毕业设计（论文）-消声器隔板的冲压工艺及模具设计.doc

消声器隔板的冲压工艺及模具设计引言模具是现代工业，特别是汽车、拖拉机、航空、无线电、电机、电器、仪器、仪表、兵器、日用品等工业必不可少的工艺装备。锻件、冲压件、压铸件、粉末冶金零件以及非金属零件，如塑料、陶瓷、橡胶玻璃等制品都是用模具成型的。模具技术直接影响制造业的发展、产品更新换代能力和产品竞争能力。模具工业潜力很大，前景广阔。近十多年来，美国、日本、德国等发达国家的模具总产值已超过机床总产值。模具技术进步极大地促进了工业产品生产发展，因而深受赞誉。美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”；在日本，模具被誉为“进入富裕社会的原动力”；在联邦德国，模具被冠之以“金属加工业中的帝王”支称；在罗马尼亚，有“模具就是黄金”之说。可见模具工业在世界各国经济发展中具有极其重要的地位。模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。模具工业是国民经济的基础工业，是高技术行业。模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一。模具设计与制造专业人才是制造业紧缺人才。1模具的类型较多，按照成形件材料的不同可分为冲压模具、塑料模具、锻造模具、压铸模具、橡胶模具、粉末冶金模具、玻璃模具和陶瓷模具。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。冲模、塑料注射模和压铸模是其中应用最为广泛的三类模具。2其中，冲压模具的种类繁多，结构各异。按其用途可将冲压模具分为冲裁模、弯曲模、拉深模、冷挤模等。冲压加工是现代机械制造业中先进、高效的加工方法之一，它是利用各种压力机和安装在压力机上的模具，使材料在常温下或高温状态下进行分离或塑性变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的一种方法。随着近代工业的发展，冲压技术得到了广泛应用。与传统的切削加工相比，我们可以发现冲压加工具有以下优点。（1）通常有些零件用其它方法难以加工甚至无法加工，从而借助压力机的压力，利用模具能获得壁薄、质量轻、刚性好、形状复杂的零件。（2）冲压加工的零件精度高，尺寸稳定，具有良好的互换性。（3）冲压冲压加工是少无切削加工的一种，部分零件冲压直接成型，无需任何再加工，材料利用率高。（4）生产效率高，生产过程易于实现机械化和自动化。（5）操作简单，便于组织生产。但由于冲模制造一般是单件小批量生产，精度高，技术要求高，是技术密集型产品，制造成本高。因而，冲压生产只有在生产批量大的情况下才能获得较高的经济效益。4本文所研究的是汽车消声器隔板的冲压工艺及模具设计。我们了解到汽车消声器隔板的材料是板料，是一种钣金件，其特点在于材料薄，重量轻，广泛应用于日常生活中，产品需求量大，用传统加工方法难以加工，且无法达到精度要求。而根据上述的冲压加工特点，我们可以发现，采用冲压加工可以解决以上困难，而且采用冲压加工可以提高产品的生产率，操作起来也简单，便于组织生产，最终达到降低成本的目的。综上所述，冲压与其它加工方法相比，具有独到的特点，所以在工业生产中，尤其在大批量生产中应用十分广泛。相当多的工业部分都越来越多地采用冲压加工产品零部件，如机械制造、车辆生产、航空航天、电子、电器、轻工、仪表及日用品等行业。在这些工业部分中，冲压件所占的比重都相当大，不少过去用铸造、锻造、切削加工方法制造的零件，现在已被质量轻、刚度好的冲压件所代替。通过冲压加工，大大提高了生产率，降低了成本。可以说，如果在生产中不广泛采用冲压工艺，许多任务业部门的产品要提高生产率、提高质量、降低成本，进行产品的更新换代是难以实现的。391 零件的分析箱体散热片零件如图1-1所示，材料为q235，料厚t=1.2mm，大批量生产，要求表面无严重划痕和毛刺。图1-1 消声器隔板零件图1.1 零件的功用与经济性分析该零件是广泛应用于汽车排气管置中的一种消声器零部件，产品需求量大，属于大批量生产。零件工作时受力不大，对其强度和刚度要求不是很高。如果用传统的加工方法进行加工，难度大，产品的生产率低，成本也较高，而采用用冲压加工可以解决以上难题，而且操作简单，便于组织生产。1.2 零件的工艺性分析1.2.1 结构与尺寸该零件的结构为拉深与翻孔件，形状较简单，尺寸较少，采用冲压加工比较容易生产。1.2.2 精度零件的尺寸公差除自由尺寸无精度要求之外，其余尺寸均为it11级，并无其它特殊要求，因此，利用普通冲压的方式就可以满足零件的图样要求。1.2.3 材料该零件的材料为q235，抗剪强度，；抗拉强度。该材料具有较高的弹性和良好的塑性，冲压结构性较好。综上所述，该零件的工艺性较好，可以采用冲压加工。2 冲压工艺方案的分析与确定生产该零件所需的基本工序为冲孔、落料、拉深、翻孔。一般可以采用以下三种冲压工艺方案：方案一：先冲孔，再落料，再拉深，最后翻孔。方案二：冲孔、落料、拉深与翻孔级进冲压。方案三：先冲孔和落料，再拉深，最后翻孔。方案一，采用四副模具进行生产，生产率低，零件尺寸的累积误差大，但模具结构简单。方案二，采用一副级进模进行生产，生产率可大大提高，但模具制造困难。方案三，采用一副冲孔落料复合模和一副拉深翻孔复合模进行生产，可降低模具制造难度。综上所述，采用方案三的冲压工艺进行生产。3 冲孔落料复合模的冲压工艺及模具设计3.1 零件展开尺寸的计算为了得到弯曲件的毛坯尺寸，必须进行弯曲展开长度计算，如图3-1所示。由文献得拉深件毛坯展开的计算公式 （3-1） 式中 d-拉深件的直径，单位：mm r-拉深件的圆角半径，单位：mm h-拉深高度，单位：mm由文献得圆孔翻孔毛坯孔径尺寸的计算公式 （3-2） 式中 r-翻孔圆角半径，单位：mm t-材料厚度，单位：mm h-翻孔高度，单位：mm图3-1 计算零件展开尺寸示意图3.2 展开件的工艺性分析该零件的展开件结构尺寸较少。其中，凹模的最小宽度（t为材料厚度）。冲孔时有尺寸为，而冲孔时因受凸模强度的限制，孔的尺寸不能太小，冲孔的最小尺寸取决于材料性能、凸模的强度和模具结构等，根据表可查得圆形孔最小值得，所以满足工艺性要求。展开件孔与孔之间，孔与边缘之间的距离受模具的强度和展开件质量的制约，其值不应过小，一般要求，由展开件图可知，由以上可知，孔与孔之间、孔与边缘之间的距离均满足工艺性要求。3.3 分析比较和确定冲裁工艺方案该展开件包括落料和冲孔两个基本工序，可采用的冲裁方案有单工序冲裁，复合冲裁和级进冲裁三种。零件属于大批量生产，因此采用单工序需要模具数量较多，生产率低，所用费用也高，不合理；若采用级进模冲裁，生产率高，操作方便，但模具较复杂，成本较高且整副模具的外形尺寸较大，不够合理；而采用复合模冲裁时，可以得出展开件的精度和平直度较好，生产率也高，模具生产周期短，成本较低且整副模具的外形尺寸不会太大。根据以上分析，该展开件采用复合冲裁工艺方案。3.4 排样、计算材料利用率3.4.1 排样由于该工件结构比较简单，无论采用少废料排样还是无废料排样都能满足要求。相比而言少废料排样比无废料排样材料利用率低，但无废料排样会加快模具的磨损，使模具寿命减少，并直接影响到工件的断面质量，所以采用少废料排样，如图4-2所示。查 文献表 3-4得工件间搭边a=1.0mm，侧边搭边b=1.3mm。由文献中公式3-19，得步距： a=d+a （3-3） d=150.5mm ，a=1 则 a=150.5+1=151.5mm 由文献中公式3-20条料的宽度： （3-4）由文献表4-8，4-9得：，z=1，b=1.3则 图3-2 排样、计算材料利用率示意图3.4.2 计算一个步距的材料利用率： (3-5) 式中s一个步距冲裁件的实际面积（mm2）； b条料宽度（mm）； a进距(mm)。,a=151.5mm,b=154.5mm 则 3.5 确定模具总体方案结构3.5.1 模具结构形式根据零件的冲裁工艺方案，采用复合冲裁模，而复合模具有正装与倒装之分，根据正装式与倒装式复合模的选择原则，为了使冲孔废料直接从压力机工作台漏料孔漏下，减轻工人的劳动强度，简化模具结构，方便操作等，应该选择倒装式复合冲裁模。3.5.2 卸料装置考虑到冲裁件的材料为q235，材料较软，故采用弹性卸料方式。3.5.3 推件装置为了保证冲裁件的平整度要求，采用正装结构可获得较好的效果，但在倒装式复合模中采用弹性推件装置时，也可获得与正装式复合模同样的效果，故采用弹性推件装置。3.5.4 定位与导料装置采用一个固定挡料销挡料和两个固定导料销导料，为降低模具成本，可以采用手工送料方式。这种定位与导料零件结构简单、制造方便，装在卸料板上。为此，在凹模上与挡料销、导料销相应的位置上加工三个避让孔，工作时，可使凹模压紧条料，保证条料准确定位。3.5.5 导向装置考虑到冲裁件的结构工艺特点，可以采用后侧导柱、导套导向。由于冲裁件的精度要求不是很高，可以采用级模架精度。综上所述，参考冲压模具图册8，确定模具总体方案结构如图3-3所示。1-模架；2-定位与导料装置；3-卸料装置；4-推件装置；5-导向装置图3-3 模具总体方案结构示意图3.6 工艺计算3.6.1 计算冲压力，选择压力机由展开件图可知，压力机在本模具的冲压过程中，除要克服冲裁力f以外，还要克服卸料力、顶件力。冲片材料为q235，料厚t=1.2mm。查文献表2-13，=340mpa。查表文献表3-11，=0.05；=0.055。 根据文献中公式3-24得冲件力： （3-6）式中 l冲裁件的周边长度（mm）； t材料的厚度（mm）； 材料的抗剪强度（mpa）； k系数。考虑到模具刃口的模磨损，模具间隙的波动，材料力学性能的变化及材料厚度偏差等因素，一般取k=1.3。 k=1.3 ，t=1.2mm ，=340mpa， 则=1.3（15.3+12.3）1.2340=45.966 kn 落料力： （3-7） =1.3471.171.2340=250.484 kn卸料力： (3-8） =0.05, =250.484kn，则=0.05250.484=12.524 kn 推件力： （3-9） n=4，k=0.055,f=45.966kn，则 =40.05545.966=10.11 kn f总=f落f冲+f卸+f推 （3-11） =45.966+250.484+12.524+10.11=319.09 kn根据总冲压力选择公称压力为400kn的压力机，即j23-40（查表）。压力机参数如表3-1所示。表3-1 j23-40压力机参数名称量值名称量值公称压力/kn400工作台尺寸左右/mm560滑块行程/mm80前后/mm360标准行程次数/100工作台孔尺寸左右/mm260最大闭合高度/mm330前后/mm130闭合高度调节量/mm70直径/mm180滑块中心到机身距离/mm190模柄孔尺寸/mm5070立柱间距离/mm260工作台垫板厚度/mm703.6.2 确定压力中心选定坐标轴x和y，如图3-4所示。图3-4 计算冲裁压力中心示意图凸模的压力中心为它的几何中心，可得表3-2。 表3-2 压力中心坐标冲裁轮廓周长l/mm 各凸模压力中心坐标 x y l=48.04 -25 0 l=38.62 30 0 =471.1 0 0 合计：l=557.76 =-0.28 0 其中，由文献公式3-35，3-36可得： =（lx+lx+/(l+l+) （3-12） 代入表中数据可得x=-0.28 （ly+ly+/(l+l+) （3-13） 代入表中数据可得y=0 得：压力机的中心为（-0.28 ，0） 3.6.3 凸凹模刃口尺寸及其制造公差 本制件形状简单，可按分别加工法计算刃口尺寸。外形尺寸由落料获得，内孔尺寸和中心距尺寸由冲孔同时获得。1 查表31可得各尺寸公差为：工件外形： 150.50-0.250mm工件內形：15.30+0.110mm 12.30+0.110mm孔心距: 250.065mm 300.065mm2 确定初始间隙，查表34得： zmin=0.126mm zmax=0.180mm3 确定磨损系数 查表35得： 冲孔15.30+0.110mm 12.30+0.110mm,磨损系数为：x=0.75落料尺寸： 150.50-0.250mm 的磨损系数为： x=0.5 (1） 落料： 由文献中公式3-2 ,3-3 ,得： （3-14） （3-15）其中落料凹，凸模刃口尺寸（mm）；落料件的最大极限尺寸（mm）；工件偏差（mm）；凸模的制造偏差（mm）； 凹模的制造偏差（mm）；查表34得：mm mm 校核间隙： =0.180-0.126=0.054mm 说明所取的凸，凹模公差不满足条件，但相差不大，可调整如下： 将已知的数据带入公式（4-14），（4-15）得： （2） 冲孔：由文献中公式（3-4） ,（3-5） ,得： （3-16） （3-17）其中,冲孔凸，凹模刃口尺寸（mm）；冲孔件孔的最小极限尺寸（mm）；工件偏差（mm）；凸模的制造偏差（mm）； 凹模的制造偏差（mm）。查表34得：mm mm校核间隙： /100工作台孔尺寸左右/mm260最大闭合高度/mm290前后/mm130闭合高度调节量/mm70直径/mm180滑块中心到机身距离/mm190模柄孔尺寸/mm4070立柱间距离/mm260工作台垫板厚度/mm704.4.5 确定压力中心 由于工件拉深时的孔心距不变，所以各坐标不变。可得表4-2如下表4-2 压力中心坐标冲裁轮廓周长l/mm 各凸模压力中心坐标 x yl=102.5 -25 0l=92.63 30 0=408.2 0 0合计：l=602.88 =0.35 0 把以上数据带入公式4-12，4-13可得：x=0.35 ，y=0 。综上，冲压模压力中心为（0.35，0）。4.5 工作零件结构设计及尺寸计算4.5.1 拉深凸、凹模圆角半径的计算 凹模圆角半径的计算公式 (4-7)式中 d坯料直径，mm； 凹模直径，由于拉深件外径为130 mm,此处取值为130mm。 t坯料直径，mm；则 凸模圆角半径的计算公式 (4-8)则 取3mm4.5.2 拉深凸、凹模刃口尺寸公差的计算 拉深外形尺寸 拉深凸、凹模单边间隙z的计算公式(没压边） z=(1-1.1)t (4-9)则 z=11.2=1.2mm由文献中公式5-26 ,5-27 得： （4-10） （4-11） 其中 拉深凹，凸模刃口尺寸（mm）；拉深件的最小极限尺寸（mm）；工件偏差（mm）；凸模的制造偏差（mm）； 凹模的制造偏差（mm）。查表519得：mm mm则 4.5.3 翻边刃口尺寸的计算 翻孔的尺寸 由表63得单面间隙c=0.9。查表34得图凸，凹模的制造公差： mm mm （4-12） （4-13） 其中落料凹，凸模刃口尺寸（mm）； c凸模与凹模的间隙（mm）； 工件偏差（mm）； 凸模的制造偏差（mm）； 凹模的制造偏差（mm）。代入数据得： 4.5.3模具主要零件结构设计拉深凹模 确定拉深凹模结构及尺寸如图4-2所示。冲孔凸模的材料选用cr12mov，工作部分热处理淬硬为5862hrc。图4-2 拉深凹模结构及尺寸示意图拉深凸模与翻孔凸模确定拉深凹模结构及尺寸如图4-3所示。冲孔凸模的材料选用cr12mov，工作部分热处理淬硬为5862hrc。 图4-3 拉深凸模与翻孔凸模结构及尺寸示意图4.6 模具其他零部件设计4.6.1 顶件装置的设计 顶件装置包括弹性橡胶和顶件块。 （1）顶件块结构设计 顶件块用于从拉深凹模内顶出冲件，而板料为q235，为保证冲件的质量及平整度要求，应使顶件块与冲件接触的尺寸与冲件相近，故其尺寸与凹模内形轮廓尺寸配做，保证其单边间隙为0.1mm。 顶件块其他尺寸按装配要求设计，保证平稳推件。 顶件块的材料选用45钢。4.6.2 定位零件的选用根据零件结构尺寸选择四个48定位销，安装在拉深凹模上保证毛坯准确定位。还在翻空凸模上安装1614导正销增加对毛坯的定位精度。4.6.3 确定导向装置，选择模架。根据工作零件轮廓尺寸、模架类型和大致的模具闭合高度，选择中间导柱模架325325275320，其具体的结构尺寸如表4-3所示所示。表4-3 模架的结构尺寸名称尺寸（mm）材料热处理上模座5204004045下模座5204005045导柱452002058-62hrc导柱502002058-62hrc导套45125482058-62hrc导套50125482058-62hrc4.6.4 确定其他板类零部件的结构尺寸根据模具结构特点和使用要求，确定其他板类零部件的结构尺寸，如表4-4所示。表4-4 其他板类零部件结构尺寸 序号名称长宽厚（mm）材料数量1拉深凸模固定板2502502445钢12拉深凸模固定板2502503045钢13翻孔凸模固定板2502502545钢14上垫块2502501045钢15下垫块2502501045钢14.7 绘制模具装配图4.7.1 装配图 如图4-5所示1-下模座；2-紧固螺钉；3-上垫板；4-翻孔凸模固定板；5-拉深凹模固定板；6-拉深凹模；7-定位销；8-拉深凸模固定板；9-下垫板；10-上模座；12-拉深凸模；13-模柄；14-防转销；15-导正销；16-定位销；17-导套；18-导套；19-顶件块；20-翻孔凸模；21-橡胶；22-定位销；23-紧固螺钉图4-5 拉深翻孔复合模装配图4.7.2 装配技术要求(1)本模具选用级精度的模架；(2)各个零件的尺寸、精度、表面粗糙度和热处理等均应符合有关零件标准的技术要求和技术条件的规定；(3)模具装配前倒去除工作零件的工作部分外所有棱边；(4)导柱、导套安装孔的轴线应与基准面垂直，其垂直度公差为0.01mm；(5)装配时保证整个模架处于水平,上模座和下模座装配后的平行度要保证0.1mm以内,模柄轴心线对上模座上平面的垂直度误差应在0.05mm以内；(6)模具处于开模状态时，凸模与顶件块之间要有一定的操作空间；(7)模具开模状态下的高度为414.5mm，闭模状态下的高度为317.5mm；(8)装配后进行试模，所加工出的工件尺寸应在公差范围内；(9)模具工作完后要进行防锈处理。4.7.3 模具工作过程该模具同时实现拉深与翻孔两道冲压工序。四个定位销7实现了对毛坯零件的初定位。导正销则在拉深凸模下行时对毛坯零件的精定位。拉深凸模下行先对毛坯进行拉深，拉深后拉深凸模继续下行在对毛坯零件进行翻孔。当拉深与翻孔的工序结束后，拉深凸模就往上抬，橡胶21自动复原，带动顶件块19往上顶，当拉深凸模离开拉深凹模6后，成型零件就会被顶件块顶出拉深凹模。5 结论本文利用冲压工艺及冲模设计的理论知识，同时以金属学与热处理、塑性力学等许多工程技术基础学科为基础，并联系冲压设备、模具制造工艺学等相关学科进行消声器隔板的冲压工艺及模具设计。在设计过程中，重点解决了冲孔落料复合模中弹性推件装置的设计和拉深翻孔复合模中拉深和翻孔的结构设计。在此期间同步应用pro/engineer软件进行实体造型设计，进行零部件的干涉性分析。在实体造型设计工作结束之后，紧接着便应用auto-cad软件绘制工程图。在整个设计结束之后，完成了以下几部分内容：（1）对消声器隔板工件图纸的分析，对比了几种常用的冲压加工方法，最终确定了消声器隔板的冲压工艺方案，并按要求填写了冲压工艺过程卡片。（2）根据冲压冲压工艺方案，确定了冲压加工所需要的模具类型，在此基础上完成了冲孔落料复合模和拉深翻孔复合模两副模具的设计。（3）对所设计的两副模具按相关要求检查其加工工艺性以及生产的可行性。设计工作结束之后，完成了消声器隔板的冲压工艺及模具设计。经过相关检查，模具的工艺性良好，可以通过正常加工得到。此外，利用所设计的模具进行箱体散热片的生产，可以提高该产品的质量及生产效率，最终达到高质量、低成本的预期目的。经过本次针对消声器隔板冲压工艺及模具设计的各项工作，如分析模具的受力情况，计算冲压力和压力中心等参数，确定模具的结构形式，选择成形压力机，对模具进行实体造型设计，绘制模具的装配实体图和各零部件的平面图，制定模具各零部件的制造工艺并进行工艺性分析等，综合考查自己在大学学习阶段掌握的知识结构、专业素质、技术技能等方面，并综合训练自己应用专业理论知识和技能的能力。熟练并巩固专业知识，将理论与实践相结合，培养自己自学知识和解决问题的能力等，为以后致力于模具行业打下了坚实的基础。致谢语本次毕业设计是在指导老师李波老师的热情关怀和细心指导下完成的。李波老师为人师表，教学严谨，诚恳待人，学识渊博，工作踏实等深深地影响了我一学期以来的学习、工作和生活，在毕业设计过程中对我的严格要求、热情关怀和细心指导更是令我终生难以忘怀。在此，谨向李波老师致以