基于ProE的转臂件冲压模具设计.docx

基于ProE的转臂件冲压模具设计.docx

《基于ProE的转臂件冲压模具设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于ProE的转臂件冲压模具设计.docx（43页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

基于ProE的转臂件冲压模具设计

基于Pro/E的转臂件冲压模具设计

作者姓名

专业材料成型及控制工程

指导教师姓名

摘要

本次毕业设计是通过por/e完成转臂件的模具设计，采用级进冲裁工艺方案。

设计中分析了工件的冲压工艺性，计算了制品零件的冲压力、卸料力，推件力，压力中心等。

进行了模具总体结构、主要零部件的设计，绘制了落料、拉深、冲孔复合模的零件图。

设计中采用参数化设计和理论方法相结合,大大缩短了模具研发周期和设计过程，提高了产品到模具的设计准确性，保证了产品成型质量和模具使用寿命，降低了产品设计成本。

关键词：

Pro/e转臂件冲压零件图

ABSTRACT

Thegraduationdesigniscompletedbyturningarmpor/eofmolddesign,usesincuttingprocess.Inthedesignprocessareanalyzed,thecalculationofstampingworkpiece,theproductsoftheparts,dischargingpressureofbluntforce,pushingaforce,stresscenteretc.Themouldstructure,mainpartsdesign,drawingtheblanking,deepdrawing,punchingpartofthecompositemodulus.BasedondiscussingtheapplicationofPro/Engineerinthemolddesign,thisarticlehasanalyzedthetechnologicfoldingliddesignandintroducedthemethodofthecorrespondingplasticmoldstructuraldesignandtheprocessofthemoldwork.ItexplainedtheconcretemethodandstepoftheinjectingmoldwhichcarriedonthePro/Engineersoftwareplatformindetailthroughtheexample.

Keywords:

Pro/e;Turningarmthing;stamping;Partsgraph

第一章绪论

1.1冲压模具加工的特点

（1）冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。

这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。

（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。

（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。

（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。

由于冲压具有如此优越性，冲压加工在国民经济各个领域应用范围相当广泛。

例如，在宇航，航空，军工，机械，农机，电子，信息，铁道，邮电，交通，化工，医疗器具，日用电器及轻工等部门里都有冲压加工。

不但整个产业界都用到它，而且每个人都直接与冲压产品发生联系。

像飞机，火车，汽车，拖拉机上就有许多大，中，小型冲压件。

小轿车的车身，车架及车圈等零部件都是冲压加工出来的。

据有关调查统计，自行车，缝纫机，手表里有80%是冲压件；电视机，收录机，摄像机里有90%是冲压件；还有食品金属罐壳，钢精锅炉，搪瓷盆碗及不锈钢餐具，全都是使用模具的冲压加工产品；就连电脑的硬件中也缺少不了冲压件。

［1］

1.2冲压模具的分类

冲模的结构类型也很多。

通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。

但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。

工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。

上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。

［2］

1.3冲压模具在国内外的发展

模具是工业生产中的基础工艺装备，是一种高附加值的高技术密集型产品，也是高技术产业的重要领域。

其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志。

随着国民经济总量和工业产品技术的不断发展，各行各业对模具的需求量越来越大，技术要求也越来越高。

目前我国模具年生产总量虽然以位居世界第三，其中，冲压模具占模具总量的40%以上，但在整个模具设计制造水平和标准化程度上，与德国，美国，日本等发达国家相比还存在相当大的差距。

在国家产业政策的正确引导下，经过几十年努力，现在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平，包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。

虽然如此，我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。

这一些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都有较大差距。

轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。

虽然在设计制造方法和手段方面基本达到了国际水平，模具结构周期等方面，与国外相比还存在一定的差距。

标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种。

有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具，已基本达到国际水平。

但总体上和国外多工位级进模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，仍存在一定差距。

汽车覆盖件模具制造技术正在不断地提高和完美，高精度、高效益加工设备的使用越来越广泛。

高性能的五轴高速铣床和三轴的高速铣床的应用已越来越多。

NC、DNC技术的应用越来越成熟，可以进行倾角加工超精加工。

这些都提高了模具面加工精度，提高了模具的质量，缩短了模具的制造周期。

模具表面强化技术也得到广泛应用。

工艺成熟、无污染、成本适中的离子渗氮技术越来越被认可，碳化物被覆处理（TD处理）及许多镀（涂）层技术在冲压模具上的应用日益增多。

真空处理技术、实型铸造技术、刃口堆焊技术等日趋成熟。

激光切割和激光焊技术也得到了应用。

1.4冲压模具的发展方向

冲模是实现冲压生产的基本条件.在冲模的设计制造上,目前正朝着以下两方面发展:

一方面,为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需要，冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向发展，与此相比适应的新型模具材料及其热处理技术，各种高效、精密、数控自动化的模具加工机床和检测设备以及模具CAD/CAM技术也在迅速发展；另一方面，为了适应产品更新换代和试制或小批量生产的需要，锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展。

精密、高效的多工位及多功能级进模和大型复杂的汽车覆盖件冲模代表了现代冲模的技术水平。

目前，50个工位以上的级进模进距精度可达到2微米，多功能级进模不仅可以完成冲压全过程，还可完成焊接、装配等工序。

我国已能自行设计制造出达到国际水平的精度达2~5微米，进距精度2~3微米，总寿命达1亿次。

我国主要汽车模具企业，已能生产成套轿车覆盖件模具，在设计制造方法、手段方面已基本达到了国际水平，但在制造方法手段方面已基本达到了国际水平，模具结构、功能方面也接近国际水平，但在制造质量、精度、制造周期和成本方面与国外相比还存在一定差距。

1.5研究内容、研究目的及意义

1.5.1研究内容

基于Pro/E的转臂件冲压模具设计

本设计为转臂件的冲压模具，设计工件如图1-1所示：

图1-1转臂件

1.5.2研究目的与基本要求

（1）目的

①用本专业所学课程的理论和生产实际知识，进行一项冲压模具设计的实际训练，从而培养和提高学生独立工作的能力。

②扩充冲模设计课程所学内容，掌握冲压模具设计的方法和步骤。

③掌握冲压模具设计的基本知识。

如计算，绘图，查阅设计资料和手册，熟悉标准和规范等。

（2）基本要求

①达到课题研究的目的所提的要求。

②以生产者的身份来设计模具，为求所设计模具适合在所在设备条件下生产，即要综合生产实际，又要满足生产要求，更要提高生产效率和经济效益。

1.5.3研究的意义

冲压成型在整个制造业的生产中占有十分重要的地位。

模具制造是整个冲压成型链条中最基础的要素之一。

其追求的目标是提高产品质量及生产效率、缩短设计及制造周期，降低生产成本、最大限度提高模具制造业的应变能力。

第二章工艺方案分析及确定

1.材料：

Q235钢

2.生产批量：

4万件/年［13］

3.料厚：

1.8mm

该冲裁件包括落料和冲孔两个基本工序,可采用的冲裁方案有单工序冲裁,复合冲裁和级进冲裁三种.零件属于中批量生产,因此采用单工序须要模具数量较多,生产率低,所用费用也高,不合理;若采用复合冲,可以得出冲件的精度和平直度较好,生产率较高,但因零件的孔边距太小,模具强度不能保证;用用级进模冲裁时,生产率高,操作方便,通过合理设计可以达到较好的零件质量和避免模具强度不够的问题,根据以上分析,该零件采用级进冲裁工艺方案.［9］

该制品主要由中间的孔和折弯特征组成，为提高生产效率，现将其设计在级进模中一道工序直接完成。

根据零件的形状分析得出成型步骤：

冲出两个小孔和工艺孔→冲出折弯部分的让位孔→冲出中间的大孔→将制品两端折弯→将制品落料。

由此得到该制品的级进模具装配图。

［40］

第三章工艺设计及计算

3.1冲压力的计算

计算冲裁力的目的是为了确定压力机的额定压力，因此要计算最大冲裁力。

则冲裁力可按下式计算：

F=Aτ

式中：

A为剪切断面面积，τ为板料的抗剪强度。

考虑到刃口的磨损、间隙的波动、材料力学性能的变化、板料厚度的偏差等因素的影响，可取安全系数为1.3，于是在生产中冲裁力便可按下式计算：

F=1.3LTτ

式中：

L——冲裁轮廓的总长度（mm）;

T——板料厚度（mm）;

τ——板料的抗剪强度（MPa）。

［4］

经查资料取τ=350

，

将相应数据代入，得冲裁力为：

落料F=1.3×263.06×1.8×350=215.45KN

冲孔F1=1.3×137.04×1.8×350=112.24KN

3.2卸料力、推件力的计算

由于影响卸料力、推件力的因素很多，无法准确计算。

在生产中均采用下列经验公式计算：

FQ1=K1F（N）

FQ2=K2nF（N）

式中：

FQ1、FQ2——分别为卸料力、推件力；

K1、K2——分别为卸料力系数、推件力系数，其值见表3-1

n——同时卡在凹模孔内的工件或废料数，

F——冲裁力（N），按式计算:

［5］

查表4.1得K1=0.05K2=0.055。

代入公式得：

卸料力FQ1=K1F=215.45×0.05=10.77KN

推件力FQ2=K2nF=2×0.055×112.24=12.35KN

表3-1卸料力、推件力系数表［6］

材料种类

板料厚度/mm

K1

K2

钢

~0.1

0.065~0.075

0.1

>0.1~0.5

0.045~0.055

0.063

>0.5~2.5

0.04~0.05

0.055

>2.5~6.5

0.03~0.04

0.045

>6.5

0.02~0.03

0.025

表

图

表

3.3总冲裁力的计算

根据工件的要求已及对模具的要求，故选总冲压力为：

F总=215.45+112.24+10.77+12.35=350.81KN

3.4压力中心的计算

该零件是对称的，所以压力中心在该零件的几何中心。

［17］

第四章冲压模具的设计

4.1加载参照和准备工件

启动por/e后，设好工作目录。

打开源文件。

执行菜单栏中的“PDX2.2—工件—创建工件参照—通过继承”命令，此时在程序窗口下方将弹出一个文本框，输入“13-REF”单击确定.如图4-1所示

图4-1制品零件图

1执行“PDX2.2—工件—材料属性”命令，此时弹出如图4-2所示对话框，将工件的材料设置为“steel”，将折弯表设置为”table3”，然后确定。

2执行“PDX2.2—工件—自动展平”命令，然后在工件上选取上部分平面作为驱动面，程序将自动将折弯部分展平，如图4-3所示。

3执行“PDX2.2—工件—准备工件”命令，在工件上选取还和刚才相同的曲面作为驱动平面，选取坐标系用于装配定位。

工作准备完成。

4执行“PDX2.2—工件—填充钣金件”命令，程序自动进行内部填充。

图4-2设置材料属性图4-3自动展平工件

4.2条带设计

4.2.1导入工件

在PDX工具栏中单击“Editstrip”按钮。

弹出对话框，在菜单栏中单击“插入—工件”命令，打开“选择模型”对话框，选择“13-REF”然后确定。

4.2.2调整工件位置

导入工件后，在预览图形中选中工件单击右键，单击“位置”命令，在其中的Z方向的旋转方向为“90”，单击确定。

在“条带向导”对话框中“螺距”为80，“宽度Y”为130，“项目缩写”为“zbtd”

输入完成后在“视图”菜单中单击“重新调整”命令。

4.2.3设置冲压参照区域

在菜单栏中单击“插入—冲压参照零件”命令，然后在预览图形的第二个工件上单击，将会出现一个矩形区域。

如图4-4所示。

在矩形区域上单击右键，单击属性，如图4-5所示，输入数据。

图4-4扩大参照区域图4-5设置参照区域属性

选择刚才创建的冲压参照区域，然后在菜单栏中单击“编辑—复制”命令，然后单击“编辑—粘贴”命令，在淡出的对话框中单击“插入相同件”按钮。

复制出一个冲压参照区域。

如图4-6所示，输入数据。

图4-6设置冲压参照区域属性

使用同样的方法，在第三个工件上设置冲压参照区域，其属性设置如图4-7所示

图4-7设置参照区域属性

在“条带向导”对话框中单击确定，程序随即创建出条带，如图4-8所示。

图4-8生成的条带

4.3加载工位

在PDX工具栏中单击“Createpierccstation”按钮，然后按住Ctrl键在条带上依次选取第一工位上的两个小孔和第三工位上的大孔作为冲孔对象，然后确定。

在PDX工具栏中单击“Createbendstation”按钮，然后按住Ctrl键在条带上第四工位处选择两个弯曲部分。

单击确定。

在模型中将STRIP-PRLPRT隐藏起来，使用基准点工具，在第一工位的三个孔的中心位置分别创建基准点。

如图4-9所示。

图4-9建立基准点

4.4板材和工作元件的设计

4.4.1新建项目

在PDX工具栏中单击“Createproject”按钮，在弹出的对话框中输入项目名称为“zb-mold”|项目缩写为“zb”，在输入其他信息，单击确定。

如图4-10所示。

图4-10创建新项目

4.4.2加载模具板材

1.设置上模座板

执行“PDX2.2—模具组—定义板”命令，在弹出的“板向导”对话框中将“工具高度”修改为350，将“条带进给高度”修改为120.

在“板向导”对话框中的“板”选项卡中单击“TopPlate”按钮，在属性对话框中输入厚度为45，长度为600，宽度为300，材料选择为“steel”，然后确定。

完成基本尺寸的设置。

图4-11设置上模座板属性

回到“板向导”对话框，在“右视图”区域中单击一下，程序将显示出设置的板材，如图4-12所示。

图4-12添加板材

用鼠标右击板材，将弹出其对应的“属性”对话框，在其中输入Z方向的偏移值为240，材料为“steel”.然后确定。

图4-13设置板材属性

2设置上模垫板

在“板”选项卡中单击“Stamppressureplate”按钮，然后在弹出的“属性”对话框中设置厚度为25，长度为500，宽度为250，选择材料为“steel”,单击确定。

返回到“板向导”对话框，在“右视图”区域中单击，程序将显示设置的板材。

将其拖到与上模座板靠齐。

即完成该板材的设置。

图4-14放置上模垫板

3设置其他板材。

使用同样的方法来添加其他的板材，在“板”选项卡中单击的按钮及其属性设置如下。

上模座板，TopPlate,尺寸：

长度为600，宽度为300，厚度为45.

上模垫板，Stamppressureplate,尺寸：

长度为500，宽度为250，厚度为25.

凸模固定板，Headplate,尺寸：

长度为500，宽度为250.厚度为40.

卸料板，Stampguideplate,尺寸：

长度为500，宽度为250，厚度15.

凹模板，Cutplate，尺寸：

长度为500，宽度为250，厚度为32.

下模垫板，Pillarguideplate,尺寸：

长度为500，宽度为250，厚度为25.

下模座板，Baseplate,尺寸：

长度为600，宽度为300，厚度为50.

板材设置完如图所示。

图4-15板材设置结果

在“板向导”对话框中切换至“条带”选项卡，在列表框中选择选项，在单击下方的“指定钢带”按钮，在弹出的“选择模型”对话框中选取刚才创建的条带，然后确定。

将其添加入板材中。

将“条带”选项卡中X方向的位置设为“-160”，然后单击“更改”按钮。

将条带调整到板材中间。

图4-16添加条带

图4-17完成板向导

此时，板材和条带已经添加完成，在“板向导”对话框中单击确定。

如图4-18所示。

图4-18创建出的板材

4.5设计冲孔工位

4.5.1创建冲工艺孔组件

执行“PDX2.2—元件引擎—新建—冲孔冲压”命令，在弹出的对话框中选择项目为“Roundcutstamps”，然后选择供应商为“Strack”的“Stampunitround”类型元件，此时将弹出一个操作对话框，单击其中的“

（1）PLACEMENT-POINT”按钮，进行放置位置点的选择。

如图4-19所示。

此时程序要求选取定位点，在模型中选取第一工位工件中间的基准点APNT8作为放置点，然后返回操作对话框，在“Stamptype”列表框中单击第三项，进行冲头设置。

如图4-20所示。

图4-19选择元件类型

图4-20冲孔对话框

选择了冲头的类型后，在弹出的对话框中选择冲头的分类为“SN1885A-HSS”，然后选择“d1”为16，“L1”为100，此时程序将自动加载其他尺寸，单击确定。

返回程序操作对话框，单击“Guidebushtype”列表框中的第三项，然后在弹出的对话框中将“DM1”设置为16.5，确定。

如图4-21所示。

图4-21设置板料板过孔

返回操作对话框进行凹模的设置，单击“Cutgushtype”列表中的第四项，然后在弹出的对话框中设置“DM2”为20，“H1”为6，“DM5”为20，如图4-22所示，点击确定。

图4-22设置凹模尺寸

所有特征尺寸设置完成后，点击确定。

程序将自动对其他元件进行剪切操作，同时生成冲头元件。

图4-23生成的定位孔组件

4.5.2创建冲小孔组件

使用与创建重定位孔组件同样的命令来创建冲小孔组件。

在操作对话框中单击“

（1）PLACEMENT-POINT”按钮。

进行放置位置点的选择。

在绘图区中选择一个小孔上点APNT6作为参照点。

返回操作对话框，在“Stamptype”列表中选择第四项，选择带半径过渡的冲头。

图4-24设置冲头尺寸

返回基本操作对话框，在“Guidebushtype”列表第四项，

图4-25设置冲孔尺寸

返回基本操作对话框，在“Cutgushtype”中的第四项。

图4-26设置尺寸

所有特征尺寸设置完成后，点击确定。

程序将自动对其他元件进行剪切操作，同时生成冲头元件。

图4-27生成的冲压元件图4-28生成的防型元件

执行“PDX2.2—元件引擎—创建现有元件”命令，然后选中刚建元件，在点击APNI7点。

完成元件的创建。

4.5.3完成防型冲压件

执行“PDX2.2—元件引擎—新建—冲孔冲压”命令，在弹出的对话框中选择项目为“Contouredcutstamps”，然后选择第一个类型元件，此时将弹出一个操作对话框，单击其中的“

（1）STAMP-PEF-TOP”按钮，进行放置“new-stamp-ref-2.prt”的面上。

返回操作对话框，单击其中的“（4）GUIDE-PLATE”按钮，进行放置在“13-ref-1.prt”的面上。

返回操作对话框设置冲孔的参数，如图4-29所示。

图4-29设置冲孔参数

单击对话框中的确定按钮，程序随即生成防型冲压件。

使用同样的方法，在第二个工位的另一侧创建防型冲压件。

第三个工位同样已经建立了冲压参照，所以使用同样的方法和参数创建，如图4-30所示。

图4-30生成的冲压元件

4.6设计折弯工位

第四工位中需要加工的部位在零件的两端，向内折弯90°，我们可以使用向组件内加入元件的方法创建需要的成型元件。

为加快系统显示和更新的速度以及方便选取，可以将其他工位上创建的元件隐藏起来。

4.6.1创建上模工作元件

在“工程特征”工具栏中单击“在组件模式下创建元件”按钮，程序将弹出“元件创建”对话框，在其中输入名称为“04-up”然后单击确定。

单击“拉伸工具”按钮，然后选取第四个工位上参照元件的TOP平面作为草绘平面。

进入草绘模式后，选取上模垫板的下表面作为参照对象进行草绘，底部的圆弧可以直接在参照零件上抽取得到。

草绘结束后，将轮廓双向拉伸，宽度要超过参照零件，这里设置为25.0，点击确定。

如图4-31所示。

图4-31绘制拉伸轮廓图4-32生成拉伸特征

将总装配体ZB-MOLD-ASM激活。

回到组件模式。

执行菜单栏中的“编辑—元件操作”命令，单击“切除”命令。

然后在绘图区中按住Ctrl键选取上模固定板和卸料板作为要切除的对象，单击确定。

此时程序要求选取切除工具元件，选取刚才创建的“04-up”的元件。

单击确定，在弹出的“菜单管理器”面板中单击“完成”命令，程序随即进行元件的切除操作。

4.6.2设计下模工作元件

使用创建上模工作元件同样的方法来创建下模工作元件，设置其名称为“04-DOWN”。

创建完成后将其激活。

插入拉伸特征时仍选取第四个工作上参照元件的TOP平面作为草绘平面。

如图4-33所示。

图4-33绘制拉伸轮廓图4-34创建的工作元件

草绘完成后，将轮廓双向拉伸，宽度设置为30，点击确定。

用同样的方法对“04-DOWN”进行切除操作。