指甲刀毕业设计

可旋转式指甲刀设计书

摘 要

指甲刀是生活用于修剪手指甲和脚趾甲，为了解决剪指甲时方便旋转

问题，基于普通指甲刀的结构分析，原理分析设计了一款可旋转式指甲刀

刀头，手柄上为了防止打滑设置了既可以增大摩擦力又美观的波浪式花

纹。通过强度和韧性计算同时考虑价格因素决定了不同部分用不同的材

料，工艺分析决定了可旋转式指甲刀生产的可行性，而且通过工艺分析，

利用率计算确定了生产各零部件大批量生产的方法。考虑到各部件生产所

花费的时间和工艺设计了一条合理的生产流程。最终得到我们所想要的指

甲刀。最后对这次设计遇到的问题和所学到的东西作了一个总结。

目 录

摘要 . ..................................................................................................................... I

第1章 绪论 ........................................................................................................ 1

第2章 结构分析 . ............................................................................................... 2

2.1普通指甲刀的结构分析 . ........................................................................... 2

2.2可旋转式指甲刀结构分析 . ....................................................................... 2

2.3本章小结 . ................................................................................................... 3

第3章 工艺分析 . ............................................................................................... 4

3.1 选材 . ....................................................................................................... 4

3.2工艺 . ........................................................................................................... 4

3.2.1零件的工艺分析 . ................................................................................ 4

3.2.2零件工艺方案的确定 . ........................................................................ 5

3.2.3零件模具结构型式的确定 . ................................................................ 5

3.2.4零件的工艺分析 . ................................................................................ 6

3.2.5零件工艺方案的确定 . ........................................................................ 7

3.2.6零件模具结构型式的确定 . ................................................................ 7

3.2.7零件的工艺分析 . ................................................................................ 8

3.2.8零件工艺方案的确定 . ........................................................................ 9

3.2.9零件模具结构型式的确定 . ................................................................ 9

3.2.10结构四工艺分析 . ............................................................................ 11

3.3生产流程 . ................................................................................................. 11

3.4本章小结 . ................................................................................................. 11

结 论 . ................................................................................................................. 12

参考文献 . ........................................................................................................... 13

致谢 . ................................................................................................................... 14

附 录 . ................................................................................................................. 15

第1章 绪论

相信应该是20世纪的洋人发明，原理应该来自於剪刀+挫刀，这是很

简单的杠杆原理，杠杆原理基本有3种类型，第一类的杠杆例子是天平、

剪刀、钳子等，第二类杠杆的例子是开瓶器、胡桃夹，第三类杠杆如锤

子、镊子等。 以前没有指甲刀的时候，人指甲长了都是用剪刀剪，或用

磨的，指甲刀算是一个很造福人类的方便发明。

人类的指甲不断生长，当它长得过长以后必然会带来不便，所以就有

用磨的，用啃的，而生活依然进行。但是，当不便性达到人类懒惰需要的

标准时，人类就会用到刚刚发明的剪刀。根据剪刀的原理，人类发明了指

甲刀，之后就产生了类似于各类的剪法。指甲越剪越滑，越剪越漂亮，当

然保证了美观。当审美意识的提高与嫉妒等各类心理产生的时候，于是就

产生了各类的美指，把指甲涂得花花绿绿。

指甲刀的产生丰富了人类审美观的发展，当然，指甲刀的用处更是层

出不穷，在此不做列举。总而言之，人类指甲带来的不便必然会产生指甲

刀。

指甲刀的种类很多，有大小之分，要有婴儿指甲刀、老年人指甲刀。

仔细想想，其实从最初的指甲刀到现在的各种指甲刀结构上基本没有变

化，只是丰富了它的功能和外观而已。如婴儿指甲刀就是把普通的指甲刀

的把手部分做成塑料的，整体放小，更进一步的是加上一个放大镜，整体

可爱可亲用于婴儿的指甲修剪。

但是，一些资料上对我们中国的指甲刀不是很认同，质量上不如韩

国、日本的好，本人认为这个我们国民的消费观有关系，我们国产的一个

才两元，一元，甚至有八角的。而外国的一般都几十元，甚至上百元不

等。哪几元甚至几角的东西跟几十元的比，我们中国就是天才也只能缩短

之间的差距。

第2章 结构分析

2.1普通指甲刀的结构分析

指甲刀种类很多，但分析一下其实就是下面这一种的改造，然后在某

个面上加上一个锉刀面。

下面对一个普通指甲刀进行结构分析。

图2-1 普通指甲刀图示

2.2可旋转式指甲刀结构分析

本指甲刀由A 板、O 板、CE 销三部分组成。

简单来讲 ABC 组成一个杠杆 B 点是支点 C 点受到由杠杆ABC

带来的向上的一个力 要平衡的话下面就有相应的一个拉力CE 因为

CE 这个距离是固定的 所以C 点是固定的 当A 下压时 由于CB 也是固

定的杠杆原理 CB 会与BO 有夹角 导致D 点下压 于是完成了剪指甲的动

作[1] 。

在来讨论B 点是否是固定点 C 点固定 O 点也固定 当BO 往下压

时 相当于BO 是以O 为圆心的圆的半径 同理 CB 是以C 为圆心的圆的半

径 两个半径都在围绕各自的圆心运动 那么交点显然是B 但是圆心不

在同一位置 那么显然B 点不会是固定的。

其中共用到了三个杠杆原理，杠杆ABC 为一个省力杠杆，也是我们

剪指甲的动力，它以B 点为支点，AB 为动力臂，BC 为阻力臂，显然AB

明显长于BC ，因此它是一个省力杠杆。下面的两个杠杆分别为BOD 、

EOD 它们分别以B 点和E 点为支点，BO 、EO 为动力臂，AD 和OD 为

阻力臂，它们的阻力臂长于动力臂，因此为费力杠杆。

图2-2可旋转式指甲刀图示

图2-2为本人设计的可旋转式指甲刀图示，将以前的把手部分一分为

二，分为了D 部分和OEF 部分，因此该指甲刀共有四部分组成，这里分

别用一个字母表示，分别为A D O C 。A 点为大拇指剪指甲向下

摁的地方，即AD 为动力臂，D 为支点，DF 为阻力臂，可见AD 明显长

于DF 很多，因此是个很省力的杠杆。 如果仔细分析不难看出其实DF 也

是一个杠杆原理，支点是在指甲刀工作时D 点的正下方O 上有个凸起点

作为它的支点，D 到支点的距离为动力臂，支点到F 点的距离为阻力臂，

可见这个杠杆也是很省力的。下面的O 部分就和以前的指甲刀相似了，还

是费力杠杆，但是阻力臂明显变短了，因此费力就少了些了。

至于结构上A 上为了防止ABC 的弯度过大影响美观，因此用了一个

凸体B 点，外观更加漂亮，在A 点上设置了四个波浪式花纹增加了摩擦

力防止打滑。

D 结构上在工作时的B 点正下方设置一个凹槽用来放置B 点放置工作

时乱摆，下方有呈圆弧排列的五个凹槽，用来当旋转指甲刀头时可以固定

在某一个位置，在尾端有个OD 折弯，上面设有波浪花纹增大了美观且防

止打滑。椭圆形里面是磨指甲的锉刀，用于剪完的指甲进行修理。

C 部分是指甲刀工作部分，在折弯的尾端开两个U 型孔，即减轻了重

量，还能提高弹性，增加了美观，当然孔不能太大否则会影响钢的强度容

易折断。在指甲刀工作时B 点正下方C 上有一个小凸体为D 工作时的支

点。

结构E 为该指甲刀的链接部件，与以前指甲刀不同的地方在于最后接

近钉帽的地方有个阶梯，它可以与C 部分结合紧密，防止C 晃动。

2.3本章小结

通过对普通指甲刀的结构分析，结合可旋转式指甲刀所特有的功能，

在不改变基本原理的情况下对指甲刀的结构加以改进，得到了外观美丽，

功能更强的可旋转式指甲刀。

第3章 工艺分析

3.1 选材

强度是指在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力。强度是衡量零件本身承载能力[2]（即抵抗失效能力）。

材料局部抵抗硬物压入其表面的能力称为硬度。固体对外界物体入侵的局部抵抗能力，是比较各种材料软硬的指标。 硬度有很多种测法，因此有很多种单位，包括洛氏硬度、布氏硬度等等[3]。

塑性是一种在某种给定载荷下, 材料产生永久变形的材料特性, 对大多的工程材料来说, 当其应力低于比例极限时, 应力一应变关系是线性的。另外, 大多数材料在其应力低于屈服点时，表现为弹性行为，也就是说，当移走载荷时，其应变也完全消失。塑性好坏可用伸长率δ 和断面收缩率ψ表示。材料在受拉伸外力的时候，当外力足够大，材料会发生不可恢复的变形，直至断裂，断裂的切口为45度角，并有明显的锁颈现象。 为什么会是45度角度断裂呢？一般认为材料在拉伸过程中发生晶格移位，而在受力面45度的地方切应力是最大的，一次该处最容易出现晶格的滑移，造成断裂[4]。

韧性又称弹性，是指材料在受外力作用时，发生弹性形变，当外力小时候，形变也回复。 此时受到的最大外力即材料的比例极（弹性极限），若外力继续增大，则发生不可回复的塑性形变。

考虑到产品中用到材料的强度与韧性，以及美观性，本人选用不锈钢材和冷板两种材料，但考虑到价格不锈钢太贵，而冷板又不影响它功能的情况下，本人选用2mmSPCC 板为A 、D 材料。为了是外表美观而且光滑，不易褪色，本人采用对A 、D 镀铬。这样看起来就和不锈钢一样了。

至于O 部分，它是指甲刀的最重之重，它的到头部分需要开刃，且要求更高，如果生锈将影响指甲刀的使用。因此本人选用SUS 不锈钢板。

C 部分为连接部分，起到连接个结构的作用。一般的钢就达到所用的强度。同样采取镀铬。

3.2工艺

3.2.1零件的工艺分析

工件部分为附录图1所示的落料冲孔件，材料为SPCC 钢，材料厚度为2mm ，生产批量为大批量，工艺分析如下：

1. 材料分析

SPCC 为一般用冷轧碳素钢薄板及钢带，具有较好的冲载成型形性能。

2. 结构分析

零件结构相对简单，无尖角，对冲载加工较为有利。零件中有一个方形孔，孔的最尺寸为8X5mm ，孔的旁边是一个拉伸，最前面和最后面有折弯，另外，经计算孔距零件外形之间的最小孔边距满足载件最小孔边距大于等于1.5t 等于3mm 的要求，所以该零件的结构满足冲载要求。

3. 精度分析

零件的尺寸均为标注偏差，为自由尺寸，可按IT10——IT14级精度补标工件尺寸公差。

4. 生产批量

生产批量：大批量

3.2.2零件工艺方案的确定

零件为满足冲孔拉伸折弯落料件，可提出加工方案如下：

方案一：先落料，后冲孔，然后拉伸再折弯。采用四套单工方模生产。

方案二：落料冲孔，拉伸折弯复合模冲压，采用复合模生产。 方案三：冲孔拉伸折弯落料连续冲压，采用级进模生产。

方案一模具结构简单，但需要四道工序，四幅模具，生产效率低，零件精度较差，在批量较大的情况下不适合使用。方案二只需要两副模具，冲压件形位精度和尺寸精度易保证，且生产效率较高。尽管模具结构较方案一复杂，但是由于零件的几何精度较为简单，模具制造并不困难。方案三只需要一副模具，生产效率也高，但与方案二相比零件的精度稍差。欲保证冲压件的形状精度，需要在模具上设置导正销，模具制装配较复合模具复杂。

所以，比较三个方案，采用方案二生产。

3.2.3零件模具结构型式的确定

1. 模具结构形式的选择

在冲压方案的制定中，已经选定用复合冲裁模。复合冲裁模.

板料定位方式：因为该模具采用的是，控制条料的卷进方向采用导料销，控制条料的送进步距采用挡料销来定步距。

卸料、出件方式的选择：根据模具冲裁的运动特点，该模具采用弹性卸料方式比较好。采用推件块，利用模具的开模力来推工件，既安全有可靠。即采用刚性装置取出工件。

2. 工序与排样

根据工件的开关，确定采用无废料的排样方法不可能做到，但能采用有废料和少废料的排样方法。经多次排样计算决定采用

1）搭边设计

板料厚度t1=2mm, 工件边长L1>74mm, 所以a =3mm, a=3mm。

送料步距A=15mm, 条料宽度B=80mm。

2）排样布局

图3-1 结构1排样布局

材料利用率计算：

S1=888mm2 （3-1）

888S 1S 1×100%=×100% （3-2） η1=×100%=80X 15AB S 0

η1=74% （3-3） 式中， —材料利用率；

S —工件的实际面积；

S —所用材料面积，包括工件面积与废料面积；

A —步距（相邻两个制件对应点的距离）

B —条料宽度。

3） 制件定位、导正方式

用导料销和挡料销来导正条料的进给。

4） 卸料装置

采用弹性卸料装置。

5） 模架选择

后侧导柱模架[5]。

3.2.4零件的工艺分析

工件部分为附录2所示的落料冲孔折弯件，材料为SPCC 钢，材料厚度为2mm ，生产批量为大批量，工艺分析如下：

1. 材料分析

SPCC 为一般用冷轧碳素钢薄板，具有较好的冲载成型形性能。

2. 结构分析

零件结构相对简单，无尖角，对冲载加工较为有利。零件中有一个ф7孔，孔的旁边是一个冲矩形孔，背面七个，最前面和最后面有折弯，另外，经计算孔距零件外形之间的最小孔边距满足载件最小孔边距大于等于

1.5t 等于3mm 的要求，所以该零件的结构满足冲载要求。

3. 精度分析

零件的尺寸均为标注偏差，为自由尺寸，可按IT10——IT14级精度补标工件尺寸公差。

4. 生产批量

生产批量：大批量

3.2.5零件工艺方案的确定

零件为满足冲孔拉伸折弯落料件，可提出加工方案如下：

方案一：先落料，后冲孔，然后拉伸再两次折弯。采用五套单工方模生产。

方案二：落料冲孔，拉伸折弯再折弯复合模冲压，采用复合模生产。 方案三：冲孔拉伸折弯落料连续冲压，采用级进模生产。

三种方案的最后都有一个磨锉刀

方案一模具结构简单，但需要六道工序，生产效率低，零件精度较差，在批量较大的情况下不适合使用。方案二只需要三副模具，四道工序，冲压件形位精度和尺寸精度易保证，且生产效率较高。尽管模具结构较方案一复杂，但是由于零件的几何精度较为简单，模具制造并不困难。方案三只需要一副模具，生产效率也高，但与方案二相比零件的精度稍差。欲保证冲压件的形状精度，需要在模具上设置导正销，模具制装配较复合模具复杂。所以比较三个方案，采用方案二生产。

3.2.6零件模具结构型式的确定

1. 模具结构形式的选择

在冲压方案的制定中，已经选定用复合冲裁模。复合冲裁模.

板料定位方式：因为该模具采用的是，控制条料的卷进方向采用导料销，控制条料的送进步距采用挡料销来定步距。

卸料、出件方式的选择：根据模具冲裁的运动特点，该模具采用弹性卸料方式比较好。采用推件块，利用模具的开模力来推工件，既安全有可靠。即采用刚性装置取出工件。

2. 工序与排样

根据工件的开关，确定采用无废料的排样方法不可能做到，但能采用有废料和少废料的排样方法。经多次排样计算决定采用

1） 搭边设计

2） 板料厚度t=2mm, 工件边长L>132mm, 所以a =5mm, a=5mm。 送料步距A=20mm, 条料宽度B=142mm

图 3-2 结构2排样布局

材料利用率计算：

S2=1980mm 2 （3-4）

1980S 2S 2×100%=×100% （3-5） η2=×100%=142X 20AB S 0

=62% （3-6） 式中，η2—材料利用率；

S2—工件的实际面积；

S2 —所用材料面积，包括工件面积与废料面积；

A —步距（相邻两个制件对应点的距离）

B —条料宽度。

3） 制件定位、导正方式

用导料销和挡料销来导正条料的进给。

4） 卸料装置

采用弹性卸料装置。

5） 模架选择

后侧导柱模架。

3.2.7零件的工艺分析

工件部分为附录图3所示的落料冲孔折弯开刃件，材料为SUS 不锈钢，材料厚度为2mm ，生产批量为大批量，工艺分析如下：

1. 材料分析

SUS 为一般不锈钢，具有较好的冲载成型形性能。

2. 结构分析

零件结构精度要求相对较高，是指甲刀的最重要部分。零件中有一个

ф7孔，孔的旁边是一个拉伸定位，后面有两个椭圆形开孔，最前面和最后面有折弯，最后还要对刀开刃。另外，经计算孔距零件外形之间的最小孔边距满足载件最小孔边距大于等于1.5t 等于3mm 的要求，所以该零件的结构满足冲载要求。

3. 精度分析

零件的尺寸均为标注偏差，为自由尺寸，可按IT10——IT14级精度补标工件尺寸公差。

4. 生产批量 生产批量：大批量

3.2.8零件工艺方案的确定

零件为满足冲孔拉伸折弯落料件，可提出加工方案如下：

方案一：先落料，后冲孔，然后拉伸再两次折弯。采用五套单工方模生产。

方案二：落料冲孔，拉伸折弯再折弯复合模冲压，采用复合模生产。 方案三：冲孔拉伸折弯落料连续冲压，采用级进模生产。 三种方案的最后都有一个开刃

方案一模具结构简单，但需要六道工序，生产效率低，零件精度较差，在批量较大的情况下不适合使用。方案二只需要三副模具，四道工序，冲压件形位精度和尺寸精度易保证，且生产效率较高。尽管模具结构较方案一复杂，但是由于零件的几何精度较为简单，模具制造并不困难。方案三只需要一副模具，生产效率也高，但与方案二相比零件的精度稍差。欲保证冲压件的形状精度，需要在模具上设置导正销，模具制装配较复合模具复杂。所以，比较三个方案，采用方案二生产。

3.2.9零件模具结构型式的确定

1. 模具结构形式的选择

在冲压方案的制定中，已经选定用复合冲裁模。复合冲裁模.

板料定位方式：因为该模具采用的是，控制条料的卷进方向采用导料销，控制条料的送进步距采用挡料销来定步距。

卸料、出件方式的选择：根据模具冲裁的运动特点，该模具采用弹性卸料方式比较好。采用推件块，利用模具的开模力来推工件，既安全有可靠。即采用刚性装置取出工件。

2. 工序与排样

根据工件的开关，确定采用无废料的排样方法不可能做到，但能采用有废料和少废料的排样方法。经多次排样计算决定采用

1）搭边设计

板料厚度t=2mm, 工件边长L>76mm, 所以a =3mm, a=3mm。 送料步距A=18m, 条料宽度B=82mm。

2）排样布局

图3-3结构3排样布局

材料利用率计算：

S3=1140mm2

（3-7） （3-8） （3-9）

η3

S 31140S 3

×100%=×100%=×100%

82X 18AB S 0

=77%

η3—材料利用率；；

S3—工件的实际面积；

S3 —所用材料面积，包括工件面积与废料面积； A —步距（相邻两个制件对应点的距离） B —条料宽度。

3） 制件定位、导正方式

用导料销和挡料销来导正条料的进给。 4） 卸料装置

采用弹性卸料装置。 5） 模架选择 后侧导柱模架。 开刃 用磨床开刃

3.2.10结构四工艺分析

附录图4该部分比较简单，用冲床一次成型。

3.3生产流程

3.4本章小结

通过对各部分工艺分析确定了零件的加工工艺，进一步确定了模具型式的结构，且经过生产步骤的考虑和批量生产的要求，设计了一套合理生产流程。

结 论

可旋转式指甲刀是在原来指甲刀基础上的改新与设计，通过对普通指甲刀结构与原理的分析设计出了可旋转式指甲刀的结构，基本原理不改变的情况下改变了指甲刀的结构而使其功能增加更加美观。

通过功能和各部分要求的分析选择出了价格合理美观的材料，通过对材料强度刚性分析确定了生产工艺。分析成产过程考虑到大批量生产为了节约时间设计出了一套省时生产流程。

通过本次设计通过对零件的结构分析，工艺分析，选材要考虑材料的强度，韧性及刚性，同样要考虑了材料的价格，在不影响其功能的前提下实现其功能和美观以及价格最合理化。因为考虑的东西多了，用到的东西多了，必须都合理考虑才能发挥他们应有的功能。

生产过程中用到了材料成型，选择塑性成型，采用冲压工序效率高且不影响各结构的要求，最终完成了本次设计的要求，实现了可旋转式指甲刀的可旋转功能。

参考文献

1 2 3 4 5

董国庆．初中物理教材．北京：人民教育出版社，1995：20~43 胡家秀. 机械设计基础．上海：机械工业出版社，2009：30~45

江晓禹. 龚晖．材料力学. 西安： 西南交通大学出版，2009：20~40 秦大同. 谢里阳，现代机械设计手册. 山东： 中国建材工业出版社; 第1版 2005：50~55

李云凯．金属材料学 . 北京：北京理工大学出版社，2006：59~60

致谢

本文的选题、课题研究及论文撰写均是在焦波老师的亲切关怀下完成的。本文前期的完成工作也受到了明刚机电有限公司尹松吉的指导。在此对两位老师表示衷心的感谢和诚挚的敬意。

同时，我还要感谢设计书中所引用书籍作者及出版社，感谢你们能无私的分享自己的知识，对我设计中起到了不可估量的帮助。还有那些在网络上分享自己经验与知识的学者对我也起到了很大的帮助作用这里一并表示感谢。

最后，我要感谢我所有的老师，是你们教会了我工作和生活中的知识，让我在工作和生活中掌握了技巧。

附 录

各尺寸请参照附录

图A 结构1

图B 结构2

图C 结构3

图D 结构4