王欢：电机转子铁芯级进模具设计
表4 条料宽度偏差△ (mm)
材料宽度 B/mm ≤50 50～100 100～150 150～220 220～300 材料厚度t/mm ～1 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1～2 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 表5 搭边最小值(mm) 2～3 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 3～5 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 材料厚度 ＜0.25 0.25~0.5 0.5~0.8 0.8~1.2 1.2~1.6 1.6~2.0 圆形件及r>2t的工件 工件间a1 1.8 1.2 1.0 0.8 1.0 1.2 搭边a 2.0 1.25 1.2 1.0 1.2 1.5 矩形工件边长＜50mm 工件间a1 2.2 1.8 1.5 1.2 1.5 1.8 搭边a 2.5 2.0 1.8 1.5 1.8 2.0 矩形工件边长≥50mm 工件间a1 2.8 2.2 1.8 1.5 1.8 2.0 搭边a 3.0 2.5 2.0 1.8 2.0 2.2
由表2～5可知。电机转子的料厚为0.35㎜，转子工件间搭边值a1＝1.2㎜，沿边搭边值a＝1.5㎜（见参考文献中表2-8）。条料宽度偏差Δ=0.4㎜，送料最小间隙Z1=0.5㎜，侧刃冲切的料边宽度b=1.5㎜，冲切后的条料与导料板之间的间隙y=0.1㎜。
因为采用侧刃定距和无侧压装置，因此：
条料宽度为：B-Δ =（D＋2a＋n b）-Δ=36＋23 1.5＋23 1.5=40.5-0.4㎜ 步距为：S=D＋a1=36＋1.2=37.2㎜
导料板间距为：A＝B＋C min=40.5＋0.1=40.6㎜
A′＝D＋2a＋y=36＋23 1.5＋0.1=39.1㎜
式中 D ─── 制件垂直于送料方向的基本尺寸（㎜）； n ─── 侧刃数； b ─── 侧刃裁去的余料；
y ─── 冲切后的条料宽度与导尺间的间隙（㎜）。 5.1.3 材料的利用率
冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫做材料利用率。它是衡量合理利用材料的经济指标。一般常用的计算方法是：一个进距内制件的实际面积与所需板料面积之比的百分率，一般用η表示：
η=（S/S0）3 100%=［S/（A2 B）］3 100%
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0
0
0
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=［390.60/（393 37.2）］3 100% = 26.92%
式中 A ── 在送进方向，排样图中相邻两个制件对应点的距离（㎜）； B ── 条料宽度（㎜）；
S ── 一个进距内之间的实用面积（㎜）； S0 ── 一个进距内所需毛坯面积（㎜）。
5.2 计算冲压力与压力中心，初选压力机
5.2.1 冲裁力的计算
冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力，它是随凸模进入材料的深度（凸模行程）而变化的，通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具的重要依据之一。
F=K L t τ
式中 F ── 冲裁力，(N)；
τ ── 材料抗剪强度，(M Pa)； L ── 冲裁件周边长度，(㎜)； t ── 材料厚度，(㎜)； K ── 系数，取K取1.3。 根据AutoCAD零件图可以测量出：
零件内外轮廓周边长度L1=399.8069㎜； 侧刃冲切长度L2=40.0856㎜；
故总冲裁长度L= L1＋L2=399.8069＋40.0856≈439.89㎜。 抗剪强度为190Mpa，t=0.35㎜， K=1.3，则：
F= K L t τ
=1.33439.8930.353190=38028.49N
5.2.2 辅助力的计算
卸料力是指从凸模或凸凹模上将制件或废料卸下所需的力。
F卸=K卸F (N)
推件力是指从凹模内顺冲裁方向将制件或废料推出所需的力。
F推=nK推F (N)
顶件力是指从凹模内逆冲裁方向将制件或废料顶出所需的力。
F顶=K顶F (N)
式中 F卸──卸料力（N）；
F推──推件力（N）； F顶 ──顶件力（N）；
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K卸──卸料力系数；
K推──推件力系数；
K顶 ──顶件力系数（如表6所示）。
n ── 梗塞在凹模内的制件(或废料)数量（n=h/t），其中h为直刃口部分
的高（㎜），t为材料厚度（㎜）。
表6 卸料力、推件力和顶件力的系数
料厚/mm 钢 ≤0.1 0.1～0.5 0.5～2.5 2.5～6.5 6.5 铝、铝合金 纯铜、黄铜 K卸 0.060～0.090 0.040～0.070 0.025～0.060 0.020～0.050 0.015～0.040 0.030～0.080 0.020～0.060 K推 0.100 0.065 0.050 0.045 0.025 0.03～0.07 0.03～0.09 K顶 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 查表6
取 K卸=0.040～0.070取K卸=0.055、K推=0.065、K顶=0.08、n=6/0.35≈17.14 代入得：
卸料力 F卸=K卸F=0.055338028.49≈2091.57N， 推件力 F推=nK推F=17.1430.065338028.49≈42367.54N 因为该模具采用下出件的方式，因而顶件力 F顶=0 N 5.2.3 压力机公称压力的选取
冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于冲裁各工艺力的总和FZ。 因为该模具采用弹压卸料装置和下出件方式，所以
F∑=F＋F卸＋F推=38028.49＋2091.57＋42367.54=82487.6N 应选取压力机的公称压力：
P0≥(1.1～1.3)PΣ=(1.1～1.3)382487.6≈90.74～107.23KN 因此可选压力机型号为J23-16。 其主要参数，如表7所示。
公称压力 滑块行程 行程次数 最大闭合高度 表7 压力机主要参数
160KN 连杆调节长度 55mm 工作台尺寸 120/min 电机功率 220mm 模柄孔尺寸 45mm 300×450mm 1.5KW φ30×50mm 5.2.4 压力中心的确定
零件为规则几何体，其几何中心如图10所示。通过计算确定该零件压力中心的坐标值为（50.32，,5.83）。其坐标在模柄的投影范围内，符合模具的技术要求。
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图10 压力中心投坐标示意图
5.3 计算凸、凹模刃口尺寸及公差
5.3.1 凸、凹模刃口尺寸计算原则
设计冲裁模应先确定基准模刃口尺寸，落料件以凹模为基准模，间隙取在凸模上，即冲裁间隙通过减小凸模刃口尺寸来取得；冲孔件以凸模为基准模，间隙取在凹模上，冲裁间隙通过增大凹模刃口尺寸来取得。 5.3.2 凸、凹模刃口尺寸的计算方法
模具冲裁部分的刃口尺寸计算方法有两类：凸模和凹模分开加工的原则；凸模和凹模配合加工的原则。
（1） 凸模和凹模分开加工
分开加工特点是按照凸、凹模的设计尺寸和精度分别加工，凸模和凹模的配合由尺寸公差保证。它主要适用于圆形或筒形单规则形状的零件，因此类工件冲裁的凸凹模制造相对简单，精度容易保证。
（2） 凸模和凹模配合加工
配合加工就是先按设计尺寸制出一个基准模，然后根据基准模的实际尺寸再按照最小合理间隙配制另一件。这种加工特点是模具的间隙由配制保证，与模具制造精度无关，这可以放大基准模的制造公差，一般可取δ=Δ/4，使制造容易。
根据电机转子铁芯的结构特点，由于采用凸凹模分开加工时，为了保证凸、凹模间一定的间隙值，必须严格限制冲模制造公差，往往造成冲模制造困难、甚至是不可能的问题，因而采用凸模和凹模配合加工。 5.3.3 凸、凹模刃口尺寸计算
由于材料薄，模具间隙小，结构较复杂，故凸凹模采用配合加工为宜。配合加工方法是先按照工件尺寸计算出基准件凸模(或凹模)的公称尺寸及公差，然后配制另一个相配件凹模(或凸模)，这样很容易保证冲裁间隙，而且可以放大基准件的公差，也无需校核。但计算时要分析凸、凹模各尺寸磨损变化情况。磨损后增大的尺寸应减去一个磨损预留量；
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磨损后减小的尺寸应加上一个磨损预留量；磨损后既不增大也不减小的尺寸可不考虑磨损预留量。
（1）落料模刃口尺寸计算
以凹模为基准模，配置凸模，由于工件比较复杂，故凹模磨损后刃口尺寸有变大、变小和不变三种情况。
第一类尺寸──模具磨损后刃口尺寸增大的尺寸。
Ad=(Amax-xΔ) 0
第二类尺寸──模具磨损后刃口尺寸减小的尺寸。
Bd=(Bmin＋xΔ)-Δ/4
第三类尺寸──模具磨损后刃口尺寸不变的尺寸。
Cd =(Cmin＋Δ/2)±Δ/8
式中 Ad 、Bd、 Cd ──落料凹模刃口尺寸； x ──磨损系数；
Amax、Bmin、Cmin ──工件的最大、最小极限尺寸。
xΔ ──磨损预留量。
对应凸模尺寸是在凹模尺寸的基础上减去双边间隙Z即可。亦可直接在凸模工作图上标注凹模名义尺寸，在技术要求中注明“凸模尺寸按凹模实际尺寸配置保证双边最小间隙Zmin”。
（2）冲孔模刃口尺寸计算
以凸模为基准模，配置凹模，分析凸模各尺寸磨损变化情况；同样存在着磨损后变大、变小和不变的三种磨损情况。
第一类尺寸──模具磨损后减小的尺寸。
Ap=(Amin＋xΔ)-Δ/4
第二类尺寸──模具磨损后增大的尺寸。
Bp=(Bmax-xΔ) 0
+Δ/4 0 0 +Δ/4
第三类尺寸──模具磨损后不变的尺寸（同落料模）。
Cd =(Cmin＋Δ/2)±Δ/8
式中 Ap 、Bp ──冲孔凸模刃口尺寸； x ──磨损系数；
Amax、Bmin、Cmin ──工件的最大、最小极限尺寸。
xΔ ──磨损预留量。
根据零件特点，凸、凹模采用配合加工方法。 按零件精度IT9级，取x=1
由上文中公差表按 IT9级查得：
△0.1、△R1、△R1.5、△3、△2、△1.6、△0.5为0.025㎜；
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