电机转子铁芯冲压级进模设计【说明书+CAD+SOLIDWORKS】
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外文资料翻译系 别 专 业 班 级 姓 名 学 号 外文出处 附 件 1. 原文； 2. 译文 2011年3月热冲压模具冷却系统的设计摘要：热冲压和高强度钢材在汽车行业正越来越受欢迎。热冲压是通过加热和按下推进器水冷工具来实现钢板高强度的一种工艺，冷却系统对该工艺的影响很大。本文提出了一种对冷却管道系统进行优化的设计过程,介绍一种在冷却系统上进行有限元分析与一个特定的进化算法的优化程序。通过对每个单独程序组件进行了优化设计,然后让热冲压工艺和thermo-mechanically热模拟相结合的优化方案。关键词:热冲压、有限元法(FEM),优化1概述近年来,在不降低安全标准的前提下减轻重量已成为汽车工业的研究重点。热冲压、高强度钢对此提供了可能性,不但降低重量而且提高了乘车的安全系数。为了达到高强度，利用热冲压将高强度钢加热奥氏体温度范围，然后对其进行迅速冷却，马氏体转变发生。在热冲压工艺中,工件的温度必须保持在200C以上，实现高强度。到目前为止,很少有对冷却系统进行研究的热冲压模具。本文介绍了一种系统化的设计方法,热冲压工具与冷却系统达到最佳而快速。在这个例子中,冷却系统进行了优化帮助进行有限元分析与一个特定的进化算法，随后一系列的热成形过程的数值thermo-mechanically热模拟以及观察传热和冷却速率来优化冷却系统，在高温的冲压工刀具运动需要的时间相对整个过程的时间较短。因此,热冲压过程必须有足够的工具、合理的准确性计算与短时间的快速设计。模具的冷却系统分析了包括这项议案的一项形成过程是很有必要的,可以提高预测精度。在本文中，第2章介绍了一辆汽车和其相应的热冲压原件，第3章中介绍了优化有限元分析的程序及进化算法。随后,结果通过热分析与热、光的优化为热冲压模具设计提供了科学依据。2热冲压模具的冷却2.1动机提高了工艺流程的经济性和优化了成形零件的特点、热冲压才能达到设计最佳状况。因此,本研究的主要目的是优化设计一种在经济冷却系统热冲压工具才能获得有效的冷却速率的工具。到目前为止,只有很少数的人进行了有关冷却系统在热冲压工具的应用。因此,先进的设计方法配以适当的仿真模型完成要求的优化调查，达到工具和产品的快速完成和尽可能的精确。2.2热冲压和模具冷却的工艺特点在直接热成形工艺中,quenchable boronmanganese合金钢热冲压和模具冷却是常用。同时,热冲压和模具冷却是其中的一个具有代表意义的材料超高强度钢。因此,在此研究中,热冲压和模具冷却的铝预表(阿塞洛USIBOR)被认为是空白的材料。材料热冲压和模具冷却的拉伸强度600MPa在临界状态,材料的拉伸强度通过热冲压工艺显著增加。更高的抗拉强度达到了热冲压工艺是通过快速冷却至少27的速度C / s2。作为在奥氏体冷却淬火过程非常快马氏体相变将发生。该微结构提供与马氏体与硬化的最终产品较高的抗拉强度达到1500兆帕。2.3工具组件和检验原型的组成及其热冲压工具运动学是如图1所示,最初的空白，该试验的一部分,在图2。最初的空白的430mm尺寸x 1.75mm x 170mm和抽签仪式提出了一种深度的检验的一部分是30毫米。2.4冲压模具冷却系统该工具设计必须考虑能够达到的最大的降温速率和热冲压零件的温度分布均匀性。因此,冷却系统需要被整合到工具。这冷却系统冷却管靠近工具轮廓目前认为是一种有效的解决方案。然而,冷却管的几何形状限制因在钻井和约束也应放置导管尽可能在尽可能的靠近但足以有效的冷却远离工具轮廓,以避免任何塑性变形在热成形工艺的工具。保证满意绘制部分的特点,整个活跃部位，该工具(冲压、模具、压边及解决冲床)需要设计冷却充分。3冷却系统的设计3.1优化的进化算法图3为每个工具的优化程序。为优化程序设计的冷却系统呈现在图3。在这个过程中,冷却在每个通道可优化工具通过具体的进化算法(EA),这是在发达的ISF(Institut Fertigung皮毛Spannende多特蒙德,大学德国),为优化注塑工具适用于设计和冷却系统在热冲压件工具3、4。作为约束条件进行优化,可得到的大小的连接器和插座,最低的墙以及nonintersection厚度的钻孔因素也被考虑在内。反推最小距离冷却风管和卸之间/装载工具轮廓(a / x)和最小距离冷却管(s)通过有限元分析确定。参数的冷却系统如通道的数量(一根链条上的序贯孔),钻孔每通道和直径的孔洞每个工具组件也提供作为神经网络的输入参数的优化。这些输入参数可从现有的设计通过有限元模拟指南或。基于输入初始解生成随机参数通过EA或手动,由用户。从初始解,EA创造新的解决方案经过重组的电流修改他们的解决方案和随机的。定义了随后被用于约束的校正生成的解决方案和消除作废的解决方案。所有的生成方案最优标准等进行有效的冷却率和均匀冷却。最后,最好的解决办法为优化冷却通道选择对选定的工具组件3.2冷却通道的优化在我们的研究,选定的管的直径对8毫米和12mm 8毫米,12mm冲床、毫米到16毫米之间死亡,8毫米和10毫米反凸模和8毫米为空白持有人。EA是用于储放冷却通道根据给定的输入翻案和约束条件每个工具组件。优化后的型材的8毫米直径的渠道,为管道在图4。4最佳冷却系统的评价冷却通道的渠道设计产生EA每个工具组件以不同的孔直径和其冷却性能进行了评估,采用铁模拟。4.1热学分析在设计和开发阶段的热冲压件工具,这是很重要的,估计热冲压工艺定性和定量地在很短的时间经济制造的工具。为了这个目的,两个瞬态热模拟的基础上进行利用ABAQUS /标准,一个隐式方法。在这个分析1.2379曾被选为钢的刀具材料。这仿真模型包含4工具组件:冲床,死亡,压边和反拳。如表1所,选择与优化组合的零件冷却通道的方法。V1是这种变体组合优化工具和小冷却风管直径大,而变种冷却风管。V2直径。表1:设计工具的组合进行有限元分析。摘要为了代表一系列生产流程,一个循环数的热冲压的过程模拟为一个周期传热分析。图5的表明有限元模型包括边界conditionsFigure 5:有限元模型和边界条件。这种热成形工艺的部分的样机这样的设计周期时间是30秒。在一个周期内,冲压运动的形成需要3秒,这种工具关闭了17秒的空白,它可以使淬火另一个10秒开发工具和定位的下一步空白的工具。然而,在这种热分析运动和变形工具坯料的却没有考虑到减少了计算量。因此,只有进行了传热分析是在一个封闭的工具。在热分析、淬火过程耗时的地方2017秒秒来代替,因为运动冲压不考虑。假定空白有一个最初的稳态温度(Tb,0C)由于850从950C冷却免费在转运环境。最初的工具的温度(Tt,0)假设为20C在第一个周期和变化周期周期。冷却介质的温度(Tc)假设为室温。边界的旁边条件、材料性能的热冲压和模具冷却的工艺要求从热拉伸试验,获得了LFT举办(Lehrstuhl皮毛Fertigungstechnologie,大学Erlangen-Nurnberg、德国),和他在一起共同研究在热冲压被带领2。在分析中,对流从空白和工具的环境(他),办理在每一个工具,对流从工具融入到冷却通道(hc)和传热热空白是considered. c)工具(Here,c,是the(CHTC接触传热系数),描述了热通量的数量从毛坯到工具。这通常取决于系数之间的差距的工具和d空白和接触压力p .它增加通常是作为接触压力的增加而增加。然而,在热分析了CHTC压力是无效的,依赖但是差距是使用相关系数。CHTC是假设为5000WC / m2在零距离之间的空白和工具(缺口)和保持常数,直到差距的增加而增加超越批判价值。4.2 机械分析仿真与传统热成形是不同的板料成形过程模拟,其中的分布规律在温度或压力的工具被忽视。为快速又简单的方法去分析热成形工艺的工具与空白被建成有壳单元在其他的研究5,6。在这些研究中,研究温度可能是分布式沿厚度的壳元素和用户自定义函数的温度,但这件工具是内温度不考虑。同时,在仿真模型的加热,在一系列的工具热冲压过程不被考虑。此外,壳模型,对接触热的问题只是足够于相对较短的接触时间6。因此,我们在研究工具和空白与体积元模拟仿制的顺序的在一系列的传热过程。热力的进行仿真是ABAQUS /显性。在热分析、比较,整个形成和淬火工艺是仿制,而动态温度和应力响应的工具进行了模拟接触热利用空白time-temperature依赖流动应力曲线。热更准确地表达了转会应该使用在接触压力CHTC场所依赖改变在形成过程。此外,气温依赖的热导率和比热也会考虑。然而,在通过热分析,为号元素的增加,铁的复杂性问题显著的增加。在传统的成形有限元模拟提出了一种自适应网格可以通常用来闲了仿真时间,来获得更多的精确解接触面积。然而,自适应网格细化在计算在热力不稳定的原因分析。因此,一个雅致的网格更高的冲压速度被认为是减少模拟时间。传热系数的结垢因此,获得相同的热通量7。 毕毕业业 论论文文题 目电机转子铁芯冲压级进模设计学生姓名 学 号系 部专 业班 级指导教师 II摘摘 要要电机转子铁芯属于典型的冲裁件，本文在分析其工艺性的基础上，根据生产要求，确定采用级进模结构。本设计主要是落料凸、凹模及冲孔凸、凹模的设计，需要计算凸、凹模的间隙、工作零件的尺寸和公差。此外,还需要确定模具工艺零件和结构零件以及模具的总体尺寸，然后根据上面的设计绘出模具的总装图。关键词关键词：电机转子铁芯 级进模 冲孔落料AbstractMotor rotor core which belongs to the typical punching parts, based on the analysis of the process, according to the production requirements, determine the structure of progressive die. This design is mainly the design of the blanking punch and die and punch and die, need to calculate the punch and die clearance, part dimensions and tolerances. In addition, also need to determine the overall size of mold parts and structural parts and mould, and then according to the design drawing mold assembly diagram above.Keywords: motor rotor core Ji Jinmo punching blanking目目 录录摘摘 要要.IIABSTRACT.II第一章第一章 绪论绪论.11.1 课题背景.11.2 冲压模具发展现状和前景.11.2.1 冲压模具发展现状.11.3 课题研究的内容和意义.21.4 发展方向.3第二章第二章 冲裁模具毕业设计任务书冲裁模具毕业设计任务书.32.1 任务书设计内容.32.2 任务书的要求.42.2.1 技术要求：.42.2.2 设计要求：.4第三章第三章 零件的工艺性分析和方案确定零件的工艺性分析和方案确定.53.1 零件的工艺分析.53.1.1 结构与尺寸的分析.53.1.2 精度与断面粗糙度分析.53.2 冲裁工艺方案的确定.53.3 模具总体方案的确定.7第四章第四章 零件工艺的设计计算零件工艺的设计计算.84.1 排样设计与计算.84.1.1 材料利用率.84.1.2 排样设计.94.2 冲裁力.104.3 计算凸凹模刃口尺寸.114.4 压力机的确定.124.4.1 压力机的选择.124.4.2 开式压力机机床有关参数.124.5 压力中心的计算.13第五章第五章 计算凸、凹模刃口尺寸及公差计算凸、凹模刃口尺寸及公差.155.1 凸、凹模间隙值.155.1.1 间隙对冲压力和模具寿命的影响.155.1.2 冲裁间隙的确定.165.2 凸、凹模刃口分别加工的计算法.165.2.1 凸、凹模刃口尺寸计算的原则.16第六章第六章 模具零部件的设计计算与总装图设计模具零部件的设计计算与总装图设计.176.1 凹模外形设计.1726.2 凸模的设计.176.2.1 落料凸模的设计.176.2.2 冲孔凸模的设计.186.3 其他主要零件的设计.196.4 标准件尺寸的确定.216.5 模具的总体设计.216.6 模具装配和装配图.226.6.1 级进冲裁模的装配.226.6.2 凸、凹模间隙的调整方法.226.6.3 绘制模具的总装图.23第七章第七章 总结与展望总结与展望.23致致 谢谢.24参考文献参考文献.26第一章第一章 绪论绪论1.1 课题背景课题背景我国把模具行业纳入高新技术产业重点领域，另一方面，冲压工艺广泛应用于民用、航空航天、汽车和工艺品等领域，在产品组件中所占的比例也越来越大。但由于我国模具工业起步较晚，起点较低，加工制造手段落后，尤其是技术应用人才缺乏，技术水平落后，制约了该产业的迅猛发展,已使之成为制约其他相关行业发展的“瓶颈” 。 模具技术是上世纪下半叶制造业中发展最快的技术之一，由于模具的设计和制造是一个非常复杂的过程，并且是一个不断反复的过程，目前，采用具有三维参数化特征造型功能的 CAD 支撑软件，在模具设计中应用并行工程原理，实现模具管理、工艺分析与设计及模具结构设计的一体化是一种较有代表性也很有应用前景的模具 CAD 系统开发方法。1.2 冲压模具发展现状和前景冲压模具发展现状和前景1.2.1 冲压模具发展现状冲压模具发展现状改革开放以来，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。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡” ；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。 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。虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM 技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。21.2.2 冲压模具的前景冲压模具的前景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。下列几方面发展趋势预计会在行业中得到较快应用和推广：1. 超大型、超精密、长寿命、高效模具将得到发展。 2. 多种材质、多种颜色、多层多腔、多种成型方法一体化的模具将得到发展。 3. 为各种快速经济模具，特别是与快速成型技术相结合的 RP/RT 技术将得到快速发展。4. 模具设计、加工及各种管理将向数字化、信息化方向发展CAD/CAE/CAM/CAPP 及 PDM/PLM/ERP 等将向智慧化、集成化和网络化方向发展。 更高速、更高精度、更加智慧化的各种模具加工设备将进一步得到发展和推广应用。 5. 更高性能及满足特殊用途的模具新材料将会不断发展，随之将产生一些特殊的和更为先进的加工方法。 6. 各种模具型腔表面处理技术，如涂覆、修补、研磨和抛光等新工艺也会不断得到发展。 7. 逆向工程、并行工程、复合加工乃至虚拟技术将进一步得到发展。 8. 热流道技术将会迅速发展，气辅和其它注射成型工艺及模具也将会有所发展。 9. 模具标准化程度将不断提高。 10. 在可持续发展和绿色产品被日益重视的今天，“绿色模具”的概念已逐渐被提到议事日程上来。 1.3 课题研究的内容和意义课题研究的内容和意义本课题研究的内容如下：第 1 章为绪论，论述了本课题的研究背景和意义，总结了冲压模具技术的发展历史和在国内外的发展现状及趋势。第 2 章为本次设计的任务书，介绍了设计的零件图和设计的具体得要求，包括零件的名称、材料和生产批量等等，有技术要求和设计要求。第 3 章为设计的第一步，首先分析零件的工艺性，包括尺寸和精度的分析，还有材料性质的重点分析，然后按照以上的分析初步确定设计的大体方案，从简单模、复合模和级进模中选择，最终选用级进模设计。最后查阅相关资料，确定模具的一些工作零件和辅助零件的设计，以至于确定模具的总体方案。第 4 章为设计中的重点部分，是承接上一章工艺分析的，所以我们将进行工艺计算，有排样的设计和计算、材料利用率的计算，冲裁力图形设计和具体的计算，还有最重要的就是压力机的确定和数据的校核。第 5 章为设计的中心部分，有凸、凹模的间隙和凸、凹模设计的原则，还有凸、凹模的人口尺寸计算，包括基本尺寸的计算和公差的确定。第 6 章为模具工作零件的具体设计，包括凹模的设计和尺寸的计算，还有凸模的长度和硬度校核，还有卸料板、电机转子铁芯、导料板及标准件的设计、选用和计算，并有非标准件的零件图形和最终的装配草图和装配图。模具生产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。模具质量及附加值的高低，取决于模具专业人才的技术水平。随着产品市场的国际化，如何降低生产成本以适应竞争的激烈和残酷越来受关注，产品制造的批量化、集约化和标准化，就越来越显得十分重要了。目前，在全世界，模具快速发展，已成为大国的重要工业发展对象，各个行业都需要模具的辅助制造，所以模具对工业的发展有个不可替代的重要性。未来，模具的发展也许有将成为国家第一产业的可能。1.4 发展方向发展方向 本章首先介绍了研究该课题的背景和优势，就模具的发展已经纳入高技术的行业，成为我国工业中重要的一部分，最具有潜力的工业之一。并促进我国的软件（如 CAD、ProE 和 UG）的快速研发。随后介绍了冲压模具的发展现状和前景，随着国民经济的快速增长，模具的需求量也随着增长，国内沿海地区已经把模具行业列为重要产业，建立了大型的模具城。在过去十年中，模具发展有着瞩目的发展，但是距离国外，仍有不小的差距，所以未来的模具发展就向模具产品“交货期短” 、 “精度高” 、 “质量好” 、 “价格低”的要求服务，以求早日跟上国际的脚步。第二章第二章 冲裁模具毕业设计任务书冲裁模具毕业设计任务书2.1 任务书设计内容任务书设计内容课题名称：电机转子铁芯级进模设计零件名称：电机转子铁芯材 料：0.5 硅钢片厚 度： t=0.5mm生产批量：大批量工件图：如图所示4图 2-1 零件图2.2 任务书的要求任务书的要求2.2.1 技术要求：技术要求：1、冲裁件内外精度均为 IT14 2、毛刺小于 0.1mm3、要求设计制造此工件的冲裁模 2.2.2 设计要求：设计要求：1、绘制制作该工件所需的冲裁模具总装图2、绘制构成该模具的所有非标准零件图3、编制设计说明书4、将设计说明书装订成册、图纸折叠成 A4 尺寸并装订成册5、把审题表、任务书全部装入档案袋第三章第三章 零件的工艺性分析和方案确定零件的工艺性分析和方案确定3.1 零件的工艺分析零件的工艺分析冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适用性，即冲裁加工的难以程度。冲裁件的工艺性主要包括冲裁件的结构与尺寸、精度与断面粗糙度和材料 3 个方面。3.1.1 结构与尺寸的分析结构与尺寸的分析冲裁件的结构分析需要对零件的形状、外形、冲裁件的悬臂件和窄槽、冲孔的最小尺寸、孔间距的要求和孔壁、冲裁宽度的要求。零件材料为 10，适合一般的冲压加工。该零件形状对称、简单，为长方形结构，结构相对比较简单，只有 2 个 6 的孔。此工件只有落料和冲孔两个工序，图示零件的尺寸全部为未注公差的一般尺寸，一般按 IT14 级取，尺寸精度较低，可认为该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证，其他尺寸标注、生产批量等情况，也符合冲裁的工艺要求，普通冲裁完全可以满足要求该零件结构较简单，形状对称，尺寸较小。因此，均适宜冲裁加工。3.1.2 精度与断面粗糙度分析精度与断面粗糙度分析冲裁件的精度一般可分为精密级和经济级两大类。精密级是冲压工艺技术所允许的精度，而经济级是可以用经济手段达到的精度。冲裁件的尺寸精度是在合理间隙的情况下，对铝、铜、软钢等常用材料冲裁加工数据。精度要求特别高的工件，需要增加整修等精密冲裁工件。在冲裁件内外所能达到的经济精度，见表所示。表 3-1 冲裁件内外形所能达到的经济精度基本尺寸材料厚度(mm)3366101018185001IT12IT13IT1112IT14IT12IT13IT1123IT14IT12IT1335IT14IT12IT13零件的尺寸公差精度均为 IT14 级，未注公差精度也为 IT14 级，并无其他特殊要求，因此，利用普通冲裁的方式就可以满足零件的图样要求。由以上可以看出，该零件工艺性较好，可以冲裁加工。3.2 冲裁工艺方案的确定冲裁工艺方案的确定冲裁方案的选择：在冲裁工艺分析的基础上，根据冲裁件的特点确定冲裁工艺方案。确定工艺方案首先要考虑的问题是确定冲裁的工序数，冲裁工序的组合以及冲裁工序6顺序的安排。冲裁工序数一般容易确定，关键是确定冲裁工序的组合与冲裁工序的顺序。冲裁模的结构形式多种多样，如果按工序的组合分类，可分为单工序模、级进模（连续模或跳步模） 、复合模等各种冲裁摸的构成大体相同，主要由于工作零件、定位零件、卸料与推料零件 、导向零件、联接与固定零件组成。该零件包括落料、冲孔两个基本工序，可有一下三种方案：方案一：先落料，后冲孔，采用单工序模生产方案二：落料冲孔复合冲压，采用复合模生产方案三：冲孔落料连续冲压，采用级进模生产单工序模、级进模、复合模比较如表所示表 3-2 各类模具结构及特点比较模具种类比较项目单工序模（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 级零件特点尺寸不受限制厚度不受限制中小型尺寸厚度较厚小零件厚度 0.26mm可加工复杂零件，如宽度极小的异形件形状与尺寸受模具结构与强度限制，尺寸可以较大，厚度可达 3mm零件平面度低一般中小型件不平直，高质量制件需较平由于压料冲件的同时得到了较平，制件平直度好且具有良好的剪切断面生产效率低较低工序间自动送料，可以自动排除制件，生产效率高冲件被顶到模具工作表面上，必须手动或机械排除，生产效率较低安全性不安全，需采取安全措施比较安全不安全，需采取安全措施模具制造工作量和成本低比无导向的稍高冲裁简单的零件时，比复合模低冲裁较复杂零件时，比级进模低适用场合料厚精度要求低的小批量冲件的生产大批量小型冲压件的生产形状复杂，精度要求较高，平直度要求高的中小型制件的大批量生产根据分析结合表分析：方案一的模具结构简单，但需要两道工序两套模具，成本高而且生产效率低，难以满足大批量生产的要求方案二只需要一副模具，工件的精度及生产效率都高，由于查表 2.9.6 可知材料厚度为 1mm 时凸、凹模的许用的最小壁厚为 2.7mm,由图形可知孔边距小于凸、凹模许用最小壁厚，用方案二模具强度较差，制造难度大，并且冲压后成品留在模具上，在清理模具上的物料时会影响冲压的速度，操作不方便方案三也只需要一副模具，生产效率高，操作方便，工件精度也能满足要求，且安全性高。通过对比以上方案可知，该工件的冲压生产采用方案三较好通过对上述三种方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案三级进模最佳3.3 模具总体方案的确定模具总体方案的确定（1）模具类型根据零件的冲裁工艺方案，采用级进冲裁模。（2）操作与定位方式为了提高生产效率和质量，可以采用配合自动装置送料方式。由于零件尺寸小且厚度适中，可以采用导正销与自动送料装置联合定距的方式。（3）卸料与出件方式考虑到零件厚度薄，可以采用弹性卸料方式，并采用由凸模直接从凹模洞口直接推下的下出件方式以提高生产率。（4）模架类型及精度考虑到零件的结构工艺特点，可以采用导向平稳的中间导柱模架， 。由于零件的精度要求不是很高，可以采用 I 级模架精度。以上的各项将在第五章详细说明解释。8第四章第四章 零件工艺的设计计算零件工艺的设计计算4.1 排样设计与计算排样设计与计算冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法叫排样。合理的排样是提高材料利用率、降低成本，保证冲件质量及模具寿命有效措施。4.1.1 材料利用率材料利用率冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料利用率，它是衡量合理利用材料经济性指标。材料利用率通用计算公式=/A100%OA式中 冲裁件的总面积OA A 个步距的条料面积（LB） 根据材料性能、厚度和形状可确定搭边值，有课本表 3-10 查得a=1mm,a1=1.2mm.步距 A=D+a=60mm+1mm=61mm,条料宽度B=(D+2a1+)0 - 由课本表 3-11 得 =0.5mm,得 B=62.90 -0.5 mm 由 CAD 得 S=462.5mm, L=96.2mm. 一个步距内的材料利用率：=(S1-S)/AB=(30-462.5)/(6162.9)=61.6%该零件尺寸较小，结构对称，采用直排的排样方案，如图:废料可分为工艺废料与结构废料两种。结构废料由工件的形状特点决定，一般不能改变；搭边和余料属于工艺废料，是与排样形式及冲压方式有关的废料，设计合理的排样方案，减少工艺废料，才能提高材料利用率。4.1.2 排样设计排样设计根据材料的合理利用情况，条料排样方法可分为三种：有废料排样、少废料排样和无废料排样。采用少、无废料的排样可以简化冲裁模结构，减小冲裁力，提高材料利用率。但是，因条料本身的公差以及条料导向与定位所产生的误差影响，冲裁件公差等级低。同时，由于模具单边受力（单边切断时） ，不但会加剧模具磨损，降低模具寿命，而且也直接影响冲裁件的断面质量。为此，排样时必须统筹兼顾、全面考虑。对有废料排样，少、无废料排样还可以进一步按冲裁件在条料上的布置方法加以分类，其主要形式可分为：直排、斜排、直对排、斜对排、混合排、多排和冲裁搭边。该零件结构简单，生产批量大，精度要求一般，综合上述可以使用直排少废料的排样的设计。电机转子铁芯零件外形是矩形只有冲孔，所以结构比较简单，只需要直排就可以。因此，如图所示。查表可得，两工件间的搭边 a1=1.5mm，工件边缘搭边a=1.2mm。具体排样设计如图所示：10图 4-1 零件排样图4.2 冲裁力冲裁力两个工序，冲孔压力等于冲孔时的冲压力和落料时的冲压力之和，查课本表 2-3，得0.5 硅钢片钢的抗剪能力 =255353MPa,取平均值 =304MPa. K 的取值依据冲裁刃口而定，平刃口 K=11.3，斜刃口 K=0.20.6，考虑刃口的磨损，生产批量和材料厚度等因素，取 K=1.34.2.1 落料力落料力 F落=KL1 t =1.32R0.8mm304Mpa=59.56KN4.2.2 冲孔力冲孔力 F冲=KL2t=1.396.2mm0.8mm304Mpa=30.41KN4.2.3 落料时的卸料力落料时的卸料力 由课本表 3-8 得 K卸=0.03 F卸=K卸F落=0.0359.56KN=1.79KN4.2.4 冲孔时的推件力冲孔时的推件力 由课本表 3-8 得 K 推=0.05， 取同时梗塞在凹模内的冲件数为 3 F推=nK推F冲=30.0530.41KN=4.56KN4.2.5、冲床的总压力、冲床的总压力 F总=F落+F冲+F卸+F推 =(59.56+30.41+1.79+4.56)KN=96.32KN4.2.6、初选压力机、初选压力机 据总冲压力为 96.32KN，考虑压力机的使用安全，总冲压力一般不应超过压力机额定吨位的 80%. 由指导书表 5-10，初选 J23-16 开式双柱可倾压力机.公称压力：160KN滑块行程：55mm最大封闭高度：220mm封闭高度调节量：45mm工作台尺寸：300mm450mm模柄孔尺寸：40mm60mm4.3 计算凸凹模刃口尺寸计算凸凹模刃口尺寸 根据 t=0.8mm, 由课本表 3-3 得: Zmin=0.072mm Zmax=0.104mm4.4.1、冲孔：、冲孔：20+0.045 0 mm 由课本表 3-5 得磨损系数 x=1 由课本表 3-6 得 凸=-0.02 凹=+0.025 d凸=（dmin+x）0 凸=（29+0.0451）0 -0.02=29.0450 -0.02 mmd凹=（d凸+Zmin） 0=(29.045+0.072)+0.025 0=29.117+0.025 0 mm4.4.24.4.2、冲孔、冲孔:R5.53+0.3:R5.53+0.3 0 0 mmmm 由课本表 3-5 得磨损系数 x=0.5 由课本表 3-6 得 凸=-0.02 凹=+0.02 d凸=（dmin+x）0 凸=（5.53+0.30.5）0 -0.02 =5.680 -0.02 mm d凹=（d凸+Zmin） 0=(5.68+0.072)+0.02 0 =5.752+0.02 0 mm4.4.34.4.3、冲孔：、冲孔：R2.2R2.2 0 0 -0.025-0.025 mmmm 由课本表 3-5 得磨损系数 x=0.75 由课本表 3-6 得 凸=-0.02 凹=+0.02 d凸=（dmin+x）0 凸=（2.2+0.0250.75）0 -0.02 =2.220 -0.02 mm d凹=（d凸+Zmin） 0=(2.22+0.072)+0.02 0 =2.292+0.02 0 mm4.4.44.4.4、落料：、落料：6060 0 0 -0.074-0.074 mmmm 由课本表 3-5 得磨损系数 x=0.75 由课本表 3-6 得 凸=-0.02 凹=+0.03 D凹=（Dmax-x） 0=(60-0.0740.75)+0.03 0 =59.945+0.03 0 mm D凸=（D凹-Zmin）0 凸=(59.945-0.074) 0 -0.02 =59.8710 -0.02 mm表 4-1 卸料力、推件力和顶件力系数料厚 t/mmKXKTKD钢0.10.10.50.52.52.56.56.50.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.030.10.630.550.450.250.140.0.5 硅钢片0.060.050.03铝、铝合金纯铜、黄铜0.0250.0.5 硅钢片0.020.060.030.070.030.09注：卸料力系数 KX，在冲多孔、大搭边和轮廓复杂制件时取上限值。然而压力机的公称压力必须大于或等于各种冲压工艺的总和，则计算如下所示：12= F +F0+F X+F T =110.316KN 总PF4.4 压力机的确定压力机的确定4.4.1 压力机的选择压力机的选择对于中小型冲裁件常采用开式曲柄压力机。根据总冲压力=110.316KN，模具闭合高度，冲床工作台面尺寸等，并结总PF合现有设备，选用 J23-250 开式双柱可倾冲床，并在工作台面上备制电机转子铁芯。其主要工艺参数如下：公称压力：250KN 滑块行程 ：80mm行程次数：100 次/分最大封闭高度：220mm 封闭高度调节量：70mm工作台尺寸（左右*前后）：560mm360mm工作台板厚度：70mm模柄尺寸：5070倾斜角：304.4.2 开式开式压力机机床有关参数压力机机床有关参数1、机床控制系统：(1)开门断电，漏电保护。电控系统符合国家安全标准。(2)电动式油缸行程调节，显数器显示。(3)电动式挡料尺寸调节，显数器显示。2、机床后挡料的基本配置：(1)普通电机(2)普通丝杆和光杆(3)后挡料链轮传动注：机床参数及配置如需变动敬请另外说明，作为合同附件3、机床结构：(1) 采用全钢焊接机架， （、拼装工作台组成）振动时效处理，具有足够的强度和刚性。(2) 双油缸控制，机械挡块机构保护，液压上传动，扭轴强迫同步机构。(3) 滑块行程电动快速调节，并有手动微调，显数器显示(4) 上模具配有斜楔式挠度补偿机构，以补充折弯精度。(5) 单边/双边 T 型槽口工作台，调整分段下模快速方便。(6) 可进行多机联动（需同时购买一台该型号的机床并加装联动同步装置） ，也可单机单动。(7) 该设备可折板厚是根据 10 钢板/A3 板的抗拉强度（450N/mm2）和折弯槽口比例 1 比 8 来计算的，敬请核实好各种锰板的抗拉强度后与 Q235 板比较进行折算，另外可以通过扩大折弯下模的槽口尺寸来取得更厚的折板尺寸。(8) 工作台主立板和台面均可调节。可根据折弯力的需要，适当调整工作台的加凸量来弥补由于工作台的变形而出现的挠度进行补偿。4.5 压力中心的计算压力中心的计算模具的压力中心就是冲压合力的作用点。为了保证压力机的模具的正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心线相重合。否则，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨和模具导向部分不正常在磨损，还会使合理间隙得不到保证，从而影响制件质量和降低模具寿命甚至损坏模具。在实际生产中，可能会出现由于冲件的形状特殊或排样特殊，从模具结构设计与制造考虑不宜使压力中心与模柄中心线重合，这时应注意使压力中心的偏离不致超出所选用压力机允许的范围。确定该零件的压力中心计算步骤如下：（1）选定坐标轴 X 和 Y（2）计算出各单一图形的压力中心到坐标轴的距离 x1、x2、x3、xn和y1、 y2、 y3、yn （3）将组成图形的轮廓线划分为若干简单的线段，求出各线段长度L1、L2、L3、Ln.（4）按如下公式算出压力中心的坐标（X0、Y0）根据力学定理，合力对某轴的力矩等于各分力对同轴力矩的代数和，则可得压力中心坐标（x0 、y0）计算公式：因为冲裁力与周边长度成正比，所以式中各冲裁力 F1、F2、F3、Fn可分别用冲裁周边长度 L1、L2、L3、Ln代替，即141 12210121niinninniiL xL xL xL xxLLLL112210121niinninniiL yL yL yL yyLLLL其中：L为每段线段的长度或圆弧的周长 X为每段线段的中点或圆弧的中心到 X 轴的距离； Y为每段线段的中点或圆弧的中心到 Y 轴的距离； 由以上计算可以得出模具的压力中心以便装模时与压力机滑块的中心线相重合第五章第五章 计算凸、凹模刃口尺寸及公差计算凸、凹模刃口尺寸及公差5.1 凸、凹模间隙值凸、凹模间隙值冲裁间隙是指冲裁模凸、凹模刃口之间的空隙。凸模与凹模间每侧的间隙称为单面间隙，用 Z/2 表示；两侧间隙之和称为双面间隙，用 Z 表示。如无特殊说明，冲裁间隙都是指双面间隙。冲裁间隙的数值等于凸、凹模刃口尺寸的差值，如图所示，即dpZDd式中 凹模刃口尺寸；dD 凸模刃口尺寸。pd冲裁间隙对冲裁过程有着很大的影响。此外，间隙对冲压力和模具寿命也有着较大的影响。图 5-1 凸、凹模刃口尺寸的差值5.1.1 间隙对冲压力和模具寿命的影响间隙对冲压力和模具寿命的影响间隙很小时，因材料的挤压和摩擦作用增强，冲裁力必然较大。随着间隙的增大，材料所受的拉应力增大，容易发生断裂分离，因此冲裁力减小。但试验表明，当单面间隙在材料厚度的 520范围内时，冲裁力降低不多，不超过 510。因此，在正常情况下，间隙对冲裁力的影响不是很大。模具寿命通常是用模具失效前所冲的合格冲裁件数量来表示。冲裁模的失效形式一般有磨损、变形、崩刃和凹模胀裂。间隙大小主要对模具的磨损及凹模胀裂产生较大影响。模具刃口磨损看，使刃口钝化、间隙增加，从而导致制16件的尺寸精度降低冲裁能量增大，断面粗糙。所以必须注意尽量减少模具的磨损。为提高模具寿命，一般需要采用较大间隙。5.1.2 冲裁间隙的确定冲裁间隙的确定凸、凹模间隙对冲裁件断面质量、尺寸精度、模具寿命以及冲裁力等有较大影响，所以必须选择合理的间隙。在冲压的实际生产中，为了获得合格的冲裁件、较小的冲压力，并保证模具有一定寿命，我们规定一个间隙值范围，称为合理间隙。这个范围的最小值称为最小合理间隙（Zmin） ，最大值称为最大合理间隙（Zmax） 。因冲模在使用过程中会逐渐磨损，间隙增大，再设计和制造新模具时，一般采用最小合理间隙。冲裁间隙数值主要按制件质量要求，根据经验数值来选用。然而对于电子、电器、仪器等行业对制件断面质量和尺寸精度要求较高，可选用较小的间隙值。如下图要求零件内外尺寸精度为 14 级，且该零件属于无特殊要求的一般冲孔、落料。5.2 凸、凹模刃口分别加工的计算法凸、凹模刃口分别加工的计算法冲裁件的尺寸精度主要取决于模具刃口的尺寸精度，合理间隙的数值也必须靠模具刃口的尺寸及公差来保证。正确确定模具刃口尺寸及其公差，将会直接影响到冲裁生产的技术经济效果，因此它是设计冲裁模的主要任务之一。由于制件结构简单精度要求不高，所以采用凸模和凹模分开加工的方法制作凸凹模。这时需要分别计算和标注凸模和凹模的尺寸和公差。由于零件未标注公差在此均按 IT13 级算。根据零件的结构特点，刃口尺寸采用配作法加工。5.2.1 凸、凹模刃口尺寸计算的原则凸、凹模刃口尺寸计算的原则在计算刃口尺寸时，应该落料和冲孔两种情况分别考虑其原则如下。a. 落料时，应以凹模刃口尺寸为基准，间隙取在凸模上。凹模基本尺寸取落料件尺寸公差范围内较小尺寸。凸模的基本尺寸则用凹模基本尺寸减去最小合理间隙。由表 2-3 得 Zmin=0.100mm Zmax=0.140mmb. 冲孔时，应以凸模尺寸为基准，间隙取在凹模上。凸模基本尺寸取冲件公差范围内的较大尺寸。凹模的基本尺寸则是用凸模基本尺寸加上最小合间隙。由冲压工艺与模具设计表 2.4 得 Zmin=0.100mm Zmax=0.140mmc. 凸、凹模刃口的制造公差应根据冲裁件的尺寸公差和凸、凹模的加工方法来确定，既要保证冲裁间隙要求并冲出合格的零件，又要便于模具加工。d. 根据工件尺寸公差要求，确定模具刃口尺寸的公差等级，见表所示。表 5-1 模具刃口尺寸的公差等级模具刃口料厚 t（mm）0.50.81.01.52345681012尺寸公差冲裁件尺寸公差IT6IT7IT8IT8IT9IT10IT7IT8IT9IT10IT10IT12IT12IT9IT12IT12IT12IT12IT12IT14IT14IT14IT14第六章第六章 模具零部件的设计计算与总装图设计模具零部件的设计计算与总装图设计6.1 凹模外形设计凹模外形设计凹模采用整体式凹模结构和直接通过螺钉、销钉于下模座固定的固定方式。凹模刃口采用直接刃壁结构，刃壁高度 5mm，漏料部分沿刃口轮廓适当扩大。凹模轮廓尺寸计算如下凹模高度 H=Kb=0.4034=13.6mm 按表取标准值 15mm凹模壁厚 c=（1.52）H = 22.530mm 取凹模厚度为 30mm,凹模宽度 B=b+2c=(34+230)=94mm, 凹模长度 L 取 45mm， 式中 b-凹模刃口的最大尺寸(mm) c-凹模壁厚(mm) 指刃口至凹模外形边缘的距离； K=系数，取 0.40故凹模轮廓尺寸为：459430 凹模上螺孔到凹模外缘的距离一般取（1.72.0）d为了更好的选取标准模架，则凹模板轮廓尺寸全取整数：确定凹模外形尺寸须选用矩形凹模板 10010015（GB/T70.1-2000）凹模的材料选用 Cr12,工作部分热处理淬硬为 6064HRC。6.2 凸模的设计凸模的设计6.2.1 落料凸模的设计落料凸模的设计结合工件外形并考虑加工，将落料凸模设计为直通式，采用线切割机床加工，2 个 M6 的螺钉固定在电机转子铁芯上，与凸模固定板的配合按 H7/m6。再通过铆接方式与固定板固定。确保因磨损而滑落，从而更为牢靠。凸模的尺寸根据刃口尺寸，卸料装置和安装固定要求来确定。凸模材料选用 CrWMn，工作部分热处理淬硬为5862HRC。其总长 L 可按下列公式计算：L=h1+h2+t+h=(15+12+1+30)=58mm18式中：h1凸模固定板厚度（mm）h2卸料板厚度（mm）t材料厚度（mm）h自由高度（mm）6.2.2 冲孔凸模的设计冲孔凸模的设计因为所冲的孔均为圆形，而且都不属于需要特别保护的小凸模，所以冲孔凸模采用台阶式，一方面加工简单，另一方面又便于装配与更换。冲 6mm 的孔的凸模结构如图所示：1、凸模最小直径的校核(强度校核)凸模用 T10 钢要使凸模正常工作，必须使凸模最小断面的压应力不超过凸模材料的许用压应力，即对于圆形凸模 dmin=41350/450=3.11mm 所以承压能力足够。4t式中冲裁材料的抗剪强度，310380Mpa 凸模材料许用强度，取 440470Mpa 抗纵向弯曲力校核对于圆形凸模（有导向装置）Lmax270d2/=2703.22/(4521.2)F1/2=44.8mm 所以长度适宜。式中 Lmax 允许的凸模最大自由长度，mmF 冲模力,N凸模最小截面的直径，mm凸模固定端面的压力q =4521.2/(1.652)=528.2MPa 式中AF 式中 q凸模固定端面的压力，MPa F落料或冲孔的冲裁力，N模座材料许用压应力，MPa 凸模固定板端面压力超过了 8090a，为此应在凸模顶端与模座之间加一个淬硬的电机转子铁芯。6.3 其他主要零件的设计其他主要零件的设计6.1、凹模的设计、凹模的设计 b=60mm， t=0.5 硅钢片 mm 由课本表 4-3 得系数 K=0.21凹模厚度：H=Kb=0.2160mm=12.6mm 取 H=20mm 凹模壁厚：C=（1.52）H =3040mm 取 C=35mm凹模宽度：L=b+2C=(60+235)mm=130mm凹模长度：L=b+2C=（60+235）mm=130mm按冲压模标准模架，由指导书表 5-31 取凹模周界尺寸LBH=160mm160mm40mm 凹模洞口形状采用直壁式 材料：T10A 热处理硬度：6064HRC6.2、卸料和推件装置的设计、卸料和推件装置的设计 根据要求采用弹性卸料版，取厚度为 14mm 卸料版尺寸为 160mm160mm14mm 材料：Q235采用刚性推件装置，直接利用压力机的打杆装置进行推件材料：45 钢 热处理：淬火 硬度：4045HRC 6.3、凸模固定板的设计、凸模固定板的设计 采用阶梯式采用阶梯式 厚度 h=(0.60.8)H凹=(0.60.8)40mm=2432 mm 取 h=25mm 外形尺寸与凹模外形尺寸一致.外形尺寸：160mm160mm25mm 凸模与凸模固定板配合为 H7/n6 材料：Q235、6.4、凸模的设计、凸模的设计 采用阶梯式凸模采用阶梯式凸模凸模固定板厚度 h1=25mm 卸料版厚度 h2=14mm 条料厚度 t=0.8mm, 刃口修磨量取 6mm 凸模进入凹模深度取 0.8mm 安全距离取 18mm凸模长度：L= h1 +h2+t+h=(25+14+6+0.8+0.8+18)mm=64.6mm凸模材料： T10A 热处理硬度：58 62HRC6.5 垫板设计垫板设计 厚度一般取 512mm, 取 12mm 外形尺寸为 160mm160mm12mm20 材料：45 钢 热处理：淬火 硬度：4348HRC6.6 弹性元件设计弹性元件设计 弹性元件采用橡胶弹性元件采用橡胶 橡胶工作行程=卸料版工作行程+模具修磨量 H橡胶=H卸料版+H修磨=t+1+6=（0.8+1+6）mm=7.8mm 橡胶的自由高度 H0=（3.54）H橡胶=（27.331.2）mm 取 H0=30mm 矩形橡胶在预压量为 15%时单位压力为 0.5Mpa 橡胶面积：A=F卸/P=1790N/0.5Mpa=3580mm 橡胶装配高度：H装配=85%H0=0.8530=25.5mm 橡胶采用矩形，中间开圆形孔以避让凸凹模 取避让孔为 60mm橡胶一边取 120mm 另一边为（3580+R）/120=53.4mm 取橡胶外形尺寸 120mm55mm 为满足橡胶的高径比为 0.51.5，将橡胶平分为四块，最大尺寸为 60mm，所以H0/D=30/60=0.5 选用的橡胶规格合理卸料橡胶的设计计算见下表。选用的 4 块橡胶板的厚度务必一致，不然会造成受力不均匀，运动产生歪斜，影响模具的正常工作。表 6-1 卸料橡胶的设计项 目 公式 结果 备注卸料板工作行程 h工h工=h1+t+h24mmh1为凸、凹模凹进卸料板的高度 1mmh2为凸、凹模冲裁后进入凹模的深度 2mm橡胶工作行程H工H工=h工+h修9mmh修为凸、凹模修模量，取5mm橡胶自由高度H自由H自由=4 H工36mm取 H工为 H自由的 25橡胶的预压缩量 H预H预=15H自由5.4mm一般 H预=1015H自由每个橡胶承受的载荷 F1F卸/41184.5N选用四个圆筒形橡胶橡胶的外径 DD= /p)1.27(F(d1248mm校核橡胶的自由高度 H自由0.5H自由/D=0.751.5满足要求D 为圆筒橡胶的内径，取d=12mm；p=0.5Mpa橡胶的安装高度 H安H安=H自由-H预30mm6.4 标准件尺寸的确定标准件尺寸的确定1.螺钉固定、销钉定位内六角螺钉标记：35 钢 M545 GB7085螺钉标记：35 钢 M555 GB6876圆柱销钉标记：35 钢650 GB 11986止动圆柱销标记：35 钢625 GB119862. 导正销导正销主要用于级进模上，消除挡料销的定位误差，以获得较精确的工件。导正销的结构形式，结构设计，尺寸精度，材料的热处理等可参照JB/T7647.194 和 JB/T7647.294 选定图 6-3 导正销的结构形式6.5 模具的总体设计模具的总体设计本模具是采用自动送料的级进模，切断凸模面积较大可直接用螺钉与圆柱销固定，冲孔凸模则须用固定板固定，凹模可直接用螺钉与圆柱销固定，切断凸模的外侧须有挡块以克服侧压力，挡块同时起到定位作用。另外，横向的定位可在凹模上增设一个定位销。卸料装置采
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