哈尔滨职业技术学院教案 第 页 课程题目 模块二电机定子冲裁模 课题精品Word文件下载.docx

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（2）塑性变

图2-3冲裁变形过程

（3）断裂分离阶段（图2-3Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ）

材料内裂纹首先在凹模刃口附近的侧面产生，紧接着才在凸模

刃口附近的侧面产生。

已形成的上下微裂纹随凸模继续压入沿最大切应力方向不断向材料内部扩展，当上下裂纹重合时，板料便被剪断分离。

随后，凸模将分离的材料推人凹模洞口。

2.冲裁件质量及其影响因素

（1）冲裁件断面质量及其影响因素

由于冲裁变形的特点，冲裁件的断面明显地分成四个特征区，即

圆角带a、

a）冲孔件b）落料件

图2-5冲裁区应力、变形和冲裁件正常的断面状况

光亮带b、断裂带c与毛刺区d，如图2-5所示。

圆角带a：

该区域的形成是当凸模刃口压入材料时，刃口附近的

材料产生弯曲和伸长变形，材料被拉入间隙的结果；

光亮带b：

该区域发生在塑形变形阶段，当刃口切入材料后，材

料与凸、凹模切刃的侧表面挤压而形成的光亮垂直的断面。

通常占全断面的1/2-1/3；

断裂带c：

该区域是在断裂阶段形成。

是由刃口附近的微裂纹在

毛刺区d：

毛刺的形成是由于在塑性变形阶段后期，在普通冲裁中毛刺是不可避免的，普通冲裁允许的毛刺高度见表2.1。

在四个特征区中，光亮带越宽，断面质量越好。

但四个特征区域

的大小和断面上所占的比例大小并非一成不变，而是随着材料性能、模具间隙、刃口状态等条件的不同而变化。

影响断面质量的因素有：

（2）冲裁件尺寸精度及其影响因素

a冲模的制造精度：

冲模的制造精度对冲裁件尺寸精度有直接影

响。

冲模的精度愈高，冲裁件的精度亦愈高。

当冲裁模具有合理间隙与锋利刃口时，其模具制造精度与冲裁件精度的关系。

需要指出的是冲模的精度与冲模结构、加工、装配等多方面因素有关。

b间隙对冲裁件尺寸精度的影响

当间隙较小时，由于材料受凸、凹模挤压力大，故冲裁完后，材料的弹性恢复使落料件尺寸增大，冲孔孔径变小。

当凸凹模间隙较大时，材料所受拉伸作用增大，冲裁结束后，因材料的弹性恢复使冲裁件尺寸向实体方向收缩，落料件尺寸小于凹模尺寸，冲孔孔径大于凸模直径（图2-7）。

尺寸变化量的大小与材料性质、厚度、轧制方向等因素有关。

（3）冲裁件形状误差及其影响因素

用普通冲裁方法所能得到的冲裁件，其尺寸精度与断面质量都不太高。

金属冲裁件所能达到的经济精度为IT14～IT10，要求高的可达到IT10～IT8级。

厚料比薄料更差。

若要进一步提高冲裁件的质量要求，则要在冲裁后加整修工序或采用精密冲裁法。

三、冲裁间隙

裁间隙Z是指冲裁模中凹模刃口尺寸DA与凸模刃口尺寸dT的差

值，即：

Z=DA-dT（2-1）

如图2-8所示。

Z表示双面间隙，单面间隙用Z/2表示，如无特殊说

明，冲裁间隙就是指双面间隙。

Z值可为正，也可为负，但在普通

冲裁中，均为正值。

1．冲裁间隙对冲裁工艺的影响

（1）间隙对冲裁件质量的影响

间隙是影响冲裁件质量的主要因素之一。

（2）间隙对冲裁力的影响

随着间隙的增大，材料所受的拉应力增大，材料容易断裂分离，

因此冲裁力减小。

通常冲裁力的降低并不显著，

（3）间隙对模具寿命的影响

间隙是影响模具寿命诸因素中最主要的因素之一。

冲裁过程中，间隙越小，模具作用的压应力越大，摩擦也越严重。

所以过小的间隙对模具寿命极为不利。

而较大的间隙可使凸模侧面及材料间的摩擦减小，并减缓间隙由于受到制造和装配精度的限制，出现间隙不均匀的不利影响，从而提高模具的寿命。

2．冲裁间隙值的确定

（1）理论确定法

Z=2（t–h0）tanβ=2t（1-h0/t）tanβ

式中：

t——材料厚度；

h0——产生裂纹时凸模压入材料的深度；

h0/t——产生裂纹时凸模压入材料的相对深度；

β——裂纹与垂线方向的夹角。

（2）经验确定法

查表法

经验公式法

软材料：

t＜1mm,Z=Z（6%~8%）t

t=1~3mm,Z=（10%~16%）t

t=3~5mm,Z=（16%~20%）t

硬材料：

t＜1mm,Z=（8%~10%）t

t=1~3mm,Z=（12%~16%）

t=3~8mm,Z=（16%~26%）

四、凸模和凹模的刃口尺寸计算

1．刃口尺寸计算的基本原则

（1）设计冲裁模应先确定基准模刃口尺寸落料件以凹模为基准模，间隙取在凸模上，即冲裁间隙通过减小凸模刃口尺寸来取得；

冲孔件以凸模为基准模，间隙取在凹模上，冲裁间隙通过增大凹模

刃口尺寸来取得。

（2）考虑冲模在使用过程中刃口尺寸的磨损规律冲裁过程中，凸、凹在磨损到一定程度时，仍能冲出合格的零件。

模具磨损预留量与工件制造精度有关，用XΔ表示，其中Δ为工件的公差值，X为磨损系数，其值在0.５～１之间，可查表2-1，可根据工件制造精度进行选取：

工件精度IT10以上X=1

工件精度IT11～IT13X=0.75

工件精度IT14X=0.5

表2-1磨损系数X

材料厚度t

非圆形

圆形

1

0.75

0.5

工件公差

/mm

～1

1～2

2～4

>

<

0.16

0.20

0.24

0.30

0.17～0.35

0.21～0.41

0.25～0.49

0.31～0.59

0.36

0.42

0.50

0.60

（3）不管落料还是冲孔，冲裁间隙一般选用最小合理间隙值（Zmin）。

（4）选择模具刃口制造公差

一般冲模精度较工件精度高2～4级。

对于形状简单的圆形、方形刃口，其制造偏差值可按IT６～IT７级来选取；

也可查表面2-6选取。

对于形状复杂的刃口制造偏差可按工件相应部位公差值的1/4来选取；

对于刃口尺寸磨损后无变化的制造偏差值可取工件相应部位公差值的1/8并冠以（±

）。

（5）工件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造偏差原则上都应按“入体”原则标注为单向公差。

2．凸模、凹模刃口尺寸的计算方法

刃口尺寸的计算方法可分为两类。

（1）为了保证初始间隙值小于最大合理间Zmax，分开加工必须满足下列条件：

｜δA｜＋｜δT｜≤Zmax-Zmin（2-3）

或取:

δT＝0.4（Zmax-Zmin）（2-4）

δA＝0.6（Zmax-Zmin）（2-5）

即：

新制造的模具应该是｜δA｜＋｜δT｜+Zmin≤Zmax，否则制造的模具间隙已超过允许变动范围Zmin～Zmax。

（a）落料（b）冲孔

图2-7 

冲模刃口尺寸及公差与工件尺寸及公差的分布

下面对单一尺寸落料和冲孔两种情况分别进行讨论。

a落料

b冲孔

c孔心距

孔心距属于磨损后工件尺寸基本不变的尺寸。

在同一工步中，在工件上冲出孔距为

个孔时，，其凹模型孔中心距可按下式确定。

五、冲裁力和压力中心的计算

1．冲裁力的计算

F＝KtLτ

2.辅助力的计算

卸料力FＱ＝KF

推料力FＱ1＝nＫ1F

顶件力FＱ２＝Ｋ2F

3．压力机公称压力的选取

采用弹压卸料装置和下出件的模具时：

Fz＝F＋FＱ＋FＱ１（2-19）

采用弹压卸料装置和上出件的模具时：

Fz＝F＋FＱ＋FＱ2（2-20）

采用刚性卸料装置和下出件模具时：

Fz＝F＋FＱ１（2-21）

4．降低冲裁力的措施

（1）阶梯凸模冲裁

将凸模设计成不同长度，使工作端面呈阶梯式布置，凸模间的高度差H与板料厚度t有关，

即t＜3mmH＝t

t＞3mmH＝0.5t

（2）斜刃冲裁

斜刃冲裁时，会使板料产生弯曲。

因而，斜刃配置的原则是：

必须保证工件平整，只允许废料发生弯曲变形。

因此，落料时凸模应为平刃，将凹模作成斜刃，冲孔时则凹模应为平刃，凸模为斜刃，

（a）凸模阶梯布置（b）斜刃落料（c）斜刃冲孔

图2-8减小冲裁力的设计

5．压力中心的确定

模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。

为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。

否则，会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。

课题二电机定子冲裁工艺

2

了解电机定子冲裁工艺性

学习冲裁件排样及材料利用率

冲裁的工艺性

冲裁件的排样

1.冲裁变形过程分为哪三个阶段？

裂纹在哪个阶段产生，首先在什么位置产生？

2.冲裁件的断面分成哪四个特征区？

材料利用率的提高对成本节约起重要作用。

一、冲裁件的工艺性

冲裁件的工艺性，是指冲裁件对冲压工艺的适应性，

1.冲裁件的结构工艺性

（1）冲裁件的形状冲裁件的形状应力求简单、对称，

（2）冲裁件内形及外形的转角冲裁件内形及外形的转角处要尽量避免尖角，应以圆弧过渡，

（3）冲裁件上凸出的悬臂和凹槽尽量避免冲裁件上过长的凸出悬臂和凹槽，

（4）冲裁件的孔边距与孔间距为避免工件变形和保证模具强度，孔边距和孔间距不能过小。

（5）在弯曲件或拉深件上冲孔时，孔边与直壁之间应保持一定距离，以免冲孔时凸模受水平推力而折断。

（6）冲裁件的孔径因受冲孔凸模强度和刚度的限制，不宜太小，否则容易折断和压弯。

冲孔最小尺寸取决于材料的机械性能、凸模强度和模具结构。

用无导向凸模最小尺寸d：

钢：

铜、铝：

t—冲裁件厚度

2．冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度

（1）冲裁件的经济公差等级不高于IT11级，一般要求落料件公差等级最好低于IT10级，冲孔件最好低于IT9级。

如果工件要求的公差等级高于IT9级。

（2）冲裁件的断面粗糙度与材料塑性、材料厚度、冲裁模间隙、刃口锐钝以及冲模结构等有关。

当冲裁厚度为2mm以下的金属板料时，其断面粗糙度Ra一般可达12.5～3.2μm。

二、材料利用率

η——材料利用率；

A——一个冲裁件的实际面积；

S——送料进距（相邻两个制件对应点的距离）；

B——条料宽度。

若考虑到料头、料尾和边余料的材料消耗，则一张板料（或带料、条料）上总的材料利用率

（图2-22）：

L——板料长度

W——板料宽度。

值越大，材料的利用率就越高，在冲裁件的成本中材料费用一般占60％以上，可见材料利用率是一项很重要的经济指标。

三、冲裁件的排样

冲压件在条料或板料上的布置方法称为排样。

1．排样方法

（1）有废料排样法

（2）少废料排样法：

沿制件的部分外形轮廓切断或冲裁，只在制件之间（或制件与条料侧边之间）留有搭边，材料利用率有所提高。

（3）无废料排样法：

无废料排样法就是无工艺搭边的排样，制件直接由切断条料获得。

是步距为两倍制件宽度的一模两件的无废料排样。

2．搭边

排样时冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺废料叫搭边。

搭边的作用一是补偿定位误差和剪板误差，确保冲出合格零件；

二是增加条料刚度，方便条料送进，提高劳动生产率；

同搭边的大小主要取决于：

（1）材料的力学性能：

（2）材料厚度：

（3）冲裁件的形状与尺寸：

（4）送料及挡料方式用手工送料，有侧压装置的搭边值可以小一些；

用侧刃定距比用挡料销定距的搭边小一些。

（5）卸料方式弹性卸料比刚性卸料的搭边小一些。

搭边值通常是由经验确定。

4．条料宽度的确定

（1）有侧压装置时条料的宽度（图2-10）

有侧压装置的模具，能使条料始终沿基准导料板送料，因此条料宽度可按下式计算：

B＝（D+2a+δ）-δ

式中

B——条料宽度的基本尺寸（mm）；

D——条料宽度方向零件轮廓的最大尺寸（mm）；

a——侧面搭边，查表2-8（mm）；

δ——条料下料剪切公差，查表2-8（mm）

1-导料板2-凹模

图2-10有侧压装置时条料的宽度的确定

（2）无侧压装置时条料的宽度（图2-11）

图2-11无侧压装置时条料的宽度的确定

无侧压装置的模具，其条料宽度应考虑在送料过程中因条料的摆动而使侧面搭边减小。

为了补偿侧面搭边的减小部分，条料宽度应增加一个条料可能的摆动量。

故条料宽度为：

B＝[D+2（a+δ+c）]-δ

式中c——条料与导料板之间的间隙（即条料的可能摆动量），

（3）有定距侧刃时条料的宽度

Ⅰ-冲方孔Ⅱ-冲圆孔Ⅲ-落料

1-前侧刃2-前侧刃档块3-后侧刃档块4-后侧刃

图2-12侧刃定位的条料宽度

当条料用定距侧刃定位时，条料宽度必须考虑侧刃切去的宽度。

此时条料宽度B可按下式计算：

B＝（Ｂ2＋nb）＝（D＋２a＋nb）-δ

导料板之间的距离（图3—16）为：

Ｂ01＝Ｂ＋c

Ｂ02＝Ｂ2＋y＝D＋２a＋y

b——侧刃余料，金属材料取１～２.5mm，非金属材料取1.5～４mm（薄材料取小值，厚料取大值）；

n——侧刃个数；

y——侧刃冲切后条料与导料板之间的间隙，常取0.1～0.2mm。

薄料取小值，厚料取大值。

5．排样图

图2-13排样图

在确定条料宽度之后，还要选择板料规格，并确定裁板方法（纵向剪裁或横向剪裁）

课题三电机定子冲裁模结构设计

6

学会冲裁模的零件设计及总体设计

了解冲裁模具的设计步骤

成型零件的设计

模具总体设计

1.影响断面质量的因素有那些？

2.影响冲裁件尺寸精度的因素有那些？

3.什么叫做搭便？

其有何作用？

冲裁模结构设计与所加工的冲裁件息息相关。

一、冲裁模简介

1．冲裁模分类

冲裁模的结构型式很多，为研究方便，对冲裁模可按不同的特征进行分类：

（1）按工序性质可分为落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模、剖切模等；

（2）按工序组合方式可分为单工序模、复合模和级进模；

（3）按上、下模的导向方式可分为无导向的开式模和有导向的导板模、导柱模、导筒模等。

（4）按凸、凹模的材料可分为硬质合金冲模、钢皮冲模、锌基合金冲模、聚氨脂冲模等；

（5）按凸、凹模的结构和布置方法可分为整体模和镶拼模，正装模和倒装模。

（6）按自动化程度可分为手工操作模、半自动模、自动模。

2．单工序冲裁模结构

单工序冲裁模指在压力机一次行程内只完成一个冲压工序的冲裁模，如落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模等。

（1）落料模

a无导向的敞开式落料模其特点是上、下模无导向，结构简单，制造容易，冲裁间隙由冲床滑块的导向精度决定。

可用边角余料冲裁。

常用于料厚而精度要求低的小批量冲件的生产。

图2-14是无导向简单落料模

图2-15导板式落料模将凸模与导板间（又是固定卸料板）选用H7／h6的间隙配合，且该间隙小于冲裁间隙。

回程时不允许凸模离开导板，以保证对凸模的导向作用。

它与敞开式模相比，精度较高，模具寿命长，但制造要复杂一些，常用于料厚大于0.3mm的简单冲压件（图2-29）。

这种冲模的主要特征是凸、凹模的正确配合是依靠导板导向。

为了保证导向精度和导板的使用寿命，工作过程不允许凸模离开导板，为此，要求压力机行程较小。

根据这个要求，选用行程较小且可调节的偏心式冲床较合适。

c导柱式单工序落料模图2-16是导柱式落料模。

这种冲模的上、下模正确位置利用导柱14和导套13的导向来保证。

凸、凹模在进行冲裁之前，导柱已经进入导套，从而保证了在冲裁过程中凸模12和凹模16之间间隙的均匀性。

1—上模座2—凸模3—卸料板4—导料板5—凹模6—下模座7—定位板

图2-14无导向简单落料模

图2-28无导向单工序落料模

图2-15导板式落料模

条料沿导料螺栓2送至挡料销3定位后进行落料。

箍在凸模上的边料靠弹压卸料装置进行卸料，弹压卸料装置由卸料板15、卸料螺钉10和弹簧4组成。

1—螺帽2—导料螺钉3—挡料销4—弹簧5—凸模固定板6—销钉7—模柄8—垫板9—止动销10—卸料螺钉11—上模12—凸模13—导套14—导柱15—卸料板16—凹模17—内六角螺钉18—下模座

图2-16导柱式单工序落料模

2.级进模

是指压力机在一次行程中，依次在模具几个不同的位置上同时完成多道冲压工序的冲模。

整个制件的成形是在级进过程中逐步完成的。

级进成形是属工序集中的工艺方法，可使切边、切口、切槽、冲孔、塑性成形、落料等多种工序在一副模具上完成。

级进模可分为普通级进模和多工位精密级进模。

多工位精密级进模我们将作为一专题在后续章节中讨论。

由于级进模工位数较多，因而用级进模冲制零件，必须解决条料或带料的准确定位问题，才有可能保证冲压件的质量。

根据定距方式不同，级进模有两种基本结构类型：

用导正销定距的级进模与用侧刃定距的级进模。

①导正销定距的级进模

1—模柄2—螺钉3—冲孔凸模4—落料凸模

5—导正销6—固定导料销7—始用导料销

图2-17用导正销定距的冲孔落料级进模

1—内六角螺钉2—销钉3—模柄4—卸料螺钉5—垫板6—上模座

7—凸模固定板8、9、10—凸模11—导料板12—承料板13—卸料板14—凹模

15—下模座16—侧刃17—侧刃挡块

图2-18双侧刃定距的冲孔落料级进模

②侧刃定距的级进模

图2-34是双侧刃定距的冲孔落料级进模。

它以侧刃16代替了始用挡料销、挡料销和导正销控制条料送进距离（进距或俗称步距）。

侧刃是特殊功用的凸模，其作用是在压力机每次冲压行程中，沿条料边缘切下一块长度等于步距的料边。

由于沿送料方向上，在侧刃前后，两导料板间距不同，前宽后窄形成一个凸肩，所以条料上只有切去料边的部分方能通过，通过的距离即等于步距。

为了减少料尾损耗，尤其工位较多的级进模，可采用两个侧刃前后对角排列。

3.复合模

复合模是一种多工序的冲模。

是在压力机的一次工作行程中，在模具同一部位同时完成数道分离工序的模具。

（1）正装式复合模（又称顺装式复合模）

1—凸凹模2—冲孔凸模3—落料料凹模

图2-19复合模的基本结构

从正装合复模模工作过程可以看出，正装式复合模工作时，板料是在压紧的状态下分离，冲出的冲件平直度较高，因此正装合复模较适用于冲制材质较软或板料较薄的工件，同时冲裁件平直度要求较高。

还可以冲制孔边距离较小的冲裁件（凸凹模孔内不积存废料，胀力小，不易破裂）。

但由于弹顶器和弹压卸料装置的作用，分离后的冲件容易被嵌入边料中影响操作，冲孔废料落在下模工作面上，清除废料麻烦，尤其孔较多时，从而影响了生产率。

（2）倒装式复合模

图2-37为倒装式复合模结构。

凸凹模18装在下模，落料凹模17和冲孔凸模14和16装在上模。

倒装式复合模通常采用刚性推件装置把卡在凹模中的冲件推下，刚性推件装置由打杆12、推板11、连接维杆10和推件块9组成。

冲孔废料直接由冲孔凸模从凸凹模内孔推下，无顶件装置，结构简单，操作方便，但如果采用直刃壁凹模洞口，凸凹模内有积存废料，胀力较大，当凸凹模壁厚较小时，可能导致凸凹模破裂。

板料的定位靠导料销22和弹簧弹顶的活动挡料销5来完成。

非工作行程时，挡料销5由弹簧3顶起，可供定位；

工作时，挡料销被压下，上端面与板料平。

由于采用弹簧弹顶挡料装置，所以在凹模上不必钻相应的让位孔。

但这种挡料装置的工作可靠性较差。

采用刚性推件的倒装式复合模，板料不是处在被压紧的状态下冲裁，因而平直度不高。

这种结构适用于冲裁较硬的或厚度大于0.3mm的板料。

倒装式不宜冲制孔边距离较小的冲裁件，但倒装式复合模结构简单、又可以直接利用压力机的打杆装置进行推件，卸件可靠，便于操作，故应用十分广泛。

复合模的特点是生产率高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高，但复合模结构复杂，制造精度要求高，成本高。

复合模主要用于生产批量大、精度要求高的冲裁件。

1—下模座2—导柱3、20—弹簧4—卸料板5—活动挡料销

6—导套7—上模座8—凸模固定板9—推件块10—连接推杆11—推板12—打杆

13—模柄14、16—冲孔凸模15—垫板17—落料凹模18—凸凹模19—固定板

21—卸料螺钉22—导料销

图2-20倒装落料-冲孔模结构

二、模具零件设计

1．模具零件的分类

图2-21冲压模具零件分类

2．凸模与凸模组件的结构设计

（1）凸模的结构形式及其固定方法

①圆形凸模的结构形式及其固定方法按标准规定，圆形凸模有以下4种结构形式及其固定方法式如图2-22所示。

图2-22a用于平面尺寸大于

mm的凸模，可以直接用销钉和螺栓固当凸模直径小于