阀门模具设计及冲连接角模拟装备过程

哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- 摘 要本模具的设计涉及了落料、浅拉伸和冲裁工艺，其内容主要包括工艺计算设计、模具设计、模拟装配等几个环节，内容完整，独立性强。此设计中阀门连接角的完成共需要两个模具：落料模具和翻边浅拉伸模具。与以往的设计相比减少了模具数量，提高了模具的复合度，减少了工艺流程，缩短了生产周期。在机械设计中大量使用计算机辅助软件已成为当今工业发展的一个趋势，并被国内外广泛使用，其主要特点是精度高，生产周期短。本设计中借助了Auto CAD 和 UG 制图软件，如在落料工艺计算环节中，求制件的面积和模具压力中心时借助了 Auto CAD 中的关于面域的功能；在模拟装配环节中则主要利用了 UG 制图软件，比起传统设计更加快速便捷，具有非常值得借鉴的价值。本题目借助了丰富的相关资料，设计中严格参照国家模具设计标准，本着认真严谨的态度独立完成，以达到我校毕业设计论文的要求和学以自用的目的。关键词 落料模；翻边浅拉伸模；模拟装配哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）- I AbstractThe mold design involved clipping, shallow stretching and bending processes. The substance of the design mainly includes the calculating design of process, the mold design, the simulate assembly, with integritive content and strong independence. clip mold and shallow stretch-bend mold. Compared with previous design, it reduce the amount of mold, improve mold comprehensive level, decrease the process and shorten the production cycle.Nowadays the large-scale use of computer-aided software design in mechanical design has become a trend in industrial development. They were widely used at home and abroad, due to the main features of high precision and short production cycle. This design employ graphics software: Auto CAD and UG. For example, in the calculation of clipping process, the function about “part area”in Auto CAD was utilized for getting the accessory proportion and the press center of mold. They are more quickly and convenient than traditional design, and have great value for reference .This subject consult abundant references, and refers to the country design standard strictly in the design process. It was achieved independently with responsible and scrupulous attitude, for the requirement of our graduation thesis and practicality through study. Key word clip mold; shallow stretch-bend mold; Simulate assembly哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）-II-目录摘要 .IAbstract.II第 1章 绪论 .11.2 课题背景 .11.2 冲模的结构组成 .11.3 设计步骤与要点 .2第 2章 落料模工艺设计 .32.1 排样 .32.1.1 工件在条料上的排样 .32.1.2 搭边 .32.1.3 材料利用率计算 .42.2 冲裁力计算与压力中心确定 .52.2.1 冲裁力计算 .52.2.2 卸料力、推件力、顶件力的计算 .52.2.3 冲裁工艺力的计算 .62.2.4 冲裁压力机的选择 .62.2.5 压力中心的确定 .72.3 冲裁刃口尺寸计算 .72.3.1 计算原则 .72.3.2 计算方法 .82.3.3 刃口尺寸计算 .9第 3章 落料模具设计 .123.1 初步设计 .123.1.1 上凸模系统设计 .123.1.2 下凹模系统设计 .123.1.3 其它设计 .143.1.4 模架模座选择 .153.2 绘制落料零件及装配图 .16第 4章 弯曲拉伸模工艺设计 .164.1 弯曲工艺设计 .17哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）-III-4.1.1 计算自由弯曲力 .174.1.2 弯曲模刃口尺寸计算 .174.2 拉伸工艺设计 .184.2.1 拉伸模刃口尺寸计算 .184.2.2 拉伸力、拉伸功计算 .194.3 压力机的选择 .20第 5章 弯曲拉伸复合模具设计 .215.1 模具圆角半径和刃口形式确定 .215.1.1 弯曲凸凹模圆角半径确定 .215.1.2 浅拉伸的凹模刃口形式确定 .215.2 压力中心确定 .215.3 模具各部件设计 .225.4 模具装配 .24第 6章 落料模装配过程及动画设计 .256.1 基本实体造型 .256.2 模具主体装配 .256.3 模具动态模拟装配 .266.4 模拟装配动画制作 .27结论 .31致谢 .32参考文献 .33附录 1 .34附录 2 .42哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）-0-第 1章 绪论1.1 课题背景此设计题目是大型组合式空调设计中的一部分，与哈尔滨三宝泰空调设备股份公司联合研制，其目的是为生产消防阀门配套使用。其不但具有送风调风的功能，同时也具有防火的作用，而其中的阀门即为对风的调节和对火的阻隔的重要部件。其加工采用当今较为流行的加工方式：冲压。这一方式生产周期短，工序简单，成本低，且加工外型简约美观，适应性强，被广泛用于机械、电器、仪表、办公设备等产品的生产中。1.2 冲模的结构组成1、工作零件冲模的工作零件是凸模和凹模，在复合模中还有凸凹模。它们成对互相配合，完成对坯料的成形。它们的形状，尺寸精度，固定方法及材质处理等决定着冲模的性能、模具成本及使用寿命。2、辅助装置辅助装置是协助凸模、凹模完成工艺成形必不可少的装置，如材料送进的定向定位装置，废料排除装置，卸料退料装置，压料抬料装置等。它们的结构形式对工件质量、操纵安全、生产效率都至关重要，辅助装置是冲模设计中不容忽视的重要部分。3、导向装置 它们是保证上、下模座能够准确运动的装置，要求工作可靠，导向精度好，有一定互换性。导向装置目前已基本标准化，并有商品供应。4、支承零件在上模座和下模座上安装着凸模、凹模及其他所有的零件。它们与压力机哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）-1-连接，传递并承受着工作压力。模座的形式现已规格化、标准化，并有商品模架出售。一些大工厂也将其作为通用件大批生产，以作备用，同时也为设计提供方便，即只需要按要求选用。5、紧固零件模具的连接可靠，拆卸方便也是冲模设计的一个基本要求。1.3 设计步骤与要点冲模设计一般步骤：1、工艺性分析 根据冲压件产品图进行冲压件工艺性分析。2、进行有关工艺计算 如冲压力能计算、坯料展开计算、排样及工序尺寸计算、刃口尺寸计算等。3、合理选择模具组件 包括模具零部件结构、组成、固定方法的选择、刃口尺寸计算、定位装置选择、卸料及顶出装置选择、模架形式选择、模具固定方式的选择等。4、压力中心计算 冲压力的合力的作用点称为模具的压力中心。设计时，模具压力中心应于压力机滑块中心一致。若不一致，冲压时会产生偏斜，导致模具以及压力机滑块与导轨急剧磨损。所以设计冲模特别是多工位连续模时，必须确定模具的压力中心。5、设备选用 根据计算冲压力选择冲压设备吨位，冲压件所需的冲压力一定要小于或等于压力机的公称压力。所选压力机的闭合高度要与冲模的闭合高度相适应，压力机的滑块行程必须满足冲压工艺要求。此外，选择压力机台面尺寸必须考虑到固定冲模的位置、压力机滑块孔尺寸、滑块中心线到机身后侧的距离，顶件横梁槽的尺寸、机身侧柱间及导轨间的距离及压力机的倾斜范围等，都应与模具各部位尺寸相适应。6、绘图 绘制冲模总装图及零件图。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）-2-第 2章 落料模工艺设计2.1 排样2.1.1 工件在条料上的排样排样原则：保证在最低的材料消耗和最高劳动生产率条件下得到符合技术要求的零件，同时要考虑方便生产操作，使冲模的结构简单、寿命长，并能适应车间生产条件和原材料的供应等情况。材料参数：冲裁件厚度 2mm，材料为镀锌铝板。2.1.2 搭边搭边是指工件与工件之间及工件与条料侧边之间的余料。搭边的作用是补偿送料误差，保证冲出合格的工件：保证条料有一定的刚度，以利于送料。搭边大小对冲裁工程以及工件质量有很大影响，搭边过大，材料利用率低，同时增加卸料力，搭边过小会在冲裁过程中拉断致使工件上产生毛刺和影响送料工作。有时断裂的搭边还会拉入模具间隙中，损坏模具刃口降低模具寿命。表 21 搭边 a 与 a1 数值表(低碳钢) 单位（mm） 矩形件边长 mm 或圆角L2rt材料厚度 t制件间 a 沿边 a12.02.5 2.2 2.5注：对于其它材料，应将表中数值乘以下列系数：中碳钢0.9；高碳钢0.8；硬碳钢11.1； 硬铝11.2；软黄铜、纯铜1.2；铝1.31.4；非金属（皮革纸、纤维）1.52 1。制件厚度为：t=2mm ，材料为镀锌铝（属硬铝） ，参见表 21 理论值， ，可取 a= =3mm。2.64ma1.53ma1具体排样如图 21。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）-3-3163图 21 制件排样图2.1.3 材料利用率计算：材料利用率 （2-1）01%AS式中 A制件面积；S一个步距内材料的面积，在 Auto CAD 绘图环境里对所绘制零件外轮廓及内孔分别建立面域，做差集处理，通过菜单“工具”“查询”“列表显示” ，自动计算制件的面积为 A=5363.5823mm2，如图 22 所示。图 22 查询获得制件面积哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）-4-用相同的方法查询一个步距内材料的面积 S 为 7240.8235mm2，则由公式(2-1)得： %137.40724.835602.2 冲裁力的计算与压力中心确定2.2.1 冲裁力计算冲裁力是冲裁时凸、凹模相对运动使工件与板料分离所需的力，它与材料厚度、工件周边长度及材料的力学性能等参数有关。冲裁力是设计模具、选择压力机的重要参数，计算冲裁力的目的是为了合理地选用冲压设备和设计模具。冲裁力的计算公式为 （2-2 ）1.3FLt式中 F冲裁力，N；L参与冲裁的轮廓周边长度，mm；t材料厚度，mm； 材料的抗剪切强度，Mpa；通过 AutoCAD 查询参与冲裁外轮廓周长 L=398.2181mm。材料厚度t=2mm，材料的抗剪切强度 =275304Mpa，取 =300 Mpa.则由公式（2-2）得： 1.320316.8NFL2.2.2 卸料力、推件力、顶件力的计算冲裁件在冲裁过程完成后，材料会沿径向产生弹性回复，使处于凸模周边的材料紧箍在凸模上，而冲断后落入凹模的材料则因弹性回复而梗塞在凹模内。从凹模上将工件或废料从凸模上取下来的力叫卸料力，从凹模内将工件或废料顺着冲裁的方向推出的力叫推件力。逆冲裁方向顶出的力叫顶件力。此冲裁工艺中，将加工后的条料从上凸模卸下时受卸料力 FX，加工后的成型制件直接从下凹模里落出，不需计算顶件力 FD，计算如下：（2-3）0.5316.8530.9NXF=K式中系数 KX 取为 0.05，为同时塞在凹模内的零件数。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）-5-2.2.3 总冲裁的计算采用刚性卸料装置和下出料方式，则（2-=3106.8+530.9=26140.39=26.14CF+总4）2.2.4 冲裁压力机的选择考虑此设计中对产品的精度要求不高，材料较薄，且为小批量生产，综合考虑选择开 式压力机，此压力机操作方便，价格低廉，适合中小型的冲裁件生产。由总冲裁 326.14KN，且压力机公称压力 选择1.35=91.368RF总压力机的公称压力为 400KN ，具体参数摘录见表 22