变压器冲压模具课程设计.docx
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变压器冲压模具课程设计
哈尔滨理工大学荣成学院
题目变压器铁芯级进模设计
专业年级：
学生姓名：
学号：
指导教师：
哈尔滨理工大学荣成学院
完成时间：
2014年_6_月_26_日
哈尔滨理工大学荣成学院
课程设计任务书
学生姓名：
学号：
学院：
荣成学院专业：
材料成型与控制工程（B方向）
任务起止时间：
2014年6月16日至2013年6月27日
课程设计题目：
变压器铁芯级进模设计
课程设计工作内容和计划：
1.工作内容
（1）绘制模具装配图一张（A0或A1图纸）；
（2）绘制模具零件图两张（A3图纸，手绘，由指导教师指定）；
（3）编制设计计算说明书，10〜15页。
2.工作计划
2013.7.1—2013.7.3查阅资料，工艺分析与计算，确定模具总体方案；
2013.7.4-—2013.7.5结构设计，绘制草图；
2013.7.6-2013.7.8完成模具装配图；
2013.7.9-2013.7.10完成模具零件图，编写设计说明书，答辩；
参考资料：
1.冯炳尧，韩泰荣，蒋文森.•模具设计与制造简明手册.
2.李春峰•金属塑性成形工艺及模具设计.
3.刘建超，张宝忠•冲压模具设计与制造.
指导教师意见：
签名：
年月日
教研室主任意见：
签名：
年月日
第1章变压器铁芯的冲裁工艺性分析4
1.1设计任务4
1.2变压器铁芯的工艺性分析4
1.2.1变压器铁芯的原材料分析4
1.2.2变压器铁芯的尺寸精度分析4
1.2.3变压器铁芯结构工艺性分析5
1.3变压器铁芯冲裁的工艺方案的确定5
第2章变压器铁芯冲压模具总体结构设计6
2.1模具总体方案的确定6
2.2定位、送料方式7
2.3卸料出件方式8
2.4模具压力中心8
2.5凸凹模刃口尺寸设计9
2.6导向方式与模架类型10
2.6.1导向方式的确定10
2.6.2模架类型的选择11
第3章变压器铁芯冲压模具的零部件设计12
3.1凸模12
3.2凹模13
第4章模具的装配和校核14
4.1模具的总装图和工作过程14
4.2模具的装配15
4.3模具的安装15
4.4闭合高度和压力机相关参数校核16
4.4.1压力机的选择16
4.4.2装模高度的校核16
参考文献17
第1章变压器铁芯的冲裁工艺性分析
1.1设计任务
设计任务如图1-1所示
已知技术参数：
变压器铁芯材料硅钢料厚0.35mm
1.2变压器铁芯的工艺性分析
冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性。
冲裁件的工艺性是否合理，对冲裁件的质量、模具寿命和生产率有很大影响，在一般情况下，对冲压件工艺性影响最大的几何形状尺寸和精度要求。
良好的冲压工艺性应能满足材料较省、工序较少、模具加工较容易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等要求。
此工件是标准的小容量变压器的芯片，生产批量大，材料是硅钢片，厚度0.35mm。
，在变压器线圈上插装时，相邻的一层倒叠装，直到所需的铁心厚度。
鉴于生产批量大，应重点考虑节省材料、提高材料利用率的问题。
1.2.1变压器铁芯的原材料分析
硅钢的强度硬度高，弹性好，塑性韧性较低，但零件尺寸要求不高，厚度小，具有一定的冲压性能。
孔边距远大于凸、凹模所允许的最小壁厚，如零件图所示，故可以考虑采用复合冲压工序；零件上的尺寸都是自由公差，按IT14级，一般冲裁均能
满足。
1.2.2变压器铁芯的尺寸精度分析
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。
零件上所有未注工差的尺寸，属自由尺寸可按照IT11级确定工件的工差，
零件外形：
6700.19mm,45.500.16mm,1200.11mm,1900.13mm
内部形状：
33.500.16mm,400.075mm孑孔心距550.085mm
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2mn以下的金属板料时，其断面粗糙度Ra一般可达
12.5〜3.2m
1.2.3变压器铁芯结构工艺性分析
1•形状简单、对称、有利于材料的合理利用
2•内行转角处要尽量避免尖角，应以圆弧过渡以便于模具加工，减少热处理开裂，减少冲裁时尖角处的崩刃和过快磨损。
圆角半径R取0.6t0.5mm。
3•冲裁件的凸、凹长度不宜过长，宽度不宜过小；经计算满足条件。
4.孔边距6mm>1.5t
5•冲孔时因受凸模强度的限制，孔的尺寸不应太小，用无导向凸模和有导向凸模所能冲制的最小尺寸>1.5t,经验算4孔满足要求。
1.3变压器铁芯冲裁的工艺方案的确定
1.确定冲压工艺方案
该零件包括冲孔、落料两个基本工序，可有以下三种工艺方案：
方案一：
先落料，后冲孔。
米用单工序模生产。
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。
分析：
方案一：
模具结构简单、但需两道工序两副模具，生产率较低，难以满足该零件的年产量要求。
方案二：
只需一副模具，冲压件的形位精度和尺寸精度较高，生产率高。
但材料利用率不高、冲压后成品件留在模具上，在清理模具上的物料时会影响冲压速度，操作安全不能保证。
方案三：
也只需要一副模具，生产率较复合模高，操作方便，材料能合理利用，工件精度也能满足要求。
模具制造、安装稍复杂。
通过对上述三种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案三为佳。
第2章变压器铁芯冲压模具总体结构设计
2.1模具总体方案的确定
1•排样方案的确定
排样是指冲裁零件在条料、带料或板料上布置的方法。
合理有效的排样有利于保证在最低的材料消耗和高生产率的条件下，得到符合设计技术要求的工件。
在冲压生产过程中，保证很低的废料百分率是现代冲压生产重要的技术指标之一。
合理利用材料是降低成本的有效措施，尤其在大批量生产中，冲压件的年产量达数十万件，甚至数百万件，材料合理利用的经济效益更为突出。
保证在最低的材料消耗和最高的劳动生产率的条件下得到符合技术要求的零件，同时要考虑方便生产操作、冲模结构简单、寿命长以及车间生产条件和原材料供应等情况，以选择较为合理的排样方案。
根据材料的合理利用情况，条料排样方法可以分为以下三种：
（一）有废料排样：
冲件与冲件之间、冲件与条料之间都存在搭边废料，冲件尺寸完全由冲模来保证，因此精度高，模具寿命也高，但材料利用率低。
（二）少废料排样：
只在冲件与冲件之间或冲件与条料之间留有搭边值，因受剪裁条料质量和定位误差的影响，其冲件质量稍差，同时边缘毛刺被凹模带入间隙也影响模具寿命，但材料利用率高，冲模结构简单。
（三）无废料排样：
冲件与冲件之间或冲件与条料之间均无搭边，沿直线或曲线切断条料而获得冲件。
冲件的质量较差，模具寿命较短，但材料利用率高。
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，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。
综上分析，考虑冲裁零件的形状、尺寸、材料，选取有废料排样。
排样图如图
1。
厂」
图2-1排样图
2•搭边的选择
排样时，工件及工件与条料侧边之间的余料叫搭边，搭边的作用是补偿定位误差和保持条料有一定的刚度，以保证冲压件质量和送料方便。
搭边太宽，浪费材料；搭边太窄会引起搭边断裂或翘曲，可能“啃刃”现象或冲裁时会被拉断，有时还会拉入模具间隙中、损坏模具刃口，从而影响模具寿命。
搭边值的大小与下列因素有关:
1材料的力学性能。
硬材料可小些，软材料的搭边可要大些。
2工件的形状与尺寸。
尺寸大或有尖突的复杂的形状时，搭边要取得大值。
3材料厚度。
薄材料的搭边值应取的大一些。
4送料方式及挡料方式。
用手工送料、有侧压板导向的搭边值可以取小些。
根据零件形状两式件间按矩形取搭边值a=2.5mm，侧边取搭边值a1=2.2mm3•材料利用率计算
利用率
A
100%Bs
式中s步距；mm
B――条件宽度；mm
A一个步距内冲裁件的实际面积。
mm2
一个步距内的材料利用率
13.89即
查硅钢板材标准，宜选1000mm2000mm的钢板，每张钢板可裁剪1000
72
朮100%
5781.51223
10002000
79%
即每张板材的利用率为79%。
送料步距、条料宽度及板料间距计算
送料步距送料步距是指两次冲裁间板料在送料方向移动的距离，用S表示，其值
等于冲裁件相应部分宽度加上工件间搭边值a1，即
Sda1=45.5+2.5=48mm
4•条料宽度及板料间距的计算
条料宽度按下式：
0
BD2aC（2-1）
式中D为冲裁件宽度方向的最大尺寸；
C为导料板与最宽条料之间的间隙查表取C0.5。
00
B6723.00.50.473.50.4mm
2.2定位、送料方式
定位零件是用来保证条料的正确送进及在模具中的正确位置，以保证冲制出合格的零件。
条料在模具送料平面中必须有两个方向的限位：
一是在与条料方向垂直方向上的限位，保证条料沿正确的方向送进成为送进导向；二是在送料方向的限位，控制条料一次送进的距离（步距）。
1导料装置的选择
属于送料导向的定位零件又导料销，导料板、侧压板等。
导料板及侧压板多用于级进模和单工序模中。
导料销则多用于复合模和单工序模中。
零件厚度为0.35mm，
为了加工设计的方便的方便且不影响其工艺要求，采用导料板导料且与卸料板制成整体式。
2.挡料销的选择
属于送料定距的定位零件有挡料销、导正销、侧刃等，导正销及侧刃多用于级进模和单工序模中。
挡料销则多用于复合模和单工序模中。
选取挡料销做定距定位零件。
在模具闭合后不许挡料销的顶端高出材料因选取活动式橡胶弹顶挡料销。
其挡料销的高度h查表得h=3mm
3.导正销
使用导正销的目的是消除送进导向和送料定距或定位板等粗定位的误差。
冲裁中，导正销先进入已冲孔中，导正条料位置，保证孔与外形相对位置公差的要求。
导正销主要用于级进模，导正销通常与挡料销配合使用，也可以与侧刃配合使用。
为了使导正销工作可靠，避免折断，导正销的直径一般应大于2mm孔径小于2mm勺孔不宜
用导正销导正，但可另冲直径大于2mm的工艺孔进行导正。
导正销工作原理如2-2所示。
导正销的头部由圆锥形的导入部分和圆柱形的导正部分组成。
导正部分的直径和高度尺寸及公差很重要。
导正销的基本尺寸可按下式计算
图2-2导正销工作方式图
2.3卸料出件方式
弹压卸料装置弹压卸料装置是由卸料板、弹性元件（弹簧或橡胶）、卸料螺钉等零件组成。
弹压卸料既起卸料作用又起压料作用，所得冲裁零件质量较好，平直度较高。
因此，质量要求较高的冲裁件或薄板冲裁宜用弹压卸料装置。
弹压卸料板与凸模的单边间隙可根据冲裁板料厚度按下表选用。
在级进模中，特别小的冲孔凸模与卸料板的单边间隙可将表列数值适当加大。
当卸料板起导向作用时，卸料板与凸模按H7/h6
配合制造，但其间隙应比凸、凹模间隙小。
此时。
凸模与固定板以H7/h6或H8/h7配
合。
此外，在模具开启状态，卸料板应高出模具工作零件刃口0.3~0.5mm，以便顺利
卸料。
2.4模具压力中心
模具的压力中心就是冲压力合力的作用点，为了保证压力机和模具的正常工作,
应使模具的压力中心与压力机滑块的中心线相重合。
对于级进模以及轮廓形状复杂或多凸模的冲裁模，必须求出冲压力合力的作用点即压力中心。
模具的压力中心应与模柄的轴线重合，否则会影响模具及压力机的精度和寿命。
压力中心的计算选定坐标系XOY如图2-3所示：
图2-3压力中心
其计算方法为各个边的长度与其中点对应X、丫的坐标值积相加再除以各边长度
之和：
X=L1Xx1+L2Xx2+L3Xx3+…+L14Xx14/L1+L2+L3+…LI14=43
Y=L1Xy1+L2Xy2+L3Xy3+…+L14Xy14/L1+L2+L3+…+L14=28.5
所以压力中心坐标为（33.5,18.5）
2.5凸凹模刃口尺寸设计
冲裁过程中，凸、凹模要与冲裁零件或废料发生摩擦，凸模轮廓越磨越小，凹模轮廓越磨越大，结果使间隙越用越大。
因此，确定凸、凹模刃口尺寸应区分落料和冲孔工序，并遵循如下原则：
1•设计落料模先确定凹模刃口尺寸。
以凹模为基准，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。
设计冲孔模先确定凸模刃口尺寸。
以凸模为基准，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•根据冲模在使用过程中的磨损规律，设计落料模时，凹模基本尺寸应取接近或等于工件的最小极限尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则取接近或等于工件孔的最大极限尺寸。
这样，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x、△表示，其中△为工件的公差值，x
为磨损系数，其值在0.5--1之间，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
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）。
该模具的凸凹模按配作法制作落料部分以落料凹模为基准计算，落料凸模按间隙值配
制；冲孔部分以冲孔凸模为基准计算，冲孔凹模按间隙值配制。
既以落料凹模、冲孔凸模为基准，凸凹模按间隙值配制。
磨损
制
基本尺寸及分类
冲裁间隙
计算公差
造
系数
公
差
计算结果
落料凹
模具
f0
Dmax
6700.19
Zmin0.021
Zmax0.027
ZmaxZmin
0.0270.021
0.006
制造精度为：
IT11
级，故
x=
0・75
Dd
Dx刁
2max八0
X
Dd66.860.047
相应凸模尺寸按凹模尺寸配作，保证双面
间隙在0.021~0.027之
间
f0
Dmax
45.5°o.!
6
Dd45.380.04
同上
r0
Dmax
33.50.16
Dd33.380.04
同上
r0
Dmax
12°
|厶0.11
r八"0.027
Dd11.920
同上
0
Dmax19°
20.13
fCC0.03
Dd18.900
同上
冲孔凸模
Dmax0
’0.075
4。
同上
dD
dix0
umin入
4
dD4.060.019相应凹
模尺寸按凸模尺寸配作，保证双面间隙在
0.021~0.027之间
孔边距
L0
Q0
60.075
同上
Lp
Lminx
4
/4
Lp
5.980.019
孔心距
LX
550.085
同上
Ld
Lmin0.5
1
8
1
-0.085
8
0.01
Ld
550.01
2.6导向方式与模架类型
261导向方式的确定
采用导柱导套光滑的圆柱导向型式
导向零件是用来保证上模相对于下模的正确运动。
对生产批量较大、零件公差要求较高、寿命要求较长的模具，一般都采用导向装置。
模具中应用最广泛的是导柱和导套。
上下模的导向在凸凹模与凹模开始作用前或压料板接触到制件前就应该充分合上，以确保导向在冲压工作开始时即以发挥正常的作用，导柱的长度应保证冲模在最低位置时导柱的上端面与上模座顶面的距离不小于10—15mm；而下模座顶面与导柱
底面的距离不小于5mm。
262模架类型的选择
该模架选用对角导柱模架，导向装置安装在模具的对角线上，滑动平稳，导向准确可靠。
由标准（GB/T2851.5-1990）中选取，从而确定以下材和尺寸：
模架材料选取铸铁HT200
模架上模板的长度为250mm、宽度160mm、厚度45mm。
下模板的长度为250mm、宽度160mm、厚度50mm；最大高度为200mm、最小高度为160mm。
模柄选取压入式模柄，压入模柄部位应与安装孔成H7/m6配合；
材料选取45钢，尺寸30150mm。
螺钉选用标准件内六角螺钉，规格为M10；
导柱的直径为25mm，长度170mm；导套的直径为38mm，长度85mm；应按H6/h5配合；柱间的距离150mm；材料为20钢。
第3章变压器铁芯冲压模具的零部件设计
3.1凸模
冲孔凸模：
冲孔模直径为4mm，固定方法采用台阶式固定。
由于凸模要穿过凸模
固定板、橡胶及卸料板，长度较大，易折断，因此上部直径取值较大，定为10mm进
入卸料板的凸模直径为4mm，用卸料板进行保护。
考虑到孔径的大小和冲裁力的影
响制造成台阶式的凸模保证其强度及刚性，装配修磨方便，最大直径的作用是形成台肩，以便固定，保证工作时凸模不被拉出。
与凸模固定板配合部分按过渡配合（H7/m6
或H7/n6）制造。
冲孔凸模如图3-1所示。
图3-1冲孔凸模
侧刃凸模：
凸模断面为33.5mm12mm的矩形凸模制成长方体，其体积大小适中且卸料力小，宜采用压入固定在垫板上，固定选用内六角M10螺钉。
凸模用线切割机床
加工制造。
尺寸33.5mm与12mm相交处为直角，但为延长凸模寿命，在线切割时应制成圆角0.5mm。
侧刃凸模如图3-2所示。
50
—
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佥5
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图3-2侧刃凸模
落料凸模：
凸模断面为67mm44.5mm的矩形凸模制成长方体，其体积大小适中且卸料力小，宜采用压入固定在凸模固定板上。
凸模用线切割机床加工制造。
尺寸67mm与44.5mm相交处为直角，但为延长凸模寿命，在线切割时应制成圆角0.5mm
落料凸模如图3-3所示。
迢5
61,5
图3-3落料凸模
3.2凹模
采用整体凹模结构，具有制造简单、制作周期短的特点，并且由于凸模固定板、卸料板、凹模可以用同一程序定位、切割，因而可以保证相对位置的精度，便于装配。
凹模的刃口形式选用直筒式刃口。
该凹模的厚度的全部为有效刃口高度，刃壁无斜度，刃磨后刃口尺寸不变，适用于制件或废料逆冲压方向推出的冲裁模如复合模、
薄料落料模。
落料凹模如图3-4所示
40,8■■49.3
S2X22
刃0
图3-4落料凹模
第4章模具的装配和校核
4.1模具的总装图和工作过程
模具的装配就是根据模具的结构特点和技术条件，以一定的装配顺序和方法，将符合图纸技术要求的零件，经协调加工，组装成满足使用要求的模具。
在装配过程中，既要保证配合零件的配合精度，又要保证零件之间的位置精度，对于具有相对运动的零（部）件，还必须保证它们之间的运动精度。
因此，模具装配是最后实现冲模设计和冲压工艺意图的过程，是模具制造过程中的关键工序。
模具装配的质量直接影响制件的冲压质量、模具的使用和模具寿命。
245
图4-1变压器铁芯级进模装配图
1-上模座2垫板3-卸料螺钉4-冲孔凸模5-卸料橡胶6侧刃凸模7-卸料板8-导料板9-承料板10-凹模11-下模座12-连接螺钉13-导柱14-挡料销15-导套16-落料凹模17-导正销18-圆柱销19-模柄
工作过程：
模具在工作时，第一步先冲出直径为4的两个孔和两个长方形孔，条料被抬起向
左送料，由固定挡料销14确定步距，中间一个步距为空走步距，下一步距由落料凸模落料，在落料凸模工作时，由导正销插入直径4的孔进行定位，导正销先进入已冲孔
中，导正条料位置，保证孔与外形相对位置公差的要求，消除送进导向和送料定距或定位板等粗定位的误差。
落料后冲孔废料和工件直接从凹模下孔排出，不需要推件装
4.2模具的装配
（一）冲模的装配过程
冲模的装配原则是将模具的主要工作零件如凹模、凸模、落料凸模或导板等选为装配的基准件，复合模的一般装配顺序为：
级进模一般以凹模为基准件，先装凹模部分，再装凹推板和凸模等。
按零件图和工艺要求检验全部零件
组装下模：
1.水平放置下模座（有导柱）
2.将下垫板放在下模座上，按线对齐
3.将落料凸模及落料凸模固定板放在下垫板上，配入销钉①10X50
4.用螺钉M10X45拉紧，并辅以平行夹夹紧
5.将弹簧垫圈及卸料弹簧装入弹簧凹孔
6.装上卸料板，用卸料螺钉将卸料板拉紧，调节预紧力，使之均衡下模组装完毕。
组装上模：
1.水平放置上模座（有导套）
2.将模柄装入上模座，用榔头钉紧
3.配入防转销
4.将凸模固定板放在平行垫上，把冲孔凸模装入凸模固定板
5.倒置上模座在平行垫上面，将上垫板放在上模座上，按线对齐
6.将凸模固定板放在上垫板上，配入销钉①10X45
7.放入推杆，并放上空心垫板，放入推件块，再放上凹模板
8.配入销钉①10X60
9.用螺钉M1X60将上模各板连接起来，并紧固
上模组装完毕，将上、下模合在一起。
装配完毕后间隙的调整主要用于无模架固定导板模的凸凹模间隙的调整和有模架的各种模具的凸凹模间隙的调整。
对于冲裁模，一般间隙都不是很大，故常采用光隙法或手感加切纸法。
4.3模具的安装
冲模装好后，必须根据冲裁力的大小，闭合高度等条件，将它安装在适当的压力机上试冲和调整，通过试冲才能发现冲模的各种缺陷，从而再分析原因进行调整或修理，直至冲出合格的零件为止。
冲模的安装过程如下：
1•安装冲模前，必须进一步熟悉冲压工艺和冲模图纸，检查所要安装的冲模和压力机是否完好正常。
2•准备好安装冲模所需要的紧固螺栓、螺母、压板、垫块、垫板及冲模上的附件（顶杆推杆等）。
3•测量冲模的闭合高度，并根据测量的尺寸调整压力机滑块的高度，使滑块在下死点时，滑块底面与工作面之间的距离略大于冲模的闭合高度（若有垫板应为冲模闭合高度与垫板之和）。
4•冲模放入压力机之前，应清除粘附在冲模上下表面，压力机滑块底面工作台面上的杂物，并应擦洗干净。
5•取下模柄锁紧块，将冲模推入，使模柄紧靠模柄孔，垫板间距要使废料能够漏下，合上锁紧块，再将压力机滑块停在下死点，并调整压力机滑块高度，使滑块与冲
模顶面接触。
6•紧固锁模块，安装下模压板，但不要将螺铨拉得太紧。
7•将压力机滑块上调3-5mm,开动压力机使滑块停在上死点，擦净导柱导套部位并加润滑油再点动压力机，使滑块上下运动1-2次后使滑块停在下死点，靠导柱导套将上下模具的位置导正后将压板螺栓固牢。
8•有弹顶器的安装下模弹顶器。
9•开动压力机并逐步调整滑块高度，先将上下模之间放入低片，使纸片刚好切断后再放入试冲材料，刚好冲下零件后，将连杆螺钉锁紧。
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