毕业论文（论文）-设计定子、转子零件套冲的冲压工艺与模具（含全套CAD图纸）

设计定子、转子零件套冲的冲压工艺与模具 1 中文摘要 本次毕业设计的零件是电动机的定子转子冲片，包括零件的冲压工艺设计和模具 的具体结构设计。通过对零件的工艺性分析以及考虑到生产条件的影响，设计和给出 了在现有的条件下的最佳工艺方案和模具结构，比如：选择基本的工序，确定其工序 顺序，工序数目及工序组合形式。然后以此为基础，设计出冲压模具的结构。结合实 际，进行合理、正确的规划。在做毕业设计时候零件比较复杂，精度要求高，属于大 批量生产，同时一个冲程要完成两个工件的冲制，故选择了多工位的级进模。在设计 中绍了该类模具的主要设计结构和技术要求，重点介绍了该类模具的高精度制造技术 和关键部位的工艺技术参数。 关键词：高速冲模，电机铁芯，硬质合金 ，定、转子片，多工位级进模，凹模拼块 全套完整版全套完整版 CADCAD 图纸，联系图纸，联系 153893706153893706 设计定子、转子零件套冲的冲压工艺与模具 2 Abstract The graduation is the design of parts of the motor rotor-stator unit, including parts stamping process design and die design of the concrete structure. Parts of the Process Analysis and considering that the production conditions, Design and given the existing conditions of the optimal structure of the program and die, for example : the choice of basic processes, determine the order of processes, number of processes and process portfolio. Then as the basis for designing the structure of stamping die. In light of the actual, reasonable and proper planning. Doing graduate design parts of the complexity and high accuracy, is mass production, Meanwhile a stroke two parts to complete the flushing system, it chose the Multi-Position Progressive Die. Design presentations in the mold of such major structural design and technical requirements, focus on such high-precision mold manufacturing technology and key parts of the technology parameters. Keywords : high-speed die，Motor Core，Carbide，Stator and rotor plate，Multi-Position Progressive Die，Die patch; 设计定子、转子零件套冲的冲压工艺与模具 3 第一章 绪 论 模具是成型不同形状制品的一种装置。按制品所采用的原材料不同，成型方法不 同，一般将模具分为塑料模具，金属冲压模具，金属压铸模具，橡胶模具，玻璃模具 等。因人们日常生活所用的品和各种机械零件，在成型中多数是通过模具来成品，所 以模具造业已成为一个大行业1-8。 冷冲压模具设计是为模具设计与制造及相关专业学生在学完基础理论课、技术基 础课和专业课的基础上所设置的一个重要的实践性教学环节。其目的是： 1、综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识，进行一次冷冲压模具设计工 作的实际训练，从而培养和提高学生独立工作的能力。 2、巩固与扩充冷冲压模具设计及其相关课程所学的内容，掌握冷冲压模具设 计的方法和步骤。 3、掌握冷冲压模具设计的基本技能，如计算、绘图、查阅设计资料和手册，熟悉 标准和规范等，是以后走上模具设计岗位的一个预演，也是大学四年学习知识的一次 大检测。 冲压生产模具和压力机完成加工过程，与其他加工方法相比，在技术和经济方面 有如下特点1： （1）冲压件的尺寸精度由模具来保证，所以质量稳定，互换性好。 （2）由于利用模具加工，所以可获得其他加工方法所不能或难以制造的壁薄、质 量轻、刚性好、表面质量高、形状复杂的零件。 （3）冲压加工一般不需要加热毛坯，也不像切削加工那样大量切削金属，所以它 不但能节能而且能节约金属。 （4）对于普通压力机每分钟可生产几十件，而高速压力机每分钟可生产几百上千 件，所以它是一种高效率的加工方法。 同时，冲压也存在一些缺点，主要表现在冲压加工时的噪声、震动两种公害。这 些问题并不完全是冲压工艺及模具本身带来的，而主要是由于传统的冲压设备落后造 成的。随着科学技术的进步，这两种公害一定会得到解决。 生产中为满足冲压零件形状、尺寸、精度、批量大小、原材料性能的要求，冲压加 设计定子、转子零件套冲的冲压工艺与模具 4 工的方法是多种多样的，但概括起来可分为分离工序与成形工序两大类。分离工序又 可分为落料、冲孔和剪切等，目的是在冲压过程中使用冲压件与板料一定的轮廓线相 互分离；成形工序又可分为弯曲、拉伸、翻空、翻边、胀形、缩口等，目的是使冲压 件毛坯在不破坏的条件下发生塑性变形，并转化为所要求的制件形状。 随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，冲压工艺和冲模技术也在不断 地革新和发展，冲压加工技术在 21 世纪的发展方向和动态主要有以下几个方面4-6： 1、工艺分析计算的现代化。冲压技术与现代数学、计算机技术联姻，对复杂曲面 零件（覆盖件）进行计算机模拟和有限元分析，达到预测某一工艺方案对零件成型的 可能性与成型过程中将会发现的问题，供设计人员进行修改和选择。这种设计方法是 将传统的经验设计升华为优化设计，缩短了模具设计与制造周期，节省了昂贵的试模 费等。 2、模具计算机辅助设计、制造与分析（CAD/CAM/CAM）的研究和应用，将极大地 提高模具制造效率，提高模具的质量，使模具设计与制造技术一体化。 3、冲压生产的自动化，为了满足大量生产的需要，冲压生产已向自动化方向发展。 现已经利用高速冲床和多工位精密级进模实现了自动化，冲压速度可达每分钟几百上 千次。大型零件的生产已实现了多机联合生产线。从板料的送进到冲压加工。最后检 验可全由计算机控制，极大的减轻了工人的劳动强度，并提高了生产率。目前已逐渐 向无人化生产形成的柔性冲压加工中心发展。 4、为适应市场经济需求，大批量与多品种小批量生产共存，发展适宜小批量生产 的各种简易模具、经济模具和具有容易变换特性的标准化模具系统。 5、与材料科学结合，不断改进板料性能，以提高其成型能力和使用效果。 我国冲压模具技术现状8-12： 改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年 来，模具工业一直以 15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发 生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。 随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品 质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要素之 设计定子、转子零件套冲的冲压工艺与模具 5 一，模具制造技术现已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度 上决定企业的生存空间。 近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的 重要动力。一些国内模具企业已普及了二维 CAD，并陆续开始使用 UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS 等国际通用软件，个别厂家还引进了 Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris 和 MAGMASOFT 等 CAE 软件，并成功应 用于冲压模的设计中。 未来冲压模具制造技术发展趋势 模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要 求服务。达到这一要求急需发展如下几项： (1)全面推广 CAD/CAM/CAE 技术 (2)高速铣削加工 (3)模具扫描及数字化系统 (4)电火花铣削加工 (5)提高模具标准化程度 (6)优质材料及先进表面处理技术 (7)模具研磨抛光将自动化、智能化 (8)模具自动加工系统的发展 设计定子、转子零件套冲的冲压工艺与模具 6 第二章零件工艺分析 2.1 准备工作 设计前必须了解并掌握以下资料： 1产品零件图和技术要求，材料及其机械性能指标。 2生产纲领。 3生产条件：包括设备情况、生产工人技术水平、模具制造能力等。 4有关技术标准、手册和设计资料。 5了解国内外同类产品制造工艺及先进技术。 制定出的冲压规程能确保零件质量、提高劳动生产率、降低成本、减轻工人劳动 强度和保证安全生产。 2.2 零件的工艺性分析 1. 电机定转子铁芯是电机产品的重要部件,一般由厚度 0. 35mm 的硅钢片冲制而 成。近年来随着定转子铁芯自动叠片、自动扭斜硬质合金级进冲模的开发,使传统的铁 芯生产方式有了进一步的提高,高精度级进冲模为铁芯生产自动化开辟了新路。槽型凹 模拼块,是定转子铁芯自动叠片、自动扭斜硬质合金级进冲模的关键部件,其槽型凹模的 拼块技术、制造工艺及加工精度是衡量该模具先进程度的重要标志。 设计定子、转子零件套冲的冲压工艺与模具 7 转子片图 1 定子片 原材料的尺规格：电工硅钢片 20001000.35mm，生产批量为大批量，参照中型企 业的制造条件。 2. 微型电动机的定子片和转子片如图1所示，材料为电工硅钢片，厚0.35mm，这 两个零件是典型的冲裁件，其特点是工件尺寸小， 尺寸精度高，材料强度高，材料薄。 电动机的定子、转子片是大批量生产，经分析可知，除定子片的宽度尺寸60为一般冲 裁精度，其余尺寸均为高级冲孔精度，要满足零件的高精度要求都要采用IT7级以上的 冲裁模。转子槽型中间的圆都属于同心圆，相当于槽型中的中心距，由表2-6可知属于 高级冲孔精度，要满足高精度的孔中心距，需要采用槽型孔一次同时冲出的高精度冲 模。并且所有的孔对10轴孔的同轴度要求高为0.02mm，可视为孔对外缘轮廓的偏移 公差，对照表2-7可知，只有采用高精度冲模。 3. 该产品的性能要求高，转子片上的三个异形槽沿圆周在60范围内均匀分布， 槽的分度精度较高为，定子片的外形有三个缺口，缺口与外圆47.2连接处宽度5 比较小，在设计的时候要考虑校核模具的模壁强度是否足够。定子和转子片选用硅钢 片卷料，采用自动送料器和自动送料装置送料，其送料精度可达0.05mm。采用自动 送料装置时，由于其送料精度比较高，故在模具中只使用导正钉作精确定位。电工硅 钢片的机械性能如表1： 设计定子、转子零件套冲的冲压工艺与模具 8 材料 机械性能 硅钢片D41低碳钢08不锈钢 1Cr18Ni9Ti 坡莫合金Ni50 抗拉强度 MPab 490255-324490588-736 抗剪强度 MPa 422216-275451511-628 延伸率100 -444030-35 综上，因为零件的异形孔多，且不能够有明显的毛刺，因此因该设置整形工序。 因为单工序的模具和复合模具都不能同时完成两工件的冲裁，适宜采用多工位的级进 模制造。定子片和转子片冲裁工艺和设计着重注意一下几个问题： 工艺方案和模具结构应保证能达到冲件所要求的高精度； 冲模的结构应能冲出冲件的复杂外形； 冲裁模的制造精度和导向精度应适应冲件厚度薄（t=0.35mm），模具间隙小 （0.020.03mm）的特点。 冲裁模的强度和耐磨性应适应冲压材料的强度高的特点。 2.3 分析比较和确定工艺方案 模具可以同时完成两个工件的冲制成型，适宜采用多工位级进模具。根据定子. 转子片零件的工艺性和加工顺序可以制定三个方案： 方案一： （1）先冲出10的孔，冲出2个8的导正销孔，冲定子片两端4个小孔的左侧2孔。 （2）冲出全部槽形，冲定子片两端中间2孔和右侧2孔，转子片槽和10的孔校平。 （3）转子片47.2落料， 05 . 0 0 （4）冲定子片两端异形槽孔， 设计定子、转子零件套冲的冲压工艺与模具 9 （5）冲定子片48.2内孔，定子片两端圆弧余料切除 （6）空工位。 （7）定子片切断 方案二： （1） 冲10的轴孔，冲2个8导正销孔，冲出全部槽形， （2） 转子片槽孔和10孔校平 （3） 转子片47.2落料 （4）冲定子片两侧4孔和两端中间2孔， （5）冲定子片两端异形槽孔 （6）冲定子片48.2内孔，定子片两端圆弧余料切除 （7）定子片切断 方案三： 冲裁过程分为7个工位，各工位的工序内容如下： 第一工位：冲2个8的导正销孔；冲转子片个槽孔和中心轴孔；冲定子片两端4个小 孔的左侧2孔。 第二工位：冲定子片右侧2孔；冲定子片两端中间2孔；转子片槽和10孔校平。 第三工位：转子片47.2落料。 第四工位：冲定子片两端异形槽孔 第五工位：冲定子片48.2内孔；定子片两端圆弧余料切除。 第六工位：空工位 第七工位：定子片切断 现在分析比较各个方案的特点： 方案一缺点是冲出的转子片的精度不高，虽然带料两侧预先冲出工艺孔用导正销 定位，起道了很好的定位作用，但是零件的同轴度要求很高，如果零件的中心轴孔和 转子片的槽孔分开冲出的话不能满足加工的精度，零件的同轴度很难保证。 方案二根据零件的工艺性和同轴度要求，在冲制的时候保证了转子片的槽形孔和 中心轴孔同时冲出保证了零件的同轴度要求，这样同轴度达到了要求，但是第四工位 设计定子、转子零件套冲的冲压工艺与模具 10 冲孔太多，不仅之间有可能会形成干涉而且容易造成冲压力太集中，这样对压力机要 求较高，没有很好的分散到各个工位中间，需要充分利用工序的分散原则，因为冲孔 时候也可以利用冲孔凸模相互定位。 方案三能够很好的利用了连续复合级进模具的特点，级进模是在单工序冲模基础 上发展起来的一种多工序，高效率的冲模。在压力机一次冲程中，级进磨在其有规律 排列的几个工位上分别完成一部分冲裁工序，在最后工位冲出完整的工件。因为级进 模是连续冲压，生产过程中相当于每次冲程冲制一个零件，故生产效率高，适应大批 量生产，级进模冲裁可以减少模具数量和设备数量，操作方便安全，便于实现冲压生 产自动化。此方案将符合条件的工序高度集中，同时冲出的零件精度也很高，同轴度 得到了保证，生产率比较高，操作比较安全。可以保证零件所要求的各项精度指标， 故采用方案三。 第三章 冲孔落料的工艺计算及其模具结构设计 3.1 工艺计算 3.1.1 凸、凹模间隙值的确定 1、间隙对冲裁工作的影响： 冲裁间隙指的是凸凹模刃口缝隙的距离，是冲裁过程中的重要工艺参数。间隙的 大小影响冲裁件的质量，冲裁力的大小以及模具的寿命。 间隙是影响断面质量的主要因素，间隙在一定的合理范围内时，由凸凹模刃口沿 最大剪切力方向产生的裂纹将互相重合，制件断面比较平直、光亮、毛刺很小。间隙 过小或过大时，上、下裂纹不重合，出现硬挤裂或者撕裂，断面质量较差，毛刺较大。 间隙还影响零件的尺寸和形状精度。 间隙增大：材料受的拉应力增大，材料容易断裂分离，冲裁力有一定程度的降低， 但继续增大间隙，冲裁力下降缓慢。间隙减小：材料受的拉应力减小而压应力增大， 不易撕裂使冲裁力增加。在间隙合理情况下，冲裁力较小。 间隙对卸料力、推件力或顶件力影响显著，增大间隙可以减小卸料力。但间隙过 设计定子、转子零件套冲的冲压工艺与模具 11 大会使毛刺增大，反而使卸料力增加。 冲裁时，坯料对凸、凹模刃口产生侧压力和摩擦力，引起磨损。间隙过小时，侧 压力和摩擦力增大，使磨损加剧，寿命降低。间隙过大时，坯料弯曲相应增大，使凸 模与凹模端面压力分布不均，容易产生崩刃或产生塑性变形，对模具寿命极其不利。 2、 合理间隙的确定原则 间隙的大小影响冲件的质量、冲裁力及模具寿命等，但要想用同一间隙值，同时 满足上述要求的可能性不大。生产中考虑到模具的制造偏差及使用中的磨损，应选择 一个适当的范围作为合理间隙。确定合理间隙的原则是： 、合理间隙范围应按零件使用要求分类选用。 下列情况应酌情增大间隙值：厚料冲小孔（dZmax-Zmin 调整为：Tp=0.4(Zmax-Zmin)=0.4(0.06-0.04)=0.008 Td=0.6(Zmax-Zmin)=0.6(0.06-0.04)=0.012 故凸模、凹模的刃口尺寸为：dp =(9.993+0.750.036) =10.02(mm) 0 008 . 0 0 008 . 0 dd=(10.02+0.04) =10.06(mm) 012 . 0 0 012 . 0 0 设计定子、转子零件套冲的冲压工艺与模具 13 d： 8mm，X=0.75，=0.05， 05 . 0 0 确定制造公差为：Tp=/3=0.05/3=0.017； Td=/4=0.05/4=0.0125 可知：Tp+TdZmax-Zmin 调整为：Tp=0.4(Zmax-Zmin)=0.4(0.06-0.04)=0.008 Td=0.6(Zmax-Zmin)=0.6(0.06-0.04)=0.012 故凸模、凹模的刃口尺寸为：dp =(8+0.750.05) =8.04(mm) 0 008 . 0 0 008 . 0 dd=(8.04+0.750.04) =8.08(mm) 012 . 0 0 012 . 0 0 d： 48.2mm，X=0.75，=0.05， 05 . 0 0 确定制造公差为：Tp=/3=0.05/3=0.017； Td=/4=0.05/4=0.0125 可知：Tp+TdZmax-Zmin 调整为：Tp=0.4(Zmax-Zmin)=0.4(0.06-0.04)=0.008 Td=0.6(Zmax-Zmin)=0.6(0.06-0.04)=0.012 故凸模、凹模的刃口尺寸为：dp =(48.2+0.750.05) =48.24(mm) 0 008 . 0 0 008 . 0 dd=(48.24+0.750.04) =48.28(mm) 012 . 0 0 012 . 0 0 d： 7mm，X=0.75，=0.04 04 . 0 0 确定制造公差为：Tp=/3=0.04/3=0.013； Td=/4=0.04/4=0.01 可知：Tp+TdZmax-Zmin 调整为：Tp=0.4(Zmax-Zmin)=0.4(0.06-0.04)=0.008 Td=0.6(Zmax-Zmin)=0.6(0.06-0.04)=0.012 故凸模、凹模的刃口尺寸为：dp =(7+0.750.04) =7.03(mm) 0 008 . 0 0 008 . 0 dd=(7.03+0.04) =7.07(mm) 012 . 0 0 012 . 0 0 d： 4mm，X=0.75，=0.03， 03 . 0 0 确定制造公差为：Tp=/3=0.03/3=0.01； Td=/4=0.03/4=0.0075 可知：Tp+TdZmax-Zmin 调整为：Tp=0.4(Zmax-Zmin)=0.4(0.06-0.04)=0.008 Td=0.6(Zmax-Zmin)=0.6(0.06-0.04)=0.012 故凸模、凹模的刃口尺寸为：dp =(4+0.750.04) =4.03(mm) 0 008 . 0 0 008 . 0 设计定子、转子零件套冲的冲压工艺与模具 14 dd=(4.03+0.04) =4.07(mm) 012 . 0 0 012 . 0 0 、确定落料时的刃口尺寸 落料应先确定凹模的刃口尺寸，使凹模基本尺寸接近或等于落料件的最小极限尺 寸，再按最小合理间隙值减小凸模尺寸。凹模制造偏差取正值，凸模制造偏差取负值。 如右图（6）： 有：凹模刃口尺寸 Did=(Dimax-X) Td 0 凸模刃口尺寸 Dip=(Did-Zmin) 取 Tp=Td= 0 Tp 4/1 式中：Did凹模工作尺寸（mm） ； Dip凸模工作尺寸（mm） ； Dimax工件相应最大极限尺寸（mm） ； 冲裁件公差； X磨损系数，工件精度 IT10 以上取 X=0.91； 工件精度 IT11IT13 取 X=0.70.9； 工件精度 IT14 以下取 X=0.50.7。 。 D1： 47.2mm, X=0.75，=0.05， 0 05 . 0 确定制造公差为：Tp=/3=0.05/3=0.013； Td=/4=0.05/4=0.0125 可知： Tp+Td Zmax-Zmin, 调整为：Tp=0.4(Zmax-Zmin)=0.4(0.06-0.04)=0.008 Td=0.6(Zmax-Zmin)=0.6(0.06-0.04)=0.012 则： Dd =(47.2-0.75 0.05)=47.163(mm) 012 . 0 0 012 . 0 0 Dp =(47.163-0.04)=47.123(mm) 0 008 . 0 0 008 . 0 设计定子、转子零件套冲的冲压工艺与模具 15 、确定异形孔凸，凹模的刃口尺寸 转子片的异形槽孔的较为复杂，所以凸，凹模的采用配合加工法进行线切割得到。槽 孔的图样 图 2 转子片 U 形槽 A 类尺寸，工作部分尺寸均减小，则有：Aip=(Aimin+X) 取Tip= 0 Tp 4/1 式中：Aip 凸模工作尺寸（mm） ； Aimin工件相应最小极限尺寸（mm） ； 冲裁件公差； Tip凸模刃口制造公差； X磨损系数，工件精度 IT10 以上取 X=0.91； 工件精度 IT11IT13 取 X=0.70.9； 工件精度 IT14 以下取 X=0.50.7。 根据图形可以看出 3为 A 类尺寸随着冲孔的磨损尺寸会变小。所以其中， 0 05 . 0 A1： 3mm，X=1，=0.05； 0 05 . 0 设计定子、转子零件套冲的冲压工艺与模具 16 所以 A1p=(3+10.05) =3.05 (mm) 0 012 . 0 0 012 . 0 4.2 为 C 类尺寸，磨损不会影响它的尺寸， 通过计算及修整得：凸、凹模分别加工时得工作部分尺寸如表 2 所示。 3.1.3 排样搭边设计 排样图步距为60mm，与工件宽度相等，排样图分为7个工位，如图3所示。 图3 排样图 各工位的工序内容如下： 第1工位：冲2个导正销8mm的孔；冲转子片各槽孔和中心轴孔10mm；冲定子片右侧 2孔4mm。 第 2 工位：冲定子片左侧 2 孔；冲定子片两端中间 2 孔 7；转子片槽和中心轴孔 10mm 孔校平。 表 2 设计定子、转子零件套冲的冲压工艺与模具 17 第3工位：转子片472mm落料。 第4工位：冲定子片两端异形槽孔。 第5工位：冲定子片482mm内孔；定子片两端圆弧余料切除。 第6工位：空工位。 第7工位：定子片切断。 由零件图分析知转子片中间10mm的孔有较高的加工精度要求，3个线槽孔冲裁后 不再加工，直接下线(装入漆包线线圈)，其线槽的线径细，绝缘层薄，因此不允许有 明显的毛刺， 为此在第2工位设置对10mm孔和3个线槽孔的整形校平工序。第3工位 47.2mm外圆落料，则转子片工件完成定子片上、下的两个异形孔与48.2mm孔应当 先冲哪个?若先冲48.2mm孔，再冲两个长形孔时，可能引起48.2mm孔的变形，难以 保证其005mm的尺寸公差。故在第4工位先冲两个长形孔；在第5工位再冲48.2mm 孔，同时将3个孔打通，完成内部的冲裁。第7工位的切断可有两种方法 若采用单边切 断，应注意左、右两个断面形状必将是不同的，右边留在凹模上的工件毛刺向下，而 左边冲掉的工件毛刺向上。如果采用中间切去一条的方法，则可保证两边的毛刺方向 相同，但是要多消耗一个废料条考虑到所切的边是转子外侧为非工作部位，所以应采 用单边切断的方法。 工序性质冲件尺寸（mm）凸模尺寸(mm)凹模尺寸 10 10.02 0 008 . 0 按凸模实际尺寸配作 8 8.04 0 008 . 0 按凸模实际尺寸配作 7 7.03 0 008 . 0 按凸模实际尺寸配作 48.2 48.24 0 008 . 0 按凸模实际尺寸配作 冲孔 4 4.03 0 008 . 0 按凸模实际尺寸配作 落料 47.2 47.163 012 . 0 0 3 3.05 0 012 . 0 设计定子、转子零件套冲的冲压工艺与模具 18 3.1.4 冲裁工艺力的计算 1. 冲裁力 P1 冲裁模设计时，为了合理地设计模具及选用设备，必须计算冲裁力。冲裁力是冲 裁过程中，模具工作部分对材料的压力。冲裁力在冲裁过程中随上模行程变化而变化， 故通常是指冲裁力的最大值。冲裁力是选用冲压设备和检验冲模强度的重要依据，冲 裁力的大小与材料性质、厚度和工件分离的轮廓长度有关。 因采用平刃模具冲裁，其理论冲裁力（N）按下式计算： PtL tk11 3 . 1 PtL tk22 3 . 1 PtL tl3 3 . 1 式中 Lt冲裁内、外周边的总长（mm） ； t材料的厚度（mm） ； 材料的抗切强度（MPa） ； Pk冲孔力，单位为 N； PL落料力，单位为 N； 电工硅钢片的剪切强度极限取l90MPa 根据计算第一工位是31.226KN，第二工位冲裁力为9.192KN，整形力19.5KN，第三工位 9.861KN，第四工位100.548KN，第五工位19.859KN，第七工位3.791KN。则： 所以冲裁力为：P=193.977(kN) 2 .压力中心的计算 计算压力中心的坐标定在第1工位的中心。从排样图可看出，图2中图形以X轴为对 称轴所以Y方向压力中心坐标为零。 设计定子、转子零件套冲的冲压工艺与模具 19 计算X方向的压力中心结果为： 100740 xX0 =一37800.9x X1+(86908+19500)x X2 +12819x X3+17200x X4 +19859x X6 X0 =1521mm 原理为力矩平衡，式中 X1. X2 X3 X4 X6为各力中心点相对原点的 X 坐标值。 3 . 卸料力、推件力、顶件力 影响卸料力、推件力和顶件力的因素很多，如材料的种类和力学性能板料厚度、 模具间隙、工件形状和尺寸、模具结构工作状态、润滑情况、搭边大小等。 板料冲裁后，由于弹性变形的恢复，落下的料径向胀大，有可能梗塞在凹模内； 冲出的孔径向收缩，有可能将凸模箍紧，为取下工件或废料需要施加相应的力。 卸料力：从凸模上将零件或废料脱下所需要的力； 推料力：从凹模内顺着冲裁方向把零件或废料推出的力； 顶件力：从凹模内逆着冲裁方向把零件或废料顶出的力。 查文献1得： P卸=k1P； P推=k2 n P； P顶=k3P 以上公式中：P冲裁力； k1卸料力系数，见文献2附表 1； k2推料力系数，见文献2附表 2； n卡在凹模内的件数； k3顶件（出）力系数，见文献2附表 2。 查文献2：k1=0.120.15， 在各工位的冲裁力中，第2工位的校平力和第8工位的单边切断力在回程时没有卸料力， 设计定子、转子零件套冲的冲压工艺与模具 20 其余冲裁力的总和作为计算卸料力的冲裁力， 查出卸料力因数K=004，则卸料力为： F=004x170.686=6.827KN 推料力：取 h=7mm，则 n=20；取 K=0.06 则推料力为： F=0.0620170.686=204.823KN 3.1.5 冲压设备的选择 冲压设备的选择是冲压工艺及模具设计中的一项重要内容。它直接关系到冲压设 备的安全使用、冲压工艺能否顺利实现和模具寿命、产品质量、生产效率、成本高低 等重要内容。冲压设备的选择原则如下： 1.压力机的吨位应当等于或大于冲裁时的总力，即 F 总压 F 2.根据模具结构选择压力机类型和行程（冲程）次数； 3.根据模具尺寸大小，安装和进出料等情况选择压力机台面尺寸，如果有推件应 考虑台面的大小，使冲后有关零件能自由通过； 4.选择压力机的闭合高度与模具是否匹配； 5.模具直径、长度尺寸是否与压力机滑块模柄孔直径、深度尺寸相当； 6.压力机的行程次数应保证有最高的生产率； 7.压力机应该使用方便安全。 查文献2（表 1-54 开式双柱可倾压力机技术规格） ，可选用的压力机技术参数如 下： 设计定子、转子零件套冲的冲压工艺与模具 21 表 3 型号 J23-40 公称压力(KN) 400 滑块行程(mm) 80 滑块行程次数(min-1) 55 最大闭合高度(mm) 330 闭合高度调节量(mm) 65 滑块中心线至床身距离(mm) 250 立柱距离(mm) 340 前后 460 工作台尺寸(mm) 左右 700 前后 250 左右 360 工作台孔尺寸(mm) 直径 320 厚度 65 垫板尺寸(mm) 直径 150 直径 50 模柄孔尺寸(mm) 深度 70 前后 360 滑块底面尺寸(mm) 左右 400 床身最大可倾角() 30 3.1.6 冲模的闭合高度 冲模的闭合高度是指滑块在下死点即模具在最低工作位置时，上模座上平面与下 模座下平面之间的距离 H。冲模的闭合高度必须为压力机的装模高度相适应。压力机的 装模高度是指滑块在下死点位置时，滑块下端面至垫板上平面的距离。当连杆调至最 短时压力机的最大装模 Hmax;当连杆调至最长时为最小装模高 Hmin。冲模的闭合高度 H 应介于压力机的最大装模高度 Hmax和最小装模高度 Hmin之间，其关系式如下： 设计定子、转子零件套冲的冲压工艺与模具 22 Hmax5Hmin10 最后算得模具的闭合高度为 240mm. H 3.2 级进模的结构与设计 3.2.1 工作零件的设计 级进模的工作零件有冲孔凸模、落料凹模。 1.冲孔凸模。在本套模具中要冲多个孔，有七个冲孔凸模。首先为了保证凸模能 够正常工作，设计的凸模都必须满足精确定位、防止拔出和防止转动三个原则。凸模 按其结构可分为标准圆凸模、凸缘式凸模、铆接式凸模、直通式凸模和镶拼式凸模五 大类。 冲 10 的孔、4 的孔、8 的孔、7 的孔这种小尺寸的圆孔所用的凸模，按 整体式设计和制造，为增强凸模的强度和刚度及避免应力集中，凸模做成过渡的阶梯 形，最大的一个阶梯（或称台肩）用来保证凸模在卸料时不被拉出。采用国家模具标 准的 B 形圆凸模，圆凸模的固定段按 m6 级制造，与固定板为基孔制过渡配合。 中间大孔形状复杂，采用直通式结构的凸模，它的截面形状沿全长是一致的， 尺寸与冲孔件尺寸配合，以适应成形磨削、线切割和电火花加工工艺。直通式凸模工 作中容易松动，甚至拔出，要选择好固定方法。此处采用螺钉吊装固定凸模，固定板 加工出通孔，按凸模实际尺寸配作成 H7/m6 配合，如下图所示。吊装螺钉的数量和尺 寸根据凸模轮廓的大小、螺孔与螺孔之间及到凸模边缘距离要求的条件下确定为四个 M12 的螺钉。 图（4）吊装螺钉 凸模的长度 L 根据模具的结构需要，考虑到有修边余量，以及模具在闭合状态下， 卸料装置推块（弹簧圈）到凸模固定板间应留有一定的安全距离，则凸模长度 L 可用 下列公式计算： L=h1+h2+h 式中 L凸模长度（mm） ； 设计定子、转子零件套冲的冲压工艺与模具 23 h1凸模固定板厚（mm） ； h2卸料板厚度（mm） ； h附加长度（mm） 。 取凸模长度 84mm。 凸模的强度在一般的情况下是足够的，可以不必做强度校验，但是在凸模特别细 长或凸模的断面尺寸很小，冲裁厚且硬的材料时，必须对凸模抗压强度和抗弯刚度进 行校验。所以此道工序中无须对凸模进行强度校验。 凸模材料均选择 Cr12，淬火硬度（热处理）HRC5862。 2.凹模型孔。 这种型孔适用于所有非圆形型孔，漏料孔是铣削制成的。 图（5）凹模型孔 小孔的型孔形式，如下图所示： 图（6）漏料孔 当 t1 时，取 h=35mm； b=0.51 mm。 这种型孔只适用于圆型孔，型孔以下扩大的漏料孔是钻孔得到的。 设计定子、转子零件套冲的冲压工艺与模具 24 3.落料凹模 凹模结构设计包括：确定凹模的外形尺寸和凹模板的厚度，选择凹模型孔侧壁的 形状，布置凹模板上型孔、螺孔的位置以及标注尺寸等。 凹模刃口类型分为直壁刃口和锥形刃口两类。 直壁刃口：强度好，刃磨后刃口尺寸不变，但每次冲压后工件会积储在刃口的 直壁部分。增加了推件力并加速了孔壁磨损。为减少直壁部分积储工件或废料，可取 直壁高度 h=48mm,下方做成筒形或 23锥形开口。直壁口适合精度要求高和形状 复杂的冲压件使用。 锥形刃口：冲压后不积储工件或废料，取件方便。但每次刃磨后尺寸要加大， 且刃口、强度低，适合精度要求不高、形状简单的冲压件。 对零件进行分析，可知宜采用直壁刃口。 凹模外形可分为圆形和长方形两种，其中长方形凹模外形的长宽已经模块化，其 厚度尺寸 H 及凹模洞口到边缘的壁厚 C 影响凹模强度，按以下方法确定： 厚度尺寸：为防止凹模受力后产生过大弯曲变形，凹模应有足够的厚度，常按 以下的经验公式计算： H=（0.20.6）B（mm） 式中： H凹模厚度（mm） ； B凹模孔口最大尺寸； 取 H=25mm。 模壁厚度 C：影响凹模强度。可取 C=（1.52）H 或按标准数据选取。 因为落料件为圆形件，故采用圆形凹模板，这样可使整体模具体积减小，重量减 轻，尺寸为 180mm，从连接螺钉旋入深度与凹模刚度考虑，整体模板的厚度可按如下 经验公式计算： H=k1k2 3 1 . 0 F 式中 F冲裁力（N） ； k1凹模材料修边系数，合金取 k1=1，碳素工具钢取 k1=1.3； k2凹模刃口周边长度修正系数，查文献9表 218 得 k2=1.37； 设计定子、转子零件套冲的冲压工艺与模具 25 图（7） 计算出的凹模板厚度规格化后， 采用全直壁型孔，如图（7）所示，它 适用于凹模型孔内带反顶料板的落料模 和复合模。 凹模板用螺钉与上模座固定，并用销钉与之定位，从保证凹模强度考虑，对这些孔到 凹模板边缘与刃口边缘以及这些孔之间的最小距离，应加以限制。 根据文献9及其中表 219 和表 220，确定选用 4 个 16 的螺钉和 4 个 12n6 的销钉相间均布在凹模板上。 凹模材料选择 Cr12，淬火硬度（热处理）HRC58 62。 4. 对于复杂的凹模型孔采用镶拼件 (1) 定子片槽型凹模拼块 4,其中 1 件加工带有定位销孔。 (2) 转子片槽型凹模拼块 5 件,其中 1 件加工带有定位销孔。 (3) 定、转子片槽型凹模固定板各 1 件,并在其相应位置上加工定位销孔。 (4) 定、转子片槽型凹模内固定芯轴各 1 件。槽型凹模拼块定位销各 1 件。 (5)槽形凹模拼块的精度、拼块之间的过盈量、与相关件的过盈量等技术参数很关 键。每道工序必须做到精工细作,并进行优化组装,同时需反复进行研磨、试装、再研磨、 再试装,直到最后组装达到精度及质量要求。组装后的拼块与拼块之间,必须控制适当的 过盈量来保证,拼块之间不允许出现影响使用性能的拼块拼缝。 (6) 槽形凹模拼块的刃口斜度一般取 6,凸模的起始冲裁单边间隙取硅钢片料厚的 6 %。 (7) 硬质合金材料拼块的研磨,采用金刚石研磨膏,其系列为 W40、W20、W14、W10、W7、W5、W1 等。一般用 W10 进行半精研,用 W5 进行精 研,研磨后表面粗糙度为 Ra = 0. 01m 以下。 设计定子、转子零件套冲的冲压工艺与模具 26 3.2.2 定位零件的设计 冲模定位零件（装置）的作用是保证坯料的正确送进及使工作零件处于正确的位 置，这称作坯料的定位或导向。使用条料时，应使条料在送进方向定位，以保证送料 步距，通常称作挡料，使用的定位零件有挡料销、侧刃等；在垂直于送料方向上的定 位，称作送进导向，使用的定位零件有导料板、导料销、导正销等。 1、导正销主要用于多工位的连续模上面，用以校正侧刃或定位销的定位误差，提 高送料的布距精度。根据本次设计的模具结构，导正销象凸模一样安装在凸模固定板 上面，在凹模相应部位开出让位孔，通过 条料上的导正孔对条料进行到正定位。导正 销与自动送料装置配合使用；导正销由导入、定位和连接三部分组成。采用过盈配合。 图（8） 2、导料销（定位钉）：当以内孔定位时，其结构形式与定位孔的尺寸大小有关。 导料销的材料一般为：T7 或 T8，热处理 HRC4552。表面粗糙度 Ra1.6以下，压m 入部分配合为 H7/s6。 3、挡料销：挡料销是用来限制条料送进步距的零件，根据结构特征，挡料销分为 固定式和活动式两类。本模具中采用如图（7）所示的活动挡料销。冲裁时随凹模下行 而压入孔中，用圆柱螺旋弹簧弹顶挡料销复位。 设计定子、转子零件套冲的冲压工艺与模具 27 图（9） 挡料销的材料为 45，热处理 HRC4054 3.2.3 卸料与推（顶）料装置的设计 1.推（顶）件装置 推（顶）件装置用来将冲裁后因弹性变形恢复而卡在凸模上或凹模型孔内的工件 或废料脱卸下来，为了保证冲裁过程能连续、顺利地进行，必须在模具上设置卸料与 推件装置。在模具中要使用推（顶）件装置。将冲出的工件或废料从下模的凹模型孔 内向上顶出使用的装置称顶件装置，将冲出的工件或废料从下模的凹模型孔内向上 顶出使用的装置称顶件装置；从上模的凹模型孔内向下推出使用的装置称推件装置。 刚性推件装置推件可靠，可以将工件稳当地推出凹模。但是在冲裁时候，刚性推件 装置对工件不起压平作用。根据生产经验，用刚性推件装置可以保证定转子片所有 尺寸精度，又考虑到刚性推件装置结构紧凑，维护方便，这套模具采用刚性推件装 置。 2. 卸料装置 在冲裁时候条料会卡在冲孔凸模外缘，因此在上模装卸料装置，选择在卸料板与 凸模固定板之间装设四组碟形弹簧作为弹性卸料组件，卸料板采用 45 钢，经过热处理 硬度为: 43 - 48HRC 左右,卸料板上装有导向板起精密导向和卸料作用，卸料厚度为 20mm。卸料板型孔与凸模采用间隙配合。卸料螺钉的设置形式有两种基本形式：67 hH 一种是沉孔形，一种是通孔形。沉孔形螺钉需要加工出沉孔，而且必须使全部沉孔的 深度相等，以保证卸料板工作平面与模座底平面平行。本结构中卸料螺钉的设置形式 如图（14）所示，下模座需加工沉孔，并且必须使全部沉孔深度 h1都相等，以保证卸 料板工作平面与模座底平面平行。螺钉螺纹长度虽短但是在光杆段有台阶，可保证旋 入弹压卸料板后不易松动；螺纹长度是指光杆段长度，且有公差要求，便于保证弹压 卸料板工作平面与凹模平行。螺钉材料为 45 号钢且要求热处理硬度为 HRC3540， 以便保证螺钉有足够的强度，能够承受卸料过程中反复作用的拉应力。普通螺钉不具 设计定子、转子零件套冲的冲压工艺与模具 28 备上述特点。因此应选用标准卸料螺钉。 所以卸料螺钉的长度为： L=h2+h3+H0(mm) 式中 h2模座沉孔处实体厚度（mm） 。对于铸铁模座 h2d；对于钢板模座， h23/4d，d 为卸料螺钉的公称直径； h3固定板厚度（mm） ； H0弹压前弹压元件的高度； 下模座沉孔深度 h1按下式计算： h1=h+hx+hm+(35)(mm) 式中 h螺钉头部高度（mm） ； hx卸料板工作行程（mm） ，一般取 hx =t+1，t 为板料厚度； hm凸模预计总刃磨量，hm =410mm，板料厚度大时，取大值。 查文献2表 226 圆柱头内六角卸料螺钉尺寸（mm）可列表如下： 表 4 材料45 钢 热处理硬度 HRC3540 d14 L75 d1M12 10 D18 H7 d27.8 根据模具结构可以选择碟形弹簧，它具有以下特点：小变形承受大负荷，以及结 构紧凑的优点，安装采用对合式。前面已经算出卸料力为 6.827KN，冲模工作行程为 7mm，所以选择 4 组碟形弹簧：从表中选择出来的碟形弹簧参数为： 参 数D dh0h 尺 寸45mm,1.25mm22.4mm1.6mm2.85mm 3.2.4 导向装置的设计 设计定子、转子零件套冲的冲压工艺与模具 29 由于工件精度要求高，而且材料薄，模具间隙小，故采用四导柱式高精度模架。 选择圆柱型导柱和的导套加工容易，装配简单，滑动导向刚度大，精度高，稳定性好， 是冷冲模应用最广泛的导向装置。本次模具的采用 35 的导柱和 50 的导套。装入 模具的每一对导柱和导套采用过盈配合压入下.上模座的安装孔内。装配后导柱67 rH 与上下模座平面的垂直度误差为0.005/100mm。平行度误差为0.003/100mm。导柱， 导套材料均为 20 钢，表面渗碳处理 58-62HRC。表面粗糙度为 Ra 0.1-0.05m。导柱 和导套之间采用间隙配合，其配合精度有 H6/h5 和 H7/h6 良种，根据结构本次导柱和 导套采用 H6/h5 配合。为了避免因调整不当是压力机滑块与导柱相撞，在模具闭合状 态下应该使导柱长度符合下列条件：上模座的上平面与导柱上端面的距离应大于 12mm 左右，下模座的下平面与导柱下端面的距离应大于 2-3mm。导套上端面与上模 座的上平面的距离应该大于 3mm，用以排气和出油。 图（10）导套 导柱 查文献2表 242 滑动导柱型式和尺寸,如表 5： 设计定子、转子零件套冲的冲压工艺与模具 30 表（5） 材料20 钢20 钢 热处理渗碳深度 0.81.2 硬度 HRC5862 渗碳深度 0.81.2 硬度 HRC5862 型号B 型B 型 基本尺寸 d 35mm38mm 极限偏差 0 +0.034 0 -0.016 长度 L（mm） 210210 查文献2表 243 滑动导套型式和尺寸，如表 6 所示： 表（6） 材料20 钢20 钢 热处理 渗碳深度 0.81.2 硬度 HRC5862 渗碳深度 0.81.2 硬度 HRC5862 型号B 型B