沖壓模具設(shè)計(jì)及三維運(yùn)動(dòng)仿真材料成型CAD/CAE/CAM期末作業(yè) 圓形沖壓模具三維設(shè)計(jì)及動(dòng)畫(huà)仿真 姓名：曾德義 學(xué)號(hào)：11434007 班級(jí)：材料成型111班 指導(dǎo)老師：趙益民 完成時(shí)間：2014.10.30 目錄一設(shè)計(jì)要求2二零件分析3三沖壓成型工藝分析43.1沖裁工藝方案的確定43.2沖裁排樣設(shè)計(jì)43.3條料寬度計(jì)算5四.沖壓力和壓力中心的計(jì)算 6 4.1確定沖壓力64.2卸料力、推件力的計(jì)算84.3壓力機(jī)公稱(chēng)壓力的確定9 4.4確定模具壓力中心104.5沖壓設(shè)備的選用104.6凸凹模刃口尺寸的確定11五 沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)125.1 工作部件設(shè)計(jì)12一設(shè)計(jì)要求：完成所給零件的沖壓工藝制定，并運(yùn)用Pro/E軟件完成沖壓模具三維結(jié)構(gòu)裝配設(shè)計(jì)和動(dòng)畫(huà)仿真。具體要求如下：1、 在工藝方案確定基礎(chǔ)上，完成排樣圖設(shè)計(jì)；（10分）2、 完成沖裁力計(jì)算，選擇合理設(shè)備；（10分）3、 完成凸、凹模韌口尺寸計(jì)算；（10分）4、 運(yùn)用Pro/E軟件完成設(shè)計(jì)模具的三維結(jié)構(gòu)裝配設(shè)計(jì)，并完成凸模、凹模的三維零件設(shè)計(jì)，對(duì)凸模和凹模形成完整的零件圖。（50分）5、 根據(jù)模具三維結(jié)構(gòu)裝配設(shè)計(jì)，進(jìn)行模具動(dòng)畫(huà)仿真。（10分）6、 撰寫(xiě)相對(duì)完善的設(shè)計(jì)報(bào)告。（設(shè)計(jì)報(bào)告體現(xiàn)以上設(shè)計(jì)內(nèi)容，規(guī)范性10分） 二零件分析零件的結(jié)構(gòu)是95mm的圓盤(pán)，壁厚為2mm。零件結(jié)構(gòu)如圖：該沖裁件的材料為Q235，為普通碳素鋼，查實(shí)用沖壓技術(shù)手冊(cè)得：抗剪強(qiáng)度：材料收到剪切作用，開(kāi)始產(chǎn)生斷裂的應(yīng)力值，?？估瓘?qiáng)度：材料受到拉伸作用，開(kāi)始產(chǎn)生斷裂的應(yīng)力值。屈服點(diǎn)：材料開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形是的應(yīng)力值，。伸長(zhǎng)率：在材料性能試驗(yàn)時(shí)，試件有拉伸試驗(yàn)機(jī)拉斷后，對(duì)接起來(lái)測(cè)量長(zhǎng)度，其伸長(zhǎng)量與原來(lái)長(zhǎng)度值比為伸長(zhǎng)率，。材料的理論質(zhì)量為15.70kg/三沖壓成型工藝分析具有良好的沖壓性能，適合沖裁。3.1沖裁工藝方案的確定根據(jù)制件工藝性分析，要加工此零件，需要落料一道工序。3.2沖裁排樣設(shè)計(jì)根據(jù)零件結(jié)構(gòu)形狀采用有搭邊的排樣方式。排樣圖排樣的計(jì)算確定搭邊值查表，確定搭邊值a、a1,由t=2mm，采用自動(dòng)送料，取工件間a1=2mm，側(cè)搭邊a=3mm。 送料步距送料步距（送料步距簡(jiǎn)稱(chēng)步距或進(jìn)距），是條料在模具上每次送進(jìn)的距離。步距是決定擋料銷(xiāo)位置的依據(jù)，每次只沖一個(gè)零件的步距s的計(jì)算公式為s=D+a1式中 D： 平行于送料方向的沖件寬度； a1： 沖件之間的搭邊值。 計(jì)算送料步距為s= D+a1=95+2 =97 （mm）3.3條料寬度計(jì)算條料是由板料剪裁下料而得到的。條料寬度的確定原則為，最小條料寬度要保證沖裁時(shí)零件周邊有足夠的搭邊值，最大條料寬度要能在沖裁時(shí)順利地在導(dǎo)料板之間送進(jìn)，并與導(dǎo)料板之間有一定的間隙，進(jìn)而確定導(dǎo)料板間的距離。由于是自動(dòng)送料，本設(shè)計(jì)采用導(dǎo)料板之間有側(cè)壓裝置時(shí)條料的寬度與導(dǎo)料板間距離的計(jì)算方法。因?yàn)閷?dǎo)板之間有側(cè)壓裝置或用手將條料緊貼單邊導(dǎo)料板的模具，能使條料始終沿著導(dǎo)料板送進(jìn)，可按下式計(jì)算。條料寬度 B 0 -=（L +2a+） 0 -導(dǎo)料板間的距離 B0 =B+Z= Dmax +2a+Z 式中 B： 條料的寬度，mm； B0： 導(dǎo)料板間的距離，mm;L： 沖裁件垂直于送料方向的最大尺寸，mm； a： 側(cè)搭邊值，可參考表2-1；Z： 導(dǎo)料板與最寬條料之間的間隙，其值見(jiàn)表2-2； ： 條料寬度的單向（負(fù)向）公差，見(jiàn)表2-3。由表2-2和經(jīng)驗(yàn)，取Z=1mm導(dǎo)料板間的距離 B0 =B+Z= 98(mm) 由表2-3和經(jīng)驗(yàn)，取=1mm 條料寬度 B 0 -=（90 +23+1） 0 -1=97 0 -1 (mm) 四.沖壓力和壓力中心的計(jì)算 4.1確定沖壓力沖裁力的計(jì)算沖裁力是沖裁時(shí)凸模沖穿板料所需的壓力。在沖裁過(guò)程中，沖裁力是隨凸模進(jìn)入板料的深度（凸模行程）而變化的。通常，沖裁力是指沖裁過(guò)程中的最大值（Fmax）。影響沖裁力的主要因素是材料的力學(xué)性能、厚度、沖件輪廓周長(zhǎng)及沖裁間隙、刃口鋒利程度與表面粗糙度等。綜合考慮上述影響因素，平刃口模具的沖裁力可按下式計(jì)算 F=KLtb （式3-1）式中 F：沖裁力，N； L：沖件周邊長(zhǎng)度，mm； t：材料厚度，mm； b：材料抗剪強(qiáng)度，MPa； K：考慮模具間隙的不均勻、刃口的磨損、材料力學(xué)性能與厚度的波動(dòng)等因素引入的修正系數(shù)，一般取K=1.3。對(duì)于同一種材料，其抗拉強(qiáng)度與抗剪強(qiáng)度的關(guān)系為b1.3b，故沖裁力也可按下式計(jì)算 F=Ltb （式3-2）本設(shè)計(jì)的沖裁力按式3-2進(jìn)行計(jì)算。查表3-1，b的取值范圍為374460，取b=450MPa。沖裁件的落料周長(zhǎng) 查表3-1，b的取值范圍為374460，取b=450MPa。沖裁件的落料周長(zhǎng) L1=120=378（mm）則落料力為：F1=L1tb=359（KN） 沖壓常用金屬材料的力學(xué)性能材料名稱(chēng)牌 號(hào)材 料狀 態(tài)力 學(xué) 性 能抗剪強(qiáng)度/MPa抗拉強(qiáng)度b/MPa屈服點(diǎn)s/MPa伸長(zhǎng)率（%）普 通碳素鋼Q195Q235Q275未 經(jīng)退 火2553143153901952833303372375460 23526313924904906102751520碳 素結(jié)構(gòu)鋼08F0810F101520354550已退火230310275380180273026036021541020027220340 27541019027260340295430210262703803354702302538040035550025024400520490635320194405605306853601544058054071538013不銹鋼1Cr13已退火320380440470120201Cr18Ni9Ti經(jīng) 熱處 理46052056064020040鋁1060、1050A、1200已退火807011050802028冷作硬 化10013014034材料名稱(chēng)牌 號(hào)材 料狀 態(tài)力 學(xué) 性 能抗剪強(qiáng)度/MPa抗拉強(qiáng)度b/MPa屈服點(diǎn)s/MPa伸長(zhǎng)率（%）硬鋁2A12已退火1051251502201214淬硬并經(jīng)時(shí)效處理2803104004353681013淬硬后冷作硬化280320400465340810純銅T1、T2、T3軟 160210702948硬2403003黃銅H62軟2602943002540半硬30034346020020硬4201210H68軟24029430010040半硬28034044125硬40039240025013 4.2卸料力、推件力的計(jì)算卸料力、推件力和頂件力是由壓力機(jī)和模具的卸料、頂件和推件裝置傳遞的。所以在選擇壓力機(jī)公稱(chēng)壓力和設(shè)計(jì)以上機(jī)構(gòu)時(shí)，都需要對(duì)這三種力進(jìn)行計(jì)算。影響這些力的因素較多，主要有：材料的力學(xué)性能和料厚；沖件形狀和尺寸大??；凸、凹模間隙大??；排樣搭邊值大小及潤(rùn)滑情況等。生產(chǎn)中常用下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算F卸= K卸FF推= nK推F式中 F：沖裁力； K卸、K推、：分別為卸料系數(shù)、推件系數(shù)，其值見(jiàn)表3-2； n：塞在凹?？卓趦?nèi)的沖件數(shù)。有反推裝置時(shí)，n=1；錐形孔口，n=0；直刃口，下出件凹模，n=h/t，其中h是直刃口部分的高度（mm），t是材料厚度（mm）。表3-2 卸料力、推件力及頂件力的系數(shù) 料厚/mmK卸K推K推鋼0.10.10.50.52.52.56.56.50.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.030.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03鋁、鋁合金純銅、黃銅0.0250.080.020.060.030.070.030.09對(duì)于本模具設(shè)計(jì)的計(jì)算如下。查表3-2，得K卸=0.030.04，K推=0.045，K推=0.05。（1）卸料力 F卸 =K卸F1 =18.34（KN）式中 K卸查表3-2，取K卸=0.04。（2）推件力 F推= nK推F2 =19.675 （KN）4.3壓力機(jī)公稱(chēng)壓力的確定沖裁時(shí)，壓力機(jī)的公稱(chēng)壓力必須大于或等于沖壓力（F總），F(xiàn)總為沖裁力和與沖裁力同時(shí)發(fā)生的卸料力、推件力或頂件力的總和。根據(jù)不同的模具結(jié)構(gòu)，沖壓力計(jì)算應(yīng)分別對(duì)待，即當(dāng)模具結(jié)構(gòu)采用彈壓卸料裝置和下出件方式時(shí)：F總=F+ F卸+ F推當(dāng)模具結(jié)構(gòu)采用彈壓卸料裝置和上出件方式時(shí)：F總=F+ F卸當(dāng)模具結(jié)構(gòu)采用剛性卸料裝置和下出件方式時(shí)：F總=F+ F卸則F總=F+ F卸=367.94（KN）沖裁功選擇沖裁設(shè)備時(shí)，除了要計(jì)算沖裁力，使壓機(jī)的公稱(chēng)壓力大于沖裁力以外，還要進(jìn)行沖裁功的驗(yàn)算，使壓機(jī)的每次行程功不超過(guò)額定的數(shù)值，以保證其電動(dòng)機(jī)不過(guò)載、飛輪轉(zhuǎn)速不致下降太多。因?yàn)楣κ橇εc其行程的乘積，所以平端刃口的沖裁功按下式計(jì)算： W=mPt/1000當(dāng)計(jì)算出的沖裁功大于壓機(jī)規(guī)定的行程功時(shí)，就必須改變沖裁工藝或另選更大行程功的設(shè)備。壓機(jī)規(guī)定的行程功，可從壓機(jī)的說(shuō)明書(shū)或有關(guān)資料、手冊(cè)中查詢(xún)。 W=mPt/100 =895 （Nm） 4.4確定模具壓力中心該零件的壓力中心應(yīng)位于圓心之上。4.5沖壓設(shè)備的選用根據(jù)總沖壓力,模具閉合高度,沖床工作臺(tái)面尺寸等,并結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備,用J23-40開(kāi)式雙柱可傾沖床,并在工作臺(tái)面上備制墊塊。其主要工藝參數(shù)如下：公稱(chēng)壓力： 400KN 滑塊行程： 100mm行程次數(shù)： 45 次分最大閉合高度： 330mm 工作臺(tái)尺寸（前后左右）： 460mm 700mm4.6凸凹模刃口尺寸的確定凸模制造公差按T6級(jí)數(shù)選取凹模制造公差按T7級(jí)數(shù)選取 =0.028m 凹=0.038mm圓盤(pán)直徑是, 查使用模具技術(shù)手冊(cè)得： 落料（115mm）=（-） =119.562驗(yàn)算+-式中：-落料凹、凸模刃口尺寸 -落料件最大極限尺寸 -落料件制造公差。=0.25mm X-系數(shù)，查表得x=0.5 -凹凸模刃口尺寸制造公差凸模強(qiáng)度校核凸模強(qiáng)度校核（忽略推件力）由公式=KLt=1.33613502=329(kN）式中： K系數(shù)，K=1.3；L沖裁周邊長(zhǎng)度（mm）；t沖裁件的厚度（mm）；材料的抗剪強(qiáng)度（MPa）。凸凹模材料選用Cr12MoV工具鋼取壓=1000Mpa=F/Amin=329/22= 15Mpa1000Mpa強(qiáng)度足夠五 沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5.1 工作部件設(shè)計(jì)凹模采用整體凹模，安排凹模在模架上的位置時(shí)，要依據(jù)計(jì)算壓力中心的數(shù)據(jù)，將壓力中心與模柄中心重合。將壓力中心與模柄中心重合。其輪廓尺寸可按公式計(jì)算：凹模厚度 H=kb=0.35115mm=40mm（查表得k=0.35）凹模壁厚 c=（1.52）H=60mm80mm取凹模厚度 H=40mm，凹模壁厚c=70mm，凹模寬度 B=b+2c=（90+270）mm=230mm凹模長(zhǎng)度L取230 mm（送料方向）凹模輪廓尺寸為230mm14040mm，凹模的材料選用T10A。工件部分淬硬至HRC5862。外輪廓棱角要倒鈍。 凸模設(shè)計(jì) 凸模的結(jié)構(gòu)形式與固定方法 沖孔部分的凸模刃口尺寸為圓形，為了便于凸模和固定板的加工，將沖孔凸模設(shè)計(jì)成臺(tái)階式。為了保證強(qiáng)度、剛度及便于加工與裝配，圓形凸模常做成圓滑過(guò)渡的階梯形，小端圓柱部分。是具有鋒利刃口的工作部分，中間圓柱部分是安裝部分，它與固定板按H7/m6配合，尾部臺(tái)肩是為了保證卸料時(shí)凸模不致被拉出，圓形凸模采用臺(tái)肩式固定。 凸模長(zhǎng)度計(jì)算凸模長(zhǎng)度主要是依據(jù)模具結(jié)構(gòu)，并考慮修磨、操作安全、裝配等的需要來(lái)確定。采用彈性卸料時(shí)，凸模長(zhǎng)度按公式L=h1+h2+h3計(jì)算，式中 L凸模長(zhǎng)度，mm h1-凸模固定板厚度，mm; h2-卸料板厚度，取為10mm ; h3-卸料彈性元件被預(yù)壓后的厚度 故?。?取為33mm 所以： 固定零件墊板 為了防止較小的凸模壓損模座的平面，一般在凸模和模座之間加設(shè)墊板。墊板的外形尺寸與凹模周界一致，墊板的材料一般選用T7、T8或45鋼制成。T7、T8淬火硬度為5256HRC.45鋼硬度為4348HC.模柄 沖模的上模是通過(guò)模柄安裝在沖床滑塊上的。模柄的形式很多，本模具采用嵌入式模柄。模柄一般采用Q235或45鋼。導(dǎo)料板的設(shè)計(jì)導(dǎo)料板的內(nèi)側(cè)與條料接觸，外側(cè)與凹模齊平，導(dǎo)料板與條