冲压和注塑模具课程设计(共39页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上前 言近年来随着计算机技术的迅速发展,CAD/CAM已经从对产品性能的简单校核,逐步发展到用计算机对工程和产品进行性能、安全可靠性分析和优化,对产品未来的工作状态和运行行为进行模拟,及早发现设计缺陷,并证实未来工程、产品功能和性能的可用性与可靠性,CAD/CAM发挥着越来越重要的作用。 我国在仿真分析方面也取得了长足进步,在许多领域开展了CAD/CAM技术的研究和应用。但与发达国家相比仍存在一定的差距,特别是在具有自主知识产权的大型通用分析软件的开发和CAD/CAM技术的工业化应用方面差距还相当明显。 通用PRO/ENGINEER软件可以对多种类型的工程或产品的物理、
2、力学性能进行分析、模拟、评价和优化;专用CAE软件是针对特定类型的工程或产品所开发的,以用于产品性能分析、预测和优化的软件。第一章 CAD/CAM设计概述1.1 CAD/CAM简述计算机技术、机械设计与制造技术的迅速发展和有机结合,形成了计算机辅助设计与计算机辅助制造(CAD/CAM)这一新型技术。CADCAM系统是设计、制造过程中的信息处理系统,它需要对产品设计、制造全过程的信息进行处理,包括设计、制造中的数值计算、设计分析、三维造型、工程绘图、工程数据库的管理、工艺分析、NC自动编程、加工仿真等各个方面。CADCAM系统充分利用了计算机高效准确的计算功能、图形处理功能以及复杂工程数据的存储
3、、传递、加工功能,在运行过程中,结合人的经验、知识及创造性,形成一个人机交互、各尽所长、紧密配合的系统。CADCAM系统输入的是设计要求,输出的是制造加工信息。一个较为完整的CADCAM系统的工作过程如图1-1-1所示,它主要包括以下几个:图1-1 CAD/ACM系统工作过程图国内外大量的经验表明,CAD系统的效益往往不是从其本身,而是通过CAM和PPC系统体现出来;反过来,CAM系统如果没有CAD系统的支持,花巨资引进的设备往往很难得到有效地利用;PPC系统如果没有CAD和CAM的支持,既得不到完整、及时和准确的数据作为计划的依据,订出的计划也较难贯彻执行,所谓的生产计划和控制将得不到实际效
4、益。因此,人们着手将CAD、CAE、CAPP、CAM和PPC等系统有机地、统一地集成在一起,从而消除“自动化孤岛”,取得最佳的效益。集成化是CAD/CAM技术发展的一个最为显著的趋势。它是指把CAD、CAE、CAPP、CAM以至PPC(生产计划与控制)等各种功能不同的软件有机地结合起来,用统一的执行控制程序来组织各种信息的提取、交换、共享和处理,保证系统内部信息流的畅通并协调各个系统有效地运行。机械CAD/CAM技术是将CAD、CAE、CAPP、CAM等各种功能通过软件有机结合起来,用统一的执行控制程序来组织各种信息的提取、交换、共享与处理,以保证系统内信息流的畅通并协调各个系统有效地运行。它
5、的显著特点是把设计与制造过程同生产管理、质量管理集成起来,通过生产数据采集形成一个闭环系统。 CAD/CAM是改造传统模具生产方式的关键技术,是一项高科技、高效益的系统工程,它以计算机软件的形式为用户提供一种有效的辅助工具,使工程技术人员能借助计算机对产品、模具结构、成形工艺、数控加工及成本等进行设计和优化。模具CAD/CAM能显著缩短模具设计及制造周期、降低生产成本、提高产品质量已成为人们的共识。随着功能强大的专业软件和高效集成制造设备的出现,以三维造型为基础、基于并行工程(CE)的模具CAD/CAM技术正成为发展方向,它能实现面向制造和装配的设计,实现成形过程的模拟和数控加工过程的仿真,使
6、设计、制造一体化。1.2 产品数据交换标准建立统一的产品数据交换标准是实现CAD/CAM技术集成化的必要条件。 复杂机械产品的生产需要不同企业、部门的分工协作完成。由于产品信息是在不同的地点、不同的计算机和不同的CAD/CAM系统中产品,造长同一产品的信息表达差异。产品信息在各系统之间的集成现在主要采用标准格式交换法,如IGES标准、PDDI标准、PDES标准和STEP标准等。但是在朝着集成化目标发展的过程中,尤其是在解决面向CAD/CAE/CAPP/CAM、CIM、CE等的集成(信息交换、语义集成、功能集成)方面,遇到了很大的困难: (1)以IGES为代表的产品数据交换标准,尽管在支持几何数
7、据的交换方面已达到实用程度,但它只支持物理层上的数据交换,难以满足信息集成的需要; (2)发展中的STEP尽管克服了IGES的不足,从理论上解决了同时支持物理层和逻辑层的数据交换,即实现信息交换的方法,但由于其刚刚起步,在其资源的定义、程序实现、面向具体应用领域的参照模型的建立、特征造型的实施以及对象库的管理和使用等许多方面还远没有达到实用程度; (3)难以进行产品信息的统一管理、同步性维护、冗余控制和全局优化创成; (4)靠数据交换难以实现建立在满足下游开发活动约束及特定外部过程约束的智能决策支持机制。尽管许多著名的计算机软、硬件产品厂商都声称在产品中支持IGES、STEP等产品数据交换标准
8、,但结果并非如此。世界上各种CAD/CAM集成软件(如CATIA,Euclid,Pro/Engineer,CADDS5,UGII及I-DEAS等),都只是某些方面具有特长,故大型企业往往同时使用几种CAD/CAM软件系统才能满足自己的需要,结果导致软件之间进行数据交换时丢失信息。我们在为上海大众进行某项目的CAD软件选型时证明了这一点。因此,一般大型企业都选择一种CAD/CAM软件作为主流软件,再加上其它软件作为补充,从而尽量减少不同软件间的数据交换。产品数据交换标准的最终完善还需相当一段时间。 1.3 CAD/CAM系统选型原则CAD/CAM系统的选择与配置对任何一个打算应用CAD/CAM技
9、术的企业都是至关重要的。在作出CAD/CAM系统选择和配置的决策时,需要综合考虑以下因素: (1)系统的功能 选择硬件时要考虑CPU的运算处理能力、内、外存储器容量、图形显示与处理能力、输入/输出作业能力、通信联网能力等。选择软件时要考虑各种产品设计过程中对CAD/CAM应用软件的功能要求,要注意软件与硬件的匹配。 (2)系统的可调节性和可扩展性新安装的系统应能与原安装的计算机环境进行交互操作,即向下兼容能力;同时应该具有升级扩展能力;要注意软件的二次开发性、用户界面等。 (3)性能价格比这是一个相对的综合指标。在购买软、硬件系统时,用户按功能和价格同时比较考核,在满足用户要求的情况下,取其最
10、佳值作为选择对象。 (4)供应商的发展趋势和资产可信度在选购系统时,不仅要比较分析其技术性能指标、价格,还要分析供应商的发展变化趋势和财务经营状况。若用户对供应商的发展情况不了解,购买了即将停产换代的产品,或是与即将易手的公司作生意,其后果是非常被动的。第二章 冲压模具设计2.1 塑件工艺分析2.1.1 对制品进行工艺分析工件材料为08号钢,厚度t=1mm,外形和孔的尺寸公差没有表明,根据零件的板厚可查【1】表2-3可按冲模制造精度IT10制造。工件的形状不复杂,但是要求先落料,所以可能选择复合模。2.1.2 工艺方案的确定图2-1 零件实体图从图中可以看出,冲压工艺过程可以是落料、拉伸、冲孔
11、。图中孔的中心距没有任何的公差要求,可以同时冲出。 工件的冲裁工艺方案有下面几种:(1) 落料、冲孔单工序冲裁,拉伸。(2) 落料、拉伸、冲孔复合模冲裁。(3) 冲孔、落料级进冲裁,拉伸。方案1模具结构简单,但是需要两道工序两套模具来落料冲孔另外加一套弯曲模具,生产效率较低,难以满足该零件的年产量的要求。方案2只需要一套模具就可以完成落料冲孔另加一套拉伸模具,冲压件的行为精度和尺寸精度容易保证,而且生产效率比较高,容易满足生产的需求。尽管复合模具的结构比较复杂,但是由于零件的原始几何形状比较简单而且对称,模具制造并不空难。方案3也只需要一套模具就可以完成冲孔落料另加拉伸模具就可以。生产效率也比
12、较高,但是零件的精度不比较低相对复合模具来讲。欲保证冲压件的行为精度和尺寸精度,需要在模具上另外设置导正销导正,故模具结构比较复杂相应于复合模具。通过3中方案的比较,对该冲冲压件的生产应该采用方案2 为佳。2.2 模具成型零件分析2.2.1 落料分析(1)圆形凸模与凹模,可以采用分开加工,所落下的料(即为拉伸件的料),按未注公差的自由尺寸,按IT14级取极限偏差,故落料件的尺寸取125mm。(2)初始间隙Zmin=0.10 Zmax=0.14Sp=0.4(Zmax-Zmin)=0.016Sd=0.6(Zmax-Zmin)=0.014Sp +Sd= Zmax-Zmin所以采用凸模与凹模分开加工。
13、(3)凸凹模直径尺寸分析:Dd=124.5+0.040 0 Dp=124.4 0 -0.025(4)落料凹模的外形尺寸确定: 、计算结果得,取凹模厚度为25mm 、计算结果得,取凹模外径为200mm(5)落料凸、凹模如下图所示:图2-2 落料拉伸凸凹模 、外圈则是落料凸模 、内圈则是拉伸凹模图2-3 落料凹模2.2.2 拉伸分析(1)拉伸则采取压边圈固定配合拉伸,拉伸凸模中心必须钻通气孔(2)凸模与凹模单边间隙,取Z=1.1mm(3)标注的是外形尺寸:以凹模尺寸为基准 Dd=78.91+0.040 0 Dp=76.81 0 -0.05(4)凸凹模圆角半径:、凹模圆角半径取R6mm 、凸模圆角半
14、径取R5mm(5)拉伸凸、凹模如下图所示: 拉伸凹模图则是落料拉伸凸凹模此为复合的,如上图2-2所示图2-4 拉伸冲孔凸凹模 、外围则是拉伸凸模模型 、内孔则是冲孔凹模(6)拉伸固定板 图2-5 拉伸固定板2.2.3 冲孔分析 (1)冲孔凸凹模尺寸,计算结果如下: Dd=18.152+0.040 0 Dp=18.0520 -0.020(2)冲孔凸模长度: 通过计算取L=95mm(3)冲孔凸、凹模如下图所示: 冲孔凹模则是拉伸冲孔凸凹模此为复合的,如上图2-4所示 图2-6 冲孔凸模(4)冲孔固定板图2-7 冲孔固定板2.3 模具成型零件装配模型装配成型进行加工分析 (1)先进行落料,落下的料进
15、行加工拉伸(2)再进行拉伸,拉伸时用压边圈进行定位(3)再进行冲孔图2-8 冲模装配模型2.4 分解视图(1)模架采用标准模架,GB/T 2855.5 和 GB/T 2855.6(2)导柱导套采用标准件,GB/T 2861.1和 GB/T 2861.6(3)采用橡胶弹性元件,如图2-9,红色所示图 2-9 分解视图 2.5 整体剖面图图 2-10 装配图X方向剖图图2-11 装配图Y方向剖图第三章 注塑模具设计3.1 塑件结构与工艺分析3.1.1产品说明本塑件结构简单,壁厚均匀,模架结构较简单。精度要求较高,为五级精度,材料为ABS成型性能一般,其他并无特殊要求。图3-1 塑料件二维图 图3-
16、2 塑料件三维图要求:(1)生产批量:大批量 (2)材料:ABS (3)精度等级:IT5 (4)壁厚:2mm3.1.2 塑件料分析化学名称:丙烯-丁二烯苯乙烯共聚物比重:1.02克/立方厘米 成型收缩率:0.3-0.8% 查表得收缩率为:0.3%-0.8%。材料分析:ABS无毒无味,呈微黄色,成型的塑件有较好的光泽,具有良好的机械强度和一定的耐磨性,耐寒性,耐油性,耐水性,化学稳定性和电器性能,密度为1.021.5/cm3ABS有一定的硬度和尺寸稳定性,易于加工,经过配色可配成任何颜色。成型特点:ABS在升温时粘度增高,所以成型压力较高,故塑件上的脱模斜度宜稍大,ABS易吸水,成型加压前应进行
17、干燥处理,ABS易产节痕,模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力,在正常的成型条件下壁厚,熔料温度对收缩率影响极小,在要求塑件精度高时,模具温度可控制在5060c,而强调塑件光泽和耐热时,模具温度应控制在6080c。3.1.3 塑件注射成型工艺参数的确定根据该塑件的结构特点和ABS得成型性能,查相关手册得到ABS塑件的成型工艺参数:表3-1 塑件的注射成型工艺参数工艺参数内容工艺参数内容预热和干燥温度8090成型时间/s注射时间35时间2h保压时间1530料筒温度/后段180200冷却时间1530中段210230总周期4070前段170190螺杆转速/(r/min)3060喷嘴温度/18
18、0190后处理方法红外线灯烘箱模具温度/6080温度/70注射压力/MPa7090时间/h243.2 模具成型零件分析3.2.1 型腔的尺寸设计该塑件的成型零件尺寸计算时均采用平均尺寸,平均收缩率,平均制造公差和平均磨损量来进行计算。查有关模具设计手册得ABS的收缩率为s=0.3%0.8%,故平均收缩率为。根据塑件尺寸公差要求,模具的制造公差取。(1) 型腔工作尺寸计算如下:表3-2 型腔工作尺寸类别塑件尺寸计算公式型腔或型芯工作尺寸 型腔计 算34 0 -0.076L=L+LScp-33.61728 0 -0.07027.6291110.70865.713 (2) 型腔壁厚和底板厚度计算在注
19、射成型过程中,型腔主要承受塑料熔体的压力,因此模具型腔应该具有足够的强度和刚度。如果型腔壁厚和底板的厚度不够,当型腔中产生的内应力超过型腔材料本身的许用应力时,型腔将导致塑性变形,甚至开裂。与此同时,若刚度不足将导致过大的弹性变形,从而产生型腔向外膨胀或溢料间隙。因此,有必要对型腔进行强度和刚度的计算,尤其是对大型塑件。型腔材料预选为硬化塑料模具钢。模具钢弹性模量E=2.2, 许用应力Mp模具许用变形量=0.03 型腔侧壁厚度计算:a、按刚度条件计算S刚=b、按强度计算S强=13mm 型腔地板厚度计算:a、刚度条件计算T刚=b、按强度计算:T强=mm(3) 型腔工作图图3-3 型腔内部图 (4
20、) 型腔工作剖面图图3-4 型腔工作X方向剖面图图3-5 型腔工作Y方向剖面图3.2.2 型芯的尺寸设计查有关模具设计手册得ABS的收缩率为s=0.3%0.8%,故平均收缩率为。(1) 型腔工作尺寸计算如下:表3-3 型腔工作尺寸类别塑件尺寸计算公式型芯工作尺寸 型芯计 算24l=l+lScp+24.5073030.58544.128 0 -0.07699.236 0 -0.093(2) 型芯工作图图3-6 型芯工作图(3) 动模板图 动模板包着型芯 动模板外围尺寸跟定模板一样 图3-7 动模板图3.2.3 中心距尺寸设计查有关模具设计手册得ABS的收缩率为s=0.3%0.8%,故平均收缩率为
21、。CSZ/2=(1+Scp) CSSZ/2(1Scp) CS + SZ/2 = 14.0770.1933.3 模具分型面分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。一副模具根据需要可能有一个或两个以上的分型面,分型面可以是垂直于合模方向,也可以与合模方向平行或倾斜。3.3.1 分型面的形式分型面的形式与塑件几何形状、脱模方法、模具类型及排气条件、浇口形式等有关,我们常见的形式有如下五种:水平分型面、垂直分型面、斜分型面、阶梯分型面、曲线分型面。3.3.2 分型面的选择原则(1)便于塑件脱模: 在开模时尽量使塑件留在动模内 应有利于侧面分型和抽芯 应合理安排塑件在型腔中的方位;(
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