1、辽 宁 建 筑 职 业 学 院 毕 业 设 计 题 目 金 属 手 柄 冲 裁 工 艺 与 模 具 设 计 系 （ 部 ） 机 械 工 程 系 专 业 模 具 设 计 与 制 造 班 级 模 具 G 1 2 1 姓 名 指 导 老 师 摘 要 模 具 是 用 来 成 型 各 种 工 业 产 品 的 一 种 重 要 的 工 艺 装 备 ， 是 机 械 制 造 工 业 成 型 毛 胚 或 零 件 的 一 种 手 段 。 当 然 ， 模 具 是 现 代 工 业 生 产 中 重 要 的 工 艺 装 备 ， 模 具 工 业 的 发 展 是 和 现 代 工 业 发 展 紧 密 相 联 的 。 所 以 ，
2、模 具 工 业 的 发 展 对 众 多 行 业 是 相 当 重 要 的 ， 同 时 ， 现 在 工 业 产 品 的 发 展 对 模 具 的 要 求 在 不 断 的 提 高 ， 模 具 的 需 求 量 更 大 ， 种 类 更 多 ， 性 能 和 精 度 更 高 ， 结 构 和 工 作 条 件 更 复 杂 ， 工 作 温 度 更 高 ， 寿 命 也 要 求 更 长 。 本 次 模 具 设 计 是 手 柄 模 具 设 计 ， 是 利 用 材 料 为 Q 2 3 5 - A 钢 生 产 的 。 设 计 内 容 是 从 工 艺 分 析 开 始 的 ， 根 据 工 艺 要 求 来 确 定 设 计 的 大
3、体 思 路 。 然 后 是 模 具 设 计 有 关 尺 寸 的 计 算 ， 以 及 模 具 的 总 体 设 计 ， 装 配等 。 本 次 设 计 不 仅 让 我 熟 悉 了 课 本 所 学 的 知 识 ， 而 且 让 我 做 到 所 学 的 运 用 到 实 践 当 中 ， 更 让 我 了 解 了 冲 压 模 具 设 计 的 全 过 程 和 加 工 实 践 的 各 种 要 点 。 使 我 在 本 次 设 计 实 践 当 中 有 一 个 质 的 飞 跃 。 关 键 词 ： 模 具 冲 压 手 柄 目 录 第 一 章 冲 压 成 型 与 模 具 技 术 概 述 1 1 . 1 冲 压 与 冷 冲 模
4、 概 念 . 1 1 . 2 冲 模 设 计 与 制 造 要 求 1 1 . 3 冲 压 现 状 与 发 展 方 向 4 第 二 章 冲 压 变 形 理 论 7 2 . 1 塑 性 变 形 的 概 念 7 2 . 2 塑 性 力 学 基 础 8 2 . 3 冲 压 材 料 及 其 冲 压 成 型 性 能 9 第 三 章 模 具 材 料 选 用 1 1 3 . 1 冲 压 对 模 具 材 料 的 要 求 1 1 3 . 2 冲 模 材 料 的 选 用 原 则 1 1 第 四 章 设 计 依 据 原 始 数 据 1 2 4 . 1 冲 压 件 工 艺 性 分 析 1 2 4 . 2 冲 压 工 艺
5、 方 案 确 定 1 2 4 . 3 主 要 设 计 计 算 1 2 4 . 3 . 1 排 样 方 式 的 确 定 及 其 计 算 1 2 4 . 4 冲 压 力 的 计 算 1 3 4 . 5 压 力 中 心 的 确 定 及 相 关 计 算 1 3 4 . 6 工 作 零 件 刃 口 尺 寸 计 算 1 3 4 . 7 卸 料 橡 胶 的 设 计 1 6 4 . 8 模 具 总 体 设 计 1 6 第 五 章. 主 要 零 部 件 设 计 1 7 5 . 1 工 作 零 件 的 结 构 设 计 1 7 5 . 2 定 位 零 件 的 设 计 1 7 5 . 3 导 料 板 的 设 计 1
6、7 5 . 4 卸 料 部 件 的 设 计 1 8 5 . 5 模 架 及 其 它 零 部 件 设 计 1 9 第 六 章. 模 具 总 装 图 2 1 第 七 章 . 冲 压 设 备 的 选 定 2 2 第 八 章 . 模 具 加 工 工 艺 2 4 第 九 章 . 模 具 的 装 配 2 4 总 结 2 8 参 考 文 献 2 9 致 谢 3 0 1 第 一 章 冲 压 成 型 与 模 具 技 术 概 述 1 . 1 冲 压 与 冷 冲 模 概 念 冲 压 是 在 温 室 下 ， 利 用 安 装 在 压 力 机 上 的 模 具 对 材 料 施 加 压 力 ， 使 其 产 生 分 离 或 塑
7、 性 变 形 ， 从 而 获 得 所 需 零 件 的 一 种 压 力 加 工 方 法 。 在 冲 压 加 工 中 ， 将 材 料 （ 金 属 或 非 金 属 ） 加 工 或 零 件 （ 或 半 成 品 ） 的 一 种 特 殊 工 艺 装 备 ， 称 为 冲 压 模 具 （ 俗 称 冲 模 ） 。 冲 模 是 现 实 冲 压 加 工 中 是 必 不 可 少 的 工 艺 装 备 ， 与 冲 压 件 是 “ 一 模 一 样 ” 的 关 系 ， 若 没 有 符 合 要 求 的 冲 模 ， 就 不 能 生 产 出 合 格 的 冲 压 件 ； 没 有 先 进 的 冲 模 ， 先 进 的 冲 压 成 型 工
8、 艺 就 无 法 实 现 。 在 冲 压 零 件 的 生 产 中 ， 合 理 的 冲 压 成 型 工 艺 ， 先 进 的 模 具 ， 高 效 的 冲 压 设 备 是 必 不 可 少 的 三 要 素 。 冲 模 在 种 类 繁 多 的 模 具 中 占 有 十 分 重 要 的 地 位 ， 它 占 了 模 具 总 产 量 的 3 0 % 以 上 ， 从 产 值 上 看 ， 它 占 了 模 具 总 产 值 的 5 0 % 左 右 。 冲 压 加 工 与 其 他 加 工 方 法 相 比 ， 无 论 在 技 术 方 面 ， 还 是 在 经 济 方 面 ， 都 具 有 许 多 独 特 的 优 点 ， 生 产
9、 的 制 件 所 表 现 出 来 的 高 精 度 ， 高 复 杂 度 ， 高 一 致 性 ， 高 生 产 率 和 低 消 耗 ， 是 其 他 加 工 制 造 方 法 所 不 能 比 拟 的 。 但 需 要 指 出 的 是 ， 犹 豫 进 行 冲 压 成 型 加 工 必 须 具 备 相 应 的 模 具 ， 而 模 具 是 技 术 密 集 型 产 品 ， 其 制 造 属 单 件 小 批 量 生 产 ， 具 有 难 加 工 ， 精 度 高 ， 技 术 要 求 高 ， 生 产 成 本 高 （ 占 产 品 成 本 的 1 0 % 到 3 0 % ） 等 特 点 。 所 以 ， 只 有 在 冲 压 零 件
10、 生 产 批 量 大 的 情 况 下 ， 冲 压 成 形 加 工 的 优 点 才 能 充 分 体 现 ， 从 而 获 得 好 的 经 济 效 益 。由 于 冲 压 加 工 具 有 上 述 突 出 的 优 点 ， 因 此 在 批 量 生 产 中 得 到 了 广 泛 的 应 用 ， 在 现 代 工 业 生 产 中 占 有 十 分 重 要 的 地 位 ， 是 国 防 工 业 及 民 用 工 业 生 产 中 必 不 可 少 的 加 工 方 法 。 1 . 2 冲 模 设 计 与 制 造 要 求 通 常 冲 压 产 品 的 生 产 流 程 如 下 图 1 所 示 。 冲 压 技 术 工 作 包 括 冲
11、压 工 艺 设 计 ， 模 具 设 计 及 冲 模 制 造 三 方 面 内 容 ， 尽 管 三 者 的 内 容 不 同 ， 但 三 者 之 间 都 存 在 着 相 互 关 联 ， 相 互 影 响 和 相 互 依 存 的 联 系 。 三 者 基 本 内 容 和 基 本 要 求 见 表 1 示 2 （ 冲 压 ） 产 品 设 计 冲 压 成 型 工 艺 设 计 冲 压 模 具 设 计 冲 模 制 造 冲 压 产 品 生 产 图 1 表 1 项 目 名 称 基 本 内 容 基 本 要 求 冲 压 成 形 工 艺 设 计 针 对 给 定 的 产 品 图 样 ， 根 据 其 生 产 批 量 的 大 小
12、， 企 业 现 有 冲 压 设 备 的 类 型 规 格 ， 模 具 制 造 能 力 及 工 人 技 术 水 平 等 具 体 生 产 条 件 ； 从 对 产 品 零 件 图 的 冲 压 工 艺 性 分 析 入 手 ， 经 过 必 要 的 工 艺 计 算 ， 制 订 出 合 理 的 工 艺 方 案 （ 包 括 工 序 性 质 ， 数 量 的 确 定 ， 工 序 顺 序 的 安 排 ， 工 序 组 合 方 式 及 工 序 定 位 方 式 的 确 定 等 ） ， 最 后 编 写 出 冲 压 工 艺 卡 （ 1 ） 冲 压 原 材 料 利 用 率 高 ， 即 材 料 消 耗 应 尽 可 能 少 。 （
13、2 ） 根 据 工 厂 的 具 体 生 产 条 件 ， 制 定 的 工 艺 方 案 应 技 术 上 先 进 可 行 ， 经 济 上 合 理 。 （ 3 ） 工 序 组 合 方 式 和 工 序 排 列 顺 序 应 符 合 冲 压 变 形 规 律 ， 能 确 保 冲 压 出 合 格 的 工 件 。 （ 4 ） 工 序 数 量 应 尽 可 能 少 ， 生 产 效 率 尽 可 能 高 。 （ 5 ） 制 订 的 工 艺 规 程 ， 应 方 便 工 厂 的 生 产 组 织 与 管 理 。 3 续 表 项 目 名 称 基 本 内 容 基 本 要 求 冲 压 模 具 设 计 依 据 制 订 的 冲 压 工
14、艺 规 程 ， 在 认 真 考 虑 毛 坯 的 定 位 、 出 件 、 废 料 排 除 等 问 题 以 及 模 具 的 制 造 维 修 方 便 、 操 作 安 全 可 靠 等 因 素 后 ， 设 计 计 算 并 构 思 出 于 冲 压 设 备 相 适 应 的 模 具 总 体 结 构 ， 然 后 绘 制 出 模 具 总 装 图 和 所 有 非 标 准 零 件 图 ， 要 能 保 证 冲 压 工 艺 的 实 施 。 （ 1 ） 模 具 结 构 及 其 尺 寸 参 数 应 保 证 能 冲 压 出 形 状 、 尺 寸 、 精 度 均 符 合 图 样 要 求 的 零 件 。（ 2 ） 模 具 结 构 应
15、 尽 可 能 简 单 ， 加 工 精 度 合 理 ， 制 造 维 修 方 便 ， 成 本 低 廉 。 （ 3 ） 模 具 要 坚 固 耐 用 ， 能 满 足 批 量 生 产 的 要 求 。（ 4 ） 模 具 要 操 作 方 便 ， 工 作 安 全 可 靠 ， 工 人 劳 动 强 度 要 低 。 （ 5 ） 生 产 准 备 周 期 要 短 。 模 具 制 造 根 据 模 具 结 构 、 模 具 材 料 、 尺 寸 精 度 、 行 位 精 度 、 工 作 特 性 和 使 用 寿 命 等 要 求 ， 综 合 考 虑 各 方 面 的 特 点 ， 并 充 分 发 挥 现 有 设 备 的 一 切 特 长
16、， 正 确 选 择 加 工 方 法 和 装 配 方 法 ， 选 出 最 佳 加 工 放 方 案 ， 制 订 出 合 理 的 冲 模 加 工 工 艺 规 程 （ 1 ） 为 了 生 产 合 格 的 产 品 和 发 挥 模 具 的 效 能 ， 制 造 的 模 具 必 须 具 有 较 高 的 精 度 。（ 2 ） 一 般 要 求 模 具 应 具 有 较 长 的 使 用 寿 命 。（ 3 ） 较 短 的 模 具 制 造 周 期 。 （ 4 ） 较 低 的 模 具 制 造 成 本 应 该 指 出 ， 冲 模 设 计 与 制 造 必 须 根 据 企 业 和 产 品 生 产 批 量 的 实 际 情 况 进
17、行 全 面 考 虑 ， 在 保 证 质 量 的 前 提 下 ， 寻 求 最 佳 的 技 术 经 济 性 。 片 面 追 求 生 产 效 率 、 模 具 精 度 和 使 用 寿 命 必 然 导 致 成 本 的 增 加 ， 只 顾 降 低 成 本 和 缩 短 制 造 周 期 而 忽 视 模 具 精 度 和 使 用 寿 命 必 然 4 导 致 质 量 下 降 。 1 . 3 冲 压 现 状 与 发 展 方 向 目 前 ， 我 国 冲 压 技 术 与 工 业 发 达 国 家 相 比 还 相 当 落 后 ， 主 要 原 因 是 我 国 在 冲 压 基 础 理 论 及 成 形 工 艺 、 ， 模 具 标
18、准 化 、 模 具 制 造 工 艺 及 设 备 等 方 面 与 工 业 发 达 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 。 随 着 工 业 产 品 质 量 的 不 断 提 高 ， 冲 压 产 品 生 产 证 呈 现 多 品 种 、 少 批 量 ， 复 杂 、 大 型 、 精 密 ， 更 新 换 代 速 度 快 等 变 化 特 点 ， 冲 压 模 具 正 向 高 效 、 精 密 、 长 寿 命 、 大 型 化 方 向 发 展
19、。 为 适 应 市 场 变 化 ， 随 着 计 算 机 技 术 和 制 造 技 术 的 迅 速 发 展 ， 冲 压 模 具 设 计 与 制 造 技 术 正 由 手 工 设 计 、 依 靠 人 工 经 验 和 常 规 机 械 加 工 技 术 向 以 计 算 机 辅 助 设 计 （ C A D ） 、 数 控 切 削 加 工 、 数 控 电 加 工 为 核 心 的 计 算 机 辅 设 计 与 制 造 （ C A D / C A M ） 技 术 转 变 。 1 . 冲 压 成 形 理 论 及 冲 压 工 艺 加 强 冲 压 变 形 基 础 理 论 的 研 究 ， 以 提 供 更 加 准 确 、 适
20、用 、 方 便 的 计 算 方 法 ， 正 确 地 确 定 冲 压 工 艺 参 数 和 模 具 工 作 部 分 的 几 何 形 状 ， 解 决 冲 压 变 形 中 出 现 的 各 种 实 际 问 题 ， 进 一 步 提 高 冲 压 件 的 质 量 。 研 究 和 推 广 采 用 新 工 艺 ， 如 精 冲 工 艺 、 软 模 成 形 工 艺 ， 高 能 高 速 成 形 工 艺 、 超 塑 性 成 形 工 艺 以 及 其 他 高 效 率 、 经 济 成 形 工 艺 等 ， 进 一 步 提 高 冲 压 技 术 水 平 。 2 ， 模 具 新 材 料 及 热 处 理 、 表 面 处 理 随 着 产
21、品 质 量 的 提 高 ， 对 模 具 质 量 和 寿 命 要 求 越 来 越 高 。 而 提 高 模 具 质 量 和 寿 命 最 有 效 的 方 法 就 是 开 发 和 应 用 模 具 新 材 料 及 热 处 理 、 表 面 处 理 新 工 艺 ， 不 断 提 高 使 用 性 能 ， 改 善 加 工 性 能 。 （ 1 ） 模 具 新 材 料 冲 压 模 具 使 用 的 材 料 术 语 冷 作 模 具 钢 ， 是 应 用 量 大 、 使 用 面 广 、 种 类 最 多 的 模 具 钢 。 主 要 性 能 要 求 为 强 度 、 韧 性 、 耐 磨 性 。 目 前 ， 冷 作 模 具 钢 的
22、发 展 趋 势 是 在 高 合 金 钢 D 2 ( 相 当 于 我 国 C r 1 2 M o V ) 性 能 基 础 上 ， 分 为 两 大 分 支 ： 一 种 是 降 低 含 碳 量 和 合 金 元 素 量 ， 提 高 钢 中 碳 化 物 分 布 均 匀 度 ， 突 出 提 高 模 具 的 韧 性 ， 如 美 国 钒 合 金 钢 公 司 的 8 C r M o 2 V 2 S i 、 日 本 大 同 特 殊 钢 公 司 的 D C 5 3 （ C r 8 M o 2 S i V ） 等 。 另 一 种 是 以 提 高 耐 磨 性 为 主 要 目 的 ， 以 适 应 高 速 、 自 动 化
23、、 大 批 量 生 产 而 开 发 的 粉 末 高 速 钢 。 如 德 国 的 3 2 0 C r V M o 1 3 , 5 等 。 （ 2 ） 热 处 理 、 表 面 处 理 新 工 艺 5 为 了 提 高 模 具 工 作 表 面 的 耐 磨 性 、 硬 度 和 耐 蚀 性 ， 必 须 采 用 热 处 理 、 表 面 处 理 新 技 术 ， 尤 其 是 表 面 处 理 新 技 术 。 除 人 们 熟 悉 的 镀 硬 铬 ， 渗 氮 等 表 面 硬 化 处 理 方 法 外 ， 今 年 来 模 具 表 面 性 能 强 化 技 术 发 展 很 快 ， 实 际 应 用 效 果 很 好 。 其 中
24、， 化 学 气 相 沉 积 （ C V D ） 、 物 理 气 相 沉 积 （ P V D ） 以 及 盐 浴 渗 金 属 ( T D ) 等 方 法 是 集 中 发 展 较 快 、 应 用 最 广 的 表 面 涂 覆 硬 化 处 理 的 新 技 术 。 它 们 对 提 高 模 具 寿 命 和 减 少 模 具 昂 贵 材 料 的 消 耗 ， 有 着 十 分 重 要 的 意 义 。 3 . 模 具 C A D / C A M 技 术 计 算 机 技 术 、 机 械 设 计 与 制 造 技 术 的 迅 速 发 展 和 有 机 结 合 ， 形 成 了 计 算 机 辅 助 设 计 与 计 算 机 辅
25、助 制 造 （ C A D / C A M ） 这 一 新 技 术 。 C A D / C A M 是 改 造 传 统 模 具 生 产 方 式 的 关 键 技 术 ， 是 一 项 高 科 技 、 高 效 益 的 系 统 工 程 ， 它 以 计 算 机 软 件 的 形 式 为 用 户 提 供 一 种 有 效 的 辅 助 工 具 ， 使 工 程 技 术 人 员 能 借 助 计 算 机 对 产 品 、 模 具 结 构 、 成 形 工 艺 、 数 控 加 工 以 成 本 等 进 行 设 计 和 优 化 。 模 具 C A D / C A M 能 显 著 缩 短 模 具 设 计 及 制 造 周 期 、
26、降 低 生 产 成 本 、 提 高 产 品 质 量 ， 以 成 为 人 们 的 共 识 。 随 着 功 能 强 大 的 专 业 软 件 和 高 效 继 承 制 造 设 备 的 出 现 ， 以 三 维 造 型 为 基 础 、 基 于 并 行 工 程 （ C E ） 的 模 具 C A D / C A M 技 术 正 成 为 发 展 方 向 ， 它 能 实 现 面 向 制 造 和 装 配 的 设 计 ， 实 现 成 形 过 程 的 模 拟 和 数 控 加 工 过 程 的 仿 真 ， 使 设 计 、 制 造 一 体 化 。 4 . 快 速 经 济 制 模 技 术 为 了 适 应 工 业 生 产 中
27、多 品 种 、 小 批 量 长 生 的 需 要 ， 加 快 模 具 的 制 造 速 度 ， 降 低 模 具 生 产 成 本 ， 开 发 和 应 用 快 读 经 济 制 模 技 术 越 来 越 受 到 人 们 的 重 视 。 目 前 ， 快 速 经 济 制 模 技 术 主 要 有 低 熔 点 合 金 制 模 技 术 、 锌 基 合 金 制 模 技 术 、 环 氧 树 脂 制 模 技 术 、 喷 涂 成 形 制 模 技 术 、 叠 层 钢 板 制 模 技 术 等 。 应 用 快 速 经 济 制 模 技 术 制 造 模 具 ， 能 简 化 模 具 制 造 工 艺 、 制 造 周 期 、 降 低 模
28、具 生 产 成 本 ， 在 工 业 生 产 中 取 得 了 显 著 地 经 济 效 益 。 对 提 高 新 产 品 的 开 发 速 度 ， 促 进 生 产 的 发 展 有 着 非 常 重 要 的 作 用 。 5 . 模 具 标 准 化 模 具 标 准 化 是 缩 短 模 具 制 造 周 期 、 降 低 模 具 开 发 成 本 、 提 高 模 具 质 量 的 有 效 方 法 ， 模 具 标 准 化 程 度 的 高 低 是 体 现 一 个 国 家 整 体 技 术 水 平 的 重 要 标 志 之 一 。 我 国 模 具 标 准 件 技 术 水 平 低 、 模 具 标 准 化 程 度 低 ， 与 先
29、进 工 业 国 家 相 比 有 较 大 差 距 。 国 外 标 准 件 应 用 覆 盖 率 达 到 8 0 % ， 我 国 仅 4 0 % 左 右 。 学 习 借 鉴 国 外 先 进 模 具 标 准 ， 开 发 我 国 模 具 新 标 准 ， 提 高 模 具 标 准 件 精 度 和 互 换 性 以 及 模 具 标 准 化 程 度 ， 是 我 国 模 具 标 准 化 工 作 努 力 的 方 向 。6 6 . 先 进 生 产 管 理 模 式 随 着 需 求 的 个 性 化 和 制 造 的 全 球 化 、 信 息 化 ， 企 业 内 部 和 外 部 环 境 的 变 化 ， 改 变 了 模 具 业 的
30、 传 统 生 产 观 念 和 生 产 组 织 方 式 。 现 代 系 统 管 理 技 术 在 模 具 企 业 正 得 到 逐 步 应 用 ， 主 要 表 现 在 ： 应 用 集 成 化 思 想 ， 强 调 系 统 集 成 ， 实 现 了 资 源 共 享 ； 实 现 金 字 塔 式 的 多 层 次 生 产 管 理 结 构 向 扁 平 的 网 络 结 构 转 变 ， 由 传 统 的 顺 序 工 作 方 式 想 并 行 工 作 方 式 的 转 变 ； 实 现 以 技 术 为 中 心 向 以 人 为 中 心 的 转 变 ， 强 调 协 同 和 团 队 精 神 。 先 进 生 产 管 理 模 式 的 应 用 使 得 企 业 生 产 实 现 了 低 成 本 、 高 质 量 和 高 速 度 ， 提 高 了 企 业 市 场 竞 争 能 力 。
