電機定子片復(fù)合沖模設(shè)計及仿真論文

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文-PAGEII--PAGEII-電機定子片復(fù)合沖模設(shè)計及仿真摘要模具技術(shù)已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平的重要標志之一，沒有高水平的模具就沒有高水平的產(chǎn)品已成為共識。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、并易于實現(xiàn)機械化和自動化等特點。本文著重介紹電機定子沖裁模具的設(shè)計過程，通過具體計算沖壓過程中的各個力，并搜集資料和文獻中的經(jīng)驗公式以及推薦數(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)計水平與制造精度決定了沖壓件的生產(chǎn)質(zhì)量，因此對該套模具的各部分配合精度也有很高的要求。此次設(shè)計還包括運用AutoCAD軟件繪制模具裝配圖及主要零件圖，利用Unigraphics軟件進行三維實體造型設(shè)計及其動畫仿真過程。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)計考慮了線切割加工方法的具體情況，避免了設(shè)計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 32.1沖壓加工的經(jīng)濟性 32.2復(fù)合模結(jié)構(gòu) 32.2.1復(fù)合模的優(yōu)缺點 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 62.6本章小結(jié) 6第3章模具部件結(jié)構(gòu)設(shè)計 73.1概述 73.2電機定子片零件 73.3沖壓件的工藝分析 73.4毛坯的尺寸計算 83.4.1排樣方式的選擇 83.4.2搭邊值的選擇 83.5壓力中心計算 83.6沖壓力的計算[3] 83.6.1落料力的計算 93.6.2沖孔力的計算 93.6.3卸料力和頂出力的計算 103.7沖壓設(shè)備的選用 113.8沖模零件與結(jié)構(gòu)設(shè)計 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章三維實體造型 194.1概述 194.2沖孔凸模的建模過程 194.2.1CAD到UG的轉(zhuǎn)化過程 194.2.2在UG中的建模部分 214.3本章小結(jié) 24第5章運動仿真 255.1概述 255.2模具的仿真過程 255.3本章小結(jié) 27結(jié)論 28致謝 29參考文獻 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)的一個重要組成部分。隨著時代的進步和技術(shù)的不斷發(fā)展，這一特點今后的趨勢將是勞動密集逐漸淡化，技術(shù)密集不斷深化。模具行業(yè)本身效益并不太好，但社會效益卻很大，帶動作用十分明顯。國外有統(tǒng)計資料表明，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)在國家對企業(yè)類型的劃分標準，我國模具企業(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)代機械制造技術(shù)在工業(yè)發(fā)達國家較早得到發(fā)展與應(yīng)用。而在我國，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)達國家相比，存在較大的差距。因此，重視和大力發(fā)展現(xiàn)代機械制造技術(shù)對我國的國民經(jīng)濟發(fā)展具有重大意義。然而，在沖壓生產(chǎn)活動中，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，開發(fā)和推廣冷沖壓生產(chǎn)工藝，必須高標準地超前攻克沖模技術(shù)，從而設(shè)計精確合理的沖模設(shè)備也就成了促進現(xiàn)代冷沖壓加工工藝快速發(fā)展的一個有效途徑。國內(nèi)外發(fā)展情況早在20世紀50年代，美、日等工業(yè)發(fā)達國家在開發(fā)應(yīng)用冷沖壓新技術(shù)的同時，就集中了部分優(yōu)勢人才和資金，結(jié)合市場的需要，將模具作為一個統(tǒng)一的產(chǎn)業(yè)來發(fā)展，因而取得了明顯的效果。經(jīng)過多年的研究，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，而且在沖壓成形過程模擬、模具優(yōu)化和可靠性設(shè)計等方面形成了新的理論和方法，為適應(yīng)新的市場環(huán)境，進一步實現(xiàn)快速制模，開辟新的效益空間，打下了基礎(chǔ)。國內(nèi)的模具工業(yè)雖起步較晚，但在過去的十多年中也取得了一些進步。例如沖壓模具方面，國內(nèi)設(shè)計制造的部分汽車覆蓋件模具、空調(diào)器散熱片級進模、電機定轉(zhuǎn)子雙回轉(zhuǎn)疊片高精度硬質(zhì)合金級進模、集成電路引線框架多工位級進模，以及帶自動沖切、疊壓、鉚合、計數(shù)、分組、扭斜和安全保護等功能的精密多功能模，都已達到較高的水平。但從總體上看，我國與工業(yè)發(fā)達國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，許多先進的模具技術(shù)應(yīng)用還不夠廣泛等等[2]。目前，我國經(jīng)濟仍處于高速發(fā)展期，國際上經(jīng)濟全球化發(fā)展趨勢日趨明顯，這就為我國模具工業(yè)的高速發(fā)展提供了良好的條件和機遇。一方面是國內(nèi)模具市場將繼續(xù)高速發(fā)展，另一方面是國際上將模具制造逐漸向我國轉(zhuǎn)移的趨勢和跨國集團到我國進行模具的國際采購趨向也十分明顯。因此，展望未來，國際、國內(nèi)的模具市場總體發(fā)展趨勢前景美好，預(yù)計中國模具工業(yè)將在良好的市場環(huán)境下繼續(xù)達到高速發(fā)展，我國不但會成為模具制造大國，而且一定會逐步向模具制造強國邁進?！笆晃濉逼陂g，中國模具工業(yè)不但會在量和質(zhì)方面會有一個很大的提高，而且一定會在行業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品水平、開發(fā)創(chuàng)新能力、企業(yè)的體制與機制以及技術(shù)進步等方面取得較大進展。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、主要模具標準件、其他高技術(shù)含量的模具[1]。課題的研究意義中國模具工業(yè)協(xié)會副秘書長周永泰在《中國模具工業(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)中的地位越來越重要?，F(xiàn)在，模具技術(shù)已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平的重要標志之一，沒有高水平的模具就沒有高水平的產(chǎn)品已成為共識?！盵1]隨著工業(yè)經(jīng)濟的快速發(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)過程中，電機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。針對加工薄料零件時的這些技術(shù)困難，本次設(shè)計對模具凸凹模等關(guān)鍵部分尺寸及各輔助零件的尺寸進行了詳細的設(shè)計計算，并按照國家標準和實際情況對凸凹模結(jié)構(gòu)進行了合理的優(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)計沖壓加工的經(jīng)濟性所謂經(jīng)濟性，就是以盡可能少的生產(chǎn)消費獲得盡可能大的經(jīng)濟效益。根據(jù)實際情況，在沖壓生產(chǎn)過程中可以通過采取一些措施來降低沖壓件的成本，下面就簡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）多件同時沖壓；（4）沖壓過程的高速自動化；（5）提高材料利用率，降低材料費。此次設(shè)計為電機定子片的沖裁模具，并且定子片的生產(chǎn)批量為中等批量，所以我們在這里著重考慮沖模工藝優(yōu)化對沖裁加工經(jīng)濟性的影響。在制定工件的沖壓工藝時，處理工序的分散與集中是比較復(fù)雜的問題。它取決于工件的批量、結(jié)構(gòu)形狀、質(zhì)量要求、工藝特點等。對于板料沖壓件，通常在大批量生產(chǎn)情況下，應(yīng)當盡量采取工序集中的方案，采用復(fù)合或級進模進行沖壓，這樣既提高了生產(chǎn)效率，又能做到安全生產(chǎn)。實踐經(jīng)驗表明，集中到一副模具上的工序數(shù)量不宜太多，對于復(fù)合模，一般為2-3個工序，最多四個工序。由于該工件內(nèi)輪廓較為復(fù)雜，且材料較薄，為避免在沖壓時因沖裁力過大而導(dǎo)致零件產(chǎn)生局部變形，所以本加工過程需分成兩步完成，首先是落料加工，再進行沖孔加工。這樣就可以使沖裁力不至于過大，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)缺點大批量零件在生產(chǎn)加工時，為提高生產(chǎn)效率，通常將其模具設(shè)計成復(fù)合模。復(fù)合模是指壓力機一次行程中，模具在同一位置上同時完成落料、沖孔等多個沖壓工序，而沖件材料無需隨工序進給移動的模具。復(fù)合模在各種沖裁加工中應(yīng)用十分的廣泛，主要是因為復(fù)合模具備以下幾種優(yōu)點：生產(chǎn)效率較高，適于大批量生產(chǎn)。不存在二次送料問題，所以，對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。它們成對互相配合，完成對坯料的成形動作。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、下模準確運動的裝置，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準化，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、標準化，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，同時也為設(shè)計提供方便，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)計的一個基本要求。模具的材料確定沖壓用材料與沖壓生產(chǎn)的關(guān)系相當密切，材料質(zhì)量的好壞直接影響到?jīng)_壓工藝過程設(shè)計、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)良的機加工性能等，而且要價格便宜，采購方便。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、用途來選用。電機定子片厚度為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，可選取級精度的中間導(dǎo)柱模架。凸?？傞L約為35mm，采用電火花線切割進行加工。凸模通過固定板固定于墊板，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，也利用電火花機床進行加工。本章小結(jié)本章根據(jù)定子片自身的特點，決定將該套模具設(shè)計成加工效率較高的復(fù)合模，并簡單介紹了復(fù)合模和整套模具的基礎(chǔ)知識。另外，根據(jù)各個零件具體的用途，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。模具部件結(jié)構(gòu)設(shè)計概述本模具設(shè)計為落料、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)計的合理性關(guān)系到模具加工制造的成本，因而也會對零件的加工經(jīng)濟性產(chǎn)生重要的影響。電機定子片零件零件簡圖：如圖3-1所示。圖3-1零件簡圖生產(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，該沖壓件內(nèi)輪廓較為復(fù)雜，且材料很薄屬于薄類零件，故在進行沖孔加工時需要很大的沖裁力，為了避免因沖裁力過大而使工件產(chǎn)生局部變形，整個沖裁過程必須分兩步完成，這樣沖裁件內(nèi)外形所能達到的經(jīng)濟精度和尺寸公差才符合零件簡圖上的標注。毛坯的尺寸計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。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，故條料寬度送進步距[3]壓力中心計算該工件是中心對稱零件，所以其重心在對稱中心處。因此，設(shè)該模具的壓力中心坐標為xc，yc，則xc=0，yc=0。沖壓力的計算[3]計算沖壓力是進行模具各個部分結(jié)構(gòu)設(shè)計的前提，模具特別是復(fù)合模的制造成本很高，因此在設(shè)計的過程中必須要考慮模具使用壽命長短的問題，這就要求各個部分的零件在一定的年限內(nèi)保證其強度，因此，沖壓力計算是模具結(jié)構(gòu)設(shè)計中很重要的部分。落料力的計算采用平刃口凸模和凹模沖裁時，其中沖裁力的計算公式為：式中——落料力，N；——工件外輪廓周長，mm；——材料厚度，mm；——材料抗剪強度，Mpa。其中，所以考慮到凸,凹模刃口的磨損,模具間隙的波動,材料力學性能的變化以及材料厚度偏差等因素,實際所需的沖裁力還需增加30%，故選擇沖床時的沖裁力應(yīng)為：式中為材料抗拉強度，Mpa。沖孔力的計算采用平刃口凸模和凹模沖裁時，其沖裁力的計算公式為：式中——沖裁力，N；——工件的內(nèi)周長，mm；——材料厚度，mm；——材料抗剪強度，MPa，見書末附錄A。由于該工件內(nèi)輪廓較為復(fù)雜，故借助AutoCAD創(chuàng)建一個面域，自動計算出其周長,如圖3-3所示。，查表得=190代入上式計算，得考慮到凸、凹模刃口的磨損，模具間隙的波動，材料力學性能的變化以及材料厚度偏差等因素，實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僅箍在凸模上，而落下部分的材料會緊卡在凹模洞口中。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滑情況等。這些力通常采用經(jīng)驗公式進行計算，見下式。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)計中的一項重要內(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)格兩項內(nèi)容。在中小型沖裁件的沖壓生產(chǎn)中，主要采用開式壓力機。這種壓力機具有三面敞開的操作空間、操作方便、容易安裝機械化裝置和成本低廉等優(yōu)點。因此，選用開式壓力機。為安全起見，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?？蛇x取公稱壓力為100KN的開式雙柱可傾壓力機，該壓力機與模具設(shè)計的有關(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工作臺尺寸：240mm×370mm模柄孔尺寸：30mm×55mm沖模零件與結(jié)構(gòu)設(shè)計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，落料時多以凹模為基準件對相應(yīng)的凸模進行設(shè)計加工。（1）凹模刃口的尺寸計算根據(jù)文獻[1]圖2-7中落料、沖孔件的尺寸分類，該工件落料加工時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。其尺寸計算公式為：A類：其中X=0.75計算得=（64-0.750.06）=63.96落料加工時工件外圓上的小缺口尺寸，在此凹模上應(yīng)為一個小的突起，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、強度和剛度足夠，一般不用再進行強度和剛度的校核。凹模外圓尺寸2．沖孔凸模采用凸、凹模配合加工，沖孔時多以凸模為基準件對相應(yīng)的凹模進行設(shè)計加工。（1）凸模刃口的尺寸計算凸模刃口尺寸的計算公式為：=（d+x）=(38.5+0.750.05)=38.54同理：28個缺口的凸、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)計長度的40%[５]。凸模長度計算公式為：式中——凸模固定板厚度，mm；——凹模厚度，mm；——附加長度，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)計成如圖3-5所示：圖3-5凸模結(jié)構(gòu)（3）凸模強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)計時，必須校驗凸模的抗壓強度和抗失穩(wěn)能力。壓應(yīng)力的校核：圓形凸模按下式進行壓應(yīng)力校核。式中——凸模最小直徑（）；——料厚（）；——材料抗剪強度（）；——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，取。由凸模的結(jié)構(gòu)得，=24；已知=0.35，=190，取=1300代入上式計算，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度（）；——凸模的最小直徑（）；——沖裁力（）；已知=35，=38.5，=1.6代入上式計算，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，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。一般導(dǎo)柱安裝在下模座，導(dǎo)套安裝在上模座，分別采用過盈配合。目前，導(dǎo)柱和導(dǎo)套結(jié)構(gòu)已標準化。本設(shè)計采用導(dǎo)柱和導(dǎo)套的標準化結(jié)構(gòu)。根據(jù)該模具的需要，選用的標準化導(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)計采用定位銷用于工件的兩側(cè)定位，以外緣作為定位基準，保證了前后工序相對位置的精度。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責將材料從凸模上卸下，保護凸模，防止材料變形，它有時也可作壓料板用，并具備送料導(dǎo)向作用等。設(shè)計注意事項：（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壓力機上的打桿得到。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，這時通常利用壓力機打料桿，將工件剛性打出。（1）沖孔時卸料橡膠的尺寸沖裁加工時缷料常用較硬橡膠。首先根據(jù)缷料力求橡膠橫截面尺寸，橡膠橫截面積計算公式為：A=F/P其中F——橡膠所產(chǎn)生的壓力，設(shè)計時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橡膠直徑計算公式為：[7]取查得橡膠直徑的標準值為D=60mmd=16.5mmD1=78mm[8]（2）落料時缷料橡膠的尺寸計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)時效處理，下模座外形尺寸每邊應(yīng)至少超過壓力機臺面孔邊約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)計長度40%。故厚度取=14固定板與凸模間采用過渡配合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，故墊板標準厚度，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加厚取[7]。4．模柄中、小型沖模通過模柄將上模固定在壓力機的滑塊上。本沖模采用旋入式。旋入式與它與上模座孔采用H7/m6過渡配合，并加銷釘防止轉(zhuǎn)動。由于旋入式模柄已標準化，所以本沖模選用標準化模柄。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)過以上的分析和設(shè)計計算，本模具的設(shè)計工作全部完成。本沖孔模具的設(shè)計包括以下三部分內(nèi)容：1.沖壓件的工藝分析；2.沖裁力的計算過程；3.沖模零件結(jié)構(gòu)的設(shè)計。三維實體造型概述Unigraphics是當前世界上最先進和緊密集集成的、面向制造行業(yè)的CAID/CAD/CAE/CAM高端軟件。現(xiàn)目前被各個行業(yè)廣泛應(yīng)用于零件的三維實體造型方面，為適應(yīng)自動化技術(shù)的發(fā)展，并結(jié)合本設(shè)計的特點，決定選用UG軟件進行模具零件的三維實體造型。沖孔凸模的建模過程對整套模具中的各個零件進行三維實體造型的目的是為下一步的運動仿真做準備，但由于論文篇幅的限制，在此選擇一個重要的工作零件——沖孔凸模為例來進行它的實體造型。根據(jù)電機定子片自身的特點，它28個缺口的凸模形狀在UG草繪中很難繪制出來，并且鑒于UG建模環(huán)境中陣列的局限性，通過陣列的方法也無法準確地加以實現(xiàn)。所以本設(shè)計采用了在AutoCAD中將其平面圖形畫出后再導(dǎo)入UG環(huán)境中進行建模的方法，從而成功實現(xiàn)了沖孔凸模的實體造型。下面將詳細介紹其整個建模過程。CAD到UG的轉(zhuǎn)化過程首先，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dxf格式的文件，然后如圖4-2所示，啟動NX3.0translators工具中的DIFDWG轉(zhuǎn)換器進行文件的轉(zhuǎn)化。圖4-2啟動DIFDWG轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的過程如下：點Import按鈕之后，進行下一步，如圖4-3所示。圖4-3轉(zhuǎn)換窗口1打開上步保存的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所示的另外兩個文件。圖4-5生成的UG文件至此轉(zhuǎn)化過程全部完成。在UG中的建模部分啟動UG，如圖4-6所示，打開轉(zhuǎn)化后的零件，進入建模環(huán)境。圖4-6打開界面點擊拉伸命令，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拉伸操作進入草繪環(huán)境，選擇如圖4-8所示的面為基準平面。圖4-8選擇拉伸基準平面點擊圓命令，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，進行拉伸操作，點擊拉伸命令，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選擇拉伸輪廓再進行打孔操作，點擊孔操作，選擇放置面，輸入直徑值6，深度22.5，然后進行孔定位，完成打孔操作，如圖4-11所示。圖4-11拉伸打孔后的實體最后，點擊螺紋操作，選擇要進行螺紋操作的孔，輸入?yún)?shù)，完成該項操作。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UG中建實體模型的方法，這樣可以大大提高工件造型的準確性。本章就對此過程進行了詳細的介紹。運動仿真概述沖壓工藝的運動仿真是本設(shè)計的最后一個環(huán)節(jié)，是在結(jié)束該套模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計和三維實體造型的基礎(chǔ)上進行的。運動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)實際在計算機上的模擬。計算機仿真是應(yīng)用電子計算機對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和行為以及參與系統(tǒng)控制的人的思維過程和行為進行動態(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。通過建立某一過程和某一系統(tǒng)的模式，來描述該過程或該系統(tǒng)，然后用一系列有目的、有條件的計算機仿真實驗來刻畫系統(tǒng)的特征，從而得出數(shù)量指標，為決策者