模块二 电机定子冲裁模设计
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模块二 电机定子冲裁模设计. 哈职院模具教研室. 设计任务:. 完成图示落料件的模具设计。. 课题一 冲裁模概述. 一、冲裁的概念与应用 1. 概念 冲裁是利用模具使板料沿一定轮廓形状产生分离的一种冲压工序。包括冲孔、落料等。 2. 分类 普通冲裁(常见)和精密冲裁 3. 应用 冲制零件或工序件. 无压边装置 刃口锋利 凸、凹模间隙产生弯矩 四对力的大小和方向. 二、冲裁变形过程分析 1 、冲裁变形时板料变形区受力情况分析. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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模块二 电机定子冲裁模设计
哈职院模具教研室
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完成图示落料件的模具设计。
设计任务:
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一、冲裁的概念与应用1. 概念 冲裁是利用模具使板料沿一定轮廓形状产生分离
的一种冲压工序。包括冲孔、落料等。 2. 分类 普通冲裁(常见)和精密冲裁 3. 应用 冲制零件或工序件
课题一 冲裁模概述
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二、冲裁变形过程分析
1 、冲裁变形时板料变形区受力情况分析 无压边装置
刃口锋利
凸、凹模间隙产生弯矩
四对力的大小和方向
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2 、冲裁时的板料变形过程 1). 弹性变形阶段 变形区内部应力小于屈服点,弹性回复。
2). 塑性变形阶段 变形区内部应力大于屈服点,塑性剪切、弯曲、拉伸和侧向挤压变形,加工硬化,应力集中。
3). 断裂分离阶段 变形区内部应力达到抗剪强度。
裂纹首先产生在凹模刃口侧面 凸模刃口附近侧面
上、下裂纹扩展相遇 材料分离
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冲裁变形过程
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3 、 冲裁件断面质量及其影响因素
断面特征• 圆角带 图 a • 刃口附近材料产生弯曲和伸长变形。 光亮带 图 b 光滑、明亮 塑形剪切变形产生,断面质量最好。 断裂带 图 c 粗糙、麻灰色 裂纹扩展形成的撕裂面。 毛刺 图 d 刃口侧面产生微裂纹。 普通冲裁中毛刺不可避免。
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冲裁区应力、变形和冲裁件正常的断面状况a )冲孔件 b )落料件
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切断面质量影响因素
( 1 ) 材料力学性能的影响 塑性好,塌角、光亮带大,断裂带小。
( 2 )模具间隙的影响
( 3 ) 模具刃口状态对质量的影响 凸模刃口磨钝时,落料件上端产生毛刺; 凹模刃口磨钝时,冲孔件孔口下端产生毛刺; 凸、凹模刃口同时磨钝时,冲件上、下端都产生
毛刺。
间隙过小
间隙合理间隙过大
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( 1 )冲模的制造精度 (零件加工和装配) ( 2 ) 材料的性质 (弹性变形量) ( 3 ) 冲裁间隙 适当:纯剪切分离, 落料件尺寸等于凹模尺寸,冲孔件尺寸等于凸模尺寸。 过大:剪切、拉伸与弯曲变形, 落料件尺寸小于凹模尺寸,冲孔件尺寸大于凸模尺寸。 过小:剪切、挤压作用, 落料件尺寸大于凹模尺寸,冲孔件尺寸小于凸模尺寸。
尺寸精度的影响因素
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Z 表示双面间隙 Z/2 表示单面间隙
三、冲裁间隙冲裁模中凸、凹模刃口横向尺寸的差值。
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间隙增大,冲裁力减小,但继续增大下降缓慢。 间隙增大,卸料力、推件力和顶件力减小。影响显著。 二、间隙对模具寿命的影响
一、间隙对冲压力的影响
模具寿命刃磨寿命:用两次刃磨之间的合格冲件数表示。
总寿命:用模具失效为止的总的合格冲件数表示。
模具的失效形式崩刃:刃口的压缩疲劳破坏。胀裂:小间隙,常见凹模。折断:小凸模。
三、间隙值的确定 掌握查表法。
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a) 间隙过小:上下裂纹向内错开,发生二次剪切中部出现夹层,两头呈光亮带 ,毛刺薄而高。
b) 间隙合理:上下裂纹重合断面质量较好 ,平直光滑毛刺小c) 间隙过大:上下裂纹向外错开,产生二次拉裂,斜度大。
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凸、凹模刃口磨钝时毛刺的形成情况a ) 凹模磨钝 b )凸模磨钝 c )凸、凹模均磨钝
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四、 凸、凹模刃口尺寸计算1. 刃口尺寸计算原则
( 1 ) 冲件在测量和装配中,以光面尺寸为基准。 ( 2 ) 凹模刃口挤切材料产生落料件的光面; 凸模刃口挤切材料产生孔的光面。 ( 3 ) 落料模:先确定凹模刃口尺寸, 以凹模为基准,间隙取在凸模; 冲孔模:先确定凸模刃口尺寸, 以凸模为基准,间隙取在凹模上。
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( 4 )落料模,凹模基本尺寸接近或等于零件最小极限尺寸; 冲孔模,凸模基本尺寸接近或等于孔的最大极限尺寸; 磨损系数在 0.5~1 之间,数值确定参考教材。 ( 5 )初始设计间隙采用最小间隙值( Zmin )。 ( 6 )一般冲模精度较零件精度高 3~4级。 ( 7 ) “入体”原则:向材料实体方向单向标注零件尺寸公
差。 落料件上偏差为零,只标注下偏差; 冲孔件下偏差为零,只标注上偏差。 零件公差是双向偏差标注的,换算成单向标注,磨损后
无变化的尺寸除外。 凹模(内表面)刃口尺寸制造偏差取正值( ); 凸模(外表面)刃口尺寸制造偏差取负值( )。 磨损后不变化的刃口尺寸,制造偏差取双向偏差( 、
)。AT
'A '
T
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2. 刃口尺寸计算方法( 1 )凸模和 凹模分开加工法
特点: 适于圆形或简单刃口,具有互换性、制造周期短,
但 Zmin 不易保证,制造难度大。 注意事项: 需在图样上分别标注凸模和凹模刃口尺寸及制造公
差。 冲模的制造公差与冲裁间隙之间需满足条件: ≤ 或取 = 0. 6
= 0.4
δδ minmax ZZ
A )( minmax ZZ
)( minmax ZZ T
冲裁模设计冲裁模设计
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凸模和 凹模刃口尺寸计算公式: 1 )落料:
2 )冲孔:
3 )中心距:
AxDDA 0max
0minmax
0min TT
ZxDZDD AT
0min T
xddT
AA ZxdZdd TA 0minmin0min
8/LLd
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课题二 电机定子冲裁工艺
一、冲裁件的工艺性 冲裁件的工艺性:指冲裁件 在加工中的难易程度。
1. 材料分析:硬度不能过高, 具有一定塑性,不能太脆。
2. 结构分析: 形状尽量简单对称、有圆角过渡,防开裂磨损。 局部凸出或凹入部分需检验宽度和深度是否合理。 一般情况下,宽度 B应不小于 1.5δ;深度 L≤5 B。
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孔径不宜太小,防凸模折断或压弯。最小数值见参考表。
冲裁件的孔边距不应过小, 孔边与冲件外形边缘不平行时,边距 a 应不
小于 δ, 孔边缘与冲件外形边缘平行时,边距 a 不小
于 1. 5δ。
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3. 精度分析: 精密级:冲压工艺在技术上所允许的最高精度。 经济级:指模具达到最大许可磨损时,所完成的 冲压加工在技术上可以实现而在经济上又最合理的精 度。 (常用) 在对零件进行精度分析时,需检验所有标注公差 的尺寸,从而判定其属于精密级还是经济级。一般来 讲,普通冲裁的所能达到的精度等级为 IT11~IT14 级。冲件上未注公差的尺寸按 IT14 级处理。
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二、冲裁件的材料利用率 冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料利用率,它是衡量合理利用材料的经济性指标。
%100BS
A
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提高材料利用率的方法 ( 1 )设计合理的排样方案 ( 2 )选择合适的板料规格和合理的裁板
法(减少料头、料尾和边余料) ( 3 )利用废料作小零件
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三、冲裁件的排样 冲裁件在板料、带料或条料上的
布置方法称为排样。 1.排样方法 (1) 有废料排样法 (2) 少废料排样法 (3) 无废料排样法
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排样方式
a)有废料排样 b)少废料排样 c) 、 d) 无废料排样
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2. 搭边 概念:排样中两相邻零件间或零件与条料
边缘间的余料。 作用:补偿定位误差,保持条料刚度,保证零件质量,送料方便。
搭边值的确定:具体数值参考教材。
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0max
0 )2( aDB
CaDCBA 2max
条料宽度:
导料板之间的距离 :
3.条料宽度的确定 ( 1 )导料板间有侧压装置 或用手将条料紧贴单边导料板(导料销)
时
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( 2 )导料板之间无侧压装置时
导料板之间的距离 :
0max
0 )2( caDB
CaDCBA 22max
条料宽度:
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01max
0 )2( nbaLB
CnbaLCBB 1max' 2
( 3 )用侧刃定距时 条料宽度: 导料板之间的距离:
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排样图
4. 排样图
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课题三、电机定子冲裁模结构设计
一、冲裁模简介1. 冲裁模分类 (1) 按工序性质可分为落料模、冲孔模、切
断模、切口模、切边模、剖切模等; (2) 按工序组合方式可分为单工序模、复合
模和级进模; (3) 按上、下模的导向方式可分为无导向的
开式模和有导向的导板模、导柱模、导筒模等。
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(4) 按凸、凹模的材料可分为硬质合金冲模、钢皮冲模、锌基合金冲模、聚氨脂冲模等;
(5) 按凸、凹模的结构和布置方法可分为整体模和镶拼模,正装模和倒装模。
(6) 按自动化程度可分为手工操作模、半自动模、自动模。
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2. 单工序冲裁模结构
( 1 )无导向的 敞开式落料模
1- 上模座
2- 凸模
3- 卸料板
4-导料板
5- 凹模
6- 下模座
7- 定位板
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导板式落料模1— 下模座 2— 销 3— 导板 4— 销 5— 档料销 6— 凸模 7— 螺钉 8— 上模座 9
— 销 10 、垫板 11— 凸模固定板 12— 螺钉 13— 导料板 14— 凹模 15— 螺钉
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导柱式单工序落料模1— 螺母 2— 导料螺钉3— 挡料销 4— 弹簧 5— 凸模固定板 6— 销钉 7— 模柄 8— 垫板 9— 止动销10— 卸料螺钉 11— 上模座 12— 凸模13— 导套 14— 导柱15— 卸料板16— 凹模17— 内六角螺钉 18— 下模座
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单工序导柱式倒装冲孔模
1— 上模座 2— 垫板 3— 支撑块 4— 凹模 5— 导套 6— 顶块 7— 导柱 8— 卸料板9 、 16— 橡胶 10— 凸模 11— 卸料螺钉 12— 下模座 13— 凸模固定板 14— 圆柱
销 15— 内六角螺钉 17— 止动销
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全长导向结构的
小孔冲模 1— 下模座2 、 5— 导套 3— 凹模 4— 导柱 6— 弹压卸料板 7— 凸模 8— 托板 9— 凸模护套10— 扇形块11— 扇形块固定板 12— 凸模固定板 13— 垫板 14— 弹簧 15— 阶梯螺钉 16— 上模座 17— 模柄
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二、模具零件设计 1 .模具零件的分类
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2 .凸模与凸模组件的结构设计
圆形凸模的结构形式及其固定方式
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非圆形凸模的结构形式及其固定方式
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1— 护套 2— 凸模 3— 芯轴 4— 导板 5— 上模导板 6— 扇形块冲小孔凸模保护与导向结构
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凸模长度的确定
当采用固定卸料板和导料板时
当采用弹压卸料板时hhhhL 321
hthhL 21
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凸模材料 形状简单且模具寿命要求不高的
凸模可选用 T8A 、 T10A 等材料; 形状复杂且模具有较高寿命要求
的凸模应选 Cr12 、C r12MoV 、 CrWMn
等材料,
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凸模的图纸技术规范
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3. 凹模的结构设计(1)凹模刃口形式一般复合模和上出件的冲裁模用 a 、 c 型,
下出件的用 b 或 a 型。 d 、 e 型是锥筒式刃口,在凹模内不聚集材料,侧壁磨损小。
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(2) 凹模外形结构及其固定方法
1— 凹模 2—模板 (座 ) 3— 凹模固定板 4—垫板
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(3) 凹模的外形尺寸
凹模厚度 H : H = Kb1 (≥ 15mm) 垂直于送料方向的凹模宽度 B : B = b1+(2.5 ~ 4)H 送料方向的凹模长度 L : L=L1+2C
凹模外形尺寸
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4. 凸凹模
凸凹模:复合模中同时具有落料凸模和冲孔凹模作用的工作零件。
内外缘均为刃口,内外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸。其壁厚应受最小值限制。
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5. 定位零件的设计
(1)送料方向的定位零件如导料销、导料板、侧压板等
导料板结构
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(2) 送料步距的定位零件如挡料销、导正销、侧刃等 ① 挡料销
固定挡料销
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活动挡料销
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始用挡料销
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外轮廓定位用定位板和定位销
② 毛坯定位零件
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6. 卸料与出件装置 ( 1 ) 卸料装置 ① 刚性卸料装置
常见结构形式:常装于下模的凹模上。 特点:结构简单,卸料力大,卸料动作可靠。 应用:厚料、硬料以及工件精度要求不高的场合。 设计要点: 卸料板孔与凸模之间的单边间隙一般为(0 .2 ~0.5 )
t ,若兼作导板, H7/h6 间隙配合。 卸料板一般采用 Q235 制造,兼作导板时宜用 45 钢。 尺寸确定:卸料板外形尺寸与凹模周界相同,厚度取 0.
8~1 凹模高度。
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② 弹性卸料装置常见结构形式:由卸料板、卸料螺钉和弹性元件组成特点:卸料力较小,卸料动作平稳,先压料后冲裁,故冲件切断面质量和平直度好。应用:软料、薄料以及冲件质量要求较高的场合。设计要点: 卸料板孔与凸模之间的单边间隙一般为( 0.1~0.2 ) t , 若兼作导板, H7/h6 间隙配合。 弹性卸料板在自由状态下应高出凸模刃口面 0.5~1mm 。 卸料板的材料同刚性卸料板。尺寸确定:卸料板外形尺寸与凹模周界相同,厚度取 10~15mm 。
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③废料切刀 常见结构形式: 装于下模 工作原理: 将废料切断成数块料。
特点及应用:带凸缘拉深件的切边模 大型件(使用板状毛坯)的倒装式落料模。设计要点:切刀数量视零件的形状尺寸为 2~4个均布, 废料切刀与凸模刃口的高度差 h 一般为 3倍料厚。
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三、模具总体设计
1. 模架导柱式模架是由上模座、下模座、导柱、导套组成。模架是整副模具的骨架,模具的全部零件都固定在它的
上面,并承受冲压过程的全部载荷。
1. 下模座 2— 导柱 3— 导套 4—上模座
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2. 模座 材料:铸铁 HT200 、 HT250 或 Q235 、 Q255
精度要求: 模座上、下表面的平行度应达公差等级为 4 级, 上模座导套孔的轴线垂直于上模座的上表面,
下模座导柱孔的轴线垂直于下模座的下表面, 且垂直度公差等级一般为 4 级。
上、下模座的导套、导柱安装孔中心距必须一致,精度一般要求在 ±0. 02mm以下。
模座的上、下表面粗糙度为 Ra l. 6 - 0. 8μm , 在保证平行度的前提下,可允许降低为 Ra3.2~1.6μm 。
漏料孔或排出槽
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3. 导柱、导套 导套: 内孔开油槽,与导柱间隙配合 H7/h6 、 H6/h5 ,与上模
座过盈配合 H7/r6 ,由于过盈配合装配时孔有缩小的现象,所
以 d0 在设计加工时比 d大 0. 5 ~ lmm 。 导柱: B 型导柱两端基本尺寸相同,但公差不同。一端与导套间隙配合 H7/h6 ,另一端与下模座过盈配合 H7/r6 。 A 型导柱只有一个尺寸,加工方便,与上模座为基轴制过盈配合 R7/h6 。
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4. 模柄 ( 1 )作用:将上模固定在压力机滑块上。 ( 2 )要求:模具的压力中心与模柄中心线重合。 ( 3 )应用:常用于 1000KN以下的中小型模具。 ( 4 )选用:定类型 ----根据模具结构大小与冲件精度要求决 定规格 ----根据所选压力机模柄孔尺寸 ( 5 )安装要求:模柄与模柄孔间隙配合 H11/dll ,模柄长度
应 小于模柄孔深度 5~l0mm 。
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四、其他组成零件
1. 垫板1 )作用:直接承受和扩散凸模传递的压力,防止模 座被局部压陷。2 )外形尺寸:可与固定板相同,厚度 3~l 0mm 。3 )材料: 45 钢,淬火硬度为 43~48 HRC 。4 )精度要求:上、下表面应磨平,表面粗糙度为 Ral. 6~0.8um ,以保证平行度要求。5 )安装要求:为便于模具装配,垫板上螺钉、销钉 通过孔直径可相应增大 0. 3~0. 5mm 。
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2. 固定板1 )厚度一般取凹模厚度的 0.6~0.8倍,平面尺寸可与凹模、卸
料 板外形尺寸相同,但还应考虑螺钉及销钉的位置。2 )凸模安装孔与凸模过渡配合 H7/m6, 凸模压装后端面要与固 定板一起磨平。3 )上、下表面应磨平,并与凸模安装孔的轴线垂直。固定板基 面和压装配合面的表面粗糙度为 Ral. 6~0.8um,另一非基准面
可适当降低要求。4 )固定板材料一般采用 Q235 或 45 钢制造,无需热处理淬硬。
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3.紧固件螺钉要均布,尽量置于外形轮廓附近。圆形固定件用 3~4个螺钉,矩形的用 4~6个,螺钉规格应根据凹模厚度选用。
销钉一般用两个,且尽量远距离错开布置,以保证定位可靠。螺钉固定,销钉定位。螺钉 M6~M12mm 和销钉 φ4~φ10mm
最常用。螺钉间、螺钉与销钉间或螺钉、销钉距刃口及外边缘间的距离,
均不应过小,以防降低强度。内六角螺钉通过孔及其螺钉装配尺寸应合理。连接件的销孔应配合加工,销钉与孔过渡配合 H7/m6 或 H7/n6 。卸料螺钉用于连接卸料板,主要承受拉应力。圆形卸料板常用 3个,矩形卸料板一般用 4 或 6个。长度一致。
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课题四 电机定子冲裁模设计
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1. 冲压工艺方案的确定该工件包括落料、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,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。 通过对上述三种方案的分析比较, 该件的冲压生产采用方案二为最佳。
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2.主要设计计算( 1 )排样方式的确定及计算设计落料 -冲孔复合模,首先要设计条料排样图。根据工件
的特点,采用直排的排样方法,搭边值取 1.5mm 和 2mm ,无侧压装置时条料宽度 B 为
B=[D+2(a+ +c)]0=[150+2(2+0.7+0.2)] 0
-0.7. =155.80-0.7mm
步距 A为 151.5mm ,查板材标准,选 1500mm×1000mm 的硅钢板。一张硅钢板能生产 54个零件,总材料利用率为 48.2%.
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(2) 冲压力的计算该模具采用倒装复合模,拟选择弹性卸料、打杆出件。冲力
的相关计算如下: 冲裁力 F= =1.3×1×[(3.14×5+25)×24+3.14×(150+7
5)]×440 =963kN 卸料力 FQ=KF=0.05×963=48kN 推件力 FQ1=nK1F=8×0.04×963 =308kN(K1=0.04,n=h/t=8/1=8) 根据计算结果,冲压设备拟选 J23-160A。(3) 压力中心的确定 零件为规则几何体,压力中心在几何中心。
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( 4 )工作零件刃口尺寸计算 落料凹模的基本尺寸: φ 1500
-0.62 对应凹模尺寸为 φ ( 150-0.5×0.62 ) 0
+0.25×0.62= φ 149.690+0.155
1400-0.74 对应凹模尺寸为
( 140-0.5×0.74 ) 0+0.25×0.74=139.630
+0.185
1500-0.3 对应凹模尺寸为
( 15-0.5×0.30 ) 0+0.25×0.30=14.850
+0.075
落料凸模的基本尺寸与凹模相同,同时在技术要求中注明“凸模刃口尺寸与落料凹模刃口实际尺寸配制,保证间隙在 0.07~0.09mm 之间”
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冲孔凸模的基本尺寸: 由表 2-5查得,所有尺寸对应选 x=0.5 、 1 φ 750
+0.3 对应凸模尺寸为 φ ( 75+0.5×0.3 ) 0
-0.25×0.3= φ 75.15 0-0.075
80+0.13 对应凸模尺寸为
( 8+1×0.13 ) 0-0.25×0.13=8.130
-0.033 4.50
+0.12 对应凸模尺寸为 ( 4.5+1×0.12 ) 0
-0.25×0.12=4.620-0.03
R50+0.12 对应凸模尺寸为
R( 5+1×0.12 ) 0-0.25×0.12=R5.120
-0.03
冲孔凹模的基本尺寸与凸模相同,同时在技术要求中注明“凹模刃口尺寸与冲孔凸模刃口实际尺寸配制,保证间隙在 0.07~0.09mm 之间”。
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3. 模具总体设计 ( 1 )模具类型的选择 由冲压工艺分析可知,采用倒装复合模。 ( 2 )定位方式的选择 因为该模具采用的是条料,控制条料的送进方向采用导料
销,无侧压装置。控制条料的进给步距采用挡料销。 ( 3 )卸料、废料出料方式的选择 因为工件是料厚为 1mm 的硅钢板,材料相对较硬,卸料力也较小,故可采用弹性卸料。倒装复合模必须采用上出件。
( 4 )导向方式的选择 为了提高模具寿命和工件质量以及方便安装调整,该复合
模采用中间导柱的导向方式。
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4.主要零部件设计 ( 1 )主要零部件的结构设
计 凸凹模 凸凹模外形按凸模设计,内
孔按凹模设计,结合工件外形并考虑加工,将落料凸模设计成直通式,最后精加工慢走丝加工,冲孔凹模设计成台阶孔形式 L=20+20+2+38=80mm
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冲孔凸模 因为所冲的孔为非圆
形,而且都不属于需要特别保护的小凸模,所以冲孔凸模采用直通台阶式,一方面加工简单,另一方面又便于装配与更换。
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凹模 凹模采用整体式,均采用线切割机床加工,安排凹模在模架上的位置时,将凹模中心与模柄中心重合。
凹模厚度 H=Kb1=0.28×150mm=42mm
(查表 2-10得 K=0.28 ),取 H=50mm ;
凹模长度 L=L1+2C=150+2×45=240mm
( 送料方向,查表 2-11得 C=45mm) 。
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( 2 )卸料、顶料部件的设计 ① 卸料板的设计 卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同,厚度为 10mm 。
卸料板采用 45 钢制造,淬火硬度为 40~45HRC. ② 卸料螺钉的选用 卸料板上设置四个卸料螺钉,公称直径为 12mm ,螺纹部分为M10×10mm 。卸料螺钉尾部应留有足够的行程空间。卸料螺钉拧紧后,应使卸料板超出凸模端面 1mm ,有误差时通过在螺钉与卸料板之间的安装垫片来调整。
③顶件块的设计 正装复合模工件一般采用上出料,为节约材料,通常在凹
模下加一垫块,以增加顶件块的行程,顶件块与弹顶器用顶杆相连。
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(3)模架及其他零部件设计 该模具采用中间导柱模架,这种模架的导柱在模具中间,冲压时可防
止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。以凹模周界尺寸为依据选择模架规格。
导柱(d×L)分别为 35×160 、 40×160 ; 导套( d×L×D)分别为 35×115×48 、 40×115×50. 上模座厚度取 40mm ,上模垫板厚度取 20mm ,凸模固定板厚度取
20mm ,凸模固定垫板厚度 20mm ,下模座厚度取 55mm , 那么该模具的闭合高度为 H闭 =40+20+20+20+50+80+55-1=284mm 凸模冲裁后进入凹模的深度为 1mm 。 可见该模具闭合高度小于所选压力机 J23—160A的最大装模高度( 4
80mm ),故可以使用。如果模具闭合高度大于所选压力机 J23—160A的最大装模高度,则应修改模具设计或另选压力机。
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⒌模具总装图