车用摇手柄支架冲压工艺分析及模具设计

车用摇手柄支架冲压工艺分析及模具设计摘要：本设计简要概述了模具加工的重要性和我国模具的发展状况。设计中对该工件进行了工艺分析和工艺方案选择。通过分析各种方案的优缺点及工艺合理性计算，我们采用落料冲孔复合模和弯曲模完成生产要求。按照标准规格严格的设计了两套模具上的主要零部件，如：凸模、凹模、凸模固顶板、垫板等，给出了各个零件的零件图和相关尺寸。模架、导柱、导套等均采用国家标准形式。基于以上的设计计算，做出一套符合任务要求的模具，并给出模具的装配图。所设计模具要符合实际生产要求，可以进行摇手柄支架的大批量生产。关键词：冲裁落料冲孔弯曲模具IStampingProcessAnalysisforAutomobileShakeHandleBracketandDieDesignAbstract：Thisdesignprovidedabriefoverviewoftheimportanceofdieprocessingandthediedevelopmentsituationofourcountry.Inthedesign,wemaketheprocessanalysisandtheprocessschemeselectionfortheworkpiece.Byanalyzingtheadvantagesanddisadvantagesofvariousoptionsandtechnologicalrationality,Iusetheblankingpunchingcompounddieandthebendingdietocompletetheproductionrequirements.Designedstrictlyinstandardwiththespecificationsoftwosetsofmaincomponentsofthedie,suchaspunchandfemaledieandpunchfixboardandsoon,andthevariouspartsofthepartdrawingstyleandsizesweregiven.Mouldbase,guidepillar,guidesleeveadoptedformofnationalstandard.Basedontheabovedesignandcalculation,tomakeasetofmeettherequirementsofthetaskmold,andgivethemoldassemblydrawing.Diewasdesignedtoconformtotherequirementsoftheactualproduction,sothattheshakehandlebracketofmassareproduced.Keywords:blankingBlankingandpunchingbendingdieII目录1前言.11.1模具加工的作用与地位.11.2我国模具的发展与现状.12冲裁工艺分析.42.1冲裁件的形状和尺寸.42.2冲压件的工艺分析.52.3工艺方案的确定.52.4冲孔合理性计算.53主要设计计算.73.1毛坯尺寸计算.73.2落料冲孔的凸模和凹模尺寸计算.83.3冲裁力计算.113.4冲裁压力机所需总压力计算.123.5初选设备.123.6冲压模具压力中心的计算.133.7冲裁件的排样.144冲裁模具设计.164.1模具的总体设计.164.1.1模具类型的选择.164.1.2定位方式的选择.164.1.3卸料出件方式的选择.164.1.4导向方式的选择.164.2凸模、凹模、凸凹模的设计.164.2.1凹模.164.2.2凸模.184.2.3凸凹模的设计.214.3标准模架.224.4模柄.22III4.5推件板.234.6导柱和导套.234.7连接与固定零件.234.8模具闭合高度确定.245弯曲工艺设计.255.1弯曲力的计算.255.2弯曲时压力机吨位的确定.256弯曲模具的设计.266.1模具类型选择.266.2定位方式的选择.266.3弯曲模工作部分结构参数确定.266.3.1弯曲凸模的圆角半径.266.3.2弯曲凹模的圆角半径.266.3弯曲凸模和凹模之间的间隙.276.4弯曲凸模和凹模宽度尺寸计算.276.5弯曲凸模.286.6弯曲凹模.296.7弯曲模整体装配图.307总结.31参考文献.32致谢.3301前言1.1模具加工的作用与地位模具加工工艺由于结构简单、操作简易、生产环境一般为常温，以及精度高、生产周期短、可以满足大批量生产要求的特点，在工业生产中被广泛的采用。大批量生产，不仅可以充分地降低生产成本、提高盈利，而且其结构简单、容易操作。从复杂的电子元件,汽车机身覆盖部分,兵工产品和航空航天设备到小型的垫片，压板等零件加工都离不开模具加工工序。在汽车制造业中，有的零件是采%607用模具加工制成的，模具生产所占的劳动量为整个汽车工业劳动量的。2530在机电及仪器、仪表生产中有的零件是采用模具加工来完成的。在现今%607社会里，我国和一些发达国家例如美国和日本，都把模具设计与发展视为国家工业进步所需的重中之重的任务，更是鼓励模具累人才的培养。模具行业已然成为工业生产中的重要部门，代表着高生产质量，高效率，低周期，低劳动力的生产手段。1.2我国模具的发展与现状我国模具的发展现状因为我国模具标准化工作起步晚,进展缓慢,再加上过去的“自产自配”、“大而全”、“小而全”、的封闭思想观念影响的结果,我国模具标准零件一直是生产规模小,标准规格少，流通不流畅。虽然现在有很多的模具生产商,包括一些指弹性元件、导向元件、推板推杆等,但还是中低类质量的生产多，生产高质量、高精度的产品较少。一些外国公司生产的高档模具标准零件,由于昂贵的影响其推广和应用。模具零件适用于专业化、社会化的大规模生产。但是我国一直以来都是呈现小规模生产、管理、标准不一混乱的局面。虽然整个国家目前已有销售点近几百处,但大多数的小销售,库存不多,销售额少,即使是我国模具工业协会标准委员会模具标准件联合网络内的50多个业务部门,也有同样的问题。个别单位计划推出网络营销和电子商务,刚开始工作不久,但形成规模还需要一定的时间。1国内模具市场发展前景模具标准是模具的一个重要组成部分,缩短模具的设计和制造周期,提高模具的质量以及降低模具的生产成本,具有至关重要的经济以及技术意义。国际模具及金属塑料行业供应商协会副秘书长金玲王说模具标准件的商业化供应和专业生产,大大促进模具行业的发展。广泛使用标准部件可以缩短设计和制造周期25-40%,因为可以节省用户白手起家的标准造成的社会工作时间,减少原材料和能源的浪费,但对于现代技术的应用如模具CAD/CAM打下基础,可以显著提高模具的制造精度和使用性能。通常使用标准由专业生产标准件的匹配精度和位置精度将会增加至少一个数量级,并能保证互换性,提高模具的使用寿命,然后促进行业内部经济系统,管理机制和产业结构改革,生产管理、实现专业化和规模化生产,推动标准商品市场的形成和发展。可以说没有专业化和商业化的模具标准零件,就不会有现代模具行业。然而，我们必须清楚地意识到：目前我国模具的标准化水平和应用水平仍然相对较低,乐观估计,不到30%,与国外工业(60%-70%),与发达国家相比有较大差距。现在制造商销售逐年增加,但大多规模小,过时的设备、技术落后、高成本和低效率。只有普通中小冲压标准模块和塑料模具模架、导套、导料销、模具弹簧、推杆、气动组件,和其他产品,商业化程度较高,基本可以满足国内市场的需求,和一些出口。性能好、技术含量高、结构先进、优良的品质,方便更换和个性化的产品,如球锁式快换冲头固定板、固体润滑指导和导套、斜楔机构及其组件、高档塑料模具标准零件,和氮气弹簧在国内生产厂家甚少,因为缺乏资金,很难实施技改项目,生产效率低,交货周期长,供给和需求之间的矛盾越来越突出。因此,必须每年从国外进口大量的模具标准零件,成本约占每年5-10%模具进口额。国产模具标准件在技术标准,科技开发、产品质量等方面,还存在一些问题。诸如,产品标准混乱,功能组件和低技术含量,适用性差；产品质量不稳定，技术落后、技术力量小,专业化水平低、过时的设备、缺乏专业人才,管理跟不上,交货周期长。生产和销售网络分布、操作规范少,供应不足,一些单位为了争夺市场,不讲质量,以次充好,伪劣商品充斥市场。还有不计较成本,盲目地降价,扰乱市场的现象,是需要认真研究,需要解决的问题。国际模具及金属塑料行业供应商协会主任罗许指出,随着我国国民经济的快速发展,模具市场的总体趋势是稳步上升的。汽车、摩托车行业是模具的最大市场。家用电器、电子通信、建筑设备、仪器仪表、塑料、橡胶等行业具有相当大的模具市场。因此,模具加工的应用将越来越广泛。在今后的市场经济中：模具加工产品将成为一2个十分活跃而又高速发展的产品。从长远发展的角度来看,我国模具产业必将伴随着知识经济时代的来临而发生深刻的变革,模具结构的典型化,零部件的标准化、规范化、专业化生产和商品化供应,也是未来发展的必然趋势。所以相信我国模具加工行业的发展前景是非常乐观和美好的。32冲裁工艺分析2.1冲裁件的形状和尺寸摇手柄支架42.2冲压件的工艺分析本次所设计的是车用摇手柄支架，该零件外形简单，形状规则，属于较典型的落料、冲孔、弯曲件。材料为Q235-A，厚度t=2mm，具有良好的冲压性能，所有的尺寸公差等级均为IT14级，对工件厚度变化也没有作要求。2.3工艺方案的确定方案一：先落料，后冲孔，最后再弯曲。采用单工序模生产。方案二：冲孔-落料连续冲压，然后再弯曲。采用连续模和单工序模生产。方案三：落料-冲孔复合冲压，然后再弯曲。采用复合模和单工序模生产。方案一虽然模具的结构非常简单，但需要三副模具三道工序，生产效率低。难以满足该工件大批量生产的要求。方案二需两副模具，生产效率高，但是工件的冲压精度较差、模具结构复杂，很多地方不能达到要求。方案三采用复合模落料-冲孔能保证冲裁尺寸精度，生产效率高。然后用弯曲模具弯曲，用孔定位可以保证零件的尺寸精度。经过对以上述三种方案的分析及对比，该工件的冲压生产选用方案三为最合适。2.4冲孔合理性计算该工件既有冲孔又有弯曲，如果孔位于弯曲变形区内，先冲孔后弯曲孔的形状会发生畸变。因此，孔边到弯曲半径中心的距离要保证：当t2tL2=15tRr2=1524.253=5.75mm2tL3=552tRr3=27.52316=6.5mm2t所以综上述计算先冲孔后弯曲，弯曲后不会对孔造成影响。63主要设计计算3.1毛坯尺寸计算零件展开图为：零件展开图一般将r0.5t的弯曲称为有圆角半径的弯曲，r0.5t的弯曲称为无圆角半径的弯曲。7因为R=30.52,所以该工件弯曲为有圆角半径弯曲。有圆角半径弯曲：L=L直线+L圆弧式中L弯曲件毛坯长度；L直线直线部分各段长度；L圆弧圆弧部分各段长度；L圆弧=2/360=（r+xt）/180式中弯曲带中心角（）。毛坯直线部分长度：L直线=（25-t-R)+(55-t-R）=（25-2-3）+（55-2-3）=70mmL圆弧=（r+xt）/180=90（3+0.362）/180=5.84mmL=L直线+L圆弧=70+5.84=75.84mm3.2落料冲孔的凸模和凹模尺寸计算查互换性与测量技术表3-3得各零件尺寸公差为：250-0.521120-0.8775.840-0.74520-0.7441.20-0.626.50+0.368.50+0.36320+0.62查冷冲模设计表3-3冲裁模初始双面间隙Zmax=0.360Zmin=0.2468ZmaxZmin=（0.3600.246）=0.114mm查冷冲模设计表3-6凸模和凹模的制造偏差：落料部分凹=0.035mm凸=0.025mm凸模和凹模单配加工时的尺寸：（1）凸模或凹模在磨损后会增大的尺寸=（冲裁件上该尺寸的最大极限尺寸x）0+0.25（2）凸模或凹模在磨损后会减小的尺寸=（冲裁件上该尺寸的最小极限尺寸+x）0-0.25（3）凸模或凹模在磨损后基本不变的尺寸=冲裁件上该尺寸的中间尺寸0.125X磨损系数，查冷冲模设计表3-5取x=0.5落料9A凹1=（Amaxx）0+0.25=（1120.50.87）0+0.250.87=111.5650+0.218A凹2=（Amaxx）0+0.25=（75.840.50.74）0+0.250.74=75.470+0.185A凹3=（Amaxx）0+0.25=（520.50.74）0+0.250.74=51.630+0.185A凹4=（Amaxx）0+0.25=（2）0+0.250.62=40.890+0.155冲孔b凸1=（bminx）0-0.25=（6）0-0.250.36=6.680-0.09b凸2=（bminx）0-0.25=（6）0-0.250.36=8.680-0.09b凸3=（bminx）0-0.25=（320.50.62）0-0.250.62=32.310-0.155103.3冲裁力计算F=KLt=1.32350（11275.845241.272.11）=321366.5N式中F冲裁力；L冲裁件周长；t板料厚度；材料的抗剪强度，查冷冲模设计表2-3，=310380取350；K系数常取K=1.3。卸料力F卸=K卸F=0.035F=11247.8275N式中F卸卸料力系数；查冷冲模设计表3-8，F卸=0.0250.06取0.035推件力F推=nK推F=12.50.05F=200854.06N式中F推推件力系数；查冷冲模设计表3-8，F推=0.05n梗塞在凹模内的冲件数n=h/t；顶件力F顶=K顶F=0.06F=18716.33式中F顶顶件力系数；查冷冲模设计表3-8，F顶=0.06113.4冲裁压力机所需总压力计算模具采用弹压卸料装置和上出件时：F总=FF卸F顶=321366.511247.8218716.33=351330.65N3.5初选设备根据冲裁力的大小，选取开式双柱可倾式压力机J23-40,其主要技术参数如下：公称压力：400KN滑块行程：80mm连杆调节长度：65mm最大闭合高度：330工作台尺寸：460700mm模柄孔尺寸：5070电动机功率：5.5KW123.6冲压模具压力中心的计算对于形状复杂的零件，可根据合力对坐标轴的力矩代数和的力学原理求出。根据零件图：X0=（41.210132069.2840328052961711275.8112）/（41.21369.2832521775.8）=70.9613Y0=（5210172069.2826.673237.541.265.161375.84)/(521769.283241.213)=36.30所以冲裁件的压力中心为X0=70.96，Y0=36.30。3.7冲裁件的排样1、选用少废料排样如图所示：排样图2、搭边查冷冲模设计表3-10搭边值a=2.5mma1=2.2mm3、送料步距A=Da=1122.2=114.214式中D平行于送料方向的冲裁宽度；a冲裁件之间的搭边值。4、条料宽度B=(D2a1)0-=(75.8412.52)0-1.0=81.840-1.0式中D送料方向与冲裁件垂直的最大尺寸；条料冲裁时的下偏差。查冷冲模设计表3-11=1.0；a1条料侧边与冲裁件之间搭边值。5、材料的利用率S1S0100(114.281.8434.646024.2521623.252)(114.281.84)10074.32154冲裁模具设计4.1模具的总体设计4.1.1模具类型的选择根据零件的工艺分析和冲压知识采用的模具为冲孔落料复合模4.1.2定位方式的选择因为该模具所采用的是条料，控制条料的进给反方向的是定位销，没有侧压装置。控制条料进给步距的是挡料销。4.1.3卸料出件方式的选择根据零件的厚度为2mm，采用弹性卸料装置，冲孔凸模上的推件板可以将零件推下。4.1.4导向方式的选择采用中间导柱模架，不仅可以提高模具的寿命，还可以提高工件的质量，而且便于安装和调整。4.2凸模、凹模、凸凹模的设计164.2.1凹模落料件的尺寸是由凹模决定的，根据模具的结构，凹模的外形尺寸是冲裁件的厚度t=2mm和冲裁件的最大外形尺寸b=112来确定的。凹模厚度H=KB（15mm）=0.2112=22.4mm凹模壁厚c=（1.52）H（3040mm）=1.522.4=33.6mm式中b冲裁件的最大外形尺寸；K系数，查冷冲模设计表4-3，得K=0.2。所以，凹模总长L=33.62112=179.2mm，为了能够使凹模结构对称并有足够的强度，将其长度增大到180mm。凹模的宽度B=33.6275.84=143.04mm，取144mm。凹模的固定方式采用六角螺钉、销钉直接固定在上模座上。如图所示：17落料凹模结构4.2.2凸模冲孔件的尺寸是由凸模决定的。根据模具结构确定凸模长度：L=h1h2th=2619211=58mm式中h1凸模固定板厚度；18h2卸料板厚度；t冲裁件厚度；h附加的长度，（取1020mm）。1、冲孔1凸模如图所示：冲孔1凸模192、冲孔2凸模如图所示：冲孔2凸模3、冲孔3凸模如图所示：冲孔3凸模204.2.3凸凹模的设计因为模具采用的是复合模，所以凸凹模的选用非常重要，由于采用倒装复合模，凸凹模的下模孔内会积存废料所以壁厚要设计的大一些。其尺寸为：L=112mmB=75.64mm高度根据模具结构取70mm直壁刃口高度查表为5mm。如图所示：凸凹模214.3标准模架根据凹模的外形尺寸LB=180mm144mm选择标准模架，模具采用中间导柱模架。根据计算结果，查最新模具标准应用手册得模架规格为：上模座413mm213mm50mm，下模座413mm213mm50mm。4.4模柄模柄采用压入式模柄，根据设备的模柄孔尺寸，应选用规格为A50110的模柄如图所示：模柄224.5推件板取推件板厚度为19mm，外形尺寸与零件的外形尺寸相同。如图所示：推件板4.6导柱和导套采用滑动导向导柱和导套：外形尺寸滑动导向导柱A28260导套A3896采用R7/h6过盈配合。4.7连接与固定零件23六角螺钉M8110数量8个，材料为45钢；圆柱销660数量两个。4.8模具闭合高度确定模具的闭合高度是指模具在最低工作位置是上模座的上平面与下模座的下平面之间的高度。模具的闭合高度与压力机的装模高度模具的闭合高度应满足关系：Hmin+10mmH0Hmax-5mm因为Hmin=265，H0=50+20+30+22+18+15+32+26+20+50=283mmHmax=330所以满足模具的闭合高度与压力机的装模高度的关系，可以使用该压力机。245弯曲工艺设计5.1弯曲力的计算1、V形件自由弯曲时弯曲力：F自=0.6Kbt2b/（rt）=0.61.375.8422450（32）=21296.71N式中F自完成弯曲结束时的自由弯曲力；t弯曲件厚度；b弯曲件的宽度；r弯曲件内弯曲半径；b材料的强度极限，查相关资料取b=450K安全系数，取K=1.3；2、校正弯曲时的弯曲力：F校=Ap=（75.841234.64602）120=894589.6N式中F校校正弯曲时的弯曲力；P单位面积上的校正力，查冷冲模设计表5-6得p=120，A校正部分的投影面积。5.2弯曲时压力机吨位的确定自由弯曲时，压力机吨位F压机应为F压机F自F顶因为弯曲不需要顶件力，即F顶=0，所以：F压机21296.71N又F压机F校，所以F压机894589.6N故F压机选用900000N。256弯曲模具的设计6.1模具类型选择由零件的工艺分析所采用的弯曲模具为单工序弯曲模。6.2定位方式的选择可以选用定位销防止弯曲件偏移。6.3弯曲模工作部分结构参数确定6.3.1弯曲凸模的圆角半径因为弯曲件的相对弯曲半径r/t=32=1.558，且不小于最小半径rmin/t所以弯曲凸模的圆角半径等于弯曲件的圆角半径就，即r凸=3mm。6.3.2弯曲凹模的圆角半径在相关生产中，由材料厚度来决定凹模圆角半径：t2mm时，r凹=（36）t；t24mm时，r凹=（23）t；r4mm时，r凹=2t。相对V形件弯曲模，或取r凹0=（0.60.8）（r凸t）。根据设计的零件尺寸得：r凸=3mmr凹=32=6mmr凹0=（0.60.8）（32）=4mm266.3弯曲凸模和凹模之间的间隙对于V形件凸模和凹模的单边间隙Z通常可按下式计算：Z=t最大ct=tct=20.250.032=2.31mm式中Z弯曲模凸模和凹模的单边间隙；t材料厚度；材料厚度上偏差值；c间隙系数，查冷冲模设计表5-10，得c=0.03。6.4弯曲凸模和凹模宽度尺寸计算L凹=（L最大0.75）0+凹=（550.750.74）00.74=54.44500.74L凸=（L凸2Z）0-凸=（54.4452.31）0-0.7452.1350-0.74式中L最大弯曲件的宽度最大尺寸；L凹凹模宽度；L凸凸模宽度；弯曲件的宽度尺寸公差；凹凸凹模和凸模制造公差。276.5弯曲凸模根据弯曲件的尺寸，设计弯曲凸模，凸模圆角半径r=3mm，如图所示：弯曲凸模286.6弯曲凹模V形件弯曲凹模圆角半径根据计算得r=4.5mm，凹模深度L及底部最小厚度值h的需要根据弯曲件直边长度及厚度合理设计，查冷冲模设计表5-7得凹模深度L=30及底部最小厚度值h=32。如图所示：弯曲凹模296.7弯曲模整体装配图装配图如下所示：弯曲模装配图1卸料螺钉2弯曲凹模3底座4弯曲凸模5摸柄306螺钉17挡块8螺钉29定位销10顶板7总结这次车用手摇柄支架冲压工艺分析及模具设计做到这里大体上就要完成了，经过本次设计，有种又把以前所学知识复习了一遍的感觉。从零件的工艺分析到工艺方案的确定再到模具各零件的设计，这里面贯穿了许多冲压以及模具专业知识，没有想到这次设计把自己大学所学的专业知识运用了这么多，也非常感谢本次设计能够使我将一些遗忘的知识重新拾起。在本次设计过程中，让我对冷冲压设计这门课程又重新学习了一遍，这次不再只是仅仅为了应付考试，而是把自己所学的知识真正用于实际的设计。通过这次的设计使我对冲裁模具及弯曲模具的设计过程有了新的认识。从刚开始拿到论文题目时的茫然，甚至零件图都没有读懂，不知该做什么，如何去下手，到通过老师的细心辅导以及同学的帮助，通过将近三个多月的努力，终于可以看到自己的设计也初步有了一定规模，心里还是有一点点成就感的。在这次的设计过程中最令我欣慰的是，我对制图CAD的熟悉及运用又提高了，这对于即将走向工作岗位的我来说非常重要。我知道自己的设计里面