電動機定子片復合沖模設計

白治新

（黑龍江省騰飛建筑安裝有限責任公司，哈爾濱150000）

0 引 言

高新技術產業當中模具工業已經是其中不可缺少其中之一，并為高新技術產業提供服務，隨著時代和科技的不斷進步，模具行業正在從勞動密集型逐漸轉化為技術密集型，社會效益的帶動性很大。目前在我國工廠的工藝和設備跟工業發達國家比較差距還是很明顯，因此現代化機械制造技術對我國國民經濟有著重要意義。在沖壓生產中，沖壓模具是沖壓工藝中極其重要的一環，沖壓模具的結構設計和制造自然是沖壓制造加工中的重中之重。因此沖模技術是開發和推廣沖壓生產工藝的關鍵，沖壓設備精確合理化的設計也就成為現代冷沖壓加工工藝快速發展的一個行之有效的捷徑。

1 電動機定子片零件

1.1 沖壓產品零件

電動機定子片零件簡圖如圖1所示。生產批量為大批量；材料為硅鋼；材料厚度為0.35 mm。

1.2 沖壓件的工藝分析

圖1 電動機定子片零件簡圖

由圖1可見，該沖壓件內輪廓較為復雜，且材料很薄,屬于薄類零件，因此要求有很大的沖裁力進行沖孔加工，為了避免因為過大的沖裁力而使工件產生局部變形，整個沖裁過程必須分兩步完成，這樣沖裁件內外形所能達到的經濟精度和尺寸公差才符合零件簡圖上標注的技術要求。

2 模具總體結構設計

研究表明，每一套模具的設計工序數量有限，過多可能會對產品精度產生影響，對于復合模具來說，常規包含2～3個工序，最多不超過4個工序。由于該工件內輪廓較為復雜，且材料較薄，為避免在沖壓時因沖裁力過大而導致零件產生局部變形，所以其加工過程需分成兩步完成：先落料加工，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。

2.1 復合模結構

2.1.1 復合模的優缺點

大批量零件在生產加工時，為提高生產效率，通常將其模具設計成復合模。復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。

復合模在各種沖裁加工中的應用十分廣泛，具有生產效率比較高、適用于大批量生產的特點，不存在二次送料的問題，而且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，邊角余料也可以用于生產。沖壓成品件內、外形同心度較高，因為不受送料誤差的影響，所以沖裁成品件表面平直，精度較高。

但由于復合模具具有較多的功能，并且相關構件都集中于沖壓件附近的有限空間范圍內，所以結構較復雜，加工制造會相對困難，模具成本也比較高。

2.1.2 復合模的結構形式

該套模具采用落料、沖孔的復合方式，根據落料凹模的裝置方向，復合模結構可分為正裝復合模和倒裝復合模兩種形式。由于定子片內輪廓的孔結構較為復雜，故采用落料凹模裝在上模的復合模，即倒裝復合模，如圖2所示。

圖2 倒裝復合模

在這種模具上所產生的沖孔廢料，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，必須通過頂桿和打板2頂出。

2.2 沖模的結構組成

沖模由5部分組成，即工作零件、輔助裝置、導向裝置、支承部件、緊固部件。

2.3 模具的材料確定

沖壓用材料與沖壓生產的關系特別嚴密，材料質量的好壞會直接影響到沖壓工藝過程設計、沖壓件質量、產品使用壽命和沖壓件的成本。沖壓件材料費用通常要占沖壓件成本的60%～80%。因此，需要提高沖壓件結構的工藝性和材料的質量。

沖模需要在較大的沖擊、溫升、磨損等狀況下工作，特別是凸模、凹模的工作條件更為嚴苛，所以凸、凹模的材料須要有好的耐磨性、耐沖擊性、淬透性及優良的機加工性能且熱變形小，而且需要價格便宜，采購方便。

厚度為0.35 mm的電動機定子片內部輪廓復雜，選用耐磨性和耐沖擊性都較好的Cr12MoV材料作為其沖裁模，其中凸模熱處理硬度達到58～60 HRC，凹模的熱處理硬度為60～62 HRC。

2.4 總體設計

根據主要工件部分尺寸、結構及彈性元件的尺寸，參照有關資料，可選取Ⅰ級精度的中間導柱模架。

凸模總長約為35 mm，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接。模柄直徑按沖孔機模柄固定孔相配，一般采用H7/d11配合。固定板一般用A3鋼制造，厚度為14 mm。凹模采用整塊加工，也利用電火花機床進行加工。

3 模具部件結構設計

3.1 沖壓力的計算

模具部件結構設計前需要進行沖壓力的計算。復合模具造價很高，模具使用壽命往往是設計過程中考慮的重中之重，需要保證各部件的強度并保證一定的使用年限。由此可見，模具結構設計中的前提條件就是沖壓力計算。

3.1.1 落料力、沖孔力

實際所需的系數取1.3，故：

F落=1.3F落′≈Ltσb=17382 N；

F沖=1.3F沖′≈Ltσb=46943 N。

3.1.2 力的計算

K卸系數為0.03，K頂系數為0.08，卸料力、推件力、頂出力的關系式如下：

F卸=0.03×17382=521.5 N；

F卸′=0.03×46943=1408 N；

F頂=0.08×46943=3756 N。

該套模具采用彈性卸料和上出料方式，則其總壓力F總=70011 N。故可選取公稱壓力為100 kN的開式雙柱可傾壓力機。

3.2 沖模零件與結構設計

3.2.1 工作零件

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的凸模進行設計加工。

a.凹模刃口的尺寸計算。該工件落料加工時的外圓尺寸屬于凹模磨損后增大的尺寸：

落料加工時工件外圓上的小缺口尺寸：

b.凹模外形尺寸的確定。高度H=20 mm，壁厚C=28 mm，凹模外圓尺寸：

D凹=64+28+28=120 mm。

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的凹模進行設計加工。

a.凸模刃口的尺寸計算。凸模刃口尺寸的計算公式為

同理，缺口的凸、凹模也采用配合加工的方法，即：

b.凸模外形尺寸的確定。凸模固定板的厚度應取其凸模設計長度的40%。根據凸模長度計算公式得L=14+20+1=35 mm。

3.2.2 導向裝置的選擇

根據該模具的需要，選用的標準化導柱和導套為：導柱參數d·L=28 mm×150 mm，l=45 mm；導套參數d·L·D=28 mm×90 mm×42 mm，H=38 mm，l=20 mm。

3.2.3 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，并具備送料導向等作用。

設計注意事項：a.卸料力一般取沖裁力的5%～20%；b.卸料板應有足夠的剛度、其厚度H=14 mm;c.卸料板要求耐磨,材料一般選45鋼,淬火,磨削；d.卸料板安裝尺寸,計算中要考慮凸模有4～6 mm的刃磨量；e.工件材料屬于薄料加工，故選用彈壓卸料板。卸料板寬度B=120 mm。

2）推、頂件裝置將制件（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打出。

a.沖孔時卸料橡膠的尺寸。沖裁加工時卸料常用較硬橡膠。橡膠橫截面積為A=F/P=3760÷1.3=2893 mm2。

得橡膠高度H=hg/0.25=32 mm。

查得橡膠直徑的標準值為：D=60 mm；d=16.5 mm；D1=78 mm。

b.落料時卸料橡膠的尺寸計算。卸料橡膠的外形尺寸與卸料板的尺寸相同，所以D=125 mm。由此可得，橡膠的工作壓縮量hg=(35%～10%)H，橡膠高度H=hg/0.25，工作壓縮量hg=4 mm，H=16 mm。

3.2.4 固定與支承零件

1）上、下模座需要承受和傳遞壓力，因此要有足夠強度和剛度。所以模座需要有一定的厚度，鑄造模座需經時效處理，下模座外形尺寸每邊至少要超過壓力機臺面孔邊約50 mm。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柱圓模架。

2）固定板。固定板的材料選45鋼。凸模固定板的厚度應取其凸模設計長度的40%。故厚度取t1=14 mm，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D固、d凹均為120 mm。

3）墊板。墊板起直接承受和擴散凸模傳遞的壓力的作用。墊板材料選取45鋼，淬火硬度為43～48 HRC，墊板的外形尺寸常常與凸模固定板相同，故D墊=120 mm，墊板標準厚度H墊=10 mm，但由于該套模具中使用的墊板需要螺釘聯接，所以其厚度可以適當加厚。

4）模柄。對于中、小型沖模，通過旋入式與模柄將上模固定在壓力機的滑塊上。該沖模采用旋入式，與上模座孔采用H7/m6過渡配合，并加銷釘防止轉動。由于旋入式模柄已標準化，所以該沖模選用標準化模柄。

4 結 論

根據定子片自身的特點，將該套模具設計成加工效率較高的復合模，根據各個零件具體的用途，確定出材料和熱處理硬度。給出了模具概括的總體設計、分析和設計計算，完成本模具的設計工作。