电动机条型硅钢片模具设计说明书.docx
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电动机条型硅钢片模具设计说明书
开题报告
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。
电机硅钢丝的加工包括了冲孔、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。
电机的条型硅钢丝的材料是冷轧钢板，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。
在设计电机条型硅钢丝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，安排了条型硅钢丝的合理的工序，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
3.8.1模架的结构形式
因为模架是模具的主体结构，它是连接冷冲模工作零件的部件，所以选用模架相当重要。
根据落料模的要求，所作用的冲裁力较大，故选用导柱在两侧的中间导柱模座结构。
此结构比较平稳。
3.8.2模架的尺寸
根据凹模的外形尺寸L×B=250×200由［10］第九章有关表格得各零件的尺寸。
3.9卸料零件
3.9.1卸料板的选择
为了在冲压开始时先起压料的作用，冲压结束时又起卸料的作用，所以选择弹压卸料装置，同时为了冲压开始前就将料压紧，弹压卸料板位于两侧的导料板的上部分应加工成台阶的形式。
（依据［9］的三章第七、八节）
3.9.2卸料螺钉
卸料螺钉选用M8
3.9.3弹压装置的选用
选用橡皮。
冷冲模中选用橡皮一般为聚氨脂橡胶（PUR）。
橡胶允许承受的载荷较弹簧大，且安装方便，所以在冲裁模中应用很广。
3.10压力机的选择
3.10.1压力机的公称压力
∵冲模为一模冲两件
∴P=2F冲=475.68（KN）
根据P的大小，选用公称压力为630KN的压力机。
3.10.2压力机的各参数选择如下
发生公称压力时滑块离下死点距离为SP=8mm,滑块行程
（Ｐ
）
a.固定行程S=120mm
b.调节行程Smax=120mm
Smin=12mm
最大闭合高度H=360mm
闭合高度调节量ΔH=90mm
工作台尺寸左右L=710mm
前后B=480mm
立柱间距A=340mm
3.11导向零件
由模具架中的上下模座上的导柱孔知，两侧的导柱为形状相同而尺寸不同、分别为Φ32、Φ35mm。
选用不同的尺寸，目的是为了防止安装时装反，不至于损坏模具，起到安全保护模具的作用。
3.12落料模的说明
本落料模具是一套用侧刃定距的导柱导向的落料模。
侧刃断面的长度等于送料步距。
在压力机的每次行程中，侧刃在条料的边缘冲下一块长度等于送料步距的料边。
用侧刃定距，其应用不受冲裁结构限制，并且操作方便安全，送料速度高，便于实现自动化。
适用于大批量生产。
凹模直接固定在模架上，凹模内所积压的料最多为两件。
所落料和侧刃冲裁的废料烟凸凹模和下模座的出料口落下。
工作原理：
第一步落下一个料；第二步落下两个料，以后每步是落两个料。
4冲孔模的设计
4.1冲裁件的工艺性
本工件所冲孔的直径为3mm。
根据有关标准d>t，Φ3mm大于允许的最小冲孔直径，所以能够用冲孔模冲孔。
4.1.1冲裁体的尺寸精度和断面粗糙度
a.精度IT10级。
（依据［9］第三章第一节）
b.表面（即断面）的粗糙度
∵材料为厚度t=2mm
∴冲裁件断面的粗糙度为6.3um。
表４－１
材料厚（mm）
≤１
＞１～２
２～３
＞３～４
＞４～５
粗糙度Ra（um）
３.２
６.３
１２.５
２５
５０
4.2冲裁间隙
由于材料为08钢，料厚t=2mm,因此查《冷冲模设计》表3-3知：
Zmax=0.360mm
Zmin=0.246mm
由于模具使用过程中会使间隙增大，所以在设计与制造模具时要选用最小合理间隙即Zmin=0.246mm。
4.3凸凹模工作部分尺寸与公差
4.3.1冲孔凸、凹模尺寸计算的原则
a.冲孔时的尺寸由凸模决定，因此应该以冲孔凸模为设计基准。
b.凸模尺寸做得趋向于冲孔件的最大极限尺寸。
c.凸、凹模的合理间隙对于冲孔件凸模是设计基准，间隙应由增大凹模尺寸取得。
4.3.2用配合加工法的尺寸计算
由［1］第44页可知，这里x取0.75。
由《冷冲模设计》表3-6查得凸、凹模的制造偏差:
δ凸=—0.020
δ凹=+0.020
∵︱δ凸︱+︱δ凹︱=0.04mm∴能满足分别加工时︱δ凸︱+︱δ凹︱≤Zmax-Zmin的要求
∴d1凸=（d1min+xΔ）
=（3.1+0.75×0.08）
=3.16
d2凸=（d2min+xΔ）
=（3+0.75×0.08）
=3.06
d1凹=（d1凸+Zmin）
=（3.16+0.246）
=3.406
d2凹=（d2凸+Zmin）
=（3.06+0.246）
=3.306
4.4冲裁工艺力的确定
4.4.1冲裁力
F=1.3τLt
L为冲孔件的周长
L=5πd=5×3.14×3=47.123（mm）
∴冲裁力F冲=1.3×300×47.123×2=36755.55（N）
4.4.2卸料力
F卸=K卸F冲
查表３－１
得K卸为0.55
∴F卸=0.05×36755.55=18377.775（N）
4.4.3推件力
F推=n推K推F冲
查表３－１
得K推为0.055
∴F推=n推K推F冲
=2×0.055×36755.55=4043.11（N）
4.5冲模的压力中心的确定
由于各个圆孔的压力中心在各自的圆心,所以总压力中心通过几何作图法即为该规则图形的几何中心。
每三个圆心组成一个三角形，找出其重心，这样可以找出三个重心，再由这三个重心组成一个三角形，最后一个重心即为总的压力中心
4.6凹模设计
4.6.1凹模孔口形式
整个凹模采用嵌入式，整个凹模可由标准查得，其标准为GB2863.4-81。
4.6.2工件的长度
凹模固定板的长度L选用125mm,宽度B为80mm,凹模嵌入到固定板中。
4.7凸模设计
4.7.1因为凸模为标准圆形凸模,所以可以由GB2863.1-81、GB2863.2-81、GB2863.3-81查得。
4.7.2凸模长度
凸模长度L=l1+l2+l3+l
其中:
L为凸模总长
l1为凸模固定板厚度;
l2为卸料板厚度;
l3为导尺厚度;
l为附加长度,一般取15～20mm。
由设计可知：
l1=20mm;
l2=10mm;
l3=3mm;
l取15mm
∴L=20+10+3+15=48（mm）
4.8凸模与凹模的固定
4.8.1凸模的固定
凸模为圆形,形状比较简单,所以选用固定板固定凸模。
4.8.2凹模的固定
凹模使用固定板固定,凹模与固定板采用过渡配合H7/m6。
4.9定位装置
采用定位板定位，定位板中间孔部分与工件外形相同，尺寸（基本）一样，使得定位比较精确，提高了冲孔的质量。
4.10卸料装置
为了在冲压开始时起到压料作用，冲压结束后起到卸料作用，所以选择弹压卸料装置。
4.10.1弹压卸料板的设计
（1）弹压卸料板的结构如落料模中图所示。
（2）弹压卸料板的有关尺寸
a.弹压卸料板的厚度
由［10］查得，卸料板厚度H=10mm。
b.卸料板孔与凸模的单板间隙Z/2为0.15mm。
c.卸料板导向孔的高度h=3～5mm;
d.卸料板底面高出凸模底面的尺寸K=0.2～0.8mm;
e.卸料螺钉孔直径d1处的L最小植为：
因为模座材料为钢，Lmin=0.75d;
4.10.2卸料螺钉的结构形式
采用标准卸料螺钉结构。
凸模刃磨后须在卸料螺钉头下家垫圈调节。
4.10.3卸料板弹簧安装方法与有关尺寸
根据有关标准,选用弹簧外径D=20mm。
其安装方法及有关尺寸见落料模总装图。
．
4.11漏料孔
漏料孔的形状如下图所示：
其d1与d2关系为d2=（0.5～2）d1mm,在本冲小孔模中d2=4×1.5=6mm
4.12模架的结构形式和有关尺寸
4.12.1模具的主体结构是模架,模架是连接冲模主要工作零件的部件。
冲模的主要零件都是通过螺钉、销钉连到模架上，构成一副完整的冲模结构才可使用。
模架都由上、下模座、导柱、导套零件组合而成。
因为本冲小孔模不属于大型和高精密的模具，只需中等复杂和一般精度的模具，因此选用后侧导柱的模架。
后侧导柱模架是指两个导柱导套分别装在模架的后侧。
凹模面积是导套前面的有效区域。
4.12.2模架的有关尺寸
根据凹模的外形尺寸（长×宽）=125×80mm,可由《冷冲压及塑料成型工艺与模具设计资料》第九章国标GB2851.1-811～GB2853.2-81查得。
4.13导向零件
4.13.1为了保证上模相对于下模或凸模相对于凹模能够正确运动,就必须采用导向零件以达到规定要求。
由于所加工的零件为一般精度要求的工件，故采用应用最广的导向零件即滑动导柱、导套。
导套内有油槽，便于贮油经常保持润油。
4.13.2导柱、导套的尺寸结构
导柱尺寸根据模架中下模座的导柱孔确定为φ20mm。
导柱导套的结构由国标GB2861.1-81、GB2861.6-81查得。
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