功应用，产生了良好的效益。
快速原型（RP）传统的快速经济模具相结合，快速制造大型汽车覆盖件模具，解决了原来低熔点合金模具靠样件浇铸模具，模具精度低、制件精度低，样样制作难等问题，实现了以三维CAD模型作为制模依据的快速模具制造，它标志着RPM应用于汽车身大型覆盖件试制模具已取得了成功。
围绕着汽车车身试制、大型覆盖件模具的快速制造，近年来也涌现出一些新的快速成型方法，例如目前已开始在生产中应用的无模多点成型及激光冲击和电磁成型等技术。
它们都表现出了降低成本、提高效率等优点。
1.4模具CAD
产品的CAD三维造型是整个产品设计过程中的重要环节，为提高产品的三维设计效率和质量，用户必须掌握三维CAD造型的原理，充分了解CAD软件中的造型方法。
充分利用现代先进的CAD技术，不但可以辅助设计者完成其设计构思，减轻劳动强度，提高效率和精度，改善视觉效果，而且为后续的分析、模具设计、NC加工等奠定基础。
UGNX提供了以参数化为基础，基于特征实体造型、部件间的关联设计、专家设计系统等技术。
其核心技术是采用非均匀有理B样条（NURBS）作为曲面造型的基础，融线框模型、曲面造型、实体造型为一体，参数化和特征化的混合造型系统。
系统建立在统一的富有关联性的数据库基础上，提供了工程上的完全关联性使CAD/CAM/CAE各部分数据自由联动切换。
UGNX吸收了各种建模技术的优点，率先推出了最先进的复合建模方式，将参数化实体建模、高级自由曲面建模、线框建模融于一体。
复合建模技术代表了CAD发展的趋势，即易用、自由、高效，是目前CAD行业最优化的建模方式。
它可使工程师在工作时完全不必受某种单一建模方法的束缚，自由地、快速地完成建模。
它既具有参数化建模的灵活方便，在处理复杂产品方面又具有独特的优势。
系统同时具备如钣金设计、注塑模具设计、冲压模及级进模等多种专家设计模块。
UGNX以实际工程需要为导向，逐渐发展为了CAD/CAM/CAE/PDM一体化的系统。
冲裁零件工艺分析及工艺方案确定
2.1工艺分析
本次设计的模具结构冲裁件形状如图2-1所示：
图2-1零件图
（1）该零件的结构简单，呈中心对称的矩形，长宽为64.5mm×10mm,厚度t=1mm,有利于材料的合理利用;
（2）冲裁件材料为Q235，其抗剪强度τ=310~380MPa,抗拉强度σ=380~470MPa,伸长率δ10=24，屈服强度σs=240MPa;
（3）冲裁件的孔径为D=3mm,孔边距为d=2.5mm；
（4）两孔中心距s=56.5mm，查冲裁件孔中心距公差表得公差数值为±0.20；
（5）零件的尺寸公差无特殊要求，按照IT14级选取。
2.2工艺方案确定
通过对冲裁件的工艺分析，该零件具有较高的强度和刚度，有良好的塑性和表面质量，板材厚度符合标准规定，满足冲压工艺对材料的要求，适合冲压加工，能够保证冲压过程顺利完成。
根据冲裁件的形状，加工此零件包括冲孔和落料两道工序，初步考虑以下工艺方案：
A:
先落料，再冲孔
B:
先冲孔，再落料
C:
冲孔落料复合模
比较以上方案，A、B方案都需要制作两套模具以达到要求，模具制造成本较高，冲孔和落料都需要高精度的定位，这两种方案不能达到零件工艺要求中精度，且工件产量较大，工作效率较低，而方案C将两道工序放在一起，减少了模具数量，减轻了工作量，提高了工作效率，同时解决了加工中的定位问题。
综合后选择能集中加工工序的落料冲孔复合模，由于板材相对较厚，本身具有一定抗弯性，故采用后侧导柱导套定位、弹性卸料装置的倒装式复合模。
冲裁工艺设计及计算
3.1排样与搭边
（1）冲裁件尺寸如下图3-1所示：
图3-1
计算冲裁件的面积A
A=64.5mm×10mm=645mm2
（2）根据冲裁件的样式以及材料的经济应用原则，有以下两种排样方案：
方案一
方案二
（3）搭边值确定
搭边a和a1的数值查表3-1。
表3-1搭边a和a1数值
根据冲裁件的材料、尺寸查表得搭边值为a=1.5mm，a1=1.5mm。
如下图3-2、图3-3所示：
图3-2方案一
图3-3方案二
（4）每次只冲裁一个零件的进距h与条料宽度b
h1=10mm+1.5mm=11.5mm；h2=64.5mm+1.5mm=66mm；
b1=64.5mm+1.5mm+1.5mm=67.5mm;b2=10mm+1.5mm+1.5mm=13mm。
（5）材料的利用率η
根据材料利用率计算公式η=nA/bh×100%，
方案一：
η1=1×645/（67.5×11.5）×100%=83.09%
方案二：
η2=1×645/（13×66）×100%=75.1%
由此比较确定排样的最终形式为方案一。
3.2计算冲裁力与压力中心
（1）冲裁力包括冲孔力、卸料力、推件力、顶出力，是冲裁的过程中凸模对板料施加的压力，随凸模进入材料的深度而变化的，它与材料厚度、工件周边长度、材料的力学性能等参数有关。
也是选用压力机和设计模具结构的重要依据。
选用冲压设备的标称压力必须大于计算的冲裁力，所设计的模具必须能传递和承受所计算的冲裁力，以适应冲裁要求。
冲裁力可按下列公式计算：
F=KLtτ
K—修正系数，一般取1.3；
L—冲裁件的外轮廓周边长度；
t—板料厚度，该冲裁件厚度 t=1mm;
τ—材料抗冲剪强度。
落料力F落=1.3L1tτ
L1=64.5×2+10×2=149mm;
τ=400MPa
F落=1.3×149×1×400=77.48KN
冲孔力F冲=1.3L2tτ
L2=2×π×3=18.84mm;
F冲=1.3×18.84×1×400=9.797KN
卸料力F卸=KF落（冲）
查表得K=0.05，
F卸1=0.05×77.48=3.874KN
F卸2=0.05×9.797=0.490KN
推件力F推=nKF冲
查表得K=0.05，n—积存再凹模型孔内的工件片数，此处n=1;
F推=1×0.05×9.797=0.490KN
总压力：
F总=F落+F冲+F卸+F推=77.48+9.797+3.874+0.490+0.490=92.131KN
（2）模具的压力中心就是冲压力合力的作用点，为了保证压力机和模具的正常工作，应是模具的压力中心与压力机滑块的中心线重合，否则冲压时零件受力不均发生不正常的磨损。
针对本次设计中的冲裁件的形状为对称的矩形，其压力中心为工件的几何中心即下图中的O点，如图3-4所示。
图3-4零件中心
3.3压力设备选取
压力机应根据冲压工艺的性质、生产批量的大小、模具的外形尺寸及现有设备等情况进行选择。
本次设计中的冲裁件属于大批量生产，选择压力机时必须F压力机>F总=92.131KN。
根据标称压力等参数查表3-2，可初选压力机为：
J23-10
表3-2压力机参数表
压力机型号
J23-3.15
J23-6.3
J23-10
J23-16F
JH23-25
JH23-40
标称压力/KN
31.5
63
100
160
250
400
滑块行程/mm
25
35
45
70
75
80
滑块行程
200
170
145
120
80
55
最大封闭高度
120
150
180
205
260
330
封闭高度调节量
25
35
35
45
55
65
立柱间距/mm
120
150
180
220
270
340
喉深/mm
90
110
130
160
200
250
工作台前后尺寸/mm
160
200
240
300
370
460
工作台左右尺寸/mm
250
310
370
450
560
700
垫板厚度/mm
30
30
35
40
50
65
垫板孔径/mm
100
140
170
210
260
320
模柄孔直径/mm
25
30
30
40
40
50
模柄孔深度/mm
40
55
55
60
60
70
最大倾斜角
45
45
35
35
30
30
电动机功率/kw
0.55
0.75
1.1
1.5
2.2
5.5
3.4刃口尺寸计算
3.4.1刃口尺寸计算依据和计算原则
冲裁件的尺寸精度取决于凸、凹模部分的尺寸，冲裁的合理间隙也要靠凸、凹模刃口部分的尺寸来实现和保证。
凸、凹模要与冲裁件或废料发生摩擦，凸模轮廓越磨越小，凹模轮廓越磨越大，结果使间隙越来越大，因此，确定凸、凹模人口尺寸应按落料和冲孔两种情况分别进行，其原则如下：
设计落料模先确定凹模尺寸。
以凹模为基准，间隙取在凸模上，即冲裁间隙通过减小凸模刃口尺寸来取得。
设计冲孔模先确定凸模尺寸。
以凸模为基准，间隙取在凹模上，即冲裁间隙通过增大凹模刃口尺寸来取得。
根据冲裁模在使用过程中的磨损规律，设计落料模时，凹模基本尺寸应取接近或等于工件的最小极限尺寸；凸模基本尺寸应取接近或等于工件的最大极限尺寸。
这样凸、凹模在磨损到一定程度时，仍能冲出合格的零件。
工件上孔心距的尺寸精度有凹模孔心距保证。
由于凸、凹模的刃口尺寸磨损不影响孔心距的变化，股凹模孔心距的基本尺寸取在工件孔心距公差带的中点上，按双向对称偏差标注。
3.4.2刃口尺寸的计算
根据此冲裁件的结构特点，及大批量生产的要求，选择凸模和凹模配合加工的方法，这种方法叫配作法。
已知冲裁件材料为Q235，厚度t=1mm，冲裁件精度IT13，通过查冲裁模初始双面间隙表得Zmin=0.10mm，Zmax=0.14mm。
（1）落料模刃口尺寸计算
落料时以凹模为基准件来配作凸模，并按凹模磨损后尺寸变大（A类）、变小（B类）、不变（C类）三种情况进行计算。
落料件的基本尺寸和公差（查表3-3）为A1=10mm，A2=64.5mm；
表3-3公差表
按尺寸A1、A2的公差等级IT14确定磨损补偿系数χ=0.5。
根据A类刃口尺寸计算公式Ad=（Amax-χΔ）
，其中Amax是与A类刃口尺寸对应的工件最大极限尺寸，Δ是公差值，则有
Ad1=（10-0.5×0.36）
=9.82
mm,
Ad2=（64.5-0.5×0.74）
=64.13
mm
凸模尺寸按凹模尺寸配作，保证单面间隙为Zmin/2~Zmax/2，配制件仅标明基本尺寸和间隙。
（2）冲孔模刃口尺寸计算
冲孔刃口只计算基准件凸模的基本尺寸，且凸模刃口尺寸属于B类人口尺寸，基本尺寸和公差值（查表3-3）为Bd=ø3
mm。
根据B类刃口尺寸的计算公式Bd=（Bmin+χΔ）
其中Bmin是B类刃口尺寸对应的工作最小极限尺寸，则有Bd=（3+0.75×0.25）
=3.19
mm
凹模尺寸按凸模尺寸配作，保证单面间隙为Zmin/2~Zmax/2,配制件仅标明基本尺寸和间隙。
（3）孔中心距计算
工件的孔中心距尺寸由凹模对应型孔中心距尺寸来保证，且型孔中心距尺寸不随刃口的磨损而改变。
Cd=56.5±0.2mm。
冲裁模具的零件设计与结构设计
4.1主要工作零件设计
4.1.1凸凹模设计
采用弹性卸料板进行卸料，凸凹模长度按下列公式计算：
L=H1+H2+H3+H
H1—凸凹模固定板厚度（mm）；
H2—卸料板厚度（mm）；
H3—固定板至卸料板间弹性元件高度（mm）；
H—增加长度（mm）；
对于本次设计的冲裁件，凸凹模长度L=44mm。
复合冲裁模中，由于内外缘之间的壁厚是决定于冲裁件的孔边距，所以当冲裁件孔边距较小时须考虑凸凹模强度，为保证凸凹模强度，其壁厚不应小于允许值。
倒装复合模的冲孔废料容易积存，所受胀力大，凸凹模最小壁厚要大些。
本设计凸凹模最小壁厚M=2.5t=2.5×1=2.5mm。
凸凹模采用凸凹模固定板对其固定，左右压边余量不低于3.5mm,与凸凹模采用H7/m6过渡配合，保证稳定后与凸凹模间隙配合后与固定板一起磨平。
凸凹模机构设计如图4-1所示：
图4-1凸凹模
4.1.2落料凹模设计
针对本设计中冲裁件结构，凹模孔口结构形式选用直刃壁型孔结构，这种结构特点是刃口强度高，修磨后刃口尺寸不变，制造方便。
由于凹模受力复杂，很难按理论方法精确计算，对非标准尺寸的凹模一般不作强度校核。
凹模板厚度要求：
H=KB，K—系数，考虑板料厚度的影响，查表得K=0.22，B—凹模孔的最大宽度，不小于15mm。
凹模厚度H=KB=0.22×64.5=14.19mm，取整H=14.5mm。
凹模壁厚C=1.5H=1.5×14.19=21.29mm，取整C=22mm。
这种结构要退出进入凹模中的工件，所以采用内置式的刚性推件块，同时要求能够在周边保证有足够的空间布置定位销和定位螺钉。
落料凹模的结构设计如下图4-2所示：
图4-2落料凹模
4.1.3冲孔凸模设计
冲裁件孔ø3mm，模具设计时凸模外需装推件块，故将凸模设计成中间有过渡段的标准圆凸模。
凸模固定在固定板中采用H7/n6过渡配合，其凸模材料选用Cr6WV保证硬度HRC58~62，局部回火40~50HRC。
受凹模与凸模固定板的限制，凸模长度设计为H=27mm。
凸模刚度校核：
dmin≥
=2.72mm<3mm。
此时，凸模的强度可以保证。
凸模长度根据模具结构，并考虑修磨量，固定板与卸料板之间的安全距离，装配要求等相关约束。
冲孔凸模的结构设计如下图4-3所示：
图4-3冲孔凸模
4.2定位元件设计
4.2.1挡料销
为了保证条料送进时有准确的送进距，该模具设计固定挡料销，结合该模具设计实际查表，挡料销的结构设计如图4-4所示：
图4-4挡料销
4.2.2导正销
为了保证各个零件的相对位
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