電機(jī)定子片復(fù)合沖模設(shè)計(jì)及仿真論文

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-PAGEII--PAGEII-電機(jī)定子片復(fù)合沖模設(shè)計(jì)及仿真摘要模具技術(shù)已成為衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平的重要標(biāo)志之一，沒(méi)有高水平的模具就沒(méi)有高水平的產(chǎn)品已成為共識(shí)。板料沖壓是金屬塑性加工的一種基本方法，它用以生產(chǎn)各種板料零件，具有生產(chǎn)效率高、尺寸精度好、重量輕、成本低、并易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化等特點(diǎn)。本文著重介紹電機(jī)定子沖裁模具的設(shè)計(jì)過(guò)程，通過(guò)具體計(jì)算沖壓過(guò)程中的各個(gè)力，并搜集資料和文獻(xiàn)中的經(jīng)驗(yàn)公式以及推薦數(shù)值，從而合理地確定出凸凹模工作部分及其它輔助裝置的尺寸。由于沖壓模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平與制造精度決定了沖壓件的生產(chǎn)質(zhì)量，因此對(duì)該套模具的各部分配合精度也有很高的要求。此次設(shè)計(jì)還包括運(yùn)用AutoCAD軟件繪制模具裝配圖及主要零件圖，利用Unigraphics軟件進(jìn)行三維實(shí)體造型設(shè)計(jì)及其動(dòng)畫仿真過(guò)程。此外，凸凹模的加工選用電火花線切割加工，因此其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮了線切割加工方法的具體情況，避免了設(shè)計(jì)與加工之間的相互沖突，保證了生產(chǎn)的合理性。關(guān)鍵詞復(fù)合沖模；板料沖壓；凸凹模；動(dòng)畫仿真MotorStatorUnitCompositeDieDesignandSimulationAbstractDietechnologyhasbecomeameasurablelevelofnationalproductmanufacturingoneoftheimportantsigns.nohigh-levelmoldonnohigh-levelproductshasbecomeaconsensus.Sheetmetalplasticprocessingisabasicmethod.Itusedfortheproductionofsheetmetalcomponents.Withhighefficiency,goodaccuracysize,lightweight,lowcostandeasytomechanizationandautomationfeatures.Thispaperintroducesmotorstatorblankingdiedesignprocessthroughspecifictermsoftheprocessofstampingall,andtocollectinformationandliteratureandempiricalformularecommendedvaluethusreasonabletodefinesomepunchanddieworkandotherauxiliarydevicesize.Asstampingtoolingdesignandmanufactureofprecisionleveldecisionstampingpartsoftheproductionquality,Sothatsetsthemoldpartswithhighaccuracyrequirements.ThisdesignalsoincludestheuseofAutoCADsoftwaremappingdieassemblyandmajorpartsmapusingUnigraphicssoftwarefor3Dsolidmodelingandanimationdesignsimulationprocess.Inaddition,thepunchanddieprocessingchooseWEDM.SoconsiderthestructuraldesignofWEDMofthespecificmethodstoavoidtheconflictbetweendesignandprocessing,andguaranteetheproductionreasonable.Keywordscompositedie;sheet;punchanddie;simulationPAGEII---PAGEIV-目錄摘要 =1\*ROMANIAbstract =2\*ROMANII第1章緒論 11.1課題背景 11.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況 11.3課題的研究意義 2第2章模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 32.1沖壓加工的經(jīng)濟(jì)性 32.2復(fù)合模結(jié)構(gòu) 32.2.1復(fù)合模的優(yōu)缺點(diǎn) 32.2.2復(fù)合模的結(jié)構(gòu)形式 42.3沖模的結(jié)構(gòu)組成 42.3.1工作零件 42.3.2輔助裝置 52.3.3導(dǎo)向裝置 52.3.4支承零件 52.3.5緊固零件 52.4模具的材料確定 52.4.1工作零件的材料確定 52.4.2輔助零件的材料確定 62.5模具的總體設(shè)計(jì) 62.6本章小結(jié) 6第3章模具部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 73.1概述 73.2電機(jī)定子片零件 73.3沖壓件的工藝分析 73.4毛坯的尺寸計(jì)算 83.4.1排樣方式的選擇 83.4.2搭邊值的選擇 83.5壓力中心計(jì)算 83.6沖壓力的計(jì)算[3] 83.6.1落料力的計(jì)算 93.6.2沖孔力的計(jì)算 93.6.3卸料力和頂出力的計(jì)算 103.7沖壓設(shè)備的選用 113.8沖模零件與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 113.8.1工作零件 113.8.2導(dǎo)向裝置的選擇 143.8.3定位零件的選擇 143.8.4卸料，推、頂件裝置 153.8.5固定與支承零件 163.9本章小結(jié) 18第4章三維實(shí)體造型 194.1概述 194.2沖孔凸模的建模過(guò)程 194.2.1CAD到UG的轉(zhuǎn)化過(guò)程 194.2.2在UG中的建模部分 214.3本章小結(jié) 24第5章運(yùn)動(dòng)仿真 255.1概述 255.2模具的仿真過(guò)程 255.3本章小結(jié) 27結(jié)論 28致謝 29參考文獻(xiàn) 30附錄 31-PAGE10--PAGE31-緒論課題背景模具行業(yè)是技術(shù)、資金、勞動(dòng)密集的行業(yè)，模具工業(yè)不但為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)服務(wù)，而且其本身已成為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要組成部分。隨著時(shí)代的進(jìn)步和技術(shù)的不斷發(fā)展，這一特點(diǎn)今后的趨勢(shì)將是勞動(dòng)密集逐漸淡化，技術(shù)密集不斷深化。模具行業(yè)本身效益并不太好，但社會(huì)效益卻很大，帶動(dòng)作用十分明顯。國(guó)外有統(tǒng)計(jì)資料表明，模具與其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值比大致為1：100。模具可以為相關(guān)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)巨大效益。模具制造業(yè)是一種特殊的基礎(chǔ)工業(yè)，產(chǎn)品多樣，品種繁多，大都需要單件生產(chǎn)，且大都是針對(duì)特定用戶的，因而企業(yè)管理和工序安排都較復(fù)雜。并且中小企業(yè)比例很高。國(guó)外大部分模具企業(yè)都是職工在20人以下的小企業(yè)，按現(xiàn)在國(guó)家對(duì)企業(yè)類型的劃分標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)模具企業(yè)屬大型的只有為數(shù)不多的幾家，屬中型的只是很少的一小部分，絕大多數(shù)都屬小型企業(yè)[1]。以優(yōu)質(zhì)、高效、潔凈、靈活為特征的現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家較早得到發(fā)展與應(yīng)用。而在我國(guó)，多數(shù)工廠至今仍采用較落后的工藝及設(shè)備，與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，存在較大的差距。因此，重視和大力發(fā)展現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)對(duì)我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重大意義。然而，在沖壓生產(chǎn)活動(dòng)中，沖壓模具作為沖壓工藝的具體執(zhí)行工具，自然倍受重視，那么沖壓模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平與制造精度也就成了保證沖壓制件加工質(zhì)量的關(guān)鍵。因此，開(kāi)發(fā)和推廣冷沖壓生產(chǎn)工藝，必須高標(biāo)準(zhǔn)地超前攻克沖模技術(shù)，從而設(shè)計(jì)精確合理的沖模設(shè)備也就成了促進(jìn)現(xiàn)代冷沖壓加工工藝快速發(fā)展的一個(gè)有效途徑。國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況早在20世紀(jì)50年代，美、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家在開(kāi)發(fā)應(yīng)用冷沖壓新技術(shù)的同時(shí)，就集中了部分優(yōu)勢(shì)人才和資金，結(jié)合市場(chǎng)的需要，將模具作為一個(gè)統(tǒng)一的產(chǎn)業(yè)來(lái)發(fā)展，因而取得了明顯的效果。經(jīng)過(guò)多年的研究，不僅在模具精度、模具結(jié)構(gòu)、模具壽命、制模周期等方面取得了明顯的突破，而且在沖壓成形過(guò)程模擬、模具優(yōu)化和可靠性設(shè)計(jì)等方面形成了新的理論和方法，為適應(yīng)新的市場(chǎng)環(huán)境，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)快速制模，開(kāi)辟新的效益空間，打下了基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)的模具工業(yè)雖起步較晚，但在過(guò)去的十多年中也取得了一些進(jìn)步。例如沖壓模具方面，國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)制造的部分汽車覆蓋件模具、空調(diào)器散熱片級(jí)進(jìn)模、電機(jī)定轉(zhuǎn)子雙回轉(zhuǎn)疊片高精度硬質(zhì)合金級(jí)進(jìn)模、集成電路引線框架多工位級(jí)進(jìn)模，以及帶自動(dòng)沖切、疊壓、鉚合、計(jì)數(shù)、分組、扭斜和安全保護(hù)等功能的精密多功能模，都已達(dá)到較高的水平。但從總體上看，我國(guó)與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設(shè)備在模具加工設(shè)備中的比重還比較低，CAD/CAE/CAM技術(shù)的普及率尚待提高，許多先進(jìn)的模具技術(shù)應(yīng)用還不夠廣泛等等[2]。目前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)仍處于高速發(fā)展期，國(guó)際上經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展趨勢(shì)日趨明顯，這就為我國(guó)模具工業(yè)的高速發(fā)展提供了良好的條件和機(jī)遇。一方面是國(guó)內(nèi)模具市場(chǎng)將繼續(xù)高速發(fā)展，另一方面是國(guó)際上將模具制造逐漸向我國(guó)轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)和跨國(guó)集團(tuán)到我國(guó)進(jìn)行模具的國(guó)際采購(gòu)趨向也十分明顯。因此，展望未來(lái)，國(guó)際、國(guó)內(nèi)的模具市場(chǎng)總體發(fā)展趨勢(shì)前景美好，預(yù)計(jì)中國(guó)模具工業(yè)將在良好的市場(chǎng)環(huán)境下繼續(xù)達(dá)到高速發(fā)展，我國(guó)不但會(huì)成為模具制造大國(guó)，而且一定會(huì)逐步向模具制造強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)。“十一五”期間，中國(guó)模具工業(yè)不但會(huì)在量和質(zhì)方面會(huì)有一個(gè)很大的提高，而且一定會(huì)在行業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品水平、開(kāi)發(fā)創(chuàng)新能力、企業(yè)的體制與機(jī)制以及技術(shù)進(jìn)步等方面取得較大進(jìn)展。根據(jù)“十一五”模具行業(yè)發(fā)展規(guī)劃，“十一五”期間模具產(chǎn)品發(fā)展重點(diǎn)主要有汽車覆蓋件模具、精密沖壓模具、大型精密塑料模具、主要模具標(biāo)準(zhǔn)件、其他高技術(shù)含量的模具[1]。課題的研究意義中國(guó)模具工業(yè)協(xié)會(huì)副秘書長(zhǎng)周永泰在《中國(guó)模具工業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展》一文中講到：“模具是制造業(yè)的重要基礎(chǔ)工藝設(shè)備，用模具生產(chǎn)制件所達(dá)到的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低耗能、低耗材，使模具工業(yè)在制造業(yè)中的地位越來(lái)越重要?，F(xiàn)在，模具技術(shù)已成為衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平的重要標(biāo)志之一，沒(méi)有高水平的模具就沒(méi)有高水平的產(chǎn)品已成為共識(shí)?！盵1]隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，冷沖壓工藝已經(jīng)成為現(xiàn)代生產(chǎn)加工活動(dòng)中不可或缺的一種高效加工方法。沖裁加工方法廣泛應(yīng)用于薄料產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)過(guò)程中，電機(jī)定子片正是一種需求量較大的薄料類零件，該課題主要研究的就是加工電機(jī)定子片所用的專用沖裁模具。由于定子片內(nèi)輪廓形狀復(fù)雜，其薄弱處在沖裁過(guò)程中容易產(chǎn)生局部變形，另外材料厚度較小，則沖裁間隙也很小并且很難保證間隙均勻。針對(duì)加工薄料零件時(shí)的這些技術(shù)困難，本次設(shè)計(jì)對(duì)模具凸凹模等關(guān)鍵部分尺寸及各輔助零件的尺寸進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算，并按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際情況對(duì)凸凹模結(jié)構(gòu)進(jìn)行了合理的優(yōu)化，從而大大降低了定子片的沖裁加工難度，保證了其加工精度。模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沖壓加工的經(jīng)濟(jì)性所謂經(jīng)濟(jì)性，就是以盡可能少的生產(chǎn)消費(fèi)獲得盡可能大的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)實(shí)際情況，在沖壓生產(chǎn)過(guò)程中可以通過(guò)采取一些措施來(lái)降低沖壓件的成本，下面就簡(jiǎn)單介紹幾種有效的途徑：降低小批量生產(chǎn)中的沖壓件成本；（2）工藝合理化；（3）多件同時(shí)沖壓；（4）沖壓過(guò)程的高速自動(dòng)化；（5）提高材料利用率，降低材料費(fèi)。此次設(shè)計(jì)為電機(jī)定子片的沖裁模具，并且定子片的生產(chǎn)批量為中等批量，所以我們?cè)谶@里著重考慮沖模工藝優(yōu)化對(duì)沖裁加工經(jīng)濟(jì)性的影響。在制定工件的沖壓工藝時(shí)，處理工序的分散與集中是比較復(fù)雜的問(wèn)題。它取決于工件的批量、結(jié)構(gòu)形狀、質(zhì)量要求、工藝特點(diǎn)等。對(duì)于板料沖壓件，通常在大批量生產(chǎn)情況下，應(yīng)當(dāng)盡量采取工序集中的方案，采用復(fù)合或級(jí)進(jìn)模進(jìn)行沖壓，這樣既提高了生產(chǎn)效率，又能做到安全生產(chǎn)。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，集中到一副模具上的工序數(shù)量不宜太多，對(duì)于復(fù)合模，一般為2-3個(gè)工序，最多四個(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，所以本加工過(guò)程需分成兩步完成，首先是落料加工，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。復(fù)合模結(jié)構(gòu)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應(yīng)用十分的廣泛，主要是因?yàn)閺?fù)合模具備以下幾種優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)效率較高，適于大批量生產(chǎn)。不存在二次送料問(wèn)題，所以，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，可以利用邊角余料生產(chǎn)。適用范圍較廣，除常用材料外，還適合沖裁較薄和較軟的金屬材料。沖壓成品件內(nèi)、外形同心度較高，由于不受送料誤差的影響，所以精度較高。沖裁成品件表面平直，精度也較高。但由于復(fù)合模具的功能較多，而且相關(guān)構(gòu)件都較集中地位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，加工制造也相對(duì)困難，模具成本較高。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)輪廓的孔狀較為復(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2-1所示。圖2-1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。沖模的結(jié)構(gòu)組成沖模由五部分組成，即工作零件，輔助裝置，導(dǎo)向裝置，支承零件，緊固零件。工作零件沖模的工作零件是凸模和凹模，還有復(fù)合模中的凸凹模。它們成對(duì)互相配合，完成對(duì)坯料的成形動(dòng)作。它們的形狀，尺寸精度，固定方法及材質(zhì)處理等決定著沖模的性能、模具成本及使用壽命。輔助裝置輔助裝置是協(xié)助凸模、凹模完成工藝成形必不可少的裝置，如材料送進(jìn)的定向定位裝置，廢料排除裝置，卸料退件裝置，壓料抬料裝置等。它們的結(jié)構(gòu)形式對(duì)工件質(zhì)量、操縱安全、生產(chǎn)效率都至關(guān)重要，輔助裝置是沖模設(shè)計(jì)中不容忽視的重要部分。導(dǎo)向裝置它們是保證上模、下模準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng)的裝置，要求工作可靠，導(dǎo)向精度好，有一定互換性。導(dǎo)向裝置目前已基本標(biāo)準(zhǔn)化，并有商品供應(yīng)。支承零件在上模座和下模座上安裝著凸模、凹模及其他所有的零件。它們與壓力機(jī)連接，傳遞并承受著工作壓力。模座的形式現(xiàn)已規(guī)格化、標(biāo)準(zhǔn)化，并有商品模架出售。一些大工廠也將其作為通用件大批生產(chǎn)，以作備用，同時(shí)也為設(shè)計(jì)提供方便，即只需要按要求選用。緊固零件中小型模具大多采用沉頭螺栓和銷子作可卸式連接。有些凸模、凹模的連接則采用粘接或低熔點(diǎn)合金連接。大型模具的刃口或支架也有采用焊接方法的。模具的連接可靠，拆卸方便也是沖模設(shè)計(jì)的一個(gè)基本要求。模具的材料確定沖壓用材料與沖壓生產(chǎn)的關(guān)系相當(dāng)密切，材料質(zhì)量的好壞直接影響到?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成本。沖壓件材料費(fèi)用往往要占沖壓件成本的60%到80%。因此，應(yīng)提高沖壓件結(jié)構(gòu)的工藝性和提高與穩(wěn)定材料的質(zhì)量。工作零件的材料確定沖模是在較大的沖擊、溫升、磨損等狀況下工作，尤其是凸模、凹模的工作條件更差，所以凸、凹模的材料要求有好的耐磨性、耐沖擊性、熱變形小、淬透性及優(yōu)良的機(jī)加工性能等，而且要價(jià)格便宜，采購(gòu)方便。要滿足上述全部條件是困難的，所以沖模材料必須根據(jù)具體生產(chǎn)條件、用途來(lái)選用。電機(jī)定子片厚度為0.35mm，并且內(nèi)輪廓較為復(fù)雜，其沖裁模選用耐磨和耐沖擊性都較好的Cr12MoV，其中凸模熱處理硬度達(dá)到HRC58-60，凹模的熱處理硬度為HRC60-62[5]。輔助零件的材料確定沖模輔助零件材料的確定可以參見(jiàn)選材表2-1。表2-1零件名稱材料熱處理/HRC上模座，下模座HT200——導(dǎo)柱、導(dǎo)套T10A56~60固定板、墊板4543~48卸料板4543~48頂桿、打桿、擋料銷、擋料板4543~48托板、頂板、打板Q235——模柄Q235——銷T7A50~55螺釘、螺栓Q23543~48模具的總體設(shè)計(jì)該工件的的模具結(jié)構(gòu)主要由上模座、下模座、沖孔凸模、沖孔凹模、落料凸模、落料凹模、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、卸料彈簧、卸料板、凸模固定板、墊板等零件組成。根據(jù)主要工件部分尺寸、結(jié)構(gòu)以及彈性元件的尺寸，參照有關(guān)資料，可選取級(jí)精度的中間導(dǎo)柱模架。凸?？傞L(zhǎng)約為35mm，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)結(jié)。模柄直徑按沖孔機(jī)模柄固定孔相配，一般采用配合。固定板一般用A3鋼制造，厚度為14mm。凹模采用整塊加工，也利用電火花機(jī)床進(jìn)行加工。本章小結(jié)本章根據(jù)定子片自身的特點(diǎn)，決定將該套模具設(shè)計(jì)成加工效率較高的復(fù)合模，并簡(jiǎn)單介紹了復(fù)合模和整套模具的基礎(chǔ)知識(shí)。另外，根據(jù)各個(gè)零件具體的用途，確定出了材料和熱處理硬度。最后給出了模具概括的總體設(shè)計(jì)。模具部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述本模具設(shè)計(jì)為落料、沖孔復(fù)合模，模具部件分為主要的工作部件和輔助結(jié)構(gòu)兩部分。凸、凹模以及定位裝置、卸料裝置、導(dǎo)向裝置等輔助裝置保證了模具的正常工作，是整套模具中極其重要的部分。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性關(guān)系到模具加工制造的成本，因而也會(huì)對(duì)零件的加工經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生重要的影響。電機(jī)定子片零件零件簡(jiǎn)圖：如圖3-1所示。圖3-1零件簡(jiǎn)圖生產(chǎn)批量：大批量材料：硅鋼材料厚度：0.35沖壓件的工藝分析由零件圖可見(jiàn)，該沖壓件內(nèi)輪廓較為復(fù)雜，且材料很薄屬于薄類零件，故在進(jìn)行沖孔加工時(shí)需要很大的沖裁力，為了避免因沖裁力過(guò)大而使工件產(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)圖上的標(biāo)注。毛坯的尺寸計(jì)算排樣方式的選擇工件外形為均勻?qū)ΨQ的圓狀，故在條料板上采用直排的排樣方式，這種排樣不僅能保證沖裁件的質(zhì)量，并且沖模壽命也長(zhǎng)。搭邊值的選擇工件外輪廓近似圓形，排樣選擇直排的方式，如圖3-2所示。圖3-2排樣圖其中，故條料寬度送進(jìn)步距[3]壓力中心計(jì)算該工件是中心對(duì)稱零件，所以其重心在對(duì)稱中心處。因此，設(shè)該模具的壓力中心坐標(biāo)為xc，yc，則xc=0，yc=0。沖壓力的計(jì)算[3]計(jì)算沖壓力是進(jìn)行模具各個(gè)部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提，模具特別是復(fù)合模的制造成本很高，因此在設(shè)計(jì)的過(guò)程中必須要考慮模具使用壽命長(zhǎng)短的問(wèn)題，這就要求各個(gè)部分的零件在一定的年限內(nèi)保證其強(qiáng)度，因此，沖壓力計(jì)算是模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中很重要的部分。落料力的計(jì)算采用平刃口凸模和凹模沖裁時(shí)，其中沖裁力的計(jì)算公式為：式中——落料力，N；——工件外輪廓周長(zhǎng)，mm；——材料厚度，mm；——材料抗剪強(qiáng)度，Mpa。其中，所以考慮到凸,凹模刃口的磨損,模具間隙的波動(dòng),材料力學(xué)性能的變化以及材料厚度偏差等因素,實(shí)際所需的沖裁力還需增加30%，故選擇沖床時(shí)的沖裁力應(yīng)為：式中為材料抗拉強(qiáng)度，Mpa。沖孔力的計(jì)算采用平刃口凸模和凹模沖裁時(shí)，其沖裁力的計(jì)算公式為：式中——沖裁力，N；——工件的內(nèi)周長(zhǎng)，mm；——材料厚度，mm；——材料抗剪強(qiáng)度，MPa，見(jiàn)書末附錄A。由于該工件內(nèi)輪廓較為復(fù)雜，故借助AutoCAD創(chuàng)建一個(gè)面域，自動(dòng)計(jì)算出其周長(zhǎng),如圖3-3所示。，查表得=190代入上式計(jì)算，得考慮到凸、凹模刃口的磨損，模具間隙的波動(dòng)，材料力學(xué)性能的變化以及材料厚度偏差等因素，實(shí)際所需的沖裁力還需要增加30%，故選擇沖床的沖裁力應(yīng)為：圖3-3分析結(jié)果卸料力和頂出力的計(jì)算由于沖裁中材料的彈性變形及摩檫的存在，沖裁后帶孔部分的材料會(huì)僅箍在凸模上，而落下部分的材料會(huì)緊卡在凹模洞口中。從凸模上卸下緊箍著的材料所需的力稱為卸料力；把落料件從凹模洞口順著沖裁方向推出去的力稱為推件力；逆著沖裁方向頂出來(lái)的力稱為頂出力。如圖3-4所示。圖3-4卸料力、推件力、頂出力影響卸料力、推件力和頂出力的因素很多，如材料的種類，材料厚度，沖裁間隙，零件形狀尺寸以及潤(rùn)滑情況等。這些力通常采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，見(jiàn)下式。卸料力頂出力式中——沖裁力，N；——分別為卸料力、頂出力因數(shù)。查得，把已知數(shù)據(jù)代入上式得本套模具采用彈性卸料和上出料方式，則其總壓力計(jì)算公式為：沖壓設(shè)備的選用沖壓設(shè)備的選擇，是沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。它直接關(guān)系到?jīng)_壓設(shè)備的安全和合理使用，也關(guān)系到?jīng)_壓件的生產(chǎn)能否順利進(jìn)行和產(chǎn)品質(zhì)量、模具壽命、生產(chǎn)率、產(chǎn)品成本等一系列問(wèn)題。沖壓設(shè)備的選用包括選擇設(shè)備類型和確定設(shè)備規(guī)格兩項(xiàng)內(nèi)容。在中小型沖裁件的沖壓生產(chǎn)中，主要采用開(kāi)式壓力機(jī)。這種壓力機(jī)具有三面敞開(kāi)的操作空間、操作方便、容易安裝機(jī)械化裝置和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。因此，選用開(kāi)式壓力機(jī)。為安全起見(jiàn)，防止設(shè)備的超載，可按公稱壓力F壓（1.6-1.8）F總的原則選取壓力機(jī)。可選取公稱壓力為100KN的開(kāi)式雙柱可傾壓力機(jī)，該壓力機(jī)與模具設(shè)計(jì)的有關(guān)參數(shù)為[3]：公稱壓力：100KN滑塊行程：45mm滑塊行程次數(shù)：145次/min最大閉合高度：180mm封閉高度調(diào)解量：35mm工作臺(tái)尺寸：240mm×370mm模柄孔尺寸：30mm×55mm沖模零件與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作零件沖裁模初始雙面間隙=0.06，=0.08凸、凹模的制造公差=0.02，=0.03校核：-=0.02+=0.05以上結(jié)果不滿足-+的條件，故采用凸、凹模配合加工的方法。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。（1）凹模刃口的尺寸計(jì)算根據(jù)文獻(xiàn)[1]圖2-7中落料、沖孔件的尺寸分類，該工件落料加工時(shí)的外圓尺寸是屬于凹模磨損后增大的尺寸，因此，屬于A類尺寸。其尺寸計(jì)算公式為：A類：其中X=0.75計(jì)算得=（64-0.750.06）=63.96落料加工時(shí)工件外圓上的小缺口尺寸，在此凹模上應(yīng)為一個(gè)小的突起，并且屬于在凹模磨損后小缺口的尺寸隨之減小的情況。因此，為B類尺寸。其尺寸計(jì)算公式為：B類：（2）凹模外形尺寸的確定高度H=20mm，壁厚C=28mm用以上方法確定的凹模尺寸、強(qiáng)度和剛度足夠，一般不用再進(jìn)行強(qiáng)度和剛度的校核。凹模外圓尺寸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。（1）凸模刃口的尺寸計(jì)算凸模刃口尺寸的計(jì)算公式為：=（d+x）=(38.5+0.750.05)=38.54同理：28個(gè)缺口的凸、凹模也采用配合加工的方法，=3.69=3.12（2）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%[５]。凸模長(zhǎng)度計(jì)算公式為：式中——凸模固定板厚度，mm；——凹模厚度，mm；——附加長(zhǎng)度，mm。因此得L=14+20+1=35(mm)沖孔凸模與固定板和墊板之間采用螺釘聯(lián)結(jié)的方法，根據(jù)整體結(jié)構(gòu)將凸模設(shè)計(jì)成如圖3-5所示：圖3-5凸模結(jié)構(gòu)（3）凸模強(qiáng)度的校核凸模在沖裁工作中承受了全部工作壓力，卸料中又受著卸料力，在凸模設(shè)計(jì)時(shí)，必須校驗(yàn)凸模的抗壓強(qiáng)度和抗失穩(wěn)能力。壓應(yīng)力的校核：圓形凸模按下式進(jìn)行壓應(yīng)力校核。式中——凸模最小直徑（）；——料厚（）；——材料抗剪強(qiáng)度（）；——凸模材料的許用應(yīng)力（）。的值取決于材料、熱處理和沖模的結(jié)構(gòu)，Cr12MoV淬火硬度為時(shí)，取。由凸模的結(jié)構(gòu)得，=24；已知=0.35，=190，取=1300代入上式計(jì)算，得=24所以成立。彎曲應(yīng)力的校核：彎曲應(yīng)力校核公式為：式中——允許凸模最大自由長(zhǎng)度（）；——凸模的最小直徑（）；——沖裁力（）；已知=35，=38.5，=1.6代入上式計(jì)算，得=35=所以成立。導(dǎo)向裝置的選擇導(dǎo)向零件是為了保證模具沖壓時(shí)，上、下模有一精確的位置關(guān)系。在中，小型模具中最廣泛才用的導(dǎo)向零件是導(dǎo)柱和導(dǎo)套。導(dǎo)柱（導(dǎo)套）常用兩個(gè)。一般導(dǎo)柱安裝在下模座，導(dǎo)套安裝在上模座，分別采用過(guò)盈配合。目前，導(dǎo)柱和導(dǎo)套結(jié)構(gòu)已標(biāo)準(zhǔn)化。本設(shè)計(jì)采用導(dǎo)柱和導(dǎo)套的標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)。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[7]：導(dǎo)柱：d/mmL/mm=28150l=45mm導(dǎo)套：d/mmL/mmD/mm=289042H=38mml=20mm定位零件的選擇定位零件的作用是使條料置于沖模中正確位置，以保證沖出合格的制件。用作條料的定位有：導(dǎo)料板、導(dǎo)料銷、擋料銷、導(dǎo)正銷和定距側(cè)刃等。本設(shè)計(jì)采用定位銷用于工件的兩側(cè)定位，以外緣作為定位基準(zhǔn)，保證了前后工序相對(duì)位置的精度。由于材料厚度為t=0.35mm，所以取定位板和定位銷銷頭高度h=t+2=0.35+2=2.35mm[7]。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)向作用等。設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)：（1）卸料力一般取沖裁力；（2）卸料板應(yīng)有足夠的剛度、其厚度式中為凹模厚度代入值計(jì)算得?。?）卸料板要求耐磨,材料一般選45鋼,淬火,磨削,粗糙度；（4）卸料板安裝尺寸,計(jì)算中要考慮凸模有的刃磨量；（5）卸料板根據(jù)工件形狀做成圓形,孔與凸模的配合為或。工件材料厚度為0.35，屬于薄料加工，為使其平面度提高，故選用彈壓卸料板。卸料板寬度B應(yīng)大于80-125，取B=120[7]。2．推、頂件裝置[10]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，將工件剛性打出。（1）沖孔時(shí)卸料橡膠的尺寸沖裁加工時(shí)缷料常用較硬橡膠。首先根據(jù)缷料力求橡膠橫截面尺寸，橡膠橫截面積計(jì)算公式為：A=F/P其中F——橡膠所產(chǎn)生的壓力，設(shè)計(jì)時(shí)取大于或等于缷料力。P——橡膠所產(chǎn)生的單位面積壓力，。A——橡膠橫截面積，。計(jì)算得F=F頂=3760NP=1.3MPa因此，橡膠橫截面積得A=F/P=3760/1.3=2893根據(jù)橡膠選用原則取橡膠的極限壓縮率：預(yù)壓縮率：[8]則其極限壓縮量為：預(yù)壓縮量為：由此可得，橡膠的工作壓縮量：得橡膠高度H=/0.25取工作壓縮量=8mm，則H=32mm橡膠直徑計(jì)算公式為：[7]取查得橡膠直徑的標(biāo)準(zhǔn)值為D=60mmd=16.5mmD1=78mm[8]（2）落料時(shí)缷料橡膠的尺寸計(jì)算缷料橡膠的外形尺寸與缷料板的尺寸相同，所以D=125mm取各壓縮率同上，極限壓縮率：預(yù)壓縮率：則其極限壓縮量為：預(yù)壓縮量為：由此可得，橡膠的工作壓縮量：得橡膠高度H=/0.25取工作壓縮量=4則H=16固定與支承零件1．上、下模座上、下模座要承受和傳遞從壓力，所以有足夠強(qiáng)度和剛度。剛度不足，將影響沖模壽命。因此模座應(yīng)有足夠厚度，鑄造模座需經(jīng)時(shí)效處理，下模座外形尺寸每邊應(yīng)至少超過(guò)壓力機(jī)臺(tái)面孔邊約50。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[7]。GB/T2851.6-1990其參數(shù)值為：上模座：L/mmB/mmH/mm=16012535下模座：L/mmB/mmH/mm=160125402．固定板固定板的材料選45鋼[6]。凸模固定板的厚度應(yīng)取其凸模設(shè)計(jì)長(zhǎng)度40%。故厚度取=14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，3．墊板墊板的作用是直接承受和擴(kuò)散凸模傳遞的壓力。以降低模座所受的單位壓力，避免壓出陷痕。墊板材料選取45鋼，淬火硬度：HRC43-48墊板的外形尺寸通常與凸模固定板的尺寸相同，故墊板標(biāo)準(zhǔn)厚度，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)加厚取[7]。4．模柄中、小型沖模通過(guò)模柄將上模固定在壓力機(jī)的滑塊上。本沖模采用旋入式。旋入式與它與上模座孔采用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，所以本沖模選用標(biāo)準(zhǔn)化模柄。模柄結(jié)構(gòu)如圖3-6所示。其基本參數(shù)如下：基本尺寸[8]圖3-6模柄本章小結(jié)經(jīng)過(guò)以上的分析和設(shè)計(jì)計(jì)算，本模具的設(shè)計(jì)工作全部完成。本沖孔模具的設(shè)計(jì)包括以下三部分內(nèi)容：1.沖壓件的工藝分析；2.沖裁力的計(jì)算過(guò)程；3.沖模零件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。三維實(shí)體造型概述Unigraphics是當(dāng)前世界上最先進(jìn)和緊密集集成的、面向制造行業(yè)的CAID/CAD/CAE/CAM高端軟件?，F(xiàn)目前被各個(gè)行業(yè)廣泛應(yīng)用于零件的三維實(shí)體造型方面，為適應(yīng)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，并結(jié)合本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，決定選用UG軟件進(jìn)行模具零件的三維實(shí)體造型。沖孔凸模的建模過(guò)程對(duì)整套模具中的各個(gè)零件進(jìn)行三維實(shí)體造型的目的是為下一步的運(yùn)動(dòng)仿真做準(zhǔn)備，但由于論文篇幅的限制，在此選擇一個(gè)重要的工作零件——沖孔凸模為例來(lái)進(jìn)行它的實(shí)體造型。根據(jù)電機(jī)定子片自身的特點(diǎn)，它28個(gè)缺口的凸模形狀在UG草繪中很難繪制出來(lái)，并且鑒于UG建模環(huán)境中陣列的局限性，通過(guò)陣列的方法也無(wú)法準(zhǔn)確地加以實(shí)現(xiàn)。所以本設(shè)計(jì)采用了在AutoCAD中將其平面圖形畫出后再導(dǎo)入U(xiǎn)G環(huán)境中進(jìn)行建模的方法，從而成功實(shí)現(xiàn)了沖孔凸模的實(shí)體造型。下面將詳細(xì)介紹其整個(gè)建模過(guò)程。CAD到UG的轉(zhuǎn)化過(guò)程首先，在AutoCAD環(huán)境中繪制如圖4-1所示的平面圖形。圖4-1凸模刃口二維圖并將其另存為dxf格式，形成一個(gè)dxf格式的文件，然后如圖4-2所示，啟動(dòng)NX3.0translators工具中的DIFDWG轉(zhuǎn)換器進(jìn)行文件的轉(zhuǎn)化。圖4-2啟動(dòng)DIFDWG轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的過(guò)程如下：點(diǎn)Import按鈕之后，進(jìn)行下一步，如圖4-3所示。圖4-3轉(zhuǎn)換窗口1打開(kāi)上步保存的dxf格式文件，如圖4-4所示，注意該dxf文件的保存路徑不能含有中文字樣，否則不能進(jìn)行轉(zhuǎn)化。圖4-4轉(zhuǎn)換窗口2轉(zhuǎn)化完成后生成如圖4-5所示的另外兩個(gè)文件。圖4-5生成的UG文件至此轉(zhuǎn)化過(guò)程全部完成。在UG中的建模部分啟動(dòng)UG，如圖4-6所示，打開(kāi)轉(zhuǎn)化后的零件，進(jìn)入建模環(huán)境。圖4-6打開(kāi)界面點(diǎn)擊拉伸命令，選導(dǎo)入的封閉曲線，輸入數(shù)值21，如圖4-7所示，完成拉伸操作。圖4-7拉伸操作進(jìn)入草繪環(huán)境，選擇如圖4-8所示的面為基準(zhǔn)平面。圖4-8選擇拉伸基準(zhǔn)平面點(diǎn)擊圓命令，輸入直徑數(shù)值24，繪制如圖4-9所示的圓。圖4-9草繪退出草繪界面，進(jìn)行拉伸操作，點(diǎn)擊拉伸命令，選擇上步操作所畫的圓，輸入拉伸數(shù)值35，如圖4-10所示，完成拉伸操作。圖4-10選擇拉伸輪廓再進(jìn)行打孔操作，點(diǎn)擊孔操作，選擇放置面，輸入直徑值6，深度22.5，然后進(jìn)行孔定位，完成打孔操作，如圖4-11所示。圖4-11拉伸打孔后的實(shí)體最后，點(diǎn)擊螺紋操作，選擇要進(jìn)行螺紋操作的孔，輸入?yún)?shù)，完成該項(xiàng)操作。本章小結(jié)有些圖形比較復(fù)雜，在UG環(huán)境中建模又比較困難，可以采用在CAD中畫出平面圖形再導(dǎo)入U(xiǎn)G中建實(shí)體模型的方法，這樣可以大大提高工件造型的準(zhǔn)確性。本章就對(duì)此過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。運(yùn)動(dòng)仿真概述沖壓工藝的運(yùn)動(dòng)仿真是本設(shè)計(jì)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，是在結(jié)束該套模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和三維實(shí)體造型的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。運(yùn)動(dòng)仿真是每一套模具在投入生產(chǎn)和使用之前都必須經(jīng)歷的階段，也是生產(chǎn)實(shí)際在計(jì)算機(jī)上的模擬。計(jì)算機(jī)仿真是應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和行為以及參與系統(tǒng)控制的人的思維過(guò)程和行為進(jìn)行動(dòng)態(tài)性比較逼真的模仿。它是一種描述性技術(shù)，是一種定量分析方法。通過(guò)建立某一過(guò)程和某一系統(tǒng)的模式，來(lái)描述該過(guò)程或該系統(tǒng)，然后用一系列有目的、有條件的計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)來(lái)刻畫系統(tǒng)的特征，從而得出數(shù)量指標(biāo)，為決策者