三孔托板、固定垫板冲裁模设计含开题及15张CAD图
三孔托板、固定垫板冲裁模设计含开题及15张CAD图,三孔托板,固定,垫板,冲裁模,设计,开题,15,cad
摘 要在冲压生产中,生产成本受材料利用率影响最大,材料支出占整个生产成本的75%。本文将介绍一种新的计算方法用于实现双工件在冲压排样设计中的最佳规划方法,以便提高材料利用率。这种计算方法可以预示在带料中结构废料的位置及形状,以及工艺废料的位置和最佳宽度。例如将两个相同的工件中的其中一个旋转180,或是将两个不同的工件嵌套在一起。这种计算方法适合与冲模设计CAE系统结合使用。 计算机辅助设计(CAE)如何允许工程师在产品设计的早期阶段就可以预测和选择塑件的模具充型,残余应力,结构变形和冷却后的收缩和翘曲。流动形式,温度和型腔形状对材料的性质和塑件的外形特征有巨大的影响。这些技术的应用解决了早期设计中的诸多设计问题,并避免了使用费时麻烦的累试设计方法,以及模具成形后需要做的反复修改。关键字:冲压;模具设计;最佳化;材料利用率;明可夫斯基和;设计工具;计算机辅助设计引言在冲压生产中,能够快速生产不同复杂程度的薄片金属零件,特别是在大产量的情况下,能够高强度生产。生产过程效率高,其中材料成本占据整个冲压生产成本的75% 1。但材料不能被完全利用到零件上,因为零件不规则的外形必须被包含在带料内。冲压生产的排样设计直接决定废料的大小。很明显,使用最理想的排样设计对于提高公司的竞争力是至关重要的。加工设计阶段所创建的排样设计直接决定了材料的损失程度。当一个或多个零件布置在带料上时,设计者选择零件的布置方法,以及带料的宽度,以及多个零件在一起的情况下,他们的位置关系。理想情况下,材料应该被充分利用。 即使微小的数值的改进也能使材料利用率提高。例如,在每分钟200次行程的冲压生产中,每个行程仅节约10克材料也能够在八小时的生产中累计到节约材料一吨以上。加工设计阶段决定材料的利用率,搭边大小决定(通常很长)工具的寿命。因此,加工生产前确定最佳排样设计具有重大意义。此项任务较为复杂,尽管如此,在设计中改变搭边值以后能够改变步距 (带料中邻近零件之间的距离) 以及带料宽度。评估设计效率非常具有挑战性, 单一零件在带料上的布局能够通过精确的最佳计算方法描述,迄今为止零件间的布局只能通过近似计算法则解决。嵌套法对于零件之间的布局是一个重要问题从以往的经验来看零件间相互嵌套常常能够改善材料的利用率,就像在单一带料中将每个零件层叠在一起。本文引用普通案例中所取零件旋转180后与上一工位零件相嵌套,以及两个不同零件间的相互嵌套。本文通过两个具体案例描述了一种新的排样布局计算方法。 CAE分析工具提供了巨大的优势使设计团队能够考虑几乎任何成型的方案,而牺牲了相关制造业和机器的时间。在开始生产之前,计算机上给出了尝试新的设计或概念的机会以消除问题。 此外,设计师可以快速且轻易地确定,生产的最后一部分具体成型参数对质量的敏感性。这个虚拟的CAE设计提供了巨大的灵活性,以确定最后一部分不同的初始地点,浇注情况下,几何特征,以及不同的成型和加工条件对流动性和质量的影响。此外,CAE技术工具,让这些虚拟设计在短短几天内或甚至小时完成,而不必经过几周相关实验的整理和错误的分析。在早期设计阶段CAE技术的应用可以节省十分可观的费用,不仅仅是因为节省时间,也避免昂贵的普遍的最后一刻模具的修改。图1显示的是CAE分析周期压缩成型部分 ,分析开始建立一个坚实的计算机模型和有限元网格该模具型腔。如有需要,部分设计,门或初步主管的位置和加工条件可以进行修改,在计算机上,直到一个可接受的部分是获得。以后的分析是完成了优化的一部分,可以生产与减少结合线 ,优化力量, 控制温度和固化,并尽量减少收缩与翘曲。1 排样设计理论1.1 前期工作曾经, 带料排样设计问题需要通过手工来解决。例如, 通过纸板模拟冲裁来获取一个好的排样方法。通过计算机介绍的设计过程所得出的步骤。也许首先要做出适合工件的矩形,然后将矩形顺序排放在带料上2。这种方法适合不相互重叠的矩形3、拉深多边形4, 5、已知相互关联的外形6。这种原理的方法具有一定局限性,尽管如此,在这种具有局限性下的设计中所产生较多的工艺废料不能被避免,这些额外损失的材料导致了设计方案无法达到最佳化。增量旋转法是一种流行的排样设计方法6-10, 16。具体实现方法为,将零件旋转一定的角度,例如2,7,在设计中决定零件倾斜程度和带料宽度以及合适的材料利用率。在不断重复这些步骤以后工件旋转量达到180 (由于对称),然后从中选出最佳排样方法。这种方法的缺点是,在一般情况下,最佳材料定位将降低旋转增量同时不能被找到。尽管差别很小,但在大批量生产中每个零件所浪费的材料会累计进而导致较多材料损失。梅塔-启发式优化方法适用于排样设计,包括模拟退火11, 12和初步设计 13。当解决较复杂设计问题时 (也就是在2D平面上将较多不同零件嵌套在一起),它不能保证最佳排样方法,但是可以根据获得的计算结果进而总结为一个较好的解决方法。开发出一种在设计过程15中确定单一零件在带料上的布局以及带料的宽度的确定14的精确的最佳的计算方法。这些计算方法基于建筑几何学中一个外形从另外一个上发展出来。相似的理论在这个学科中基于一个名叫无适合多边形,障碍空间和明可夫斯基和创建。 从根本上来讲, 它仅是一种解决位置关系的方法,这样的外形有缺陷,但不会重叠。通过这种方法的应用 (本文中,特殊的译文是指明可夫斯基和), 能够创建一种全球化的最佳的具有高效率的排样布局的计算方法。对于排样设计中零件间布局的特殊问题则根据问题报告采用增加旋转计算方法 7, 16和模拟退火 11, 但是迄今为止并没有能够被实际应用的精确的计算方法。在下文中,将简要介绍明可夫斯基和,以及它在带料排样设计中的应用,和它在成对零件间嵌套问题的延伸的描述。1.2 明可夫斯基零件的外形被近似嵌套在每个多边形的n 个顶点上,在CCW方向上有限连续。随着顶点数量的增加零件边上的弯曲刃口能够近似的得到任意想要达到的精确度。例如两个多边形,A 和 B, 明可夫斯基和详细说明了A和B上每一个顶点的总和。(1)表面上看, 令人联想到这种方法中的零件A成长于零件B,或是变化后的零件B (也就是零件B旋转180) ,零件A周围和接着零件B周围参考点所连接而成的轨迹。例如,图1所示零件A。如果基于其中一个参考顶点 (0,0), 将旋转180后的零件A (也就是A)围绕着零件A,A上的参考点以粗线描述出图2中所示轮廓。 这个轮廓即是麦克马斯特和。麦克马斯特和计算所用的方法能够被创建在计算出的几何图形中如17,18。 (图1) 示例零件A被嵌套(图2) 示例零件(虚线)在麦克马斯特和(粗线)中。这个方法的意义在于如果A的参考顶点是在的周界上,A和A将会相接触但不会产生重叠。两个零件将会尽可能的紧密贴合在一起,因而在设计时将一对零件其中的一个旋转180。定义了一对零件间所有可行的位置关系。这个性质的一个推论是如果单一零件的麦克马斯特和是合适的。那么该零件将被否定,也就是。(麦克马斯特和推出的一个完整的说明15。)这些报告是根据带料上单一零件间的最佳嵌套计算方法得出。嵌套的成对零件太过复杂的情况时,不仅要作出零件的最佳定位和选定带料宽度还要设计成对零件间最佳的位置关系。为了解决这一问题,故提出一种重复运算方法:假设:零件A和B(B=A,A即将A旋转180)1. 在不干涉A的情况下选择B的位置关系麦克马斯特和定义了可行的位置关系 (图2)。2. 在这个位置关系中加入A和B. 创建出新的组合零件外形C。3. 在带料上使用麦克马斯特和套入组合零件C以及14或15给出的运算法则。4. 重复步骤1-3直到排列出所有A和B可能的位置关系。在每个位置关系中找出最好的位置关系,如果这样,数字上最佳的位置关系即是最高的材料利用率。2 零件设计2.1 两相同零件间最佳设计方法上述方法的第一步是选择一个可行的B和A的位置关系。上的一个平移矢量t定义了这个位置,如(图3)所示。当这个平移矢量t穿过的轮廓时为最佳的方法。(图3)上关系零件的平移节点,显示出平移矢量 t。最初,节点上不连续的数被放置在中的每个边界上。每个平移节点描述了两个零件临时加入位置关系,然后组合零件带料宽度中的最佳位置上使用单件生产设计程序(例如在 14或15中)。在此例中, 由12条边组成,每条边包含10个节点,总共多达120个平移节点。每个节点的位置是通过每条边直线的插补创建,在麦克马斯特和上即顶点I的坐标是(,)。定义一个位置参数中s = 0和中s = 1,每个平移节点的坐标创建方式如下:(2)(3)如果点m放置在每条边上, 位置参数的值,按如下公式创建:(4)利用图3所示120个节点计算出的结果如图4所示。在此图中,当每条边移动时显示了如何利用截线改变每条边后平移矢量的线被打断。当一些边的截线上述单一的变化, 其他截线的则显示了2到3个局部截线。 从中找最合适的位置,这就是需要许多节点的原因。(图4)零件 A 和A的最佳材料利用率根据创建出的级数,当局部最大利用率被显示出时即可调用一个理论上最佳的方法。在引出工作利用率之前不可用(无附加计算结果),可以使用区间分半法 19。节点最初组成的间距能够显示出局部最大的点。三个相同间距的点放置在上述间距间 (也就是在 1/4, 1/2和3/4 的位置),然后计算出每个点上的利用率。比较每个点上的利用率之值,能够根据反复降低所得间隔的一半得出结果。上述步骤直到得到想要的精度为止。应用这种方法推导出最佳平移矢量点 (747.894,250.884),如(图5)所示排样图材料利用率达92.02%。有趣的是,较好的设计看起来成对零件能够更加的贴近,以便提高材料利用率。(图5)单一零件A的最佳排样方法2.2 不同零件同一带料上的最佳排样方法生产中常遇到相同材料和相同产量的各类零件,例如,需要装配在一起的左右两部分零件。将类似的零件组合在一起生产可以获得更高的效率,还能提高材料的利用率。这种运算法则的排样设计同样适合相同零件的排样设计。 例如(图6)所示的零件B。决定平面位置关系的相应的麦克马斯特和,如(图7)所示。在此例中, 包含15条边,材料利用率的值如(图8)所示。重复一次,通过的边精确显示出多种局部最大利用率。(图9)所示即为最佳排样平移矢量点坐标(901.214, 130.314)。材料利用率为85.32%。此例中带料宽度为1229.74、步距为1390.00。(图6)被嵌套的示例零件B(图7)示例零件(细线和虚线)的麦克马斯特和 (粗线) (图8)示例零件A和B不同排样方法的材料利用率(图9)示例零件A和B的最佳排样方法3 模具设计与制造 CAD和CAM广泛用于模具设计和制造中。CAD允许你在屏幕上画出模型,然后采用三维动画从各个角度进行观察,最后通过在数字仿真模型上引入各类参数(压力、温度、冲力等)进行测试。而CAM,从另一方面来说,能够控制制造质量。这些计算机技术的优点是很多的:设计时间短(可用计算机的速度进行修改)、费用低、制造快,等等。这种新的方法还允许进行小批量生产,可以在最后一分钟对某个特定零件的模具进行改动。最后这些新工艺还可以用来制造复杂的零件。 3.1 模具的计算机辅助设计 一直以来模具的制图是一项费时的工作,它不属于创造性工艺过程的一部分。制图不是工艺过程所要求的部分,但对工艺组织来说是必要的。 计算机辅助设计(CAD)是指采用计算机及其外围装置来简化和提高设计过程。CAD系统采用了一种高效的设计方法,并且当它和坐标测量机器和其它检验设备结合使用时可用来创立检验程序。在选择工艺顺序时CAD数据将发挥关键的作用。 一个CAD系统由三个基本的部分组成:硬件、软件、用户。一个典型的CAD系统的硬件部分包括一个处理器、一个系统显示器、一个键盘、一个数字转换器和一个绘图仪。而CAD系统的软件部分由允许其完成设计和画图功能的程序组成。用户是模具的设计者,他采用硬件和软件来完成设计过程。 在产品的三维数据的基础上,应首先对模芯和型腔进行设计。通常设计人员先进行零件的预设计,这意味着可以改变围绕模芯和型腔所进行的工作。现代CAD系统可以支持该设计,先针对确定好的画图方向计算出一条分模线,将零件分成模芯和型腔两侧,并生成出流表面和截流表面。在计算出零件的最佳设计草案后,再确定型腔、滑道 和嵌件的位置和方向。然后在初步设计阶段,粗略地定出模具部件的位置和几何形状例如滑动装置、喷出系统等。有了这些信息,便可确定板的大小和厚度,并从产品标准目录中选取相应的标准模具。如果没有一个标准的模具能满足需要,则选择和要求最接近的标准模具并做相应修改通过调整限制和参数使得任意数量的任意尺寸的板子都能用于设计中。对功能部件进行细化,并加入标准部件完成整个模具的设计。这一切均在三维空间中进行。此外,模具系统还提供了对零件进行检查、修改和细化的功能。早在这个阶段,就可以自动生成图纸和材料清单了。 通过运用模具设计系统的三维设计及功能,可在开始阶段就消除二维设计中的典型错误例如冷却系统和部件/型腔间的碰撞或孔的位置错误。在任何阶段都能生成材料和图纸的清单从而能够准确定购材料,并且总是具备实际的文件可用来与客户进行探讨,或者对模具基制造商来说总是能给出报价。 一个特定的三维模具设计系统的使用能缩短研发周期,提高模具质量,增进团队合作,使设计人员从沉闷的日常工作中解脱出来。但是经济上的成功主要取决于工作流程的组织。只有采取了适当的组织方法和人员评估策略才能缩短研发周期。零件设计、模具设计、电气设计以及模具制造部门必须紧密合作,协同工作。 3.2 模具的计算机辅助制造 减少制造费用和研发周期的一个方法是建立能够充分发挥设备和人员潜能的制造系统。这类制造系统的基础是采用CAD数据来帮助对主要工艺做出决策,使得最终能够提高机器精度并减少不直接从事生产的时间。这就被称为计算机辅助制造(CAM)。CAM的目的是,如果可能的话,通过从计算机工作站启动机器运作,从而直接生产出模具断面而不需要经过中间步骤。 对于一个好的CAM系统,自动化不仅仅体现在某个独立的细节上。加工工艺的自动化还体现在组成一个零件的各个侧面之间,最终导致方法路径的最优化。当你要生产多种特征时,CAM系统将为你构建一个工艺规划,它会在系统分析的基础上指定操作步骤以减少工具的变动以及所采用的工具的数目。 在CAM方面,发展趋势是新技术和新工艺,例如微研磨,以支持带复杂三维结构和高表面质量的高精度注塑模具的制造。CAM软件将继续在软件本身固有的智能化加工的深度和广度上发展,直至计算机数值控制(CNC)编程工艺变成完全自动化。对于要求加工操作步骤能更灵活地组合在一起的先进的多功能加工工具来说尤其如此。CAM软件在保持机械 师所需要的控制的同时,将继续使冗余的制造工艺逐渐自动化,使其通过计算机更快更精确地进行操作。 在强调模具制造业在维持质量的同时还要以最高效的方式制造模具的今天,模具制造商们需要紧跟最新的软件技术包,以便使他们能够快速地规划并制造出复杂的模具,从而减少模具生产时间。简言之,模具制造业正朝着提高CAD和CAM之间以及CAM和CNC之间数据交换的质量方向发展,并且CAM软件在涉及加工工艺方面变得更为智能化从而减少了生产周期和总的加工时间。同时五轴加工已作为“必须有的”加工方式出现在车间工厂中尤其是涉及型腔较深的场合。随着电子数据处理(EDP)被引入模具制造业,模具制造出现了新的发展机会,从而可以缩短生产时间、提高成本效率并获得更好的质量。4 模具设计过程中的计算机辅助工作4.1 过程概述压缩成型工艺广泛应用于汽车,航天,体育用品和电子工业,用于生产尺寸大,薄,重量轻,高强度而高硬度的零件。压缩模部件显示在图2。在两个热的腔面所形成的冷挤压玻璃纤维增强聚酯,被称为片状模塑料化合物。通常25mm长的增强纤维随机地固定在平面上并且弥补大约复合物25的裂缝。一般来说,模具是由1至4层的片状模塑料化合物构成,每一层约3毫米厚。一个可更改的过程是注射压缩成型。显示在图3 ,注射压缩是一种混合成型过程包含两个特点注射和压缩成型。在这种情况下,批量成型化合物( BMC的)注入模具,然后压缩BMC材料使其有较短的玻璃纤维比SMC片状模塑料化合物,而且展现出较低结构特性。注射液压缩成型的主要好处是自动化和较短的周期。4.2 充型充型是用来研究材料在型腔中初始位置或注射点,并且完成整个模型的优点。此信息能够用来预测周期时间, 计算平衡压力,确保完成模具的充型,预测接合线和检测空穴。在模具设计完成之前,工程师可以通过仿真为不同的成型条件,模具的厚度和为一系列装配交换或注射口充型避免将来发生的操作问题。接合线和空穴对预测最后一部分结构完整性是非常重要的。这些异常可导致薄弱点和表面光洁度的问题,这些问题可导致最后一部分裂缝和失败。当不同的液流在不容许构建纤维桥梁处汇合时,就会产生接合线 。当两股液流在最后一部分上围绕一个未填充区域汇合时,就会产生空穴。热固性材料的压缩成型的模型充型巴罗和填充流模型已经被用在 1 。这个模型假设条件是该材料在模具表面发生滑动变形是一致。热固性材料的流动现象已有很好的备案由奥斯瓦尔德 2 。该模型的主要假设如下:*相对模具的表面尺寸来说,模具是比较薄的。*压缩阶段的近似速度是知道的。*成型化合物被视为不可压缩粘性各个方向同性流体。*在模具内,非等温条件下,在模具表面形成一润滑层。此材料主要是塞流。塞流可以运用运动摩擦学说经过润滑进行分析说明*在模具边缘没有泄露由此而产生的巴罗和填充的基于充型算法已被广泛应用于实验研究和实际应用中 2-5 。奥斯瓦尔德等人 3 ,对基于此算法的充型模拟与短杆实验进行比较。压缩模具遮光的片状模塑料化合物被应用于此模具。一个放置在遮光罩的中间和两个放置在车头灯。图4显示充型模拟和实验结果的对比。4.3 纤维取向纤维取向描绘在图5中,在模具中,物质流和变形导致增强纤维旋转和定向建立各向异性属性的零件。这纤维取向极大地影响最后部分的刚度和强度,而且是零件冷却变形后翘曲的主要原因。在发生应力峰值的地方如周围的铰链或扣件的附件,高程度的纤维取向已成为一个问题。 零件压缩成型的CAE分析预测方向对理解和计算零件的力学性能是很重要的。在压缩成型中最广泛使用的模型纤维取向是福尔加尔-塔克模型 6 。这个模型考虑材料的速度梯度,应变率和纤维与纤维的互动。在光纤定位算法的基础上,奥斯瓦尔德等 7 福尔加尔-塔克模型能够成功地描述各向异性复合机械力学性能。4.4 收缩与翘曲在加工过程中,压缩成型部分的收缩与翘曲是纤维取向和残余应力的发展结果。残余应力的形成是由于两个主要因素: 固化和温度。因此,随着纤维的取向固化和温度是认识和控制的最后部件收缩与翘曲必不可少的。 该自固化反应经历了由不饱和聚酯和乙烯基酯的SMC和BMC材料进行模型论证,如一个开发卡迈勒和sourour 8 。奥斯瓦尔德等使用卡迈勒- sourour模型固化和福尔加尔-塔克模型纤维取向 5 ,成功地预言一个SMC压缩成型遮光罩勺子和卡车后方护舷最后模型。相对于模型而言,在冷却和卸模后护舷的变形可通过两方面进行测量。这些结果表示在图6。如图:红色是所预言最后的仿真形状和蓝色是模具。在模具和零件设计中,压缩成型花费大量繁琐的试验和错误的任务去消除有时不可避免的收缩和翘曲。一个完整的CAE技术分析过程预测零件最后形状的收缩与翘曲是至关重要的。该CAE软件,可以用来试验各种浇道或浇口位置,不同的材料,工艺条件下对零件最后形状的影响。理想的情况是在模具最后制定前,工程师可以通过计算机优化模具,材料和条件,以取得与理想的结构完整性和最后的形状零件。4.5 结构分析在模型充型,纤维取向,和收缩与翘曲的分析完成后,仿真零件结构行为是有必要的。结构分析,即通常所谓的有限元分析FEA,就是在实际操作条件和负荷下模拟零件的力学性能及耐久性。如前所述,整个零件不同区域的纤维取向导致各向异性机械力学性能。 因此,这是必须履行的结构分析包括各向异性材料完整的CAE分析,并取得了优化模具设计和加工条件。4.6 CAE技术节省成本的好处 在零件设计和制造中,CAE技术的适当使用提供了巨大的效益而且节省时间。 CAE技术,让工程师能够测试零件在运行过程中如何处理以及如何工作。为了开发CAE技术的效益,材料供应商,设计师,模塑商和制造商,应在设计早期运用这些工具。图7显示了质量相关部分的设计更改费用比较 9 。这里很清楚看到当在早期设计阶段就做相关的变更其成本低于已经开始生产的零件的10000 倍。效益来源于避免了模具的修改,如浇口位置和零件厚度的变化,生产的延误, 废旧零件和机器设立的错误。 在早期设计阶段,工程师和建模师通常是在他们以往类似零件经验设计的基础上完成零件设计。由于零件变得更加复杂,如不使用CAE工具,预测加工和零件执行将变的更难。即使是简单零件的加工影响,如纤维取向,也能严重地改变产品的结构性能。该产品。新趋势是使用的CAE工具以防止可能出现在处理中和处理后的昂贵问题。4.7 案例研究福特金牛散热器支座-压缩成型图8显示压缩成型SMC散热器的支座,福特金牛座。这是一个复杂的零件其浇道和成型条件对零件充型和纤维取向有很大的影响。在这里,CAE技术工具使模型制造过程和零件完整性变得非常轻便 10 对充型研究的主要目标是避免在重要性结构形成接合线。最初浇道布局显示在图9生成一个接合线在该区突出一个圆圈。在这里,接合线位于一个零件的重要结构区域。为了改变接合线的位置,一个新的浇道布局需要经过CAE技术的测试,它是很容易测试不同的情况,以优化充型,避免或重定位接合线.在一对充型模拟后,一个更好的浇道布局被发现消除了最初的接合线显示在图10 。这个优化的浇道布局,能够产生更强的零件。如果没有该充型模拟,它将在较长时间内采取许多试错成型才能达到类似的结果。4.8 阀盖-射出压缩成型在这项研究中阀盖最初压缩成型使用SMC。不过,为了增加生产,改变压缩成型成为BMC是可取的。最初压缩成型过程的浇道位置显示在图11 ,给出了SMC的交换位置。 这个交换位置给出了良好的填充性能形成了一个完整零件可接受的纤维取向。 最初,有人建议把浇口放在交换SMC区域的中心位置。这是认为,在注射阶段可转让BMC的材料进入型腔,在大致相同的位置作为SMC放置,将会得到类似的纤维取向和刚度。但是,由于围绕石油填补的薄的区域和围绕洞的倒角出形成接合线。显示的图12 10 。该接合线上形成的下游侧的石油填补孔由于该收敛流动各条战线的流动周围孔本身。不幸的是,接合线在这一地区的妥协的结构完整性,成品的一部分,并排除这浇注的方案,一个可行的替代制造业。在为了避免接合线围绕石油填补孔,第二个门的选择是进行调查。在这里, 门是放置在该中心的石油填补孔本身。同样地显示在图13 ,由此产生的流场在年底注射期,避免任何接合线。初次注射材料也密切类似于校董会负责从位置图11 。因此,正如所显示的图14,注射液的初步阶段,也传授优惠纤维取向分布在材料。作为材料流动向外,从大门,径向膨胀流从注射导致纤维东方自己在一切的方向。然而,由于数字显示,这切的方向是更加复杂几何特征的阀盖。 最后,在经过充型和纤维取向已充分计算,残余应力场的期间加工可以模拟。后德成型,这残余应力的原因收缩与翘曲显示,在图15 。这个数字显示了轮廓位移场最高的变形为1.2毫米。5 塑件及模具设计注意事项51塑件设计时应注意下列事项(1)塑件光洁度可达7 9,精度一般宜取35级,但沿压制方向精度不易保证,宜取自由公差。(2)不易脱模,宜取较大脱模斜度。若不允许取较大脱模斜度时,则塑件径向公差宜取大。(3)塑件宜取回转体对称外形,不宜过高。(4)壁应厚而均匀,避免尖角、缺口、窄槽等形状,各面应圆弧过渡连接以防止应力集中、死角滞料,填充不良,物料集聚堵塞流道。(5)孔一般应取通孔,避免用5毫米以下的盲孔,盲孔底部应成半球面或圆锥面以利物料流动,孔径及深度比一般为1213,大型塑件尽量不设计小孔,孔间距、孔边距宜取大,大密度排列的小孔不宜模压成形。(6)螺孔比螺杆易成形,M6以下螺纹不宜成形,齿形宜用半圆形及梯形,其圆角半径应大于0.3毫米,并应注意半角公差,可以参照一般塑制的螺纹进行设计。当塑件螺纹与其它材料螺纹零件接合时,要考虑其配合张力,螺纹段长度应取最小尺寸。(7)成形压力大,嵌件应有足够强度,防止变形损坏,定位必须可靠。(8)收缩小,有方向性,易发生熔接不良,变形、翘曲、缩孔、裂纹及应力集中,树脂填料分布不匀。薄壁塑件易碎,不易脱模,大面积塑件易发生波纹及物料聚积。5.2 模具设计时应注意下列事项(1)要便于装料,有利于物料流动填充型腔。(2)脱模斜度宜取1以上。(3)宜选塑件投影面大的方向作为成形加压方向便于物料填充型腔,但不宜把尺寸精度高的部位和嵌件、型芯轴线垂直方向作为加压方向。(4)物料渗入力强,飞边厚不易去除,选择分型面时应注意飞边方向。上下模及并镶件宜取整体结构,组合结构装配间隙不宜取大,上下模可拆成形零件宜取34级滑配合。(5)收缩率为00.3%,一般取0.10.2%,物料体积一般取塑件体积的23倍。(6)成形压力大,物料渗挤力大。模具型芯嵌件应有足够强度、防止变形、位移与损坏。尤其对细长型芯与型腔间空隙较小时更应注意。(7)模具应抛光、淬硬。(8)顶出力大,顶杆应有足够强度,顶出应均匀,顶杆不宜兼作型芯。(9)快速成形料在成形温度下即可脱模,慢速成形料模具应设有加热及强迫冷却措施。6 结论在冲压工作中,材料成本占产品成本很大比重,所以即使每个零件上微小的节约,也能累计成可观的价值。本文介绍了一种新的创建零件间嵌套的最佳排样计算方法。这种计算方法利用了麦克马斯特和计算出成对零件间所有可行的位置关系,和选取零件最佳位置以及带料的宽度。做排样设计时应注意:所有的排列方式都应该被考虑。例如,本文中示例零件的排样方法应该考虑:零件A单独排样成对生产,零件B单独排样成对生产 以及A和B成对一起生产。设计者应该考虑原料成本,模具加工成本和操作成本以及冲出零件需要的工具尽量降低生产成本。这种计算方法的应用还可以拓展,其中一个显而易见的拓展应用即是零件间旋转后的最佳位置关系,即改变零件B在带料上相对于零件A的位置。另一个拓展是可以更深入的学习函数的运用。计算机辅助设计工具允许设计人员对模具充型过程进行仿真和最优化设计 ,从而得到一个优秀的设计产品。由于使用计算机辅助设计而在设计的前期节约的设计费用迅速被昂贵的后期设计所抵消。随着降低费用,提高质量和缩减设计周期要求的增加,计算机辅助设计成为了盈利的关键因素。然而,不应该因为盲目信赖仿真而完全放弃工程学和经验。相反,在帮助达到设计出至善至美产品目标的同时,CAE应该继续被用于解决设计过程中的问题。参考文献1 Industry Canada, 1998 “Industry Overview Reports: SIC-E 3253 Motor Vehicle Stampings Industry,” Ottawa, Canada, November 22, 1998.2 Adamowicz, M. and Albano, A., 1976, “Nesting Two-Dimensional Shapes in Rectangular Modules,” Computer Aided Design, Vo1.8, pp.27 33.3 Qu, W. and Sanders, J.L., 1987, “A Nesting Algorithm for Irregular Parts and Factors Affecting Trim Losses,” International Journal of Production Research, Vo1.25, pp.381397.4 Dori, D. and Ben Bassat, M., 1984, “Efficient Nesting of Congruent Convex Figures,” Communications of the ACM, Vo1.27, pp. 288235.5 Karoupi,F. and Loftus, M., 1991, “Accommodating Diverse Shapes within Hexagonal Pavers,” International Journal of Production Research, Vo1.29, pp. 15071519.6 Chow, W. W., 1979, “Nesting of a Single Shape on a Strip,” International Journal of Production Research, Vo1.17, pp. 305322.7 Nee, A. Y. C., 1984, “A Heuristic Algorithm for Optimum Layout of Metal Stamping Blanks,” Annals of the CIRP, Vo1.33, pp. 317320.8 Prasad, Y. K. D. V. AND Somasundaram, S., 1991, “CASNS: An Algorithm for Nesting of Metal Stamping Blanks,” Computer Aided Engineering Journal, Vo1.8, pp. 6973.9 Prasad, Y. K. D. V., Somasundaram, S. and Rao, K. P., 1995, “A Sliding Algorithm for Optimal Nesting of Arbitrarily Shaped Sheet Metal Blanks,” International Journal of Production Research, Vo1.33, pp. 15051520.10 Lin, Z. C. and Hsu, C. Y., 1996 “An Investigation of an Expert System for Shearing Cut Progressive Die Design,” International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vo1.11, pp. 111.11 Jain, P., Feynes, P. and Richter, R., 1992, “Optimal Blank Nesting Using Simulated Annealing,” Trans. of the ASME Journal of Mechanical Design, Vo1.114, pp.160165.12 Theodoracates, V. E. and Grimsley, J.L., 1995, “The Optimal Packing of Arbitrarily-Shaped Polygons using Simulated Annealing and Polynomial Time Cooling Schedules,” Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Vo1.125, pp. 5370.13 Ismail, H. S. and Hon, K. K. B., 1992, “New Approaches for the Nesting of Two Dimensional Shapes for Press Tool Design,” International Journal of Production Research, Vo1.30, pp. 825837.14 Joshi, S. and Sudit, M., 1994, “Procedures for Solving Single-pass Strip Layout Problems,” IIE Transactions, Vo1.26, pp. 2737.15 Nye,T.J.,2000,“Stamping Strip Layout For Optimal Raw Material Utilization” Journal of Manufacturing Systems, Vo1.19, pp. 239248.16 Choi, J. C., Kim, B. M., Cho, H. Y. and Kim, C., 1998, “A Compact and Practical CAD System for Blanking or Piercing of Irregular-Shaped Metal Products and Stator and Rotor Parts,” International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vo1.38, pp. 931-963.17 De Berg, M., Van Kreveld, M., Overmars, M. and Schwarzkopf, O., 1997 Computational Geometry: Algorithms and Applications.Springer, Berlin.19 一、毕业设计(论文)的内容通过对冲裁工件工艺的正确分析,设计一副一模一腔的交叉排样的落料模。本设计包括凸模、凹模及其他零件如卸料板、固定板、垫板、导柱、导套等的设计与加工工艺过程,重要零件的工艺参数的选择与计算,冲裁机构与卸料装置以及其它结构的设计过程,并着重对模具设计部分的进行详细介绍。二、毕业设计(论文)的要求与数据1、正确全面的分析冲件的工艺性;2、根据冲件的工艺性和结构特点确定模具的类型与结构;3、根据实际冲裁要求正确的计算出有关数据;4、认真分析并确定主要零件的结构尺寸,正确的选取有关标准件;5、根据机械制图的要求正确的绘制出主要的零件图和总装配图;三、毕业设计(论文)应完成的工作1、完成毕业设计说明书(论文)一份,内容包括凸模、凹模及其他零件如卸料板、固定板、垫板、导柱、导套等的设计与加工工艺过程等部分,字数2万左右,并附300500个单词的英文摘要;2、绘制零部件图,折合A0图纸3张,其中包括用计算机绘制的至少两张A3图纸;3、对重要零件的工艺参数的选择与计算。4、独立完成与课题相关,不少于四万字符的指定英文资料翻译(附英文原文)。四、应收集的资料及主要参考文献1 卢险峰. 冲压工艺模具学M. 北京:机械工业出版社. 20032 许发越. 模具标准应用手册M. 北京:机械工业出版社. 19943 袁国定. 模具常用机构设计M. 北京:机械工业出版社. 20034 彭建声. 模具设计与加工速查手册M. 北京:机械工业出版社. 20055 黄毅宏等. 模具制造工艺M. 北京:机械工业出版社. 20046 何华妹, 杜智敏, 吴柳机编著. UG NX 3注塑模具设计实例精解M. 北京:清华大学出版社. 20057 唐金松. 简明冲压设计手册M. 上海:上海科学技术出版社, 1992-装 - 订 - 线-8 王运炎等. 机械工程材料M. 北京:机械工业出版社, 20039 屈华昌. 塑料成型工艺与模具设计M. 北京:机械工业出版社, 2001.10 AMkaddem et al. Experimental characterisation in sheet forming processes by using Vickers micro-hardness technique J. Journal of Materials Processing Technology, 2006, 180(1-3): 1-8五、试验、测试、试制加工所需主要仪器设备及条件高性能计算机一台,模具设计软件;AtuoCAD软件一份任务下达时间:2010年 1 月12日毕业设计开始与完成时间:2010年3月1日至 2010年 6 月 20 日组织实施单位:教研室主任意见:签字: 2010 年1 月 8 日院领导小组意见:签字: 2010 年 1 月 11 日
收藏