论文题目

水泵叶轮冲压工艺与模具设计

一、 选题背景和意义：

在现代汽车工业中，微型汽车上发动机冷却系统离心式水泵内叶轮由铸铁等金属或工程塑料制成 ，采用向后弯曲的半圆弧 、双圆弧或多圆弧形叶片 ，其叶型与水流方向一致 ，泵水效率较高 。塑料叶轮容易实现小型化和轻量化 ，且耐腐蚀性能好 ，有越来越多的汽车发动机水泵使用了塑料叶轮 。但塑料叶轮容易开裂或叶轮磨损后从泵轴上松脱，使冷却液循环速度变慢 ，容易引起发动机温度过高的故障。损坏的叶轮在旋转时还可能撞击水泵壳体 ，造成壳体碎裂 。铸铁制成的水泵叶轮机械强度较高 ，但其质量较大。因此一种能综合现在采用材料优点而又避其缺点的产品就应时而生了。

本课题为水泵叶轮冲压模设计。叶轮材料为Al脱氧镇静钢冷轧板，既能满足刚度和强度的要求又能使重量得到减轻。利用CAD软件进行冲压模具设计,设计全部模具零件,完成装配;并利用冲压CAE软件对整个冲压过程进行模拟分析,从而优化与确定最佳工艺参数。

二、课题关键问题及难点：

本课题的关键及难点：凸缘拉深后，叶轮叶片翻边区展开面积的计算，及展开图的绘制。

因为叶轮成形“竖直”叶片的工序属于平面外凸曲线翻边。但根据零件图，由于翻转曲线的曲率半径比较大，为简化计算采用近似按弯曲变形来确定展开尺寸。在设计时，按异径相贯处理，进行计算及展开图绘制。

三、调研报告（或文献综述）：

水箱在汽车的冷却、散热中有着重要的作用。因为汽车的冷却系统是用来为发动机散热的,一般常见的发动机过热问题...发动机是由冷却液的循环来实现的,强制冷却液循环的部件是水泵,它由曲轴皮带带动,水泵叶轮推动冷却液在整个系统内循环。

为了保证冷却效果,汽车冷却系统一般由以下几部分组成:散热器、节温器、水泵、缸体水道、缸盖水道、风扇等组成。据资料显示:导致汽车抛锚的故障中,冷却系统故障位居第一。由此可见,汽车冷却系统保养对汽车安全运行起着重要的作用。

叶轮用于微型汽车上发动机冷却系统的离心式水泵内，工件时以1500--3000r/min左右的速度旋转，使冷却水在冷却系统中不断地循环流动。为保证足够的强度和刚度，叶轮采用厚度为2mm的Al脱氧镇静钢冷轧板。

本次设计中叶轮材料为Al脱氧镇静钢冷轧板。该材料按拉深质量分为三级：ZP（用于拉深最复杂零件），HF（用于拉深很复杂零件）和F（用于拉深复杂零件）。由于形状比较复杂，特别是中间的拉深成形难度大，叶轮零件采用ZF级的材料，表面质量也为较高的Ⅱ级。

1.本课题及相关领域的国内外现状及发展

模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业，工业发达国家称之为“工业之母”。模具成型具有效率高，质量好，节省原材料，降低产品成本等优点。采用模具制造产品零件已成为当今工业的重要工艺手段。模具在机械，电子，轻工，纺织，航空，航天等工业领域里，已成为使用最广泛的工业化生产的主要工艺装备，它承担了这些工业领域中60%--80%产品零件，组件和部件的加工生产。“模具就是产品质量”，“模具就是经济效益”的观念已被越来越多的人所认识和接受。在中国，人们已经认识到模具在制造业中的重要基础地位，认识更新换代的速度，新产品的开发能力，进而决定企业的应变能力和市场竞争能力。目前，模具设计与制造水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志之一。
2.模具技术的发展现状1.2.1
    随着科学技术的不断进步和工业生产的迅猛发展，冷冲技术及模具不断革新和发展，中国模具工业和技术的主要发展方向包括：
    ①提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平；
    ②在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术；为了加快产品的更新换代,必须缩短工装的设计和制造周期,从而开展了模具的计算机辅助设计和辅助制造的研究,采用该技术，模具设计和制造效率一般可提高2—3倍,模具生产周期可缩短1/2—2/3.目前，已达到CAD/CAM一体化,模具图纸只是作为检验模具之用.
    ③大力发展快速制造成形和快速制造模具技术；
    ④在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术；
    ⑤提高模具标准化水平和模具标准件的使用率；
    ⑥发展优质模具材料和先进的表面处理技术；
    ⑦逐步推广高速铣削在模具加工的应用；
    ⑧进一步研究开发模具的抛光技术和设备；
    ⑨研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程；
    ⑩开发新的成形工艺和模具。

四、方案论证：

根据叶轮零件形状，可以确定成形顺序是先拉深中间的阶梯圆筒形，然后成形外圈叶片。这样能保持已成形部位尺寸的稳定，同时模具结构也相对简单。修边、切槽、冲孔在中间阶梯拉深成形后以及叶片翻边前进行。为保证7个叶片分度均匀，修边和切槽不要逐个叶片地冲裁。

因此叶轮的冲压成形主要有以下几种工艺方案：

方案一： 1) 落料；

2) 拉深 (多次)；

3) 整形；

4) 修边；

5) 切槽；

6) 冲孔；

7) 翻边。

方案二： 1) 落料与第一次拉复合；

2) 后续拉深；

3) 整形；

4) 切槽、修边、冲孔复合；

5) 翻边。

方案三： 1) 落料与第一次拉深复合；

2) 后续拉深；

3) 整形；

4) 切槽、冲孔复合；

5) 修边；

6) 翻边。

方案四： 1) 落料与第一次拉深复合；

2) 后续拉深；

3) 整形；

4) 修边、冲孔复合；

5) 切槽；

6) 翻边。

方案五： 1) 落料与第一次拉深复合；

2) 后续拉深；

3) 整形；

4) 切槽；

5) 修边、冲孔复合

6) 翻边。

方案一复合程度低，模具结构简单，安装、调试容易，但生产道次多，效率低，不适合大批量生产。

方案二至五将落料、拉深复合，主要区别在于修边、切槽、冲孔的组合方式以及顺序不同。需要注意的是，只有当拉深件高度较高，才有可能采用落料、拉深复合模结构形式，因为浅拉深件若采用落料、拉深复合模具结构，落料凸模（同时又是拉深凹模）的壁厚太薄，强度不够。

方案二将修边、切槽、冲孔复合，工序少，生产率最高，但模具结构复杂，安装、调试困难，同时模具强度也较低。

方案三将切槽和冲孔组合，由于所切槽与中间孔的距离较近，因此在模具结构上不容易安排，模具强度差。所以较好的组合方式应该是修边和冲孔组合，而切槽单独进行，如方案四、五。

方案四与方案五主要区别在于一个先修边、冲孔后切槽， 一个先切槽后修边、冲孔。由于切槽与修边有相对位置关系，而所切槽尺寸比较小，如果先切槽则修边模具上不好安排定位，所以实际选择了方案四，即先修边、冲孔后切槽，然后翻边成形竖立叶片。

因此设计时采用方案四。

五、进度安排：

1-2周 查阅资料，完成开题报告及文献综述

3-4周 毕业实习

5-6周 查阅相关毕业设计相关资料，进行设计前的准备工作

7-8周 进行相关计算，设计第一套模

9-10 周进行相关计算，设计第一套模

11-12周 设计第二套模

13-14周 设计第三套模

15-16周 整理相关资料，进行毕业设计说明书的编写

17周 准备答辩

六、指导教师意见：

签字：               年     月    日

七、教研室（或开题审查小组）意见：

签字：               年    月     日