吉林 大 学 本科毕业论文******件修边冲孔工艺（ ******件修边冲孔工艺（二）及三维模具设计 件修边冲孔工艺 ****** piece’s trimming punching process and three-dimensional mold design学生姓名： 学生姓名：****** 班 学 学 专 级
：******班 号：****** 院：材料科学与工程学院 业：材料成型及控制工程指导教师： 指导教师：****** 副教授 2011 年 6 月 11 日
吉林大学学士学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交学位论文， 是本人在指导教师 的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已 经表明引用的内容外， 本文不包含任何其它和个人或集 体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究作出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确的方式表明。 本人完全意识到本声明的法律成果由本人承担。学位论文作者签名：
摘要自从进入 20 世纪以来，我们国家的汽车制造业就迅速膨胀起来，从 上海大众到广东东风，从通用汽车到天津吉利，从酿酒到进军汽车模具产 业的四川五粮液集团， 掀起一股涉及行业内由大型卡车到小型汽车生产的 调整，老牌汽车基础上出现新的产业竞争，跨行业的进入性竞争，形势一 片大好。 板料冲压成形以其生产效率高、操作简单、容易实现机械化和自动化 处理过程，适合成批生产；在材料消耗不多的情况下，可以获得强度高、 刚度大、而重量轻的零件；可得到其它加工方法难以实现的或无法加工的 复杂形状零件。这些特点符合了汽车制造业面对市场挑战的要求，因此在 汽车制造业中被广泛应用。 本文是关于汽车变速器加强板的冲压工艺及模具设计， 从工件的尺寸 特点，材料性能，冲压的工艺性从而确定模具设计的工艺方案。重点分析 了修边及冲孔的工艺性。重点介绍了模具尺寸的确定、成形力计算、冲压 设备的选择和模具结构的设计、各种标准件的选用以及模具材料的选用 等。运用 CAD，CATIA 软件对模具进行三维设计、虚拟装配，模拟冲压模 具的工作过程。 关键词:冷冲压；模具；高强钢；三维设计、 关键词:冷冲压；模具；高强钢；三维设计、虚拟装配AbstractSince entering since the 20th century, our country's car industry is quickly swell, from Shanghai Volkswagen to guangdong dongfeng, from gm to tianjin giovanni cobolli gigli, from brewing into auto mould industry to the sichuan wu liang ye group, starting a shares involves by large trucks in the industry to small car production adjustment, based on old car appeared new industry competition, cross-industry into sexual competition, the situation is excellent. Sheet metal stamping with its high production efficiency, simple operation, easy to realize mechanization and automation process, suitable Few in material consumption, it can get high intensity, stiffness big, a Other processing methods available difficult-to-achieve or unable to processing complex shape parts. These characteristics to meet the challenges facing the market of auto manufacturing requirements, so in automobile manufacturing industry has been widely used. This paper is about the auto transmission reinforcing plate stamping technology and die design, from size of workpiece material properties, stamping characteristics, the technology of mould design to determine the process scheme. Mainly analyzed the technology of trimming and punching. Mainly introduces mold size determine, forming force calculation, stamping equipment selection and mold structure design, all kinds of standard selection and material selection of mould etc. Using CATIA software to mold CAD, three-dimensional design, virtual assembling, simulation stamping die working process. words： threeKey words： M three-trixiality目录前言................................................ 1 第一章 绪论 ......................................... 31.1 引言 .......................................................... 3 1.2 冷冲压技术的现状及发展 ......................................... 3 1.2.1 模具的发展现状 ........................................... 3 1.2.2 冲压的概念、特点及应用 ................................... 5 1.2.3.冲压技术的发展趋势....................................... 6 1.3 选题意义及主要研究内容 ......................................... 8 1.3.1 选题意义................................................. 8 1.3.2 主要研究（设计内容）..................................... 9 1.4 发展趋势与研究的主攻方向...................................... 11 1.4.1 国内外发展趋势.......................................... 11 1.4.2 发展趋势主要表现........................................ 12第二章 设计任务及设计方案分析 ..................... 152.1 零件的分析 ................................................... 15 2.1.1 设计内容 ................................................ 15 2.1.2 拟解决的主要问题 ........................................ 18 2.2 设计方案及分析................................................ 19 2.2.1 冲裁加工原理 ............................................ 19 2.3 零件冲裁工艺分析 .............................................. 20 2.3.1 冲裁件最小孔间距的校核.................................. 22 2.3.2 冲裁件最小孔边距的校核.................................. 22 2.3.3 对零件精度的分析 ........................................ 22 2.4 拟订工艺方案 .................................................. 22 2.4.1 基本工艺方案确定 ........................................ 22 2.4.2 模具形式与结构比较...................................... 24 2.4.3 模具总体设计............................................ 25第三章 模具设计计算 ................................ 293.1 基本尺寸计算 .................................................. 29 3.1.1 毛胚尺寸 ................................................ 29 3.1.2 计算材料利用率 .......................................... 29 3.2 冲压力的计算 .................................................. 293.2.1 冲裁力的计算 ........................................... 3.2.2 推件力、顶件力、卸料力、的计算.......................... 3.3 模具压力中心的确定 ........................................... 3.4 工作零件刃口尺寸计算 ......................................... 3.4.1 冲裁间隙分析 ........................................... 3.4.2 落料冲孔凹、凸模刃口尺寸计算............................29 30 31 31 31 33第四章 主要零部件设计 .............................. 354.1 模架的选用 ................................................... 4.2 冲孔凸模 ..................................................... 4.3 冲孔凹模 ..................................................... 4.4 卸料部件的设计 ............................................... 4.4.1 卸料件的设计 ........................................... 4.4.2 卸料螺钉的选用 ......................................... 4.5 导向装置的选用 ............................................... 4.5.1 导柱的选用 ............................................. 4.5.2 导套的选用 ............................................. 4.6 顶件装置的选用 ............................................... 4.7 压力机的选择 ................................................. 4.8 紧固件的选择 ................................................. 35 35 36 37 37 38 39 39 40 41 43 44第五章 修边冲孔模具 CAD 建模装配及虚拟装配仿真 ...... 465.1 CAD 平台简介 ................................................. 5.1.1 CATIA 功能模块简介 ..................................... 5.1.2 CATIA 系统特点 ......................................... 5.1.3 CATIA 应用领域 ......................................... 5.2 计算机辅助设计建模方法 ....................................... 5.2.1 产品设计建模流程及发展 ................................. 5.2.2 几何实体建模方法要点 ................................... 5.3 修边冲孔模具实体模型建模过程 ................................. 5.3.1.依据二维图纸建立零件的理论模型 ......................... 5.3.2 修边冲孔模具组件模型 ................................... 5.4 修边冲孔模具虚拟装配 ......................................... 5.4.2 基于 CATIA 的虚拟装配基本过程 ........................... 5.5 修边冲孔模具电子样机运动仿真 ................................. 5.5.1 电子样机技术简介 ....................................... 5.5.2 左右连接板冲孔落料模装配仿真过程 ....................... 5.6 设计并绘制模具总装图 ......................................... 46 46 49 51 52 52 53 55 55 55 60 61 63 63 65 68第六章 结论与展望 .................................. 726.1 论文主要工作结论.............................................. 72 6.2 对今后工作的展望.............................................. 72致 谢.............................................. 74 参考文献........................................... 76
前言前言自从进入 20 世纪以来，我们国家的汽车制造业就迅速膨胀起来，从 上海大众到广东东风，从通用汽车到天津吉利，从酿酒到进军汽车模具产 业的四川五粮液集团， 掀起一股涉及行业内由大型卡车到小型汽车生产的 调整，老牌汽车基础上出现新的产业竞争，跨行业的进入性竞争，形势一 片大好。 板料冲压成形以其生产效率高、操作简单、容易实现机械化和自动化 处理过程，适合成批生产；零件表面光洁、美观、尺寸精度稳定、互换性 好、成本底；在材料消耗不多的情况下，可以获得强度高、刚度大、而重 量轻的零件；可得到其它加工方法难以实现的或无法加工的复杂形状零 件。这些特点符合了汽车制造业面对市场挑战的要求，因此在汽车制造业 中被广泛应用。 基于冲压模具加工具有以上的特点，联系本次设计，又由于汽车变速 器加强板是薄板料的成型件，可引入冲压模具来进行加工，故可采用连续 冲压技术和采用复合模进行加工。在保证冲裁和拉深质量的条件下，可以 提高加工的效率。能达到“交货期短”“精度高”“质量好”“价格低” 、 、 、 的要求。然而，由于模具的设备较庞大，能耗高，目前的模具设计到制造 出成套的模具的周期还较长，故不利于模具的更新换代。所以采用如此加 工办法来加工，应该考虑的冲压件的批量的大小，由于汽车变速器加强板 是汽车上的零件，属于大批量的生产，所以值得设计一套冲压模具。 本次设计立足于基础知识的应用和面向应用性的一个创新设计， 从我 们国家现有的工业技术状况和标准， 经过计算后对实现汽车变速器加强板 的冲压加工的整套模具进行结构设计， 并对其进行装配， 并进行相应分析，吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文实现了对大批量汽车变速器加强板的模具设计。运用了 CAD 画图软件对 装配图绘画和对重要零件工程图绘画，节约了手工绘图的时间，提高了制 图效率，缩短模具制造时间。第一章 绪论第一章 绪论1.1 引言冲压模具在实际工业生产中应用广泛。在传统的工业生产中，工人生 产的劳动强度大、劳动量大，严重影响生产效率的提高。随着当今科技的 发展， 工业生产中模具的使用已经越来越引起人们的重视，而被大量应 用到工业生产中来。冲压模具的自动送料技术也投入到实际的生产中，冲 压模具可以大大的提高劳动生产效率，减轻工人负担，具有重要的技术进 步意义和经济价值。1.2 冷冲压技术的现状及发展1.2.1 模具的发展现状 改革开放以来，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” ； 广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷 纷建立了自己的模具制造中心； 中外合资和外商独资的模具企业现已有几 千家。 当今世界正进行着新一轮的产业调整， 一些模具制造逐渐向发展中国 家转移，中国正成为世界模具大国。近年来，外资对我国模具行业投入量 增大，工业发达国家将模具向我国转移的趋势进一步明朗化，这代表着我 国模具行业迎来新一轮的发展机遇， 也代表着面临国外先进技术和高品质吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文制品的挑战。 有数据显示，我国目前模具总产值已跃居世界第三，仅次于日本和美 国，其中，汽车、摩托车、家电行业是模具最大的市场。据权威报告，中 国已成为第一制造大国。 我国模具年生产总量虽然已位居世界第三。但设计制造水平在总体上 要比工业发达国家落后许多。其差距主要表现在下列六方面： (1)国内自配率不足 80%。其中中低档模具供过于求，中高档模具自 配率不足 60%。 (2)企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构都不够合理。 我国模具生产厂点中多数是自产自配的工模具车间（分厂） ，专业模具厂 也大多数是“大而全” “小而全”的组织形式。国外模具企业大多是“小 而专”“小而精” ， ；模具自产自配比例高达 50%以上，国外 70%以上是商品 模具。国内模具总量中属大型、精密、复杂、长寿命模具的比例只有 30% 左右。国外在 50%以上。进出口之比 2003 年为 4.1：1；进出口相抵后净 进口为 10.3 亿美元，为净进口量最大的国家。 (3)模具产品水平和生产工艺水平总体上比国际先进水平低许多，而 模具生产周期却要比国际先进水平长许多。产品水平低主要表现在精度、 型腔表面粗糙度、寿命及模具的复杂程度；工艺水平低主要表现在设计、 加工、工艺装备等方面。 (4)开发能力弱，经济效益欠佳。我国模具企业技术人员比例较低， 水平也较低。不重视产品开发，在市场中常处于被动地位。我国每个职工 平均每年创造模具产值约合 1 万美元左右，而模具工业发达国家大多是 15-20 万美元，有的甚至达到 25-30 万美元。由此而来的是我国模具企业 经济效益差，大都微利，国有企业总体亏损，缺乏后劲。 (5)模具标准化水平和模具标准件使用覆盖率低。国外先进国家模具第一章 绪论标准件使用覆盖率达 70%以上， 国内模具标准件使用覆盖率只有 45%左右。 (6)与国际先进水平相比，模具企业的管理落后更甚于技术落后。技 术落后易被发现，管理落后易被忽视。国内大多数模具企业还沿用过去作 坊式管理模式。真正实现现代化企业管理的还不多。 1.2.2 冲压的概念、特点及应用 冲压是利用安装在冲压设备上的模具对材料施加压力， 使其产生分离 或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。冲压通常是在常温 下对材料进行冷变形加工，且主要是采用板料来加工成形所需零件，所以 也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之 一，隶属于材料成形工程技术。 冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料批量加工 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。 与机械加工及塑性加工的其他方法相比， 冲压加工无论在技术方面还是经 济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。 (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。 (2)冲压是由模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲 压材料的表面质量，而模具的寿命一般较长，所以冲压件的质量稳定，互 换性好，具有“一模一样”的特征。 (3)冲压可制造出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的 秒针，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 压件的强度和刚度均较高。 (4)冲压一般没有切削碎料生成，材料的消耗较少，且不需其他的加 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。吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需 要数套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密 集形产品。所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点 才能充分体现，从而获得较好的经济利益。 冲压在现代的工业生产中，尤其是大批量生产中应用十分广泛。相当 多的工业部门越来越多地采用冲压方法加工产品零部件，如汽车、农机、 仪器、电子、航空、航天、家电、及轻工等行业。在这些部门中，冲压件 所占的比重都相当大，少则 60%以上，多则 90%以上。不少过去用锻造、 铸造和切削加工方法制造的零件，现在大多数也被质量轻、刚度好的冲压 件所代替。因此可以说，如果生产中不广泛采用冲压工艺，许多工业部门 要提高生产率、提高产品质量、降低生产成本、进行产品更新换代等都是 难以实现的。 1.2.3.冲压技术的发展趋势 模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短” “精度高” “质 、 、 量好”“价格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项： 、 (1)模具设计新技术的应用 (a)CAD/CAM/CAE 技术? 模具 CAD/CAM/CAE 技术是模具设计制造的发展方向。 随着微机软件的 发展和进步，普及 CAD/CAM/CAE 技术的条件已基本成熟，各企业将加大 CAD/CAM 技术培训和技术服务的力度；进一步扩大 CAE 技术的应用范围。 计算机和网络的发展正使 CAD/CAM/CAE 技术跨地区、跨企业、跨院所地在 整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可 能。 (b)扫描及数字化系统?第一章 绪论高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望 的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫 描系统， 可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上， 实现快速数据采集、 自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的 CAD 数据，用于模具 制造业的“逆向工程” 。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得 到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。 (2)模具先进制造技术的推广及应用 (a)高速铣削加工 国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得 极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形 小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具 制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发 展。 ? (b)电火花铣削加工? 电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术， 这是一种替代传统 的用成型电极加工型腔的新技术， 它是有高速旋转的简单的管状电极作三 维或二维轮廓加工(像数控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极， 这显然是电火花成形加工领域的重大发展。 国外已有使用这种技术的机床 在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。 (c)先进表面处理技术? 选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得 十分必要。模具热处理 和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关 键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善 应发展工艺先进的气相沉积(TiN、TiC 等)、等离子喷涂等技术。 ? (d)自动化、智能化加工系统?吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文模具表面的质量对模具使用寿命、 制件外观质量等方面均有较大的影 响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模 具表面质量是重要的发展趋势。模具自动加工系统应有多台机床合理组 合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的 数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。 (3)模具标准化 我国模具标准化程度正在不断提高， 估计目前我国模具标准件使用覆 盖率已达到 30%左右。国外发达国家一般为 80%左右。1.3 选题意义及主要研究内容1.3.1 选题意义 专家认为，模具行业冲压模的比例将不断提高。随着车辆和电机等产 品向轻量化方向发展，冲压模的数量、寿命和复杂程度将提出越来越高的 要求，其精度和复杂程度也将随着相应提高。从以上的内容可以看出模具 正在向一个更高精度和复杂度上发展， 在这期间需要充足的理论知识来支 撑这个发展。所以冲压模具的设计与制造具有很强的时代进步意义。 冷冲压模具设计是为材料成型及控制工程专业（锻压）学生在学完基 础理论课、技术基础课和专业课的基础上，所设置的一个重要的实践性教 学环节。 其目的是： (1)综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识，进行一次冷冲 压模具设计工作的实际训练，从而培养和 提高学生独立工作的能力。 (2)巩固与扩充“冷冲压模具设计”等课程所学的内容，掌握冷冲压 模具设计的方法和步骤。第一章 绪论(3)掌握冷冲压模具设计的基本技能，如计算、绘图、查阅设计资料 和手册，熟悉标准和规范等。 我选择的题目正好是关于冷冲压这个方面的内容， 通过我对冲压模具 方面书籍的查阅，使我对冲压模具的设计有了系统化的理解。况且我今后 要从事这个方面的工作，这次的设计也是一次很好的学习和锻炼的过程。 所以我选择了汽车变速器加强板修边冲孔工艺及其模具设计这个题目， 汽 车变速器加强板是一个普通的冲压零件， 通过对它工艺性的分析和相关尺 寸的计算从而展开了对该零件的模具设计。 在设计过程中通过自学和老师 的讲解逐渐地掌握了相关的知识。 我做这个题目的最大收获就是明白了设 计的思想，在这个思想的指导下我完成了下面的设计内容。 1.3.2 主要研究（设计内容） (1)题目来源 题目名称：变速器加强板修边冲孔模具设计 题目来源：生产实际 题目类别：毕业设计 (2)研究目的和意义 冲压工艺是指冲压加工的具体方法（各种冲压工序的总和）和相关技 术经验冲压加工是利用安装在压力机上的模具， 对模具里的板料施加变形 力，使板料在模具里产生变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的产品零 件的生产技术。由于冲压加工经常在材料的冷状态下进行，因此也称冷冲 压。冲压加工的原材料一般为板料或带料，故也称板料冲压。生产中为满 足冲压零件形状、尺寸、精度、批量、原材料性能等方面的要求，采用多 种多样的冲压加工方法。 概括起来冲压加工可以分为分离工序与成型工序 两大类。分离工序又分为落料、冲孔和剪切等，其目的是冲压过程中使冲吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文压件与板料沿一定的轮廓线相互分离，成形工序分为弯曲、拉深、翻边、 胀形、缩口等，目的是使冲压毛坯在不被破坏的条件下发生塑性变形，并 转化成所要求的制件形。 冲压加工技术主要是利用冲压设备和模具实现对 金属材料（板材）的加工过程。冲压加工，有以下特点： 大多是金属塑性加工是金属整体性保持的前提下， 依靠塑性变形发生 物质转移来实现工件形状和尺寸变化的，切屑量相对较小，因而材料的利 用率高。冲压的加工过程中，除尺寸和形状发生改变外，金属的组织、性 能也能得到改善和提高，经过塑性加工将使其结构致密、粗晶粒破碎细化 和均匀，从而使性能提高。 此外，塑性流动所产生的流线也能使其性能得到改善。加工过程便于 实现生产过程的连续化、自动化，适于大批量生产，因而劳动生产率高。 成型件的精度高，可实现少、无切削加工。有些大型的薄板金属件（如汽 车的覆盖件）只能通过冲压模具成型来加工。 基于冲压模具加工具有以上的特点，联系本次设计，由于本课题汽车 变速杆加强板是薄板料的成型件，可引入冲压模具来进行加工，故可采用 连续冲压技术和采用复合模进行加工。在保证冲压拉深质量的条件下，可 以提高加工的效率。能达到“交货期短”“精度高”“质量好”“价格低” 、 、 、 的要求。然而，由于模具的设备较庞大，能耗高，目前的模具设计到制造 出成套的模具的周期还较长，故不利于模具的更新换代。所以采用如此加 工办法来加工，应考虑的冲压件的批量的大小，由于汽车变速杆加强板属 于大批量的生产，所以值得设置一套冲压模具。第一章 绪论1.4 发展趋势与研究的主攻方向1.4.1 国内外发展趋势 目前，一些工业先进国家，都拥有世界水平的冲压公司和冲压技术。 而板料冲压的出现要比它晚 10 年左右的时间。在板材冲压成形中经历了 三次大的革命性进程，1849 年出现的手动曲柄式压力机是薄板成形的第 一块里程碑，它标志着机械式薄板成形的开始。1879 年 Adamso 研究开 发碳钢和铁的机械性能，并提出了扩孔试验的单拉伸试验，随后各种成形 工艺及模拟试验相继出现，薄板成形从手工作坊走向工厂，大多数手工工 具被大型模具及机器所取代，劳动生产率得到了空前的提高。 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” ；广 东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷 建立了自己的模具制造中心； 中外合资和外商独资的模具企业现已有几千 家。以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进 步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆 盖件模具。 此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。 经过多年的努力， 在模具设计 CAD/CAE/CAM 技术方面取得了显著进步； 在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。 据中国模具 工业协会发布的统计材料，2004 年我国冲压模具总产出约为 220 亿元， 其中出口 0.75 亿美元， 约合 6.2 亿元。 根据我国海关统计资料， 2004 年 我国共进口冲压模具 5.61 亿美元，约合 46.6 亿元。从上述数字可以得 出 2004 年我国冲压模具市场总规模约为 266.6 亿元。 其中国内市场总需吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文求为 260.4 亿元，总供应约为 213.8 亿元，市场满足率为 82%。随着与 国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到 产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中 最基础的要素之一， 模具制造技术现已成为衡量一个国家制造业水平高低 的重要标志，并在很大程度上决定企业的生存空间。虽然中国模具工业在 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。 冲压技术仍在继续进入新的技术领域，它将以更快的速度发展，发展 方向将突出“精、省、净”的需求。将更加科学化、数字化、可控化等几 个方向，而人工智能技术、智能化控制从实验阶段投入真正的大幅度的使 用阶段。将给整个工业领域造成新的局面。 1.4.2 发展趋势主要表现 从普通冲裁到精密冲裁、普通成型到精密成型、塑性到超塑性成型的 研究，各种性的成型工艺日新月异，冲压件的成型精度日趋精确，生产率 也有了极大提高，冲压加工到了高质量，高精度的水平，现在的精密冲裁 主要对象是对平板零件进行冲裁，过去精密冲裁只能对 5-8mm 以下的薄 板进行加工，而现在可以厚达到 25mm 的厚板实现精密冲裁。 由于采用了计算机辅助工程（CAE） ，冲压成型从原来的对应力应变进 行有限元分析而逐步发展到采用计算机进行工艺过程的模拟与分析， 以实 行冲压过程中的优化设计。此外，对材料的成形性能和成形极限的研究， 冲压成形难度的判定以及成形预报等技术的发展， 都标志冲压成形已经从 原来的经验、实验分析阶段开始走上由冲压理论指导的科学阶段，使冲压第一章 绪论成形走向计算机辅助工程化和智能化的发展道路。为了适应大批量、高效 生产的需要， 在冲压模具和设备上广泛应用了各种自动化的进、 出料机构。 例如在汽车的覆盖件，专门配置了机械手，这不仅提高了生产效率，而且 增加了冲压工作人员的安全性。 各种中小型冲压件广泛采用多任务位级进 模、多任务位或告诉压力机。为了适应多种产品生产时不断更换模具的需 要，而将柔性制造系统的概念引入模具成形生产。而冲压加工中心的出现 正标志着冲压向着自动化发展。 未来冲压技术主攻方向会是一种将控制论、信息技术、数理逻辑、 优化理论、计算机科学与板料成型理论有机结合而产生的综合的新技术。 就是智能化冲压。吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文第二章 设计任务及设计方案分析第二章2.1 零件的分析2.1.1 设计内容设计任务及设计方案分析(1)问题描述：本课题是针对所给冲压件的具体要求设计冲压件的冲 压工艺及其模具。冲压件外形及尺寸见图 2-1、图 2-2、图 2-3、图 2-4、 图 2-5，变速杆加强板，材料：St 14 HF（C&0.08、Mn&0.40、P&0.020、 S&0.030、Al&0.025） ，德国的普通结构钢，强度极限=270～350，延伸率 大于 42%，和普通低碳镀锌板相比硬度高，但是可塑性和韧性差，料厚 t=2.0mm，大批量生产。图 2-1 修边冲孔工艺面三维图吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文图 2-2 修边冲孔坯料三维图图 2-3 修边冲孔工艺面性能数据第二章 设计任务及设计方案分析图 2-4 修边冲孔工艺图图 2-5 变速杆加强板零件图吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文(2)具体应完成的设计内容有: ①模具整体方案设计，包括零件的工艺分析、模具类型的确定、压力 中心计算、刃口尺寸计算、压力机选择、定位方案、推件、出件装置的确 定等； ②模具整体装配图和模具主要零件图的设计； ③模具三维图的绘制分析；④模具运动动态模拟分析和装配分析； ⑤编写设计毕业论文或者设计说明书。(3)本研究主要是研究冲压过程中的工艺性、冲裁间隙、凸凹模刃口 尺寸的确定、排样、冲压力与压力的中心的计算。完成本课题后可获得以 下成果： ①熟练掌握冲压模具设计过程，完成工艺设计，完成一套完整的模具 设计,电脑绘制出模具的装配图和零件图。 ②熟练掌握三维零件的绘制和装配制作。 ③获得一副冲裁模具的设计技术与图纸， 冲裁过程中可能出现的问题 及解决方案。撰写出设计说明书。 2.1.2 拟解决的主要问题 重点解决的是如何合理实现修边冲孔工艺的模具设计。 由于变速杆加强板的零件形状复杂，难点是合理地设计修边冲孔工 序，并准确的设计模具的刃口配合尺寸，保证冲压件的成形及成型质量。第二章 设计任务及设计方案分析2.2 设计方案及分析2.2.1 冲裁加工原理 冲裁是利用冲模在压力机上使板料分离的一种冲压工艺。它包括切 断、落料、冲孔、修边、切口等多种工序，但一般说来主要是落料和冲孔 工序。 冲裁变形过程可分为四个阶段：图 2-6 冲裁变形过程第一阶段：弹性变形阶段 凸模与材料接触后， 先将材料压平， 继而凸模及凹模刃口压入材料中， 由于弯曲力矩的作用，材料不仅产生弹性压缩且略有弯曲。随着凸模继续 压入，材料在刃口部分所受的应力也逐渐增大，到一定程度时，材料内应 力达到弹性极限，此为材料的弹性变形阶段。吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文第二阶段：塑性变形阶段 凸模继续压入，压力增加，材料内的应力达到屈服极限，产生塑性变 形。随着塑性变形程度的增大，材料内部的拉应力和弯矩随之增大，变形 区材料硬化加剧，当压入深度达到一定程度时，刃口附近材料的应力值达 到最大值，此为塑性变形阶段。 第三阶段：裂纹延伸阶段 凸模压入在塑性变形进行到一定程度时， 材料的内应力达到剪切强度 极限时，材料在刃口出出现裂纹，并且随着凸模的继续压入，裂纹沿刃口 方向延伸扩展。 第四阶段：断裂分离阶段 凸模压入深度达到一定程度时，先后在凹、凸模刃口侧面产生裂纹， 裂纹产生后沿最大剪应力方向向材料内层发展，当凹、凸模刃口处的裂纹 相遇重合时，材料便被剪断分离。2.3 零件冲裁工艺分析冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲压工艺的适应性，即冲裁件的结构、 形状、尺寸及公差等技术要求是否是否符合冲裁加工的工艺要求。第二章 设计任务及设计方案分析图 2-7 汽车变速器加强板实物图汽车变速器加强板的零件实物图如图 2-7 所示， 其加工工艺分为四个 步骤：拉延--修边冲孔―翻边―冲孔，本设计为其中的修边冲孔工序，所 用材料为第一步经拉延工序完成后的金属板料， 此板料具有拉延后的拉延 曲面，可作为本设计的定位面。 图 2-1、图 2-2、图 2-3、图 2-4 所示为修边冲孔工艺零件工艺参数， 修边量 1188.7mm，冲孔部分是两个直径 11.1mm 的孔，周长和 69.7mm。 从接触面的工艺孔来保证此零件上的修边位置及小孔位置是该零件 设计需要做的重点工作。该零件的毛坯的外形尺寸较大，修边位置靠冲孔 后形成的定位曲面来确定，冲孔则需要靠保持凸模和凹模之间的刃口尺 寸，相对位置来保证。 本工序所需的板料尺寸较大，在完成修边冲孔工序后，为方便取下废 料，应该在修边冲孔工艺后对废料板进行裁剪，根据废料的形状，拟将废 料板切成四块，并在模具上设计滑道，方便废料自动滑出。吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文2.3.1 冲裁件最小孔间距的校核 根据冲压手册查得，料厚为 2.0mm 的凸凹模最小壁厚为 4.9mm。 通过几何关系计算，本零件的最小孔间距为： a=220mm&6.7mm ， 因此，该零件的最小孔间距满足凸凹模的最小壁厚要求。 2.3.2 冲裁件最小孔边距的校核 同样根据冲压手册查得，材料厚为 3.0 的凸凹模最小壁厚为 6.7mm， 通过几何关系计算：本零件最外圈孔离零件边缘的最小边距为： a=17.8mm&4.9mm 因此，该零件的最小孔边距满足凸凹模的最小壁厚要求。 2.3.3 对零件精度的分析 冲裁件内外形的经济精度不高于 GB 级。 一般要求落料件 精度最好低于 IT10，冲孔件最好低于 IT9 级。 经过对零件图的观察分析之后，该零件为汽车变速器加强板，加强变 速器的机械性能，对外观要求不高，对整个零件曲面精度要求较高。为了 保证成形尺寸及精度，要求拉延工序使用精度较高的拉延模具，在修边冲 孔工序中，对冲孔模具和修边模具的相对位置有较高的要求，可通多改善 这些方面的模具精度来提高零件的生产精度。2.4 拟订工艺方案2.4.1 基本工艺方案确定 首先根据零件形状确定冲压工序类型和选择工序顺序。 冲压该零件需第二章 设计任务及设计方案分析要的基本工序由剪切（或落料） 、冲孔、切废料。 通过对制件的结构进行分析和工艺方案的确定， 可采用的冲裁方案及 模具形式为： 方案一：先冲孔，后落料。单工序模生产。 方案二：冲孔――落料复合冲压。复合模生产。 方案三：冲孔――落料级进冲压。级进模生产。 分析各工序有： 方案一是单工序模生产。单工序模是在冲压的一次行程过程中，只能 完成一个冲压工序的模具。 方案二是复合模生产。复合模是在冲压的一次行程过程中，在同一工 位上同时完成两道或两道以上冲压工序的模具。 方案三是级进模生产。级进模是多任务序冲模，在一副级进模上可对 形状十分复杂的冲压件进行冲裁、弯曲、拉深成型等工序。表 2-1 单工序模、复合模和连续模的特点比较 项目 冲压精度 单工序模 一般较低 复合模 中、高级精度 除条料外，小件 也可用边角料 较高 难，只能在单机 上实现部分机械 操作 较差，仅适合于 大批量生产 连续模 中、高级精度原材料要求 冲压生产率 实现操作机械化 自动化的可能性不严格 低 较易，尤其适合于 在多工位压力机 上实现自动化 好，适合于中、小 批量生产及大型 件的大量生产 结构简单，制造周 期短，价格低条料或卷料 高 容易， 尤其适合于在单 机上实现自动化生产通用性较差， 仅适合于中、 小 型零件的大批量生产 结构复杂， 制造和调整 难度大， 价格与工位数 成比例上升冲模制造的复杂 性和价格结构复杂，制造 难度大，价格高综上所述，对以上两个方案从模具结构、材料利用率、生产成本和生吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文产效率以及自动化程度等多方面因素考虑，最终选择第二套方案。 2.4.2 模具形式与结构比较 模具的结构形式很多，可根据冲压件的形状、尺寸、精度、材料性能 和生产批量及冲压设备、模具加工条件、工艺方案等设计。在满足冲压件 品质要求的前提下，力求模具结构简单、制造周期短、成本低、生产效率 高、寿命长。 (1)根据冲压件的形状和尺寸，确定凸、凹模的加工精度、结构形式 和固定方法； (2)根据毛坯的特点、冲压件的精度和生产批量，确定定位、导料和 挡料方式； (3)根据工件和废料的形状、大小，确定进料、出件和排出废料的方 式； (4)根据板料的厚度和冲压件的精度要求，确定压料与卸料方式，压 料或不压料，弹性卸料或刚性卸料； (5)根据生产批量，确定操作方式：手工操作，自动或半自动操作； (6)根据冲压件的特征和对模具寿命的要求，确定合理的模具加工精 度，选取合理的导向方式和模具固定方式； (7)根据所使用的设备，确定模具的安装与固定方式。 模具总体结构形式的确定是设计时必须先解决的问题， 也是冲摸设计 的关键，它直接影响冲压件的质量、成本和冲压生产的水平，模具类型的 选定， 应以合理的冲压工艺为基础， 根据冲压件的形状、 尺寸、 精度要求、 材料性能、生产批量、冲压设备、模具加工条件等多方面的因素，做综合 的分析研究并比较其综合经济效果， 以期在满足冲压件质量的要求的前提 下，达到最大限度地降低冲压件的生产成本，确定模具的结构形式时，必第二章 设计任务及设计方案分析须解决以下方面的问题： (1)模具类型简单模，连续模，复合模等； (2)操作方式手工操作，自动化操作，半自动化操作； (3)进出料方式根据原材料的型式确定进料的方法，取出和整理零件 的方法，原料定位方法； (4)压料与卸料方式压料或不压料，弹性或钢性卸料； (5)模具精度根据冲压件的特点确定合理的加工精度，选取合理的导 向方式及模具的固定方法等。 除生产批量、生产成本、冲压件的质量要求外，在设计冲模时还必须 对其维修性能、操作方便、安全性特别是手工操作模的安全方面等予以充 分的注意。 2.4.3 模具总体设计 2.4.3.1 操作方式 零件的生产批量较大，但合理安排生产可用手工送料方式，提高经济 效益。 2.4.3.2 定位方式 本设计为修边冲孔工序， 所用材料为第一步经拉延工序完成后的金属 板料，此板料具有拉延后的拉延曲面，可作为本设计的定位面。 2.4.3.3 卸料方式 刚性卸料与弹性卸料的比较： 刚性卸料是采用固定卸料板结构。常用于较硬、较厚且精度要求不高 的工件冲裁后卸料。 当卸料板只起卸料作用时与凸模的间隙随材料厚度的 增加而增大，单边间隙取（0.2～0.5）t。当固定卸料板还要起到对凸模 的导向作用时卸料板与 凸模的配合间隙应该小于冲裁间隙。此时要求凸吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文模卸料时不能完全脱离卸料板。主要用于卸料力较大、材料厚度大于 2mm 且模具结构为倒装的场合。 弹压卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于料厚小于或等于 2mm 的板料由于有压料作用，冲件比较平整。卸料板与凸模之间的单边间 隙选择（0.1～0.2）t,若弹压卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配 合间隙应小于冲裁间隙。 常用作落料模、 冲孔模、 正装复合模的卸料装置。 工件面为曲面，料厚为 2mm 相对较薄，卸料力较大，由于弹压卸料模 具比刚性卸料模具方便，操作者可以看见条料在模具中的送进动态，且弹 性卸料板对工件施加的是柔性力， 不会损伤工件表面， 故可采用弹性卸料。 2.4.3.4 出件方式 因采用复合模生产，故采人工前后出件为佳。 2.4.3.5 确定送料方式 因选用的冲压设备为开式压力机，采用纵向送料方式，即由前向后送 料。 2.4.3.6 确定导向方式 方案一：采用对角导柱模架。由于导柱安装在模具压力中心对称的对 角线上，所以上模座在导柱上滑动平稳。常用于横向送料级进模或纵向送 料的落料模、复合模。 方案二：采用后侧导柱模架。由于前面和左、右不受限制，送料和操 作比较方便。因为导柱安装在后侧，工作时，偏心距会造成导套导柱单边 磨损，严重影响模具使用寿命，且不能使用浮动模柄。 方案三： 四导柱模架。 具有导向平稳、 导向准确可靠、 刚性好等优点。 常用于冲压件尺寸较大或精度要求较高的冲压零件， 以及大量生产用的自 动冲压模架。 方案四：中间导柱模架。导柱安装在模具的对称线上，导向平稳、准第二章 设计任务及设计方案分析确。但只能一个方向送料。 根据以上方案比较并结合模具结构形式和送料方式， 为提高模具寿命 和工件质量，采用四导柱模架的导向方式，即方案一最佳。 2.4.3.7 冲裁质量、模具磨损与润滑 (1)冲裁质量 冲裁件的翘曲、冲裁件与冲孔的粗糙断面，除用精密冲裁方法外，都 是不可避免的。在普通冲裁中，这张缺陷是由于在裁断部分凸模和凹模力 不重合形成了弯矩以及材料剪断时板平面内受到的拉应力造成的， 其主要 原因是间隙。弯曲造成工件翘曲，拉应力增加了断面的粗糙度。为了提高 冲裁件与冲孔质量，具体方法时看： (a)尽量用最小的合理间隙； (b)用压板压紧凹模面上的板料，不使其翘曲； (c)用强有力的顶件装置对冲裁件施加反力，也是为了不使其翘曲； (d)减小搭边宽度，以减小拉应力。搭边小时，会将冲裁转变为整修， 即将剪断变为切削性质，但这是不易做到的，而且影响进料和模具寿命； (e)用适当的润滑剂。 (2)模具磨损与润滑 间隙小对模具寿命不利，应视具体要求，采用适当大的间隙。加快磨 损和恶化冲裁件质量的一大原因是金属件的粘贴。粘贴的原因是：粘贴的 基本原因是金属间的附着力；无氧化、干净光洁的表面和相同的材料，容 易造成分子间的吸附条件；高温、高压和塑性变形会加强这种作用；强度 小的金属，容易失去金属，粘到强大的金属上；又基于高温是粘贴的有利 条件，故金属粒总是容易贴到导热性差的金属上。模具材料与冲裁材料相 比，总是强大而导热性低，故总是强度小的冲裁材料贴在模具上。 粘贴后，是材料与模具间的摩擦变成了材料与材料之间的摩擦，大大吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文提高了摩擦力和摩擦热，更加剧了粘贴并恶化了冲裁质量。基于第二个理 由，抛光的凸模不如车削的凸模。车削的凸模表面其脱料力比抛光的凸模 表面低，寿命比抛光的长。故冲裁工作面并不是愈光洁愈好，尤其是在容 易粘贴的情况下如此。对于细凸模，由于热容量小，在冲裁中温度迅速升 高，粘贴后脱料力大大增加，凸模会被脱料力拉断。凹模由于质量大，散 热容易，切润滑剂汇集，温度升高不显著，故粘贴现象较小。为了避免同 类材料之间的吸附作用，冲裁钢材使，对凸凹模镀铬是一个减轻粘贴的方 法。冲裁对润滑剂的要求，降温比润滑本身的作用更重要。用机油反而会 提高脱料力， 而切削用的冷却剂可是脱料力降低 15-60％， 减轻粘贴现象， 提高模具寿命。也可以用水和一般润滑油比为 20：1 的稀释润滑剂进行冲 裁，这样存留在冲裁件上的残迹不显著，也便于清除。第三章 模具设计计算第三章 模具设计计算3.1 基本尺寸计算3.1.1 毛胚尺寸 所用毛胚尺寸：410mm×580mm。 3.1.2 计算材料利用率 冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率， 它是衡 量合理利用材料的重要指标。 材料利用率η＝冲裁面积/毛胚面积 =0.105mm2/0.238mm2=44.1％3.2 冲压力的计算3.2.1 冲裁力的计算 用平刃冲裁时，其冲裁力 F 一般按下式计算： F=KLtτb 式中 F―冲裁力； L―冲裁周边长度； t―材料厚度； τb―材料抗剪强度； K―系数，系数Ｋ是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动 和不均匀，刃口磨损、板料力学性能和厚度波动等原因的影响而给出修正 (《冲压工艺学》2-10)吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文系数，一般取Ｋ=1.3。 查表取τb=320Mpa，且 t=2.0mm，用 CATIA 软件测算(见图 3-1)修边 周长 L1=mm，冲孔周长总和 L2=69.7mm。图 3-1 修边周长尺寸所以F=KLtτb =1.3×(.7)×320×2.0 =732.892KN3.2.2 推件力、顶件力、卸料力、的计算 推件力： 顶件力： 卸料力： F…冲裁力； n…梗塞在凹模内的制件或废料数量(n=h/t)； h…直刃口部分的高(mm)； t…材料厚度(mm)； K1 、K2 、K3…推件力、顶件力、卸料力系数 F1=n K1F F2= K2F F3= K3F第三章 模具设计计算查冲压手册，得：K1 =0.055 K2 =0.06 K3 =0.05 代入上述三个公式，得：F1=n K1F =40.309KN F2= K2F=43.974KN F3= K3F=36.645KN 采用弹性卸料装置和上出件方式： 所以总冲压力 F0=F+F2+F3=813.511KN 根据冲压力计算结果拟选压力机规格为机械压力机、公称压力 1600KN。3.3 模具压力中心的确定模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。 为了确保压力 机和模具正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合，否 则，会使冲模和力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的摩 擦，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。该零件的机 械加工中心由软件确定，选取机械加工中心为其压力中心。3.4 工作零件刃口尺寸计算3.4.1 冲裁间隙分析 (1)间隙对冲裁件尺寸精度的影响 冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值， 差值越 小，则精度越高，这个差值包括两方面的偏差，一是冲裁件相对于凸模或 凹模的偏差，二是模具本身的制造偏差。吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文(2)间隙对模具寿命的影响 模具寿命受各种因素的综合影响， 间隙是也许模具寿命诸因数中最主 要的因数之一，冲裁过程中，凸模与被冲的孔之间，凹模与落料件之间均 有摩擦，而且间隙越小，模具作用的压应力越大，摩擦也越严重，所以过 小的间隙对模具寿命极为不利。 而较大的间隙可使凸模侧面及材料间的摩擦减小， 并延缓间隙由于受 到制造和装配精度的限制，出现间隙不均匀的不利影响，从而提高模具寿 命。 (3)间隙对冲裁工艺力的影响 随着间隙的增大，材料所受的拉应力增大，材料容易断裂分离，因此 冲裁力减小。 通常冲裁力的降低并不显著， 当单边间隙在材料厚度的 5-20% 左右时，冲裁力的降低不超过 5-10%。间隙对卸料力推料力的影响比较显 著。间隙增大后，从凸模里卸料和从凹模里推料都省力当当单边间隙达到 材料厚度的 15-25%左右时的卸料力几乎为零。但间隙继续增大，因为毛 刺增大，又将引起卸料力、顶件力迅速增大。 (4)间隙值的确定 由以上分析可见，凸、凹模间隙对冲裁件质量、冲裁工艺力、模具寿 命都有很大的影响。因此，设计模具时一定要选择合理的间隙，以保证冲 裁件的断面质量、 尺寸精度满足产品的要求， 所需冲裁力小、 模具寿命高， 但分别从质量，冲裁力、模具寿命等方面的要求确定的合理间隙并不是同 一个数值，只是彼此接近。考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损、生 产中通常只选择一个适当的范围作为合理间隙，只要间隙在这个范围内， 就可以冲出良好的制件，这个范围的最小值称为最小合理间隙 Cmin，最 大值称为最大合理间隙 Cmax。考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增 大，故设计与制造新模具时要采用最小合理间隙值 Cmin。第三章 模具设计计算确定合理间隙的方法有经验法、理论确定法和查表法。 根据近年的研究与使用的经验，在确定间隙值时要按要求分类选用。 对于尺寸精度，断面垂直度要求高的制件应选用较小的间隙值，对于垂直 度与尺寸精度要求不高的制件，应以降冲裁力、提高模具寿命为主，可采 用较大的间隙值。由于理论法在生产中使用不方便，所以常采用查表法来 确定间隙值。 经验公式； 软材料： t＜1mm，C=(3%-4%)t t=1-3mm，C=(5%-8%)t t=3-5mm，C=(8%-1%)t 硬材料： t＜1mm，C=(4%-5%)t t=1-3mm，C=(6%-8%)t t=3-8mm，C=(8%-13%)t 3.4.2 落料冲孔凹、凸模刃口尺寸计算 该制件外形为一圆形，相对较简单，适合采用凸凹模配作加工。配作 法加工的特点是模具的间隙由配做保证，工艺比较简单，无需较核[δT ＋δA]≤Zmax―Zmin 的条件，并且还可以放大基准件的制造公差，使制 造容易，所以采用配作法加工。 查阅《冲压手册》得冲裁模刃口的双面间隙： Zmax=0.246mm； Zmin=0.360mm； 尺寸计算原则： 在确定冲模凸模和凹模工作部分尺寸时，必须遵循以下几项原则 (1)根据落料和冲孔的特点，落料件的尺寸取决于凹模尺寸，因此落吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文料模应决定凹模尺寸，用减小凸模尺寸来保证合理间隙；冲孔件的尺寸取 决于凸模尺寸，故冲孔模应先决定凸模尺寸，用增大凹模尺寸来保证合理 间隙。 (2)根据刃口的磨损规律，刃口磨损后尺寸变大，其刃口的基本尺寸 应取接近或等于工件的最小极限尺寸；刃口磨损后尺寸减小，应取接近或 等于工件的最大极限尺寸。 (3)考虑工件精度与模具精度间的关系， 在选择模具刃口制造公差时， 既要保证工件的精度要求，又能保证有合理的间隙数值。一般冲模精度较 工件精度高 2-3 级。 冲孔凸模刃口尺寸计算 落料件尺寸为φ 11 . 1+ 0 . 36 mm 的凸凹模由冲压手册得： 0 δ凹=δ凸=0.02mm 由于δ凹+δ凸&Zmax，故采用凸模与凹模分别加工的加工方法。 由冲压手册，得χ=0.5 则 d 凸=（d+χ△）-δ凸 =（11.1+0.5×0.36） 00 . 02 mm =11.28 00 . 02 mm 则 d 凹=（d+χ△+2cmin）+δ凹 =（11.1+0.5×0.36+0.360） 0 . 02 mm 00 =11.64 0 . 02 mm第四章 主要零部件设计第四章 主要零部件设计4.1 模架的选用模架选用四导柱模架，上模座为 940mm×870mm×245mm，下模座为 940mm×870mm×370mm。模架结构形式见图 4-1。图 4-1 模架结构图4.2 冲孔凸模所冲孔为圆形孔， 为方便装配和满足凸模强度将冲孔凸模设计成阶梯 式，采用数控铣床、线切割加工。吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文冲孔凸模结构形式见图 4-2。图 4-2 凸模4.3 冲孔凹模冲孔凹模与凸模配合使用。冲孔凹模结构形式见图 4-3。图 4-3 凹模第四章 主要零部件设计4.4 卸料部件的设计卸料方式有三种，刚性卸料、弹性卸料、刚弹性结合卸料，根据卸料 力的大小及模具结构形式来选择合适的卸料方式。 4.4.1 卸料件的设计 根据模具的结构要求，选择弹性卸料板。弹性卸料板具有卸料和压料 的双重作用，多用于冲制薄料，使工件的平面度提高。借助弹簧、橡胶或 气垫等弹性装置卸料，常兼作压边、压料装置或凸模导向。 卸料件采用 45 钢制造，淬火硬度 40～45HRC。其结构尺寸见图 4-4、4-5。图 4-4 压料板二维图吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文图 4-5 压料板三维图4.4.2 卸料螺钉的选用 卸料板上设置 6 个卸料螺钉， 公称直径为 23mm,螺纹部分为 M16×27mm, 卸料螺钉尾部应留有足够的行程空间，以保证卸料的正常运动。卸料螺钉 拧紧后，应使卸料螺板超出凹模端面 1mm,有误差时通过在螺钉与卸料板 之间安装垫片来调整。卸料螺钉具体尺寸图 4-6。第四章 主要零部件设计图 4-6 退料板螺钉4.5 导向装置的选用导向装置用于冲裁模上、下模之间的定位连接和运动导向。导向零件 可以消除压力机滑块运动误差对模具运动精度的影响，保证凸、凹模间隙 分布均匀， 同时便于安装和调整， 因而提高模具的使用寿命和冲裁件精度， 常用的导向装置有导柱导套式和滚珠导向式。 本模具设计采用导柱导套式 导向装置。 4.5.1 导柱的选用 导柱选用以下模座孔尺寸为依据，选择导柱尺寸为φ60mm×250mm。 导柱具体尺寸见图 4-7。吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文图 4-7 导柱4.5.2 导套的选用 导套选用 A 型导套，以所选模架尺寸为依据，配合导柱规格选择导套 规格，导套尺寸为φ60mm×90mm×φ80mm。导套结构尺寸见图 4-8。图 4-8 导套第四章 主要零部件设计导柱导套一般用 20 钢或 20Cr 制造，要求表面有足够的硬度，芯部要 有足够的韧性。热处理方法为：表面渗碳处理，渗碳层 0.8～1.2mm，淬 硬 58～62HRC。4.6 顶件装置的选用顶件装置选用气缸连接顶板，顶板上粘接有橡胶垫来完成顶件工艺。 顶板组件的具体尺寸见图 4-9、4-10。图 4-9 顶板组件二维图吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文图 4-10 顶板组件三维图采用气缸推动顶板组件运动顶件，顶板另一端装有导杆导向。 导杆具体尺寸见图 4-11。图 4-11 导杆第四章 主要零部件设计选用气缸为 CM2F32-25A。气路简图见图 4-12。图 4-12 气路简图4.7 压力机的选择选取闭式双点压力机，型号：JD36-400。 其主要特点为： (1)压力机的机身采用铸造或钢板焊接组合式结构；横梁、左右立柱 和底座（工作台）通过 4 根拉紧螺栓预紧而组成一体；采用计算机优化吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文设计，保证了机身的强度、刚性和其它性能要求。 (2)离合器――制动器采用刚性联锁的气动摩擦系统，动作平稳、噪 音低、安全可靠、使用寿命长。 (3)装模高度调整采用机动调节机构和齐全的联锁保护系统，操作维 修方便安全。 (4)设有合理的润滑系统，保证各润滑部位有充足的油量。 (5)电气控制系统采用 PLC 控制系统，可靠性高；也可根据用户的需 要，采用常规（继电器）电气控制系统。 压力机主要性能数据： 取 F 压≥（1.6～1.8）F0 =1383KN 所选压力机的规格： 公称压力：1600KN 最小装模高度：600mm 上滑块大小：1400mm×3800mm 导轨间距：3570mm 立柱间距：3800mm 最大装模高度：1000mm 下台面大小：1400mm×3800mm4.8 紧固件的选择从冲压手册上选择需要螺钉，螺栓，销钉。选择完毕之后将其按照要 求一一装备起来。 选用紧固件情况如下： 螺钉 螺钉 螺钉 螺塞 螺钉 GB/78-85 GB/70-85 GB/65-85 GB/T2250-91 GB/70-85 M10×30 M6×16 M6×16 M16×1.5 M8×40 4个 2个 2个 8个 4个第四章 主要零部件设计柱销 螺钉 螺钉 螺钉GB/120-85 GB70-85 GB70-85 GB73-8512×40 M12×45 M10×25 M10×2016 个 28 个 32 个 4个吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文第五章 修边冲孔模具 CAD 建模装配及虚拟装配仿真5.1 CAD 平台简介本设计以 CATIA_P3_V5R12 为 CAD/CAE/CAM 设计平台。CATIA 是由法 国著名飞机制造公司 Dassau1t 开发并由 IBM 公司负责销售的世界上一种 主流的 CAD/CAE/CAM 一体化软件。 从产品生命周期管理入门到最佳经验利 用及业务过程优化等深层应用都可用 CATIA 系统完成，三位建模工具，可 以进行模具、自由曲面、等建模，可以进行有限元分析，可以生成数控代 码等。 作为世界领先的 CAD/CAM 软件，CATIA 可以帮助用户完成大到飞机小 到螺丝刀的设计及制造，它提供了完备的设计能力：从 2D 到 3D 到技术指 标化建模，同时，作为一个完全集成化的软件系统，CATIA 将机械设计、 工程分析及仿真和加工等功能有机地结合， 为用户提供严密的无纸工作环 境从而达到缩短设计生产时间、提高加工质量及降低费用的效果。 5.1.1 CATIA 功能模块简介 CATIA_V5 有超过 100 个工作模块，本次设计主要使用到：零件设计 （PART DESIGN）,CATIA 特征设计模块(FEA),装配设计(ASS), Drafting(DRA) ,CATIA 绘图-空间(2D/3D)集成(DRS), 创成式外形建模 (GSM),自由外形设计(FRF), 装配模拟(Fitting Simulation),空间分析 (SPA),IGES 集成接口,制造基础框架(Manufacturing Infrastructure), 注模和压模加工辅助器(Mold and Die Machining Assistant),CATIA 目 标管理器 (COM),CATIA 机构设计运动分析模块(KIN)等几个模块，以下分 别加以介绍：第五章 修边冲孔模具 CAD 建模装配及虚拟装配仿真(1)零件设计（Part Design） CATIA 零件设计（Part Design）是进行零件三维实体建模的主要模 块， 可以完成各种基本体素及特征的建模， 还可以完成对各种特征的编辑， 实现数据管理等。 (2)CATIA 特征设计模块(FEA) CATIA 特征设计产品通过把系统本身提供的或客户自行开发的特征用 同一个专用对话结合起来，从而增强了设计师建立棱柱件的能力。这个专 用对话着重于一个类似于一族可重新使用的零件或用于制造的设计过程。 (3)装配设计(ASS) CATIA 装配设计可以使设计师建立并管理基于 3D 零件机械装配件。 装配件可以由多个主动或被动模型中的零件组成。 基于先前定义零件的辅 助零件定义和依据其之间接触进行自动放置，可加快装配件的设计进度， 后续应用可利用此模型进行进一步的设计、分析、制造等。 (4)Drafting(DRA) CATIA 制图产品是 2D 线框和标注产品的一个扩展。制图产品使用户 可以方便地建立工程图样，并为文本、尺寸标注、客户化标准、2D 参数 化和 2D 浏览功能提供一整套工具。 (5)Draw-Space(2D/3D) Integration(DRS) CATIA 绘图-空间(2D/3D)集成产品将 2D 和 3D CATIA 环境完全集成在 一起。 该产品使设计师和绘图员在建立 2D 图样时从 3D 几何中生成投影图 和平面剖切图。通过用户控制模型间 2D 到 3D 相关性，系统可以自动地由 3D 数据生成图样和剖切面。 (6)自由外形设计(FRF)吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文CATIA 自由外形设计产品提供设计师一系列工具，来实施风格或外形 定义或复杂的曲线和曲面定义。 NURBS 的支持使得曲面的建立和修形以 对 及与其它 CAD 系统的数据交换更加轻而易举。 (7)创成式外形建模(GSM) 创成式外形建模产品是曲面设计的一个工具， 通过对设计方法和技术 规范的捕捉和重新使用，可以加速设计过程，在曲面技术规范编辑器中对 设计意图进行捕捉， 使用户在设计周期中任何时候方便快速地实施重大设 计更改。 (8)装配模拟(Fitting Simulation) CATIA 装配模拟产品可使用户定义零件装配或拆卸过程中的轨迹。使 用动态模拟，系统可以确定并显示碰撞及是否超出最小间隙。用户可以重 放零件运动轨迹，以确认设计更改的效果。 (9)空间分析(SPA) CATIA 空间分析产品允许汽车、航空航天、造船和设备行业的机械设 计师检查零件干涉和验证 CATIA3D 元素之间的间隙。 该产品对快速方便地 混合环境下辨别和确定相关干涉提供了集成化的工具。 (10)CATIA 机构设计运动分析模块(KIN) CATIA 运动机构产品可使用户通过真实化仿真设计并验证机构的运动 状况， 基于新的或现有的零件几何， 运动机构可以建立许多 2D 和 3D 连接， 来分析加速度、干涉、速度、间隙等。 (11)制造基础框架(Manufacturing Infrastructure) CATIA 制造基础框架产品是所有 CATIA 数控产品的基础，其中包含的 NC 工艺数据库(NC Technological Database)存放所有刀具、刀具组件、 机库、材料和切削状态等信息。该产品提供对走刀路径进行重放和验证的第五章 修边冲孔模具 CAD 建模装配及虚拟装配仿真工具，用户可以通过图形化显示来检查和修改刀具轨迹；同时可以定义并 管理机械加工的 CATIA_NC 程序，并且建立和管理后处理代码和语法。 (12)注模和压模加工辅助器(Mold and Die Machining Assistant) CATIA 注模和压模加工辅助器产品将加工象注模和压模这样的零件的 数控程序的定义自动化。这种方法简化了程序员的工作，系统可以自动生 成 NC 文件。 (13)CATIA 目标管理器 (COM) CATIA 目标管理器产品包含所有 CATIA 解决方案产品和配置所需的的 基础框架和共同特点。该产品提供了共享用户界面、数据管理和环境控制 等特点，这些对 CAD/CAM/CAE 系统的有效操作是有益的。 (14)IGES 集成接口 CATIA/IGES 集成接口通过中性 IGES 格式同其它 CAD/CAM/CAE 系统双 向交换数据，支持行业标准的 IGES 功能。 5.1.2 CATIA 系统特点 围绕数字化产品和电子商务集成概念进行系统结构设计的 CATIA V5 版本，可为数字化企业建立一个针对产品整个开发过程的工作环境。在这 个环境中，可以对产品开发过程的各个方面进行仿真，并能够实现工程人 员和非工程人员之间的电子通信。产品整个开发过程包括概念设计、详细 设计、工程分析、成品定义和制造乃至成品在整个生命周期中的使用和维 护。 相对于以前版本和其他 PLM 软件，CATIA 具有以下系统特点： (1)基于组件技术的体系结构吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文为确保 CATIA 产品系列的发展，CATIA V5 新的体系结构突破传统的 设计技术，采用了代表新一代的技术和标准的组件技术建立体系结构，可 快速地适应企业的业务发展需求，使客户具有更大的竞争优势。 (2)支持不同应用层次的可扩充性 CATIA V5 对于开发过程、功能和硬件平台可以进行灵活的搭配组合， 可为产品开发链中的每个专业成员配置最合理的解决方案。 允许任意配置 的解决方案，可满足从最小的供货商到最大的跨国公司的需要。 (3)与 NT 和 UNIX 硬件平台的独立性 CATIA V5 是在 Windows NT 平台和 UNIX 平台上开发完成的，并在所 有所支持的硬件平台上具有统一的数据、功能、版本发放日期、操作环境 和应用支持。CATIA V5 在 Windows 平台的应用可使设计师更加简便地同 办公应用系统共享数据；而 UNIX 平台上 NT 风格的用户接口，可使用户在 UNIX 平台上高效地处理复杂的工作。 (4)专用知识的捕捉和重复使用 CATIA V5 结合了显式知识规则的优点，可在设计过程中交互式捕捉 设计意图，定义产品的性能和变化。隐式的经验知识变成了显式的专用知 识，提高了设计的自动化程度，降低了设计错误的风险。 (5)给现存客户平稳升级 CATIA V4 和 V5 具有兼容性， 两个系统可并行使用。 对于现有的 CATIA V4 用户，V5 年引领他们迈向 NT 世界。对于新的 CATIA V5 客户，可充分 利用 CATIA V4 成熟的后续应用产品，组成一个完整的产品开发环境。第五章 修边冲孔模具 CAD 建模装配及虚拟装配仿真5.1.3 CATIA 应用领域 CATIA 系统不仅在航空航天，还在汽车、造船、消费电子、机械加工、 生活资料等领域得到广泛的应用，在全球拥有超过 13000 的用户，各领域 主要应用体现如下： (1)汽车运输 CATIA 是汽车工业的事实标准，是欧洲、北美和亚洲顶尖汽车制造商 所用的核心系统。CATIA 在造型风格。车身及引擎设计等方面具有独特的 长处， 为各种车辆的设计和制造提供了端对端 （end-to-end） 的解决方案， CATIA 涉及产品、加工和人三个关键领域。CATIA 的可伸缩性和并行工程 能力可显著缩短产品上市时间。 (2)消费品 全球有各种规模的消费品公司信赖 CATIA，其中部分原因是 CATIA 设 计的产品风格新颖，而且具有建模工具和高质量的渲染工具。CATIA 已用 于设计和制造如下多种产品：餐具、计算机、厨房设备、电视和收音机以 及庭院设备 (3)航空 CATIA 源于航空工业,是业界无可争辩的领袖.以其精确安全,可靠性 满足商业 、 防御和航空领域各种应用的需要，CATIA 引以自豪的几个主 要项目（例如波音 777，737）均成功地用 100％数字模型无纸加工完成。 这在航空工业中从来没有过。CATIA 与 STEP 完全兼容，为航空提供的解 决方案，包括管道系统（Piping and Tabling） ，组装、结构、内部负荷 分析（业界第一） 、电路布线和综合利用 (4)工厂装配 一个产品仅有设计是不够的，还必须成功地制造出来，CATIA 擅长 于 为 棱 柱 和 工 具 零 件 作 2D/3D 关 联 , 分 析 和 NC ； CATIA 规 程 驱 动吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文（Spec-driven）的混合建模方案保证高速生产和组装精密产品，如机床、 医疗器械、胶印机、钟表及工厂设备等均能做到一次成功。 (5) AEC/造船业 在丰富经验的基础上,IBM-ETS 和 Dassault-System 为造船业、发电 厂、加工厂和工程建筑公司开发新一代解决方案。CATIA-CADAMPlant 是 这些行业中的第一个面向对象和知识工程技术的系统。5.2 计算机辅助设计建模方法5.2.1 产品设计建模流程及发展 机械产品开发过程正面临下列四个重要方面的转变: 从串行工程转变到扩展企业范围的并行协作工程。 从零件的参数化建模转变到产品的参数化建模。 从基于二维工程图纸的开发过程转变到以三维实体模型为中心的开 发过程。 从部门的 CAD/CAE/CAM 数据管理转变到产品生命周期的数据管理。 现代产品设计已经摒弃基于图纸的设计思路，而采用基于特征，基于 过程的设计方法，随着科技的进步，基于知识工程的产品设计将占主导地 位如图 5-1 所示。依靠 CATIA 能实现产品设计中复杂产品的有效设计，通 过 Feature_Based Modeling、Direct Modeling 组合参数化, 非-参数化 和直接建模方法，提供在设计过程中的灵活性；装配建模采用自顶向下或 从底向上的思想，利用向导式的优化工具有效的完成设计；利用集成的数 字仿真与产品设计检验完成对产品的设计定型， 标准化的制造过程仿真直 至完成产品的 NC 加工。第五章 修边冲孔模具 CAD 建模装配及虚拟装配仿真图 5-1 CATIA _CAD/CAE/CAM 工作流程5.2.2 几何实体建模方法要点 对于实体几何造型来说， 不同的构造过程虽然可以构造出同样的实体 零件，但其造型过程及实体的构型结构（结构树）却直接影响到实体模型 的稳定性、可修改性、可理解性及实体的应用。一个好的实体零件的结构 树应为： (1)其结构树应是低而平缓的树结构，可以提高拼合运算的速度，提 高实体模型的稳定性和可靠性，优化零件的修改和更新(Udate)性能。 (2)避免在体素或特征之间的非法和多余的操作。 (3)能够反映零件的结构和构造特点体素或特征的合理组合，可充分 反映零件的结构和构造特点，提高零件的可理解性及可修改性。 (4)可方便应用把具有相同工程特性或应用特性的体素或特征进行合 理组合，可方便实体模型在其他应用(如输出 2D 工程绘图、NC 加工等)中 的处理。 在零件构造以前，首先应仔细研究所要完成零件的特点和技术要求，吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文制定清晰合理的构造方案：由哪些体素或特征组成，体素之间如何进行拼 合操作，拼合操作的顺序等。在零件造型过程中，应该非常用心地管理你 所设计零件的造型结构。使用 CATIA 系统构造复杂实体几何零件要点如 下： (1)尽量简化实体的结构 实体零件越复杂，其稳定性、可靠性、可修改性、可理解性就越差。 因此，在技术要求允许的情况下，尽量简化实体零件的结构，即在实体零 件造型过程中所使用的特征体素，能用单个体素定义的尽量使用单个体 素，尽量减少体素间的拼合计算量。 (2)借助基于特征设计产品的特征体 CATIA系统对基于特征的设计(Feature Based Design)产品，提供了 大量的机械设计、饭金设计等常用的参数化特征体。另外，用户也可以根 据自己的产品形状特点和特殊需要， 建立用户自己的参数化特征库。 CATIA 实体造型，可直接使用这些系统定义的或用户自定义的参数化特征体。这 些参数化特征体的使用，可简化实体的结构，使其结构更加清晰，同时也 可提高实体造型的效率。另外，由于这些特征体带有工艺参数等非几何信 息或应用信息，可实现更高层次的应用。 (3)特征或局部操作有序的逻辑组台 在生成实体零件时，应把相同作用的分支或具有相同功能特性（如零 件的加工制造）的特征组合在一起。 (4)应避免重复的拼合操作 当某些操作，同时作用于几个特征上时，应避免重复拷贝这些操作， 而应该把有关的特征组合在一起，再进行统一的操作。第五章 修边冲孔模具 CAD 建模装配及虚拟装配仿真5.3 修边冲孔模具实体模型建模过程5.3.1.依据二维图纸建立零件的理论模型 二维图纸是传统设计、生产方法中最常使用的产品表达方式，建模者 必须充分理解图纸中所表达的设计信息，在读懂图纸的基础上，才能在计 算机中完整地再现产品的几何形状。应用CATIA软件平台一般可通过以下 几个步骤构造产品的三维几何信息模型： (1)依据二维图纸上的关键视图构造零件的基本线框。 (2)构造零件主特征型面。 (3)依据投影图、剖面图提取特征结构线。 (4)构造零件的附属特征型面。 (5)对曲面进行剪裁构造孔、窗口等特征。 (6)完成不同曲面之间的拼接、剪裁及圆弧过渡。 5.3.2 修边冲孔模具组件模型 (1)模具模座如图 5-2、5-3 所示.吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文图 5-2 上模座图 5-3 下模座第五章 修边冲孔模具 CAD 建模装配及虚拟装配仿真(2)模具凸模镶块如图 5-4 所示。图 5-4 凸模镶块(3)模具凹模镶块如图 5-5 所示。图 5-5 凹模镶块吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文(4)模具固定板和垫板如图 5-6 所示。图 5-6 固定板和垫板(5)模具废料刀如图 5-7 所示。图 5-7 废料刀(6)模具废料盒如图 5-8 所示。第五章 修边冲孔模具 CAD 建模装配及虚拟装配仿真图 5-8 废料盒(7)模具弹簧如图 5-9 所示。图 5-9 弹簧(8)模具废料盒挡板如图 5-10 所示。吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文图 5-10 废料盒挡板(9)模具气缸组件如图 5-11 所示。图 5-11 气缸组件5.4 修边冲孔模具虚拟装配虚拟装配技术是在虚拟设计环境下， 完成对产品的总体设计进程控制 并进行具体模型定义与分新的过程。 它可有效支持自顶向下的并行产品设第五章 修边冲孔模具 CAD 建模装配及虚拟装配仿真计以及与Master Model相关的可制造性设计和可装配性设计，可以缩短产 品开发周期。 虚拟装配(Virtual Assembly)是产品数字化定义中的―个重要环节， 在虚拟技术领域和仿真领域中得到了广泛的应用研究。 虚拟装配包括设计 过程、过程控制和装配仿真三部分。 5.4.1 虚拟装配基本设计思想及内涵 以设计为中心是虚拟装配基本设计思想， 以设计为中心的虚拟装配是 指在产品三维数字化定义应用于产品研制过程中， 结合产品研制的具体情 况，突出以设计为核心的应用思想。它有三方面内涵： (1)面向装配设计 (2)自顶向下(Top―Down)的并行产品设计 (3)与Master Model相关的可制造性设计和可装配性设计 5.4.2 基于 CATIA 的虚拟装配基本过程 CATIA的装配模块，主导思想是把各个组件依照一定的约束关系组合 在一起，从而用于干涉分析和样机试制。 虚拟装配的步骤：在CATIA所提供的装配工作台上，导入须装配的零、 部件（CATIA提供的插入部件的方法主要有插入部件、插入产品、插入新 部件和插入已存在的部件等），然后，对零部件进行适当的约束并建立装 配关系，然后得到完整的装配模型。 与Pro/E相比，使用CATIA进行装配的过程中已经自动建立了2个待装 配零件各自的设计基准点的重合关系， 便于设计者明确零部件的设计基准 与零部件间的装配基准之间的差别。修边冲孔模具装配示意图，如图 5-12、5-13、5-14 所示。吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文图 5-12 模具上部分5-13 模具下部分第五章 修边冲孔模具 CAD 建模装配及虚拟装配仿真5-14 模具总装图5.5 修边冲孔模具电子样机运动仿真5.5.1 电子样机技术简介 电子样机（DMU：Digital Mock-Up）主要是指在计算机平台上，通过 三维 CAD/CAE/CAM 软件，建立完整的产品数字化样机，组成电子化样机的 每个部件除了准确定义三维几何图形外，还赋有相互间的装配关系、技术 关联、工艺、公差、人力资源、材料、制造资源、成本等信息，电子样机 应具有从产品设计、制造到产品维护各阶段所需的所有功能，为产品和流 程开发以及从产品概念设计到产品维护整个产品生命周期的信息交流和 决策提供一个平台。吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文电子样机技术，不只是单纯的 3D 装配，具有以下的功能和特点： (1)与 CAX 系统完全集成，并以“上下关联的设计”方式作业。 (2)提供强大的可视化手段，除了虚拟显示和多种浏览功能，还集成 了 DMU 漫游和截面透视等先进手段。 (3)具备各种功能性检测手段，如安装/拆卸、机构运动、干涉检查、 截面扫描等。 (4)具有产品结构的配置和信息交流功能。由于电子样机（DMU）技术 加强了设计过程中最为关键的空间和尺寸控制之间的集成， 在产品开发过 程中不断对电子样机进行验证，大部分的设计错误都能被发现或避免，从 而大大减少实物样机的制作与验证。 CATIA V5 的电子样机功能由专门的模块完成，下面简单介绍设计中 用到的 DMU 模块的功能，以期让大家对 DMU 有一定的了解。 (1)电子样机漫游设计 CATIA 电子样机漫游设计（DMN：CATIA DMU Navigator）使设计人员 可以通过最优化的观察、漫游和交流功能实现高级协同的 DMU 检查、打包 和预装配等。提供的大量工具（如添加注释、超级链接、制作动画、发布 及网络会议功能） 使得所有涉及 DMU 检查的团队成员可以很容易地进行协 同工作。高效的 3D 漫游功能保证了在整个团队中进行管理和选择 DMU 的 能力。DMN 指令自动执行和用可视化文件快速加载数据的功能大大提高设 计效率。批处理模式的运用进一步改善了存储管理。借助与其它 DMU 产品 的本质集成，使完整的电子样机审核及仿真成为可能，满足设计人员处理 任何规模电子样机（如轿车等大型装配体）的需求。 (2)电子样机装配模拟设计 CATIA 电子样机装配模拟设计（FIT：CATIA DMU Fitting Simulator） 用来定义、模拟和分析装配过程和拆卸过程，通过模拟维护修理过程的可第五章 修边冲孔模具 CAD 建模装配及虚拟装配仿真行性（安装/拆卸）来校验原始设计的合理性。FIT 可以产生拆卸预留空 间等信息以便于将来的设计修改， 还可以帮助标识和确定装配件的拆卸路 径。FIT 所提供的的模拟和分析工具可以满足产品设计、再生利用、服务 和维护等各部门的具体要求，直观显示、仿真和动画制作等功能为销售、 市场和培训等部门提供了有益的帮助 (3)电子样机运动机构模拟设计 CATIA 电子样机运动机构模拟设计（KIN：CATIA DMU Kinematics Simulator）通过调用大量已有的多个种类的运动副或者通过自动转换机 械装配约束条件而产生的运动副， 对任何规模的电子样机进行运动机构定 义。通过运动干涉检验和校核最小间隙来进行机构运动分析。KIN 可以生 成运动零件的轨迹、扫掠体和包络体以指导未来的设计。它还可以通过与 其它 DMU 产品的集成做更多复杂组合的运动仿真分析， 能够满足从机械设 计到功能评估的各类工程设计人员的需要。 5.5.2 左右连接板冲孔落料模装配仿真过程DMU 实现装配模拟操作流程(1)点击开始 Digital Mockup 子样机装配模拟设计模块。 (2)创建仿真运动体 个运动元素。 (3)点击图标 定位置，点击图标 (4)点击图标 放速度。 (5)点击图标进行交互式干涉检验DMU Fitting进入 CATIA 电，即组合具有同样运动轨迹的最件，定义各创建运动体运动路径，托动罗盘移动或旋转到制 记录运动轨迹。 设置各运动体的动画顺序及动画每帧间隔时间， 播，查看是否有运动干涉、冲突吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文等。 (6)点击 tools 看效果。 (7)点击 计算动画扫描体积，查看空间机构干涉情况。 生成动画过程视屏。 ,生成回放录像，点击 播放查(8)点击 tools修边冲孔模具装配仿真动画截图，如图 5-15 所示。图 5-15 装配仿真动画修边冲孔模具装配动态模拟截图，如图 5-16、5-17。第五章 修边冲孔模具 CAD 建模装配及虚拟装配仿真图 5-16 模具上部分装配模拟图 5-17 模具下部分装配模拟吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文5.6 设计并绘制模具总装图 设计并绘制模具总装图按已确定的模具形式绘制模具装配图， 装配图见图 5-18、 5-19、 5-20。图 5-18 主视图第五章 修边冲孔模具 CAD 建模装配及虚拟装配仿真图 5-19 上平面图吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文图 5-20 下平面图第五章 修边冲孔模具 CAD 建模装配及虚拟装配仿真吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文第六章 结论与展望本章对全文作了总结， 介绍了论文中所做的工作， 指出了存在的不足， 同时对今后的工作进行了展望。作者认为，为了更好地解决汽车覆盖件模 具设计中的一些问题，应该综合现有的经验数据并采用一些新技术，如对 冲压过程的 CAE 分析，使用软件对模具模型进行 CAM 仿真加工等。6.1 论文主要工作结论本文主要完成了以下工作： (1)在实物基础上完成汽车左右连接板的 3D 和 2D 建模。 (2)通过对汽车左右连接板进行工艺分析和计算，确定其冲压成形工 艺方案； 并在优化方案的基础上， 完成各个成形工序使用模具的设计工作， 完成模具各个组件的 3D 和 2D 建模。 (3)以 CATIA_V5 为平台， 完成汽车左右连接板落料冲孔工序模具各组 件的虚拟装配及干涉分析，达到了设计方案的最优化。 (4)完成落料冲孔工序模具的 DMU 电子样机试制，把电子样机模型用 于装配过程真实化仿真。6.2 对今后工作的展望根据作者的研究和体会，在模具设计与制造工程领域，今后工作中尚 需研究的内容还有： (1)基于知识的模具参数化设计 在前人的工作经验基础上建立工艺等专家系统，设计全参数化的，适第六章 结论与展望应各种国际、国内标准的模具零部件标准库，减小模具设计周期和成本。 (2)智能化的 CAX 系统 当今计算机技术已经广泛用于模具设计与制造中， 新的 CAX 系统将具 有智能化特征，所建立的模型可以通用于以后各个分析、加工工序， 网 络技术将广泛应用在该系统中，并提供了可靠的信息载体，实现异地设计 和异地制造、虚拟制造等。 (3)智能化的冲压、试模机械 缩短金属成形模具的试模时间，采用新的高速压力机、数控压力机、 高速多轴加工中心。比如使用多连杆拉伸压力机等新型试模设备，它配备 数控液压拉伸垫，具有参数设置和状态记忆功能。 (4)精密、复杂、高效、长寿命的模具 模具向着精密、复杂、高效、长寿命方向发展，广泛采用级进冲模进 行组合冲裁，用级进模直接把卷材加工为成型零件和拉伸件。省去了用多 任务位压力机和成套模具生产所必需串接的板材剪切、涂油、板坯运输等 后续工序。级进组合冲模与多任务位压力机上使用的阶梯模相比，节约 30%的成本。采用新的模具成模合金材料等。吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文致 谢本文是在导师**老师的悉心指导下完成的。在论文工作期间，**老 师对学生高标准，严要求，她不仅向我传授知识，更注重启发我的思维和 思考方法，培养我的科研能力，从她那里学到的知识和方法将使我终生受 益。**老师勤奋踏实的科研热情、严谨的治学态度和渊博的学识给我留 下了深刻的印象，将激励学生在今后的工作和生活中坚持勤奋、谦逊、谨 慎的人生态度。在这里谨向**老师致以崇高的敬意和衷心的感谢！ 最后，作者向在本科期间所有曾给予过我关心与帮助的老师和同学 们表示衷心的感谢！感谢诸位专家、学者在百忙之中抽出时间阅读本文！致谢吉林大学材料科学与工程学院本科生毕业论文参考文献[1]王孝培.冲压手册[M].机械工业出版社, 2000. 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