变压器硅钢片的冲裁工艺分析及模具设计

变压器硅钢片的冲裁工艺分析及模具设计内容摘要：

同时模具的强度、刚度、可靠性也随之降低。 结合复合模的特点和复合模的选用原则，该工件是大批量生产，形状也比较简单，只有落料、冲孔两个工序，它能依次完成落料、冲孔两个工序，所以决定采用复合模。 进一步 确定该复合模采用倒装形式，即凸凹模装在下模。 倒装式复合模的优点是冲孔废料直接由冲孔凸模从凸凹模内孔推下，无顶件装置，结构简单，操作方便，但如果采用直刃壁凹模洞口，凸凹模内有积存废料，胀力较大，当凸凹模壁厚较小时，可能导致凸凹模胀裂。 挡料装置采用活动挡料销，卸料装置采用弹性卸料装置，弹性卸料装置的基本零件是卸料板、弹性元件（选用橡胶）、卸料螺钉等。 襄樊学院 毕业设计（论文）报告纸 第 8页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 3 结构设计及尺寸计算 排样图设计 排样 排样是指冲裁件在条料或板料上的布置的方法。 工件的合理布置（即材料的经济利用）与零件的形状有密切关 系。 排样的合理与否不但影响材料的利用率，而且影响模具的寿命与生产率。 排样时应考虑下面两个问题： 力求在相同的材料面积上得到最多的工件，以提高材料的利用率。 一个进距的材料利用率 k的计算式： k＝ nA／ bh 100% 式中： k—— 材料利用率 n—— 个进距内冲裁件数目 b—— 条料宽度（ mm） h—— 进距 (mm) 排样时必须考虑生产批量的大小 决定排样方案时应遵循的原则；保证在最低的材料消耗和最高的劳动生产率的条件下得到符合技术要求的零件，同时要考虑方便生产操作、冲模结 构简单、寿命长以及车间生产条件和原材料供应情况等，从各方面权衡利弊，以选择出较为合理的排样方案。 方案一：采用直对排 根据材料厚度 t=，查参考文献 [2]表 27可得最小搭边值 a=，工件间搭边值 a1=。 查参考文献 [2]表 218得条料宽度公差△ =。 （ 1） 计算冲压件毛坯面积 ： A＝ 16 10 2＋ 16 14＋ 60 12－ 6π ＝ （ 2）条料宽度： b＝ 28＋ 3 ＋ 10＝ （ 3）进距： h＝ 60＋ 2 5＋ 10＝ 80mm （ 4）一个进距的材料利用率： K ＝ n A／（ b h） 100%＝ 2 ／ ( 80) 100%＝ % 襄樊学院 毕业设计（论文）报告纸 第 9页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 方案二：采用直排 条料宽度： b＝ 60＋ 2a＝ 105＋ 2 ＝ 110mm 进距： h＝ 28＋ ＝ 一个进距的材料利用率： K ＝ n A／（ b h） 100%＝ 1 ／ (110 ) 100%＝ % 从材料的利用率和经济效益等方面考虑，选用方案一作为本设计的排样方式。 排样图 按零件的不同几何形状，可得出其相适合的排样类型，而根据排样类型又可分为有搭边与无搭边两种。 根据零件的形状分析和考虑到冲裁时的工艺合理性与经济合理性，采用有搭边的排样方案比较合理。 方案一的排样图，见图 所示： 图 排样图一 襄樊学院 毕业设计（论文）报告纸 第 10页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 方案二 的 排样图 ， 见图 所示： 图 排样图二 搭边 排样时工件之间以及工件与条料侧边之间留下的余料叫搭边。 搭边虽然是废料，但在工艺上却有很大的作用，搭边的作用是补偿定位误差，保证冲出合格的零件，搭边还可 以保证条料有一定的刚度，利于送进。 搭边值要合理确定，搭边值过大，材料利用率低；搭边值过小，在冲裁中有可能被拉断，使零件产生毛刺，严重时会拉入凸模与凹模间隙之中，损坏模具刃口。 搭边值的大小通常与材料的机械性能、工件的形状和尺寸、材料的厚度以及送料和挡料方式等因素有关。 硬材料的搭边值比软材料的搭边值可小一些；工件尺寸大或是有尖突的复杂形状时，搭边值取大些，厚材料的搭边值应取大些；用手工送料，有侧压装置时，搭边值可取小一些。 搭边值大小的确定，目前是由经验确定的，实际生产中，考虑材料的利用率，可根据条料的长度作 适当的增减。 冲裁力的计算 在冲裁过程中，冲裁力是随着凸模进入材料的深度（凸模行程）而变化的。 用平刃口模具冲裁时，其落料力 F1 一般按下式计算： F1＝ K Lt b 式中 F1—— 落料力（ N） 襄樊学院 毕业设计（论文）报告纸 第 11页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ L—— 冲裁周边长度（ mm） t—— 材料厚度（ mm） b—— 材料抗剪强度（ Mpa） K—— 系数 由于 K 是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动、刃口的磨损、板料力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数，一般取 K= 为方便计算，也可按下式： F1≈ L1tσ b 式中 σ b—— 材料的抗拉强度 该工件材料是硅钢片，它的抗剪强度 b=190Mpa，经计算，该工件冲裁周边长度： L1＝ 28 2＋ 60＋ 16 4＋ 14 3＋ 10 2=242mm 计算落料力： F1＝ K L1t b= 242 190= 冲孔力： F2＝ K L2t b L2=4π = 则 F2= 190= 推件力和卸料力的计算 冲裁过程中，材料由于弹性变形和摩擦使带孔部分的板料紧在凸模上，而冲落部分的板料紧卡在凹模洞口内，为继续下一步的冲裁工作，必须将在凸模上的板料卸下，将卡在凹模洞口的板料推出，从凸模上卸下紧着的板料叫卸料，所需的力叫卸料力；顺着冲裁方向将卡在凹模洞口内的板料推出叫推件，所需的力叫推件力；有时需将卡在凹模洞口内的板料逆着冲裁方向顶出，这就叫顶件，顶件所需的力叫顶件力。 推件力、顶件力和卸料力是从冲 床、卸料装置或顶件器获得的，所以，选择设备吨位或设计冲模的卸料装置以及顶件器时，都需要对卸料力、推件力及顶件力进行计算。 影响推件力、顶件力和卸料力的因素很多，主要有材料的机械性能、材料厚度、模具间隙、零件的形状和尺寸以及润滑条件等。 大间隙冲裁时，由于板料所受拉伸变形大，故冲裁后的弹性回复使落料件比凹模尺寸小，而冲下的孔比凸模尺寸大，因此襄樊学院 毕业设计（论文）报告纸 第 12页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 卸料力、推件力都有显著下降，要准确地计算这些力是困难的，生产中常用以下经验公式进行计算。 推件力： Ft＝ n Kt F 卸料力： Fx＝ KxF 式中 F—— 冲裁力 Kt、 Kx—— 推件力和卸料力系数 n—— 同时卡在凹模洞口的零件数， n = h/t 式中 h—— 凹模洞口的直刃壁高度 查参考文献 [2]表 28 取凹模刃口直壁高度 h＝ 4mm，则 n＝ h／ t＝ 4／ ＝ 11 由文献 [2]表 25，当 t＝ 时， Kx＝ ， Kt＝ 推件力 Ft＝ n Kt F＝ 11 103 ＝ 103 N 卸料力 Fx＝ KxF＝ 103 ＝ 103 N 采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模： F 总＝ F1＋ F2＋ Ft＋ Fx= 103+ 103+ 103 + 103 =103 N 压力机公称压力的确定 压力机公称压力必须大于或等于冲压力。 由于确定模具结构为倒装复合模，卸料装置为弹性卸料装置，出料方 式是下出料。 则计算冲压力为 F 总＝ F1＋ F2＋ Ft＋ Fx= 103 N 襄樊学院 毕业设计（论文）报告纸 第 13页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 因计算出冲压力为 103 N，查 [13]表 及以后模柄孔径的标准，选用开式固定台压力机，所选压力机的基本参数是： 公称力 /KN 160 滑块行程 /mm 70 滑块行程次数 /（次 /min） 120 最大封闭高度 /mm 205 封闭高度调节量 /mm 45 喉深 /mm 160 两立柱距离 /mm 220 工作台尺 寸 /mm 前后 300，左右 450 垫板厚度 /mm 40 最大倾斜角 /（176。 ） 35 模柄孔尺寸 /mm 直径 40，深度 60 电动机功率 /kw 冲模压力中心的确定 冲裁力合力的作用点称为冲模压力中心。 为保证冲模正确和平衡地工作，冲模的压力中心必须通过模柄轴线而和压力机滑块的中心线相重合，以免滑块受偏心载荷，从而减少冲模和压力机导轨的不正常磨损，提高模具寿命，避免冲压事故。 确定复杂形状冲裁件的压力中心和多凸模模具的压力中心，常用下面几种方法： 按比例画出冲压 件形状 选定坐标 XOY。 将工件冲裁周边分成若干基本线段，求出各段长度，并同时求出各段重心。 按比例画出零件行状，选定坐标系 XOY，如图所示 ,因零件左右对称，即 X c=0，故只需计算 Yc，将零件冲裁周边分成 L L2„ L6 基本线段，求出各段长度及各段的中心位置。 襄樊学院 毕业设计（论文）报告纸 第 14页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 图 压力中心 L1=60mm。