电机定、转子片冲压工艺及模具设计汇编

1、模具设计与制造(zhzo)专业2015届毕业设计答辩共六十九页电机(dinj)定、转子冲片模具设计 材料工程学院毕业设计(b y sh j)答辩指导老师：张俊喜 学生姓名：王斌 、苏鹏鹏、张艳平共六十九页论文的结构(jigu)和主要内容 课题来源一工艺分析及工艺方案的确定二模具设计及主要的尺寸计算三新型模具材料的选用四总结五感谢六共六十九页一、课题(kt)来源共六十九页 本课题来源于工厂实际生产。 冲片是发电机、电动机铁心的主要组成部件,它是由冷轧薄硅钢片冲制而成，电机规格很多,冲片外形尺寸各不相同(主要有圆形片和扇形(shn xn)片)。随着电机市场竞争的日趋激烈,提高冲片质量、降低产品成本

2、是电机生产制造厂所面临的重要研究课题。 共六十九页 电机在现代(xindi)工农业中和日常生活中随处可见，为了这次的毕业设计，我们指导老师带领我们到电机厂实地考察了一番，电机厂中的电机零件基本上大多数是由自己工厂所生产的，所以说在电机厂里，模具是必不可少的，这其中包括铸造模具、锻造模具、压铸模具、冲压模具等，由于这些模具的加入，大大提高了工人师傅们的工作效率，共六十九页也为工厂节省了很多的开支，对电机厂的模具使用情况做了近一步的了解。因此(ync)我们本次的毕业设计就选题为电机定、转子冲片模具设计。共六十九页二、工艺分析(fnx)及工艺方案的确定零件名称：电机冲片生产(shngchn)批量：大

3、批量材 料：硅钢片材料厚度：0.5mm精 度：IT11共六十九页 如上图所示, 材料:硅钢片（硅钢片是一种含碳极低的硅铁软磁合金，一般含硅量为0.54.5%。加入硅可提高铁的电阻率和最大磁导率，降低矫顽力、铁芯损耗（铁损）和磁时效。具有良好(lingho)的的冲压性能。 共六十九页厚度：0.5mm,大转子花片外圆990mm,内圆630mm,定子冲片外圆630mm,内圆420mm,小转子花片外圆420mm转子轴孔90mm,槽数6槽, 加工零件几何形状复杂，定、转子槽形密, 孔多, 定转子冲片尺寸精度要求较高, 同样对模具制造(zhzo)精度也要求较高, 冲压的工艺难点是定、转子冲片的同轴度问题及

4、如何保证模具制造间隙均匀。 共六十九页电机定、转子(zhun z)冲片工艺方案的种类 在冲裁工艺分析和技术经济分析的基础上根据(gnj)冲裁件的特点确定冲裁工艺方案。冲裁工艺方案可分为单工序冲裁、复合冲裁、级进冲裁。 单工序冲裁是在压力机一次行程，在模具单一的工位中完成单一工序的冲压；复合冲裁是在压力机共六十九页一次行程中，在模具的同一工作位置同时完成两个或两个以上的冲压工序；级进冲裁是把冲裁件的若干个冲压工序，排列成一定(ydng)的顺序，在压力机一次行程中条料在冲模的不同工序位置上，分别完成工件所要求的工序，在完成所有要求的工序后，以后每次冲程都可以得到一个完善的冲裁件，组合的冲裁工序比单

5、工序冲裁生产效率高，获得的共六十九页制件精度(jn d)等级高。 该工件(gngjin)包括落料、冲孔两个基本工序，可有以下三种工艺方案：共六十九页 方案一：先落料，后冲孔。采用单工序(gngx)模生产。 方案二：落料冲孔复合冲压。采用复合模生产。 方案三：冲孔落料级进冲压。采用级进模生产。共六十九页单工序(gngx)模（目前电机厂的模具情况） 国内电机行业普遍采用(ciyng)“一落三”的冲压工艺制造电机铁心冲片，即：共六十九页（1）一次落料（冲出定子圆片、转子圆片、中心轴孔片）；（2）冲裁定子槽形；（3）冲裁转子槽形。这种工艺生产过程定转子片存在多次定位、产生同心度偏差(pinch)、叠压

6、后铁心外观不整齐、铁心绕嵌线压入机壳后, 机壳对定子铁心外圆挤压使片间移动损伤绕组, 形成短路等缺陷，严重影响了电机装配质量, 同时模具制造过程间隙不易得到保证,共六十九页造成(zo chn)冲片毛刺长、互换性差、模具寿命短等问题。 一落三共六十九页 电机厂目前采用单工序模生产，模具结构简单，制造容易，但仅仅冲孔和落料两道工序需要多副模具，成本高而生产率低。 方案三采用级进模生产，虽然只需一副模具，生产效率高，操作方便，但模具尺寸太大，模具结构非常复杂，在满足工件精度要求的同时加大了模具强度(qingd)和各零件的设计共六十九页难度，而且要有专门的压力设备、送料机构、足够(zgu)长的条料或卷

7、料才能完成冲裁。 经过综合考虑和分析，所以我们采用复合模具，该方案的优点是：生产率比电机厂所采用的单工序模高，材料利用率也较高；通过多方面比较，以及查阅资料，得到模具的质量比较高，磨损较小；与电机厂的模具相比，我们不仅在共六十九页结构上有一定(ydng)的改进，而且在安全上也有了一定(ydng)的提高；由于各方面的改进，在经济上也有了明显的提高。共六十九页三、模具设计及主要的尺寸(ch cun)计算 1下模座；2、15销钉；3凹模；4套；5导柱；6导套；7上模座；8卸料板9橡胶；10凸模固定(gdng)板；11垫板；12卸料螺钉；13凸模；14模柄；16、17螺钉冲裁模典型结构与模具总体设计尺

8、寸关系图 共六十九页1.模具类型(lixng)的选择 复合冲压是在压力机滑块的一次行程中，在同一位置上，使材料顺序完成几个冲压工序的方法，如落料冲孔、落料拉深、落料拉深冲孔、冲孔翻边等复合工序，该类模具称为复合模。生产现场应用较多的有落料冲孔复合模、落料拉深复合模和落料拉深冲孔复合模等。 共六十九页1）复合冲裁模的结构形式 复合冲裁模有倒装、顺装两种结构形式。 倒装式复合模结构简单，使用方便，应用较为广泛。2）落料拉深复合模 落料拉深冲孔(chn kn)复合模3）带浮动模柄的落料冲孔复合模4）翻边复合冲模共六十九页2.工作部分的结构和尺寸的确定 工件的外形落料凹模采用整体结构，直刃口形式。这种

9、刃口强度较好，孔口(kn ku)尺寸不随刃口的刃磨而增大，适于形状复杂、精度高的工件向上顶出的要求。1）工作零件刃口尺寸的计算 加工方法的确定 由于模具加工方法不同，凸模 共六十九页与凹模刃口部分尺寸的计算公式与制造(zhzo)公差的标注也不同，刃口尺寸的计算方法可分为两种情况。 1）凸模与凹模分别加工计算模具刃口尺寸 采用这种方法，是指凸模和凹模分别按图纸标注的尺寸和公差进行加工。冲裁间隙由凸模、凹模刃口尺寸和公差来保证。要分别标注凸模和凹模刃口尺寸与制造公差（凸模、凹模），优点是具有互换性，但受到冲裁间隙的限制，共六十九页适用于圆形或简单形状的冲压件。 凸模和凹模配置加工计算刃口尺寸 对于

10、形状复杂或料薄的冲压件，为了保证冲裁凸、凹模间有一定的间隙值，必须采用配合加工。此方法(fngf)是先做好其中的一件（凸模或凹模）作为基准件，然后以此基准件的实际尺寸来配加工另一件，使它们之间保持一定的间隙。共六十九页冲裁力的计算 1.计算冲裁力的目的 计算冲裁力的目的是为了合理地选用冲压设备、设计模具和检验模具的强度。压力机的吨位必须(bx)大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的需求 。 2.冲裁工艺力如下图所示 若采用平刃冲裁模，其冲裁力共六十九页按下式计算(j sun)：式中,t为材料抗剪强度，MPa; L为冲裁周边总长，mm; t为材料厚度，mm;系数Kp是考虑到冲裁模刃口的磨损、凸模与凹模

11、间隙的波动（数值的变化或分布不均）、润滑情况、材料力学性能与厚度公差的变化等因素共六十九页而设置的安全系数， 一般取1.3。当查不到材料抗剪强t,可用抗拉强度b来代替(dit)，此时Kp取1. 工艺力示意图共六十九页卸料力和顶件力还是设计卸料装置和弾顶装置中弹性元件的依据。依据排样图和模具结构简图计算相关力。 2.1冲裁力 当上模完成一次冲裁后，冲入凹模内的制件或废料因弹性扩张而梗塞在凹模内，模面上的材料因弹性收缩而紧箍在凸模上。为了使冲裁工作继续(jx)进行，必须将箍在凸模上的材料刮下；将梗塞在凹模内的制件或废料向下推出或向上顶出。从凸模刮下的力，称为卸料力；共六十九页从凹模内向下推出制件或

12、废料所需的力，称为推料力；从凹模内向上顶出制件所需的力，称为顶件力。影响卸料力、推料力和顶件力的因素很多，要精确地计算是困难的。在实际生产中最常采用经验(jngyn)公式计算 顶件卸料力：共六十九页 推料力：式中，冲裁力，N;共六十九页 K 卸料力系数，其值为0.020.06（薄料取大值，厚料取小值）； K1 推料力系数，其值为0.030.07（薄料取大值，厚料取小值）； K2 顶件力系数，其值为0.040.08（薄料取大值，厚料取小值）； n梗塞在凹模内的制件或废料数量，为值刃口部分的高，; 为材料(cilio)厚度，mm。共六十九页压力中心的确定及计算 依据排样图，计算冲裁压力中心，保证“

13、三点一线”。（“三点一线”是指冲模的压力中心、模柄的中心与压力机滑块的中心相重合。 模具(mj)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(mj)正常工作，应使冲模共六十九页的压力中心与压力机滑块的中心相重合(chngh)。 对于带有模柄的冲压模，压力中心应通过模柄的轴心线，否则会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的磨损，降低模具和压力机的使用寿命。 冲模的压力中心，可按下述原共六十九页则来确定:1）对称形状(xngzhun)的单个冲裁件，冲模的压力中心就是 冲裁件的几何中心。2）工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。3

14、）形状复杂的零件、多凸模的压力中心可用解析计算法求出。共六十九页确定搭边值 排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下的工艺余料，称为搭边。 搭边的作用是补偿定位(dngwi)误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。搭边过大，浪费材料。搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲件毛刺共六十九页，有时还会拉入凸、凹模间隙中损坏模具寿命，或影响送料工作。 搭边值的确定：根据经验定，搭边值不可过小也不可过大。 查表得，最小搭边值am=1.2mm,a1m=1mm； 综合考虑(kol)后，取工件间am=5mm,侧面a1m=5mm;共六十九页条料利用率 材料利用率：是指冲裁件的实际(shj

15、)面积与所用板料的面积之比。共六十九页4.导向方式的选择 采用后侧导柱、导套导向，可从两个方向送料，操作(cozu)方便，也便于模具的凸、凹模在不卸下的情况下刃磨刃口。5.定位方式的选择 采用固定挡料销，这种定位零件结构简单、制造、使用方便，装在凹模上。 共六十九页四、新型模具材料(cilio)的选用1.模具选材的一般原则 模具的选材和其他零件选材一样,都要符合选材的一般原则,它要求所选材料应满足:1)使用性能足够 根据工作条件,失效形式,寿命要求,可靠性的高低等提出(t ch)材料的强度、硬度、塑性、韧性等使用性能要求, 共六十九页提出时要考虑(kol)尺寸效应及主要的、关键的性能指标,使所

16、选材料足够满足性能要求。2)工艺性能良好 根据制造工艺方法不同使所选材料具有良好的工艺性能，首先是能制造出来,在批量大时,对便于制造显得更为突出。 3）供应上能保证 共六十九页 所选材料应考虑我国资源和现实供应情况，尽量少用进口材料,并且品种规格(gug)应尽量少而集中,以便于采购管理。4）经济性合理 要求所选材料生产过程简单,成品率高,成本低,在满足性能、寿命等要求下,尽可能选用价格低的材料。2.模具选材的具体考虑因素共六十九页 在模具实际的设计与制造中,具体选材时应综合分析,考虑以下多方面因素。 1）模具的工作条件因素承载受力的大小：速度(冲击状况) 受力大，材料要求(yoqi)强度高；冲

17、击大，则韧性要求(yoqi)好。 工作温度：冷作、塑料、热作三类模具因为工作温度有很大区别,所以共六十九页材料的抗热性能要求(yoqi)有很大不同。 腐蚀情况：腐蚀严重时要考虑不锈钢类的材料,例如加工易产生腐蚀性体气的塑料件时,可采用不锈钢类型的模具材料。 2）模具的失效因素 根据模具的失效分析,找出失效原因,提出解决问题的主要性能指标,有针对性的进行选材。 共六十九页3）模具所加工的产品因素(yn s) 产品批量的大小：批量大时采用材质高,性能好的材料制模具；批量小时,可用性能较差,寿命较短,加工简便的材料制模具。 产品质量的高低：精度要求高,表面粗糙度值要求低,则所选材料要从成分、材质上保

18、证模具制造时有较好切削,抛光等性能,制成模具后共六十九页有好的尺寸形状的稳定性或高的精度与低的表面粗糙度值。 产品的材质：所加工(ji gng)产品是金属材料还是非金属材料,对于不同原材料进行加工(ji gng),其变形抗力,工作温度都有很大的不同,模具的工作条件也有很大的差异,因此所选模具材料也就很不一样。 4)模具的结构因素 共六十九页模具的大小：大、中、小型的不同模具应选用不同的材质,一般大,中型 小型的不同模具应选用不同的材质,一般大型模具(200mm)的材料费为模具总费用的50%,小型模具的材料费不超过总成本的5%10%。 模具的形状：形状简单，公差要求不严的模具,可选用(xunyn

19、g)不易变形的高耐磨性材料；形状复杂的模具,应共六十九页选用淬透性好的材料,采用缓冷淬火剂以免变形开裂,同时还应选用易加工的模具材料。 模具的不同组件：不同部位模具组成主要可分成工作(gngzu)零件和辅助零件.前者直接与加工材 料接触,要求材料性能比后者高。如凸、凹模工作(gngzu)部位(型面或刃部)硬度、耐磨性、抗热性等要求高；非工作(gngzu)部位共六十九页可适当降低,但要保证一定强韧性(rn xn)。对于模具的辅助零件,包括紧固件,导向零件等,可按其性能要求进行选材。5)模具的制造工艺因素 应考虑制造时所采用的冷加工(切削、抛光、研磨),热加工(锻、铸、焊)的不同加工方法和工艺,选

20、择适当的材料,与其相适应。对手工共六十九页与机械不同方法制造模具,选材应有所区别,手工制模具成本高,应尽量选较好的材料。6)模具的设计因素 根据具体情况可考虑采用： 不同模具采用不同结构材料，对大型、复杂模具可应用组合或镶嵌结构,在刃部、型面部 分或某些经受强烈磨损、冲击或高温(gown)的部位共六十九页采用贵重的高性能材料,其他的模体部分,性能要求不高,可采用普通材料。 普通材料强化处理：选用(xunyng)普通低价材料,用表面强化方法在型面或局部进行离子渗入、堆焊、气相沉积及其他涂覆处理以获得高性能的表层。共六十九页3.目前市场(shchng)上几种冷作模具钢如下表所示常用冷作模具钢材料牌

21、号基本特点应用高碳低合金工具钢淬透性、耐磨性、淬火变形均比碳素工具钢的要好，使用寿命较长。主要缺陷是韧性较差。CrWMn 钢淬透性、淬硬性、强韧性耐磨性及热处理变形倾向均优于碳素工具钢主要用于制造要求变形小、形状复杂的轻载冲裁模（板厚2mm）轻载拉深、弯曲、翻遍模等。钢综合性能优良，塑韧性较好但耐磨性较低。高合金工具钢热处理后具有很高的硬度、耐磨性和抗压强度，承载能力仅次于高速钢，淬透性也高； Cr12Mo1V1是研制的新钢种，钢的耐磨性、强韧性较Cr12MoV要高但锻造性稍差易断裂，退货软化也比较困难。广泛用于制造精密、耐磨性好的模具。用于大截面、形状复杂的重载冷作模具如切边模、落料模、滚边

22、模、拉丝模等。Cr12Mo1V1模具寿命比Cr12MoV模具寿命更长，资料显示Cr12Mo1V1钢的冲裁模、滚丝模的寿命是Cr12MoV的5-6倍。高速钢具有高强度、高抗压性、高耐磨性，具有高的回火稳定性和热硬性。承载能力位于各种传统的冷作模具钢之首。主要用于重载冲头。用于受冲击载荷较大的冷作模具，如冷挤压模、冷镦模等。共六十九页基体钢65Nb该钢具有高速钢的强度、硬度和耐磨性，又有较好的韧性，钢的工艺性能得到很大的改扇。直径小于59mm的65Nb钢轧材不需改锻。适用于制造形状复杂的有色金属挤压模、冷冲模、冷剪模及挤压应力2500Mpa的黑色金属挤压模，轴承及标准件行业的冷镦模。LD不含65N

23、b的基体钢，淬透性、二次硬化能力、回火稳定性高于65Nb，淬火变形小，碳化物形态和分布较好，小规格（10%，成本较高；淬火温度区间较窄，一般不能用箱式电阻炉加热淬火，限制了该类钢在中小企业的推广使用，GD钢是针对基体钢的上述缺陷而研制的新钢种。属高强韧性低合金冷作模具钢，该钢碳化物偏析小，分布均匀，主要力学性能（、和抗屈服点显著优于和钢，耐磨性略低于，优于。共六十九页CH-1（火焰淬火钢）主要供火焰表面加热淬火用，所以称火焰淬火钢。%C0.65-0.75，采用多元少量合金化原则。属低合金空淬微变形钢。性能与GD钢接近，具有高的强韧性，火焰加热空冷可获得58HRC以上的硬度，耐磨性优于T10A和

24、钢，碳化物偏析小，变形抗力小，可焊性较好，能满足冲模的焊接修补要求。常用于模具型芯、凸模、型腔板、镶件，淬硬46-52HRC。用于热固性塑料模具，小型芯、镶件等.用于导柱、导套，淬硬50-55HRC。斜销、滑块、锁紧楔。推杆、推管淬硬至54-58HRC，加料室、柱塞淬硬至50-55HRC。主要用于制造尺寸较大、形状较复杂和精度较高的塑料模。热固性成型模，要求高耐磨、高强度的模具。GM加工性能良好，二次硬化能力强，耐磨性、韧性明显高于Cr12型钢，有最佳耐磨性和强韧性的配合。模具寿命比65Nb和钢提高2-6倍以上。在高速冲床多工位级进模、滚丝模、切边模、拉深模等方面应用效果较好。ER5与基体钢相

25、比%c（0.95-1.1）和碳化物元素含量增加，但碳化物数量少，颗粒较细，分布均匀，强度、韧性、耐磨性等性能优于Cr12MoV钢。材料成本适中，韧性高、耐磨性好，所以适宜于制作大型、重载冷镦模、精密冲模等。DT(第二代钢结硬质合金)DT合金硬质颗粒细小均匀，弥撒分布，既有高硬度、高耐磨性，又较大幅度地提高了强度和韧性，可以承受较大负荷冲击，同时还具有较好的较好的切削加工性是较理想的工模具材料之一。DT合金制作模具时一般采用组合联接方法。它的性能优越多用于制造冷镦模、冷挤压模、冲裁模、拉深模等，使用效果良好。共六十九页4. ER5模具钢材料的特性：Cr8MoWV3Si钢代号(diho)为ER5,

26、此钢与Cr12MoV钢相比，提高了碳含量、钒含量，使碳化物细小均匀，Mo、W、V含量增多，保证了钢中具有强韧性基体及细小均匀分布的特殊碳化物，可提高二次硬化能力和耐磨性、强韧性。因此ER5钢的强度、韧性和耐磨性均优于Cr12MoV钢，且各种工艺性能良好，成本适中。用于各种高共六十九页强韧性钢制作的模具，均可通过表面强化处理(chl)进一步大幅度提高使用寿命。用于冷冲裁模的表面处理工艺，有氮碳共渗、渗硼、TD法渗钒、渗铬、气相沉积TIN或TIC、化学镀镍磷合金和电火花熔覆硬质合金等。该钢在具有较高强韧性的同时，又具有优异的耐磨性。该钢在回火过程中弥散析出的特殊碳化物，是ER5模具共六十九页钢比C

27、r12系钢具有更高的强韧性和耐磨性的重要原因。供货状态为退火态。热加工规范：开始温度1150，终止温度900，热加工后缓冷。钢胚接近终锻温度时，轻击快打可提高锻造质量。淬火、回火规范：淬火温度1120-1150，回火温度520-550，回火三次，硬度64-65HRC,调节工艺参数可调整(tiozhng)强韧性和耐磨性的配合。共六十九页5.ER5模具钢应用举例1）适用于制作承受冲击力较大、冲击速度较高的精密冷冲模、重载冷冲模以及要求高耐磨的其他冷作模具(mj)。2）适于制作精密冲裁模和冷镦模。用它制作的电机硅钢片冲裁模，其使用寿命目前为同类模具之最。3）适用于大型精密冲压模具。用共六十九页于硅钢

28、片冲裁模，一次刃磨使用寿命为21万次，总使用寿命高达360万次，是目前合金钢冲模冲裁硅钢片的较高使用寿命水平。4）用于各种高强韧性(rn xn)钢制作的模具。共六十九页6.ER5的热处理工艺(gngy)如下表所示 ER5模具钢的热处理工艺热处理工艺工艺参数硬度要求工艺特点等温球化退火加热850-870，750-770等温，炉冷至550一下出炉空冷248HBS858,907,加热温度应在-线之间，等温温度低于Ar1770线以下，以获得粒状珠光体组织+碳化物淬火预热800-850，加热1150，油冷62-64HRC淬火加热温度高于线，有助于Cr、Mn、Si元素和少量V、W、Mo元素以及共晶碳化物的

29、溶解，提高淬透性，改善回火稳定性。未溶的V、W、Mo元素的碳化物细化了晶粒，保持强韧性，同时提高硬度与耐磨性预热800-850，加热1100-1020，保温，油冷回火加热520-530，保温2h，空冷，3次回火加热550，保温2h，空冷。高温回火，V、W、Mo元素的碳化物的析出会增加二次硬化效应共六十九页五、总结(zngji) 中、小型冲片的冲制， 模具的设计制造有较大难度， 制模周期长费用高， 在当今市场条件下不允许作多次试验， 因此整个开发设计就要深入调查研究、反复比较论证，方案决策的优劣是决定该项目(xingm)成功与否的关键所在。 本文所述冲裁工艺方案和相应共六十九页的模具结构的确定，是在经过理论分析和电机厂及有关厂家的成功和失败(shbi)经验基础上作出的。产品设计相对固定，而工艺方法模具设计灵活多样，在几种可行方案中如何找到最佳方案，其基本点就是要以稳定地冲制出合格冲片为前提，冲压件一般为大量生产，一次性适时