微型电动机转子冲孔落料模设计

第4章工作零件的刃口尺寸计算4.1冲裁公式介绍工过程中，凸模、凹模都会产生磨损，从而影响工件的加工精度，为了尽可能减小这方面的影响，我们需要计算出实际加工生产的具体刃口尺寸。落料：A凹=(Dmax−x∆）0+δA（A凸=(Dmax−x∆−Zmin）−δT0冲孔：B凸=(dmin+x∆）−δT0（B凹=(dmin+x∆+Zmin）0+孔心距：Cj=Lmin+0.5∆±0.125∆=L±0.125∆式中：A凹，A凸B凸，B凹Dmaxdminx磨损系数，0.5-1之间∆制造公差CjLδT，δA凸模凹模的制造公差4.2冲裁间隙的确定冲裁间隙就是冲裁时候核心零件凸凹模和凹模刃口尺寸之间缝隙的距离。单边间隙用字母C表示，一般我们采用的是双边间隙，用字母Z表示，间隙的存在对冲压件的质量和模具的寿命都有很大的影响，间隙值大了会影响工件的加工精度，而间隙值过小会加快模具的磨损，较少模具的使用寿命。理数值得确定有计算法以及查表法，及算法使用上不方便参考意义也不大，因此常用得是查表法，如下表所示。根据实用间隙表查得材料硅钢片的最小双面间隙Zmin=0.04mm，最大双面间隙Zmax=0.06mm。[15]表STYLEREF1\s2SEQ表格\*ARABIC\s11冲裁模初始双边间隙值mm材料厚度08、10、20、35、09Mn、Q23516Mn40、5065MnZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax小于0.5极小间隙（或无间隙）52.053.00.0400.0480.0640.0720.0920.1000.1260.1320.2200.2460.2600.2600.4000.4600.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3600.3800.5000.5600.6400.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.4200.4800.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.5400.6000.6600.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.4200.4800.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.5400.6000.6600.0400.0480.0640.0640.0900.0900.0600.0720.0920.0920.1260.1264.3制造公差的确定（1）查询公差表，凸模按IT6确定，凹模按IT7确定，或者统一按IT6或者IT7确定。（2）对于圆形件，方形件这种特别简单的，厚度在2mm以上的也可以直接查表。如果厚度比较小的则需要另外加校核进行相关调整。表STYLEREF1\s4-SEQ表格\*ARABIC\s11规则简单形状凸凹模制造公差mm公称尺寸凸模偏差δ凸凹模偏差δ凹公称尺寸凸模偏差δ凸凹模偏差δ凹≤18＞18~30＞30~80＞80~120＞120~180－0.020－0.020－0.020－0.025－0.030＋0.020＋0.025＋0.030＋0.035＋0.040＞180~260＞260~360＞360~500＞500－0.030－0.035－0.040－0.050＋0.045＋0.050＋0.060＋0.070（3）如果采取的是配合加工，在制造公差选择的时候，也可以直接取工件制造公差的四分之一，对于磨损后没有变化的可以取工件制造公差的八分之一，并且写上正负加减号。本次选择的即为配合加工，按此方法确定制造公差。（4）还有一种比较通用方法，一般是选取分开计算的时候会用，按下式取等号值即可，δT≤0.4(Zmax−ZminδA≤0.6(Z由于分开计算有校核这一步，选择第四种方法的优点在校核方便能欧股直接满足冲模的初始间隙小于最大合理间隙，制造公差需要满足下面算式δT+δA≤Zmax−因此对于分开计算来说我们选取第四种，不仅通用方法，还能能满足下式。δT+4.4精度的确定如果工件有公差或者公差等级标注，按照工件标注的公差计算，如果没有公差，则依靠常规进行处理，工件按照IT14的公差等级。表STYLEREF1\s4-SEQ表格\*ARABIC\s12部分标准公差值（GB/T1800.3—1998）(mm)材料厚度08、10、20、35、09Mn、08AL16Mn40、5065MnZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax小于0.5极小间隙（或无间隙）52.053.00.0400.0480.0640.0720.0920.1000.1260.1320.2200.2460.2600.2600.4000.4600.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3600.3800.5000.5600.6400.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.4200.4800.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.5400.6000.6600.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.4200.4800.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.5400.6000.6600.0400.0480.0640.0640.0900.0900.0600.0720.0920.0920.1260.1264.5磨损系数的确定X的取值方法：1.精度在IT10以上，取1，在IT11-IT13,取0.75，在IT14以上取0.5[5]2.查表表STYLEREF1\s4-SEQ表格\*ARABIC\s13磨损系数mm材料厚度t/mm非圆形工件值圆形工件值10.750.50.750.5工件公差∆/mm1<0.160.17~0.35≥0.36<0.16≥0.161~2<0.200.21~0.41≥0.42<0.20≥0.202~4<0.240.25~0.49≥0.50<0.24≥0.24>4<0.300.31~0.59≥0.60<0.30≥0.304.6冲裁刃口尺寸计算A类尺寸：A1=57+0.02+0.05凹模：A凸模：AA22.6−0.25凹模：A凸模：AA3=2−0.25凹模：A凸模：AB类尺寸:B1=20凸模：B凹模：BB2=4凸模：B凹模：BC类尺寸:C1=51±距离尺寸：Cj=(C2=37±距离尺寸：Cj=(4.7本章小结本章节引入刃口计算公式，并对计算需要用的参数进行介绍和确定，然后将需要进行计算的数据带入相关计算得出工件工作尺寸计算后的结果。第5章排样计算5.1排样方式的确定排样根据工件与板材、工件与板材之间有无间隙。有排出的废品，即在被加工物的四周都是没有使用过的材料。尽管使用效率较低，但冲压件的品质较好，使用寿命较长。减少废品排放。只有部分材质不用，品质差，寿命短，但产量高，冲裁力小，模具结构简单。无废品排样，充分利用原料，优点与缺点相同，少废品。这三种排样方式有废料最长用，无废料几乎不用，第二种适用于有特殊指定要求的使用。本次采用第一种有废料的排样。5.2搭边值确定搭边是采用有间隙的排样中产生的。工件和板料之间的距离为搭边。搭要合理地确定搭边值，搭边值过大，会导致材料利用率降低。搭边值过小，会导致强度和刚度不足，还有可能在冲裁时导致翘曲或被拉断。如果搭边值过大，还有可能会加大冲裁件的毛刺，有时甚至会单边拉入模具间隙，造成冲裁力不均匀，损坏模具刃口。搭边可以通过查表进行确定，小的搭边数值即工件于工件之间的数值为1.5mm，大的搭边数值即工件和板料之间的距离为2mm。级进模调整后为3mm。[]表STYLEREF1\s4-SEQ表格\*ARABIC\s11搭边值材料厚度圆件及r>2t的圆角矩形件边长L≤50mm矩形件边长L>50mm或圆角r≤2taa1aa1aa1≤0.250.25～0.50.5～0.80.8～1.21.2～1.61.6～2.02.0～2.52.5～3.03.0～1.00.81.02.22.02.02.03.02.52.01.82.03.25.3利用率计算本次计算一个工位的材料利用率，及工件在一个工位下所占面积率，因此我们需要确定工件的面积以及一个工位下料带的面积，工件的面积我们可以使用CAD进行工件的绘画、测量从而得出，一个工位下料带的面积我们可以进行计算的出，即料带宽度与步距的乘积，下面对料带宽度与步距分别进行计算：料带宽度：B−∆0=(D+2a)−∆0（STYLEREF1\s5SEQ公式\*ARABIC\s11）式中：B—料带宽度；D—工件垂直于送料方向的最大外形尺寸；a—侧搭边值；△—料带宽度的偏差；B步矩：S=L+b（STYLEREF1\s5SEQ公式\*ARABIC\s12）式中S—步距；L—工件平行于送料方向的最大外形尺寸；b—沿送进方向的搭边值S=L+b=60利用率：η=ABS×100%（STYLEREF1\s5SEQ公式\*ARABIC\s13）式中：η—利用率；A—工件面积；B—料带宽度；S—步距；η图STYLEREF1\s5.SEQ图\*ARABIC\s11排样图5.4本章小结在冲压件的成本中，光材料这一个部分的利用率就占到60%左右，因此提高材料的使用率确定排样的合理性是很有意义的。本章节首先确定了排样为有废料的方式，并在此基础上，确定了搭边值以及宽度和步距最终通过计算得出材料的利用率。第6章工艺零件的结构尺寸计算6.1工作零件设计6.1.1凸模的设计在本次冲件中，冲头的形状有2种，圆形，其余均采用常用的台阶固定，非圆形采用铆接固定。本次凸模分为两大部分第一部分为冲裁凸模第二部分为凸模。凸模长度方面一般是固定板的高度和弹性元件露出高度以及卸料板和进入凹模高度的总和。本次冲裁凸模高度均为67mm。从排样图和装配图可以看出，冲裁的部位有5个，其中外形冲裁的有3处，分别为第二步的切废料，第三步的切废料和第四步的切断，冲内形有2处冲裁第一步冲裁直径4mm的到导正和冲20mm的中心孔。凸模结构尺寸设计根据模具结构等凸模由弹性卸料板，导料板凸模固定板组成则凸模长度：L=h1+h2+h3+h（6-0）L——凸模长度；h1——凸模固定板厚度；h2——卸料板厚度；h3——导料板厚度；t——材料厚度；h——增加长度则L=h1+h2+h3+h=67mm如图5-1：图6.SEQ图\*ARABIC\s11凸模1其他凸模2、3、4长度尺寸根据以上流程可得L2=67mm，L3=67mm，L4=67mm，下图为凸模2、3、4结构图： 图6.2凸模2图6.3凸模3图6.4凸模46.1.2凹模的设计凹模的尺寸和形状涉及到其余板料的涉及，因此凹模相关数据的计算是一大重点，凹模尺寸的计算如下：凹模各尺寸计算公式如下：凹模边壁厚：H=Kb（STYLEREF1\s6SEQ公式\*ARABIC\s11）凹模边壁厚：C>1.5H（STYLEREF1\s6SEQ公式\*ARABIC\s12）式中：b——凹模孔的最大宽度（mm）K——因数；H——凹模厚度，其值最小为15~20mm；c——凹模壁厚，其值最小为26~40mm。表STYLEREF1\s6SEQ表格\*ARABIC\s11系数K值材料料宽s/mm材料厚度t/mm≤1>1～3>3～6≤500.30～0.400.35～0.500.45～0.60>50～1000.20～0.300.22～0.350.30～0.45>100～2000.15～0.200.18～0.220.22～0.30>2000.10～0.150.12～0.180.15～0.22查表得：K=0.25。根据公式可计算落料凹模板的尺寸：凹模厚度：H=根据公式可计算凹模边壁厚：C>1.5H=1.5×14.25=22.5取凹模边壁厚为26mm。凹模的边长：L=b1+2c（STYLEREF1\s6SEQ公式\*ARABIC\s13）凹模的宽带：B=b2+2C（STYLEREF1\s6SEQ公式\*ARABIC\s14）式中：b1-长度；b2-宽带；将钣金件对应的数据带入其中计算凹模长：L=b1+2c=57+2×将钣金件对应的数据带入其中计算凹模宽：B=b2+2C=57+2×26=109即：L×B×H=结合排样调整后凹模尺寸为320mm×160mm×20mm。凹模外形图如图所示：图STYLEREF1\s6.5凹模图主视图、俯视图图STYLEREF1\s6.6凹模图左视图6.2卸料零件设计6.2.1卸料方式的确定卸料形式。选用取决于卸料力的大小，其中材料厚度是主要考虑因素。固定卸料板，一大特点就是卸料板和凹模是固定在一起的，直接跟随所在的模座一起进行上下运动，主要的动力来源于模座，因此能承受很大的冲压力，工件或者废料会从卸料板和凹模中间的缝穿过。弹压卸料，从名字上就能知道它不仅具有卸料的作用，还有压料的作用，因此工件的质量会更好些，并且操作者可以看见条料在模具中的送进动作，主要动力来源于弹性元件本身，能够承受的冲压力相对来说比较少。因此在实际的生产中，基本都是首选弹性卸料，当其不合适的时候才会选择刚性卸料，一般是大于2mm以上的板厚选择刚性卸料，但如果卸料力不大仍可选择弹性卸料。基本上固定卸料用在板厚比较大的模具上面，弹压卸料则用在板厚模具的工件上面。由上述特点比较选用弹性卸料。6.2.2卸料板的设计卸料板一般采用Q235或者45钢制造,本次采用45钢，卸料板轮廓尺寸与凹模固定板轮廓尺寸相同,根据JB/T8066.2-20008规定,选用厚度一般在5-18mm之间。本次厚度设计为23mm。图STYLEREF1\s6.7卸料板主视图、俯视图图STYLEREF1\s6.8卸料板左视图6.3定位零件设计定位零件中定位的主要作用是通过控制板料行进方向时候停留的未注，以及毛坯件的拜访的方向以及具体在的未注和成形件的关系等来实现定位。定位零件有以下几种方式，下面进行分类介绍。固定挡料销，通过挡靠方式进行定位，大都固定在凹模上，一般和导料零件进行配合使用。定位精度一般，用于一般冲模上。活动挡料销。也是利用挡靠进行定位，不过此零件的头部部分可以改变高度，利用高出零件的部分实现定位的，并且有一定的导向作用，一般用于厚度较大的冲模上或者倒装复合模中。定位销。通过为前面已经完成的孔或者外形毛坯提供定位。既可以使用一个也可以使用多个钉进行定位。并且如果工艺孔为矩形或者非圆形的时候，也可以用板状形式，再结合螺钉销钉固定在相关的零件上为坯件定位。多用于冲孔或者定位冲压外形成形等模具中。始用挡料销。多用于级进模，在最开始的一步或者两部中板料还没有到达要挡料的位置使用，后续就不再使用了。侧刃。利用前后2侧的侧刃凹槽，在调料的侧面上正好冲切一个步距长度的材料，这样以贴靠来实现定位。精度比较好，对于精度比较高或的并且可以在头部增加挡板或者挡块，提高挡料的稳定性以及提高精度。通常用在级进模中。导头。利用比较精准的头部尺寸，让其先进入已经充好的孔中进行导正调料，让冲孔和外形的关系定位准确。根据不同的尺寸安装在落料凸模的适当位置上，通常和导板或者销钉或者始用挡板的配合下使用，适合材料厚度比较大，有一个孔为主孔的冲件方案选择级进模的模具中。定位板。利用已经成形的冲件的外形定位。长于模具相关零件进行固定连接，可以单独使用，多用于单工序模上，比如冲孔模，模和拉深模。本次冲裁为多工序级进模，采用导正销定位。6.4本章小结本章节主要为比较重要的零部件进行设计，这部分零件通常能直接接触到工件。主要有凸模的设计凹模的设计，以及卸料方式和卸料板的设计。第7章冲压设备的选择以及校核7.1公称压力校核7.1.1冲压力计算冲裁力一般可按下公式计算：F=1.3Ltτ（STYLEREF1\s7SEQ公式\*ARABIC\s11）式中：F—一冲裁力（kN）；L—冲裁件的周长（mm）；t——材料厚度（mm）；τ——材料抗剪强度（MPa）厚度为t=0.5mm；材料电工硅钢的抗剪强度（MPa），τ=180MPa。零件图冲裁轮廓长度可以通过cad测量来获取：L=825.75mm带入数据可得：F卸料力：F卸=K卸F=0.05×96.61≈4.83KN（STYLEREF1\s4SEQ公式\*ARABIC\s15推件力：F推=nK推F=5×0.063×96.61≈6.09KN（STYLEREF1\s4SEQ公式\*ARABIC\s16式中：F—冲裁力；t——材料厚度（mm）；K卸表STYLEREF1\s7-SEQ表格\*ARABIC\s11卸料力、推件力和顶件力系数mm料厚/mmK卸K推K顶钢≤0.1＞0.1~0.5＞0.5~2.5＞2.5~6.5＞6.50.065~0.0750.045~0.0550.04~0.050.03~0.040.02~0.020.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03铝及铝合金紫铜、黄铜0.025~0.080.02~0.060.03~0.070.03~0.09注：卸料力系数K卸在冲多孔、大搭边和轮廓复杂时取上限值。总的冲压力：F总=F冲+F推+F卸≈107.53KN7.1.2压力机选择根据计算所得的压力总数和压力机的压力总数进行比较，所选设备的压力数值要大于计算所得的总压力。总冲压力是107.53KN，初步选择的压力机的型号为：J23-25。[17]具体参数如下表所示：表STYLEREF1\s3SEQ表格\*ARABIC\s12压力机参数mm型号J23-10J23-16J23-25J23-35J23-63公称压力/KN100160250350630滑块行程/mm455565100120最大闭合高度/mm180220270290360闭合高度调节/mm3545556070滑块中心线至床身距离/mm130160200200300滑块底面尺寸/mm前后150180220220300左右170200250250260模柄孔尺寸/mm直径3040404050深度55606060807.2闭合高度校核压力机的高度和模具的总高度相适应。总高度要在所选的压力设备的最大高度和最小高度之间。如果低于最小高度，则需要在装配的时候需要额外增加垫板，如果高度最大高度，就需要更换更加合适的压力机。选择的压力设备为J23-25查询相关参数，压力机的最大高度为270mm，调节高度为50mm，那么最小高度为220mm，而设计的模具总高度为207mm，此数据不在最大最小数据之间，需要增加垫板后满足要求。7.3本章小结本章节主要是对压力设备进行校核，其中涉及到的公称压力的校核涉及到冲压力，因此先进行了冲压力的计算后，在压力校核的原则的基础上选择的压力机，接着结合模具总高度对高度参数进行了校核。、第8章辅助构件的设计8.1连接和固定零件的确定8.1.1上下模座的选择上模座位于模具上顶部的一块其他零件都要大的板料，模架根据导柱导套所在模具的位置分为四种类型。第一种是对角导柱模架，导柱分布在模座对角位置，位于东南角，西南角。送料方向选择自由，可以横着也可以竖着，导向性能好，精度要求高；第二种是，后侧导柱模架，位于模座后侧双耳位置，方便人工操作，送料方向也方便，精度要求一般。第三种是中间导柱模架，在水平线两端，只能横向送料，导向平稳。第四种是四角导柱模架，导柱导套，位于四个角，有中间和对角的平稳和精度高的优点。本次选择的后侧导柱模架[10]。上下模座材料为HT200；标准为GB/T23565-2009；上模座尺寸400×200×40；上模座尺寸400×200×50；导柱导套材料为Q8.1.2模柄的选择模柄有不同的类型，如下所示：第一种：压入式模柄。和模座孔的配合为H7/m6，采用过渡配合并在一侧增加销钉增加稳固性防止转动，选择标准为JB/T7646.1-2008；使用范围比较广，中小型模具都可适用。第三种：旋入式模柄，通过螺纹和上模座进行连接，在底部增加一个防转螺钉进行稳固。选择标准为JB/T7646.2-2008。拆卸比较方便，适合中小型模具。第二种：凸缘式模柄，采用H7/m6配合，需要增加3-4个螺钉进行紧固。选择标准为JB/T7646.3-2008。拆卸方便，稳定性好，适用范围大，可用在大模具上。第四种，槽型模柄，可以不用上模座直接在凸模上固定。选择标准为JB/T7646.4-2008。用在比较简单的模具种。比较容易更换凸模。第五种，浮动模柄，用4-6个螺钉把锥面压圈和上模座固定，选择标准为JB/T7646.4-2008。精度比较高，适合精密冲裁。本次采用凸缘式模柄，尺寸为30mm。8.1.3固定板以及垫板的设计固定板其作用为固定主要工作零件，固定板在一套模具中可以存在一个或多个，单工序模以及级进模，一般情况下只有一个凸模固定板，复合模一般有凸模固定板，以及凸凹模固定板，其计算方式相同，厚度一般在凹模的0.6-0.8倍。外形结构与凹模尺寸相同。厚度为20mm，垫板外形与凹模设计成一样的外形，厚度一般取值6-12mm，取10mm。图8.1固定板主视图、俯视图图8.2固定板左视图图8.3垫板8.2紧固零件的选择螺钉销钉都属于标准件，按照相关标准进行选取调用即可。内六角螺钉比较合适用空间较小或螺钉头部需要埋入的场合，有紧固连接的作用，选择标准GB70、GB6190～6191和GB2672～2674等。圆柱销由固定和定位作用。采用H7/r6配合，圆柱销一般靠过盈固定在孔中，因此不宜多拆卸。选择标准为GB119～120、GB878～880等。8.3本章小结本章节对模具的辅助零件进行了相关介绍，这些零件都是作为工艺构件的辅助存在，然后没有前者重要，但也不可或缺。其中导向零件是为了导正板料方向，而上下模座是为了支撑上下模上的所有零件，固定板垫板以及销钉螺钉主要是为了将凸模凹模卸料板固定在上下模上，模柄主要是为了将模具和压力机进行固定连接。总结本次设计中我们主要进行了下面任务的设计：第一：展开冲压工艺分析和方案确定，利用材料分析和工艺结构分析，来确定是否可以采用冲压的生产方式。第二：\o""在设计排样图时，经过分析，选用适当的排样方法，使排样要求合理，以达到生产的需要，以及对工件精度的要求。第三，通过冲压力的计算，来初步选择压力机压力设备。第四：计算模具的刃口，通过刃口的计算来提供模具的寿命，不合适的刃口，会大大降低模具的寿命。第五：\o""在进行了计算和分析之后，要将计算和分析融入到模具的设计中，通过计算和经验，来选择适合自己的标准件，能够使用标准件的时候，尽可能地使用标准件，这样可以更大限度地降低成本，同时也有利于实现互换。参考文献[1]张文和，SFA355-6定子大小槽冲压模具设计[J].模具技术,2022(03):1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