沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)實(shí)例

1、第一節(jié)沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)的容及步驟沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)是進(jìn)行沖壓生產(chǎn)的重要技術(shù)準(zhǔn)備工作。沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合工廠的設(shè)備、人員 等實(shí)際情況，從零件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本、勞 動(dòng)強(qiáng)度、環(huán)境的保護(hù)以及生產(chǎn)的安全性各個(gè)方面綜合考 慮，選擇和設(shè)計(jì)出技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理、使用安全可 靠的工藝方案和模具結(jié)構(gòu)，以使沖壓件的生產(chǎn)在保證達(dá) 到設(shè)計(jì)圖樣上所提出的各項(xiàng)技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，盡可能 降低沖壓的工藝成本和保證安全生產(chǎn)。一般來講，設(shè)計(jì) 的主要容及步驟包括：1. 工藝設(shè)計(jì)(1) 零件及其沖壓工藝性分析 根據(jù)沖壓件產(chǎn)品 圖，分析沖壓件的形狀特點(diǎn)、尺寸大小、精度要求、原 材料尺寸規(guī)格和力學(xué)性能，并結(jié)合可供選用的

2、沖壓設(shè)備 規(guī)格以及模具制造條件、生產(chǎn)批量等因素，分析零件的 沖壓 工藝性。良好的沖壓工藝 性應(yīng)保證材料消耗少、工 序數(shù)目少、占用設(shè)備數(shù)量少、模具結(jié)構(gòu)簡單而壽命高、 產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、操作簡單。(2) 確定工藝方案，主要工藝參數(shù)計(jì)算 在沖壓工 藝性分析的基礎(chǔ)上，找出工藝與模具設(shè)計(jì)的特點(diǎn)與難點(diǎn)， 根據(jù)實(shí)際情況提出各種可能的沖壓工藝方案，容包括工 序性質(zhì)、工序數(shù)目、工序順序及組合方式等。有時(shí)同一 種沖壓零件也可能存在多個(gè)可行的沖壓工藝方案，通常 每種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)從產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、設(shè)備 占用情況、模具 制造的難易程度和壽命高低、生 產(chǎn)成本、 操作方便與安全程度等方面進(jìn)行綜合分析、比較，確定出適合

3、于現(xiàn)有生產(chǎn)條件的最佳方案。此外，了解零件的作用及使用要求對(duì)零件沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)是有幫助的。工藝參數(shù)指制定工藝方案所依據(jù)的數(shù)據(jù)，如各種成形 系數(shù) (拉深系數(shù)、脹形系數(shù)等)、零件 展開尺寸以及沖 裁力、成形力等。計(jì)算有兩種情況，第一種是工藝參數(shù) 可以計(jì)算得比較準(zhǔn)確，如零件排樣的材料利用率、沖裁 壓力中心、工件面積等；第二種是工藝參數(shù)只能作近似 計(jì)算，如一般彎曲或拉深成形力、復(fù)雜零件坯料展開尺 寸等，確定這類工藝參數(shù)一般是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式或圖表進(jìn) 行粗 略計(jì)算，有些需通過試驗(yàn)調(diào)整；有時(shí)甚至沒有經(jīng)驗(yàn) 公式可以應(yīng)用，或者因計(jì)算太繁雜以致于無法進(jìn)行，如 復(fù)雜模具零件的剛性或強(qiáng)度校核、復(fù)雜沖壓零件成形力 計(jì)算

4、等，這種情況下一般只能憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估計(jì)。(3) 選擇沖壓設(shè)備 根據(jù)要完成的沖壓工序性質(zhì)和 各種沖壓設(shè)備的力能特點(diǎn)，考慮沖壓加工所需的變形力、 變形功及模具閉合高度和輪廓尺寸的大小等主要因素， 結(jié)合工廠現(xiàn)有設(shè)備情況來合理選定設(shè)備類型和噸位。常用沖壓設(shè)備有曲柄壓力機(jī)、液壓機(jī)等，其中 曲柄壓力機(jī)應(yīng)用最廣。沖裁類沖壓工序多在曲柄壓力機(jī)上進(jìn)行,一般不用液壓機(jī)；而成形類沖壓工序可在曲柄壓力機(jī)或 液壓機(jī)上進(jìn)行2. 模具設(shè)計(jì) 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、模具圖繪制等容(1) 模具結(jié)構(gòu)形式的選擇與設(shè)計(jì) 根據(jù)擬定的工藝 方案，考慮沖壓件的形狀特點(diǎn)、零件尺寸大小、精度要 求、生產(chǎn)批量、模具

5、加工條件、操作方便與安全的要求 等選定與設(shè)計(jì)沖模結(jié)構(gòu)形式。(2) 模具結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算確定模具結(jié)構(gòu)形式后，需計(jì)算或校核模具結(jié)構(gòu)上的有關(guān)參數(shù)，如模具工作部分(凸、凹模等)的幾何尺寸、模具零件的強(qiáng)度與剛度、 模具運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)、模具與設(shè)備之間的安裝尺寸， 選用和核算彈性元件等。(3) 繪制模具圖 模具圖是沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)結(jié) 果的最終體現(xiàn)，一套完整的模具圖應(yīng)該包括模具和使用 模具的完備信息。模具圖的繪制應(yīng)該符合國家制定的制 圖標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)考慮模具行業(yè)的特殊要求與習(xí)慣。模具圖由總裝圖和非標(biāo)準(zhǔn)件的零件圖組成?？傃b配圖 主要反映整個(gè)模具各個(gè)零件之間的裝配關(guān)系，應(yīng)該對(duì)應(yīng) 繪制說明模具構(gòu)造的投影圖，主要是主視

6、圖和俯視圖及 必要的剖面、剖視圖，并注明主要結(jié)構(gòu)尺寸，如閉合高 度、輪廓尺寸等。習(xí)慣上俯視圖由下模部分投影而得， 同時(shí)在圖紙的右上角繪出工件圖、排樣圖，右下方列出 模具零件的明細(xì)表，寫明技術(shù)要求等。零件圖一般根據(jù) 模具總裝配圖測(cè)繪，也應(yīng) 該有 足夠的投影各必要的剖面、 剖視圖以將零件結(jié)構(gòu)表達(dá)清楚。此外，要標(biāo)注零件加工 所需的所有結(jié)構(gòu)尺寸、公差、表面粗糙度、熱處理及其 他技術(shù)要求。對(duì)于一個(gè)完整的生產(chǎn)過程，沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)是密 不可分的，二者相互聯(lián)系，相互影響，因此前述督可能 需要交叉、反復(fù)進(jìn)行。若方案有變化，則需重新進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算3. 編寫工藝文件及設(shè)計(jì)計(jì)算說明書為了規(guī)生產(chǎn)，加強(qiáng)管理，每一種沖壓

7、產(chǎn)品的生產(chǎn)需寫 相應(yīng)的工藝文件（如工序卡片）。對(duì)零件沖壓工藝和模具 設(shè)計(jì)應(yīng)編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書，以供日后查閱。設(shè)計(jì)計(jì)算 說明書應(yīng)該包括沖壓件的工藝分析以及模具設(shè)計(jì)的主要 容。第二節(jié)沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)實(shí)例、摩托車側(cè)蓋前支承沖壓工藝設(shè)計(jì) 食圖12-1所示為摩托車側(cè)蓋前支承零件示意圖，材料Q215鋼，厚度1.5mm,年生產(chǎn)量5萬件，要求編制該沖 壓工藝方案。1. 零件及其沖壓工藝性分析摩托車側(cè)蓋前支承零件是以2個(gè)5.9 mm的凸包定位且 焊接組合在車架的電氣元件支架上，腰圓孔用于側(cè)蓋的 裝配，故腰圓孔位置是該零件需要保證的重點(diǎn)。另外， 該零件屬隱蔽件，被側(cè)蓋完全遮蔽，外觀上要求不高， 只需平整。hd-

8、5270圖12-1側(cè)蓋前支承零件示意圖該零件端部四角為尖角，若采用落料工藝，則工藝性 較差，根據(jù)該零件的裝配使用情況，為了改善落料的工 藝性，故將四角修改為圓角，取圓角半徑為2mm此外零 件的“腿”較長，若能有效地利用過彎曲和校正彎曲來 控制回彈，則可以得到形狀和尺寸比較準(zhǔn)確的零件。腰圓孔邊至彎曲半徑R中心的距離為2.5mm。大 于材 料厚度 （1.5mm），從而腰圓孔位于變形區(qū)之外，彎曲 時(shí)不會(huì)引起孔變形，故該孔可在彎曲前沖出。2. 確定工藝方案首先根據(jù)零件形狀確定沖壓工序類型和選擇工序順 序。沖壓該零件需要的基本工序有剪切（或落料）、沖腰 圓孔、一次彎曲、二次彎曲和沖凸包。其中彎曲決定了

9、零件的總體形狀和尺寸，因此選擇合理的彎曲方法十分 重要。（1）彎曲變形的方法及比較 該零件彎曲變形的方 法可 米用如圖12-2所示中的任何一種。第一種方法（圖12-2a）為一次成形，其優(yōu)點(diǎn)是用一副 模具成形，可以 提高生產(chǎn)率，減少所需設(shè)備和操作人員。 缺點(diǎn)是毛坯的整個(gè)面積幾乎都參與激烈的變形，零件表 面擦傷嚴(yán)重，且擦傷面積大，零件形狀與尺寸都不精確, 彎曲處變薄嚴(yán)重，這些缺陷將隨零件“腿”長的增加和 “腿”長的減小而愈加明顯。第二種方法（圖12-2b）是先用一副模具彎曲端部兩 角，然后在另一副模具上彎曲中間兩角。這顯然比第一 種方法彎曲變形的激烈程度緩和的多，但回彈現(xiàn)象難以 控制，且增加了模具

10、、設(shè)備和操作人員。第三種方法（圖12-2c）是先在一副模具上彎曲端部兩 角并使中間兩角預(yù)彎45。，然 后在另一副模具上彎曲成 形，這樣由于能夠?qū)崿F(xiàn)過彎曲和校正彎曲來控制回彈， 故零件的形狀和尺寸精確度高。此外，由于成形過程中 材料受凸、凹模圓角的阻力較小，零件的表面質(zhì)量較好。 這種彎曲變形方法對(duì)于精度要求高或長“腳”短“腳” 彎曲件的成形特別有利。h)圖12-2 彎曲成形a) 一副模具成形 b)、c)兩副模具成形(2) 工序組合方案及比較 根據(jù)沖壓該零件需要的 基本工序和彎曲成形的不同方法，可以作出下列各種組 合方案。方案一：落料與沖腰圓孔復(fù)合、彎曲四角、沖凸包。 其優(yōu)點(diǎn)是工序比較集中，占用設(shè)

11、備和人員少，但回彈難 以控制，尺寸和形狀不精確，表面擦傷嚴(yán)重。方案二：落料與沖腰圓孔復(fù)合、彎曲端部兩角、彎曲 中間兩角、沖凸包。其優(yōu)點(diǎn)是模具結(jié)構(gòu)簡單，投產(chǎn)快， 但回彈難以控制，尺寸和形狀不精確，而且工序分散， 占用設(shè)備和人員多。方案三：落料與沖腰圓孔復(fù)合、彎曲端部兩角并使中 間兩角預(yù)彎45 、彎曲中間兩角、沖凸包。其優(yōu)點(diǎn)是工 件回彈容易控制，尺寸和形狀精確，表面質(zhì)量好，對(duì)于 這種長“腿”短“腳”彎曲件的成形特別有利，缺點(diǎn)是 工序分散，占用設(shè)備和人員多。方案四：沖腰圓孔、切斷及彎曲四角連續(xù)沖壓、沖凸 包。其優(yōu)點(diǎn)是工序比較集中，占用設(shè)備和人員少，但回 彈難以控制，尺寸和形狀不精確，表面擦傷嚴(yán)重。方

12、案五：沖腰圓孔、切斷及彎曲端部沖腰圓孔、切斷 連續(xù)沖壓、彎曲中間兩角、沖凸包。這種方案實(shí)質(zhì)上與 方案二差不多，只是采用了結(jié)構(gòu)復(fù)雜的連續(xù)模，故工件 回彈難以控制，尺寸和形狀不精確。方案六：將方案三全部工序組合，采用帶料連續(xù)沖壓。 其優(yōu)點(diǎn)是工序集中，只用一副模具完成全部工序，其實(shí) 質(zhì)是把方案三的各工序分別布置在連續(xù)模的各工位上， 所以還具有方案三的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 安裝、調(diào)試和維修困難。制造周期長。綜合上述，該零件 雖然對(duì)表面外觀要求不高，但由 于“腿”特別長，需要有效地利用過彎曲和校正來控制 回彈，其方案三和方案六都能滿足這一要求，但考慮到 該零件件生產(chǎn)批量不是太大，故選用方案三，

13、其沖壓工 序如下：落料沖孔、一次 彎形 （彎曲 端部兩角并使中間兩角 預(yù)彎45 ）、二次彎形（彎曲中間兩角）、沖凸包。3. 主要工藝參數(shù)計(jì)算（1）毛坯展開尺寸展開尺寸按圖12-3分段計(jì)算。毛坯展開長度L 2|i 2 12 13 2 14 2 I5式中 11=12.5mm;12=45.5m;l3=30mm;r xt|4和|5按2計(jì)算。其中 圓周半徑r分別為2mm和4mm,材料厚度t=1.5mm , 中性 層位置系數(shù)x按t由表3-2查取。當(dāng)r=2mm時(shí)取 x=0.43 ， r=4mm 時(shí)取 x=0.46。將以上數(shù)值代入上式得169 mm2 2L 2 12.5 2 45.5 302 0.43 1.5

14、4 0.46 1.52 2考慮到彎曲時(shí)材料略有伸長，故取毛坯展開長度L=168mm。對(duì)于精度要求高的彎曲件，還需要通過試彎后進(jìn)行修 正，以獲得準(zhǔn)確的展開尺寸。（2） 確定排樣方案和計(jì)算材料利用率1）確定排樣方案，根據(jù)零件形狀選用合理的排樣方 案，以提高材料利用率。該零件采用落料與沖孔復(fù)合沖 壓，毛坯形狀為矩形，長度方向尺寸較大，為便于送料， 采用單排方案（見圖12-4）。圖12-3 毛坯計(jì)算圖圖12-4 排樣方案查得，得搭邊值a和a由表2-12a =2mm,a=i.8mm。2）確定板料規(guī)格和裁料方式。根據(jù) 條料的寬度尺寸, 選擇合適的板料規(guī)格，使剩余的邊料越小越好。該零件 寬度 用料 為172

15、mm 以選擇1.5mmX 710mmK 1420mm的板 料規(guī)格為宜。裁料方式既要考慮所選板料規(guī)格、沖制零件的數(shù)量, 又要考慮裁料操作的方便性，該零件以縱裁下料為宜。 對(duì)于較為大型的零件，則著重考慮沖制零件的數(shù)量，以 降低零件的材料費(fèi)用。（3）計(jì)算材料消耗工藝定額和材料利用率。根據(jù)排樣 計(jì)算，一鋼板可沖制的零件數(shù)量為n=4 X 59=236（件）。材料消耗工藝定額一張鋼板的質(zhì)量一張鋼板沖制零件的數(shù)量1.5 710 1420 0.00000782360.04998kg材料利用率一張鋼板沖制零件數(shù)量零件面積一張鋼板面積100%236168 2212 136.52710 1420100%=79.7%

16、零件面積由圖12-5計(jì)算得出圖12-5 落料、沖孔工序略圖4. 計(jì)算各工序沖壓力和選擇沖壓設(shè)備(1)第一道工序一落料沖孔(見圖12-6) 該工序沖 壓力包括沖裁力F p，卸料力F 3和推料力Fi，按圖12-6 所示的結(jié)構(gòu)形式，系采用打桿在滑塊快回到最高位置時(shí) 將工件直接從凹模打出，故不再考慮頂件力F沖裁力Fp Lt b(或 1.3Lt )式中 L 剪切長度；t 材料厚度(1.5mm);b 拉深 強(qiáng)度，由表8-49查取，取 b=400Mpa；t 抗剪強(qiáng)度。剪切長度L按圖12-5所示尺寸計(jì)算LLi L2式中L1 落料長度(mm)；L2 沖孔長度(mm)。將圖示尺寸代入L計(jì)算公式可得L!21682

17、22 22 2376mmL 22126.5 65mm因此，L =376+65=441mm將以上數(shù)值代入沖裁力計(jì)算公式可得Fp L t b 441 1.5 400264600 N落料卸料力F3 K卸 F p K卸 Lit式中K卸一卸料力系數(shù)，由表2-8查取;1F P 落料力(N) 0將數(shù)值代入卸料力公式可得F30.04 376 1.5 4009024 N沖孔推件力F1 n K推 F p n K 推 L2tb式中n 梗塞件數(shù)量(即腰圓形廢料數(shù))，取n=4;K推一推件力系數(shù)，由表2-8查取；11F p 沖孔力(N)。將數(shù)值代入推件力公式可得F14 0.055 65 1.5 4008580 N第一道工

18、序總沖壓力Fz Fp F3 F1=264600+9024+8580=282204 282 ( kN)選擇沖壓設(shè)備時(shí)著重考慮的主要參數(shù)是公稱壓力、裝 模高度、滑塊行程、臺(tái)面尺寸等。根據(jù)第一道工序所需的沖壓力，選用公稱壓力為 400kN的壓力機(jī)就完全能夠滿足使用要求。(2)第二道工序一一次彎形(見圖12-7) 該工序的 沖壓力包括預(yù)彎中部兩角和彎曲、校正 端部兩角及壓料 力等，這些力并不是同時(shí)發(fā)生或達(dá)到最大值的，最初只 有壓彎力和預(yù)彎力，滑塊下降到一定 位置時(shí)開始?jí)簭澏?部兩角，最后進(jìn)行校正彎曲，故最大沖壓力只考慮校正 彎曲力P2和壓料力Py。校正彎曲力P2 Sq2式中S 校正部分的投影面積m m

19、q 單位面 積校 正(MPa)，由表3-11查取，q =100Mpa。結(jié)合圖12-1、圖12-5所示尺寸計(jì)算式如下S 34 168 34 COS45 22 12 13 6.522544 mm2校正彎曲力p2 S q 2544 100 254400 N壓料力Py為自由彎曲力P1的30%80%自由彎曲力（表3-10）Pi式中系數(shù)C =1.2 ;彎曲件寬度b =22mm;料厚t =1.5mm；抗 拉強(qiáng)度b=400MPa；支點(diǎn)間距2 L近似取10mm將上述數(shù)據(jù)代入P1表達(dá)式，得：P121.2 22 1.5 400102376 N取 Py 50%P1，得壓料力2376=1188 NPy=50%x則第二道

20、工序總沖壓力Pz P2Py2544001188255588 N 256 kN根據(jù)第二道工序所需要的沖壓力，選用公稱壓力為400kN的壓力機(jī)完全能夠滿足使用要求。（3）第三道工序一二次彎形（見圖12-8）該工序 仍需要壓料，故沖壓力包括自由彎曲力P1和壓料力Py自由彎曲力Pi21.2 22 1.5 40034699 N壓料力py 50% p1699 50%349 N則第三道工序總沖壓力pz p1 pY 6993491048 N第三道工序所需的沖壓力很小，若單從這一角度考 慮，所選的壓力機(jī)太小，滑塊行程不能滿足該工序的加 工需要。故該工序宜選用滑塊行程較大的400kN的壓力 機(jī)。（4）第四道工序一

21、沖凸包（見圖12-9） 該工序需要 壓料和頂料，其沖壓力包括凸包成形力Pp和卸料力P3及 頂件力P2，從圖12-1所示標(biāo)注的尺寸看，凸包 的成形情 況與沖裁相似，故凸包成形力P p可按沖裁力公式計(jì)算得凸包成形Pp Lt2 61.5 40022608 N卸料 力p3 K卸 pp 0.04 22608 904 N頂件力P2 K 卸 Pp .6 226081356 N（系數(shù) K頂、K卸由表2-8查?。﹦t第四道工序總沖壓力Pz Pp P3 P2 22608 904 1356 24868 N 25 k N從該工序所需的沖壓力考慮，選用公稱壓力為40kN 的壓力機(jī)就行了，但是該工件高度大，需要滑塊行程也

22、相應(yīng)要大，故該工序選用公稱壓力為250kN的壓力機(jī)。5.模具結(jié)構(gòu)形式的確定落料沖孔模具、一次彎形模具、二次彎形模具、沖凸包模 具結(jié)構(gòu)形 式分別見圖12-6、圖12-7、圖12-8、圖12-9。12-9沖凸包模具結(jié)構(gòu)形式、微型汽車水泵葉輪沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)12-10所示葉輪零件，材料08AI ZF,大批7零件沖壓成形工藝，設(shè)計(jì)沖壓成形1.零件及其沖壓工藝性分析0圖12-8 二次彎形模具結(jié)構(gòu)形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， 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)。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

23、為鋁鎮(zhèn)鋼08AI。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U級(jí)。表12-1列出08AI ZF 的力學(xué)性能。22.5d-0,26150*l10-7)o用彳圖12-10葉輪零件示意圖08AI 2.0 500 2000材料：鋼板 Al ZF GB5213 1985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)到直徑0.123& 和

24、011.7 0.10.12 以及高度尺寸4.5。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12-10）。沖壓0.1成形后要留有足夠的機(jī)加余量，因此孔238和0 11.7 0.1的沖壓尺寸取為23.5和11.5。直徑 15.5為一般要求的自由尺寸，沖壓成形的直徑精度的偏差大于表4-1拉深直徑的極限偏差。但高度22 5 0 26尺寸 0 精度高于表4-3中的尺寸偏差，需由整形保證。表 12-1 08AI ZF 的力 學(xué)性 能(GB/T5213 1985T 和 GB/T710 1991)b MPas/MPa10 (%)/b不小 于260300200440.6

25、6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)價(jià)梯，筒底還要沖 6.5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 （0.51），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，在葉片展開前，按料厚中心線計(jì)算有D外徑/ d中徑61.2/13.54.53 1.4,并且葉片展開后凸緣將更寬，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

26、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沖 6.5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.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?？紤]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。

27、 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?yán)щy，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 的價(jià)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

28、（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

29、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

30、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。3.主要工藝參數(shù)計(jì)算(1)落料尺寸落料尺寸即零件平面展開尺寸，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，展開尺寸可按第四章有 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“落料尺寸圖12-11 葉輪葉片的展開嚴(yán)格來說，葉輪成形“豎直”葉片的工序?qū)儆谄矫嫱?凸曲線翻邊（參考第五章第三節(jié)）。但根據(jù)零件圖，由 于翻轉(zhuǎn)曲線的曲率半徑比較大，為簡化計(jì)算可以近似按 彎曲變形來確定展開尺寸，如圖

31、12-11所示。因?yàn)閺澢?半徑r=0.51 0.22，所以一次拉深 了出來。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，凸緣部形狀在拉深過程應(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)算見表12-2表 12-2相對(duì)凸緣直徑假定值毛坯相對(duì)厚度第一次拉深直徑實(shí)際拉深系數(shù)極限拉深系數(shù)拉深系數(shù)差值N %，t/D 10d 凸/n葉由表4-21查得mm1 r1.22.29d180/1.2670.770.49+0.281.42.29d180/

32、1.4570.660.47+0.191.62.29d180/1.6500.570.45+0.122.02.29d180/2.0400.460.42+0.042.22.29d180/2.2360.410.40+0.012.42.29d180/2.6330.380.37+0.01d1 80/2.8292.82.290.330.330.0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 查表4-15得第二次拉深的 極限拉深系數(shù) m2.73 .75?？紤]到葉輪材料為08A1ZF,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 m2 0.71，d2 di m2 36 0.71 25.56mm 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：m2d2 di25.5 / 360.71 按表4-43查一、二次拉深的圓角半徑R凹1 9mm，R凹