一模多件套筒式冲模设计及三维模型(最新)

一模多件套筒式冲模设计摘要：本文首先介绍了冲压模具、模具CAD技术、三维模型及运动仿真技术的发展现状和前景，选用了三维设计软件Pro/Engineer。

通过一模多件套筒结构工艺性和尺寸精度的分析，比较几种不同冲压工艺方案的优缺点。

采用了复合模一次将冲孔、落料以及外形冲出，模具结构型式采用倒装式复合模。

推件装置采用典型的打杆打料板式的刚性推件装置，卸料装置采用弹性卸料板。

选用四导柱高精度模架，然后确定了模具的总体结构。

最后根据冲压手册及相关的模具设计手册进行冲裁力、压力中心、模具工作部分、模具各零部件尺寸的计算及设计。

在有关的设计及计算完成之后，应用三维设计软件Pro/Engineer建立模具各个零部件的三维模型，然后根据要求进行零件装配，零件装配好以后，进行装配体的干涉检查，确定装配体中各零件之间是否存在干涉。

关键词：模具设计；拆装；三维模型；CAD1绪论1.1课题背景随着计算机技术的日益发展,制造业正面临着空前的变革。

能够完整描述产品的数字化模型在赢得客户方面正发挥着越来越大的作用。

更进一步,如果能够制作数字模型的动态演示片,那么在与客户交流以及方案设计论证时,可以进行多种设计方案分析比较,与仅演示静态模型相比,能达到更好的效果。

模具拆装动态模拟正是基于这种思想提出的。

采用先进的造型技术建立模具模型并实现拆装模拟以及运动仿真，可以更好地展示模具内部结构，以及装配关系，这样有即利于产品的宣传，同时也有利于和客户的沟通。

另一方面在实际的模具拆装实验教学中，由于课时短，学生在有限的时间内拆装的模具的数量少，因此我们如果能把模具做成三维模型，这样我们能够在很短的时间内清楚的了解多套模具的内部结构，装配关系，以及模具的工作过程。

1.2冲压模具业发展现状及发展趋势1.2.1冲压模具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”；广东及山东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，美的、海尔、海信等集团纷纷建立了自己的模具设计和制造中心。

近年来许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。

一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS、Solid Works等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。

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、天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。

例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS软件，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模CADCAM软件，上海交通大学中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件深圳市立先科技开发有限公司开发的Press模具设计软件、模具行业拥有不少的用户。

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、复杂和长寿命模具仍然依赖进口[1]。

1.2.2冲压模具技术发展趋势当前,我国工业生产的特点是产品品种多、更新快和市场竞争激烈。

在这种情况下,用户对模具制造要求是“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”。

⑴在模具设计制造中将全面推广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。

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。

有条件的企业应积极做好模具CAD/CAM技术的深化应用工作,即开展企业信息化工程,可从CAPP→PDM→CIMS→VR，逐步深化和提高。

用于模具设计制造的计算机软件,将向智能化、集成化方向发展[2]。

⑵高速铣削加工得到更广泛的应用国外近年来发展的高速铣削加工,主轴转速可达40000-100000r/min，快速进给速度可达到30-40m/min，加速度可达1g，换刀时间可提高到1～2s。

目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。

高速铣削必须与相应的软件、加工工艺、刀具及其夹紧头相配合。

⑶模具扫描及数字化系统将在逆向工程中发挥更大作用高速扫描机和模具扫描系统,已在我国200多家模具厂点得到应用,取得良好效果。

该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,用雷尼绍的SP2-1扫描测头实现快速数据采集,采集的数据通过软件可自动生成各种不同数控系统的加工程序及不同格式的CAD数据,用于模具制造业的逆向工程。

高速扫描机扫描速度最高可达3m/ min,大大缩短了模具制造周期。

⑷电火花铣削加工技术将得到发展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。

⑸模具标准化程度的提高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，并有完善的标准系列，包括零件标准和模架标准，国际标准化组织已经制定了国际模具系列标准，标准件的品种多，规格全，质量高，而且全部均已商品化[3][4]。

1.3模具CAD 技术发展趋势21 世纪模具制造行业的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化、网络化,追求的目标是提高产品质量及生产效率、缩短设计周期及制造周期,降低生产成本、最大限度的提高模具制造业的应变能力,满足用户需求。

具体表现出以下几个特征[4]。

⑴集成化技术现代模具设计制造系统不仅应强调信息的集成,更应该强调技术、人和管理的集成。

在开发模具制造系统时强调“多集成”的概念，即信息集成、智能集成、串并行工作机制集成及人员集成,这更适合未来制造系统的需求。

⑵智能化技术应用人工智能技术实现产品生产周期(包括产品设计、制造、使用)各个环节的智能化，实现生产过程(包括组织、管理、计划、调度、控制等) 各个环节的智能化，以及模具设备的智能化，也要实现人与系统的融合及人在其中智能的充分发挥。

⑶网络技术的应用网络技术包括硬件与软件的集成实现，各种通讯协议及制造自动化协议,信息通讯接口，系统操作控制策略等，是实现各种制造系统自动化的基础。

网络技术的应用为我国模具企业实现敏捷制造和动态联盟奠定了技术基础。

多学科多功能综合产品设计技术产品的开发要进行多目标全性能的优化设计，以追求模具产品动静态特征性、效率、使用寿命、可靠性、制造成本与制造周期的最佳组合。

虚拟现实与多媒体技术的应用虚拟现实VR (Virtual Reality) 是人造的计算机环境，人处在这种环境中有身临其境的感觉,并强调人的介入操作。

VR 技术在21 世纪整个制造业中都将有广泛的应用,可以用于培训、制造系统仿真、实现基于制造仿真的设计与制造、集成设计与制造、实现集成人的设计等。

多媒体技术采用多种介质来存储、表达处理多种信息、融文字、语音、图像于一体,给人一种真实感。

⑷反求技术的应用反求工程能够缩短从设计到制造的周期，是帮助设计者实现并行工程等现代概念的一种强有力的工具,目前在工程上正得到越来越广泛的应用。

主要应用于新零件的设计、已有零件的复制、损坏或磨损零件的还原、模具精度的提高等方面。

⑸快速成形技术快速成形制造技术RPM ( Rapid Proto typing Manufactur2ing) 基于层制造原理，迅速制造出产品原型，而与零件的几何复杂程度丝毫无关，尤其在具有复杂曲面形状的产品制造中更能显示其优越性。

它不仅能够迅速制造出原型供设计评估、装配校验、功能实验,而且还可以通过形状复制快速经济地制造出产品模具(如制造电极用于EDM 加工、作为模芯消失铸造出模具等) ，从而避免了传统模具制造的费时、耗成本的NC 加工,因而RPM 技术在模具制造中日益发挥着重要的作用[5]。

1.4模具工业发展潜力目前深圳周边及珠江三角洲地区已经成为中国模具工业最为发达、科技含量最高的区域。

今后几年，随着全球制造业重心加快向我国转移，这一地区有可能在10年内发展成为世界模具生产中心。

此外，国内浙江东部的余姚、宁海、黄岩、温州等地区的模具工业发展也非常快，从业人员达到10万余人，模具年产值70亿元。

有专家预测，在外资的带动下，2003年我国模具市场总体规模将增加13％左右，到2007年模具产值将达到600多亿元，年均增长速度为12％左右，模具自给率将从目前的70％提高到80％左右，模具及模具标准件出口将从现在的1.8亿多美元增长到2007年的4亿多美元左右[6]。

1.5三维造型三维造型概述传统的机械产品设计通常是采用平面图形表示机械零件及其装配关系，设计结果是机器在某一位置的静态图形。

这种方法难以反映机器在运行过程中各零件的运动状态及其相对位置关系，无法直观地判断其运动是否合理，各零件之间是否存在干涉等问题。

随着CAD技术的发展，三维造型已逐步得到应用。

用这些技术生成机构的运动仿真图像，可有效地解决上述问题。

将计算机造型和运动仿真功能融入三维机械CAD软件中是三维机械CAD软件发展的必然要求[7]。

同时，三维造型技术是CAD/CAM综合系统的核心技术，利用虚拟仿真技术，可以模拟机构运动的轨迹并可对其进行动态检验，进行新产品设计方案的即时修改和旋转显示，模拟机器的装配过程，对机械设计来说十分重要 [8]。

虚拟仿真技术，可以在仿真实时运行过程中和事后分析中展示模型中的实体运行及其相应属性的动态变化规律，使设计人员对系统模型得到概念化和形象化的理解。