電動(dòng)機(jī)定子片復(fù)合沖模設(shè)計(jì)

白治新

（黑龍江省騰飛建筑安裝有限責(zé)任公司，哈爾濱150000）

0 引 言

高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)當(dāng)中模具工業(yè)已經(jīng)是其中不可缺少其中之一，并為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)提供服務(wù)，隨著時(shí)代和科技的不斷進(jìn)步，模具行業(yè)正在從勞動(dòng)密集型逐漸轉(zhuǎn)化為技術(shù)密集型，社會(huì)效益的帶動(dòng)性很大。目前在我國(guó)工廠的工藝和設(shè)備跟工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家比較差距還是很明顯，因此現(xiàn)代化機(jī)械制造技術(shù)對(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有著重要意義。在沖壓生產(chǎn)中，沖壓模具是沖壓工藝中極其重要的一環(huán)，沖壓模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造自然是沖壓制造加工中的重中之重。因此沖模技術(shù)是開發(fā)和推廣沖壓生產(chǎn)工藝的關(guān)鍵，沖壓設(shè)備精確合理化的設(shè)計(jì)也就成為現(xiàn)代冷沖壓加工工藝快速發(fā)展的一個(gè)行之有效的捷徑。

1 電動(dòng)機(jī)定子片零件

1.1 沖壓產(chǎn)品零件

電動(dòng)機(jī)定子片零件簡(jiǎn)圖如圖1所示。生產(chǎn)批量為大批量；材料為硅鋼；材料厚度為0.35 mm。

1.2 沖壓件的工藝分析

圖1 電動(dòng)機(jī)定子片零件簡(jiǎn)圖

由圖1可見，該沖壓件內(nèi)輪廓較為復(fù)雜，且材料很薄,屬于薄類零件，因此要求有很大的沖裁力進(jìn)行沖孔加工，為了避免因?yàn)檫^(guò)大的沖裁力而使工件產(chǎn)生局部變形，整個(gè)沖裁過(guò)程必須分兩步完成，這樣沖裁件內(nèi)外形所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度和尺寸公差才符合零件簡(jiǎn)圖上標(biāo)注的技術(shù)要求。

2 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

研究表明，每一套模具的設(shè)計(jì)工序數(shù)量有限，過(guò)多可能會(huì)對(duì)產(chǎn)品精度產(chǎn)生影響，對(duì)于復(fù)合模具來(lái)說(shuō)，常規(guī)包含2～3個(gè)工序，最多不超過(guò)4個(gè)工序。由于該工件內(nèi)輪廓較為復(fù)雜，且材料較薄，為避免在沖壓時(shí)因沖裁力過(guò)大而導(dǎo)致零件產(chǎn)生局部變形，所以其加工過(guò)程需分成兩步完成：先落料加工，再進(jìn)行沖孔加工。這樣就可以使沖裁力不至于過(guò)大，從而保證零件的加工精度。

2.1 復(fù)合模結(jié)構(gòu)

2.1.1 復(fù)合模的優(yōu)缺點(diǎn)

大批量零件在生產(chǎn)加工時(shí)，為提高生產(chǎn)效率，通常將其模具設(shè)計(jì)成復(fù)合模。復(fù)合模是指壓力機(jī)一次行程中，模具在同一位置上同時(shí)完成落料、沖孔等多個(gè)沖壓工序，而沖件材料無(wú)需隨工序進(jìn)給移動(dòng)的模具。

復(fù)合模在各種沖裁加工中的應(yīng)用十分廣泛，具有生產(chǎn)效率比較高、適用于大批量生產(chǎn)的特點(diǎn)，不存在二次送料的問題，而且對(duì)條料的尺寸精度要求較低，一般不受條料形狀及尺寸的限制，邊角余料也可以用于生產(chǎn)。沖壓成品件內(nèi)、外形同心度較高，因?yàn)椴皇芩土险`差的影響，所以沖裁成品件表面平直，精度較高。

但由于復(fù)合模具具有較多的功能，并且相關(guān)構(gòu)件都集中于沖壓件附近的有限空間范圍內(nèi)，所以結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，加工制造會(huì)相對(duì)困難，模具成本也比較高。

2.1.2 復(fù)合模的結(jié)構(gòu)形式

該套模具采用落料、沖孔的復(fù)合方式，根據(jù)落料凹模的裝置方向，復(fù)合模結(jié)構(gòu)可分為正裝復(fù)合模和倒裝復(fù)合模兩種形式。由于定子片內(nèi)輪廓的孔結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，故采用落料凹模裝在上模的復(fù)合模，即倒裝復(fù)合模，如圖2所示。

圖2 倒裝復(fù)合模

在這種模具上所產(chǎn)生的沖孔廢料，是由沖孔凸模1推到下頂板4上，然后再通過(guò)模座下方的彈頂器作用將其彈起的。工件則嵌在上模部分的落料凹模3內(nèi)，必須通過(guò)頂桿和打板2頂出。

2.2 沖模的結(jié)構(gòu)組成

沖模由5部分組成，即工作零件、輔助裝置、導(dǎo)向裝置、支承部件、緊固部件。

2.3 模具的材料確定

沖壓用材料與沖壓生產(chǎn)的關(guān)系特別嚴(yán)密，材料質(zhì)量的好壞會(huì)直接影響到?jīng)_壓工藝過(guò)程設(shè)計(jì)、沖壓件質(zhì)量、產(chǎn)品使用壽命和沖壓件的成本。沖壓件材料費(fèi)用通常要占沖壓件成本的60%～80%。因此，需要提高沖壓件結(jié)構(gòu)的工藝性和材料的質(zhì)量。

沖模需要在較大的沖擊、溫升、磨損等狀況下工作，特別是凸模、凹模的工作條件更為嚴(yán)苛，所以凸、凹模的材料須要有好的耐磨性、耐沖擊性、淬透性及優(yōu)良的機(jī)加工性能且熱變形小，而且需要價(jià)格便宜，采購(gòu)方便。

厚度為0.35 mm的電動(dòng)機(jī)定子片內(nèi)部輪廓復(fù)雜，選用耐磨性和耐沖擊性都較好的Cr12MoV材料作為其沖裁模，其中凸模熱處理硬度達(dá)到58～60 HRC，凹模的熱處理硬度為60～62 HRC。

2.4 總體設(shè)計(jì)

根據(jù)主要工件部分尺寸、結(jié)構(gòu)及彈性元件的尺寸，參照有關(guān)資料，可選?、窦?jí)精度的中間導(dǎo)柱模架。

凸?？傞L(zhǎng)約為35 mm，采用電火花線切割進(jìn)行加工。凸模通過(guò)固定板固定于墊板，凸模與固定板和墊板之間采用螺釘聯(lián)接。模柄直徑按沖孔機(jī)模柄固定孔相配，一般采用H7/d11配合。固定板一般用A3鋼制造，厚度為14 mm。凹模采用整塊加工，也利用電火花機(jī)床進(jìn)行加工。

3 模具部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 沖壓力的計(jì)算

模具部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前需要進(jìn)行沖壓力的計(jì)算。復(fù)合模具造價(jià)很高，模具使用壽命往往是設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮的重中之重，需要保證各部件的強(qiáng)度并保證一定的使用年限。由此可見，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的前提條件就是沖壓力計(jì)算。

3.1.1 落料力、沖孔力

實(shí)際所需的系數(shù)取1.3，故：

F落=1.3F落′≈Ltσb=17382 N；

F沖=1.3F沖′≈Ltσb=46943 N。

3.1.2 力的計(jì)算

K卸系數(shù)為0.03，K頂系數(shù)為0.08，卸料力、推件力、頂出力的關(guān)系式如下：

F卸=0.03×17382=521.5 N；

F卸′=0.03×46943=1408 N；

F頂=0.08×46943=3756 N。

該套模具采用彈性卸料和上出料方式，則其總壓力F總=70011 N。故可選取公稱壓力為100 kN的開式雙柱可傾壓力機(jī)。

3.2 沖模零件與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.2.1 工作零件

1）落料凹模。采用凸、凹模配合加工，落料時(shí)多以凹模為基準(zhǔn)件對(duì)相應(yīng)的凸模進(jìn)行設(shè)計(jì)加工。

a.凹模刃口的尺寸計(jì)算。該工件落料加工時(shí)的外圓尺寸屬于凹模磨損后增大的尺寸：

落料加工時(shí)工件外圓上的小缺口尺寸：

b.凹模外形尺寸的確定。高度H=20 mm，壁厚C=28 mm，凹模外圓尺寸：

D凹=64+28+28=120 mm。

2）沖孔凸模。采用凸、凹模配合加工，沖孔時(shí)多以凸模為基準(zhǔn)件對(duì)相應(yīng)的凹模進(jìn)行設(shè)計(jì)加工。

a.凸模刃口的尺寸計(jì)算。凸模刃口尺寸的計(jì)算公式為

同理，缺口的凸、凹模也采用配合加工的方法，即：

b.凸模外形尺寸的確定。凸模固定板的厚度應(yīng)取其凸模設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的40%。根據(jù)凸模長(zhǎng)度計(jì)算公式得L=14+20+1=35 mm。

3.2.2 導(dǎo)向裝置的選擇

根據(jù)該模具的需要，選用的標(biāo)準(zhǔn)化導(dǎo)柱和導(dǎo)套為：導(dǎo)柱參數(shù)d·L=28 mm×150 mm，l=45 mm；導(dǎo)套參數(shù)d·L·D=28 mm×90 mm×42 mm，H=38 mm，l=20 mm。

3.2.3 卸料，推、頂件裝置

1）卸料板。卸料板主要是負(fù)責(zé)將材料從凸模上卸下，保護(hù)凸模，防止材料變形，它有時(shí)也可作壓料板用，并具備送料導(dǎo)向等作用。

設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)：a.卸料力一般取沖裁力的5%～20%；b.卸料板應(yīng)有足夠的剛度、其厚度H=14 mm;c.卸料板要求耐磨,材料一般選45鋼,淬火,磨削；d.卸料板安裝尺寸,計(jì)算中要考慮凸模有4～6 mm的刃磨量；e.工件材料屬于薄料加工，故選用彈壓卸料板。卸料板寬度B=120 mm。

2）推、頂件裝置將制件（或廢料）從上模推下稱為推件。將制件（或廢料）從下模頂出稱為頂件。該推件裝置的推力是通過(guò)壓力機(jī)上的打桿得到。頂件裝置的作用是將工件從凹模中頂出，該套模具采用的是凹模倒裝，這時(shí)通常利用壓力機(jī)打料桿將工件打出。

a.沖孔時(shí)卸料橡膠的尺寸。沖裁加工時(shí)卸料常用較硬橡膠。橡膠橫截面積為A=F/P=3760÷1.3=2893 mm2。

得橡膠高度H=hg/0.25=32 mm。

查得橡膠直徑的標(biāo)準(zhǔn)值為：D=60 mm；d=16.5 mm；D1=78 mm。

b.落料時(shí)卸料橡膠的尺寸計(jì)算。卸料橡膠的外形尺寸與卸料板的尺寸相同，所以D=125 mm。由此可得，橡膠的工作壓縮量hg=(35%～10%)H，橡膠高度H=hg/0.25，工作壓縮量hg=4 mm，H=16 mm。

3.2.4 固定與支承零件

1）上、下模座需要承受和傳遞壓力，因此要有足夠強(qiáng)度和剛度。所以模座需要有一定的厚度，鑄造模座需經(jīng)時(shí)效處理，下模座外形尺寸每邊至少要超過(guò)壓力機(jī)臺(tái)面孔邊約50 mm。該工件為一近似圓形制件，而常用于沖壓圓形件的沖模模架為中間導(dǎo)柱圓模架。

2）固定板。固定板的材料選45鋼。凸模固定板的厚度應(yīng)取其凸模設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的40%。故厚度取t1=14 mm，固定板與凸模間采用過(guò)渡配合H7/h6，壓裝后端面磨平。固定板的外形尺寸與凹模外尺寸相同，因此D固、d凹均為120 mm。

3）墊板。墊板起直接承受和擴(kuò)散凸模傳遞的壓力的作用。墊板材料選取45鋼，淬火硬度為43～48 HRC，墊板的外形尺寸常常與凸模固定板相同，故D墊=120 mm，墊板標(biāo)準(zhǔn)厚度H墊=10 mm，但由于該套模具中使用的墊板需要螺釘聯(lián)接，所以其厚度可以適當(dāng)加厚。

4）模柄。對(duì)于中、小型沖模，通過(guò)旋入式與模柄將上模固定在壓力機(jī)的滑塊上。該沖模采用旋入式，與上模座孔采用H7/m6過(guò)渡配合，并加銷釘防止轉(zhuǎn)動(dòng)。由于旋入式模柄已標(biāo)準(zhǔn)化，所以該沖模選用標(biāo)準(zhǔn)化模柄。

4 結(jié) 論

根據(jù)定子片自身的特點(diǎn)，將該套模具設(shè)計(jì)成加工效率較高的復(fù)合模，根據(jù)各個(gè)零件具體的用途，確定出材料和熱處理硬度。給出了模具概括的總體設(shè)計(jì)、分析和設(shè)計(jì)計(jì)算，完成本模具的設(shè)計(jì)工作。