电机炭刷架冷冲压模具设计

i 摘要 冷冲模是冲压加工工艺的装备之一，被广泛地运用在汽车、飞机、电机、仪表以及在国防工业中。冲压工艺具有生产效率高、生产成本低、材料利用率高、能成形复杂零件，适合大批量生产的优点，在某些领域已取代机械加工，并正逐步扩大其工艺范围。因此，冲压技术对发展生产、增强效率、更新产品等方面具有重要的作用。但同时，冲压技术的推广受到投入成本低，模具成本高，不适应中小生产规模的特点。但是总的说来，随着我国经济实力的进一步加强，模具行业，包括冷压模一定会得到更普及地应用 冷冲模的设计包括冲裁模设计、弯曲模设计、拉伸、胀形等 模具的设计。冷冲模的设计也用到材料学、机械设计、工程材料、特种加工等方面的知识。因此它是一门综合性很强的学科。 电机碳刷架的加工包括了冲孔、落料、和弯曲的加工。通过对冲孔模、落料模、弯曲模的学习，分析和比较了各加工工艺方案，完成了模具总体的结构分析，进行毛坯尺寸、排样、工序尺寸、冲压压力、压力中心、模具工作部分尺寸等工艺计算。绘制了装配草图并进行零部件初步选用设计 ,然后确定外形尺寸 ,选择冲压设备 ,绘制总的装配图和非标准的零件图。 在冲压模的设计过程中，还必须考虑到模具的成本，因此在进行选材，结构设计 时，必须尽量不去设计形状复杂的结构，同时采用镶嵌式代替整体式的结构。针对模具的定位要求高的特点，在零件的设计中必须要有比较高的加工精度要求。总的一句话，必须在有高的模具寿命和满足加工精度要求的基础上，尽量降低模具材料的成本，简化模具的结构，这样才能有利于这个行业在我国的发展。 关键词 :冲孔模、落料模、弯曲模、尺寸、冲裁模、装配图 ii Abstract The Cold Stamping Die Design of the Brushless Motor Abstract： Cold punching mould that is used extensively among the all kinds die ,including punching hole mould, blanking die, bending mould, crooked model, conical die etc., The application of the cold punching die is more and more extensive in recent years. It is with low costs that there is the cold punchingly, product quality is steady, can process many kinds of performance , Part of the state. Its application and generallying receive the restriction in life-span of the mould and production safety,etc. at the same time . Author of this text proceed from rationality of the craft, analyse electrical machinery charcoal pastes up the structure of the shelf , Precision characteristic, and the control point in the course of processing, Consider and economize cost confirm electrical machinery charcoal brush blanking that shelf optimizes most process the process fully on the basis of satisfying the machining accuracy； And then pass the processing characteristic familiar with all kinds of moulds and inside structure, Finish the ensemble architecture analysis of the mould ； Author carry on blank size, arrange kind, process size, punching pressure, pressure in the center afterwards, mould work some size,etc. craft calculate, Strive to design the structure of every part of the mould and assembly relation with the best cost performance, Confirm the appearance of the mould on this basis, has finished the installation diagram and non-standard part picture. Confirm the type of the press and main parameter finally. Keyword: punching hole mould；blanking die；bending mould；punching press；punching machine. Keyword: mould；blanking die；bending mould；punching press；punching machine I 目录 1 前言 I 1.1 选题研究意义 I 2.确定工件的工序方案 1 2,1 长度方向的计算 2 2.2 宽度方向的计算 2 3.落料模 的设计 2 3.1 冲裁件的工艺性 2 3.2 冲裁间隙 3.3 凸凹模工作尺寸制造公差的确定 . 3.3.1 3.3.1 凸凹模尺寸计算应遵循如下原则： 3 3.3.2 凸凹模的工作尺寸的计算 : 4 3.4 冲裁力、卸料力和推件力的计算 : 3.4.1 冲裁力的计算 .5 3.4.2 计算推件力 F 推 ： 5 3.4.3 计算卸料力 F 卸 ： 6 3.5 确定压力中心 排样、搭边与料宽 3.5.1 排样 7 3.5.2 搭边 7 3.5.3 条料宽度的确定 8 3.6 凸、凹模的设计 3.6.1 凸模的设计 9 3.6.a 凸模强度 10 3.6.b 压弯凸模的设计 3.6.2 凹模的设计 11 a.凹模的刃口形式 11 b.凹模的外形及尺寸 12 3.6.3 凸凹模的固定方法 a.凸模的固定 12 b.凹模的固定 12 3.7 定位零件的设计与选用 3.7.1导料板的选用 12 3.7.2侧刃的选择 12 II 3.8 模架的尺寸和结构形式 3.8.1 模架的结构形式 12 3.8.2 模架的尺寸 12 3.9 卸料零件 3.9.1 卸料板的选择 13 3.9.2 卸料螺钉 13 3.9.3 弹压装置的选用 13 3.10 压力机的选择 3.10.1 压力机的公称压力 13 3.10.2 压力机的各参数选择 13 3.11 导向零件 . 13 3.12 落料模的说明 14 4 冲孔模的设计 4.1 冲裁件的工艺性 14 4.1 冲裁件的工艺性 14 4.1.1 冲裁体的尺寸精度和断面粗糙度 14 4.2 冲裁间隙 14 4.3 凸凹模工作部分尺寸与公差 15 4.3.1 冲孔部分刃口计算 15 4.3.2 用配合加工法的尺寸计算 15 4.5 冲裁工艺力的确定 15 4.5 冲模的压力中心的确定 16 4.6 定位装置 16 4.7 卸料装置 16 4.7.1 弹压卸料板的设计 16 4.7.2 卸料螺钉的结构形式 卸料螺钉的设计 17 4.7.3 卸料板弹簧安装方法与有关尺寸 17 4.8 漏料孔 18 4.9 模架的结构形式和有关尺寸 18 4.9.1 模架的有关尺寸 18 4.10 导向零件 . 18 4.10.1 导柱、导套的尺寸结构 19 4.10.2 导料销的选择 19 4.10.3 螺钉及销钉的选择 19 4.11 压力机的选择与模具的安装 19 4.11.1 作用在模柄上的冲裁力必须不小于 P 20 4.11.2 各压力机的各参数选择 20 4.11.3 模具的安装 20 4.12 说明 5 第一道弯曲模设计 21 5.1 弯曲件的工艺性 21 5.1.1 最小弯曲半径 .21 5.1.2 弯曲件的直边高度 21 III 5.1.3 弯曲件孔边距离 21 5.1.4 弯曲件的精度 21 5.2 弯曲件的回弹 5.2.1 影响回弹的因素 21 5.2.2 回弹角的大小 21 5.2.3 减少回弹角的措施 21 5.3 弯曲力的计算 5.3.1 弯曲力的大小 22 5.3.3 弯曲时压力机公称压力的确定 22 5.4 弯曲模的间隙 5.5 弯曲模工作部分尺寸计算 23 5.5.1 凸模圆角半径 23 5.5.2 凹模圆角半径 23 5.5.3 凸、凹模工作部分的尺寸与公差 23 5.6 压力机的选择 5.6.1 压力机的公称压力 23 5.6.2 压力机各参数 23 5.7 模架的设计与有关尺寸 5.7.1 模架的结构形式 24 5.7.2 模架的有关尺寸 24 5.8 导向零件 5.8.1 导柱、导套的尺寸 、结构 14 5.9 顶出机构 5.9.1 顶板与凹模的配合 .25 5.9.2 顶板的尺寸 25 5.10 模具的安装 5.10.1 模具安装的注意事项 26 5.10.2 模具安装的一般次序 26 6 最后一道弯曲模设计 6.1 弯曲件的工艺性 27 6.1.1 弯曲件如图所示： 27 6.1.2 最小弯曲半径 27 6.1.3 弯曲件直边高度 27 6.1.4 弯曲件的精度 27 6.2 弯曲件的回弹 . 6.2.1 影响回弹的因素 28 6.2.2 回弹角的大小 28 6.2.3 减小回 弹的措施 28 6.3 弯曲力的计算 6.3.1 弯曲力的大小通常采用经验公式 28 6.3.2 顶件力或压料力 F1 29 IV 6.3.3 弯曲时压力机公称压力的确定 29 6.4 弯曲模的间隙 6.5 弯曲模工作部分尺寸计算 . 6.5.1 凸模圆角半径 rp 29 6.5.2 凹模圆角半径 rd 及凹模深度 L 29 6.5.3 凸、凹模工作部分的尺寸公差 29 6.6 压力机的选择 30 6.7 模架的设计与有关尺寸 30 6.8 顶出机构 . 30 6.9 模具的安装 31 6.9.1 模具安装的注意事项 31 6.9.2 模具安装的一般次 序 31 7. 结论 与展望 32 8. 致谢 33 9. 参考文献 34 电机炭刷架冷冲压模具设计 1 1 确定件的工序方案 根据工件的形状 .材料 .厚度及实际加工的需要 ,生产工件的工序过程如下 : 1. 从板料上冲出落料件 (该落料件即为弯曲体的展开图的外轮廓形体。根据弯曲体的展开尺寸 ,设计出 冲模 ,将所需工件冲下。所冲工件如图所示： 2第一次冲孔，冲五个间距要求不太高的圆孔。（这五个圆孔如上图所示的五处分布）。 3第二次冲孔，冲方孔。 4第一次弯曲，选弯曲复杂部分，即如上图所示的 a. b 部分。 5第二次弯曲，弯曲两边，即 U 形弯曲。弯折线如上图中虚线所示。 6第三次弯曲，弯曲中间，弯折线如上图红线所示。 . 第三次冲孔，此乃最后一道工序，因为此两孔间距要求较高，如果放在其它工序中冲，则可能影响定位要求 ，故最后工序冲此两孔比较合适。 无锡太湖学院学士学位论文 2 2 弯曲件的展开尺寸 2.1 长度方向上的计算 ： 表 - r/t 0.25 0.3 0.4 0.5 K 0.31 0.32 0.35 0.37 根据 r/t=0.25 查表 9 得此中性层系数 k=0.31。 L 圆弧 =2P/360 =（ r+kt） =90（ 0.5+0.312） =1.7627(mm) L 直线 =10.5+9+14.5+342 =102(mm) 长度方向上展开总长度为： 4L 圆弧 +L 直线 =41.7627+102=109(mm) 2.2 宽度方向上的计算 ： 根据 r/t=0.5 查表 9 得中性层系数 k=0.37 L 圆弧 =（ r+kt） /180 =90（ 1+0.372） =2.7318(mm) L 直线 =11+10=21(mm) L1= L 直线 + L 圆弧 =21+2.731823.73(mm) 另一边 : L 直线 =11+31=42(mm) L2=L 直线 +L 圆弧 =42+2.7318=44.73(mm) 电机炭刷架冷冲压模具设计 3 3 落料模的设计 3.1 冲裁件的工 艺性 3.1.1 冲裁体的精度应该在经济范围内进行选择 ,在本冲裁中 ,属于一般性常见的普通冲裁 ,因此精度应选择在 IT12IT14 极 9 （ 41 ）。 3.1.2 毛刺 毛刺的高度与冲裁方式，材料，厚度有关，正常冲裁中的毛刺高度为 : a 试模时 0.05mm b 生产时 0.15mm 3.2 冲裁间隙 确定冲裁间隙的原则是：落料时，因制件尺寸随凹 模尺寸而定，故间隙应在减小凸模尺寸上取得；冲孔时，因孔的尺寸随凸模尺寸而定，故间隙应在增大凹模尺寸的方向上取得。 根据经验公式确定合理冲裁间隙： c=mt 9 冲裁间隙系数 m=20% c=mt =20%2 =0.4(mm) 3.3 凸凹模工作尺寸制造公差的确定 3.3.1 凸凹模尺寸计算应遵循如下原则 ： 落料时，先确定凹模刃口尺寸，其大小应取接近或等于制件的最 小极限尺寸 ,以保证凹模在磨损到一定的尺寸范围内也能冲出合格制件。凸模刃口的基本尺寸应比凹模刃口基本尺寸小一个最小合理间隙。 3.3.2 凸凹模的工作尺寸的计算 : 弯曲体的展开图的形状比较复杂 ,材料厚度不太厚 ,因此 ,凸凹模的工作尺寸应配合加工法进行计算。 冲裁凸凹模间隙如下 : Zmax=0.36mm Zmin=0.246mm 未注公差的按 IT14 级计算 当尺寸为 23.73mm 时 ,公差为 0.52mm, x=0.5； 当尺寸为 12mm 时 ,公差为 0.43mm, x=0.5； 当尺寸为 44.73mm 时 ,公差为 0.62mm, x=0.5； 当尺寸为 9.5mm 和 9.73mm 时 ,公差为 0.36mm, x=0.5； 当尺寸为 13.76mm 时 ,公差为 0.43mm, x=0.5； 当尺寸为 R5 时 ,公差为 0.3mm, x=0.75； 当尺寸为 109mm 时 ,公差为 0.87mm, x=0.5； 当尺寸为 12mm 时 ,公差为 0.43mm, x=0.5； 无锡太湖学院学士学位论文 4 其余 x=0.75 用配合加工法时 ,应当以凹模为基准 ,凹模尺寸的计算公式如下表 : 尺寸分类 凹模魔损后 尺寸变化 制件尺寸 凸模尺寸 凹模尺寸 落 料 增 大 D0 按凹模尺寸 配合加工保 证双面间隙 D 凹 =(D-x)凹0 减 小 d0 D 凹 =(d+x)0凹 不 变 L/2 L 凹 =L 凹 /2 注 :取 凹 =/4 参照上表 ,本设计落料凹模的计算结果如下表 : 凹模磨损 后尺寸变化 制件按入体原 则变化后尺寸 计算 公式 计 算 凹模尺寸 增 大 120043.0 D 凹 = (D-X) D 凹 =(12-0.50.43) 4/43.00 =11.79 11.00 11.79 11.00 23.73052.0 D 凹 =（ 23.73-0.50.52） 4/52.00 =23.47 13.00 23.47 13.00 44.73062.0 D 凹 =（ 44.73-0.50.62） 4/62.00 =44.42 155.00 44.42 155.00 403.0 D 凹 =（ 4-0.750.3） 4/3.00 =3.78 08.00 3.78 08.00 28.302.0 D 凹 =（ 28.3-0.20.75） 4/2.00 =28.2 05.00 28.2 05.00 5.503.0 D 凹 =（ 5.5-0.750.3） 4/3.00 =5.28 08.00 5.28 08.00 52.502.0 D 凹 =（ 52.5-10.2） 4/2.00 =52.3 05.00 52.3 05.00 电机炭刷架冷冲压模具设计 5 9.5036.0 D 凹 =（ 9.5-0.750.36） 4/36.00 =9.23 09.00 9.23 09.00 503.0 D 凹 =（ 5-0.750.3） 4/3.00 =4.78 08.00 4.78 08.00 不 变 13.5450.215 L 凹 =L 凹 /2 L 凹 =13.5450.43/8 =13.50.05 13.50.05 180.15 L 凹 =180.3/8=180.0375 180.0375 落料凸模的基本尺寸与凹模相同 ,但不必标注公差。 注明 :以 0.246 0.36mm 间隙配制。 3.4 冲裁力、卸料力和推件力的计算 : 3.4.1 冲裁力的计算 由于该冲模采用的是弹性卸料装置和下出件方式，故总的冲压力 2 为 ： F总 = F冲+F切+F卸+F推 （ 1） 平刃口模具冲裁时，考虑刃口磨损和材料厚度及力学性能波动等因素，实际冲裁力可能增大， 所以： F 冲 =1.3Lt 1 （ 2） 式中： L - 冲裁件周长， mm； t - 材料厚度， mm； - 材料抗剪强度， Mpa。 根据 =260 360 9 ,取 =300。 L 为工件的周长 L=304.92(mm)。 F 冲 =1.3Lt =1.3300304.924 =237837.6(N) L 为冲孔件的周长： L=5d=53.143=47.123(mm) F 冲 =1.330047.1232 =36755.55（ N） 切断板材所用力： （ 3） F 切 =KLt 无锡太湖学院学士学位论文 6 =1.3(10 +5 +92+10.212+10)1.5300 =55879(N) 3.4.2 计算推件力 F 推 ： 由 F 推 =K 推 F 冲 9 （ 4） 查表 2 9 取 K 推 =0.03 F 推 =K 推 F 冲 =0.03237837.6 =7135.128(N) 3.4.3 计算卸料力 F 卸 ： 由 F 卸 =K 卸 F 冲 9 （ 5） 查表 2 9 K 卸 =0.02 F 卸 =K 卸 F 冲 =0.02237837.6 =4696.75(N) 所以总的冲压力为： F 总 =F 冲 +F 切 +F 推 +F 卸 =237837.6+36755.55+55879+7135.128+4696.75 =342364.03（ N） 表 2 -2 双面间隙 卸料力系数 推件力系数对应 表 双面间隙 卸 推 （） t . . . . （） t . . . . （） t . . . . F 卸 =K 卸 F 冲 9 查表 9 K 卸 =0.02 F 卸 =K 卸 F 冲 =0.02237837.6 =4756.75(N) 电机炭刷架冷冲压模具设计 7 3.5 确定压力中心 要使冲压模具正常地工作，必须使压力中心与模柄的中心线重合，从而使压力中心与所选冲压设备滑块的中心相重合。否则在冲压时将会产生弯矩，使冲压设备的滑块和模具发生歪斜，引起凸、凹模间隙不均匀，刃口迅速变钝，并使冲压设备和模具的导 向机构产生不均匀没磨损，降低模具和压力机的使用寿命。 2 由于各个圆孔的压力中心在各自的圆心 ,所以总压力中心通过几何作图法即为该规则图形的几何中心。每三个圆心组成一个三角形，找出其重心，这样可以找出三个重心，再由这三个重心组成一个三角形，最后一个重心即为总的压力中心。 F 冲 =1.3Lt 1 =260 360 9 （19） ,取 =300。 L 为工件的周长 L=304.92(mm)。 冲裁力 F 冲 =1.3Lt =1.3300304.924 =237837.6(N) 3.5 排样、搭边与料宽 3.5.1 排样 排样是指冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法。排样是否合理 ,影响到材料的利用率、冲模结构、冲裁件的质量和生产率，同时，合理的排样和选择适当的搭边指，是降低成本、保证工件质量和延长模具寿命的有效措施。 根据所冲的落料件的形状采用搭边排样中的平行排。其排样图如图排样所示： 图 3-1 排样图 无锡太湖学院学士学位论文 8 3.5.2 搭边 搭边是指排样时工件之间及工件与条料侧边之间留下的余料。其作用是补偿定位误差 ,保证冲出合格的工件；保持条料有一定的刚度，便于送料。 搭边值的大小与下列因素有关： 1）材料的力学性能； 2）工件的形状与尺寸； 3）材料厚度； 4）手工送料、有侧压装置的模具，搭边值要小一些。 根据材料的厚度 t=2 由 9查得工件与工件之间的搭边值 a=2mm,工件与料边的搭边值为 a=2.2mm。 3.5.3 条料宽度的确定 ： B=109COS10.25+244.73sin10.25+22.2 =130(mm