本科毕业论文---电机炭刷架冷冲压模具设计.doc

电机炭刷架冷冲压模具设计摘要冷冲模是冲压加工工艺的装备之一，被广泛地运用在汽车、飞机、电机、仪表以及在国防工业中。冲压工艺具有生产效率高、生产成本低、材料利用率高、能成形复杂零件，适合大批量生产的优点，在某些领域已取代机械加工，并正逐步扩大其工艺范围。因此，冲压技术对发展生产、增强效率、更新产品等方面具有重要的作用。但同时，冲压技术的推广受到投入成本低，模具成本高，不适应中小生产规模的特点。但是总的说来，随着我国经济实力的进一步加强，模具行业，包括冷压模一定会得到更普及地应用冷冲模的设计包括冲裁模设计、弯曲模设计、拉伸、胀形等模具的设计。冷冲模的设计也用到材料学、机械设计、工程材料、特种加工等方面的知识。因此它是一门综合性很强的学科。电机碳刷架的加工包括了冲孔、落料、和弯曲的加工。通过对冲孔模、落料模、弯曲模的学习，分析和比较了各加工工艺方案，完成了模具总体的结构分析，进行毛坯尺寸、排样、工序尺寸、冲压压力、压力中心、模具工作部分尺寸等工艺计算。绘制了装配草图并进行零部件初步选用设计,然后确定外形尺寸,选择冲压设备,绘制总的装配图和非标准的零件图。 在冲压模的设计过程中，还必须考虑到模具的成本，因此在进行选材，结构设计时，必须尽量不去设计形状复杂的结构，同时采用镶嵌式代替整体式的结构。针对模具的定位要求高的特点，在零件的设计中必须要有比较高的加工精度要求。总的一句话，必须在有高的模具寿命和满足加工精度要求的基础上，尽量降低模具材料的成本，简化模具的结构，这样才能有利于这个行业在我国的发展。 关键词:冲孔模、落料模、弯曲模、尺寸、冲裁模、装配图1 电机炭刷架冷冲压模具设计Abstract The Cold Stamping Die Design of the Brushless MotorAbstract：Cold punching mould that is used extensively among the all kinds die ,including punching hole mould, blanking die, bending mould, crooked model, conical die etc., The application of the cold punching die is more and more extensive in recent years. It is with low costs that there is the cold punchingly, product quality is steady, can process many kinds of performance , Part of the state. Its application and generallying receive the restriction in life-span of the mould and production safety,etc. at the same time . Author of this text proceed from rationality of the craft, analyse electrical machinery charcoal pastes up the structure of the shelf , Precision characteristic, and the control point in the course of processing, Consider and economize cost confirm electrical machinery charcoal brush blanking that shelf optimizes most process the process fully on the basis of satisfying the machining accuracy; And then pass the processing characteristic familiar with all kinds of moulds and inside structure, Finish the ensemble architecture analysis of the mould ; Author carry on blank size, arrange kind, process size, punching pressure, pressure in the center afterwards, mould work some size,etc. craft calculate, Strive to design the structure of every part of the mould and assembly relation with the best cost performance, Confirm the appearance of the mould on this basis, has finished the installation diagram and non-standard part picture. Confirm the type of the press and main parameter finally. Keyword: punching hole mould;blanking die;bending mould;punching press;punching machine. Keyword: mould;blanking die;bending mould;punching press;punching machineiii 目录1 前言 I 1.1 选题研究意义 I2.确定工件的工序方案 1 2,1长度方向的计算2 2.2宽度方向的计算 23.落料模的设计 2 3.1 冲裁件的工艺性 23.2 冲裁间隙3.3 凸凹模工作尺寸制造公差的确定.3.3.1 3.3.1凸凹模尺寸计算应遵循如下原则：33.3.2 凸凹模的工作尺寸的计算:43.4 冲裁力、卸料力和推件力的计算:3.4.1冲裁力的计算 .53.4.2 计算推件力F推： 53.4.3 计算卸料力F卸：63.5确定压力中心 排样、搭边与料宽3.5.1 排样7 3.5.2 搭边 73.5.3 条料宽度的确定 83.6 凸、凹模的设计3.6.1 凸模的设计 9 3.6.a 凸模强度 10 3.6.b压弯凸模的设计3.6.2 凹模的设计11a.凹模的刃口形式11b.凹模的外形及尺寸123.6.3 凸凹模的固定方法 a.凸模的固定12 b.凹模的固定123.7 定位零件的设计与选用3.7.1导料板的选用 123.7.2侧刃的选择 12I 3.8 模架的尺寸和结构形式3.8.1 模架的结构形式123.8.2 模架的尺寸123.9 卸料零件3.9.1 卸料板的选择133.9.2 卸料螺钉133.9.3 弹压装置的选用133.10 压力机的选择3.10.1 压力机的公称压力 133.10.2 压力机的各参数选择 133.11 导向零件. 133.12 落料模的说明 144 冲孔模的设计 4.1 冲裁件的工艺性14 4.1 冲裁件的工艺性 144.1.1 冲裁体的尺寸精度和断面粗糙度 144.2 冲裁间隙 144.3 凸凹模工作部分尺寸与公差 154.3.1 冲孔部分刃口计算 154.3.2 用配合加工法的尺寸计算 154.5冲裁工艺力的确定 154.5 冲模的压力中心的确定 164.6 定位装置 164.7 卸料装置 164.7.1 弹压卸料板的设计164.7.2 卸料螺钉的结构形式卸料螺钉的设计 174.7.3 卸料板弹簧安装方法与有关尺寸 174.8 漏料孔 184.9 模架的结构形式和有关尺寸 184.9.1 模架的有关尺寸 184.10 导向零件. 184.10.1 导柱、导套的尺寸结构 194.10.2 导料销的选择194.10.3 螺钉及销钉的选择 194.11压力机的选择与模具的安装194.11.1 作用在模柄上的冲裁力必须不小于P204.11.2 各压力机的各参数选择204.11.3 模具的安装204.12 说明5 第一道弯曲模设计 215.1 弯曲件的工艺性 215.1.1 最小弯曲半径.215.1.2 弯曲件的直边高度 21III 5.1.3 弯曲件孔边距离 215.1.4 弯曲件的精度 215.2 弯曲件的回弹5.2.1 影响回弹的因素 215.2.2 回弹角的大小 215.2.3 减少回弹角的措施 215.3 弯曲力的计算5.3.1 弯曲力的大小 225.3.3 弯曲时压力机公称压力的确定 225.4 弯曲模的间隙5.5 弯曲模工作部分尺寸计算 235.5.1 凸模圆角半径 235.5.2 凹模圆角半径 235.5.3 凸、凹模工作部分的尺寸与公差 235.6 压力机的选择5.6.1 压力机的公称压力 235.6.2 压力机各参数 235.7 模架的设计与有关尺寸5.7.1 模架的结构形式 245.7.2 模架的有关尺寸 245.8 导向零件5.8.1 导柱、导套的尺寸、结构 145.9 顶出机构5.9.1 顶板与凹模的配合.255.9.2 顶板的尺寸 255.10 模具的安装 5.10.1 模具安装的注意事项 265.10.2 模具安装的一般次序 266 最后一道弯曲模设计6.1 弯曲件的工艺性 276.1.1 弯曲件如图所示： 276.1.2 最小弯曲半径 276.1.3 弯曲件直边高度 276.1.4 弯曲件的精度 276.2 弯曲件的回弹.6.2.1 影响回弹的因素 286.2.2 回弹角的大小 286.2.3 减小回弹的措施 286.3 弯曲力的计算6.3.1 弯曲力的大小通常采用经验公式 286.3.2 顶件力或压料力F1 29III 6.3.3 弯曲时压力机公称压力的确定296.4 弯曲模的间隙6.5 弯曲模工作部分尺寸计算.6.5.1 凸模圆角半径rp296.5.2 凹模圆角半径rd及凹模深度L29 6.5.3 凸、凹模工作部分的尺寸公差 296.6 压力机的选择306.7 模架的设计与有关尺寸306.8 顶出机构. 306.9 模具的安装316.9.1模具安装的注意事项 316.9.2模具安装的一般次序 317. 结论与展望 328. 致谢 339. 参考文献 34V 电机炭刷架冷冲压模具设计1 确定件的工序方案 根据工件的形状.材料.厚度及实际加工的需要,生产工件的工序过程如下: 1. 从板料上冲出落料件(该落料件即为弯曲体的展开图的外轮廓形体。根据弯曲体的展开尺寸,设计出冲模,将所需工件冲下。所冲工件如图所示： 2第一次冲孔，冲五个间距要求不太高的圆孔。（这五个圆孔如上图所示的五处分布）。 3第二次冲孔，冲方孔。 4第一次弯曲，选弯曲复杂部分，即如上图所示的a. b部分。 5第二次弯曲，弯曲两边，即U形弯曲。弯折线如上图中虚线所示。 6第三次弯曲，弯曲中间，弯折线如上图红线所示。. 第三次冲孔，此乃最后一道工序，因为此两孔间距要求较高，如果放在其它工序中冲，则可能影响定位要求，故最后工序冲此两孔比较合适。39 电机炭刷架冷冲压模具设计2弯曲件的展开尺寸2.1长度方向上的计算： 表-r/t0.250.30.40.5K0.310.320.350.37根据r/t=0.25查表得此中性层系数k=0.31。 L圆弧=2P/360 =（r+kt） =90（0.5+0.312） =1.7627(mm)L直线=10.5+9+14.5+342 =102(mm) 长度方向上展开总长度为： 4L圆弧+L直线=41.7627+102=109(mm)2.2 宽度方向上的计算： 根据r/t=0.5查表得中性层系数k=0.37 L圆弧=（r+kt）/180 =90（1+0.372） =2.7318(mm) L直线=11+10=21(mm) L1= L直线+ L圆弧=21+2.731823.73(mm)另一边: L直线=11+31=42(mm) L2=L直线+L圆弧=42+2.7318=44.73(mm)3 落料模的设计3.1冲裁件的工艺性 3.1.1冲裁体的精度应该在经济范围内进行选择,在本冲裁中,属于一般性常见的普通冲裁,因此精度应选择在IT12IT14极（）。 3.1.2毛刺毛刺的高度与冲裁方式，材料，厚度有关，正常冲裁中的毛刺高度为: a 试模时0.05mm b 生产时0.15mm3.2 冲裁间隙 确定冲裁间隙的原则是：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上取得；冲孔时，因孔的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。 根据经验公式确定合理冲裁间隙： c=mt冲裁间隙系数m=20% c=mt =20%2=0.4(mm)3.3 凸凹模工作尺寸制造公差的确定 3.3.1凸凹模尺寸计算应遵循如下原则：落料时，先确定凹模刃口尺寸，其大小应取接近或等于制件的最小极限尺寸,以保证凹模在磨损到一定的尺寸范围内也能冲出合格制件。凸模刃口的基本尺寸应比凹模刃口基本尺寸小一个最小合理间隙。 3.3.2 凸凹模的工作尺寸的计算:弯曲体的展开图的形状比较复杂,材料厚度不太厚,因此,凸凹模的工作尺寸应配合加工法进行计算。冲裁凸凹模间隙如下: Zmax=0.36mm Zmin=0.246mm 未注公差的按IT14级计算 当尺寸为23.73mm时,公差为0.52mm, x=0.5; 当尺寸为12mm时,公差为0.43mm, x=0.5; 当尺寸为44.73mm时,公差为0.62mm, x=0.5; 当尺寸为9.5mm和9.73mm时,公差为0.36mm, x=0.5; 当尺寸为13.76mm时,公差为0.43mm, x=0.5; 当尺寸为R5时,公差为0.3mm, x=0.75; 当尺寸为109mm时,公差为0.87mm, x=0.5; 当尺寸为12mm时,公差为0.43mm, x=0.5; 其余x=0.75 用配合加工法时,应当以凹模为基准,凹模尺寸的计算公式如下表:尺寸分类凹模魔损后尺寸变化制件尺寸凸模尺寸凹模尺寸落料 增 大 D 按凹模尺寸配合加工保证双面间隙D凹=(D-x) 减 小 dD凹=(d+x) 不 变 L/2L凹=L凹/2 注:取凹=/4 参照上表,本设计落料凹模的计算结果如下表:凹模磨损后尺寸变化制件按入体原则变化后尺寸计算 公式计 算 凹模尺寸 增 大12D凹=(D-X)D凹=(12-0.50.43) =11.7911.79 23.73D凹=（23.73-0.50.52） =23.4723.47 44.73D凹=（44.73-0.50.62） =44.4244.424D凹=（4-0.750.3） =3.783.7828.3D凹=（28.3-0.20.75） =28.228.25.5D凹=（5.5-0.750.3） =5.285.2852.5D凹=（52.5-10.2） =52.352.39.5D凹=（9.5-0.750.36） =9.239.235D凹=（5-0.750.3） =4.784.78不 变13.5450.215L凹=L凹/2L凹=13.5450.43/8 =13.50.0513.50.05180.15L凹=180.3/8=180.0375180.0375落料凸模的基本尺寸与凹模相同,但不必标注公差。 注明:以0.2460.36mm间隙配制。3.4 冲裁力、卸料力和推件力的计算: 3.4.1冲裁力的计算由于该冲模采用的是弹性卸料装置和下出件方式，故总的冲压力为： F = F+F+F+F （1） 平刃口模具冲裁时，考虑刃口磨损和材料厚度及力学性能波动等因素，实际冲裁力可能增大，所以： F冲=1.3Lt （2） 式中：L - 冲裁件周长，mm； t - 材料厚度，mm； - 材料抗剪强度，Mpa。根据=260360,取=300。L为工件的周长L=304.92(mm)。F冲 =1.3Lt =1.3300304.924 =237837.6(N) L为冲孔件的周长： L=5d=53.143=47.123(mm) F冲=1.330047.1232 =36755.55（N）切断板材所用力： （3） F切 =KLt =1.3(10+5+92+10.212+10)1.5300 =55879(N) 3.4.2 计算推件力F推： 由 F推 =K推F冲 （4） 查表2 取K推 =0.03 F推 =K推F冲 =0.03237837.6 =7135.128(N) 3.4.3 计算卸料力F卸： 由 F卸 =K卸F冲 （5） 查表2 K卸 =0.02 F卸 =K卸F冲 =0.02237837.6 =4696.75(N)所以总的冲压力为： F总 =F冲+F切+F推+F卸 =237837.6+36755.55+55879+7135.128+4696.75 =342364.03（N）表2 -2 双面间隙 卸料力系数 推件力系数对应表双面间隙（）t.（）t.（）t. F卸=K卸F冲 查表 K卸=0.02 F卸=K卸F冲 =0.02237837.6 =4756.75(N)3.5 确定压力中心要使冲压模具正常地工作，必须使压力中心与模柄的中心线重合，从而使压力中心与所选冲压设备滑块的中心相重合。否则在冲压时将会产生弯矩，使冲压设备的滑块和模具发生歪斜，引起凸、凹模间隙不均匀，刃口迅速变钝，并使冲压设备和模具的导向机构产生不均匀没磨损，降低模具和压力机的使用寿命。由于各个圆孔的压力中心在各自的圆心,所以总压力中心通过几何作图法即为该规则图形的几何中心。每三个圆心组成一个三角形，找出其重心，这样可以找出三个重心，再由这三个重心组成一个三角形，最后一个重心即为总的压力中心。 F冲=1.3Lt=260360（）,取=300。L为工件的周长 L=304.92(mm)。冲裁力F冲=1.3Lt=1.3300304.924=237837.6(N) 3.5 排样、搭边与料宽 3.5.1 排样排样是指冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法。排样是否合理,影响到材料的利用率、冲模结构、冲裁件的质量和生产率，同时，合理的排样和选择适当的搭边指，是降低成本、保证工件质量和延长模具寿命的有效措施。根据所冲的落料件的形状采用搭边排样中的平行排。其排样图如图排样所示： 图3-1 排样图 3.5.2 搭边 搭边是指排样时工件之间及工件与条料侧边之间留下的余料。其作用是补偿定位误差,保证冲出合格的工件；保持条料有一定的刚度，便于送料。搭边值的大小与下列因素有关：1）材料的力学性能；2）工件的形状与尺寸；3）材料厚度；4）手工送料、有侧压装置的模具，搭边值要小一些。根据材料的厚度t=2由9查得工件与工件之间的搭边值a=2mm,工件与料边的搭边值为a=2.2mm。 3.5.3 条料宽度的确定：B=109COS10.25+244.73sin10.25+22.2 =130(mm) 由于两边是采用侧刃控制送料步距，所以适当放宽，条料的宽度采用132.2mm3.6 凸、凹模的设计 3.6.1 凸模的设计a.固定部分：由于所冲工件形状较复杂，并且要求具有防转要求，所以固定部分根据要求，设计成如图所示的形式，这样，不仅解决了防转问题，而且还节约了材料。 b.台阶部分起防止凸模被拉下的作用，即承受卸料力的作用，其尺寸在此固定部分长23mm左右。 c.工作部分 工作部分的尺寸前面已标注。由于其形状复杂，加工时采用仿形刨。 d.凸模长度的计算 L=h1+h2+h3+h其中：L为凸模长度 h1为凸模固定板厚度，取25mm; h2为卸料板厚度，取15mm; h3为导料板厚度，取5mm; h为附加长度，一般取1020mm,这里取12mm 凸模总长 L=h1+h2+h3+h =25+15+5+12=57 选取的凸模长度为80mm48mm，符合要求 图5 冲孔凸模图中标注字母 数据（mm） 图中标注字母 数据（mm）d 5 d 12D 8 D 16D1 11 D1 19I 15 I 18h 3 h 3L 80 L 80表3-1 冲孔凸模的各项数据 图6 凸模固定形式 3.6.2 凸模强度的校核(1）一般情况下，凸模的强度是足够的，没有必要作强度校核。但对于特别细长的凸模或小凸模冲厚而硬的材料时，必须进行凸模承压能力和抗纵向弯曲能力的校验。(2）承压能力的校核。冲裁时，凸模承受压应力 ，必须小于凸模材料的许用压应力： = （12） 对圆形凸模，由上式可得： dd= （13）式子 d 凸模最小直径（mm）； T 料厚（mm）； 材料抗剪强度（MPa）； F 冲裁力（N）； A凸模最小截面积（mm）； N 积聚在凹模型孔内的零件数。按式（23）：d=最小凸模直径5.15mm2.744mm，故满足强度要求。 3.6.3压弯凸模的设计由于压弯凸模的截面为非标准截面，所以其外形及尺寸应根据经验自行设计；设计图形如下： 图7 压弯凸模选用材料Cr12MoV; 热处理：HRC 5862，尾部回火HRC 4050；压弯凸模的各项数据如图7所示。3.6.2 凹模的设计