定子冲片冲压工艺及模具设计

定子冲片冲压工艺及模具设计摘要：本文制定了定子冲片工艺过程以及完成了其整套模具设计。论文首先介绍了选题的根据、目的、意义和目前国内外的发展状况，然后进行了必要的工艺分析和工艺计算，选取了压力机的类型及具体参数，完成了模具总体结构的设计，最后利用软件绘制了模具装配图。论文结尾对本次设计的一系列过程进行了总结概括，也在此基础上提出了些许改进的意见。关键词：定子冲片、复合模、冲压工艺、装配。ITheStampingProcessAndMoldDesignofStatorTeethAbstract：Thisarticleformulatestheprocessofthepunchingstatorandcompletesthewholesetofthemolddesign.Firstly,thepaperintroducesthebasis,purpose,meaningandthedevelopmentstatusathomeandabroadoftheselectedtopic,andthenmakesthenecessaryprocessanalysisandcalculation,next,itselectsthetypeofpressandthespecificparametersandcompletesthemoldsoverallstructuredesigning,atlast,itfinishestheassemblydrawingusingsoftware.Thepapersummarizestheseriesprocessofthedesignattheend,andraisessomeimprovementopinionbasedonthis.Keywords:Statorlamination、Compounddie、Stamping、Assemblyprocess.II目录1前言.11.1国内外的发展状况.11.2研究的目的及意义.21.3主要的工作内容.22工艺设计.32.1工艺分析.32.1.1零件的分析.32.1.2材料的分析.42.2制定冲压件工艺方案.42.2.1方案的拟定.42.2.2方案的分析.42.3模具结构形式.42.3.1模具类型的选择.42.3.2操作与定位方式.42.3.3卸料及出件方式.42.3.4确定送料方式及导向方式.63冲裁间隙的选择.74工艺计算.84.1排样以及裁板.84.1.1确定导向方式.84.1.2确定搭边值.84.1.3确定具体裁板.84.1.4确定步距和条料宽度.84.1.5计算材料利用率.84.2冲压力计算.94.2.1冲裁力.94.2.2卸料力、推件力、顶件力的计算.94.2.3总冲裁力的计算.10III4.3填写工艺过程卡片.114.4选择压力机型号.124.5压力中心的确定.124.6凸、凹模工作部分尺寸及制造公差的确定.124.6.1分开加工法和配合加工法的比较.124.6.2确定加工方法.124.6.3确定模具制造精度和磨损系数.134.6.4工作部分刃口尺寸计算.135复合模设计.165.1模具的结构设计.165.1.1外形落料凹模设计.165.1.2冲小孔凸模设计.175.1.3凸凹模的设计.195.1.4凸、凹模装配图.205.2定位零件的设计.215.2.1固定档料销.215.2.2导料销.215.3定位零件装配图.215.4固定板的选用.225.5垫板的选用.225.6模架的选用.235.6.1对模架的基本要求.235.6.2模架形式.235.6.3导柱与导套的设计.245.6.4模柄的选用.245.7标准件的选用.246模具材料的选用.267安装与配合.278模具总装配图.289总结.31IV参考文献.32符号说明.34致谢.3501前言1.1国内外的发展状况近年来，国民经济不断飞跃，中国模具工业的需求量也随之不断增长。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,它在很大程度上决定企业的生存空间1。在激烈的竞争中模具的生产技术及规模也不断提高2。中国的模具行业在精度、工作效率、模具寿命等等方面与国外的先进水平还存在很大差异。具体如下：（1）冲压模具CAD/CAE/CAM开发手段目前还不够高，技术还不够先进，距离独立生产制造而不借鉴采纳已有技术还有好长的一段路要走。在CAE进行模具设计与分析计算发面也才发展起来不久。在采用CAM来完成模具制造方面，缺乏合适的制造设备和工艺设备。（2）精密加工设备尚未达到所需要求的数量，工艺设备落伍,直接影响国产模具质量的进步。随着现代工业的飞速发展，我们对模具的需求量也在不断地加大，这是一个不可避免的趋势。但是,我国模具工业现有生产能力只能满足需求量的60%左右,大部分模具厂的模具加工设备陈旧,在役期长、精度差、效率低,还不能适应国民经济发展的需要。（3）生产冲压模具的专用技术还在发展之中，大多数仍然还处于实验探索阶段。如模具的表面涂层和热处理技术。一些关键的技术缺乏技术产权的保护3。国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度4。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点5。国外，特别是欧美和日韩等发达地区的模具工业起步较早，拥有比较先进的生产管理技术及经验，值得我们国内模具行业学习和借鉴6。计算机和网络的发展正使CAD/CAE/CAM技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能7。11.2研究的目的及意义以定子冲片为设计课题，锻炼我们熟练使用AutoCAD绘图软件的能力，使我们在模具设计，模具选材，模具成型工艺分析，以及文献检索方面获得综合训练和提高，为以后工作奠定较扎实的基础。以所学专业知识为基础，以实用为目的，通过对定子冲片冲压工艺的分析及相关参数的计算，进一步使用AutoCAD绘图软件绘制模具的总装图及零件图，总结出并熟练掌握模具设计的规律和方法。1.3主要的工作内容1、熟悉定子冲片的工作状况和设计要求，对其结构形状进行分析，得出总体方案。2、设计排样图和进行必要的工艺计算，包括裁板、送料步距、条料宽度、材料利用率，冲裁力等等，确定压力中心。3、选择冲压设备，确定凸模、凹模工作部分尺寸及制造公差，完成工作零件的设计以及标准件的选择。4、完成并检查定子冲片冲压工艺及模具设计的装配图以及完成论文的修改。22工艺设计2.1工艺分析2.1.1零件的分析1定子冲片要求表面光滑平整，制件料厚0.5mm；2试冲时，毛刺高度小于0.03mm；生产时，毛刺高度小于等于0.1mm；3精度要求IT8IT9，Ra为0.80.4m；4零件较薄且槽的间隙较小，冲裁过程中容易变形。据此阐明，该设计可以通过高精度的冲裁模得以实现。零件图如图1.1所示：图1.1零件图2.1.2材料的分析冲压材料为0.5mm的硅钢片，硅钢是一种合硅的钢，其含硅量为0.84.8。采用硅钢做定子冲片依据是硅钢本身的物理性能，硅钢是一种导磁能力很强的磁性物质，而且硅钢片表面光滑平整，厚薄均匀，所以硅钢片是冲压电机定子冲片的绝佳材料。32.2制定冲压件工艺方案2.2.1方案的拟定方案一：冲孔、冲槽及落料的连续模；方案二：冲孔、落料先复合，再冲槽；方案三：冲孔、冲槽及落料的一次复合冲裁。2.2.2方案的分析表2-1三种模具类型的比较单工序模模具种类比较项目无导向有导向级进模复合模零件公差等级低一般可达IT13IT10级可达IT10IT8级特点尺寸不受限制，厚度不受控制中小型，尺寸厚度较厚可加工复杂零件形状与尺寸受限制零件平面度低一般高质量制作较平制作平直度生产效率低较低自动送料，生产效率高生产效率低安全性不安全安全不安全模具制造工作量和成本低比无导向的稍高冲裁件简单时，比复合模低冲裁件复杂时，比级进模低适用场合精度要求低的小批量冲裁件的生产大批量小型冲裁件的生产精度要求较高的中小型制件的大批量生产多排冲样法的应用不采用很少采用冲件尺寸小时应用较多很少采用由表2-1分析可得：采用方案一：生产效率高，工件尺寸精度较高，但模具制造成本高，制件平整度一般。4采用方案二：生产率低，工件尺寸的积累误差使得冲裁件质量偏低。采用方案三：生产效率较高，表面粗糙度较小，平面度高以及冲压精度高，是技术和经济上都较为合理的冲压方案，故该零件的生产采用冲孔、冲槽及落料的一次复合冲裁。2.3模具结构形式2.3.1模具类型的选择由冲压件的复杂程度、精度和批量要求以及通过比较复合模和级进模的优缺点可知，该设计采用复合模来完成。2.3.2操作与定位方式1、操作方式：零件的生产批量较大且为带料，最好采用自动送料方式，冲床行程次数利用率8090，这样就可以提高冲压生产率，而且保证生产安全，防止工伤事故。2、定位方式：因为该设计冲裁使用的是条料，兼顾操作的可行性以及经济因素，控制条料送料方向采用导料销，送料时可以靠着挡料销一侧导向送进，控制送料步距采用圆形固定挡料销。2.3.3卸料及出件方式1、卸料方式：因为原料为板料且工件较平，料厚只有0.5mm，小于1.5mm，且模具类型为复合模，所以选用弹性卸料装置更为合适。而且弹性卸料装置有压料作用，冲出来的零件平整度更高，由于装置中有弹性元件，冲裁过程中能够保护工件不被损坏。弹性卸料板设计为直径200mm的圆形，厚度10mm，安装在橡胶和板料之间。2、出件方式：5生产中采用上出件方式，上模推件，下模顶件。上模推件装置包括打杆、推件板、连接推杆以及推件块。打杆装在模柄的中心小孔内，推板装在上模座的孔内，连接推杆用六角螺钉和推件块连接到一起，推件块与周围的24个槽型相切。下模顶件装置主要为弹顶器，通过拉杆和托杆的作用能够有效的进行出件。2.3.4确定送料方式以及导向方式因为材料为带料所以采用横向送料方式。根据零件的整体尺寸及精度要求，选用后侧双导柱模架，可从横纵方向送料。标准型号为200125175205IGB/*2851.3-1990。其中：200125-凹模周界LB（mm）；175205-模架允许使用闭合高度的范围（mm）；I-模架的精度等级；GB/*2851.3-1990-滑动导向后侧导柱模架。63冲裁间隙的选择冲裁间隙指凹模与凸模刃口部分在垂直冲裁力方向的投影尺寸之差。确定冲裁间隙时选用经验确定法。因为制件的技术要求较高，剪切面质量、尺寸精度要求高，根据冲压模具设计与制造技术表3-6确定拟采用I类间隙。板料为0.5mm的硅钢片，根据冲压模具设计与制造技术表3-5查得间隙系数m=510t，计算后选用m=0.05。根据公式C=mt有，C=0.025mm。所以，最终冲裁间隙定为0.025mm。按照这个间隙，冲出得定子冲片毛刺一定能控制在规定范围内，保证了冲片的尺寸精度，同时保证了模具的寿命。74工艺计算4.1排样以及裁板4.1.1确定排样方式工件最大外形尺寸为110mm110mm，排样方法采用有废料排样法，即冲裁件与冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间都有工艺余料的排样法。4.1.2确定搭边值以及裁板根据冷冲模设计查表3-10有，工件最小搭边值为a=1.2mm，a1=1.5mm，根据冷冲压工艺手册表2.11可知，0.5mm的硅钢片最小搭边宽度为1.53mm，在实际设计中取搭边值a=2mm，a1=1.5mm。选用板料的规格为900mm1800mm0.5mm，采用纵裁将板料剪切为900mm114mm的条料。4.1.3确定步距和条料宽度1送料步距：A=D+a=110mm+2mm=112mmD-平行于送料方向的冲裁件宽度a-冲裁件之间的搭边值2条料宽度：根据简明冲压工艺手册表6-9可知，导板与条料间最小间隙Z=0.5mm。查表6-7可知无侧压板的冲压时，B=（D+2a1+Z）0-=（110+21.5+0.5）0-0.5mm=113.50-0.5mm。式中：a1-侧搭边；Z-导板与条料间最小间隙；-条料宽度单向偏差。4.1.4计算材料利用率81条料数：n1=1800/114=15（条）；2每条冲裁件数：n2=900/112=8（件）；3每板冲裁件数：n3=n1n2=120（件）；4冲片面积：S=（58.52-352）-24127=6903mm25材料利用率：=（1206903/9001800）100%=51%排样图如图4.1所示：图4.1排样图4.2冲压力计算冲裁的基本工序为冲孔、落料以及冲槽的一次复合冲裁，冲裁方式为弹压卸料逆出件。4.2.1冲裁力查冷冲压工艺手册表2.21得：硅钢片抗拉强度230MPab落料力：P1=Lt=1170.5230N=42271Nb冲内孔及24槽力：P2=Lt=（70+2442）0.5230N=141209N冲小孔力：P3=Lt=80.5230N=2890Nb4.2.2卸料力、推件力、顶件力的计算9表4-1卸料力、推件力、顶件力系数由表4-1得：卸料力系数K卸=0.0450.055，取K卸=0.05代入计算。卸料力：P卸=K卸P1=0.0542271N=2113.55N由表4-1得：推件力系数K推=0.065。推件力：P推=K推（P1+P2）=0.065（42271+141209）N=11926N由表4-1得：顶件力系数K顶=0.08。顶件力：P顶=K顶（P1+P2）=0.08（42271+141209）N=14678N4.2.3总冲裁力的计算拟采用弹性卸料装置和上出件方式，所以冲裁时总冲裁力为：总冲裁力：P总=P1+P2+P3+P顶+P顶=42271N+141209N+2890N+2113.55N203.16KN料厚m/tXKTKD钢0.10.0650.0750.10.140.10.50.0450.0550.0650.080.52.50.040.050.0550.062.56.50.030.040.0450.056.50.020.030.0250.03铅、铝合金0.0250.080.030.07纯铜、黄铜0.020.060.030.09104.3填写工艺过程卡片11工序标记工步t=0.5m硅钢材料名称规格处数（车间名称）（工厂名称）毛坯尺寸文件号签字单件条料检验根据工件图，按点击零部件检查，进行分批抽查冲压校装模具落料检验（1）无缺口（2）毛刺高度（3）首检3件以上，每两小时抽查一次备料检查材料（1）厚度（2）表面质量剪切检验（按工艺要求）工序或工步内容日期11111111.5mm90mm加工草图冲压工艺卡编制J23-63剪板机Q11-31200设备材料利用率51%材料利用情况标记零件名称零件代号校对复合模工具每台件数产品型号审核025千分尺0125游标卡尺025千分尺0125游标卡尺0125游标卡尺量具200片XD型定子冲片备注共一页文件代号年月日实施日期定额第一页124.4选择压力机型号根据总冲裁力，查曲柄压力机，可选公称压力为250KN的闭式双点压力机，型号JB1647-77.具体参数如下：公称压力：Pg=250KN；公称压力行程：Sp=13mm；滑块行程：S=400mm；滑块行程次数：n=18次/min；最大装模高度：H1=700mm；装模高度调节量：H1=315mm；导轨间距离：A=2430mm；滑块底面前后尺寸:B1=1150mm；工作台尺寸：2350mm1250mm；4.5压力中心的确定零件上方有一个直径为5mm的小圆弧，由于该小圆弧相对于整个零件而言是很小的一部分且压力中心即冲裁合力的作用点可以有一定的误差，所以这一小段圆弧在计算时可以忽略不计。此时，零件就是一个中心对称图形，压力中心位于工件的几何中心。4.6凸、凹模工作部分尺寸及制造公差的确定4.6.1分开加工法和配合加工法的比较分开加工法，指分别规定凸模和凹模的公差与尺寸。这种加工方法具有互换性，制造周期短，但最小间隙Zmin不易保证且要求有较高的制造精度。配合加工法，最小间隙Zmin易保证，可放大先加工零件的制造公差，其公差不受间隙的条件约束，无互换性，制造周期长。134.6.2确定加工方法由实用模具设计与制造表2-6查得，Zmin=0.03mm，Zmax=0.04mm，Zmax-Zmin=0.01mm.由冷冲模设计表3-6查得，凸模和凹模制造偏差为：外形落料时，+0.035mm，-0.025mm。|+|=0.06mm0.01mm，凹凸凹凸不满足分别加工条件，所以，加工时采用配合加工法。4.6.3确定模具制造精度和磨损系数表4-1系数x非圆形圆形10.750.50.750.5材料的厚度/mm工件公差/mm40.300.310.590.60p卸弹顶器压力p弹顶=Fp3=（602-102）1.52N=16704.8Np顶由上面计算可知，橡胶的卸料力与顶件力均满足工艺要求。（4）模座的选用：上模座选用规格为GB855.5-81大小25020045，下模座选用规格为GB855.5-81大小25020045，材料HT20-40。276模具材料的选用对模具的材料进行一些补充说明，包括零件的材料和热处理硬度，具体如表6-1所示。表6-1冲模零件的材料及热处理硬度零件名称材料热处理硬度HRC凸模凹模硅钢板冲裁Cr12MoV、CT35、GY15、GY206062666861636668上、下模座HT20-40调质2832普通模柄A34348导柱、导套（滑动）20（渗碳淬火）5662固定板、卸料板、推件板454348垫板（一般）454348顶杆、连接推杆打杆45CrWMn40455660挡料销、导料销45（淬火）4348销钉45（淬火）2838螺钉45（头部淬火）3540287安装与配合对模具的安装和配合进行一些补充说明，具体如表7-1所示。表7-1冲模零件尺寸要求零件名称配合要求导柱与下模座H7/r6导套与上模座H7/r6导柱与导套H7/f7模柄与上模板H9/h8凸模与凸模固定版H7/m6固定挡料销与凹模H7/m6螺钉与螺杆孔单边间隙（0.51）mm卸料板与凸凹模单边间隙（0.10.5）mm打杆与模柄单边间隙（0.51）mm298模具装配总图图7.1模具总装配图30图7.2装配图主视图31图7.3装配图俯视图329总结毕业设计是大学学习生涯中十分重要的一个环节，它是我们毕业前最重要的一项作业。这几个月从开题报告到中期答辩，再到毕业论文的撰写，使我的学习能力提高了许多，对模具的认识上升到一个新的高度。在校期间，虽然做过几次课程设计，但大多在参考其他设计的基础上完成的，像毕业设计这样的重要作业却需要我们在查阅相关书籍的基础上独立完成。在设计方面我们缺乏经验，同时理论知识也有所欠缺，因此，在设计中遇到问题是在所难免。这时，我们往往需要勤去图书馆查找资料和通过请教老师来解决难题，避免在设计中一步错步步错。课程设计将我们在校期间学过的多门课程有机地融合到了一起，如冷冲模设计、互换性与测量技术等等。在完成毕业设计的这几个月中，我受益匪浅，学会了如何认识以及分析一个新的课题，在资料检索方面的训练为我以后的工作奠定了扎实可靠的基础，同时运用AutoCAD绘图的能力得到了进一步提高。这次毕业设计让我具备了一个设计人员应有的素质，对以后继续学习这方面的知识以及从事相关工作增添了信心。33参考文献1陈旭娟.浅析冲压模具制造技术现状及发展趋势J.内蒙古科技与经济，2005,(17).2刘胜国.我国冲压模具技术的现状与发展J.黄石理工学院学报,2007（01）3李勇.新一代冲压技术及设备J.机床与液压,1997,(03).4万良辉，韩立业.基于AUTOCAD的二维和三维冲压模具标准件库的开发J.模具技术，21001-4934（2004）05-0003-04.5李奇涵，李衡.基于CATIAV5的冲压模具参数化设计和应用J.制造业信息化，1002-2333(2010)01-0066-01.6纪莲清，谢欢.基于PRO/E冲压模具参数化设计系统J.锻压技术，1000-3940（2007）03-0123-04.7陈旭娟.浅析发展现状及发展趋势J.内蒙古科技与经济,107-6921(2005)17-0115.8丁聚松.冷冲模设计M.北京：机械工业出版社，2001.109陈炎嗣，郭景仪.冲压模具设计与制造技术M.北京：北京出版社，199110杨浦全，张世琴.简明冷冲压工手册M.北京：机械工业出版社，2000.411梁炳文.冷冲压工艺手册M.北京航空航天大学出版社，2004.312许发樾.实用模具设计与制造M.北京：机械工业出版社，2004.413何德誉.曲柄压力机M.北京：机械工业出版社，1987.43414张成爱.我国模具技术与市场浅析J.湖南冶金,1996.（3）.15徐秀娟.互换性与测量技术M.北京：北京理工大学出版社，2009.116刘小年.机械制图M.北京：机械工业出版社，200535符号说明代号意义单位代号意义单位36RamCaa1ADBZn1n2n3SbP1P2P3K卸K推K顶P卸P推P顶P总凹凸粗糙度间隙系数间隙冲裁剪之间搭边值侧搭边值送料步距送料方向冲裁件宽度条料宽度导板与条料间最小间隙条料宽度