水泵葉輪沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)【先修邊、沖孔后切槽然后翻邊】【微型汽車上發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)中離心式水泵葉輪】【3套】

水泵葉輪沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)【先修邊、沖孔后切槽然后翻邊】【微型汽車上發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)中離心式水泵葉輪】【3套】,先修邊、沖孔后切槽,然后翻邊,微型汽車上發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)中離心式水泵葉輪,3套,水泵葉輪沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)【先修邊、沖孔后切槽,然后翻邊】【微型汽車上發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)中離心式水泵葉輪】【3套】,水泵,葉輪 說(shuō)明書 題 目： 水泵葉輪沖壓工藝 與模具設(shè)計(jì) 院 （部）： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 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(guān)調(diào)研 .1 1.2.1 本課題及相關(guān)領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展 .1 1.2.2 模具技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 .2 第二章 工藝分析計(jì)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(jì)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(shè)計(jì) .14 3.1 落料、拉深復(fù)合模 .14 3.1.1 模具結(jié)構(gòu) .14 3.1.2 模具工件部分尺寸及公差計(jì)算 .15 3.2 修邊沖孔模 .17 3.2.1 模具結(jié)構(gòu) .18 3.2.2 模具工件部分尺寸及公差計(jì)算 .18 3.3 切槽模 .21 3.3.1 模具結(jié)構(gòu) .21 3.3.2 模具工件部分尺寸及公差計(jì)算 .22 I 3.4 翻邊模 .23 3.4.1 模具結(jié)構(gòu) .23 3.4.2 模具工件部分尺寸及公差計(jì)算 .24 第四章 結(jié) 論 .27 參考文獻(xiàn) .28 謝 辭.29 II 摘 要 水泵葉輪是微型汽車上發(fā)動(dòng)機(jī)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(jié)構(gòu)特點(diǎn), 計(jì)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(duì)全套模具的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了比較詳細(xì)的論述，并在此基礎(chǔ)上確定了葉輪 沖壓模具零件的具體結(jié)構(gòu)和尺寸，在生產(chǎn)合格零件的基礎(chǔ)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(yīng)包括的基本工序方案，工藝參數(shù)計(jì)算，模具結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)、尺寸等。 關(guān)鍵詞：水泵葉輪; 沖壓; 工序; 模具設(shè)計(jì) III 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 minicars 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 ofthe 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; 0 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(dòng)機(jī)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(shí)現(xiàn)小型化和輕量化，且耐腐蝕性能好，有越來(lái)越多 的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)溫度過(guò)高的故障。損壞的葉輪在旋轉(zhuǎn)時(shí)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(jī)械強(qiáng)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(diǎn)而又避其缺點(diǎn)的產(chǎn)品就應(yīng)時(shí)而生了。 1.2 課題相關(guān)調(diào)研 水箱在汽車的冷卻、散熱中有著重要的作用。因?yàn)槠嚨睦鋮s系統(tǒng)是用來(lái)為發(fā)動(dòng)機(jī) 散熱的，一般常見的發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱問(wèn)題。發(fā)動(dòng)機(jī)是由冷卻液的循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，強(qiáng)制冷卻液 循環(huán)的部件是水泵，它由曲軸皮帶帶動(dòng)水泵葉輪推動(dòng)冷卻液在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)。 為了保證冷卻效果，汽車?yán)鋮s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(fēng)扇等組成。據(jù)資料顯示：導(dǎo)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?yán)鋮s系統(tǒng)保養(yǎng)對(duì)汽車安全運(yùn)行起著重要的作用。 葉輪用于微型汽車上發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的離心式水泵內(nèi)，工件時(shí)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(dòng)。為保證足夠的強(qiáng)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(guān)領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展 模具工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，是國(guó)際上公認(rèn)的關(guān)鍵工業(yè)，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)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(diǎn)。采用 模具制造產(chǎn)品零件已成為當(dāng)今工業(yè)的重要工藝手段。模具在機(jī)械，電子，輕工，紡織，航 空，航天等工業(yè)領(lǐng)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(dān)了這些 1 工業(yè)領(lǐng)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(jì)效益”的觀念已被越來(lái)越多的人所認(rèn)識(shí)和接受。在中國(guó)，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到模具在制 造業(yè)中的重要基礎(chǔ)地位，認(rèn)識(shí)更新?lián)Q代的速度，新產(chǎn)品的開發(fā)能力，進(jìn)而決定企業(yè)的應(yīng)變 能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。目前，模具設(shè)計(jì)與制造水平的高低已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造水平的 重要標(biāo)志之一。 1.2.2 模具技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展，冷沖技術(shù)及模具不斷革新和發(fā)展， 中國(guó)模具工業(yè)和技術(shù)的主要發(fā)展方向包括： 提高大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具的設(shè)計(jì)制造水平； 在模具設(shè)計(jì)制造中廣泛應(yīng)用 CAD/CAE/CAM 技術(shù)；為了加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代，必須 縮短工裝的設(shè)計(jì)和制造周期，從而開展了模具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造的研 究，采用該技術(shù)，模具設(shè)計(jì)和制造效率一般可提高 23 倍，模具生產(chǎn)周期可縮 短 1/22/3.目前，已達(dá)到 CAD/CAM 一體化，模具圖紙只是作為檢驗(yàn)?zāi)＞咧? 大力發(fā)展快速制造成形和快速制造模具技術(shù)； 在塑料模具中推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型和高壓注射成型技術(shù)； 提高模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率； 發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù)； 逐步推廣高速銑削在模具加工的應(yīng)用； 進(jìn)一步研究開發(fā)模具的拋光技術(shù)和設(shè)備； 研究和應(yīng)用模具的高速測(cè)量技術(shù)與逆向工程； 開發(fā)新的成形工藝和模具。 2 第二章 工藝分析計(jì)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(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的離心式水泵內(nèi)，工件時(shí)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(dòng)。為保證足夠的強(qiáng)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(jí)：ZP（用于拉深最復(fù)雜零件） ， HF（用于拉深很復(fù)雜零件）和 F（用于拉深復(fù)雜零件） 。由于形狀比較復(fù)雜，特別是中 間的拉深成形難度大，葉輪零件采用 ZF 級(jí)的材料，表面質(zhì)量也為較高的 級(jí)。表 2-1 列出 08AlZF 的力學(xué)性能。 MPas/ ()10bS/)/(MPab 不小于 260300 200 44 0.66 圖 2-1 葉輪零件示意圖 為減輕震動(dòng)，減小噪聲，葉輪零件的加工精度有一定的要求。除了 7 個(gè)葉輪形狀和 尺寸應(yīng)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(dá)到直 表 2-1 08AlZF 的力學(xué)性能 3 徑 和 以及高度尺寸 的要求，實(shí)際生產(chǎn)中采用了沖壓成形后再切 1.082301.712.054 削加工的辦法（需進(jìn)行切削加工的表面標(biāo)有粗糙度，圖 2-1） 。沖壓成形后要留有足夠 的機(jī)加余量，因此孔 和 的沖壓尺寸取為 和 。 1.082301.75.23.1 直徑 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5.1 限偏差。但高度尺寸 精度高于附表中的尺寸偏差，需由整形保證。6. 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(gè)階梯，筒底還要沖 的孔；其次，零件外圈為翻邊后形成的 75. 個(gè)“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（0.51） ，加上對(duì)葉片底面有跳動(dòng)度的要求，因此還需要整形。 對(duì)拉深工序，在葉片展開前，按料厚中心線計(jì)算有 4.531.4，中 徑外 徑 dD5.1326 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(jià)梯直徑的相對(duì)高度 h/d=20.5/13.5=1.52， 遠(yuǎn)大于一般帶凸緣筒形件第一次拉深許可的最大相對(duì)拉深高度） ，所以拉深成形比 較困難，要多次拉深。 對(duì)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(jié)構(gòu)緊湊，另外拉深后零件的底部還要 沖的孔，所以模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.6 與模具制造有一定難度，要特別注意模具的強(qiáng)度和剛度。 綜上所述，葉輪由平板毛坯沖壓成形應(yīng)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?？紤]到 生產(chǎn)批量大，應(yīng)在生產(chǎn)合格零件的基礎(chǔ)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(yīng)該盡量復(fù)合能復(fù)合的工序。但復(fù)合程度太高，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝、調(diào)試 4 困難，模具成本提高，同時(shí)可能降低模具強(qiáng)度，縮短模具壽命。根據(jù)葉輪零件實(shí)際情況， 可能復(fù)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(shí)模具結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡(jiǎn)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(jìn)行。為保證 7 個(gè)葉片分 度均勻，修邊和切槽不要逐個(gè)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(fù)合； 2)后續(xù)拉深； 3)整形； 4)切槽、修邊、沖孔復(fù)合； 5)翻邊。 方案三： 1)落料與第一次拉深復(fù)合； 2)后續(xù)拉深； 3)整形； 4)切槽、沖孔復(fù)合； 5)修邊； 6)翻邊。 方案四： 5 1)落料與第一次拉深復(fù)合； 2)后續(xù)拉深； 3)整形； 4)修邊、沖孔復(fù)合； 5)切槽； 6)翻邊。 方案五： 1)落料與第一次拉深復(fù)合； 2)后續(xù)拉深； 3)整形； 4)切槽； 5)修邊、沖孔復(fù)合 6)翻邊。 方案一復(fù)合程度低，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(fù)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(dāng)拉深件高度較高，才有可能采用落料、拉深復(fù)合模結(jié)構(gòu) 形式，因?yàn)闇\拉深件若采用落料、拉深復(fù)合模具結(jié)構(gòu)，落料凸模（同時(shí)又是拉深凹模） 的壁厚太薄，強(qiáng)度不夠。 方案二將修邊、切槽、沖孔復(fù)合，工序少，生產(chǎn)率最高，但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝、 調(diào)試?yán)щy，同時(shí)模具強(qiáng)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(jié)構(gòu)上不 容易安排，模具強(qiáng)度差。所以較好的組合方式應(yīng)該是修邊和沖孔組合，而切槽單獨(dú)進(jìn)行， 如方案四、五。 方案四與方案五主要區(qū)別在于一個(gè)先修邊、沖孔后切槽，一個(gè)先切槽后修邊、沖孔。 由于切槽與修邊有相對(duì)位置關(guān)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(shí)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。 6 2.3 主要工藝參數(shù)計(jì)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(yīng)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(guān)公式計(jì)算。但根據(jù)葉輪零件圖，不能直 接得到凸緣尺寸。在計(jì)算落料尺寸之間，要將豎立的葉片“落料尺寸。 150?12.3 實(shí) 際 翻 邊 翻 轉(zhuǎn) 曲 線 簡(jiǎn) 化 計(jì) 算 的 翻 轉(zhuǎn) 曲 線 15.1 圖 2-2 葉 輪 葉 片 的 展 開 嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，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(jiǎn)化計(jì)算可以近似按彎曲變形來(lái)確定展開尺寸，如 圖 2-2 所示。因?yàn)閺澢霃?r=0.510.5t=1， 所以可以彎曲坯料展開的計(jì)算公式計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，葉片展開后，凸緣尺寸為 76（單 位 mm， ） 。 ，98.25/76d凸 由文獻(xiàn)【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。 7 80 25.5 13.5 20.5R2 R1.5R2 R2 按 料 厚 中 心 線 標(biāo) 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 。按照一般拉2m 深過(guò)程表面積不變的假設(shè)，可得到落料直徑 D= 6.814.3/590/4A 因圓角半徑較小，近似由公式計(jì)算落料直徑： （公式 2-1）)(21 23hddD 代入 =16， =4.5， ， ， 得 。最后取落料直1h251.8038.7D 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(jiǎn)單，根據(jù)本例中零件尺寸 大小，可采用簡(jiǎn)單的單排排樣形式。 2.5 2 2 92 沖裁搭邊值，由文獻(xiàn)【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 8 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(guò)程可分為兩個(gè)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 、凸緣直徑 ） ，然后，若將由內(nèi)徑 的筒5.23805.23 形部分逐次拉成內(nèi)徑 的階梯，視為拉深成內(nèi)徑為 直筒件的中間過(guò)程，則可以.15.1 近似用筒形件拉深計(jì)算方法計(jì)算階梯部分（內(nèi)徑 ）的成形，但應(yīng)保證首次拉深成 形后的凸緣尺寸在后續(xù)拉深過(guò)程中保持不變。以下尺寸按料厚中心線計(jì)算。 1、由 毛坯拉成內(nèi)徑 、凸緣直徑 的圓形件：875.2387 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(duì)應(yīng)于 和 不同比值的最大1d凸 0Dt 相對(duì)拉深高度 來(lái)表示。根據(jù)圖 2-3，對(duì)葉輪零件，1dh ， 。14.352801凸 29.0t 由文獻(xiàn)【10】表 4-20 查得 。dh 內(nèi)徑 的圓筒件高度未定?？梢韵却_定拉深圓角半徑，然后求出直徑 的毛5.23 87 坯拉成內(nèi)徑為 的圓筒件高度，最后利用 判斷能否一次拉出。1dh 取圓角半徑 。按公式可求出拉深高度mRr212.135.2403.8075.2)(14.0)(3.)(5.0 2121 RrdrdDh凸 因 ，所以一次拉不出來(lái)。.3 在凸緣件的多次拉深中，為了保證以后拉深時(shí)凸緣不參加變形，首先拉深時(shí)，拉入 凹模的材料應(yīng)比零件最后拉深部分所需要材料多一些（按面積計(jì)算） ，但葉輪相對(duì)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(guò)程應(yīng)滿足表 面積不變條件。 用逼近法確定第一次拉深直徑計(jì)算見表 2-2： 表 2-2 毛坯拉深直徑 9 相對(duì)凸緣 直徑假定 1/dN凸 毛坯相對(duì)厚度 0Dt第一次拉深直徑 Nd/1凸 實(shí)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 36.8010.41 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(shí)際拉深系數(shù)應(yīng)該適當(dāng)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(jì)算） 。 計(jì)算第二次拉深直徑 第二次拉深的極限拉深系數(shù) 。考慮到葉輪材料為 08AlZF，塑性75.03.2m 好，同時(shí)材料厚度較大，極限拉深系數(shù)可適當(dāng)降低。取 ， 71.02m 。6.21.6212d 為了便于后續(xù)拉深成形，第二拉深直徑可取為 25.5mm，此時(shí)的拉深系數(shù)為：7.03/5.12m 一、二次拉深的圓角半徑 ， 。 可取與凹模圓角半徑R91凹 mR42凹 凸 相等或略小的值 凹凸R)6.0( 所以可以取 ， ?？紤]到葉輪最終成形后圓角半徑較1凸 2凸 小，實(shí)際取 。m2凸凸 計(jì)算第一、二次拉深高度 根據(jù)公式，第一次拉深高度： 10 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(duì)高度零件 ， ， ， 39.06/1.41dh .36801凸 9.10Dt ，考慮到材料塑性好，故可以拉成。5 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(dāng)于相應(yīng)的圓筒形件拉深。下 面用筒形件拉深計(jì)算方法近似計(jì)算階梯部分（內(nèi)徑 ）的成形。5.1 由內(nèi)徑 拉出內(nèi)徑 的階梯，總拉深系數(shù) 。查由文獻(xiàn)5.235.1 53.02/.3m 【10】表 4-15，筒形件第三次拉深的極限拉深系數(shù) ，所以該階786 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) ， 。實(shí)際拉深系數(shù)80.7.4m2.0.5 在各次拉深中應(yīng)均勻分配。考慮到最后一次拉深時(shí)材料已多次變形，拉深系數(shù)應(yīng)適當(dāng)取 大一些。于是階梯部分采用三次拉深，拉深系數(shù)分別為 、 ，76.3m9.4 。各次拉深直徑分別為87.05m 第三次拉深(第一次階梯拉深)： (內(nèi)徑 )5.19.23d. 第四次拉深(第二次階梯拉深)： (內(nèi)徑 )4m3 第五次拉深(第三次階梯拉深)： (內(nèi)徑 ).5 .1 忽略材料壁厚的變化，按表面積不變的條件可以計(jì)算出各次深的高度： ， ， 。7.163h4.9.205h 最后結(jié)果如圖 2-5 所示： 11 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 毛坯拉成內(nèi)徑 ，凸緣直徑 的圓筒件。第一道工序?yàn)槁?75.2380 料、拉深，落料直徑 ，然后拉深成凸緣直徑為 80mm 的筒形件，該凸緣直徑mD0 在后續(xù)成形過(guò)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 的筒形拉出內(nèi)徑 小臺(tái)階的階梯拉深過(guò)程。工序5.235.1 五在拉深成形結(jié)束后還帶有整形，主要目的是將凸緣整平，同時(shí)減小圓角半徑，以達(dá)到 零件圖要求。 經(jīng)驗(yàn)證，上述工藝方案是完全可行的。 圖 2-5 葉 輪 拉 深 工 序 圖 12 3、落料、拉深沖壓力落料力的計(jì)算按下式 kNDtF17024871.33.1落 一般可取 。b8.0 拉深力計(jì)算，由 公式：31Ktdb拉 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(fù)合 結(jié)構(gòu)(見圖 12-4)，可計(jì)算出最大沖壓力為 推頂落 Fmax 經(jīng)計(jì)算， kNF190ax推頂落 所以選擇噸位為 250kN 的壓力機(jī)，即 J23-25。 13 第三章 模具設(shè)計(jì) 如前所述，模具設(shè)計(jì)包括模具結(jié)構(gòu)形式的選擇與設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算、模具圖 繪制等內(nèi)容。 3.1 落料、拉深復(fù)合模 3.1.1 模具結(jié)構(gòu) 模具結(jié)構(gòu)如圖 3-3 所示。落料拉深復(fù)合模：該結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu) 上模部分簡(jiǎn)單，其缺點(diǎn)是拉深件留在剛性卸料板內(nèi)，不易出件，帶來(lái)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?？紤]到葉輪零件相對(duì)厚度較厚， 因此采用這種模具結(jié)構(gòu)。條料送進(jìn)時(shí)，沖首件時(shí)以目測(cè)定位，待沖第二個(gè)工件時(shí)，則用 擋料銷定位。模具工作時(shí)，用模具下面的彈性裝置提供壓邊力，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。壓邊力 是通過(guò)頂桿傳到壓邊圈上進(jìn)行壓邊的。拉深行程最后，推件塊和凸?？繑n對(duì)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(fù) 合 模 結(jié) 構(gòu) 14 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(dǎo)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(dǎo)柱 3.1.2 模具工件部分尺寸及公差計(jì)算 落料、拉深復(fù)合模 落料凸模和凹模為圓形，所以可以采用單獨(dú)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(xiàn)【10】4-48 表， 凹 查文獻(xiàn)【10】4-46 02.02.0min 386)1.287.05()2( 凸凸 Cx 式中 ，查文獻(xiàn)【10】4-46，同時(shí)有 ，13.0minCmaxC ，查文獻(xiàn)【10】4-48 表：2凸 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 BL 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(2.86BFKH.490.7.1.03321 凹模結(jié)構(gòu)如圖： 15 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：（160160） 上模座：16016045 下模座：16016055 導(dǎo)柱：28200 導(dǎo)套：2811043 模柄：4060 模具閉合高度 為：mh mm 218 凸 凹 模 伸 入 凹 模 長(zhǎng) 度凹 模 高凹 凸 模 高上 模 板 厚下 模 板 厚 查所選設(shè)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(yīng)該滿足 （公式 3-2）105minmaxHh 所以該封閉高度是適合的。 拉深模設(shè)計(jì)： 首次拉深件按未注公差尺寸的極限偏差考慮，并標(biāo)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 取為 ；凹0凹 16 07.062.0 534)4.3()4.( 凸凸 d 取為 。圖m07.凸 3.2 修邊沖孔模 模具結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu) 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(dǎo)套 15-沖孔凸模 16-推件塊 17-導(dǎo)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(jìn)入，由沖孔凹模的壁厚將很薄，強(qiáng)度 不夠，因此沖孔凸模只能從筒形內(nèi)部進(jìn)入。但這樣凸模長(zhǎng)度增加，因此應(yīng)注意凸模剛性。 17 3.2.2 模具工件部分尺寸及公差計(jì)算 該步工序的毛坯為上一工序的零件， 間隙 x=0.5246.0minZ360.maxZ 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 BL 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 18 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：（160160） 上模座：16016045 下模座：16016055 導(dǎo)柱：28200 導(dǎo)套：2811043 沖裁力： KNLtFb 2805)430(27614.33.1 故 壓力機(jī)選用 J23-40 模柄：5070 模具閉合高度 為mh =45+8+20+55+18+40+55=241 mm。 查所選設(shè)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(yīng)該滿足 105minmaxHh 所以該封閉高度是適合的。 19 3.3 切槽模 模具結(jié)構(gòu)如圖 3-5 所示。切槽由 7 個(gè)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(duì)位置關(guān)系，因此沖裁時(shí)工件定位要可靠?？?利用修邊外形定位，這樣操作較為方便。 3.3.1 模具結(jié)構(gòu) 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(dǎo) 套 13- 橡 膠 14-卸 料 板 15-導(dǎo) 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(jì)算 該步工序的毛坯為上一工序的零件。 20 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 BL 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：（160160） 上模座：16016045 下模座：16016055 導(dǎo)柱：28200 導(dǎo)套：2811043 沖裁力： KNLtFb 2805)430(27614.33.1 故 壓力機(jī)選用 J23-40 模柄：5070 模具閉合高度 為mh 圖 3-6 切槽凹模 21 =45+8+40+25+12+2+55+55=242 mm。mh 查所選設(shè)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(yīng)該滿足 105minmaxHh 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(yīng)該可靠定位，如果工件發(fā)生錯(cuò)移，除了得不到合格零件外，還 有可能操壞模具。翻邊過(guò)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(shí)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(shí)凸模受到 7 個(gè)葉片往順時(shí)針?lè)较虻牧?，因此?yīng)該在模 具結(jié)構(gòu)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(dòng)。 翻邊結(jié)束后，墊塊和頂件板接觸，此時(shí)在墊塊和頂件板以及凸模共同作用下，對(duì)工 件進(jìn)行整形，以達(dá)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(jié)構(gòu) 3.4.2 模具工件部分尺寸及公差計(jì)算 該步工序的毛坯為上一工序的零件， 彎曲力計(jì)算： 根據(jù)公式 tcbFp26.0N518331.5.2 22 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(dǎo)柱 8-導(dǎo)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(jī)選用 J23-40 凹模輪廓尺寸包括凹模板的平面尺寸 BL 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） 23 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 BL 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：（160160） 上模座：16016045 下模座：16016055 導(dǎo)柱：28200 導(dǎo)套：2811043 模柄：5070 模具閉合高度 mh為 =45+8+40+25+12+2+55+55=242 mm。 查所選設(shè)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(yīng)該滿足 105minmaxHh 所以該封閉高度是適合的。 24 第四章 結(jié)論 本課題對(duì)微型汽車水泵葉輪沖壓工藝的成形過(guò)程進(jìn)行了研究，分析其工藝性，進(jìn) 行工藝計(jì)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(jìn)行工 藝分析并確定工藝實(shí)現(xiàn)方案，確定模具結(jié)構(gòu)并畫出模具裝配圖與主要零件圖。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)對(duì)葉輪零件的沖壓模具設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高了全面運(yùn)用所學(xué)理論 和實(shí)踐知識(shí)，進(jìn)行沖壓加工的工藝規(guī)程的制定和沖壓模具的設(shè)計(jì)的能力。也是熟悉和運(yùn) 用有關(guān)手冊(cè)，圖表等技術(shù)資料及編寫技術(shù)文件等基本技能的一次實(shí)踐機(jī)會(huì)，為今后的工 作打下良好的基礎(chǔ)。 25 參考文獻(xiàn) 1中國(guó)機(jī)械工程協(xié)會(huì)，中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典編委會(huì)中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典江西科學(xué)技術(shù)出版社， 20031597，772854 2鄭晨升，賀煒CAXA 電子圖版實(shí)用繪圖及二次開發(fā)西安電子科技大學(xué)出版社，2001 3王芳.冷沖壓模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998：15-20. 4鄭家賢.沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)實(shí)用技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2006：35-41. 5啟翔.冷沖壓實(shí)用技術(shù)等M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2006：10-18. 6GB/T1182-1996,GB/T1183-1996,GB/T1184-1996.形狀和位置公差（代號(hào)及其標(biāo)注、術(shù)語(yǔ)及定 義、未注公差的規(guī)定）S：19-20. 7GB/T2851-1990，GB/T2861-1990.冷沖模S：30-32. 8田嘉生,馬正顏.沖模設(shè)計(jì)基礎(chǔ)M.北京：航空工業(yè)出版社，1994：. 9黃健求.模具制造M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001：45-50. 10王孝培.沖壓手冊(cè)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990：119-120. 11黃毅宏，李明輝 模具制造工藝學(xué) 機(jī)械工業(yè)出版社 2002.3. 12 姜奎華 沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)機(jī)械工業(yè)出版社. 13 模具實(shí)用技術(shù)編委會(huì)沖模設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例 機(jī)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(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)（第二版）上?？茖W(xué)技術(shù)出版社. 26 謝 辭 經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的查資料、整理材料、模具設(shè)計(jì)、寫說(shuō)明書，今天終于可以順利的完成 設(shè)計(jì)。想了很久，要寫下這一段謝辭，表示可以進(jìn)行畢業(yè)答辯了，自己想想求學(xué)期間的 點(diǎn)點(diǎn)滴歷歷涌上心頭，時(shí)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(xué)生在大學(xué)的生活，得以劃下了完美的句號(hào)。 設(shè)計(jì)得以完成，首先要感謝任國(guó)成老師，因?yàn)樵O(shè)計(jì)是在老師的悉心指導(dǎo)下完成的。 老師淵博的專業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德， 嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無(wú)華、平易近人的人格魅力對(duì)我影響深遠(yuǎn)。本設(shè) 計(jì)從選題到完成，每一步都是在老師的指導(dǎo)下完成的，傾注了老師大量的心血。 老師指引我的設(shè)計(jì)的方向和架構(gòu)，并對(duì)本設(shè)計(jì)初稿進(jìn)行逐字批閱，甚至圖紙的每一 個(gè)細(xì)節(jié)，每一個(gè)字體，每一個(gè)標(biāo)注，大至模具結(jié)構(gòu)，小至每一個(gè)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(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú) 盡的啟迪，老師的嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)，將一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣。老師 本來(lái)就有的教學(xué)任務(wù)，工作量之大可想而知，但在一次次的幫我修改結(jié)構(gòu)，精確到每一 個(gè)細(xì)節(jié)的批改給了我深刻的印象，使我在設(shè)計(jì)之外明白了做學(xué)問(wèn)所應(yīng)有的態(tài)度。 在此，謹(jǐn)向老表示崇高的敬意和衷心的感謝。 另外，要感謝在大學(xué)期間所有傳授我知識(shí)的老師，是你們的悉心教導(dǎo)使我有了良好 的專業(yè)課知識(shí)，這也是論文得以完成的基礎(chǔ)。 謝謝！