毕业设计---微型电机转子片级进模设计[管理资料]

连接片多工位级进模设计
摘要
本次设计主要是设计微型电动机转子片的级进模，因为微型电动机使用的转子是由多片转子片通过叠加的方式，才形成转子的，因此对转子片的需求量很大，使用普通的冲压模的生产效率不是很高，级进模具有生产效率高，寿命长，质量好，适用于制件的大批量生产，冲件质量可靠，稳定等特点。

通过对转子片的零件图的分析和工艺性分析，可以知道，制件的内外尺寸较小，同轴度要求在∮。

精度要求较高，产量较大，采用级进模生产。

因为制件外形尺寸小，排样是采用一模出三件的排样方式，考虑到尽量减少步距的误差对制件精度的影响，在冲转子轴孔和槽形工位后，接着下一个工位就是落外形。

因为制件的精度要求比较高，所以，对模具的导向精度要求就更高了，所以模具的导柱采用滚动导向的导柱进行导向因为级进模的有些零件容易损坏，所以，各个工位上的零件是采用组合形式进行装配和加工的。

级进模在加工的时候，速度好高，这时模具上就必须要有自动报警系统，因为模具在工作过程中，只要有一次失误，如误送料、凸模折断、叠片、废料堵塞等，均会导致模具损坏，甚至造成设备或人身事故。

所以在模具的上模导正孔的位置设置防止误送料检测报警装置，以保证模具的安全。

当材料送进不到位时，报警导正销被迫回缩，推动报警导杆左移，触发报警开关，机床立刻停止工作，避免损坏模具。

关键词：转子片多工位级进模设计镶拼结构安全检测自动保护装置
引言 (4)
(5)
(6)
(8)
(8)
(9)
(11)
(14)
(14)
(15)
(16)
(16)
总结 (20)
致谢 (21)
参考文献 (22)
大学三年的学习即将结束，毕业设计师其中的最后一个环节，是对以前所学的知识及所掌握的技能综合运用和检验。

随着我国经济的迅速发展，采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用。

在完成大学三年的课程学习和课程、生产实习，我熟练的掌握了机械制图、机械设计、机械原理等专业基础课和专业课方面的知识。

对机械制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理解，达到了学习的目的。

对于模具设计这个实践性非常强的设计课题，我们进行了大量的实习。

经过在学校实训室的实训，我对于模具特别是级进模的设计步骤有了一个全面的认识，丰富了各种模具的结构和动作工程方面的知识，而对于模具的制造工艺更是实现了零的突破。

在指导老师的协助下和车间师傅的讲解下。

同时在现场查阅了很多相关资料并亲手拆装了一些典型的模具实体，明确了模具的一般工作原理、制造、加工工艺。

并在图书馆借阅了许多相关手册和书籍。

模具是制造业的重要工艺基础，中国虽然很早就开始设计制造模具但长期未形成产业。

直到20世纪80年代后期，中国模具工业才进入发展快车道，中国模具产量已位居世界第三，模具推广应用的领域也越来越大。

世界模具向着很好的趋势发展：一、模具日趋大型化。

二、模具的精度将来越来越高。

10年前精密模具的精度一般为5微米，现在已经达到1—2微米。

三、多功能复合模具将进一步发展。

新型多功能复合模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，对钢材的性能要求也越来越高。

随着机械制造行业的飞速发展，模具行业在各个行业中都处在重要的地位，不管在汽车、电子、航空、船舶以及军事武器中都离不开模具，它已经成为当代杰出工程技术成就之一。

尤其在经济全球化的形式下，各个行业都面临着日益激烈的市场竞争，如何提高企业的应变能力和生存能力，参与国际合作与竞争，都是摆在各个企业面前的重要课题。

人们对模具越来越要求高度自动化、高标准化。

为了拓展在工艺方面的知识，为了适应社会需要，在基础学习上进行一次比较全面的设计，是为了对所学知识的综合应用能力的考察，同时是对所学知识的回顾与检查。

本次设计是一副微型电动机转子片级进模设计。

本次在老师细心的指导下，在同学的帮助下，对模具的寿命、生产周期、成产成本、经济性的条件下仔细分析而设计的。

因我个人水平有限，因此在实际过程中难免有不合理之处，望各个老师多多批评指正。

本论文是在王桂英老师精心指导和严格要求下完成的。

王老师那严谨求实的治学态度，以宽广的胸怀和渊博的知识为我们树立了榜样。

在此向她表示衷心的感谢！
设计人：
2010年10月22日
1.制件
转子制件如图1所示，材料为硅钢片，料厚t=。

图1
图2（实物图）
技术要求：①表面无刮伤、无压印；②；③表面本色处理；④制程控制表面无油
污，脏污。

该零件是微型电动机转子，材料为硅钢片，。

制件内外形尺寸较小，，精度要求较高，产量大，采用级进模生产。

从图2可以看出，转子上主要有一个孔和三个一样的槽，因为转子在使用的时候是几个转子片叠加在一起使用，所以转子的成型方法冲孔、切除多余废料、叠加。

①材料：该冲裁件的材料是硅钢片是低碳钢，也是一种硬钢，，较薄。

硅钢是制造电机转子、变压器铁芯等的基本材料，化学成分为3%～5%的硅，%的碳，%的猛，%的磷，%，其余的为铁。

硅钢片的特点是硬而脆，表面涂有无机绝缘涂层；其抗剪强度为450MPa，硬化退火。

②零件结构：该冲裁件结构简单，没有弯曲形状，、、、R1连接过度，，比较适合冲裁。

③③尺寸精度：°±30′，未注公差属于自由尺寸，可按IT14级确定工件尺寸的公差，该产品是属于圆形平板零件，最大直径只有Φ13mm。

、、、R1等较小的圆弧角，只有采用冲孔定位的多工位级进模获知复合模制造加工，才可以更好的保证零件的尺寸精度和形状精度。

综上：该零件的形状、尺寸、精度、材料均符合冲压工艺要求，可以采用冲压方法加工，并且为了满足该零件的需求量，故采用三排级进模冲压。

三排样可以抵消侧向力，提高效率，提高材料的利用率，并且保证了制件的精度。

根据制件的工艺性分析，其基本工序有冲孔，落料两种，可以用以下三种工艺方案：
①先落料，再冲孔，采用单工序模生产。

②落料—冲孔复合冲压，采用复合模生产。

③冲孔—落料连续冲压，采用级进模生产。

方案①模具结构简单，但是需要两道工序，两套模具才能完成零件的加工，而且零件体积细小，夹放比较困难，生产效率低，难以满足零件形状精度和同轴度以及大批量生产的需求，由于零件结构简单，为提高生产效率，主要采用复合冲裁或级进冲裁方式。

方案②比较容易保证冲件精度，但是模具制造较复杂、模具成本较高、模具制造周期也比较长和模具使用寿命较短。

方案③生产效率高、尺寸精度较高、工作环境好、模具强度高、模具制造没有复合模复杂等。

由于冲裁材料为硅钢片，较硬且脆，外圆形尺寸没有要求，在能够较好保证尺寸精度、提高模具的强度和使用寿命，最后确定用多工位级进模冲裁方式进行生产。

由工件尺寸可知，内外形尺寸较小，材料较薄，易变形，为便于操作，所以级进模结构采用顺装式级进模及弹性卸料、悬浮销定位送料、凸摸冲孔定位和定位钉定位方式。

排样图是多工位级进模设计的关键，它集体反映了零件在整个冲压成形工程中，毛坯外形在条料上的截取方式及相邻毛坯的关系。

而且对材料的利用率、冲压加工的工艺性以及模具的结构和寿命等有着显著的影响，故应针对零件和零件展开后的工艺特点，并综合考虑工艺分析各个因素后，设计合理的排样图及具体工位安排，该零件外形尺寸比较小，若采用单排的排样则材料的利用率低，双排相对于单排利用率有了一些提高，但是还是没有三排的利用率高，故采用三排的排样方式；又为力减少制件在冲压式的移动和抵消弯曲力，和制件外形尺寸太小，综合考虑采用“三列直对排法”，模具加工时“一模三件”生产，大大提高了生产效率，因此这样的排样比较科学合理。

查文献[6]表4—18取搭边值a= mm，。

故：条料宽度b=+=
步距h=13+=
综上所述，排样图如下图：
排样图实物
为了保证压力机和模具正常地工作必须使压力中心与压力机滑块中心线相重合。

否则在冲压时会是模具与压力机滑块歪斜，引起凸、凹模间隙不均匀和导向零件加速磨损，造成刃口和其他零件的损坏，甚至还会引起压力机导轨磨损，影响压力机精度。

形状简单对称的工件，如圆形、正方形、矩形，其冲裁时的压力中心与工件的中心重合。

由于该零件的落料、冲孔均为轴对称形状，其中心便是压力机的压力中心，故不必进行压力中心的计算。

按文献[7]中的公式计算：F L=KLtζb
式中 F—冲裁力（N）
L—冲件周边长度（mm）
t—材料厚度（mm）
ζb—材料抗剪强度（MPa）
K—考虑模具间隙的不均匀、刃口的磨损、材料力学性能与厚度的波动等因素引入的修正系数，一般去K=
对于同一种材料，其抗拉强度与抗剪强度的关系为δ
b
=，故冲裁力也可以按下
式计算：F=Ltδ
b
，查表2—3得，抗剪强度ζ
b =350～400MPa，取δ
b
=400MPa，落料力F=KLtζ
b
==
≈70KN
卸料力的计算
卸料力公式：F卸=K卸xF L
K卸——卸料力系数，经查表4-22，取K卸=；
则卸料力为：F卸=K卸xF L==
推件力的计算
推件力公式：F T=nKF L
式中 n——同时卡在凹模内的冲件数，n=h/t（h为凹模孔口的直刃高度，
t为材料厚度）。

K T——推件力系数，
F——冲裁力
则顶件力F T=nKF L==
综上所述，选择冲床时，总压力：F总=F L+ F卸+ F T=70++=
冲压设备类型的选择根据所要完成的冲压工艺的性质，生产批量的大小，冲压件的几何尺寸和精度要求等来选择设备的类型。

（1）考虑冲压件的大小在中小型的冲压件、弯曲件或拉深件的生产中，主要采用开式机械压力机，因为它提供了极为方便的操作条件，模具
也容易安装。

（2）考虑冲压件的生产批量在大批量生产或形状复杂零件的大量生产中，因尽量选用高速压力机或多工位自动压力机；在小批量生产中，
尤其是大型厚板冲压件的生产中，多采用液压机，由于液压机没有固
定的行程，不会因为板料厚度变化而超载。

（3）考虑压力机设备的精度和刚度压力机的刚度由床身刚度、传动刚度和导向刚度3部分组成，如果刚度较差，负载终了和卸载终了时模具
间隙会发生很大变化，影响冲压件的精度和模具寿命，设备的精度也
有类似的问题。

在冲压设备的类型选定之后，应该进一步根据冲压件的大小、模具的尺寸和冲压力来确定设备的规格。

（1）所选压力机的公称压力必须大于冲压所需的总冲压力，即：F冲压
机>F总。

（2）压力机的行程大小要适当。

由于压力机的行程影响到模具的张开高度，因此对于冲裁、弯曲等模具，其行程不宜过大，以免发生
凸摸与导板分离或滚珠导向装置脱开的不良后果。

（3）所选压力机的闭合高度应与冲模的闭合高度相适应。

即满足：冲模的闭合高度介于压力机的最大闭合高度和最小闭合高度之间的
要求。

（4）压力机工作台面的尺寸必须大于模具下模座的外形尺寸，并还要留有安装固定的余地。

但在过大的工作台面上安装过小尺寸的冲
模时，对工作台的受力条件也是不利的。

在实际生产中，为了防止设备的超载，可按F≥（～）F理论来估算压力机的公称压力，所以F==
参考文献《多工位级进模设计与制造》附录E2可选取开式高速精密压力机，规格见下表：
确定冲裁间隙
冲裁间隙是指冲裁模中凸凹模刃口部分尺寸之差，其双边间隙用Z表示，单边间隙用C表示，C=Z/2，冲裁间隙的大小对冲裁件的断面质量、冲裁力和模具寿命等影响很大，所以冲裁间隙是冲裁模具设计中的一个非常重要的工艺参数。

（1）间隙对冲压力的影响间隙增大，材料所受的拉应力增大，材料容易断裂分离，冲裁力有一定程度的降低，继续增大间隙值，会因从凸凹模
刃口处产生的裂纹不相重合的影响，冲裁力下降变缓，间隙减小，材料
不易断裂，使冲裁力增大，间隙合理时，冲裁里最小。

（2）间隙对模具寿命的影响间隙小，落料件或废料往往会梗塞在凹模洞口，导致凹模涨裂，因此过小的间隙对模具寿命极为不利。

间隙增大，
可使冲裁力、卸料力等减小，从而刃口磨损减小，但是间隙过大，零件
毛刺增大，卸料力增大，反而使刃口磨损加大，所以合理的间隙值可适
合弥补模具制造精度不高和动态间隙不均匀引起的不足，不至于啃刃口，
起到延长模具使用寿命的作用。

（3）间隙对冲裁件质量的影响①间隙过小时，凸模刃口处的裂纹比合理间隙时向外错开一段距离。

当凸模继续下压时，在上、下裂纹中间产生
二次剪切，在制件断面形成两个光亮，而夹在中间的是撕裂面，并在断
面出现挤长的毛刺。

毛刺虽有所增长，但易去除，而且冲裁件的翘曲小，
断面垂直，只要中间撕裂不是很深，仍可使用。

②间隙过大时，凸模刃口处的裂纹比合理间隙时向内开一段距离，
材料的弯曲与拉伸增大，拉应力增大，易产生剪裂纹，塑性变形阶段较
早结束，致使断面光亮带减小，圆角带增大，所形成的厚而大的拉长毛
刺难以去除，制件翘曲严重。

③间隙不均匀时，将制件的整个冲裁轮廓上分布着各种不同情况的
断面。

由以上分析可见，凸凹模制件的间隙对冲件质量、冲裁力、模具寿命等都有很大的影响。

因此，在设计模具时一定要确定一个合理间隙值，以提高冲裁件的断面质量、尺寸精度、模具寿命和减小冲裁力。

因该冲件的材料为硅钢片，厚度t=，由文献多工位级进模设计与制造，查表2-3得：Z max =，Z min =,
冲孔工序的凸、凹模尺寸确定，可按下式确定：
d p =(d min +x △)0
-δp
d d =(d p +Z min )+δd
0=(d min + x △+Z
min
) +δd
式中， d p 、d d ——冲孔凸、凹模刃口尺寸，单位mm ；
△——工件公差，单位mm ；
δp 、δd ——凸、凹模制造公差，单位mm ；
x ——磨损系数，见表11
（1） 、凹模的制造公差，经查表4—13后，得出， δp =，δd =。

由于δp +δd >Z max -Z min ，故要采用凸模与凹模配合加工方法，以凸模为设计基准件，先求出它的尺寸及公差，再结合凸凹模间隙配合加工出凹模；其因数查表4—14查得，磨损系数X=，又有制件制造公差△=，因此要按配作公式进行计算，配作公式如下：
d p =（d min +x Δ）0
-Δ/4，则：
d p =(d min +x △)0
-Δ/4=（+）=
=2
+
d d 按凸模尺寸计算配制，～。

(2)制件定位孔Φ3mm ，查公差表得△=，x=，d p =，则
d p =(d min +x △)0
-Δ/4=（3+）=
d d按凸模尺寸计算配制，～。

（4）槽型孔的凸、凹的尺寸的计算，槽型图如图下图所示：
零件图
根据上面的计算过程可得，；，， mm。

凹模尺寸按凸模实际尺寸进行配制，～。

落料工序的凸、凹尺寸，可按下式计算，
A d=（A max-xΔ）+Δ/4
，
A d——冲孔凸、凹模刃口尺寸，单位mm；
△——工件公差，单位mm；
x——磨损系数，见表11
落料尺寸为Φ13，△=，x=，则：
A d=（）++
mm
A p按凹模实际尺寸进行配作，～。

为了提高模具的使用寿命，降低模具的制造成本，方便模具的调试和维修，，而且为了方便模具的安装和调试，防止凸凹模安装错位，。

同时，这些圆弧孔也将防止模具在高速冲裁时形成的空气闭气等现象，大大提高了冲裁件的制造质量。

为冲裁前压紧材料和冲裁完后使材料脱离凸模，我们采用了卸料装置，此模具采
用了弹压是卸料结构，使条料在落料过程中始终处在一个稳定的压力下，从而改善毛坯的稳定性，避免材料在切向应力的作用下起皱和滑动的可能。

在料挡板和凸模顶板制件采用弹性元件———橡皮胶。

橡皮允许的承受负荷要比弹簧大，而且调整、安装、拆卸方便，价格又便宜，是冲模中广泛使用的弹性元件，在设计时，一般不用经过计算，其压缩量大小，可以通过实验更换及选用。

卸料装置主要由卸料板、卸料挡板、上模垫板、六段橡皮胶和四个卸料螺钉构成。

如图所示：
模具结构主要零件有：上、下模座、落料凹模、冲孔凹模、冲孔凸模、卸料板、垫板、凸模固定板等等，根据主要工作部分尺寸，结构以及弹性元件的尺寸，模架选取滑动导柱模架。

即：
上模座：258mmX189mmX35mm 45钢
下模座：258mmX189mmX35mm 45钢
上模垫板： 45钢
下模垫板： 45钢
卸料板：258mm198mmX20mm 45钢
导柱、，硬度为58-62HRC。

落料凹模、凸模、冲孔凹模、冲孔凸模材料均采用硬质合金。

模具结构如下：
采用导柱在模板四角滑动的导向模架，自动送料，弹性卸料板卸料，导正销精定位的方法进行冲压，为了保持送料稳定的进入模具，左右方向靠浮动导料销的导料槽控制外，在进料口由导料板进行导向，顶针组成压紧装置对条料进行压紧，防止条料冲裁时起伏窜动。

级进模的维护保养对保证正常的生产、提高制件的质量、延长模具的使用寿命、以及改善模具的技术状态非常重视，不容忽视。

（1）使用时，应了解模具的使用性能和结构特点，并检查模具是否完好。

（2）正确安装和调整模具。

（3）开机前检查模具内有无异物，所用条料的表面质量有无缺陷。

（4）定期润滑冲模的工作表面和导柱、导套活动的部位，以及活动配合面。

（5）使用完毕后要擦拭干净，并涂上防锈油，一般导套上盖纸片，防灰尘，并及时返回模具库，放在固定的位置
（6）模具的调运应稳妥、慢起、轻放。

（7）模具库应通风良好，有良好的防护措施，专人管理。

10、模具在生产过程中出现问题的处理
在级进模生产中，有时候会出现故障，给生产带来不便，下面简单的介绍几个
常见问题的处理方法。

产品毛刺增大
当模具使用一段时间后，发现产品的毛刺增大，这时要检查凸、凹模刃口，如果发现刀口磨损或产生崩刃，要及时进行刃磨，刃磨后要调整凸、凹模高度，若不能再刃磨时则需要更换。

如果发现凸、凹模没有磨损，而零件上的毛刺不均匀，则是装配时冲裁间隙不均匀导致的，要进行对其间隙的调整。

废料上浮
废料上浮也是引起级进模损坏的一大问题。

一般轮廓形状简单的冲裁件比复杂的冲裁件易上浮，其中圆形、方形、三角形和侧刃冲下的废料最易上浮。

异形复杂的废料不易发生上浮，产生上浮的原因很多，要对不同原因具体分析，作相应解决。

送料不顺畅
送料不畅会影响生产，重则损坏模具，产生原因有以下几个：
（1）生产时送料步距与设计的步距有差异,应调整送料步距；
（2）导料销间距过大，应增加数量；
（3）条料抬起的高度不够，凹模阻止送料，应加大抬料钉抬起的高度；
（4）导料销与条料间隙过小，产生爬行，应适当放大间隙。

（1）零件图如下:
零件图
各孔的坐标
（2）.零件结构的工艺性分析
由零件图可以知道，该零件主要是由直通式的孔和直通式的螺纹以及一个开口的槽组成，图中Φ2的导正孔用一般的一般的方法很难加工，需要使用特种加工进行加工，这就曾加了加工成本，其的孔可以用普通的方法进行加工，因为零件上的尺寸精度要求比较高，在加工时要考虑，所选用的加工手段能否达到所需要的精度。

，基本加工加工好了，还需要进行磨削和研磨才能达到所需要的表面质量精度。

有些尺寸精度、表面质量要求不高时、可以在热加工之前进行加工，有些尺寸精度、表面质量要求较高时，可以放在热加工之后进行精加工。

以获得所需要的尺寸精度和表面质量。

（3）.毛坯的选择
材料为45#钢，适合机械加工，从零件图中可以看出，最终零件的尺寸为163mmX79mmX25mm，所以备料时应该留有一定的加工余量，开始备料的规格为170mmX88mmX32mm。

毛坯为锻件。

（4）.拟定工艺路线
拟定工艺路线时，应该考虑以下几点内容：选定工艺基准，确定加工方法，安排加工顺序和决定工序内容。

先将毛坯的两个面加工好，以这两个加工好的面为粗基准，确定出图中所示坐标为（0,0）的孔，然后以这个孔的为精基准。

加工其他的孔，这样可以保证各孔的尺寸精度。

对于图中大于Φ3的孔可以通过一般的机械加工方法进行加工，图中的Φ2的孔需要用电火花穿孔机进行加工获得。

平面可以通过平面铣削的方法加工，加工好后进行平面磨削，以获得较好的表面质量。

先加工平面，钻螺纹底孔和穿丝孔，钻螺纹孔，热加工，线切割加工……（5）.确定各工序的加工余量
平面精加工后，，精加工后进行热处理，热处理硬度为45～50HRC。

热处理后的
进行精磨，磨到规定的尺寸后进行线切割加工，线切割加工时，，研磨可以是零件达到很高的精度要求和使用寿命。

（6）.确定机床和工具
确定个工序所使用机床和工具
铣平面的时候使用的是铣床，工具为Φ12的铣刀，使用电磁吸盘进行定位和夹紧。

磨削平面的时候使用的是平面磨床，工具为砂轮，使用电磁吸盘进行定位和夹紧。

线切割的时候用电火花线切割机床进行加工，，使用压板进行夹紧和定位。

（7）.确定主要工序的技术要求和检验方法
根据模具技术条件和加工装配的工艺特点，确定各主要工序的技术要求和检验方法。

进行平面加工后要检测平面的平面度，表面质量和尺寸精度是否达到设计要求，线切割加工后检测各型孔的相对位置是否正确，孔的大小是否达到设计要求，留的余量是否足够。

研磨时要检测被加工的孔是否研磨到设计要求的尺寸，表面质量，形位公差……。

（8）.不同加工工艺的经济性分析
方案一
方案二
方案一与方案二比较：方案一使用常用的机械加工手段，在经济上比较要求比较
低，但是加工出来的零件的质量没有方案而加工出来的质量好，精度也比较的差，使用线切割加工出来的孔，可以很好的保证孔的精度尺寸和各孔之间的位置精度。

但是方案一用传统的机械方法加工就很难保证。

对典型微型电动机转子片多工位级进模模具的设计过程、典型转子片的总体设计与装配调试过程等做了简略的概述，论述了级进模模具零件的成形原理，基本模具结构与运动的过程及其设计原理，并做了详细的计算，对典型的冲压或冲裁模具进行了
设计，其中，多工位级进模设计解决了单工序冲裁的难题。

本文对转子级进模模具各部分工艺力的计算和主要工作尺寸计算和设计。

本文在设计的工程中参考了现在工业生产的文献和现代制造技术资料，设计结果与现代的生产要求相贴近，符合企业生产的高效率、低成本条件，对大批量生产类似零件具有一定的参考作用。

作为大学期间最后一个环节，毕业设计给了我一个很好的锻炼机会。

通过本次设计，我更加巩固了我的专业知识。

本次毕业设计我达到了预期的目的：完成了老四给我出课题的相关内容。

对模具特别是冲压模具设计有了更加深的了解和学习。

也得到了很好的锻炼，专业知识也得到了拓展和深入的了解。

我相信这次设计将会对我以后的学习或者工作起到重要的作用。

谢
本文是在王桂英老师的悉心指导下完成的，在我即将完成学习之际，衷心的感谢王老师给我的关心和帮助。

王老师渊博的知识、严谨的治学态度、平易近人的作风和认真负责的工作态度让我受益匪浅。

从王老师处我们学到了许多的专业知识和相关的。