机械设计及其自动化专业模具精品

机械设计及其自动化专业模具精品内容摘要：

进口模具大部分是技术含量高的大型精密模具 ,而出口模具大部分是技术含量较低中的中低档模具 ,因此技术含量高的中高档模具市场满足率低于冲压模具总 2 体满足率 ,这些模具的发展已滞后于冲压件生产 ,而技术含量低的中低档模具市场满足率要高于冲压模具市场总体满足率。 二是由于我国的模具价格要比国际市场低格低许多 ,具有一定的竟争力 ,因此其在国际市场前景看好 ,2020 年冲压模具出口达到 亿美元 ,比 2020 年增长 %就可说明这一点。 三是近年来港资、台资、外资企业在我国发展迅速，这些企业中大量的自产自用的冲压模具无确切的统计资料，因此未能计入上述数字之中。 冲压模具水平状况 近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。 大型冲压模具已能生产单套重量达 50 多吨的模具。 为中档轿车配套的覆盖件模具内也能生产了。 精度达到 1~2μm，寿命 2 亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。 表面粗糙度达到 Ra≤，大尺寸（ φ≥300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的 水平。 模具 CAD/CAM 技术状况 我国模具 CAD/CAM 技术的发展已有 20 多年历史。 由原华中工学院和武汉 733 厂于 1984 年共同完成的精神模 CAD/CAM 系统是我国第一个自行开发的模具 CAD/CAM 系统。 由华中工学院和北京模具厂等于 1986 年共同完成的冷冲模 CAD/CAM 系统是我国自行开发的第一个冲裁模CAD/CAM 系统。 上海交通大学开发的冷冲模 CAD/CAM 系统也于同年完成。 20 世纪 90 年代以来，国内汽车行业的模具设计制造中开始采用CAD/CAM 技术。 国家科委 863 计划将东风汽车公司作 为 CIMS 应用示范工厂，由华中理工大学作为技术依托单位，开发的汽车车身与覆盖模具CAD/CAPP/CAM 集成系统于 1996 年初通过鉴定。 在此期间，一汽和成飞汽车模具中心引进了工作站和 CAD/CAM 软件系统，并在模具设计制造中实际应用，取得了显著效益。 1997 年一汽引进了板料成型过程计算机模拟CAE 软件并开始用于生产。 3 21 世纪开始 CAD/CAM 技术逐渐普及，现在具有一定生产能力的冲压模具企业基本都有了 CAD/CAM 技术。 其中部分骨干重点企业还具备各CAE 能力。 模具 CAD/CAM 技术能显著 缩短模具设计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量，已成为人们的共识。 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，数控加工的使用率也越来越高，并陆续引进了相当数量 CAD/CAM 系统。 如美国 EDS 的 UG，美国 Parametric Technology 公司 Pro/Engineer，美国 CV 公司的 CADSS，英国 DELCAM公司的 DOCT5，日本 HZS 公司的 CRADE 及 spaceE, 以色列公司的Cimatron 还引进了 AutoCAD CATIA 等软件及法国 MartaDaravision 公司用于汽车及覆盖件模具的 EuclidIS 等专用软件。 国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了 CAD/CAM 技术 /DL 图的设计和模具结构图的设计均已实现二维 CAD，多数企业已经向三维过渡，总图生产逐步代替零件图生产。 且模具的参数化设计也开始走向少数模具厂家技术开发的领域。 在冲压成型 CAE 软件方面，除了引进的软件外，华中科技术大学、吉林大学、湖南大学等都已研发了较高水平的具有自主知识产权的软件，并已在生实践中得到成功应用，产生了良好的效益。 快速原型（ RP）传统的快速经济模具相结合，快速制 造大型汽车覆盖件模具，解决了原来低熔点合金模具靠样件浇铸模具，模具精度低、制件精度低，样样制作难等问题，实现了以三维 CAD 模型作为制模依据的快速模具制造，它标志着 RPM 应用于汽车身大型覆盖件试制模具已取得了成功。 围绕着汽车车身试制、大型覆盖件模具的快速制造，近年来也涌现出一些新的快速成型方法，例如目前已开始在生产中应用的无模多点成型及激光冲击和电磁成型等技术。 它们都表现出了降低成本、提高效率等优点。 4 模具设计与制造能力状况 在国家产业政策的正确引导下，经过几十年努力，现在我国 冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平，包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。 虽然如此，我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。 这一些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都有较大差距。 轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。 虽然在设计制造方法和手段方面基本达到了国际水平，模具结构周期等方面，与国外相比还存在一定的差距。 标志冲模技术先进水平的 多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种。 有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具，已基本达到国际水平。 但总体上和国外多工位级进模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，仍存在一定差距。 汽车覆盖件模具制造技术正在不断地提高和完美，高精度、高效益加工设备的使用越来越广泛。 高性能的五轴高速铣床和三轴的高速铣床的应用已越来越多。 NC、 DNC 技术的应用越来越成熟，可以进行倾角加工超精加工。 这些都提高了模具面加工精度，提高了模具的质量，缩短了模具的制造周期。 模 具表面强化技术也得到广泛应用。 工艺成熟、无污染、成本适中的离子渗氮技术越来越被认可，碳化物被覆处理（ TD 处理）及许多镀（涂）层技术在冲压模具上的应用日益增多。 真空处理技术、实型铸造技术、刃口堆焊技术等日趋成熟。 激光切割和激光焊技术也得到了应用。 5 第 2 章 模具设计过程与基本概念 冲压模具设计的一般设计步骤 模具设计实质上是冲件工艺方案的制定和模具结构的设计。 一般步骤可归纳为以下几点： 取得必要的资料 根据相关资料分析工件的冲压工艺性，对工件进行工艺审核及标准化审核。 （ 1） 取得 注明具体技术要求的产品零件图样。 了解工件的形状、尺寸与精度要求。 关键孔的尺寸（大小和位置），关键表面，分析并确定工件的基准面。 其实，冲压件的各项工艺性要求并不是绝对的。 尤其在当前冲压技术迅速发展的情况下，根据生产实际的需要和可能，综合应用各种冲压技术，合理选择冲压方法，正确进行冲压工艺的确定和模具结构的选择使之既满足产品的技术要求，又符合冲压工艺的条件。 （ 2）收集工件加工的工艺过程卡片。 由此可研究其前后工序的相互关系和在各工序间必须相互保证的加工工艺要求及装配关系等。 （ 3）了解工件的生产 批量。 零件的生产对冲压加工的经济性起着决定性的作用，为此，必须根据零件的生产批量和零件的质量要求，来决定模具的型式、结构、材料等有关事项，并由此分析模具加工工艺的经济性及工件生产的合理性，描绘冲压工步的轮廓。 （ 4）确认工件原材料的规格及毛胚情况（如板料、条料、卷料、废料等），了解材料的性质和厚度，根据零件的工艺性确定是否采用无废料排样，并初步确定材料的规格和精度等级。 在满足使用性能和冲压工艺性能要求的前提下，尽量采用低廉的材料。 （ 5）分析设计和工艺上对材料纤维方向的要求、毛刺的方向。 6 （ 6）分析工（模）具车间制造模具的技术能力和设备条件以及可以采用的模具标准件的情况。 （ 7）熟悉冲压车间的设备资料或情况。 （ 8）研究消化上述资料，初步构思模具的结构方案。 必要时可对既定的产品设计和工艺过程提出修改意见，使产品设计、工艺过程和模具设计与制造三者之间能更好的结合，已取得更加完善的效果。 确定工艺方案及模具结构型式 工艺方案的确定是冲压件工艺分析之后应进行的一个最重要的环节。 它包括： （ 1）根据工件的形状特征、尺寸精度及表面的质量的要求，进行工艺分析，判断出他 的主要属性，确定基本工序的性质。 即落料、冲孔、弯曲、拉深、翻边和涨形等基本工序。 列出冲压所需的全部单工序，一般情况可从产品图样要求直接确定。 （ 2）根据工艺计算，确定工序数目。 对于拉深件，还应计算拉深次数。 而弯曲件、冲裁件等也应根据其形状、尺寸及精度要求等，确定是一次还是几次加工。 （ 3）根据工序的变形特点、尺寸精度要求及操作方便性等要求，确定工序排列的先后顺序。 如采用先冲孔后弯曲、还是先弯曲后冲孔等。 （ 4）根据生产批量、尺寸大小、精度要求以及模具制造水平、设备能力等多种因素，将已初步依次而排的单工序予以 可能的工序组合。 如复合冲压工序、连续冲压工序等。 通常，厚料、低精度、小批量、大尺寸的冲件宜采用单工序生产，选用简单模；薄料小尺寸、大批量的冲件宜用级进模连续生产；而形位精度高的冲件，则宜采用复合模进行冲压。 在确定工序的性质、顺序及工序的组合后，即确定了冲压的工艺方案。 也即决定了各工序模具的结构型式。 7 进行必要的工艺计算 （ 1）设计材料的排样和计算毛胚尺寸。 （ 2）计算冲压力（包括冲裁力、弯曲力、拉深力、翻边力、涨形力、及卸料力、推件力、压边力等），必要时还需计算冲压功和功率。 （ 3） 计算模具的压力中心。 （ 4）计算或估算各主要零件的厚度。 如凹模、凸模固定板、垫板的厚度以及卸料橡皮或弹簧的自有高度等。 （ 5）决定凸、凹模的间隙，计算凸、凹模工作部分的的尺寸。 （ 6）对于拉深工序，需决定拉深的方式（压边或不压边），计算拉深次数及中间工序的半成品的尺寸。 对于某些工艺，如带料的料、连续拉深，则需进行专门的工艺计算。 模具的总体设计 在上述分析计算的基础上，进行模具结构的总体设计并初步计算出模具的闭合高度，概略地定出模具的外形尺寸。 模具主要零部件的结构设计 （ 1）工 作部分零件。 如凸模、凹模、凸凹模等结构形式的设计及固定形式的选择。 （ 2）定位零件。 在模具中常用的定位装置有很多的型式。 如可调定位板、固定挡料销、活动挡料销及定居侧刀，需要根据具体的情况进行选用及设计。 在连续模中还需要考虑是否采用初始挡料销。 （ 3）卸料和推件装置。 如选用刚性还是弹性的，弹簧和橡皮的选用和计算等。 （ 4）导向零件。 如选用导柱、导套导向还是导板导向，选用中间导柱、后侧导柱还是对角导柱，是滑动导套还是带钢球的滚珠导套等。 8 （ 5）支持及夹持零件、紧固零件。 如模柄、上下模座的结构形式的选择等。 选定冲压设备 冲压设备的选择是工序设计和模具设计的一项重要的内容。 合理的选用设备对工件质量的保证、生产率的提高、操作时的安全性等都有重要的影响，也为模具的设计带来方便。 冲压设备的选择主要决定 001 其类型和规格。 冲压设备类型的选定，主要取决于工艺要求和生产批量。 冲压设备规格的确定，主要取决于工艺参数及模具结构尺寸。 对于曲柄压力机来说，必须满足以下要求： （ 1）压力机的标称压力必须大于冲压的工艺力。 即 P 压 Σ P。 更确切的说，应该是冲压过程的负荷曲线必须在压力机的许用负荷之下。 对于拉深件还需计 算拉深功。 （ 2）压力机的装模高度必须符合模具闭合高度的要求。 （ 3）压力机的行程要满足工件成形的要求。 如对拉深工序所用的压力机，其行程必须大于该工序中工件高度的 2— 倍，以便放入毛胚和取出工件。 （ 4）压力机的台面尺寸必须大于模具下模座的外形尺寸，并留有固定模具的位置。 一般每边应大出 50— 70mm 以上。 压力机台面上的漏料孔尺寸必须大于工件（或废料）的尺寸。 绘制模具总图 模 具 总图 （ 包括 零件 工作 图 ）的 绘制 应 严格 按照 制图 标 准（ GB/T4457— GB/T4460 和 GB/T131— 1993）。 同时 在实际生产中，结合模具的工作特点和安装、调整的需要，其图面的布置已形成一定的习惯。 模具总图包括： 9 （ 1）主视图。 绘制模具在工作位置的剖面图。 一般情况下，其中一半绘制冲压开始以前（冲床滑块在上止点位置时）毛胚置入的情况；另一半绘制冲压结束后、工件已成形（或已分离）、冲床滑块在下止点位置的状态。 （ 2）俯视图。 通常情况下一半绘制下半部分俯视图，另一半绘制上半部分的俯视图。 （ 3）列出零件明细表，注明材质及数量。 凡标件都要选定规格。 （ 4）技术要求及说明。 技术要求包括冲压力、所选用的设备型号、模具总体的形位公差 及装配、安装、调试、模具闭合高度、模具间隙以及其他技术要求。 绘制各非标零件的零件图 零件图上应注明全部尺寸、公差及配合、形位公差、表面粗糙度、所用材料及热处理要求，以及其他各项技术要求。 填写模具记录卡和编写冲压工艺文件。 对于小批量生产时，应填写工艺路线明细表；而在大量生产时，则需对每个零件制定工艺过程卡和工序卡。 冲压模具的作用及基本要求 模具的作用一方面是将压力机的作用力通过模具传递给金属板料，在其内部产生使之变形的内力。 当内力的作用达到一定的数值时，板料毛胚或毛胚的 某个部分便会产生与内力的作用性质相对应的变形，从而获得满足一定性能要求及符合所需尺寸及形状的制品；另一方面，通过模具。