基于solidworks的机械狗大臂支撑板冲压模具设计说明书

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1、 本科毕业论文（设计）论文题目：基于solidworks的机械狗大臂支撑板冲压模具设计姓名：高金朋学号：班级：专业：学院：指导教师：完成时间： 基于solidworks的机械狗大臂支撑板冲压模具设计Design of the stamping die for the arm support plate of the robot dog based on solidworks 2021年3月5日摘 要冲压模具技术作为模具制造业中最重要的组成部分，机械、电子、轻工业等大量使 用了冲压零件，所以冲压模具技术水平的高低，发展前景的好坏直接影响到整个制造业 的发展。随着经济的高速发展对模具工业提出了越来

2、越高的要求，也为其发展提供了巨 大的动力。 复合冲压模的特点是生产率高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高，本制件为 小尺寸平板冲裁件，要求平整、料厚很小，且要求大批量生产，故采用顺装式复合冲裁 模。凹模采用整体结构。为了使加工平稳和送料方便，模具采用中间导柱。本复合模采用了冲孔和落料两个工序进行冲压。该套冲压模具设计周密，设计内 容全面。包括对冲压件工艺性分析，模具工艺方案的确定，模具零件的设计、受力计算 及其校核，模具标准的选定，装配图的绘制，压力机的型号选定，零件加工工艺的确定 等，并综合考虑分析横排、对排、斜排等各种排样方式的优缺点和适应性，最后以最高 效率、最低成本、最高质量、最简结

3、构来确定排样和模具的结构，这样的模具操作更加 安全、快捷、方便，并且更容易达到冲压件的公差等级要求等。实现了冲压模具用材节 省、结构合理、精度高、操作方便等优点。关键词： 正装复合模；排样； 落料；冲孔AbstractIn the field of mechanical processing, lathes are the most widely used and most commonly used machine tools. It is also used very frequently in machining. Therefore, its machining accuracy is

4、 particularly important. Whether the workpiece can reach the machining accuracy depends on the accuracy of the machine tool, and the machining accuracy of the machine tool is determined by its spindle. The spindle of the machine tool transmits its rotational torque and torque to the workpiece or too

5、l through the fixture at the front of the spindle, which is mainly used to support transmission parts such as pure, pulley, and transfer motion and torque. Requires high strength and slewing accuracy. Its structure is a hollow stepped shaft, and the outer surface has splines, electrical construction

6、 and other functional grooves and threads. With the development of society, people have higher and higher requirements for the accuracy of machining. Therefore, the machining process and method of the machine tool spindle have a very important role for the entire machining process. This article main

7、ly describes the process of large hollow spindles, the calculation of the machining allowance and the cutting amount.Keywords: large hollow spindle; welding; rough turning process;目 录摘 要IIAbstractIII目 录41绪 论42 相关文献综述63 机械狗大臂支撑板冲压模具设计73.1零件工艺性分析73.2 冲压工艺方案的确定83.3 排样方式及材料利用率83.4 模具结构形式合理性分析83.5 模具主要零件

8、形式、材料的选择、公差配合、技术要求的说明103.6 凸、凹模工作部分尺寸与公差143.7 压力中心计算、弹性元件的选用及计算17总 结19致 谢20参考文献I1绪 论 课题来源于生产实际，探讨冲压加工中较常见零件的工艺方法和结构设计。课题涉及知识面较广，且设计要求较高，对学生的设计能力，特别是思考能力是一个很好的锻炼。课题研究内容包括机械工程学科的力学，材料学，机械原理，机械设计，公差与互换性，机械制造工艺等知识，特别锻炼学生规范性设计的能力。使学生能得到全面的锻炼。课题要求学生具备较强的机构设计能力和创新能力，对学生是一个挑战。课题为典型的机械设计类课题，涉及机械知识全面，与工程机械专业方

9、向结合紧密。冲压加工是现代机械制造业中先进高效的加工方法之一。它是利用安装在压力机上的模具，在常温或加热的条件下对板材施加压力使其变形和分解，从而获得一定形状、尺寸的零件的加工方法。因为它主要用于加工板料零件，所以又称板料冲压。冲压加工的特点如下：（1）.借助压力机的压力，利用模具能获得壁薄、质量轻、刚性好、形状复杂的零件，这些零件用其他的方法难以加工甚至无法加工；（2）.冲压加工的零件精度高、尺寸稳定，具有良好的互换性；（3）.冲压加工是少、无切削加工的一种，部分零件冲压直接成形，大部分无需任何再加工，材料利用率高，达85%以上；（5.）操作简单，便于组织生产和管理。冲压加工的缺点是模具制造

10、的周期长，制造成本高，不适于单件小批量生产；其次，冲压加工多用机械压力机，由于滑块往复运动快，大量手工操作，劳动强度较大，易发生事故，安全生产与管理要求高，须采用必要的安全技术措施来保证。冲压加工的应用十分广泛，不仅可以加工金属材料，而且可以加工非金属材料。在现代制造业，比如汽车、拖拉机、农业机械、电机、电器、仪表、化工容器、玩具以及日常生活用品的生产方面，都占有十分重要的地位。冲压加工在国民经济各个领域应用范围相当广泛。例如，在宇航，航空，军工，机械，农机，电子，信息，铁道，邮电，交通，化工，医疗器具，日用电器及轻工等部门里都有冲压加工。不但整个产业界都用到它，而且每个人都直接与冲压产品发生

11、联系。像飞机，火车，汽车，拖拉机上就有许多大，中，小型冲压件。小轿车的车身，车架及车圈等零部件都是冲压加工出来的。据有关调查统计，自行车，缝纫机，手表里有80%是冲压件；电视机，收录机，摄像机里有90%是冲压件；还有食品金属罐壳，钢精锅炉，搪瓷盆碗及不锈钢餐具，全都是使用模具的冲压加工产品；就连电脑的硬件中也缺少不了冲压件。 但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品。所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益的。 当然，冲压加工也存在着一些问题和缺点。主要

12、表现在冲压加工时产生的噪音和振动两种公害，而且操作者的安全事故时有发生。不过，这些问题并不完全是由于冲压加工工艺及模具本身带来的，而主要是由于传统的冲压设备及落后的手工操作造成的。随着科学技术的进步，特别是计算机技术的发展，随着机电一体化技术的进步，这些问题一定会尽快二完善的得到解决。2 相关文献综述 据统计，2003年我国生产汽车冲压件约240万吨/8亿件，摩托车冲压件约28万吨/19亿件，拖拉机、农用车冲压件约96万吨/7.1亿件，家用空调和冰箱冲压件100万吨/12.8亿件。业内专家预计，随着冲压成形行业最大用户市场-汽车行业今后继续迅猛发展，中国冲压行业已迎来了一个快速发展机遇期，但能

13、否抓住机遇获得新的更快的发展，前进的道路上尚有许多阻力和障碍需要克服与突破。（1）机械化、自动化程度低美国680条冲压线中有70%为多工位压力机，日本国内250条生产线有32%为多工位压力机，而这种代表当今国际水平的大型多工位压力机在我国的应用却为数不多；中小企业设备普遍较落后，耗能耗材高，环境污染严重；封头成形设备简陋，手工操作比重大；精冲机价格昂贵，是普通压力机的510倍，多数企业无力投资阻碍了精冲技术在我国的推广应用；液压成形，尤其是内高压成形，设备投资大，国内难以起步。（2）生产集中度低许多汽车集团大而全，形成封闭内部配套，导致各企业的冲压件种类多，生产集中度低，规模小，易造成低水平的

14、重复建设，难以满足专业化分工生产，市场竞争力弱；摩托车冲压行业面临激烈的市场竞争，处于“优而不胜，劣而不汰”的状态；封头制造企业小而散，集中度仅39.2%。（3）冲压板材自给率不足，品种规格不配套目前，我国汽车薄板只能满足60%左右，而高档轿车用钢板，如高强度板、合金化镀锌板、超宽板(1650mm以上)等都依赖进口。（4）科技成果转化慢先进工艺推广慢在我国，许多冲压新技术起步并不晚，有些还达到了国际先进水平，但常常很难形成生产力。先进冲压工艺应用不多，有的仅处于试用阶段，吸收、转化、推广速度慢。技术开发费用投入少，导致企业对先进技术的掌握应用慢，开发创新能力不足，中小企业在这方面的差距更甚。目

15、前，国内企业大部分仍采用传统冲压技术，对下一代轻量化汽车结构和用材所需的成形技术缺少研究与技术储备。（5）大、精模具依赖进口当前，冲压模具的材料、设计、制作均满足不了国内汽车发展的需要，而且标准化程度尚低，大约为40%45%，而国际上一般在70%左右。（6）专业人才缺乏业内掌握先进设计分析技术和数字化技术的高素质人才远远不能满足冲压行业飞速发展的需要，尤其是摩托车行业中具备冲压知识和技术和技能的专业人才更为缺乏且大量外流。另外，众多合资公司由外方进行工程设计，掌握设计权、投资权，我方冲压技术人员难以真正掌握冲压工艺的真谛。冲压成形用户市场的迅猛发展为冲压行业带来了全新的发展机遇，虽然在冲压业发

16、展的道路上还存在着各种各样的阻力与障碍，但这些都阻挡不了冲压行业前进的步伐。科学技术的迅猛发展, 尤其是在现有资源及环境不可过分乐观的形势下, 对加工乃至整个塑性加工业等都提出了严重的挑战。 减轻重量, 节省材料, 降低能耗, 开拓创新已成为塑性加工业等面临的一个极其重要的课题。 不可否认在金属加工中, 冲压是成形效率和材料利用率最高的加工方式之一, 其具有自己独特的优势与特点。 面对严重挑战, 冲压加工正以新的姿态, 向铸造、 锻压、 焊接和机械加工等领域开拓, 已经并正在生产出许多具有时代特点的产品, 展现了冲压加工广阔的天地。 例如冲压发动机壳体、 冲压摇臂、 冲压摇臂座、 冲压排气管、

17、 冲压焊接成形的离心泵、 冲压托架、 冲压焊接成形的汽车后轿壳、 冲压离合器壳体、 冲压变速箱壳体、 冲压皮带轮等等, 所有这些不仅一改过去工件由铸造、 焊接生产而呈现的粗笨外表, 许多冲压件的精度也毫不逊色于机械加工的产品, 其结构合理性甚至要超过某些机械加工产品, 尤其是其生产率又远非机械加工所能比拟。 而复合冲压、 微细冲压、 智能化冲压、 绿色冲压等高新技术又向我们展示了冲压加工极具魅力的新领域, 可以说冲压加工不论从深度, 还是从广度上都大有作为, 前景美好。3 机械狗大臂支撑板冲压模具设计3.1零件工艺性分析该零件为连接片，材料较薄，主要用于零件之间的连接作用。零件外形轴对称，有圆

18、弧段，系典型的板料冲裁件，材料为15钢，板厚1mm。冲裁件孔与孔、或孔与边缘的间距b、b1，符合b1.5t，b1t。根据设计图纸可知，采用典型的冲孔模和落料模工艺，来达到一定的精度要求。根据要求，采用冲裁落料复合模的正装形式。3.2 冲压工艺方案的确定 冲压性质：冲孔落料 工序组合方式：采用冲孔落料模。3.3 排样方式及材料利用率材料利用率为=（A0A）100（8860.63/11386.32）10077.823.4 模具结构形式合理性分析(1)滑动导向模架结构型式3图273中间导柱的模架规格：单位：表1286LBHMAXHMIN2002002402004550（2）复合模矩形薄凹模典型组合3

19、图179复合模矩形薄凹模典型组合尺寸：单位：表1304凹模周界L200件号和名称5卸料板厚度件数116B2006固定板厚度122凸凹模长度617垫板厚度18配用模架闭合高度H最小2008螺钉6M1265最大2409圆柱销21270孔距S16410卸料螺钉61255S19012螺钉6M1290S216413圆柱销21290S39014212601垫板厚度件数182固定板厚度1203空心垫板厚度1184凹模厚度118（3）合理性分析各板厚之和8+20+18+18+16+22+8110各板厚之和+1110+45+50+1206HMAX240HMIN200HMAX206HMIN即合理3.5 模具主要零

20、件形式、材料的选择、公差配合、技术要求的说明(1)导柱和导套导柱和导套都加工方便，容易装配，是模具行业应用最广的导向装置。导柱和导套为间隙配合，要求配合表面坚硬和耐磨，且有一定的强韧性，常用20号钢制作，表面经过渗碳淬火处理，硬度为HRC58-62，渗碳层深度0.8-1.2mm。导柱：选用B型导柱，基本尺寸d=25mm，L=200mm, l=55mm导套：基本尺寸d=25mm，D=38 mm, L=100mm，H=40mm(2)空心垫板（3）凸模固定板凸模固定板主要用于小型凸模、凹模或凸凹模等工作零件的固定。凸模固定板或凸凹模固定板的外形与凹模轮廓尺寸基本上是一致的。凸、凹模固定板由A3或A5

21、号钢制造。由于凸模的尺寸和外形，因此凸模固定板厚度取20mm。（4）卸料板设计中使用的是固定卸料板，内镶有小导柱，用作凸模导向和卸料，适于小孔精密冲压或高速冲压。固定卸料板有一定厚度，用螺钉和销钉固定在上模上，能承受的卸料力较大。固定卸料板和凸模的单边间隙，一般取0.1-0.5mm，但不小于0.05mm。固定卸料板厚度与冲裁力大小、卸料尺寸等有关，取20mm。俯视图上视图（5）模柄根据所选择的压力机，其模柄孔尺寸为5070 mm查3表1047，选用压入式模柄，得参数： d=50 mm，D=100mm，D1=72 mm，H=78mm，h=18 mm，d1=17 mm，d2=18 mm，d3=11

22、 mm, h1=11 mm(6)挡料销选用橡胶垫弹顶挡料销，根据3表1-230：选A1062，材料为45号钢，热处理：硬度HRC43483.6 凸、凹模工作部分尺寸与公差凸模1： 凸模2：凸凹模：凹模：根据1p49的例题：（单位：mm）凸模1尺寸计算：L类尺寸：基本尺寸500.070dL500.0702500.035e类尺寸：基本尺寸R4.00.18 0.040 N70.114 N2=0.015dee+N7+0.5N2=4.1220-0.04凸模2尺寸计算：E类尺寸：基本尺寸310.39 0.06 N70.114 N2=0.009dE基本尺寸+N7+N2=31.1290-0.06凸凹模尺寸计算

23、：A类尺寸：基本尺寸120，86.20.63，0.540.0122CMIN0.1dADA-2CMIN119.7710-0.01285.9710-0.012a类尺寸：基本尺寸R100.27 0.005ZMIN0.1 N40.126 N5=0.02 da基本尺寸0.5ZMINN40.5N5=9.8160-0.05E类尺寸：基本尺寸310.39 0.06 2CMIN0.1DEdE2CMIN31.223+0.0030e类尺寸：基本尺寸R4.00.18 0.040 ZMIN0.1Dede0.5ZMIN4.172+0.0150L类尺寸：基本尺寸500.070DL500.0702500.035凹模尺寸计算：

24、A类尺寸：基本尺寸120，86.2 0.63，0.54 0.012 N10.114 N2=0.015DA基本尺寸-N1-N2119.871+0.0180 86.071+0.0180a类尺寸：基本尺寸R100.27 0.005ZMIN0.1 N40.126 N5=0.02Dada0.5ZMIN9.819+0.01503.7 压力中心计算、弹性元件的选用及计算（1）压力中心计算 冲裁模的压力中心就是冲裁力合力的作用点。冲压时，模具的压力中心一定要与冲床滑块的中心线重合。否则滑块就会偏新载荷，使上模歪斜，间隙不均，从而导致冲床滑块与导轨和模具的不正常磨损，降低冲床的寿命。所以在设计模具时，必须确定模

25、具的压力中心，并使其通过模柄的轴线，保证模具压力中心与冲床滑块中心重合。由SOLIDWORKS计算得压力中心极其接近于对称中心，所以认为压力中心即对称中心。(2) 弹性元件的选用根据3附录表-16：单位：mmD=45 d=12.5 H=25 D1=588.冲裁力计算、设备类型及吨位的确定 计算冲裁力的目的是为了合理地选择冲压设备和设计模具。板料材料为15钢，查3表18取b=470Mpa F冲裁=Ltb其中：F冲裁冲裁力，单位为NL 冲裁周边，单位为mmb 材料抗拉强度，单位为MpaF孔=395.231470=185758.97NF落=637.4971470=299623.59N查2表311得K

26、推=0.055，K卸=0.05，n=h/t=6其中：n同时梗塞在凹模内的零件数F推=nK推F落=60.055299623.59=98875.7847NF卸=K卸F孔 =0.05185758.97=9287.9485NF总= F孔+ F落+F推+F卸=407787.32N407.79KN压力机公称压力根据3表182，初选开式双柱可倾压力机：型号公称压力（KN）滑块行程（mm）滑块行程次数（min-1）最大闭合高度（mm）闭合高度调节量（mm）滑块中心线至床身距离（mm）立柱距离（mm）JB23-636301004040080310420工作台尺寸（mm）工作台孔尺寸（mm）垫板尺寸（mm）模柄尺

27、寸（mm）滑块底面尺寸（mm）床身最大可倾角（）前后左右前后左右直径厚度直径直径深度前后左右570860310450400125507036040025根据3表186：400-125-5206320-125+10270206205压力机选用JB23-63总 结在经过了复合冲裁模模具的设计，我充分了解了设计冲裁模具中间要考虑的各项细节，并且对于复合模的整体的设计过程有了进一步的了解。更有一种将所学的理论知识运用到实践的体会，加深了对冷冲模具的认识和热爱，同时也锻炼了我的徒手绘图能力，提高了设计计算和查阅参考资料的能力，掌握一般冲压件工艺和模具设计的方法和步骤。在设计过程中，结合生产条件等因素，考

28、虑各方面的因素，本着尽可能采用先进的技术和合理的工艺，努力达到设计出技术合理、经济效益好的模具的目标。同时体会了团队合作的乐趣和益处，对将来的社会工作起到了积极的作用。 鉴于是对于冷冲模具的初次设计，在设计过程中不可避免会有一定的不足，有出错之处，在此希望得到老师的谅解并指出不足之处，从而得到修正。相信只有不断的改正才能有所提高。致 谢在作品完成之际，我们首先向关心帮助和指导我们的老师表示衷心的感谢并致以崇高的敬意！ 在设计工作中，一直得到老师的亲切关怀和悉心指导。他以其渊博的学识、严谨的治学态度、求实的工作作风和敏捷的思维给我们留下了深刻的印象，我们将终生难忘。老师不仅在论文内容上给了我诸多

29、指导，更重要的是他们教会了我一种研究问题的方法，那就是从总体上着手，在细微处落笔。他们清晰的研究思路，严谨的治学态度，言传身教，让我受益匪浅。再一次向他们表示衷心的感谢，感谢老师为学生营造的浓郁学术氛围，以及学习、生活上的无私帮助! 值此作品完成之际，谨向老师致以最崇高的谢意!参考文献1文学红. 基于SolidWorks的底盖支撑架多工位级进模设计J. 机械制造与自动化, 2019(04):120-122.2宋春明, 张士勇. 基于SolidWorks的冲压模具标准模架库设计J. 制造技术与机床, 2020(11):133-136.3葛斌. 基于SOLIDWORKS与VISI的卡扣弯曲模具设计

30、D.20194季忠, 王晓丽, 刘韧. 冲压模具设计自动化及实例:SolidWorks应用M. 化学工业出版社, 2020.5程习学. 基于SolidWorks的板料成形全工序仿真前处理系统的研究和开发D.20186阮辰鹤, 黄美. 支撑板对蒸汽发生器局部热工水力的影响C/ 北京力学会第二十三届学术年会会议论文集. 2017.7阮辰鹤, 黄美. 支撑板对蒸汽发生器局部热工水力的影响C/ 北京力学会第二十三届学术年会. 2019.8卫江红王晓丽. 基于SolidWorks的回转立体库CADD. 山东大学. 基于SolidWorks的连杆机构的运动分析与仿真D. 2020.9李铁钢. 基于VISI

31、的冲压模具设计技术研究J. 沈阳工程学院学报:自然科学版, 2018.10曹军.仪器放大器AD620性能及其应用J.电子器件，2018，20卷03期：64 - 68.（11）11何宏，龚威，田志宏.单片机原理与接口技术M.北京：国防工业出版社，2017:194 - 195.12 M. Kruusmaa,Global navigation in dynamic environments using Case-Based Reasoning,Autonomous robots 14(2018):71-9113 Chen J S. Geometry and stress analysis of hv

32、poid dear drivesfDl. 201814 Fan Q. Computerized Modeling and Simulation of Spiral Bevel and Hypoid Gears Manufactured by Gleason Face Hobbing ProcessJ. Journal of Mechanical Design, 2018, 128(6):1315一1327.15 Vimercati M. Mathematical model for tooth surfaces representation of face-hobbed hypoid gears and its application to contact analysis and stress calculationJ. Mechanism&Machine Theory, 2017, 42(6):668-690.I