雨刷机加强板修边冲孔模三维设计 .doc
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1、湖北汽车工业学院毕业设计论文雨刷机加强板修边冲孔模三维设计The 3D Design Of The Obtruding Dies指导老师:李芳华(高工)作者:湖北汽车工业学院9833-2班 艾涛 【摘要】:本文介绍了雨刷机加强板拉延件修边冲孔工序的工艺过程的设计。通过对拉延件形状分析及结合冲压工艺方面的知识,确定工艺方案,并重点利用了现在世界上最先进的CAD/CAE/CAM软件Pro/Engineer,在Part模块、Assembly模块、Manufacturing模块及Drawing模块中对冲压模具进行三维设计。CAD/CAE/CAM在我国应用已逐渐广泛,熟练运用Pro/Engineer、U
2、G、Master CAM、Solid edge、IDEAS等CAD/CAM软件进行工业设计是今后的必然趋势。【关键词】: CAD/CAE/CAM Pro/Engineer 模块 模具设计【Abstract】: The 3D design of the strengthen board of the windscreen wiper has been introduced on the design of the obtruding technics . Fixed on the obtruding technics scheme, and made the 3D design of the p
3、ressing dies by the advanced CAD/CAE/CAM software -Pro/Engineer(in model Part、Assembly、Manufacturing and Drawing) emphatically, by getting across the analysis of the parts structure and combining the punch knowledge. Due to the application of CAD/CAE/CAM wide gradully, it is necessary to make full u
4、se of some CAD/CAE/CAM softwares on the process of industrical design, such as Pro/Engineer, UG, Master CAM, Solid edge,IDES. 【Key words】: 3D design CAD/CAE/CAM model Pro/Engineer 目 录一 课题来源3二 汽车覆盖件模具CAD的概况42.1 CAD概述42.2汽车覆盖件模具CAD技术的现状42.3 汽车覆盖件模具CAD的发展趋势5三 模具行业73.1 我国模具技术的现状73.2 我国模具技术与国外的差距73.3 我国模
5、具行业的发展趋势8四 模具设计94.1 分析零件整体工艺性和确定修边冲孔方案94.2 冲裁计算104.3 模具结构设计11 五 运用PRO/ENGINEER进行三维造型145.1 总体设计思路155.2 Pro/Engineer 2000i特点155.3 产品零件数模与工序零件数模的设计165.4 根据产品数模绘出凸凹模18 5.5 将凸、凹模装配到上下模座上195.6 爆炸图的建立21 5.7 绘制产品工程图22总 结26致 谢27参考文献28一 课题来源该冲压零件来源于十堰市先锋模具公司生产的雨刷机加强板,零件尺寸见图1:图 1产品图该零件的尺寸是通过测量得到的,在零件图上未注明尺寸公差,
6、精度要求不高。材料为08钢,料厚为0.9mm。结合以前所学过的模具知识,运用Pro/Engineer做冷冲压模具三维设计。关键在于熟练掌握Pro/Engineer三维设计利用Pro/Engineer中Part、Assembly、Drawing、Format等模块设计,了解当前CAD/CAM行业动态,为工作以后作设计打下良好的基础。二 汽车覆盖件模具CAD的概况2.1 CAD概述计算机辅助设计(CAD:Computer Aided Design)技术是以计算机、外围设备及其系统软件为基础,包括二维绘图设计、三维几何造型设计、数控加工编程(NCP)、产品数据管理等内容。CAD技术的发展与工业实际应
7、用和需求密切相关。随着一些计算机新技术和一些新的算法在CAD中不断出现和发展,以及Internet/Intranet网络和并行、高性能计算及事务处理的普及,异地、协同、虚拟设计及实时仿真得到广泛应用。 2.2汽车覆盖件模具CAD技术的现状2.2.1 现代模具制造的特点现代模具制造是相对于传统模具而言的。传统模具制造基于经验和技巧,一般利用普通的机械加工设备进行制作。现代模具制造则利用新兴的CAD/CAM/CAPP/CAE技术和数控技术,力图使模具最大程度由先进的设备制造出来。a) 现代模具的质量依赖于物化因素,整体水平容易控制。b) 现代制模在模具总体工艺方案指导下通过公共数据库并行通信相互协
8、调,共享信息,加工周期短。c) 现代制模则通过计算机数据模拟来完善模具结构,返修少,成本低。2.2.2 CAD技术的优越性a) 提高模具质量。模具CAD的数据库可为模具设计和工艺制定提供科学的依据,充分发挥人和机器的各自长处,使模具设计和工艺更为合理。b) 节省时间,提高模具生产效率。c) 提高设备利用率,降低生产成本。2.2.3 国内外CAD技术的发展状况 1、蓬勃发展和进入应用时期(60年代) 提出了计算机图形学、交互技术、分层存储符号的数据结构等新思想,从而为CAD技术的发展和应用打下理论基础。60年代中期就出现许多商品化的CAD设备。2、广泛使用的时期(70年代) 1970年美国App
9、licon公司第一个推出完整的CAD系统。出现面向中小企业的CADCAM商品化系统。70年代末,美国CAD工作站安装数量超过12000台,使用人数超过2.5万。3、 猛进的时期(80年代) 在这个时期,图形系统和CADCAM工作站的销售量与日俱增。 CADCAM技术从大中企业向小企业扩展;从发达国家向发展中国家扩展;从用于产品设计发展到用于工程设计和工艺设计。4、开放式、标准化、集成化和智能化的发展时期(90年代) 微机加视窗Win9598NT操作系统与工作站加Unix操作系统,在以太网的环境下构成了CAD系统的主流工作平台,这使得现在的CAD技术和系统都具有良好的开放性。图形接口、图形功能日
10、趋标准化。在CAD系统中,综合应用正文、图像、语音等多媒体技术和人工智能、专家系统等技术大大提高了自动化设计的程度,出现了智能CAD新学科。智能CAD把工程数据库及其管理系统、知识库及其专家系统、拟人化用户接口管理系统集于一体 。2.3 汽车覆盖件模具CAD的发展趋势2.3.1 模具结构的通用化和模具零件的标准化 一般模具零件可分为标准件和非标准件两大类,因而依据特性对零件进行划分,进而建立相应的标准件库和非标准件库是实现零件标准化的有效途径,而模具结构的通用化则可依靠建立典型结构模具库来实现。2.3.2 特征技术的应用 特征技术是一种基于零件特征的设计技术,它的设计方法是以工序零件为依据,从
11、冲压工艺入手,实现从工艺特征到结构特征的影射,从而建立起模具结构与特征参数间的关系,完成模具的参数化设计。2.3.3 参数化造型的方法 参数化造型的基本方法是针对各种冲压模具总体结构一般均具有较规范的形式,为零件的基本尺寸建立相应的参数量,并将变量和尺寸间的对应关系生成为一与零件模型相关连的外部参数文件。当改变参数文件中有关变量的取值时,与之相关的零件模型中的相应尺寸标注值亦发生改变。2.3.4 模具CAD的智能化为了提高产品质量,降低成本,增强产品市场竞争力,必须开展智能化研究工作,总结出设计制造经验和教训,把成功的经验应用于模具中,形成计算机里的智能库和知识库,形成专家系统,为以后所用。2
12、.3.5 模具CAD的专业化未来的模具CAD将走向更专业化的道路。一些通用的软件由于其功能繁多,专业性较差,已不能满足大型模具CAD的需要,更好的办法是软件公司与专业模具厂密切合作,开发专业性很强的模具CAD软件。三 模具行业3.1 我国模具技术现状我国模具工业从起步到飞跃发展,历经了半个多世纪。模具技术有很大发展,模具水平有较大提高。模具国产化取得了可喜的成就。以汽车覆盖件模具为代表的冷冲模制造技术有很大的进步。我国已能生产部分轿车覆盖件模具。如东风汽车公司冲模厂,已设计制造了富康轿车部分内覆盖件模具。在设计制造方法、手段上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
13、、精度、制造周期和成本方面,与国外相比还存在一定的差距。近几年,模具CAD/CAE/CAM技术得到快速发展,国产软件有了很大的发展。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,并陆续引进了高档的CAD/CAE/CAM系统,如UG、Pro/E- ngineer、Solidedge等软件得到相当广泛的应用,数控加工的使用率越来越高。在我国模具行业中,实现了CAD/CAM的集成,以CAD绘制模具图代替了手工制图,以CAM取代了自动编程,并能运用CAE技术对成型过程进行计算机模拟等,取得了一定的技术经济效益。 模具标准件对缩短模具制造周期,提高质量、降低成本,能起很大作用。因
14、此,越来越广泛地得到采用。但目前的标准化程度还不高,有待进一步发展 。3.2 我国模具技术与国外的差距3.2.1 产需矛盾尽管经过半过世纪的发展,我国模具工业取得较大进步,但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要。主要原因有三:、设计和工艺技术落后,如模具CAD/CAM技术采用不普遍,加工设备数控化率低等。、专业化、标准化程度低。、模具生产效率不高、周期长,不能满足市场的需要。3.2.2 产品结构、企业结构等方面模具按国家标准分为十大类,按产值统计,我国目前冲压模占50% -60%,塑料模占25-30%。国外先进国家对发展塑料模很重视,塑料模比例一般占30%-40%。国内模具中,大型、精密
15、、复杂、长寿命模具比较低,约占20%左右,国外为50%以上。模具生产企业结构不合理,主要生产模具能力集中在各主机厂的模具分厂(或车间)内,模具商品化率低,模具自产自用比例高达70%以上。而国外,70%以上模具是商品化。可见在我国冷冲压模具占居主导地位,作冲压模设计十分必要。3.2.3 产品水平衡量模具产品水平,主要有模具加工的制造精度和表面粗糙度,加工模具的复杂程度、模具的使用寿命和制造周期等。国内外模具产品水平仍有很大差距。3.2.4 工艺装备水平我国机床工具行业已可提供比较成套的高精度模具加工设备,如:加工中心、数控铣床、座标磨床、三座标测量机等。但在加工和定位精度、加工表面粗糙度、机床刚
16、性、可靠性等方面,跟国外仍有较大差距。3.3 我国模具行业的发展趋势 1、在模具设计制造中全面推广CAD/CAE/CAM技术模具CAD/CAE/CAM技术是模具设计制造的发展方向。全面普及CAD/ CAE /CAM技术已基本成熟。在普及推广模具CAD/CAM技术的过程中,加大技术培训和技术服务的力度,同时进一步扩大CAE技术的应用范围。 2、模具产品发展将大型化、精密化、复杂化 3、进一步发展多功能复合模具 4、大力发展快速经济制模技术 5、模具标准件的应用将日渐广泛 6、高速铣削加工将得到更广泛的应用7、模具高速扫描及数字化系统将发挥更大的作用 8、模具研磨抛光将向自动化、智能化方向发展 9
17、、模具自动加工系统的研制和发展四 模具设计4.1 分析零件整体工艺性和确定修边冲孔方案作为一个完整的模具设计过程,虽然着重强调了三维实体造型,但也不外乎如下设计过程:工程图三维实体造型模具设计零件工艺分析图 15、 设计方法整形修边冲孔拉 延落 料图 15、 工艺方案该制件为汽车覆盖件。拉延后,制件形状复杂,表面质量及周圈修边要求精度高。修边模要适应制件大批量生产、定位可靠、产品质量稳定及操作简单等特点。之所以将修边冲孔两道工序合并,不但可减少工序,而且孔位准确。在本工序修边冲孔中所要完成的工作是,将制件的工艺补充部分切除,修周边至产品图中要求尺寸,冲7个孔。确定冲压方向要靠虑以下几个方面:首
18、先要考虑凸、凹模刃口强度、刃口有效厚度的绝对值和相对值;按制件的功能及精度要求,确定修边冲孔的方向,使偏差控制在允许的范围之内,保证和提高产品的使用性;最后还要强调模具的制件在模具中的定位:合理制定制件在模具中的定位,是模具设计中至关重要的事情之一。它即关系到产品质量是否稳定、可靠,又直接影响到操作者操作是否简单、方便及模具的使用寿命。所以,本模具利用上工序拉延形状,用压件器定位,既安全可靠,又方便操作。4.2 冲裁计算 4.2.1 计算毛胚尺寸这里主要计算各冲孔(4-16,2-6,35)和修边尺寸:冲孔尺寸:4-16孔的周长L1=4(28)=200.96 2-6孔的周长L2=2(23)=37
19、.68 35孔的周长L3=35=109.9修边周长:由于修边外形较为复杂,不易计算,我把它估算为L4=10004.2.2 计算冲裁力08钢的=3.4108pa,b=4108pa,s屈=2.0108pa, 而=32%采用平刃冲裁下出料方式,弹性卸料装置落料力的计算 F落=Lt=10000.910-63.4108=306000(N)3.06102(KN) L修边长度 t板料厚度冲孔力的计算 F冲=Lt=(200.96+39.68+109.9)0.910-63.4108=106000(N)1.06102(KN) L孔长 t板料厚度备注:冲孔动作同时进行冲孔时的推件力 F推=nKF冲=70.051.0
20、610237.35(KN) n同时卡在凹模内的零件或废料数目 K称为推件力系数。其值查表2-4冷冲压工艺及模具设计一书落料时的卸料力 F卸= K卸F落=0.033.061029.2(KN) K卸称为卸料力系数。其值查表2-4冷冲压工艺及模具设计一书故总冲裁力 F0=F落+F冲+F卸+F推=3.06102+1.06102+37.35+9.2=4.59102(KN)经校核可知,在冲孔凸模下均设垫板,保证支撑座承受的压应力在允用范围内. 注意:以上的单位均采用:mm。4.3 模具结构设计冲压工艺方案确定后,通过分析选择合理的模具结构及部件,使其能满足要求是:能冲出符合技术要求的制件;能满足大批量生产
21、的需要;模具制造维修方便;模具易于安装调用;模具有足够的寿命.(1) 修边凸凹模的设计对于大型、不规则冲压件,尤其是汽车覆盖件的修边刃口,经常采用镶块结构。1) 刃口镶块材料:修边线较长,且修边线多为不规则的空间曲面,利用大型数控仿形铣床,可缩短制模周期,满足模具精度要求。同时对模具刃口材料提出了较高要求:良好的加工性能,良好的火焰淬火性能,淬透性高,温度范围宽,淬火变形小;具有良好的耐磨性和焊接性。本模具设计选用的是T10钢,能基本达到上述要求,是一种较理想的材料,可在仿型加工后淬火后硬度达到HRC58-62。2) 刃口镶块的划分:镶块长度小于300mm;直线部分长些,形状复杂和拐角处的镶块
22、取短些。曲线和直线连接时,结合面应尽量取在直线部位;镶块为便于加工及安装设计,应尽量为矩形。3) 凸、凹模间隙:凸、凹模修边线皆在数控仿型铣床上加工。对于落料为非圆形件,存在因模具磨损而变小的尺寸、增大的尺寸和无变化的尺寸应用下列方式来处理。(如上图 12所示)、变小的尺寸(A类) Ad=(A+X)0-p、增大的尺寸(B类) Bd=(B-X)+d0、无变化的尺寸(C类)当零件孔的尺寸为C+0时Cd=(C+1/2)d 当零件的尺寸为C-0时 Cd=(C-1/2)d 当零件孔的尺寸为C时Cd=Cd 说明:上面的式中 Ad、Bd、Cd凹模刃口尺寸(mm);A、B、C零件公称尺寸(mm);零件公差(m
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