電機(jī)炭刷架冷沖壓模具設(shè)計(jì)

i 摘要 冷沖模是沖壓加工工藝的裝備之一，被廣泛地運(yùn)用在汽車、飛機(jī)、電機(jī)、儀表以及在國防工業(yè)中。沖壓工藝具有生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低、材料利用率高、能成形復(fù)雜零件，適合大批量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，在某些領(lǐng)域已取代機(jī)械加工，并正逐步擴(kuò)大其工藝范圍。因此，沖壓技術(shù)對發(fā)展生產(chǎn)、增強(qiáng)效率、更新產(chǎn)品等方面具有重要的作用。但同時，沖壓技術(shù)的推廣受到投入成本低，模具成本高，不適應(yīng)中小生產(chǎn)規(guī)模的特點(diǎn)。但是總的說來，隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力的進(jìn)一步加強(qiáng)，模具行業(yè)，包括冷壓模一定會得到更普及地應(yīng)用 冷沖模的設(shè)計(jì)包括沖裁模設(shè)計(jì)、彎曲模設(shè)計(jì)、拉伸、脹形等 模具的設(shè)計(jì)。冷沖模的設(shè)計(jì)也用到材料學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、工程材料、特種加工等方面的知識。因此它是一門綜合性很強(qiáng)的學(xué)科。 電機(jī)碳刷架的加工包括了沖孔、落料、和彎曲的加工。通過對沖孔模、落料模、彎曲模的學(xué)習(xí)，分析和比較了各加工工藝方案，完成了模具總體的結(jié)構(gòu)分析，進(jìn)行毛坯尺寸、排樣、工序尺寸、沖壓壓力、壓力中心、模具工作部分尺寸等工藝計(jì)算。繪制了裝配草圖并進(jìn)行零部件初步選用設(shè)計(jì) ,然后確定外形尺寸 ,選擇沖壓設(shè)備 ,繪制總的裝配圖和非標(biāo)準(zhǔn)的零件圖。 在沖壓模的設(shè)計(jì)過程中，還必須考慮到模具的成本，因此在進(jìn)行選材，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 時，必須盡量不去設(shè)計(jì)形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，同時采用鑲嵌式代替整體式的結(jié)構(gòu)。針對模具的定位要求高的特點(diǎn)，在零件的設(shè)計(jì)中必須要有比較高的加工精度要求?？偟囊痪湓?，必須在有高的模具壽命和滿足加工精度要求的基礎(chǔ)上，盡量降低模具材料的成本，簡化模具的結(jié)構(gòu)，這樣才能有利于這個行業(yè)在我國的發(fā)展。 關(guān)鍵詞 :沖孔模、落料模、彎曲模、尺寸、沖裁模、裝配圖 ii Abstract The Cold Stamping Die Design of the Brushless Motor Abstract： 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 machine I 目錄 1 前言 I 1.1 選題研究意義 I 2.確定工件的工序方案 1 2,1 長度方向的計(jì)算 2 2.2 寬度方向的計(jì)算 2 3.落料模 的設(shè)計(jì) 2 3.1 沖裁件的工藝性 2 3.2 沖裁間隙 3.3 凸凹模工作尺寸制造公差的確定 . 3.3.1 3.3.1 凸凹模尺寸計(jì)算應(yīng)遵循如下原則： 3 3.3.2 凸凹模的工作尺寸的計(jì)算 : 4 3.4 沖裁力、卸料力和推件力的計(jì)算 : 3.4.1 沖裁力的計(jì)算 .5 3.4.2 計(jì)算推件力 F 推 ： 5 3.4.3 計(jì)算卸料力 F 卸 ： 6 3.5 確定壓力中心 排樣、搭邊與料寬 3.5.1 排樣 7 3.5.2 搭邊 7 3.5.3 條料寬度的確定 8 3.6 凸、凹模的設(shè)計(jì) 3.6.1 凸模的設(shè)計(jì) 9 3.6.a 凸模強(qiáng)度 10 3.6.b 壓彎凸模的設(shè)計(jì) 3.6.2 凹模的設(shè)計(jì) 11 a.凹模的刃口形式 11 b.凹模的外形及尺寸 12 3.6.3 凸凹模的固定方法 a.凸模的固定 12 b.凹模的固定 12 3.7 定位零件的設(shè)計(jì)與選用 3.7.1導(dǎo)料板的選用 12 3.7.2側(cè)刃的選擇 12 II 3.8 模架的尺寸和結(jié)構(gòu)形式 3.8.1 模架的結(jié)構(gòu)形式 12 3.8.2 模架的尺寸 12 3.9 卸料零件 3.9.1 卸料板的選擇 13 3.9.2 卸料螺釘 13 3.9.3 彈壓裝置的選用 13 3.10 壓力機(jī)的選擇 3.10.1 壓力機(jī)的公稱壓力 13 3.10.2 壓力機(jī)的各參數(shù)選擇 13 3.11 導(dǎo)向零件 . 13 3.12 落料模的說明 14 4 沖孔模的設(shè)計(jì) 4.1 沖裁件的工藝性 14 4.1 沖裁件的工藝性 14 4.1.1 沖裁體的尺寸精度和斷面粗糙度 14 4.2 沖裁間隙 14 4.3 凸凹模工作部分尺寸與公差 15 4.3.1 沖孔部分刃口計(jì)算 15 4.3.2 用配合加工法的尺寸計(jì)算 15 4.5 沖裁工藝力的確定 15 4.5 沖模的壓力中心的確定 16 4.6 定位裝置 16 4.7 卸料裝置 16 4.7.1 彈壓卸料板的設(shè)計(jì) 16 4.7.2 卸料螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式 卸料螺釘?shù)脑O(shè)計(jì) 17 4.7.3 卸料板彈簧安裝方法與有關(guān)尺寸 17 4.8 漏料孔 18 4.9 模架的結(jié)構(gòu)形式和有關(guān)尺寸 18 4.9.1 模架的有關(guān)尺寸 18 4.10 導(dǎo)向零件 . 18 4.10.1 導(dǎo)柱、導(dǎo)套的尺寸結(jié)構(gòu) 19 4.10.2 導(dǎo)料銷的選擇 19 4.10.3 螺釘及銷釘?shù)倪x擇 19 4.11 壓力機(jī)的選擇與模具的安裝 19 4.11.1 作用在模柄上的沖裁力必須不小于 P 20 4.11.2 各壓力機(jī)的各參數(shù)選擇 20 4.11.3 模具的安裝 20 4.12 說明 5 第一道彎曲模設(shè)計(jì) 21 5.1 彎曲件的工藝性 21 5.1.1 最小彎曲半徑 .21 5.1.2 彎曲件的直邊高度 21 III 5.1.3 彎曲件孔邊距離 21 5.1.4 彎曲件的精度 21 5.2 彎曲件的回彈 5.2.1 影響回彈的因素 21 5.2.2 回彈角的大小 21 5.2.3 減少回彈角的措施 21 5.3 彎曲力的計(jì)算 5.3.1 彎曲力的大小 22 5.3.3 彎曲時壓力機(jī)公稱壓力的確定 22 5.4 彎曲模的間隙 5.5 彎曲模工作部分尺寸計(jì)算 23 5.5.1 凸模圓角半徑 23 5.5.2 凹模圓角半徑 23 5.5.3 凸、凹模工作部分的尺寸與公差 23 5.6 壓力機(jī)的選擇 5.6.1 壓力機(jī)的公稱壓力 23 5.6.2 壓力機(jī)各參數(shù) 23 5.7 模架的設(shè)計(jì)與有關(guān)尺寸 5.7.1 模架的結(jié)構(gòu)形式 24 5.7.2 模架的有關(guān)尺寸 24 5.8 導(dǎo)向零件 5.8.1 導(dǎo)柱、導(dǎo)套的尺寸 、結(jié)構(gòu) 14 5.9 頂出機(jī)構(gòu) 5.9.1 頂板與凹模的配合 .25 5.9.2 頂板的尺寸 25 5.10 模具的安裝 5.10.1 模具安裝的注意事項(xiàng) 26 5.10.2 模具安裝的一般次序 26 6 最后一道彎曲模設(shè)計(jì) 6.1 彎曲件的工藝性 27 6.1.1 彎曲件如圖所示： 27 6.1.2 最小彎曲半徑 27 6.1.3 彎曲件直邊高度 27 6.1.4 彎曲件的精度 27 6.2 彎曲件的回彈 . 6.2.1 影響回彈的因素 28 6.2.2 回彈角的大小 28 6.2.3 減小回 彈的措施 28 6.3 彎曲力的計(jì)算 6.3.1 彎曲力的大小通常采用經(jīng)驗(yàn)公式 28 6.3.2 頂件力或壓料力 F1 29 IV 6.3.3 彎曲時壓力機(jī)公稱壓力的確定 29 6.4 彎曲模的間隙 6.5 彎曲模工作部分尺寸計(jì)算 . 6.5.1 凸模圓角半徑 rp 29 6.5.2 凹模圓角半徑 rd 及凹模深度 L 29 6.5.3 凸、凹模工作部分的尺寸公差 29 6.6 壓力機(jī)的選擇 30 6.7 模架的設(shè)計(jì)與有關(guān)尺寸 30 6.8 頂出機(jī)構(gòu) . 30 6.9 模具的安裝 31 6.9.1 模具安裝的注意事項(xiàng) 31 6.9.2 模具安裝的一般次 序 31 7. 結(jié)論 與展望 32 8. 致謝 33 9. 參考文獻(xiàn) 34 電機(jī)炭刷架冷沖壓模具設(shè)計(jì) 1 1 確定件的工序方案 根據(jù)工件的形狀 .材料 .厚度及實(shí)際加工的需要 ,生產(chǎn)工件的工序過程如下 : 1. 從板料上沖出落料件 (該落料件即為彎曲體的展開圖的外輪廓形體。根據(jù)彎曲體的展開尺寸 ,設(shè)計(jì)出 沖模 ,將所需工件沖下。所沖工件如圖所示： 2第一次沖孔，沖五個間距要求不太高的圓孔。（這五個圓孔如上圖所示的五處分布）。 3第二次沖孔，沖方孔。 4第一次彎曲，選彎曲復(fù)雜部分，即如上圖所示的 a. b 部分。 5第二次彎曲，彎曲兩邊，即 U 形彎曲。彎折線如上圖中虛線所示。 6第三次彎曲，彎曲中間，彎折線如上圖紅線所示。 . 第三次沖孔，此乃最后一道工序，因?yàn)榇藘煽组g距要求較高，如果放在其它工序中沖，則可能影響定位要求 ，故最后工序沖此兩孔比較合適。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 2 彎曲件的展開尺寸 2.1 長度方向上的計(jì)算 ： 表 - r/t 0.25 0.3 0.4 0.5 K 0.31 0.32 0.35 0.37 根據(jù) r/t=0.25 查表 9 得此中性層系數(shù) k=0.31。 L 圓弧 =2P/360 =（ r+kt） =90（ 0.5+0.312） =1.7627(mm) L 直線 =10.5+9+14.5+342 =102(mm) 長度方向上展開總長度為： 4L 圓弧 +L 直線 =41.7627+102=109(mm) 2.2 寬度方向上的計(jì)算 ： 根據(jù) r/t=0.5 查表 9 得中性層系數(shù) k=0.37 L 圓弧 =（ r+kt） /180 =90（ 1+0.372） =2.7318(mm) L 直線 =11+10=21(mm) L1= L 直線 + L 圓弧 =21+2.731823.73(mm) 另一邊 : L 直線 =11+31=42(mm) L2=L 直線 +L 圓弧 =42+2.7318=44.73(mm) 電機(jī)炭刷架冷沖壓模具設(shè)計(jì) 3 3 落料模的設(shè)計(jì) 3.1 沖裁件的工 藝性 3.1.1 沖裁體的精度應(yīng)該在經(jīng)濟(jì)范圍內(nèi)進(jìn)行選擇 ,在本沖裁中 ,屬于一般性常見的普通沖裁 ,因此精度應(yīng)選擇在 IT12IT14 極 9 （ 41 ）。 3.1.2 毛刺 毛刺的高度與沖裁方式，材料，厚度有關(guān)，正常沖裁中的毛刺高度為 : a 試模時 0.05mm b 生產(chǎn)時 0.15mm 3.2 沖裁間隙 確定沖裁間隙的原則是：落料時，因制件尺寸隨凹 模尺寸而定，故間隙應(yīng)在減小凸模尺寸上取得；沖孔時，因孔的尺寸隨凸模尺寸而定，故間隙應(yīng)在增大凹模尺寸的方向上取得。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式確定合理沖裁間隙： c=mt 9 沖裁間隙系數(shù) m=20% c=mt =20%2 =0.4(mm) 3.3 凸凹模工作尺寸制造公差的確定 3.3.1 凸凹模尺寸計(jì)算應(yīng)遵循如下原則 ： 落料時，先確定凹模刃口尺寸，其大小應(yīng)取接近或等于制件的最 小極限尺寸 ,以保證凹模在磨損到一定的尺寸范圍內(nèi)也能沖出合格制件。凸模刃口的基本尺寸應(yīng)比凹模刃口基本尺寸小一個最小合理間隙。 3.3.2 凸凹模的工作尺寸的計(jì)算 : 彎曲體的展開圖的形狀比較復(fù)雜 ,材料厚度不太厚 ,因此 ,凸凹模的工作尺寸應(yīng)配合加工法進(jìn)行計(jì)算。 沖裁凸凹模間隙如下 : Zmax=0.36mm Zmin=0.246mm 未注公差的按 IT14 級計(jì)算 當(dāng)尺寸為 23.73mm 時 ,公差為 0.52mm, x=0.5； 當(dāng)尺寸為 12mm 時 ,公差為 0.43mm, x=0.5； 當(dāng)尺寸為 44.73mm 時 ,公差為 0.62mm, x=0.5； 當(dāng)尺寸為 9.5mm 和 9.73mm 時 ,公差為 0.36mm, x=0.5； 當(dāng)尺寸為 13.76mm 時 ,公差為 0.43mm, x=0.5； 當(dāng)尺寸為 R5 時 ,公差為 0.3mm, x=0.75； 當(dāng)尺寸為 109mm 時 ,公差為 0.87mm, x=0.5； 當(dāng)尺寸為 12mm 時 ,公差為 0.43mm, x=0.5； 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 其余 x=0.75 用配合加工法時 ,應(yīng)當(dāng)以凹模為基準(zhǔn) ,凹模尺寸的計(jì)算公式如下表 : 尺寸分類 凹模魔損后 尺寸變化 制件尺寸 凸模尺寸 凹模尺寸 落 料 增 大 D0 按凹模尺寸 配合加工保 證雙面間隙 D 凹 =(D-x)凹0 減 小 d0 D 凹 =(d+x)0凹 不 變 L/2 L 凹 =L 凹 /2 注 :取 凹 =/4 參照上表 ,本設(shè)計(jì)落料凹模的計(jì)算結(jié)果如下表 : 凹模磨損 后尺寸變化 制件按入體原 則變化后尺寸 計(jì)算 公式 計(jì) 算 凹模尺寸 增 大 120043.0 D 凹 = (D-X) D 凹 =(12-0.50.43) 4/43.00 =11.79 11.00 11.79 11.00 23.73052.0 D 凹 =（ 23.73-0.50.52） 4/52.00 =23.47 13.00 23.47 13.00 44.73062.0 D 凹 =（ 44.73-0.50.62） 4/62.00 =44.42 155.00 44.42 155.00 403.0 D 凹 =（ 4-0.750.3） 4/3.00 =3.78 08.00 3.78 08.00 28.302.0 D 凹 =（ 28.3-0.20.75） 4/2.00 =28.2 05.00 28.2 05.00 5.503.0 D 凹 =（ 5.5-0.750.3） 4/3.00 =5.28 08.00 5.28 08.00 52.502.0 D 凹 =（ 52.5-10.2） 4/2.00 =52.3 05.00 52.3 05.00 電機(jī)炭刷架冷沖壓模具設(shè)計(jì) 5 9.5036.0 D 凹 =（ 9.5-0.750.36） 4/36.00 =9.23 09.00 9.23 09.00 503.0 D 凹 =（ 5-0.750.3） 4/3.00 =4.78 08.00 4.78 08.00 不 變 13.5450.215 L 凹 =L 凹 /2 L 凹 =13.5450.43/8 =13.50.05 13.50.05 180.15 L 凹 =180.3/8=180.0375 180.0375 落料凸模的基本尺寸與凹模相同 ,但不必標(biāo)注公差。 注明 :以 0.246 0.36mm 間隙配制。 3.4 沖裁力、卸料力和推件力的計(jì)算 : 3.4.1 沖裁力的計(jì)算 由于該沖模采用的是彈性卸料裝置和下出件方式，故總的沖壓力 2 為 ： F總 = F沖+F切+F卸+F推 （ 1） 平刃口模具沖裁時，考慮刃口磨損和材料厚度及力學(xué)性能波動等因素，實(shí)際沖裁力可能增大， 所以： F 沖 =1.3Lt 1 （ 2） 式中： L - 沖裁件周長， mm； t - 材料厚度， mm； - 材料抗剪強(qiáng)度， Mpa。 根據(jù) =260 360 9 ,取 =300。 L 為工件的周長 L=304.92(mm)。 F 沖 =1.3Lt =1.3300304.924 =237837.6(N) L 為沖孔件的周長： L=5d=53.143=47.123(mm) F 沖 =1.330047.1232 =36755.55（ N） 切斷板材所用力： （ 3） F 切 =KLt 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 =1.3(10 +5 +92+10.212+10)1.5300 =55879(N) 3.4.2 計(jì)算推件力 F 推 ： 由 F 推 =K 推 F 沖 9 （ 4） 查表 2 9 取 K 推 =0.03 F 推 =K 推 F 沖 =0.03237837.6 =7135.128(N) 3.4.3 計(jì)算卸料力 F 卸 ： 由 F 卸 =K 卸 F 沖 9 （ 5） 查表 2 9 K 卸 =0.02 F 卸 =K 卸 F 沖 =0.02237837.6 =4696.75(N) 所以總的沖壓力為： F 總 =F 沖 +F 切 +F 推 +F 卸 =237837.6+36755.55+55879+7135.128+4696.75 =342364.03（ N） 表 2 -2 雙面間隙 卸料力系數(shù) 推件力系數(shù)對應(yīng) 表 雙面間隙 卸 推 （） t . . . . （） t . . . . （） t . . . . F 卸 =K 卸 F 沖 9 查表 9 K 卸 =0.02 F 卸 =K 卸 F 沖 =0.02237837.6 =4756.75(N) 電機(jī)炭刷架冷沖壓模具設(shè)計(jì) 7 3.5 確定壓力中心 要使沖壓模具正常地工作，必須使壓力中心與模柄的中心線重合，從而使壓力中心與所選沖壓設(shè)備滑塊的中心相重合。否則在沖壓時將會產(chǎn)生彎矩，使沖壓設(shè)備的滑塊和模具發(fā)生歪斜，引起凸、凹模間隙不均勻，刃口迅速變鈍，并使沖壓設(shè)備和模具的導(dǎo) 向機(jī)構(gòu)產(chǎn)生不均勻沒磨損，降低模具和壓力機(jī)的使用壽命。 2 由于各個圓孔的壓力中心在各自的圓心 ,所以總壓力中心通過幾何作圖法即為該規(guī)則圖形的幾何中心。每三個圓心組成一個三角形，找出其重心，這樣可以找出三個重心，再由這三個重心組成一個三角形，最后一個重心即為總的壓力中心。 F 沖 =1.3Lt 1 =260 360 9 （19） ,取 =300。 L 為工件的周長 L=304.92(mm)。 沖裁力 F 沖 =1.3Lt =1.3300304.924 =237837.6(N) 3.5 排樣、搭邊與料寬 3.5.1 排樣 排樣是指沖裁件在條料、帶料或板料上的布置方法。排樣是否合理 ,影響到材料的利用率、沖模結(jié)構(gòu)、沖裁件的質(zhì)量和生產(chǎn)率，同時，合理的排樣和選擇適當(dāng)?shù)拇钸呏?，是降低成本、保證工件質(zhì)量和延長模具壽命的有效措施。 根據(jù)所沖的落料件的形狀采用搭邊排樣中的平行排。其排樣圖如圖排樣所示： 圖 3-1 排樣圖 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 3.5.2 搭邊 搭邊是指排樣時工件之間及工件與條料側(cè)邊之間留下的余料。其作用是補(bǔ)償定位誤差 ,保證沖出合格的工件；保持條料有一定的剛度，便于送料。 搭邊值的大小與下列因素有關(guān)： 1）材料的力學(xué)性能； 2）工件的形狀與尺寸； 3）材料厚度； 4）手工送料、有側(cè)壓裝置的模具，搭邊值要小一些。 根據(jù)材料的厚度 t=2 由 9查得工件與工件之間的搭邊值 a=2mm,工件與料邊的搭邊值為 a=2.2mm。 3.5.3 條料寬度的確定 ： B=109COS10.25+244.73sin10.25+22.2 =130(mm