CAD技术在冲压焊接离心泵叶片模具设计中的应用.pdf

第 4 期 总第 1 6 1 期 2 0 1 0年 8月 机 械 工 程 与 自 动 化 MECHANI CAL ENGI NEERI NG AUT0MATI ON No 4 Aug 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 0 0 4 0 1 0 8 0 2 C AD技术在冲压焊接 离心泵叶片模具设计 中的应用 刘元 义 刘 永艳 山东 理工大学 机械工程学院 山东 淄博 2 5 5 0 4 9 摘要 模具设计正 由传统 的二维设计 向三维设计转 变 以冲压 焊接离心泵叶片为例 分 析 了其制造工 艺 并利 用 UG软件对堵塞流道型 叶片 的落料冲孔模具和成形模具进行 了设计 保证 了叶片的制造精度 提高 了泵的效 率 关键词 堵塞流道型叶片 模具 设计 C AD 中图分类号 TG3 8 5 2 TP 3 9 1 7 2 文献标识码 A 0 引 言 冲压焊 接离 心泵是 2 O世纪 8 O年代才 发展 起来 的 新 技术 它 采用 了不锈 钢 焊接 的叶轮 导 流筒 导 叶 等代 替 原来 的铸 造泵 具有 节能 节 材 减少 污染 和 降低工人劳动强度的特点 因此在石油化工 医药等 领 域 有着广 泛 的应 用 冲压焊接 离 心泵 中 的流体力 学 设计 主要也是对叶轮件 中叶片几何参数的设计 1 目 前 冲压 泵 中常用 的叶 片型式 有 圆柱 型 机 翼 型和堵 塞 流 道 型 经理论 和 实验验 证I 2 堵 塞 流道 型叶轮 能够 较 好地 限制 叶轮 出 口段 的扩散 得 到较 高 的效率 和扬 程 随着 C AD技 术 的发 展 冲 压模 具 的设 计 已逐 渐 地从 二 维设计 转 向三维 设计 本 文探讨 基 于 UG 的冲 压焊接离心泵叶片的冲压工艺 并分析落冲模和弯 曲 模的设计要点 1 堵 塞流 道型 叶片 的分 析 冲压泵 堵塞 流道 型 叶片采用 不 锈钢 板制作 利 用 UG 绘 出 的叶片 三维 图如 图 1 所 示 图 1 堵 塞 流 道 型 叶 片 该零件 结 构较复 杂 叶片较 薄 适 宜 冲裁加 工 冲 裁加 工 的基 本 工序 为 落料 冲孔 成形 要 求零件 的 尺寸公差为 I T8级 利用普通 的冲裁方式可达到要 求 叶 片 材 料 为 不 锈 钢 1 C r l 3 抗 剪 强 度 r为 3 2 0 MP a 3 8 0 MP a 抗 拉 强 度 为 4 0 0 MP a 4 7 0 MP a 板料厚 度 为1 mm 收稿 日期 2 0 0 9 1 2 1 5 修回 日期 2 0 1 0 0 3 一 l 7 作 者简介 刘元义 1 9 6 3 一 男 1 I J 东蒙阴人 教授 博士 2落料 冲孔模 具 的设计 2 1工艺分析 及排 样设 计 落料冲孔模具主要考虑排样设计 冲压力计算 刃 口尺寸计算及零件结构设计计算 该 冲压件的精度等 级为 8 级 不需要采用精冲等特殊的冲裁方式 生产 批 量为大 批量 不 考虑单 工序 模 因此采 用落 料冲孔 模 排样 采用直 排 法 2 2 冲裁 力与 冲床 吨位 冲裁 力 的计 算 将为 冲床 的选择 提供依 据 在计算 冲床 的 吨位 时 要 考虑 推件力 和卸 料力 采用普 通平 刃 口凸凹模 冲裁时 冲裁力 F 的计算公 式 为 Fi 中 KLt r 其中 K 为冲裁系数 L为冲件周长 t 为冲件厚度 从凹模中推出冲件和废料的力为推件力 F推 计算 公 式为 F推 一 n k1 F冲 其 中 为卡 在 凹模 中的 冲件 个 数 k 为推 件力 系数 取k 1 0 0 2 从凸模上卸下冲件的力为卸料力 F 卸 计算公式 为 F卸一 k z F冲 其 中 k 为卸 料力 系数 取k 一0 0 1 冲床总 冲裁 力为 F 一 F脚十 F牲 F酶 将 各参 数代 人可 计 算 出所 需 的总 冲裁力F总 一 1 6 6 3 6 0 5 N 因此选择 2 0 t 冲床 2 3 压 力 中心的确 定 模 具 的压力 中心 必须 通过 模柄 的轴 线与压 力机 滑 块 的中心线 重合 才 能保 证受 力均 衡 工作平 稳 冲 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 2 0 1 0年第 4期 刘元 义 等 C A D技 术在冲压焊接 离心泵叶片模具设计 中的应 用 1 O 9 裁件压力 中心的位置 Y 可 由平衡条件得到 i 1 一 一 I J J i i 1 r fl Y 厂 2 Y2 3 z 一 a 1 一 一一 j t I 1 其 中 一1 2 为各 组成 线段 的长度 mm Y 1 2 为各 组成 线段 压力 中心 的 z Y坐 标 mm 由于该 冲 压件是 圆形 故 压力 中心在 圆心上 还 可利用 Au t o C AD菜 单 的 工 具 一 查 询 一 面域 质量特 性 自动求得 压力 中心 Y l 3 2 4 凸 凹模 刃 口尺 寸及 建模 冲裁 间 隙是板 料 冲裁工 艺及 模具设 计 制造 中非 常 重要的工艺参数 冲裁问隙的合理设计关系到冲压制 件的断面质量和尺寸精度 为了保证 中间花键孔 3个 斜长 孔 和大 圆的位 置 采用 落冲模 具 且模 具采 用倒 装结 构 凸 凹模 工作 刃 口尺 寸 的计算 如下 1 冲孔 时 凸 凹模工作 刃 口尺 寸计算 公式 为 d p 一 一 2 d 一 Z 卜 一 十 Z 一 其 中 d为零件冲孔直径的公称尺寸 mm 为零件 公差 mm 为零 件磨 损 系数 分 别 为 凸 凹 模制造偏差 mm Z 为凸 凹模最小间隙 H i m 2 落料 时 凸 凹模工 作刃 口尺 寸计 算公 式 为 Dd 一 D 一 z Dp Dd Z 一 一 D 一Z m i 一 3 其 中 D 为落 料件 外径 公称 尺寸 N l m 利用 UG软件对凸模 凹模 凸凹模进行建模 如 图 2所示 a 凹模 b 凸凹模 c 凸模 l d 凸模2 图 2 凸模 凹模和凸凹模模型 2 5装 配要 点 在落冲模的装配过程中 3个凸模 1 和 1个凸模 2 的装 配是 其 中的关 键 要保 证准 确 的位置 在 凸模 1的 最顶端和凸模 固定板上都相应地线切割边 因此易保 证装 配 的精度 也 就保 证 了模 具 的精度 由于叶片的厚度为 1 mm 为了使 冲制出的工件 平整 因此在 结构 的设 计 中采用 弹 压卸料 装 置 模 具 装配 采用 凸模 和 凹模在 上 凸 凹模在 下 的倒装 结构 其 具体 装配 图如 图 3所示 a 上 模 b F 模 图 3落冲模装 配图 3弯 曲成 形模具 的 设计 3 1 弯 曲力 的计 算 弯 曲力 的计算 是选 择 压力 机 的关键 弯 曲力 P 的 计 算公 式为 p 一 O 2 5 b t B 1 0 00 0 其 中 B 为弯 曲线 长度 mm 代 人数 据计 算得 到P一 3 2 t 所 以选 择 的压力 机 为5 t 3 2 弹性 变形产 生的 原 因与预 防 弯 曲零件 在 生产 过 程 中 的主 要 问题 是 回 弹现 象 而 回弹产生的主要原因是在弹塑性弯曲阶段 由 于 弹性 变形 区材 料 的弹性 恢复 以及塑 性变 形 区材料 弹 性变形部分的弹性恢复 引起 了弹性变形 为了使弯 曲零件 达到所 需要 的形状 与尺 寸 在工 艺上 必须 针对 各 类弯 曲零件 的特 点 采取 有效 的措 施 来控 制 回弹量 由于弯 曲半 径 与板 料 厚度 的 比值 小 于 5 在 生 产 中考 虑角 度 的 回弹 角 度值依 据 经验 数据 可取 为 5 且 可 在模 具 的调试 中修 正 3 3 弯曲 凸模 凹模 的建模 工件弯曲时 要选择合理的间隙 凸模 凹模的 间隙过大 回弹值增大 工件的精度降低 间隙过小 则会降低模具的寿命 本文在设计时选择的单边间隙 为1 0 7 mm 为了保证叶片可以从成形模 中方便地取 出 增加 了打料装置 但要保证打料板的精度 防止 在 叶片 的成形 中出现 叶片 的变形 利 用 UG 软件 对成 形模 的下 模 上模 建模 为 了对 叶 片准 确定位 在下 模的打料杆位置增加一个高8 mm的花键 在上模上增 加个 盲孔 如 图 4 所 示 a 成形 凹模 b 成形 凸模 图 4成形模关键部 件三维建模 下 转第 1 1 2页 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 1 1 2 机 械 工 程 与自 动 化 2 0 1 0年第 4期 小 车 的 车 轮 在 垂 直 面 上 轴 线 偏 斜 角 在 一0 0 0 0 5 t a n a 0 0 0 2 5 应 控 制 准面 的平面度 不大 于1 mm 4 同一端梁 上 车轮 的 同位 差应 符合 2 个 车 轮时 不 得 大 于 2 mi l l 3个 或 3个 以 上 车 轮 时 不 得 大 于 3 mi D 在 同一平 衡 梁上不 得 大于1 mm 5 装 配好 的空 载小车 两 轨道顶 部形 成 的标准 平 面 的平 面 度不 大 于 2 3 A h 为 各 车轮 与 轨 道 接 触 点形 成的平 面度 6 起重机车轮支 承点高度应 不大于0 0 0 1 5 W 为大车基距 以端梁上翼缘板为检测基准时 基 表 3 小车轨道平面度取值表 图 3 小 车轨 道平面 度示意 图 w 和 中的较小值 m 0 5 l 1 1 5 1 5 2 2 2 5 2 5 3 3 3 5 3 5 4 h ram l 1 5 2 2 5 3 3 5 4 和 K 中的较小值 m 4 4 5 4 5 5 5 5 5 5 5 6 6 6 5 6 5 7 7 7 5 ram 4 5 5 5 5 6 6 5 7 7 5 6 成品堆放及检验控制 起重机加工制作过程 应对主要受力构件 桥架 构件成品件必须用油漆或产 品标识牌标识 出图 拼接 门架对角线 小车轨距及安装等按规定进行 自 号 数量 检 并填 写检验 记 录 并按 规定 报 当地质 量技术监督 局 大型构件存放时 下部应垫道木3 4支撑点 并 进行制造监督检查 对制造过程中涉及的安全性能项 保证支撑点的绝对平面度 支撑点位置必须适 当 以 目 如技术文件 原材料 配套件 外协件 主要受 防成品件放置时间过长发生的失效变形 力结构件质量及其质量控制等进行确认核实 大型构件不得相互倾轧 长柔杆件必要时应进行 制造单位取得 起重机制造监督检验证书 在产 临 时加 固 以防在 运输 或起 吊过 程 中产 生变形 与撞 击 品铭牌 上打 上监督 钢印标 志后 方 可进行 安装 M a nu f a c t ur i ng Te c h n0 l 0 g i e s 0 f Ge ne r a l Br i d g e Cr a ne LI N YU x i a I N m CA D C A E C A M 璧 荤 銎 量 嘲 蓑 现 计 中 的 应 用 也 越 璧 鋈 本 坌 墨 警 认 2 0 0 8 3 7 3 隈 4 8 4 9 6 1 44 IX 1 L J J J 一一与模 具 设计 利 用 具可 生 4 翟建军 板 与成形技术 M 北京 机械工 产 率 保证 叶片 的精 度 从 而保证 了 冲压泵 的高效 率 和 业出版社 20 0 8 S c h o o l o f Me c h a n i c a l En g i n e e r i n g S h a n d o n g Un i v e r s i t y o f Te c hn o l o g y Z i b o 2 5 5 0 4 9 Ch i n a Abs t r a c t Di e de s i g n i s c ha n gi ng f r o m t he t r a di t i ona l t wo di me ns i o na l de s i gn t o t he t hr e e d i men s i ona l de s i gn Ta k i n g t he s t a mpi ng a n d we l d i n g c e n t r i f u g a l p u mp s b l a d e s a s e x a mp l e t h e p a p e r a n a l y s e d t h e m a n u f a c t u r e p r o c e s s U G s o f t wa r e wa s u s e d t o d e s i g n b l a n k i n g a n d p u n c h i n g d i e a n d f o r mi