基于Proe的谐振窗复合冲压模具制造与设计.docx

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基于Proe的谐振窗复合冲压模具制造与设计

摘要

冲压复合模具结构紧凑，一套模具能完成若干工序。

本文主要介绍了基于冲孔、落料两个工序的复合模具，本模具是依据谐振窗的小工件的大批生产设计的，分析了谐振窗的冲压工艺和冲压工序的组成，对载体和排样设计方案作了分析和设计，分析了产品外形合理的接边工艺，确定了条料的送进与导料方式及定距结构形式，并对模具的主要部件设计作了详细地说明。

同时也包含了冲裁力计算，定距方法，冲裁间隙选择，压力中心计算的设计要点。

对模具的主要工作部位进行了详细的计算和设计，合理选择了400KN开式可倾压力机。

关键词：

谐振窗，冲压复合模，冲压工艺，冲裁间隙，压力中心

Abstract

Stampingcompoundmouldstructurecompact,asetofmouldcanaccomplishseveralprocesses.Thispapermainlyintroducesthetwoprocessofpunchinganddroppingmaterialbasedonthecompositemold.Thismoldisbasedonthewindowofsmallworkpieceresonantmassproductiondesign.Analysisoftheresonantwindowstampingprocessandthecompositionofpunchingprocess.Andthetechnologicalprocessforstampingthepartisanalyzedandthelayoutdesignsareanalyzedanddesigned,rationaljoint-edgeprocessofproductsoutline,decidedtheguidingofthebarstockandtheformofthefixeddistance,describesthekeydiepartsindetail.Atthesametime,includesthemaindesignpointofstampingforcecalculation,fixeddistancemethod,theselectionofstampingclearance,compressforcecenteransoon.Reasonablechose400KNopen-cycletiltpress.

Keywords:

Resonantwindow,Stampingcompoundmould,Stampingprocess,Cuttingclearance,Pressurecenter

1绪论………………………………………………………………………………1

1.1概述…………………………………………………………………...........1

1.2冲压的特点及应用………………………………………………………...2

1.3模具的特点及分类………………………………………………………...2

1.4模具CAD/CAE/CAM……………………………………………………...3

1.5Pro/E在模具CAD/CAE/CAM………………………………..…………...4

1.6钣金模架库模块…………………………………………………………...5

2对零件的综合分析………………………………………………………………5

2.1工艺分析及模具结构类型………………………………………………...6

2.1.1工艺分析…………………………………………………………..6

2.1.2复合模的特点及选用……………………………………………..7

2.2排样方案…………………………………………………………………...8

2.3材料利用率………………………………………………………………...9

2.4压力中心及冲压力的计算………………………………………………...10

2.4.1冲孔冲压力计算…………………………………………………..10

2.4.2落料冲压力计算…………………………………………………..12

2.4.3压力机标称压力的确定…………………………………………..13

2.4.4压力中心的计算…………………………………………………..13

2.5凹凸模刃口尺寸计算…………………….……………………………......14

2.5.1冲裁间隙…………………………………………………………..14

2.5.2冲孔凹凸模刃口尺寸计算………………………………………..15

2.5.3落料凸凹模刃口尺寸计算………………………………………..15

2.6主要零部件的设计………………………………………………………...15

2.6.1冲孔凸模的设计…………………………………………………..15

2.6.2冲孔凹模的设计…………………………………………………..16

2.6.3落料凹模板的设计………………………………………………..17

2.6.4落料凸模的设计…………………………………………………..17

2.7模架及其附属组建的选择………………………………………………...18

2.8模具其他模板的选择……………………………………………………...20

2.9其他零件的选择与计算…………………………………………………...20

2.9.1卸料橡胶的选择……………………………………………………..20

2.9.2螺钉的选择…………………………………………………………21

2.9.3定位销的选择……………………………………………………....22

3绘制装配图和零件图…………………………………………………..……….22.

3.1模具的三维图……………………………………………………………...22

3.2模具装配图………………………………………………………………...23

4总结………………………………………………………………………………25

5致谢………………………………………………………………………………26

6参考文献…………………………………………………………………………27

1.绪论

1.1概述

冲压成形作为现代工业中一种十分重要的加工方法，用以生产各种板料零件，具有很多独特的优势，其成形件具有自重轻、刚度大、强度高、互换性好、成本低、生产过程便于实现机械自动化及生产效率高等特点，是一种其他加工方法所不能相比和不可替代的先进制造技术，在制造业中具有很强的竞争力，被广泛应用于汽车、机械、能源、信息、航天航空、国防工业和日常生活的生产中。

冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。

冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。

冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。

冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。

进年来，由于模具技术的迅速发展，模具设计制造已成为一个行业越来越吸引人们的重视。

模具是现代工业生产中重要的工艺装备，它在各种生产行业，特别是冲压和塑料成型加工中，应用极为广泛。

利用模具生产零件的方法已成为工业上进行成批或大批生产的主要技术手段，它对于保证制品质量，缩短试制周期，进而争先进入市场，以及产品更新换代和新产品开发都具有决定性意义。

由于模具工业的重要性，模具成型工艺在各个工业部门得到了广泛引用，使得模具行业的产值已经大大超过了机床、刀具工业的产值。

1.2冲压生产的特点及分类

冲压件与铸件、锻件相比，具有薄、匀、轻、强的特点。

冲压可制出其他方法难于制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件，以提高其刚性。

由于采用精密模具，工件精度可达微米级，且重复精度高、规格一致，可以冲压出孔窝、凸台等。

冷冲压件一般不再经切削加工，或仅需要少量的切削加工。

热冲压件精度和表面状态低于冷冲压件，但仍优于铸件、锻件，切削加工量少。

冲压是高效的生产方法，采用复合模，尤其是多工位级进模，可在一台压力机（单工位或多工位的）上完成多道冲压工序，实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。

生产效率高，劳动条件好，生产成本低，一般每分钟可生产数百件。

冲压主要是按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。

分离工序也称冲裁，其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量要求（。

成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形，制成所需形状和尺寸的工件。

在实际生产中,常常是多种工序综合应用于一个工件。

冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。

1.3模具的分类及发展

模具按加工金属的加工工艺分类，常用的有：

冲压模，包括冲裁模、弯曲模、拉伸模、翻孔模、缩孔模、起伏模、胀形模、整形模等；锻模，包括模锻用锻模、镦锻模等；以及挤压模和压铸模。

用于加工非金属和粉末冶金的模具则按加工对象命名和分类，有塑料模、橡胶模和粉末冶金模等。

（1）冲压模用于板料冲压成形和分离的模具。

成形用的模具有型腔，分离用的模具有刃口。

最常用的冲压模只有一个工位，完成一道生产工序。

这种模具应用普遍，结构简单，制造容易，但生产效率低。

为提高生产率，可将多道冲压工序，如落料、拉深、冲孔、切边等安排在一个模具上，使坯料在一个工位上完成多道冲压工序，这种模具称为复合模。

另有将落料、弯曲、拉深、冲孔和切边等多工序安排在一个模具的不同工位上。

（2）锻模用于热态金属模锻成形的模具。

模锻时，坯料往往经过多次变形才能制成锻件，这就需要在一个模块上刻有几个型腔。

金属依次送至各个型腔，并在型腔内塑性流动，最后充满型腔制成锻件。

在模锻成形中，坯料很难与终锻时型腔体积相等，为了避免废品，坯料选用稍大一些。

为此，在终锻模的上、下模分界面的型腔四周设有飞边槽，以存贮多余的金属，成形后将飞边切去。

型腔中应尽量减少尖角、深槽，以利于金属塑性流动和充填，减少模具磨损和开裂，提高模具寿命。

（3）挤压模用于将金属挤压成形的模具。

正挤压模有一个静止的凹模和放置坯料的挤压筒和对坯料施加压力的冲头。

挤压空心件时，冲头前端带有芯棒。

反挤压模的挤压筒为凹模，冲头成为凸模。

金属需要在很大的压强下才能从凹模挤出成形，在冷态下所需压强可高达2000千牛／毫米（200千克／毫米）以上。

为此，挤压筒和反挤压的凹模需要有很高的强度，常采用多层预应力组合结构。

冲头和凸模的工作长度宜短，避免在高的压应力下发生不稳和弯曲。

（4）压铸模安装在压铸机上，液态金属在高压下注入型腔、保压至金属凝固和成形的模具。

它主要用于铝、锌、铜件，也可用于钢件。

压铸模的结构与塑料注射模类似。

它由动模与定模构成型腔，用型芯形成铸件的孔腔。

金属在型腔内冷却、凝固后抽出型芯，分开模具，由顶杆推出铸件。

压铸件一般壁薄中空，有众多台、筋，形状结构复杂，尺寸要求较精确，表面较光洁，金属在熔融的高温下成形。

因此压铸模需要采用耐高温的材料制造。

（5）粉末冶金模将固体金属粉末压制成形的模具。

将金属粉末定量地倒入下模，然后上模压下、闭合、成形，再用顶料装置顶出预制坯。

将预制坯送入烧结炉内烧结，遂制成粉末冶金零件。

一般粉末冶金件的空隙很大，占总体积的15％左右，成形压力不大，模具结构较简单，精度、表面粗糙度要求一般，所以对模具无特殊要求。

为了减少空隙、提高密度和强度，对烧结后的坯件，再进行一次热锻，通称粉末锻造。

所用的模具与模锻模相似。

模具是工业生产中的基础工艺装备，是一种高附加值的密集型产品，也是高新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。

随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。

近年来，模具工业一直以15％左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。

浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”；目前我国模具年生产总量虽已位居世界第三，，其中，冲压模具占据其总量的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很大差距。

1.4模具CAD/CAE/CAM

模具CAD/CAE/CAM是改造模具传统生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工程。

它以计算机软件的形式，为企业提供一种有效的辅助工具，使工程技术人员借助于计算机对产品性能、模具结构、成形工艺、数控加工及生产管理进行设计和优化。

模具CAD/CAE/CAM技术能显着缩短模具设计与制造周期，降低生产成本和提高产品质量已成为模具界的共识。

随着功能强大的专业软件和高效集成制造设备的出现，以三维造型为基础、基于并行工程（CE）的模具CAD/CAM技术正成为发展方向，它能实现面向制造和装配的设计，实现成形过程的模拟和数控加工过程的仿真，使设计、制造一体化。

快速经济制模技术为了适应工业生产中多品种、小批量生产的需要，加快模具的制造速度，降低模具生产成本，开发和应用快速经济制模技术越来越受到人们的重视。

目前，快速经济制模技术主要有低熔点合金制模技术、锌基合金制模技术、环氧树脂制模技术、喷涂成形制模技术、叠层钢板制模技术等。

应用快速经济制模技术制造模具，能简化模具制造工艺、缩短制造周期（比普通钢模制造周期缩短70%～90%）、降低模具生产成本（比普通钢模制造成本降低60%～80%），在工业生产中取得了显着的经济效益。

对提高新产品的开发速度，促进生产的发展有着非常重要的作用。

在3DCAD/CAM软件的不断完善与进步，模具CAD也开始了由2D时代向3D时代的迈进。

我国也已引进了相当数量的CAD/CAM系统，如美国EDS的UG，美国ParametricTechnology公司的Pro/Engineer。

本世纪初我国还在级进模设计方面有所发展，美国UGS公司与我国华中科技大学合作在UG-NX软件平台上开发的基于三维几何模型的级进模CAD/CAM软件NX-PDW.

经过几十年的发展，我国模具行业已经取得了飞速发展具体体现：

（1）计算机辅助设计/加工/工程技术得到广泛使用。

（2）大型模具企业拥有高速数控加工/加工中心/数控机床等先进的加工工艺与装备，可以开展RP/RT或模具逆向工程工作，硬件设备已经站在世界基本同步的水平线上。

（3）在冲模的表面精整加工技术方面，开展了积极探索、积累了一些经验。

虽然我国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。

例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。

1.5Pro/E在模具CAD/CAE/CAM中的应用

工业产品在完成实体造型后，必须通过其他方法使其转换为实际产品。

在这过程中通常都需要利用模具来进行（如金属板料利用冲压模具、压铸合金利用压铸模具、塑料产品利用塑料模具等）。

因此，根据产品设计和加工出模具，是制造产品的关键。

复杂曲面的模具型腔的设计和加工是非常困难的。

如何根据产品的三维实体模型来生成模具的型腔。

是Pro/E的模具设计模块的关键功能

Pro/E的模具设计模块与Pro/E基础模块一起，为塑料模、压铸模和冲模设计人员提供了快速创建和修改完整模具零部件的功能。

模具设计选项具有易用、自动化功能强大的特点，用于设计和校验冲模、注塑模和压铸模，可以缩短开发时间，并提高成品质量。

它能帮助模具设计人员和制造工程师，创建复杂曲面、精密公差以及所需的模具嵌件等其他特征，以确保其注塑模、冲模和压铸模能够高效地制造出精确零件。

在Pro/E中可以设计注塑模具、中空吹塑模具。

合金压铸模具和钣金冲压等模具，为此Pro/E提供了多种工具，根据功能的不同进行划分：

基础模块和组件模块：

将模具视为普通的设计组件，就可以通过Pro/E的这两个最基本的模块来设计模具元件，再装配得到模具组件。

塑料模具模块：

可以设计注塑模具型腔和吹塑模具型腔。

铸造模具模块：

可以设计合金压铸模具型腔。

MoldLib：

可用于各种模具的模架设计，已逐渐被EMX代替。

注塑模具设计专家（EMX）：

用以各种模具的模架设计。

塑料顾问：

用于注塑模具的铸模填充分析。

钣金模架库模块（PDX）：

设计冲压模具的模架。

1.6钣金模架库模块（PDX）

钣金模架库模块（PDX）的英文全称是ProgressiveDieExtension，它是Pro/E软件的一套外挂软件，可以用于钣金件快速而方便地进行设计，PDX支持3种主要设计功能。

1.从钣金件开发条带布局，可以从Pro/E原始钣金件或根据导入的几何形状创建的零件布局来创建条带布局。

2.基于条带布局创建整个工件，包括板设计、板冲压、导向件、螺钉、弹簧和其他元件的装配等。

3.创建绘图、材料清单（BOM）、孔图表和其他必要信息。

1.7PDX模架设计步骤

使用Pro/E结合PDX设计钣金模具十分便捷，在设计之前，必须明确制件的形状、使用材料、展开图尺寸、制件的排样方式和凹凸模的结构等，根据其类型和结构就可以定出模具结构。

Pro/E钣金模具设计的流程如图1.1所示，其中制件的展开是在Pro/E中完成的，其余步骤是在PDX中完成的。

图1.1Pro/E钣金模具设计

2对零件的综合分析

零件图如图2.1所示

零件材料：

08优质碳素钢

生产批量：

大批量

材料厚：

1

图2.1零件图

2.1.1工艺分析

（1）材料

本零件为08优质碳素钢，抗剪强度τ=220-310MPa，抗拉强度σb=280-390MPa,伸长率δ10=32%，屈服极限σs=180MPa，具有良好的冲压性能。

（2）本零件形状简单、对称，是由圆弧和直线组成的，总体上是一个带有五个孔的板件，需要控制的尺寸有Φ4.2mm，31±0.05mm,Φ18mm，10±0.05mm,38mm，冲裁件内外所要求达到的经济精度除了42mm为13-14级精度外其余均为11-12级精度。

（3）冲裁工艺方案选择

方案一：

工序1.落料2.冲孔

采用单工序模生产

方案二：

工序1.冲孔2.落料

采用级进模生产

方案三：

工序落料与冲孔复合冲压

采用复合模生产

方案一采用单工序模加工。

单工序模一般只有一对凸、凹模，在压力机的一次行程中，只完成单一工序，制件最大尺寸和材料厚度一般不受限制，较容易实现操作机械化自动化，尤其适用于在多位压力机上实现自动化同时也具有良好的生产通用性，但是冲压精度一般较低，且需要制造两套模具。

方案二采用级进模加工。

级进模又称连续模，是指模具上沿被冲原材料的直线送进方向，具有两个或两个以上工位，并在压力机一次行程中，在不同的工位上完成两个或两个以上冲压工序的冲模。

冲压精度为中高级，尺寸一致性好，适合大批量中小型定型产品零件的生产；由于条料排样可采用多排，一次冲压可以出多件，生产率高，同时容易实现操作机械化自动化，尤其适和在单机上实现自动化，但级进模模具制造周期较长。

方案三采用复合模加工。

复合模只有一个，并在这个工位上完成两道或两道以上的工序。

冲压生产率高，冲压精度为中高级，综合比较方案一、二、三复合模冲裁零件时受到壁厚的限制，决定采用方案三级进模可以达到零件要求的精度

所以综合比较考虑三种方案，且根据工件的形状以及形位公差要求，方案3比较适合加工该工件。

2.1.2复合模的特点及选用

复合模的特点：

1．生产效率高。

复合模结构紧凑，一套模具能完成若干工序，大大地减少了模具和占用的冲压设备的数量，减少了操作人员和周转时间，从而提高了生产率。

2．提高冲压件的质量。

在复合模具中几道冲压工序是在同一工位上完成的，不用重新定位，可以避免重新定位产生的误差，从而保证了冲压件的位置精度。

冲压件内、外形的同轴度偏差可达0.02-0.04mm，特别适合薄料（料厚t可小至0.05mm）的冲裁。

3．复合模对用料的要求没连续模那么严格，不规则的边角材料也能使用。

4．复合模的结构较复杂。

复合模的结构较单工序模复杂，加工难度大，对模具制造精度要求高，制造周期相对较长，因此模具的制造成本显著增加。

5．某些带狭窄面的工件受到凸凹模强度的限制不能使用复合模加工。

复合模的选择原则：

1．生产批量。

由于复合模成本较高，小批量生产时宜采用单工序模，几个单工序模可能比一套复合模成本还低，在大批量生产时适合使用复合模。

2．冲压工件的精度。

当冲压件的尺寸或同轴度、对称度等位置精度要求较高时，应考虑采用复合模；对于形状复杂，重新定位可能产生较大误差的冲压工件，也应采用复合模。

3．复合工序的数量。

一般复合模的工序在四工序以下，否则模具过于复杂，同时模具的强度、刚度、可靠性也随之下降。

复合模设计的特点：

1．曲柄压力机的许用负荷曲线与负荷模压力曲线的关系。

由于复合模的工作行程往往较大，尤其是落料、拉深复合模，落料在先，拉深在后，一般落料力较大，拉深力较小，这与压力机的许用负荷曲线的变化趋势相反，所以容易产生超载。

设计复合模时要注意校核。

2．复合模中的凸凹模设计。

由于复合模中的凸凹模的壁厚是冲压件的尺寸决定的，而凸凹模的壁厚受强度限制不能过薄，因此其厚度应大于最小壁厚a。

3．复合工序的先后顺序排列应有利于成形及模具制造、维修。

4．复合模选用的模架。

由于复合模的精度较高，因此也应选用精度较高的模架。

对要求精度较高的小间隙薄料冲裁复合模，应采用球面浮动式模柄，使之可自动微调，避免因导向精度误差或冲压设备和模具的安装误差对模具产生不利影响，保证模具安全，提高使用寿命。

5．注意模具各部分的配合和精度要求。

一般情况下是：

a．凸凹模、凸模和凹模当采用窝座定位配合时，嵌入深度一般可采用5-10mm。

b．顶杆、模柄采用双边间隙为0.05mm的间隙配合。

c．顶件器与凹模孔之间采用0.05mm的单边间隙配合，顶件器在顶件终了时应突出凹模端面0.5mm。

d．卸料板工作面应高出凸模端面0.3-0.5mm。

6．复合模工作部分零件的材料选用。

复合模工作部分零件应选用加工性能较好、耐磨性好、淬透性高、热处理变形小的材料。

2.2排样方案

排样正确与否将影响到材料的合理利用、冲件质量、生产率、模具结构与寿命等。

考虑到排样的选择原则：

1、冲裁小工件或某种工件需要窄带料时，应沿板料顺长方向进行排样，符合材料规格及工艺要求。

2、冲裁弯曲毛坯时，应考虑板料的轧制方向。

3、冲件在条料上的排样，应考虑冲压生产率，冲模耐用度、冲模结构是否简单和操作的方便及安全等。

4、条料宽度的选择与在板料的排样应考虑选用条料宽度较大而步距较小的方案，可将板料切成条料，并减少冲制时间。

在可能情况下，要求产品的设计修正产品零件的结构形状和尺寸，以减少和消除设计废料的形成，并有可能采取少无废料方式。

查《冲压模具简明设计手册》表2.25确定搭边值：

两工件之间的搭边为a=3mm，工件边缘搭边b=1.25mm。

确定后的的排样方案如下图：

一个步距内的材料利用率为

η=A/BS×100%

=1525.4/（45X45）×100%

=75.3%

公式中的A=1525.4是由proe中的测量工具直接