变压器铁芯级进模设计

龙源期刊网变压器铁芯级进模设计作者：陈超来源：《中国校外教育·基教版》2009年第09期[摘要]对变压器铁芯进行分析,提出了改进方法,介绍了变压器铁芯级进模结构及排样图与定位设计,冲裁力计算,定距方法,冲裁间隙选择,压力中心计算和级进模主要零部件的设计要点。由排样图3可看出,其材料的利用率非常高,达到95%,充分利用材料,所设计的模具结构简单、制作容易、节省开支,使模具生产成本降低,提高经济效益。[关键词]变压器铁芯级进模凸模凹模一、概述随着工业生产的发展,特别是20世纪80年代以来,工业产品的品种和数量不断增加,换型加快,对产品质量、式样和外观等也不断提出新的要求,使模具的需要量相应地增加,对模具质量的要求也越来越高,模具技术在国民经济中的作用将显得更为重要。由于模具成型具有优质、高产、低消耗和低成本等特点。因而,在国民经济各个部门,特别是在汽车、拖拉机、航空、无线电、电器、仪表、机械制造和日用品等工业中得到极其广泛的应用。据统计,利用模具制造出的零件,在飞机、汽车、拖拉机、电机电器、仪器仪表等机电产品中占60%～70%;在电视机、录音机、计算机等电子产品中占80%以上;在自行车、手表、洗衣机、电冰箱和电风扇等轻工产品中占85%以上。二、零件工艺分析图1所示为变压器铁芯示意图。这个零件是标准的小容量变压器的铁芯片,生产批量大,材料是硅钢片,厚度0.35mm。使用时由“山”字形片和“一”字形片组合成一层,因而“一”字形片和“山”字形片使用数量相等。鉴于其生产批量大,因此,重点考虑节省材料,提高材料使用率的问题。由以上制件分析,对孔边距较小的工件,采用复合模有困难,往往采用落料和冲孔分两副模具来完成,如果采用级进冲裁模,则可用一副模具来完成.因为级进模生产率高,便于操作,易实现生产自动化,如果轮廓尺寸大,制造相对复杂,成本高,所以一般适用于大批量生产。根据以上特点,结合变压器铁芯的形状和批量生产,加上轮廓尺寸不大,模具制造较容易,故本课题采用了级进模。级进冲裁时,条料按照一定的顺序,一定的方向送料,经若干冲次后,每冲一次在模具的不同位置上完成数种工序而得到一个或几个完整的工件。龙源期刊网三、排样图与定位设计1.排样图设计通过分析工件形状,由图2排样图所示,其窗口宽度和两侧的宽度相等,均为12mm。分析工件后,排样图图中ABNM均为废料,送料的步距为一个工件长加一个废料宽度。按这样的排样方式,不能够充分利用材料,其利用率约为89%,同时冲裁C区“山”字形的凸凹模制造较困难,而采用排样图3,可充分利用材料,其步距为两个“山”字形宽度,按这样排样方式,材料利用率可达95%以上。剪裁D区“山”字形,其凸模做成长方形状即可。因此,采用图3排样方法较经济、实惠。冲裁板料采用卷料,卷料宽度为67mm公差为0.02mm。分为三个工位,第一工位冲出A区8个直径为4mm的孔,第二位冲裁B区的两个“一”字形片。第三个工位剪裁C区“山”字形,这剪裁有两个作用,其一是完成C区的“山”字形片剪裁,使C区的一半D区从凹模孔漏出;其二为完成E区的“山”字形片剪裁,并从凹模侧面滑出。2.定距的方法步距:级进模在模具的不同位置上可完成几种工序,各工序在模具上的位置上的位置之间的距离与送料进给量的大小相关,送料进给量称为步距。级进模控制步距的方法基本上有以下三种:套钉定距、导正钉定距、侧刃定距。套钉定距是最简单的一种定距方法,但由于每冲一次要把条料从定位钉上脱出,向前移动一个步距后再套进定位钉,所以生产较低。导正钉定距是一般级进模常用的一种定距方法,模具上往往还装有始用挡料销和固定挡料销,始用挡料钉只在第一步冲裁时起作用,后不再使用,固定挡料钉起粗定距作用。侧刃定距是一种比较特殊的定距方法,可以用于固定卸料板或弹压卸料板的级进模,在模具上位于条料侧边的位置附加有一种与成形工件无关的狭长凸模,专作定距用,故称定距侧刃.它的横截面的长度等于步距,故以作为送料进给定距。侧刃定距的主要优点:定距精度高,因为工件的精度也较高,同时工件操作方便,故生产效率较高,它的缺点是造成材料额外浪费。根据以上3种定距方法和结合排样图3的设计,从节省材料出发点,又考虑到制件精度要求不高,故采用了导正钉定距。首次定位导正钉的位置应设置在紧随冲导正孔的第二工位。比如,工位一冲导孔和型孔,工位二(条料送料进一个步距),先由导正钉导正条料再立即冲第二个型孔,这样就保证了两型孔距离为一个步距的精确尺寸。龙源期刊网排样图可以看出,送料所需的实际步距为91mm。它由两个“山”字形片宽度之和。四、送料装置实现冲压生产的自动化,是提高冲压生产率、保证冲压安全生产的根本途径和措施。自动送料装置则是实现多工位级进模自动冲压生产的基本机构。在级进模中使用的送料装置,是将原材料(钢带或线材)按所需要的步距,将材料正确地送入模具工作面,在各个不同的冲压工位完成预先设定的冲压工序。级进模中,常用的自动送料装置有:辊式送料装置,目前,辊式送料装置已经形成了一种标准化的冲压自动化周边设备。辊式送料装置的特点:辊式送料装置目前已经作为冲压机械的一种附件,是在各种送料装置中应用较广泛的一种,主要用于条料和带料。这种送料装置送料精度较高,目前,即使在600次/分的高速冲压速度下,进给误差也仅在±0.02mm以内。若采用导正销配合使用,其送料精度可达±0.01mm。这种送料装置是依靠辊轮和坯料间的摩擦力进行送料,它们之间的接触面积较大,不会压伤材料,并能起到矫直材料的作用。辊式送料装置的通用性较好,在一定范围内,无论材料宽窄与厚薄,只需调整送料机构去配合模具即可使用。辊式送料装置分为单辊式和双辊式,单辊式适用于料厚大于0.15mm以上的级进冲压,双辊式可用于料厚小于0.15mm的级进冲压。五、始用挡料装置始用挡料销(图略),卷料第一次送料时,卷料被始用挡料销挡在B区的前方,第一次冲裁将冲出8个直径为4mm的孔,第二次送料时,始用挡料销由于弹簧的作用隐在模具中不起作用,由自动送料机构及导正钉进入正常定位方式,直至将卷料冲完。六、冲裁间隙1.合理间隙冲裁间隙是指凸、凹模工作部分尺寸之差(称双面间隙)Z=D凹―D凸Z—双面间隙,mmD凹—凹模直径尺寸,mmD凸—凸模直径尺寸,mm。2.合理间隙选择原则选冲裁间隙时,应各种因素全面考虑,通常按以下原则选择:(1)当冲裁件的断面质量没有特殊要求时,在间隙允许的范围内,应采用较大的间隙,这样可以延长模具的使用寿命,降低冲裁力、卸料力、退件力。龙源期刊网(2)当冲裁件的断面质量要求很高时,在间隙允许的范围内,应采用较小的间隙,这样尽管模具的寿命有所降低,但冲裁件光亮带较宽、断面与板料平面垂直,毛刺与塌角及弯曲变形都很小。在设计冲裁模时,常取Zmin为初始间隙,这是由于冲模在使用一段时间后,要进行修磨刃口,会使模具间隙增大,在客观上会使Zmin向Zmax过渡,为使冲裁模在较长时间均能保持满意的冲裁效果,提高模具利用率,故在设计模具是以Zmin为初始值。冲裁间隙值的选取对工件质量,冲裁力的大小,模具的寿命都有显著的影响,冲裁间隙较大时,会使冲裁制件产生弯曲变形的问题,故按制件材料厚度查表,选择凸模与凹模之间间隙为,最小间隙为0.03mm,最大为。即间隙值为0.03～0.05mm,这是双面间隙。七、冲裁力计算冲裁力是指冲裁时,材料对凸模的最大抵抗力,是选用冲压设备和检验冲模强度的重要依据。冲裁力的大小重要与材料机械性能、厚度和制件的周边长度有关,用平刃冲裁模冲裁时,其冲裁力可按下面公式计算:P=kLtτP—冲裁力,(N)L—制件冲裁长度,(mm)t—制件冲裁厚度,(mm)k—冲裁力系数k=1.3τ—材料抗剪强度,(Pa)冲裁力用公式P=Ltτ来计算,铁心材料是电工硅钢片,取τ=190MPa,材料厚度t=0.35mm,L值由全部冲裁线组成,(1)排样图中8个直径4mm孔的周长,(2)两个“一”字形周长,(3)剪裁“山”字形的剪裁长度.通过计算L值为483.48mm.P=Ltτ=483.48mmx0.35mmx190MPa=32151.5N≈32.2KN若取安全系数为1.3,则压力机的选用可选用型号为JC23-63的压力机。八、压力中心计算冲压力合力的作用点称为压力中心,在设计冲裁模时,尽量使压力中心与压力滑块中心相重合,否则,会产生偏心载荷,使模具歪斜、间隙不均匀、严重是会啃刃口。从排样图3可以看出,冲裁线y方向基本是对称的,因而认为y方向的压力中心在模具水平中心线上,所以y方向的压力中心坐标为0,因此只需计算x方向的压力中心,,带入公式得:龙源期刊网经压力中心公式计算得,压力中心为(193.7,0).九、模具总体结构本文的模具结构图(图略),采用后置导柱模架。模具上垫板厚度为8mm,用45#钢制造,并进行热处理,凸模固定板厚度一般取凹模厚度的0.6～0.8,故凸模固定板厚度为16mm。用45#钢制作,并进行热处理,卸料板与凸模固定板之间用橡胶作弹性体。卸料板用螺钉与上模固定部分相联。上模部分分别安装8个直径为4mm的冲孔凸模、“一”字凸模及剪裁“山”字形凸模等,共计10个凸模,下模部分由下模座,凹模,导尺,始用挡料块等组成。十、主要零部件的设计凸模的结构型式:凸模按其工作表面的形式可分为圆形凸模和非圆形凸模,它主要是根据制件的形状和尺寸而确定。圆形凸模:指凸模端面为圆形的凸模,常见的圆形凸模的结构型式有:图中a、c适用于冲裁直径d=1～20mm范围,为了避免台肩处的应力集中和保证凸模强度、刚度,做成圆滑过渡形式或在中间加过渡段。图b适用的冲裁直径d=8～30mm。图d适用于冲制孔径与材料厚度相近的小孔,由于采用了保护套结构,可以提高凸模的抗弯能力,并能节省模具材料。非圆形凸模:其形状复杂多变,可将其近似为圆形类和矩形类。1.冲孔凸模根据制件冲孔直径为4mm,故采用图a为凸模形状设计结构,固定方法采用台阶式固定,由于凸模要穿过凸模固定板,橡胶及卸料板,长度较大,易折断,因此上部取值较大,直径定为10mm,进入卸料板的凸模直径为4mm,用卸料板进行保护。2.落料凸模B区的“一”字形凸模与C区的剪裁“山”字形凸模采用直壁型结构,两个“一”字形凸模分别各采用3个M8mm螺钉吊装在垫板上。“山”字形凸模用6个M8mm螺钉吊在垫板上,在固定板对应B区位置安装4个直径4mm孔安装导正销。冲裁时,各凸模同时进入冲裁状态,此时大凸模的冲裁会造成材料小的移动,若此时小凸模也处于冲裁状态,会造成小凸模折断,C区是大凸模,使其长度大于其它凸模0.5mm,也就是在C区大凸模完成冲裁之后,其它小凸模再进入冲裁工作状态,可起到保护小凸模的作用。3.凹模设计龙源期刊网凹模的刃口形式,常用的又以下几种凹模形式:a.柱孔口锥形凹模,刃口强度较高,修磨后的刃口尺寸不变,常用于冲裁形状或精度要求较高的工件加工。b.柱孔口直向形凹模,适用冲裁直径小于5mm的工件。c.直向形凹模,刃口强度高,刃磨后刃口尺寸无变化,此种结构多用于有顶出装置的复合模。d.锥形凹模,冲裁件容易漏下,凹模磨损后修磨量较小,但刃口强度不高,刃磨后刃口有变大的趋势,锥形口制造较困难。根据以上的凹模形状,故选图a作为变压器铁芯级进模凹模形状。整体凹模具有结构简单,制作周期短的特点,并由于凸模固定板,卸料板,凹模可以用同一程序切割,因而可以保证相对位置的精度,便于装配,考虑到此模具是一副纯冲裁模,凹模是一个平面,磨损后便于刃磨,因此将凹模设计为整体凹模,选用Cr12钢,这种材料淬透性好,利于刃模,凹模各区均有废料出口,漏料孔出的刃口厚度均为3mm。凹模厚度估算:Ha=3P98Ha—凹模厚度(mm)P—冲裁力(N)代入公式得:凹模厚度取20mm总之,加工变压器铁芯片时,采用上述的级进模