【正文】 模具就是產(chǎn)品質(zhì)量 ” ， “ 模具就是經(jīng)濟(jì)效益 ” 的觀念已被 越來(lái)越多的人所認(rèn)識(shí)和接受。目前，模具設(shè)計(jì)與制造水平的高低已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造水平的重要標(biāo)志之一。 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 3 第二章 工藝分析計(jì)算 零件及其沖壓工藝性分析 葉輪用于微型汽車上發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的離心式水泵內(nèi)，工件時(shí)以 15003000r/min左右的速度旋轉(zhuǎn)，使冷卻水在冷卻系統(tǒng)中不斷地循環(huán)流動(dòng)。 葉輪材料為鋼 08Al。由于形狀比較復(fù)雜，特別是中間的拉深成形難度大 ，葉輪零件采用 ZF級(jí)的材料，表面質(zhì)量也為較高的Ⅱ級(jí)。 )/(MPab? MPas /? 10? (﹪ ) bS ??/ 不小于 260～ 300 200 44 為減輕震動(dòng)，減小噪聲，葉輪零件的加工精度有一定的要求。由于靠沖壓加工難以達(dá)到圖 21葉輪零件示意圖 表 21 08Al— ZF的力學(xué)性能 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 4 直徑 ?? 和 0 ?? 以及高度尺寸 ? 的要求，實(shí)際生產(chǎn)中采用了沖壓成形后再切削加工的辦法（需進(jìn)行切削加工的表面標(biāo)有粗糙度，圖 21）。 直徑 ? 為一般要求的自由尺寸，沖壓成形的直徑精度的偏差大于拉深直徑的極限偏差。 初步分析可以知道葉輪零件的沖壓成形需要多道工序。另外，葉片翻邊前還要修邊、切槽、由于拉深圓角半徑比較小（ ～ 1），加上對(duì)葉片底面有跳動(dòng)度的要求，因此還需要整形。另外，零件拉深度大（如最小價(jià)梯直徑的相對(duì)高度 h/d=， 遠(yuǎn)大于一般帶凸緣筒形件第一次拉深許可的最大相對(duì)拉深高度），所以拉深成形比較困難，要多次拉深。 綜上所述，葉輪由平板毛坯沖壓成形應(yīng)包括的基本工序有：沖裁（落料、沖孔、修邊與切槽）、拉深（多次拉深）、翻邊（將外圈葉片翻成豎直）等。 確定工藝方案 由于葉輪沖壓成形需多道次完成，因此制定合理的成形工藝方案十分 重要。要提高生產(chǎn)效率，應(yīng)該盡量復(fù)合能復(fù)合的工序。根據(jù)葉輪零件實(shí)際情況，可能復(fù)合的工序有：落料與第一次拉深；最后一 次拉深和整形；修邊、切槽；切槽 ；沖孔；修邊、沖孔；切槽、沖孔。這樣能保持已成形部位尺寸的穩(wěn)定，同時(shí)模具結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡(jiǎn)單。為保證 7個(gè)葉片分度均勻，修邊和切槽不要逐個(gè)葉片地沖裁。 方案二： 1)落料與第一次拉復(fù)合； 2)后續(xù)拉深； 3)整形； 4)切槽、修邊、沖孔復(fù)合； 5)翻邊。 方案四： 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 6 1)落料與第一次拉深復(fù)合； 2)后續(xù)拉深； 3)整形； 4)修邊、沖孔復(fù)合； 5)切槽； 6)翻邊。 方案一復(fù)合程度低，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝、調(diào)試容易，但生產(chǎn)道次多，效率低，不適合大批量生產(chǎn)。需要注意的是，只有當(dāng)拉深件高度較高，才有可能采用落料、拉深復(fù)合模結(jié)構(gòu)形式，因?yàn)闇\拉深件若采用落料、拉深復(fù)合模具結(jié)構(gòu)，落料凸模（同時(shí)又是拉深凹模）的壁厚太薄，強(qiáng)度不夠。 方案三將切槽和沖孔組合，由于所切槽與中間孔的距離較近，因此在模具結(jié)構(gòu)上不容易安排，模具強(qiáng)度差。 方案四與方案五主要區(qū)別在于一個(gè)先修邊、沖孔后切槽，一個(gè)先切槽后修邊、沖孔。 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 7 落料尺寸 落料尺寸即零件平面展開(kāi)尺寸，葉輪零件基本形狀為圓形，因此落料形狀也應(yīng)該為圓形，需確定的落料尺寸為圓的直徑。但根據(jù)葉輪零件圖，不能直接得到凸緣尺寸。 1 5 0 176。但根據(jù)零件圖，由于翻轉(zhuǎn)曲線的曲率半徑比較大，為簡(jiǎn)化計(jì)算可以近似按彎曲變形來(lái)確定展開(kāi)尺寸，如圖 22所示。經(jīng)計(jì)算，葉片展開(kāi)后，凸緣尺寸為Φ 76（單位 mm，）。 因此凸緣直徑為 ： 76+ = 取凸緣尺寸Φ 80，于是得到葉輪拉深成形尺寸，如圖 23所示。按照一般拉深過(guò)程表面積不變的假設(shè)，可得到落料直徑 D= ????A 因圓角半徑較小，近似由公式計(jì)算落料直徑 ： )(4 221123 hdhddD ??? （公式 21） 代入 1h =16， 2h =， 5131 ??d ， ?d ， 803?d 得 ?D 。圓形件排樣比較簡(jiǎn)單，根據(jù)本例中零件尺寸大小，可采用簡(jiǎn)單的單排排樣形式。 圖 23 葉輪拉深成形尺寸 圖 24 排樣圖 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 9 拉深道次及各道次尺寸 葉輪拉深成形后為帶 階梯的寬凸緣件，成形較為困難，需多次拉深。以下尺寸按料厚中心線計(jì)算。 帶凸緣筒形件第一拉深的許可變形程度可用對(duì)應(yīng)于 1dd凸 和 100?Dt 不同比值的最大相對(duì)拉深高度 11 dh 來(lái)表示。 由文獻(xiàn) 【 10】 表 420查得 ~ ?dh ?？梢韵却_定拉深圓角半徑，然后求出直徑 87? 的毛坯拉成內(nèi)徑為 ? 的圓筒件高度，最后利用 11 dh 判斷能否一次拉出。按公式可求出拉深高度 ? ? ? ? ? ? )()()( 22222121111221 ????????????? RrdRrdDdh 凸 因 ???dh ，所以一次拉不出來(lái)。如果忽略材料壁厚變化，凸緣內(nèi)部形狀在拉深過(guò)程應(yīng)滿 足表面積不變條件。 ③ 計(jì)算第二次拉深直徑 第二次拉深的極限拉深系數(shù) ~][ 2 ?m 。取 ][ 2 ?m ， ????? mdd 。 凸R 可取與凹模圓角半徑相等或略小的值 凹凸 RR )1~(? 所以可以取 mmR 61 ?凸 ， mmR 42 ?凸 。 ⑤ 計(jì)算第一、二次拉深高度 根據(jù)公式，第一次拉深高度：山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 11 ? ? ? ? ? ? )()()( 222221211112211 ????????????? RrdRrdDdh 凸 第二次拉深高度：? ? ? ? ? ? )()()( 222222222222222 ????????????? RrdRrdDdh 凸 ⑥ 校核第一次拉深相對(duì)高度零件 ??dh ， ??dd 凸 ， ??Dt ， ~][ 11 ?dh ，考慮到材料塑性好，故可以拉成。下面用筒形件拉深計(jì)算方法近似計(jì)算階梯部分（內(nèi)徑 ? ）的成形。查 由文獻(xiàn)【 10】 表 415，筒形件第三次拉深的極限拉深系數(shù) ~][ 3 ??m ，所以該階梯部分不能一次拉成，需多次拉深成形。實(shí)際拉深系數(shù)在各次拉深中應(yīng)均勻分配。于是階梯部分采用三次拉深，拉深系數(shù)分別為 ?m 、 ?m ， ?m 。 最后 結(jié)果如圖 25所示 ： 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 12 15.7R4R4φ 2 3 . 5φ 8 0b . 第 二 次 拉 深16.7R1R1φ 1 7 . 5φ 2 3 . 5φ 8 0c . 第 三 次 拉 深R 1R 1d . 第 五 次 拉 深 + 變 形19.4R1R1R 0 . 5R1φ 1 1 . 5φ 2 3 . 5φ 8 014.12R6R 6φ 8 0φ 3 4a . 落 料 拉 深 工序一、二由 87? 毛坯拉成內(nèi)徑 ? ，凸緣直徑 80? 的圓筒件。落料、拉深由一套模具完成。 工序三、四、五為由內(nèi)徑 ? 的筒形拉出內(nèi)徑 ? 小臺(tái)階的階梯拉深過(guò)程。 圖 25 葉輪拉深工序圖 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 13 經(jīng)驗(yàn)證，上述工藝方案是完全可行的。 拉深力計(jì)算 ， 由 31 KtdF b???拉 公式 ： 代入數(shù)據(jù)，最后得 kNF ??????拉 拉深力出現(xiàn)在落料力之后。選用落料、拉深復(fù)合結(jié)構(gòu) (見(jiàn)圖 124)，可計(jì)算出最大沖壓力為 推頂落 FFFF ???ma x 經(jīng)計(jì)算， kNFFFF 19 0m a x ???? 推頂落 所以選擇噸位為 250kN 的壓力機(jī) ，即 J2325。 落料、拉深復(fù)合模 模具結(jié)構(gòu) 模具結(jié)構(gòu)如圖 33所示。模座下的緩沖器兼作壓邊與頂件裝置。該結(jié)構(gòu)上模部分簡(jiǎn)單，其缺點(diǎn)是拉深件留在剛性卸料板內(nèi)，不易出件，帶來(lái)操作上的不便，并影響生產(chǎn)率。考慮到葉輪零件相對(duì)厚度較厚，因此采用這種模具結(jié)構(gòu)。模具工作時(shí)，用模具下面的彈性裝置提供壓邊力，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。拉深行程最 后， 推件塊 和 凸模 靠攏對(duì)工件施壓，使工件底部平整。 圖 31 所示的為落料、拉深復(fù)合模結(jié)構(gòu) 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 15 1內(nèi)六角螺釘 2頂桿 3內(nèi)六角螺釘 4下模座 5擋料銷 6內(nèi)六角螺釘 7支架 8壓邊圈 9凹模 10上模座 11導(dǎo)套 12凸模固定13圓柱銷 14凸凹模 15內(nèi)六角螺釘 16模柄