电机定子硅钢片复合模具设计.doc

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1、中文摘要 本设计是落料、冲槽复合模的设计。设计说明书中简要概述了冲压模具目前的发展状况和发展趋势。然后对工件进行了详细工艺性分析以及冲压方案的确定。按照冲压模具设计的一般步骤，计算并设计了本套模具上的主要零部件，如：凸模、凹模、凸凹模、凸模固定板、垫板、凹模固定板、卸料板、挡料销、推件板、顶件块等。模架采用标准模架，选用了合适的冲压设备。关键词：落料, 冲槽, 复合模, 冲压模具, 凸凹模AbstractThis is a design of dropping and Notching composite die. The design overview the current develop

2、ment status and development trends of stamping die briefly. Then I conduct a detailed analysis of the work piece and determine the Stamping program. After finishing the Stamping die design in accordance with the general steps,I also design and calculations the main parts of this mold .For example, P

3、unch, Die, Die punch, punch plate, plate, Die plate and dump plates, block information, marketing pieces of boards, blocks and other top pieces . At last I use standard mold and choice the suitable Stamping equipment. Keywords : dropping; Notching ; compound die; stamping die; Die punch. 目 录中文摘要.英文摘

4、要.第1章 绪论.1 1.1 模具发展的现状和趋势.1 1.2 模具设计的意义.4第2章 工艺分析和方案的确定.5 2.1 工件工艺性分析.52.1.1 工件尺寸和精度.5 2.1.2 工件的粗糙度和毛刺.6 2.2 确定工艺方案.6第3章 模具结构形式的选择.8第4章 工艺计算.94.1 毛坯尺寸计算.94.2 排样、搭边和料宽以及材料的利用率.10 4.2.1 排样.10 4.2.2 搭边和料宽.11 4.2.3 材料利用率.144.3 冲裁力、卸料力及推件力的计算.16 4.3.1 冲裁力的计算.16 4.3.2 卸料力及推件力的计算.174.4 压力中心的计算.184.5 冲裁间隙.1

5、94.6 凸、凹模刃口尺寸计算.20第5章 冲模主要零件的设计.305.1 凸模、凹模的设计以及模架的选择.30 5.1.1 凸模的设计.30 5.1.2 凹模的设计.33 5.1.3 模架的选择.355.2 定位零件的设计.365.3 卸料和推件、顶件零件的设计.395.4 固定与紧固零件.415.5 导向零件.43第6章 冲压设备的选择.44 6.1 设备类型的选择.44 6.2 设备型号的选择.45第7章 绘制模具装配图和部分零件图.47第8章 设计总结.49参考文献.51致谢.52第一章 绪 论1.1 模具发展的现状和发展1.1.1 冲压在工业生产中的作用 近年来，随着飞机、汽车、电子

6、、仪表、日用工业品等工业的发展及少无切屑加工技术的应用，冲压加工技术得到了高速的发展。目前，除一般的成形方法外，又出现了冷、热、温挤压成形，液压成形，强力旋压成形，超塑成形，爆炸成形，以及精密冲裁和高速冲压等加工技术。 冲压技术在现代工业生产中占有十分重要的地位，是国防工业及民用工业生产中必不可少的加工方法。在电子产品中，冲压件约占8085；在汽车、农业机械产品中，冲压件约占7580；在轻工产品中，冲压件约占90以上。此外，在航空及航天工业生产中，冲压件也占有很大的比例。 冲压虽然以大批量生产为对象，但所使用的模具却是单件生产。制造模具需要采用精度很高的加工设备、先进的工艺方法，同时还需要有技

7、术熟练的技工配合。因此，根具的真正价值不只在于它的本身，而贝还在于它为社会创造的巨大经济效益。模具的好坏，将直接影响制件的质量、数量和成本。1.1.2 冲压生产的特点 冲压生产是指在压力机的作用下，利用模具使材料产生局部或整体塑性变形，以实现分离或成形，从而获得一定形状和尺寸制件的加工方法。由于它主要用于加工各种金属或非金属板料，所以又称板料冲压。冲压是一种先进的工艺，它与其它加工方法相比特点有：1利用模具能冲制出各种形状复杂、精度一致的制件，且可以保证互换性。2操作筒便，易于实现自动化，并具有较高的生产效率。如在普通的冲压设备上，一般每分钟可以压制几十个制件；若在高速冲压设备上，每分钟可以压

8、制几百件甚至上千件。3冲压生产是一种节约能源的加工方法，它不象切削加工那样消耗很多能量，把大量金属切成碎屑后而获得零件。冲压生产往往是直接采用轧制的钢板或钢带，只要排样合理，可以极大的提高板材的利用率。4在加工过程中，材料表面不易遭受破坏，制件表面质量好。通过塑性变形以后，还可以使制件的机械性能有所提高。5冲压生产操作容易，不需要高级操作技工。总之，冲压生产是具有质量好、效率高、成本低等优点的加工方法。1.1.3 模具制造技术的发展模具制造是技术密集型综合加工技术，它向着高效、精密、大型、自动化方向发展。相应的模具设备，也在不断的发展和更新，如各种精密磨床、精密镗床、大型铣床、加工中心及大型电

9、火花机床和线切割机等数控机床已逐渐取代常规加工设备。目前，国内已可加工50多个工步的级进模，制造精度保持在微米级；加工的最大型腔模可达45m；硬质合金模具的总寿命已达到数亿次。对于多品种小批量生产使用的模具，也已广泛采用各种快速制模技术，如低熔点合金模具、锌合金模具、聚酯橡胶喔模具以及超塑成型、挤压成型、精密铸造、金属喷镀、电铸成型等制模新工艺，使模具制造周期缩短，成本降低。近年，由于在模具材料方面发展了高强韧模具钢、综合性能好的通用模具钢和微变形精密模具钢种，从而提高了模具的使用寿命，随着加工技术的发展，硬质合金和钢结硬质合金在模具制造中的应用越来越多；易熔合金模具材料的品种也有新的发展，扩

10、大了使用范围。在模具设计与模具结构方面，使用计算机辅助设计，不仅缩短了模具设计周期，而且也促进了模具标准化的发展。组合冲模的设汁和使用范围的扩大，使其元件逐步走向标准化、系列化。为了适应多工位高速冲模的使用要求，模具结构形式有很多新的发展。例如，为保证与凸模间微米级的配合间隙，在卸料板上采用镶套或电铸成形；为了便于装卸、快速更换模块等易损件，采用双重导向或浮动凸模结构；在模具上增加润滑系统和温控系统，以提高模具的使用寿命。此外，在表面处理、表面溶渗、喷焊、涂镀等方面也取得了许多突破性的进展，对于大型模具采用模口堆焊技术可降低造价缩短制造周期。1.1.4 冲压模具的发展方向21世纪模具制造行业的

11、基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和网络化，追求的目标是提高模具质量及生产效率、缩短设计及制造周期、降低生产成本、最大限度地提高模具制造行业的应变能力，满足用户需求。具体表现为以下8个方面。（1）集成化技术。现代模具设计制造系统不仅应强调信息的集成，更应该强调技术、人和管理的集成。在开发模具制造系统时强调“多集成”的概念，即信息集成、智能集成、串并行工作机制集成及人员集成，这更适合未来制造系统的需求。（2）智能化技术。应用人工智能技术实现产品生命周期各个环节的智能化，实现生产过程各个环节的智能化，以及模具设备的智能化，也要实现人与系统的融合及人在其中智能的充分发挥。（3）网络技术的应用。网络

12、技术包括硬件与软件的集成实现。各种通讯协议及制造自动化协议，信息通讯接口，系统操作控制策略等，是实现各种制造系统自动化的基础。目前早已出现了通过internet实现跨国界模具设计的成功例子。网络技术的应用为我国模具企业实现敏捷制造和动态联盟奠定了技术基础。（4）多学科多功能综合产品设计技术。未来产品的开发设计不仅用到机械科学的理论与知识，还用到电磁学、光学、控制理论等，甚至要考虑到经济、心理、环境、卫生及社会等各方面的因素。产品的开发要进行多目标全性能的优化设计，以追求模具产品动态特性、效率、精度、使用寿命、可靠性、制造成本与制造周期的最佳组合。（5）虚拟现实与多媒体技术的应用。虚拟现实VR（

13、Virtual Reality ）是人造的计算机环境，人处在这种环境中有身临其境的感觉，并强调人的介入与操作VR技术在21世纪整个制造中都将有广泛的应用，可以用于培训、制造系统仿真、实现基于制造仿真的设计与制造、集成设计与制造、实现集成人的设计等。美国已于1999 年借助VR技术成功地修复了太空望远镜。多媒体技术采用多种介质来存储、表达处理多种信息，融文字、语音、图像于一体，给人一种真实感。（6）反求技术的应用。常规的模具设计通常以产品的已有设计信息为依据，这些设计信息通过工程图或一些模型来表达，然后制定出加工工艺规划，最终通过模具和设备制造出产品。但在许多情况下，一些产品并非来自设计概念，而

14、是起源于另外一些产品或实物，要在只有产品原型或实物模型，而没有产品图样的条件下进行模具的设计和制造以便制造出产品。此时需要通过实物的测量，然后利用测量数据进行实物的CAD几何模型的重新构造。这种过程就是反求工种RE（Reverse Engineering）。一旦建立了CAD几何模型后，就可以依据这种数字化的几何模型用于后续的许多操作，如实物CAD模型的修改、零件的重新设计、有限元分析、误差分析、数控（NC）加工指令生成以及模具的设计和制造等。（7）快速成型制造技术。快速成型制造技术RPM（Rapid Prototyping Mannufacturing）基于层制造原理，迅速制造出产品原型，而与

15、零件的几何复杂程度无关，尤其是具有复杂曲面形状的产品制造中更能显示其优越性。它不仅能够迅速制造出原型、设计评估、装配校检、功能实验。而且还可以通过形状复制，快速经济地制造出产品模具（如制造电极用于EDM加工、作为模型消失铸造出模具等），从而避免了传统模具制造的费时和耗成本的NC加工，因而RPM技术在模具制造中发挥着重要的作用。（8）全面质量管理技术。全面质量管理TQM（Total Quality Management）的核心思想是：企业的一切活动都围绕着质量来进行。它不仅要求质量管理部门进行质量管理，它还要从企业最高决策者到一般员工均应参加到质量管理过程中。并且强调质量控制活动应包括从市场调研

16、、产品规划、产品开发、制造、检测到售后服务等产品生命周期。 我们已经进入知识经济时代，这是一个以知识密集的智力资源为基础的经济时代，是一个高度重视知识生产、知识传播和知识应用的时代，是一个科技创新竞争的时代。重视技术创新，加大科技投入，把科技进步放在首位，培养高素质人才；深化改革，加强管理，降低产品成本，缩短生产周期，提高经济效益；重点发展大型、精密、复杂、长寿命模具，使高档模具进一步立足于国内，所有这些均是摆在我国模具工作者面前的重大任务。1.2 模具设计的意义毕业论文（设计）不仅是对前面所学专业知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。毕业论文（设计）是本科生培养方案中的重要环节。学生

17、通过毕业论文（设计），综合性地运用几年内所学知识去分析、解决一个问题，在作毕业论文（设计）的过程中，所学知识得到疏理和运用，它既是一次检阅，又是一次锻炼。作为当代大学生，知识与能力能否结合关系到以后生存的难易程度。所以作一次实战性的设计是非常有必要的，同时也是对我们生存能力的一种检验。在社会竞争日趋激烈的今天，做好设计是我们成功迈向社会的第一步。第二章 工艺分析和方案确定2.1 冲件工艺性分析2.1.1 工件尺寸和精度工件图如下：（图2-1） 图2-1 工件图硅钢片的应用在机电行业中是相当广泛的，由于有其宽广的使用空间，所以得到了大量的生产。由给定的工件图（图2 -1）可知，此零件形状较规则，

18、但相对复杂，其要求的工件等级也都在IT9级以上。其中内小孔要求的精度等级为IT8级，内大孔要求的精度等级为IT9级，外围尺寸和要求的精度等级为IT7级。在现有的条件下冲出这样精度的零件是完全可行的，再者，虽有24个内槽，但是没有精度等级的要求，外围的四个对称燕尾槽也没有精度等级要求，因此，我们可以看做是一般的精度等级。所以要冲出这样的一个零件是完全合乎要求的。2.1.2 工件的粗糙度和毛刺 冲裁件的工艺性是指制件的形状结构、精度要求、形位公差及技术要求以及对冲裁工艺的适应性。制件的工艺性不好，要影响冲裁件的质量、模具寿命、材料消耗、生产率和冲件成本，严重的要影响到冲裁工艺的实施。制件设计中应尽

19、可能提高冲裁件的工艺性。冲裁断面的粗糙度，对普通冲裁，当板厚小于5mm时，为1006.3 ；精密冲裁件为o.8o.4”；整修时Ra为3.2o.8，制件的毛刺高度与冲裁性质、不同材料及厚度有关。表2-1所示为普通冲裁冲裁是允许毛刺高度的参考位值。表2-1 毛刺高度 （mm）2.2 确定工艺方案 方案一：用两道单工序进行冲压，见图2-2，工序1先用复合模冲出工艺小孔和外围形状；工序2用装有分度装置的冲槽模对半成品进行内孔和单槽冲压，每冲好一个槽就将工件转过15，依次冲出24个槽形。 工序1 工序2 工序1 工序2冲孔落料 单槽依次冲 冲孔落料 24个槽一次冲出 图2-2 冲压工艺方案之一 图2-3

20、 冲压工艺方案之二 方案二：用两道但工序进行冲压，见图2-3，工序1和方案一的一样，工序2用冲槽模一次将半成品的24个槽形冲出。 方案三：用三个工步的级进模在一次工序中将零件冲出，见图2-4。第一工步冲出工艺孔；第二工步冲出内内大孔和全部槽形；第三工步外形落料，压力机一次行程生产一个完整的定子冲片制件。图2-4 冲压工艺方案之三 方案四：在复合模中同时进行冲孔、落料、冲槽，将零件一次冲出。方案分析： 方案一的特点是化零为整，将原先很复杂的制件形状分解内孔、一个槽形和外形三个形状较简单的单元，从而可以简化模具刃口形状，便于模具制造。另外，所需冲压力也因此而减小了。但是该方案的缺点是，需要两道冲压

21、工序，且第二道工序又是单槽冲出，生产效率较低；在冲槽过程中还要进行多次的分度定位，操作不便；由于多次分度定位，定子冲片槽形的同轴度与分度误差都较难达到高的精度要求，所以方案一不可行。 方案二与方案一基本相同，不同之处在于第二方案的工序2可以一次冲出24个槽形，所以槽的分度误差要比方案一的小得多，能够满足槽形分度的精度要求，但是此方案在冲槽时仍以内小孔定位，同轴度要求0.08mm仍较难保证。所以方案二也是不可行的。 方案三由于制件与槽孔废料都可以由压力机台下排出，操作方便安全，故生产效率高，此外，如果在级进模上设有弹性卸料装置，则可以在高速冲床上进行连续冲压。该方案的主要缺点是，冲出定子冲片的精

22、度不够高.故要选取更优的方案。 方案四是将各个工序复合在一起一次冲成。因而生产效率最高，操作也较安全。复合模冲裁的制件精度，主要是取决于模具的制造精度。若采用高级精度（IT9级以上）复合模冲压本制件，则可以保证制件所要求的各项精度指标。此外，由于复合模冲裁时，由弹性卸料板先将毛坯压紧后再冲压，因此，剪切断面质量较高，制件的表面质量也较为平整。故方案四为最优方案。第三章 模具结构形式的选择 确定冲压工艺方案以后，应通过分析比较，选择合理的模具结构形式。选定的模具结构形式，应能冲出达到技术要求的制件，能满足需要的生产率，模具应便于制造和修磨，易于安装调整，操作方便、安全，具有足够的使用寿命。选定采

23、用复合模后，还要确定是用正装式还是例装式复合模。在大多数情况下，优先采用倒装式复合模，因为倒装式复合模的冲孔废料可通过凸凹模从压力机工作台孔中漏出；制件由上面的凹模带上后，由推件装置推出，再由压力机上附加的接件装置接走；条料由下模的卸料装置脱出。操作方便而安全，且能保证较高的生产率。而正装式复合模，冲孔废料由上模带上，冉由推料装置推出，制件则由下模的推件装置向上推出，条料由上模卸料装置脱出，三者混杂在一起，如果不能及时排除废料(或制件)而进行下一次冲压，就容易崩裂模具刃口。倒装式复合模冲裁后的制件嵌在上模部分的落料凹模内，需由刚性或弹性推件装置推出。采用刚性推件装置，可将制件平稳可靠地推出凹模

24、，但在冲裁时对制件不起压平作用，故制件平整度和尺寸精度比用弹性推件装置时低些。根据生产经验，用刚性推件装置已能保证定冲片所有尺寸精度，而且刚性推件装置的结构紧凑，维护方便，故以采用刚性推件装置为宜。复合模冲裁时，条料将卡在凸凹模外缘，因而需要在下模设卸料装置。在下模的弹性卸料装置有两种形式，一种是将弹性零件装设在卸料板与凸凹模固定板之间，另一种是将弹性浮什装设在下楼板下面。出于定子冲片的条料卸料力不大，故采用前一种结构，并且使用橡皮作为弹性零件。 经分析，由于制件精度要求高，材料薄，模具间隙小，且生产批量大，故采用后侧导柱模架，模具形式选择倒装式复合模，推件采用刚性推件装置，卸料板采用弹性卸料

25、板。 第四章 工艺计算4.1 毛坯尺寸的计算 由于此零件的不规则形状，所以要直接计算其冲裁尺寸是有点困难的，但是我们具备了相当的几何知识，我们可以将其分解进行计算，先取其1/4，见图4-1，进行计算： 图4-1 部分工件图 图4-2 工件槽形经过计算，1/4外围的尺寸为 C1=96.19mm所以，整个外围的尺寸为 C2=4C1=384.76mm由于在零件的上端，有一半径为的圆，所以最后外围的尺寸为 在半径为圆周围，有24个槽形，见图4-2，其冲裁尺寸为 所以，整个环形的槽形的尺寸为 槽的小口部分是2.2mm宽，在直径的圆上所占的弧度非常小，故取近似等于所占圆弧角度的弧度。所以，内周长为 由于在

26、中心还要 冲一个工艺小孔。最后，总的冲裁尺寸为 4.2 排样、搭边和料宽以及材料利用率 4.2.1 排样制件在板料、条料或带料上的布置方法称作排样。排样是制定冲压工艺不可缺少的内容，它直接影响材料的利用率、冲模结构、制件质量和生产率。排样的方法很多，主要包括有搭边排样、少搭边排样和无搭边排样。如图4-3 所示 有搭边排样 少搭边排样 无搭边排样图4-3 排样图 有搭边排样(见图4-3a)制件，在板料上冲栽轮廓四周都有搭边(图中阴影部分)。冲裁后搭边成为废料。有搭边排样的材料利用率较低，但制件的质量和冲模寿命较高，常用于制件形状复杂、尺寸精度要求较高的排样。少搭边排样(见图4-3b)沿制件的部分

27、外部轮廊切断或冲裁，即制件与条料的侧边，或制件与制件之间有部分搭边的排样。这种排样方法，材料的利用率较高，常用于制件某些尺寸要求不高的排样。无搭边排样(见图4-3c)是无废料的排样方法，冲裁过程制件与制件之间沿不同的线段分开。这种排样方法，材料的利用率最高，但对制件形状结构要求更严格，所以其应用范围有一定的局限性，制件设计时要考虑这方面的工艺性能。采用少搭边和无搭边排样可以简化冲模结构，减少冲裁力，但应用中要受制件结构的限制，主要用于精度要求较低的制件。此外，它对冲模的工作条件也有一定的影响会降低冲模寿命和制件质量。对于简单形状的制件，可以用计算方法选择合理的排样；而对于形状复杂的制件，常采用

28、放样的方法进行比较排样，找出比较合理的排样方案。经过对制件的分析，此零件的尺寸较大，外部形状虽有4个槽形，但也是规则的形状；再考虑到压力机工作台面的大小和模具的因素，现拟定排样方式见图4-4。 图4-4 冲件的排样形式 对上述排样进行分析：此零件由于尺寸较大，而且外部形状较为规则，如果要多行排列的话，不仅要求压力机的工作台面很大，而且压力机的压力也要求较高，更为困难的是模具将要设计得很大，不仅在工作的时候操作上引起不便。在安装上也是个值得考虑的问题，如果模具太大的话，将会对手工安装带来很多不便，这样显然是很困难的。所以此排样适合冲裁的要求。4.2.2 搭边和料宽 1. 搭边 排样中相邻两工件之

29、间的余料或工件与条料边缘间的余料称为搭边。搭边的作用是补偿定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料步距误差、送料歪斜误差等原因而冲裁出残缺的废品。此外，还应保持条料有一定的强度和刚度，保证送料的顺利进行，从而提高制件质量，使凸、凹模刃口沿整个封闭轮廓线冲裁，使受力平衡，提高模具寿命和工件断面质量。搭边值要合理确定。搭边值过大，材料利用率低。搭边值小，材料利用率虽高，但过小时就不能发挥搭边的作用，在冲裁过程中会被拉断，造成送料因难，使工件产生毛刺、有时还会被拉入凸模和凹模间隙，损坏模具刃口，降低模具寿命。搭边值过小，会使作用在凸模侧表面上的法向应力沿着落料毛坯周长的分布不均匀，引起模具刃口的磨损。

30、为避免这一现象，搭边的最小宽度大约取为毛坯的厚度，使之大于塑变区的宽度。 影响搭边值大小的因素主要有： 1 材料的力学性能 塑性好的材料，搭边值要大一些，硬度高与强度大的材料，搭边值可小些。 2 材料的厚度 材料越厚，搭边值也越大。3. 工件的形状和尺寸 工件外形越复杂，圆角半径越小，搭边值越大。4 排样的形式 对排的指边值大于直排的搭边。5 送料及挡料方式 用手工送料，有侧压板导向的搭边值可小一些。搭边值一般由经验确定，表4-1列出普通冲裁低碳钢时的搭边值。表4-1 搭边a和数值 （） 由工件给定的尺寸，并查表4-1得：取 mm 所以，其搭边情况如图4-5 图4-5 搭边值2. 条料宽度的确

31、定 排样方案和搭边数值确定后，即可确定条料或带料的宽度及进距。 条料宽度的确定原则是：最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值，最大条料宽度要能在冲裁时顺利地在导料板之间送进，并与导科板之间有一定的间隙。因此，在确定条料宽度时必须考虑到模县的结构中是否采用侧压装置和侧刃，根据不同结构分别进行计算。当条料在无侧压装置的导料板之间送料时(图)，条料宽度按下式计算 （4-1） 式中 B条料标称宽度(mm)； D工件垂直于送料力向的最大尺寸(mm)。 一侧搭边(mm)；V一一条料宽度的公差(mm)，见表4-2；条料与导料板间的间隙(mm)，见表4-3。 当条料在有侧压装置的导料板之间送料时（图4-6b），条料宽度按下式计算 （4-2）式中各符号意义同上。导料板之间的距离： A=B+图4-6 条料宽度的确定 a) 无侧压装置 b) 有侧压装置1导料板 2凹模 表4-2 剪切条料宽度公差 （mm）条料宽度B材 料 厚 度 t1122335 50501001001501502202203000.40.50.60.70.80.50.60.70.80.90.70.80.91.01.10.91.01.1.1.21.3表4-3 条料与导料板之间的间隙