1、,模具设计与制造专业2015届毕业设计答辩,电机定、转子冲片模具设计,材料工程学院毕业设计答辩,指导老师：张俊喜 学生姓名：王斌、苏鹏鹏、张艳平,论文的结构和主要内容,课题来源,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、降低产品成本是电机生产制造厂所面临的重要研究课题。,一、课题来源,电机在现代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
2、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，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。因此我们本次的毕业设计就选题为电机定、转子冲片模具设计。,二、工艺分析及工艺方案的确定,零件名称：电机冲片生产批量：大批量材 料：硅钢片材料厚度：0.5mm精 度：IT11,如图3.1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。具有良好的的冲压性能。,厚度：0.5mm,大转子花片外
3、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如何保证模具制造间隙均匀。,电机定、转子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；
4、级进冲裁是把冲裁件的若干个冲压工序，排列成一定的顺序，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工序冲裁生产效率高，获得的制件精度等级高。,该工件包括落料、冲孔两个基本工序，可有以下三种工艺方案：方案一：先落料，后冲孔。采用单工序模生产。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。,单工序模（目前电机厂模具情况）,国内电机行业普遍采用“一落三”的冲压工艺制造电机铁心冲片，即：（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
5、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、叠压后铁心外观不整齐、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,造成冲片毛刺长、互换性差、模具寿命短等问题。,一落三,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和各零件的设计难度，而且要有专门的压力设备、送料机构、足够长的条料
6、或卷料才能完成冲裁。,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，我们不仅在结构上有一定的改进，而且在安全上也有了一定的提高；由于各方面的改进，在经济上也有了明显的提高。,三、模具设计及主要的尺寸计算,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寸关系图,1.模具类型的选择 复合冲压是在压力机滑块的一次行程中
7、，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。,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 落料拉深冲孔复合模 4）带浮动模柄的落料冲孔复合模 5）翻边复合冲模,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。这种刃口强度较好，孔口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。依据上述计算结果，确定凸模、凹模、
8、凸凹模的结构、形状和尺寸，并绘制在总装图上。,工作零件刃口尺寸的计算1.加工方法的确定 由于模具加工方法不同，凸模与凹模刃口部分尺寸的计算公式与制造公差的标注也不同，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，适用于圆形或简单形状的冲压件。2）凸模和凹模配置加工计算刃口尺寸 对于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。此方法是
9、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。,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。压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的需求。2.冲裁工艺力如图4.3所示 若采用平刃冲裁模，其冲裁力按下式计算：,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
10、强度b来代替，此时Kp取1.,图4.3工艺力示意图,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；,从凹模内向下推出制件或废料所需的力，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公式计算：,顶件卸料力：,推料
11、力：,式中，,冲裁力，N;,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，;为材料厚度，mm。,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“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正常工作，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。对于带有模柄的冲压模，压力中心应通
12、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，可按下述原则来确定:,1）对称形状的单个冲裁件，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）形状复杂的零件、多凸模的压力中心可用解析计算法求出。,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，有时还会拉入凸、凹模间隙中损坏模
13、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4.1得，最小搭边值am=1.2mm,a1m=1mm；综合考虑后，取工件间am=5mm,侧面a1m=5mm;,.条料利用率 材料利用率：是指冲裁件的实际面积与所用板料的面积之比。,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，操作方便，也便于模具的凸、凹模在不卸下的情况下刃磨刃口。具体确定：模具的导向机构的结构、尺寸和在模具中的位置，并绘制在总装图上。,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。具体确定：控制条料的送进方向的导料销；控制条料的送进步距的挡料
14、销以及测压装置的结构、尺寸和在模具中的位置，并绘制在总装图上。,四、新型模具材料的选用,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材料的强度、硬度、塑性、韧性等使用性能要求,提出时要考虑尺寸效应及主要的、关键的性能指标,使所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 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,并且品种规格应尽量少而集中
15、,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 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，材料要求强度高；冲击大，则韧性要求好。,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,所以材料的抗热性能要求有很大不同。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
16、能指标,有针对性的进行选材。,3）模具所加工的产品因素 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、材质上保证模具制造时有较好切削,抛光等性能,制成模具后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,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 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
17、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,可选用不易变形的高耐磨性材料；形状复杂的模具,应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、凹模工作部位(型面或刃部)硬度、耐磨性、抗热性等要求高；非工作部位可适当降低,但要保证一定强韧性。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
18、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,选择适当的材料,与其相适应。对手工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、冲击或高温的部位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。,3.目前市场上几种冷作模具钢如下表所
19、示常用冷作模具钢,4.ER5模具钢材料的特性：Cr8MoWV3Si钢代号为ER5,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。用于各种高强韧性钢制作的模具，均可通过表面强化处理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
20、钢在回火过程中弥散析出的特殊碳化物，是ER5模具钢比Cr12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强韧性和耐磨性的配合。,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。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
21、模具。用于硅钢片冲裁模，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）用于各种高强韧性钢制作的模具。,6.ER5的热处理工艺如下表所示 ER5模具钢的热处理工艺,五、总结,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成功与否的关键所在。,本文所述冲裁工艺方案和相应的模具结构的确定，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
22、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，一次性适时而必要的模具开发投入能够为产品生产提供强有力的保障，这就是该冲压工艺和模具设计的特点所在，其技术经济效果体现在整个产品生产中。,本次设计的创新点：,（1）把传统的电机铁心冲片“一落三”的冲压工艺，改为复合冲压工艺，由原来的八个工序变为两个工序，大大提高生产效率，降低生产成本。（2）用新型高性能ER5模具钢代替目前常用模具钢Cr12MoV，显著提高模具寿命并为推广新材料的应用提供参考。,六、致谢,首先感谢我们的指导老师张俊喜老师，他仔细审阅了本文的全部内容并对我们的毕业设计内容提出了许多建设性建议。张俊喜老
23、师渊博的知识，诚恳的为人，使我受益匪浅，在毕业设计的过程中，特别是遇到困难时，他给了我鼓励和帮助，在这里我向他表示真诚的感谢！感谢母校兰州工业学院的辛勤培育之恩！感谢材料工程学院给我们提供的良好学习及实践环境，使我学到了许多新的知识，掌握了一定的操作技能。感谢各位老师在三年之中的教导和在做设计的过程中对我的帮助。使我在大学三年里不但学到了更多知识，而且学到了怎么做人、怎么做事。,我非常庆幸在三年的的学习、生活中认识了很多可敬的老师和可亲的同学，并感激师友的教诲和帮助。毕业之后，我一定会努力工作的，不辜负各位老师对我们的深切期望，在这里向你们道一声：老师你们辛苦了！最后深深地祝愿各位老师，身体健康、万事如意！,Thank You!,欢迎各位老师提出宝贵意见,
