水泵叶轮冲压工艺与模具设计[3套模具]【含36张CAD图纸、文档所见所得】
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3套模具
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山东建筑大学毕业设计外文文献译文 -1-板材的的等径角挤压板材的的等径角挤压摘要摘要本文介绍的是不同宽厚比（W/T）的长矩形坯料的等径角挤压的问题。并对内部塑性变形区和进出口通道进行了应力分析，他们是有接触擦力和板材的几何形状确定的。同时，对及加工进行优化设计，制定了设计工具的工艺方案。可以看出，当板材的 W/T1 时，这为大规模冶金中处理庞大的平板状批料和技术商业化提供了重要的技术优点。关键词：关键词：等径角挤压;优化处理;板材;大规模商品化1、导言、导言材料结构在剧烈塑性变形（SPD)的影响下带来重要的科学和实际利益。这个方案的一个重要优点是可以用一个高效益的方法使大量的不同金属或合金坯料的晶粒结构细化到亚微米级。这种超细晶粒结构，通常在从几微米至 0.2 微米，同时具有高的强度和良好的延展性，因此广泛应用于结构材料。随着（SPD）商业化的应用，相关的成行技术也得到实质性进展，关键因素是变形方案和加工特点的优化。不论加工目的，材料性质，温度应变速率条件如何，SPD 具有大而统一的应变，简单剪切变形和低应力变形。在 SPD 的几个较著名已知的方法，等径角挤压（ECAE） ，是目前被认为最应用最多的。然而，等径角挤压的发展并不完善。尽管在这一领域应用广泛，但绝大多数的 以细长坯料的应用为主，如文献1。这些棒状坯料会限制材料，特点和等径角挤压的特点和进一步的加工。他们和少应用于半成品。目前也没有商业化的报道。相比之下，板材的等径角挤压出现在轧制后，第一次出现在文献 2 。再加上其他的技术优点，等径角挤压工艺有很大现实意义。目前细长坯料的等径角挤压已经有了很好的研究和开发，板材的等径角挤压的特点还不清楚，在仅有的几个相关出版物 3-5 也没有论述 。本文板材的等径角挤压为例，讲述一下板材的等径角挤压的一些重要细节。 2 、机加工我们可以认为矩形坯的等径角挤压就是（图一）厚度 T，宽度 W 和长度L 的坯料通过角度为 90 度的通道。在图一中，坯料的初末位置（1，2）分别用点画线和实线表示。由于坯料宽度不变，坯料作为一个刚体移动时，图 6 表明，应力应变状态山东建筑大学毕业设计外文文献译文 -2-和塑变区的范围取决于进口通道 1 和出口通道 2 所施加的边界条件。因此，应对相应的条件加以分析。2.12.1 进气通道进气通道等径角挤压开始时，将坯料润滑并放置在模具入口。实际摩擦力取决于工件和刀具之间的接触面积和正压力。假设管道内的应力类似于线形塑性压缩，正压力 n (p Y )其中，P 是轴向压力，Y 是材料的流动应力，如果 p Y，正压力 n 0 ，对于 L/T 1 的长坯料来说，塑性接触主要由有横向屈曲形成。这种不规则的原始接触仅提供很小的摩擦力。如果 p 2Y，正压力 n Y ，塑性区接触面积大约等于坯料和管道的接触面积。在这种情况下，沿管道轴向相同润滑下将会产生一个大的摩擦力和一个明显的压力差P。因此原始压力 pe = p1 + p 是通道入口的轴向压力。实验表明，P这一增量总是与管道长度成正比。假设有效的变形摩擦力均匀分布，P 可有此公式计算fp1 （1）F 是坯料和管道的接触面积。在某一特定条件下,已知，图 2 矩形通道的四个摩擦面上的原始压力的最大增量为： mYmnpp)/)(1)(12(1 （2） 参数 n=L/T , m=W/T,限定了坯料的长度和宽度。特殊情况下，m=1 对应于正常情况下的长棒状坯料，m1 指的是板状坯料，m1 指的是条状坯料。公式（1） （2）表明，原始压力ep由于 m、n 决定 即使在校摩擦力状态，原始压应力可能比材料的流动应力明显大。图一、长方形坯料的等径角挤压山东建筑大学毕业设计外文文献译文 -3- 降低摩擦力，增加刀具使用寿命和冲压稳定性的有效方法是通过移动管道面(图 7)一种可能的方法（图 2b，详见图 7）是用固定模具和随坯料 1 运动的矩形槽滑杆 2 形成进口管道。这样，就消除了三个管道面上的摩擦，原始压力的最大增量为 )(1(1YnYp （3） 另一种情况（图 2）进口通道有两个滑杆 2，3 组成。因此模具的前后面固定。相应增量为 )(12(1YnYp (4)对比公式(2)-(4)可得出结论：在所有情况下，原始压力都随长厚比的增加而增大。为了有效加工，长厚比应足够大。但实际长厚比一般取为 48。图 2c 的p/Y 几乎是图 2 的两倍对于固定通道（图 2a）原始压力也取决于宽厚比 m。但是这个比率不影响原始压力在滑动渠道这两种情况下的大小。图 3 示 摩擦在进口的分布范围：（一）工作面不动；（b）三面活动的工作面；（c）二面活动的工作面.以 m 为变量，n=6 时，计算结果三种状态已给出：1.长坯料 2 .板形 3 .条形. 很图 宽厚比 m 在压力沿进气道增长的影响（L / T = 6,1T/ Y= 0.15）：（1）工作面不动；（）三面活动的工作面；（）二面活动的工作面。山东建筑大学毕业设计外文文献译文 -4-显然，长形坯料特别是条形坯料在固定通道下会增大p/Y。在这些情况中，只有在大压力下的移动渠道模具才能对大坯料和硬质合金坯料进行等径角挤压。然而，对于板材来说，两滑动面对原始压力的减小作用甚小。因此，大多数大板材可以在固定进口渠道和常压下使用简单模具。2-2 出道口 图固定的出口控制（a）和出口控制同活动的下板（b）。与进口渠道相反，出口渠道的润滑是个难题。由于方向改变巨大，即使是用最好的润滑剂，也会出现底部压力过大，产生沿底部接触面BO1出现滑移，还会出现摩擦 。这话导致挤压力太大，坯料表面质量差，模具磨损加剧。在底部渠道里用一个滑杆就可以解决这个问题（图 4b） 。这样材料和模具间的弹性摩擦被滑杆 和导轨之间的摩擦所代替。在挤压过程中，滑杆 处于自由状态，为克服滑杆和导轨之间的摩擦力，须沿坯料接触表面BO1产生一剪切力2。2fbo1=wtp1 指的是接触面BO1的面积， 是摩擦因数。通常情况下，滑杆速度接近挤压速度。由于摩擦并不稳定，可以观擦到滑杆运动中的一些偏差。如果2大于滑杆与毛坯的弹性摩擦力，则流动类似于固定模具。在出口渠道的相应的边界条件不能提供高效加工所需要的塑性区和简单的剪切变形。因此，应该非常小。山东建筑大学毕业设计外文文献译文 -5-2-3 塑性变形区内外渠道为塑性区限定了摩擦的边界条件1和2（图 5 为12时滑移情况） 图不同通道摩擦状态下的滑移线。假设材料处于理想塑性状态。滑移线 PEDO 中心区，混合边界 CDE 和不变区1OCA，阴影区的中心角: 21121,可由此公式算出.,2)/(11kA,2)/(22kA3YK 是指材料的流动剪切应力。图 6 考虑了1、2在特殊情况下的解决方法。现在我们做一下总结，概括一下等径角挤压工艺的优化方案。首先，注意到固定的出口渠道总是出现的润滑问题。在,2K01的极限条件下，经滑移线分析，进口处全部压力3 . 2/Yp.这将会使坯料和渠道全部接触，在1/TL的狭长渠道和有限摩擦力10 的实际情况下会产生大的挤压力ep。实际上，一、已出版的资料显示：挤压了可高达 7 （图 9）山东建筑大学毕业设计外文文献译文 -6-由于大多数材料处于低加工温度下都不允许如此大的压力。因此，尽管简便出口固定渠道在工业应用中也不实用。 出口渠道底面有一适当滑移面，摩擦力2和摩擦系数都较小。在这种情况下图 5 的滑移区域可被看作当1=2=0 和塑性区是单滑移线oo1时， “零方案”的小变动。然后用滑移线波动省略中间结果 ，精确到第二位 ，可得到公式2Y，kY)(1在进口 内部 总压力为 Yp1)2211 (321Y与 Ep 一致.如果挤压里增量p变化不明显。在摩擦力下，坯料和进口渠道1和能足以形成接触面的.出口渠道移动，进口渠道可以是固定的（图 2a） ，也可以是有两个滑移面（2c）如前所述，简单固定渠道对于长厚比4TL的板材比较有效，然而对于长坯料和带状坯料，则适合用滑动轨道。因此仅有第一种情况要进一步考虑多段加工。3-13-1 基本路线基本路线为了集聚大的剪切应变，控制变形，需要要在每段之后绕坯料的 x、y、z 对称轴反复旋转进行等径角挤压。对于板材来说，旋转的基本系统或路线可为:A-无旋转 B-坯料图. 6. material 变形在等径角挤压通过山东建筑大学毕业设计外文文献译文 -7-绕 Z 轴旋转.90 C-坯料绕 Z 轴旋转 D-坯料旋转90与轴旋转 中，长宽相等的方坯料最受欢迎，因为不论怎样旋转它们都可在一相同模具中加工。无数可能的旋转组合产生不同结构，组织。尽管这个基本路线最简便，但其它路线可能在一些特例中更有利。其中一些方法在后面将被提到。3-23-2 材料的变形材料的变形由于两渠道中接触摩擦力较小，塑性区的中心角小。在这种情况下，通过塑性区的材料拉力重要包括边界 DO 和 AFO 的两个简单剪切力。这种集中剪切大致与z的沿0时相对应的“0 方案”的滑移线OO1单面剪切相平衡。图 6 显示了在剪切力作用下，正方形 abcd。沿OO1转变成平行四边形1111dcba可以看出，随着剪切力变成流动方向，通过把进口渠道原始位置 abcd 旋转90到出口到内部1111dcba位置。就可达到相同的变形。这种流动方法有益于计算多段等倾角变形。因为对于板材来说，所有变形都发生在坯料的平面上。通过保留出口道内部材料的位置和在不同路线段应用连续剪切力。可以简化这个过程。因为短暂作用不影响元素变形，可以认为11da由于i作用在坯料平行面上，底部被修整，顶部11cb逐渐过渡。最后的位移是所有先前剪切作用的总和。图 7、8 显示了基本路线中的四段的相应位移和相对于原坐标 x、y、z 整个材料的变形。在长坯料中,A,C 平板流动和变形相同。类似地，C 和 D 分别在每 2 和 4 到次程序后提供材料恢复所需的循环载荷。路线 A 可观察到随长度增加 Y 向倾角增大，最大变形量的变化情况。路线 B 的变形量比的小2倍，在无数段后它们都位于偏离 Y45方向。图 7. 组织的移动路线 A (a), B (b), C (c), 和 D (d).山东建筑大学毕业设计外文文献译文 -8-图. 8. 在四途径经由路线 A, B, C 和 D. 之后，工件的变形。3-33-3 剪切带剪切带 机加工考虑的因素是简单剪切变形模式和每段中剪切带角度。剪切带在多端等倾角变形中起重要作用。在第一段，使用小角度，晶核强烈组织了沿OO1方向长度变形。在以下的工序中。剪切带内部的微观流动取代了连续的塑性流动，它们朝同一剪切方向OO1。尽管 SPD 晶粒细化机制还不是很清楚，仍有无数试验可以断定了对于不同材料和加工条件（温度、应变率）在等径角挤压过程中，剪切带占据新角度晶界的最大部分。是晶粒细化到亚微米和纳米尺寸的其他方法包括剪切带的交汇以及剪切带与晶界所组成的材料的旋转。因此重新细化的强度和细化为结构形态取决于加工剪切带的进展。和材料的大晶界角。在每个工序中，微观剪切带随相应的宏观 增加。在随后的工序中，剪切带依然是稳定形状，他虽材料一块流动，随坐标改变方向。任何工序中剪切带位置由下一个工序的变形决定。例如板材为旋转的第 N 和 N+1 个工序，剪切带的变形由第 N+1 剪切引起但是板材旋转90时，N+1 不影响 N 的剪切带，因而，在板材的多段加工中，有两个与 x、y 向变形相对应的两个独立系统。图 10 显示经过四个路线后，剪切带的位置 1、2、3、4 分别与剪切带的一、二、三、四段对应。对于 A、C 剪切带的方向与长坯料中类似。7。A、B 中，剪切带逐渐旋转到积压方向。随着段增加，剪切带愈加难以辨认。通过旋转细分，内截面结构将很薄而且很长。山东建筑大学毕业设计外文文献译文 -9-对于来说，在各个阶段中，剪切带与剪切面一致。可以预计在这种情况下，多种循环会使变形恢复及等量变形旋转。但是微观结构比 A、B 粗糙。类似的，在经过第四道 D 时，材料便行为 0，剪切带与剪切面及循环载荷旋转一致 B 和 D 提供了两相互交汇的剪切带。有助于三维立体结构的发展。然而，对于 B 路线来说，两个多雨的剪切带可得到更精细的结构。应当指出板材经过 B 和 D 的等径角挤压，剪切带方向不同，可能细化效果比不上相同路径的长坯料的等径角挤压。这个分析不能应用于大接触摩擦或者带有宽塑性带0的远角渠道。在这些情况下，沿圆弧滑移线的简单剪切应力起重要作用，剪切带沿 x、y方向，如图 6 示。这是在有高效润滑剂典型坯料固定出口道的等径角挤压加工过程。3-43-4 其它加工路线其它加工路线 基本路线包括仅绕 z 轴旋转。这些路线不提供近直角剪切带的三维系统。它对于细长轴结构发展是必需的。在这些情况下，坯料的上下表面不变，多段加工积累非均匀应变和残余应力。同样，特殊表面缺陷也可能在坯料表面上出现。通过使用一种增加 x、y 轴旋转的复杂路线即可消除这些缺点。像 E 这样的路线包括 8 段。前 4 段是像路线 D 一样，绕Z 轴旋转90到与下一步同向。在这个阶段，拌料没有变形，有两个剪切带和大晶界交汇区。接着坯料绕 y 或 x 轴旋转180，这样改变了剪切带的方向。也将坯料上下边面交换。后 4 步经过 D 恢复变形。在第一个剪切带方向产生两个新的交汇区。因此 E 路线产生四个交汇区，为结构重新细化及性能同化提供了理想路线。图. 11. 冲床印记在坯料顶端表面路线 D ( a)和 F ( b)另一种加工路线 F，消除了坯料上表面如冲床痕迹等个别不规则结构。这些痕迹是由于流动方向大角度形成的痕迹。多段加工通过 D 和 B，交汇成奇异的 A 区，此处塑性流动转换成三个方向，导致强度减弱和微裂纹。路线 F 包括第二次绕 Z 轴旋转90，每段之后转换山东建筑大学毕业设计外文文献译文 -10-方向。这样在坯料反面产生印记，不相交，因而变形和剪切带方向仍然与普通路线 D 类似。 在特殊情况下，也可使用其它路线。特别是，可以明显看出，B 的两种改动路线与 E、F相似。4、技术应用、技术应用任何技术发展的最终目标都是实际应用。等径角挤压的商业化。在7,14,15中已经讨论了，的主要特点是对简单几何形状坯料的成型。这种方法适于半成品的加工。这种半成品可在竞争成本下简单转化成成品。从上述中可看出，等径角挤压可能应用于大规模冶金中。然而长坯料的等径角挤压仍存在一些问题有效加工长坯料需要一个复杂工具将一个移动墙转化成两个。非常长的 的坯料比相同截面的普通挤压坯料长度要大的多。在这种情况下，选择设备的标准是挤压力，而不是承载能力。这样对于特长坯件，就需要用大挤压力和昂贵的工具。同样也难以消除各段中及将长坯料转化成成品中出现的坯料修剪，改造及预热等操作。板材的等径角挤压解决了其中的大部分问题，对于相同长度和 L/T 的坯料，板材的重量同压力的长坯料重 4-8 倍。这些参数与挤压的特性相符，它提供了 。载荷的优化应用。这显著降低了压力和工具尺寸的要求，在现有设备基础上为 大规模冶金坯料的成型提供了条件，另外，可以使用带有一个滑动面出口渠道的工具。5、结论、结论 接触摩擦力是等径角挤压加工中的关键因素。对于矩形坯料这取决于钢坯的比例。即使材料较软，用好的润滑剂，即压力也不允许太高。对于 L/T4 的进口渠道，适当的挤压力（Y1 的坯料来说这种影响不显著，可以应山东建筑大学毕业设计外文文献译文 -11-用简单固定进口渠道。板材的基本加工路线会导致像长方坯料的材料变形。然而，伴有空间塑性流动的路线不如长坯料效果好。其它的加工路线，类似可在特殊情况下应用。参考文献参考文献1 V.M. Segal, Sc.D. Thesis, Physical-Technical Institute, Minsk, 1974.2 V.M. Segal, U.S. Patent No. 5,850,755 (1998).3 M. Kamachi, M. Furukawa, Z. Horita, T.G. Langdon, Mater. Sci. Eng. A361 (2003) 258.4 S. Ferrasse, V.M. Segal, S.R. Kalidindi, F. Alford, Mater. Sci. Eng., A 368 (2004) 28.5 S. Ferrasse, V.M. Segal, F. Alford, Mater. Sci. Eng., A 372 (2004) 235.6 V.M. Segal, Mater. Sci. Eng., A 345 (2003) 36.7 V.M. Segal, Mater. Sci. Eng., A 386 (2004) 269.8 R. Hill, The Mathematical Theory of Plasticity, Oxford, 1950.9 A. Mishra, V. Richard, F. Gregori, R.J. Asaro, M.A. Meyers, Mater. Sci. Eng., A 410411 (2005) 290.10 A.J.M. Spencer, J. Mech. Phys. Solids 9 (1961) 279.12 V.M. Segal, in: S.L. Semiatin (Ed.), ASM Handbook, Metalworking: Bulk Forming, 14A, ASM, 2006, p. 528.13 A.P. Zhilyaev, K. Oh-ishi, G.I. Raab, T.R. McNalley, Mater. Sci. Forum 503504 (2006) 65.14 T.C. Lowe, Y.T. Zhu, in: M. Zehetbauer, R.Z. Valiev (Eds.), Nanomaterials by Severe Plastic Deformation, NANOSPD2, Vienna, Wiley, 2004.15 L. Oleinik, A. Rosochowski, Bull. Pol. Acad. Sci., Tech. Sci. 53 (2005) 413.16 S. Ferrasse, V. Segal, F. Alford, S. Strothers, J. Kardokus, S. Grabmeier, J. Evans, in: B.S. Altan (Ed.), Severe Plastic Deformation:Toward Bulk Production of Nanostructured Materials, Nova, New York, 2006.17 H.J. Cui, R.E. Goforth, K.T. Hartwig, JOM-e 50 (1998) 1.山东建筑大学毕业设计（论文）任务书山东建筑大学毕业设计（论文）任务书班 级金职 04.1学生姓名刘永芳指导教师任国成设计（论文）题目水泵叶轮冲压工艺与模具设计设计（论文）原始参数叶轮零件，材料 08AlZF，板厚 2mm，大批量生产设计（论文）工作内容叶轮用于微型汽车上发动机冷却系统的离心式水泵内，工件时在工作时以 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。本课题要求对微型汽车水泵叶轮冲压工艺的成形过程进行研究，分析其工艺性，进行工艺计算确定模具总体方案，制定成形工艺的工艺流程。该课题的主要研究内容如下：根据给定的零件图进行工艺分析并确定工艺实现方案，确定模具结构并画出模具装配图与主要零件图。设计（论文）工作基本要求1.文献综述要查阅一定的资料，反映出该研究方向发展的前沿并能提出研究的内容，该部分不少于 3000 字。2.熟悉工艺实现路径，能够根据具体的零件图进行工艺分析及模具设计。3.具有较好的绘图能力，能够正确的绘制模具总装图以及零件图。4.毕业设计说明书要简洁并能概括设计的主要工作流程。5.设计说明书不少于 20000 字，文字通畅。12 周查阅资料，完成开题报告及文献综述34 周毕业设计实习56 周查阅相关毕业设计相关资料，进行设计前的准备工作78 周进行相关计算，设计第一套模具910 周进行相关计算，设计第一套模具1112 周设计第二套模具1314 周设计第三套模具。1516 周整理相关资料，进行毕业设计说明书的编写17 周准备答辩主要参考资料及文献1 中国机械工程协会，中国模具设计大典编委会中国模具设计大典江西科学技术出版社，20031597，7728542 郑晨升，贺炜CAXA 电子图版实用绘图及二次开发西安电子科技大学出版社，20013 王芳.冷冲压模具设计指导M.北京：机械工业出版社，1998：15-20.4 郑家贤.冲压工艺与模具设计实用技术M.北京：机械工业出版社,2006：35-41.5 薛啟翔.冷冲压实用技术等M.北京：机械工业出版社,2006：10-18.6 GB/T1182-1996,GB/T1183-1996,GB/T1184-1996.形状和位置公差（代号及其标注、术语及定义、未注公差的规定）S：19-20.7 GB/T2851-1990，GB/T2861-1990.冷冲模S：30-32.8 田嘉生,马正颜.冲模设计基础M.北京：航空工业出版社，1994：.9 黄健求.模具制造M.北京：机械工业出版社，2001：45-50.10王孝培.冲压手册M.北京：机械工业出版社，1990：119-120.教务处制指导教师（签字）： 教研室主任（签字）：院系主任（签字）：厂标记产品名称文件代号车间冷挤工艺卡片压零件名称水泵叶轮冲压工艺与模具设计共 页剪后毛坯名称牌号08AlZF每条件数每张件数材料形状尺寸消耗定额零件送来部门每条工料零件送往部门装配工段工种冲钳总计每产品零件数工时设备模具工具量具工序工序说明加工草图型号名称名称图号名称编号每小时生产量单件定额（分）工人数量备注落料、拉深复合落料与拉伸复合J23-25SBYL0801-00落料、拉深复合模修边冲孔修边与冲中心孔J23-40SBYL0802-00修边冲孔模切槽切出七个叶片J23-40SBYL0803-00切槽模翻边将叶片翻成竖直 J23-40SBYL0804-00翻边模更改标记处数文件号签字日期设计：刘永芳校对：审核：批准：山东建筑大学毕业设计开题报告班级：金职 041 姓名：刘永芳 指导教师：任国成论文题目水泵叶轮冲压工艺与模具设计一、选题背景和意义：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。本课题为水泵叶轮冲压模设计。叶轮材料为 Al 脱氧镇静钢冷轧板，既能满足刚度和强度的要求又能使重量得到减轻。利用 CAD 软件进行冲压模具设计,设计全部模具零件,完成装配;并利用冲压 CAE 软件对整个冲压过程进行模拟分析,从而优化与确定最佳工艺参数。二、课题关键问题及难点：本课题的关键及难点：凸缘拉深后，叶轮叶片翻边区展开面积的计算，及展开图的绘制。因为叶轮成形 “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，为简化计算采用近似按弯曲变形来确定展开尺寸 。在设计时，按异径相贯处理，进行计算及展开图绘制 。三、调研报告（或文献综述）：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 1500-3000r/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。本次设计中叶轮材料为 Al 脱氧镇静钢冷轧板。该材料按拉深质量分为三级：ZP（用于拉深最复杂零件） ，HF（用于拉深很复杂零件）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。1.本课题及相关领域的国内外现状及发展模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业，工业发达国家称之为“工业之母” 。模具成型具有效率高，质量好，节省原材料，降低产品成本等优点。采用模具制造产品零件已成为当今工业的重要工艺手段。模具在机械，电子，轻工，纺织，航空，航天等工业领域里，已成为使用最广泛的工业化生产的主要工艺装备，它承担了这些工业领域中 60%-80%产品零件，组件和部件的加工生产。 “模具就是产品质量” ， “模具就是经济效益”的观念已被越来越多的人所认识和接受。在中国，人们已经认识到模具在制造业中的重要基础地位，认识更新换代的速度，新产品的开发能力，进而决定企业的应变能力和市场竞争能力。目前，模具设计与制造水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志之一。2.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： 提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平； 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. 大力发展快速制造成形和快速制造模具技术； 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； 提高模具标准化水平和模具标准件的使用率； 发展优质模具材料和先进的表面处理技术； 逐步推广高速铣削在模具加工的应用； 进一步研究开发模具的抛光技术和设备； 研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程； 开发新的成形工艺和模具。四、方案论证：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地冲裁。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，因为浅拉深件若采用落料、拉深复合模具结构，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，生产率最高，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。因此设计时采用方案四。五、进度安排：1-2 周 查阅资料，完成开题报告及文献综述3-4 周 毕业实习5-6 周 查阅相关毕业设计相关资料，进行设计前的准备工作 7-8 周 进行相关计算，设计第一套模 9-10 周进行相关计算，设计第一套模 11-12 周 设计第二套模 13-14 周 设计第三套模 15-16 周 整理相关资料，进行毕业设计说明书的编写 17 周 准备答辩六、指导教师意见： 签字： 年 月 日七、教研室（或开题审查小组）意见： 签字： 年 月 日山东建筑大学毕业设计说明书I目目 录录摘摘 要要.IIIABSTRACT.IV第一章第一章 前前 言言.11.1 选题背景 .11.2 课题相关调研.11.2.1 本课题及相关领域的国内外现状及发展 .11.2.2 模具技术的发展现状 .2第二章第二章 工艺分析计算工艺分析计算.32.1 零件及其冲压工艺性分析 .32.2 确定工艺方案.42.3 主要工艺参数计算 .72.3.1 落料尺寸.72.3.2 拉深道次及各道次尺寸 .9第三章第三章 模具设计模具设计.143.1 落料、拉深复合模.143.1.1 模具结构 .143.1.2 模具工件部分尺寸及公差计算.153.2 修边冲孔模 .173.2.1 模具结构 .183.2.2 模具工件部分尺寸及公差计算.183.3 切槽模.213.3.1 模具结构 .213.3.2 模具工件部分尺寸及公差计算.22山东建筑大学毕业设计说明书II3.4 翻边模.233.4.1 模具结构 .233.4.2 模具工件部分尺寸及公差计算.24第四章 结 论.27参考文献参考文献.28谢谢 辞辞.29山东建筑大学毕业设计说明书1摘摘 要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 山东建筑大学毕业设计说明书2The Pressing Process Analysis and Die Design of Pump ImpellerABSTRACTThe 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;本科毕业设计说明书题 目： 水泵叶轮冲压工艺与模具设计院 （部）： 材料科学与工程学院专 业： 材料成型及控制工程班 级： 金职 041姓 名： 刘永芳学 号： 2004105214指导教师： 任国成完成日期： 2008 年 6 月 14 日山东建筑大学毕业设计说明书I目目 录录摘摘 要要.IIIABSTRACT.IV第一章第一章 前前 言言.11.1 选题背景 .11.2 课题相关调研.11.2.1 本课题及相关领域的国内外现状及发展 .11.2.2 模具技术的发展现状 .2第二章第二章 工艺分析计算工艺分析计算.32.1 零件及其冲压工艺性分析 .32.2 确定工艺方案.42.3 主要工艺参数计算 .72.3.1 落料尺寸.72.3.2 拉深道次及各道次尺寸 .9第三章第三章 模具设计模具设计.143.1 落料、拉深复合模.143.1.1 模具结构 .143.1.2 模具工件部分尺寸及公差计算.153.2 修边冲孔模 .173.2.1 模具结构 .183.2.2 模具工件部分尺寸及公差计算.183.3 切槽模.213.3.1 模具结构 .213.3.2 模具工件部分尺寸及公差计算.22山东建筑大学毕业设计说明书II3.4 翻边模.233.4.1 模具结构 .233.4.2 模具工件部分尺寸及公差计算.24第四章 结 论.27参考文献参考文献.28谢谢 辞辞.29山东建筑大学毕业设计说明书III摘摘 要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 山东建筑大学毕业设计说明书IVThe Pressing Process Analysis and Die Design of Pump ImpellerABSTRACTThe 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;山东建筑大学毕业设计说明书1第一章第一章 前前 言言1.11.1 选题背景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。1.21.2 课题相关调研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 1500-3000r/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。1.2.11.2.1 本课题及相关领域的国内外现状及发展本课题及相关领域的国内外现状及发展模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业，工业发达国家称之为“工业之母” 。模具成型具有效率高，质量好，节省原材料，降低产品成本等优点。采用模具制造产品零件已成为当今工业的重要工艺手段。模具在机械，电子，轻工，纺织，航空，航天等工业领域里，已成为使用最广泛的工业化生产的主要工艺装备，它承担了这些山东建筑大学毕业设计说明书2工业领域中 60%-80%产品零件，组件和部件的加工生产。 “模具就是产品质量” ， “模具就是经济效益”的观念已被越来越多的人所认识和接受。在中国，人们已经认识到模具在制造业中的重要基础地位，认识更新换代的速度，新产品的开发能力，进而决定企业的应变能力和市场竞争能力。目前，模具设计与制造水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志之一。1.2.21.2.2 模具技术的发展现状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： 提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平； 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. 大力发展快速制造成形和快速制造模具技术； 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； 提高模具标准化水平和模具标准件的使用率； 发展优质模具材料和先进的表面处理技术； 逐步推广高速铣削在模具加工的应用； 进一步研究开发模具的抛光技术和设备； 研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程； 开发新的成形工艺和模具。山东建筑大学毕业设计说明书3第二章第二章 工艺分析计算工艺分析计算2.12.1 零件及其冲压工艺性分析零件及其冲压工艺性分析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 1500-3000r/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。叶轮材料为钢 08Al。该材料按拉深质量分为三级：ZP（用于拉深最复杂零件） ，HF（用于拉深很复杂零件）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。表 2-1列出 08AlZF 的力学性能。MPas/10()bS/)/(MPab不小于260300200440.66为减轻震动，减小噪声，叶轮零件的加工精度有一定的要求。除了 7 个叶轮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表 2-1 08AlZF 的力学性能山东建筑大学毕业设计说明书4径1 . 008 .23和01 . 07 .11以及高度尺寸12. 005 . 4的要求，实际生产中采用了冲压成形后再切削加工的办法（需进行切削加工的表面标有粗糙度，图 2-1） 。冲压成形后要留有足够的机加余量，因此孔1 . 008 .23和01 . 07 .11的冲压尺寸取为5 .23和5 .11。直径5 .15为一般要求的自由尺寸，冲压成形的直径精度的偏差大于拉深直径的极限偏差。但高度尺寸26. 05 .22精度高于附表中的尺寸偏差，需由整形保证。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5 . 6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（0.51） ，加上对叶片底面有跳动度的要求，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中径外径dD5 .132 .614.531.4，并且叶片展开后凸缘将更宽，所以属于宽凸缘拉深。另外，零件拉深度大（如最小价梯直径的相对高度h/d=20.5/13.5=1.52，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“竖直”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5 . 6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。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。由于是多工序、多套模具成形，还要特别注意各工序间的定位。2.22.2 确定工艺方案确定工艺方案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率效率，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、调试山东建筑大学毕业设计说明书5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；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地冲裁。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：方案二：1)落料与第一次拉复合；2)后续拉深；3)整形；4)切槽、修边、冲孔复合；5)翻边。方案三：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：方案四：山东建筑大学毕业设计说明书61)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：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，因为浅拉深件若采用落料、拉深复合模具结构，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，生产率最高，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。山东建筑大学毕业设计说明书72.32.3 主要工艺参数计算主要工艺参数计算2.3.12.3.1 落料尺寸落料尺寸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。150?12.3三 三 三 三 三 三 三 三三 三 三 三 三 三 三 三 三15.1图 2-2 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 2-2 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。经计算，叶片展开后，凸缘尺寸为 76（单位 mm， ） 。98. 25 .25/76dd凸，由文献【10】表 4-5 的公式，可取修边余量为 2.2。因此凸缘直径为： 76+2.2=80.4取凸缘尺寸 80，于是得到叶轮拉深成形尺寸，如图 2-3 所示。山东建筑大学毕业设计说明书88025.513.520.5R 2R 1 .5R 2R 2三 三 三 三 三 三 三 三4.5图 2-3 叶轮拉深成形尺寸根据叶轮拉深成形尺寸，要以算出零件总体表面积 A 约为 58902mm。按照一般拉深过程表面积不变的假设，可得到落料直径D=6 .8614. 3/58904/4A因圆角半径较小，近似由公式计算落料直径：)(4221123hdhddD （公式 2-1）代入1h=16，2h=4.5，5131d，5 .252d，803d得88.87D。最后取落料直径 D=87.落料尺寸确定后，需要确定排样方案。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。2.52292冲裁搭边值，由文献【10】表 2-12 的公式：取沿边搭边值 a=2.5mm，工件间搭边值=2mm。1a图 2-4 排样图山东建筑大学毕业设计说明书92.3.22.3.2 拉深道次及各道次尺寸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 12-12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5 .23、凸缘直径80） ，然后，若将由内径5 .23的筒形部分逐次拉成内径5 .11的阶梯，视为拉深成内径为5 .11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5 .11）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。1、由87毛坯拉成内径5 .23、凸缘直径87的圆形件： 判断能否一次拉成。带凸缘筒形件第一拉深的许可变形程度可用对应于1dd凸和100Dt不同比值的最大相对拉深高度11dh来表示。根据图 2-3，对叶轮零件，14. 35 .25801dd凸，29. 2100 Dt。由文献【10】表 4-20 查得22. 018. 011dh。内径5 .23的圆筒件高度未定。可以先确定拉深圆角半径，然后求出直径87的毛坯拉成内径为5 .23的圆筒件高度，最后利用11dh判断能否一次拉出。取圆角半径mmRr211。按公式可求出拉深高度2 .13225 .2514. 02243. 080875 .2525. 0)(14. 0)(43. 0)(25. 022222121111221RrdRrdDdh凸因22. 052. 05 .252 .13dh，所以一次拉不出来。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，首先拉深时，拉入凹模的材料应比零件最后拉深部分所需要材料多一些（按面积计算） ，但叶轮相对厚度较大，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应满足表面积不变条件。 用逼近法确定第一次拉深直径计算见表 2-2：表 2-2 毛坯拉深直径山东建筑大学毕业设计说明书10相对凸缘直径假定1/ddN凸毛坯相对厚度100Dt第一次拉深直径Ndd/1凸实际拉深系数Ddm/11极限拉深系数1m拉深系数差值11mmm1.22.29672 . 1801d0.770.49+0.281.42.29574 . 1801d0.660.47+0.191.62.29506 . 1801d0.570.45+0.122.02.29400 .2801d0.460.42+0.042.22.29362 . 2801d0.410.40+0.012.42.29336 . 2801d0.380.37+0.012.82.29298 . 2801d0.330.330.0实际拉深系数应该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36mm（按料厚中心计算） 。 计算第二次拉深直径第二次拉深的极限拉深系数75. 073. 02m。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71. 02m， 56.2571. 036212mdd。为了便于后续拉深成形，第二拉深直径可取为 25.5mm，此时的拉深系数为：71. 036/5 .25122ddm一、二次拉深的圆角半径mmR91凹，mmR42凹。凸R可取与凹模圆角半径相等或略小的值凹凸RR) 16 . 0 (所以可以取mmR61凸，mmR42凸。考虑到叶轮最终成形后圆角半径较小，实际取mmRR621凸凸。 计算第一、二次拉深高度根据公式，第一次拉深高度：山东建筑大学毕业设计说明书111 .14773614. 07743. 080873625. 0)(14. 0)(43. 0)(25. 0222221211112211RrdRrdDdh凸 第二次拉深高度：7 .15555 .2514. 05543. 080875 .2525. 0)(14. 0)(43. 0)(25. 0222222222222222RrdRrdDdh凸 校核第一次拉深相对高度零件39. 036/1 .1411dh，2 . 236801dd凸，29. 2100 Dt， 45. 035. 011dh，考虑到材料塑性好，故可以拉成。2、由内径5 .23拉出内径5 .11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5 .11）的成形。由内径5 .23拉出内径5 .11的阶梯，总拉深系数53. 05 .25/5 .13m。查由文献【10】表 4-15，筒形件第三次拉深的极限拉深系数53. 078. 076. 03m，所以该阶梯部分不能一次拉成，需多次拉深成形。筒形件拉深的极限拉深系数80. 078. 04m，82. 080. 05m。实际拉深系数在各次拉深中应均匀分配。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76. 03m、79. 04m，87. 05m。各次拉深直径分别为第三次拉深(第一次阶梯拉深)：5 .195 .2533 md(内径5 .17)第四次拉深(第二次阶梯拉深)：5 .155 .1944 md(内径5 .13)第五次拉深(第三次阶梯拉深)：5 .135 .1555 md(内径5 .11)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深的高度：7 .163h，4 .194h，5 .205h。最后结果如图 2-5 所示：山东建筑大学毕业设计说明书1215.7R 4R 423.580b.三 三 三 三 三16.7R 1R 117.523.580c.三 三 三 三 三R 1R 1d.三 三 三 三 三 + 三 三19.4R 1R 1R 0.5R 111.523.58014.12R 6R 68034a.三 三 三 三工序一、二由87毛坯拉成内径5 .23，凸缘直径80的圆筒件。第一道工序为落料、拉深，落料直径mmD870，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。工序二为宽凸缘筒形件的二次拉深。工序三、四、五为由内径5 .23的筒形拉出内径5 .11小台阶的阶梯拉深过程。工序五在拉深成形结束后还带有整形，主要目的是将凸缘整平，同时减小圆角半径，以达到零件图要求。经验证，上述工艺方案是完全可行的。山东建筑大学毕业设计说明书133、落料、拉深冲压力落料力的计算按下式kNDtF17024028714. 33 . 13 . 1落一般可取b8 . 0。拉深力计算，由31KtdFb拉公式：代入数据，最后得kNF7 .5375. 030023814. 3拉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。选用落料、拉深复合结构(见图 12-4)，可计算出最大冲压力为推顶落FFFFmax经计算，kNFFFF190max推顶落所以选择吨位为 250kN 的压力机，即 J23-25。山东建筑大学毕业设计说明书14第三章第三章 模具设计模具设计如前所述，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。3.3.1 1 落料、拉深复合模落料、拉深复合模3.1.13.1.1 模具结构模具结构模具结构如图 3-3 所示。落料拉深复合模：该结构落料采用正装式，拉深采用倒装式。模座下的缓冲器兼作压边与顶件装置。推件一般采用打杆的刚性推件装置。该结构上模部分简单，其缺点是拉深件留在刚性卸料板内，不易出件，带来操作上的不便，并影响生产率。适用于拉深深度较大、材料较厚的情况。考虑到叶轮零件相对厚度较厚，因此采用这种模具结构。条料送进时，冲首件时以目测定位，待冲第二个工件时，则用挡料销定位。模具工作时，用模具下面的弹性装置提供压边力，模具结构简单。压边力是通过顶杆传到压边圈上进行压边的。拉深行程最后，推件块和凸模靠拢对工件施压，使工件底部平整。工件制出后，上模上行，打杆和推件块起作用，把工件从凸凹模中推出。图 3-1 所示的为落料、拉深复合模结构山东建筑大学毕业设计说明书151-内六角螺钉 2-顶杆 3-内六角螺钉 4-下模座 5-挡料销 6-内六角螺钉 7-支架 8-压边圈 9-凹模 10-上模座 11-导套 12-凸模固定13-圆柱销 14-凸凹模 15-内六角螺钉 16-模柄 17-螺母 18-打杆19-推件块 20-凸模 21-内六角螺钉 22-圆柱销 23-导柱3.1.23.1.2 模具工件部分尺寸及公差计算模具工件部分尺寸及公差计算落料、拉深复合模落料凸模和凹模为圆形，所以可以采用单独加工。落料毛坯直径可取未注公差尺寸的极限偏差，故取落料件的尺寸及公差为：087. 087按公式35.000035. 00057.86)87. 05 . 087()(凹凹xDD式中 x=0.5，查文献【10】4-48 表，035. 0凹查文献【10】4-46002. 0002. 00min32.86)123. 0287. 05 . 087()2(凸凸CxDD式中123. 0minC，查文献【10】4-46，同时有18. 0maxC，02. 0凸，查文献【10】4-48 表：114. 0246. 036. 022055. 002. 0035. 0minmaxCC凸凹凹模轮廓尺寸的确定：凹模轮廓尺寸包括凹模板的平面尺寸 BL 及厚度尺寸 H.据公式L=l+2c B=b+2c （公式 3-1）其中 c=（35-45）故 mmclL)32.17732.156()4535(232.862mmclB)32.17732.156()4535(232.862mmFKKH5 .471901 . 037. 13 . 11 . 03321凹模结构如图：山东建筑大学毕业设计说明书162 -104-M 122 990 .386 .3860?1.60.80.8三 三 三 三47.5图 3-2 落料凹模模架的选择：（160160）上模座：16016045下模座：16016055导柱：28200导套：2811043模柄：4060模具闭合高度mh为：mmhm218凸凹模伸入凹模长度凹模高凹凸模高上模板厚下模板厚查所选设备 J23-25 的参数，最大闭合高度为 250mm，最小闭合高度为 180mm。封闭高度应该满足105minmaxHhHm （公式 3-2）所以该封闭高度是适合的。拉深模设计：首次拉深件按未注公差尺寸的极限偏差考虑，并标注内形尺寸。故拉深件的尺寸公差为62. 0034由公式：11. 0011. 00005.39)4 . 2262. 04 . 034()24 . 0(凹凹cdD式中c 取为mmtc4 . 222 . 12 . 1；凹取为mm11. 0凹；山东建筑大学毕业设计说明书17007. 0062. 0025.34)62. 04 . 034()4 . 0(凸凸dd图取为mm07. 0凸。3.23.2 修边冲孔模修边冲孔模模具结构如图 3-3 所示。修边由件修边凹模完成，而冲孔由冲孔凸模和冲孔凹模完成。冲裁完成后，工件卡在冲孔凹模内，由模柄内的打杆、推件板、推杆以及推件块共同退出工件。3.2.13.2.1 模具结构模具结构图 3-3 修边冲孔模1-下模座 2-冲孔凹模 3-修边凹模 4-凸模固定板 5-垫板 6-上模座 7-圆柱销 8-模柄 9-六角螺母 10-打杆 11-打件板 12-内六角螺钉13-推杆 14-导套 15-冲孔凸模 16-推件块 17-导柱 18-修边凸模19-圆柱销 20-内六角螺钉如果将工件颠倒放置，冲孔凸模从筒形件外进入，由冲孔凹模的壁厚将很薄，强度不够，因此冲孔凸模只能从筒形内部进入。但这样凸模长度增加，因此应注意凸模刚性。山东建筑大学毕业设计说明书183.2.23.2.2 模具工件部分尺寸及公差计算模具工件部分尺寸及公差计算该步工序的毛坯为上一工序的零件，间隙 x=0.5246. 0minZ360. 0maxZ制造公差 020. 0凸020. 0凹065. 0冲孔凸模0020. 00020. 0053. 6)065. 05 . 05 . 6()(pxddp冲孔凹模：02000020000mind78. 6)246. 0065. 05 . 05 . 6()2(d。，Cxdd凹模轮廓尺寸的确定：凹模轮廓尺寸包括凹模板的平面尺寸 BL 及厚度尺寸 H.据公式L=l+2c B=b+2c 其中 c=（4.27-5.70）故 mmclL)18.1832.15()70. 527. 4(278. 62 Bmmcl)18.1832.15()70. 527. 4(278. 62mmKbH85. 278. 642. 0式中 C=(1.5-2)= （4.27-5.70）冲裁力：KNLtFb280205)450330(27614. 33 . 13 . 1修边凹模轮廓尺寸的确定：据公式L=l+2c B=b+2c 其中 c=（38-48） 故 mmclL)172148()4838(2762 Bmmcl)172148()4838(2762 mmFKKH5 .471901 . 037. 13 . 11 . 03321山东建筑大学毕业设计说明书19修边凹模如图 7 610 01602-124 -M 1 24 5?20 ?图 3-4 修边凹模模架的选择：（160160）上模座：16016045下模座：16016055导柱：28200导套：2811043冲裁力：KNLtFb280205)450330(27614. 33 . 13 . 1故 压力机选用 J23-40模柄：5070模具闭合高度mh为mh=45+8+20+55+18+40+55=241 mm。查所选设备的参数，最大闭合高度为 300mm，最小闭合高度为 220mm。封闭高度应该满足105minmaxHhHm所以该封闭高度是适合的。山东建筑大学毕业设计说明书203.33.3 切槽模切槽模模具结构如图 3-5 所示。切槽由 7 个切槽凸模和凹模共同完成。为便于模具制造，切槽凸模端部与凸模固定板采用铆接。切槽后工件在聚胺脂橡胶的作用下由卸料板退出凸模。另外，由于槽与上一道修边外形有相对位置关系，因此冲裁时工件定位要可靠。可利用修边外形定位，这样操作较为方便。3.3.1 模具结构模具结构图 3-5 切槽模1-圆柱销 2-凹模 3-定位块 4-凸模 5-凸模固定板 6-上模座7-内六角螺钉 8-圆柱销 9-模柄 10-垫板 11-内六角螺钉 12-导套 13-橡胶 14-卸料板 15-导柱 16-内六角螺钉 17-下模座3.3.23.3.2 模具工件部分尺寸及公差计算模具工件部分尺寸及公差计算该步工序的毛坯为上一工序的零件。山东建筑大学毕业设计说明书214-13 . 5110R1. 5R1 .52 3. 5+0 .0 2501?3 01600 . 80. 80. 8A0 . 15 A5 50. 45762- 1 2三 三 1 9. 5 三 1 3311 . 5凹模轮廓尺寸的确定：凹模轮廓尺寸包括凹模板的平面尺寸 BL 及厚度尺寸 H.据公式L=l+2c B=b+2c 其中 c=（38-48） 故 mmclL)172148()4838(2762 Bmmcl)172148()4838(2762 mmFKKH5 .471901 . 037. 13
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