冲压模具CAD

第四章冲压模具CAD各种模具中以塑料注射模具及金属冷冲压模具居多，这两类模具大约占到模具总量的90%，所以模具CAD系统的研发和推广大都围绕塑料注射模具和金属冷冲压模具展开。1.冲压模具基础知识2.冲裁模CAD系统的特点3.冲裁零件的输入和计算机处理4.冲裁零件的工艺性判别5.冲裁零件的排样6.冲裁模系统中的计算机辅助制造7.冲裁工艺参数计算和冲模结构设计8.冲模图样绘制9.其他专用冲模CAD技术第一节冲压模具基础知识冷冲压工艺是一种主要采用金属板料作为原材料的压力加工工艺，根据被加工零件形状的不同，金属板料毛坯在加工时的变形状况也不一样，因此冷冲压工艺又可以分成为两大类──分离加工工艺和成形加工工艺。分离加工工艺包括冲孔工艺、落料工艺、切边工艺、剖切工艺等成形加工工艺包括弯曲工艺、拉深工艺、变薄拉深工艺、翻边工艺等。按照工艺分类对应于各种冷冲压加工工艺，存在着各种类型的冷冲压模具，如冲孔模、落料模、切边模、剖切模、弯曲模、拉深模、等等。按照模具的导向方法分类，冷冲压模具又可以分成为无导向模、导柱模、导板模和导筒模等。按照模具的卸料方法分类，有刚性卸料模和弹性卸料模。还有其他一些模具分类方法。总之，冲压零件的形状千变万化，将金属板料加工成各种形状的冲压零件的冲压模具的种类也是丰富多彩的。对模具CAD有重要影响的分类特征是冲压零件的空间特征，依此可分成二维类冲压模具、三维类冲压模具以及介于其中的二维半冲压模具。二维类冲压模具包括了弯曲模具和大部分冲裁模具；三维类冲压模具包括各种除轴对称外的空间成形及冲裁模具；二维半冲压模具包括各种轴对称空间成形模具，如大部分拉深模、挤压模、翻边模等。计算机冷冲压模具设计步骤1.根据零件图分析冲压件的工艺2.确定冲压件的成形工艺方案3.工艺计算4.确定冲压模具的结构形式5.选择压力机6.根据产品生成毛坯或相应的钣金件7.进行凸模或凹模的设计8.计算机自动分析计算、导入模架及标准件9.模具装配图10.模具零件图１、工艺过程设计要求工艺性合理经济性合算总之，冲压工艺过程的设计是一种对产品生产过程的综合分析和设计。如果用模具ＣＡＤ对这一过程进行设计，则最佳的冲压工艺过程设计应该是工艺上先进合理、经济上合算这两个目标函数的综合寻优。冲压工艺性具体指标材料消耗少，生产准备周期短工序数量少，劳动量与劳动强度低尽量减少后续的机加工量及有关附注工序冲压工序装备少，生产面积需要少操作简便、无论采用非高级技工与否提高模具在完成生产批量前提下的寿命生产效率高，加工成本低结构工艺性不同的冲压工序，结构工艺性要求不同，但是，对于所有的冲压工艺，有一个共同的结构工艺性要求：尽量避免有应力集中的结构。具体的对于分离工序而言，一般不应有平面尖角出现（外轮廓可以用单边剪切的方法得到者除外）；对于成形工序而言应避免急剧的突变形状。冲裁件的结构工艺性拉伸、翻边、胀形件的结构工艺性冲压加工的经济性材料的经济拍样降低模具费用2.确定冲压件的成形工艺方案一个简单的冷冲压件也可以存在很多种冲压加工方案。例如，对于一个几何形状仅为内孔和外圆的简单的圆垫圈，就存在着四种可能的冷冲压加工方案。可以使用简单模分二次冲制成形，也可以选用复合模或连续模一次加工成形。采用简单模加工时，可以先冲内孔，后对外圆落料；也可以先进行外圆落料，后冲制内孔。采用连续模和复合模时，则是外圆落料和内圆冲孔同时进行。采用连续模时，外圆落料和内圆冲孔在不同的工位上进行加工。采用复合模时，外圆落料和内圆冲孔在同一工位上进行加工。复杂的冲压件可能存在的加工方案就更多了。各种条件的要求冲压变形发生及趋向的要求在需要经数道工序进行加工变形时，都应从变形的发生及其控制的原理出发，使之能很好的达到精度和质量的要求冲压件尺寸精度的要求精度要求高的结构应安排在成形工艺之后，形状要求高的零件，最后都要进行整形或精整等工序。一种摩托车零件方案A落料拉深胀形，整形，冲孔切边，拉伸翻边，冲侧孔方案B落料拉伸，整形，冲孔切边，拉深翻边，中间退火，內缘再翻边，冲侧孔方案C落料拉深胀形，二次拉深，整形，修边，切底（冲孔），冲侧孔理想的冲压加工方案：模具制造成本低，模具制造周期短，生产效率高，模具使用寿命长，工人操作安全性好。理想的加工方案在生产实践中很难实现，因为构成理想方案的各个方面往往是相互矛盾的，如降低模具制造成本往往会导致生产效率降低和安全性能下降。确定一种合理的工艺方案，要根据零件生产批量等具体情况折衷考虑构成理想方案的各个方面。3.工艺计算计算冲压力；计算压力中心；对冲压件作出合理的排样；计算模具工作部分的尺寸和制造公差；确定模具间隙；选择冲压设备。4.确定模具的结构形式送料方向；导向方式；模架形式；卸料装置式样；采用简单模、复合模还是连续模？……三种模具特点比较简单模级进模复合膜外形尺寸小大中复杂程度简单中等复杂工作条件不太好好中等生产效率低最高高工件精度低高最高模具成本低高高模具加工易难难设备能力小大中生产批量以中小批量为主以大批量为主第二节冲裁模CAD系统的特点DCAD冲裁模系统是一个可用于教学的冷冲压模具计算机辅助设计和辅助制造系统，目前主要用在冲裁模具的设计和制造。DCAD冲裁模系统以通用计算机辅助设计软件AutoCAD为基础软件，采用AutoCAD内嵌语言AutoLISP进行开发。DCAD冲裁模系统功能菜单DCAD冲裁模系统的构成冲裁模系统以AutoCAD通用图形软件作为基础软件，以AutoCAD图形软件的内嵌式语言AutoLISP作为主要的程序编制语言。冲裁模系统的软件部分由程序库、数据库、图形库和副资源库构成（图4-1）。程序库程序库是整套系统的核心部分，程序库中的程序从数据库内调用需要的数据进行计算，根据计算结果从图库中调用图形，绘制图样。数据库数据库中包含了国家标准中有关冲压模具设计的标准以及《冲压设计资料》中的一些相关数据。在系统程序运行过程中，数据库提供一切必要的数据。更换数据库中的数据可以使冲裁模系统满足具体使用单位的工厂标准或其他标准，无需改变冲裁模系统的结构框架和运行程序。图形库图形库由一系列图形构成，其中包含一些标准模具零件哑图和基本图元。利用哑图输出工程图样非常方便，而且图样中的图形布置恰当，无需作任何改动即可迅速由绘图仪绘出图样，或者存入磁盘归档。利用哑图输出工程图样的缺点是，图形与标注尺寸不成一定比例。图元镶拼方法，产生出标注尺寸与图线完全一致的图形。副资源库副资源库由各类磁盘文件组成，它们可以提供各项支援工作。如冲裁模系统专用的字形文件、各种专用符号，菜单类文件提供各类菜单功能和数字化仪菜单图形，另外还有一些文本文件能提供冲裁模系统软件的使用说明，等等。图4-1DCAD冲裁模系统构成示意图表格处理冲压模具设计标准及设计资料中包含的数据主要以表格的形式出现。人工设计模具需要查找表格获得数据。建立数据库后，利用LISP语言可以编写出简单实用的数据查询程序。四个小函数可以应付有关表格类数据查阅的问题。(DEFUNcb(fuv/li)；表格查询函数，f为数据文件，u为行，v为列(SETQf(OPENname))r)；打开数据文件i(s-columnv(readlf)1)；查列l(s-lineu(readlf)0)；查行)(CLOSEf)；关闭文件(NTHil)；函数返回查找到的数据)(DEFUNs-column(vli/c)；列查询函数，v为查询变量，l为表，i为起始查询列(SETQc(NTHil))；从第i列开始查询(WHILE(IF(EQ(TYPEv)'str)(/=vc)(vc))；查询项有字符串或数之分(SETQc(NTH(SETQi(1+i))l))；不符合查询条件时，列数增加1(IF(i20)(*ERROR*N))；列数超过20，退出循环，显示出错信息)i；函数返回列数)(defuns-line(ubi/c)；行查询函数，u为查询变量，b为表，i为列数(SETQc(NTHib))；表b中第i个数据(WHILE(IF(EQ(TYPEu)'str)(/=uc)(uc))；查询项有字符串或数之分(SETQc(NTHi(SETQb(readlf))))；不符合查询条件时，查找下一行)b；函数返回符合查询要求的行（表的形式）)(DEFUNreadl(f)；读记录函数，f为数据文件指针(READ(STRCAT((READ-LINEf))))；函数以表的形式返回读取的一行数据)确定凹模尺寸的数据文件B2-40.DAT00.81.53581275(2620)(3022)(3425)(4028)(4730)(5535)150(3222)(3625)(4028)(4632)(5535)(6540)200(3825)(4228)(4632)(5236)(6040)(7545)1000(4428)(4830)(5235)(6040)(6845)(8550)第一行数据表示板料的厚度，第一列数据表示冲裁件长度，根据料厚度和长度可以查找到一个表，表中前面的数据表示型腔至凹模边缘的最小距离，后面的数据表示凹模的厚度。调用查表函数(CB“B2-40”1802)，函数返回的数据为(4632)，说明冲裁型腔至凹模边缘的最小距离为46，凹模厚度为32。DCAD系统的程序模块图4-2DCAD冲裁模系统程序模块结构示意工艺性判别(ii)排样(iii)CAM(iv)模具装配图(vi)模具零件图(vi)模具设计(v)冲裁件图形输入冲裁件尺寸输入(i)第三节冲裁零件的输入和计算机处理冲裁件图样是进行冲压模具设计的原始依据。在计算机上进行CAD/CAM工作的第一个步骤是解决如何将冲裁件图样包含的技术信息输入计算机。图样信息包含两部分：符号信息和图形信息。符号信息包括零件尺寸、尺寸公差、板料厚度、零件材料以及零件名称、图号、设计日期等包括文字和数字在内的信息。AutoLISP中的输入函数和输入对话框可以被用来方便地输入文字或数字。图形信息包括了零件几何形状方面的信息，可以用DCAD冲裁模系统的基础图形软件AutoCAD直接输入图形的信息。利用基础图形软件AutoCAD输入的冲裁件图形是以后CAD/CAM技术开展的基础。传统的手工绘图方式不可能绘制出精确的图形，在机械制图中是以精确的尺寸标注和制造公差来明确零件的实际尺寸，在图形方面略有差异是被允许的。而在数控机床加工时，机床的加工是严格按照加工指令进行的，数控机床的加工指令在冲裁模系统中是直接根据计算机图形生成的。CAM要求准确的模具刃口形状。在绘制模具刃口之前必须计算出模具的刃口尺寸和模具间隙。模具刃口尺寸计算中要解决的问题是确定基准模具和冲裁件尺寸类型。落料件的尺寸取决于凹模，而冲孔件的尺寸取决于凸模。落料凹模和冲孔凸模是基准模。与基准模相配的模具是配合模。绘制图形时绘制出基准模刃口图形，然后建立偏距等于模具最小单边间隙（Zmin/2）的等距曲线，即得到配合模的刃口图形。基准模和配合模的刃口图形都可以直接应用于CAM。冲裁件零件尺寸类型第一类是轴类尺寸（A类尺寸），特点是：冲裁件尺寸将随冲裁模具的磨损而增大。第二类尺寸是孔类尺寸（B类尺寸），特点是：冲裁件尺寸将随冲裁模具的磨损而减小。第三类尺寸是长度类尺寸（C类尺寸），特点是：冲裁件尺寸大小基本上不受冲裁模具的磨损而发生变化。冲裁零件输入示例属于A类尺寸的有20、50、30、10，属于B类尺寸的有12、φ3，属于C类尺寸的有11、40轴类（A类）尺寸随模具的磨损而增大，因此在模具制造时希望能够将冲裁件尺寸控制在接近尺寸的下限，基准模具刃口尺寸计算公式为：Ｄj＝〔D+Tl+(1－X)(Tu–Tl)〕式中Dj——基准模刃口尺寸；D──冲裁件基本尺寸；Tu──冲裁件上偏差；Tl──冲裁件下偏差；X──冲模磨损系数。制造上偏差为，下偏差为0。的计算公式为＝(1/3~1/4)(Tu－Tl)孔类（B类）尺寸随模具磨损而减小，