拉手卡子零件冲压模具设计.docx

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拉手卡子零件冲压模具设计

1.绪论

1.1研究课题的目的和意义

近年来,.由于模具技术的迅速发展,模具设计与制造已成为一个行业越来越来引起人们的重视.模具是现代工业生产中重要的工艺装备,他在各种生产行业,特别是冲压和塑料成形加工中,应用极为广泛.我国模具工业总产值中,冲压模具的产值约为50％.现代模具技术的发展,在很大程度上依赖于模具标准化的程度,优质模具材料的研究,先进的模具设计和制造技术,专用的机床设备及高水平的生产技术管理等等,但其中模具设计是至关重要的一个方面.

利用模具生产零件的方法已成为工业上进行成批或大批生产的主要技术手段,它对于保证制品质量,缩短试制周期,进而争先进入市场,以及产品更新换代和新产品开发都具有决定性意义.因此德国把模具成为”金属加工中的帝王”,把模具工业视为”关键工业”,美国把模具成为”美国工业的基石”,把模具工业视为”不可估量其力量的工业”,日本把模具说成”促进社会富裕繁荣的动力”把模具工业视为”整个工业发展的秘密”

由于模具工业的重要性,模具成型工艺在各个工业部门得到了广泛的应用,使得模具行业的产值已经大大超过机床刀具工业的产值.这一情况充分说明在国民经济蓬勃发展的过程中,在各个工业发达国家对世界市场进行激烈的争夺中,越多越多地采用模具来进行生产,模具工业明显地成为技术经济和国力发展的关键.

从我国的情况来看,不少工业产品质量上不去,新产品开发不出来,老产品更新速度慢,能源消耗指标高,材料消耗量大,这些都与我国模具生产技术落后,没有一个强大的先进的模具工业密切相关.

因此,要使国民经济各个部门获得高速发展,加速实现社会主义四个现代化,就必须尽快将模具工业搞上去,使模具生产形成一个独立的工业部门,从而充分发挥模具工业在国民经济中的关键的作用.

冲压生产靠模具和压力机完成加工过程,与其他机械加工方法相比,其在技术和经济方面有如下特点:

冲压加工的生产效率高,且操作方便,易于实现机械化和自动化.普通压力机每分钟可以生产十几个零件,高速压力机每分钟可生产几百甚至上千件零件.所以它是一种高效率的加工方法.

冲压件的尺寸精度由模具来保证,所以质量稳定,互换性好.

冲压可加工出尺寸范围较大形状较复杂的零件,小到仪表零件,大到汽车覆盖件,还可获得其他加工方法难以制造的壁薄、质量轻、刚性好、表面质量高、形状复杂的零件.

冲压加工一般不需要加热毛坯,也不像切削加工那样,需大量切削金属,所以它不但节能,而且节约金属,故冲压件的成本较低.

由于冲压工艺具有上述突出的特点,因此在国民经济各个领域广泛应用.例如,航空航天、机械、电子通信、交通、兵器、日用电器及轻工等产业都有冲压加工,不但在工业生产中广泛才用冲压工艺,而且可以说每个人每天都直接与冲压产品发生联系.

冲压在现代工业生产中,尤其是大批量生产中应用十分广泛.相当多的工业部门越来越多地才用冲压加工方法加工零件部件,如汽车、农机、仪表、仪器、电子、航空、航天、军工、家电及轻工等行业.在这些工业部门中,冲压件所占比例相当大,少则60％以上,多则90％以上.不少过去用锻造铸造和切削加工方法制造的零件,现在大多也被质量轻刚度好的冲压件所代替.因此可以说,如果生产中不广泛才用冲压工艺,许多工业部门要提高生产效率和产品质量、降低生产成本、快速进行产品更新换代是难以实现的。

1.2国内外研究概况及发展趋势

随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现，促进了冲压技术的不断革新和发展。

其主要表现和发展方向如下。

冲压成型理论及冲压工艺方面

冲压成型理论的研究是提高冲压技术的基础。

目前国内外对冲压成型理论的研究非常重视，在材料冲压性能研究、冲压成型过程应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面取得了较大进展。

特别是随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善，近年来国内外已开始应用塑性成型过程的计算机模拟技术，即利用有限元等数值分析方法模拟金属的塑性成型过程，根据分析结果，设计人员可预测某一工艺方案成型的可行性及可能出现的质量问题，并通过在计算机上选择修改相关参数，可实现工艺及模具的优化设计。

这样既节省了昂贵的试模费用，也缩短了制造模具的周期。

目前国内外相继涌现出了精密冲压工艺；高能、高速成型工艺；超塑性成型工艺及无模多点成型工艺等精密、高效、经济的冲压新工艺。

冲模设计与制造方面

冲模是实现生产的基本条件。

在冲模的设计和制造基础上，目前正朝着以下两方面发展：

一方面，为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代化生产的需要，冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向发展，与此相适应的新型模具材料及其表面热处理技术与表面处理，各种高效、精密、数控、自动化的模具加工机床和检测设备以及模具CAD/CAM技术也正在迅速发展；另一方面，为了适应产品更新换代和试制或小批量生产的需要，锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展。

冲压设备和冲压生产自动化方面

性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件，高精度、高寿命、高效率的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备匹配。

近年来，为了适应市场的激烈竞争，对产品质量的要求越来越高，且更新换代的周期大为缩短，冲压生产为适应这一新的要求，开发了多种适合不同批量生产的工艺、设备和模具。

其中，无需设计专用模具、性能先进的转塔数控多工位压力机、激光切割和成型机、CNC折弯机等新设备已投入使用。

特别是近几年在国内外已经发展起来、国内已开始使用的冲压柔性制造单元和冲压柔性制造系统代表了冲压生产的新的发展趋势。

1.3课题研究的主要内容和方案

1.3.1课题研究的主要内容

拉手卡子零件冲压模具设计

原始资料及设计技术要求如下：

、零件图；

、零件材料牌号及厚度：

Q235，δ1.0；

设计技术要求如下：

1、年生产纲领：

100000件；

2、要求外文资料翻译忠实原文

3、要求编制的冲压工艺规程合理

4、要求设计的冲压模具满足加工要求

5、要求图纸设计规范，符合制图标准

6、要求毕业论文叙述条理清楚，设计计算正确，论文格式规范。

1.3.2课题研究的方案

1、分析冲压件的工艺性

根据设计题目的要求，分析冲压件成型的结构工艺性，分析冲压件的形状特点、尺寸大小、精度要求及所用材料是否符合冲压工艺要求

2、制定冲压件工艺方案

在分析了冲压件的工艺性后，通过可以列出几种不同工艺方案，从产

品质量、生产效率、设备占用情况、模具制造的难易程度和模具寿命高

低、工艺成本、操作方便和安全程度等方面，进行综合分析、比较，然

后确定适合于工厂具体生产条件的最经济合理的工艺方案。

3、确定毛坯形状、尺寸和下料方式。

在最经济的原则下，决定毛坯的形状、尺寸和下料方式，并确定材料的消耗量。

4、确定冲模类型及结构型式。

5、进行必要的工艺计算

6、选择压力机

7、绘制模具总图和非标准零件图。

1.4研究课题的主要目标和特色

利用模具成型零件的方法，实质上是一种少切削、无切削、多工序重合的生产方法，采用模具成型的工艺代替传统的切削加工工艺，可以提高生产效率，保证零件的质量，节约材料，降低生产成本，从而取得很高的经济效益。

从冷冲压方面来看，冷冲压生产过程的主要特征是依靠冲模和冲压设备完成加工，便于实现自动化，生产效率，操作简便。

对于普通压力机，每台每分钟可生产几件到几十件冲压件，而高速冲床每分钟可生产百件至千件以上冲压件。

冷冲压所获得的零件一般无需进行切削加工，因而是一种节约能源、节约原材料的无（或少）切削加工方法。

由于冷冲压所用原料多是表面质量好的板料，冲件的尺寸公差由冲模来保证，所以产品尺寸稳定、互换性好。

利用模具的生产优势，通过落料、冲孔、弯曲三道工序完成零件的加工，能够实现满足零件加工的各项指标。

2.拉手卡子冲压复合模设计

2.1拉手卡子冲裁工艺性分析

本设计是拉手卡子落料冲孔复合模及弯曲模，拉手卡子简图：

如图2-1所示

落料于冲孔零件图

图2-1拉手卡子零件图

生产批量：

大批量

材料：

Q235

材料厚度：

1mm

由零件图可知，拉手卡子的加工涉及到落料、冲孔和弯曲三道工序。

该零件形状简单、对称，尺寸不大，是由简单的圆和直线组成，工艺性好。

冲裁件的经济精度不高于IT11级，一般要求落料件精度最好低于IT10级，冲孔件最好低于IT9级。

汽车耳片零件的加工精度要求为IT14，能达到经济精度，适合大批量的生产，生产成本经济，经济性好。

几何形状，尺寸和精度等情况均符合冲裁的工艺要求。

复合模的特点：

冲件精度较高，不受送料误差影响。

内外行相对位置一致性好。

冲件表面比较平整。

适宜冲脆性或软质材料。

可以充分利用短料和边角余料。

冲模面积较小。

而该件的厚度为2mm，较薄，工件上孔与孔之间的距离为55mm，较大，孔边距大于最小合理值，且最窄为12mm大于复合模的凸凹最小壁厚所需要的8.5mm，所以冲裁模采用复合模较为合理。

因为零件的加工涉及三道工序，为保证零件的精度要求，故先采用倒装式落料冲孔复合模对工件冲孔落料加工，再利用弯曲模对冲裁后的工件进行弯曲，从而加工出最后的零件。

2.2工件排样与搭边

2.2.1排样

冲裁件在板料或条料上的布置方式，称为冲裁件的排样，简称排样，排样的合理与否，不但影响到材料的经济利用率，降低零件成本，还会影响到模具结构、生产率、制件质量、生产操作方便与安全等。

2.2.2材料的利用率

排样的目的是为了合理利用原材料。

衡量排样经济性、合理性的指标是材料的利用率。

所谓材料利用率是指冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比。

排样合理与否，对材料的利用率的大小直接影响。

材料利用率的计算公式如下：

一个进距的材料利用率η的计算如下：

η=

×100%（2-1）

式中A——冲裁件面积（包括内形结构废料），（mm2）；

n——一个进距内冲裁件数目;

b——条料宽度，（mm）;

h——进距,（mm）。

一张板料上总的材料利用率η总的计算如下：

η总=（

）×100%（2-2）

式中η总——一张板料上冲裁件总数目；

L——板料长，（mm）；

2.2.3搭边

排样中相邻两制件之间的余料或制件与条料边缘间的余料称为搭边。

其作用是补偿定位误差和保持有一定的强度和刚度，防止由于条料的宽度误差、送进步距误差、送料歪斜等原因而冲裁出残缺的废品，保证冲出合格的工件，便于送料。

搭边是废料，从节省材料出发，搭边越小越好。

但过小的搭边值容易挤进凹模，增加刃口磨损，降低模具寿命，并且也影响冲裁件剪切表面质量。

一般来说，搭边值是由经验确定的。

由支承板零件图和排样图2-2可得知：

因为经过支承板毛坯经落料冲孔后，还须进行弯曲工序才能得到最后支承板零件，故在进行复合模的排样时，必须先进行弯曲展开计算。

支承板弯曲展开长度为：

L=（80-1.5-5）+（40-1.5-5）+л/2（5+0.46×1.5）

=115.933

116mm

冲裁件面积：

A=9914mm2

条料宽度：

b=150+2.5×2=155mm

进距：

h=84+2mm=86mm

一个进距的材料利用率：

η=（nA/bh）×100%=9914×1mm2/（155mm×86mm）×100%

=74%

图2-2排样图

2.3冲裁间隙

冲裁间隙是指冲裁凸模和凹模刃口之间的间隙。

单边用间隙用C表示，双边用Z表示。

圆形冲裁模双边间隙为Z=D凹-D凸

式中D凹——冲裁模凹模直径尺寸（mm）

D凸——冲裁模凹模直径尺寸（mm）

冲裁间隙是冲裁过程中一个重要的工艺参数，间隙的选取是否合理直接影响到冲裁件质量、冲裁力、冲模的使用寿命和卸料力等。

2.3.1冲裁间隙的选取

冲裁间隙对冲裁件断面的质量、尺寸精度、模具寿命以及冲裁力、卸料力、推件力等有较大影响。

冲裁间隙的大小主要与材料的性质及厚度有关，材料越硬，厚度越大，则间隙值应越大。

选取间隙值时应结合冲裁件的具体要求和实际的生产条件来考虑。

其总的原则应该是在保证满足冲裁件剪断面质量和尺寸精度的前提下，使模具寿命最长。

设计时一般采取查表法确定，在冲模制造时，也可按材料厚度的百分比估算。

查表2-1选得间隙值为Zmin=0.246、Zmax=0.360（mm）。

表２-1冲裁模刃口始用间隙

材料名称

08F、10、35、09Mn、Q235、B2

Q234

40、50

厚度t

初始间隙Z

Zmin

Zmax

Zmin

Zmax

Zmin

Zmax

1.0

0.10

0.14

0.10

0.14

0.10

0.14

1.2

0.12

0.18

0.13

0.18

0.13

0.18

2.0

0.246

0.360

0.17

0.24

0.260

0.380

为了使模具能在较长时间内冲制出合格的零件，提高模具的利用率，一般设计模具时取Zmin作为初始间隙。

2.4冲压力计算

冲裁力是设计模具、选择压力机的重要参数。

计算冲裁力的目的是为了合理地选择冲压设备和设计模具。

选用冲压设备的标称压力必须大于所计算的冲裁力，所设计的模具必须能传递和承受所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。

冲裁时的总力包括冲裁力、卸料力、推件力、顶件力的计算。

2.4.1冲裁力计算

冲裁力的大小主要与材料性质、厚度、冲裁件周长、模具间隙大小及刃口锋利程度有关。

根据《冷冲压模具设计指导》中介绍的计算方法如下：

一般对于普通平刃口的冲裁，其冲裁力F可按下式计算：

F=L·t·τ（2-3）

式中F——冲裁力,N；

L——冲裁件的冲裁长度,mm；

t——板料厚度，mm；

τ——材料的抗剪强度,Mpa；

有时也可用材料的抗拉强度进行计算：

F=L·t·σb（2-4）

式中

模架的形式在标准模架中，应用最广泛的是用导柱和导套作为导向装置的模架。

根据导柱和导套配置的不同有以下四种基本形式：

图2-6后侧导柱模架

（1）后侧导柱模架后侧导柱送料方便，可以纵向和横向送料。

但是冲压时如果有偏心载荷，则导柱、导套会单边磨损。

它不能用于模柄与上模座浮动连接的模具。

（2）中间导柱模架两导柱左右对称分布，受力平衡，所以导柱、导套磨损均匀。

但是只有一个送料方向。

图2-7中间导柱模架

（3）对角导柱模架导柱的布置是对称的，而且纵横都能送料。

对角导柱模架的两导柱之间距离较远，在导柱、导套之间同样间隙的条件下，这种模架的导向精度较高。

图2-8对角导柱模架

（1）四导柱模架其导向精度与刚度都较好，用于大型冲模。

图2-9四周导柱模架

在本设计中采用后侧导柱模架。

其选用标准件表2-15。

表2-15后侧导柱模架（摘自GB/T2851.3-1990）（mm）

模架250×200～190IGB/T2851.5

模架技术条件：

按JB/T8050—1999的规定

2.10.2导柱与导套

导柱与导套的结构与尺寸都可直接由标准中选取。

在选用时应注意，因为模具修磨后其闭合高度将减小，故导柱的长度应保证冲模在最低工作位置时，导柱上端面与上模座顶面的距离不小于10～15㎜，下模座底面与导柱底面的距离应为0.5～1㎜。

导柱与导套之间的配合根据冲裁模的间隙大小选用。

当冲裁板厚载0.8㎜以下的模具时，选用H6/h5配合的I级精度模架。

当冲裁板厚为0.8～4㎜时，选用H7/h6配合的Ⅱ级精度模架。

（1）导柱标准见表2-16

表2-16B型导柱（摘自GB/T2861.2-1990）（mm）

导柱：

A32h5×150×45GB/T2861.2

材料：

20钢

热处理：

渗碳深度08～1.2mm，硬度58～62HRC

技术条件：

按GB/T2861.2—90的规定

（1）导套的标准

表2－17A型导柱套（摘自GB/T2861.6-1990）（mm）

导套：

A48H6×100×38GB/T2861.7

材料：

20钢。

热处理：

渗碳深度08～1.2mm，硬度58～62HRC

技术条件：

按GB/T2861.6—90的规定

2.10.3模座

（1）后侧导柱上模座标准

表２-18后侧导柱模架（摘自GB/T2851.3-1990）（mm）

上模座250×160×45GB/T2855.5

技术条件：

按GB/T2854的规定

下模座250×160×50GB/T2855.6

技术条件：

按GB/T2854的规定

2.10.4模柄

模柄有刚性与浮动两大类。

所谓刚性模柄是指模柄与上模座是刚性连接，不能发生相对运动。

所谓浮动模柄是指模柄相对上模座能做微小的摆动采用浮动模柄后，压力机滑块的运动误差不会影响上、下模的导向。

常用的刚性模柄有四种型式：

整体式、压入式、旋入式和凸缘式。

本设计采用压入式。

表２-19压入式模柄（摘自GB/T2862.1—81）（mm）

模柄：

A50×120GB2862.1—81

材料：

Q235

2.11压力机选用原则

确定压力机规格时，一般应遵循以下原则。

（1）压力机的公称压力不小于冲压工序所需的压力。

（2）压力机滑块行程应满足工件高度上能获得所需尺寸，并在冲压后能顺利地从模具上取出工件。

（3）压力机的闭合高度、工作台尺寸和滑块尺寸等应满足模具的正确安装。

尤其是压力机的闭合高度应于冲模的闭合高度相适应。

（4）压力机的滑块行程次数应符合生产率和材料变形速度的要求。

冲孔、修边及弯曲工序。

３.拉手卡子弯曲模设计

3.1拉手卡子弯曲工艺性分析

弯曲是使材料产生塑性变形、形成有一定角度形状零件的冲压工序。

弯曲工序可以用模具在普通压力机上进行，也可以在专用的弯曲机上或弯曲设备上进行。

具有良好的工艺性的弯曲件，不仅能简化弯曲工艺过程和模具设计，而且能够提高弯曲件的精度和节省材料。

由零件图2-1所示，拉手卡子属于板材弯曲。

要进行两次弯曲，第一次弯曲，弯曲半径是R3mm，弯曲角度成90º，弯边长30mm；第二次弯曲，弯曲半径R10mm，弯曲角度成90º，弯边长32mm。

整体弯曲过程符合弯曲的工艺性要求，弯曲零件的孔离弯曲线大于要求的最小距离，弯曲时不会发生孔变形，具有良好的弯曲工艺性，足以达到制件精度质量要求。

本次设计以第二次弯曲为主。

3.2拉手卡子弯曲工艺力的计算

1）合理地选择弯曲用的压力机和设计模具，必须计算弯曲力。

弯曲力的大小不仅与毛坯的尺寸、材料的力学性能、弯曲半径等有关，而且与弯曲方式也有很大关系，从理论上计算弯曲力是比较繁杂，精确度也不高，因此生产中常用经验公式进行计算。

根据《冷冲压模具设计指导》可知如下公式：

V形自由弯曲

（3-1）

U形自由弯曲

（3-2）

式中：

P——弯曲力N

C——系数，取1～1.3

t——材料厚度，mm

b——弯曲件的宽度，mm

r——凸模圆角半径，mm

б——材料的抗拉强度，Mpa

K——系数，取0.3～0.6

2）顶件力和压料力的计算

顶件力或压料力Q值可近似取自由弯曲力的30%～80%，即

Q=（0.3～0.8）P（3-3）

式中：

Q——顶件力或压料力，N；

3）拉手卡子弯曲力的计算按U形自由弯曲计算，则按公式3-2和3-3可得：

弯曲力

=0.7×

=4.914KN

顶件力

P=（0.3～0.8）P1=0.5×4.914

=2.457KN

总的弯曲力P总=4.914KN+2.457KN=7.371KN

（C取1.3，

取450MPa）

3.3拉手卡子弯曲回弹计算

1）压弯过程并不完全是材料的塑性变形过程，其弯曲部位还存在着弹性变形。

弯曲工件从模具中取出后，由于弹性变形的恢复，使工件的弯角和弯曲半径发生变化，所以被弯曲零件的形状与模具的性质不完全一致，这种现象称为回弹。

回弹的大小通常用角度回弹量Δα和曲率回弹Δρ来表示。

2）影响回弹的因素

（1）材料的力学性能角度回弹量及曲率回弹量与材料的屈服点σs成正比，与弹性模量E成反比。

（2）弯曲半径与材料厚度的比值r/t当其他条件相同时，角度回弹量随r/t值的增大而增大，曲率回弹量随r/t的增大而减小。

（3）弯曲角弯曲角越大，表示变形区域越大，角度回弹量也越大。

而曲率回弹量与弯曲角度大小无关。

（4）弯曲工件的形状一般弯制U形工件要比弯制V形工件的回弹量要小。

（5）模具间隙在弯曲U形工件时，凸模与凹模之间的间隙越小，则回弹量越小。

（6）校正弯曲时的较正力校正力小，回弹量大，增加回弹量可减小回弹量。

3）减小回弹的措施

（1）从弯曲件的设计方面

在弯曲件的某些结构上，如在变形区压制加强颈回成边形翼不仅可以增加弯曲件的刚度，也使弯曲件的回弹困难。

在满足使用要求的前提下，采用弹性模数大，屈服极限小，机械性能稳定的板料。

（2）从工艺方面

从工艺方面，可以增加弯曲力，采用校对弯曲，对于冷硬化材料，在弯曲前先退火，以降低屈服强度，或者采取热加工，并尽量选取较小的相对弯曲半径。

（3）从磨具的结构上采取措施

可以采取回弹补偿，在凸模的底端开一小圆窝，减小凸模角度值，或者在凸模的

角附近开圆凿，一补偿弯曲回弹或者采用锥形凸模。

也可以改变应力状态，在材料的厚度上0.8mm以上，弯曲半径部分增大。

如图所示：

凸模角度修整到α-Δα锥形凸模

4）角度回弹量的确定

由于影响角度回弹量数值的因素较多，因此，回弹值的计算比较复杂，也不准确。

通常在设计及制造模具时，一般是先按经验数值或用理论公式计算出回弹值作为参考，然后在试模时加以修正。

5）拉手卡子弯曲回弹量的计算

用回弹角法计算支承板回弹量，计算公式有：

V形弯曲件

（3-4）

U形弯曲件

（3-5）

式中：

K——系数（K=1-x）；

——凹模口宽；

——弯曲力臂（

=r凹+r凸+1.25t）；

t——材料厚度；

——材料的屈服强度

E——弹性模量（MPa）

由公式3-6可计算出支承板的弯曲回弹量：

=0.75×

1.86º

（

取30mm，

为

，K=1-0.46=0.54）

3.4拉手卡子弯曲模结构设计

1）弯曲模工作部分的设计

弯曲模工作部分的设计主要是指确定凸、凹模的圆角半径，凹模深度，对U形件的弯曲模，模具间隙，凸、凹模的尺寸与制造公差等。

这些尺寸对保证弯曲件质量有直接关系，正确确定这些尺寸是设计弯曲模的关键。

（1）凸、凹模间隙

在弯曲V形件时，凸、凹模间隙是靠调整压力机的闭合高度来控制的，不需要在设计和制造时确定间隙，但设计时必须考虑在合模时使毛坯完全压靠；对于U形工件的弯曲，则必须选择适当的间隙，间隙过大，则回弹也大，弯曲件尺寸和形状不易保证，间隙过小，会使零件边部壁厚减薄，降低模具寿命，且弯曲力大。

因此必须确定合理的间隙值。

根据《冷冲压模具设计指导》弯曲U形间隙值根据下式确定：

c=t+Δ+kt

式中c—弯曲凸凹模单边间隙（如图）；

t—材料厚度（mm）；

Δ—材料厚度正偏差；

K—系