冲压模具设计及标准导柱图库开发

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冲压模具设计及标准导柱图库开发

第1章 绪 论

1.1课题研究的意义

1.1.1 参数化设计的意义

参数化设计是Revit Building的一个重要思想，它分为两个部分：。Revit Building中的图元都是以构件的形式出现，通过参数的调整反映出这些构件之间的不同，参数保存了图元作为数字化建筑构件的所有信息。

在参数化设计系统中，设计人员根据工程关系和几何关系来指定设计要求。如果想要满足这些要求，不仅仅要考虑尺寸或工程参数的初值，还要在每次改变这些设计参数时来维护这些基本关系，即将参数分为两类：一类是各种尺寸值，称为可变参数；另一类是几何元素间的各种连续几何信息，称为不变参数。参数化设计的本质是在可变参数的作用下，系统能够自动维护所有的不变参数。[1]

1.1.2 冲压模具设计生产的意义

冲压加工是金属板料的重要成型方法，它具有生产效率高、尺寸精度良好、重量轻、成本低和易于实现机械化、自动化等优点，在汽车、机械、家电、电器、仪表、日常生活用品以及国防等各个工业生产部门中占有十分重要的地位。随着生产技术的发展和各类新产品的不断问世，人们的冲压件的品种、数量以及质量都提出了更高的要求。

成批和大量生产各种机电与家电产品必备的基础是模具的基础工艺装备，是进行少或者无切削加工的主要工具，是发展制造业的前提。随着我国正在向世界制造业中心和国际模具市场与制造基地逐步发展，国内模具产业将获取更大的发展机遇和更广阔的发展空间。

近年来，据汽车、电器、农机、仪表仪器等行业的统计，以达到经济生产规模的产品，其中65%为冲模，20%为塑料模，锻压模约5%，其他10%。冲模比例最大，使用最广。可见，冲模对我国的制造业的发展有着举足轻重的作用。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 参数化设计的国内外研究现状

早在20世纪80年代，参数化技术公司便推出了以变量化、参数化、特征设计为基础的新一代实体造型软件。PRO/E,CAD由此认识到了参数化设计的真正威力，并纷纷仿效。常用的参数化设计CAD软件中，主流的应用软件有UG、Pro/Engineer、CATIA和Solidworks这四大软件，这些软件各自有不同的特点并在不同的领域分别占有一定的市场份额。参数化设计的鼻祖就是Pro/Engineer了，

正是由Pro/Engineer最先实现了参数化设计，正因为她参数化的特点，在其横空出世后迅速抢占了传统CAD软件巨头UG和CATIA的部分市场份额，其主要应用于小家电和日用品、消费电子、发动机设计等行业；UG和CATIA两个传统的软件巨头也不甘落后，紧随其后便也加入了参数化设计的功能，在传统的制造行业比如汽车、航空航天等行业上两个软件还依然占据绝对的市场份额。

反观国内，我国的许多企业虽然引进了国外知名的CAD系统，但往往没有得到充分的利用，企业对CAD的巨额投资，并没有全面的达到提高设计质量、缩短实际周期的目的，也没有带来其应有的效益。究其原因，是因为没有进行产品应用和管理方面的二次开发，据抽样调查和外商统计，国内已引进的CAD/CAM系统利用率高、效益好的单位仅在20%左右。所以，不夸张的说我国在参数化设计中是远远落后于国外的。而且，机械设计的未来趋势就是参数化设计，我国必须改善这点才能在机械设计制造行业有着突破性的进步。

1.2.2 冲压模具的国内外研究现状

欧美模具企业大多数规模不大，员工人数超过百人的都比较少，一般模具企业人数都在20～50人。企业各类人员的配置十分精简，一专多能，一人多职，企业内部看不到闲人。精益生产、“瘦”型管理的思想得到了很好的体现。 在欧美的模具制造业中，CAD/CAE/CAM已经成为普遍应用的技术。在CAD的应用方面，早已甩掉图板、二维绘图的初级阶段，目前的3D设计的使用率已达到了70%～89%之高。UG、PRO/E等软件的使用更是普遍现象。使用这些软件不仅可完成2D设计，同时还可以获得3D模型，为NC编程和CAD/CAM的集成给予了保证。应用3D设计，还可以进行装配干涉的检查，从而保证了设计和工艺的合理性。又因为普遍应用了数控机床，模具零件的加工精度和质量都得以保证。

随着科学技术的进步与国民经济发展对各类通过模具生产的零件的广泛需求，模具技术正向高精度、高效率、长寿命的方向迈进。由于这是一项综合性技术，所以其发展必然涉及很多领域的共同配合。必须要分析、总结、思考，这样才能更有发展。

当前，我国模具技术还不是很先进，经济效益也不是很高，主要是因为一下几点原因：1、冲压基础与成型理论落后；2、模具标准化程度相对较低；3、模具设计方法和手段、模具制造工艺以及设备相对落后；4、模具专业化水平低等等因素。因此，我国的模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等等方面与工业发达国家相比还是有相当一段的差距。所以，我们应该不畏艰苦，不怕困难，将我国的模具事业、制造事业做强、做大。

1.3 发展前景

1.3.1 参数化设计的发展前景

目前，参数化设计已经成为了CAD中最热门的应用技术之一，能否实现参数化设计也成为评价CAD系统优劣的重要技术指标，这是因为它更符合贴近现代CAD中概念设计以及并行设计思想，工程设计人员在设计开始阶段时便可以

快速草拟产品的零件图，通过对产品大小形状的约束最后精确成型，同一系列产品的第二次设计可以直接通过修改第一次设计来实现，设计参数不但可以驱动设计结果，而且还可以影响产品的整个开发周期，设计参数可以来自于其他系统。参数化设计技术以约束造型为核心，更符合实际工程设计习惯，在设计初期，设计人员往往关心的是零件的大致形状及性能，对精确尺寸并不是十分关心，特别是在系列化设计中，参数化设计的优点就更加突出。

1.3.2 冲压模具的发展前景

现如今，信息化带动工业化发展，在经济全球化情况下，我国冲压模具一定要尽快提高水平。通过改革与发展，采取了多种有效的措施，在冲压模具行业全体人员和专业人士的共同努力奋斗之下，我国冲压模具的水平也不断提高，逐渐缩短与世界先进水平的差距。在“十一五”期间，在科学发展观的指导下，我们应该提高自主开发能力、重视创新、坚持改革开放、可持续发展、走新型工业化道路，将速度效益型逐步转变到质量和水平效益型轨道上来，我国的冲压模具的水平也一定会更上一层楼。

第2章 标准导柱参数化设计

2.1 UG二次开发语言UG／Open GRIP简介

UG／Open GRIP是UG软件包中的重要的二次开发模块的非常优秀的软件之一，具有易学、简单、交互性能强的优点。是Simens 公司提供的用于UG二次开发的软件工具。GRIP语言具备完整的语法规则、程序结构、内部函数，GRIP程序能够实现与Unigraphics的各种交互操作，例如几何体的创建、文件的管理、系统参数的控制、UG数据库的存取等。（1：UG二次开发基础）

2.2 GRIP程序的具体开发过程

(1) 首先在你的E盘新建一个名为daotzhu的文件夹。

(2) 单击【开始】—【程序】—Unigraphics NX 8.5—NX工具—NX Open Grip 进入GRIP开发环境GRADE,如图2-1所示。

图2-1GRADE界面图

(3) 在GRADE界面图中选择<4> change Directory 回车后出现Enter new Directory。输入E:/daozhu。（生成新的工作目录）。紧接着进入GRADE界面。

(4) 在 Enter Option 中选择<1>Edit功能输入程序名称daozhu。假如目录中存在daozhu文件名，则打开GRIP程序，如不存在则新建一个GRIP

程

序。生成文件记事本。

(5) 在记事本中输入你的程序代码保存，返回GRAIP界面

(6) 在GRADE界面图中选择<2>Compile程序编译功能。编译成功将出现“GRIP PROGRAM COMPILED WITHOUT ERROE；而编译不成功，则出现错误代码提示，如图2-2、2-3.

图2-2程序编译成功

图2-3程序编译不成功

(7) 编译成功在GRADE界面中连续回车三次生成.gri、grx、grs三种文件。 (8) 启动NX 8.5—文件—Excute UG/Open—Grip…选择目录中的daozhu.grx,单击就可以生成设计的导柱。

2.3 标准导柱参数化设计

2.3.1 A型导柱设计

（1） A型导柱零件图

图2-4 A型导柱零件

（2） 建模思路

A型导柱零件是轴类零件和A型导套配合，从A型导柱零件的结构具有一个圆柱和多个倒角。编程建模顺序为先通过圆柱体函数的功能构造出圆柱体生成导柱，如图2-5所示。再通过倒角命令对导柱进行倒角和倒圆角。如图2-6所示。

图2-5导柱

（3） 编写程序源代码 entity/obj1,obj2,obj3,obj4,obj5 $$定义实体 I10:

param/'enter the options','d=',d,'L',L,resp jump/I10:,trm:,resp $$参数输入 I20:

obj1=solcyl/origin,0,0,0,height,L,diamtr,d $$生成高度为L直径为d的圆柱体1 obj2=point/0,0.5*d,L-3 blend/obj1,radius,3,obj2 delete/obj2 $$倒角

obj3=point/0,0.5*d,3 blend/obj1,radius,3,obj3 delete/obj3 $$倒角

trm:

halt

（4） 执行程序

启动NX 8.5—文件—Excute UG/Open—Grip…选择目录中的daozhu1.grx,单击，出现参数对话框。在参数对话框中输入参数得到想要的导柱，如图2-6所示。

图2-6 A型导柱

2.3.2 B型导柱

（1） B型导柱零件图，如图2-7所示。

图2-7 B型导柱零件图

（2） 建模思路

B型导柱零件是轴类零件和B型导套配合，从B型导柱零件的结构具有一个圆柱和多个倒角，在导柱中部有一个定位槽。编程建模顺序为先通过圆柱体函数的功能构造出三个不同的圆柱体，分别为Φd、Φ(d+1) 、ΦD的圆柱体。通过实体布尔减运算分别把Φd和ΦD圆柱体与Φ(d+1) 生成导柱。在通过倒角命令对导柱进行倒角和倒圆角。

（3）编写程序源代码 entity/obj1,obj2,obj3,obj4,obj5 $$定义实体

I10:

param/'enter the options','d=',d,'d1=',d1,'L=',L,'h=',h,resp jump/I10:,trm:,resp $$参数输入 I20:

oobj1=solcyl/origin,0,0,0,height,h,diamtr,d1 $$生成高度为h直径为d1的圆柱体1 obj2=solcyl/origin,0,0,h,height,10,diamtr,d1-1 $$生成高度为h直径为d1-1的圆柱体2

obj3=solcyl/origin,0,0,h+10,height,L-h-10,diamtr,d $$生成高度为L-h-10直径为d的圆柱体

3

obj4=point/0,0.5*d,L-3 blend/obj3,radius,3,obj4 delete/obj4 $$倒角1

obj5=point/0,0.5*d1,3 blend/obj1,radius,3,obj5 delete/obj5 $$倒角2 trm: halt

（4）执行程序

启动NX 8.5—文件—Excute UG/Open—Grip…选择目录中的daozhu2.grx,单击，出现参数对话框。在参数对话框中输入参数得到想要的导柱，如图2-8所示。

图2-9 B型导柱

2.4 本章小结

本章简单介绍了UG二次开发语言、GRIP程序的具体开发过程和两种导柱的参数化设计过程和最终实体图。

第3章 模具总体结构设计

3.1 冲压件的工艺分析

冲压件加工的工艺性指的是冲裁件对冲压工艺的适应性，良好的加工工艺应该满足工序少、模具加工较易、材料理解省、寿命较长、产品质量稳定及操作方便等要求。影响工艺分析因数有很多，如加工零件结构形状、形位公差、精度要求及技术要求等等。冲压件的工艺性主要要求有：

1.冲裁件的形状和尺寸

冲裁件的形状应简单、对称，最好有直线和圆弧构成。避免冲裁件有过长的悬臂和狭槽，悬臂和狭槽的最小宽度必须大于毛坯料厚t的两倍,即b>2t,如图3-1所示。为了防止冲裁时凸模折断或压弯，冲裁件的孔与孔之间、孔与边缘之间的距离不能过少和冲裁件各直线或曲线的连接处应尽可能避免锐角、严禁尖角。

2.冲裁件的尺寸精度

一般冲裁件内、外形所能达到的经济精度，如表2-1。两孔中心距离公差、冲裁件的角度偏差值和一般冲裁剪切面表面粗糙度。

3.尺寸标注·

冲裁件的尺寸标注应该符合冲裁工艺要求。

此次设计为联动片的冲裁模具，该冲压件外形简单，精度要求高，只需一次冲裁加工便可成形。并且联动片的生产批量为小批量。联动片质量轻、尺寸小为了提高其生产效率、经济性将其模具设计成简易精冲模。该模具用于冲裁2mm厚的优质冷轧钢板，联动片的简易精冲模。零件如图3-1所示。

图3-1 联动片

冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。它应满足节省材料、减少

工序、容易加工模具、使用寿命长、操作方便及产品质量稳定等要求，在设计中，

我们应该注意的是，制件的结构形状、精度要求、形位公差及技术要求等对其具有较大影响。

针对于本次毕业设计的题目要求，材料为厚度为2mm的优质冷轧钢板，具有良好的冲压性能，在工件进行冲压零件时，满足了冲裁件形状简单对称的原则，避免锐角的存在，孔与孔、孔与边缘的距离，满足了a≥1.5t的要求。由于冲压零件较小，因此在凸模的前端采用了活动护套和固定护套来保护凸模，保证其大部分均可获得不间断的导向，增加了凸模的刚性和强度。工件的尺寸冲孔按IT13级计算。尺寸精度一般，普通冲裁完全能满足加工要求。冲裁件孔中心距公差为±0.15。

3.2 简易精冲模

3.2.1 简易精冲模优缺点

简易精冲模指的是只完成一种工序的冲裁模。如落料、冲孔、切边、剖切等。简易精冲模可以同时有多个凸模，单其完成的工序相同。简易精冲模优缺点：

（1） 容易实现机械化和自动化操作。

（2） 模具制造容易，结构简单，制造周期短，价格低。 （3） 通用性好，适用于中，小型批量生产。 （4） 模具结构与模具材料是否与冲裁批量相适应。 （5） 模架与模具选用标准件。

（6） 落料模的送料方向要与选用的压力机相适应。 （7） 对称工件的冲模架应保持上下模的正常装配。

3.2.2 简易精冲模的结构形式

该模具采用简易精冲模。

3.3 冲模的结构组成

冲模的零部件由工艺构件和辅助构件组成。

3.3.1 工艺构件

工艺构件由工作零件，定位零件，压料、卸料及出件零、部件组成。 1.工作零件

工作零件指的是完成冲压工作的零件，冲模的工作零件主

因

要是凸模和凹模。凸凹模成对互相配合，完成对毛坯料的 冲裁成形动作。它们的形状精度、尺寸精度及材质处理等 2.定位零件

数决定着冲模的性能和使用寿命。

定位零件的作用是保证送料时有良好的导向和控制送料的进程。 毛坯在模具中的定位主要有两个方面：一是在送料方向的定位，用来控制送料的进程，通常称为档板，如图3-2中所示的销。而是与送送料方向上的定位，称之为送进导向。主要定位零件有导料板、挡料销（钉）、定距侧刃、导正销、定位板(销)。

1) 定位销 单个毛坯件进行冲裁加工时，通才采用定位销定位。可用于毛坯的外形定位，也可用于毛坯内孔定位

2) 挡料销 挡料销的主要作用是保证条料送进时有精确的送进距。挡料板的结构形式按作用不同可分为固定挡料销、活动挡料销和始用挡料销

3) 导正销 导正销的作用是保证极进模冲裁件内孔和外缘的相对位置精度。在极进模中的定位主要采用导正销。导正销安装在凸模的工作端面上，在落料前导正销插入已冲裁好的孔中，用来确保内孔与外形的相对位置，以消除送料时产生的相对误差。 4) 定距侧刃 定距侧刃是以切去条料旁侧少量毛坯料来限制送料进距。定距侧刃断面的长度等于步距，定距侧刃的前后导尺两侧之间的距离步相等。所以只有侧刀切去等步距相等的料后，条料才可以向前一个步距。定距侧刃通常用于级进模。当用挡料销满足定距要求就不用采用定距侧刃。

结合设计要求、模具加工较易、材料省操作方便等要求，联动片的冲裁模具选择挡料钉和导料板作为定位零件。

图3-2 定位销

（1） 压料、卸料及出件零、部件

压料、卸料及出件零、部件由卸料板、推件装置、顶件装置、压边圈、弹簧和橡胶圈

1）卸料板 卸料和推料零件的主要作用是保证在冲裁加工工序完毕后将制件和废料排除，用来保证下一次工序可以顺利进行。卸料板分为刚性卸料板和弹性卸料板，。刚性卸料板能承受卸料力较大，常用于较厚的冲压件的卸料。其特点是卸料安全可靠，但生产效率不高。弹性卸料板分为顺装式模具的弹性卸料板和倒装式模具的弹性卸料板。图3-3为顺装式模具的弹性卸料板。卸料板具有操作方便，生产效率高的特点。，但卸料力比较小。可靠性不如刚性卸料板。

2）推件装置 推件装置分为两种刚性推杆装置和弹性推杆装置。刚性推杆装置推杆力大，推件可靠，但没有压料作用。

3）压边圈 在拉伸冲压工序工序中，为了保证拉深件的表面质量，防止拉深过程中材料的起皱，一般采用压边圈。

4）弹簧和橡胶圈在模具中应用广泛，主要用于推料、卸料和压边等工作。

图3-3 顺装式模具的弹性卸料板

3.3.2 辅助构件

辅助构件由导向零件，固定零件。 （1） 导向零件

导向零件的保证上模、下模相对运动时的精确导向装置，基本要求是工作可靠、保证凸、凹模间隙的均匀、导向精度好、拥有一定互换性。

导向装置目前已基本标准化，并有商品供应。主要的导向零件有导柱和

导套。导柱和导套的结构形式有滑动和滚动两种

1）滑动导柱和导套的形状都是圆形，它具有加工方便，装配简单，是应

用最多的导柱和导套。如图3-4所示

2）滚动导柱和导套是一种无间隙，精度高的导向装置，适用于高速和高

精度模具。

图3-4 导柱和导套

（2） 固定零件

固定零件的作用主要是保证工作零件、定位零件、卸料和推料零件、导向零件连接成一个有机的整体，保证零件间的相对位置，并使冲裁模具能正确安装在压力机上，例如上、下模座、模柄、凸、凹模固定板和垫片。

3.4 模具的材料确定

冲压材料与冲压生产的关系密切，冲压材料质量的好坏将直接影响冲压工艺过程设计、产品使用寿命和冲压件质量。冲压件材料费用往往要占冲压件成本的60%到80%。因此，提高冲压件结构的工艺性和提高与稳定材料的质量。工作零件的材料确定。

冲模是在较大的冲击、温升、磨损等状况下工作，尤其是凸模、凹模的工作条件更差，所以凸、凹模的材料要求有好的耐磨性、耐冲击性、热

变形小、淬透性及优良的机加工性能等，而且要价格便宜，采购方便。要满足上述全部条件是困难的，所以冲模材料必须根据具体生产条件、用途来选用。

联动片的厚度为2mm的优质冷轧钢，并且轮廓较为简单，其凸凹模选用耐磨和耐冲击性都较好的Cr12，其中凸模热处理硬度达到HRC58-62，凹模的热处理硬度为HRC58-62。

冲模辅助零件材料的确定可以参见选材表3-5。

表3-5零件材料选用表

3.5 模具的总体设计

联动片的模具结构主要由上模座、下模座、模柄、挡料销、挡料板、凸模、凹模、导柱、导套、固定板、垫板、螺钉、螺栓等零件组成。

凸模采用精铣进行加工，总长为53mm。凸模通过凸模固定板固定上模座，凸模与固定板和上模座之间采用螺钉联结，如图3-6。固定板一般用45钢制造，厚度为16mm。凹模采用整块加工，通过电火花线切割加工。导柱选择 级精度的中间导柱模架。

图3-6 凸模联接

联动片精冲模具工作原理是：本模具使用在普通冲床上。精冲时的压力由上、下两组蝶形弹簧获得。上面弹簧力（为四组）大于下面弹簧力(为两组)，因下面的弹簧力不应把已落料的工件顶进条料里。冲裁完成后当上模上升时，件5作用于件11顶出工件，上模继续上升，件5接触到件8时向外摆动，脱开件11,上模回升至最高点，完成一次冲程。

图3-7联动片装配图

3.6 本章小结

本章根据联动片结构的特点，决定将该套模具设计成生产效率高、经济性好的简易精冲模。介绍了简易精冲模和联动片模具的基础知识。确定出各个零件的材料和热处理硬度。最后给出了模具的总体设计和模具的工作原理。

第4章 模具设计

4.1 联动片零件

零件简图：如图4-1所示。

图4-1 联动片

生产批量：小批量 材料：优质冷轧钢 材料厚度：2mm

4.2 排样设计

（1）排料方式的选择

冲裁件的排样指的是冲裁件在条料，带料或板料上的布置方法。常见的排样方法有直排、斜排、直对排和混合排。合理的排样不仅可以提高材料利用率，还可以降低成本，并且保证了模具的寿命的有效措施。根据工件的形状，采用有废料的直排法。。 （2）搭边设计

搭边是排样时工件之间，以及工件与条料之间留下的余料叫做搭边。搭边的主要作用是补偿条料的定位误差，保证冲压出合格的工件。还可以保持条料具有足够的刚度。搭边是废料，搭边越小越好但是搭边过小容易使刃口磨损，降低模具寿命。工件外轮廓近似L形，排样选择斜排的方式，如图4-2所示。

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