Y210—2型電動機定子鐵芯沖壓模具設計

Y210—2型電動機定子鐵芯沖壓模具設計,y210,電動機,定子,沖壓,模具設計 Y210—2型電動機定子鐵芯沖壓模具設計 一、 產(chǎn)品零件的工藝分析 零件簡圖 該電動機定子鐵芯的材料為電工硅鋼片D21，鋼板厚度0.50mm，具有良好的沖裁性能。零件形狀簡單，對稱，是由圓弧和直線組成。 對于沖小孔Φ5，沖復雜圓孔Φ80，按照沖壓手冊一般沖孔模對該材料（鋼<400MPa）可以沖壓的最小的孔徑為d≧t=0.5mm，因而小孔符合工藝要求。最小孔邊距為b=3.5mm≧t，因而符合孔邊距工藝要求，以上分析均符合沖裁工藝要求。 由表 1、2 查出沖裁件內(nèi)外所能達到的經(jīng)濟精度為IT11，孔中心與邊緣距離尺寸公差為±0.6，對于孔心距公差為±0.1，將以上精度與零件簡圖中所標注的尺寸公差相比較，可認為該零件的精度要求能夠在沖裁加工中得到保證，其他尺寸標準、生產(chǎn)批量等情況，也均符合沖裁的工藝要求，故決定采用沖孔落料復合沖裁模進行加工，且一次成形。 表1 沖裁件內(nèi)外形所能達到的經(jīng)濟精度 基本尺寸/mm 材料厚度t/mm ≤3 3~6 6~10 10~18 18~500 ≤1 IT12~IT13 IT11 1~2 IT14 IT12~IT13 IT11 表2 孔中心與邊緣距離尺寸公差 材料厚度t 孔中心與邊緣距離尺寸 ≤50 50~120 120~220 220~360 ≤2 ±0.5 ±0.6 ±0.7 ±0.8 2~4 ±0.6 ±0.7 ±0.8 ±1.0 二、模具類型的確定 常見的模具形式可分為單工序模、復合模和級進模三種。確定模具形式，應以沖裁工件的要求、生產(chǎn)批量、模具加工條件為主要依據(jù)。 沖壓生產(chǎn)批量與合理模具形式見表3 ，單工序模、級進模和復合模的比較見表4 表3 沖壓生產(chǎn)批量與合理模具形式 批量/（千件/每年） 項目 單件 小批 中批 大批 大量 大件 中件 小件 <1 <1 <1 1~2 1~5 1~10 2~20 5~50 10~100 20~300 50~1000 100~5000 >300 >1000 >5000 模具形式 簡易模 單工序模 單工序模 簡易模 級進模、復合模 單工序模 級進模、復合模 級進模、復合模 設備形式 通用壓機 通用壓機 高速壓機 自動和半自動 通用壓機 機械化高速壓機 自動機 專用壓機與自動機 表 4 單工序模、級進模和復合模的比較 比較項目 單工序模 級進模 復合模 工件尺寸精度 較低 一般,IT11級以下 較高,IT9級以下 工件形位公差 工件不平整,同軸度、對稱度及位置度誤差大 不太平整，有時要較平，同軸度、位置度誤差較大 工件平整，同軸度、對稱度及位置誤差大 沖壓生產(chǎn)率 低，沖床一次行程內(nèi)只能完成一個工序 高，沖床在一次行程內(nèi)能完成多個工序 較高，沖床在一次行程內(nèi)可完成兩個以上工序 實現(xiàn)操作機械化、自動化的可能性 較易，尤其適合多工位沖床上實現(xiàn)自動化 容易，尤其適應于單機上實現(xiàn)自動化 難，工件與廢料排除較復雜，只能在單機上實現(xiàn)部分機械化操作 對材料的要求 對條料寬度要求不嚴，可用邊角料 對條料或帶料寬度要求嚴格 對條料寬度要求不嚴，可用邊角料 生產(chǎn)安全行 安全性較差 比較安全 安全性較差 模具制造的難易程度 較易，結構簡單，制造周期短，價格低 形狀簡單件，比用復合模制造難度低 形狀復雜件，比用級進模的制造難度低 應用 通用性好，適合中、小批量生產(chǎn)和大型件的大量生產(chǎn) 通用性較差，適合于形狀簡單，尺寸不大，精度要求不高件的大批量生產(chǎn) 通用性較差，適于形狀復雜、尺寸不大、精度要求較高件的大批量生產(chǎn) 通過以上關系比較，此工件是大批量生產(chǎn)，故采用沖孔落料復合沖裁模進行加工，且一次沖壓成行。 所謂復合模具結構，就是在沖床的一次行程內(nèi)，完成兩道以上的沖壓工序。在完成這些工序過程中，沖件材料無需進給移動。復合模具結構的優(yōu)點（1）制件精度高。由于是在沖床的一次行程內(nèi)，完成數(shù)道沖壓工序。因而不存在累積定位誤差。使沖出的制件內(nèi)外形相對位置及各件的尺寸一致性非常好，制件平直。適宜沖制薄料和脆性或軟質(zhì)材料。（2）生產(chǎn)效率高。（3）模具結構緊湊，面積較小。 復合模具結構的選用原則：只有當制件精度要求高，生產(chǎn)批量大，表面要求平整時，才選用復合模具結構。 三、沖裁間隙的選用 在沖裁模的設計中,凸凹模間隙的合理選取,是保證模具正常工作、提高沖片質(zhì)量、延長模具壽命的一個關鍵因素。理想的間隙應該是板料沖裁斷裂時,凸凹模刃口邊所產(chǎn)生的裂紋在一條直線上,否則沖片邊緣將出現(xiàn)不允許的毛刺,使得刃口粘結嚴重,磨損加快,進而影響模具的壽命。所以,如何選取合理的凸凹模間隙,是模具設計時不容忽視的問題。 為0. 5mm 的硅鋼片, 手冊表5推薦的間隙為0 . 0 6 ～0. 08mm（見表 ） ,約為材料厚度的8 %～14 %。按照這個間隙,沖出的定、轉(zhuǎn)子片毛刺雖能控制在規(guī)定范 圍內(nèi)。但由于間隙偏小,使得凸模與被沖的孔之間、凹模與落料之間的摩擦嚴重,造成凸模和凹模側(cè)壁產(chǎn)生粘結,卸料力增大,影響沖片斷面的質(zhì)量,刃口容易變鈍,沖片易出毛刺,且毛刺增長過快,甚至發(fā)生凹模脹裂現(xiàn)象,致使模具壽命下降。且取小間隙時,由于彈性回跳作用,落料件尺寸大于凹模,沖出的孔徑小于凸模,從而造成沖片的尺寸精度出現(xiàn)誤差。 表5 落料、沖孔模刃口始用間隙 厚度t 硅鋼片 0.1 0.2 0.3 0.5 0.8 1.0 Zmin 0.01 0.015 0.03 0.06 0.10 0.13 Zmax 0.03 0.035 0.05 0.08 0.13 0.16 為提高沖片質(zhì)量,延長模具壽命,根據(jù)國內(nèi)外資料信息,在實踐中對模具間隙做了試驗摸索,證明放大間隙是非常有效的。 經(jīng)過多次對0. 5mm 厚硅鋼片沖裁的試驗,發(fā)現(xiàn)間隙值在材料厚度的20 %左右范圍內(nèi),即間隙值為0. 09～0. 11mm 最為合適。 采用這個間隙,可以獲得如下效果:(1) 提高了沖片質(zhì)量。刃口鋒利時毛刺小,沖裁過程中毛刺增長緩慢。(2) 沖片表面平整度大大改善,特別是相鄰孔之間。(3) 凸凹模側(cè)壁無粘結,減小了卸料力。(4) 延長了模具壽命。刃磨一次可以保證較的沖次,從而減少刃磨次數(shù),提高了生產(chǎn)效率。實踐證明,合理地放大間隙,可使沖裁質(zhì)量得到有效的保證,且模具壽命能提高2～3 倍。 四、排樣 見下圖 為直排有廢料排樣方式 由表 6 查得最小搭邊值a=1.5 a=1.5 表6 沖裁金屬材料的搭邊值 料厚 手送料 圓形 非圓形 a a a a ~1 1.5 1.5 2 1.5 排樣圖 毛胚面積 A= 條料寬度 b=150+1.5×2=153 進距 h=150+1.5=151.5 材料利用率 五、計算沖壓力：采用彈性卸料和上出料方式 硅鋼片D21的=190MPa 落料力 F=Lt=（471×0.5×230）N=54.165×N 沖孔力 F= Lt=（441×0.5×230+15.7×9×0.5×230）N=66.965×N 卸料力 F=KF=0.05×54.165×=27.0825×N 查表7 取K=0.05 推件力 F=nKF=10×0.065×66.965×=32.964×N 查表7 取K=0.065 表7 卸料力、推件力和頂出力因數(shù) 料厚/mm K K K 鋼 ≤0.1 0.06~0.09 0.1 0.14 >0.1~0.5 0.04~0.07 0.065 0.08 選擇沖床時的總沖壓力為 F= F+ F +F+ F=140.553×N 六、確定模具壓力中心 因為該零件是中心對稱圖形，所以其壓力中心位于輪廓圖形的幾何中心O點，如圖所示 壓力中心 七、計算凸、凹模的刃口尺寸 根據(jù)沖裁間隙分析 Zmin=0.09mm Zmax=0.11mm，對零件圖中未注公差的尺寸，由公差手冊查出其極限偏差為、 對于外輪廓Φ150，查表 8 的凸、凹模的制造公差δ=0.030 δ=0.040 表8 規(guī)則形狀（圓形、方形件）沖裁時凸模，凹模的制造公差 基本尺寸 凸模公差δ 凹模公差δ ≤18 0.020 0.020 >150~200 0.030 0.040 由于Zmax—Zmin=0.02mm ≤δ+δ不滿足條件，不可采用分開加工凸模和凹模，故采用凸模和凹模配合加工方法，以凹模為基準件。 查表 9 的因數(shù)X=0.75 表9 因數(shù)X 材料厚度 t/mm 非圓形x值 圓形x值 1 0.75 0.5 0.75 0.5 工件公差Δ/mm 1 <0.16 0.17~0.35 ≥0.36 <0.16 ≥0.16 落料凹模刃口尺寸計算如下： Φ150 ： Bj=（Bmin+xΔ） 150=（150+0.75×0.1）=150.075 mm 沖孔凸模刃口尺寸計算如下： Φ5 ：d=（d+xΔ）=（5+0.5×0.24）=5.12 mm d按凸模尺寸配制其雙面間隙為0.09～0.11mm 對于沖孔Φ80，零件形狀比較復雜，且為薄材料為了保證凸、凹模之間的間隙值，必須采用凸模和凹模配合加工方法，以凸模為基準件 根據(jù)凸模磨損后的尺寸變化情況將零件圖中各尺寸進行分類 A類：、R4 B類： 、 C類： 、、 沖孔凸模刃口尺寸計算如下： Aj=（Amax—xΔ） 5=（5-0.75×0.1）=4.925mm 4=（4-0.5×0.2）=3.9mm Bj=（Bmin+xΔ） 110=（110+0.5×0.87）=110.435mm Cj=（Cmin+xΔ）± 2=（2+0.75×0.1）±=2.075±0.0125mm 5=（5+0.5×0.2）±=5.1±0.025mm =（+0.5×）= mm 凸模的刃口尺寸按凹模實際尺寸配制并保證雙面間隙0.09——0.11mm 八、沖裁的部件及零件設計 模具的零部件，有很大一部分已實現(xiàn)了標準化，這對于簡化設計工作、穩(wěn)定 模具質(zhì)量、簡化模具的制造維修等，都具有重大意義。在設計模具時，對于標準化的零部件，只需在標準化的資料中正確的選擇，大量的設計工作是對非標準件的設計。 根據(jù)在模具中的功能和特點，可以分成兩類： ⑴工藝零件：這類零件直接參與完成工藝過程并和毛坯直接發(fā)生作用。 ⑵結構零件：這類零件不直接參與完成工藝過程，也不和毛坯直接發(fā)生作用。 沖模零件的詳細分類見表10 表10 沖模零件分類 工藝零件 結構零件 工作零件 定位零件 卸料和壓料零件 導向零件 支撐零件 緊固零件 其他零件 凸模 凹模 凸凹模 擋料銷 始用擋料銷 導正銷 定位銷、定位板 導料銷、導料板 側(cè)刃、側(cè)刃擋塊 承料板 卸料裝置 壓料裝置 頂件裝置 推件裝置 廢料裝置 導柱 導套 導板 導筒 上、下模座 模柄 凸、凹模固定板 墊板 限位支撐裝置 螺釘 銷釘 鍵 彈性件 傳動零件 1、工作零件 ⑴凸模 凸模形式 沖孔：圓形凸模，設計成直柱形式 圖樣見下圖 落料：異形凸模 圖樣見下圖 注：按0.09—0.11mm間隙與落料凹模配制 ⑵凹模 凹模的刃口形式，考慮到生產(chǎn)批量較大，所采用刃口強度較高，即柱形刃口筒形 凹模的外形尺寸 厚度H=Kb=0.15×150=22.5mm 查表11 k=0.15 表11 因數(shù)K的數(shù)值 b/mm 料厚t/mm 0.5 1 <50 0.3 0.35 >100～200 0.15 0.18 壁厚 C=1.5H=33.75mm 當t=0.5mm時 取h=3mm 尺寸：217.5×217.5×22.5 標注如下圖 落料凹模 按以上計算的凹模外形尺寸，可以保證凹模有足夠的強度和剛度，一般可不用進行強度校核。 ⑶凸凹模 復合模的結構特點是一定有一個凸凹模。凸凹模的內(nèi)、外緣均為刃口，為保證強度，內(nèi)外緣之間壁厚應有一定厚度，取決于沖裁件尺寸。該凸凹模的最小壁厚為3.5mm。通過表12 校核，可知凸凹模壁厚有足夠的強度。根據(jù)彈性卸料板厚度及模具結構可選取凸凹模的高度為80mm。 表12復合模最小壁厚 沖裁材料 材料厚度 ≤0.5 0.6~0.8 ≥1 硅鋼，中碳鋼 1.2~1.5 1.5~2.0 （2.0~2.5）t 其結構如下圖 沖孔凹模、落料凹模、凸凹模的材料選用：根據(jù)沖裁零件電工硅鋼片加工強度，變形抗力大，模具承受載荷增加，刃口部位磨損加快，且生產(chǎn)批量為105 件，則考慮選用合金含量高，耐磨性好的Cr12MoV材料。 Cr12MoV鋼有高淬透性，可用來制造斷面較大，形狀復雜，經(jīng)受較大沖擊負載的各種模具，熱處理硬度為HRC61～63。 2、定位零件 為了保證模具正常工作和沖出合格沖裁件，必須保證坯料或工序件對模具的工作刃口處于正確的相對位置，即必須定位。 條料在模具送料平面中必須有兩個方向的限位：一是在與送料方向垂直的方向上限位，保證條料沿正確的方向送進，稱為條料橫向定位或送進導向；二是在送料方向上的限位，控制條料一次送進的距離（步距），稱為條料縱向定位或送料定距。對于塊料或工序件的定位，基本上也是在兩個方向上的限位。 毛坯的定位 ⑴條料橫向定位裝置 在復合沖裁模上，通常采用導料銷進行導料。兩個導料銷的中心距盡可能取大一些，以便于送料。并有利于防止條料偏斜。 ⑵條料縱向定位裝置 在復合模中，縱向定位的主要作用是保證縱向搭邊值。擋料銷確保條料送進時有準確的送進距?；顒訐趿箱N常用于倒裝復合模，裝在卸料板上，由彈性元件支撐，可以伸縮的擋料銷。設計中選取橡膠彈性擋料銷。 國家標準結構如下圖 3、卸料、出件零件 ⑴卸料裝置 卸料是指把沖件或廢料從凸模中卸下來?？煞譃閯傂院蛷椥孕读涎b置兩種形式，視模具的結構選擇。設計中為倒裝復合模，易采用彈性卸料裝置。彈性卸料裝置卸料力較小，所得質(zhì)量較好，平直度較高。彈性元件選用橡膠，其結構如下圖 ⑵推件裝置 設計中模柄中心位置有沖孔凸模，采用簡單的剛性推件裝置，由打桿、推板、連接推桿和推件塊組成。結構如下圖 4、橡膠的選用 橡膠允許承受的負荷比彈簧大，且安裝調(diào)整方便，價錢又不貴，是模具中廣泛使用的彈性元件。冷沖模中所用橡膠一般為聚氨脂橡膠（PUR）。 橡膠的高度H與直徑D應有適當?shù)谋壤话銘３諬=（0.5～1.5）D 5、模架及零件 ⑴模架是由上模座、下模座、模柄及導向裝置組成 對模架的基本要求：①應有足夠的強度與剛度②應有足夠的精度③上下模之間的導向應精確。 一般模架型號規(guī)格均已列入標準，設計時可選用 模架選用適用中等精度，中、小尺寸沖壓件的后側(cè)導柱模架從右向左送料，操作方便。 上模座：L/mm ×B/mm× H/mm=250×250×45 下模座：L/mm ×B/mm× H/mm=250×250×55 導柱： d/mm ×L/mm=35×180 導套： d/mm ×L/mm×D/mm=35×115×43 模架的閉合高度：190～230 ⑵模柄 中小型模具都是通過模柄固定在壓力機滑塊上。設計中采用凸緣式模柄 形式見下圖 模柄的長度不得大于沖床滑塊里模柄孔的深度，模柄直徑應與模柄孔一致。 ⑶連接零件的選取 墊板厚度?。?0mm 材料：45 硬度：43～48HRC 凸模固定板厚度取：12mm 材料：45 卸料板厚度?。?5mm 材料：Q235 橡膠厚度?。?0mm 6、模具的閉合高度 模具的閉合高度H模 是指模具在最低工作位置時，上、下模之間的距離。為使模具正常工作，模具閉合高度必須與沖床的閉合高度相適應。應介于沖床最大和最小閉合高度之間: H最大-5≥H?！軭最小+10 H模 =45+10+12+22.5+0.5+80+55-2=223 九、沖壓設備的選擇 為安全起見，防止設備的超載，參照沖壓手冊可選取公稱壓力為63KN的開式雙柱可傾壓力機J23～16 該壓力機與模具設計的有關參數(shù)為： 公稱壓力： 160KN 滑塊行程： 55mm 最大閉合高度： 220mm 最大裝模高度： 180mm 連桿調(diào)節(jié)量： 45mm 工作臺尺寸： 200×310 墊板尺寸： 30×140 模柄孔尺寸： 30×50 十、模具經(jīng)濟和技術上的分析 模具的經(jīng)濟性涉及到成本的高低供應是否充分，加工過程是否復雜、成品率的高低以及同一產(chǎn)品中使用金屬或鋼材型號的多少等。在我國當前情況下，考慮以鐵代鋼和以鑄代鍛還是符合經(jīng)濟性要求的，故選擇一般彈鋼和鑄鐵能滿足要求的，就不要選用合金鋼。對一些只要求表面性能高的零件，可選用廉價鋼種，然后進行表面強化處理來達到。另外，在考慮材料經(jīng)濟性時，切記不宜單純以單價來比較材料的好壞，而應以綜合效益來評價材料的經(jīng)濟性高低。 模具的技術分析，包括模具的結構、形狀以及尺寸等方面的分析。模具的結構、形狀和尺寸設計計算完畢之后，要對模具的加工質(zhì)量、使用條件提出基本要求，這些要求主要是： （1）有適中而均勻的硬度，模具經(jīng)淬火、回火處理后，其硬度值為HRC40-52（根據(jù)模具的尺寸而定，尺寸越大，要求的硬度越低）。 （2）有足夠高的制造精度，模具的形位公差和尺寸公差應符合圖紙的要求（一般按負公差制造），配合尺寸具有良好的互換性。 （3）有足夠高的表面粗糙度，配合表面應達Ra＝3.2-1.6μm，工作帶表面達Ra＝1.6-0.4μm，表面應進行氮化處理、磷化處理或其它表面強化處理，如多元素共滲處理及化學熱處理等。 （4）有良好的對中性、平行度、直線度和垂直度，配合面的接觸率應大于80％。 （5）模具無內(nèi)部缺陷和表面缺陷，一般應進行超聲波探傷和表面質(zhì)量檢查后才能使用。 十一、參考書目 《沖模設計應用實例》模具實用技術叢書編委，機械工業(yè)出版社 《模具設計與制造》黨根茂 駱志斌 李集仁編，西安電子科技大學出版社 《機械工程材料》王渙庭 李茅花 徐善國編，大連理工大學出版社 《圖學基礎教程》譚建榮　張樹有等編，高等教育出版社 《機械制造基礎》嚴霖元主編，江西農(nóng)業(yè)大學 《機械設計》邱宣懷主編，高等教育出版社 《沖壓工藝學》李碩本主編，機械工業(yè)出版社 《模具設計與制造簡明手冊》馮炳堯等編，上?？茖W技術出版社 《實用模具技術手冊》鄧石城 王旭編，上?？茖W技術出版社 《沖模設計手冊》張鼎承主編，機械工業(yè)出版社 《冷沖模設計》丁松聚主編，機械工業(yè)出版社 《模具結構與設計基礎》許發(fā)樾主編，機械工業(yè)出版社 《沖模技術》涂光祺主編，機械工業(yè)出版社 《冷沖壓工藝及模具設計》劉心治編，重慶大學出版社 《模具制造工藝與裝備》孫風勤編，機械工業(yè)出版社 《沖壓手冊》王孝培主編，機械工業(yè)出版社 《沖模圖冊》李天佑編，機械工業(yè)出版社 《現(xiàn)代沖壓技術》張毅編，國防工業(yè)出版社 18