Y210—2型電動(dòng)機(jī)定子鐵芯沖壓模具設(shè)計(jì)

1、Y2102型電動(dòng)機(jī)定子鐵芯沖壓模具設(shè)計(jì)一、 產(chǎn)品零件的工藝分析零件簡(jiǎn)圖該電動(dòng)機(jī)定子鐵芯的材料為電工硅鋼片D21，鋼板厚度，具有良好的沖裁性能。零件形狀簡(jiǎn)單，對(duì)稱，是由圓弧和直線組成。對(duì)于沖小孔5，沖復(fù)雜圓孔80，按照沖壓手冊(cè)一般沖孔模對(duì)該材料（鋼<400MPa）可以沖壓的最小的孔徑為dt=，因而小孔符合工藝要求。最小孔邊距為b=t，因而符合孔邊距工藝要求，以上分析均符合沖裁工藝要求。由表 1、2 查出沖裁件內(nèi)外所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度為IT11，孔中心與邊緣距離尺寸公差為±0.6，對(duì)于孔心距公差為±，將以上精度與零件簡(jiǎn)圖中所標(biāo)注的尺寸公差相比較，可認(rèn)為該零件的精度要求能夠在

2、沖裁加工中得到保證，其他尺寸標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)批量等情況，也均符合沖裁的工藝要求，故決定采用沖孔落料復(fù)合沖裁模進(jìn)行加工，且一次成形。表1 沖裁件內(nèi)外形所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度 基本尺寸/mm材料厚度t/mm3366101018185001IT12IT13IT1112IT14IT12IT13IT11表2 孔中心與邊緣距離尺寸公差材料厚度t孔中心與邊緣距離尺寸50501201202202203602±±±±24±±±±二、模具類型的確定常見的模具形式可分為單工序模、復(fù)合模和級(jí)進(jìn)模三種。確定模具形式，應(yīng)以沖裁工件的要求、生產(chǎn)批量、模具

3、加工條件為主要依據(jù)。沖壓生產(chǎn)批量與合理模具形式見表3 ，單工序模、級(jí)進(jìn)模和復(fù)合模的比較見表4 表3 沖壓生產(chǎn)批量與合理模具形式批量/（千件/每年）項(xiàng)目單件小批中批大批大量大件中件小件<1<1<1121511022055010100203005010001005000>300>1000>5000模具形式簡(jiǎn)易模單工序模單工序模簡(jiǎn)易模級(jí)進(jìn)模、復(fù)合模單工序模級(jí)進(jìn)模、復(fù)合模級(jí)進(jìn)模、復(fù)合模設(shè)備形式通用壓機(jī)通用壓機(jī)高速壓機(jī)自動(dòng)和半自動(dòng)通用壓機(jī)機(jī)械化高速壓機(jī)自動(dòng)機(jī)專用壓機(jī)與自動(dòng)機(jī)表 4 單工序模、級(jí)進(jìn)模和復(fù)合模的比較比較項(xiàng)目單工序模級(jí)進(jìn)模復(fù)合模工件尺寸精度較低一般,IT11

4、級(jí)以下較高,IT9級(jí)以下工件形位公差工件不平整,同軸度、對(duì)稱度及位置度誤差大不太平整，有時(shí)要較平，同軸度、位置度誤差較大工件平整，同軸度、對(duì)稱度及位置誤差大沖壓生產(chǎn)率低，沖床一次行程內(nèi)只能完成一個(gè)工序高，沖床在一次行程內(nèi)能完成多個(gè)工序較高，沖床在一次行程內(nèi)可完成兩個(gè)以上工序?qū)崿F(xiàn)操作機(jī)械化、自動(dòng)化的可能性較易，尤其適合多工位沖床上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化容易，尤其適應(yīng)于單機(jī)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化難，工件與廢料排除較復(fù)雜，只能在單機(jī)上實(shí)現(xiàn)部分機(jī)械化操作對(duì)材料的要求對(duì)條料寬度要求不嚴(yán)，可用邊角料對(duì)條料或帶料寬度要求嚴(yán)格對(duì)條料寬度要求不嚴(yán)，可用邊角料生產(chǎn)安全行安全性較差比較安全安全性較差模具制造的難易程度較易，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造

5、周期短，價(jià)格低形狀簡(jiǎn)單件，比用復(fù)合模制造難度低形狀復(fù)雜件，比用級(jí)進(jìn)模的制造難度低應(yīng)用通用性好，適合中、小批量生產(chǎn)和大型件的大量生產(chǎn)通用性較差，適合于形狀簡(jiǎn)單，尺寸不大，精度要求不高件的大批量生產(chǎn)通用性較差，適于形狀復(fù)雜、尺寸不大、精度要求較高件的大批量生產(chǎn)通過以上關(guān)系比較，此工件是大批量生產(chǎn)，故采用沖孔落料復(fù)合沖裁模進(jìn)行加工，且一次沖壓成行。所謂復(fù)合模具結(jié)構(gòu)，就是在沖床的一次行程內(nèi)，完成兩道以上的沖壓工序。在完成這些工序過程中，沖件材料無需進(jìn)給移動(dòng)。復(fù)合模具結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)（1）制件精度高。由于是在沖床的一次行程內(nèi)，完成數(shù)道沖壓工序。因而不存在累積定位誤差。使沖出的制件內(nèi)外形相對(duì)位置及各件的尺寸一致

6、性非常好，制件平直。適宜沖制薄料和脆性或軟質(zhì)材料。（2）生產(chǎn)效率高。（3）模具結(jié)構(gòu)緊湊，面積較小。復(fù)合模具結(jié)構(gòu)的選用原則：只有當(dāng)制件精度要求高，生產(chǎn)批量大，表面要求平整時(shí)，才選用復(fù)合模具結(jié)構(gòu)。三、沖裁間隙的選用 在沖裁模的設(shè)計(jì)中,凸凹模間隙的合理選取,是保證模具正常工作、提高沖片質(zhì)量、延長(zhǎng)模具壽命的一個(gè)關(guān)鍵因素。理想的間隙應(yīng)該是板料沖裁斷裂時(shí),凸凹模刃口邊所產(chǎn)生的裂紋在一條直線上,否則沖片邊緣將出現(xiàn)不允許的毛刺,使得刃口粘結(jié)嚴(yán)重,磨損加快,進(jìn)而影響模具的壽命。所以,如何選取合理的凸凹模間隙,是模具設(shè)計(jì)時(shí)不容忽視的問題。為0. 5mm 的硅鋼片, 手冊(cè)表5推薦的間隙為0 . 0 6 0. 08m

7、m（見表 ） ,約為材料厚度的8 %14 %。按照這個(gè)間隙,沖出的定、轉(zhuǎn)子片毛刺雖能控制在規(guī)定范圍內(nèi)。但由于間隙偏小,使得凸模與被沖的孔之間、凹模與落料之間的摩擦嚴(yán)重,造成凸模和凹模側(cè)壁產(chǎn)生粘結(jié),卸料力增大,影響沖片斷面的質(zhì)量,刃口容易變鈍,沖片易出毛刺,且毛刺增長(zhǎng)過快,甚至發(fā)生凹模脹裂現(xiàn)象,致使模具壽命下降。且取小間隙時(shí),由于彈性回跳作用,落料件尺寸大于凹模,沖出的孔徑小于凸模,從而造成沖片的尺寸精度出現(xiàn)誤差。表5 落料、沖孔模刃口始用間隙 厚度t硅鋼片ZminZmax為提高沖片質(zhì)量,延長(zhǎng)模具壽命,根據(jù)國(guó)內(nèi)外資料信息,在實(shí)踐中對(duì)模具間隙做了試驗(yàn)摸索,證明放大間隙是非常有效的。經(jīng)過多次對(duì)0.

8、5mm 厚硅鋼片沖裁的試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)間隙值在材料厚度的20 %左右范圍內(nèi),即間隙值為0. 090. 11mm 最為合適。采用這個(gè)間隙,可以獲得如下效果:(1) 提高了沖片質(zhì)量。刃口鋒利時(shí)毛刺小,沖裁過程中毛刺增長(zhǎng)緩慢。(2) 沖片表面平整度大大改善,特別是相鄰孔之間。(3) 凸凹模側(cè)壁無粘結(jié),減小了卸料力。(4) 延長(zhǎng)了模具壽命。刃磨一次可以保證較的沖次,從而減少刃磨次數(shù),提高了生產(chǎn)效率。實(shí)踐證明,合理地放大間隙,可使沖裁質(zhì)量得到有效的保證,且模具壽命能提高23 倍。四、排樣 見下圖 為直排有廢料排樣方式 由表 6 查得最小搭邊值a= a表6 沖裁金屬材料的搭邊值料厚手送料圓形非圓形aaaa12

9、排樣圖毛胚面積 A=條料寬度 b=150+1.5×2=153進(jìn)距 h=150+1.5=材料利用率 五、計(jì)算沖壓力：采用彈性卸料和上出料方式 硅鋼片D21的=190MPa落料力 F=Lt=（471×××N沖孔力 F= Lt=（441×××9××230）N×N卸料力 F=KF×××N查表7 取K=0.05推件力 F=nKF=10×5××=×N查表7 取K表7 卸料力、推件力和頂出力因數(shù)料厚/mmKKK鋼選擇沖床時(shí)的總沖壓力為 F=

10、 F+ F +F+ F=×N六、確定模具壓力中心因?yàn)樵摿慵侵行膶?duì)稱圖形，所以其壓力中心位于輪廓圖形的幾何中心O點(diǎn)，如圖所示壓力中心七、計(jì)算凸、凹模的刃口尺寸根據(jù)沖裁間隙分析 Zmin= Zmax=，對(duì)零件圖中未注公差的尺寸，由公差手冊(cè)查出其極限偏差為、對(duì)于外輪廓150，查表 8 的凸、凹模的制造公差 表8 規(guī)則形狀（圓形、方形件）沖裁時(shí)凸模，凹模的制造公差基本尺寸凸模公差凹模公差18>1502000由于ZmaxZmin= +不滿足條件，不可采用分開加工凸模和凹模，故采用凸模和凹模配合加工方法，以凹模為基準(zhǔn)件。查表 9 的因數(shù)X=0.75表9 因數(shù)X材料厚度t/mm非圓形x值圓

11、形x值1工件公差/mm1<<落料凹模刃口尺寸計(jì)算如下：150 ： Bj=（Bmin+x）150=（150+×0.1） mm沖孔凸模刃口尺寸計(jì)算如下：5 ：d=（d+x）×）= mmd對(duì)于沖孔80，零件形狀比較復(fù)雜，且為薄材料為了保證凸、凹模之間的間隙值，必須采用凸模和凹模配合加工方法，以凸模為基準(zhǔn)件根據(jù)凸模磨損后的尺寸變化情況將零件圖中各尺寸進(jìn)行分類A類：、R4B類： 、C類： 、沖孔凸模刃口尺寸計(jì)算如下：Aj=（Amaxx）5=（×0.1）=mm4=（4×0.2）=mmBj=（Bmin+x）110=（110+0.5×0.87）=1

12、10.435mmCj=（Cmin+x）±2=（2+0.75×0.1）±±5mm5=（5×0.2）±±mm=（×）= mm八、沖裁的部件及零件設(shè)計(jì)模具的零部件，有很大一部分已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，這對(duì)于簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)工作、穩(wěn)定模具質(zhì)量、簡(jiǎn)化模具的制造維修等，都具有重大意義。在設(shè)計(jì)模具時(shí)，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)化的零部件，只需在標(biāo)準(zhǔn)化的資料中正確的選擇，大量的設(shè)計(jì)工作是對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)。 根據(jù)在模具中的功能和特點(diǎn)，可以分成兩類：工藝零件：這類零件直接參與完成工藝過程并和毛坯直接發(fā)生作用。結(jié)構(gòu)零件：這類零件不直接參與完成工藝過程，也不和毛坯直接發(fā)生

13、作用。沖模零件的詳細(xì)分類見表10表10 沖模零件分類工藝零件結(jié)構(gòu)零件工作零件定位零件卸料和壓料零件導(dǎo)向零件支撐零件緊固零件其他零件凸模凹模凸凹模擋料銷始用擋料銷導(dǎo)正銷定位銷、定位板導(dǎo)料銷、導(dǎo)料板側(cè)刃、側(cè)刃擋塊承料板卸料裝置壓料裝置頂件裝置推件裝置廢料裝置導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)板導(dǎo)筒上、下模座模柄凸、凹模固定板墊板限位支撐裝置螺釘銷釘鍵彈性件傳動(dòng)零件1、工作零件凸模凸模形式 沖孔：圓形凸模，設(shè)計(jì)成直柱形式 圖樣見下圖落料：異形凸模 圖樣見下圖間隙與落料凹模配制凹模凹模的刃口形式，考慮到生產(chǎn)批量較大，所采用刃口強(qiáng)度較高，即柱形刃口筒形凹模的外形尺寸 厚度×150=mm 查表11表11 因數(shù)K的數(shù)值b

14、/mm料厚t/mm1<50>100200=mm 當(dāng)t=mm時(shí) 取h=3mm 尺寸：×× 標(biāo)注如下圖落料凹模按以上計(jì)算的凹模外形尺寸，可以保證凹模有足夠的強(qiáng)度和剛度，一般可不用進(jìn)行強(qiáng)度校核。凸凹模復(fù)合模的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是一定有一個(gè)凸凹模。凸凹模的內(nèi)、外緣均為刃口，為保證強(qiáng)度，內(nèi)外緣之間壁厚應(yīng)有一定厚度，取決于沖裁件尺寸。該凸凹模的最小壁厚為。通過表12 校核，可知凸凹模壁厚有足夠的強(qiáng)度。根據(jù)彈性卸料板厚度及模具結(jié)構(gòu)可選取凸凹模的高度為80mm。表12復(fù)合模最小壁厚沖裁材料材料厚度1硅鋼，中碳鋼（2.02.5）t其結(jié)構(gòu)如下圖沖孔凹模、落料凹模、凸凹模的材料選用：根據(jù)沖裁零

15、件電工硅鋼片加工強(qiáng)度，變形抗力大，模具承受載荷增加，刃口部位磨損加快，且生產(chǎn)批量為105 件，則考慮選用合金含量高，耐磨性好的Cr12MoV材料。Cr12MoV鋼有高淬透性，可用來制造斷面較大，形狀復(fù)雜，經(jīng)受較大沖擊負(fù)載的各種模具，熱處理硬度為HRC6163。2、定位零件為了保證模具正常工作和沖出合格沖裁件，必須保證坯料或工序件對(duì)模具的工作刃口處于正確的相對(duì)位置，即必須定位。條料在模具送料平面中必須有兩個(gè)方向的限位：一是在與送料方向垂直的方向上限位，保證條料沿正確的方向送進(jìn)，稱為條料橫向定位或送進(jìn)導(dǎo)向；二是在送料方向上的限位，控制條料一次送進(jìn)的距離（步距），稱為條料縱向定位或送料定距。對(duì)于塊料

16、或工序件的定位，基本上也是在兩個(gè)方向上的限位。 毛坯的定位條料橫向定位裝置在復(fù)合沖裁模上，通常采用導(dǎo)料銷進(jìn)行導(dǎo)料。兩個(gè)導(dǎo)料銷的中心距盡可能取大一些，以便于送料。并有利于防止條料偏斜。條料縱向定位裝置在復(fù)合模中，縱向定位的主要作用是保證縱向搭邊值。擋料銷確保條料送進(jìn)時(shí)有準(zhǔn)確的送進(jìn)距。活動(dòng)擋料銷常用于倒裝復(fù)合模，裝在卸料板上，由彈性元件支撐，可以伸縮的擋料銷。設(shè)計(jì)中選取橡膠彈性擋料銷。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)如下圖3、卸料、出件零件卸料裝置卸料是指把沖件或廢料從凸模中卸下來?？煞譃閯傂院蛷椥孕读涎b置兩種形式，視模具的結(jié)構(gòu)選擇。設(shè)計(jì)中為倒裝復(fù)合模，易采用彈性卸料裝置。彈性卸料裝置卸料力較小，所得質(zhì)量較好，平直度

17、較高。彈性元件選用橡膠，其結(jié)構(gòu)如下圖推件裝置設(shè)計(jì)中模柄中心位置有沖孔凸模，采用簡(jiǎn)單的剛性推件裝置，由打桿、推板、連接推桿和推件塊組成。結(jié)構(gòu)如下圖4、橡膠的選用橡膠允許承受的負(fù)荷比彈簧大，且安裝調(diào)整方便，價(jià)錢又不貴，是模具中廣泛使用的彈性元件。冷沖模中所用橡膠一般為聚氨脂橡膠（PUR）。橡膠的高度H與直徑D應(yīng)有適當(dāng)?shù)谋壤?，一般?yīng)保持H=（0.51.5）D5、模架及零件模架是由上模座、下模座、模柄及導(dǎo)向裝置組成對(duì)模架的基本要求：應(yīng)有足夠的強(qiáng)度與剛度應(yīng)有足夠的精度上下模之間的導(dǎo)向應(yīng)精確。一般模架型號(hào)規(guī)格均已列入標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)可選用模架選用適用中等精度，中、小尺寸沖壓件的后側(cè)導(dǎo)柱模架從右向左送料，操作方

18、便。上模座：L/mm ×B/mm× H/mm=250×250×45下模座：L/mm ×B/mm× H/mm=250×250×55導(dǎo)柱： d/mm ×L/mm=35×180導(dǎo)套： d/mm ×L/mm×D/mm=35×115×43模架的閉合高度：190230模柄中小型模具都是通過模柄固定在壓力機(jī)滑塊上。設(shè)計(jì)中采用凸緣式模柄形式見下圖模柄的長(zhǎng)度不得大于沖床滑塊里模柄孔的深度，模柄直徑應(yīng)與模柄孔一致。連接零件的選取墊板厚度?。?0mm 材料：45 硬度：4348

19、HRC凸模固定板厚度?。?2mm 材料：45卸料板厚度?。?5mm 材料：Q235橡膠厚度取：40mm6、模具的閉合高度模具的閉合高度H模 是指模具在最低工作位置時(shí)，上、下模之間的距離。為使模具正常工作，模具閉合高度必須與沖床的閉合高度相適應(yīng)。應(yīng)介于沖床最大和最小閉合高度之間: H最大-5H模H最小+10 H模 =+0.5+80+55-2=223九、沖壓設(shè)備的選擇為安全起見，防止設(shè)備的超載，參照沖壓手冊(cè)可選取公稱壓力為63KN的開式雙柱可傾壓力機(jī)J2316該壓力機(jī)與模具設(shè)計(jì)的有關(guān)參數(shù)為：公稱壓力： 160KN 滑塊行程： 55mm最大閉合高度： 220mm 最大裝模高度： 180mm連桿調(diào)節(jié)量

20、： 45mm 工作臺(tái)尺寸： 200×310墊板尺寸： 30×140 模柄孔尺寸： 30×50十、模具經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的分析模具的經(jīng)濟(jì)性涉及到成本的高低供應(yīng)是否充分，加工過程是否復(fù)雜、成品率的高低以及同一產(chǎn)品中使用金屬或鋼材型號(hào)的多少等。在我國(guó)當(dāng)前情況下，考慮以鐵代鋼和以鑄代鍛還是符合經(jīng)濟(jì)性要求的，故選擇一般彈鋼和鑄鐵能滿足要求的，就不要選用合金鋼。對(duì)一些只要求表面性能高的零件，可選用廉價(jià)鋼種，然后進(jìn)行表面強(qiáng)化處理來達(dá)到。另外，在考慮材料經(jīng)濟(jì)性時(shí)，切記不宜單純以單價(jià)來比較材料的好壞，而應(yīng)以綜合效益來評(píng)價(jià)材料的經(jīng)濟(jì)性高低。模具的技術(shù)分析，包括模具的結(jié)構(gòu)、形狀以及尺寸等方面的分析。模具的結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算完畢之后，要對(duì)模具的加工質(zhì)量、使用條件提出基本要求，這些要求主要是：（1