微型汽车水泵叶轮冲压工艺分析与冷冲模设计

1、XXXX大学毕业论文（设计）姓 名 xxxx学号 xxxxxx院 系 xxxxxxx 专 业 机械设计制造及其自动化指导教师 xxxx职 称 xxxxx中国·合肥二o一五年六 月目 录摘 要31.绪 论4课题前沿41.2 模具发展及其作用42.工艺分析计算5零件及其冲压工艺性分析52.材料分析52.1.2 结构分析62.2工艺方案的确定6 零件工艺计算72.计算毛坯尺寸7.2压边圈使用的判断82.零件拉深8.4 排样计算123.模具设计133.1 落料、拉深复合模13压力机的选择133.1.2 模具工作部分尺寸的确定14模具确定153.1.4 模具结构图163.2拉深复合173.2.

2、1压力机的选择173.2.2 模具工作部分尺寸的确定17模具确定183.2.4 模具结构图183.3修边冲孔模193.3.1压力机的选择193.3.2 模具工件部分尺寸的确定203.3.3模具确定213.3.4 模具结构图213.4切槽模223.4.1压力机的选择223.4.2 模具工件部分尺寸的确定233.4.3模具确定233.4.4 模具结构图243.5翻边模253.5.1压力机的选择263.5.2 模具工件部分尺寸的确定263.5.3模具的确定263.5.4 模具结构图27结 论28致 谢28参考文献29微型汽车水泵叶轮冲压工艺分析与冷冲模设计作者：xxx 指导老师：xxxxxxx大学工

3、学院 11机制（x）班 合肥230036下载须知：本文档是独立自主完成的毕业设计，只可用于学习交流，不可用于商业活动。另外，有需要电子档的学可以加我2353118036，我保留着毕设的全套资料，旨在互相帮助，共同进步，建设社会主义和谐社会。摘要：微型汽车水泵叶轮是微型汽车水泵构成的重要零部件，其作用是实现了微型汽车冷却系统的冷却循环作用。本篇论文根据微型汽车水泵叶轮的零件图分析其结构特点，计算其尺寸参数，从而进行制造加工。考虑水泵叶轮零件结构较为复杂、生产批量较大，决定使用模具冲压成形加工方法。本文结合大学所学的机械制图、机械制造工艺、公差测量、冲压模具等知识设计模具。本文首先通过进行工艺分析

4、、确定工艺方案、计算工艺尺寸，最后设计模具，包括模具零件设计、装配设计以及模具图的绘制。本篇论文所涉及的模具包括落料拉深复合模、修边冲孔复合模、翻边模、切槽模。本篇论文细致而全面的分析了一个零件从工艺分析到生产加工的过程与方法。关键词： 水泵叶轮；工艺分析；模具1. 绪论1.1 课题前沿随着时代和经济的快速发展，汽车成为这个时代最受欢迎的产品。发动机作为汽车的心脏，不断地被研究和发明。汽车发动机包括很多很多系统与部件，水泵即是汽车发动机冷却系统的重要组成部分。水泵其结构包括水泵壳体、皮带轮、轴承、水封装置和水泵叶轮等零件。发动机在工作时由皮带轮带着水泵叶轮转动，叶轮由均匀分布的“竖片”通过旋转

5、将冷却液带动旋转，从而在冷却液在离心力的作用下从水管流出，叶轮则在中心出现压力降，从而使水箱中的冷却液又经水管被吸入叶轮中，从而实现冷却液的循环，即冷却循环系统。水泵的优劣直接关系到汽车发电机的性能。不断优化水泵结构和水力参数可以提升发动机工作效率和能力。叶轮作为水泵核心零件，其结构和水利参数直接影响水泵性能。我们须通过不断地优化水泵叶轮从而得到结构合理、实力参数好的水泵。模具发展及其作用模具早在二百多万年前就进入人类生活。在时间的推移下，模具不断的被人类改革和优化。现在，模具已在工业发展中占有极其重要的地位，它标志着一个国家工业水平的发达程度。模具已被应用于各个行业领域，包括汽车、船舶、电子

6、、航天航空等等。模具也因为人类需求被不断的开发和分类，包括冲压模、锻模、塑料模、压铸模以及一些特殊模具等等。在如今工业盛世下，模具拥有非常广阔的发展前景。随着时代和技术的发展，未来的模具将向着数字化、信息化、高精度、巨型化和自动化方向发展。利用模具加工制造出来的产品高精度、高复杂性和高效率等特点。利用模具可以进行同种零件的大批量生产，缩短了时间周期，提升了生产效率以及减少了材料的浪费。2. 工艺分析与计算2.1. 零件工艺分析图2-1工件为图2-1所示的微型汽车水泵叶轮零件，材料08AlZF，大批量生产。叶轮选用厚度为2mm的钢板。对其进行工艺性分析：2.材料分析零件材料08AlZF为优质碳素

7、结构钢，属于深冲级。08AlZF具有良好的力学性能，塑性性能好，屈服强度较小，表面质量较高，其拉深成形能力较好。力学性能如表2-1：表2-12.1.2 结构分析根据图2-1：首先，根据零件分析需要有冲孔，落料以及拉深工序。其次，叶轮零件外圈有7个直立的叶片，其形状和大小相同、分布均匀，因此需要有修边,翻边,切槽工序mm，所以还需要进行整形。2.2工艺方案的确定零件包括落料、冲孔、拉深、切槽、修边、翻边和整形工序，可以有以下五种工艺方案：方案一：落料拉深、整形修边切槽冲孔翻边。方案二：落料、拉深拉深、整形修边、切槽、冲孔翻边。方案三：落料、拉深拉深、整形切槽、冲孔修边翻边。方案四：落料、拉深拉深

8、、整形切槽修边、冲孔翻边。方案五：落料、拉深拉深、整形修边、冲孔切槽翻边。方案一模具结构简单，但需要多道工序模具，生产效率较低。方案二将修边、切槽、冲孔三道工序复合，模具结构复杂，制造安装难度大。方案三和方案四和方案五主要区别在于修边、冲孔、切槽三道工序的不同复合。切槽、冲孔复合不利于模具设计。故采用修边、冲孔复合。方案四与方案五区别在于先切槽后修边、冲孔与先修边、冲孔后切槽。先切槽不利于修边模具的设计，故先修边后切槽。综合所述，选择方案五。2.3. 零件工艺计算2.3.1.计算毛坯尺寸a.确定凸缘尺寸由于叶轮零件有翻边，所以需先将叶轮零件展开。由于弯曲曲率半径较大，可将曲线近似直线展开，计算

9、可得d凸=76mm。确定修边余量：由文献1表7-5取=2.2。因此：实际凸缘尺寸d凸=76+2*80mmb.确定毛坯尺寸根据上述计算可确定叶轮拉深尺寸如图2-2.图2-2由文献2表4-7确定计算公式D= .其中h1=16， h2=4.5, d1=13.5, d2=25.8, d3=80. 得D87.2.压边圈使用判断板料相对厚度(td)×100=(2/87)×100=2.292.0.参考文献1表7-1，零件拉深不采用压边圈。2.3.3 零件拉深 观察零件可知：叶轮零件为带凸缘的阶梯型拉深件，因此需要进行多次拉深。根据叶轮零件形状，可先拉深成直径，然后再拉深成直径13.5的阶

10、梯。在拉深直径方法计算。2.3.3.1、拉深成直径 a判断能否一次拉深参考文献2 可知 利用h1/d1来表示首次拉深可变形的最大拉深高度当d凸/d1 =80/25.8=3.1， (t/D)×100=(2/87)×根据文献2表 由于不知道拉深高度，所以可以先通过拉深半径然后在算出拉深高度。参考文献3 P146叶轮零件拉深凸缘圆筒底部拉深圆角半径rt，其中t为板料厚度，当r=R=2mm求出拉深高度： h=即 hd=13.225.8=0.510.22 因此零件不能一次拉深出来。 查文献2表4-21确定第一次拉深系数为=0.40. 则 =× 查文献2表4-15 确定第二次

11、拉深系数为=0.730.75. 取=0.73.则 = D =×34.8=25.4mm25.8mm取第二次拉深直径为25.8mm，则第二次拉深系数为： =25.834.8=0.74 由上述计算可知需要拉深2次。 由 D-=87-34.8=52.2mm =34.8-25.8=9mm查文献2表4-43可得出：=9mm ， =4mm 。由 =（0.61），可取=6mm ， =4mm 。 计算第一次拉深高度：= = 14.4mm 计算第二次拉深高度：=2.3.3.2、拉深出直径13.5 假设能一次拉出，则拉深系数 m=13.525.8=0.52 。有文献2表4-15可查出第三次拉深系数=0.7

12、60.78. 因而可知m.即假设不成立。故不能一次拉出。根据文献2表4-15 查出各拉深系数分别=0.760.78 ，=0.780.80 ，=0.800.82 。可求出每次拉深后直径分别为：=××mm=××=××15.3=12.6mm13.5mm 。故需要三次拉深。综合考虑零件经过多次拉深，多次变形，所以将第五次拉深系数调整增加第五次拉深系数值。故各级拉深系数分别为：=0.76 ，=0.79 ，=0.87 。即各工序拉深直径为：=××=××=15.5mm=×=0.87×=13

13、.5mm第三次拉深高度： = = 16.7mm 第四次拉深高度： = = 19.7mm 第五次拉深高度即为零件需求高度，所以 =20.5mm 。2.3、确定拉深工艺过程零件的拉深过程如图2-3所示：图2-3第1工序为落料拉深，将直径为87mm的毛坯拉成凸缘直径80mm孔径34.8mm的凸缘件。第2工序为二次拉深，将直径25.8mm。第3至第五工序为多次拉深，将直径直径13.5mm的阶梯圆筒形件。拉深过程中将拉深圆角半径修整减小以至达到标准。2.排样计算零件毛坯为圆形件，零件排样相对简单，因而零件可以采用单直排排样方式。参考文献2表2-11查得工件间搭边值为。若模具采用无测压冲裁的方式，则条料间

14、零件的步距为89mm，查参考文献2表2-13和表2-15可知：c=0.5mm，=0.8mm。则条料宽度为：=mm采用长宽厚 1000mm×1500×2mm的钢板规格，则 ： 裁成宽92.5mm，长1000mm的条料，则每个条料可以裁出零件数为：=16×11=176 裁成宽92.5mm，长1500mm的条料，则每个条料可以裁出零件数为：=10×16=160比较上述两种方法，可采用第一种冲裁方法。零件的排样图如图2-4所示。3. 模具设计叶轮零件最终形成是通过模具来实现的，模具的尺寸、结构等将直接影响叶轮零件是否合格，因此模具的设计至关重要。叶轮零件从毛坯至

15、成形需要通过各类模具加工，包括落料拉深复合模、切槽模、修边冲孔模、翻边模。此节根据第二章的内容设计各类模具，包括其结构、尺寸参数以及图形。落料拉深复合模落料拉深复合模是叶轮零件生产制造的第一道工序，它将叶轮毛坯件加工成带凸缘的阶梯形圆筒件，便于后续拉深、冲孔、翻边等工序的进行。3. 计算零件落料力和零件拉深力以及零件压边力。 a落料力：=K×240××87×2170KN根据表2-1，取=240MPab拉深力：=××2×300×参考表2-1，选用=300MPa，参考文献3表5-23，选用K=0.75.c压边力：=P=

16、d. 最大冲压力：参考文献2 P33190KN综合上述计算可知：，故按照落料力的大小选择压力机型号，即J23-25.3.1.2模具工作部分尺寸的确定 参考文献4表7-19得：所以，零件的每次拉深间隙分别为：。凸模、凹模的尺寸与公差根据图2-3，第一次拉深内径为32.8mm取公差等级IT14，参考文献2表2-34，制造公差=0.620mm，即拉深尺寸为。参考文献2表4-47，拉深凸凹模尺寸计算公式为：凹模：=凸模：=式中：c=1.2t=2.4mm 参考文献2表4-48，=0.11mm ，故：=c.落料凸模、凹模的尺寸与公差根据文献3表3-7可知，刃口间隙参考文献3表3-18可知，凸模和凹模的零件

17、制造公差分别为：根据上述可得，故选用凸模与凹模相结合的加工。凹模尺寸： =参考文献3表3-19，取 ，对于叶轮零件没有标注的公差尺寸可按照IT14的公差等级标注，即查文献2表2-34，对于直径87的毛坯可取=0.870mm，故毛坯落料尺寸为：凹模尺寸=（=凸模尺寸：=参考文献2表2-2，查初始双面间隙z=2c：=2=0.246mm =2故：=0.123mm =0.180mm，=mm参考文献6公式5-4知：取C=3545.故 凹模宽度：=86.32+2×凹模长度： L=凹模厚度： H= 其中取，F=190KN3.根据上述计算，参考文献5选取模具如下：模架：160×160凹模周

18、界：160mm闭合高度：210250mm上模座：160mm×160mm×45mm下模座：160mm×160mm×55mm导柱：28mm×200mm导套：28mm×110mm×43mm模柄：40mm×60mm模具闭合高度：218mm根据压力机J23-25知：由于-5+10故模具的闭合高度满足。3.叶轮零件落料、拉深复合模如图3-1。其结构包括落料凸模、落料凹模、拉深凹模、拉深凸模、导柱、打杆、上模座、下模座、导套、模柄、挡料销等零件。1内六角螺钉6挡料销11导套16螺母2顶杆7支架12上模座17模柄3内六角螺钉8压边

19、圈13圆柱销18固定板4下模座9凹模14凸凹模19推件块5六角螺钉10卸料板15内六角螺钉20凸模3.2 拉深模叶轮零件在经过落料拉深后初步形成带凸缘的圆筒形件，须后续进行拉深，从而形成带凸缘的阶梯形圆筒形件。叶轮零件在此部分需要进过四次拉深，拉深过程同时将叶轮零件进行整形。此部分以第二次拉深为例。3.2.1 压力机的选择计算零件的拉深力P和压边力Q，参考文献4表4-40和表4-46.知：拉深力： P= ，其中： =参考文献4表4-42得：=0.90，根据表2-1，知=330-450MPa。××2×（330-450）×65.62KN。压边力： Q=q 参

20、考文献4表4-47，q=3MPa根据上述计算得： Q=×选择压力机型号J23-25.凸、凹模尺寸的确定：参考文献4表7-19得：1.1t=2.2m 所以，零件的每次拉深间隙分别为：。参考文献2表4-47，拉深凸凹模尺寸计算公式为：凹模：=凸模：=式中：c=1.2t=2.4mm 参考文献2表4-48，=0.11mm ，故：=.3模具的确定根据上述计算，参考文献5选取模具如下：模架：160×160凹模周界：160mm闭合高度：210250mm上模座：160mm×160mm×45mm下模座：160mm×160mm×55mm导柱：28mm&#

21、215;200mm导套：28mm×110mm×43mm模柄：40mm×60mm模具闭合高度：218mm根据压力机J23-25知：由于-5+10故模具的闭合高度满足。.4模具结构图叶轮零件修边、冲孔复合模如图3-2。其结构包括拉深凸模、拉深凹模、导柱、打杆、上模座、下模座、导套、模柄、推件块等零件。1下模座4凸模7上模座10内六角螺钉2顶杆5凹模8推件块12导套3压边圈6固定板9模柄13导柱3.3修边、冲孔复合模修边、冲孔复合模是将前道工序加工零件进行修边和冲孔的模具。修边凹模和修边凸模完成叶轮零件的修边工序，冲孔凸模和冲孔凹模完成叶轮零件6.5mm的冲孔工序。3.

22、3.1压力机选择冲压力计算修边力： 其中L=×76mm，根据表2-1知： =330450MPa，故：××76×2×（330450）=205280KN冲孔力： 其中L=×6.5mm，故：×××2×（330450）=1824KN卸料力： = 参考文献3表3-17=0.04，故：×冲孔卸料力：=×（1824）=720960N由：232316KN，故： 压力机选J23-40。3.3.2模具工作部分尺寸确定 a冲孔凸模、凹模的尺寸及公差冲孔凸模尺寸：=冲孔凹模尺寸：=参考文献2表2-2

23、，查初始双面间隙z=2c：=2=0.246mm =2根据文献3表3-18，可知：参考文献3表3-13，查得：根据文献3表3-7冲裁间隙可知，所以可以采用凸模和凹模相结合的加工方式。参考文献3表3-19，取 x=0.5，故：=（=mm= =mm参考文献6公式5-4知：选用mm.可知 凹模零件的宽度：=6.78+2×凹模零件的长度： L= 凹模厚度： H= 其中取K=0.42，b=× b修边凹模的尺寸确定参考文献6公式5-4知：取C=3848mm，故凹模宽度：76+2×（3848）=148172mm凹模长度：L=76+2×（3848）=148172mm凹模厚

24、度： H= 其中取，F=190KN××3.3.3模具的确定 根据上述数据计算结果，参考文献5选取模具如下：模架：160×160凹模周界：160mm闭合高度：210250mm上模座：160mm×160mm×45mm下模座：160mm×160mm×55mm导柱：28mm×200mm导套：28mm×110mm×43mm模柄：50mm×70mm模具闭合高度：241mm根据压力机J23-40知：由于-5+10故模具的闭合高度满足。3.3.4模具结构图叶轮零件修边、冲孔复合模如图3-5。其结构包括

25、修边凸模、修边凹模、冲孔凹模、冲孔凸模、导柱、打杆、上模座、下模座、导套、模柄、推件块等零件。图3-31下模座6上模座11打件板16推件块2冲孔凹模7圆柱销12内六角螺钉17导柱3修边凹模8模柄13推杆18修边凸模4凸模固定板9六角螺母14导套19圆柱销5垫板10打杆15冲孔凸模20内六角螺钉3.4切槽模叶轮零件有7个分布均匀的翻边后形成的“竖片”，因此需要对毛坯件进行切槽。切槽模的作用是对零件进行切槽工作，它包括七个大小相同分布均匀的切槽凸凹模。3.4.1压力机的选择冲压力计算冲裁力： 其中L=×76mm，根据表2-1知： =330450MPa，故：××76&#

26、215;2×（330450）=205280KN压边力： 0.5）×（205280）140KN顶出力：0.2）×（205280）56KN卸料力：0.15）×（205280）42KN故：选用压力机型号为 J23-40。3.4.2模具工作部分尺寸的确定参考文献6公式5-4知：选用C=3848mm，故凹模零件的宽度：76+2×（3848）=148172mm凹模零件的长度：L=76+2×（3848）=148172mm凹模厚度： H= 其中取，F=190KN××3.4.3模具的确定根据上述数据计算结果，参考文献5选取模具如下：

27、模架：160×160凹模周界：160mm闭合高度：210250mm上模座：160mm×160mm×45mm下模座：160mm×160mm×55mm导柱：28mm×200mm导套：28mm×110mm×43mm模柄：50mm×70mm模具闭合高度：241mm根据压力机J23-40知：由于-5+10故模具的闭合高度满足。3.4.4模具结构图叶轮零件切槽模如图3-6所示。切槽模结构包括切槽凸模、切槽凹模、定位块、上模座、下模座、模柄、导套、卸料板、圆柱销等零件。1圆柱销6上模座11内六角螺钉16内六角螺钉2凹模

28、7内六角螺钉12导套17下模座3定位块8圆柱销13橡胶184凸模 9模柄14卸料版195凸模固定板10垫板15导柱203.5 翻边模叶轮零件有7个大小相同分布均匀的“竖片”，因此需要进行翻边。翻边模在零件经过切槽模切槽后将工件固定在模具上，然后将零件叶片翻折形成“竖片”。3.5.1 压力机的选择翻边力：参考文献4表5-22，外缘翻边的翻边力：Fk，根据表2-1：=330450MPa，取=450MPa 。L为弯曲线长度，L×（61.2-23.8）=18.7mmm。故F××2×450×0.25=5259N弯曲力：根据表2-1：=330450MPa，

29、取=330MPa b为弯曲件的宽度，根据图2-1，取b=15.1mm r为凸模圆角半径，取r=1mm×冲裁力： 其中L=×76mm，根据表2-1知： =330450MPa，故：故××76×2×（330450）=205280KN综合上述计算，故选取压力机型号为J23-40。3.5.2模具工作部分尺寸确定 a凹模板尺寸的计算参考文献6公式5-4知：取C=mm，故凹模板宽度：+2×（）=mm凹模板长度：L=+2×（）=mm凹模板厚度：H=Kb，其中取K=0.42.则：× b凹模尺寸的计算参考文献6公式5-4知：

30、选用C=3848mm，故凹模零件的宽度：76+2×（3848）=148172mm凹模零件的长度：L=76+2×（3848）=148172mm凹模厚度： H= 其中取，F=190KN××3.5.3模具的确定 根据上述数据计算结果，参考文献5选取模具如下：模架：160×160凹模周界：160mm闭合高度：210250mm上模座：160mm×160mm×45mm下模座：160mm×160mm×55mm导柱：28mm×200mm导套：28mm×110mm×43mm模柄：50mm

31、15;70mm模具闭合高度：242mm根据压力机J23-40知：由于-5+10故模具的闭合高度满足。3.5.4模具结构图叶轮零件翻边模如图3-？。其结构包括翻边凸模、翻边凹模、垫板、导柱、打杆、上模座、下模座、导套、模柄、推件块等零件。1内六角螺母6凹模11模柄16顶尖块2橡胶7导柱12内六角螺钉17垫板3打杆8导套13凸模固定板18卸料螺钉 4圆柱销 9上模座14凸模20内六角螺钉 5凹模垫块10圆柱销15定位块21下模座结 论经过几个月的设计研究，设计工作已完成。本篇论文研究的是微型汽车冷却系统中的水泵叶轮的加工成型。本篇论文通过对水泵叶轮的零件分析，确定工艺加工方案，最后设计模具尺寸参数

32、，制作模具零件、装配图。本次毕业设计，将大学里所学书本上的知识运用到实际设计过程中，巩固了我们所学的知识，补充了我们知识的盲区，锻炼了设计的能力，为以后工作打下基础。致谢经过将近2个月的努力，我的本科毕业论文终于完成了。在毕业论文课题设计过程中，我遇到了很多的问题和难题，但很有幸的是能够得到老师和同学们的帮助。我很感谢我的同学和老师，尤其是我的毕业论文导师尹成龙老师，从年初选题到论文课题的设计开始和论文设计的结束，尹老师都给予了我很多的帮助。在此，非常感谢尹老师的教导！大学期间做过许多课程设计，但这次毕业设计不同以往，它的难度无疑是最大的，因此这也让我学到了很多。通过这次毕业课题设计，全面的结

33、合了我以前学到的各类知识，更加巩固了的所学知识，这将对我未来工作具有一个很好的作用。时间飞逝，转眼间即将从安徽农业大学毕业，感慨万千！在这里我想对所有教过我的老师说声谢谢。因为你们的教导，成就了现在的我，谢谢你们！此外，我还要感谢我的朋友同学，谢谢你们一直陪伴着我！参考文献1.北京：北京大学出版社.2010.2 王孝培.实用冲压技术手册.北京：机械工业出版社.2001.3廖伟.冲模设计技法.北京：化学工业出版社.2012.4 郝滨海.冲压模具简明设计手册.北京：化学工业出版社.2009.5 尹成龙.冲压模具设计指导书.安徽农业大学.2011.6 胡家杰.机械类课程设计、毕业设计选题精选.北京：

34、化学工业出版社.2010.7 郑修本.机械制造工艺学.北京：机械工业出版社.2011.8大连理工大学工程图学教研室.机械制图.北京：高等教育出版社.2007.9吴宗泽.机械设计课程设计手册.北京：高等教育出版社.2012.10 吴立言，陈国栋.机械设计.北京：高等教育出版社.2013.11 Pearce, R. Sheet Matal Forming, Bristol、philadelphia: Adam hilger, c1991.12Liescu,constantin.Cold-pressing technology/constantin iliescu.Amsterdam: Elsevior , 1990.13 Tomesani,L.Analysis of a tension-driven outsidein tube inversion. Jouranl of Material Processing Technolongy, Vol.64,1