分析微电机端盖板高速连续模设计

UGS3twrr · 发表于 2011-2-24 21:07

前言
端盖板是RF-300C系列微型永磁直流电动机中的主要结构零件之一，它用于联接转子和定子，使电机定、转子之间稳定地保持着设计所要求的轴向相对位置以及同轴度要求，以保证电机气隙的均匀度，年总产量600万件，这种形状较复杂、尺寸小，而且轴承室内径和深度尺寸也不相同的冲压件，冲压工序较多，需要冲裁、拉深、整形、压印、落料复位等多道工序，如利用单工序多模冲制自然占用工序多，且多次定位制件尺寸及形位公差难以保证，耗费的工时也多送料还有不安全的因素，占用机床多，总之，生产效率低，制造成本高，不适应大批量生产，根据零件尺寸还有形位公差的要求，零件加工工艺较复杂及零件产量较大等因素决定采用生产效率高、经济性好、适宜于大批量生产的高速连续模设计结构，决定用公称压力为650kN的徐州锻压机床厂产VH-65型开式高速精密压力机。
1 零件工艺分析 端盖板零件的尺寸和形位公差精度要求很高，零件表面要求平整光洁，不能有瑕疵、划痕、毛刺等，双面压印平整，端盖板要求材料厚度为0.8±0.03mm.,材料为日本进口电镀锌钢带卷料,牌号为JISG3303 SECD-C20,此件平面度要求为0.03mm, 毛刺高度小于0.03mm, 毛刺方向朝向轴承室侧，未注圆角R小于0.2mm,未注公差按GB1804-79IT12级，轴承室内径相对于端盖平面的垂直度为0.02mm, 端盖板落料外圆尺寸相对于轴承室内径同轴度要求为φ0.025mm, 轴承室内径按RF-300C系列电动机规格有φ5.4(-0.02,-0.03)、φ5.45(-0.02,-0.03)两种尺寸，而深度也有1.1±0.05mm、1.2±0.05mm两种尺寸，落料外圆尺寸为φ23.5(-0.01,-0.03)mm,具体尺寸及外形如图1所示。

2 排样设计及冲压工步与工位的安排
排样设计对材料的利用率、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，是决定模具能否成功的重要环节。在带料上布置工件的拉深、整形、压印、冲孔及落料复位等工位,其冲压排样设计如图2所示。根据设计经验,中心搭边取1 mm,侧边搭边取0.5mm,条料的宽度取24.5mm,冲压步距为24.5mm。在分析了材料的利用率、条料的送进、废料的切断回收、模具的强度结构校核以及零件拉深变形等因素之后，确定模具有七个工步八个工位来完成，具体如下：
（1）冲导正钉孔和拉深：
冲导正钉孔：用来矫正条料及工序件位置，从而起到精确定位的作用，以作为连续模以后的定位基准。
拉深：金属材料在平板毛坯上的局部拉深，成形时凹模口外的外缘区材料已无法流入凹模内，不能向中心内部移动，塑性变形只局限于凹模口内的部分材料范围之内，这种变形是依靠变形区部分板材厚度变薄，表面积增大来实现的。局部起伏成形变形程度为：ε=(L1-L)/L×100=(7.98-7)/7×100=14%, 材料极限变形程度ε极=(0.7～0.75)δ=17.5～18.75%，δ为材料的延伸率,查冲压用主要材料的力学性能表,取为25%,ε＜ε极, 因此拉深起伏成形能一次完成,［Ⅰ］拉深方向与冲裁方向相反，模具中采用反向拉深结构，即凸模在凹模固定板5上，凹模在卸料板8上，零件轴承室拉深形，实际上近似压窝φ7mm的圆缺，高1.9mm.为拉深整形成形作准备。
(2)拉深整形（轴承室的成形）：在拉深成形的基础上进行轴承室的整形成形，随着冲床滑块的下行，紧压在整形凸模定位套47和卸料板8之间的拉深凸包逐渐被整形成形，在凸模固定板14和卸料板8之间的限高柱10用来限制整形凹模16的上下移动行程，当冲床下行到冲床滑块的下死点时，凸模固定板14与限高柱10刚好接触，制件的各工位也完成动作，整形凹模16内的顶料限位杆17与整形凸模16一起将端盖板的轴承室镦死压成形，顶料限位杆17顶在上垫板15上，同时，整形凸模16把0.15深的环印也压印成形，这样，就保证了轴承室端面的平整，为了在整形、压环印成形之后零件更好地脱模而不变形，在此工位，随着冲床滑块的上行，在两个卸料弹簧45的弹力下，推动整形凸模定位套47向上的同时，一起将两个顶料销48顶起，从而保证更有效地脱模，不让整形成形后的零件粘在整形凸模46上。
(3)压印：要求双面压印点0.15×0.15mm,深0.06mm，印点相互间距为1×1mm，要求零件表面平整无划痕。
(4)一次冲孔：精确定位冲2－φ1.5和φ1.4孔及R1.7腰形孔和R0.5腰形孔。φ1.4及φ1.5属小孔冲裁，常易发生的就是堵料等，根据修模经验，小孔冲裁时下模的空刀最好要大于两倍的小孔废料外径，保证小孔废料顺畅漏下。
(5)二次冲孔：冲另外2－φ1.5和φ1.4孔及R1.7腰形孔和R0.5腰形孔。
(6) 落料复位和空位：落料复位反顶板52安装在落料复位凹模51内，它与落料复位凹模51配合公差按H6/h5小间隙滑配合，落料复位反顶板52带有轴承室导正圆台，落料时端盖板轴承室以导正圆台为定位基准，能保证落料外圆φ23.5(-0.01,-0.03)与轴承室φ5.4(-0.02,-0.03)的同轴度，冲出符合图纸要求的零件并重新复位在料带上。
落料复位之后为空位：确保落料复位凹模的安装空间的模具强度。
(7) 落料、切断废料：落料凸模从料带上推下端盖板成形件，成品件从下模板漏下，随后切断钢带废料。

3 模具设计
3．1 模架及其导料、导正机构设计
模具结构见下图3，采用标准四导柱滚珠导套模架，这种滚动导向模架的导柱与导套则采用轴承钢GCr12制造，淬火硬度为62～68HRC，导柱、导套与滚珠装配时要保证过盈量为0.015～0.025 mm，工作表面粗糙度Ra0.16～0.5μm，导向精度准确可靠,运行平稳,刚性很好，耐磨损。凸模固定板和卸料板与凹模固定板都采用变形小、耐磨损的冷作模具钢Gr12MoV制作，上下模板为45钢板制作，调质处理，硬度25～30HRC，平行度误差在400mm范围内小于0.02mm, 为保证凸、凹模的间隙，在模板内加有4根φ16小导柱滑动导向以保证模具导向精度和相对位置，耐磨损滑动小导柱导套配合间隙为0.005～0.01mm。
采用12个圆柱形浮动抬料钉3送料并兼作条料的导向，为保证带料在模具内部送进的步距精度,从第二工位起设置双排导正销定位，共设置11个导正销，对称分布，其中在第六工位上方设置一个监测安全导正钉，一旦发生误冲，将会使压力机急停，从而达到保护设备与模具的目的。导正销导正段的长度应合适,太短了影响导正精度,太长了使卸料困难,应取0.6～0.8mm为合适。
为保证卸料板8与凸模固定板14的平行度，设置等高套34和弹簧32，8个弹簧的弹力宜较大，因为它不仅起卸料作用，而且安装在卸料板上的拉深凹模工作时，其作用力亦由弹簧提供。

3．2轴承室内径与深度尺寸的调整
按照RF-300C系列微电机端盖板轴承室尺寸配置有三种规格，轴承室深度有 1.1±0.05mm、1.2±0.05mm两种尺寸，可通过调整整形凸模46的φ5.4(-0.02,-0.03) mm的长度（相对于整形凸模定位套47的高度尺寸要长一个轴承室深度）来控制，当冲床滑块下行到下死点时,要保证凸包整形凸模定位套67的上平面与凹模固定板5的上平面在同一平面内,允许精度±0.01mm，可以通过在整形凸模46的下面增减垫片的方法来调试。轴承室内径有φ5.4(-0.02,-0.03)mm、φ5.45(-0.02,-0.03)mm两种尺寸，可通过更换不同外径的整形凸模46和整形凸模定位套47来保证其轴承室内径尺寸，通过使用此模具结构，轴承室内径与深度尺寸的调整变得较为方便、快捷、准确。

3．3 模具凸、凹模等主要零件的加工工艺
凸、凹模为模具中最易磨损的零件，因此根据其零件对材料性能的要求采用耐磨损的硬质合金YG15和SKD11。凸凹模是模具核心件，为了使凸凹模工作部分的尺寸精度和形位公差满足设计图纸，它们与固定板定位部分的配合好坏决定上下模的对中间隙是否均匀。所以凸、凹模与固定板的配合必须保证零件的互换性，而要满足良好的互换性，基于定位精度，零件的互换性及模具维修时装卸方便的考虑，凸模、凹模和固定板采用H4/h3的小间隙配合，在装配时，加以少许力即可推入，这样就可以确保凸凹模与固定板装配后能满足工作要求。落料复位凸模31、落料复位反顶板52、落料凸模35、拉深凸模7及凹模9和整形凸模46及凹模16、φ1.4mm冲头26、φ1.5mm冲头25、压印上模24、压印下模58主要采用外圆磨床加工，冲孔凹模57及腰形孔型腔、R1.7mm腰形凸模29、R0.5mm腰形凸模30、压印上、下模0.15×0.15高0.06mm压印点采用线切割慢走丝加工，凸模直径只有φ1.4mm、φ1.5mm及R0.5mm腰形凸模,凸模过长易折断,又由于空间有限不能采取护套来保护凸模,故凸模设计成阶梯状,同时用卸料板保护凸模, 卸料板具有卸料、导向的功能。

3．4冲裁间隙均匀度调整及合理间隙值的大小
端盖板对毛刺的要求较严，最大不允许超过0.03mm。凸、凹模之间的间隙均匀程度及其大小，是直接影响所冲裁断面质量和冲模使用寿命的重要因素之一，查表《电器、仪表行业冲裁模间隙值》，双面冲裁间隙取Z=0.04mm～0.056mm时断面光滑无毛刺。凸、凹模之间冲裁间隙的均匀度可通过透光法（也称光隙法）和切纸法来调整。使用透光法调整间隙时首先用手灯照射凸、凹模，并在凹模落料孔中仔细观察，当发现凸模与凹模之间所透光线均匀一致，表明间隙均匀，若所透光线在某一向偏多（间隙不均匀），可用铜棒敲击凸模固定板的侧面反复调整凸模位置直到透光状态均匀或切出无毛刺的纸为止，然后拧紧紧固螺钉，这样就可获得均匀的冲裁间隙且保证毛刺较小的关键。

3．5落料复位
为了满足零件落料毛刺与零件表面平面度的要求，该模具落料复位采用了弹压卸料逆出件方式。凹模内设置了落料复位反顶板52,落料复位的模具结构如图3所示，在落料复位凸、凹模将零件从料带冲裁断裂分离的过程中，落料复位反顶板52在强大的弹簧力的作用下始终压紧零件使零件不变形保证了零件的平面度，当落料复位凸模31向上抬起时，落料复位反顶板52在弹簧力的作用下将零件反向顶出推入料带完成复位，料带将零件带到下一工位来完成落件。落料复位的结构既满足了零件冲孔毛刺的工艺要求，又保证了零件的平面度要求是一种一举多得的模具结构,采用弹压卸料逆出件方式模具冲裁，省去了校平工序，既可满足工件对平面度的要求，又能保证安全生产。［Ⅱ］另外，在模具落料复位的调整过程中要注意以下几点：（1）卸料板的压边力要足够大以保证能够压住料带使之不变形；（2）落料复位反顶板的弹簧力要足够大以保证能够压住零件使之不变形并将零件回复在料带上；（3）合理的冲裁间隙，间隙过大造成落料零件外形尺寸相对料带复位孔尺寸过大而使零件不易回复在料带上，间隙过小会加快冲裁凸凹模的磨损，缩短冲模寿命。［Ⅲ］（4）合理的落料复位凸模切入料带的深度，如切入过深，零件不易回复在料带上，在料带移动中产生掉片现象，如切入深度过浅，落料时产生过大的毛刺，严重时由于断面撕裂而产生制件变形现象，落料复位凸模切入料带的深度通常在实际生产中调配，一般可取为料厚的0.8倍比较合理，既可以满足落料复位又可以保证冲模寿命。

结束语
该连续模设计送料合理、定位准确、结构紧凑，刚性好，精度高,自动化程度和生产效率高，操作可靠安全，寿命长，维修调节方便，适应大批量生产，模具经生产调试，已交付使用一年，运行状态稳定可靠，平均冲次200次/min,加工生产的端盖板，能够完全保证产品质量和生产量。模具投入使用生产600万件，制件稳定满足工艺要求，模具状态良好，对同类制件的工艺分析，模具设计有一定借鉴作用。

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