一、摩托车侧盖前支承冲压工艺设计
二、微型汽车水泵叶轮冲压工艺与模具设计
一、摩托车侧盖前支承冲压工艺设计
图12-1展示了摩托车侧盖前支承零件的结构图，该零件采用Q215钢材制造，厚度为1.5毫米，年产量达到五万件，现需制定相应的冲压工艺方案。
⒈ 零件及其冲压工艺性分析
摩托车侧盖前支承部件采用两个直径为9.5毫米的凸起进行定位，并焊接于车架上的电气元件支架上。腰圆孔的设计是为了侧盖的安装，因此，腰圆孔的位置是该部件确保质量的关键。此外，该部件属于不易见到的部分，被侧盖完全覆盖，对外观的要求并不高，只需保持表面平整即可。
图12-1 侧盖前支承零件示意图
该零件的四个角落原本是尖锐的，若实施落料加工，其加工难度较大。考虑到该零件的装配和使用特性，为了提升落料加工的便利性，因此决定将四个角落的形状改为圆角，并设定圆角半径为2毫米。另外，该零件的“腿”部分较长，如果能够通过有效的过弯曲和校正弯曲处理来控制其回弹，便能够获得形状和尺寸都较为精确的零件。
腰圆孔的边缘至弯曲半径R的中心的距离达到了2.5毫米。这一距离超过了材料的厚度，即1.5毫米，因此腰圆孔被放置在了变形区域之外。
弯曲时不会引起孔变形，故该孔可在弯曲前冲出。
⒉ 确定工艺方案
在确定零件形状的基础上，需先明确冲压工序的类型，并挑选合适的工序顺序。冲压此零件涉及的基本工序包括剪切（或落料）、冲制腰圆孔、进行一次弯曲、二次弯曲以及冲压凸包。在这些工序中，弯曲工序尤为关键，它直接决定了零件的最终形状和尺寸，因此选择恰当的弯曲方法至关重要。
该零件的弯曲变形处理方式，可以选用图12-2中展示的任何一种技术。
采用第一种方法（如图12-2a所示），属于单次成型工艺。这种方法的优点在于仅需一套模具即可完成成型，从而有效提升了生产效率，并降低了设备和操作人员的需求。然而，其不足之处在于，毛坯的整个表面积几乎都经历了剧烈的变形，导致零件表面出现严重的擦伤，擦伤范围广泛。此外，零件的形状和尺寸不够精确，弯曲部位变薄现象严重。这些缺陷会随着零件“腿”长度的增加或减少而变得更加显著。
第二种工艺（如图12-2b所示）首先利用一个模具对端部两侧进行弯曲处理，接着在另一模具上对中间两侧进行弯曲。这种方法相较于第一种工艺，弯曲的程度要温和许多，然而回弹现象却难以有效控制，同时也会导致模具、设备成本的增加以及操作人员的增多。
第三种工艺步骤（如图12-2c所示）首先在模具上将两端角部进行弯曲处理，同时将中间两角预先弯曲至45°，接着在另一模具中进行整体成形。此方法通过实现过弯曲和校正弯曲，有效控制了回弹现象，从而确保了零件的形状和尺寸具有较高的精确度。另外，在成形过程中，由于材料受到的凸、凹模圆角阻力较小，零件的表面质量也得到了显著提升。该弯曲变形技术对于需高精度加工或存在较长或较短“脚”部的弯曲部件成型尤为有益。
针对冲压该零件所需的基本工序以及弯曲成形的不同技术途径，我们可以制定出以下多种不同的工序组合方案。
方案一涉及将材料切割、冲压成圆孔，并对其进行弯曲和凸起处理。此方案的优势在于工序紧凑，所需设备和人员较少，然而，它存在回弹不易掌控的问题，导致尺寸和形状不够精确，且表面容易产生划痕。
方案二涉及将材料切割并冲压成圆形孔洞，同时对弯曲部分的两个角落进行加工，以及中间两个角落的弯曲处理，以及凸包的冲压。此方案的优势在于模具设计较为简便，生产周期较短，然而，回弹现象不易掌控，导致尺寸和形状的精确度不高。此外，生产流程较为分散，需要较多的设备和人力资源。
方案三涉及将材料切割并冲压成圆孔，同时将弯曲部分的两个角部合并，并预先将中间两个角弯曲至45度，再对中间两个角进行弯曲处理，并冲压出凸包。这一工艺的优势在于，工件在回弹过程中的控制较为简便，其尺寸和形状的精确度较高，表面质量优良，尤其适用于那些长“腿”短“脚”型弯曲件的成型加工。
有利，缺点是工序分散，占用设备和人员多。
方案四涉及对腰圆孔进行冲压、对四角进行切断和弯曲，以及连续进行凸包的冲压操作。此方案的优势在于工序相对集中，所需设备和人员较少，然而，它也存在一些问题，如回弹现象难以有效控制，导致尺寸和形状的精确度不高，且表面容易出现擦伤。
方案五涉及对工件进行冲腰圆孔、切断和弯曲端部处理，以及连续冲压、弯曲中间两角和冲凸包等步骤。这一方案与方案二在本质上较为相似，但使用了结构更为复杂的连续模具。因此，在工件回弹控制上存在困难，导致尺寸和形状的精确度不高。
方案六涉及将方案三的所有工序整合，并实施带料连续冲压工艺。这一做法的优势在于工序高度集中，仅需一套模具即可完成所有工序。本质上，它是将方案三中的各个工序分别安排在连续模的不同工位上，因此继承了方案三的所有优点。然而，其模具结构相对复杂，安装、调试及维修均较为困难，且制造周期较长。
综上所述，尽管该零件对外观表面的要求并不严格，然而由于其“腿”部分较长，必须通过有效的弯曲和校正措施来管理其回弹现象。方案三与方案六均能实现这一目标。然而，鉴于该零件的生产批量并不大，因此我们决定采用方案三。其冲压工序具体如下：
进行材料切割、进行单次弯曲处理（对端部两侧进行弯曲，并使中间两侧预先弯曲至45°）、进行第二次弯曲（弯曲中间两侧）、制作凸起结构。
⒊ 主要工艺参数计算
毛坯的展开尺寸需查阅相关工具书获取，其计算需依据图12-3所示进行分段处理。具体而言，毛坯的展开长度为：
圆周半径r取值为2毫米和4毫米，材料厚度t设定为1.5毫米，而中性层位置系数x则是基于t值来确定的。
由表3-2查取。当r=2mm
时取x=0.43，r=4mm时取x=0.46。
将以上数值代入上式得
考虑到弯曲时材料略有伸长，故取毛坯展开长度L=168mm。
针对对精度有较高要求的弯曲部件，必须经过试弯操作，进而对之进行必要的调整，确保最终能够得到精确的展开尺寸。
(2) 确定排样方案和计算材料利用率
确定排样计划后，需依据零件的具体形状挑选适宜的排样方式，以此提升材料的使用效率。本零件运用了落料与冲孔相结合的复合冲压工艺，其毛坯呈现矩形，在长度方向上的尺寸相对较大。为了便于材料的输送，我们选择了单排排样方案（详见图12-4）。
根据表2-12中的数据，我们可以查到搭边值a和a1的具体数值，计算结果显示a等于2毫米，而a1则为1.8毫米。
明确板材尺寸和切割方法。依据条材的宽度，挑选恰当的板材尺寸，力求剩余的边角料尽可能少。该零件所需宽度为172毫米，因此选用1.5毫米×710毫米×1420毫米的板材尺寸较为适宜。
在确定裁剪方法时，必须兼顾所选用板材的尺寸、冲压所需零件的数目，同时也要确保裁剪作业的便捷性。针对该零件，采用纵向裁剪更为适宜。至于那些尺寸较大的零件，重点应放在减少冲压零件的数量上，以此降低材料成本。
对材料消耗的工艺定额以及材料利用率进行计算。依据排样结果，一张钢板能够冲压出236个零件，具体计算为4乘以59。
材料消耗工艺定额
图12-5展示了落料和冲孔工序的简要图示，接下来需要计算各个工序所需的冲压力，并据此选择合适的冲压设备。
第一道工序是落料冲孔（见图12-6），在这一过程中，所施加的冲压力涵盖了冲裁力。
FP
，卸料力F3
和推料力F1
，按
图12-6展示的结构设计，是通过使用打杆在滑块即将达到最高点时，直接将工件从凹模中推出，因此无需再考虑顶件力F2的因素。
则第四道工序总冲压力
考虑到该工序所需的冲压力，40kN的公称压力机即可满足要求。然而，由于工件的高度较高，滑块行程也需要相应增加。因此，该工序最终选择了公称压力为250kN的压力机。
⒌ 模具结构形式的确定
图12-6展示了落料冲孔模具的结构，图12-7则呈现了一次弯形模具的形态，图12-8描绘了二次弯形模具的设计，而图12-9则详细介绍了冲凸包模具的结构。
二、微型汽车水泵叶轮冲压工艺与模具设计
图12-10展示的叶轮部件，采用材料编号为08Al—ZF，进行大规模生产。需对这一部件的冲压成型工艺进行明确，并设计相应的冲压成型模具。
⒈ 零件及其冲压工艺性分析
微型汽车发动机冷却系统中使用的离心式水泵内含有叶轮，该叶轮在运行过程中会以大约1500至3000转每分钟的速度进行旋转，以此促使冷却水在冷却系统内持续循环。为了确保叶轮具备足够的强度和刚度，选用了厚度为2毫米的钢板来制造叶轮。
叶轮所选用的材质是铝镇钢08Al。根据其拉深性能，这种材料被划分为三个等级：ZP级（适用于拉深结构最为复杂的零件），HF级（适用于拉深较为复杂的零件），以及更低的级别。
该零件适用于（复杂零件）以及（用于拉深复杂零件的）F级。鉴于其形状相对复杂，尤其是中间部分的拉深成型难度较高，叶轮零件选用了ZF级别的材料，并且其表面质量达到了较高的Ⅱ级标准。具体关于08Al—ZF材料的力学性能，详见表12-1。
为了降低震动幅度和减少噪音，对叶轮零件的加工精度设定了相应标准。不仅要求7个叶轮的形状与尺寸保持统一，而且叶轮中心部分与固定轴的配合区域也需要达到较高的精度。然而，由于冲压加工技术难以确保直径的精确度。
⒉ 确定工艺方案
叶轮冲压成形工艺需要经过多个步骤才能完成，因此，制定一个合理的成形方案显得尤为关键。鉴于生产规模较大，我们应在确保零件质量合格的前提下，努力提升生产效率，减少生产成本。为了提升生产效率，我们应尽可能地将可合并的工序进行整合。然而，若复合程度过高，模具结构将变得复杂，安装和调试过程也会变得困难，这不仅会增加模具的成本，还可能削弱模具的强度，进而缩短其使用寿命。依据叶轮零件的具体状况，涉及的工序可能包括：进行落料和初次拉深操作；完成最后一次拉深并实施整形；执行修边和切槽工序；进行切槽和冲孔作业；实施修边和冲孔操作；以及进行切槽与冲孔的组合作业。
依据叶轮部件的形态，我们能够明确制造流程应先对中央的阶梯状圆柱体进行拉伸，接着再塑造外围的叶片。这样的顺序有助于确保已加工部分的尺寸稳定，并且使得模具的设计更为简便。
在中间阶梯完成拉深成形以及叶片进行翻边之前，需进行修边、切槽和冲孔操作。为了确保7个叶片的分布均匀，修边和切槽不应逐个叶片进行冲裁。
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。
方案一的设计较为简单，其模具结构不复杂，便于安装和调试。然而，它需要经过多次生产过程，导致生产效率不高，因此并不适合进行大规模生产。
方案二至五涉及将材料切割与拉伸相结合，其核心差异体现在修整边缘、切割槽口、钻孔的排列组合及操作顺序上。特别要留意的是，只有在拉伸部件的高度较大时，才适宜选用这种结合落料与拉伸的模具结构。这是因为，对于浅层拉伸的部件，若使用这种复合模具结构，其落料凸模（亦即拉伸凹模）的厚度过薄，导致强度不足。
方案二将修边、切槽、冲孔三项工艺合并，简化了生产流程，使得生产效率达到顶峰。然而，这种方案下的模具结构相对复杂，不仅安装和调试过程较为繁琐，而且模具本身的强度也不够理想。
方案三采用了切槽与冲孔的结合，但考虑到切割出的槽与中心孔之间的距离相对较近，这在模具结构设计上存在一定的困难，且模具的强度也相对较弱。因此，更优的选择是将修边与冲孔进行组合，并将切槽独立进行，正如方案四和五所展示的那样。
方案四与方案五的核心差异在于加工顺序的不同，一个步骤是先对边缘进行修整和冲孔，再进行切槽；而另一个则是先切槽，随后再进行边缘的修整和冲孔。考虑到切槽与修边在位置上的相互关系，以及切槽尺寸较小，若先进行切槽，修边模具的定位将难以安排，因此最终决定采用方案四，即先修整边缘和冲孔，再进行切槽，最后完成翻边并形成竖立的叶片。
⒊ 主要工艺参数计算
零件的平面展开尺寸被称为落料尺寸，对于叶轮这样的圆形零件，其落料形状自然也应呈圆形，因此我们需要明确的是圆形落料的直径大小。
筒形拉深成形件若带有凸缘，其展开尺寸可依据第四章中的公式进行计算。然而，依据叶轮零件图，我们无法直接获取凸缘的具体尺寸。在计算落料尺寸的过程中，需要特别注意竖立叶片的落料尺寸。
在凸缘件进行多次拉深作业时，为确保后续拉深过程中凸缘不会参与变形，初次拉深阶段，送入凹模中的材料量应当略多于零件最终拉深所需（以面积计）。然而，鉴于叶轮的相对厚度较大，这一原则可以适当放宽。若不考虑材料壁厚的变动，凸缘在拉深过程中的内部形状需满足表面积保持恒定的要求。
②用逼近法确定第一次拉深直径 计算见表12-2
实际拉深系数需略高于极限拉深系数，故而，我们可初步设定首次拉深时的直径为36毫米，这一尺寸是以材料厚度中心为基准计算的。
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