1、本文分析了高壓渦輪冷卻外殼的成形工藝，并介紹了聚氨酯脹形模的結(jié)構(gòu)設計和模具工作過程以及模具調(diào)試改進。 1 引言 圖1所示為某航空發(fā)動機高壓渦輪冷卻外殼制件，其外形為異形筒結(jié)構(gòu)，材料為AMS5599，厚度0.42mm。成形后的制件要求表面光潔、平整、無皺紋、無深度劃痕等缺陷。在此制件的生產(chǎn)過程中，成形工序是該件生產(chǎn)的重要工序，因此成形工藝分析和模具結(jié)構(gòu)設計是否合理將直接影響到制件質(zhì)量。 2 制件成形工藝分析 2.1 制件結(jié)構(gòu)特點 (1)壁薄。制件壁厚只有0.42mm，因此其抗失穩(wěn)能力差，成形時易出現(xiàn)褶皺、破裂等缺陷。制件成形減薄只允許20%，即0.08mm。 (2)制件型面復雜。型面為異型筒結(jié)構(gòu)

2、。 (3)制件表面質(zhì)量要求高。劃傷深度不允許超過0.1mm。 2.2 工藝分析 (1)由于該制件為異形筒狀，為了便于成形后制件的取出，凹模需做成分體結(jié)構(gòu)。 (2)由于該制件壁薄，抗失穩(wěn)能力差，如果采用剛性凸模-凹模成形，會因為板料的懸空區(qū)域過大而引起起皺，且制件R圓角處易造成減薄甚至破裂。如果采用軟凸模成形則可解決起皺、破裂等成形問題。因為與利用剛性凸模-凹模進行沖壓成形工藝相比，軟模成形工藝有以下幾個優(yōu)勢： 第一，在軟凸模成形過程中板料一直完全與軟凸模接觸，消除了剛性凸模-凹模成形過程中存在的懸空區(qū)域，從而避免了利用剛性模具進行成形的一些缺陷； 第二，由于軟模材料的形狀可隨模具的形狀而改變，

3、其與板料之間的摩擦力很小，能夠提高成形后制件的表面質(zhì)量； 第三，在軟模成形過程中板料在各個方向上都受到力的作用，能使板料在最有利的情況下變形，改善了板料的受力情況，提高了板材的成形性能。 (3)由于制件表面質(zhì)量要求高，不允許有超過0.1mm的劃傷，因此一定要保證凹模分體瓣塊之間的對接間隙。 (4)由于制件在高度上，上下部分結(jié)構(gòu)不一致，成形時容易產(chǎn)生回彈，尤其是上部R處，因此考慮在上部位增加工藝補長，使制件在結(jié)構(gòu)上上下對稱。相應的，成形工藝就變成了上下兩件對稱成形的工藝，成形后再用車加工或激光切割的方法將制件一分為二，這樣，不僅能夠減小制件回彈，也使得成形工序的加工效率提高了一倍。增加工藝補長后

4、的制件如圖2所示。 3 模具結(jié)構(gòu)設計和工作過程 圖3所示為聚氨酯脹形模結(jié)構(gòu)。該模具由上、下模兩個部分組成：上模部分主要由上模座板1、凸模3，其中凸模3由模座和軟模組成，軟模材料為聚胺酯橡膠；下模部分主要由下模座板2、凹模4、外套5、推板6、導柱7。各個部件的連接主要是靠螺釘和圓柱銷。導向機構(gòu)由導柱7、推板6和凸模3共同組成。 圖3 聚氨酯脹形模 1.上模座 2.下模座 3.凸模 4.凹模 5.外套 6.推板 7.導柱聚氨酯脹形模的工作過程：先把筒料放入凹模腔內(nèi)。開動液壓機使其滑塊下行時，首先凸模3進入凹模4內(nèi)，凸模3受壓，聚氨酯橫向膨脹，進行脹形工序，直至滑塊下行程終止，保壓510s。脹形完畢

5、，滑塊上行，凸模抬起，聚氨酯自行恢復，然后液壓墊上行，頂桿將推板6和凹模4沿導柱7一起頂出，從而取出制件。 4 模具設計要點 (1)軟模的體積應大于凹模4型腔在制件高度區(qū)域的體積。 (2)軟模硬度為邵氏硬度9095A，凹模淬火硬度在5560HRC，并開設有排氣孔。 (3)為減輕凹模4分模面間隙對制件表面的壓痕，凹模分瓣數(shù)越少越好，不宜超過四瓣，模瓣對接間隙不得大于0.02mm。 (4)為了保證制件R圓角成形，必須有足夠大的壓力作用于聚氨酯凸模上，這樣聚氨酯材料才能有良好的流動性，因此凹模外套5的強度必須滿足要求。 (5)導拄7的長度應能保證推板6將凹模4完全頂出并超過外套5上端面。 5 模具調(diào)

6、試及改進 模具試壓時發(fā)現(xiàn)存在以下兩個問題： (1)壓制時，脹形力沿外套5錐面產(chǎn)生向上的分力，使得凹模上移，造成凹模分模面間隙增大，制件表面產(chǎn)生壓痕。 (2)取件時，需手工移開凹模瓣塊才能將制件取出，且隨后還要手工將凹模瓣放回，造成加工費力，效率低下。 經(jīng)研究，對聚氨酯脹形模局部結(jié)構(gòu)進行了改進，改進后的模具結(jié)構(gòu)見圖4。改進前后主要差異是增加了導向滑塊機構(gòu)及圓柱銷鎖緊機構(gòu)。導向滑塊機構(gòu)可使凹模4沿外套5錐面移動，從而實現(xiàn)凹模4自動分開或合并，而無需手動；圓柱銷鎖緊機構(gòu)只是在高度方向上控制凹模4，而在徑向，凹模4可沿推板6上的鍵槽自由移動。這樣，在脹形時，圓柱銷鎖緊機構(gòu)將凹模4在高度方向上鎖緊在推板

7、6上，避免了凹模4沿外套5錐面的上移；在取件時，頂桿將推板6和凹模4一起頂出的同時，凹模模具尺寸精度的電火花強化修復 強化層表面粗糙度的刷鍍修復 分辨率和定尺寸 什么是分辨率？象素的屬性 象素尺寸 基于設計思路的三維實體設計 基于關聯(lián)的設計 UG裝配的設計方法與基于UG裝配建模的策略 UV網(wǎng)印油墨的新應用UV網(wǎng)印油墨的發(fā)展 6 結(jié)束語 對高壓渦輪冷卻外殼制件進行成形工藝分析后，采用軟凸模成形，配以導向滑塊機構(gòu)及圓柱銷鎖緊機構(gòu)，既保證了制件加工質(zhì)量，又提高了加工效率，節(jié)約了成本。(end) 1 零件分析 圖1所示檢測套為某私營企業(yè)從外商處承攬的某檢測裝置上的零件，采用1mm厚的優(yōu)質(zhì)低碳鋼10制成

8、，生產(chǎn)批量較大。 2 工藝計算 這是一常見的典型拉伸件，零件結(jié)構(gòu)并不很復雜，按照零件的加工順序，首先要對零件進行工藝計算，才能制訂出合理的工藝方案。 選取合適的修邊余量后，根據(jù)拉伸前后毛坯與工件的表面積不變原則，依據(jù)毛坯直徑D計算公式： （f為拉伸零件各部分的表面積之和）。 可求得D=38.5。 那么，該零件的拉伸系數(shù)m=d/D=15.1/38.5=0.39。 根據(jù)資料中的判斷條件，確定是否采用壓邊： 毛坯相對厚度t/D100=1/38.5100=2.6 (0.090.17) (1-m)=0.05490.104 因t/D(0.090.17)(1-m) 故需采用壓邊圈。 查表得，極限拉伸系數(shù)m極

9、=0.480.5。 因mm極，故需多次拉伸。 根據(jù)資料，可選取各次拉伸系數(shù)m1=0.52，m2=0.76。 即第一次拉伸：d1=m1D=0.5239=20。 第二次拉伸：d2=m2d1=0.7620=15.1（式中各零件直徑為中心層直徑）。 3 工藝方案的確定 考慮到該零件錐形部分成形高度h=7.5(0.250.3)d2=9.7511.7，屬于淺錐形件，毛坯的變形程度不大，故能一次拉成，但按錐形件成形規(guī)律，須先拉伸成直徑等于錐形件大端直徑的圓筒形。 由于錐形底部及側(cè)面的3個5mm孔的沖切直接與錐形拉伸成形有關，因此宜在錐形部分成形后加工，否則易產(chǎn)生孔變形。 根據(jù)上述分析及工藝計算，按傳統(tǒng)工藝一

10、般可制定出如下工藝方案：落料第一次拉伸第二次拉伸拉成錐形修邊沖各孔。 即：整個零件的加工由6個工序、6副模具完成。 考慮到錐形拉伸為淺錐形件拉伸，變形量不大，對已拉伸的零件口部影響很小，可以考慮將第二次拉伸與修邊復合；又由于落料直徑38.5mm與第一次拉伸筒形外徑21mm兩尺寸相差較大，能保證落料-拉伸上模壁厚有足夠的強度，兩工序有復合的條件；錐形拉伸與沖底孔及側(cè)孔兩工序通過合理的模具設計當然也能實現(xiàn)復合，但使模具設計變得復雜，模具制造也很困難。 為進一步提高企業(yè)效益，同時針對企業(yè)生產(chǎn)加工能力，決定對上述6個工序進行有效復合為4個，制訂工藝方案如圖2所示，即：先落料并首次拉伸(圖2a)第二次拉

11、伸并擠邊(圖2b)拉成錐形(圖2c)沖底孔及側(cè)孔(圖2d)。 因此，整個零件由4個工序完成加工，需要設計4副模具，即：落料-首次拉伸復合模第二次拉伸-擠邊復合模錐形成形模沖孔模。 4 模具設計 4.1 落料-首次拉伸復合模設計 設計的落料-首次拉伸復合模結(jié)構(gòu)如圖3示。 模具工作過程為：坯料送入，上模下行，落料下模8及落料-拉伸上模2分別與坯料接觸落料，落下的圓形毛坯被卸料板7及落料-拉伸上模2壓緊校平，當滑塊繼續(xù)下行時，坯料分別通過凸模4及落料-拉伸上模2的向上、向下運動完成拉伸，拉伸好的零件通過卸料器3推下。 圖3 落料-首次拉伸復合模結(jié)構(gòu)圖 1.聚氨酯橡膠 2.落料-拉伸上模 3.卸料器

12、4.凸模 5.頂桿 6.壓料板 7.卸料板 8.落料下模由于其結(jié)構(gòu)較為典型，此處不再詳述。 4.2 拉伸-擠邊復合模 設計的拉伸-擠邊復合模，結(jié)構(gòu)如圖4所示。 圖4 拉伸-擠邊復合模結(jié)構(gòu)圖 1.上模座 2.拉伸擠切凹模 3.壓邊圈 4.卸料板 5.打桿 6.模柄 7.拉伸擠切凸模 8.調(diào)節(jié)螺母 9.限位柱 10.頂桿 11.螺桿 12.下模座 13.頂板 14.彈簧 15.調(diào)整板 16.調(diào)整螺母 沖床滑塊上行，模具開啟，頂桿10、頂板13將彈簧14的彈力傳遞到壓邊圈3而被頂起。此時，將首次拉伸好的半成品套于壓邊圈3上，當沖床滑塊下行，拉伸擠切凹模2與壓邊圈3作用進行壓邊，其壓邊力大小可通過適當

13、調(diào)節(jié)限位柱9與壓邊圈3臺階處的距離進行控制。隨著沖床滑塊的逐漸下移，拉伸擠切凹模2與拉伸擠切凸模7共同作用對拉伸半成品進行第二次拉伸，當拉伸完成，拉伸擠切凸模7上的擠切刃口部位開始與拉伸擠切凹模2作用將擠切口部擠切出來，完成修邊。零件及廢料由卸料板4從拉伸擠切凹模2內(nèi)推出，工件與切邊料自行分離。 模具設計中，采用的套筒式壓邊圈3同時起壓邊及定位作用，同時考慮到料薄易起皺，設置了調(diào)整彈簧14來達到足夠的壓緊力，在拉伸擠切凹模2上安有限位柱9來調(diào)節(jié)壓邊圈3的合適壓緊力，因此，能使壓邊力保持均衡同時又可防止將坯料夾得過緊。 整副模具拉伸單邊間隙取1.1mm，擠切凸凹模擠切的雙邊間隙取0.040.06

14、mm。 4.3 錐形模設計 設計的錐形模結(jié)構(gòu)如圖5所示。 模具開啟，卸料塊2在壓機緩沖器作用下頂起至于錐形凹模3型腔的錐形面平齊，此時將拉伸切邊好的半成品套入錐形凹模3上半部分定位，隨著錐形凸模1下降，其與卸料塊2、錐形凹模3共同作用，逐漸將簡體部分拉伸成錐形，隨著沖床滑塊繼續(xù)下降，錐形凹模3與錐形凸模1完全接觸，卸料塊2對簡體進行校平、校正，整個成形好的簡體也得到校正，隨著壓機滑塊上升，卸料塊2在壓機緩沖器彈力作用下將拉伸好的零件推出型腔，整個模具工作到位。 4.4 沖孔模設計 設計的沖孔模結(jié)構(gòu)如圖6所示。 模具工作時，首先將完成錐形拉伸的半成品套入凹模8中，模具工作時，卸料板7在彈簧作用下，對零件底部實行壓緊，隨著壓機滑塊的下行，凸模6開始對零件底部進行沖孔，與此同時，斜楔2分別與各自的斜孔凸模3接觸，通過斜楔斜面的推動作用，完成對零件錐形側(cè)壁孔的沖裁，隨著上模的上升，斜楔2與斜孔凸模3脫離接觸，斜孔凸模3在各自彈簧10的彈力作用下回復，至此限位銷9限位而停止，此時，可將沖好的零件從凹模8中取出，模具轉(zhuǎn)入下一個工作循環(huán)。 圖6 沖孔模簡圖 1.擋塊 2.斜楔 3.斜孔凸模 4.固定座 5.固定板 6.凸模 7.卸料板 8.凹模 9.限位銷 10.彈簧為保證沖孔過程中的穩(wěn)定，卸料板7首先在沖孔前實施對零件的壓緊，凹