2022年高压涡轮冷却外壳成形工艺及模具设计方案检测套冲压工艺及模具设计方案 .pdf

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1、1 / 10 本文分析了高压涡轮冷却外壳的成形工艺，并介绍了聚氨酯胀形模的结构设计和模具工作过程以及模具调试改进。1 引言图 1 所示为某航空发动机高压涡轮冷却外壳制件，其外形为异形筒结构，材料为AMS5599 ，厚度 0.42mm 。成形后的制件要求表面光洁、平整、无皱纹、无深度划痕等缺陷。在此制件的生产过程中，成形工序是该件生产的重要工序，因此成形工艺分析和模具结构设计是否合理将直接影响到制件质量。2 制件成形工艺分析2.1 制件结构特点(1壁薄。制件壁厚只有0.42mm ，因此其抗失稳能力差，成形时易出现褶皱、破裂等缺陷。制件成形减薄只允许20%，即 0.08mm 。(2制件型面复杂。型

2、面为异型筒结构。(3制件表面质量要求高。划伤深度不允许超过0.1mm 。2.2 工艺分析(1由于该制件为异形筒状，为了便于成形后制件的取出，凹模需做成分体结构。(2由于该制件壁薄，抗失稳能力差，如果采用刚性凸模-凹模成形，会因为板料的悬空区域过大而引起起皱，且制件R 圆角处易造成减薄甚至破裂。如果采用软凸模成形则可解决起皱、破裂等成形问题。因为与利用刚性凸模-凹模进行冲压成形工艺相比，软模成形工艺有以下几个优势：第一，在软凸模成形过程中板料一直完全与软凸模接触，消除了刚性凸模-凹模成形过程中存在的悬空区域，从而避免了利用刚性模具进行成形的一些缺陷；精选学习资料 - - - - - - - -

3、- 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 10 页2 / 10 第二，由于软模材料的形状可随模具的形状而改变，其与板料之间的摩擦力很小，能够提高成形后制件的表面质量；第三，在软模成形过程中板料在各个方向上都受到力的作用，能使板料在最有利的情况下变形，改善了板料的受力情况，提高了板材的成形性能。(3由于制件表面质量要求高，不允许有超过0.1mm 的划伤，因此一定要保证凹模分体瓣块之间的对接间隙。(4由于制件在高度上，上下部分结构不一致，成形时容易产生回弹，尤其是上部R 处，因此考虑在上部位增加工艺补长，使制件在结构上上下对称。相应的，成形工艺就变成了上下两件对称成形的工艺，成形

4、后再用车加工或激光切割的方法将制件一分为二，这样，不仅能够减小制件回弹，也使得成形工序的加工效率提高了一倍。增加工艺补长后的制件如图 2 所示。3 模具结构设计和工作过程图 3 所示为聚氨酯胀形模结构。该模具由上、下模两个部分组成：上模部分主要由上模座板 1、凸模 3，其中凸模3 由模座和软模组成，软模材料为聚胺酯橡胶；下模部分主要由下模座板2、凹模 4、外套 5、推板 6、导柱 7。各个部件的连接主要是靠螺钉和圆柱销。导向机构由导柱7、推板 6 和凸模 3 共同组成。图 3 聚氨酯胀形模1.上模座 2.下模座 3.凸模 4.凹模 5.外套 6.推板 7.导柱聚氨酯胀形模的工作过程：先把筒料放

5、入凹模腔内。开动液压机使其滑块下行时，首先凸模 3 进入凹模4 内，凸模3 受压，聚氨酯横向膨胀，进行胀形工序，直至滑块下行程终止，保压510s 。胀形完毕，滑块上行，凸模抬起，聚氨酯自行恢复，然后液压垫上精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 10 页3 / 10 行，顶杆将推板6 和凹模 4 沿导柱 7 一起顶出，从而取出制件。4 模具设计要点(1软模的体积应大于凹模4 型腔在制件高度区域的体积。(2软模硬度为邵氏硬度9095A ，凹模淬火硬度在5560HRC ，并开设有排气孔。(3为减轻凹模4 分模面间隙对制件表面的压痕，

6、凹模分瓣数越少越好，不宜超过四瓣，模瓣对接间隙不得大于0.02mm 。(4为了保证制件R 圆角成形，必须有足够大的压力作用于聚氨酯凸模上，这样聚氨酯材料才能有良好的流动性，因此凹模外套5 的强度必须满足要求。(5导拄 7 的长度应能保证推板6 将凹模 4 完全顶出并超过外套5 上端面。5 模具调试及改进模具试压时发现存在以下两个问题：(1压制时，胀形力沿外套5 锥面产生向上的分力，使得凹模上移，造成凹模分模面间隙增大，制件表面产生压痕。(2取件时，需手工移开凹模瓣块才能将制件取出，且随后还要手工将凹模瓣放回，造成加工费力，效率低下。经研究，对聚氨酯胀形模局部结构进行了改进，改进后的模具结构见图

7、4。改进前后主要差异是增加了导向滑块机构及圆柱销锁紧机构。导向滑块机构可使凹模4 沿外套 5 锥面移动，从而实现凹模4 自动分开或合并，而无需手动；圆柱销锁紧机构只是在高度方向上控制凹模 4，而在径向，凹模4 可沿推板6 上的键槽自由移动。这样，在胀形时，圆柱销锁紧机构将凹模4 在高度方向上锁紧在推板6 上，避免了凹模4 沿外套 5 锥面的上移；在取件时，顶杆将推板6 和凹模 4 一起顶出的同时，凹模CAD 中自动标注公差的方法http:/ 模具尺寸精度的电火花强化修复强化层表面粗糙度的刷镀修复http:/ 分辨率和定尺寸什么是分辨率？象素的属性象素尺寸 http:/ 基于设计思路的三维实体设

8、计基于关联的设计 http:/ UG 装配的设计方法与基于UG 装配建模的策略 http:/ UV 网印油墨的新应用UV 网印油墨的发展 http:/ 的回程，凹模4 又会沿径向逐渐闭合，直至模瓣无间精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 10 页4 / 10 隙。改进后的模具，既解决了制件表面压痕问题，又降低了操作者的劳动强度，提高了加工效率。6 结束语对高压涡轮冷却外壳制件进行成形工艺分析后，采用软凸模成形，配以导向滑块机构及圆柱销锁紧机构，既保证了制件加工质量，又提高了加工效率，节约了成本。(end 1 零件分析图 1 所

9、示检测套为某私营企业从外商处承揽的某检测装置上的零件，采用1mm 厚的优质低碳钢 10 制成，生产批量较大。2 工艺计算这是一常见的典型拉伸件，零件结构并不很复杂，按照零件的加工顺序，首先要对零件进行工艺计算，才能制订出合理的工艺方案。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 10 页5 / 10 选取合适的修边余量后，根据拉伸前后毛坯与工件的表面积不变原则，依据毛坯直径D 计算公式： (1-m=0.05490.104 因 t/D(0.09 0.17(1-m 故需采用压边圈。查表得，极限拉伸系数m 极=0.48 0.5 。因 mm

10、 极，故需多次拉伸。根据资料，可选取各次拉伸系数m1=0.52 ，m2=0.76 。即第一次拉伸：d1=m1D=0.52 39=20 。第二次拉伸： d2=m2d1=0.76 20=15.1d2=9.75 11.7，属于浅锥形件，毛坯的变形程度不大，故能一次拉成，但按锥形件成形规律，须先拉伸成直径等于锥形件大端直径的圆筒形。由于锥形底部及侧面的3 个 5mm 孔的冲切直接与锥形拉伸成形有关，因此宜在锥形部分成形后加工，否则易产生孔变形。根据上述分析及工艺计算，按传统工艺一般可制定出如下工艺方案：落料第一次拉伸 第二次拉伸 拉成锥形 修边 冲各孔。即：整个零件的加工由6 个工序、 6 副模具完成

11、。考虑到锥形拉伸为浅锥形件拉伸，变形量不大，对已拉伸的零件口部影响很小，可以考虑将第二次拉伸与修边复合；又由于落料直径38.5mm 与第一次拉伸筒形外径21mm 两尺寸相差较大，能保证落料-拉伸上模壁厚有足够的强度，两工序有复合的条件；锥形拉伸与冲底孔及侧孔两工序通过合理的模具设计当然也能实现复合，但使模具设计变得复杂，模具制造也很困难。为进一步提高企业效益，同时针对企业生产加工能力，决定对上述6 个工序进行有效复合为 4 个，制订工艺方案如图2 所示，即：先落料并首次拉伸(图 2a 第二次拉伸并挤边(图 2b 拉成锥形 (图 2c 冲底孔及侧孔 (图 2d 。因此，整个零件由4 个工序完成加

12、工，需要设计4 副模具，即：落料-首次拉伸复合模第二次拉伸 -挤边复合模 锥形成形模 冲孔模。4 模具设计4.1 落料 -首次拉伸复合模设计精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 10 页7 / 10 设计的落料 -首次拉伸复合模结构如图3 示。模具工作过程为：坯料送入，上模下行，落料下模8 及落料 -拉伸上模 2 分别与坯料接触落料，落下的圆形毛坯被卸料板7 及落料 -拉伸上模2 压紧校平，当滑块继续下行时，坯料分别通过凸模4 及落料 -拉伸上模2 的向上、向下运动完成拉伸，拉伸好的零件通过卸料器3推下。图 3 落料 -首次拉

13、伸复合模结构图1.聚氨酯橡胶 2.落料 -拉伸上模 3.卸料器 4.凸模 5.顶杆 6.压料板 7.卸料板 8.落料下模由于其结构较为典型，此处不再详述。4.2 拉伸 -挤边复合模设计的拉伸 -挤边复合模，结构如图4 所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 10 页8 / 10 图 4 拉伸 -挤边复合模结构图1.上模座 2.拉伸挤切凹模 3.压边圈 4.卸料板 5.打杆 6.模柄 7.拉伸挤切凸模 8.调节螺母 9.限位柱 10.顶杆11. 螺杆 12.下模座 13. 顶板 14.弹簧 15. 调整板 16. 调整螺母冲

14、床滑块上行，模具开启，顶杆10、顶板 13 将弹簧 14 的弹力传递到压边圈3 而被顶起。此时，将首次拉伸好的半成品套于压边圈3 上，当冲床滑块下行，拉伸挤切凹模2 与压边圈 3 作用进行压边，其压边力大小可通过适当调节限位柱9 与压边圈 3 台阶处的距离进行控制。随着冲床滑块的逐渐下移，拉伸挤切凹模2 与拉伸挤切凸模7 共同作用对拉伸半成品进行第二次拉伸，当拉伸完成，拉伸挤切凸模7 上的挤切刃口部位开始与拉伸挤切凹模 2 作用将挤切口部挤切出来，完成修边。零件及废料由卸料板4 从拉伸挤切凹模2 内推出，工件与切边料自行分离。模具设计中，采用的套筒式压边圈3 同时起压边及定位作用，同时考虑到料

15、薄易起皱，设置了调整弹簧14 来达到足够的压紧力，在拉伸挤切凹模2 上安有限位柱9 来调节压边圈3的合适压紧力，因此，能使压边力保持均衡同时又可防止将坯料夹得过紧。整副模具拉伸单边间隙取1.1mm ，挤切凸凹模挤切的双边间隙取0.04 0.06mm 。4.3 锥形模设计精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 10 页9 / 10 设计的锥形模结构如图5 所示。模具开启，卸料块2 在压机缓冲器作用下顶起至于锥形凹模3 型腔的锥形面平齐，此时将拉伸切边好的半成品套入锥形凹模3 上半如何定义象高压线、城墙这类带形(Shape 定义的线

16、型 http:/ 电极缩放量选取的误区 http:/ 网页设计中风格定位与版面编排 http:/ 字号大小的确定与字距和行距的再设计 http:/ 模具加工中冲模的失效形式 http:/ 菲林的组成成分的正确认识菲林网点大小的识别方法http:/ 下降，其与卸料块2、锥形凹模 3 共同作用，逐渐将简体部分拉伸成锥形，随着冲床滑块继续下降，锥形凹模3 与锥形凸模1 完全接触，卸料块2 对简体进行校平、校正，整个成形好的简体也得到校正，随着压机滑块上升，卸料块2 在压机缓冲器弹力作用下将拉伸好的零件推出型腔，整个模具工作到位。4.4 冲孔模设计设计的冲孔模结构如图6 所示。模具工作时，首先将完成锥

17、形拉伸的半成品套入凹模8 中，模具工作时，卸料板7 在弹簧作用下，对零件底部实行压紧，随着压机滑块的下行，凸模6 开始对零件底部进行冲孔，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 10 页10 / 10 与此同时，斜楔2 分别与各自的斜孔凸模3 接触，通过斜楔斜面的推动作用，完成对零件锥形侧壁孔的冲裁，随着上模的上升，斜楔2 与斜孔凸模3 脱离接触，斜孔凸模3 在各自弹簧 10 的弹力作用下回复，至此限位销9 限位而停止，此时，可将冲好的零件从凹模8中取出，模具转入下一个工作循环。图 6 冲孔模简图1.挡块 2.斜楔 3.斜孔凸模

18、 4.固定座 5. 固定板 6.凸模 7.卸料板 8.凹模 9.限位销 10.弹簧为保证冲孔过程中的稳定，卸料板7 首先在冲孔前实施对零件的压紧，凹模8 外形按零件拉伸的内形尺寸进行配制，保证零件定位可靠。为消除锥形侧壁冲孔时侧向力的影响，模具设计中特意设置两挡块1，使斜楔2 与斜孔凸模3接触工作前，首先与挡块1侧面贴合。为控制斜孔凸模3 的工作位置，设置限位销9 使其能在固定座4 上开设的腰形槽中自由滑动。5 使用效果及结论制订的工艺方案及设计的模具，经生产制造后，顺利地投入了使用，生产的零件形状及精度都满足产品的要求。由于对零件成形的各工序进行了合理的分析，对各工序进行了有效的复合，经济效益也得到有力的保证精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 10 页