沖壓模具設計及三維運動仿真材料成型CAD/CAE/CAM期末作業(yè) 圓形沖壓模具三維設計及動畫仿真 姓名：曾德義 學號：11434007 班級：材料成型111班 指導老師：趙益民 完成時間：2014.10.30 目錄一設計要求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沖裁排樣設計43.3條料寬度計算5四.沖壓力和壓力中心的計算 6 4.1確定沖壓力64.2卸料力、推件力的計算84.3壓力機公稱壓力的確定9 4.4確定模具壓力中心104.5沖壓設備的選用104.6凸凹模刃口尺寸的確定11五 沖裁模結構設計125.1 工作部件設計12一設計要求：完成所給零件的沖壓工藝制定，并運用Pro/E軟件完成沖壓模具三維結構裝配設計和動畫仿真。具體要求如下：1、 在工藝方案確定基礎上，完成排樣圖設計；（10分）2、 完成沖裁力計算，選擇合理設備；（10分）3、 完成凸、凹模韌口尺寸計算；（10分）4、 運用Pro/E軟件完成設計模具的三維結構裝配設計，并完成凸模、凹模的三維零件設計，對凸模和凹模形成完整的零件圖。（50分）5、 根據(jù)模具三維結構裝配設計，進行模具動畫仿真。（10分）6、 撰寫相對完善的設計報告。（設計報告體現(xiàn)以上設計內容，規(guī)范性10分） 二零件分析零件的結構是95mm的圓盤，壁厚為2mm。零件結構如圖：該沖裁件的材料為Q235，為普通碳素鋼，查實用沖壓技術手冊得：抗剪強度：材料收到剪切作用，開始產生斷裂的應力值，?？估瓘姸龋翰牧鲜艿嚼熳饔?，開始產生斷裂的應力值。屈服點：材料開始產生塑性變形是的應力值，。伸長率：在材料性能試驗時，試件有拉伸試驗機拉斷后，對接起來測量長度，其伸長量與原來長度值比為伸長率，。材料的理論質量為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沖裁排樣設計根據(jù)零件結構形狀采用有搭邊的排樣方式。排樣圖排樣的計算確定搭邊值查表，確定搭邊值a、a1,由t=2mm，采用自動送料，取工件間a1=2mm，側搭邊a=3mm。 送料步距送料步距（送料步距簡稱步距或進距），是條料在模具上每次送進的距離。步距是決定擋料銷位置的依據(jù)，每次只沖一個零件的步距s的計算公式為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。 計算送料步距為s= D+a1=95+2 =97 （mm）3.3條料寬度計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零件周邊有足夠的搭邊值，最大條料寬度要能在沖裁時順利地在導料板之間送進，并與導料板之間有一定的間隙，進而確定導料板間的距離。由于是自動送料，本設計采用導料板之間有側壓裝置時條料的寬度與導料板間距離的計算方法。因為導板之間有側壓裝置或用手將條料緊貼單邊導料板的模具，能使條料始終沿著導料板送進，可按下式計算。條料寬度 B 0 -=（L +2a+） 0 -導料板間的距離 B0 =B+Z= Dmax +2a+Z 式中 B： 條料的寬度，mm； B0： 導料板間的距離，mm;L： 沖裁件垂直于送料方向的最大尺寸，mm； a： 側搭邊值，可參考表2-1；Z： 導料板與最寬條料之間的間隙，其值見表2-2； ： 條料寬度的單向（負向）公差，見表2-3。由表2-2和經驗，取Z=1mm導料板間的距離 B0 =B+Z= 98(mm) 由表2-3和經驗，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算 4.1確定沖壓力沖裁力的計算沖裁力是沖裁時凸模沖穿板料所需的壓力。在沖裁過程中，沖裁力是隨凸模進入板料的深度（凸模行程）而變化的。通常，沖裁力是指沖裁過程中的最大值（Fmax）。影響沖裁力的主要因素是材料的力學性能、厚度、沖件輪廓周長及沖裁間隙、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算 F=KLtb （式3-1）式中 F：沖裁力，N； L：沖件周邊長度，mm； t：材料厚度，mm； b：材料抗剪強度，MPa； K：考慮模具間隙的不均勻、刃口的磨損、材料力學性能與厚度的波動等因素引入的修正系數(shù)，一般取K=1.3。對于同一種材料，其抗拉強度與抗剪強度的關系為b1.3b，故沖裁力也可按下式計算 F=Ltb （式3-2）本設計的沖裁力按式3-2進行計算。查表3-1，b的取值范圍為374460，取b=450MPa。沖裁件的落料周長 查表3-1，b的取值范圍為374460，取b=450MPa。沖裁件的落料周長 L1=120=378（mm）則落料力為：F1=L1tb=359（KN） 沖壓常用金屬材料的力學性能材料名稱牌 號材 料狀 態(tài)力 學 性 能抗剪強度/MPa抗拉強度b/MPa屈服點s/MPa伸長率（%）普 通碳素鋼Q195Q235Q275未 經退 火2553143153901952833303372375460 23526313924904906102751520碳 素結構鋼08F0810F101520354550已退火230310275380180273026036021541020027220340 27541019027260340295430210262703803354702302538040035550025024400520490635320194405605306853601544058054071538013不銹鋼1Cr13已退火320380440470120201Cr18Ni9Ti經 熱處 理46052056064020040鋁1060、1050A、1200已退火807011050802028冷作硬 化10013014034材料名稱牌 號材 料狀 態(tài)力 學 性 能抗剪強度/MPa抗拉強度b/MPa屈服點s/MPa伸長率（%）硬鋁2A12已退火1051251502201214淬硬并經時效處理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、推件力的計算卸料力、推件力和頂件力是由壓力機和模具的卸料、頂件和推件裝置傳遞的。所以在選擇壓力機公稱壓力和設計以上機構時，都需要對這三種力進行計算。影響這些力的因素較多，主要有：材料的力學性能和料厚；沖件形狀和尺寸大小；凸、凹模間隙大?。慌艠哟钸呏荡笮〖皾櫥闆r等。生產中常用下列經驗公式計算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)，其值見表3-2； n：塞在凹?？卓趦鹊臎_件數(shù)。有反推裝置時，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對于本模具設計的計算如下。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壓力機公稱壓力的確定沖裁時，壓力機的公稱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)不同的模具結構，沖壓力計算應分別對待，即當模具結構采用彈壓卸料裝置和下出件方式時：F總=F+ F卸+ F推當模具結構采用彈壓卸料裝置和上出件方式時：F總=F+ F卸當模具結構采用剛性卸料裝置和下出件方式時：F總=F+ F卸則F總=F+ F卸=367.94（KN）沖裁功選擇沖裁設備時，除了要計算沖裁力，使壓機的公稱壓力大于沖裁力以外，還要進行沖裁功的驗算，使壓機的每次行程功不超過額定的數(shù)值，以保證其電動機不過載、飛輪轉速不致下降太多。因為功是力與其行程的乘積，所以平端刃口的沖裁功按下式計算： W=mPt/1000當計算出的沖裁功大于壓機規(guī)定的行程功時，就必須改變沖裁工藝或另選更大行程功的設備。壓機規(guī)定的行程功，可從壓機的說明書或有關資料、手冊中查詢。 W=mPt/100 =895 （Nm） 4.4確定模具壓力中心該零件的壓力中心應位于圓心之上。4.5沖壓設備的選用根據(jù)總沖壓力,模具閉合高度,沖床工作臺面尺寸等,并結合現(xiàn)有設備,用J23-40開式雙柱可傾沖床,并在工作臺面上備制墊塊。其主要工藝參數(shù)如下：公稱壓力： 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級數(shù)選取凹模制造公差按T7級數(shù)選取 =0.028m 凹=0.038mm圓盤直徑是, 查使用模具技術手冊得： 落料（115mm）=（-） =119.562驗算+-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度校核凸模強度校核（忽略推件力）由公式=KLt=1.33613502=329(kN）式中： K系數(shù)，K=1.3；L沖裁周邊長度（mm）；t沖裁件的厚度（mm）；材料的抗剪強度（MPa）。凸凹模材料選用Cr12MoV工具鋼取壓=1000Mpa=F/Amin=329/22= 15Mpa1000Mpa強度足夠五 沖裁模結構設計 5.1 工作部件設計凹模采用整體凹模，安排凹模在模架上的位置時，要依據(jù)計算壓力中心的數(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。 凸模設計 凸模的結構形式與固定方法 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，將沖孔凸模設計成臺階式。為了保證強度、剛度及便于加工與裝配，圓形凸模常做成圓滑過渡的階梯形，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，尾部臺肩是為了保證卸料時凸模不致被拉出，圓形凸模采用臺肩式固定。 凸模長度計算凸模長度主要是依據(jù)模具結構，并考慮修磨、操作安全、裝配等的需要來確定。采用彈性卸料時，凸模長度按公式L=h1+h2+h3計算，式中 L凸模長度，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。導料板的設計導料板的內側與條料接觸，外側與凹模齊平，導料板與條