说明书-汽车水泵叶轮冲压工艺与模具设计

毕业设计说明书汽车水泵叶轮冲压工艺与模具设计院（系）名称工学院机械系专业名称材料成型及控制工程2012年5月15日摘要工业生产中普遍采用模具成型工艺方法，有效地保证了产品的生产率和质量，使操作技术简化，还能省料、节能，获得显著的经济效益。由于产品的材料和工艺特性不同，生产用的设备也各异，模具种类繁多，但用的最为广泛的大约有以下几种冷冲压模、塑料成型模、锻造模、精密铸造模、粉末冶金模、橡胶成型模、玻璃成型模、窑业制品模、食品糖果模、建材用模等。其中以冷冲压模、塑料模的技术要求和复杂程度较高。设计内容是从零件的工艺性分析开始的，根据工艺要求来确定设计的大体思路。其开始是确定该模具类型为落料、拉深复合模，做工艺计算，确定模具的压力中心，计算出冲裁时的拉深力、冲压力、卸料力、整形力，最后根据前面所计算出的内容确定模具的凸、凹模的刃口尺寸和形状。设计出定位方式、卸料装置、顶件装置、模架等模具的主要零部件，并确定冲模的闭合高度从而选择压力机，完成整个模具的设计工作。模具主要零部件结构设计是模具设计的主要内容，其内容包含了凹模结构设计、凸模结构设计、定位零件、弹性卸料装置、导柱与导套、模柄与模架的选取等重要零部件的设计加工方法和加工注意要点。这样更有利于加工人员的一线操作，使其通俗易懂加工方便。本次设计不仅让我熟悉了课本所学的知识，而且让我做到所学的知识灵活运用到实践当中，更让我了解了冲压模具设计的全过程和加工实践中应注意的要点。使我从毕业设计中更好理解了模具实际生产中的重要性。关键词落料，拉深，冲孔，整形AUTOWATERPUMPIMPELLERSTAMPINGPROCESSANDDIEDESIGNABSTRACTTHEMOLDINGPROCESSMETHODSCOMMONLYUSEDININDUSTRIALPRODUCTION,ANDEFFECTIVELYENSURETHEPRODUCTIVITYANDQUALITYOFTHEPRODUCT,SOTHATTHEOPERATINGTECHNOLOGYTOSIMPLIFY,BUTALSOMATERIALSAVING,ENERGYSAVING,SIGNIFICANTECONOMICBENEFITSMATERIALSANDWORKMANSHIPOFTHEPRODUCTCHARACTERISTICS,PRODUCTIONEQUIPMENTALSOVARYAWIDERANGEOFMOLD,BUTTHEMOSTWIDELYUSEDINAPPROXIMATELYTHEFOLLOWINGCOLDSTAMPINGMOLD,PLASTICMOLDING,FORGINGMOLD,THEMOLDOFPRECISIONCASTING,POWDERMETALLURGYMOLD,RUBBERMOLDING,GLASSMOLDING,CERAMICPRODUCTS,MOLD,FOODCANDYMOLD,BUILDINGMATERIALSANDMOLDAMONGTHEM,THEHIGHTECHNICALREQUIREMENTSANDCOMPLEXITYOFTHECOLDSTAMPINGMOLD,PLASTICMOLDDESIGNFROMTHEPARTSOFTHEPROCESSBEGAN,ACCORDINGTOPROCESSREQUIREMENTSTODETERMINETHEDESIGNOFTHEGENERALIDEATHESTARTISTODETERMINETHEMOLDTYPEBLANKING,DEEPDRAWINGCOMPOSITEMODE,DOINGPROCESSCALCULATIONTODETERMINETHECENTEROFPRESSUREOFTHEMOLD,THEDRAWINGFORCECALCULATEDPUNCHING,PUNCHINGPRESSURE,DISCHARGEPOWER,SHAPINGFORCE,THELASTEARLIERCONTENTCALCULATEDTODETERMINETHEEDGESIZEANDSHAPEOFTHEMOLDOFCONVEXANDCONCAVEMOLDDESIGNTHEMAINCOMPONENTSOFTHEPOSITIONINGMETHOD,UNLOADINGEQUIPMENT,ROOFINSTALLATION,MOLD,MOLD,ANDTODETERMINETHEDIESHUTHEIGHTTOSELECTPRESSESTOCOMPLETETHEDESIGNWORKOFTHEENTIREMOLDTHEMOLDSTRUCTUREDESIGNOFTHEMAINCOMPONENTSISTHEMAINCONTENTOFTHEMOLDDESIGN,ITSCONTENTINCLUDESTHESTRUCTURALDESIGNOFTHEDIETHEPUNCHSTRUCTURALDESIGN,LOCATEPARTS,ELASTICUNLOADINGEQUIPMENT,GUIDEPOST,GUIDESLEEVE,DIEHANDLEANDMOLDSELECTIONOFIMPORTANTPROCESSINGMETHODSANDPROCESSINGOFPARTSOFTHEDESIGNPOINTSTONOTETHISISMORECONDUCIVETOPROCESSINGFIRSTLINEOPERATION,MAKEITEASYTOUNDERSTANDANDEASYTOPROCESSTHISDESIGNNOTONLYFAMILIARWITHTHETEXTBOOKKNOWLEDGELEARNED,BUTIDOHAVELEARNEDFLEXIBILITYTOPRACTICE,MADEMEUNDERSTANDTHEMAINPOINTSSHOULDBENOTEDTHATINTHEWHOLEPROCESSOFSTAMPINGDIEDESIGNANDPROCESSINGPRACTICESMAKEMEABETTERUNDERSTANDINGOFTHEIMPORTANCEOFACTUALPRODUCTIONOFTHEMOLDFROMTHEGRADUATIONPROJECTKEYWORDSBLANKING,DEEPDRAWING,PUNCHING,SHAPING目录1绪论111选题背景112课题相关调研113冲压的概念、特点及应用114冲压的基本工序及模具215冲压技术的现状及发展方向32冲压件工艺分析721材料722尺寸精度83确定工艺方案104主要工艺计算1341排样设计与计算1342落料尺寸1443计算条料宽度与送料步距1744压力中心的确定1745拉深道次及各道次尺寸18451由87毛坯拉成内径23518452由内径235拉出内径115的阶梯2146落料、拉深冲压力2347顶件力、推件力的计算245模具的技术要求及材料选用2651模具的技术要求2652模具材料的选用原则266模具设计2661落料、拉深复合模28611模具结构28612模具工件部分尺寸及公差计算2962修边冲孔模31621模具结构316,22模具工件部分尺寸及公差计算3263切槽模33631模具结构34632模具工件部分尺寸及公差计算3464翻边模36641模具结构36642模具工件部分尺寸及公差计算367工作零件的加工工艺398模具的装配与调试4181模具的装配4182模具的调试42总结43致谢44参考文献451绪论11选题背景在现代汽车工业中，微型汽车上发动机冷却系统离心式水泵内叶轮由铸铁等金属或工程塑料制成，采用向后弯曲的半圆弧、双圆弧或多圆弧形叶片，其叶型与水流方向一致，泵水效率较高。塑料叶轮容易实现小型化和轻量化，且耐腐蚀性能好，有越来越多的汽车发动机水泵使用了塑料叶轮。但塑料叶轮容易开裂或叶轮磨损后从泵轴上松脱，使冷却液循环速度变慢，容易引起发动机温度过高的故障。损坏的叶轮在旋转时还可能撞击水泵壳体，造成壳体碎裂。铸铁制成的水泵叶轮机械强度较高，但其质量较大。因此一种能综合现在采用材料优点而又避其缺点的产品就应时而生了。12课题相关调研水箱在汽车的冷却、散热中有着重要的作用。因为汽车的冷却系统是用来为发动机散热的，一般常见的发动机过热问题。发动机是由冷却液的循环来实现的，强制冷却液循环的部件是水泵，它由曲轴皮带带动水泵叶轮推动冷却液在整个系统内循环。为了保证冷却效果，汽车冷却系统一般由以下几部分组成散热器、节温器、水泵、缸体水道、缸盖水道、风扇等组成。据资料显示导致汽车抛锚的故障中，冷却系统故障位居第一。由此可见，汽车冷却系统保养对汽车安全运行起着重要的作用。叶轮用于微型汽车上发动机冷却系统的离心式水泵内，工件时以15003000R/MIN左右的速度旋转，使冷却水在冷却系统中不断地循环流动。为保证足够的强度和刚度，叶轮采用厚度为2MM的AL脱氧镇静钢冷轧板。13冲压的概念、特点及应用冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程术。冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。1冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。（4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其它加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品。所以，只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益。冲压加工在现代工业生产中，尤其是大批量生产中应用十分广泛。相当多的工业部门越来越多地采用冲压法加工产品零部件，如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天、家电及轻工等行业。在这些工业部门中，冲压件所占的比重都相当的大，少则60以上，多则90以上。不少过去用锻造铸造和切削加工方法制造的零件，现在大多数也被质量轻、刚度好的冲压件所代替。因此可以说，如果生产中不谅采用冲压工艺，许多工业部门要提高生产效率和产品质量、降低生产成本、快速进行产品更新换代等都是难以实现的。14冲压的基本工序及模具由于冲压加工的零件种类繁多，各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来，可分为分离工序和成形工序两大类；分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压（俗称冲裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。上述两类工序，按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序，每种基本工序还包含有多种单一工序。在实际生产中，当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时，若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案，即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成，称为组合的方法不同，又可将其分为复合级进和复合级进三种组合方式。复合冲压在压力机的一次工作行程中，在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。级进冲压在压力机上的一次工作行程中，按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。复合级进在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模，都可看成是由上模和下模两部分组成，上模被固定在压力机工作台或垫板上，是冲模的固定部分。工作时，坯料在下模面上通过定位零件定位，压力机滑块带动上模下压，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便产生分离或塑性变形，从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时，模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来，以便进行下一次冲压循环。15冲压技术的现状及发展方向随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现，因而促进了冲压技术的不断革新和发展。其主要表现和发展方向如下151冲压成形理论及冲压工艺方面冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。目前，国内外对冲压成形理论的研究非常重视，在材料冲压性能研究、冲压成形过程应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展。特别是随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善，近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术，即利用有限元（FEM）等有值分析方法模拟金属的塑性成形过程，根据分析结果，设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题，并通过在计算机上选择修改相关参数，可实现工艺及模具的优化设计。这样既节省了昂贵的试模费用，也缩短了制模具周期。研究推广能提高生产率及产品质量、降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种压新工艺，也是冲压技术的发展方向之一。目前，国内外相继涌现出精密冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺及无模多点成形工艺等精密、高效、经济的冲压新工艺。其中，精密冲裁是提高冲裁件质量的有效方法，它扩大了冲压加工范围，目前精密冲裁加工零件的厚度可达25MM，精度可达IT1617级；用液体、橡胶、聚氨酯等作柔性凸模或凹模的软模成形工艺，能加工出用普通加工方法难以加工的材料和复杂形状的零件，在特定生产条件下具有明显的经济效果；采用爆炸等高能效成形方法对于加工各种尺寸在、形状复杂、批量小、强度高和精度要求较高的板料零件，具有很重要的实用意义；利用金属材料的超塑性进行超塑成形，可以用一次成形代替多道普通的冲压成形工序，这对于加工形状复杂和大型板料零件具有突出的优越性；无模多点成形工序是用高度可调的凸模群体代替传统模具进行板料曲面成形的一种先进技术，我国已自主设计制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备，解决了多点压机成形法，从而可随意改变变形路径与受力状态，提高了材料的成形极限，同时利用反复成形技术可消除材料内残余应力，实现无回弹成形。无模多点成形系统以CAD/CAM/CAE技术为主要手段，能快速经济地实现三维曲面的自动化成形。152冲模是实现冲压生产的基本条件在冲模的设计制造上,目前正朝着以下两方面发展一方面,为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需要，冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向发展，与此相比适应的新型模具材料及其热处理技术，各种高效、精密、数控自动化的模具加工机床和检测设备以及模具CAD/CAM技术也在迅速发展；另一方面，为了适应产品更新换代和试制或小批量生产的需要，锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展。精密、高效的多工位及多功能级进模和大型复杂的汽车覆盖件冲模代表了现代冲模的技术水平。目前，50个工位以上的级进模进距精度可达到2微米，多功能级进模不仅可以完成冲压全过程，还可完成焊接、装配等工序。我国已能自行设计制造出达到国际水平的精度达25微米，进距精度23微米，总寿命达1亿次。我国主要汽车模具企业，已能生产成套轿车覆盖件模具，在设计制造方法、手段方面已基本达到了国际水平，但在制造方法手段方面已基本达到了国际水平，模具结构、功能方面也接近国际水平，但在制造质量、精度、制造周期和成本方面与国外相比还存在一定差距。模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正在不断向传统制造技术渗透、交叉、融合形成了现代模具制造技术。其中高速铣削加工、电火花铣削加工、慢走丝切割加工、精密磨削及抛光技术、数控测量等代表了现代冲模制造的技术水平。高速铣削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面质量（主轴转速一般为1500040000R/MIN），加工精度一般可达10微米，最好的表面粗糙度RA1微米），而且与传统切削加工相比具有温升低（工件只升高3摄氏度）、切削力小，因而可加工热敏材料和刚性差的零件，合理选择刀具和切削用量还可实现硬材料（60HRC）加工；电火花铣削加工（又称电火花创成加工）是以高速旋转的简单管状电极作三维或二维轮廓加工（像数控铣一样），因此不再需要制造昂贵的成形电极，如日本三菱公司生产的EDSCAN8E电火花铣削加工机床，配置有电极损耗自动补偿系统、CAD/CAM集成系统、在线自动测量系统和动态仿真系统，体现了当今电火花加工机床的技术水平；慢走丝线切割技术的发展水平已相当高，功能也相当完善，自动化程度已达到无人看管运行的程度，目前切割速度已达到300MM/MIN，加工精度可达15微米，表面粗糙度达RA0102微米精度磨削及抛光已开始使用数控成形磨床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光等先进设备和技术模具加工过程中的检测技术也取得了很大的发展,现在三坐标测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外,其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措施及简单操作步骤，使得现场自动化检测成为可能。此外，激光快速成形技术（RPM）与树脂浇注技术在快速经济制模技术中得到了成功的应用。利用RPM技术快速成形三维原型后，通过陶瓷精铸、电弧涂喷、消失模、熔模等技术可快速制造各种成形模。如清华大学开发研制的“MRPMS型多功能快速原型制造系统”是我国自主知识产权的世界惟一拥有两种快速成形工艺（分层实体制造SSM和熔融挤压成形MEM）的系统，它基于“模块化技术集成”之概念而设计和制造，具有较好的价格性能比。一汽模具制造公司在以CAD/CAM加工的主模型为基础，采用瑞士汽巴精化的高强度树脂浇注成形的树脂冲模应用在国产轿车试制和小批量生产开辟了新的途径。153冲压设备和冲压生产自动化方面性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件，高精度、高寿命、高效率的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备相匹配。为了满足大批量高速生产的需要，目前冲压设备也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多功能、高速和数控方向发展，加之机械乃至机器人的大量使用，使冲压生产效率得到大幅度提高，各式各样的冲压自动线和高速自动压力机纷纷投入使用。如在数控四边折弯机中送入板料毛坯后，在计算机程序控制下便可依次完成四边弯曲，从而大幅度提高精度和生产率；在高速自动压力机上冲压电机定转子冲片时，一分钟可冲几百片，并能自动叠成定、转子铁芯，生产效率比普通压力机提高几十倍，材料利用率高达97；公称压力为250KN的高速压力机的滑块行程次数已达2000次/MIN以上。在多功能压力机方面，日本田公司生产的2000KN“冲压中心”采用CNC控制，只需5MIN时间就可完成自动换模、换料和调整工艺参数等工作；美国惠特尼公司生产的CNC金属板材加工中心，在相同的时间内，加工冲压件的数量为普通压力机的410倍，并能进行冲孔、分段冲裁、弯曲和拉深等多种作业。近年来，为了适应市场的激烈竞争，对产品质量的要求越来越高，且其更新换代的周期大为缩短。冲压生产为适应这一新的要求，开发了多种适合不同批量生产的工艺、设备和模具。其中，无需设计专用模具、性能先进的转塔数控多工位压力机、激光切割和成形机、CNC万能折弯机等新设备已投入使用。特别是近几年来在国外已经发展起来、国内亦开始使用的冲压柔性制造单元（FMC）和冲压柔性制造系统（FMS）代表了冲压生产新的发展趋势。FMS系统以数控冲压设备为主体，包括板料、模具、冲压件分类存放系统、自动上料与下料系统，生产过程完全由计算机控制，车间实现24小时无人控制生产。同时，根据不同使用要求，可以完成各种冲压工序，甚至焊接、装配等工序，更换新产品方便迅速，冲压件精度也高。2冲压件工艺分析零件简图如图2所示生产批量大批量零件材料08ALZF材料厚度2MM图21水泵叶轮零件图21材料叶轮用于微型汽车上发动机冷却系统的离心式水泵内，工作时以15003000R/MIN左右的速度旋转，使冷却水在冷却系统中不断地循环流动。为保证足够的强度和刚度，叶轮采用厚度为2MM的钢板。冲压工艺对材料的基本要求主要是（1）对冲压成形性能的要求为了有利于冲压变形和制件质量的提高，材料应具有良好的冲压成形性能。而冲压成形性能与材料的机械性能密切相关，通常要求材料应具有良好的塑性，屈强比小，弹性模量高，板厚方向性系数大，板平面方向性系数小。（2）对材料厚度公差的要求材料的厚度公差应符合国家规定标准。因为一定的模具间隙适用于一定厚度的材料，材料厚度公差太大，不仅直接影响制件的质量，还可能导致模具和冲床的损坏。（3）对表面质量的要求材料的表面应光洁平整，无分层和机械性质的损伤，无锈斑、氧化皮及其它附着物。表面质量好的材料，冲压时不易破裂，不易擦伤模具，工件表面质量好。由于08AL具有良好的塑性，屈服比小，弹性模量高，冲压时不易破裂，表面质量好，基本符合该零件需要，所以选择该材料为零件材料。08AL按拉深质量分为三级ZF用于拉深最复杂零件，HF（用于拉深很复杂零件）F（用于拉深简单的零件）。由于形状比较复杂，特别是中间的拉深成型难度大，叶轮零件采用ZF级的材料，表面质量也为较高的级。表21列出了08ALZF的力学性能。表2108ALZF的力学性能（GB52131985和GB7101988）S/MPA10S/B/MPA不小于2603302004406622尺寸精度为减轻震动，减少噪音，叶轮零件的加工精度有一定的要求。除了7个叶片形状和尺寸应一致外，叶轮中部与固定轴配合部位的要求也较高。由于靠冲压加工难以达到直径23810和117001的要求，实际生产中采用了冲压成形后再切削加工的办法。冲压成形后要留有足够的机加余量，因此孔23810和117001的冲压尺寸取为235和115。拉深成形后的高度尺寸225026精度高于表23中的尺寸偏差，需由整形保证。表22拉深件直径的极限偏差拉深件直径的基本尺寸D材料厚度505010010030005012060150200802002503010025030040120300350501503504006020040050070250450600803005007009040060080100表23带凸缘拉深件拉深高度的尺寸偏差拉深件高度的基本尺寸H材料厚度181830305050808012010304050607120405060708230506070809340607080910450910113确定工艺方案初步分析可以知道叶轮零件的冲压成形需要多道工序。首先，零件中部是有凸缘的圆筒拉深件，有两个阶梯，筒底还要冲65的孔；其次，零件外圈为翻边后形成的7个“竖立”叶片，围绕中心均匀分布。另外，叶片翻边前还要修边、切槽，由于拉深圆角半径比较小（051），因此还需要整形。对拉深工序，在叶片展开前，按料厚中心线计算有D外径/D中经612/13545314，并且叶片展开后凸缘将更宽，所以属于宽凸缘拉深。另外，零件拉深深度大（如最小阶梯直径的相对高度H/D205/135152，远大于一般带凸缘筒形件第一次拉深许可的最大相对拉深高度），所以拉深成形比较困难，要多次拉深。对于冲裁及翻边工序，考虑到零件总体尺寸不大，而且叶片“竖立”后各叶片之间的空间狭小，结构紧凑，另外拉深后零件的底部还要冲65的孔，所以模具结构设计与模具制造有一定难度，要特别注意模具的强度和刚度。综上所述，叶轮由平板毛坯冲压成形应包括的基本工序有冲裁（落料、冲孔、修边与切槽）、拉深（多次拉深）、翻边（将外圈叶片翻成竖直）等。由于叶轮冲压成形需多道次完成，因此制定合理的成形工艺方案十分重要。考虑到生产批量大，应在生产合格零件的基础上尽量提高生产效率，降低生产成本。要提高生产效率，应该尽量复合能复合的工序。但复合程度太高，模具结构复杂，安装、调试困难，模具成本提高，同时可能降低模具强度，缩短模具寿命。根据叶轮零件的实际情况，可能复合的工序有落料与第一次拉深；最后一次拉深和整形；修边、切槽；切槽、冲孔；修边、冲孔；修边、切槽、冲孔。根据叶轮零件形状，可以确定成形顺序是先拉深中间的阶梯圆筒形，然后成形外圈叶片。这样能保持已成形部位尺寸的稳定，同时模具结构也相对简单。修边、切槽、冲孔在中间阶梯拉深成形后以及叶片翻边前进行。为保证7个叶片分度均匀，修边和切槽不要逐个叶片的冲裁。因此叶轮的冲压成形主要有以下几种工艺方案方案一（1）落料；（2）拉深（多次）；（3）整形；（4）修边；（5）切槽；（6）冲孔；（7）翻边。方案二（1）落料与第一次拉深复合；（2）后续拉深；（3）整形；（4）切槽、修边、冲孔复合；（5）翻边。方案三（1）落料与第一次拉深复合；（2）后续拉深；（3）整形；（4）切槽、冲孔复合；（5）修边；（6）翻边。方案四（1）落料与第一次拉深复合；（2）后续拉深；（3）整形；（4）修边、冲孔复合；（5）切槽；（6）翻边。方案五（1）落料与第一次拉深复合；（2）后续拉深；（3）整形；（4）切槽；（5）修边、冲孔复合；（6）翻边。方案一复合程度低，模具结构简单，安装、调试容易，但生产道次多，效率低，不适合大批量生产。方案二至五将落料、拉深复合，主要区别在于修边、切槽、冲孔的组合方式以及顺序不同。需要注意的是，只有当拉深件高度较高，才有可能采用落料、拉深复合模结构形式，因此浅拉深件若采用落料、拉深复合模结构，落料凸模（同时又是拉深凹模）的壁厚太薄，强度不够。方案二将修边、切槽、冲孔复合，工序少，生产效率高，但模具结构复杂，安装、调试困难，同时模具强度也较低。方案三将切槽和冲孔组合，由于所切槽与中间孔的距离较近，因此在模具结构上不容易安排，模具强度差。所以较好的这组合方式应该是修边和冲孔组合，而切槽单独进行，如方案四、五。方案四与方案五主要区别在于一个先修边、冲孔后切槽，一个先切槽后修边、冲孔。由于切槽与修边有相对位置关系，而所切槽尺寸比较小，如果先切槽则修边模具上不好安排定位，所以实际选择了方案四，即先修边、冲孔后切槽，然后翻边成形竖立叶片。4主要工艺计算本次计算主要编写方案四中第一步和第二步的落料与第一次拉深复合及后续拉深的工艺计算。41排样设计与计算冲裁所产生的废料分为两种，一是工件的各种内孔产生的废料，它取决于工件的形状，一般不能改变，称为废料；二是由于工件之间的搭边和工件与条料侧面的搭边、板料的料头、料尾而产生的废料，它取决于冲压方式和排样方式，称为工艺废料，提高材料利用率最主要的途径是合理排样使工艺废料尽量小，另外在满足工件使用要求的前提下，适当的改变工件的结构形状也可以提高材料的利用率。本工件的冲裁毛坯是简单的圆形件，可直接排样，常用的排样方法有三种（1）有废料排样指沿工件全部外形冲裁，工件与工件、工件与条料边缘都留有搭边，此种排样的缺点是材料利用率低，但有了搭边就能保证冲裁件的质量，模具寿命也高；（2）少废料排样指模具只沿着工件部分外形轮廓冲裁，只有局部搭边的存在；（3）无废料排样指工件与工件之间及工件与条料侧边之间均无搭边的存在，模具刃口沿条料顺序切下，直接获得工件。少废料、无废料排样的缺点是工件质量差，模具寿命不高，但这两种排样可以节省材料，还具有简化模具结构、降低冲裁力和提高生产率等优点。根据本零件的特点，适合采用有废料直排的方式，如图41。图41排样图冲裁搭边值可以按表41选取，取沿边搭边值15MM，工作间搭边值12MM。表41最小搭边值材料厚度T工作间1侧面工作间1侧面工作间1侧面025以下18202225283002505121518202225050810121518182008120810121515181216101215181820162012151825202220251518202222252530182222252528本模具采用无侧压装置，由表42可得条料与导料板间间隙最小值为05MM。表42导料板与条料之间的最小间隙CMIN无侧压装置条料宽度B材料厚度100以下10020020030005050510510505112051123051142落料尺寸落料尺寸即零件的平面展开尺寸，叶轮零件基本形状为圆形，因此落料形状也应该为圆形，需确定的落料尺寸为圆的直径。根据叶轮零件图，不能直接得到凸缘尺寸。在计算落料尺寸之前，要将竖立叶片“放平”，转化为平凸缘筒形拉深成形件后再计算落料尺寸。严格来讲，叶轮成形“竖直”叶片的工序属于平面外凸曲线翻边。但根据零件图，由于翻转曲线的曲率半径比较大，为简化计算可以近似按弯曲变形来确定展开尺寸，如图42所示。因为弯曲半径R05105T1,所以可以按TLL4321L弯曲坯料展开的计算公式计算。经计算，叶片展开后，凸缘尺寸为76（单位MM，下同）。D凸/D76/25529（MM）查表43，可取修边余量为22因此凸缘直径为76222804（MM）表43有凸缘圆筒形拉深件的修边余量凸缘的相对直径D凸/D凸缘直径D凸15以下15222525251816141225502520481650100353025221001504336302515020050423527200250554638282506543取凸缘尺寸为80，于是得到叶轮拉深成形尺寸，如图43所示。根据叶轮拉深成形尺寸，可以算出零件总表面积A约为5890。按照一般拉深过程表面积不变的假设，可得到落料直径D/4A143/58904866（MM）因圆角半径较小，近似计算落料直径D42123HDD）（5465808788（MM）最后取落料直径D87（MM）图42叶轮叶片的展开图43叶轮拉深成形尺寸（按料厚中心线标注）43计算条料宽度与送料步距条料宽度B02CAD其中垂直送料方向上零件尺寸条料与导料板之间的间隙条料宽度公差值，查表44由公式得501287BMM90506MM取条料宽度为90MM。送料步距SS8712882MM材料利用率ASB10074表44条料宽度偏差材料厚度T条料宽度B112233550040507095010005060810100150060709111502200708101244压力中心的确定模具压力中心是指冲压合力的作用点位置，为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模的压力中心和压力机的压力中心相重合。对于带有模柄的冲压模，压力中心应通过模柄的轴心线，否则会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。冲模的压力中心，可按下述原则来确定（1）对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。（2）工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。（3）形状复杂的零件、多凸模的压力中心可用解析计算法求出。因为该工件为圆形旋转体工件，所以其压力中心在其轴心线上。45拉深道次及各道次尺寸叶轮拉深成形后为带阶梯的宽凸缘件，成形较为困难，需多次拉深。根据图43所示叶轮拉深件形状，成形过程可分为两个步骤首先，按宽凸缘件拉深成形方法，拉成所要求凸缘直径的筒形件（内径235、凸缘直径80），然后，若将由内径235的筒形部分逐次拉成内径115的阶梯，视为拉深成内径为115直筒件的中间过程，则可以近似用筒形件拉深计算方法计算阶梯部分（内径115）的成形，但应保证首次拉深成形后的凸缘尺寸在后续拉深过程中保持不变。以下尺寸按料厚中心线计算。451由87毛坯拉成内径235（1）判断能否一次拉成带凸缘筒形件第一次拉深的许可变形程度可用对应于D凸/D1和T/D100不同比值的最大相对拉深高度H1/D1来表示。根据图53，对叶轮零件，D凸/D180/255314,T/D100229,由表45查得H1/D1022018内径235的圆筒件高度未确定。可以先确定拉深圆角半径，然后求出由直径87的毛坯拉成内径为235的圆筒件高度，最后利用H1/D1判断能否一次拉出。取圆角半径RR6MM。按公式可求出拉深高。H1250DD2D凸043R1R140DR21R87280204366652166（MM）因H/D166/255065022,所以一次拉不出来。表45有凸缘的筒形件首次拉深的极限相对高度H1/D1坯料的相对厚度（T/D）100凸缘的相对直径D凸2151510100606030301015070058063050053045048040042035180580480530420440370390340350292005104204603603803203402903002522045035040031033027029025026022250350280320250270220230200210172802702202401902101701801501601330022018020016017014015012013010在凸缘件的多次拉深中，为了保证以后拉深时凸缘不参加变形，首次拉深时，拉入凹模的材料应比零件最后拉深部分所需坯料面积加大35（有时可增大至10），在以后各次拉深时，逐步减少这个额外多拉入凹模的面积，最后使他们转移到零件口部附近的凸模上。用这样来补偿上述各种误差，以免在以后各次拉深时凸缘受力变形。（2）确定第一次拉深直径查表46得第一次拉深的极限拉深系数M1046050。考虑到叶轮材料为08ALZF，塑性好，同时材料厚度较大，极限拉深系数可适当降低。取M1041，实际拉深系数应该适当大于极限拉深系数，D1M1D04287365MM因此可取第一次拉深直径为36MM按料厚中心计算。（3）计算第二次拉深直径查表46得第二次拉深的极限拉深系数M2073075。取M2071,D212MD360712556MM。为了便于后续阶梯拉深成形，第二次拉深直径可取为255MM。表46圆筒形件用压边圈拉深时的拉深系数毛坯相对厚度T/D100拉深系数2015151010060603M1048050050053053055055058M2073075075076076078078079M3076078078079079080080081M4078080080081081082082083M50800820820840840850850864）按表47查一、二次拉深的圆角半径R凹19MM，R凹28MM，R凸可取与凹模圆角半径相等或略小的值R凸（061）R凹所以可以取R凸16MM，R凸24MM。考虑到叶轮最终成形后圆角半径较小，实际取R凹1R凸16MM。表47拉深凹模的圆角半径R凹板料厚度拉深直径1115152233410253544555102044555657520304555658930405565759105405067810115（5）计算第一、二次拉深高度根据公式，第一次拉深高度H1250DD2D凸043RRRR140DR2R1736740873622141（MM）第二次拉深高度H250DD2D凸043R2R2R2R2140DR2R554308722157（MM）（6）校核第一次拉深相对高度零件H1/D1141/36093，D凸/D180/3622，T/D100229，H1/D1035045,考虑到材料塑性较好，故可以拉成。452由内径235拉出内径115的阶梯阶梯形件拉深与圆筒形件拉深基本相同，每一阶梯相当于相应的圆筒形件拉深。下面用筒形件拉深计算方法近似计算阶梯部分（内径115）的成形。由内径235拉出内径115的阶梯，总拉深系数M135/255053。查表56，筒形件第三次拉深的极限拉深系数M3076078053，所以该阶梯部分不能一次拉成，需多次拉深成形。由表46，筒形件拉深的极限拉深系数M4078080，M5080082。考虑到最后一次拉深时材料已多次变形，拉深系数应适当取大一些。于是阶梯部分采用三次拉深，拉深系数分别为M3076、M4079、M5087。各次拉深直径分别为第三次拉深（第一次阶梯拉深）23D195（内径175第四次拉深（第二次阶梯拉深）5194M155内径135第五次拉深（第三次阶梯拉深）5D135（内径115忽略材料壁厚的变化，按表面积不变的条件可以计算出各次拉深的高度3167H194H5205最后得到的拉深成形各工序尺寸如图54所示。工序一、二由87毛坯拉成内径235、凸缘直径80的圆筒件。第一道工序为落料、拉深，落料直径D87MM，然后拉深成凸缘直径为80MM的筒形件，该凸缘直径在后续成形过程中保持不变。落料、拉深由一套模具完成。工序二为宽凸缘形件的二次拉深。A落料、拉深B第二次拉深C第三次拉深D第四次拉深E第五次拉深变形图44叶轮拉深工序图工序三、四、五为由内径235的筒形拉出内径115小台阶的阶梯拉深过程。工序五在成形拉深结束后还带有整形，主要目的是将凸缘整平，同时减少圆角半径，以达到零件图要求。46落料、拉深冲压力落料力的计算按下式F落13DT13314872240170KN一般可取08B（查表21B300MPA）拉深力计算由公式F拉D1TBK3（K3值查48表）314382300075537KN式中T板料厚度D坯料直经D1拉深后工件直经B拉深件材料的抗拉强度K拉深系数材料的抗剪程度表48宽凸缘筒形件第一次拉深时系数K3值第一次拉深系数M1凸缘相对直径D凸/D1035038040042045050055060301009083075068056045037281110090830750620500422511100908207005604622111009007706405220111008507005818110950800651511090075以上两项总和为F1705372237KN47顶件力、推件力的计算推件力和顶件力是有压力机和模具卸料力装置或顶件力装置传递的。在选择设备的公称压力时，应分别予以考虑。影响这些力的因素较多，主要有材料的力学性能、材料厚度、模具洞口的结构、搭边大小、润滑情况、制件的形状和尺寸等。所以要准确的计算这些力是困难的，此模具根据生产中常用经验公式计算如下推件力FNK推推10055170935KN顶件力F顶顶006170102KN式中落料力TK、D推件力、顶件力，（其系数见下表49）N同时卡在凹模内的冲件数（或废料数）表49卸料力、推件力、顶件力系数表料厚TMMKXKTKD01065007501014010500450055006300805250040050055006钢25650030040040005650020030025003铝、铝合金0025008003007纯铜、黄铜002006003009拉深力出现在落料力之后。因此最大冲压力出现在冲裁阶段。选用刚性卸料的落料、拉深复合模结构，可计算出最大冲压力为FMAXF落F顶F推170935102190KN所以可以选择吨位为190KN以上的压力机。选择吨位为250KN的压力机，即J23255模具的技术要求及材料选用51模具的技术要求利用模具生产制品零件，其模具质量的好坏，寿命的长短，直接关系到产品制造精度、性能和成本。是提高劳动生产率、降低消耗，尽快使产品占领市场的重要性条件。而模具的质量、使用寿命及制造精度很大程度上取决于设计时对模具材料的选用、热处理工艺要求、模具零件配合精度及公差等级的选择和表面质量要求。52模具材料的选用原则（1）模具材料的选用，不仅关系到模具的使用寿命，而且也影响到模具的制造成本，在冲压过程中，模具承受冲击负荷且连续工作，使凸凹模受到强大压力和剧烈摩擦，工作条件极其恶劣。（2）根据模具种类及其工作条件，选用材料要满足使用要求，应具有较高的强度、硬度、耐磨性、耐冲击、耐疲劳性等。（3）要根据制品批量大小，以最低的成本的选材原则选用对于需冲压数量较多模具，一般采用优质合金钢，而数量少的则采用碳素钢，以降低成本。（4）要根据冲模零件的作用选择凸、凹模具应选用优质的钢材制作，对于数量不多或厚度不大的可采用有色金属或黑色金属。而对于卸料零件应选用一般钢材。综上所述，此模具采用合金工具钢为模具材料。该合金钢具有较好的耐磨性，较好的淬火不变形性，较好的红硬性，较小的脱碳敏感性，较深的淬硬深度，但它的切削加工性较差，耐冲击性也较差。基本能满足此模具的冲裁。此模具的弯曲部分也采用这种材料。查表51得凸凹模的热处理硬度为6062HRC，落料凹模的热处理硬度为6264HRC。表51模具工作零件的常用材料及热处理要求热处理硬化/HRC模具类型零件名称及使用条件材料牌号凸模凹模1冲裁厚度T3M,形状简单的凸模、凹模和凸凹模AT8，10，VMN29586260642冲裁厚度T3,形状复杂或冲裁厚T3的凸模、凹模和凸凹模CRWN，6，,1R,O2，5GC58626264418,0，60626163365NBVMR565858603要求高度耐磨的凸模、凹模和凸凹模，或生产量大、要求特长寿命的凸、凹模1Y,20，8WC,RIO,N5，4852冲裁模4材料加热冲裁时用凸、凹模2346GVNIOR5153拉深1一般拉深用的凸模和凹模AT8，10，MN9，5862606412CR,MOV，15GCR606262642要求耐磨的凹模和凸凹模，或冲压生产批量大、要求特长寿命的凸、凹模材料8Y,件3材料加热拉深用的凸模和凹模RNIO5,RIT5256