1、定子与转子片的冲压模具设计与制造要点 CHANGSHA UNIVERSITY毕业设计（论文）资料设计（论文）题目： 定子与转子片级进模设计 系部： 机电工程系 专 业： 材料成型及控制工程 学 生 姓 名： 班 级： 学号 指导教师姓名： 职称 最终评定成绩 xx教务处二0一一年二月制第一部分 设计说明书一、设计说明书第二部分 过程管理资料一、 毕业设计（论文）课题任务书二、 本科毕业设计（论文）开题报告三、 本科毕业设计（论文）中期报告四、 毕业设计（论文）指导教师评阅表五、 毕业设计（论文）评阅教师评阅表六、 毕业设计（论文）答辩评审表20 12 届本科生毕业设计（论文）资料第一部分 设计
2、说明书（20 12届）本科生毕业设计说明书 定子与转子片级进模设计系部： 机电工程系 专 业： 材料成型及控制工程 学 生 姓 名： xx 班 级： 二班 学号2008012220 指导教师姓名： xx 职称 副教授 最终评定成绩 2012年 5 月xx本科生毕业设计定子与转子片的冲压模具设计与制造系 （部）： 机电工程系 专 业：材料成型及控制工程学 号 2008012220 学生姓名： xx 指导教师： xx （副教授） 2012 年 5月摘 要本次设计生产的是电动机定子片和转子片，精度要求较高，形状比较复杂，生产批量大，通过工艺性分析，工序均为落料和冲孔。采用级进模制造，能很好的解决这些
3、问题，并且能同时完成两个工件的冲裁，提高材料利用率。原料选用硅钢片卷料，采用自动送料器和自动送料装置送料。模架采用四导柱滚珠导向钢板模架和弹性卸料板，并在卸料板和固定板之间设置辅助导向机构小导柱和小导套，保证卸料板有足够的运动精度。设计说明书中简要概述了冲压模具目前的发展状况和发展趋势。然后对工件进行了详细工艺性分析以及冲压方案的确定。按照冲压模具设计的一般步骤，计算并设计了本套模具上的主要零部件，如：凸模、凹模、凸凹模、凸模固定板、垫板、凹模固定板、卸料板、等，选用了合适的冲压设备。关键词：定子片，转子片，落料，冲孔，级进模ABSTRACTWhat this design produces
4、is an electric motor to settle a son slice and turn a son slice, the accuracy has higher request, the shape is more complicated, produce batch quantity big, pass craft analysis, work preface all for blanking and punching. Adopting the class enters a mold manufacturing, can be good to resolve these p
5、roblems, and can complete two work piece in the meantime of blunt cut, raise material utilization. The raw material selects the silicon steel plate volume material, the adoption sends to anticipate a machine automatically and sends to anticipate device to send to anticipate automatically.The mold ad
6、opts four lead pillar to roll and flexibility of the bead direction steel plate mold to unload to anticipate plank, and be unloading to anticipate plank and fix plank of the constitution lend support to direction organization-small lead pillar with small lead a set, assurance unloads to anticipate t
7、he plank contain enough sport accuracy.The design overview the current development status and development trends of stamping die briefly. Then I conduct a detailed analysis of the work piece and determine the stamping program. After finishing the stamping die design in accordance with the general st
8、eps, I also design and calculations the main parts of this mold, for example, punch, die, die punch, punch plate, plate, die plate and dump plates, block information, marketing pieces of boards, blocks and other top pieces. At last I choice the suitable stamping equipment.Keywords: Stator piece, Rot
9、or piece, Blanking, Punching, Progressive die 第1章 绪论1.1冲压加工与模具设计简介冲压是通过模具对板材施加压力或拉力，使板材塑性成形，有时对板料施加剪切力而使板材分离，从而获得一定尺寸、形状和性能的一种零件加工方法。由于冲压加工经常在材料冷状态下进行，因此也称为冷冲压。冲压加工的原材料一般为板材或带料，故也称板材冲压。冲压加工需要研究冲压工艺与模具两个方面的问题。查文献1得知冲压工艺可以分为分离工序和成形工序1。分离工序又有落料、冲孔、切断、切边、剖切等工序；成型工序又包括卷圆、弯曲、拉深、薄拉深、翻孔、翻边、拉弯、胀形、起伏、扩口、缩口、旋压
10、、校形等。冲压加工作为一个行业，在国民经济的加工业中占有非常重要的地位。冲压件在各个行业中均占相当大的比重，尤其在汽车、电机、仪表、军工、家用电器等方面所占的比重非常大。冲压的应用很广，从很少的电子元件、仪表指针到重型汽车的覆盖件和高压容器封头以及航天器的蒙皮、机身等均需冲压加工来完成2。冲压件在形状和尺寸精度方面的互换性较好，一般情况下，可以直接满足装配和使用要求。此外，在冲压过程中由于材料经过塑性变形，金属内部组织得到改善，机械强度有所提高，所以，冲压件具有质量轻、刚度好、精度高和外表光滑、美观等特点3。冲压加工是一种套高生产率的加工方法，如汽车等大型零件每分钟可生产几件，而小零件的高速冲
11、压则每分钟可生产千件以上。由于冲压加工的毛坯是板材或卷材，一般又在冷状态下加工，因此轻易实现机械化和自动化，比较适宜配置机械人而实现无人化生产。特别是适用于定型产品的中大批生产4。“冲压要发展，模具是关键”，提高模具的效率需从冲模设计和制造开始。得知冲压加工的材料利用率较高，一般可达70%85%，冲压加工的能耗低，由于冲压生产具有节材、节能和高生产率等特点，所以冲压件呈批量生产时，其成本比较低，经济效益较高。当然，冲压加工与其他加工方法一样，也有其自身的局限性，例如，查文献3得知冲模的结构比较复杂，模具价格偏高。因此，对小批量、多品种生产时采用昂贵的冲模，经济上不合算，目前为了解决这方面的问题
12、，正在努力发展某些简易冲模，如聚氨脂橡胶冲模、低合金冲模以及采用通用组合冲模、钢皮模等，同时也在进行冲压加工中心等新型设备与工艺的研究5。1.2 冷冲压与模具技术现状我国考古发现，早在2000多年前，我国已有冲压模具被用于制造铜器，证明了中国古代冲压成型和冲压模具方面的成就就在世界领先。改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长6。近年来，我国模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的
13、、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家7。大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具内也能生产了。精度达到12m，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到Ra1.5m的精冲模，大尺寸（300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平8。但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高。1.3 冲压加工自动化与柔性化为了适应大批量、高效率生产的需要，在冲压模具和设备上广泛采用了各种自动化的进、出料机构。对于
14、大型冲压件，汽车覆盖件，专门配置了机械手或机器人，这不仅大大提高了冲压件的生产品质和生产率，而且也增加了冲压工作和冲压工人的安全性9。1.4 冲模CAD/CAM冲模CAD/CAM技术已成为冲压工艺与模具的主要发展方向之一。我国在冲压模具的CAD/CAM方面也取得了重大的发展。上海交通大学在80年代初期开展了打规模的CAD/CAM研究开发工作，采用交互设计方法进行条料排样，模具结构及零件设计方面采用了典型结构及标准零件的自动调用和交互设计相结合的方法，开发了智能化数据库，贮存了各种冲模的典型结构、标准零件、设计经验 、设计方法和步骤，并向用户开放10。第2章 零件工艺性分析和工艺方案的确定2.1
15、 工艺性的含义及材料性能分析冲压件的工艺性系指冲压件对冲压工艺的适应性。冲裁件的工艺性对冲裁件质量、材料经济利用、生产率、模具制造及使用寿命等都有很大影响。硅钢片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。2.2 制件的冲压工艺性分析查表2.1可知硅钢片的工艺参数。表2.1工艺参数2机械性能料材料不锈钢硅钢片低碳钢抗拉强度(N/mm2)490490255324抗剪强度(N/mm2)451422216275延伸率(%)404244 图2.1 工件图如上图2.1所示，微电机转子、定子片特点尺寸小、精度高、材料薄而强
16、度高。因此冲裁工艺与模具设计存在以下问题：a)、工艺方案和模具结构应保证能达到冲件所需要的高精度；b)、冲模结构应能冲出复杂的外形；c)、冲裁模的制造精度和导向精度应适应冲件的厚薄度；d)、冲裁模的强度和耐磨性应适应冲压材料强度高的特点。由定子片转子片的外形形状，冲孔 落料为基本工序，且工件异形孔多，零件的精度要求较高，形状也比较复杂。同时在微型电动机的使用中定子片和转子片所需数量相同，转子的外径比定子的内径小1mm,且具备套冲条件。2.3 工艺方案的确定工艺方案的内容是确定冲裁件的工艺路线，主要包括确定工序数、工序的组合和工序顺序的安排等，应在工艺分析的基础上制订几种可能的方案，再根据工件的
17、批量、形状、尺寸等多方面的因素，全面考虑、综合分析，选取一个较为合理的方案。2.3.1工艺方案:方案一：用4道工序进行冲压。工序1为先用复合模冲成垫圈半成品；工序2为用装有分度装置的冲槽模进行单槽冲压，每冲好一槽就将工件转过30度，依次冲出所需槽形，落料。工序3用复合模冲出定子片4端的小孔，工序4用冲槽冲出异形槽孔，再冲48.2mm内孔，落料成型。方案二：用级进模在一次工序中将转子片和定子片套冲。第一工步冲出导正销孔；转子槽孔和中心轴孔；冲定子片两端4个小孔的左侧2孔，第二工步冲出全部槽形，定子片两端中间两孔，右侧两孔，角部两工艺孔，转子片和10mm孔校平。第三工步转子片落料。第4工步冲定子片
18、异形槽孔，第五工步冲48.2mm内孔，落料。压力机一次行程生产一个完整的定子片和转子片制件。2.3.2工艺方案分析和确定方案一特点就是化整为零，将原先很复杂的制件形状分解成形状较为简单的单元，从而可以简化模具刃口形状，便于模具制造。但该方案的缺点是，需要4道冲压工序，且第二道工序又是单槽冲出，生产效率低；在冲槽过程中要进行多次分度定位，操作不便。由于多次分度定位，转子片精度难以达到要求。因此，该方案可在小批量生产，复合模制造存在一定困难，精度要求不严时采用。方案二缺点是工件的异形孔多，在级进模的结构设计和加工制造上都有难度，而且为了冲工艺孔，加宽了带料宽度，降低了材料的利用率。但是由于制件和槽
19、孔废料都可由压力机台下排出，且套冲，生产效率高；适合大批量生产。采用多工位级进模制造，适合该零件精度要求较高，形状也比较复杂的工件。因此，宜采用方案二来进行生产。第3章 排样 搭边及材料利用率的计算3.1 冲裁件排样3.1.1排样方法冲裁件在板、条上等材料上的布置方法称为排样.排样的合理与否,影响到材料的经济利用率,还会影响到模具结构、生产率、制件质量、生产操作方便与安全等。因此,排样是冲裁工艺与模具设计中一项很重要的工作10。排样的目的就在于合理利用原材料，在不影响工件精度情况下，尽量提高材料利用率。根据材料的利用情况，排样的方法可分为三种：（一）有废料排样沿工件的全部外形冲裁，工件与工件之
20、间，工件与条料侧边之间都有工艺余料（搭边）存在，冲裁后搭边成为废料，如图3.1a所示。（二）少废料排样沿工件的部分外形轮廓切断或冲裁，只在工件之间有搭边存在，如图3.1b所示。（三）无废料排样工件与工件之间，工件与条料侧边之间均无搭边存在，条料沿直线或曲线切断而得到工作，如图3.1所示。图3.1废料排样有废料排样(见图3.1a)制件，在板料上冲栽轮廓四周都有搭边。冲裁后搭边成为废料。有废料排样的材料利用率较低，但制件的质量和冲模寿命较高，常用于制件形状复杂、尺寸精度要求较高的排样。少废料排样(见图3.1b)沿制件的部分外部轮廊切断或冲裁，即制件与条料的侧边，或制件与制件之间有部分搭边的排样。这
21、种排样方法，材料的利用率较高，常用于制件某些尺寸要求不高的排样。无废料排样(见图3.1c)是无废料的排样方法，冲裁过程制件与制件之间沿不同的线段分开。这种排样方法，材料的利用率最高，但对制件形状结构要求更严格，所以其应用范围有一定的局限性，制件设计时要考虑这方面的工艺性能。采用少废料和无废料排样可以简化冲模结构，减少冲裁力，但应用中要受制件结构的限制，主要用于精度要求较低的制件。此外，它对冲模的工作条件也有一定的影响会降低冲模寿命和制件质量。对于简单形状的制件，可以用计算方法选择合理的排样；而对于形状复杂的制件，常采用放样的方法进行比较排样，找出比较合理的排样方案。3.1.2排样图设计微型电动
22、机的定子片和转子片在使用中所需的数量相等，转子的外径比定子的内径小1mm。转子片与定子片具备套冲的条件，由工艺方案的确定选择多工位级进模制造。工件的工序均为冲孔和落料。电动机的定子、转子片是大批量生产，故选用硅钢片卷料，采用自动送料器和自动选料装置送料，其送料精度可达0.05mm。采用自动送料装置，由于其送料精度比较高，故在模具中只使用导正钉作精准定位。排样图如图3.2所示，排样图分为8个工位，各个工位的工序内容如下:第1工位： 冲2个8mm的导正销孔；冲转子片各槽孔和中心轴孔；冲定子片两端4个小孔的左侧2孔。第2工位： 冲定子片右侧2孔；冲定子片两端中间2孔；冲定子片角部2个工艺孔；转子片槽
23、和10mm孔校平。第3工位： 转子片47.20.0.050mm落料。第4工位： 冲定子片两端异形槽孔。第5工位： 空工位。第6工位： 冲定子片48.20.0.050mm内孔；定子片两端圆弧余料切除。第7工位： 空工位。第8工位： 定子片切断。如图3.2所示。图3.2排样图转子片中间10mm的孔有较高的精度要求，12个线槽孔冲裁后不再加工，直接下线（装入漆包线线圈），线径细，绝缘层薄，因此不允许有明显的毛刺，为此在第2工位设置对10mm孔和12个线槽孔的整形工序。第3工位47mm外圆落料，则转子片工件完成。定子片上下的两个长形孔与48.2mm孔：若先冲48.2mm，再冲两个长形孔时，可能引起48
24、.2mm 孔的变形，难以保证其0.05mm的尺寸公差，。故在第4工位先冲两个长形孔；第6工位再冲48.2mm 孔，同时将3个孔打通，完成内部冲裁。为了保证模具的强度，在排样中的第5和第7工位还加入了一个空工位，以提高模具的使用寿命。第8工位的切断可有两种方法。若采用单边切断，应注意左右两个断面形状必将是不同的，右边留在凹模上的工件毛刺向下，而左边冲掉的工件毛刺向上。如果采用中间切去一条的方法，则可以保证两边的毛刺方向相同，但是要多消耗一个废料条。考虑到所切的边是转子外侧非工作部位，所以应采用单边切断的方法。3.2 搭边和料宽（一）搭边排样中相邻两工件之间的余料或工件与条料边缘间的余料称为搭边。
25、搭边的作用是补偿定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料步距误差、送料歪斜误差等原因而冲裁出残缺的产品。此外，还应保持条料有一定的强度和刚度，保证送料的顺利进行，从而提高制件质量，使凸、凹模刃口沿整个封闭轮廓线冲裁，使受力平衡，提高模具寿命和工件断面质量。影响搭边值大小的因素主要有：1 材料的力学性能 塑性好的材料，搭边值要大一些，硬度高与强度大的材料，搭边值可小.些。2材料的厚度 材料越厚，搭边值也越大。3. 工件的形状和尺寸 工件外形越复杂，圆角半径越小，搭边值越大。4排样的形式 对排的指边值大于直排的搭边。5送料及挡料方式 用手工送料，有侧压板导向的搭边值可小一些。查表3.1所知，搭边a为
26、1.2，侧搭边a1为1.5。表3.1 搭边和数值1（mm）（二）料宽排样方案和搭边数值确定后，即可确定条料或带料的宽度及进距。排样方案无侧压装置，条料宽度按下式计算： = (3.1) 3式中 B-条料标称宽度（mm）；D-工件垂直于送料方向的最大尺寸（mm）；a1-侧搭边（mm）；-条料宽度的公差（mm），；b0-条料与导料板间的间隙（mm），查表3.2和3.3可得：= = =88表3.2剪切条料宽度公差2 条料宽度B材 料 厚 度 t1122335 50501001001501502202203000.40.50.60.70.80.50.60.70.80.90.70.80.91.01.10.
27、91.01.1.1.21.3表3.3 条料与导料板之间的间隙2 条料厚度无侧压装置有侧压装置条 料 宽 度1001002002003001001001150.50.50.511155883.3 材料利用率：材料利用率是衡量经济性、合理性的指标。其计算公式为：一个进距内的材料利用率为： = (3.3) 3式中：A-冲裁件面积（包括冲出的小孔在内）（mm）； n-一个进距内冲件数目； B-条料宽度（mm）； h-进距（mm）。 一张板料上总的材料利用率为： =100% (3.4) 3 = =100% 55%式中：N- 一张板料上冲件总数目； L- 板材长度（mm）。第4章 冲裁工艺4.1冲裁力的计
28、算计算冲裁力的目的是为了合理地选择压力机和设计模具，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。（一）冲裁力的行程曲线在冲裁过程中，冲裁力的大小是不断变化的，如图4.1为冲裁时冲裁力.凸模行程曲线。图中AB段相当于冲裁的弹性变形阶段，凸模接触材料后，载荷急剧上升，但当凸模刃口一旦挤入材料，即进入塑性变形阶段后，载荷的上升就缓慢下来，如BC段所示。虽然由于凸模挤入材料使承受冲裁力的材料面积减小，但只要材料加工硬化的影响超过受剪面积减小的影响，冲裁力就继续上升，当两者达到相等影响的瞬间，冲裁力达最大值，即图中C点。此后，受剪面积的减少超过加工硬化的影响，于是冲裁力下降。凸模再继续下压，材
29、料内部产生裂纹并迅速扩张，冲裁力急剧下降，如图4.1中CD段所示，此为冲裁的断裂阶段。此后所用的力仅是克服摩擦阻力，推出已分离的料。图4.1 冲裁力.凸模行程曲线以上讨论的冲裁力.凸模行程曲线，是指塑性好的材料，对于塑性差的材料则在冲裁力上升阶段就发生裂纹，甚至断裂。（二）冲裁力的计算公式冲裁力的大小主要与材料力学性能、厚度及冲裁件分离的轮廓长度有关。用平刃口模具冲裁时，冲裁力F（N）可按下式进行计算F=KLt (4.1) 3式中 L-冲裁件的周边长度（mm）； t-材料厚度（mm）； -材料抗剪强度（MPa）; K-系数，考虑到模具刃口的磨损，模具间隙的波动，材料力学性能的变化及 材料厚度偏
30、差等因素，一般取K=1.3；一般情况下，材料的b=1.3，为计算方便，也可用下式计算冲裁力F(N)F=Ltb式中 b -材料的抗拉强度。由表4.1查出电工硅钢片的剪切强度极限=190MPa，b=1.3=247MPa。表4.1 材料参数2由 F=Ltb得出各个工位的冲裁力，结果列出如下： 第1工位：F1 =L1tb =（47.23.14+2103.1412）0.35247 =31226N 第2工位：F2 =L2tb =（+2412） =9192N， 第3工位：F3 =L3tb =9861N, 第4工位：F4=L4tb =100548N 第6工位：F6=L6tb =19859N 第8工位：F8=L8tb =3791N共计174477N。4.2压力中心的计算为了保证压力机和模具正常地工作，必须使冲模的压力中心与压力机滑块中心线相重合。否则在冲压时会使冲模与压力机滑块歪斜，引起凸、凹模间隙
