【文章內(nèi)容簡介】 損耗包括兩部分：磁滯損耗和渦流損耗。磁滯損耗是由于鐵芯在交變磁化時磁分子取向不斷發(fā)生變化引起的能量損耗。渦流損耗是由于鐵芯在交變磁化時產(chǎn)生渦流所產(chǎn)生的電阻損耗。為了減少鐵芯損耗，交流電機的定子鐵芯需用電阻系數(shù)大，磁滯回線面積小的薄板材料，經(jīng)沖制和絕緣處理后疊壓而成。硅鋼片是電阻系數(shù)大，磁滯回線面積小的薄板材料，含硅量大，電阻系數(shù)大。但是，硅鋼片中含硅量越大，電阻系數(shù)越大，使材料變脆，硬度增加，給沖裁和剪切工藝帶來了困難。硅的含量很大時，則無法進(jìn)行軋制和加工，通常含硅量一般不超過5%。不同牌號和規(guī)格的硅鋼片，機械性能是不同的。含硅量低的硅鋼片韌性較好，宜于冷沖加工。隨著含硅量的增加，硅鋼片的硬度也增加，而且變脆，容易磨鈍沖模的刃口，沖件的沖斷面不光滑，甚至在沖剪處產(chǎn)生裂紋。所以硅鋼片DR510—50～DR405—50主要用于制造電機的鐵芯。所以，該電動機定子鐵芯的材料選為電工硅鋼片D23，具有良好的沖裁性能和電磁性能。硅鋼片在出廠時，已經(jīng)經(jīng)過退火處理。退火處理的主要目的，是改善硅鋼片的電磁性能，并降低其抗剪強度。工件結(jié)構(gòu)形狀相對簡單，是由圓弧和直線組成，各項工藝符合要求，可以沖裁加工。 沖裁工藝方案的確定常見的模具形式可分為單工序模、復(fù)合模和級進(jìn)模三種。單沖，是每次沖出一個連續(xù)的（最多有一個斷口）的輪廓線。單沖的優(yōu)點是單式?jīng)_模結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，通用性號；生產(chǎn)準(zhǔn)備工作簡單；要求沖床的噸位小。它的缺點是沖制過程是多次經(jīng)行，不可避免地會帶來定子沖片內(nèi)外圓同心度的誤差，以及定子槽和轉(zhuǎn)子槽的分度誤差。復(fù)沖，是每次沖出幾個連續(xù)的輪廓線。復(fù)沖的優(yōu)點是勞動生產(chǎn)率高，沖片質(zhì)量好。缺點是復(fù)式?jīng)_模制造工藝比較復(fù)雜，工時多，并要求噸位大的沖床。進(jìn)級沖，是將幾個單式?jīng)_模或復(fù)式?jīng)_模組合起來。進(jìn)級沖的優(yōu)點是勞動生產(chǎn)率較高，缺點是進(jìn)級式?jīng)_模制造比較困難。確定模具形式，應(yīng)以沖裁工件的要求、生產(chǎn)批量、模具加工條件為主要依據(jù)。根據(jù)以下表格選取模具形式，單工序模、級進(jìn)模和復(fù)合模的比較見表22，沖壓生產(chǎn)批量與合理模具形式見表23。表22 單工序模、級進(jìn)模和復(fù)合模的比較比較項目單工序模級進(jìn)模復(fù)合模工件尺寸精度較低一般,IT11級以下較高,IT9級以下工件形位公差工件不平整,同軸度、對稱度及位置度誤差大不太平整，有時要較平，同軸度、位置度誤差較大工件平整，同軸度、對稱度及位置誤差大沖壓生產(chǎn)率低，沖床一次行程內(nèi)只能完成一個工序高，沖床在一次行程內(nèi)能完成多個工序較高，沖床在一次行程內(nèi)可完成兩個以上工序?qū)崿F(xiàn)操作機械化、自動化的可能性較易，尤其適合多工位沖床上實現(xiàn)自動化容易，尤其適應(yīng)于單機上實現(xiàn)自動化難，工件與廢料排除較復(fù)雜，只能在單機上實現(xiàn)部分機械化操作對材料的要求對條料寬度要求不嚴(yán)，可用邊角料對條料或帶料寬度要求嚴(yán)格對條料寬度要求不嚴(yán)，可用邊角料生產(chǎn)安全行安全性較差比較安全安全性較差模具制造的難易程度較易，結(jié)構(gòu)簡單，制造周期短，價格低形狀簡單件，比用復(fù)合模制造難度低形狀復(fù)雜件，比用級進(jìn)模的制造難度低應(yīng)用通用性好，適合中、小批量生產(chǎn)和大型件的大量生產(chǎn)通用性較差，適合于形狀簡單，尺寸不大，精度要求不高件的大批量生產(chǎn)通用性較差，適于形狀復(fù)雜、尺寸不大、精度要求較高件的大批量生產(chǎn)表23 沖壓生產(chǎn)批量與合理模具形式 批量/（千件/每年）項目單件小批中批大批大量大件中件小件1111~21~51~102~205~5010~10020~30050~1000100~500030010005000模具形式單工序模、簡易模單工序模、簡易模級進(jìn)模、復(fù)合模、單工序模級進(jìn)模、復(fù)合模級進(jìn)模、復(fù)合模設(shè)備形式通用壓機通用壓機高速壓機自動和半自動通用壓機機械化高速壓機與 自動機專用壓機與自動機通過以上關(guān)系比較，此工件是大批量生產(chǎn)，故采用沖孔落料復(fù)合沖裁模進(jìn)行加工，且一次沖壓成行。所謂復(fù)合模具結(jié)構(gòu)，就是在沖床的一次行程內(nèi)，完成兩道以上的沖壓工序。在完成這些工序過程中，沖件材料無需進(jìn)給移動。復(fù)合模具結(jié)構(gòu)的優(yōu)點（1）制件精度高。由于是在沖床的一次行程內(nèi)，完成數(shù)道沖壓工序。因而不存在累積定位誤差。使沖出的制件內(nèi)外形相對位置及各件的尺寸一致性非常好，制件平直。適宜沖制薄料和脆性或軟質(zhì)材料。（2）生產(chǎn)效率高。（3）模具結(jié)構(gòu)緊湊，面積較小。復(fù)合模具結(jié)構(gòu)的選用原則：只有當(dāng)制件精度要求高，生產(chǎn)批量大，表面要求平整時，才選用復(fù)合模具結(jié)構(gòu)。第3章 工藝參數(shù)的計算 沖壓力的計算計算沖壓力是為了選擇合適的壓力機，設(shè)計模具和檢驗?zāi)＞叩膹姸?，壓力機的噸位必須大于所計算的沖壓力，以適宜沖裁的要求，普通平刃沖裁模，其沖裁力P一般可以按下式計算。沖壓力計算公式（31）: （31）式中 ——沖裁件周長（mm）； ——料厚（mm）；——材料抗剪強度（MPa）；——考慮彈性脫料裝置的壓縮力、硅鋼片厚度公差、沖模間隙的變化及刃口變鈍等因素而使沖壓力增大的系數(shù)。經(jīng)過計算和查表，得出： 卸料力的計算為退下緊箍在凸模上的廢料（或制件）所需的力，叫卸料力。卸料力不僅是設(shè)計卸料板時的重要參數(shù)，它還是沖小孔時，影響凸模使用壽命的一個主要因素。合理地確定卸料力可使模具結(jié)構(gòu)湊和保證沖裁生產(chǎn)過程的穩(wěn)定。影響卸料力的因素很多，其中最主要的為：相對沖裁間隙，沖裁件的形狀和尺寸，其次為：材料機械性質(zhì)、料厚、搭邊情況、潤滑和粘附情況等。材料抗拉強度高、厚度大、搭邊大、都將使卸料力增大；沖裁間隙增大，卸料力趨向減少，當(dāng)達(dá)17%時，卸料力最小，當(dāng)再增加時，則卸料力又將回升。就沖裁件形狀尺寸而論，方形的比圓形的卸料力小，用級進(jìn)模沖孔落料和用多個沖頭沖孔，其相應(yīng)卸料力比單個沖裁的卸料力又大出較多。用機油潤滑，因粘性大，卸料力反不比滑潤大，用冷卻劑潤滑，卸料力可降低15~30%，因它即可防止材料粘附于凸模，又起滑潤作用。為了減少粘附，凸模不必加工得很光，拋光還不如車削，但如沖裁時冷卻和滑潤條件好，還是以表面加工較光為合理。生產(chǎn)上常以經(jīng)驗公式（32）來估算卸料力： （32）式中 ——沖裁力 （N）； ——卸料力系數(shù)，見表（32）。將數(shù)據(jù)代入公式，經(jīng)過計算得出：表31 卸料力、推件力及頂件力的系數(shù)材料厚度（mm）KsKeKk單個凹模沖裁級進(jìn)模沖孔落料多凸模沖孔＜11～55～～～～～～～～～～～ 推件力的計算這是順著沖裁力方向，從凹模腔中推出制件（或廢料）所需的力，叫推件力。除了搭邊寬度外，其它影響卸料力的各種因素也都影響推件力，推件力常按式（33）估算： （33）式中 ——沖裁力（N）；——長在凹模洞口內(nèi)制件（或廢料）數(shù)，；——凹模圓柱形洞口高度（）；——材料厚度（）；——推件力系數(shù)，見表（31）。將數(shù)據(jù)代入公式，經(jīng)過計算得出：選擇沖床時，要根據(jù)不同模具結(jié)構(gòu)，計算所需的總壓力。本模具采用下出料方式，此方式的總壓力計算公式（34）如下： （34） 把上面所求得的數(shù)據(jù)代入公式計算，得： 壓力中心的計算模具壓力中心是指諸沖壓合力的作用點位置，為了確保壓力機和模具正常工作，應(yīng)使沖模的壓力中心與壓力機滑塊的中心相重合。否則，會使沖模和壓力機滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導(dǎo)軌間產(chǎn)生過大磨損，模具導(dǎo)向零件加速磨損，降低了模具和壓力機的使用壽命。模具的壓力中心，可按以下原則來確定：（1）對稱零件的單個沖裁件，沖模的壓力中心為沖裁件的幾何中心。（2）工件形狀相同且分布對稱時，沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合。（3）各分力對某坐標(biāo)軸的力矩之代數(shù)和等于諸力的合力對該軸的力矩。求出合力作用點的坐標(biāo)位置0，0（x=0,y=0），即為所求模具的壓力中心。因為該零件是中心對稱圖形，所以其壓力中心位于輪廓圖形的幾何中心O點，如圖31所示。圖31 壓力中心 沖裁間隙的計算 在沖裁模的設(shè)計中,凸凹模間隙的合理選取,是保證模具正常工作、提高沖片質(zhì)量、延長模具壽命的一個關(guān)鍵因素。理想的間隙應(yīng)該是板料沖裁斷裂時,凸凹模刃口邊所產(chǎn)生的裂紋在一條直線上,否則沖片邊緣將出現(xiàn)不允許的毛刺,使得刃口粘結(jié)嚴(yán)重,磨損加快,進(jìn)而影響模具的壽命。間隙是影響模具壽命諸因數(shù)中最主要的因數(shù)之一，沖裁過程中，凸模與被沖的孔之間，凹模與落料件之間均有摩擦，而且間隙越小，模具作用的壓應(yīng)力越大，摩擦也越嚴(yán)重，所以過小的間隙對模具壽命極為不利。隨著間隙的增大，材料所受的拉應(yīng)力增大，材料容易斷裂分離，因此沖裁力減小。通常沖裁力的降低并不顯著，當(dāng)單邊間隙在材料厚度的5~20%左右時，沖裁力的降低不超過5~10%。間隙對卸料力推料力的影響比較顯著。間隙增大后，從凸模里卸料和從凹模里推料都省力，當(dāng)單邊間隙達(dá)到材料厚度的15~25%左右時的卸料力幾乎為零。但間隙繼續(xù)增大，因為毛刺增大，又將引起卸料力、頂件力迅速增大。所以,如何選取合理的凸凹模間隙,是模具設(shè)計時不容忽視的問題。 的硅鋼片, ～0. 08mm （見表32）,約為材料厚度的8 %～14 %。按照這個間隙,沖出的定、轉(zhuǎn)子片毛刺雖能控制在規(guī)定范圍內(nèi)。但由于間隙偏小,使得凸模與被沖的孔之間、凹模與落料之間的摩擦嚴(yán)重,造成凸模和凹模側(cè)壁產(chǎn)生粘結(jié),卸料力增大,影響沖片斷面的質(zhì)量,刃口容易變鈍,沖片易出毛刺,且毛刺增長過快,甚至發(fā)生凹模脹裂現(xiàn)象,致使模具壽命下降。且取小間隙時,由于彈性回跳作用,落料件尺寸大于凹模,沖出的孔徑小于凸模,從而造成沖片的尺寸精度出現(xiàn)誤差。表32 落料、沖孔模刃口始用間隙 （單位mm）厚度硅鋼片ZminZmax 為提高沖片質(zhì)量,延長模具壽命,根據(jù)國內(nèi)外資料信息,在實踐中對模具間隙做了試驗摸索,證明放大間隙是非常有效的。 厚硅鋼片沖裁的試驗,發(fā)現(xiàn)間隙值在材料厚度的20%左右范圍內(nèi),～ 最為合適。采用這個間隙,可以獲得如下效果:（1）提高了沖片質(zhì)量。刃口鋒利時毛刺小,沖裁過程中毛刺增長緩慢。（2） 沖片表面平整度大大改善,特別是相鄰孔之間。（3） 凸凹模側(cè)壁無粘結(jié),減小了卸料力。（4）延長了模具壽命。刃磨一次可以保證較的沖次,從而減少刃磨次數(shù),提高了生產(chǎn)效率。實踐證明,合理地放大間隙,可使沖裁質(zhì)量得到有效的保證,且模具壽命能提高2～3倍。 沖模制造公差的計算沖裁件的尺寸精度主要取決于模具刃口的尺寸的精度，模具的合理間隙也要靠模具刃口尺寸及制造精度來保證。正確確定模具刃口尺寸及制造公差，是設(shè)計沖裁模主要任務(wù)之一。從生產(chǎn)實踐中可以發(fā)現(xiàn)：（1）由于凸、凹模之間存在間隙，使落下的料和沖出的孔都帶有錐度，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，沖孔件的小端尺寸等于凸模的尺寸。 （2）在測量與使用中，落料件是以大端尺寸為基準(zhǔn)，沖孔孔徑是以小端尺寸為基準(zhǔn)。 （3）沖裁時，凸、凹模要與沖裁件或廢料發(fā)生摩擦，凸模越磨愈小，凹模越磨愈大，結(jié)果使間隙越來越大。 由此在決定模具刃口尺寸及其制造公差時需要考慮以下原則： （1）落料件尺寸由凹模尺寸決定，沖孔尺寸由凸模尺寸決定。故設(shè)計落料模時，以凹模為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上，凹模尺寸等于圖紙上要求的料的尺寸，凸模尺寸等于凹模尺寸減去間隙；設(shè)計沖孔模時，以凸模尺寸為基準(zhǔn)，間隙取在凹模上，凸模尺寸等于圖紙上要求的空的尺寸，凹模尺寸等于凸模尺寸加上間隙。 （2）在沖模使用過程中，沖模模刃受到磨損。凸模模刃由于磨損而逐漸減少，凹模模刃由于磨損而逐漸增大。這樣，沖孔件的孔就逐漸縮小，落料件的外形尺寸就逐漸增大。所以，為了保證工件符合公差要求，沖孔時，凸模尺寸應(yīng)按孔的最大極限尺寸確定；落料時，凹模尺寸應(yīng)按落料件的最小極限尺寸確定。（3）板料在沖裁后，材料內(nèi)部金屬顆粒由于強大的突然消失而有彈性回彈現(xiàn)象，這樣就使落料件尺寸比凹模尺寸大一些，沖孔件孔的尺寸比凸模尺寸小一些。在沖模設(shè)計時，有時要考慮這個因素，即落料時，凹模尺寸要比落料件的最小極限尺寸在小一些。沖孔時，凸模尺寸要比孔的最大極限尺寸再大一些。（4）沖模在制造時必須有制造公差。模具公差通常這樣考慮：沖孔時，凸模尺寸按孔的最大極限尺寸確定，其公差為孔的公差的25～30%，取負(fù)號；落料時，凹模尺寸按落料的最小極限尺寸確定，其公差為工件公差的25～30%，取正號；上述考慮的根據(jù)是：沖模的精度等級必須比工件的精度等級高，隨著工件精度等級的降低，沖模的精度等級也可以降低。根據(jù)上述因素，沖模制造公差的計算如下：由于電動機定子槽形尺寸太小，而且尺寸精度要求不高，彈性回彈值可以忽略，不考慮彈性回彈值。已知，從定子沖片零件圖可以得到，槽形尺寸公差按GB1801—79的H10,槽口寬度尺寸公差按GB1801—79的H12，扣片槽形尺寸公差按GB1801—79的H11，槽形尺寸如圖32所示。圖32 槽形尺寸定子槽形尺寸如下： 定子槽凸模的尺寸為：尺寸L1按下式確定： 式中E是為了沖片落料（或車加工）后槽口能敞開而考慮的系數(shù)，對于現(xiàn)落料、～。以上各式中的制造公差值，系根據(jù)產(chǎn)品公差由沖模制造公差查得，見表33。表33 沖模制造公差 （單位mm）產(chǎn)品公差