ZL50裝載機(jī)總體及工作裝置設(shè)計(jì)

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山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)外文文獻(xiàn)譯文 板材的的等徑角擠壓 摘要 本文介紹的是不同寬厚比（W/T）的長(zhǎng)矩形坯料的等徑角擠壓的問(wèn)題。并對(duì)內(nèi)部塑性變形區(qū)和進(jìn)出口通道進(jìn)行了應(yīng)力分析，他們是有接觸擦力和板材的幾何形狀確定的。同時(shí)，對(duì)及加工進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，制定了設(shè)計(jì)工具的工藝方案?？梢钥闯?，當(dāng)板材的W/T>>1時(shí)，這為大規(guī)模冶金中處理龐大的平板狀批料和技術(shù)商業(yè)化提供了重要的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：等徑角擠壓;優(yōu)化處理;板材;大規(guī)模商品化 1、導(dǎo)言 材料結(jié)構(gòu)在劇烈塑性變形（SPD)的影響下帶來(lái)重要的科學(xué)和實(shí)際利益。這個(gè)方案的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是可以用一個(gè)高效益的方法使大量的不同金屬或合金坯料的晶粒結(jié)構(gòu)細(xì)化到亞微米級(jí)。這種超細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)，通常在從幾微米至0.2微米，同時(shí)具有高的強(qiáng)度和良好的延展性，因此廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)材料。隨著（SPD）商業(yè)化的應(yīng)用，相關(guān)的成行技術(shù)也得到實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，關(guān)鍵因素是變形方案和加工特點(diǎn)的優(yōu)化。不論加工目的，材料性質(zhì)，溫度—應(yīng)變速率條件如何，SPD具有大而統(tǒng)一的應(yīng)變，簡(jiǎn)單剪切變形和低應(yīng)力變形。在SPD的幾個(gè)較著名已知的方法，等徑角擠壓（ECAE） ，是目前被認(rèn)為最應(yīng)用最多的。然而，等徑角擠壓的發(fā)展并不完善。盡管在這一領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但絕大多數(shù)的 以細(xì)長(zhǎng)坯料的應(yīng)用為主，如文獻(xiàn)[1]。這些棒狀坯料會(huì)限制材料，特點(diǎn)和等徑角擠壓的特點(diǎn)和進(jìn)一步的加工。他們和少應(yīng)用于半成品。目前也沒(méi)有商業(yè)化的報(bào)道。相比之下，板材的等徑角擠壓出現(xiàn)在軋制后，第一次出現(xiàn)在文獻(xiàn)[ 2 ] 。 再加上其他的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，等徑角擠壓工藝有很大現(xiàn)實(shí)意義。目前細(xì)長(zhǎng)坯料的等徑角擠壓已經(jīng)有了很好的研究和開(kāi)發(fā)，板材的等徑角擠壓的特點(diǎn)還不清楚，在僅有的幾個(gè)相關(guān)出版物[ 3-5 ]也沒(méi)有論述 。本文板材的等徑角擠壓為例，講述一下板材的等徑角擠壓的一些重要細(xì)節(jié)。 2 、機(jī)加工我們可以認(rèn)為矩形坯的等徑角擠壓就是（圖一）厚度T，寬度W和長(zhǎng)度L的坯料通過(guò)角度為90度的通道。在圖一中，坯料的初末位置（1，2）分別用點(diǎn)畫(huà)線和實(shí)線表示。由于坯料寬度不變，坯料作為一個(gè)剛體移動(dòng)時(shí)，圖[ 6 ]表明，應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)和塑變區(qū)的范圍取決于進(jìn)口通道1和出口通道2所施加的邊界條件。因此，應(yīng)對(duì)相應(yīng)的條件加以分析。 圖一、長(zhǎng)方形坯料的等徑角擠壓 2.1 進(jìn)氣通道 等徑角擠壓開(kāi)始時(shí)，將坯料潤(rùn)滑并放置在模具入口。實(shí)際摩擦力取決于工件和刀具之間的接觸面積和正壓力。假設(shè)管道內(nèi)的應(yīng)力類(lèi)似于線形塑性壓縮，正壓力 σn ～ (p ? Y )其中，P是軸向壓力，Y是材料的流動(dòng)應(yīng)力，如果p ～ Y，正壓力σn ～ 0 ，對(duì)于 L/T ＞＞1的長(zhǎng)坯料來(lái)說(shuō)，塑性接觸主要由有橫向屈曲形成。這種不規(guī)則的原始接觸僅提供很小的摩擦力。如果p > 2Y，正壓力σn > Y ，塑性區(qū)接觸面積大約等于坯料和管道的接觸面積。在這種情況下，沿管道軸向相同潤(rùn)滑下將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大的摩擦力和一個(gè)明顯的壓力差△P。因此原始?jí)毫e = p1 + △ p是通道入口的軸向壓力。實(shí)驗(yàn)表明，△P這一增量總是與管道長(zhǎng)度成正比。假設(shè)有效的變形摩擦力均勻分布，△P可有此公式計(jì)算 （1） F是坯料和管道的接觸面積。在某一特定條件下,已知，圖2矩形通道的四個(gè)摩擦面上的原始?jí)毫Φ淖畲笤隽繛椋? （2） 參數(shù)n=L/T , m=W/T,限定了坯料的長(zhǎng)度和寬度。特殊情況下，m=1對(duì)應(yīng)于正常情況下的長(zhǎng)棒狀坯料，m＞＞1指的是板狀坯料，m＜＜1 指的是條狀坯料。公式（1）（2）表明，原始?jí)毫τ捎趍、n決定 即使在校摩擦力狀態(tài)，原始?jí)簯?yīng)力可能比材料的流動(dòng)應(yīng)力明顯大。 降低摩擦力，增加刀具使用壽命和沖壓穩(wěn)定性的有效方法是通過(guò)移動(dòng)管道面(圖7)一種可能的方法（圖2b，詳見(jiàn)圖7）是用固定模具和隨坯料1運(yùn)動(dòng)的矩形槽滑桿2 形成進(jìn)口管道。這樣，就消除了三個(gè)管道面上的摩擦，原始?jí)毫Φ淖畲笤隽繛? （3） 另一種情況（圖2）進(jìn)口通道有兩個(gè)滑桿2，3組成。因此模具的前后面固定。相應(yīng)增量為 (4) 對(duì)比公式(2)-(4)可得出結(jié)論：在所有情況下，原始?jí)毫Χ茧S長(zhǎng)厚比的增加而增大。為了有效加工，長(zhǎng)厚比應(yīng)足夠大。但實(shí)際長(zhǎng)厚比一般取為4～8。圖2c的p/Y幾乎是圖2的兩倍對(duì)于固定通道（圖2a）原始?jí)毫σ踩Q于寬厚比m。但是這個(gè)比率不影響原始?jí)毫υ诨瑒?dòng)渠道這兩種情況下的大小。圖3示 摩擦在進(jìn)口的分布范圍：（一）工作面不動(dòng)；（b）三面活動(dòng)的工作面；（c）二面活動(dòng)的工作面. 圖⒊ 寬厚比m在壓力沿進(jìn)氣道增長(zhǎng)的影響（L / T = 6,/ Y= 0.15）：（1）工作面不動(dòng)；（２）三面活動(dòng)的工作面；（３）二面活動(dòng)的工作面。 以m為變量，n=6 時(shí)，計(jì)算結(jié)果三種狀態(tài)已給出：1.長(zhǎng)坯料 2 .板形 3 .條形. 很 顯然，長(zhǎng)形坯料特別是條形坯料在固定通道下會(huì)增大p/Y。在這些情況中，只有在大壓力下的移動(dòng)渠道模具才能對(duì)大坯料和硬質(zhì)合金坯料進(jìn)行等徑角擠壓。然而，對(duì)于板材來(lái)說(shuō)，兩滑動(dòng)面對(duì)原始?jí)毫Φ臏p小作用甚小。因此，大多數(shù)大板材可以在固定進(jìn)口渠道和常壓下使用簡(jiǎn)單模具。 2-2出道口 圖⒋固定的出口控制（a）和出口控制同活動(dòng)的下板（b）。 與進(jìn)口渠道相反，出口渠道的潤(rùn)滑是個(gè)難題。由于方向改變巨大，即使是用最好的潤(rùn)滑劑，也會(huì)出現(xiàn)底部壓力過(guò)大，產(chǎn)生沿底部接觸面出現(xiàn)滑移，還會(huì)出現(xiàn)摩擦 。這話導(dǎo)致擠壓力太大，坯料表面質(zhì)量差，模具磨損加劇。在底部渠道里用一個(gè)滑桿就可以解決這個(gè)問(wèn)題（圖4b）。 這樣材料和模具間的彈性摩擦被滑桿 和導(dǎo)軌之間的摩擦所代替。在擠壓過(guò)程中，滑桿 處于自由狀態(tài)，為克服滑桿和導(dǎo)軌之間的摩擦力，須沿坯料接觸表面產(chǎn)生一剪切力。f= 指的是接觸面的面積， 是摩擦因數(shù)。通常情況下，滑桿速度接近擠壓速度。由于摩擦并不穩(wěn)定，可以觀擦到滑桿運(yùn)動(dòng)中的一些偏差。如果大于滑桿與毛坯的彈性摩擦力，則流動(dòng)類(lèi)似于固定模具。在出口渠道的相應(yīng)的邊界條件不能提供高效加工所需要的塑性區(qū)和簡(jiǎn)單的剪切變形。因此，應(yīng)該非常小。 2-3塑性變形區(qū) 內(nèi)外渠道為塑性區(qū)限定了摩擦的邊界條件和（圖5為＞時(shí)滑移情況） 圖⒌不同通道摩擦狀態(tài)下的滑移線。 假設(shè)材料處于理想塑性狀態(tài)?；凭€PEDO中心區(qū)，混合邊界CDE和不變區(qū)CA，陰影區(qū)的中心角: 可由此公式算出. 是指材料的流動(dòng)剪切應(yīng)力。圖6考慮了、在特殊情況下的解決方法。 現(xiàn)在我們做一下總結(jié)，概括一下等徑角擠壓工藝的優(yōu)化方案。首先，注意到固定的出口渠道總是出現(xiàn)的潤(rùn)滑問(wèn)題。在的極限條件下，經(jīng)滑移線分析，進(jìn)口處全部壓力.這將會(huì)使坯料和渠道全部接觸，在的狹長(zhǎng)渠道和有限摩擦力＞0的實(shí)際情況下會(huì)產(chǎn)生大的擠壓力。實(shí)際上，一、已出版的資料顯示：擠壓了可高達(dá)7 （圖9） 由于大多數(shù)材料處于低加工溫度下都不允許如此大的壓力。因此，盡管簡(jiǎn)便出口固定渠道在工業(yè)應(yīng)用中也不實(shí)用。 出口渠道底面有一適當(dāng)滑移面，摩擦力和摩擦系數(shù)都較小。在這種情況下圖5的滑移區(qū)域可被看作當(dāng)====0和塑性區(qū)是單滑移線時(shí)，“零方案”的小變動(dòng)。然后用滑移線波動(dòng)省略中間結(jié)果 ，精確到第二位 ，可得到公式～Y，～在進(jìn)口 內(nèi)部 總壓力為 ～ 與Ep一致.如果擠壓里增量變化不明顯。在摩擦力下，坯料和進(jìn)口渠道和能足以形成接觸面的.出口渠道移動(dòng)，進(jìn)口渠道可以是固定的（圖2a），也可以是有兩個(gè)滑移面（2c）如前所述，簡(jiǎn)單固定渠道對(duì)于長(zhǎng)厚比的板材比較有效，然而對(duì)于長(zhǎng)坯料和帶狀坯料，則適合用滑動(dòng)軌道。因此僅有第一種情況要進(jìn)一步考慮多段加工。 圖. 6. material變形在等徑角擠壓通過(guò) 3-1基本路線 為了集聚大的剪切應(yīng)變，控制變形，需要要在每段之后繞坯料的x、y、z對(duì)稱(chēng)軸反復(fù)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行等徑角擠壓。對(duì)于板材來(lái)說(shuō)，旋轉(zhuǎn)的基本系統(tǒng)或路線可為:A-無(wú)旋轉(zhuǎn) B-坯料繞Z軸旋轉(zhuǎn) C-坯料繞Z軸旋轉(zhuǎn) D-坯料旋轉(zhuǎn)與軸旋轉(zhuǎn) 中，長(zhǎng)寬相等的方坯料最受歡迎，因?yàn)椴徽撛鯓有D(zhuǎn)它們都可在一相同模具中加工。無(wú)數(shù)可能的旋轉(zhuǎn)組合產(chǎn)生不同結(jié)構(gòu)，組織。盡管這個(gè)基本路線最簡(jiǎn)便，但其它路線可能在一些特例中更有利。其中一些方法在后面將被提到。 3-2材料的變形 由于兩渠道中接觸摩擦力較小，塑性區(qū)的中心角小。在這種情況下，通過(guò)塑性區(qū)的材料拉力重要包括邊界DO和AFO的兩個(gè)簡(jiǎn)單剪切力。這種集中剪切大致與的沿時(shí)相對(duì)應(yīng)的“0方案”的滑移線單面剪切相平衡。圖6顯示了在剪切力作用下，正方形abcd。沿轉(zhuǎn)變成平行四邊形可以看出，隨著剪切力變成流動(dòng)方向，通過(guò)把進(jìn)口渠道原始位置abcd旋轉(zhuǎn)到出口到內(nèi)部位置。就可達(dá)到相同的變形。這種流動(dòng)方法有益于計(jì)算多段等傾角變形。因?yàn)閷?duì)于板材來(lái)說(shuō)，所有變形都發(fā)生在坯料的平面上。通過(guò)保留出口道內(nèi)部材料的位置和在不同路線段應(yīng)用連續(xù)剪切力?？梢院?jiǎn)化這個(gè)過(guò)程。因?yàn)槎虝鹤饔貌挥绊懺刈冃?，可以認(rèn)為由于作用在坯料平行面上，底部被修整，頂部逐漸過(guò)渡。最后的位移是所有先前剪切作用的總和。圖7、8顯示了基本路線中的四段的相應(yīng)位移和相對(duì)于原坐標(biāo)x、y、z整個(gè)材料的變形。在長(zhǎng)坯料中,A,C平板流動(dòng)和變形相同。類(lèi)似地，C和D分別在每2和4到次程序后提供材料恢復(fù)所需的循環(huán)載荷。路線A可觀察到隨長(zhǎng)度增加Y向傾角增大，最大變形量的變化情況。路線B的變形量比的小倍，在無(wú)數(shù)Ⅰ段后它們都位于偏離Y方向。 圖 7. 組織的移動(dòng)路線A (a), B (b), C (c), 和D (d). 圖. 8. 在四途徑經(jīng)由路線A, B, C 和 D. 之后，工件的變形。 3-3剪切帶 機(jī)加工考慮的因素是簡(jiǎn)單剪切變形模式和每段中剪切帶角度。剪切帶在多端等傾角變形中起重要作用。在第一段，使用小角度，晶核強(qiáng)烈組織了沿方向長(zhǎng)度變形。在以下的工序中。剪切帶內(nèi)部的微觀流動(dòng)取代了連續(xù)的塑性流動(dòng)，它們朝同一剪切方向。盡管SPD晶粒細(xì)化機(jī)制還不是很清楚，仍有無(wú)數(shù)試驗(yàn)可以斷定了對(duì)于不同材料和加工條件（溫度、應(yīng)變率）在等徑角擠壓過(guò)程中，剪切帶占據(jù)新角度晶界的最大部分。是晶粒細(xì)化到亞微米和納米尺寸的其他方法包括剪切帶的交匯以及剪切帶與晶界所組成的材料的旋轉(zhuǎn)。因此重新細(xì)化的強(qiáng)度和細(xì)化為結(jié)構(gòu)形態(tài)取決于加工剪切帶的進(jìn)展。和材料的大晶界角。在每個(gè)工序中，微觀剪切帶隨相應(yīng)的宏觀 增加。在隨后的工序中，剪切帶依然是穩(wěn)定形狀，他雖材料一塊流動(dòng)，隨坐標(biāo)改變方向。任何工序中剪切帶位置由下一個(gè)工序的變形決定。例如板材為旋轉(zhuǎn)的第N和N+1個(gè)工序，剪切帶的變形由第N+1剪切引起但是板材旋轉(zhuǎn)時(shí)，N+1不影響N的剪切帶，因而，在板材的多段加工中，有兩個(gè)與x、y向變形相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)。 圖10顯示經(jīng)過(guò)四個(gè)路線后，剪切帶的位置1、2、3、4分別與剪切帶的一、二、三、四段對(duì)應(yīng)。 對(duì)于A、C剪切帶的方向與長(zhǎng)坯料中類(lèi)似。[7]。A、B中，剪切帶逐漸旋轉(zhuǎn)到積壓方向。隨著Ⅰ段增加，剪切帶愈加難以辨認(rèn)。通過(guò)旋轉(zhuǎn)細(xì)分，內(nèi)截面結(jié)構(gòu)將很薄而且很長(zhǎng)。對(duì)于來(lái)說(shuō)，在各個(gè)階段中，剪切帶與剪切面一致。可以預(yù)計(jì)在這種情況下，多種循環(huán)會(huì)使變形恢復(fù)及等量變形旋轉(zhuǎn)。但是微觀結(jié)構(gòu)比A、B粗糙。類(lèi)似的，在經(jīng)過(guò)第四道D時(shí)，材料便行為0，剪切帶與剪切面及循環(huán)載荷旋轉(zhuǎn)一致B和D提供了兩相互交匯的剪切帶。有助于三維立體結(jié)構(gòu)的發(fā)展。然而，對(duì)于B路線來(lái)說(shuō)，兩個(gè)多雨的剪切帶可得到更精細(xì)的結(jié)構(gòu)。應(yīng)當(dāng)指出板材經(jīng)過(guò)B和D的等徑角擠壓，剪切帶方向不同，可能細(xì)化效果比不上相同路徑的長(zhǎng)坯料的等徑角擠壓。這個(gè)分析不能應(yīng)用于大接觸摩擦或者帶有寬塑性帶＞＞0的遠(yuǎn)角渠道。在這些情況下，沿圓弧滑移線的簡(jiǎn)單剪切應(yīng)力起重要作用，剪切帶沿x、y方向，如圖6示。這是在有高效潤(rùn)滑劑典型坯料固定出口道的等徑角擠壓加工過(guò)程。 3-4其它加工路線 基本路線包括僅繞z軸旋轉(zhuǎn)。這些路線不提供近直角剪切帶的三維系統(tǒng)。它對(duì)于細(xì)長(zhǎng)軸結(jié)構(gòu)發(fā)展是必需的。在這些情況下，坯料的上下表面不變，多段加工積累非均勻應(yīng)變和殘余應(yīng)力。同樣，特殊表面缺陷也可能在坯料表面上出現(xiàn)。通過(guò)使用一種增加x、y軸旋轉(zhuǎn)的復(fù)雜路線即可消除這些缺點(diǎn)。像E這樣的路線包括8段。前4段是像路線D一樣，繞Z軸旋轉(zhuǎn)到與下一步同向。在這個(gè)階段，拌料沒(méi)有變形，有兩個(gè)剪切帶和大晶界交匯區(qū)。接著坯料繞y或x軸旋轉(zhuǎn)，這樣改變了剪切帶的方向。也將坯料上下邊面交換。后4步經(jīng)過(guò)D恢復(fù)變形。在第一個(gè)剪切帶方向產(chǎn)生兩個(gè)新的交匯區(qū)。因此E路線產(chǎn)生四個(gè)交匯區(qū)，為結(jié)構(gòu)重新細(xì)化及性能同化提供了理想路線。 圖. 11. 沖床印記在坯料頂端表面路線D ( a)和F ( b) 另一種加工路線F，消除了坯料上表面如沖床痕跡等個(gè)別不規(guī)則結(jié)構(gòu)。這些痕跡是由于流動(dòng)方向大角度形成的痕跡。多段加工通過(guò)D和B，交匯成奇異的A區(qū)，此處塑性流動(dòng)轉(zhuǎn)換成三個(gè)方向，導(dǎo)致強(qiáng)度減弱和微裂紋。路線F包括第二次繞Z軸旋轉(zhuǎn)，每段之后轉(zhuǎn)換方向。這樣在坯料反面產(chǎn)生印記，不相交，因而變形和剪切帶方向仍然與普通路線D類(lèi)似。 在特殊情況下，也可使用其它路線。特別是，可以明顯看出，B的兩種改動(dòng)路線與E、F相似。 4、技術(shù)應(yīng)用 任何技術(shù)發(fā)展的最終目標(biāo)都是實(shí)際應(yīng)用。等徑角擠壓的商業(yè)化。在[7,14,15]中已經(jīng)討論了，的主要特點(diǎn)是對(duì)簡(jiǎn)單幾何形狀坯料的成型。這種方法適于半成品的加工。這種半成品可在競(jìng)爭(zhēng)成本下簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)化成成品。從上述中可看出，等徑角擠壓可能應(yīng)用于大規(guī)模冶金中。然而長(zhǎng)坯料的等徑角擠壓仍存在一些問(wèn)題有效加工長(zhǎng)坯料需要一個(gè)復(fù)雜工具將一個(gè)移動(dòng)墻轉(zhuǎn)化成兩個(gè)。非常長(zhǎng)的 的坯料比相同截面的普通擠壓坯料長(zhǎng)度要大的多。在這種情況下，選擇設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)是擠壓力，而不是承載能力。這樣對(duì)于特長(zhǎng)坯件，就需要用大擠壓力和昂貴的工具。同樣也難以消除各段中及將長(zhǎng)坯料轉(zhuǎn)化成成品中出現(xiàn)的坯料修剪，改造及預(yù)熱等操作。 板材的等徑角擠壓解決了其中的大部分問(wèn)題，對(duì)于相同長(zhǎng)度和L/T的坯料，板材的重量同壓力的長(zhǎng)坯料重4-8倍。 這些參數(shù)與擠壓的特性相符，它提供了 。載荷的優(yōu)化應(yīng)用。這顯著降低了壓力和工具尺寸的要求，在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上為 大規(guī)模冶金坯料的成型提供了條件，另外，可以使用帶有一個(gè)滑動(dòng)面出口渠道的工具。 5、結(jié)論 接觸摩擦力是等徑角擠壓加工中的關(guān)鍵因素。對(duì)于矩形坯料這取決于鋼坯的比例。即使材料較軟，用好的潤(rùn)滑劑，即壓力也不允許太高。對(duì)于L/T〉4的進(jìn)口渠道，適當(dāng)?shù)臄D壓力 （Y<）產(chǎn)生一不規(guī)則原始塑性接觸和小摩擦力，因此大擠壓力產(chǎn)生大接觸面和的大的摩擦力。在所有情況中，出口渠道采用底滑動(dòng)面對(duì)于消除摩擦力，材料粘性降低擠壓力是一個(gè)好的解決方法。 寬厚比對(duì)長(zhǎng)方坯料和帶狀坯料的擠壓力影響顯著。在這些情況下，帶有兩滑動(dòng)面的進(jìn)口渠道對(duì)于減少擠壓力非常必要。對(duì)于W/T>>1的坯料來(lái)說(shuō)這種影響不顯著，可以應(yīng)用簡(jiǎn)單固定進(jìn)口渠道。 板材的基本加工路線會(huì)導(dǎo)致像長(zhǎng)方坯料的材料變形。然而，伴有空間塑性流動(dòng)的路線不如長(zhǎng)坯料效果好。其它的加工路線，類(lèi)似可在特殊情況下應(yīng)用。 參考文獻(xiàn) [1] V.M. 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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. -11- 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 班 級(jí) 金職04.1 學(xué)生姓名 劉永芳 指導(dǎo)教師 任國(guó)成 設(shè)計(jì)（論文）題目 水泵葉輪沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì) （論文） 原始 參數(shù) 葉輪零件，材料08Al—ZF，板厚2mm，大批量生產(chǎn) 設(shè)計(jì) （論文） 工作 內(nèi)容 葉輪用于微型汽車(chē)上發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的離心式水泵內(nèi)，工件時(shí)在工作時(shí)以1500~3000r/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)。本課題要求對(duì)微型汽車(chē)水泵葉輪沖壓工藝的成形過(guò)程進(jìn)行研究，分析其工藝性，進(jìn)行工藝計(jì)算確定模具總體方案，制定成形工藝的工藝流程。該課題的主要研究?jī)?nèi)容如下：根據(jù)給定的零件圖進(jìn)行工藝分析并確定工藝實(shí)現(xiàn)方案，確定模具結(jié)構(gòu)并畫(huà)出模具裝配圖與主要零件圖。 設(shè)計(jì)（論文）工作基本要求 1. 文獻(xiàn)綜述要查閱一定的資料，反映出該研究方向發(fā)展的前沿并能提出研究的內(nèi)容，該部分不少于3000字。 2. 熟悉工藝實(shí)現(xiàn)路徑，能夠根據(jù)具體的零件圖進(jìn)行工藝分析及模具設(shè)計(jì)。 3. 具有較好的繪圖能力，能夠正確的繪制模具總裝圖以及零件圖。 4. 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)要簡(jiǎn)潔并能概括設(shè)計(jì)的主要工作流程。 5. 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)不少于20000字，文字通暢。 1～2周 查閱資料，完成開(kāi)題報(bào)告及文獻(xiàn)綜述 3～4周 畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)習(xí) 5～6周 查閱相關(guān)畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)資料，進(jìn)行設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作 7～8周 進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，設(shè)計(jì)第一套模具 9~10周 進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，設(shè)計(jì)第一套模具 11～12周 設(shè)計(jì)第二套模具 13～14周 設(shè)計(jì)第三套模具。 15～16周 整理相關(guān)資料，進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě) 17周 準(zhǔn)備答辯 主要參 考資料 及文獻(xiàn) [1] 中國(guó)機(jī)械工程協(xié)會(huì)，中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典編委會(huì)．中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典．江西科學(xué)技術(shù)出版社，2003．15－97，772－854 [2] 鄭晨升，賀煒．CAXA電子圖版實(shí)用繪圖及二次開(kāi)發(fā)．西安電子科技大學(xué)出版社，2001 [3] 王芳.冷沖壓模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998：15-20. [4] 鄭家賢.沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)實(shí)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2006：35-41. [5] 薛啟翔.冷沖壓實(shí)用技術(shù)等[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2006：10-18. [6] GB/T1182-1996,GB/T1183-1996,GB/T1184-1996.形狀和位置公差（代號(hào)及其標(biāo)注、術(shù)語(yǔ)及定義、未注公差的規(guī)定）[S]：19-20. [7] GB/T2851-1990，GB/T2861-1990.冷沖模[S]：30-32. [8] 田嘉生,馬正顏.沖模設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：航空工業(yè)出版社，1994：. [9] 黃健求.模具制造[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001：45-50. [10] 王孝培.沖壓手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990：119-120. 教務(wù)處制 指導(dǎo)教師（簽字）： 教研室主任（簽字）： 院系主任（簽字）： 廠 冷擠工藝卡片壓 標(biāo)記 產(chǎn)品名稱(chēng) 文件代號(hào) 車(chē)間 零件名稱(chēng) 水泵葉輪沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 共 頁(yè) 材料 名稱(chēng)牌號(hào) 08Al—ZF 剪后毛坯 每條件數(shù) 形狀尺寸 每張件數(shù) 消耗定額 零件送來(lái)部門(mén) 每條工料 工種 沖 鉗 總計(jì) 零件送往部門(mén) 裝配工段 每產(chǎn)品零件數(shù) 工時(shí) 工序 工序說(shuō)明 加工草圖 設(shè)備 模具 工具量具 每小時(shí)生產(chǎn)量 單件定額（分） 工人數(shù)量 備注 型號(hào)名稱(chēng) 名稱(chēng)圖號(hào) 名稱(chēng)編號(hào) 落料、拉深復(fù)合 落料與拉伸復(fù)合 J23-25 SBYL0801-00 落料、拉深復(fù)合 模 修邊沖孔 修邊與沖中心孔 J23-40 SBYL0802-00 修邊沖孔模 切槽 切出七個(gè)葉片 J23-40 SBYL0803-00 切槽模 翻邊 將葉片翻成豎直 J23-40 SBYL0804-00 翻邊模 設(shè)計(jì)：劉永芳 校對(duì)： 審核： 批準(zhǔn)： 更改標(biāo)記 處數(shù) 文件號(hào) 簽字 日期 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 班級(jí)：金職041 姓名：劉永芳 指導(dǎo)教師：任國(guó)成 論文題目 水泵葉輪沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 一、 選題背景和意義： 在現(xiàn)代汽車(chē)工業(yè)中，微型汽車(chē)上發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)離心式水泵內(nèi)葉輪由鑄鐵等金屬或工程塑料制成?，采用向后彎曲的半圓弧?、雙圓弧或多圓弧形葉片?，其葉型與水流方向一致?，泵水效率較高?。塑料葉輪容易實(shí)現(xiàn)小型化和輕量化?，且耐腐蝕性能好?，有越來(lái)越多的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)水泵使用了塑料葉輪?。但塑料葉輪容易開(kāi)裂或葉輪磨損后從泵軸上松脫，使冷卻液循環(huán)速度變慢?，容易引起發(fā)動(dòng)機(jī)溫度過(guò)高的故障。損壞的葉輪在旋轉(zhuǎn)時(shí)還可能撞擊水泵殼體?，造成殼體碎裂?。鑄鐵制成的水泵葉輪機(jī)械強(qiáng)度較高?，但其質(zhì)量較大。因此一種能綜合現(xiàn)在采用材料優(yōu)點(diǎn)而又避其缺點(diǎn)的產(chǎn)品就應(yīng)時(shí)而生了。 本課題為水泵葉輪沖壓模設(shè)計(jì)。葉輪材料為Al脫氧鎮(zhèn)靜鋼冷軋板，既能滿足剛度和強(qiáng)度的要求又能使重量得到減輕。利用CAD軟件進(jìn)行沖壓模具設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)全部模具零件,完成裝配;并利用沖壓CAE軟件對(duì)整個(gè)沖壓過(guò)程進(jìn)行模擬分析,從而優(yōu)化與確定最佳工藝參數(shù)。 二、課題關(guān)鍵問(wèn)題及難點(diǎn)： 本課題的關(guān)鍵及難點(diǎn)：凸緣拉深后，葉輪葉片翻邊區(qū)展開(kāi)面積的計(jì)算，及展開(kāi)圖的繪制。 因?yàn)槿~輪成形“豎直”葉片的工序?qū)儆谄矫嫱馔骨€翻邊。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)算采用近似按彎曲變形來(lái)確定展開(kāi)尺寸。在設(shè)計(jì)時(shí)，按異徑相貫處理，進(jìn)行計(jì)算及展開(kāi)圖繪制。 三、調(diào)研報(bào)告（或文獻(xiàn)綜述）： 水箱在汽車(chē)的冷卻、散熱中有著重要的作用。因?yàn)槠?chē)的冷卻系統(tǒng)是用來(lái)為發(fā)動(dòng)機(jī)散熱的,一般常見(jiàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱問(wèn)題...發(fā)動(dòng)機(jī)是由冷卻液的循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,強(qiáng)制冷卻液循環(huán)的部件是水泵,它由曲軸皮帶帶動(dòng),水泵葉輪推動(dòng)冷卻液在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)。 為了保證冷卻效果,汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)一般由以下幾部分組成:散熱器、節(jié)溫器、水泵、缸體水道、缸蓋水道、風(fēng)扇等組成。據(jù)資料顯示:導(dǎo)致汽車(chē)拋錨的故障中,冷卻系統(tǒng)故障位居第一。由此可見(jiàn),汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)保養(yǎng)對(duì)汽車(chē)安全運(yùn)行起著重要的作用。 葉輪用于微型汽車(chē)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1500--3000r/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)。為保證足夠的強(qiáng)度和剛度，葉輪采用厚度為2mm的Al脫氧鎮(zhèn)靜鋼冷軋板。 本次設(shè)計(jì)中葉輪材料為Al脫氧鎮(zhèn)靜鋼冷軋板。該材料按拉深質(zhì)量分為三級(jí)：ZP（用于拉深最復(fù)雜零件），HF（用于拉深很復(fù)雜零件）和F（用于拉深復(fù)雜零件）。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)。 1.本課題及相關(guān)領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展 模具工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，是國(guó)際上公認(rèn)的關(guān)鍵工業(yè)，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家稱(chēng)之為“工業(yè)之母”。模具成型具有效率高，質(zhì)量好，節(jié)省原材料，降低產(chǎn)品成本等優(yōu)點(diǎn)。采用模具制造產(chǎn)品零件已成為當(dāng)今工業(yè)的重要工藝手段。模具在機(jī)械，電子，輕工，紡織，航空，航天等工業(yè)領(lǐng)域里，已成為使用最廣泛的工業(yè)化生產(chǎn)的主要工藝裝備，它承擔(dān)了這些工業(yè)領(lǐng)域中60%--80%產(chǎn)品零件，組件和部件的加工生產(chǎn)?！澳＞呔褪钱a(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。在中國(guó)，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到模具在制造業(yè)中的重要基礎(chǔ)地位，認(rèn)識(shí)更新?lián)Q代的速度，新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力，進(jìn)而決定企業(yè)的應(yīng)變能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。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。 2.模具技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展，冷沖技術(shù)及模具不斷革新和發(fā)展，中國(guó)模具工業(yè)和技術(shù)的主要發(fā)展方向包括： ??? ①提高大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具的設(shè)計(jì)制造水平； ??? ②在模具設(shè)計(jì)制造中廣泛應(yīng)用CAD/CAE/CAM技術(shù)；為了加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代,必須縮短工裝的設(shè)計(jì)和制造周期,從而開(kāi)展了模具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造的研究,采用該技術(shù)，模具設(shè)計(jì)和制造效率一般可提高2—3倍,模具生產(chǎn)周期可縮短1/2—2/3.目前，已達(dá)到CAD/CAM一體化,模具圖紙只是作為檢驗(yàn)?zāi)＞咧? ??? ③大力發(fā)展快速制造成形和快速制造模具技術(shù)； ??? ④在塑料模具中推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型和高壓注射成型技術(shù)； ??? ⑤提高模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率； ??? ⑥發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù)； ??? ⑦逐步推廣高速銑削在模具加工的應(yīng)用； ??? ⑧進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)模具的拋光技術(shù)和設(shè)備； ??? ⑨研究和應(yīng)用模具的高速測(cè)量技術(shù)與逆向工程； ??? ⑩開(kāi)發(fā)新的成形工藝和模具。 四、方案論證： 根據(jù)葉輪零件形狀，可以確定成形順序是先拉深中間的階梯圓筒形，然后成形外圈葉片。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。修邊、切槽、沖孔在中間階梯拉深成形后以及葉片翻邊前進(jìn)行。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。 因此葉輪的沖壓成形主要有以下幾種工藝方案： 方案一：?1) 落料； ???2) 拉深 (多次)； ???3) 整形； ?? 4) 修邊； ?? 5) 切槽； ?? 6) 沖孔； ?? 7) 翻邊。 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。 方案三： 1) 落料與第一次拉深復(fù)合； ?? 2) 后續(xù)拉深； ?? 3) 整形； ?? 4) 切槽、沖孔復(fù)合； ?? 5) 修邊； ?? 6) 翻邊。 方案四： 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。 方案五： 1) 落料與第一次拉深復(fù)合； ?? 2) 后續(xù)拉深； ?? 3) 整形； ?? 4) 切槽； ?? 5) 修邊、沖孔復(fù)合 ?? 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)。 方案二至五將落料、拉深復(fù)合，主要區(qū)別在于修邊、切槽、沖孔的組合方式以及順序不同。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。 方案二將修邊、切槽、沖孔復(fù)合，工序少，生產(chǎn)率最高，但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝、調(diào)試?yán)щy，同時(shí)模具強(qiáng)度也較低。 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。所以較好的組合方式應(yīng)該是修邊和沖孔組合，而切槽單獨(dú)進(jìn)行，如方案四、五。 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。由于切槽與修邊有相對(duì)位置關(guān)系，而所切槽尺寸比較小，如果先切槽則修邊模具上不好安排定位，所以實(shí)際選擇了方案四，即先修邊、沖孔后切槽，然后翻邊成形豎立葉片。 因此設(shè)計(jì)時(shí)采用方案四。 五、進(jìn)度安排： 1-2周 查閱資料，完成開(kāi)題報(bào)告及文獻(xiàn)綜述 3-4周 畢業(yè)實(shí)習(xí) 5-6周 查閱相關(guān)畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)資料，進(jìn)行設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作 7-8周 進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，設(shè)計(jì)第一套模 9-10 周進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，設(shè)計(jì)第一套模 11-12周 設(shè)計(jì)第二套模 13-14周 設(shè)計(jì)第三套模 15-16周 整理相關(guān)資料，進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě) 17周 準(zhǔn)備答辯 六、指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 簽字： 年 月 日 七、教研室（或開(kāi)題審查小組）意見(jiàn)： 簽字： 年 月 日 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) I 目 錄 摘 要 III ABSTRACT IV 第一章 前 言 1 1 1 選題背景 1 1 2 課題相關(guān)調(diào)研 1 1 2 1 本課題及相關(guān)領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展 1 1 2 2 模具技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 2 第二章 工藝分析計(jì)算 3 2 1 零件及其沖壓工藝性分析 3 2 2 確定工藝方案 4 2 3 主要工藝參數(shù)計(jì)算 7 2 3 1 落料尺寸 7 2 3 2 拉深道次及各道次尺寸 9 第三章 模具設(shè)計(jì) 14 3 1 落料 拉深復(fù)合模 14 3 1 1 模具結(jié)構(gòu) 14 3 1 2 模具工件部分尺寸及公差計(jì)算 15 3 2 修邊沖孔模 17 3 2 1 模具結(jié)構(gòu) 18 3 2 2 模具工件部分尺寸及公差計(jì)算 18 3 3 切槽模 21 3 3 1 模具結(jié)構(gòu) 21 3 3 2 模具工件部分尺寸及公差計(jì)算 22 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) II 3 4 翻邊模 23 3 4 1 模具結(jié)構(gòu) 23 3 4 2 模具工件部分尺寸及公差計(jì)算 24 第四章 結(jié) 論 27 參考文獻(xiàn) 28 謝 辭 29 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1 摘 要 水泵葉輪是微型汽車(chē)上發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)中離心式水泵的重要零件 本文分析了水泵 葉輪零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 計(jì)算了該葉輪的展開(kāi)尺寸 確定了該工件的沖壓成形工藝及各工 序尺寸 對(duì)全套模具的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了比較詳細(xì)的論述 并在此基礎(chǔ)上確定了葉輪 沖壓模具零件的具體結(jié)構(gòu)和尺寸 在生產(chǎn)合格零件的基礎(chǔ)上盡量提高生產(chǎn)效率 降低生 產(chǎn)成本 主要介紹了葉輪零件沖壓成形應(yīng)包括的基本工序方案 工藝參數(shù)計(jì)算 模具結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì) 尺寸等 關(guān)鍵詞 水泵葉輪 沖壓 工序 模具設(shè)計(jì) 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2 The Pressing Process Analysis and Die Design of Pump Impeller ABSTRACT The pump impeller is an important parts of the centrifugal pumps which was used for the minicar s 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 of the 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 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 題 目 水泵葉輪沖壓工藝 與模具設(shè)計(jì) 院 部 材料科學(xué)與工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 材料成型及控制工程 班 級(jí) 金職 041 姓 名 劉永芳 學(xué) 號(hào) 2004105214 指導(dǎo)教師 任國(guó)成 完成日期 2008 年 6 月 14 日 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) I 目 錄 摘 要 III ABSTRACT IV 第一章 前 言 1 1 1 選題背景 1 1 2 課題相關(guān)調(diào)研 1 1 2 1 本課題及相關(guān)領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展 1 1 2 2 模具技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 2 第二章 工藝分析計(jì)算 3 2 1 零件及其沖壓工藝性分析 3 2 2 確定工藝方案 4 2 3 主要工藝參數(shù)計(jì)算 7 2 3 1 落料尺寸 7 2 3 2 拉深道次及各道次尺寸 9 第三章 模具設(shè)計(jì) 14 3 1 落料 拉深復(fù)合模 14 3 1 1 模具結(jié)構(gòu) 14 3 1 2 模具工件部分尺寸及公差計(jì)算 15 3 2 修邊沖孔模 17 3 2 1 模具結(jié)構(gòu) 18 3 2 2 模具工件部分尺寸及公差計(jì)算 18 3 3 切槽模 21 3 3 1 模具結(jié)構(gòu) 21 3 3 2 模具工件部分尺寸及公差計(jì)算 22 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) II 3 4 翻邊模 23 3 4 1 模具結(jié)構(gòu) 23 3 4 2 模具工件部分尺寸及公差計(jì)算 24 第四章 結(jié) 論 27 參考文獻(xiàn) 28 謝 辭 29 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) III 摘 要 水泵葉輪是微型汽車(chē)上發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)中離心式水泵的重要零件 本文分析了水泵 葉輪零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 計(jì)算了該葉輪的展開(kāi)尺寸 確定了該工件的沖壓成形工藝及各工 序尺寸 對(duì)全套模具的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了比較詳細(xì)的論述 并在此基礎(chǔ)上確定了葉輪 沖壓模具零件的具體結(jié)構(gòu)和尺寸 在生產(chǎn)合格零件的基礎(chǔ)上盡量提高生產(chǎn)效率 降低生 產(chǎn)成本 主要介紹了葉輪零件沖壓成形應(yīng)包括的基本工序方案 工藝參數(shù)計(jì)算 模具結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì) 尺寸等 關(guān)鍵詞 水泵葉輪 沖壓 工序 模具設(shè)計(jì) 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) IV The Pressing Process Analysis and Die Design of Pump Impeller ABSTRACT The pump impeller is an important parts of the centrifugal pumps which was used for the minicar s 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 of the 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 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1 第一章 前 言 1 1 選題背景 在現(xiàn)代汽車(chē)工業(yè)中 微型汽車(chē)上發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)離心式水泵內(nèi)葉輪由鑄鐵等金屬或 工程塑料制成 采用向后彎曲的半圓弧 雙圓弧或多圓弧形葉片 其葉型與水流方向一 致 泵水效率較高 塑料葉輪容易實(shí)現(xiàn)小型化和輕量化 且耐腐蝕性能好 有越來(lái)越多 的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)水泵使用了塑料葉輪 但塑料葉輪容易開(kāi)裂或葉輪磨損后從泵軸上松脫 使冷卻液循環(huán)速度變慢 容易引起發(fā)動(dòng)機(jī)溫度過(guò)高的故障 損壞的葉輪在旋轉(zhuǎn)時(shí)還可能 撞擊水泵殼體 造成殼體碎裂 鑄鐵制成的水泵葉輪機(jī)械強(qiáng)度較高 但其質(zhì)量較大 因 此一種能綜合現(xiàn)在采用材料優(yōu)點(diǎn)而又避其缺點(diǎn)的產(chǎn)品就應(yīng)時(shí)而生了 1 2 課題相關(guān)調(diào)研 水箱在汽車(chē)的冷卻 散熱中有著重要的作用 因?yàn)槠?chē)的冷卻系統(tǒng)是用來(lái)為發(fā)動(dòng)機(jī) 散熱的 一般常見(jiàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱問(wèn)題 發(fā)動(dòng)機(jī)是由冷卻液的循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)的 強(qiáng)制冷卻液 循環(huán)的部件是水泵 它由曲軸皮帶帶動(dòng)水泵葉輪推動(dòng)冷卻液在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)循環(huán) 為了保證冷卻效果 汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)一般由以下幾部分組成 散熱器 節(jié)溫器 水泵 缸體水道 缸蓋水道 風(fēng)扇等組成 據(jù)資料顯示 導(dǎo)致汽車(chē)拋錨的故障中 冷卻系統(tǒng)故 障位居第一 由此可見(jiàn) 汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)保養(yǎng)對(duì)汽車(chē)安全運(yùn)行起著重要的作用 葉輪用于微型汽車(chē)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 1500 3000r 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) 為保證足夠的強(qiáng)度和剛度 葉輪采用厚度為 2mm 的 Al 脫氧鎮(zhèn)靜鋼冷軋板 1 2 1 本課題及相關(guān)領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展 模具工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè) 是國(guó)際上公認(rèn)的關(guān)鍵工業(yè) 工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家稱(chēng)之為 工業(yè)之母 模具成型具有效率高 質(zhì)量好 節(jié)省原材料 降低產(chǎn)品成本等優(yōu)點(diǎn) 采用 模具制造產(chǎn)品零件已成為當(dāng)今工業(yè)的重要工藝手段 模具在機(jī)械 電子 輕工 紡織 航 空 航天等工業(yè)領(lǐng)域里 已成為使用最廣泛的工業(yè)化生產(chǎn)的主要工藝裝備 它承擔(dān)了這些 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2 工業(yè)領(lǐng)域中 60 80 產(chǎn)品零件 組件和部件的加工生產(chǎn) 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 在中國(guó) 人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到模具在制 造業(yè)中的重要基礎(chǔ)地位 認(rèn)識(shí)更新?lián)Q代的速度 新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力 進(jìn)而決定企業(yè)的應(yīng)變 能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力 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 1 2 2 模具技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展 冷沖技術(shù)及模具不斷革新和發(fā)展 中國(guó)模具工業(yè)和技術(shù)的主要發(fā)展方向包括 提高大型 精密 復(fù)雜 長(zhǎng)壽命模具的設(shè)計(jì)制造水平 在模具設(shè)計(jì)制造中廣泛應(yīng)用 CAD CAE CAM 技術(shù) 為了加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代 必須 縮短工裝的設(shè)計(jì)和制造周期 從而開(kāi)展了模具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造的研 究 采用該技術(shù) 模具設(shè)計(jì)和制造效率一般可提高 2 3 倍 模具生產(chǎn)周期可縮 短 1 2 2 3 目前 已達(dá)到 CAD CAM 一體化 模具圖紙只是作為檢驗(yàn)?zāi)＞咧?大力發(fā)展快速制造成形和快速制造模具技術(shù) 在塑料模具中推廣應(yīng)用熱流道技術(shù) 氣輔注射成型和高壓注射成型技術(shù) 提高模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率 發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù) 逐步推廣高速銑削在模具加工的應(yīng)用 進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)模具的拋光技術(shù)和設(shè)備 研究和應(yīng)用模具的高速測(cè)量技術(shù)與逆向工程 開(kāi)發(fā)新的成形工藝和模具 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 3 第二章 工藝分析計(jì)算 2 1 零件及其沖壓工藝性分析 葉輪用于微型汽車(chē)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 1500 3000r 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) 為保證足夠的強(qiáng)度和剛度 葉輪采用厚度為 2mm 的鋼板 葉輪材料為鋼 08Al 該材料按拉深質(zhì)量分為三級(jí) ZP 用于拉深最復(fù)雜零件 HF 用于拉深很復(fù)雜零件 和 F 用于拉深復(fù)雜零件 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 級(jí) 表 2 1 列出 08Al ZF 的力學(xué)性能 MPas 10 bS MPab 不小于 260 300 200 44 0 66 圖 2 1 葉輪零件示意圖 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 除了 7 個(gè)葉輪形狀和 尺寸應(yīng)一致外 葉輪中部與固定軸配合部位的要求也較高 由于靠沖壓加工難以達(dá)到直 表 2 1 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(shū) 4 徑 1 0823 和 01 7 以及高度尺寸 12 054 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 2 1 沖壓成形后要留有足夠 的機(jī)加余量 因此孔 1 0823 和 01 7 的沖壓尺寸取為 5 23 和 1 直徑 5 1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 但高度尺寸 6 精度高于附表中的尺寸偏差 需由整形保證 初步分析可以知道葉輪零件的沖壓成形需要多道工序 首先 零件中部是有凸緣的 圓筒拉深件 有兩個(gè)階梯 筒底還要沖 5 的孔 其次 零件外圈為翻邊后形成的 7 個(gè) 豎立 葉片 圍繞中心均勻分布 另外 葉片翻邊前還要修邊 切槽 由于拉深圓 角半徑比較小 0 5 1 加上對(duì)葉片底面有跳動(dòng)度的要求 因此還需要整形 對(duì)拉深工序 在葉片展開(kāi)前 按料厚中心線計(jì)算有 中 徑外 徑 dD 5 1326 4 53 1 4 并且葉片展開(kāi)后凸緣將更寬 所以屬于寬凸緣拉深 另外 零件拉深度大 如最小 價(jià)梯直徑的相對(duì)高度 h d 20 5 13 5 1 52 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 對(duì)于沖裁及翻邊工序 考慮到零件總體尺寸不大 而且葉片 豎直 后各葉片之間 的空間狹小 結(jié)構(gòu)緊湊 另外拉深后零件的底部還要 5 6 沖的孔 所以模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 與模具制造有一定難度 要特別注意模具的強(qiáng)度和剛度 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 由于是多工序 多套 模具成形 還要特別注意各工序間的定位 2 2 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 考慮到 生產(chǎn)批量大 應(yīng)在生產(chǎn)合格零件的基礎(chǔ)上盡量提高生產(chǎn)率效率 降低生產(chǎn)成本 要提高 生產(chǎn)效率 應(yīng)該盡量復(fù)合能復(fù)合的工序 但復(fù)合程度太高 模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜 安裝 調(diào)試 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 5 困難 模具成本提高 同時(shí)可能降低模具強(qiáng)度 縮短模具壽命 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 根據(jù)葉輪零件形狀 可以確定成形順序是先拉深中間的階梯圓筒形 然后成形外圈 葉片 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 修邊 切槽 沖孔在中間階梯拉深成形后以及葉片翻邊前進(jìn)行 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 因此葉輪的沖壓成形主要有以下幾種工藝方案 方案一 1 落料 2 拉深 多次 3 整形 4 修邊 5 切槽 6 沖孔 7 翻邊 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 方案三 1 落料與第一次拉深復(fù)合 2 后續(xù)拉深 3 整形 4 切槽 沖孔復(fù)合 5 修邊 6 翻邊 方案四 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 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 方案五 1 落料與第一次拉深復(fù)合 2 后續(xù)拉深 3 整形 4 切槽 5 修邊 沖孔復(fù)合 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) 方案二至五將落料 拉深復(fù)合 主要區(qū)別在于修邊 切槽 沖孔的組合方式以及順 序不同 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 方案二將修邊 切槽 沖孔復(fù)合 工序少 生產(chǎn)率最高 但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜 安裝 調(diào)試?yán)щy 同時(shí)模具強(qiáng)度也較低 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 所以較好的組合方式應(yīng)該是修邊和沖孔組合 而切槽單獨(dú)進(jìn)行 如方案四 五 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 由于切槽與修邊有相對(duì)位置關(guān)系 而所切槽尺寸比較小 如果先切槽則修邊模具上不好 安排定位 所以實(shí)際選擇了方案四 即先修邊 沖孔后切槽 然后翻邊成形豎立葉片 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 7 2 3 主要工藝參數(shù)計(jì)算 2 3 1 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 帶有凸緣的筒形拉深成形件 展開(kāi)尺寸有關(guān)公式計(jì)算 但根據(jù)葉輪零件圖 不能直 接得到凸緣尺寸 在計(jì)算落料尺寸之間 要將豎立的葉片 落料尺寸 150 12 3 實(shí) 際 翻 邊 翻 轉(zhuǎn) 曲 線 簡(jiǎn) 化 計(jì) 算 的 翻 轉(zhuǎn) 曲 線 15 1 圖 2 2 葉 輪 葉 片 的 展 開(kāi) 嚴(yán)格來(lái)說(shuō) 葉輪成形 豎直 葉片的工序?qū)儆谄矫嫱馔骨€翻邊 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 2 2 所示 因?yàn)閺澢霃?r 0 5 1 0 5t 1 所以可以彎曲坯料展開(kāi)的計(jì)算公式計(jì)算 經(jīng)計(jì)算 葉片展開(kāi)后 凸緣尺寸為 76 單 位 mm 98 25 76 d凸 由文獻(xiàn) 10 表 4 5 的公式 可取修邊余量為 2 2 因此凸緣直徑為 76 2 2 80 4 取凸緣尺寸 80 于是得到葉輪拉深成形尺寸 如圖 2 3 所示 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 8 80 25 5 13 5 20 5R2 R1 5R2 R2 按 料 厚 中 心 線 標(biāo) 注 4 5 圖 2 3 葉 輪 拉 深 成 形 尺 寸 根據(jù)葉輪拉深成形尺寸 要以算出零件總體表面積 A 約為 5890 2m 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 6 814 3 590 4 A 因圓角半徑較小 近似由公式計(jì)算落料直徑 2123hddD 公式 2 1 代入 1h 16 2 4 5 5 803 d得 8 7D 最后取落 料直徑 D 87 落料尺寸確定后 需要確定排樣方案 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 2 5 2 2 92 沖裁搭邊值 由文獻(xiàn) 10 表 2 12 的公式 取沿邊搭邊值 a 2 5mm 工件間搭邊值 2mm 1a圖 2 4 排樣圖 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 9 2 3 2 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 根據(jù)圖 12 12 所示葉輪拉深件形狀 成形過(guò)程可分為兩個(gè)步驟 首先按寬凸緣件拉深成形方法 拉成 所要求凸緣直徑的筒形件 內(nèi)徑 5 23 凸緣直徑 80 然后 若將由內(nèi)徑 5 23 的筒 形部分逐次拉成內(nèi)徑 1的階梯 視為拉深成內(nèi)徑為 5 1直筒件的中間過(guò)程 則可以 近似用筒形件拉深計(jì)算方法計(jì)算階梯部分 內(nèi)徑 的成形 但應(yīng)保證首次拉深成 形后的凸緣尺寸在后續(xù)拉深過(guò)程中保持不變 以下尺寸按料厚中心線計(jì)算 1 由 87 毛坯拉成內(nèi)徑 5 23 凸緣直徑 87 的圓形件 判斷能否一次拉成 帶凸緣筒形件第一拉深的許可變形程度可用對(duì)應(yīng)于 1d凸 和 0 Dt不同比值的最大 相對(duì)拉深高度 1dh來(lái)表示 根據(jù)圖 2 3 對(duì)葉輪零件 14 352801 凸 29 0 t 由文獻(xiàn) 10 表 4 20 查得 dh 內(nèi)徑 5 23 的圓筒件高度未定 可以先確定拉深圓角半徑 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 1dh判斷能否一次拉出 取圓角半徑 mRr21 按公式可求出拉深高度 2 135 2403 8075 2 14 0 3 5 0 2121 RrdrdDh凸 因 3 所以一次拉不出來(lái) 在凸緣件的多次拉深中 為了保證以后拉深時(shí)凸緣不參加變形 首先拉深時(shí) 拉入 凹模的材料應(yīng)比零件最后拉深部分所需要材料多一些 按面積計(jì)算 但葉輪相對(duì)厚度 較大 可不考慮多拉材料 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 用逼近法確定第一次拉深直徑計(jì)算見(jiàn)表 2 2 表 2 2 毛坯拉深直徑 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 10 相對(duì)凸緣 直徑假定 1 dN凸 毛坯相對(duì)厚度 0 Dt第一次拉深直徑 Nd 1凸 實(shí)際拉深系 數(shù) Ddm 1 極限拉深 系數(shù) 1m 拉深系數(shù)差值 1m 1 2 2 29 672 8010 77 0 49 0 28 1 4 2 29 54 d0 66 0 47 0 19 1 6 2 29 06 810 57 0 45 0 12 2 0 2 29 4 2d0 46 0 42 0 04 2 2 2 29 36 801 0 41 0 40 0 01 2 4 2 29 2d0 38 0 37 0 01 2 8 2 29 98 010 33 0 33 0 0 實(shí)際拉深系數(shù)應(yīng)該適當(dāng)大于極限拉深系數(shù) 因此可以初步取第一次拉深直徑為 36mm 按料厚中心計(jì)算 計(jì)算第二次拉深直徑 第二次拉深的極限拉深系數(shù) 75 0 3 2 m 考慮到葉輪材料為 08Al ZF 塑性 好 同時(shí)材料厚度較大 極限拉深系數(shù)可適當(dāng)降低 取 71 0 2 m 6 21 6212 d 為了便于后續(xù)拉深成形 第二拉深直徑可取為 25 5mm 此時(shí)的拉深系數(shù)為 7 03 5 12 m 一 二次拉深的圓角半徑 R91凹 mR42 凹 凸 可取與凹模圓角半徑 相等或略小的值 凹凸R 6 0 所以可以取 1 凸 2凸 考慮到葉輪最終成形后圓角半徑較 小 實(shí)際取 m2凸凸 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(shū) 11 1 47361 074 8073625 14 0 43 25 0 2212121 RrdrdDh凸 第二次拉深高度 7 15 2054 8075 2 4 0 43 0 25 0 22222 rdrdh凸 校核第一次拉深相對(duì)高度零件 39 06 1 41 dh 36801凸 9 10 Dt 5 考慮到材料塑性好 故可以拉成 2 由內(nèi)徑 拉出內(nèi)徑 的階梯 階梯形件拉深與圓筒形件拉深基本相同 每一階梯相當(dāng)于相應(yīng)的圓筒形件拉深 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 5 1 的成形 由內(nèi)徑 5 23 拉出內(nèi)徑 5 1 的階梯 總拉深系數(shù) 53 02 3 m 查由文獻(xiàn) 10 表 4 15 筒形件第三次拉深的極限拉深系數(shù) 78 6 所以該階 梯部分不能一次拉成 需多次拉深成形 筒形件拉深的極限拉深系數(shù) 80 7 4 m 2 0 5 實(shí)際拉深系數(shù) 在各次拉深中應(yīng)均勻分配 考慮到最后一次拉深時(shí)材料已多次變形 拉深系數(shù)應(yīng)適當(dāng)取 大一些 于是階梯部分采用三次拉深 拉深系數(shù)分別為 76 3m 9 4 87 05 m 各次拉深直徑分別為 第三次拉深 第一次階梯拉深 5 19 23 d 內(nèi)徑 第四次拉深 第二次階梯拉深 4m 內(nèi)徑 3 第五次拉深 第三次階梯拉深 5 內(nèi)徑 1 忽略材料壁厚的變化 按表面積不變的條件可以計(jì)算出各次深的高度 7 163 h 4 9 205 h 最后結(jié)果如圖 2 5 所示 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 12 15 7R4R4 23 5 80 b 第 二 次 拉 深 16 7R1 R1 17 5 23 5 80 c 第 三 次 拉 深 R1R1 d 第 五 次 拉 深 變 形 19 4R1R1R0 5 R1 11 5 23 5 80 14 1 2 R6 R6 80 34 a 落 料 拉 深 工序一 二由 87 毛坯拉成內(nèi)徑 5 23 凸緣直徑 80 的圓筒件 第一道工序?yàn)槁?料 拉深 落料直徑 mD0 然后拉深成凸緣直徑為 80mm 的筒形件 該凸緣直徑 在后續(xù)成形過(guò)程中保持不變 落料 拉深由一套模具完成 工序二為寬凸緣筒形件的二 次拉深 工序三 四 五為由內(nèi)徑 5 23 的筒形拉出內(nèi)徑 5 1 小臺(tái)階的階梯拉深過(guò)程 工序 五在拉深成形結(jié)束后還帶有整形 主要目的是將凸緣整平 同時(shí)減小圓角半徑 以達(dá)到 零件圖要求 經(jīng)驗(yàn)證 上述工藝方案是完全可行的 圖 2 5 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(shū) 13 3 落料 拉深沖壓力落料力的計(jì)算按下式 kNDtF17024871 33 1 落 一般可取 b 8 0 拉深力計(jì)算 由 31Ktdb拉 公式 代入數(shù)據(jù) 最后得 kNF7 53 0284 拉 拉深力出現(xiàn)在落料力之后 因此最大沖壓力出現(xiàn)在沖裁階段 選用落料 拉深復(fù)合 結(jié)構(gòu) 見(jiàn)圖 12 4 可計(jì)算出最大沖壓力為 推頂落 F max 經(jīng)計(jì)算 kNF190ax 推頂落 所以選擇噸位為 250kN 的壓力機(jī) 即 J23 25 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 14 第三章 模具設(shè)計(jì) 如前所述 模具設(shè)計(jì)包括模具結(jié)構(gòu)形式的選擇與設(shè)計(jì) 模具結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算 模具圖 繪制等內(nèi)容 3 1 落料 拉深復(fù)合模 3 1 1 模具結(jié)構(gòu) 模具結(jié)構(gòu)如圖 3 3 所示 落料拉深復(fù)合模 該結(jié)構(gòu)落料采用正裝式 拉深采用倒裝 式 模座下的緩沖器兼作壓邊與頂件裝置 推件一般采用打桿的剛性推件裝置 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 適用于拉深深度較大 材料較厚的情況 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) 條料送進(jìn)時(shí) 沖首件時(shí)以目測(cè)定位 待沖第二個(gè)工件時(shí) 則用 擋料銷(xiāo)定位 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 壓邊力 是通過(guò)頂桿傳到壓邊圈上進(jìn)行壓邊的 拉深行程最后 推件塊和凸?？繑n對(duì)工件施壓 使工件底部平整 工件制出后 上模上行 打桿和推件塊起作用 把工件從凸凹模中推 出 圖 3 1 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(shū) 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(xiāo) 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(xiāo) 14 凸凹模 15 內(nèi)六角螺釘 16 模柄 17 螺母 18 打桿 19 推件塊 20 凸模 21 內(nèi)六角螺釘 22 圓柱銷(xiāo) 23 導(dǎo)柱 3 1 2 模具工件部分尺寸及公差計(jì)算 落料 拉深復(fù)合模 落料凸模和凹模為圓形 所以可以采用單獨(dú)加工 落料毛坯直徑可取未注公差尺寸 的極限偏差 故取落料件的尺寸及公差為 087 按公式 35 0035 0 786 凹凹 xD 式中 x 0 5 查文獻(xiàn) 10 4 48 表 凹 查文獻(xiàn) 10 4 46 02 02 0min 386 1 287 05 2 凸凸 Cx 式中 13 0minC 查文獻(xiàn) 10 4 46 同時(shí)有 max C 2凸 查文獻(xiàn) 10 4 48 表 14 026 3 0205 2 5 minax 凸凹 凹模輪廓尺寸的確定 凹模輪廓尺寸包括凹模板的平面尺寸 B L 及厚度尺寸 H 據(jù)公式 L l 2c B b 2c 公式 3 1 其中 c 35 45 故 mclL 32 17 56 43 2 86 BFKH 490 7 1 03321 凹模結(jié)構(gòu)如圖 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 16 2 10 4 M12 29 90 3 86 3 860 1 6 0 8 0 8 裝 后 磨 平 47 5 圖 3 2 落料凹模 模架的選擇 160 160 上模座 160 160 45 下模座 160 160 55 導(dǎo)柱 28 200 導(dǎo)套 28 110 43 模柄 40 60 模具閉合高度 mh為 mm 218 凸 凹 模 伸 入 凹 模 長(zhǎng) 度凹 模 高凹 凸 模 高上 模 板 厚下 模 板 厚 查所選設(shè)備 J23 25 的參數(shù) 最大閉合高度為 250mm 最小閉合高度為 180mm 封閉高度應(yīng)該滿足 105minmax Hh 公式 3 2 所以該封閉高度是適合的 拉深模設(shè)計(jì) 首次拉深件按未注公差尺寸的極限偏差考慮 并標(biāo)注內(nèi)形尺寸 故拉深件的尺寸公 差為 62 034 由公式 1 01 00 539 426 043 24 凹凹 cdD 式中 c 取為 mt 12 凹 取為 0 凹 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 17 07 062 0 534 4 3 4 凸凸 d圖 取為 m07 凸 3 2 修邊沖孔模 模具結(jié)構(gòu)如圖 3 3 所示 修邊由件修邊凹模完成 而沖孔由沖孔凸模和沖孔凹模完 成 沖裁完成后 工件卡在沖孔凹模內(nèi) 由模柄內(nèi)的打桿 推件板 推桿以及推件塊共 同退出工件 3 2 1 模具結(jié)構(gòu) 圖 3 3 修 邊 沖 孔 模 1 下模座 2 沖孔凹模 3 修邊凹模 4 凸模固定板 5 墊板 6 上模座 7 圓柱銷(xiāo) 8 模柄 9 六角螺母 10 打桿 11 打件板 12 內(nèi)六角螺釘 13 推桿 14 導(dǎo)套 15 沖孔凸模 16 推件塊 17 導(dǎo)柱 18 修邊凸模 19 圓柱銷(xiāo) 20 內(nèi)六角螺釘 如果將工件顛倒放置 沖孔凸模從筒形件外進(jìn)入 由沖孔凹模的壁厚將很薄 強(qiáng)度 不夠 因此沖孔凸模只能從筒形內(nèi)部進(jìn)入 但這樣凸模長(zhǎng)度增加 因此應(yīng)注意凸模剛性 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 18 3 2 2 模具工件部分尺寸及公差計(jì)算 該步工序的毛坯為上一工序的零件 間隙 x 0 5246 0min Z360 max Z 制造公差 凸 2 凹 65 沖孔凸模 02 02 0 3 pxdp 沖孔凹模 02020mind 78 6 4 65 6 2 d C 凹模輪廓尺寸的確定 凹模輪廓尺寸包括凹模板的平面尺寸 B L 及厚度尺寸 H 據(jù)公式 L l 2c B b 2c 其中 c 4 27 5 70 故 mclL 18 32 5 70 2 4 78 62 BmKbH 0 式中 C 1 5 2 4 27 5 70 沖裁力 KNLtFb 2805 430 27614 33 1 修邊凹模輪廓尺寸的確定 據(jù)公式 L l 2c B b 2c 其中 c 38 48 故 mclL 17248 38 276 B FKH5 90 1 03321 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 19 修邊凹模如圖 76 100 160 2 12 4 M12 45 20 圖 3 4 修邊凹模 模架的選擇 160 160 上模座 160 160 45 下模座 160 160 55 導(dǎo)柱 28 200 導(dǎo)套 28 110 43 沖裁力 KNLtFb 2805 430 27614 33 1 故 壓力機(jī)選用 J23 40 模柄 50 70 模具閉合高度 mh為 45 8 20 55 18 40 55 241 mm 查所選設(shè)備的參數(shù) 最大閉合高度為 300mm 最小閉合高度為 220mm 封閉高度應(yīng)該滿足 105minmax Hh 所以該封閉高度是適合的 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 20 3 3 切槽模 模具結(jié)構(gòu)如圖 3 5 所示 切槽由 7 個(gè)切槽凸模和凹模共同完成 為便于模具制造 切槽凸模端部與凸模固定板采用鉚接 切槽后工件在聚胺脂橡膠的作用下由卸料板退出 凸模 另外 由于槽與上一道修邊外形有相對(duì)位置關(guān)系 因此沖裁時(shí)工件定位要可靠 可 利用修邊外形定位 這樣操作較為方便 3 3 1 模具結(jié)構(gòu) 圖 3 5 切 槽 模 1 圓 柱 銷(xiāo) 2 凹 模 3 定 位 塊 4 凸 模 5 凸 模 固 定 板 6 上 模 座 7 內(nèi) 六 角 螺 釘 8 圓 柱 銷(xiāo) 9 模 柄 10 墊 板 11 內(nèi) 六 角 螺 釘 12 導(dǎo) 套 13 橡 膠 14 卸 料 板 15 導(dǎo) 柱 16 內(nèi) 六 角 螺 釘 17 下 模 座 3 3 2 模具工件部分尺寸及公差計(jì)算 該步工序的毛坯為上一工序的零件 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 21 4 13 5 110 R1 5 R1 5 23 5 0 0250 1 30 160 0 8 0 8 0 8A 0 15 A 55 0 4 5 76 2 12 沉 孔 19 5深 13 3 11 5 凹模輪廓尺寸的確定 凹模輪廓尺寸包括凹模板的平面尺寸 B L 及厚度尺寸 H 據(jù)公式 L l 2c B b 2c 其中 c 38 48 故 mclL 17248 38 276 B FKH5 90 1 03321 模架的選擇 160 160 上模座 160 160 45 下模座 160 160 55 導(dǎo)柱 28 200 導(dǎo)套 28 110 43 沖裁力 KNLtFb 2805 430 27614 33 1 故 壓力機(jī)選用 J23 40 模柄 50 70 模具閉合高度 mh為 圖 3 6 切槽凹模 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 22 mh 45 8 40 25 12 2 55 55 242 mm 查所選設(shè)備的參數(shù) 最大閉合高度為 300mm 最小閉合高度為 220mm 封閉高度應(yīng)該滿足 105minmax Hh 所以該封閉高度是適合的 3 4 翻邊模 翻邊模如圖 3 7 所示 將工件放在模具上并可靠定位后 在翻邊凸模和翻邊凹模共同作用下將葉片翻成豎 直 工件翻邊之前同樣應(yīng)該可靠定位 如果工件發(fā)生錯(cuò)移 除了得不到合格零件外 還 有可能操壞模具 翻邊過(guò)程中工件底部一直受到壓力作用 這樣能保證成形后葉輪底部 平整 翻邊凹模的工作部位要取較小的圓角 同時(shí)要打磨得比較光潔 這樣能避免在工件 表面留下加工痕跡 另外 翻邊時(shí)凸模受到 7 個(gè)葉片往順時(shí)針?lè)较虻牧?因此應(yīng)該在模 具結(jié)構(gòu)上考慮防轉(zhuǎn)措施 圖中凸模凸模固定板之間采用銷(xiāo)釘以防止轉(zhuǎn)動(dòng) 翻邊結(jié)束后 墊塊和頂件板接觸 此時(shí)在墊塊和頂件板以及凸模共同作用下 對(duì)工 件進(jìn)行整形 以達(dá)到所要求尺寸 最后 工件在橡膠作用下又退出翻邊凹模 3 4 1 模具結(jié)構(gòu) 3 4 2 模具工件部分尺寸及公差計(jì)算 該步工序的毛坯為上一工序的零件 彎曲力計(jì)算 根據(jù)公式 tcbFp 26 0N518331 5 2 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 23 圖 3 7 翻邊成形模 1 內(nèi)六角螺母 2 橡膠 3 打桿 4 圓柱銷(xiāo) 5 凹模墊塊 6 凹模 7 導(dǎo)柱 8 導(dǎo)套 9 上模座 10 圓柱銷(xiāo) 11 模柄 12 內(nèi)六角螺釘 13 凸模固定板 14 凸模 15 定位塊 16 頂件塊 17 墊板 18 卸料螺桿 19 內(nèi)六角螺釘 20 內(nèi)六角螺釘 21 下模座 總壓力 KNLtFb 2805 430 27614 33 1 故 壓力機(jī)選用 J23 40 凹模輪廓尺寸包括凹模板的平面尺寸 B L 及厚度尺寸 H 據(jù)公式 L l 2c B b 2c 其中 c 4 27 5 70 故 mclL 18 32 5 70 2 4 78 62 B mKbH 0 式中 C 1 5 2 4 27 5 70 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 24 沖裁力 KNLtFb 2805 430 27614 33 1 凹模輪廓尺寸的確定 凹模輪廓尺寸包括凹模板的平面尺寸 B L 及厚度尺寸 H 據(jù)公式 L l 2c B b 2c 其中 c 38 48 故 mclL 17248 38 276 B FKH5 90 1 03321 模架的選擇 160 160 上模座 160 160 45 下模座 160 160 55 導(dǎo)柱 28 200 導(dǎo)套 28 110 43 模柄 50 70 模具閉合高度 mh為 45 8 40 25 12 2 55 55 242 mm 查所選設(shè)備的參數(shù) 最大閉合高度為 300mm 最小閉合高度為 220mm 封閉高度應(yīng)該滿足 105minmax Hh 所以該封閉高度是適合的 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 25 第四章 結(jié)論 本課題對(duì)微型汽車(chē)水泵葉輪沖壓工藝的成形過(guò)程進(jìn)行了研究 分析其工藝性 進(jìn) 行工藝計(jì)算并確定模具總體方案 制定成形工藝的工藝流程 根據(jù)給定的零件圖進(jìn)行工 藝分析并確定工藝實(shí)現(xiàn)方案 確定模具結(jié)構(gòu)并畫(huà)出模具裝配圖與主要零件圖 在設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)對(duì)葉輪零件的沖壓模具設(shè)計(jì) 進(jìn)一步提高了全面運(yùn)用所學(xué)理論 和實(shí)踐知識(shí) 進(jìn)行沖壓加工的工藝規(guī)程的制定和沖壓模具的設(shè)計(jì)的能力 也是熟悉和運(yùn) 用有關(guān)手冊(cè) 圖表等技術(shù)資料及編寫(xiě)技術(shù)文件等基本技能的一次實(shí)踐機(jī)會(huì) 為今后的工 作打下良好的基礎(chǔ) 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 26 參考文獻(xiàn) 1 中國(guó)機(jī)械工程協(xié)會(huì) 中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典編委會(huì) 中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典 江西科學(xué)技術(shù)出版社 2003 15 97 772 854 2 鄭晨升 賀煒 CAXA 電子圖版實(shí)用繪圖及二次開(kāi)發(fā) 西安電子科技大學(xué)出版社 2001 3 王芳 冷沖壓模具設(shè)計(jì)指導(dǎo) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1998 15 20 4 鄭家賢 沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)實(shí)用技術(shù) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2006 35 41 5 啟翔 冷沖壓實(shí)用技術(shù)等 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2006 10 18 6 GB T1182 1996 GB T1183 1996 GB T1184 1996 形狀和位置公差 代號(hào)及其標(biāo)注 術(shù)語(yǔ)及定 義 未注公差的規(guī)定 S 19 20 7 GB T2851 1990 GB T2861 1990 冷沖模 S 30 32 8 田嘉生 馬正顏 沖模設(shè)計(jì)基礎(chǔ) M 北京 航空工業(yè)出版社 1994 9 黃健求 模具制造 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2001 45 50 10 王孝培 沖壓手冊(cè) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1990 119 120 11 黃毅宏 李明輝 模具制造工藝學(xué) 機(jī)械工業(yè)出版社 2002 3 12 姜奎華 沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 機(jī)械工業(yè)出版社 13 模具實(shí)用技術(shù)編委會(huì) 沖模設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例 機(jī)械工業(yè)出版社 2000 年 9 月第一版 14 馮炳堯 韓泰榮 蔣文森 模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè) 第二版 上海科學(xué)技術(shù)出版社 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 27 謝 辭 經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的查資料 整理材料 模具設(shè)計(jì) 寫(xiě)說(shuō)明書(shū) 今天終于可以順利的完成 設(shè)計(jì) 想了很久 要寫(xiě)下這一段謝辭 表示可以進(jìn)行畢業(yè)答辯了 自己想想求學(xué)期間的 點(diǎn)點(diǎn)滴歷歷涌上心頭 時(shí)光匆匆飛逝 四年多的努力與付出 隨著論文的完成 終于讓 學(xué)生在大學(xué)的生活 得以劃下了完美的句號(hào) 設(shè)計(jì)得以完成 首先要感謝任國(guó)成老師 因?yàn)樵O(shè)計(jì)是在老師的悉心指導(dǎo)下完成的 老師淵博的專(zhuān)業(yè)知識(shí) 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度 精益求精的工作作風(fēng) 誨人不倦的高尚師德 嚴(yán)以律己 寬以待人的崇高風(fēng)范 樸實(shí)無(wú)華 平易近人的人格魅力對(duì)我影響深遠(yuǎn) 本設(shè) 計(jì)從選題到完成 每一步都是在老師的指導(dǎo)下完成的 傾注了老師大量的心血 老師指引我的設(shè)計(jì)的方向和架構(gòu) 并對(duì)本設(shè)計(jì)初稿進(jìn)行逐字批閱 甚至圖紙的每一 個(gè)細(xì)節(jié) 每一個(gè)字體 每一個(gè)標(biāo)注 大至模具結(jié)構(gòu) 小至每一個(gè)螺釘?shù)倪x擇 指正出其 中誤謬之處 使我有了思考的方向 老師的循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú) 盡的啟迪 老師的嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致 一絲不茍的作風(fēng) 將一直是我工作 學(xué)習(xí)中的榜樣 老師 本來(lái)就有的教學(xué)任務(wù) 工作量之大可想而知 但在一次次的幫我修改結(jié)構(gòu) 精確到每一 個(gè)細(xì)節(jié)的批改給了我深刻的印象 使我在設(shè)計(jì)之外明白了做學(xué)問(wèn)所應(yīng)有的態(tài)度 在此 謹(jǐn)向老表示崇高的敬意和衷心的感謝 另外 要感謝在大學(xué)期間所有傳授我知識(shí)的老師 是你們的悉心教導(dǎo)使我有了良好 的專(zhuān)業(yè)課知識(shí) 這也是論文得以完成的基礎(chǔ) 謝謝