定子与转子片的冲压模具设计与制造

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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: 专 业: 学 生 姓 名: 班 级: 指导教师姓名: 最终评定成绩 机电工程系 材料成型及控制工程 学号 职称

xx教务处 二0一一年二月制

目 录

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

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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

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ABSTRACT

What this design produces 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 problems, 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 adopts 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 the 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 steps, 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, Rotor piece, Blanking, Punching, Progressive die

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目 录

摘 要 .................................................................................................................... I ABSTRACT ......................................................................................................... II 第1章 绪论 ......................................................................................................... 1

1.1冲压加工与模具设计简介 ........................................................................................... 1 1.2 冷冲压与模具技术现状 .............................................................................................. 2 1.3 冲压加工自动化与柔性化 .......................................................................................... 2 1.4 冲模CAD/CAM .......................................................................................................... 2

第2章 零件工艺性分析和工艺方案的确定 ..................................................... 3

2.1 工艺性的含义及材料性能分析 .................................................................................. 3

2.2 制件的冲压工艺性分析 .............................................................................................. 3 2.3 工艺方案的确定 .......................................................................................................... 4

2.3.1工艺方案: ............................................................................................................ 4 2.3.2工艺方案分析和确定 ......................................................................................... 4

第3章 排样 搭边及材料利用率的计算 ........................................................... 5

3.1 冲裁件排样 .................................................................................................................. 5

3.1.1排样方法 ............................................................................................................. 5 3.1.2排样图设计 ......................................................................................................... 6 3.2 搭边和料宽 .................................................................................................................. 7 3.3 材料利用率: .............................................................................................................. 9

第4章 冲裁工艺 ............................................................................................... 11

4.1冲裁力的计算 ............................................................................................................. 11 4.2压力中心的计算 ......................................................................................................... 13 4.3卸料力及推件力的计算 ............................................................................................. 14 4.4冲裁间隙 ..................................................................................................................... 15

4.4.1冲裁间隙的含义 ............................................................................................... 15 4.4.2间隙对冲裁的影响 ........................................................................................... 15 4.4.3冲裁方向的确定原则 ....................................................................................... 16 4.5凸、凹模刃口尺寸的计算 ......................................................................................... 17

4.5.1冲孔凸、凹模刃口尺寸计算 ........................................................................... 17 4.5.2落料凸、凹模刃口尺寸计算 ........................................................................... 18 4.5.3其它凸、凹模刃口尺寸计算 ........................................................................... 18 4.6冲压设备的选择 ......................................................................................................... 22

4.6.1设备类型的选择 ............................................................................................... 22

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4.6.2设备规格的选择 ............................................................................................... 23

第5章 模具总体结构设计 ............................................................................... 25

5.1 凸模、凹模的设计以及模架的选择 ........................................................................ 25

5.1.1 主要零、部件设计 .......................................................................................... 25 5.1.2 模架的选择 ...................................................................................................... 35 5.2 定位零件的设计 ........................................................................................................ 35 5.3 卸料和推件、顶件零件的设计 ................................................................................ 38 5.4 固定与紧固零件 ........................................................................................................ 39 5.5 导向零件 .................................................................................................................... 40

第6章 工作零件的加工工艺编制 ................................................................... 43

6.1冲压模具零件材料的选用 ......................................................................................... 43 6.2模具零件加工制造 ..................................................................................................... 43

结论 ..................................................................................................................... 47 参考文献 ............................................................................................................. 48 致谢 ..................................................................................................................... 50

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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、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,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]。

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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、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1~2μm,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Ra≦1.5μm的精冲模,大尺寸(υ≧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]。

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第2章 零件工艺性分析和工艺方案的确定

2.1 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。 电阻率和最大磁导率,降低矫顽力、铁芯损耗(铁损)和磁时效。

硅钢片一种含碳极低的硅铁软磁合金,一般含硅量为0.5~4.5%。加入硅可提高铁的

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]

材 料 机械性能 料 不锈钢 硅钢片 低碳钢 抗拉强度σ(N/mm2) 抗剪强度τ(N/mm2) 延伸率δ(%) 490 451 40 490 422 42 255~324 216~275 44

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

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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Ф48.2mm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Ф10mm孔校平。第三工步转子片落料。第4工步冲定子片异形槽孔,第五工步冲Ф48.2mm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。

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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

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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Ф8mm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;转子片槽和Ф10mm孔校平。

第3工位: 转子片Ф47.20.0.050mm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Ф48.20.0.050mm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。

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图3.2排样图

转子片中间Ф10mm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Ф10mm孔和12个线槽孔的整形工序。第3工位Ф47mm外圆落料,则转子片工件完成。

定子片上下的两个长形孔与Ф48.2mm孔:若先冲Ф48.2mm,再冲两个长形孔时,可能引起Ф48.2mm 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Ф48.2mm 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。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。

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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]0 B? ?=?D?2?a1????b0????? (3.1)式中 B--条料标称宽度(mm);

0D--工件垂直于送料方向的最大尺寸(mm); a1--侧搭边(mm);

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?--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:

0B??=?D?2?a1????b0?????

0 =?84?2?1.5?0.5??0.5??0.5?0.5

0 =880?0.5

表3.2剪切条料宽度公差[2]

材 料 厚 度 t 条料宽度B ~1 ~50 50~100 100~150 150~220 220~300 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1~2 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 2~3 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 3~5 0.9 1.0 1.1. 1.2 1.3 表3.3 条料与导料板之间的间隙[2]

无侧压装置 条料厚度 ≤100 ≤1 >1~5 0.5 0.5 条 料 宽 度 >100~200 0.5 1 >200~300 1 1 ≤100 5 5 >100 8 8 有侧压装置

3.3 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η为:

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η=

nA?100% (3.3) [3] Bh式中:A--冲裁件面积(包括冲出的小孔在内)(mm2); n--一个进距内冲件数目; B--条料宽度(mm2); h--进距(mm)。

一张板料上总的材料利用率η为:

η =

NABL×100% =8?35588?58.6?100%

=

28415160?100% ?55%

式中:N-- 一张板料上冲件总数目;

L-- 板材长度(mm)。

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(3.4) [3]

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第4章 冲裁工艺

4.1冲裁力的计算

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。

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(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=KLtτ (4.1) [3] 式中 L--冲裁件的周边长度(mm); t--材料厚度(mm); τ--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 材料厚度偏差等因素,一般取K=1.3;

一般情况下,材料的σb=1.3τ,为计算方便,也可用下式计算冲裁力F(N) F=Ltσb

式中 σb --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τ=190MPa,σb=1.3τ=247MPa。

表4.1 材料参数[2]

由 F=Ltσb得出各个工位的冲裁力,结果列出如下: 第1工位:F1 =L1tσb

=(47.2?3.14+2?10?3.14?12)?0.35?247 =31226N 第2工位:F2 =L2tσb

=(2?3.14?6+2?4?3.14?12)?0.35?247 =9192N, 第3工位:F3 =L3tσb

?47.2?3.14?0.35?247

=9861N, 第4工位:F4=L4tσb

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1?2?(3.14??33?2?3.14)?0.35?247

4 =100548N

第6工位:F6=L6tσb

?48.2?3.14?0.35?247

=19859N

第8工位:F8=L8tσb

?44?0.35?247

=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、凹模间隙不均和导向零件加速磨损,造成刃口和其它零件的损坏,甚至还会引起压力机导轨磨损,影响压力机精度。

本设计中,采用解析法计算压力中心。计算压力中心的坐标定在第一工位的中心。从排样图可看出,图中图形以x轴为对称轴,所以y方向压力中心坐标为零。

查文献[1]可得:多凸模的压力中心,按下述程序进行计算: A:按比例画出凸模工作部分剖面的轮廓图; B:在任意距离处作x-x轴和y-y轴;

C:计算各凸模重心到x-x轴的距离y1、y2、y3...和到y-y轴的距离x1、x2、x3...。 D:冲模压力中心到坐标轴的距离由下式确定: 到x-x轴的距离:

y0=(L1y1+L2y2+L3y3+...)/(L1+L2+L3+...) (4.2) [3]

到y-y轴的距离:

x0=(L1x1+L2x2+L3x3+...)/(L1+L2+L3+...) (4.3) [3]

式中L1、L2、L3...—各凸模工作部分剖面轮廓的周长。 各凸模的周长以及到y-y轴的距离为:

2个Φ8mm的导正销孔冲模:L1=π×8=25.13mm;x1=-31;L2=π×8=25.13mm;x2=-31mm。

转子片冲槽模:由前计算L3=336.24mm;x3=0。

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中心轴孔冲模:L4=π×10=31.42;x4=0。

定子片左侧两孔冲模:L5=π×4=12.57mm;x5=26;L6=π×4=12.57mm;x6=26。 定子片右侧两孔冲模:L7=π×4=12.57mm;x7=36;L8=π×4=12.57mm;x8=36。 定子片两端中间两孔冲模:L9=π×8=25.13mm;x9=62;L10=π×8=25.13mm;x10=62。

定子片角部两工艺孔冲模:L11=π×4=12.57mm;x11=93;L12=π×4=12.57mm;x12=93。

转子片落料冲模:L13=π×47=147.65mm;x13=124。

定子片两端异形孔冲模:由前计算L14=94.03mm;x14=186;L15=94.03mm;x15=186。

定子片内孔并与异形孔切通冲模:由前计算L16=176.10mm;x16=248。

定子片两端圆弧余料切除冲模:由前计算L17=155.04mm;x17=248;L18=155.04mm;x18=248。

定子片切断凸模:由前计算L19=54.79mm;x19=279。

将以上数据代入式x0=(L1x1+L2x2+L3x3+...)/(L1+L2+L3+...)得: x0=137.02 mm。

4.3卸料力及推件力的计算

无论采用何种刃口冲模,当冲裁工作完成后,由于弹性变形,在板材上冲裁出的废料(或工件)孔径沿着径向发生弹性收缩,会紧箍在凸模上。而冲裁下来的工作(或废料)径向会扩张,并因要力图恢复弹性穹弯,所以会卡在凹模孔内。为了使冲裁过程连续,操作方便,就需把套在凸模上的材料卸下,把卡在凹模孔内的冲件或废料推出。从凸模上将零件或废料卸下来所需的力称卸料力F卸,顺着冲裁方向将零件或废料从凹模腔推出的力称推件力F推,逆着冲裁方向将零件或废料从凹模腔顶出的力称顶件力F顶。

F卸、F推、F顶是由压力机和模具的卸料、顶件装置获得的。实际生产中常用下列经验公式计算:

F卸 =K卸F (4.4) [3] F推 =K推F (4.5) [3] F顶 =K顶F (4.6) [3] 式中 F..冲裁力(N)

K卸、K推、K顶..分别为卸料力、推件力、顶件力系数,其值见表4.2。

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表4.2 卸料力、推件力、顶件力系数[2]

料 厚(mm) ≤1 >0.1~0.5 钢 >0.5~2.5 >2.5~6.5 >6.5 铝 铝合金 紫铜 黄铜 K卸、 K推、 K顶 0.065~0.075 0.045~0..55 0.04~0.05 0.03~0.04 0.02~0.03 0.025~0.08 0.02~0.06 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 0.03~0.07 0.03~0.09 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 在各工位的冲裁力中,第8工位的切断力在回程时没有卸料力,其余冲裁力的总和作为计算卸料力的冲裁力,其值为:

F0=174477N.3791N=170686N

由查文献[1]取得:K卸=0.04,则卸料力为: F卸 =K卸F0=0.04 × 170686N=6827N 由查文献[1]取得:K推=0.055,则推件力为: F推= K推 F0=0.055?170686N=93878N

4.4冲裁间隙

4.4.1冲裁间隙的含义

冲裁模的凸模横断面,一般小于凹模孔。凹模与凸模刃口部分,在垂直于外栽力方向的投影尺寸之差,称为冲栽间隙。

间隙有两种含义:第一种指凹模与凸模间每侧空隙的数值,称为单面间隙;另一种指凹模与凸模间两侧空隙之和,称为双面间隙。对于圆形刃口的凸、凹模来说,双面间隙就是两者直径之差。习惯上常说的多少间隙,是指双面间隙,用符号Z表示。单面用Z/2表示。

4.4.2间隙对冲裁的影响

生产实践证明,间隙值的大小、分布是否均匀等,对冲裁件的断面质量、尺寸精度、冲裁力和模具形命等均有直接影响。凸、凹模之间的间隙大小可分三种基本情况, 即间隙合理、间隙过大和间隙过小。

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1)冲裁件的断面质量

间隙合理,材料在分离时,凸、凹模刃口处的裂纹重合,冲裁断面比较平直、光滑,塌角和毛刺均较小,制件质量较好。但合理的冲裁间隙并非是一个绝对值,而是某一个数值范围,冲裁间隙在此范围内都可得到冲裁断面好的制件。间隙过大,凸、凹模刃口处的裂纹不重合,凸模刃口附近的裂纹在凹模刃口附近裂纹的里边,材料受很大的拉伸,光亮带小,毛刺、塌角及斜度都较大。间隙过小,裂纹也不重合,凸模刃口附近的裂纹在凹模刃口附近裂纹的外边,两条剪裂纹之间的一部分材料随冲裁的继续又被二次剪切和挤压,在断面上形成第二次光亮带,并在其间出现夹层和毛刺[1]。

2)尺寸精度

落料或冲孔后,因发生弹性恢复,会影响尺寸精度。间隙小到一定界限,由于压缩变形弹性恢复,落料件尺寸会大于凹模尺寸,而使冲出的孔小于凸模。间隙大到一定界限,由于拉伸变形弹性恢复,落料件尺寸会小于凹模,而使冲出的孔大于凸模。间隙对于冲孔和落料精度的影响规律是不同的,且与材料轧制的纤维方向有关。

3)冲裁力和模具寿命

间隙值大时,冲栽力有一定程度的减小,卸料力和推件力也随之降低。

冲裁时,坯料对凸模与凹模刃口产生侧压力,并在凸模与被冲孔之间以及凹模与落料件之间均有摩擦力。间隙越小,侧压力和摩擦力随之增大。此外,在实际生产中,模具因受到制造误差和装配精度的限制,凸模不可能绝对垂直于凹模平面,而间隙分布也不可能十分均匀所以,过小的间隙会使凸、凹模刃口磨损加剧,寿命下降。而较大的间隙则可使凸、凹模侧面与材料问摩擦减小,并减缓间隙不匀的不利影响,从而提高模具寿命;但间隙过大,坯料弯曲相应增大,使凸模与凹模刃口端面上的压应力分布不均匀,容易产生崩刃或产生塑性变形,因而对模具寿命也不利[1]。

4.4.3冲裁方向的确定原则

冲裁时,由于凸、凹模之间存在间隙,因此落下的料或冲出的孔均带有锥度,其大端尺寸基本等于凹棋尺寸,小端尺寸基本等于凸模尺寸。测量时,也是按冲孔的小端和落料的大端作为基准量取尺寸的。又由于在生产中,凸、凹模都要与冲件或废料发生摩擦,凸核愈磨愈小,凹模愈磨愈大,使间隙随之增大。基于这一分析,确定冲裁间隙值的原则是:落料时因制件尺寸随凹模尺寸而定,故间隙应在减小凸模尺寸的方向上取得;冲孔时因孔尺寸随凸模尺寸而定,故间隙应在增大凹模尺寸的方向上取得。

考虑到冲裁件的断面质量、尺寸精度、凸、凹模的磨损,在设计与制造新模具时,取最小合理间隙。

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根据材料厚度t=0.35mm,查参考文献[1]表2.7:Zmin=0.04mm,Zmax=0.06mm。

4.5凸、凹模刃口尺寸的计算

冲裁件的尺寸精度取决于凸、凹模刃口部分的尺寸。冲裁的合理间隙也要靠凸、凹模刃口部分的尺寸来实现和保证。所以正确地确定刃口部分尺寸是相当重要的。

4.5.1冲孔凸、凹模刃口尺寸计算

?0.018?0.0220.007+0.05在第1、2、6工位有υ40mm、υ80mm、υ10?υ480mm四种内型的孔。?0.034、

冲孔时应首先确定凸模刃口尺寸。由于基准件凸模的刃口尺寸在磨损后会减小,因此应使凸模的基本尺寸接近工件孔的最大极限尺寸,再增大凹模尺寸以保证最小合理间隙Zmin。凸的制造取负偏差,凹模取正偏差。其计算式为:

0 d凸=(d+x△)(4.7) [3] -δ凸

d凹=(d凸+Zmin)0+δ凹=(d+x△+Zmin)0+δ凹 (4.8) [3] 式中 d凸、d凹——冲孔凸、凹模基本尺寸(mm); △——工件制造公差(mm);

x——因数

①对于υ40+0.018的孔,查文献[2]表2-12、表2-13可知:δ凸=0.020mm;δ凹=0.020mm;x=0.75。将其数据带入式中得:

?0.014 d凸=(4+0.75×0.018)0?0.020=4?0.006

+0.0200.074d凹=(4+0.75×0.018+0.04)0=4??0.054

②对于υ80+0.022mm的孔, 查文献[2]表2-12、表2-13可知:δ凸=0.020mm;δ凹=0.020mm;x=0.75。将其数据带入式中得:

?0.017 d凸=(8+0.75×0.022)0?0.020=8?0.003

+0.0200.077d凹=(8+0.75×0.022+0.04)0=8??0.057

[2]0.007③对于υ10??0.034mm的孔,查文献表2-12、表2-13可知:δ凸=0.020mm;δ凹

=0.020mm;x=0.75;△=-0.007-(-0.034)=0.027mm。将其数据带入式中得:

+0.020 d凸=(10+0.75×0.027)0 ?0.020=100+0.0200.080 d凹=(10+0.75×0.027+0.04)0=10??0.060

④对于υ480+0.05mm的孔,查文献[2]表2-12、表2-13可知:δ凸=0.020mm;δ凹=0.030mm;x=0.75。将其数据代入式中得:

?0.040 d凸=(48+0.75×0.05)0?0.020=48?0.020 ?0.0300.128 d凹=(48+0.75×0.05+0.04)0=48??0.078

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4.5.2落料凸、凹模刃口尺寸计算

在第3工位,转子片υ470-0.05mm落料。落料时应首先确定凹模刃口尺寸。由于基准件凹模的刃口尺寸在磨损后会增大,因此应使凹模的基本尺寸接近工件轮廓的最小极限尺寸,再减小凸模尺寸以保证最小合理间隙Zmin。仍然是凸模取负偏差,凹模取正偏差。其计算式为:

+δ凹

D凹=(D-x△)(4.9) [3] 0

D凸=(D凹-Zmin)-δ凸0=(D-x△-Zmin)-δ凸0 (4.10) [3] 查文献[2]可知:δ凸=0.020mm;δ凹=0.030mm;x=0.75。将其数据代入式中得:

?0.0300.125 D凹=(47-0.75×0.05)0=47??0.038 ?0.077 D凸=(47-0.75×0.05-0.04)0?0.020=47?0.097

4.5.3其它凸、凹模刃口尺寸计算

在第1、4、6、8工位其凸、凹模形状复杂,故不能采用上述方法计算刃口尺寸。对于落料件,应以凹模为基准件,凹模的磨损情况分为三类:

第一类是凹模磨损后增大的尺寸(A类); 第二类是凹模磨损后减小的尺寸(B类); 第三类是凹模磨损后没有增减的尺寸(C类)。

而对于冲孔件,则以凸模为基准件,可根据凸模的磨损情况,将尺寸分为A、B、C三类。其计算式为:

A类: Aj=(Amax-x△)0+△/4 (4.11)[3]

B类: Bj=(Bmin+x△)-△/40 (4.12)[3] C类: Cj=(Cmin+0.5△)±△/8 (4.13)[3]

式中 Aj 、Bj 、Cj--基准件尺寸(mm); Amax 、Bmin 、Cmin --工件极限尺寸(mm); △--工件公差(mm)。 ①冲槽凸模刃口尺寸计算(如图4.2所示)。

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图4.2 冲槽凸模刃口

a:对于4.10+0.018这个尺寸,当凸模磨损后,其尺寸会减小,用B类计算公式,查文献[2]表2-13可知,x=0.75。将数据代入得:

?0.014Bj=(4.1+0.75×0.018)0?0.018/4=4.1?0.010

b:对于4.490+0.018这个尺寸,当凸模磨损后,其尺寸会减小,用B类计算公式,查文献[2]表2-13可知,x=0.75。将数据代入得:

?0.014Bj=(4.49+0.75×0.018)0?0.018/4=4.49?0.010

c:对于R10+0.014这个尺寸,当凸模磨损后,其尺寸会增大,用A类计算公式,查文献 表2-13可知,x=1。将数据代入得:

?0.014/4?0.004 Aj=(1.014-1×0.014)0=10

d:对于R0.50+0.014这个尺寸,当凸模磨损后,其尺寸会增大,用A类计算公式,查文献[2]表2-13可知,x=1。将数据代入得:

?0.014/4?0.004 Aj=(0.514-1×0.014)0=0.50

e:对于1.520+0.014这个尺寸,当凸模磨损后,其尺寸会减小,用B类计算公式,查文献[2]表2-13可知,x=1。将数据代入得:

?0.014 Bj=(1.52+1×0.014)0?0.014/4=1.52?0.011

f:对于3.350+0.018这个尺寸,当凸模磨损后,其尺寸会减小,用B类计算公式,查文献[2]表2-13可知,x=0.75。将数据代入得:

?0.014Bj=(3.35+0.75×0.018)0?0.018/4=3.35?0.009

②冲定子片两端异形槽孔凸模刃口计算(如图4.3所示)。

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图4.3 异形槽孔凸模刃口

对于1、3尺寸,当凸模磨损后,其尺寸会减小,用B类计算公式。由前计算可知L1=L3=(25/360)×π×65.8=14.3,取△=0.05,查文献[2]表2-13,取x=1,将数据带入公式得:

?0.05Bj=(14.3+1×0.05)0?0.05/4=14.3?0.04

对于4、6尺寸,当凸模磨损后,其尺寸会增大,用A类计算公式。由前计算可知L4=L6=(π×6)/2=9.4,取△=0.02。查文献[2]表2-13,取x=1,将数据带入公式得:

?0.02/4?0.005Aj=(9.42-1×0.02)0=9.40

对于2尺寸,当凸模磨损后,其尺寸会增大,用A类计算公式。由前计算可知L2=(130/360)×π×12=13.6,取△=0.01。查文献[2]表2-13,取x=1,将数据带入公式得:

?0.01/40.007Aj=(13.6-1×0.01)0=13.6??0.01

对于5尺寸,当凸模磨损后,其尺寸会减小,用B类计算公式。由前计算可知L5=(70/360)×π×53.8=32.8,取△=0.06。查文献[2]表2-13,取x=1,将数据带入公式得:

?0.06Bj=(32.8+1×0.06)0?0.06/4=32.8?0.05

③定子片两端圆弧余料切除凸模刃口尺寸计算(如图4.4所示)。

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图4.4 余料切除凸模刃口

对于600-0.05这个尺寸,当凸模磨损后,其尺寸会减小,用B类计算公式。查文献[2]表2-13,取x=1,将数据带入公式得:

0Bj=(59.95+1×0.05)0?0.05/4=60?0.01

对于15.60-0.05这个尺寸,当凸模磨损后,其尺寸会减小,用B类计算公式。查文献

[2]

表2-13,取x=1,将数据带入公式得:

0Bj=(15.55+1×0.05)0?0.05/4=15.6?0.01

对于图中圆弧段尺寸,当凸模磨损后,其尺寸会增大,用A类计算公式。由图中数据计算L=(91/360)×π×84=66.7,取△=0.01。查文献[2]表2-13,取x=1,将数据带入公式得:

?0.01/40.008Aj=(66.7-1×0.01)0=66.7??0.010

④定子片切断凸模刃口尺寸计算。

?0.05?0.05切断图模截面为矩形,其尺寸为L1=900;L2=20。

对于L1这个尺寸,当凸模磨损后,其尺寸会减小,用B类计算公式。查文献[2]表2-13,取x=1,将数据带入公式得:

?0.05Bj=(90+1×0.05)0?0.05/4=90?0.04

对于L2这个尺寸,当凸模磨损后,其尺寸会减小,用B类计算公式。查文献[2]表2-13,取x=1,将数据带入公式得:

?0.05Bj=(2+1×0.05)0?0.05/4=2?0.04

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4.6冲压设备的选择

设备是冲压加工的三要素之一。冲压设备选择是冲压工艺过程设计的一项重要内容,它直接关系到设备的安全和使用的合理,同时也关系到冲压工艺过程的顺利完成及产品质量、零件精度、生产效率、模具寿命、板料的性能与规格、成本的高低等一系列重要的问题。因此,压力机的正确选用十分重要。

4.6.1设备类型的选择

设备类型的选择要依据冲压零件的生产批量、零件尺寸的大小、工艺方法与性质及冲压件的尺寸、形状与精度等要求来综合考虑。

(1)根据冲压件的大小进行选择时,可参照表4.3。

表4.3按冲压件大小选择设备[3]

零件大小 选用压力机类型 开式机械压力机 闭式机械压力机 特点 有一定的精度和刚度;操作方便,价格低廉 精度与刚度更高;结构紧凑,工作平稳 适用工序 分离及成形(深度浅的成形件) 分离、成形(深度大的成形件及复合工序) 小型或中小型 大中型 (2)根据冲压零件的生产批量选择时,可参照表4.4。

表4.4按生产批量选择设备[3]

零件批量 薄板 设备类型 适用机械压力机 特点 速度快、生产效率高,质量较稳定 行程不固定,不会因超载而损坏设备 高效率,消除了半成品堆存等问题 适用工序 各种工序 拉深、胀形、弯曲等 冲裁各种工序 小批量 厚板 液压机 高速压力机和多工位自动压力机 大中批量 (3)考虑精度与刚度。在选用设备类型时,还应充分注意到设备的精度与刚度。压力机的刚度是由床身刚度、传动刚度和导向刚度三部分组成,如果刚度较差,负载终了和卸载时模具间隙台发生很大变化,影响冲压件的精度和模具寿命。设备的精度也有类

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似的问题。

(4)考虑生产现场的实际可能 在进行设备选择时,还应考虑生产现场的实际可能。如果日前没有效理想的设备供选挥,则应该设法利用现有设备来完成工艺过程。

综合上述四种选择方法,考虑到零件属于小型工件,且精度要求并不高。虽然是大批量生产,但一般的机械压力机均能满足其要求。因此,初步选定设备类型为开式机械压力机。

4.6.2设备规格的选择

在选定设备类型之后,应该进一步根据冲压件大小、模具尺寸及工艺变形力来确定设备规格和具体参数。其规格的主要参数有以下几个:

1)行程 压机行程的大小,应该保证坯料的方便放进与零件的方便取出。 2)装配模具的相关尺寸 压力机的工作台面尺寸应大于模具的平面尺寸(一般是模具底板),还应有模具安装与固定的余地,但过大的余地对工作台受力不利,工作台面中间孔的尺寸要保证漏料或顺利安放模具顶出料装置。

一般开式压机滑块上有模柄孔尺寸(直径×高度),此时,模具的模柄应当与此相适应。 3)闭合高度 冲床的闭合高度是指滑块处于上死点时,滑块下平面至工作台上平面间的开挡空间尺寸。这个高度即为冲压操作(主要是装卸模具)的空间高度尺寸。显然、冲床的闭合高度应与模具的闭合高度相适应。冲床的最大闭合高度要大于模具的闭合高度,最小闭合高度又要能小于模具的闭合高度。一般模具的闭合高度H应满足以下关系,

Hmax-5≥H0≥Hmin+10

如果模具封闭高度小于设备的最小封闭高度时,可以用附加垫板(在下模座下面)达到要求。模具的平面尺寸(主要是下模板)应小于设备工作台平面尺寸,模具漏料孔D1应小于设备的工作台孔D。二是模柄长度L1应稍小于设备滑块孔的深度L;模柄直径d1应稍小于滑块孔径d。

4)设备吨位 设备吨位大小的选择首先要以冲压工艺所需要的变形力为前提。要求设备的名义压力要大于所需的变形力,而且,还要有一定的力量储备,以防万一。从提高设备的上作刚度、冲压零件的精度及延长设备的寿命的观点出发,应要求设备容量有较大剩余。最新的观点是使设备留有(40~30)%的余量,即只使用设备容量的(60~70)%。还有的建议只使用设备容量的50%,即取设备的吨位为工艺变形总力的2倍。

综合考虑以上几方面要求和冲裁所需实际总压力F=193977N,模具闭合高度H0=212mm。查文献[3]附表2.3取开式压力机规格,选取公称压力250KN的压力机,压力机型号为JB21-25.压力机的主要参数如下:

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公称压力 250KN 滑块行程 80 mm 行程次数(次/min) 100 最大封闭高度 360mm 最大装模高度 180㎜ 连杆调节长度 80㎜

工作台尺寸 工作台孔尺寸 模柄孔尺寸(直径*深度) 工作台板厚度 24

前后 360mm 左右 560mm 前后 130mm 左右 260mm 直径 180mm Φ50mm*70mm 90mm

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第5章 模具总体结构设计

5.1 凸模、凹模的设计以及模架的选择

5.1.1 主要零、部件设计

5.1.1.1线槽冲模设计

(1)转子片特点:

工件尺寸小,尺寸精度高,材料强度高,材料薄。经分析可知:查文献[1]表2-5可知,其尺寸均为高级冲裁精度,需要采用IT7级以上的冲裁模,才能满足零件的精度要求。转子冲片冲裁工艺与模具设计中需要着重解决好以下几个问题:①,工艺方案和模具结构应能保证能达到冲件所要求的精度;②,冲模结构应能冲出冲件的复杂外形;③,冲裁模的制造精度和导向精度应适应冲件厚度薄(t=0.35mm),模具间隙极小(双面间隙最小为0.04mm)的特点;④,冲裁模的强度和耐磨性应适应冲压材料强度高的特点。 (2)分析比较和确定工艺方案

转子线槽冲模可有以下三种方案: 方案一:用两次工序进行冲压 工序一—冲υ10mm中心轴孔;

工序二—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300,依次冲出12个槽形。

方案二:用两次工序进行冲压 工序一—冲υ10mm中心轴孔;

工序二—用冲槽模将12个槽形一次冲出。

方案三:冲槽模和中心轴孔组成组合凸模,将中心轴孔和12个槽形一次冲出。 现分析比较各个方案的优缺点:

第一方案的特点是化整为零,将原先很复杂的外形分解成内孔和一个槽形两个形状简单的单元,从而简化了模具刃口形状,使模具制造简便。另外,各工序所需的冲压力小了,可以解决冲压设备吨位不够的问题。

这个方案的缺点是需要二次冲压工序,且第二次工序又是单槽冲出,生产效率较低;在冲槽过程中要进行多次分度定位,操作不便(若有自动分度机构,则此缺点可以避免);由于多次分度定位,槽形的同轴度与分度误差都较难达到高的精度。

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第二方案与第一方案基本相同。差异之处在于第二方案可一次冲出12个槽形,故槽的分度误差较第一方案小,能够满足槽形分度精度要求。但此方案在冲槽时,仍以内孔定位,同轴度要求仍较难保证。该方案在第二工序冲槽时,由于零件很小,操作是不安全的。

第三方案由于将各工序组合在一起一次冲成,能保证较高的生产率,而且操作比较安全。再者,零件精度主要决定于模具制造精度,当采用高级精度(IT7级以上)冲裁模冲压本零件时,可以保证零件所要求的各项精度指标。此外,在冲裁时,弹性卸料板先将毛坯压紧,再进行冲压,因此剪切断面质量较高,工件平整。

现在的问题是采用该方案后,凹凸模刃口1.52mm处(如图5.1所示)模壁是否过小而强度不够,查文献[2]附录A1,电工硅钢的抗拉强度是230MPa,根据文献[1]表11-2凹凸模最小壁厚a的参考数值,按a=1.5t情况,最小壁厚应为a=1.5×0.35=0.525mm,实际壁厚达1.52mm,故是安全的 。

图5.1 转子片

以上三个方案分析比较结果表明,本零件采用第三方案最为适宜。 (3)线槽凸模固定

线槽冲模中,12个线槽凸模和中心轴孔凸模设计成组合凸模,其组合基体为圆柱形,用线切割机床加工出型孔,各槽形凸模和中心孔凸模以H7/n6的配合固联。组合基体外圆直径取Φ65mm,用H7/n6的配合装在凸模固顶板上。组合基体上设有台阶作为垂直方向的固定,在线槽凸模外侧用齐缝销钉与凸模固定板固定防止转动。线槽凸模的固定方法不宜采用铆接的方法,因经常拆卸、更换对组合基体有损坏,其尺寸小又不能用螺钉固定。采用圆环卡圈的方法固定,在基体上加工出槽,圆形卡圈切割成两半,用圆环卡住后装入组合基体。中心圆柱凸模用圆柱头内六角螺钉M5固定在垫板上。在线槽冲模中要设置弹性顶料销(其规格查文献[1]表10-59),防止冲孔的废料粘在凸模上[1]。

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(4)线槽凸模和中心孔凸模长度计算

由于在本模具中,其垫板(H1)、凸模固定板(H2)、导向板(H3)、凹模基体(H4)为非标准件,先将其高度设计为:H1=10mm;H2=25mm;H3=18mm;H4=35mm。 查文献[1]可知,凸模长度计算公式为:

L=h1+h2+h3+h (5.1)[3]

式中 L——凸模长度(mm) h1——凸模固定板高度(mm); h2——卸料板高度(mm); h3——导尺高度(mm); h ——附加高度。

a:线槽凸模长度

将数据带入公式可得:L=25+12+6+27=70(mm) b:中心孔凸模长度

查文献[2]表10-52,选用B型圆凸模,其长度L=70(mm)。 (5)凸模强度校核

1、压应力校核 查文献[1]可知:

对于圆行凸模:

dmin≥4tτ/[σ压] (5.2)[3]

对于其它各种断面的凸模:

Amin≥F/[σ压] (5.3)[3]

示中 dmin——凸模最小直径(mm); t——料厚(mm) τ——抗剪强度(MPa); F——冲裁力(N);

Amin——凸模最狭窄处的截面积(mm2) [σ压]——凸模材料的许用应力(MPa)。

查文献[1]表8-50,凸模材料Cr12MoV的[σ压]=981-1569(MPa)由前可知τ=190MPa。 1)冲槽凸模压应力校核

冲槽凸模压应力校核应采用式5.3计算,由前计算可知:12个线槽的总长L=336.24mm,故

F=1.3Ltτ=1.3×336.24×0.35×190=29067.95(N)

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Amin≥F/[σ压]=29067.95/981=29.63(mm2)

线槽凸磨截面积:

A=(4.10×2+6.36×6.5)=49.54(mm2) A>Amin 故满足设计要求

2)冲中心孔凸模压应力校核

冲中心孔凸模压应力校核应采用式2.19计算,将数据带入 得:

dmin≥4tτ/[σ压]=(4×0.35×190)/981=0.27mm 中心孔直径d=10mm,d>dmin ,故满足设计要求。

2、弯曲应力校核

本模具中,各凸模均带有导向装置。查文献[1]可知,对于有导向装置的凸模应采用: 对于圆形凸模:

Lmax=(270d2)/F1/2 (5.4)[3]

对于其它各种断面的凸模:

Lmax=1200(J/F)1/2 (5.5)[3] 式中Lmax--允许的凸模最大自由长度(mm); d--凸模的最小直径(mm); F--冲裁力(N);

J--凸模最小横断面的轴惯矩(mm4)。

查文献[1]表10-18,矩形截面J的计算式为:J=bh3/12。 1)冲槽凸模弯曲应力校核

冲槽凸模弯曲应力应采用式(5.5)计算,冲槽凸模横截面近似看成矩形,J=(8.5×4.13/12)×12=585.83(mm4),将数据代入式中得:

Lmax=1200(J/F)1/2=1200×(585.83/29067.95)1/2=170.36mm L< Lmax,故满足设计要求 2)冲中心孔凸模弯曲应力校核

冲中心孔凸模应采用式5.4计算,由前计算可知F=1.3Ltτ=1.3×10π×0.35×190=2715.83(N),将其数据带入公式得:

Lmax=(270×102)/2715.831/2=518.09(mm)

L< Lmax,故满足设计要求

(6)凸模垫板承压计算

圆形凸模承受面的压应力σ压,按下式计算:

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σ压=F/A=4F/πD2≤[σ压] (5.6)[3]

式中 F——冲裁力(N);

A——承压面积(mm2); D——凸模承压面的直径(mm);

[σ压]——许用压应力(MPa)。 对于冲孔凸模,将其数据带入得:

σ压=4×2715.83/3.1415×172=11.97(MPa)<[σ压]

故满足设计要求

本工位的卸料板(包括第1、2、3共3个工位)厚12mm,其线槽形孔与组合基体用同一程序由线切割机床加工,查文献[2]表7-9,其配合间隙取0.05mm。

与组合凸模对应的凹模设计为局部凹模,凹模用自身台阶和齐缝销钉固定在凹模板上,凹模板用销钉和螺钉与垫板和下模板固定,凹模刃口以下的漏料部分 用扩大型孔的方法,采用电火花机床加工。

5.1.1.2校正模设计

线槽孔冲孔后,工件平直度降低,特别是刃口部位的毛刺,会影响电动机组装和下线质量,故设置校平工序,以提高工件质量。校平是用足够的压力在两板间加压,校平压力的大小与压力机装模时的调整有直接关系,压力大小对调整量极其敏感,因为这种力是滑块到达下止点后,靠压力机机身的变形形成的压力。在本模具中需要调整的项目很多,不能采用上述方法控制校平力的大小,故采用弹性体限定校平压力的大小。碟形弹簧具有行程小、压力稳定、载荷大、体积小的特点,适于这种结构。

由前计算可知,校平力为22242N。查文献[2]附录C3,选用10号碟形弹簧,外径υ50mm,厚3mm,允许变形0.83mm,最大负荷12000N,采用双片组合,其载荷增大一倍。为增加变形量选用4组、共8片弹簧。由表中可以查出,当力为22242N时,单片弹簧压缩量为0.77mm,在允许的变形范围内,可满足校平力要求。

校平模的上模是装在卸料板上的,圆形校平模板需淬硬使用。下模是线槽形状的凸模,起尺寸比线槽凸模各方向均大1mm,12个线槽校平模以动配合装在导板内,结构如图5.2所示。

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1—凹模板 2—校平模 3—上压板 4—碟形弹簧 5—弹簧导杆 6—凹模 7—下压板 8—钢板下模座

图5.2 校平下模

碟簧中间导杆直径25mm,制成专用螺钉,螺纹部位为M14,装配时,调整垫片厚度,拧紧螺栓,使其预压缩2.38mm,此时预紧力约10000N,用螺栓实现这个力是不困难的。线槽校平模露出凹模平面0.5mm,作为校平的工作行程,这个高度对条料送进没有影响。

5.1.1.3 小凸模设计

第1、2工位还有两种共10个圆形冲孔,孔径为υ4mm和υ8mm,属于细小圆凸模。查文献(1)表10-51和表10-52,孔径为υ4mm的凸模选用A型圆凸模,其长度L为70mm,孔径为υ8mm的凸模选用B型圆凸模,其长度L为70mm。凸模工作部分穿过卸料板,卸料板装有精密的导向装置,对细小凸模具有有效的保护作用。 (1)凸模强度校核

1、压应力校核: a:Ф4mm凸模压应力校核

由前可知,Ф4mm凸模压应力校核应采用式5.3校核,将其数据带入得:

dmin≥4×0.35×190/981=0.27(mm) 满足设计要求

b:Ф8mm凸模压应力校核

由前可知,Ф4mm凸模压应力校核应采用式5.3校核,将其数据带入得:

dmin≥4×0.35×190/981=0.27(mm) 满足设计要求

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2、弯曲应力校核:

1)Ф4mm凸模弯曲应力校核

由前可知,Ф4mm凸模弯曲应力校核应采用式5.4校核,其F=1.3Ltτ=1.3×3.1415×4×0.35×190=1086.33(N),将其数据带入公式得:

Lmax=(270×42)/1086.331/2=131.07(mm) L< Lmax,故满足设计要求

2)Ф8mm凸模弯曲应力校核

由前可知,Ф8mm凸模弯曲应力校核应采用式5.4校核,其F=1.3Ltτ=1.3×3.1415×8×0.35×190=2172.66(N),将其数据带入公式得:

Lmax=(270×82)/2172.661/2=370.72(mm) L< Lmax,故满足设计要求

(2)凸模垫板承压计算

由前可知,圆形凸模承受面的压应力σ压,按式5.6计算: 1)Ф4mm凸模承受面的压应力σ压 将其数据带入公式得:

σ压=4×1086.33/3.1415×92=17.08(MPa)<[σ压] 故满足设计要求

2)Ф8mm凸模承受面的压应力σ压 将其数据带入公式得:

σ压=4×2172.66/3.1415×152=12.30(MPa)<[σ压] 故满足设计要求

5.1.1.4 转子片落料模设计

在第3工位,转子片Ф47mm落料,落料凸模制成带台圆凸模,用凸模固定板固定。凸模中心装有导正销,利用工件中心的Ф10mm孔导正,防止产生线槽孔与中心孔的位置偏差。凸模上沿Ф35mm的圆周上设置3个弹性顶料销,目的是使导正销与工件分离,防止工件随凸模上升。

现将凸模d设计为Ф47-0.097-0.077mm,D设计为Ф55mm。冲孔时孔径与凸模相同,落料时工件外径与凹模尺寸相同,凹模孔内径按47-0.040-0.010mm制作,凹模设计为镶套结构,外径为60mm的带台筒状件,与凹模板成H7/m6配合。 (1)落料凸模长度计算

由前可知,其凸模长度计算式为5.1。将其数据带入得:

L=25+12+6+27=70(mm)

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(2)落料凸模强度校核 1、压应力校核:

由前可知,Ф47mm凸模压应力校核应采用式5.2校核,将其数据带入得:

dmin≥47×0.35×190/981=3.19(mm) 满足设计要求

2、弯曲应力校核:

由前可知,Ф47mm凸模弯曲应力校核应采用式5.4校核,其F=12764.39(N),将其数据带入公式得:

Lmax=(270×472)/12764.391/2=5279.08(mm) L< Lmax,故满足设计要求

(3)凸模垫板承压计算

由前可知,圆形凸模承受面的压应力σ压,按式5.6计算: 将其数据带入公式得:

σ压=4×12764.39/3.1415×582=4.83(MPa)<[σ压] 故满足设计要求

5.1.1.5 异形孔冲模设计

第4工位冲定子片两端异形槽孔,第5工位为空工位,此两工位在凸、凹模分段中分为同一段。

冲定子片异形槽孔时,应保持Ф48mm圆周的完整性,异形孔内侧以Ф53.8mm的圆弧封闭,两凸模用线切割机床制成直通凸模,应采用销钉法固定。凹模用线切割机床加工型孔,用铣床扩大漏料孔。凹模与第3工位相接处要向内让出,以使第3工位的凹模壁具有足够的强度。第5工位凹模从中线划分,一半与第4工位联体,另一半与第6工位联体。

(1)异形孔凸模长度计算

由前可知,其凸模长度计算式为5.1。将其数据带入得:

L=25+12+6+27=70(mm)

(2)异形孔凸模强度校核 1、压应力校核:

由前可知,异形孔凸模压应力校核应采用式5.3,由前计算,F=16256.92(N),带入数据可得:

Amin≥16256.92/981=16.57(mm2)

而单个异形孔面积

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A={(70/360)×π×[(65.8/2)2-(53.8/2)2]+π×32-(π×62)/2}=190.89(mm2)

A >Amin,故满足设计要求。 2、弯曲应力校核

由前可知,异形孔凸模弯曲应力校核应采用式5.5计算,将异形孔凸模断面近似看成一个矩形,其b=54mm,h=6mm。故:

J1=bh3/12=(54×63)/12 =972(mm4) J=972×2=1944(mm4)

将其数据带入公式得:

Lmax=1200×(1944/16256.92)1/2=414.96(mm) L< Lmax,故满足设计要求。

5.1.1.6 切废模设计

第6工位是冲υ48mm定子片内孔和切除定子片两端圆弧余料。该工位凸模由3部分组成,中间是υ48mm内孔凸模,两侧是圆弧切断凸模。中间凸模冲裁左、右两断υ48mm圆周,并与两个异形孔切通。该凸模形体较大,设计为直通凸模,用2个M10螺钉固定在垫板上,并用凸模固定板固定。两侧的切圆弧凸模,用于切断圆弧和两侧直线部分,受侧向力影响大,依靠卸料板导向抵消侧向力,凸模用M10螺钉吊装在垫板上,再由凸模固定板固定。

凹模是整体的,共有三个型孔,切掉的废料分别从各型孔中漏出。 (1)凸模长度计算

1、内孔凸模长度:由前可知,其凸模长度计算式为5.1。将其数据带入得:

L=25+12+6+27=70(mm)

2、两侧圆弧切断凸模:由前可知,其凸模长度计算式为5.1。将其数据带入得:

L=25+12+6+27=70(mm)

(2)凸模强度校核 1、压应力校核: 1)内孔凸模压应力校核

由于内孔凸模冲裁υ48mm内孔后,还与两个异形孔切通,故应采用式5.3校核,由前计算可知:

F=1.3Ltτ=1.3×176.10×0.35×190=15223.85(N)

将其数据带入公式得:

Amin≥15223.85/981=15.52(mm2)

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而内孔面积A=πR2=3.1415×(48/2)2=1809.50(mm2)

A >Amin,故满足设计要求。

2)两侧圆弧切断凸模压应力校核

由前可知,两侧圆弧切断凸模压应力校核应采用式5.3校核,由前计算可知:

F=1.3Ltτ=1.3×310.08×0.35×190=26806.42(N)

将其数据带入公式得:

Amin≥26806.42/981=27.33(mm2)

在两侧圆弧切断凸模内作一个矩形,其长度b=62mm,h=3mm。面积A=bh=62×3=186(mm2)

A >Amin,故满足设计要求。

2、弯曲应力校核: 1)内孔凸模弯曲应力校核

由前可知,将内孔凸模近似看成υ48mm的圆形,其弯曲应力校核应采用式5.4校核,将其数据带入得:

Lmax=(270×482)/15223.851/2 =5041.78(mm)

L< Lmax,故满足设计要求。

2)两侧圆弧切断凸模弯曲应力校核

由前可知,两侧圆弧切断凸模弯曲应力校核应采用式5.5校核,其中F=26806.42/2=13403.21(N),在两侧圆弧切断凸模内作一个矩形,其长度b=62mm,h=3mm,其J=bh3/12=(62×33)/12 =139.5(mm4)。将数据带入公式得: Lmax=1200×(139.5/13403.21)1/2=122.42(mm)

L< Lmax,故满足设计要求。

5.1.1.7 切断模设计

第8工位为定子片切断。单边切断凸模设计为矩形截面,切料时卸料板起到压料的作用。为减少侧向力和减少振动,凸模底面设计为斜刃,倾斜角为30,切下的定子片从模具端部滑出。 (1)凸模长度计算

由前可知,其凸模长度计算式为5.1。将其数据带入得:

L=25+12+6+27=70(mm)

(2)凸模强度校核

1、压应力校核:

由前可知,凸模压应力应采用式5.3校核,由前计算可知:F=4736.60(N),将数据带

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入公式得:

Amin≥4736.60/981=4.83(mm2) 而A=2×54.79=109.58(mm2) A >Amin,故满足设计要求。

2、弯曲应力校核:

由前可知,凸模弯曲应力应采用式5.5校核。其截面为矩形,b=54.79mm,h=2mm。故J=bh3/12=(54.79×23)/12 =36.53(mm4),将数据带入公式得: Lmax=1200×(36.53/4736.60)1/2=105.38(mm)

L< Lmax,故满足设计要求。

5.1.2 模架的选择

模架是模具的主体结构,它是连接冲模主要工作零件的部位。冲模的主要零件,都要通过螺钉、销钉连接到模架上,构成一副完整的冲模结构,才可使用。在冷冲模国家标准GB2851/1.81~GB2853/2.81中,模架有许多种,这些模架都由上下模座、导柱、导套零件组合而成。一般上下模座和导柱、导套都已标准化,所以各类模架可以通过组合变成许多种规格的模架,以供任意选择。

模架的结构形式,按导柱在模座上固定位置的不同,可分为对角导柱模架、后导柱模架、中间导柱模架、四导柱模架;按导向形式不同有滑动导向模架和滚动导向模架。

凹模的壁厚H=20mm确定之后,就可以知道模具的周界尺寸。由于为8工位级进模,且步距为60mm,由于有2个空工位,模具长为360mm加上6个凹模壁厚为600mm,为凹模周界。由多工位级进模选择模架精度,主要根据模具的冲裁间隙、配合精度和模具复杂精度,由排样图的定位选择四导柱滚珠导向钢板模架为最佳选择。

由于上模板和下模板相对较厚,做适当处理。 导柱取270mm,导套取53mm。

5.2 定位零件的设计

模具的步距精度为±0.005mm,采用的自动送料机构精度为±0.05mm,为此在模具内设置4组工8个工艺性导正销,分别设置在第1、3、4、8工位,呈对称布置。导正销的安装形式如图5.3所示。图中a直接装在凸模上;图b是安装在卸料板上,其余数种均是穿过卸料板和凸模固定板进行安装的;本模具中采用图中d,采用双螺柱是为了能够锁紧,螺柱和导正钉之间是垫柱、导正销与固定板、卸料板的配合均选用H7/h6,查

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文献[1]表10-56,采用A型导正销。在第8工位,导正销孔已被切除,借用定子片两端Ф8mm孔作导正销孔,以保证最后切断时定位精确,在第3工位切除Ф47mm外圆时,用装在凸模上的导正销,借用中心孔Фυ10mm导正。

图5.3 导正销安装形式

2. 导料件

主要指导料板和侧压板,它对条料或带料送料时起导正作用。导料板的形式见图5.4。图a用于有弹性卸料板的情况;图b用于有固定卸料板的情况;图c也是用于有固定卸抖板的情况,只是当条科宽度小于60mm时,卸料板和导料板可做成整体。

图5.4导料板的形式

此次设计选用图b的形式,无侧压。

模具内始末端均装有局部导尺,始端导尺至第一工位开始时为止,末端导尺设在第

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7工位以后,其目的是避免条料运行过程中产生过大的阻力。中间各工位上放置了4组共8个导向槽浮顶器,导向槽浮顶器结构如图5.5所示,其作用是在导向的同时具有向上浮料的作用,使条料运行过程中从凹模板上浮起1.5mm,以有利于条料运行。在模具的两端和中间部位,设置了6个弹性浮顶器。采用自动送料模具的导尺,应设计为带台式导尺。带台式导尺的结构和设计要求,如图5.6所式。因本模具工序均为冲裁,条料浮起高度H0取为4mm。

1—料 2—顶料柱 3—凹模 4—下模座 5—压簧 6—螺钉

图5.5 导向槽浮顶器

,工件最大成型高度条料最大允许提升高度条料实际提升高度

1— 带台式导料板 2—条料浮顶器 3—凹模 4—弹簧 5—丝堵

图5.6 带台式导尺

凸、凹模材料选用Cr12MoV,淬火硬度52—60HRC。凸模高度应符合工艺要求,第3工位的Ф47mm落料凸模和第6工位的三个凸模作为大凸模先行进入冲裁工作状态,使其凹入卸料板1mm,其余凸模均比其短0.5mm,当大凸模完成冲裁后再使小凸模进

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行冲裁。

5.3 卸料和推件、顶件零件的设计

1. 卸料装置

卸料装置有刚性(即固定卸料板)和弹性两种形式,见图5.7

a)弹性卸料板 b)刚性弹性卸料板 c)刚性卸料板

图5.7 卸料板的形式

固定卸料板见图5.7c,此形式卸料力大,但无压料作用,毛坯材料厚度大于0.8mm以上时多采用。弹性卸料板见图5.7a,此形式卸料力量小,但有压料作用,冲裁质量较好,多用于薄料。对于卸料力要求较大、卸料板与凹模间又要求有较大的空间位置时,可采用刚弹性相结合的卸料装置,见图5.7b。

卸料板与凹模的单边间隙一般取0.1~0.5㎜,但不小于0.05㎜。

经过分析比较,此次设计选用弹性卸料板的形式(图5.16a),其内部形状按凹凸模(上)外形制造,选用45#钢,热处理使HRC40~45,与凹凸模的单边间隙取Z=0.2㎜,厚度取H=20㎜。其弹性元件采用天然橡胶,而不是弹簧。

2. 推件装置

推件也有弹性和刚性两种形式,见图5.8。

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a b c

图5.8 推件装置

弹性推件装置见图5.8c,它在冲裁时能压住制件,冲出的制件质量较高,但弹件元件的压力有限,当冲裁较厚材料时推件的力量不足或使结构庞大。刚性推件不起压料作用,但推件力大。有时也做成刚、弹性结合的形式,能综合两者的优点。

刚性推件装置见图5.8a、b。推件是靠压力机的横梁作用。

5.4 固定与紧固零件

各种元件被设计和制造出来之后,就需要对他们进行安装并使用。然而,每个零部件都是被单独加工出来的,想要把他们组成一个可以实现冲裁功能的有机整体,就得通过固定和紧固零件来完成它的这项功能。

1. 固定板

对于小型的凸、凹模零件,一般通过固定板间接固定在模板上,以节约贵重的模具钢,固定形式见图5.9固定板固定凸模(凹模)要求固紧牢靠并有良好的垂直度。因此固定板必须有足够的厚度。可按下列经验公式计算。

对于凹模固定板 H=(0.6~0.8)H0 对于凸模固定板 H=(1~1.5)D

经分析计算,凸模固定板的厚度取H=25㎜,凹模固定板的厚度取H=27㎜。凹模固定板形式及尺寸见图5.9。

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图5.9 固定板(下)

2. 垫板

考虑到推件装置在上模内挖窝,采用垫板加固,凸模垫板厚度取H=15㎜,凹模垫板取H=30㎜。

3. 模柄

模柄选取凸缘模柄以螺钉固定的形式,按GB2862/3/81,选B50×100,材料为Q235。 4. 螺钉和销钉

螺钉按照国家标准选取,固定模柄的螺钉按GB70/76,选M8×25共3枚;固定上垫板和凸模固定板和固定凹凸模上模的螺钉按GB70/76选取,M12×120共1枚、;卸料螺钉按GB2867/5/81,选M16×130共1枚;固定凹模固定板和下模座的螺钉按GB70/76,选M12×81共1枚。

5.5 导向零件

导向零件主要是指导柱和导套。由于导柱模广泛应用,故导柱、导套已标准化,它和上、下模板组成了标准模架,设汁时可参考冷冲模标难选用。此次设计所给定的工件图形精度要求高,所以选用滚珠导柱导向,按

H6精度配合,这样才能较好的保证制件h5的制造精度。导柱、导套的选取按照标准模架确定。导柱、滚珠、导套间不但没有间隙而且有0.01~0.02mm的过盈量,即d导柱?2d滚珠?D导套?滚珠装在保持(0.01?0.02)mm。

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架内,为了减少磨损保持架的滚珠做成倾角?。(一般取5?、6?54′和26?几种)。为厂保证均匀接触,滚珠要求严格,应挑选同一直径、公差不超过0.003㎜的滚珠。

所有的零件到此已经确定,模具的闭合高度也可以通过计算得出。模具的闭合高度应为上模板、下模板、凸模、凹模、固定板、垫板等厚度的总和。即H0=50+60+30+80+20=240 mm

装配图如图5.10所示。

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本文来源:https://www.bwwdw.com/article/2l6p.html

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