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模块二 电机定子冲裁模设计

哈职院模具教研室

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完成图示落料件的模具设计。

设计任务：

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一、冲裁的概念与应用1. 概念 冲裁是利用模具使板料沿一定轮廓形状产生分离

的一种冲压工序。包括冲孔、落料等。 2. 分类 普通冲裁（常见）和精密冲裁 3. 应用 冲制零件或工序件

课题一 冲裁模概述

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二、冲裁变形过程分析

1 、冲裁变形时板料变形区受力情况分析 无压边装置

刃口锋利

凸、凹模间隙产生弯矩

四对力的大小和方向

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2 、冲裁时的板料变形过程 1). 弹性变形阶段 变形区内部应力小于屈服点，弹性回复。

2). 塑性变形阶段 变形区内部应力大于屈服点，塑性剪切、弯曲、拉伸和侧向挤压变形，加工硬化，应力集中。

3). 断裂分离阶段 变形区内部应力达到抗剪强度。

裂纹首先产生在凹模刃口侧面 凸模刃口附近侧面

上、下裂纹扩展相遇 材料分离

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冲裁变形过程

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3 、 冲裁件断面质量及其影响因素

断面特征• 圆角带 图 a • 刃口附近材料产生弯曲和伸长变形。 光亮带 图 b 光滑、明亮 塑形剪切变形产生，断面质量最好。 断裂带 图 c 粗糙、麻灰色 裂纹扩展形成的撕裂面。 毛刺 图 d 刃口侧面产生微裂纹。 普通冲裁中毛刺不可避免。

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冲裁区应力、变形和冲裁件正常的断面状况a ）冲孔件 b ）落料件

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切断面质量影响因素

（ 1 ） 材料力学性能的影响 塑性好，塌角、光亮带大，断裂带小。

（ 2 ）模具间隙的影响

（ 3 ） 模具刃口状态对质量的影响 凸模刃口磨钝时，落料件上端产生毛刺； 凹模刃口磨钝时，冲孔件孔口下端产生毛刺； 凸、凹模刃口同时磨钝时，冲件上、下端都产生

毛刺。

间隙过小

间隙合理间隙过大

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（ 1 ）冲模的制造精度 （零件加工和装配） （ 2 ） 材料的性质 （弹性变形量） （ 3 ） 冲裁间隙 适当：纯剪切分离， 落料件尺寸等于凹模尺寸，冲孔件尺寸等于凸模尺寸。 过大：剪切、拉伸与弯曲变形， 落料件尺寸小于凹模尺寸，冲孔件尺寸大于凸模尺寸。 过小：剪切、挤压作用， 落料件尺寸大于凹模尺寸，冲孔件尺寸小于凸模尺寸。

尺寸精度的影响因素

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Z 表示双面间隙 Z/2 表示单面间隙

三、冲裁间隙冲裁模中凸、凹模刃口横向尺寸的差值。

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间隙增大，冲裁力减小，但继续增大下降缓慢。 间隙增大，卸料力、推件力和顶件力减小。影响显著。 二、间隙对模具寿命的影响

一、间隙对冲压力的影响

模具寿命刃磨寿命：用两次刃磨之间的合格冲件数表示。

总寿命：用模具失效为止的总的合格冲件数表示。

模具的失效形式崩刃：刃口的压缩疲劳破坏。胀裂：小间隙，常见凹模。折断：小凸模。

三、间隙值的确定 掌握查表法。

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a) 间隙过小：上下裂纹向内错开，发生二次剪切中部出现夹层，两头呈光亮带 ，毛刺薄而高。

b) 间隙合理：上下裂纹重合断面质量较好 ，平直光滑毛刺小c) 间隙过大：上下裂纹向外错开，产生二次拉裂，斜度大。

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凸、凹模刃口磨钝时毛刺的形成情况a ） 凹模磨钝 b ）凸模磨钝 c ）凸、凹模均磨钝

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四、 凸、凹模刃口尺寸计算1. 刃口尺寸计算原则

（ 1 ） 冲件在测量和装配中，以光面尺寸为基准。 （ 2 ） 凹模刃口挤切材料产生落料件的光面； 凸模刃口挤切材料产生孔的光面。 （ 3 ） 落料模：先确定凹模刃口尺寸， 以凹模为基准，间隙取在凸模； 冲孔模：先确定凸模刃口尺寸， 以凸模为基准，间隙取在凹模上。

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（ 4 ）落料模，凹模基本尺寸接近或等于零件最小极限尺寸； 冲孔模，凸模基本尺寸接近或等于孔的最大极限尺寸； 磨损系数在 0.5~1 之间，数值确定参考教材。 （ 5 ）初始设计间隙采用最小间隙值（ Zmin ）。 （ 6 ）一般冲模精度较零件精度高 3~4级。 （ 7 ） “入体”原则：向材料实体方向单向标注零件尺寸公

差。 落料件上偏差为零，只标注下偏差； 冲孔件下偏差为零，只标注上偏差。 零件公差是双向偏差标注的，换算成单向标注，磨损后

无变化的尺寸除外。 凹模（内表面）刃口尺寸制造偏差取正值（ ）； 凸模（外表面）刃口尺寸制造偏差取负值（ ）。 磨损后不变化的刃口尺寸，制造偏差取双向偏差（ 、

）。AT

'A '

T

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2. 刃口尺寸计算方法（ 1 ）凸模和 凹模分开加工法

特点： 适于圆形或简单刃口，具有互换性、制造周期短，

但 Zmin 不易保证，制造难度大。 注意事项： 需在图样上分别标注凸模和凹模刃口尺寸及制造公

差。 冲模的制造公差与冲裁间隙之间需满足条件： ≤ 或取 = 0. 6

= 0.4

δδ minmax ZZ

A )( minmax ZZ

)( minmax ZZ T

冲裁模设计冲裁模设计

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凸模和 凹模刃口尺寸计算公式： 1 ）落料：

2 ）冲孔：

3 ）中心距：

AxDDA 0max

0minmax

0min TT

ZxDZDD AT

0min T

xddT

AA ZxdZdd TA 0minmin0min

8/LLd

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课题二 电机定子冲裁工艺

一、冲裁件的工艺性 冲裁件的工艺性：指冲裁件 在加工中的难易程度。

1. 材料分析：硬度不能过高， 具有一定塑性，不能太脆。

2. 结构分析： 形状尽量简单对称、有圆角过渡，防开裂磨损。 局部凸出或凹入部分需检验宽度和深度是否合理。 一般情况下，宽度 B应不小于 1.5δ；深度 L≤5 B。

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孔径不宜太小，防凸模折断或压弯。最小数值见参考表。

冲裁件的孔边距不应过小， 孔边与冲件外形边缘不平行时，边距 a 应不

小于 δ， 孔边缘与冲件外形边缘平行时，边距 a 不小

于 1. 5δ。

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3. 精度分析： 精密级：冲压工艺在技术上所允许的最高精度。 经济级：指模具达到最大许可磨损时，所完成的 冲压加工在技术上可以实现而在经济上又最合理的精 度。 （常用） 在对零件进行精度分析时，需检验所有标注公差 的尺寸，从而判定其属于精密级还是经济级。一般来 讲，普通冲裁的所能达到的精度等级为 IT11~IT14 级。冲件上未注公差的尺寸按 IT14 级处理。

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二、冲裁件的材料利用率 冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料利用率，它是衡量合理利用材料的经济性指标。

%100BS

A

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提高材料利用率的方法 （ 1 ）设计合理的排样方案 （ 2 ）选择合适的板料规格和合理的裁板

法（减少料头、料尾和边余料） （ 3 ）利用废料作小零件

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三、冲裁件的排样 冲裁件在板料、带料或条料上的

布置方法称为排样。 1．排样方法 (1) 有废料排样法 (2) 少废料排样法 (3) 无废料排样法

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排样方式

a)有废料排样 b)少废料排样 c) 、 d) 无废料排样

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2. 搭边 概念：排样中两相邻零件间或零件与条料

边缘间的余料。 作用：补偿定位误差，保持条料刚度，保证零件质量，送料方便。

搭边值的确定：具体数值参考教材。

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0max

0 )2( aDB

CaDCBA 2max

条料宽度：

导料板之间的距离 ：

3.条料宽度的确定 （ 1 ）导料板间有侧压装置 或用手将条料紧贴单边导料板（导料销）

时

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（ 2 ）导料板之间无侧压装置时

导料板之间的距离 ：

0max

0 )2( caDB

CaDCBA 22max

条料宽度：

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01max

0 )2( nbaLB

CnbaLCBB 1max' 2

（ 3 ）用侧刃定距时 条料宽度： 导料板之间的距离：

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排样图

4. 排样图

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课题三、电机定子冲裁模结构设计

一、冲裁模简介1. 冲裁模分类 (1) 按工序性质可分为落料模、冲孔模、切

断模、切口模、切边模、剖切模等； (2) 按工序组合方式可分为单工序模、复合

模和级进模； (3) 按上、下模的导向方式可分为无导向的

开式模和有导向的导板模、导柱模、导筒模等。

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(4) 按凸、凹模的材料可分为硬质合金冲模、钢皮冲模、锌基合金冲模、聚氨脂冲模等；

(5) 按凸、凹模的结构和布置方法可分为整体模和镶拼模，正装模和倒装模。

(6) 按自动化程度可分为手工操作模、半自动模、自动模。

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2. 单工序冲裁模结构

（ 1 ）无导向的 敞开式落料模

1- 上模座

2- 凸模

3- 卸料板

4-导料板

5- 凹模

6- 下模座

7- 定位板

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导板式落料模1— 下模座 2— 销 3— 导板 4— 销 5— 档料销 6— 凸模 7— 螺钉 8— 上模座 9

— 销 10 、垫板 11— 凸模固定板 12— 螺钉 13— 导料板 14— 凹模 15— 螺钉

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导柱式单工序落料模1— 螺母 2— 导料螺钉3— 挡料销 4— 弹簧 5— 凸模固定板 6— 销钉 7— 模柄 8— 垫板 9— 止动销10— 卸料螺钉 11— 上模座 12— 凸模13— 导套 14— 导柱15— 卸料板16— 凹模17— 内六角螺钉 18— 下模座

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单工序导柱式倒装冲孔模

1— 上模座 2— 垫板 3— 支撑块 4— 凹模 5— 导套 6— 顶块 7— 导柱 8— 卸料板9 、 16— 橡胶 10— 凸模 11— 卸料螺钉 12— 下模座 13— 凸模固定板 14— 圆柱

销 15— 内六角螺钉 17— 止动销

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全长导向结构的

小孔冲模 1— 下模座2 、 5— 导套 3— 凹模 4— 导柱 6— 弹压卸料板 7— 凸模 8— 托板 9— 凸模护套10— 扇形块11— 扇形块固定板 12— 凸模固定板 13— 垫板 14— 弹簧 15— 阶梯螺钉 16— 上模座 17— 模柄

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二、模具零件设计 1 ．模具零件的分类

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2 ．凸模与凸模组件的结构设计

圆形凸模的结构形式及其固定方式

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非圆形凸模的结构形式及其固定方式

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1— 护套 2— 凸模　 3— 芯轴 4— 导板 5— 上模导板 6— 扇形块冲小孔凸模保护与导向结构

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凸模长度的确定

当采用固定卸料板和导料板时

当采用弹压卸料板时hhhhL 321

hthhL 21

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凸模材料 形状简单且模具寿命要求不高的

凸模可选用 T8A 、 T10A 等材料； 形状复杂且模具有较高寿命要求

的凸模应选 Cr12 、Ｃ r12MoV 、 CrWMn

等材料，

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凸模的图纸技术规范

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3. 凹模的结构设计(1)凹模刃口形式一般复合模和上出件的冲裁模用 a 、 c 型，

下出件的用 b 或 a 型。 d 、 e 型是锥筒式刃口，在凹模内不聚集材料，侧壁磨损小。

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(2) 凹模外形结构及其固定方法

1— 凹模 2—模板 (座 ) 3— 凹模固定板 4—垫板

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(3) 凹模的外形尺寸

凹模厚度 H ： H ＝ Kb1 （≥ 15mm) 垂直于送料方向的凹模宽度 B ： B ＝ b1+(2.5 ～ 4)H 送料方向的凹模长度 L ： L=L1+2C

凹模外形尺寸

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4. 凸凹模

凸凹模：复合模中同时具有落料凸模和冲孔凹模作用的工作零件。

内外缘均为刃口，内外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸。其壁厚应受最小值限制。

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5. 定位零件的设计

(1)送料方向的定位零件如导料销、导料板、侧压板等

导料板结构

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(2) 送料步距的定位零件如挡料销、导正销、侧刃等 ① 挡料销

固定挡料销

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活动挡料销

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始用挡料销

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外轮廓定位用定位板和定位销

② 毛坯定位零件

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6. 卸料与出件装置 （ 1 ） 卸料装置 ① 刚性卸料装置

常见结构形式：常装于下模的凹模上。 特点：结构简单，卸料力大，卸料动作可靠。 应用：厚料、硬料以及工件精度要求不高的场合。 设计要点： 卸料板孔与凸模之间的单边间隙一般为（０ .２ ~0.5 ）

t ，若兼作导板， H7/h6 间隙配合。 卸料板一般采用 Q235 制造，兼作导板时宜用 45 钢。 尺寸确定：卸料板外形尺寸与凹模周界相同，厚度取 0.

8~1 凹模高度。

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② 弹性卸料装置常见结构形式：由卸料板、卸料螺钉和弹性元件组成特点：卸料力较小，卸料动作平稳，先压料后冲裁，故冲件切断面质量和平直度好。应用：软料、薄料以及冲件质量要求较高的场合。设计要点： 卸料板孔与凸模之间的单边间隙一般为（ 0.1~0.2 ） t ， 若兼作导板， H7/h6 间隙配合。 弹性卸料板在自由状态下应高出凸模刃口面 0.5~1mm 。 卸料板的材料同刚性卸料板。尺寸确定：卸料板外形尺寸与凹模周界相同，厚度取 10~15mm 。

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③废料切刀 常见结构形式： 装于下模 工作原理： 将废料切断成数块料。

特点及应用：带凸缘拉深件的切边模 大型件（使用板状毛坯）的倒装式落料模。设计要点：切刀数量视零件的形状尺寸为 2~4个均布， 废料切刀与凸模刃口的高度差 h 一般为 3倍料厚。

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三、模具总体设计

1. 模架导柱式模架是由上模座、下模座、导柱、导套组成。模架是整副模具的骨架，模具的全部零件都固定在它的

上面，并承受冲压过程的全部载荷。

1. 下模座 2— 导柱 3— 导套 4—上模座

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2. 模座 材料：铸铁 HT200 、 HT250 或 Q235 、 Q255

精度要求： 模座上、下表面的平行度应达公差等级为 4 级， 上模座导套孔的轴线垂直于上模座的上表面，

下模座导柱孔的轴线垂直于下模座的下表面， 且垂直度公差等级一般为 4 级。

上、下模座的导套、导柱安装孔中心距必须一致，精度一般要求在 ±0. 02mm以下。

模座的上、下表面粗糙度为 Ra l. 6 - 0. 8μm , 在保证平行度的前提下，可允许降低为 Ra3.2~1.6μm 。

漏料孔或排出槽

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3. 导柱、导套 导套： 内孔开油槽，与导柱间隙配合 H7/h6 、 H6/h5 ，与上模

座过盈配合 H7/r6 ，由于过盈配合装配时孔有缩小的现象，所

以 d0 在设计加工时比 d大 0. 5 ~ lmm 。 导柱： B 型导柱两端基本尺寸相同，但公差不同。一端与导套间隙配合 H7/h6 ，另一端与下模座过盈配合 H7/r6 。 A 型导柱只有一个尺寸，加工方便，与上模座为基轴制过盈配合 R7/h6 。

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4. 模柄 （ 1 ）作用：将上模固定在压力机滑块上。 （ 2 ）要求：模具的压力中心与模柄中心线重合。 （ 3 ）应用：常用于 1000KN以下的中小型模具。 （ 4 ）选用：定类型 ----根据模具结构大小与冲件精度要求决 定规格 ----根据所选压力机模柄孔尺寸 （ 5 ）安装要求：模柄与模柄孔间隙配合 H11/dll ，模柄长度

应 小于模柄孔深度 5~l0mm 。

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四、其他组成零件

1. 垫板1 ）作用：直接承受和扩散凸模传递的压力，防止模 座被局部压陷。2 ）外形尺寸：可与固定板相同，厚度 3~l 0mm 。3 ）材料： 45 钢，淬火硬度为 43~48 HRC 。4 ）精度要求：上、下表面应磨平，表面粗糙度为 Ral. 6~0.8um ，以保证平行度要求。5 ）安装要求：为便于模具装配，垫板上螺钉、销钉 通过孔直径可相应增大 0. 3~0. 5mm 。

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2. 固定板1 ）厚度一般取凹模厚度的 0.6~0.8倍，平面尺寸可与凹模、卸

料 板外形尺寸相同，但还应考虑螺钉及销钉的位置。2 ）凸模安装孔与凸模过渡配合 H7/m6, 凸模压装后端面要与固 定板一起磨平。3 ）上、下表面应磨平，并与凸模安装孔的轴线垂直。固定板基 面和压装配合面的表面粗糙度为 Ral. 6~0.8um,另一非基准面

可适当降低要求。4 ）固定板材料一般采用 Q235 或 45 钢制造，无需热处理淬硬。

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3.紧固件螺钉要均布，尽量置于外形轮廓附近。圆形固定件用 3~4个螺钉，矩形的用 4~6个，螺钉规格应根据凹模厚度选用。

销钉一般用两个，且尽量远距离错开布置，以保证定位可靠。螺钉固定，销钉定位。螺钉 M6~M12mm 和销钉 φ4~φ10mm

最常用。螺钉间、螺钉与销钉间或螺钉、销钉距刃口及外边缘间的距离，

均不应过小，以防降低强度。内六角螺钉通过孔及其螺钉装配尺寸应合理。连接件的销孔应配合加工，销钉与孔过渡配合 H7/m6 或 H7/n6 。卸料螺钉用于连接卸料板，主要承受拉应力。圆形卸料板常用 3个，矩形卸料板一般用 4 或 6个。长度一致。

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课题四 电机定子冲裁模设计

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1. 冲压工艺方案的确定该工件包括落料、冲孔两个基本工序，可有以下三种工艺方案：

方案一：先落料，后冲孔，采用单工序模生产。 方案二：落料 -冲孔，采用复合模生产。 方案三：冲孔 -落料级进冲压，采用级进模生产。 通过对上述三种方案的分析比较， 该件的冲压生产采用方案二为最佳。

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2.主要设计计算（ 1 ）排样方式的确定及计算设计落料 -冲孔复合模，首先要设计条料排样图。根据工件

的特点，采用直排的排样方法，搭边值取 1.5mm 和 2mm ，无侧压装置时条料宽度 B 为

B=[D+2(a+ +c)]0=[150+2(2+0.7+0.2)] 0

-0.7. =155.80-0.7mm

步距 A为 151.5mm ，查板材标准，选 1500mm×1000mm 的硅钢板。一张硅钢板能生产 54个零件，总材料利用率为 48.2%.

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(2) 冲压力的计算该模具采用倒装复合模，拟选择弹性卸料、打杆出件。冲力

的相关计算如下： 冲裁力 F= =1.3×1×[(3.14×5+25)×24+3.14×(150+7

5)]×440 =963kN 卸料力 FQ=KF=0.05×963=48kN 推件力 FQ1=nK1F=8×0.04×963 =308kN(K1=0.04,n=h/t=8/1=8) 根据计算结果，冲压设备拟选 J23-160A。(3) 压力中心的确定 零件为规则几何体，压力中心在几何中心。

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（ 4 ）工作零件刃口尺寸计算 落料凹模的基本尺寸： φ 1500

-0.62 对应凹模尺寸为 φ （ 150-0.5×0.62 ） 0

+0.25×0.62= φ 149.690+0.155

1400-0.74 对应凹模尺寸为

（ 140-0.5×0.74 ） 0+0.25×0.74=139.630

+0.185

1500-0.3 对应凹模尺寸为

（ 15-0.5×0.30 ） 0+0.25×0.30=14.850

+0.075

落料凸模的基本尺寸与凹模相同，同时在技术要求中注明“凸模刃口尺寸与落料凹模刃口实际尺寸配制，保证间隙在 0.07~0.09mm 之间”

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冲孔凸模的基本尺寸： 由表 2-5查得，所有尺寸对应选 x=0.5 、 1 φ 750

+0.3 对应凸模尺寸为 φ （ 75+0.5×0.3 ） 0

-0.25×0.3= φ 75.15 0-0.075

80+0.13 对应凸模尺寸为

（ 8+1×0.13 ） 0-0.25×0.13=8.130

-0.033 4.50

+0.12 对应凸模尺寸为 （ 4.5+1×0.12 ） 0

-0.25×0.12=4.620-0.03

R50+0.12 对应凸模尺寸为

R（ 5+1×0.12 ） 0-0.25×0.12=R5.120

-0.03

冲孔凹模的基本尺寸与凸模相同，同时在技术要求中注明“凹模刃口尺寸与冲孔凸模刃口实际尺寸配制，保证间隙在 0.07~0.09mm 之间”。

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3. 模具总体设计 （ 1 ）模具类型的选择 由冲压工艺分析可知，采用倒装复合模。 （ 2 ）定位方式的选择 因为该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料

销，无侧压装置。控制条料的进给步距采用挡料销。 （ 3 ）卸料、废料出料方式的选择 因为工件是料厚为 1mm 的硅钢板，材料相对较硬，卸料力也较小，故可采用弹性卸料。倒装复合模必须采用上出件。

（ 4 ）导向方式的选择 为了提高模具寿命和工件质量以及方便安装调整，该复合

模采用中间导柱的导向方式。

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4.主要零部件设计 （ 1 ）主要零部件的结构设

计 凸凹模 凸凹模外形按凸模设计，内

孔按凹模设计，结合工件外形并考虑加工，将落料凸模设计成直通式，最后精加工慢走丝加工，冲孔凹模设计成台阶孔形式 L=20+20+2+38=80mm

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冲孔凸模 因为所冲的孔为非圆

形，而且都不属于需要特别保护的小凸模，所以冲孔凸模采用直通台阶式，一方面加工简单，另一方面又便于装配与更换。

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凹模 凹模采用整体式，均采用线切割机床加工，安排凹模在模架上的位置时，将凹模中心与模柄中心重合。

凹模厚度 H=Kb1=0.28×150mm=42mm

（查表 2-10得 K=0.28 ），取 H=50mm ；

凹模长度 L=L1+2C=150+2×45=240mm

( 送料方向，查表 2-11得 C=45mm) 。

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（ 2 ）卸料、顶料部件的设计 ① 卸料板的设计 卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同，厚度为 10mm 。

卸料板采用 45 钢制造，淬火硬度为 40~45HRC. ② 卸料螺钉的选用 卸料板上设置四个卸料螺钉，公称直径为 12mm ，螺纹部分为M10×10mm 。卸料螺钉尾部应留有足够的行程空间。卸料螺钉拧紧后，应使卸料板超出凸模端面 1mm ，有误差时通过在螺钉与卸料板之间的安装垫片来调整。

③顶件块的设计 正装复合模工件一般采用上出料，为节约材料，通常在凹

模下加一垫块，以增加顶件块的行程，顶件块与弹顶器用顶杆相连。

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（３）模架及其他零部件设计 该模具采用中间导柱模架，这种模架的导柱在模具中间，冲压时可防

止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。以凹模周界尺寸为依据选择模架规格。

导柱（ｄ×Ｌ）分别为 35×160 、 40×160 ； 导套（ d×L×D）分别为 35×115×48 、 40×115×50. 上模座厚度取 40mm ，上模垫板厚度取 20mm ，凸模固定板厚度取

20mm ，凸模固定垫板厚度 20mm ，下模座厚度取 55mm ， 那么该模具的闭合高度为 H闭 =40+20+20+20+50+80+55-1=284mm 凸模冲裁后进入凹模的深度为 1mm 。 可见该模具闭合高度小于所选压力机 J23—160A的最大装模高度（ 4

80mm ），故可以使用。如果模具闭合高度大于所选压力机 J23—160A的最大装模高度，则应修改模具设计或另选压力机。

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⒌模具总装图