手柄冲压成形工艺及模具设计

1、河南机电高等专科学校毕业设计说明书1 绪 论 目前，我国冲压技术与工业发达国家相比还相当的落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达的国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与工业发达国家的模具相比差距相当大。1.1国内模具的现状和发展趋势国内模具的现状我国模具近年来发展很快，据不完全统计，2003年我国模具生产厂点约有2万多家，从业人员约50多万人，2004年模具行业的发展保持良好势头，模具企业总体上订单充足，任务饱满，2004年模具产值530亿元。进口模具18.13亿 美元，出口模具4.9

2、1亿美元，分别比2003年增长18%、32.4%和45.9%。进出口之比2004年为3.69:1，进出口相抵后的进净口达13.2亿美元，为净进口量较大的国家。在2万多家生产厂点中，有一半以上是自产自用的。在模具企业中，产值过亿元的模具企业只有20多家，中型企业几十家，其余都是小型企业。 近年来， 模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为：大型、精密、复杂、长寿命中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品；专业模具厂数量增加，能力提高较快；"三资"及私营企业发展迅速；国企股份制改造步伐加快等。虽然说我国模具业发展迅速，但远远不能适应国民经济发展的

3、需要。我国尚存在以下几方面的不足: 第一，体制不顺，基础薄弱。 “三资”企业虽然已经对中国模具工业的发展起了积极的推动作用，私营企业近年来发展较快，国企改革也在进行之中，但总体来看，体制和机制尚不适应市场经济，再加上国内模具工业基础薄弱，因此，行业发展还不尽如人意，特别是总体水平和高新技术方面。     第二，开发能力较差，经济效益欠佳.我国模具企业技术人员比例低，水平较低，且不重视产品开发，在市场中经常处于被动地位。我国每个模具职工平均年创造产值约合1万美元，国外模具工业发达国家大多是1520万美元，有的高达2530万美元，与之相对的是我国相当一部分模具企业还沿

4、用过去作坊式管理，真正实现现代化企业管理的企业较少。    第三，工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低虽然国内许多企业采用了先进的加工设备，但总的来看装备水平仍比国外企业落后许多，特别是设备数控化率和cad/cam应用覆盖率要比国外企业低得多。由于体制和资金等原因，引进设备不配套，设备与附配件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较好解决。装备水平低，带来中国模具企业钳工比例过高等问题。  第四，专业化、标准化、商品化的程度低、协作差 由于长期以来受“大而全”“小而全”影响，许多模具企业观念落后，模具企业专业化生产水平低，专业化分工不细，商品化程度也低

5、。目前国内每年生产的模具，商品模具只占45%左右，其馀为自产自用。模具企业之间协作不好，难以完成较大规模的模具成套任务，与国际水平相比要落后许多。模具标准化水平低，标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响，对模具制造周期影响尤甚。 第五，模具材料及模具相关技术落后模具材料性能、质量和品种往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢相比，无论是质量还是品种规格，都有较大差距。塑料、板材、设备等性能差，也直接影响模具水平的提高。国内模具的发展趋势 巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。虽然我国的模具工业和技术在过去的十多年得到了快速发展，但与国外工业发达国家相比仍存在较大差距

6、，尚不能完全满足国民经济高速发展的需求。未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括以下几方面:     1） 模具日趋大型化；     2）在模具设计制造中广泛应用cad/cae/cam技术；    3）模具扫描及数字化系统；     4）在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术；    5）提高模具标准化水平和模具标准件的使用率；   6）发展优质模具材料和

7、先进的表面处理技术；   7）模具的精度将越来越高；   8）模具研磨抛光将自动化、智能化；     9）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程；   10）开发新的成形工艺和模具。1.2国外模具的现状和发展趋势模具是工业生产关键的工艺装备，在电子、建材、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯器材等产品中，6080的零部件都要依靠模具成型。用模具生产制作表现出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清洁环保的特性，是其他加工制造方法所无法替代的。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家制

8、造业水平高低的重要标志，并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。近几年，全球模具市场呈现供不应求的局面，世界模具市场年交易总额为600650亿美元左右。美国、日本、法国、瑞士等国家年出口模具量约占本国模具年总产值的三分之一。 国外模具总量中,大型、精密、复杂、长寿命模具的比例占到50%以上；国外模具企业的组织形式是"大而专"、"大而精"。2004年中国模协在德国访问时，从德国工、模具行业组织-德国机械制造商联合会（vdma）工模具协会了解到，德国有模具企业约5000家。2003年德国模具产值达48亿欧元。其中（vdma）会员模具

9、企业有90家，这90家骨干模具企业的产值就占德国模具产值的90%，可见其规模效益。 随着时代的进步和技术的发展，国外的一些掌握和能运用新技术的人才如模具结构设计、模具工艺设计、高级钳工及企业管理人才，他们的技术水平比较高故人均产值也较高我国每个职工平均每年创造模具产值约合1万美元左右，而国外模具工业发达国家大多1520万美元，有的达到 2530万美元。国外先进国家模具标准件使用覆盖率达70%以上，而我国才达到451.3手柄冲孔落料弯曲件模具设计与制造方面手柄冲孔落料弯曲件模具设计的设计思路冲孔落料是冲压基本工序之一，它是利用冲裁模在压力机作用下，将平板坯料进行冲孔或落料的加工方法。一般情况下，

10、一般精度的工件it8it7级精度的普通冲裁模；较高精度的工件采用it7it6级精度的高级冲裁模。只有加强冲裁件基础理论的研究，才能提供更加准确、实用、方便的计算方法，才能正确地确定冲裁工艺参数和模具工作部分的几何形状与尺寸，解决冲裁中出现的各种实际问题，从而，进一步提高制件质量。支撑件冲孔落料件是最典型的冲裁件，其工作过程很简单就冲孔落料，可采用单工序模、复合模具或级进模具，根据计算的结果和选用的标准模架。为了保证制件的顺利加工和顺利取件，模具必须有足够高度。要改变模具的高度，只有从改变导柱和导套的高度。导柱和导套的高度可根据凸模与凹模工作配合长度决定设计时可能高度出现误差，应当边试冲边修改高

11、度。1.4手柄冲孔落料弯曲件模具设计的进度1.了解目前国内外冲压模具的发展现状，所用时间20天；2.确定加工方案，所用时间5天；3.模具的设计，所用时间30天；4模具的调试所用时间5天2手柄冲压工艺的分析2.1手柄工艺分析 原始资料：如图所示 材 料： a3厚 度： 2mm 图1此工件有冲孔落料和弯曲三个工序，材料为 a3（q235-a）具有良好的冲压性能。工件结构相对简单，有一个个六边形的孔，孔与孔、孔与边缘之间的距离也满足要求。最小壁厚为4毫米大于凸凹模最小壁厚。零件公差无特殊要求按it14级选用。利用普通冲裁可达到图样要求。适合冲裁加工。2.2冲压工艺与工艺方案冲压件的工艺计算是冲压工艺

12、设计中的一个环节，本制件的工艺计算属于最简单的。其主要的内容包括计算冲压力、凸模、凹模刃口尺寸等。2.3 工艺方案的确定 手柄零件所需的基本冲压工序为落料和冲孔，可拟订出以下三种工艺方案。方案一：用简单模分三次加工，即冲孔-落料-弯曲。方案二：冲孔落料弯曲复合模。方案三：冲孔落料弯曲级进模。 采用方案一，生产率低，工件的累计误差大，操作不方便，由于该工件为批量生产，方案二和方案三更具有优越性。有一个六边形的孔，孔与边缘之间的距离也满足要求。最小壁厚为4毫米大于凸凹模最小壁厚，可以采用冲孔、落料弯曲复合模或冲孔、落料弯曲连续模。复合模模具制造难度大，并且冲压后产品留在模具上，在清理模具上的物料时

13、会影响冲压速度，因此选用级进模更好。3.主要设计计算3.1毛坯尺寸的计算 图2毛坯毛坯的尺寸l=l1+l2+l3l1=80+8+8=96l2=a(r+xt)/180=3.14×90(1+0.5×2)/180=3.14l=96+3.14=99.14 l4=16+8+3.14=27.14设计模具时，条料的排样很重要。为了提高材料利用率和工件质量。采用直排方案，如图3，由表2.9（课本）查最小搭边值工件间a1=2.0mm，侧面a=2.2mm,进距s=106.05mm.图3 条料的排样 计算冲压件毛坯面积：=2877mm2 条料宽度：b =201.4mm导尺间距离的计算：由s=d+

14、2(a+c1),查课本表2.12得c=0.5，d=97.14代入数据计算得导尺间距离为103.83mm。进距h=d+a=103.83+2.22=106.05mm一个进距材料利用率：%=85%3.2冲压力的计算及压力机的选用 该模具采用级进模，拟选用弹性卸料、下出件。 冲裁力计算 根据式f= ltb （2.6.2） 冲孔力f1= kltb=1.3×32×2×235=19552n 落料力f2 f2=ltb=257×2×235=120790n f3=0.7×1.3×4×4×235/(1+2)=1557n根据冲压

15、课本 2.20 fx=kxf 由表2.7 查得 kx=0.0250.06 kt=0.05 kd=0.06 故卸料力：fx=kx（f1+f2+f3）=0.04×(19552+120790+2×1557)=5740 n 由课本得推件力ft=nktf（2.2.3） n= h=6由表2.21查得。故n=3 ft1=nktf1=3×0.05×19552=2933n ft2=nktf2=3×0.05×120790=18119n ft3=nktf3=3×0.05×1557=233.55n f=f1+f2+f3+fx+ft1+ft

16、3ft2=19552+120790+2×970+2933+18119+2×233.55=163794n 3.3初选压力机查文献4开式可倾压力机参数初选压力机型号为jh2-25和jh23-40，见表一。表一 所选择压力机的相关参数型号公称压力/kn滑块行程/mm最大封闭高度/mm工作台尺寸/mm滑块底面尺寸/mm可倾斜角/°封闭高度调节量/mmjh2-2525075260370×5603055jh23-4040080330460×7003065初选jc23-633.4压力中心的确定及相关计算：计算压力中心时，先画出凹模型口图，如图3所示，在图中将

17、xoy坐标系建立在图示的对称中心线上，用解析法求压力中心c点坐标。由于零件左右对称所以xc=0，故零件设计yc将工件冲裁周边分成4条基本线段，求出各线段的长度及各段的重心位置。图3 图4压力中心的计算计算其压力中心的步骤如下： 、按比例画出凸模的工作部分剖面图（见图4） 、在任意距离处作x-x轴y-y轴 、 分别计算出各线段和圆弧的重心到x-x轴的距离y1, y2, y3, y4和到y-y轴的距离x1, x2, x3, x4, 、大凸模的压力中心到坐标轴的距离下式确定： 到y-y轴的距离x0=-0.07mm 到x-x轴的距离 y0=0.67mm4、模具主要零件和主要工作机构的设计与标准化4.1

18、工作零部件的设计与标准化（尺寸、位置、标准与示意图）（1） 工作零部件的计算由于制件结构简单精度要求不高，所以采用凸模和凹模分开加工的方法制作凸凹模。这时需要分别计算和标注凸模和凹模的尺寸和公差。 冲孔时，间隙取在凹模上，则：凸模尺寸 dap=（d+x）-p0凹模尺寸dd=(d+x+zmin)0+ 式中 dd dp落料凹模和凸模的刃口尺寸，mm dp dd冲孔凹模和凸模的刃口尺寸，mmx磨损系数，由手册1查表2-30得：it14级时x=0.5。zmin双面间隙，由冲压课本表2.4查得z=0.246mm工件公差，mm凸模和凹模的制造公差，mm、冲裁六边形孔凸模、凹模刃口尺寸的计算凸模尺寸 由手册

19、表2-10查得=0.20 dap=（d+x）-p0 =(8+0.5×0.20)0-0.02 =8.010-0.02凹模尺寸由表2-4得zmin=0.246dd=(d+x+zmin)0+=(8+0.5×0.20+0.246)0+0.02 =8.3460+0.02、外形落料凸模、凹模刃口尺寸的计算因此落料件为复杂的制件，所以利用凸凹模配合法，这种方法有利于获得最小的合理间隙，放宽对模具的加工设备的精度要求。采用配作法，计算凹模的刃口尺寸，首先是根据凹模磨损后轮廓变化情况正确判断出模具刃口各个尺寸在磨损过程中是变大还是变小，还是不变这三种情况，然后分别按不同的计算公式计算。a、凹

20、模磨损后会增大的尺寸-第一类尺寸a 第一类尺寸：aj=(amax-x)0+0.25 b、凹模磨损后会减小的尺寸-第二类尺寸b 第二类尺寸：bj=(bmax+x)0-0.25 c、凹模磨损后会保持不变的尺寸 第三类尺寸c 第三类尺寸：cj=(cmin+0.5)60.125其落料凹模的基本尺寸计算如下： 图5 落料凹模刃口部分尺寸第一类尺寸：磨损后增大的尺寸： a1=(amax-x) 0+0.020=(26-0.5×0.1) 0+0.020=25.950+0.020a2=(amax-x) 0+0.020=(18.14-0.5×0.10) 0+0.020=17.050+0.020

21、a3=(amax-x) 0+0.035=(166.5-0.5×0.60) 0+0.0350=166.30+0.035a4=(amax-x) 0+0.25=(7-0.5×0.10) 0+0.020=6.650+0.020a5=(amax-x) 0+0.25=(14-0.5×0.10) 0+0.020=13.20+0.020落料凸模的基本尺寸与凹模相同，分别是13.2mm，17.05mm，166.3mm,6.65mm,25.95mm，不必标注公差，但要在技术条件中注明：凸模实际刃口尺寸与落料凹模配制，保证最小双面合理间隙值zmin=0.30。（落料凸模、凹模刃口部分尺

22、寸分别见图4、5）图6 落料凸模刃口部分尺寸（2）工作零部件的设计与标准化冲六边形孔的凸模，为了增加凸模的强度与刚度，凸模非工作部分直径应作成逐渐增大的多级形式如图7所示：图7 冲孔凸模的结构形式凸模长度一般是根据结构上的需要而确定的，其凸模长度用下列公式计算： l=h1+h2+h3+h式中 l凸模长度， mm h1凸模固定板高度，mm h2卸料板高度，mm h3导尺高度，mm h附加高度，一般取1520mm 图8 整体式凹模的局部结构 整体式凹模如图8装于下模座上，由于下模座孔口较大因而使工作时承受弯曲力矩，若凹模高度h及模壁厚度c不足时，会使凹模产生较大变形，甚至破坏。但由于凹模受力复杂，

23、凹模高度可按经验公式计算，即 凹模高度h=kb 凹模壁厚c=(1.52)h式中b-凹模孔的最大宽度，mm但b不小于15mm c-凹模壁厚，mm 指刃口至凹模外形边缘的距离； k=厚度系数，查表2.22取0.40凹模高度h=kb=0.40×98.84=39.54mm 按表取标准值40mm凹模壁厚c=1.5h = 1.5×39.54=59.31mm 凹模上螺孔到凹模外缘的距离一般取（1.72.0）d, 图9凹模上的螺孔设计与选用d 为螺孔的距离，由于凹模厚度为59.31mm，所以根据表2.27查得螺孔选用4×m10的螺钉固定在下模座。故选用如图9： 螺孔到凹模外缘的最

24、小距离a2=1.5d=1.5×10=15mm a3=1.13d=11.3mm凹模上螺孔间距由表2.47查得最小间距为50mm，最大间距为120mm。 螺孔到销孔的距离一般取b>2d,所以b应大于20。根据上述方法确定凹模外形尺寸须选用矩形凹模板250×160×40（jb/t7643.1）冲裁六边形孔凸模、凹模各尺寸及其组件确定和标准化（包括外形尺寸和厚度） 小凸模长度 l=40+28=68mm由小凸模刃口d=8mm查手册2表2.54可知 h=3mm, d1=11mm, d=8mm, l=58小凸模强度校核 要使凸模正常工作，必须使凸模最小断面的压应力不超过凸

25、模材料的许用压应力，即 对于圆形凸模 amin式中 amin圆形凸模最小截面最小值，mm t冲裁材料厚度，mm f冲裁力，n 凸模材料许用强度，取1800mpaamin=1.08mm 所以承压能力足够。抗纵向弯曲力校核对于圆形凸模（有导向装置）270d2/ 式中 lmax 允许的凸模最大自由长度，mm f 冲模力,n j凸模最小截面的惯性距，mmlmax270d2/=270×52/=482mm 所以长度适宜。凸模固定端面的压力q =<式中q凸模固定端面的压力，mpa f落料或冲孔的冲裁力，n模座材料许用压应力，mpa q =363mpa凸模固定板端面压力超过了235a，为此应在

26、凸模顶端与模座之间加一个淬硬的垫板。矩形垫板材料可用45钢，结构形式和尺寸规格见手册表15.60，查得200×160×10由于采用整体式凹模，所以由外形落料凹模确定其凹模板厚度（图6），其凹模刃口高度由表2.21查得h=6mm，=外形落料凸模、凹模各尺寸及其组件的确定和标准化（包括外形尺寸和厚度）外形凸模的设计：外形凸模用线切割机床加工成直通式凸模，用两个m8的螺钉固定在垫板上，由于采用固定卸料板，凸模按下式计算（图10）：l=h1+h2+h3+h其中： h1为固定板厚度（20 mm），h2为卸料板厚度（14mm），h3为导料板厚度（6 mm）， h为附加长度，主要考虑凸模

27、进入凹模的深度（1mm）及模具闭合状态下 图9 凸模长度的确定卸料板到凸模固定板间的安全距离（15mm20mm）等因素。 图10所以：l=20+14+6+1+17=58 mm凸模固定板材料可用45钢，结构形式和尺寸规格见手册表15.57可得300×450×20 （3）凹模组件的尺寸确定和示意图凹模采用整体式凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割加工，安排凹模在模架上的位置时，要依据计算的压力中心的数据，使压力中心与模柄中心重合。（图11）图11 整体式凹模的尺寸凹模的长度选取要考虑以下因素：a)保证有足够的安装刚性卸料板的位置。b)便于导尺发挥作用，保证送料粗定位精度。选取凹模边

28、界为108mm×179mm。凹模材料选用cr12制造，热处理硬度为5862hrc。4.2定位装置的设计与标准化（1）固定挡料销的设计与标准化 固定挡料销的设计根据标准件，选用此挡料销如图12图12 固定挡料销的结构选用直径8mm，h=4mm材料为45钢a型固定挡料销（jb/t7649.1094）根据分析选用废料孔前端定位时挡料销位置如图 废料孔前端定位时挡料销位置=c-()+0.1 挡料销与导正销的间距，mm c连续模的步距，mm dr导正销的直径，mm d挡料销头部直径，mm =53-()+0.1=52.85mm （2）导正销的设计与标准化导正销主要用于级进模上，消除挡料销的定位误

29、差，以获得较精确的工件。导正销的结构形式，结构设计，尺寸精度，材料的热处理等可参照jb/t7647.194和jb/t7647.294选定。导正销的结构形式查手册2选用如图14图13 导正销的结构形式d=d-2ad导正销直径的基本尺寸d冲孔凸模直径2a导正销与孔径两边的间隙冲裁5mm孔的导正销 查表得h=0.6t 2a=0.05mmd=d-2a=5.15-0.05=5.10mmh=0.6×2.2=1.32mm 冲裁8mm孔的导正销查表得h=0.6t 2a=0.07.mmd=d-2a=8.18-0.07=8.11mmh=0.6×2.2=1.32mm（3）标准模架的选用由凹模周界

30、可以选取标准模架。凹模周界179mm,b=108mm,闭合高度h1=193mm 材料为zg45(zg310-570),0i级精度的对角导柱模架。如图16。导柱标记：283170 gb/t2861.190 323170 gb/t2861.190 导套标记：283100338 gb/t2861.690 323100338 gb/t2861.690上模座标记：2503160340 gb/t2855.190下模座标记：2503160345 gb/t2855.290模柄标记：a503110 jb/t 7646.1图14 对角导柱示意图模柄与上模座的联接采用压入式的结构如图17所示。图15 压入式的模柄4

31、.3卸料装置的设计与标准化在前面已经确定了采用弹性打料杆，设计打料杆为非整体板。本模具的卸料板不仅有卸料作用，还具有外形凸模的导向作用，并能对小凸模起保护作用。卸料板的边界尺寸经查手册2表15.28得：卸料板长度l =250mm,宽度b=160mm厚度h0=14mm 此模具中，卸料板对冲孔落料凸模起导向作用，卸料板和凸模按h7/h6配合制造4.4联接件的选用与标准化本模具采用螺钉固定，销钉定位。具体讲内六角螺钉标记：35钢m8365 gb7085螺钉标记：35钢m8330 gb6876圆柱销钉标记：35钢6365 gb 11986 止动圆柱销标记：35钢436gb119864.5手柄冲孔落料弯

32、曲连续模总装图前面各节已经设计好了手柄手柄冲孔落料连续模各零件，根据前面的设计，手柄冲孔落料连续模的总装图如图18。 图16 手柄冲孔落料连续模总装图1-上模座 2-导套 3-导正销 4-导柱5-下模座6-凹模板7-导料板8-卸料板9-凸模10-凸模11-圆柱销12-止动销13-模柄14-螺钉15-内六角螺钉16-落料凸模17-凸模固定板18-固定挡料销19-始用挡料块5压力机的校核前面已经初选了压力机，模座外形尺寸350×385mm,闭合高度193mm,有文献4中，jh225型压力机工作台尺寸为370×560mm,最大闭合高度为260mm，连杆调节长度为55mm,所以在工

33、作台上加一10mm的垫板，即可安装。模柄孔尺寸也于本副模具所选模柄尺寸相符。8.3.8 模具零件材料选用一览表 表二 模具材料的选用19始用挡料块245钢4536 gb/t2866.18118固定挡料销145钢8mm，h=4mm a型 jb/t7649.109417凸模固定板145钢16落料凸模1cr1215内六角螺钉1035钢m8365 gb708514螺钉135钢m8330 gb687613模柄1q235a503110 jb/t 7646.112止动销135钢436 gb1198611圆柱销635钢6365 gb 1198610凸模1cr1259凸模1cr1288卸料板145钢7导料板26凹模板1cr1220031603405下模座1ht2005003300345 gb/t2855.2904导柱220283170 gb/t2861.190323170 gb/t2861.1903导正销2452导套220283100338gb/t2861.690 323100338 gb/t2861.6901上模座1ht2005003300340 gb/t2855.190序号名称件数材料备注结束语手柄属于典型的冲裁弯曲件，分析其工艺性，并确定工艺方案。根据计算确定该制件的冲裁力及模具刃口尺寸，然后选取相应的压力机。本设计主要