[工学]基于Proe的垫片落料模的三维造型设计.doc

潍坊学院本科毕业设计基于Pro/e的垫片落料模的三维造型设计学生： 指导老师：摘要 冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备，是技术密集型产品。冲压件的质量、生产效率以及生产成本等，与模具设计和制造有直接关系。模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。Pro/Engineer软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，Pro/Engineer作为当今世界机CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广。 本文便是通过pro/e软件对垫片落料模进行三维设计，通过对每个零件的设计分析，并最后完成总装配图，从而明确可知垫片落料模的工作原理，指出pro/e软件对冲压模具三维设计问题上的可行性。本文的设计结果，也为垫片落料模在工业制造行业的应用提供了一定参考。关键词 冲压模具 垫片落料模 三维设计 Pro/EBased on Pro / E three-dimensional gasket blanking die designStudent: Director:Abstract Stamping production stamping die is essential for technology and equipment, is technology-intensive products. Stamping quality, productivity and production costs, and die design and manufacturing are directly related. Mold design and the level of manufacturing technology, is a measure of a country's manufacturing is one important indicator of the level, to a large extent determine the quality, efficiency and new product development capability.Pro / Engineer software to parameter known is Parametric Technology's first application will, in the present three-dimensional modeling software occupies an important place, Pro / Engineer as the world's machines CAD / CAE / CAM area of the new standards by the industry Recognition and promotion. This article is by pro / e software, three-dimensional gasket blanking die design, through every part of the design analysis, and finally complete the general assembly drawing, which clearly shows blanking die pad works, pointed out that the pro / e software Three-dimensional design of stamping dies on the issue of feasibility. This design results, but also for gaskets blanking die applications in the industrial manufacturing industry provides a reference.Key word Stamping die Gasket blanking die Three-dimensional design Pro/EII目录引言.11 绪论.2 1.1 Pro/ENGINEER三维设计技术.21.1.1 Pro/ENGINEER三维设计方法.21.1.2 Pro/ENGINEER三维设计的基本步骤.3 1.2 Pro/ENGINEER程序简介31.2.1 Pro/ENGINEER发展过程.31.2.2 Pro/ENGINEER的特点和优势.42 垫片落料模基础理论.7 2.1基本要求7 2.2 垫片落料模可行性分析.73 垫片落料模典型零件设计.8 3.1凹模的设计8 3.2导套的设计9 3.3导柱的设计.10 3.4螺钉的设计.11 3.5上座模的设计.12 3.6弹簧的设计.14 3.7 凸模的设计.14 3.8 凸模固定板的设计.18 3.9下座模的设计.19 3.10卸料板的设计.234 垫片落料模装配图.25结束语.26参考文献.27致谢词.28 引言随着计算机运算能力的不断增强，利用计算机作图已经成为了一个强有力的三维立体设计工具，比如美国参数技术公司(PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件pro/e，就在土木、机械等多个工业领域中都有着广泛的应用。经过20多年不断的创新和完善，pore现在已经是三维建模软件领域的领头羊之一，它具有参数化设计和特征功能、单一数据库、全相关性、基于特征的参数化造型、数据管理、装配管理以及易于使用等特点和优势，对于该垫片落料模的冲压模具三维设计，便可以采用pro/e对其结构进行三维造型。本文就是通过采用pro/e软件对垫片落料模各个零件的设计和组装，同时也反映了采用pro/e软件进行三维造型与其他该类软件相比之下的优越性。本次设计目的：（1） 充分了解pro/e软件的特性和功能，并熟悉操作。（2） 利用Pro/E软件来设计垫片落料模的所有零件。（3） 分析垫片落料模的各个零件特性，并完成总装配图。（4） 分析明确垫片落料模的工作原理以及产品的可行性。（5） 完成垫片落料模的设计并进行归纳总结。 通过这次设计可以让我熟练的运用Pro/E软件，能够对一些实际工程问题进行设计分析，并在设计过程中培养自己查阅资料和独立思考解决问题的能力。相信通过本次设计对于自身今后的学习和工作都大有裨益。1 绪论1.1 Pro/ENGINEER三维设计技术三维设计是新一代数字化、虚拟化、智能化设计平台的基础。它是建立在平面和二维设计的基础上，让设计目标更立体化，更形象化的一种新兴设计方法。据了解，计算机辅助设计（CAD）技术和计算机图形学（CG）近年来发展迅猛，一跃成为当前网络信息时代的核心技术之一。三维设计技术进入企业应用的速度非常惊人，从其诞生到实用化仅仅用了不到20年的时间。由于这项技术优势明显，世界多国制造企业都非常重视三维设计技术的应用。在欧洲、北美、日本等发达国家和地区，三维CAD技术不仅在航空、航天、汽车、船舶等高端制造业，而且在形形色色的民用消费品设计和制造中都得到了广泛应用。我们常用的三维设计软件有：PRO/E, MAYA, caxa，sketchup ，AutoCAD、 SolidWorks等。本文就是基于Pro/ENGINEER软件的三维设计技术来进行对垫片落料模的造型设计。1.1.1 Pro/ENGINEER三维设计方法传统的方法，我们是在一个平面的二维空间内考虑布局，也就是上下左右四个方向。如果我们把每个模块抽象成为一个平面，从三维的角度来看，有了前后的关系，一个页面就可以看做N个层的重叠，通过层之间的互相透视，二维上形成一个页面。这种抽象只是在设计页面布局的角度，和最终呈现给用户的二维视觉没有影响。二维布局越复杂，制作难度越大，在三维空间内，再复杂的布局也就是更多个层的叠加，同时根据浏览器解析代码自上而下的特性，可以随意调整各模块的显示顺序，很多存在于二维布局方法的难题迎刃而解。二维布局最常用的是使用浮动和相对定位，目的是想尽办法让各种各样的模块挤在一个平面内，为了照顾兼容和应付各种BUG，往往结构和表现都处理的非常复杂，效率方面大打折扣。三维布局必须使用绝对定位，绝对定位容易给人造成一种布局固定的误解，其实是错误的，绝对定位一定程度上可以代替浮动做到相对屏幕，而且兼容性更好。Pro/Engineer软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，Pro/Engineer作为当今世界机CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广。是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。Pro/E第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。Pro/E的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。 Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。1.1.2 Pro/ENGINEER三维设计的基本步骤一般步骤分为创建基础模型，绘制工程图，添加材质。大体包括：(1)草图绘制和编辑，草图标注，几何约束。(2)基准特征，基础特征，高级特征，工程特征的设置和编辑。(3)零件的装配与编辑。(4)工程图的建立与编辑。1.2 Pro/ENGINEER程序简介1.2.1 Pro/ENGINEER发展过程proe是美国PTC公司旗下的产品Pro/Engineer软件的简称。Pro/E（Pro/Engineer操作软件）是美国参数技术公司（Parametric Technology Corporation，简称PTC）的重要产品。是一款集CAD/CAM/CAE功能一体化的综合性三维软件，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，并作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今最成功的CAD/CAM软件之一。1985年，PTC公司成立于美国波士顿，开始参数化建模软件的研究。1988年，V1.0的Pro/ENGINEER诞生了。经过10余年的发展，Pro/ENGINEER已经成为三维建模软件的领头羊。目前已经发布Pro/ENGINEER WildFire6.0（中文名野火6)。PTC的系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。Pro/ENGINEER还提供了全面、集成紧密的产品开发环境。是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能的综合性MCAD软件。1.2.2 Pro/ENGINEER的特点和优势经过20多年不断的创新和完善，pore现在已经是三维建模软件领域的领头羊之一，它具有如下特点和优势： 1) 参数化设计和特征功能 Pro/Engineer是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。 2) 单一数据库 Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。 例如，一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。 3) 全相关性：Pro/ENGINEER的所有模块都是全相关的。这就意味着在产品开发过程中某一处进行的修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体、设计图纸，以及制造数据。全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改，却没有任何损失，并使并行工程成为可能，所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其作用。 4) 基于特征的参数化造型：Pro/ENGINEER使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。这些特征是一些普通的机械对象，并且可以按预先设置很容易的进行修改。例如：设计特征有弧、圆角、倒角等等，它们对工程人员来说是很熟悉的，因而易于使用。 装配、加工、制造以及其它学科都使用这些领域独特的特征。通过给这些特征设置参数（不但包括几何尺寸，还包括非几何属性），然后修改参数很容易的进行多次设计叠代，实现产品开发。 5) 数据管理：加速投放市场，需要在较短的时间内开发更多的产品。为了实现这种效率，必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发。数据管理模块的开发研制，正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作，由于使用了Pro/ENGINEER独特的全相关性功能，使之成为可能。 6) 装配管理：Pro/ENGINEER的基本结构能够使您利用一些直观的命令，例如“啮合”、“插入”、“对齐”等很容易的把零件装配起来，同时保持设计意图。高级的功能支持大型复杂装配体的构造和管理，这些装配体中零件的数量不受限制。 7) 易于使用：菜单以直观的方式联级出现，提供了逻辑选项和预先选取的最普通选项，同时还提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助，这种形式使得容易学习和使用。Pro/Engineer Pro/Engineer是软件包，并非模块，它是该系统的基本部分，其中功 能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型，三维上色实体或线框造型棚完整工程图产生及 不同视图（三维造型还可移动，放大或缩小和旋转）。Pro/Engineer是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽空（Shells）等，采用这种手段来建立形体，对于工程师来说是更自然，更直观，无需采用复杂的几何设计方式。这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸，不象其他系统是直接指定一些固定数值于形体，这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一个参数改变，其也相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方便和可令设计优化更趋完美。造型不单可以在屏幕上显示，还可传送到绘图机上或一些支持Postscript格式的彩色打印机。Pro/Engineer还可输出三维和二维图形给予其他应用软件，诸如有限元分析及后置处理等，这都是通过标准数据交换格式来实现，用户更可配上Pro/Engineer软件的其它模块或自行利用 C语言编程，以增强软件的功能。它在单用户环境下(没有任何附加模块)具有大部分的设计能力，组装能力(人工)和工程制图能力(不包括ANSI，ISO， DIN或 JIS标准)，并且支持符合工业标准的绘图仪(HP，HPGL)和黑白及彩色打印机的二维和三维图形输出。Pro/Engineer功能如下： 1)特征驱动（例如：凸台、槽、倒角、腔、壳等）； 2)参数化（参数=尺寸、图样中的特征、载荷、边界条件等）； 3)通过零件的特征值之间，载荷/边界条件与特征参数之间（如表面积等）的关系来进行设计。 4)支持大型、复杂组合件的设计(规则排列的系列组件，交替排列，Pro/PROGRAM的各种能用零件设计的程序化方法等)。 5)贯穿所有应用的完全相关性(任何一个地方的变动都将引起与之有关的每个地方变动)。其它辅助模块将进一步提高扩展 Pro/ENGINEER的基本功能。2 垫片落料模基础理论2.1 基本要求1)分析计算全面，图纸表达准确。2)工艺水平规程制定，力求符合实际。3)必要的数据须进行市场调查。4)分析核算，着重于过程。2.2 垫片落料模可行性分析1)形状、尺寸：制件形状规则、简单、对称。2)精度：该制件尺寸精度为IT9，用一般精度等级模具即可满足。3)材料：Q235为普通碳素结构钢，含碳量适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好的配合。4)表面粗糙度：Ra=3.2。通过对垫片落料模的分析，本次设计是可行的。3垫片落料模典型零件设计3.1凹模的设计第一步，拉伸，设置凹模的高度为30，长度是80，宽度是70，如图3.1所示：图3.1 凹模拉伸生成图第二步，在凹模表面钻孔，利用孔工具，进入孔的命令，设置其通孔直径为10，6；标准螺纹孔直径为10，深度为18，如图3.2所示：图3.2 凹模效果图3.2 导套的设计第一步，利用“旋转”按钮，进入旋转草绘页面，尺寸如图3.3和3.4所示：图3.3 导套草绘图完成如图所示： 图3.4 导套旋转图第二步，点击“倒圆角”按钮，对该实体进行倒圆角，半径分别为2,4，如图3.5所示：图3.5 导套生成图3.3导柱的设计第一步，点击“旋转”按钮，在旋转页面草绘，尺寸如图3.6所示：图3.6 导柱草绘图第二步，点击完成按钮，然后倒角，角度为45°，半径为1，如图3.7所示：图3.7 导柱效果图3.4螺钉的设计第一步，旋转，点击“旋转”按钮，进入旋转页面，进行草绘，如图3.8所示： 图3.8 螺钉草绘图第二步，点击完成，然后倒角，角度为1×45°，如图3.9所示：图3.9 螺钉效果图3.5上座模的设计第一步，拉伸，进入草绘界面，尺寸如图3.10所示：图3.10 上座模的草绘图第二步，点击完成，然后在其表面上打孔，通孔直径为10，深度为30，标准孔为M10，深度为15，沉头孔直径为19，13，22，高度依次为14,13,3，如图3.11所示：图3.11 打孔生成图第三步，拉伸，去除材料，如图3.12所示：图3.12 上座模效果图3.6弹簧的设计点击插入螺旋扫描伸出项扫引轨迹，长度为45，然后确定，螺距为5，截面为圆，直径为2.5，点击确定，就完成了弹簧的设计，如图3.13所示： 图3.13 弹簧效果图3.7 凸模的设计 第一步，草绘凸模的顶部，然后拉伸，高度是4，如图3.14和3.15所示：图3.14 凸模草绘图 图3.15 凸模拉伸图第二步，草绘中间部分，然后拉伸，高度为2，其余尺寸如图3.16所示：图3.16 中间部分草绘图第三步，再草绘凸模上一部分，然后拉伸，长度为26，直径为25，如图3.17所示： 图3.17 中间部分拉伸图第四步，草绘凸模的头部，然后拉伸，长度为26，圆的半径为21.6，如图3.18所示：图3.18 头部拉伸图第四步，去除材料，点击完成，如图3.19和3.20所示：图3.19 去除材料图 图3.20 去除材料生成图第五步，再草绘，然后去除材料，圆的半径为0.5，完成后如图3.21所示： 图3.21 凸模的效果图3.8凸模固定板的设计 第一步，先拉伸，进入草绘界面，宽度为66，长度为70，高度为30，完成后如图3.22所示：图3.22初步拉伸图第二步，利用孔按钮，在其上面钻孔，沉头孔，直径分别为16,11，中间大孔的直径为40，完成后如图3.23所示：图3.23 钻孔效果图第三步，拉伸去除材料，矩形的宽度为25，高度为4，长度为70，如图3.24所示：图3.24 凸模固定板效果图3.9 下座模的设计第一步，拉伸，进入草绘界面，拉伸完后的高度为40，尺寸如图3.25和3.26所示：图3.25 下座模草绘图图3.26 下座模生成图第二步，在上面钻孔，通孔的直径依次为10，24，如图3.27所示：图3.27 钻孔生成图第三步，拉伸，去除材料，高度为12，如图3.28所示：图3.28 拉伸效果图第四步，在表面上钻孔，通孔的直径为7，点击完成后如图3.29所示：图3.29 再次钻孔效果图第五步，拉伸，去除材料，厚度为6，完成后的实体如图3.30所示：图3.30 去除材料生成图第六步，倒角，角度为2×45°，然后在其上钻孔，标准通孔的直径为M10，沉头孔的直径为16,11，如图3.31所示：图3.31 下座模的效果图3.10 卸料板的设计第一步，拉伸，长度为110，宽度为66，高度为10，如图3.32所示：图3.32 卸料板的拉伸图第二步，在其表面钻孔，螺纹孔的尺寸为M8，通孔，完成如图3.33所示：图3.33 卸料板的钻孔图第三步，在其表面钻孔，通孔的直径为13,22，如图3.34所示：图3.34 再次钻孔效果图第四步，倒角，尺寸为3×45°，点击完成如图3.35所示：图3.35 卸料板的生成效果图4 垫片落料模装配图通过各零件的面与面之间的对齐，和轴的配合，让两零件之间形成完全约束，底座和凹模、凸模固定板和垫板之间、上座模和垫板之间、上座模和导套之间、导柱和下座模之间是完全约束；卸料螺钉和弹簧之间、凸模和卸料板之间是不完全约束，可以上下移动，从而完成料的加工。装配完成如下图4.1和4.2所示：图4.1 垫片落料模装配图图4.2 垫片落料模分解图结束语Pro/E第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。Pro/E的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。 Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。通过Pro/E软件实现垫片落料模的三维设计，现将Pro/E三维设计的主要结果归纳总结如下: （1）采用Pro/Engineer设计出垫片落料模的各部分零件，并进行又一步的编辑与设置。 （2）将各部分的零件进行装配，完成垫片落料模的装配图，并进行编辑设置。（3）相对于产品而言，我们可以把它看成几何模型，而无论多么复杂的几何模型，都可以分解成有限数量的构成特征，而每一种构成特征，都可以用有限的参数完全约束，这就是参数化的基本概念。并且Pro/E是基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。（4）通过本次设计对Pro/ENGINEER的软件技术有了进一步的了解，掌握了Pro/ENGINEER软件的基本知识，并会对一些简单的模具等问题进行造型设计，但是要对Pro/ENGINEER三维技术有更深的把握还需要日后不断地努力学习、练习。由于作者水平有限，本文中的设计和装配难免有不足和需进一步探讨之处，恳请各位老师批评指正。参考文献1 王孝培.冲压手册.北京：机械工业出版社，20002 李天佑.冲模图册.北京：机械工业出版社，19983 王树勋，高广升.冷冲压模具结构图策大全.广州：华南理工大学出版社，19944 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Pro/ENGINEER Wildfire高级应用详解. 中国水利水电出版社， 200617 刘永翔. 产品设计与建模:Pro/ENGINEER Wildfire在工业设计中的应用. 化学工业出版社， 2004 致谢辞作为一个本科生的毕业设计，由于自己经验和知识的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的全力支持，想要完成这个设计是难以想象的。 师恩不能忘！首先要感谢我的指导老师。刘老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，都给予了我悉心的指导。除了敬佩刘老师的专业水平外，她的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。 其次要感谢我的舍友、同学对我无私的帮助，特别是在软件的使用方面，是他们，让我体会到一个集体的凝聚力，让我学会在挫折中依然学会坚强，正因为如此我才能顺利的完成设计，同时，我还要感谢我的母校，是母校给我们提供了优良的学习环境，让我可以在图书馆中查阅所需的资料及工具，帮助我更加顺利的完成此次毕业设计。另外，我还要感谢那些曾给我授过课的每一位老师，是你们教会我专业知识。让我拥有一个充实而丰富的大学生活，让我对以后的道路更加自信。在此，我再说一次谢谢！谢谢大家！同时，我也知道四年的大学时光是多么宝贵，人一生的时间是有限的，但知识的海洋却是无限的广阔。在机械这一领域，作为一名即将工作并踏足社会的毕业生，我知道我还差很多，但这更加坚定了我要在机械行业不断学习不断进步的决心！毕业在即，希望能尽自己最大的努力，使毕业设计取得一个良好的成绩！不可预知之时光，创更为辉煌之来日！28