减压手柄冲压模具设计

1、课 程 设 计 课程名称_ 冲压工艺与模具设计 _ 题目名称 减压手柄冲压模具设计 学生学院_材料与能源学院_ 专业班级 学 号 学生姓名 指导教师 廖毅娟 邝卫华 2012年 6月19日广东工业大学课程设计任务书题目名称减压手柄冲压工艺及模具设计学生学院材料与能源学院专业班级材料成型及控制工程专业材加1班姓 名潘均成学 号3109006679一、课程设计的内容根据给定的冲压零件图进行产品的冲压工艺分析和比较，制定合理的冲压工艺方案，进行有关工艺计算，确定冲压模具的类型和结构，选择冲压设备，绘制模具的装配图及零件图，编制冲压工艺卡，并撰写设计说明书。二、课程设计的要求与数据1. 课程设计时间共

2、2周，按时独立完成课程设计任务，符合学校对课程设计的规范化要求；2. 绘制所设计模具的装配图和非标件零件图：图纸整洁，布局合理，图样和标注符合国家标准； 3. 编制冲压工艺卡，撰写设计计算说明书（约20页）：要求公式使用准确，计算正确，语言流畅，书写工整，插图清晰整齐；4. 设计说明书与图纸按学校规定装订成册。三、课程设计应完成的工作1. 冲压工艺设计：包括分析零件的冲压工艺性，拟订冲压件的工艺方案，确定合理的排样形式、裁板方法，并计算材料的利用率；确定模具结构及尺寸等；2. 根据总冲压力及考虑模具的结构尺寸选择成形设备的型号；3. 模具结构及其零部件设计：设计一道工序的冲模，绘制冲模总装配图

3、及主要零件图；4. 冲压工艺过程卡片；5. 设计计算说明书。四、课程设计进程安排序号设计各阶段内容地点起止日期1布置题目，工艺分析与工艺计算，工艺方案比较与模具结构草图教1-2116.116.122绘制模具总装配图教1-2116.136.143绘制零件图，编冲压工艺卡教1-2116.156.174编写设计说明书教1-2106.185答辩教1-2106.196提交所有资料教1-2106.20五、应收集的资料及主要参考文献1 自编. 冲模设计课程设计指导书m. 广东工业大学，20112 自编. 冲模图册m. 广东工业大学，20113 姜奎华主编. 冲压工艺与模具设计m. 北京: 机械工业出版社,

4、1999.4 李志刚主编. 中国模具设计大典m. 南昌: 江西科学技术出版社, 2003.5 罗益旋主编. 最新冲压新工艺新技术及模具设计实用手册m. 长春: 吉林出版发行集团, 2004.6 肖景容, 姜奎华主编. 冲压工艺学m. 北京: 机械工业出版社, 2000.7 郝滨海编著. 冲压模具简明设计手册（第二版）m. 北京:化工工业出版社, 2009.发出任务书日期： 年 月 日 指导教师签名：计划完成日期： 年 月 日 基层教学单位责任人签章：主管院长签章：目录一、引言5二、工艺分析6三、冲裁工艺方案的确定7四、必要的尺寸计算8五、弯曲模工作部分的设计16六、模架及辅助机构零件的选择18

5、七、 模具材料的选择19八、设计总结22十、参考文献23一、引言二、工艺分析三、冲裁工艺方案的确定四、必要的尺寸计算五、弯曲模工作部分的设计六、模架及辅助机构零件的选择七、 模具材料的选择八、设计总结九、参考文献引言零件冲压工艺规程是模具设计的依据,而良好的模具结构设计又是实现工艺过程的可靠保证,若冲压工艺有所改动,往往会造成模具的返工,甚至报废,冲裁同样的零件,通常可以采用几种不同方法,工艺过程设计的中心就是依据技术上先进,经济上合理,生产上高效,使用上安全可靠的原则,使用上安全可靠的原则,使零件的生产在保证符合零件的各项技术要求的前提下达到最佳的技术效果和经济效益。设计冲压工艺过程要从分析

6、产品的零件图入手，分析零件图包括技术和经济两个方面：（1） 冲压加工方法的经济性分析 冲压加工方法是一种先进的工工艺方法，因其生产率高，材料利用率高，操作简单等一系列优点而广泛使用，由于模具费用高，生产批量的大小对冲压加工的经济性起着决定性作用。批量越大，冲压加工的单件成本就越低，批量小时，冲压加工的优越性就不明显，这时采用其他方法制作 该零件可能会更有效果。（2） 冲压件的工艺性分析冲压件的工艺性是指该零件在冲压加工中的难易程度，在技术方面，主要分析该零件的形状特点，尺寸大小，精度要求和材料性能等因素是否符合冲压工艺的要求，良好的工艺性应保证材料消耗少，工序数目少，模具结构简单，而且寿命长产

7、品质量稳定，操作简单，方便等。不论冲压件的几何形状和尺寸大小如何，其生产过程一般都是从原材料剪切下料开始，经过各种冲压工序和其他必要的辅助工序加工出图纸所要求的零件。对于某些组合冲压件或精度要求较高的冲压件，还需要经过切削焊接或铆接等加工才能完成。零件名称：弯角件材料：b3（即新标准中的q235b，普通碳素钢。）料厚：2mm批量：大批量零件图如图1所示： 图1 工件图1、 材料分析本设计采用的材料是b3，b3即新标准中的q235b，b3有一定的伸长率、强度，良好的韧性和铸造性，含碳量为0.12%0.20%，屈服强度约为235mpa，抗拉强度为375460mpa，其屈强比和屈弹性比较小，该材料适

8、合弯曲成形，且材料性质有利于工件质量的提高。2、 冲压加工的经济性分析冲压加工方法是一种先进的工艺方法，因其生产率高，材料利用率高，操作简单等一系列优点而广泛使用。但由于模具费用高，生产批量的大小对冲压加工的经济性起着决定性作用，批量越大，冲压加工的单件成本就越低，批量小时，冲压加工的优越性就不明显，这时采用其他方法制作该零件可能有更好的经济效果。根据本零件的生产纲领，零件为大批量生产，且尺寸精度要求不高，原料为b3的板料且壁厚适宜。因此，采用冲压方法不仅可行而且经济。3、零件结构形状分析该零件为弯角件，厚度较薄，据工件相关尺寸结构可知零件需要进行冲孔、落料和底部弯曲和侧边弯曲四道工序。除此之

9、外，零件外形比较规整，无尖角、凹陷或其他形状突变，属于典型的板料冲压件。零件外形尺寸无公差要求，底部和两侧均需弯曲。其中，底部的圆角半径为，相对圆角半径，大于材料的最小弯曲半径；两侧的圆角半径为，相对圆角半径，大于材料的最小弯曲半径。因此，均可以实现弯曲成形。另外，零件上有两个孔顺序分布在零件两侧。为保证弯曲时，孔的形状不发生畸变，据参考文献1可知，当厚度时，弯曲件上的孔边到弯曲半径中心的距离应满足。据图1-1的尺寸可知，故满足要求。最后，零件底部弯曲时，两侧边有尺寸突变，为防止弯曲时尺寸突变的尖角处出现撕裂，据参考文献1可知，应保证尺寸突变处到弯曲半径的中心距离；从零件图上可知，故满足要求。

10、通过上述分析，可以看出该零件为普通的板料弯曲件，尺寸精度要求不高，主要是轮廓成形问题，又属大量生产，因此用冲压方法生产是完全可行的。工程力学、机械原理及设计、电子与电子技术、微机原理与应用、模具cad/cam、检测技术、控制工程、模具设计与制造、表面工程新技术、材料成型与设备管理学、防伪技术、市场营销、企业管理工程力学、机械原理及设计、电子与电子技术、微机原理与应用、模具cad/cam、检测技术、控制工程、模具设计与制造、表面工程新技术、材料成型与设备管理学、防伪技术、市场营销、企业管理工程力学、机械原理及设计、电子与电子技术、微机原理与应用、模具cad/cam、检测技术、控制工程、模具设计与

11、制造、表面工程新技术、材料成型与设备管理学、防伪技术、市场营销、企业管理工程力学、机械原理及设计、电子与电子技术、微机原理与应用、模具cad/cam、检测技术、控制工程、模具设计与制造、表面工程新技术、材料成型与设备管理学、防伪技术、市场营销、企业管理工程力学、机械原理及设计、电子与电子技术、微机原理与应用、模具cad/cam、检测技术、控制工程、模具设计与制造、表面工程新技术、材料成型与设备管理学、防伪技术、市场营销、企业管理工程力学、机械原理及设计、电子与电子技术、微机原理与应用、模具cad/cam、检测技术、控制工程、模具设计与制造、表面工程新技术、材料成型与设备管理学、防伪技术、市场营

12、销、企业管理工程力学、机械原理及设计、电子与电子技术、微机原理与应用、模具cad/cam、检测技术、控制工程、模具设计与制造、表面工程新技术、材料成型与设备管理学、防伪技术、市场营销、企业管理工程力学、机械原理及设计、电子与电子技术、微机原理与应用、模具cad/cam、检测技术、控制工程、模具设计与制造、表面工程新技术、材料成型与设备管理学、防伪技术、市场营销、企业管理工程力学、机械原理及设计、电子与电子技术、微机原理与应用、模具cad/cam、检测技术、控制工程、模具设计与制造、表面工程新技术、材料成型与设备管理学、防伪技术、市场营销、企业管理工程力学、机械原理及设计、电子与电子技术、微机原

13、理与应用、模具cad/cam、检测技术、控制工程、模具设计与制造、表面工程新技术、材料成型与设备管理学、防伪技术、市场营销、企业管理1 、冲压方案结合零件图可知，完成此零件需要进行冲孔、落料、弯曲三道工序。由此，方案可分为如下几种：（1）方案一：先落料，再冲孔，然后弯曲采用单工序模生产。（2）方案二：落料，冲孔复合冲压，然后弯曲，由两套模具完成。（3）方案三：先采用冲孔落料级进模，然后弯曲，两套模具完成。（4）方案四：采用多工位级进模，冲裁和弯曲在一套模具上完成。2 、各工艺方案分析方案一为单工序模生产，模具制造简单，维修方便，但是模具数量较多，大批量生产时，模具更换频繁，生产效率低，生产成本

14、较高，工件精度低，不适合大批量生产。方案二的冲孔落料采用复合模，可以节省一道工序，并且内、外形的位置尺寸精度高，工件的平整性好，明显提高生产效率；方案三由于是先冲孔后落料，内外形的位置尺寸精度不如方案二高，工件易弯曲，平整性也比不上方案二，但操作安全、方便。方案四的落料、冲孔和底部弯曲采用复合膜，侧边弯曲采用单工序模。制造成本高，不划算。方案二和方案三相比，工序集中，劳动生产率高，可知选方案二。3、 工艺方案的确定 生产的经济性采用方案三是比较合理的。其生产效率高、模具制造成本合理、材料利用率高、制件精度高、模具制造和调整维修相对简单。在本设计中，将设计底部和侧边的弯曲复合模。复合模是在压力机

15、的一次行程中，在一副模具的同一位置上完成数道冲压工序的模具。复合模具有生产效率较高、冲模轮廓尺寸较小等优点，适合生产批量大、精度要求高的冲压件。复合模按工作零件的安装位置不同，可分为正装式和倒装式两种形式。该复合模要实现两个弯曲工序，不会有废料的产生，同时考虑到弯曲时冲件平直度的要求及材料的厚度，并结合两种复合模的特点，本模具采用倒装式复合模。1、计算毛坯尺寸2、排样设计与计算排样方法的确定根据工件的形状，确定采用无废料排样的方法是不可能做到的，但能采用有废料和少废料的排样方法。应为是有规则的圆形件，所以采用单排方案。如图13所示，由冲压工艺与模具设计表213确定搭边值，根据零件形状，两工件间

16、按圆件取搭边值,侧边取搭边值。 图 13查冲压工艺与模具设计表214和215可取条料宽度公差。条料与导板之间的间隙。则板料的宽度为：进距：因此，一个进距内的材料利用率为：3、计算冲压力该模具采用弹性卸料和下出料方式。（1）落料力查冲压工艺与模具设计附表12得08刚的(2)冲孔力（3）冲裁时的推件力 查冲压工艺与模具设计表22得，夹在凹模刃口的冲孔废料块数n=1。4、确定模具的压力中心模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。否则，会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨损，

17、降低模具和压力机的使用寿命。 冲模的压力中心，可按下述原则来确定： 对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。 形状复杂的零件、多孔冲模、 级进模的 压力中心可用解析计算法求出冲模压力中心。解析法的计算依据是：各分力对某坐标轴的力矩之代数和 等于诸力的 合力对该轴的力矩。求出合力作用点的 座标 位置 o0(x0,y)，即为所求模具的压力中心。对于本零件，在ug模拟，以工件左下角为原点，长15mm段为x轴，则得出压力中心为（7.5，33.96）。5、零件弯曲前的毛胚尺寸的计算经计算可得底部和侧边弯曲均满足，此类弯

18、曲变性区材料变薄不严重，且断面畸变较小，可按应变中心层长度等于毛胚长度的原则来计算毛胚尺寸。其毛胚长度可按参考文献1公式计算：式中 毛胚展开长度，mm； 工件直边长度，mm；应变中性层位移系数，查参考文献1表4-3，为0.38；弯曲中心角；弯曲件内弯曲半径，mm；板厚，mm；（1）零件在宽度方向上值的计算：考虑到弯曲时板料纤维的伸长，实际毛坯尺寸取28.5mm。（2）零件在长度方向上值的计算：由零件侧边的相关尺寸及侧边弯曲外径r12可在制图软件中推出侧边弯曲中心角为，具体图形如下：则考虑到弯曲时板料纤维的伸长，实际毛坯尺寸取41.5mm。综上数据可得工件弯曲前的毛坯图如图3所示： 图32、冲压

19、力的计算（1）底部弯曲力的计算：该工序冲压力，包括自由弯曲力，校正弯曲力和压料力（或推件力）。 自由弯曲力式中 系数，一般取11.3。此处取；弯曲件宽度，15mm；材料厚度，2mm；材料的抗拉强度，375460mpa，取430mpa；弯曲件内弯曲半径，3mm；带入数据可得自由弯曲力为： 校正弯曲力冲压件在行程终了时受到的校正弯曲力，可按参考文献1公式计算：式中 校正部分投影面积,mm2 单位面积上的校正力，查1表，其值为4060mpa，取50mpa；据参考零件图可知校正部分投影面积为：则 压料力对于设有顶件装置或压料装置的弯曲模，顶件力或压料力可近似取自由弯曲力的60%80%。取系数0.7，则

20、 。5、冲模刃口尺寸及公差的计算 （1）加工方法的确定模具制造有凸模和凹模分开加工和凸模和凹模配合加工两种方法，凸模和凹模分开加工是指凸模和凹模分别按图样加工至尺寸，此种方法适用于圆形和简单的工件；凸模和凹模配合加工可使凸模和凹模具有互换性，便于模具成批制造，但需要较高的公差等级才能保证合理间隙，模具制造困难，加工成本高。所以此方法是与加工形状复杂或薄板制件的模具。结合模具制造及工件的形状特点，选用凸模和凹模分开加工的方法。 （2）落料部分 由冲压工艺与模具设计表210查得凸、凹模的制造公差,查冲压工艺与模具设计表211得x=0.5，查冲压工艺与模具设计表25，取，则可计算刃口尺寸。 保证双面

21、间隙值=0.2460.360mm.即 (3) 冲孔部分 查表210，取，查表211，取。 小孔： 大孔： 6、有关模具的设计计算 （1）确定冲孔凸模的允许最大自由长度： 冲孔时的冲压力 圆形凸模的最大自由长度根据gb2863.281的标准l的系列，选择l=55mm.冲孔凸凹模采用t10a钢制造，查冲压工艺与模具设计实用技术附表12，取，许用应力。对圆形凸模承压能力进行校核而d=24mm ,则承压能力足够，因此符合使用要求。（2）确定冲孔凹模的高度和壁厚查冲压工艺与模具设计表81，取系数k=0.25，则冲孔凹模的高度为： 由于要求，因此凹模高度至少取15mm，才能满足强度要求，根据实际可加大凹模

22、的高度，可取。 凹模壁厚：取30mm所以冲孔部分凹模外径：，为了与模架标准相配合，可适当加大壁厚，使100mm。冲压设备的选择考虑到两个弯曲工序是在压力机的一次行程中完成的，故应将两次校正弯曲力叠加之后再根据总的校正弯曲力来选择压力机，。根据;.实际选用公称压力为63kn的压力机，型号为。其具体参数如下表：公称压力63kn最大封闭高度170mm滑块行程50mm封闭高度可调节量40mm行程次数160次/min立柱中间距离150mm模柄孔尺寸mm工作台板厚度40mm工作台尺寸左右315mm工作台孔尺寸左右150mm前后200mm前后70mm倾斜角30直径110mm滑块中心到床身距离110mm垫板厚

23、度30mm考虑到本设计中，弯曲是在压力机的一次行程中完成的，且弯曲属于90的v形弯曲，可考虑在底部v形弯曲时采用带定料销的弯曲模，其大致结构如下图： 图41、凸凹模圆角半径和凹模深度（1） 凸模圆角半径底部弯曲部分的弯曲半径较小为，稍大于最小弯曲半径，且为v形弯曲，弯曲角度为90，该部分的凸模圆角半径可取弯曲件的弯曲半径，即。侧边弯曲部分的弯曲半径为，凸模的圆角半径。（2） 凹模圆角半径凹模圆角半径对弯曲力和工件质量均有影响。凹模圆角半径过小，胚料弯曲时进入凹模的阻力增大，工件表面产生擦伤甚至压痕。凹模圆角半径过大，影响胚料定位的准确性。在生产中，凸模圆角半径一般取决于弯曲件材料的厚度：当时，

24、；底部弯曲时，凹模圆角半径取3t，故凹模圆角为：侧边弯曲时，由于弯曲角度不大，且无直边要求，其凹模要做成凸模圆角半径相匹配的形状，其圆角半径取；与凹模匹配形式如装配图的主视图所示。（3） 凹模工作部分深度凹模工作部分深度要适当。若深度过小，则工件弯曲成形后的回弹大，而且直边不平直。若深度过大，则浪费模具材料，而且压力机需要较大行程。底部弯曲属v形弯曲，可取凹模深度为1520mm，结合工件尺寸，取凹模深度。侧边弯曲虽然属u形弯曲，但弯曲高度不大，且没有直边要求，故凹模深度即为工件侧边所需弯曲高度，取。2、凸凹模间隙和横向尺寸及制造公差（1）凸凹模之间的间隙生产中，弯曲金属工件时，凸凹模之间的间隙

25、值可按下式来决定：式中 弯曲凸模与凹模的单面间隙，mm；材料厚度的最大尺寸，2mm；间隙系数，查参考文献1表可取为0.10；代入数据可得：（2）凸凹模横向尺寸及制造公差弯曲凸凹模的工作尺寸计算与零件标注形式有关。一般原则是：当工件标注外形尺寸时，应以凹模为基准件，间隙取在凸模上；当工件标注内形尺寸时，应以凸模为基准件，间隙取在凹模上。并用配做法制模。 底部弯曲的凸凹模尺寸计算由零件图可知，其标注形式是标注外形尺寸。故应以凹模为基准件，零件无精度要求，考虑到一般弯曲件精度等级都在it13级以下，故本设计中，按it14级精度选取。由于底部采用的是定料销定位，如图4所示，考虑到定料销钉的直径及未工作

26、部分的宽度，底部弯曲时凹模应在弯曲件基本尺寸的基础上增加17.5mm，则应为20+17.5=37.5mm。则底部弯曲时凹模的尺寸可根据参考文献1公式计算：凸模的尺寸据参考文献1公式计算：式中 弯曲件的基本尺寸，37.5mm； 弯曲件的公差,据参考文献3,表3-2可知为0.52mm； 凸凹模的制造公差，一般选取it7it9级精度，一般可取凸模精度比凹模精度高一级，凸模取8级精度，凹模取9级精度。据参考文献3，可知，=0.039mm，=0.062mm；凸凹模单面间隙，1.65mm；代入数据可得： 底部弯曲时，其凸凹模示意图如4所示，只有一面有间隙，故凸模尺寸为： 侧边弯曲的凸凹模尺寸计算：侧边弯曲

27、时，则要按照工件尺寸形状需要进行综合分析。根据工件形状工件底部水平长度必须保证为30mm，否则会在底部尺寸突变处产生开裂。则凸模底部的水平长度为应为30mm，在此基础上，结合凸模圆角为和凹模深度，可计算出凸模基本直径约为44mm。又因为弯曲时，凸凹模的制造公差，一般选取it7it9级精度，一般可取凸模精度比凹模精度高一级，凸模取8级精度，凹模取9级精度。据参考文献3可知，=0.039mm，=0.062mm。综上所述，可得侧边弯曲时的凸模尺寸为：； 由凸模尺寸及凸凹模间隙可知，侧边弯曲时凹模的尺寸为：侧边弯曲时，凸凹模制件的间隙是由凸凹模所取圆角半径之差决定的，即 ；。1模架的类型模架包括上模座

28、、下模座、导柱和导套。冲压模具的全部零件都安装在模架上，为缩短模架制造周期，降低成本，我国已制定出模架标准。选择模架结构时，要根据工件的受力变形特点、坯料定位和出件方式、板料送进方向、导柱受力状态和操作是否方便等方面进行综合考虑。在此选用滑动导向型的后侧导柱式模架，导柱分布在模架后侧的水平线上，两个导柱的直径相同。2、模架、导柱导套的选择选择模架尺寸时要根据凹模的轮廓尺寸来考虑，一般在长度及宽度上都应比凹模大，模版厚度一般等于凹模厚度的11.5倍。选择模架时，还要考虑模架与压力机的安装关系，例如模架与压力机工作台孔的关系，模座的宽度应比压力机工作台的孔径每边约大。模具的闭合高度h应介于压力机的

29、最大装模高度与最小装模高度之间，其关系为：式中 为垫板厚度。由上面压力机的选择可知道，所以模具高度与垫块高度之和应介于之间。查参考文献2选用的模架型号为160x100x(130170)，闭合高度，故可以安装在所选压力机上。上模座：mm 下模座：mm导柱：mm 导套：mm3 导柱的选取导柱尺寸为25150如下图8-2所示8-2导柱尺寸4 导套的选取导套尺寸为256038如下图8-3所示7-3导套尺寸5 凸模模柄选用国标为gb2862.3-81的b型模柄，标记为：直径d=30mm、h88mm、材料为q235的b型圧入式模柄模柄b3088 gb2862.3-81a3如下图8-4所示7-4模柄尺寸6

30、凹模的设计凹模与下模座用螺钉和销钉连接在一起，经计算取凹模平面尺寸为160mm100mm；厚度为46mm。详见零件图7 凸模的设计凸模与上模座用螺钉和销钉连接在一起，对于厚度在0.8mm以上软材料，弯曲半径又不大时，可把凸模作成局部凸起（如下图所示），以便对弯曲变形区进行局部整形来减小回弹。取凸模固定部分的平面尺寸为100mm30mm，高度为70mm。厚度为20。详见零件图8 顶板的设计根据推出工件需要设计顶板：平面尺寸42mm30mm；厚度为10mm。凸凹模选材材料的选择在模具设计中有着举足轻重的地位。在模具设计中，应根据模具制造条件、模具工作条件、模具材料的基本性能等相关因素来选择经济、先进、适用的模具材料。通常要求模具材料必须具备三种性能，即耐磨性、韧性和硬度，来满足模具成型需要同时又保证有比较长的寿