电位器接线片零件冲压工艺分析及模具

江苏财经职业技术学院
毕业论文
标题：电位器接线片冲压工艺与模具设计
系别：机械与电子工程系
专业：模具设计与制造
学号：0911103214
姓名：李骏
指导教师：何玉林
2012年 6月 20日
摘要
本次设计的任务是电位器接线片零件冲压工艺分析和模具的具体结构设计。

通过查阅了相关文献资料，对接触片零件进行工艺性分析，选择并确定符合于给定条件的最优工艺方案，及进行了工艺与设计的有关计算，如：选择基本工序，确定其顺序、工序数目及工序组合形式。

介绍了主要零部件的设计理念，详细剖析了设计过程中一些思路，以及某些非标准零件的使用特点。

阐述了工位级进模的设计要点, 使产品质量达到设计要求。

然后以此为基础，设计出冲压模具主要零件的结构。

并在设计中，介绍了零件的排样图、定位设计、冲裁力的计算和压力中心的计算。

关键词：电位器接线片；翻边模；级进模；模具设计
目录
摘要 (I)
目录 (II)
1 绪论 (1)
1.1 概述 (1)
1.2 冲压技术的进步 (1)
1.3模具的发展与现状 (2)
1.4模具CAD/CAE/CAM技术 (3)
1.5冲压模具及级进模的发展现状 (5)
1.6课题的主要特点及意义 (8)
2 冲压工艺方案的确定 (11)
2.1制件工艺分析 (11)
2.2零件成型工艺分析 (13)
3 冲裁工艺方案及模具结构的确定 (14)
3.1方案种类 (14)
3.2方案比较及确定 (14)
3.3模具结构形式的确定 (14)
4 级进模排样设计 (16)
4.1级进模排样简介 (16)
4.2排样的设计原则 (17)
4.2.1确定冲压方向 (17)
4.2.2 确定排样形式 (17)
4.3工序顺序的安排 (17)
5 主要零件的尺寸计算 (19)
5.1凸、凹模刃口尺寸的计算方法 (19)
5.1.1 凹凸模加工方法： (19)
5.1.2 按凸模与凹模图样分别加工法 (20)
5.2孔凹凸模工作部分尺寸计算 (21)
1 mm孔 (22)
5.2.1 冲
5.2.2 落“T”形料 (23)
6 多工位级进模工艺零件的设计 (25)
6.1凸模结构的设计 (25)
6.2凸模长度的设计 (26)
6.3凸模的强度计算 (27)
6.3.1 凸模承受能力的校核 (28)
6.3.2 失稳弯曲应力校核 (28)
6.4凹模结构的设计 (29)
6.5凹模的固定形式 (31)
6.6凹模的厚度设计 (31)
6.6.1 凹模的厚度 (31)
6.6.2 凹模的刃壁高度及凹模镶块尺寸设计 (32)
6.7模板的设计 (32)
6.8卸料弹簧的选用 (33)
6.9其他零件的设计 (33)
7 冲压设备的选用 (34)
7.1冲压力的计算 (34)
7.2压力机的选择 (35)
8 级进模结构零件的设计 (37)
8.1模架的设计 (37)
8.2模架导向零件设计 (38)
8.3模柄的设计 (39)
8.4支撑零件的设计 (39)
8.5卸料装置 (40)
9 模具的整体设计 (41)
9.1模具的整体设计 (41)
9.2模具工作原理 (41)
10 模具的装配 (43)
结论 (45)
致谢 (47)
参考文献 (48)
1 绪论
1.1 概述
冲压成形作为现代工业中一种十分重要的加工方法，用以生产各种板料零件,具有很多独特的优势，其成形件具有自重轻、刚度大、强度高、互换性好、成本低、生产过程便于实现机械自动化及生产效率高等优点，是一种其它加工方法所不能相比和不可替代的先进制造技术，在制造业中具有很强的竞争力，被广泛应用于汽车、能源、机械、信息、航空航天、国防工业和日常生活的生产之中。

在吸收了力学、数学、金属材料学、机械科学以及控制、计算机技术等方面的知识后，已经形成了冲压学科的成形基本理论。

以冲压产品为龙头，以模具为中心，结合现代先进技术的应用，在产品的巨大市场需求刺激和推动下，冲压成形技术在国民经济发展、实现现代化和提高人民生活水平方面发挥着越来越重要的作用。

1.2 冲压技术的进步
进几十年来，冲压技术有了飞速的发展，它不仅表现在许多新工艺与新技术在生产的广泛应用上，如：旋压成形、软模具成形、高能率成形等，更重要的是人们对冲压技术的认识与掌握的程度有了质的飞跃。

现代冲压生产是一种大规模继续作业的制造方式，由于高新技术的参与和介入，冲压生产方式由初期的手工操作逐步进化为集成制造，如图
1-1所示。

生产过程逐步实现机械化、自动化、并且正在向智能化、集成化的方向发展。

实现自动化冲压作业，体现安全、高效、节材等优点，已经是冲压生产的发展方向。

图1-1 冲压作业方式的进化
冲压自动化生产的实现使冲压制造的概念有了本质的飞跃。

结合现代技术信息系统和现代化管理信息系统的成果，由这三方面组合又形成现代冲压新的生产模式—计算机集成制造系统CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）。

把产品概念形成、设计、开发、生产、销售、售后服务全过程通过计算机等技术融为一体，将会给冲压制造业带来更好的经济效益，使现代冲压技术水平提高到一个新的高度。

1.3 模具的发展与现状
模具是工业生产中的基础工艺装备，是一种高附加值的高技术密集型产品，也是高新技术产业的重要领域，其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志。

随着国民经济总量和工业产品技术的不断发展，各行各业对模具的需求量越来越大，技术要求也越来越高。

目前我国模具工业的发展步伐日益加快，“十一五期间”产品发展重点主要应表现在：
（1）汽车覆盖件模；
（2）精密冲模；
（3）大型及精密塑料模；
（4）主要模具标准件；
（5）其它高技术含量的模具。

目前我国模具年生产总量虽然已位居世界第三，其中，冲压模占模具总量的40%以上，但在整个模具设计制造水平和标准化程度上，与德国、美国、日本等发达国家相比还存在相当大的差距。

以大型覆盖件冲模为代表，我国已能生产部分轿车覆盖件模具。

轿车覆盖件模具设计和制造难度大，质量和精度要求高，代表覆盖件模具的水平。

在设计制造方法、手段上已基本达到了国际水平，模具结构功能方面也接近国际水平，在轿车模具国产化进程中前进了一大步。

但在制造质量、精度、制造周期和成本方
面，以国外相比还存在一定的差距。

标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，与国外多工位级进模和多功能模具相比，存在一定差距。

1.4 模具CAD/CAE/CAM技术
冲压技术的进步首先通过模具技术的进步来体现出来。

对冲模技术性能的研究已经成为发展冲压成形技术的中心和关键。

20世纪60年代初期，国外飞机、汽车制造公司开始研究计算机在模具设计与制造中的应用。

通过以计算机为主要技术手段，以数学模型为中心，采用人机互相结合、各尽所长的方式，把模具的设计、分析、计算、制造、检验、生产过程连成一个有机整体，使模具技术进入到综合应用计算机进行设计、制造的新阶段。

模具的高精度、高寿命、高效率成为模具技术进步的特征。

模具CAD/CAE/CAM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，为企业提供一种有效的辅助工具，使工程技术人员借助于计算机对产品性能、模具结构、成形工艺、数控加工及生产管理进行设计和优化[4]。

模具CAD/CAE/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本和提高产品质量已成为模具界的共识。

模具CAD/CAE/CAM在近20年中经历了从简单到复杂，从试点到普及的过程。

进入本世纪以来，模具CAD/CAE/CAM技术发展速度更快，应用范围更广。

在级进模CAD/CAE/CAM发展应用方面，本世纪初，美国UGS公司与我国华中科技大学合作在UG-II（现为NX）软件平台上开发出基于三维几何模型的级进模CAD/CAM软件NX-PDW。

该软件包括工程初始化、工艺预定义、毛坯展开、毛坯排样、废料设计、条料排样、压力计算和模具结构设计等模块。

具有特征识别与重构、全三维结构关联等显著特色，已在2003年作为商品化产品投入市场。

与此同时，新加波、马来西亚、印度及我国台湾、香港有关机构和公司也在开发和试用新一代级进模CAD/CAM系统。

我国从上世纪90年代开始，华中科技大学、上海交通大学、西安交通大学和北京机电研究院等相继开展了级进模CAD/CAM系统的研究和开发。

如华中科技大学模具技术国家重点实验室在AutoCAD软件平台上开发出基于特征的级进模CAD/CAM系统HMJC，包括板金零件特征造型、基于特征的冲压工艺设计、模具结构设计、标准件及典型结构建库工具和线切割自动编程5个模块。

上海交通大学为瑞士法因托（Finetool）精冲公司开发成功精密冲裁级进模CAC/CAM系统。

西安交通大学开发出多工位弯曲级进模CAD系统等。

近年来，国内一些软件公司也竞相加入了级进模CAD/CAM系统的开发行列，如深圳雅明软件制作室开发的级进模系统CmCAD、富士康公司开发的用于单冲模与复合模的CAD系统Fox-CAD等。

展望国内外模具CAD/CAE/CAM技术的发展，本世纪的科学技术正处于日新月异的变革之中，通过与计算机技术的紧密结合，人工智能技术、并行工程、面向装配、参数化特征建模以及关联设计等一系列与模具工业相关的技术发展之快，学科领域交叉之广前所未见。

今后10年新一代模具CAD/CAE/CAM系统必然是当今最好的设计理念、最新的成形理论和最高水平的制造方法相结合的产物，其特点将反映在专业化、网络化、集成化、智能化四个方面。

主要表现在：
（1）模具CAD/CAM的专业化程度不断提高；
（2）基于网络的CAD/CAE/CAM一体化系统结构初见端倪；
（3）模具CAD/CAE/CAM的智能化引人注目；
（4）与先进制造技术的结合日益紧密。

1.5 冲压模具及级进模的发展现状
在冷冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冷冲压模具（俗称冷冲模）。

冲压--是在室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。

冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备，是技术密集型产品。

冲压件的质量、生产效率以及生产成本等，与模具设计和制造有直接关系。

模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，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。

我国冲压模无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国民经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精密、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。

一些低档次的简单冲模，已趋供过于求，市场竞争激烈。

据中国模具工业协会发布的统计材料，2004年我国冲压模总产出约为220亿元，其中出口0.75亿美元，约合6.2亿元。

根据我国海关统计资料，2004年我国共进口冲压模5.61亿美元，约合46.6亿元。

从上述数字可以得出2004年我国冲压模市场总规模约为266.6亿元。

其中国内市场总需求为260.4亿元，总供应约为213.8亿元，市场满足率为82%。

在上述供求总体情况中，有几个具体情况必须说明：一是进口模具大部分是技术含量高的大型精密模具，而出口模具大部分是技术含量较低的中低档模具，因此技术含量高的中高档模具市场满足率低
于冲压模总体满足率，这些模具的发展已滞后于冲压件生产，而技术含量低的中低档模具市场满足率要高于冲压模市场总体满足率；二是由于我国的模具价格要比国际市场低格低许多，具有一定的竞争力，因此其在国际市场的前景看好，2005年冲压模出口达到1.46亿美元，比2004年增长94.7%就可说明这一点；三是近年来港资、台资、外资企业在我国发展迅速，这些企业中大量的自产自用的冲压模无确切的统计资料，因此未能计入上述数字之中。

冲压模具中标志冲模技术先进水平的精密多任务位级进模，具有结构复杂、制造难度大、精度高、寿命长和生产效率高等特点，是我国重点发展的精密冲模。

级进模具有以下优点：
1)级进模是多工序冲模，在一副模具内，可以包括冲裁、弯曲、成形和拉深等多种多道工序，具有比复合模更高的劳动生产率，也能生产相当复杂的冲压件；
2)级进模操作安全，因为人手不必进入危险区域；
3)级进模设计时，工序可以分散。

不必集中在一个工位，不存在复合模中的“最小壁厚”问题。

因而模具强度相对较高，寿命较长。

4)级进模易于自动化，即容易实现自动送料，自动出件，自动叠片；
5)级进模可以采用高速压力机生产，因为工件和废料可以直接往下漏；
6)使用级进模可以减少压力机，减少半成品的运输。

车间面积和仓库面积可大大减小。

近年来，我国冲压模水平已有很大提高。

大型冲压模已能生产单套重量达50多吨的模具。

为中档轿车配套的覆盖件模具国内也能生产了。

精度达到1~2μm，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。

表面粗糙度达到Ra≦1.5μm的精冲模，大尺寸（Φ≧300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。

在国家产业政策的正确引导下，经过几十年努力，现在我国冲压模的设计与制造能力已达到较高水平，包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。

虽然如此，我国的冲压模设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。

这些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都有较大差距。

轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。

虽然在设计制造方法和手段方面已基本达到了国际水平，模具结构功能方面也接近国际水平，在轿车模具国产化进程中前进了一大步，但在制造质量、精度、制造周期等方面，与国外相比还存在一定的差距。

标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种。

有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具，已基本达到国际水平。

但总体上和国外多工位级进模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，仍存在一定差距。

汽车覆盖件模具制造技术正在不断地提高和完善，高精度、高效益加工设备的使用越来越广泛。

高性能的五轴高速铣床和三轴的高速铣床的应用已越来越多。

NC、DNC技术的应用越来越成熟，可以进行倾角加工和超
精加工。

这些都提高了模具型面加工精度，提高了模具的质量，缩短了模具的制造周期。

模具表面强化技术也得到广泛应用。

工艺成熟、无污染、成本适中的离子渗氮技术越来越被认可，碳化物被覆处理（TD处理）及许多镀（涂）层技术在冲压模上的应用日益增多。

真空处理技术、实型铸造技术、刃口堆焊技术等日趋成熟。

激光切割和激光焊接技术也得到了应用。

模具技术未来发展趋势主要是朝信息化、高速化生产与高精度化发展。

因此从设计技术来说，发展重点在于大力推广CAD/CAE/CAM技术的应用，并持续提高效率，特别是板材成型过程的计算机模拟分析技术。

模具CAD、CAM技术应向宜人化、集成化、智能化和网络化方向发展，并提高模具CAD、CAM系统专用化程度。

为了提高CAD、CAE、CAM技术的应用水平，建立完整的模具资料库及开发专家系统和提高软件的实用性十分重要。

从加工技术来说，发展重点在于高速加工和高精度加工。

高速加工目前主要是发展高速铣削、高速研抛和高速电加工及快速制模技术。

高精度加工目前主要是发展模具零件精度1μm以下和表面粗糙度Ra≦0.1μm的各种精密加工。

提高模具标准化程度，搞好模具标准件生产供应也是冲压模技术发展重点之一。

为了提高冲压模的寿命，模具表面的各种强化超硬处理等技术也是发展重点。

对于模具数字化制造、系统集成、逆向工程、快速原型/模具制造及计算机辅助应用技术等方面形成全方位解决方案，提供模具开发与工程服务，全面提高企业水平和模具质量，这更是冲压模技术发展的重点。

1.6 课题的主要特点及意义
电位器在日常生活中的应用非常之广泛，尤其是在电子设备上。

它是一种可调的电子元件，由一个电阻体和一个转动或滑动系统组成，主要起分压和分流作用，其工作原理跟可变电阻器比较相近，而且种类也比较的多。

近来多工位级进模在模具冲压中越来越重要，本次模具毕业设计研究的是电位器接线片的冲压工艺与模具设计，主要通过运用多工位级进模来完成，将有效提高冲压件质量与生产效率。

在本模具毕业设计中绘制了产品零件图并分析了电位器接线片的成型工艺特点，其中包括利用对工件展开图的尺寸计算、工件的工艺分析、冲裁力与拉深力的计算、模具设计中的难点，如接线片的弯曲和修边，确定了级进模的排样方案和模具总体结构。

该级进模有冲裁、拉深、整形、胀形等7个工位。

详细介绍了凸模、凹模、固定板、卸料装置等零部件的设计和制造，压力机的选用以及相关的辅助装置。

同时阐述了模具的工作过程、各成形动作的协调性、以及凸模和凹模镶块的装配间隙，并制定典型零件的加工工艺。

模具在我们日常生活中的应用非常之广，所用器具几乎均需用模具来成型实现，例如在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，其中 60%～80%的零部件都要依靠模具成形。

用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、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。

模具又被称为“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值往往是模具自身价值的几十倍甚至是上百倍。

冲压模具如今在生产中的地位越来越重要，而标志冲模技术先进水平的多工位级进模，是我国重点发展的精密模具品种。

级进模能够在一副模具内完成复杂零件的冲裁，弯曲，拉深，立体成型以及装配等复杂工艺，具有生产效率高，操作安全可靠，可以加工复杂零件等特点而推崇备
至。

有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动叠片多功能模具，已达到国际水平。

其他如48、54、68条腿集成电路柜架多工位级进模、电子枪硬质合金多工位级进模、别克轿车安全带座式多工位级进模、空调器散热片多工位级进模，均达到国外同类产品水平。

但总体上和国外多工位级进模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，仍存在一定差距。

本文将对电位器接线片冲压工艺与多工位级进模具毕业设计作一个系统、详细的介绍。

毕业设计的意义就在于综合运用所学课程的理论和生产实际知识，进行多工位级进模设计工作的实际训练，培养个人独立工作能力和创新能力，树立理论联系实际和严谨求实的工作作风。

巩固、扩充模具专业课程所学内容，掌握多工位级进模的设计方法和步骤。

掌握多工位级进模设计的基本技能，如计算分析、计算机绘图、查阅设计资料和撰写设计说明书，熟悉标准和规范。

该课题主要针对电器开关过电片零件，在对过电片冲孔、落料和翻边等成形工艺分析的基础上，提出了该零件采用多工位级进模的冲压方案；本课题涉及的知识面广，综合性较强，在巩固大学所学知识的同时，对于提高设计者的创新能力、协调能力，开阔设计思路等方面为作者提供了一个良好的平台。

2 冲压工艺方案的确定
该零件为某电器开关接线片，是一家电器生产企业产品中的一个主要零件，如上图所示,其作用是通过开关扳手的运动由过电片让电流通或断。

该零件生产属于大批量生产，零件结构紧凑，冲裁壁厚很小（最小处为1mm），成形过程相互干涉，在复合模中难于实现；若用简单的落料、冲孔、翻边模等单工序模也可达到冲压要求，这样模具虽然简单了，但是冲压所用的设备和人员较多，冲压工序中的定位也较麻烦，加上零件较小，装料时易产生不安全的现象，而且工序较多效率较低故不被推广。

为减少零件在生产中的多次定位对其精度和生产率的影响，一要产品批量较大，对零件的一致性要求较高，经过反复比较，适宜采用较为复杂的多工位级进模制造。

2.1 制件工艺分析
本电位器接线片是一个带孔的“T”型件，普通冲裁件外形及型孔尺寸的经济公差等级一般不高于IT11级，冲件的外形公差等级最好低于IT10级，而型空公差等级最好低于IT9级。

一般冲裁宠妾后所能得到的零件公差见表2-1、表2-2。

如冲件要求的公差值小于表2-1、2-2中的数值，则应在冲裁或冲切后的工位上设置整修工序或采用其他工艺措施来整修。

在实际生产中，要保证制件全部的尺寸精度往往难以达到，从经济上讲也没有必要，因此，经过实体测量后的标注的电位器接线片尺寸如图所示。

在排样设计时，冲件尺寸分类与确定的原则是：确保关键尺寸，满足主要尺寸，兼顾一般尺寸。

由图可知，该工件有冲孔、翻边、落料三个工序，工件结构中等复杂，有一个内径为1.8mm的翻边圆孔，此工件满足级进模冲裁的加工要求。

工件的冲孔未注公差按IT8级计算。

图2-1 电位器接线片简示
2.2 零件成型工艺分析
由图2-1电位器接线片简示图可知，零件的外形尺寸不大，整体呈“T”形，该零件属于小型精密冲压件，从结构形状上看，成形工艺性较差，但由于材料为厚t=0.5mm的H62黄铜带，冲压性能和成型稳定性好，因此，经合理安排成型顺序和稳定的载体设置并结合可行的模具结构，可确保成形质量，从而可采用多工位级进模成形。

3 冲裁工艺方案及模具结构的确定
3.1 方案种类
该工件包括冲孔、翻边、落料三个基本工序，可以有以下几种工艺方案：
方案一：按照冲孔、翻边、落料的顺序，采用单工序模生产。

方案二：采用冲孔-翻边并行的符合模具与单工序模生产。

方案三：采用级进模生产。

3.2 方案比较及确定
方案一，模具结构简单，制造方便，但需要三道工序，三套模具，成本较高，生产效率低，且更重的是在第一道工序完成后，进入后工序必然会增大误差，使工件精度、质量大打折扣，达不到所需的要求，难以满足生产的需要。

故不选此方案。

方案二，需要两幅模具，成本还是高，冲裁件的工件尺寸公差等级比方案一高一些，避免了多次冲裁的定位误差，并且在冲裁过程中工件较平整。

但误差也不小，工件精度、质量还是达不到要求。

故不选此方案。

方案三，级进模是一种多工位、效率高的一种加工方法。

能满足工件尺寸公差等级且操作方便安全。

虽然制造成本较高，但是由于接线片多为批量生产，因此相对前两种方案都比较好。

综合上述分析，本套模具采用级进模批量生产。

3.3 模具结构形式的确定
由图分析可知，该冲裁件尺寸不大，形状不复杂，但是产量较大，根据材料厚度一般（0.4mm）的特点，为保证冲孔位置精度，冲模有较高的生产率，初步采用挡料销、导正销进行定位，弹压卸料板装置、自然漏料方式的级进模。