【正文】 1 基于 SolidWorks 機(jī)床中心軸托架模具設(shè)計(jì) 摘 要： 本設(shè)計(jì)為機(jī)床中心軸托架的工藝分析與冷沖壓模具設(shè)計(jì)以及基于 solidworks三維建模、動(dòng)畫模擬的畢業(yè)設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì) 零件的尺寸、材料、批量生產(chǎn)等要求，首先分析零件的工藝性，確定其工藝方案，再根據(jù)工藝方案設(shè)計(jì)了四個(gè)模具共同完成制件的沖制，完成模具零件的設(shè)計(jì)選用并完成三維建模和主要零件的 CAD 二維零件圖紙的繪制，并在三維建模的基礎(chǔ)上用 solidworks 進(jìn)行動(dòng)畫模擬。 關(guān)鍵詞： 模具設(shè)計(jì) 機(jī)床中心軸托架 solidworks 模擬加工 CAD 零件圖 1 緒論 沖壓是通過模具對(duì)板材施加相關(guān)力，使板材發(fā)生塑性變形，同時(shí)對(duì)板料施加剪切力使板材分離，從而獲得所需尺寸、形狀和性能的零件的加工方法。由于沖壓加工經(jīng)常在材料冷狀態(tài)下進(jìn)行，因此也稱為冷沖壓。沖壓加工的原材料一般是板材或帶材，故也稱為板材沖壓。 沖壓加工主要需要研究沖壓工藝和模具兩個(gè)方面的問題。沖壓加工有其自身的優(yōu)勢(shì)，其缺點(diǎn)在于沖模的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，模具制造價(jià)格較高。因此沖壓加工一般只適用于大批量、單一品種的生產(chǎn)。目前為了解決這方面的問題，正在努力發(fā)展某些簡(jiǎn)易沖模，如聚氨酯橡膠沖模、低合金沖 模以及采用通用組合沖模、鋼皮模等，同時(shí)也在進(jìn)行沖壓加工中心等新型設(shè)備和工藝的研究。 沖壓成形工藝與理論研究 由于引入了計(jì)算機(jī)輔助工程（ CAE），沖壓成形從原來對(duì)應(yīng)力、應(yīng)變?yōu)榍腥肟谶M(jìn)行有限元分析，逐步發(fā)展到借助于計(jì)算機(jī)模擬和分析工藝過程以此實(shí)現(xiàn)優(yōu)化沖壓過程。對(duì)于沖壓毛坯設(shè)計(jì)也開發(fā)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化對(duì)排樣或拉伸毛坯的設(shè)計(jì)。 在現(xiàn)階段，沖壓成形已走向計(jì)算機(jī)輔助工程化和智能化的發(fā)展道路，沖壓成形已從原來的實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)階段慢慢的走向由沖壓理論指導(dǎo)的現(xiàn)代科學(xué)階段。很多研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)開始進(jìn)行沖壓成形性能 和 沖壓件成形難度的判定 等的預(yù)測(cè)。 沖壓加工自動(dòng)化和柔性化 為滿足大批高效生產(chǎn)的要求，在沖壓模具和設(shè)備上大量采用各種進(jìn)、出料自動(dòng)化裝置。至于大型的沖壓件，還專門配置了機(jī)械手等自動(dòng)化機(jī)械裝置，大大提高了沖壓件的品質(zhì)和效率。對(duì)于中、小件的大批生產(chǎn)，現(xiàn)在較多的應(yīng)用多工位級(jí)進(jìn)?；蚋咚賶?2 力機(jī)等。對(duì)于多品種生產(chǎn)現(xiàn)已成功的開發(fā)一套快速轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。此外，沖壓加工系統(tǒng)正在逐步的引入集成制造系統(tǒng)（ CIMS），如沖壓加工中心，并且全面實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)、運(yùn)輸零件及生產(chǎn)管理等自動(dòng)化。 2 工藝分析 加工工藝的確定需要考慮多種因素， 最重要的是要兼顧質(zhì)量與效率。下面將對(duì)托架的加工工藝選擇做詳細(xì)闡述。 工件分析 此模具用于加工下圖所示的機(jī)床中心軸托架，材料為 08 鋼。 圖 21 根據(jù)所給出的的零件二維圖，首先在 solidworks 中運(yùn)用參數(shù)化建模技術(shù)實(shí)現(xiàn)零件的三維建模，如右圖 22所示 圖 22 工件三維圖 該工件是中心軸托架工件，φ 10mm 孔內(nèi)裝有心軸，托架通過 4個(gè)φ 5 孔與機(jī)身連接，為保證良好的裝配工件， 5 個(gè)孔的公差等級(jí)均為 IT9 級(jí)，表面不允許有嚴(yán)重的劃 3 傷，該零件選用 08 鋼，其彎曲半徑均大于該種材料的最小彎 曲半徑，且工件精度要求不高，不需要校形，所有的孔可用高精度沖模沖出。因此，該零件還可以用冷沖壓加工成形。 確定工藝方案 根據(jù)給出的工件結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析得出：沖壓該零件所需的基本孔為沖孔、落料及彎曲，其彎曲工藝方案有三種，因此，沖壓工藝方案可以有以下主要三種。 方案一：首先為落料沖孔級(jí)進(jìn)模沖制，然后為彎曲外部?jī)山峭瑫r(shí)預(yù)彎中間兩角45176。，然后彎曲中間兩角，最后沖 4個(gè)φ 5mm 孔，彎曲部分如圖 35 所示。 方案二：首先為落料沖孔級(jí)進(jìn)模沖制（同方案一），然后彎外部?jī)山?，然后壓彎中間兩角，最后沖 4個(gè)孔（φ 5mm，同方案一），如圖 36 所示。 圖 35 方案一工件變形路線圖 圖 36 方案二工件變形路線圖 方案三：首先落料沖孔級(jí)進(jìn)模沖制（同方案一），然后直接壓彎四角，最后沖 4個(gè)孔（φ 5mm，同方案一）如下圖 圖 37 方案三工件變形路線圖 工藝方案的比較 綜合運(yùn)用彎曲模成型原理和模具設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)上述三個(gè)方案進(jìn)行比較，可以得出如下結(jié)論。 ① 方案一工序分散，所用模具、壓力機(jī)和操作人員較多，但是生產(chǎn)效率高，成產(chǎn)成本低廉，本設(shè)計(jì)針對(duì)中批量生產(chǎn)方案較為可行。 ②方案二和方案一相比，零 件的回彈難以控制，尺寸和形狀不明確，且存在工序分散、勞動(dòng)量大、占用設(shè)備的缺點(diǎn)。 ③方案三的工序比較集中，占用設(shè)備和人員少，但是模具壽命低，工件表面有劃 4 傷，厚度變薄，回彈不易控制，尺寸的控制不夠精確。 通過比較可以得出，當(dāng)進(jìn)行中批量生產(chǎn)時(shí)宜選擇方案一。本次設(shè)計(jì)針對(duì)中量生產(chǎn)，故綜合各種因素，采用方案一。 3 落料沖孔級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì) 條料寬度和排樣方式及材料利用率計(jì)算 為保證零件的精確，條料的強(qiáng)度和剛度，方便手工送料，采用單排有廢料排樣，差《沖壓模具簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 搭邊 a和 a1 的數(shù)值的 a=,a1=《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表 214 得 △ =，查《沖壓模具簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)》 P18 頁(yè)，計(jì)算出條料標(biāo)稱寬度 B=(L+2a1+△ )0△ =(30+2X 1,8) =： B條料寬度， mm L沖裁件垂直送料方向的尺寸， mm a1搭邊， mm △ 條料寬度公差， mm 考慮到定位方式為側(cè)刃定位，則應(yīng)使條料標(biāo)稱寬度增加 1mm 至 3mm，則可取B=， 步距 A=B+a=106mm+= 對(duì)于材料利用率的計(jì)算，查百度文檔知道，鋼帶版的規(guī)格尺寸為厚度 至13mm，寬度 700mm 至 1300mm,長(zhǎng)度 20xxmm 至 120xxmm，考慮到材料的充分利用，經(jīng)計(jì)算后在本設(shè)計(jì)中選取 08 鋼板規(guī)格為長(zhǎng) X寬 X厚 =,在剪床上進(jìn)行剪裁。則每塊鋼板剪裁成可用于級(jí)進(jìn)模沖裁的塊數(shù)為[4200/1050]X[1000/37]=4X27=108 塊，每塊可加工出的工件數(shù)為 n,則 n 滿足n=[10502a(n1)a1]/106=[(n1)]/106,由此可得 n=, 則可加工出 10 個(gè)工件，則材料的利用率為： ?=（ 10x108x30x106） /(4200x1000)x100%=% 排樣方式 凸模和凹模的刃口尺寸計(jì)算 由于工件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度要求不高，所以考慮采用凸凹模分開加工的方法制作凸 5 凹模，這時(shí)需要分別計(jì)算和標(biāo)注凸模和凹模的尺寸及公差。由于只有一個(gè)尺寸標(biāo)注了公差，由公差表查的要求為 IT13 等級(jí)，因此在這里均按照 IT13 等級(jí)要求。根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分開制造法計(jì)算刃口尺寸如下 ： 1).落料件的基本尺寸計(jì)算 查《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》教材表 314，計(jì)算公式為： Dd=(DmaxX△ ) d0?? Dp=(DdZmin) 0p?? 其中： Dd,Dp落料凹模和凸?；境叽?， mm △ 制件制造公差， mm Zmin最小合理間隙， mm X因數(shù) 查《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》教材表 32 得間隙極限尺寸Zmin=,Zmax=,ZmaxZmin==. 查《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》教材表 316，得： 尺寸 106mm:| d? |+| p? |=+=. 尺寸 30mm: | d? |+| p? |=0,025mm+0,020mm=. 均不滿足 | d? |+| p? |=ZmaxZmin,考慮到該制件為簡(jiǎn)單件取 : p? =(ZmaxZmin)= d? =(ZmaxZmin)= △ =,X=1 則尺寸 106mm: Dd=(DmaxX△ ) d0?? = ? mm, Dp=(DdZmin) 0p??= ? mm 尺寸 30mm: Dd=(DmaxX△ ) d0?? = ? mm Dp=(DdZmin) 0p??= ? mm 其中 X 由《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表 315 查的 d? ， p? 由《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》表 316 查的 2)沖孔件尺寸計(jì)算 查《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》教材表 316，沖孔部分公差 p? = d? =，滿足| d? |+| p? |=ZmaxZmin。 △可查《互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)》表 36 知△ =。 dp=(d+X△ ) 0p?? X=, △ =. 則 dp= ? mm. dd=(d+X△ ) d0?? X=, △ =. 則 dd= ? mm. 沖裁力的計(jì)算與壓力中心的確定 在沖裁過程中，沖裁力是不斷變化的 。對(duì)于普通平刃刃口沖裁沖裁力 F 按照《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》教材 P48 式（ 34）進(jìn)行計(jì)算。 F=KLtτ，式中： 6 F沖裁力， N L— 沖裁件的周長(zhǎng)， mm t材料的厚度， mm τ材料的抗剪強(qiáng)度 ， MPa K系數(shù)，常取 K= 在本設(shè)計(jì)中，沖裁件周長(zhǎng) L=（ 106+30） x 2+2π R =136 x 2 + x 2 x 10 mm=.材料厚度 t=， 08 鋼抗剪強(qiáng)度取 ： F=≈ . 側(cè)刃凸模沖裁力很小，可以忽略。 壓 力中心的確定：在沖裁時(shí)，為使模具能平衡工作，必須使模具壓力中心、模具導(dǎo)向部分的對(duì)稱中心和壓力機(jī)滑塊中心重合，否則在沖裁過程中要產(chǎn)生偏心力矩，從而使沖壓件外形扭曲，切口斷面質(zhì)量變壞，甚至?xí)?dǎo)致壓力機(jī)滑塊導(dǎo)軌和蜜桔的嚴(yán)重?fù)p壞。由于此次加工的工件較簡(jiǎn)單，故可以利用幾何關(guān)系確定壓力中心。由 F=KLtτ，其中 L=L 矩形 +L 圓，則沖裁落料與沖孔所需沖裁力的大小與其各自周長(zhǎng)成正比。式中L矩形 =（ 106+30） x 2mm=272mm,L 圓 =2π R=,L 矩形： L圓 =:1。則因此可確定壓力中心位置，距離落 料凹模幾何中心處 。 沖壓設(shè)備的選擇 根據(jù)沖裁力的大小，查《沖壓工藝與沖模設(shè)