水泵叶轮的模具设计

本 科 毕 业 设 计（论 文）题目 水 泵 叶 轮 冲 压 模 设 计 年 月 日河南理工大学万方科技学院本科毕业设计论文摘 要水泵叶轮是微型汽车上发动机冷却系统中离心式水泵的重要零件。本文分析了水泵叶轮零件的结构特点, 计算了该叶轮的展开尺寸, 确定了该工件的冲压成形工艺及各工序尺寸, 对全套模具的总体结构设计进行了比较详细的论述，并在此基础上确定了叶轮冲压模具零件的具体结构和尺寸，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。主要介绍了叶轮零件冲压成形应包括的基本工序方案，工艺参数计算，模具结构设计、尺寸等。 关键词：水泵叶轮; 冲压; 工序; 模具设计 ABSTRACTThe 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; 目 录摘 要IABSTRACTII目 录III1.前 言11.1选题背景11.2课内外研究综述11.3模具技术的发展现状22.冲压件工艺分析计算32.1零件及冲压工艺性分析32.2工艺方案论证52.3工艺方案确定与工艺流程图92.4冲压工艺尺寸计算102.4.1拉深工艺尺寸计算102.4.2 由95.65的毛坯拉成内径23.8，凸缘直径87的圆筒件192.4.3由内径25.8拉出内径13.5的阶梯263.模具设计283.1落料，拉深复合模283.1.1模具结构283.1.2工作部分有关计算293.1.3压料力的确定323.1.4落料工艺尺寸计算333.1.5压力机的选择373.2切槽拉深模383.2.1模具结构383.2.2工作部分有关计算393.2.3模具类型的选择423.2.4定位方式的选择423.2.5压料装置的选择433.2.6卸料装置和推件装置的选择443.2.7工作零件的设计463.2.8压力机的选择493.3冲孔弯曲模503.3.1模具结构503.3.2冲孔工艺尺寸计算513.3.3弯曲工艺尺寸计算533.3.4压力机的选择543.4模具的装配与检测553.4.1 模具的装配553.4.2模具的调试573.4.3模具的检测57结 论58致 谢60参考文献62IV1.前 言1.1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。1.2课内外研究综述改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。 虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。 未来冲压模具制造技术发展趋势。模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。1.3模具技术的发展现状随着科学技术的不断进步和工业生产的迅猛发展，冷冲技术及模具不断革新和发展，中国模具工业和技术的主要发展方向包括：（1）提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平；（2）在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术；为了加快产品的更新换代，必须缩短工装的设计和制造周期，从而开展了模具的计算机辅助设计和辅助制造的研究，采用该技术，模具设计和制造效率一般可提高23倍，模具生产周期可缩短1/22/3.目前，已达到CAD/CAM一体化，模具图纸只是作为检验模具之用.（3）大力发展快速制造成形和快速制造模具技术；（4） 在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术；（5） 提高模具标准化水平和模具标准件的使用率；（6） 发展优质模具材料和先进的表面处理技术；（7） 逐步推广高速铣削在模具加工的应用；（8） 进一步研究开发模具的抛光技术和设备；（9）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程；（10） 开发新的成形工艺和模具。642.冲压件工艺分析计算2.1零件及冲压工艺性分析水泵叶轮的冲压模设计,如下图可知: 叶轮用于微型汽车上发动机冷却系统的离心式水泵内，工作时以左右的速度旋转，使冷却水在冷却系统中不断的循环流动，为保证足够的强度和刚度，叶轮采用厚度为的钢板。叶轮材料为铝镇静钢：08Al。根据冶炼时脱氧程序的不同，钢可分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢。 镇静钢为完全脱氧的钢。通常注成上大下小带保温帽的锭型，浇注时钢液镇静不沸腾。由于锭模上部有保温帽（在钢液凝固时作补充钢液用），这节帽头在轧制开坯后需切除，故钢的收得率低，但组织致密，偏析小，质量均匀。优质钢和合金钢一般都是镇静钢。对于中低碳细晶粒钢，要求钢中酸溶铝Als0.01%；对于低碳铝镇静钢，为改善薄板深冲性能，要求钢中Als=0.02%0.05，为此要求用过剩铝脱氧。钢水凝固时没有明显的气体析出,钢水面呈平静状态;镇静钢是用强脱氧剂铝和硅等进行脱氧的，钢中酸溶铝含量高于0.01%时称为铝镇静钢，酸溶铝含量低于0.01%时称为硅镇静钢。镇静钢用于生产从低碳到高碳、从低合金到高合金等多种优质钢。该材料按拉深质量分为三级：ZF（用于拉深最复杂零件），HF（用于拉深很复杂的零件）和F（用于拉深复杂零件）由于形状比较复杂，特别是中间的拉深成形难度大，叶轮零件采用ZF级的材料，表面质量也为较高的级。不 小 于为减轻震动，减少噪声，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和以及高度尺寸的要求，实际生产中采用了冲压成形后在切削加工的方法（需进行切削加工的表面表有粗糙度）。冲压成形后要留有足够的机加工余量，因此孔和的冲压尺寸取为和。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，筒底还要冲的孔；其次，零件外圈为弯曲成7个竖立的叶片。围绕中心均匀分布。另外，叶片弯曲前还要有修边和切槽。通常，当dt/d=1.11.4时，称为窄凸缘圆筒形件；当dt/d1.4时，称为宽凸缘圆筒形件。对拉深工序，在叶片展开前，按料厚中心线计算有大于1.4，为宽凸缘件。并且叶片展开后凸缘将跟宽，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。宽凸缘圆筒形件需多次拉深时，拉深的原则是：第一次拉深就必须使凸缘尺寸等于拉深件的凸缘尺寸（加切边余量），以后各次拉深时凸缘尺寸保持不变，仅仅依靠筒形部分的材料转移来达到拉深件尺寸。因为在以后的拉深工序中，即使凸缘部分产生很小的变形，也会使筒壁传力区产生很大的拉应力，从而使底部危险断面拉裂。 宽凸缘件的第一次拉伸与圆筒形件相似，只是在拉伸过程中不把坯料边缘全部拉入凹模，而在凹模面上形成凸缘而已。宽凸缘件允许的第一次极限拉伸系数一般比相同内径圆筒形见的拉伸系数要小。对于冲裁及弯曲工序，考虑到零件总体尺寸不大，而且叶片竖直后个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。2.2工艺方案论证由于叶轮冲压成形需要多道工序完成，考虑到生产批量大，因此在合理制定成形工艺方案的过程中尽可能的提高生产效率，降低生产成本。要提高生产效率，就应该保证生产合格零件的基础上尽量复合能复合的工序。但如果复合程度太高，模具结构过于复杂，安装和调试都很困难，模具成本提高，还可能降低模具强度，缩短模具寿命。根据水泵叶轮零件的实际情况，成形零件的工序有落料，冲孔，拉深，弯曲，切槽。其中可能复合的工序有落料和第一次拉深，最后一次拉深和切槽切边，弯曲和冲孔。制定冲压工艺方案应包括以下主要内容：（1）确定冲压加工的工序性质。（2）确定冲压加工的工序数量。（3）确定冲压加工的工序顺序。（4）根据上述的工序性质、数量及排列顺序，考虑各工序是否有组合的可能与必要，若组合时，应确定其工序的组合方式。（5）确定各工序的定位方式。（6）确定各工序的形状及尺寸，并绘出工序草图。（7）在确定了上述工序性质，数量及组合方式后，尚需考虑是否还采用其他非冲压辅助工序。若采用时，应确定出各辅助工序在整个冲压工艺过程中的安排顺序。确定工艺方案就是确定冲裁件的工艺路线，主要包括确定工序数目、确定工序组合和工序顺序安排等，并在工艺分析的基础上制定几种可能方案；再根据冲裁件的生产批量、形状复杂程度、尺寸大小、材料厚薄、模具制造和维修条件及冲压设备条件等多方面的因素，拟订出多种可能的不同工艺方案，进行分析比较，选取一个较为合理的方案。因此水泵叶轮的冲压成形主要有以下几种方案：方案一：（1）落料； （2）拉深（多次）； （3）切槽整形； （4）冲孔； （5）弯曲。方案二：（1）落料和第一次拉深复合； （2）后续拉深； （3）切槽整形； （4）冲孔； （5）弯曲。方案三；（1）落料和第一次拉深复合；（2）后续拉深；（3）切槽整形；（4）冲孔和弯曲复合。方案四：（1）落料和第一次拉深复合； （2）后续拉深； （3）切槽整形和冲孔复合； （4）弯曲。方案五：（1）落料与第一次拉深复合； （2）后续拉深； （3）最后一次拉深和切槽整形复合； （4）冲孔和弯曲复合。方案一复合程度低，模具结构简单，安装，调试容易，但是生产道次多，效率低，不合适大批量生产。方案二和方案一相比只是将落料和第一次拉深复合，其它几道工序分开进行。同样也是生产道次较多，效率低。而方案三，方案四和方案二一样将落料和第一次拉深复合，不同的是将切槽整形，冲孔和弯曲两两复合。而第五种方案是将落料和第一次拉深复合，后续拉深，最后一次拉深和切槽整形复合，冲孔和弯曲复合。这样可以减少成形道次，提高生产效率。合理的工艺方案应能满足下述要求：（1）工序的排列顺序和组合方式应符合冲压变形的基本规律，应保证冲制出形状、尺寸、精度等技术指标均符合产品图要求的冲压件，即工艺方案应能满足冲压件的质量要求。(2)工序数量要少，应尽可能减少或不用其他辅助够工序，以提高生产效率，满足生产批量的要求。（3）各工序的模具结构应尽可能的简单，制造维修方便、成本低寿命高，生产准备周期短。（4）排样设计应合理，搭边值应适当，以提高材料利用率，降低冲压件成本。（5）占用的冲压设备应尽量少，应照顾到生产的均衡，以利于车间的成产组织与管理。（6）能保证冲压操作方便与安全生产，对工人技术等级的要求应尽可能低。冲裁件除了主要结构形状、尺寸精度的工艺性，还有必要注意以下几个问题的分析。 普通冲裁件断面的近似表面粗糙程度。如冲裁件设计要求超过此表要求，则普通冲载是难以满足的，则要通过整修工艺或精冲工艺来满足。冲裁件设计一般都会对毛刺高度提出要求。为防止变形及表面擦伤，某些冲裁件(如低压电器无线电类零件)不允许采用光饰去毛刺等辅助工序。冲裁件的尺寸标注基准应尽可能和制模时的基准重合，以避免产生基准不重合的误差。还应尽量避免以参与变形的边为基准来标注孔位、外形尺寸2.3工艺方案确定与工艺流程图根据上述工艺方案论证，我最后选择的成形方案是第五种：落料和第一次拉深复合，后续拉深，最后一次拉深和切槽整形复合，冲孔和弯曲复合。 第一次拉深 后续拉伸 最后一次拉深与切槽 冲孔弯曲 成形工件图2-1 成形工序2.4冲压工艺尺寸计算2.4.1拉深工艺尺寸计算水泵叶轮拉深成形后为带阶梯的凸缘件，成形比较困难，需多次拉深。根据图1-2所示水泵叶轮拉深件形状，成形过程可分为两个步骤：首先，按宽凸缘件拉深成形方法，拉成所需要凸缘直径的筒形件（内径为23.8），然后，将由内径23.8的筒形部分逐次拉成内径为11.5的直筒件，其中可以近似用筒形件拉深计算方法计算阶梯部分（内径为11.5）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，由于材料的厚度为2mm,当板料厚度大于1mm时，以下尺寸按料厚中心线计算。（1）坯料的直径毛坯的形状尺寸： 图2-2 水泵叶轮拉深件形状对于不变薄拉深，虽然在拉深过程中板料的厚度有增厚也有变薄，但实践证明，拉深件的平均厚度与坯料厚度相差不大。由于塑性变形前后体积不变，因此，可以按坯料面积等于拉深件表面积的原则确定坯料尺寸。根据拉深件的总面积等于坯料面积得坯料直径：公式参看模具设计与制造简明手册（第三版） 表1-6-3 圆筒形和常见旋转体拉深件的毛坯尺寸计算公式：。 判断水泵叶轮的阶梯圆筒形拉深工艺是否可以一次拉成由零件高度H与最小直径的比值，又坯料的相对厚度。根据文献可得，又，则该零件不能一次拉深成形，需要多次拉深。应该指出，用理论计算方法确定坯料尺寸不是绝对准确的，而是近似的，尤其是变形复杂的复杂拉深件。实际生产中，对于形状复杂的拉深件，通常是先做好拉深模，并以理论计算方法初步确定的坯料进行反复试模修正，直至得到的工件符合要求时，再将符合实际的坯料形状和尺寸作为制造落料模的依据。拉深变形过程可以归结为：在拉深过程中，因为坯料金属内部的相互作用，使各个金属小单元体之间产生了内应力，在径向产生拉应力，在切向产生压应力，在应力的共同作用下，凸缘区的材料屈服，产生塑性变形并不断的拉入凹模内，称为圆筒形件。(2）冲裁件的工艺性冲裁的工艺设计包括冲裁件的工艺性分析和冲裁工艺方案确定。良好的工艺性和合理的工艺方案，可以用最少的材料最少的工序数和工时，使得模具结构简单且寿命长，能稳定的获得各种冲件，因而可以减小劳动量和冲件成本。劳动量和冲件成本是衡量冲裁工艺设计合理性的主要指标。是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。冲裁件工艺性分析就是判断冲裁件能否冲裁、冲裁的难易程度及可能出现的问题。所谓冲裁工艺性好是指能用普通冲裁方法，在模具寿命和生产率较高、成本较低的条件下得到质量合格的冲裁件。冲裁件的形状结构、尺寸大小、精度等级、材料及厚度等是否符合冲裁件的工艺要求，对冲裁件质量、模具寿命和生产效率有很大影响。而分析判断冲裁件工艺性合理与否主要是从冲裁件结构(形状)工艺性及尺寸精度要求两方面入手。冲裁件的结构工艺性以实现经济加工为前提，普通冲裁件应满足以下几个方面的结构工艺性要求。应尽量避免应力集中的结构。冲裁件各直线或曲线连接处应尽可能避免出现尖锐的交角。除少废料排样、无废料排样、裁搭边排样或凹模使用镶拼模结构外，都应有适当的圆角相连。冲裁件应避免有过长的悬臂和窄槽。这样能有利凸、凹模的加工，提高凸、凹模的强度，防止崩刃。因受凸模刚度的限止，冲裁件的孔径不宜太小。冲孔最小尺寸取决于冲压材料的力学性能与凸模强度和模具结构。冲裁件上孔与孔、孔与边之间的距离不宜过小。以避免制件变形或因材料易拉入凹模而影响模具寿命(当t0.5时，按t=0.5计算)。如果用倒装复合模冲裁，受凸凹模最小壁厚强度的限制，模壁不宜过薄。在弯曲件或拉深件上冲孔时，为避免凸模受水平推力而折断。孔壁与制件直壁之间应保持一定距离。使LR+0.5t。（3）冲裁件的尺寸精度要求，冲裁件的精度一般可分为精密级与经济级两类。精密级是指冲压工艺在技术上所允许的最高精度，而经济级是指模具达到最大许可磨损时，其所完成的冲压加工在技术上可以实现而在经济上有最合理的精度，即所谓经济精度。为降低冲压成本，获得最佳的技术经济效果，在不影响冲压件使用要求的前提下，应尽量采用经济精度。若冲裁件有较高的尺寸精度和断面质量要求，则宜采用精密冲裁或整修工艺达到。冲裁件的精度主要以其尺寸精度、冲裁断面粗糙度、毛刺高度三个方面的指标来衡量。应在经济精度范围以内，对于普通冲裁件一般可达IT11级，较高精度可达IT8级。冲裁所能达到的外形、内孔及孔中心距一般精度的公差值参见表2-1，所能达到的孔边距的公差值参见2-2.表2-1 冲裁件外形、内孔及孔中心距一般精度的公差值 mm板料厚度t制 件 尺 寸10102525636316016040040010000.50.5113366注：1. 本表适用于按高于IT8级精度制定的模具所冲的冲裁件。2. 表中分子为外形和内孔的公差值，分母为孔中心距的公差值。3. 使用本表时，所指的孔至多应在3工步内全部冲出。表2-2 冲裁件孔边距的公差值 mm板料厚度t制 件 尺 寸10102525636316016040040010000.50.5113366注：1. 本表适用于按高于IT8级精度制定的模具所冲的冲裁件。2. 表中分子适合复合模、有导正销级进模所冲的冲裁件。3. 表中分母适合无导正销级进模、外形是单工序冲孔模所冲的冲裁件。显然，如果制件的尺寸和精度高于表值，应采用整修、精密冲裁甚至用其他加工方法来满足。（4)落料直径落料尺寸即零件平面展开尺寸，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。带有凸缘的筒形拉深成形件，展开尺寸有关公式计算。但根据叶轮零件图，不能直接得到凸缘尺寸。在计算落料尺寸之间，要将竖立的叶片“落料尺寸。 图2-3 叶轮叶片的展开严格来说，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2-3所示。因为弯曲半径r=0.510.5t=1，所以可以弯曲坯料展开的计算公式计算。 表 2-3 有凸缘圆筒形拉伸件的修边余量 （单位：mm）凸缘直径凸缘的相对直径1.5以下1.5222.52.5252550501001001501502002002502501.82.53.54.35.05.561.62.03.03.64.24.651.41.82.53.03.53.841.21.62.22.52.72.83根据表得切边余量，按照一般拉深过程表面积不变的假设，故实际凸缘直径。（5)排样方案落料尺寸确定后，需要确定排样方案。排样是指冲裁零件在条料、带料或板料上布置的方法。合理有效的排样有利于保证在最低的材料消耗和高生产率的条件下，得到符合设计技术要求的工件。在冲压生产过程中，保证很低的废料百分率是现代冲压生产重要的技术指标之一。合理利用材料是降低成本的有效措施，尤其在大批量生产中，冲压件的年产量达数十万件，甚至数百万件，材料合理利用的经济效益更为突出。排样原则如下：在冲压生产中，材料的费用约占制件成本的60%以上，贵重金属占80%以上。提高材料利用率具有重要的经济意义，为此，必须尽量减少废料面积。冲裁中的废料可分为结构废料和工艺废料两种，结构废料是由制件的形状尺寸而决定的，工艺废料则是由冲裁排样方式所决定的，如条料上的料头、料尾及边缘部分均为工艺废料。要提高材料的利用率主要从减少工艺废料入手，设计出合理的排样方案。在考虑提高材料利用率的同时，应使模具结构简单、模具寿命高、操作方便安全。为此应尽可能减少条料的翻动，在材料利用率相近时，尽可能选择条料宽、进距小的排样方法。在不影响制件使用性能的前提下，可适当修改冲裁件尺寸和形状，以提高材料的利用率，同时使模具结构简单，操作方便安全，以选择较为合理的排样方案。根据材料的利用情况，排样的方法可以分为三种：有废料排样。沿冲件的全部外形冲裁，冲件与冲件之间、冲件与条料侧边之间都存在有搭边废料。有废料排样，材料利用率低，冲裁件质量及模具寿命高，用于冲裁形状复杂、尺寸精度要求较高的冲裁件。少废料排样。沿冲件的部分外形切断或冲裁。只在冲件与冲件之间或冲件与条料侧板之间留有搭边。这种排样，材料利用率较高，用于某些尺寸要求精度不高的冲裁件排样。无废料排样。冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间均无搭边废料。冲件与冲件之间沿直线或曲线的切断而分开。这种排样，材料利用率最高，但对冲裁件的结构形状有要求，设计冲裁件时，应考虑这方面的工艺性。采用少、无废料排样可以简化冲裁模结构，减少冲裁力。但是，因条料本身的公差以及条料导向与定位所产生的误差影响，冲裁件公差等级低。同时，由于是模具单面受力，不但会加剧模具磨损，降低模具寿命，而且也直接影响冲裁件的端面质量。为此，排样时必须统筹兼顾，全面考虑。圆形件排样比较简单，根据本例中零件尺寸大小，可采用简单的单排排样形式。图2-4 排样图有废料排样法有废料排样是冲裁件与冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间都有工艺余料(称为搭边)存在，冲裁件分离轮廓封闭，冲裁件质量好、模具寿命长，但材料利用率较低。(6)搭边 搭边的作用：补偿条料的剪裁误差、送料步距误差，补偿由于条料与导料板之间有间隙所造成的送料歪斜误差。若没有搭边则可能出现制件缺角、缺边或尺寸超差等废品。使凸、凹模刃口能沿封闭轮廓线冲裁，受力平衡，合理间隙不易破坏。模具寿命与制件断面质量都能提高。对于利用搭边拉条料的自动送料模具，搭边使条料有一定的刚度，以保证条料的连续送进。排样时，工件及工件与条料侧边之间的余料叫搭边，搭边的作用是补偿定位误差和保持条料有一定的刚度，以保证冲压件质量和送料方便。搭边太宽，浪费材料；搭边太窄会引起搭边断裂或翘曲，可能“啃刃”现象或冲裁时会被拉断，有时还会拉入模具间隙中、损坏模具刃口，从而影响模具寿命。搭边的合理数值就是保证冲裁件质量，保证模具较长寿命，保证自动送料时不被拉弯、拉断条件下允许的最小值。搭边的合理数值主要决定于板料厚度t、材料种类、冲裁件大小及冲裁件的轮廓形状等。一般来说，板料愈厚，材料硬度愈低，以及冲裁件尺寸愈大，形状愈复杂，则合理搭边数值也应愈大。搭边值的大小与下列因素有关： 材料的力学性能。硬材料可小些，软材料的搭边可要大些。 工件的形状与尺寸。尺寸大或有尖突的复杂的形状时，搭边要取得大值。 材料厚度。薄材料的搭边值应取的大一些。 送料方式及挡料方式。用手工送料、有侧压板导向的搭边值可以取小些。表2-4 板料冲裁时的合理搭边值板料厚度t手 送 料自动送料圆 形非圆形往复送料aa1aa1aa1aa111.51.521.5322.521221.52.523.52.532232.5232.543.53.533432.53.535443454354655456546576656865768776876879887注：非金属材料(皮革、纸板、石棉等)的搭边值应比金属大1.52倍。取沿边搭边值a=2.5mm，工件间搭边值=2mm。2.4.2 由95.65的毛坯拉成内径23.8，凸缘直径87的圆筒件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和不同比值的最大相对拉深高度来表示。在拉深宽凸缘件时要特别注意的是：在形成凸缘直径之后，在以后的拉深中，凸缘直径不再变化，因为凸缘尺寸的微小变化都会引起很大的变形力，而使底部危险断面处拉裂。这就要求正确计算拉深高度和严格控制凸模进入凹模的深度。又内径为25.8的圆筒件高度未定，可以先确定拉身圆角半径，然后求出由直径95.65的毛坯拉成内径为25.8的圆筒件高度，取圆角半径，则按照公式知：因此根据，圆筒形件的拉深变形程度一般用拉深系数表示。在设计冲压工艺过程与确定拉深工序的数目时，通常也是用拉深系数作为计算的依据。从广义上说，圆筒形件的拉深系数m是以每次拉深后的直径与拉深前的坯料(工序件)直径之比表示。零件的拉伸系数，表 2-5凸缘件的第一次拉伸系数凸缘相对直径坯料相对厚度（/D）1000.060.20.20.50.5111.51.51.11.11.31.31.51.51.81.82.02.02.22.22.52.52.82.83.00.590.550.520.480.450.420.380.350.330.570.540.510.480.450.420.380.350.320.550.530.500.470.440.420.380.340.320.530.510.490.460.430.410.380.340.320.500.490.470.450.420.400.370.330.31表2-6凸缘件第一次拉伸的最大相对高度h/d凸缘相对直径坯料相对厚度（/D）1000.060.20.20.50.5111.51.51.11.11.31.31.51.51.81.82.02.02.22.22.52.52.82.83.00.450.520.400.470.350.420.290.350.250.300.220.260.170.210.130.160.100.130.500.620.450.530.400.480.340.390.290.340.250.290.200.230.150.180.120.150.570.700.500.600.450.530.370.440.320.380.270.330.220.270.170.210.140.170.600.800.560.720.500.630.420.530.360.460.310.400.250.320.190.240.160.200.750.900.650.800.580.700.480.580.420.510.350.450.280.350.220.270.180.22根据表2-5和表2-6得，为了保证拉深工艺的顺利进行，就必须使拉深系数大于一定数值，这个一定的数值即为在一定条件下的极限拉深系数，用符号“m”表示。小于这个数值，就会使拉深件起皱、拉裂或严重变薄而超差。另外，在多次拉深过程中，由于材料的加工硬化，使得变形抗力不断增大，所以以后各次极限拉深系数必须逐次递增，即m1m2m3mn。说明该零件不能一次拉深出内径为25.8的凸缘，需多次拉深成形。宽凸缘件的拉伸原则是：假若按零件所给的拉伸系数m大于表2-5所给的第一次拉伸系数极限值，零件的相对高度h/d小于表2-6所给的数值，则零件可以一次拉成。反之，假若零件所给的拉深系数m小于表2-5所给的值或其相对高度h/d大于表2-6所给数值，则零件需要多次拉深。除第一次外，以后各次的拉深本质上与拉伸圆筒形件是一样的。多次拉深的方法是：按表2-5所给的第一次极限拉深系数或表2-6所给的相对拉深高度拉成凸缘直径等于零件所需要的尺寸（含修边余量）的中间过渡形状，以后各次拉深均保持凸缘件直径不变，逐步减小筒形部分直径，直到拉成零件为止。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材料多一些（按面积计算），但水泵叶轮相对厚度较大，可不考虑多拉材料。如果忽略材料壁厚变化，凸缘内部形状在拉深过程中应满足表面积不变条件。2）用逼近法确定第一次拉深直径计算见下表表2-7 逼近法计算第一次拉深直径相对凸缘直径假定值毛坯相对直径t/D100第一次拉深直径实际拉深系数极限拉深系数拉深系数差值1.32.090.700.49+0.211.52.090.610.47+0.131.82.090.510.45+0.062.02.090.450.42+0.032.22.090.410.40+0.012.52.090.360.37-0.012.82.090.320.34-0.023.02.090.300.32-0.02实际拉深系数应适当大于极限拉深系数，因此可以初步取第一次拉深直径为39.56（按材料中心计算）。表2-8 冲裁件的最小圆角半径工 序角度最小圆角半径Rmin黄铜、纯铜、铝低碳钢高碳钢落 料90 o90 o0.18t0.35t0.25t0.50t0.35t0.70t冲 孔90 o90 o0.20t0.40t0.30t0.60t0.45t0.90t取第一次拉深的圆角半径。则首次拉深高度：校核第一次拉深相对高度零件 ，。查表2-6可得，因此可以一次拉成。因此可以取第一次拉深直径为39.56cm（按料厚中心计算）。3）计算以后各次拉深的工序件尺寸由表2-7得=0.40.拉深系数坯料相对厚度（/D）1002.01.51.51.01.00.60.60.30.30.150.150.080.480.500.730.750.760.780.780.800.800.820.500.530.750.760.780.790.800.810.820.840.530.550.760.780.790.800.810.820.840.850.550.580.780.790.800.810.820.830.850.860.580.600.790.800.810.820.830.850.860.870.600.630.800.820.820.840.850.860.870.88 表2-9 圆筒形件带压边圈时的极限拉深系数由表2-9得以后各次的拉深系数为=0.75，=0.78。然后依次计算出各次拉深工序件的直径，即=D, = , =,直到d。即当计算所得直径小于或等于工件直径d时，计算的次数即为拉深次数。则 又，故第一道台阶可三次拉深完。确定各次拉深直径：在确定各次拉深直径时，应先调整以后各次的拉深系数，取，故以后各次拉深工序的直径为在确定某工序拉深高度之前，应确定它的底部的圆角半径（即拉深凸模的圆角半径）。拉深凸模的圆角半径通常根据拉深凹模的圆角半径来确定。以后各次拉深工序件的圆角半径取。拉深高度为：除了精确计算拉深件高度和严格控制凸模进入凹模的深度以外，为了保证以后各次拉深时凸缘不再收缩变形，通常是第一次拉成的筒形部分金属表面积比实际需要的多3%-5%，这部分多余的金属逐步分配到以后各次工序中去，最后这部分金属逐渐使筒口附近凸缘加厚，但这不会影响零件质量。2.4.3由内径25.8拉出内径13.5的阶梯总拉深系数。查表，筒形件第四次拉深的极限拉深系数，所以该阶梯不能一次拉出，需要多次拉深成形。由筒形件拉深的极限拉深系数又 由于，故需要经过三次拉深成形。计算所得的最后一次拉深直径必须等于零件直径d。如果计算所得的小于零件直径d，应调整各次拉深系数，使=d。调整时依照下列原则：变形程度逐次减小，即后继拉深系数逐次增大。则第四次拉深（第一次阶梯拉深）：第五次拉深（第二次阶梯拉深）： 第六次拉深（第三次阶梯拉深）：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，得。最后得到的拉深成形各工序尺寸如图所示。工序一，二，三由95.65的毛坯拉成内径23.8，凸缘直径87.03的圆筒件。又第一道工序为落料拉深，则落料的毛坯直径为95.65，然后拉深成凸缘直径为87.03的筒形件，该凸缘直径在后续成形的工程中保持不变。落料，拉深由一套模具完成。工序四、五、六为由内径23.8的筒形拉出内径11.5小台阶的阶梯拉深过程。工序六在成形结束后还带有切槽整形。图 2-5 水泵叶轮拉深工序图3.模具设计模具设计包括模具结构形式的选择与设计、模具结构参数计算、模具图绘制等内容。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、创造效益，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、制造精度及合格率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。冲压模具是冲压生产的主要工艺装备。冲压件的冲压质量、生产效率以及生产成本等，都有模具类型及其结构设计有直接关系。冲压生产对模具结构的基本要求是：在保证冲出合格冲件的前提下，不但应与生产批量相适应，而且还具有结构简单、操作方便、安全、使用寿命长、易于制造维修、成本低廉等特点。冲压模具的形式很多，根据工艺性质分类：（1）冲裁模（2）弯曲模（3）拉深模（4）成形模；根据工序组合程度分类：（1）单工序模（2）复合模（3）连续模3.1落料，拉深复合模3.1.1模具结构 图示的为弹性卸料装置的落料，拉深复合模典型结构。该结构采用正装式，拉深采用倒装式。推杆一般采用打杆的刚性推杆装置。该结构上模部分简单，其优点是留在落料凸模拉深件在弹性卸料板的作用下容易出件，给操作上带来了很大的方便，且可以提高生产率。条料送进时，由导料销导向，到达档料销时，上模下移冲第一个工件。模具工作的压边力由弹性卸料板提供，模具结构简单。工件制出后，上模上行，打杆和推块起作用，把工件从凸凹模中推出。模具结构如下图所示： 图 3-1 落料拉深模3.1.2工作部分有关计算 拉深力的确定：图3-2所示为试验测得一般情况下的拉深力随凸模行程变化的曲线。图3-2 拉深力变化曲线由于影响拉深力的因素比较复杂，按实际受力和变形情况来准确计算拉深力是比较困难的，所以，实际生产中通常是以危险断面的拉应力不超过其材料抗拉强度为依据，采用经验公式进行计算。对于圆筒形件：第一次拉深：以后各次拉深： 式中: 拉深件材料的抗拉强度，Mpa修正系数，与拉深系数有关。m越小，越大。 首次拉深时用计算，以后各次拉深时用计算。各次拉深工序件直径，t板料厚度，表3-1 系数值坯料相对厚度（/D）100拉伸系数0.450.480.500.520.550.600.650.700.750.805.02.01.20.80.50.20.10.951.10.851.01.10.750.901.01.10.650.800.901.01.10.600.750.800.901.01.10.500.600.680.750.820.901.10.430.500.560.600.670.750.900.350.420.470.500.550.600.750.280.350.370.400.450.500.600.200.250.300.330.