电机炭刷架冷冲压模具设计.docx
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电机炭刷架冷冲压模具设计
前言
冷冲模是冲压加工工艺的装备之一，被广泛地运用在汽车、飞机、电机、仪表以及在国防工业中。
冲压工艺具有生产效率高、生产成本低、材料利用率高、能成形复杂零件，适合大批量生产的优点，在某些领域已取代机械加工，并正逐步扩大其工艺范围。
因此，冲压技术对发展生产、增强效率、更新产品等方面具有重要的作用。
但同时，冲压技术的推广受到投入成本低，模具成本高，不适应中小生产规模的特点。
但是总的说来，随着我国经济实力的进一步加强，模具行业，包括冷压模一定会得到更普及地应用。
随着冲压工艺的广泛应用于国民经济中，再加上随着数控技术和机械CAD/CAM的发展，冷冲模的发展和迅速。
它以生产率高、成本相对低廉被广泛应用。
外国的冲压模发展水平相当高，无论是设计还是制造，都达到较高的水平。
以精确的定位，合理的工艺，连续加工精度很高的薄臂零件。
而国内模具行业的起步较晚，基本上以单模为主，因此，加工精度够高。
冷冲模的设计包括冲裁模设计、弯曲模设计、拉伸、胀形等模具的设计。
冷冲模的设计也用到材料学、机械设计、工程材料、特种加工等方面的知识。
因此它是一门综合性很强的学科。
经过了三个多月的学习，设计，绘图，我学会了冲裁的机理，冲压的基本理论；理解了冲裁力，卸料力等工艺参数的确定；熟悉了冲裁模的结构，内部的结构零件及其设计的控制点；同时对于弯曲模、冲孔模、拉深模、落料模的结构能够熟悉了解。
电机碳刷架的加工包括了冲孔、落料、和弯曲的加工。
通过对冲孔模、落料模、弯曲模的学习，分析和比较了各加工工艺方案，完成了模具总体的结构分析，进行毛坯尺寸、排样、工序尺寸、冲压压力、压力中心、模具工作部分尺寸等工艺计算。
绘制了装配草图并进行零部件初步选用设计,然后确定外形尺寸,选择冲压设备,绘制总的装配图和非标准的零件图。
落料和冲孔都属于冲裁模。
冲裁模是从条料、带料或半成品上使材料烟规定的轮廓产生分离的模具，随着科学技术的发展，冲压技术也向高速化、自动化、精密化的方向发展。
冲裁模一般分为简单模、级进模、和复合模。
简单模在国内应用比较广泛，它是在压力机的冲压行程中完成一次冲裁工艺。
简单模也分为无导向简单模、导板式简单模，和导柱式简单模；级进模是在单工序冲模基础上发展的一种多工序、高效率冲模。
在压力机一次冲程中，级进模在其有规律排列的几个工位上分别完成一部分冲裁工艺，在最后工位冲出完整的工件。
由于级进模是连续冲压，因此生产效率高，适用于大规模生产，但是因为其结构复杂，定位要求比较严格，因此说制造成本高。
复合模是指在压力机的一次冲压行程中，经一次送料定位，在模具的同一部位可以同时完成几道冲裁工序的模具称为复合模。
复合模同连续模一样，也是在简单模的基础上发展的一种较先进的模具。
与连续模相比，冲裁模冲裁件的位置精度高，对条料的定位精度要求低，复合模的轮廓尺寸较小。
复合模虽然生产效率高，冲压件精度高，但模具结构复杂，制造精度要求高，适用于生产批量大，精度要求高，内外形尺寸差较大的冲裁件。
电机的炭刷架的材料是冷轧钢板，适用于冷冲压加工。
如何去安排合理的加工工艺，确保生产的效率最高，同时也能满足零件的加工要求。
这是整个设计的重点。
在该零件的加工中，包括了冲孔，落料，以及弯曲等冷冲加工。
冲孔属于冲裁加工的一种。
冲裁模的结构比较简单，冲裁过程分为弹性变形阶段，塑性变形阶段，断裂分离阶段。
其断层直接关系到冲裁加工质量的好坏，一般的，断面分为四个特征区，即圆角带，光亮带，断裂带，和毛刺。
我们必须有合理的冲裁模的间隔来保证良好的特征带的分布。
冲裁模有刃口尺寸、冲裁力等工艺参数的确定。
在设计电机炭刷架的冲孔和落料加工时，须首先确定其力学性能，然后设计主要零件，完成结构草图，最后完成装配图。
弯曲是将金属材料完成一定的角度、曲率和形状的冲压工艺方法。
通常弯曲加工的材料有板料、棒料、管材和型材。
弯曲有回弹的现象，因此回弹会降低弯曲件的精度，是在弯曲加工中不易解决的问题，因此在设计的时候必须考虑这个问题，例如可以考虑通过利用回弹规律补偿回弹，改变弯曲变形区应力状态校正回弹等。
在了解了弯曲加工的特点及工艺参数后，安排了炭刷架的合理的工序，熟悉各种模具结构。
进而完成零件设计和结构设计，绘制零件工作图。
在冲压模的设计过程中，还必须考虑到模具的成本，因此在进行选材，结构设计时，必须尽量不去设计形状复杂的结构，同时采用镶嵌式代替整体式的结构。
针对模具的定位要求高的特点，在零件的设计中必须要有比较高的加工精度要求。
总的一句话，必须在有高的模具寿命和满足加工精度要求的基础上，尽量降低模具材料的成本，简化模具的结构，这样才能有利于这个行业在我国的发
1确定件的工序方案
根据工件的形状.材料.厚度及实际加工的需要,生产工件的工序过程如下:
1.从板料上冲出落料件（该落料件即为弯曲体的展开图的外轮廓形体。
根据弯曲体的展开尺寸,设计出冲模,将所需工件冲下。
所冲工件如图所示：
2．第一次冲孔，冲五个间距要求不太高的圆孔。
（这五个圆孔如上图所示的五处分布）。
3．第二次冲孔，冲方孔。
4．第一次弯曲，选弯曲复杂部分，即如上图所示的a.b部分。
5．第二次弯曲，弯曲两边，即U形弯曲。
弯折线如上图中虚线所示。
6．第三次弯曲，弯曲中间，弯折线如上图红线所示。
７.第三次冲孔，此乃最后一道工序，因为此两孔间距要求较高，如果放在其它工序中冲，则可能影响定位要求，故最后工序冲此两孔比较合适。
2弯曲件的展开尺寸
2.1长度方向上的计算：
表２-１
r/t
0.25
0.3
0.4
0.5
K
0.31
0.32
0.35
0.37
根据r/t=0.25查表２－１
得此中性层系数k=0.31。
∴L圆弧=2πΨP/360°
=ЛΨ（r+kt）
=90Л（0.5+0.31×2）
=1.7627（mm）
L直线=10.5+9+14.5++34×2
=102（mm）
∴长度方向上展开总长度为：
4L圆弧+L直线=4×1.7627+102=109（mm）
2.2宽度方向上的计算：
根据r/t=0.5查表２－１
得中性层系数k=0.37
∴L圆弧=ЛΨ（r+kt）/180°
=90Л（1+0.37×2）
=2.7318（mm）
L直线=11+10=21（mm）
∴L1=L直线+L圆弧=21+2.731823.73（mm）
另一边:
L直线=11+31=42（mm）
∴L2=L直线+L圆弧=42+2.7318=44.73（mm）
3落料模的设计
3.1冲裁件的工艺性
3.1.1冲裁体的精度应该在经济范围内进行选择,在本冲裁中,属于一般性常见的普通冲裁,因此精度应选择在IT12~IT14极
（Ｐ
）。
3.1.2毛刺
毛刺的高度与冲裁方式，材料，厚度有关，正常冲裁中的毛刺高度为:
a试模时≤0.05mm
b生产时≤0.15mm
3.2冲裁间隙
确定冲裁间隙的原则是：
落料时，因制件尺寸随凹模尺寸而定，故间隙应在减小凸模尺寸上取得；冲孔时，因孔的尺寸随凸模尺寸而定，故间隙应在增大凹模尺寸的方向上取得。
根据经验公式确定合理冲裁间隙：
c=mt
冲裁间隙系数m=20%
∴c=mt
=20%×2
=0.4（mm）
3.3凸凹模工作尺寸制造公差的确定
3.3.1凸凹模尺寸计算应遵循如下原则：
落料时，先确定凹模刃口尺寸，其大小应取接近或等于制件的最小极限尺寸,以保证凹模在磨损到一定的尺寸范围内也能冲出合格制件。
凸模刃口的基本尺寸应比凹模刃口基本尺寸小一个最小合理间隙。
3.3.2凸凹模的工作尺寸的计算:
弯曲体的展开图的形状比较复杂,材料厚度不太厚,因此,凸凹模的工作尺寸应配合加工法进行计算。
冲裁凸凹模间隙如下:
Zmax=0.36mm
Zmin=0.246mm
未注公差的按IT14级计算
当尺寸为23.73mm时,公差为0.52mm,x=0.5;
当尺寸为12mm时,公差为0.43mm,x=0.5;
当尺寸为44.73mm时,公差为0.62mm,x=0.5;
当尺寸为9.5mm和9.73mm时,公差为0.36mm,x=0.5;
当尺寸为13.76mm时,公差为0.43mm,x=0.5;
当尺寸为R5时,公差为0.3mm,x=0.75;
当尺寸为109mm时,公差为0.87mm,x=0.5;
当尺寸为12mm时,公差为0.43mm,x=0.5;
其余x=0.75
用配合加工法时,应当以凹模为基准,凹模尺寸的计算公式如下表:
尺寸分类
凹模魔损后
尺寸变化
制件尺寸
凸模尺寸
凹模尺寸
落
料
Ⅰ
增大
D
按凹模尺寸
配合加工保
证双面间隙
D凹=（D-xΔ）
Ⅱ
减小
d
D凹=（d+xΔ）
Ⅲ
不变
L±Δ/2
L凹=L±δ凹/2
注:
取δ凹=Δ/4
∴参照上表,本设计落料凹模的计算结果如下表:
凹模磨损
后尺寸变化
制件按入体原
则变化后尺寸
计算
公式
计算
凹模尺寸
增
大
12
D凹=
（D-Xδ）
D凹=（12-0.5×0.43）
=11.79
11.79
23.73
D凹=（23.73-0.5×0.52）
=23.47
23.47
44.73
D凹=（44.73-0.5×0.62）
=44.42
44.42
4
D凹=（4-0.75×0.3）
=3.78
3.78
28.3
D凹=（28.3-0.2×0.75）
=28.2
28.2
5.5
D凹=（5.5-0.75×0.3）
=5.28
5.28
52.5
D凹=（52.5-1×0.2）
=52.3
52.3
9.5
D凹=（9.5-0.75×0.36）
=9.23
9.23
5
D凹=（5-0.75×0.3）
=4.78
4.78
不
变
13.545±0.215
L凹=L±
δ凹/2
L凹=13.545±0.43/8
=13.5±0.05
13.5±0.05
18±0.15
L凹=18±0.3/8=18±0.0375
18±0.0375
落料凸模的基本尺寸与凹模相同,但不必标注公差。
注明:
以0.246～0.36mm间隙配制。
3.4冲裁力、卸料力和推件力的计算:
3.4.1冲裁力的计算
F冲=1.3τLt
τ=260～360
（Ｐ
）,取τ=300。
L为工件的周长L=304.92（mm）。
∴冲裁力F冲=1.3τLt
=1.3×300×304.92×4
=237837.6（N）
3.4.2卸料力的计算:
表３－１
双面间隙
Ｋ
Ｋ
（６～１０）％t
０.０２～０.０４
０.０４～０.０６
（１２～１８）％t
０.０１５～０.０３
０.０３～０.０５
（２０～２４）％t
０.０１～０.０２
０.０２～０.０３
F卸=K卸F冲
查表３－１
K卸=0.02
∴F卸=K卸F冲
=0.02×237837.6
=4756.75（N）
3.4.3推件力的计算:
F推=K推F冲
查表３－１
取K推=0.03
∴F推=K推F冲
=0.03×237837.6
=7135.128（N）
3.5排样、搭边与料宽
3.5.1排样
排样就是在板料、条料或带料上的布置方法,称作排样。
排样是否合理,影响到材料的利用率、冲模结构、冲裁件的质量和生产率。
根据所冲的落料件的形状采用搭边排样中的斜对排,一模冲两件。
其排样图如装配图中的排样所示,工件的最长边与横向的方向的角度为10.25°。
3.5.2搭边
搭边是指排样时制件与制件之间、制件与毛刺坯侧边之间多余的料。
其作用是补偿定位误差,使条料在送进时有一定的刚度,以保证送料的顺利进行,从而提高制件的质量。
根据材料的厚度t=2由［9］查得工件与工件之间的搭边值a=2mm,工件与料边的搭边值为a=2.2mm。
3.5.3条料宽度的确定：
B=109COS10.25°+2×44.73×sin10.25°+2×2.2=130（mm）
由于两边是采用侧刃控制送料步距，所以适当放宽，条料的宽度采用132.2mm
3.6凸、凹模的设计
3.6.1凸模的设计
a.固定部分：
由于所冲工件形状较复杂，并且要求具有防转要求，所以固定部分根据要求，设计成如图所示的形式，这样，不仅解决了防转问题，而且还节约了材料。
b.台阶部分
起防止凸模被拉下的作用，即承受卸料力的作用，其尺寸在此固定部分长2～3mm左右。
c.工作部分
工作部分的尺寸前面已标注。
由于其形状复杂，加工时采用仿形刨。
d.凸模长度的计算
L=h1+h2+h3+h
其中：
L为凸模长度
h1为凸模固定板厚度，取25mm;
h2为卸料板厚度，取15mm;
h3为导料板厚度，取5mm;
h为附加长度，一般取10～20mm,这里取12mm
∴凸模总长
L=h1+h2+h3+h
=25+15+5+12
=57（mm）
3.6.2凹模的设计
根据工件的形状、大小以及一模冲两件的特点来选择凹模的形状，由于中小型凹模常采用整体式凹模，只有大型凹模通常选用镶拼式，本落料模系中小型，所以选取整体式凹模。
a.凹模的刃口形式
采用下图所示的凹模刃口形式
这种刃口的凹模，刃口无斜度，有一定的高度，刃磨后，刃口尺由于刃口后
端扩大，因此凹模工作部分强度差些。
它满足使制件顺冲压方向推下的要求，因此能够选用此刃口形式的凹模。
b.外形尺寸
其洞口到边缘壁厚为c=40mm左右。
其外形尺寸为（长×宽×厚）为L×B×H=250×200×32
3.6.3凸凹模的固定方法
a.凸模的固定
这里选用机械固定法中的台肩固定方法。
b.凹模的固定
采用螺钉将凹模直接固定在下模座上。
3.7定位零件的设计与选用
3.7.1．导料板的选用
选用分离式的导料板，其外形尺寸纵向长度由凹模长度决定，B=200mm,选用横向长度A=60mm,其高度选取5mm,如下图所示：
3.7.2．侧刃的选择
步距A=（2+12+2+23.73）/COS10.25°=40（mm）
由于侧刃的断面长度应等于送料步距
∴S侧刃长=40mm
3.8模架的尺寸和结构形式
附件清单
1.落料模装配图LCM-00一张A0
2.冲孔模装配图LCM-01一张A1
3.弯曲模装配图LCM-02一张A1
4.弯曲模装配图LCM-03一张A1
5.刷架展开图LCM-04一张A3
6.炭刷架制品图LCM-05一张A3
7.导柱零件图LCM-00-01一张A4
8.导套零件图LCM-00-02一张A4
9.凸模零件图LCM-00-03一张A3
10.垫板零件图LCM-00-04一张A2
11.凸模固定板零件图LCM-00-05一张A2
12.成型侧刃零件图LCM-00-06一张A4
13.卸料板零件图LCM-00-07一张A2
14.凹模零件图LCM-00-08一张A2
15.凹模固定板零件图LCM-01-01一张A3
16.弯曲凸模零件图LCM-02-01一张A4
17.弯曲凸模零件图LCM-03-01一张A4
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