水泵葉輪沖壓工藝與模具設計[3套模具]【含36張CAD圖紙和文檔全套】

ZL50裝載機總體及工作裝置設計

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山東建筑大學畢業(yè)設計外文文獻譯文 板材的的等徑角擠壓 摘要 本文介紹的是不同寬厚比（W/T）的長矩形坯料的等徑角擠壓的問題。并對內(nèi)部塑性變形區(qū)和進出口通道進行了應力分析，他們是有接觸擦力和板材的幾何形狀確定的。同時，對及加工進行優(yōu)化設計，制定了設計工具的工藝方案。可以看出，當板材的W/T>>1時，這為大規(guī)模冶金中處理龐大的平板狀批料和技術商業(yè)化提供了重要的技術優(yōu)點。 關鍵詞：等徑角擠壓;優(yōu)化處理;板材;大規(guī)模商品化 1、導言 材料結構在劇烈塑性變形（SPD)的影響下帶來重要的科學和實際利益。這個方案的一個重要優(yōu)點是可以用一個高效益的方法使大量的不同金屬或合金坯料的晶粒結構細化到亞微米級。這種超細晶粒結構，通常在從幾微米至0.2微米，同時具有高的強度和良好的延展性，因此廣泛應用于結構材料。隨著（SPD）商業(yè)化的應用，相關的成行技術也得到實質(zhì)性進展，關鍵因素是變形方案和加工特點的優(yōu)化。不論加工目的，材料性質(zhì)，溫度—應變速率條件如何，SPD具有大而統(tǒng)一的應變，簡單剪切變形和低應力變形。在SPD的幾個較著名已知的方法，等徑角擠壓（ECAE） ，是目前被認為最應用最多的。然而，等徑角擠壓的發(fā)展并不完善。盡管在這一領域應用廣泛，但絕大多數(shù)的 以細長坯料的應用為主，如文獻[1]。這些棒狀坯料會限制材料，特點和等徑角擠壓的特點和進一步的加工。他們和少應用于半成品。目前也沒有商業(yè)化的報道。相比之下，板材的等徑角擠壓出現(xiàn)在軋制后，第一次出現(xiàn)在文獻[ 2 ] 。 再加上其他的技術優(yōu)點，等徑角擠壓工藝有很大現(xiàn)實意義。目前細長坯料的等徑角擠壓已經(jīng)有了很好的研究和開發(fā)，板材的等徑角擠壓的特點還不清楚，在僅有的幾個相關出版物[ 3-5 ]也沒有論述 。本文板材的等徑角擠壓為例，講述一下板材的等徑角擠壓的一些重要細節(jié)。 2 、機加工我們可以認為矩形坯的等徑角擠壓就是（圖一）厚度T，寬度W和長度L的坯料通過角度為90度的通道。在圖一中，坯料的初末位置（1，2）分別用點畫線和實線表示。由于坯料寬度不變，坯料作為一個剛體移動時，圖[ 6 ]表明，應力應變狀態(tài)和塑變區(qū)的范圍取決于進口通道1和出口通道2所施加的邊界條件。因此，應對相應的條件加以分析。 圖一、長方形坯料的等徑角擠壓 2.1 進氣通道 等徑角擠壓開始時，將坯料潤滑并放置在模具入口。實際摩擦力取決于工件和刀具之間的接觸面積和正壓力。假設管道內(nèi)的應力類似于線形塑性壓縮，正壓力 σn ～ (p ? Y )其中，P是軸向壓力，Y是材料的流動應力，如果p ～ Y，正壓力σn ～ 0 ，對于 L/T ＞＞1的長坯料來說，塑性接觸主要由有橫向屈曲形成。這種不規(guī)則的原始接觸僅提供很小的摩擦力。如果p > 2Y，正壓力σn > Y ，塑性區(qū)接觸面積大約等于坯料和管道的接觸面積。在這種情況下，沿管道軸向相同潤滑下將會產(chǎn)生一個大的摩擦力和一個明顯的壓力差△P。因此原始壓力pe = p1 + △ p是通道入口的軸向壓力。實驗表明，△P這一增量總是與管道長度成正比。假設有效的變形摩擦力均勻分布，△P可有此公式計算 （1） F是坯料和管道的接觸面積。在某一特定條件下,已知，圖2矩形通道的四個摩擦面上的原始壓力的最大增量為： （2） 參數(shù)n=L/T , m=W/T,限定了坯料的長度和寬度。特殊情況下，m=1對應于正常情況下的長棒狀坯料，m＞＞1指的是板狀坯料，m＜＜1 指的是條狀坯料。公式（1）（2）表明，原始壓力由于m、n決定 即使在校摩擦力狀態(tài)，原始壓應力可能比材料的流動應力明顯大。 降低摩擦力，增加刀具使用壽命和沖壓穩(wěn)定性的有效方法是通過移動管道面(圖7)一種可能的方法（圖2b，詳見圖7）是用固定模具和隨坯料1運動的矩形槽滑桿2 形成進口管道。這樣，就消除了三個管道面上的摩擦，原始壓力的最大增量為 （3） 另一種情況（圖2）進口通道有兩個滑桿2，3組成。因此模具的前后面固定。相應增量為 (4) 對比公式(2)-(4)可得出結論：在所有情況下，原始壓力都隨長厚比的增加而增大。為了有效加工，長厚比應足夠大。但實際長厚比一般取為4～8。圖2c的p/Y幾乎是圖2的兩倍對于固定通道（圖2a）原始壓力也取決于寬厚比m。但是這個比率不影響原始壓力在滑動渠道這兩種情況下的大小。圖3示 摩擦在進口的分布范圍：（一）工作面不動；（b）三面活動的工作面；（c）二面活動的工作面. 圖⒊ 寬厚比m在壓力沿進氣道增長的影響（L / T = 6,/ Y= 0.15）：（1）工作面不動；（２）三面活動的工作面；（３）二面活動的工作面。 以m為變量，n=6 時，計算結果三種狀態(tài)已給出：1.長坯料 2 .板形 3 .條形. 很 顯然，長形坯料特別是條形坯料在固定通道下會增大p/Y。在這些情況中，只有在大壓力下的移動渠道模具才能對大坯料和硬質(zhì)合金坯料進行等徑角擠壓。然而，對于板材來說，兩滑動面對原始壓力的減小作用甚小。因此，大多數(shù)大板材可以在固定進口渠道和常壓下使用簡單模具。 2-2出道口 圖⒋固定的出口控制（a）和出口控制同活動的下板（b）。 與進口渠道相反，出口渠道的潤滑是個難題。由于方向改變巨大，即使是用最好的潤滑劑，也會出現(xiàn)底部壓力過大，產(chǎn)生沿底部接觸面出現(xiàn)滑移，還會出現(xiàn)摩擦 。這話導致擠壓力太大，坯料表面質(zhì)量差，模具磨損加劇。在底部渠道里用一個滑桿就可以解決這個問題（圖4b）。 這樣材料和模具間的彈性摩擦被滑桿 和導軌之間的摩擦所代替。在擠壓過程中，滑桿 處于自由狀態(tài)，為克服滑桿和導軌之間的摩擦力，須沿坯料接觸表面產(chǎn)生一剪切力。f= 指的是接觸面的面積， 是摩擦因數(shù)。通常情況下，滑桿速度接近擠壓速度。由于摩擦并不穩(wěn)定，可以觀擦到滑桿運動中的一些偏差。如果大于滑桿與毛坯的彈性摩擦力，則流動類似于固定模具。在出口渠道的相應的邊界條件不能提供高效加工所需要的塑性區(qū)和簡單的剪切變形。因此，應該非常小。 2-3塑性變形區(qū) 內(nèi)外渠道為塑性區(qū)限定了摩擦的邊界條件和（圖5為＞時滑移情況） 圖⒌不同通道摩擦狀態(tài)下的滑移線。 假設材料處于理想塑性狀態(tài)?；凭€PEDO中心區(qū)，混合邊界CDE和不變區(qū)CA，陰影區(qū)的中心角: 可由此公式算出. 是指材料的流動剪切應力。圖6考慮了、在特殊情況下的解決方法。 現(xiàn)在我們做一下總結，概括一下等徑角擠壓工藝的優(yōu)化方案。首先，注意到固定的出口渠道總是出現(xiàn)的潤滑問題。在的極限條件下，經(jīng)滑移線分析，進口處全部壓力.這將會使坯料和渠道全部接觸，在的狹長渠道和有限摩擦力＞0的實際情況下會產(chǎn)生大的擠壓力。實際上，一、已出版的資料顯示：擠壓了可高達7 （圖9） 由于大多數(shù)材料處于低加工溫度下都不允許如此大的壓力。因此，盡管簡便出口固定渠道在工業(yè)應用中也不實用。 出口渠道底面有一適當滑移面，摩擦力和摩擦系數(shù)都較小。在這種情況下圖5的滑移區(qū)域可被看作當====0和塑性區(qū)是單滑移線時，“零方案”的小變動。然后用滑移線波動省略中間結果 ，精確到第二位 ，可得到公式～Y，～在進口 內(nèi)部 總壓力為 ～ 與Ep一致.如果擠壓里增量變化不明顯。在摩擦力下，坯料和進口渠道和能足以形成接觸面的.出口渠道移動，進口渠道可以是固定的（圖2a），也可以是有兩個滑移面（2c）如前所述，簡單固定渠道對于長厚比的板材比較有效，然而對于長坯料和帶狀坯料，則適合用滑動軌道。因此僅有第一種情況要進一步考慮多段加工。 圖. 6. material變形在等徑角擠壓通過 3-1基本路線 為了集聚大的剪切應變，控制變形，需要要在每段之后繞坯料的x、y、z對稱軸反復旋轉(zhuǎn)進行等徑角擠壓。對于板材來說，旋轉(zhuǎn)的基本系統(tǒng)或路線可為:A-無旋轉(zhuǎn) B-坯料繞Z軸旋轉(zhuǎn) C-坯料繞Z軸旋轉(zhuǎn) D-坯料旋轉(zhuǎn)與軸旋轉(zhuǎn) 中，長寬相等的方坯料最受歡迎，因為不論怎樣旋轉(zhuǎn)它們都可在一相同模具中加工。無數(shù)可能的旋轉(zhuǎn)組合產(chǎn)生不同結構，組織。盡管這個基本路線最簡便，但其它路線可能在一些特例中更有利。其中一些方法在后面將被提到。 3-2材料的變形 由于兩渠道中接觸摩擦力較小，塑性區(qū)的中心角小。在這種情況下，通過塑性區(qū)的材料拉力重要包括邊界DO和AFO的兩個簡單剪切力。這種集中剪切大致與的沿時相對應的“0方案”的滑移線單面剪切相平衡。圖6顯示了在剪切力作用下，正方形abcd。沿轉(zhuǎn)變成平行四邊形可以看出，隨著剪切力變成流動方向，通過把進口渠道原始位置abcd旋轉(zhuǎn)到出口到內(nèi)部位置。就可達到相同的變形。這種流動方法有益于計算多段等傾角變形。因為對于板材來說，所有變形都發(fā)生在坯料的平面上。通過保留出口道內(nèi)部材料的位置和在不同路線段應用連續(xù)剪切力?？梢院喕@個過程。因為短暫作用不影響元素變形，可以認為由于作用在坯料平行面上，底部被修整，頂部逐漸過渡。最后的位移是所有先前剪切作用的總和。圖7、8顯示了基本路線中的四段的相應位移和相對于原坐標x、y、z整個材料的變形。在長坯料中,A,C平板流動和變形相同。類似地，C和D分別在每2和4到次程序后提供材料恢復所需的循環(huán)載荷。路線A可觀察到隨長度增加Y向傾角增大，最大變形量的變化情況。路線B的變形量比的小倍，在無數(shù)Ⅰ段后它們都位于偏離Y方向。 圖 7. 組織的移動路線A (a), B (b), C (c), 和D (d). 圖. 8. 在四途徑經(jīng)由路線A, B, C 和 D. 之后，工件的變形。 3-3剪切帶 機加工考慮的因素是簡單剪切變形模式和每段中剪切帶角度。剪切帶在多端等傾角變形中起重要作用。在第一段，使用小角度，晶核強烈組織了沿方向長度變形。在以下的工序中。剪切帶內(nèi)部的微觀流動取代了連續(xù)的塑性流動，它們朝同一剪切方向。盡管SPD晶粒細化機制還不是很清楚，仍有無數(shù)試驗可以斷定了對于不同材料和加工條件（溫度、應變率）在等徑角擠壓過程中，剪切帶占據(jù)新角度晶界的最大部分。是晶粒細化到亞微米和納米尺寸的其他方法包括剪切帶的交匯以及剪切帶與晶界所組成的材料的旋轉(zhuǎn)。因此重新細化的強度和細化為結構形態(tài)取決于加工剪切帶的進展。和材料的大晶界角。在每個工序中，微觀剪切帶隨相應的宏觀 增加。在隨后的工序中，剪切帶依然是穩(wěn)定形狀，他雖材料一塊流動，隨坐標改變方向。任何工序中剪切帶位置由下一個工序的變形決定。例如板材為旋轉(zhuǎn)的第N和N+1個工序，剪切帶的變形由第N+1剪切引起但是板材旋轉(zhuǎn)時，N+1不影響N的剪切帶，因而，在板材的多段加工中，有兩個與x、y向變形相對應的兩個獨立系統(tǒng)。 圖10顯示經(jīng)過四個路線后，剪切帶的位置1、2、3、4分別與剪切帶的一、二、三、四段對應。 對于A、C剪切帶的方向與長坯料中類似。[7]。A、B中，剪切帶逐漸旋轉(zhuǎn)到積壓方向。隨著Ⅰ段增加，剪切帶愈加難以辨認。通過旋轉(zhuǎn)細分，內(nèi)截面結構將很薄而且很長。對于來說，在各個階段中，剪切帶與剪切面一致?？梢灶A計在這種情況下，多種循環(huán)會使變形恢復及等量變形旋轉(zhuǎn)。但是微觀結構比A、B粗糙。類似的，在經(jīng)過第四道D時，材料便行為0，剪切帶與剪切面及循環(huán)載荷旋轉(zhuǎn)一致B和D提供了兩相互交匯的剪切帶。有助于三維立體結構的發(fā)展。然而，對于B路線來說，兩個多雨的剪切帶可得到更精細的結構。應當指出板材經(jīng)過B和D的等徑角擠壓，剪切帶方向不同，可能細化效果比不上相同路徑的長坯料的等徑角擠壓。這個分析不能應用于大接觸摩擦或者帶有寬塑性帶＞＞0的遠角渠道。在這些情況下，沿圓弧滑移線的簡單剪切應力起重要作用，剪切帶沿x、y方向，如圖6示。這是在有高效潤滑劑典型坯料固定出口道的等徑角擠壓加工過程。 3-4其它加工路線 基本路線包括僅繞z軸旋轉(zhuǎn)。這些路線不提供近直角剪切帶的三維系統(tǒng)。它對于細長軸結構發(fā)展是必需的。在這些情況下，坯料的上下表面不變，多段加工積累非均勻應變和殘余應力。同樣，特殊表面缺陷也可能在坯料表面上出現(xiàn)。通過使用一種增加x、y軸旋轉(zhuǎn)的復雜路線即可消除這些缺點。像E這樣的路線包括8段。前4段是像路線D一樣，繞Z軸旋轉(zhuǎn)到與下一步同向。在這個階段，拌料沒有變形，有兩個剪切帶和大晶界交匯區(qū)。接著坯料繞y或x軸旋轉(zhuǎn)，這樣改變了剪切帶的方向。也將坯料上下邊面交換。后4步經(jīng)過D恢復變形。在第一個剪切帶方向產(chǎn)生兩個新的交匯區(qū)。因此E路線產(chǎn)生四個交匯區(qū)，為結構重新細化及性能同化提供了理想路線。 圖. 11. 沖床印記在坯料頂端表面路線D ( a)和F ( b) 另一種加工路線F，消除了坯料上表面如沖床痕跡等個別不規(guī)則結構。這些痕跡是由于流動方向大角度形成的痕跡。多段加工通過D和B，交匯成奇異的A區(qū)，此處塑性流動轉(zhuǎn)換成三個方向，導致強度減弱和微裂紋。路線F包括第二次繞Z軸旋轉(zhuǎn)，每段之后轉(zhuǎn)換方向。這樣在坯料反面產(chǎn)生印記，不相交，因而變形和剪切帶方向仍然與普通路線D類似。 在特殊情況下，也可使用其它路線。特別是，可以明顯看出，B的兩種改動路線與E、F相似。 4、技術應用 任何技術發(fā)展的最終目標都是實際應用。等徑角擠壓的商業(yè)化。在[7,14,15]中已經(jīng)討論了，的主要特點是對簡單幾何形狀坯料的成型。這種方法適于半成品的加工。這種半成品可在競爭成本下簡單轉(zhuǎn)化成成品。從上述中可看出，等徑角擠壓可能應用于大規(guī)模冶金中。然而長坯料的等徑角擠壓仍存在一些問題有效加工長坯料需要一個復雜工具將一個移動墻轉(zhuǎn)化成兩個。非常長的 的坯料比相同截面的普通擠壓坯料長度要大的多。在這種情況下，選擇設備的標準是擠壓力，而不是承載能力。這樣對于特長坯件，就需要用大擠壓力和昂貴的工具。同樣也難以消除各段中及將長坯料轉(zhuǎn)化成成品中出現(xiàn)的坯料修剪，改造及預熱等操作。 板材的等徑角擠壓解決了其中的大部分問題，對于相同長度和L/T的坯料，板材的重量同壓力的長坯料重4-8倍。 這些參數(shù)與擠壓的特性相符，它提供了 。載荷的優(yōu)化應用。這顯著降低了壓力和工具尺寸的要求，在現(xiàn)有設備基礎上為 大規(guī)模冶金坯料的成型提供了條件，另外，可以使用帶有一個滑動面出口渠道的工具。 5、結論 接觸摩擦力是等徑角擠壓加工中的關鍵因素。對于矩形坯料這取決于鋼坯的比例。即使材料較軟，用好的潤滑劑，即壓力也不允許太高。對于L/T〉4的進口渠道，適當?shù)臄D壓力 （Y<）產(chǎn)生一不規(guī)則原始塑性接觸和小摩擦力，因此大擠壓力產(chǎn)生大接觸面和的大的摩擦力。在所有情況中，出口渠道采用底滑動面對于消除摩擦力，材料粘性降低擠壓力是一個好的解決方法。 寬厚比對長方坯料和帶狀坯料的擠壓力影響顯著。在這些情況下，帶有兩滑動面的進口渠道對于減少擠壓力非常必要。對于W/T>>1的坯料來說這種影響不顯著，可以應用簡單固定進口渠道。 板材的基本加工路線會導致像長方坯料的材料變形。然而，伴有空間塑性流動的路線不如長坯料效果好。其它的加工路線，類似可在特殊情況下應用。 參考文獻 [1] V.M. 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[4] 鄭家賢.沖壓工藝與模具設計實用技術[M].北京：機械工業(yè)出版社,2006：35-41. [5] 薛啟翔.冷沖壓實用技術等[M].北京：機械工業(yè)出版社,2006：10-18. [6] GB/T1182-1996,GB/T1183-1996,GB/T1184-1996.形狀和位置公差（代號及其標注、術語及定義、未注公差的規(guī)定）[S]：19-20. [7] GB/T2851-1990，GB/T2861-1990.冷沖模[S]：30-32. [8] 田嘉生,馬正顏.沖模設計基礎[M].北京：航空工業(yè)出版社，1994：. [9] 黃健求.模具制造[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001：45-50. [10] 王孝培.沖壓手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1990：119-120. 教務處制 指導教師（簽字）： 教研室主任（簽字）： 院系主任（簽字）： 廠 冷擠工藝卡片壓 標記 產(chǎn)品名稱 文件代號 車間 零件名稱 水泵葉輪沖壓工藝與模具設計 共 頁 材料 名稱牌號 08Al—ZF 剪后毛坯 每條件數(shù) 形狀尺寸 每張件數(shù) 消耗定額 零件送來部門 每條工料 工種 沖 鉗 總計 零件送往部門 裝配工段 每產(chǎn)品零件數(shù) 工時 工序 工序說明 加工草圖 設備 模具 工具量具 每小時生產(chǎn)量 單件定額（分） 工人數(shù)量 備注 型號名稱 名稱圖號 名稱編號 落料、拉深復合 落料與拉伸復合 J23-25 SBYL0801-00 落料、拉深復合 模 修邊沖孔 修邊與沖中心孔 J23-40 SBYL0802-00 修邊沖孔模 切槽 切出七個葉片 J23-40 SBYL0803-00 切槽模 翻邊 將葉片翻成豎直 J23-40 SBYL0804-00 翻邊模 設計：劉永芳 校對： 審核： 批準： 更改標記 處數(shù) 文件號 簽字 日期 山東建筑大學畢業(yè)設計開題報告 班級：金職041 姓名：劉永芳 指導教師：任國成 論文題目 水泵葉輪沖壓工藝與模具設計 一、 選題背景和意義： 在現(xiàn)代汽車工業(yè)中，微型汽車上發(fā)動機冷卻系統(tǒng)離心式水泵內(nèi)葉輪由鑄鐵等金屬或工程塑料制成?，采用向后彎曲的半圓弧?、雙圓弧或多圓弧形葉片?，其葉型與水流方向一致?，泵水效率較高?。塑料葉輪容易實現(xiàn)小型化和輕量化?，且耐腐蝕性能好?，有越來越多的汽車發(fā)動機水泵使用了塑料葉輪?。但塑料葉輪容易開裂或葉輪磨損后從泵軸上松脫，使冷卻液循環(huán)速度變慢?，容易引起發(fā)動機溫度過高的故障。損壞的葉輪在旋轉(zhuǎn)時還可能撞擊水泵殼體?，造成殼體碎裂?。鑄鐵制成的水泵葉輪機械強度較高?，但其質(zhì)量較大。因此一種能綜合現(xiàn)在采用材料優(yōu)點而又避其缺點的產(chǎn)品就應時而生了。 本課題為水泵葉輪沖壓模設計。葉輪材料為Al脫氧鎮(zhèn)靜鋼冷軋板，既能滿足剛度和強度的要求又能使重量得到減輕。利用CAD軟件進行沖壓模具設計,設計全部模具零件,完成裝配;并利用沖壓CAE軟件對整個沖壓過程進行模擬分析,從而優(yōu)化與確定最佳工藝參數(shù)。 二、課題關鍵問題及難點： 本課題的關鍵及難點：凸緣拉深后，葉輪葉片翻邊區(qū)展開面積的計算，及展開圖的繪制。 因為葉輪成形“豎直”葉片的工序?qū)儆谄矫嫱馔骨€翻邊。但根據(jù)零件圖，由于翻轉(zhuǎn)曲線的曲率半徑比較大，為簡化計算采用近似按彎曲變形來確定展開尺寸。在設計時，按異徑相貫處理，進行計算及展開圖繪制。 三、調(diào)研報告（或文獻綜述）： 水箱在汽車的冷卻、散熱中有著重要的作用。因為汽車的冷卻系統(tǒng)是用來為發(fā)動機散熱的,一般常見的發(fā)動機過熱問題...發(fā)動機是由冷卻液的循環(huán)來實現(xiàn)的,強制冷卻液循環(huán)的部件是水泵,它由曲軸皮帶帶動,水泵葉輪推動冷卻液在整個系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)。 為了保證冷卻效果,汽車冷卻系統(tǒng)一般由以下幾部分組成:散熱器、節(jié)溫器、水泵、缸體水道、缸蓋水道、風扇等組成。據(jù)資料顯示:導致汽車拋錨的故障中,冷卻系統(tǒng)故障位居第一。由此可見,汽車冷卻系統(tǒng)保養(yǎng)對汽車安全運行起著重要的作用。 葉輪用于微型汽車上發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的離心式水泵內(nèi)，工件時以1500--3000r/min左右的速度旋轉(zhuǎn)，使冷卻水在冷卻系統(tǒng)中不斷地循環(huán)流動。為保證足夠的強度和剛度，葉輪采用厚度為2mm的Al脫氧鎮(zhèn)靜鋼冷軋板。 本次設計中葉輪材料為Al脫氧鎮(zhèn)靜鋼冷軋板。該材料按拉深質(zhì)量分為三級：ZP（用于拉深最復雜零件），HF（用于拉深很復雜零件）和F（用于拉深復雜零件）。由于形狀比較復雜，特別是中間的拉深成形難度大，葉輪零件采用ZF級的材料，表面質(zhì)量也為較高的Ⅱ級。 1.本課題及相關領域的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展 模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎工業(yè)，是國際上公認的關鍵工業(yè)，工業(yè)發(fā)達國家稱之為“工業(yè)之母”。模具成型具有效率高，質(zhì)量好，節(jié)省原材料，降低產(chǎn)品成本等優(yōu)點。采用模具制造產(chǎn)品零件已成為當今工業(yè)的重要工藝手段。模具在機械，電子，輕工，紡織，航空，航天等工業(yè)領域里，已成為使用最廣泛的工業(yè)化生產(chǎn)的主要工藝裝備，它承擔了這些工業(yè)領域中60%--80%產(chǎn)品零件，組件和部件的加工生產(chǎn)。“模具就是產(chǎn)品質(zhì)量”，“模具就是經(jīng)濟效益”的觀念已被越來越多的人所認識和接受。在中國，人們已經(jīng)認識到模具在制造業(yè)中的重要基礎地位，認識更新?lián)Q代的速度，新產(chǎn)品的開發(fā)能力，進而決定企業(yè)的應變能力和市場競爭能力。目前，模具設計與制造水平的高低已成為衡量一個國家制造水平的重要標志之一。 2.模具技術的發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1 隨著科學技術的不斷進步和工業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展，冷沖技術及模具不斷革新和發(fā)展，中國模具工業(yè)和技術的主要發(fā)展方向包括： ??? ①提高大型、精密、復雜、長壽命模具的設計制造水平； ??? ②在模具設計制造中廣泛應用CAD/CAE/CAM技術；為了加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代,必須縮短工裝的設計和制造周期,從而開展了模具的計算機輔助設計和輔助制造的研究,采用該技術，模具設計和制造效率一般可提高2—3倍,模具生產(chǎn)周期可縮短1/2—2/3.目前，已達到CAD/CAM一體化,模具圖紙只是作為檢驗模具之用. ??? ③大力發(fā)展快速制造成形和快速制造模具技術； ??? ④在塑料模具中推廣應用熱流道技術、氣輔注射成型和高壓注射成型技術； ??? ⑤提高模具標準化水平和模具標準件的使用率； ??? ⑥發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和先進的表面處理技術； ??? ⑦逐步推廣高速銑削在模具加工的應用； ??? ⑧進一步研究開發(fā)模具的拋光技術和設備； ??? ⑨研究和應用模具的高速測量技術與逆向工程； ??? ⑩開發(fā)新的成形工藝和模具。 四、方案論證： 根據(jù)葉輪零件形狀，可以確定成形順序是先拉深中間的階梯圓筒形，然后成形外圈葉片。這樣能保持已成形部位尺寸的穩(wěn)定，同時模具結構也相對簡單。修邊、切槽、沖孔在中間階梯拉深成形后以及葉片翻邊前進行。為保證7個葉片分度均勻，修邊和切槽不要逐個葉片地沖裁。 因此葉輪的沖壓成形主要有以下幾種工藝方案： 方案一：?1) 落料； ???2) 拉深 (多次)； ???3) 整形； ?? 4) 修邊； ?? 5) 切槽； ?? 6) 沖孔； ?? 7) 翻邊。 方案二： 1) 落料與第一次拉復合； ?? 2) 后續(xù)拉深； ?? 3) 整形； ?? 4) 切槽、修邊、沖孔復合； ?? 5) 翻邊。 方案三： 1) 落料與第一次拉深復合； ?? 2) 后續(xù)拉深； ?? 3) 整形； ?? 4) 切槽、沖孔復合； ?? 5) 修邊； ?? 6) 翻邊。 方案四： 1) 落料與第一次拉深復合； ?? 2) 后續(xù)拉深； ?? 3) 整形； ?? 4) 修邊、沖孔復合； ?? 5) 切槽； ?? 6) 翻邊。 方案五： 1) 落料與第一次拉深復合； ?? 2) 后續(xù)拉深； ?? 3) 整形； ?? 4) 切槽； ?? 5) 修邊、沖孔復合 ?? 6) 翻邊。 方案一復合程度低，模具結構簡單，安裝、調(diào)試容易，但生產(chǎn)道次多，效率低，不適合大批量生產(chǎn)。 方案二至五將落料、拉深復合，主要區(qū)別在于修邊、切槽、沖孔的組合方式以及順序不同。需要注意的是，只有當拉深件高度較高，才有可能采用落料、拉深復合模結構形式，因為淺拉深件若采用落料、拉深復合模具結構，落料凸模（同時又是拉深凹模）的壁厚太薄，強度不夠。 方案二將修邊、切槽、沖孔復合，工序少，生產(chǎn)率最高，但模具結構復雜，安裝、調(diào)試困難，同時模具強度也較低。 方案三將切槽和沖孔組合，由于所切槽與中間孔的距離較近，因此在模具結構上不容易安排，模具強度差。所以較好的組合方式應該是修邊和沖孔組合，而切槽單獨進行，如方案四、五。 方案四與方案五主要區(qū)別在于一個先修邊、沖孔后切槽， 一個先切槽后修邊、沖孔。由于切槽與修邊有相對位置關系，而所切槽尺寸比較小，如果先切槽則修邊模具上不好安排定位，所以實際選擇了方案四，即先修邊、沖孔后切槽，然后翻邊成形豎立葉片。 因此設計時采用方案四。 五、進度安排： 1-2周 查閱資料，完成開題報告及文獻綜述 3-4周 畢業(yè)實習 5-6周 查閱相關畢業(yè)設計相關資料，進行設計前的準備工作 7-8周 進行相關計算，設計第一套模 9-10 周進行相關計算，設計第一套模 11-12周 設計第二套模 13-14周 設計第三套模 15-16周 整理相關資料，進行畢業(yè)設計說明書的編寫 17周 準備答辯 六、指導教師意見： 簽字： 年 月 日 七、教研室（或開題審查小組）意見： 簽字： 年 月 日 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 I 目 錄 摘 要 III ABSTRACT IV 第一章 前 言 1 1 1 選題背景 1 1 2 課題相關調(diào)研 1 1 2 1 本課題及相關領域的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展 1 1 2 2 模具技術的發(fā)展現(xiàn)狀 2 第二章 工藝分析計算 3 2 1 零件及其沖壓工藝性分析 3 2 2 確定工藝方案 4 2 3 主要工藝參數(shù)計算 7 2 3 1 落料尺寸 7 2 3 2 拉深道次及各道次尺寸 9 第三章 模具設計 14 3 1 落料 拉深復合模 14 3 1 1 模具結構 14 3 1 2 模具工件部分尺寸及公差計算 15 3 2 修邊沖孔模 17 3 2 1 模具結構 18 3 2 2 模具工件部分尺寸及公差計算 18 3 3 切槽模 21 3 3 1 模具結構 21 3 3 2 模具工件部分尺寸及公差計算 22 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 II 3 4 翻邊模 23 3 4 1 模具結構 23 3 4 2 模具工件部分尺寸及公差計算 24 第四章 結 論 27 參考文獻 28 謝 辭 29 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 1 摘 要 水泵葉輪是微型汽車上發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中離心式水泵的重要零件 本文分析了水泵 葉輪零件的結構特點 計算了該葉輪的展開尺寸 確定了該工件的沖壓成形工藝及各工 序尺寸 對全套模具的總體結構設計進行了比較詳細的論述 并在此基礎上確定了葉輪 沖壓模具零件的具體結構和尺寸 在生產(chǎn)合格零件的基礎上盡量提高生產(chǎn)效率 降低生 產(chǎn)成本 主要介紹了葉輪零件沖壓成形應包括的基本工序方案 工藝參數(shù)計算 模具結 構設計 尺寸等 關鍵詞 水泵葉輪 沖壓 工序 模具設計 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 2 The Pressing Process Analysis and Die Design of Pump Impeller ABSTRACT The pump impeller is an important parts of the centrifugal pumps which was used for the minicar s engine cooling system The structure characteristics of the pump impeller were analyzed and calculated the expanding dimension of this parts determined pressing forming process of the pump impeller and dimensions of each working procedure and described the structure design of whole sets of dies in detail And on that basis determine the structure and size of the impeller stamping die specific parts To maximize production efficiency and reduce production costs in the production of qualified on the basis of parts Main introduction of this text leaf round project of basic work preface for spare parts washing pressing take shaping should including The craft counts the calculation Molding tool construction design size etc Key words pump impeller pressing process die design 本科畢業(yè)設計說明書 題 目 水泵葉輪沖壓工藝 與模具設計 院 部 材料科學與工程學院 專 業(yè) 材料成型及控制工程 班 級 金職 041 姓 名 劉永芳 學 號 2004105214 指導教師 任國成 完成日期 2008 年 6 月 14 日 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 I 目 錄 摘 要 III ABSTRACT IV 第一章 前 言 1 1 1 選題背景 1 1 2 課題相關調(diào)研 1 1 2 1 本課題及相關領域的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展 1 1 2 2 模具技術的發(fā)展現(xiàn)狀 2 第二章 工藝分析計算 3 2 1 零件及其沖壓工藝性分析 3 2 2 確定工藝方案 4 2 3 主要工藝參數(shù)計算 7 2 3 1 落料尺寸 7 2 3 2 拉深道次及各道次尺寸 9 第三章 模具設計 14 3 1 落料 拉深復合模 14 3 1 1 模具結構 14 3 1 2 模具工件部分尺寸及公差計算 15 3 2 修邊沖孔模 17 3 2 1 模具結構 18 3 2 2 模具工件部分尺寸及公差計算 18 3 3 切槽模 21 3 3 1 模具結構 21 3 3 2 模具工件部分尺寸及公差計算 22 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 II 3 4 翻邊模 23 3 4 1 模具結構 23 3 4 2 模具工件部分尺寸及公差計算 24 第四章 結 論 27 參考文獻 28 謝 辭 29 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 III 摘 要 水泵葉輪是微型汽車上發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中離心式水泵的重要零件 本文分析了水泵 葉輪零件的結構特點 計算了該葉輪的展開尺寸 確定了該工件的沖壓成形工藝及各工 序尺寸 對全套模具的總體結構設計進行了比較詳細的論述 并在此基礎上確定了葉輪 沖壓模具零件的具體結構和尺寸 在生產(chǎn)合格零件的基礎上盡量提高生產(chǎn)效率 降低生 產(chǎn)成本 主要介紹了葉輪零件沖壓成形應包括的基本工序方案 工藝參數(shù)計算 模具結 構設計 尺寸等 關鍵詞 水泵葉輪 沖壓 工序 模具設計 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 IV The Pressing Process Analysis and Die Design of Pump Impeller ABSTRACT The pump impeller is an important parts of the centrifugal pumps which was used for the minicar s engine cooling system The structure characteristics of the pump impeller were analyzed and calculated the expanding dimension of this parts determined pressing forming process of the pump impeller and dimensions of each working procedure and described the structure design of whole sets of dies in detail And on that basis determine the structure and size of the impeller stamping die specific parts To maximize production efficiency and reduce production costs in the production of qualified on the basis of parts Main introduction of this text leaf round project of basic work preface for spare parts washing pressing take shaping should including The craft counts the calculation Molding tool construction design size etc Key words pump impeller pressing process die design 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 1 第一章 前 言 1 1 選題背景 在現(xiàn)代汽車工業(yè)中 微型汽車上發(fā)動機冷卻系統(tǒng)離心式水泵內(nèi)葉輪由鑄鐵等金屬或 工程塑料制成 采用向后彎曲的半圓弧 雙圓弧或多圓弧形葉片 其葉型與水流方向一 致 泵水效率較高 塑料葉輪容易實現(xiàn)小型化和輕量化 且耐腐蝕性能好 有越來越多 的汽車發(fā)動機水泵使用了塑料葉輪 但塑料葉輪容易開裂或葉輪磨損后從泵軸上松脫 使冷卻液循環(huán)速度變慢 容易引起發(fā)動機溫度過高的故障 損壞的葉輪在旋轉(zhuǎn)時還可能 撞擊水泵殼體 造成殼體碎裂 鑄鐵制成的水泵葉輪機械強度較高 但其質(zhì)量較大 因 此一種能綜合現(xiàn)在采用材料優(yōu)點而又避其缺點的產(chǎn)品就應時而生了 1 2 課題相關調(diào)研 水箱在汽車的冷卻 散熱中有著重要的作用 因為汽車的冷卻系統(tǒng)是用來為發(fā)動機 散熱的 一般常見的發(fā)動機過熱問題 發(fā)動機是由冷卻液的循環(huán)來實現(xiàn)的 強制冷卻液 循環(huán)的部件是水泵 它由曲軸皮帶帶動水泵葉輪推動冷卻液在整個系統(tǒng)內(nèi)循環(huán) 為了保證冷卻效果 汽車冷卻系統(tǒng)一般由以下幾部分組成 散熱器 節(jié)溫器 水泵 缸體水道 缸蓋水道 風扇等組成 據(jù)資料顯示 導致汽車拋錨的故障中 冷卻系統(tǒng)故 障位居第一 由此可見 汽車冷卻系統(tǒng)保養(yǎng)對汽車安全運行起著重要的作用 葉輪用于微型汽車上發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的離心式水泵內(nèi) 工件時以 1500 3000r min 左右的速度旋轉(zhuǎn) 使冷卻水在冷卻系統(tǒng)中不斷地循環(huán)流動 為保證足夠的強度和剛度 葉輪采用厚度為 2mm 的 Al 脫氧鎮(zhèn)靜鋼冷軋板 1 2 1 本課題及相關領域的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展 模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎工業(yè) 是國際上公認的關鍵工業(yè) 工業(yè)發(fā)達國家稱之為 工業(yè)之母 模具成型具有效率高 質(zhì)量好 節(jié)省原材料 降低產(chǎn)品成本等優(yōu)點 采用 模具制造產(chǎn)品零件已成為當今工業(yè)的重要工藝手段 模具在機械 電子 輕工 紡織 航 空 航天等工業(yè)領域里 已成為使用最廣泛的工業(yè)化生產(chǎn)的主要工藝裝備 它承擔了這些 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 2 工業(yè)領域中 60 80 產(chǎn)品零件 組件和部件的加工生產(chǎn) 模具就是產(chǎn)品質(zhì)量 模具就 是經(jīng)濟效益 的觀念已被越來越多的人所認識和接受 在中國 人們已經(jīng)認識到模具在制 造業(yè)中的重要基礎地位 認識更新?lián)Q代的速度 新產(chǎn)品的開發(fā)能力 進而決定企業(yè)的應變 能力和市場競爭能力 目前 模具設計與制造水平的高低已成為衡量一個國家制造水平的 重要標志之一 1 2 2 模具技術的發(fā)展現(xiàn)狀 隨著科學技術的不斷進步和工業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展 冷沖技術及模具不斷革新和發(fā)展 中國模具工業(yè)和技術的主要發(fā)展方向包括 提高大型 精密 復雜 長壽命模具的設計制造水平 在模具設計制造中廣泛應用 CAD CAE CAM 技術 為了加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代 必須 縮短工裝的設計和制造周期 從而開展了模具的計算機輔助設計和輔助制造的研 究 采用該技術 模具設計和制造效率一般可提高 2 3 倍 模具生產(chǎn)周期可縮 短 1 2 2 3 目前 已達到 CAD CAM 一體化 模具圖紙只是作為檢驗模具之用 大力發(fā)展快速制造成形和快速制造模具技術 在塑料模具中推廣應用熱流道技術 氣輔注射成型和高壓注射成型技術 提高模具標準化水平和模具標準件的使用率 發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和先進的表面處理技術 逐步推廣高速銑削在模具加工的應用 進一步研究開發(fā)模具的拋光技術和設備 研究和應用模具的高速測量技術與逆向工程 開發(fā)新的成形工藝和模具 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 3 第二章 工藝分析計算 2 1 零件及其沖壓工藝性分析 葉輪用于微型汽車上發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的離心式水泵內(nèi) 工件時以 1500 3000r min 左右的速度旋轉(zhuǎn) 使冷卻水在冷卻系統(tǒng)中不斷地循環(huán)流動 為保證足夠的強度和剛度 葉輪采用厚度為 2mm 的鋼板 葉輪材料為鋼 08Al 該材料按拉深質(zhì)量分為三級 ZP 用于拉深最復雜零件 HF 用于拉深很復雜零件 和 F 用于拉深復雜零件 由于形狀比較復雜 特別是中 間的拉深成形難度大 葉輪零件采用 ZF 級的材料 表面質(zhì)量也為較高的 級 表 2 1 列出 08Al ZF 的力學性能 MPas 10 bS MPab 不小于 260 300 200 44 0 66 圖 2 1 葉輪零件示意圖 為減輕震動 減小噪聲 葉輪零件的加工精度有一定的要求 除了 7 個葉輪形狀和 尺寸應一致外 葉輪中部與固定軸配合部位的要求也較高 由于靠沖壓加工難以達到直 表 2 1 08Al ZF 的力學性能 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 4 徑 1 0823 和 01 7 以及高度尺寸 12 054 的要求 實際生產(chǎn)中采用了沖壓成形后再切 削加工的辦法 需進行切削加工的表面標有粗糙度 圖 2 1 沖壓成形后要留有足夠 的機加余量 因此孔 1 0823 和 01 7 的沖壓尺寸取為 5 23 和 1 直徑 5 1為一般要求的自由尺寸 沖壓成形的直徑精度的偏差大于拉深直徑的極 限偏差 但高度尺寸 6 精度高于附表中的尺寸偏差 需由整形保證 初步分析可以知道葉輪零件的沖壓成形需要多道工序 首先 零件中部是有凸緣的 圓筒拉深件 有兩個階梯 筒底還要沖 5 的孔 其次 零件外圈為翻邊后形成的 7 個 豎立 葉片 圍繞中心均勻分布 另外 葉片翻邊前還要修邊 切槽 由于拉深圓 角半徑比較小 0 5 1 加上對葉片底面有跳動度的要求 因此還需要整形 對拉深工序 在葉片展開前 按料厚中心線計算有 中 徑外 徑 dD 5 1326 4 53 1 4 并且葉片展開后凸緣將更寬 所以屬于寬凸緣拉深 另外 零件拉深度大 如最小 價梯直徑的相對高度 h d 20 5 13 5 1 52 遠大于一般帶凸緣筒形件第一次拉深許可的最大相對拉深高度 所以拉深成形比 較困難 要多次拉深 對于沖裁及翻邊工序 考慮到零件總體尺寸不大 而且葉片 豎直 后各葉片之間 的空間狹小 結構緊湊 另外拉深后零件的底部還要 5 6 沖的孔 所以模具結構設計 與模具制造有一定難度 要特別注意模具的強度和剛度 綜上所述 葉輪由平板毛坯沖壓成形應包括的基本工序有 沖裁 落料 沖孔 修 邊與切槽 拉深 多次拉深 翻邊 將外圈葉片翻成豎直 等 由于是多工序 多套 模具成形 還要特別注意各工序間的定位 2 2 確定工藝方案 由于葉輪沖壓成形需多道次完成 因此制定合理的成形工藝方案十分重要 考慮到 生產(chǎn)批量大 應在生產(chǎn)合格零件的基礎上盡量提高生產(chǎn)率效率 降低生產(chǎn)成本 要提高 生產(chǎn)效率 應該盡量復合能復合的工序 但復合程度太高 模具結構復雜 安裝 調(diào)試 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 5 困難 模具成本提高 同時可能降低模具強度 縮短模具壽命 根據(jù)葉輪零件實際情況 可能復合的工序有 落料與第一次拉深 最后一次拉深和整形 修邊 切槽 切槽 沖 孔 修邊 沖孔 切槽 沖孔 根據(jù)葉輪零件形狀 可以確定成形順序是先拉深中間的階梯圓筒形 然后成形外圈 葉片 這樣能保持已成形部位尺寸的穩(wěn)定 同時模具結構也相對簡單 修邊 切槽 沖孔在中間階梯拉深成形后以及葉片翻邊前進行 為保證 7 個葉片分 度均勻 修邊和切槽不要逐個葉片地沖裁 因此葉輪的沖壓成形主要有以下幾種工藝方案 方案一 1 落料 2 拉深 多次 3 整形 4 修邊 5 切槽 6 沖孔 7 翻邊 方案二 1 落料與第一次拉復合 2 后續(xù)拉深 3 整形 4 切槽 修邊 沖孔復合 5 翻邊 方案三 1 落料與第一次拉深復合 2 后續(xù)拉深 3 整形 4 切槽 沖孔復合 5 修邊 6 翻邊 方案四 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 6 1 落料與第一次拉深復合 2 后續(xù)拉深 3 整形 4 修邊 沖孔復合 5 切槽 6 翻邊 方案五 1 落料與第一次拉深復合 2 后續(xù)拉深 3 整形 4 切槽 5 修邊 沖孔復合 6 翻邊 方案一復合程度低 模具結構簡單 安裝 調(diào)試容易 但生產(chǎn)道次多 效率低 不 適合大批量生產(chǎn) 方案二至五將落料 拉深復合 主要區(qū)別在于修邊 切槽 沖孔的組合方式以及順 序不同 需要注意的是 只有當拉深件高度較高 才有可能采用落料 拉深復合模結構 形式 因為淺拉深件若采用落料 拉深復合模具結構 落料凸模 同時又是拉深凹模 的壁厚太薄 強度不夠 方案二將修邊 切槽 沖孔復合 工序少 生產(chǎn)率最高 但模具結構復雜 安裝 調(diào)試困難 同時模具強度也較低 方案三將切槽和沖孔組合 由于所切槽與中間孔的距離較近 因此在模具結構上不 容易安排 模具強度差 所以較好的組合方式應該是修邊和沖孔組合 而切槽單獨進行 如方案四 五 方案四與方案五主要區(qū)別在于一個先修邊 沖孔后切槽 一個先切槽后修邊 沖孔 由于切槽與修邊有相對位置關系 而所切槽尺寸比較小 如果先切槽則修邊模具上不好 安排定位 所以實際選擇了方案四 即先修邊 沖孔后切槽 然后翻邊成形豎立葉片 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 7 2 3 主要工藝參數(shù)計算 2 3 1 落料尺寸 落料尺寸即零件平面展開尺寸 葉輪零件基本形狀為圓形 因此落料形狀也應該為 圓形 需確定的落料尺寸為圓的直徑 帶有凸緣的筒形拉深成形件 展開尺寸有關公式計算 但根據(jù)葉輪零件圖 不能直 接得到凸緣尺寸 在計算落料尺寸之間 要將豎立的葉片 落料尺寸 150 12 3 實 際 翻 邊 翻 轉(zhuǎn) 曲 線 簡 化 計 算 的 翻 轉(zhuǎn) 曲 線 15 1 圖 2 2 葉 輪 葉 片 的 展 開 嚴格來說 葉輪成形 豎直 葉片的工序?qū)儆谄矫嫱馔骨€翻邊 但根據(jù)零件圖 由于翻轉(zhuǎn)曲線的曲率半徑比較大 為簡化計算可以近似按彎曲變形來確定展開尺寸 如 圖 2 2 所示 因為彎曲半徑 r 0 5 1 0 5t 1 所以可以彎曲坯料展開的計算公式計算 經(jīng)計算 葉片展開后 凸緣尺寸為 76 單 位 mm 98 25 76 d凸 由文獻 10 表 4 5 的公式 可取修邊余量為 2 2 因此凸緣直徑為 76 2 2 80 4 取凸緣尺寸 80 于是得到葉輪拉深成形尺寸 如圖 2 3 所示 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 8 80 25 5 13 5 20 5R2 R1 5R2 R2 按 料 厚 中 心 線 標 注 4 5 圖 2 3 葉 輪 拉 深 成 形 尺 寸 根據(jù)葉輪拉深成形尺寸 要以算出零件總體表面積 A 約為 5890 2m 按照一般拉 深過程表面積不變的假設 可得到落料直徑 D 6 814 3 590 4 A 因圓角半徑較小 近似由公式計算落料直徑 2123hddD 公式 2 1 代入 1h 16 2 4 5 5 803 d得 8 7D 最后取落 料直徑 D 87 落料尺寸確定后 需要確定排樣方案 圓形件排樣比較簡單 根據(jù)本例中零件尺寸 大小 可采用簡單的單排排樣形式 2 5 2 2 92 沖裁搭邊值 由文獻 10 表 2 12 的公式 取沿邊搭邊值 a 2 5mm 工件間搭邊值 2mm 1a圖 2 4 排樣圖 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 9 2 3 2 拉深道次及各道次尺寸 葉輪拉深成形后為帶階梯的寬凸緣件 成形較為困難 需多次拉深 根據(jù)圖 12 12 所示葉輪拉深件形狀 成形過程可分為兩個步驟 首先按寬凸緣件拉深成形方法 拉成 所要求凸緣直徑的筒形件 內(nèi)徑 5 23 凸緣直徑 80 然后 若將由內(nèi)徑 5 23 的筒 形部分逐次拉成內(nèi)徑 1的階梯 視為拉深成內(nèi)徑為 5 1直筒件的中間過程 則可以 近似用筒形件拉深計算方法計算階梯部分 內(nèi)徑 的成形 但應保證首次拉深成 形后的凸緣尺寸在后續(xù)拉深過程中保持不變 以下尺寸按料厚中心線計算 1 由 87 毛坯拉成內(nèi)徑 5 23 凸緣直徑 87 的圓形件 判斷能否一次拉成 帶凸緣筒形件第一拉深的許可變形程度可用對應于 1d凸 和 0 Dt不同比值的最大 相對拉深高度 1dh來表示 根據(jù)圖 2 3 對葉輪零件 14 352801 凸 29 0 t 由文獻 10 表 4 20 查得 dh 內(nèi)徑 5 23 的圓筒件高度未定 可以先確定拉深圓角半徑 然后求出直徑 87 的毛 坯拉成內(nèi)徑為 的圓筒件高度 最后利用 1dh判斷能否一次拉出 取圓角半徑 mRr21 按公式可求出拉深高度 2 135 2403 8075 2 14 0 3 5 0 2121 RrdrdDh凸 因 3 所以一次拉不出來 在凸緣件的多次拉深中 為了保證以后拉深時凸緣不參加變形 首先拉深時 拉入 凹模的材料應比零件最后拉深部分所需要材料多一些 按面積計算 但葉輪相對厚度 較大 可不考慮多拉材料 如果忽略材料壁厚變化 凸緣內(nèi)部形狀在拉深過程應滿足表 面積不變條件 用逼近法確定第一次拉深直徑計算見表 2 2 表 2 2 毛坯拉深直徑 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 10 相對凸緣 直徑假定 1 dN凸 毛坯相對厚度 0 Dt第一次拉深直徑 Nd 1凸 實際拉深系 數(shù) Ddm 1 極限拉深 系數(shù) 1m 拉深系數(shù)差值 1m 1 2 2 29 672 8010 77 0 49 0 28 1 4 2 29 54 d0 66 0 47 0 19 1 6 2 29 06 810 57 0 45 0 12 2 0 2 29 4 2d0 46 0 42 0 04 2 2 2 29 36 801 0 41 0 40 0 01 2 4 2 29 2d0 38 0 37 0 01 2 8 2 29 98 010 33 0 33 0 0 實際拉深系數(shù)應該適當大于極限拉深系數(shù) 因此可以初步取第一次拉深直徑為 36mm 按料厚中心計算 計算第二次拉深直徑 第二次拉深的極限拉深系數(shù) 75 0 3 2 m 考慮到葉輪材料為 08Al ZF 塑性 好 同時材料厚度較大 極限拉深系數(shù)可適當降低 取 71 0 2 m 6 21 6212 d 為了便于后續(xù)拉深成形 第二拉深直徑可取為 25 5mm 此時的拉深系數(shù)為 7 03 5 12 m 一 二次拉深的圓角半徑 R91凹 mR42 凹 凸 可取與凹模圓角半徑 相等或略小的值 凹凸R 6 0 所以可以取 1 凸 2凸 考慮到葉輪最終成形后圓角半徑較 小 實際取 m2凸凸 計算第一 二次拉深高度 根據(jù)公式 第一次拉深高度 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 11 1 47361 074 8073625 14 0 43 25 0 2212121 RrdrdDh凸 第二次拉深高度 7 15 2054 8075 2 4 0 43 0 25 0 22222 rdrdh凸 校核第一次拉深相對高度零件 39 06 1 41 dh 36801凸 9 10 Dt 5 考慮到材料塑性好 故可以拉成 2 由內(nèi)徑 拉出內(nèi)徑 的階梯 階梯形件拉深與圓筒形件拉深基本相同 每一階梯相當于相應的圓筒形件拉深 下 面用筒形件拉深計算方法近似計算階梯部分 內(nèi)徑 5 1 的成形 由內(nèi)徑 5 23 拉出內(nèi)徑 5 1 的階梯 總拉深系數(shù) 53 02 3 m 查由文獻 10 表 4 15 筒形件第三次拉深的極限拉深系數(shù) 78 6 所以該階 梯部分不能一次拉成 需多次拉深成形 筒形件拉深的極限拉深系數(shù) 80 7 4 m 2 0 5 實際拉深系數(shù) 在各次拉深中應均勻分配 考慮到最后一次拉深時材料已多次變形 拉深系數(shù)應適當取 大一些 于是階梯部分采用三次拉深 拉深系數(shù)分別為 76 3m 9 4 87 05 m 各次拉深直徑分別為 第三次拉深 第一次階梯拉深 5 19 23 d 內(nèi)徑 第四次拉深 第二次階梯拉深 4m 內(nèi)徑 3 第五次拉深 第三次階梯拉深 5 內(nèi)徑 1 忽略材料壁厚的變化 按表面積不變的條件可以計算出各次深的高度 7 163 h 4 9 205 h 最后結果如圖 2 5 所示 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 12 15 7R4R4 23 5 80 b 第 二 次 拉 深 16 7R1 R1 17 5 23 5 80 c 第 三 次 拉 深 R1R1 d 第 五 次 拉 深 變 形 19 4R1R1R0 5 R1 11 5 23 5 80 14 1 2 R6 R6 80 34 a 落 料 拉 深 工序一 二由 87 毛坯拉成內(nèi)徑 5 23 凸緣直徑 80 的圓筒件 第一道工序為落 料 拉深 落料直徑 mD0 然后拉深成凸緣直徑為 80mm 的筒形件 該凸緣直徑 在后續(xù)成形過程中保持不變 落料 拉深由一套模具完成 工序二為寬凸緣筒形件的二 次拉深 工序三 四 五為由內(nèi)徑 5 23 的筒形拉出內(nèi)徑 5 1 小臺階的階梯拉深過程 工序 五在拉深成形結束后還帶有整形 主要目的是將凸緣整平 同時減小圓角半徑 以達到 零件圖要求 經(jīng)驗證 上述工藝方案是完全可行的 圖 2 5 葉 輪 拉 深 工 序 圖 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 13 3 落料 拉深沖壓力落料力的計算按下式 kNDtF17024871 33 1 落 一般可取 b 8 0 拉深力計算 由 31Ktdb拉 公式 代入數(shù)據(jù) 最后得 kNF7 53 0284 拉 拉深力出現(xiàn)在落料力之后 因此最大沖壓力出現(xiàn)在沖裁階段 選用落料 拉深復合 結構 見圖 12 4 可計算出最大沖壓力為 推頂落 F max 經(jīng)計算 kNF190ax 推頂落 所以選擇噸位為 250kN 的壓力機 即 J23 25 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 14 第三章 模具設計 如前所述 模具設計包括模具結構形式的選擇與設計 模具結構參數(shù)計算 模具圖 繪制等內(nèi)容 3 1 落料 拉深復合模 3 1 1 模具結構 模具結構如圖 3 3 所示 落料拉深復合模 該結構落料采用正裝式 拉深采用倒裝 式 模座下的緩沖器兼作壓邊與頂件裝置 推件一般采用打桿的剛性推件裝置 該結構 上模部分簡單 其缺點是拉深件留在剛性卸料板內(nèi) 不易出件 帶來操作上的不便 并 影響生產(chǎn)率 適用于拉深深度較大 材料較厚的情況 考慮到葉輪零件相對厚度較厚 因此采用這種模具結構 條料送進時 沖首件時以目測定位 待沖第二個工件時 則用 擋料銷定位 模具工作時 用模具下面的彈性裝置提供壓邊力 模具結構簡單 壓邊力 是通過頂桿傳到壓邊圈上進行壓邊的 拉深行程最后 推件塊和凸?？繑n對工件施壓 使工件底部平整 工件制出后 上模上行 打桿和推件塊起作用 把工件從凸凹模中推 出 圖 3 1 所 示 的 為 落 料 拉 深 復 合 模 結 構 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 15 1 內(nèi)六角螺釘 2 頂桿 3 內(nèi)六角螺釘 4 下模座 5 擋料銷 6 內(nèi)六角螺釘 7 支架 8 壓邊圈 9 凹模 10 上模座 11 導套 12 凸模固定 13 圓柱銷 14 凸凹模 15 內(nèi)六角螺釘 16 模柄 17 螺母 18 打桿 19 推件塊 20 凸模 21 內(nèi)六角螺釘 22 圓柱銷 23 導柱 3 1 2 模具工件部分尺寸及公差計算 落料 拉深復合模 落料凸模和凹模為圓形 所以可以采用單獨加工 落料毛坯直徑可取未注公差尺寸 的極限偏差 故取落料件的尺寸及公差為 087 按公式 35 0035 0 786 凹凹 xD 式中 x 0 5 查文獻 10 4 48 表 凹 查文獻 10 4 46 02 02 0min 386 1 287 05 2 凸凸 Cx 式中 13 0minC 查文獻 10 4 46 同時有 max C 2凸 查文獻 10 4 48 表 14 026 3 0205 2 5 minax 凸凹 凹模輪廓尺寸的確定 凹模輪廓尺寸包括凹模板的平面尺寸 B L 及厚度尺寸 H 據(jù)公式 L l 2c B b 2c 公式 3 1 其中 c 35 45 故 mclL 32 17 56 43 2 86 BFKH 490 7 1 03321 凹模結構如圖 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 16 2 10 4 M12 29 90 3 86 3 860 1 6 0 8 0 8 裝 后 磨 平 47 5 圖 3 2 落料凹模 模架的選擇 160 160 上模座 160 160 45 下模座 160 160 55 導柱 28 200 導套 28 110 43 模柄 40 60 模具閉合高度 mh為 mm 218 凸 凹 模 伸 入 凹 模 長 度凹 模 高凹 凸 模 高上 模 板 厚下 模 板 厚 查所選設備 J23 25 的參數(shù) 最大閉合高度為 250mm 最小閉合高度為 180mm 封閉高度應該滿足 105minmax Hh 公式 3 2 所以該封閉高度是適合的 拉深模設計 首次拉深件按未注公差尺寸的極限偏差考慮 并標注內(nèi)形尺寸 故拉深件的尺寸公 差為 62 034 由公式 1 01 00 539 426 043 24 凹凹 cdD 式中 c 取為 mt 12 凹 取為 0 凹 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 17 07 062 0 534 4 3 4 凸凸 d圖 取為 m07 凸 3 2 修邊沖孔模 模具結構如圖 3 3 所示 修邊由件修邊凹模完成 而沖孔由沖孔凸模和沖孔凹模完 成 沖裁完成后 工件卡在沖孔凹模內(nèi) 由模柄內(nèi)的打桿 推件板 推桿以及推件塊共 同退出工件 3 2 1 模具結構 圖 3 3 修 邊 沖 孔 模 1 下模座 2 沖孔凹模 3 修邊凹模 4 凸模固定板 5 墊板 6 上模座 7 圓柱銷 8 模柄 9 六角螺母 10 打桿 11 打件板 12 內(nèi)六角螺釘 13 推桿 14 導套 15 沖孔凸模 16 推件塊 17 導柱 18 修邊凸模 19 圓柱銷 20 內(nèi)六角螺釘 如果將工件顛倒放置 沖孔凸模從筒形件外進入 由沖孔凹模的壁厚將很薄 強度 不夠 因此沖孔凸模只能從筒形內(nèi)部進入 但這樣凸模長度增加 因此應注意凸模剛性 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 18 3 2 2 模具工件部分尺寸及公差計算 該步工序的毛坯為上一工序的零件 間隙 x 0 5246 0min Z360 max Z 制造公差 凸 2 凹 65 沖孔凸模 02 02 0 3 pxdp 沖孔凹模 02020mind 78 6 4 65 6 2 d C 凹模輪廓尺寸的確定 凹模輪廓尺寸包括凹模板的平面尺寸 B L 及厚度尺寸 H 據(jù)公式 L l 2c B b 2c 其中 c 4 27 5 70 故 mclL 18 32 5 70 2 4 78 62 BmKbH 0 式中 C 1 5 2 4 27 5 70 沖裁力 KNLtFb 2805 430 27614 33 1 修邊凹模輪廓尺寸的確定 據(jù)公式 L l 2c B b 2c 其中 c 38 48 故 mclL 17248 38 276 B FKH5 90 1 03321 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 19 修邊凹模如圖 76 100 160 2 12 4 M12 45 20 圖 3 4 修邊凹模 模架的選擇 160 160 上模座 160 160 45 下模座 160 160 55 導柱 28 200 導套 28 110 43 沖裁力 KNLtFb 2805 430 27614 33 1 故 壓力機選用 J23 40 模柄 50 70 模具閉合高度 mh為 45 8 20 55 18 40 55 241 mm 查所選設備的參數(shù) 最大閉合高度為 300mm 最小閉合高度為 220mm 封閉高度應該滿足 105minmax Hh 所以該封閉高度是適合的 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 20 3 3 切槽模 模具結構如圖 3 5 所示 切槽由 7 個切槽凸模和凹模共同完成 為便于模具制造 切槽凸模端部與凸模固定板采用鉚接 切槽后工件在聚胺脂橡膠的作用下由卸料板退出 凸模 另外 由于槽與上一道修邊外形有相對位置關系 因此沖裁時工件定位要可靠 可 利用修邊外形定位 這樣操作較為方便 3 3 1 模具結構 圖 3 5 切 槽 模 1 圓 柱 銷 2 凹 模 3 定 位 塊 4 凸 模 5 凸 模 固 定 板 6 上 模 座 7 內(nèi) 六 角 螺 釘 8 圓 柱 銷 9 模 柄 10 墊 板 11 內(nèi) 六 角 螺 釘 12 導 套 13 橡 膠 14 卸 料 板 15 導 柱 16 內(nèi) 六 角 螺 釘 17 下 模 座 3 3 2 模具工件部分尺寸及公差計算 該步工序的毛坯為上一工序的零件 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 21 4 13 5 110 R1 5 R1 5 23 5 0 0250 1 30 160 0 8 0 8 0 8A 0 15 A 55 0 4 5 76 2 12 沉 孔 19 5深 13 3 11 5 凹模輪廓尺寸的確定 凹模輪廓尺寸包括凹模板的平面尺寸 B L 及厚度尺寸 H 據(jù)公式 L l 2c B b 2c 其中 c 38 48 故 mclL 17248 38 276 B FKH5 90 1 03321 模架的選擇 160 160 上模座 160 160 45 下模座 160 160 55 導柱 28 200 導套 28 110 43 沖裁力 KNLtFb 2805 430 27614 33 1 故 壓力機選用 J23 40 模柄 50 70 模具閉合高度 mh為 圖 3 6 切槽凹模 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 22 mh 45 8 40 25 12 2 55 55 242 mm 查所選設備的參數(shù) 最大閉合高度為 300mm 最小閉合高度為 220mm 封閉高度應該滿足 105minmax Hh 所以該封閉高度是適合的 3 4 翻邊模 翻邊模如圖 3 7 所示 將工件放在模具上并可靠定位后 在翻邊凸模和翻邊凹模共同作用下將葉片翻成豎 直 工件翻邊之前同樣應該可靠定位 如果工件發(fā)生錯移 除了得不到合格零件外 還 有可能操壞模具 翻邊過程中工件底部一直受到壓力作用 這樣能保證成形后葉輪底部 平整 翻邊凹模的工作部位要取較小的圓角 同時要打磨得比較光潔 這樣能避免在工件 表面留下加工痕跡 另外 翻邊時凸模受到 7 個葉片往順時針方向的力 因此應該在模 具結構上考慮防轉(zhuǎn)措施 圖中凸模凸模固定板之間采用銷釘以防止轉(zhuǎn)動 翻邊結束后 墊塊和頂件板接觸 此時在墊塊和頂件板以及凸模共同作用下 對工 件進行整形 以達到所要求尺寸 最后 工件在橡膠作用下又退出翻邊凹模 3 4 1 模具結構 3 4 2 模具工件部分尺寸及公差計算 該步工序的毛坯為上一工序的零件 彎曲力計算 根據(jù)公式 tcbFp 26 0N518331 5 2 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 23 圖 3 7 翻邊成形模 1 內(nèi)六角螺母 2 橡膠 3 打桿 4 圓柱銷 5 凹模墊塊 6 凹模 7 導柱 8 導套 9 上模座 10 圓柱銷 11 模柄 12 內(nèi)六角螺釘 13 凸模固定板 14 凸模 15 定位塊 16 頂件塊 17 墊板 18 卸料螺桿 19 內(nèi)六角螺釘 20 內(nèi)六角螺釘 21 下模座 總壓力 KNLtFb 2805 430 27614 33 1 故 壓力機選用 J23 40 凹模輪廓尺寸包括凹模板的平面尺寸 B L 及厚度尺寸 H 據(jù)公式 L l 2c B b 2c 其中 c 4 27 5 70 故 mclL 18 32 5 70 2 4 78 62 B mKbH 0 式中 C 1 5 2 4 27 5 70 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 24 沖裁力 KNLtFb 2805 430 27614 33 1 凹模輪廓尺寸的確定 凹模輪廓尺寸包括凹模板的平面尺寸 B L 及厚度尺寸 H 據(jù)公式 L l 2c B b 2c 其中 c 38 48 故 mclL 17248 38 276 B FKH5 90 1 03321 模架的選擇 160 160 上模座 160 160 45 下模座 160 160 55 導柱 28 200 導套 28 110 43 模柄 50 70 模具閉合高度 mh為 45 8 40 25 12 2 55 55 242 mm 查所選設備的參數(shù) 最大閉合高度為 300mm 最小閉合高度為 220mm 封閉高度應該滿足 105minmax Hh 所以該封閉高度是適合的 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 25 第四章 結論 本課題對微型汽車水泵葉輪沖壓工藝的成形過程進行了研究 分析其工藝性 進 行工藝計算并確定模具總體方案 制定成形工藝的工藝流程 根據(jù)給定的零件圖進行工 藝分析并確定工藝實現(xiàn)方案 確定模具結構并畫出模具裝配圖與主要零件圖 在設計過程中通過對葉輪零件的沖壓模具設計 進一步提高了全面運用所學理論 和實踐知識 進行沖壓加工的工藝規(guī)程的制定和沖壓模具的設計的能力 也是熟悉和運 用有關手冊 圖表等技術資料及編寫技術文件等基本技能的一次實踐機會 為今后的工 作打下良好的基礎 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 26 參考文獻 1 中國機械工程協(xié)會 中國模具設計大典編委會 中國模具設計大典 江西科學技術出版社 2003 15 97 772 854 2 鄭晨升 賀煒 CAXA 電子圖版實用繪圖及二次開發(fā) 西安電子科技大學出版社 2001 3 王芳 冷沖壓模具設計指導 M 北京 機械工業(yè)出版社 1998 15 20 4 鄭家賢 沖壓工藝與模具設計實用技術 M 北京 機械工業(yè)出版社 2006 35 41 5 啟翔 冷沖壓實用技術等 M 北京 機械工業(yè)出版社 2006 10 18 6 GB T1182 1996 GB T1183 1996 GB T1184 1996 形狀和位置公差 代號及其標注 術語及定 義 未注公差的規(guī)定 S 19 20 7 GB T2851 1990 GB T2861 1990 冷沖模 S 30 32 8 田嘉生 馬正顏 沖模設計基礎 M 北京 航空工業(yè)出版社 1994 9 黃健求 模具制造 M 北京 機械工業(yè)出版社 2001 45 50 10 王孝培 沖壓手冊 M 北京 機械工業(yè)出版社 1990 119 120 11 黃毅宏 李明輝 模具制造工藝學 機械工業(yè)出版社 2002 3 12 姜奎華 沖壓工藝與模具設計 機械工業(yè)出版社 13 模具實用技術編委會 沖模設計應用實例 機械工業(yè)出版社 2000 年 9 月第一版 14 馮炳堯 韓泰榮 蔣文森 模具設計與制造簡明手冊 第二版 上海科學技術出版社 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 27 謝 辭 經(jīng)過幾個月的查資料 整理材料 模具設計 寫說明書 今天終于可以順利的完成 設計 想了很久 要寫下這一段謝辭 表示可以進行畢業(yè)答辯了 自己想想求學期間的 點點滴歷歷涌上心頭 時光匆匆飛逝 四年多的努力與付出 隨著論文的完成 終于讓 學生在大學的生活 得以劃下了完美的句號 設計得以完成 首先要感謝任國成老師 因為設計是在老師的悉心指導下完成的 老師淵博的專業(yè)知識 嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度 精益求精的工作作風 誨人不倦的高尚師德 嚴以律己 寬以待人的崇高風范 樸實無華 平易近人的人格魅力對我影響深遠 本設 計從選題到完成 每一步都是在老師的指導下完成的 傾注了老師大量的心血 老師指引我的設計的方向和架構 并對本設計初稿進行逐字批閱 甚至圖紙的每一 個細節(jié) 每一個字體 每一個標注 大至模具結構 小至每一個螺釘?shù)倪x擇 指正出其 中誤謬之處 使我有了思考的方向 老師的循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無 盡的啟迪 老師的嚴謹細致 一絲不茍的作風 將一直是我工作 學習中的榜樣 老師 本來就有的教學任務 工作量之大可想而知 但在一次次的幫我修改結構 精確到每一 個細節(jié)的批改給了我深刻的印象 使我在設計之外明白了做學問所應有的態(tài)度 在此 謹向老表示崇高的敬意和衷心的感謝 另外 要感謝在大學期間所有傳授我知識的老師 是你們的悉心教導使我有了良好 的專業(yè)課知識 這也是論文得以完成的基礎 謝謝