消声器隔板的冲压设计毕业设计论文

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。

1 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，MPa 380~103τ=；抗拉强度MPa 470~440=b σ。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]1[得拉深件毛坯展开的计算公式

dr dH d D 8.142-+= （3-1）

150.5mm 31201.8121304130D 2=??-??+= 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]1[得圆孔翻孔毛坯孔径尺寸的计算公式

??????+???

??+-=h t r D d 22π （3-2）

mm 3.155.3221.25.15.23d1=???????+???

??+-=π

mm 3.125.3221.25.15.29d1=??

?????+???

??+-=π

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4.222.12.15.150=?=≥=t B （t 为材料厚度）。冲孔时有尺寸为mm 3.15φ，mm 5.12φ，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]6[)42(-可查得圆形孔最小值得mm mm t d 3.126.128.08.0φ<=?==，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t C )5.1~1(≥，，由展开件图可知，2.112.41=>=t C ，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]

7[表 3-4得工件间搭边a=1.0mm ，侧边搭边b=1.3mm 。

由文献]1[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]1[中公式3-20条料的宽度：

0)2(?-++=Z b D B （3-4） 由文献]1[表4-8，4-9得：2.1=?，Z=1，b=1.3

则 mm B 02.102.1154)13.125.150(--=+?+=

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：

%100?=AB S η (3-5)

式中S ——一个步距冲裁件的实际面积（mm 2）； B ——条料宽度（mm ）； A ——进距(mm)。

217477.8mm 118.8183.817780.4S =--=,A=151.5mm,b=154.5mm 则 74.6%100%154.5151.517477.8η=??=

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Ⅰ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，还要克服卸料力卸F 、顶件力顶F 。

冲片材料为Q235，料厚t=1.2mm 。查文献]3[表2-13， =340MPa 。

查表文献]1[表3-11，卸K =0.05；顶K =0.055。

根据文献]1[中公式3-24得

冲件力：

t KL F τ=冲 （3-6） 式中 L ——冲裁件的周边长度（mm ）；

t ——材料的厚度（mm ）； τ——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 ，τ=340MPa ， 则

冲F =1.3×π×（15.3+12.3）×1.2×340=45.966 KN

落料力：

t KL F τ=落 （3-7） 落F =1.3×471.17×1.2×340=250.484 KN

卸料力：

落卸卸F K F = (3-8） 卸K =0.05,落F =250.484KN ，则

卸F =0.05×250.484=12.524 KN

推件力：

冲推推F nK F = （3-9） n=4，K 推=0.055,F 冲=45.966KN ，，则

推F =4×0.055×45.966=10.11 KN

F 总=F 落F 冲+F 卸+F 推 （3-11） 总F =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]7[)133(-）。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/KN 400

工作台尺寸左右/mm 560

滑块行程/mm 80 前后/mm 360

标准行程次数>/1

min-100

工作台孔尺寸左右/mm 260

最大闭合高度/mm 330 前后/mm 130 闭合高度调节量/mm 70 直径/mm 180 滑块中心到机身距离/mm 190 模柄孔尺寸/mm Φ50×70立柱间距离>/mm 260 工作台垫板厚度/mm 70 3.6.2 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

1=d

π=48.04 -25 0

其中，由文献]1[公式3-35，3-36可得：

0X =（L 1X 1+L 2X 2+33X L /(L 1+L 2+3L ) （3-12） 代入表中数据可得X 0=-0.28

0Y =（L 1Y 1+L 2Y 2+33Y L /(L 1+L 2+3L ) （3-13） 代入表中数据可得Y 0=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]1[表3—1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: 25±0.065mm 30±0.065mm ② 确定初始间隙，查]1[表3—4得：

Z min =0.126mm Z max =0.180mm ③ 确定磨损系数 查]1[表3—5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：

L 2=d π=38.62 30 0 3L =d π=471.1 0 0 合计：L=557.76

0X =-0.28

0Y =0

由文献]1[中公式3-2 ,3-3 ,得：

d d )x (D D δ+?-=0max （3-14）

min δp d p )Z (D D --= （3-15）

其中d D p D ——落料凹，凸模刃口尺寸（mm ）；

max D ——落料件的最大极限尺寸（mm ）；

?——工件偏差（mm ）；

p δ——凸模的制造偏差（mm ）； d δ——凹模的制造偏差（mm ）； 查]2[表3—4得：

045.0=d δmm 030.0=p δmm 校核间隙：

0.075mm 0.0300.045=+=+p d δδ> min max Z Z -

=0.180-0.126=0.054mm

说明所取的凸，凹模公差不满足min max Z Z p d -≤+δδ条件，但相差不大，可调整如下：

mm mm Z Z p 022.0054.04.0)(4.0m in m ax =?=-=δ

mm mm Z Z d 032.0054.06.0)(6.0m in m ax =?=-=δ 将已知的数据带入公式（4-14），（4-15）得：

mm mm )(D d 032

.00

032.00375.15025.05.05.150++=?-= mm mm )(D p 0

022.00022.0249.150126.0375.150--=-=

（2） 冲孔：

由文献]1[中公式（3-4） ,（3-5） ,得：

min p p )x (d d δ-?+= （3-16）

d

p d )Z (d d δ++=0min （3-17）

其中p d ,d d ——冲孔凸，凹模刃口尺寸（mm ）；

min d ——冲孔件孔的最小极限尺寸（mm ）；

?——工件偏差（mm ）；

p δ——凸模的制造偏差（mm ）； d δ——凹模的制造偏差（mm ）。 查]2[表3—4得：

020.0=d δmm 020.0=p δmm 校核间隙：

0.040mm 0.0200.020=+=+p d δδ< min max Z Z - 故符合条件。 将已知的数据带入公式（4-14），（4-15）得：

mm

mm )(d d mm mm )(d d

mm

mm )(p d mm mm )(p d 020

.00509.12020.00126.0383.122020

.00509.15020.00126.0383.151

020.0383.120020.011.075.03.1220

020.0383.150020.011.075.03.151+=++=+=++=-=-?-=-=-?-=

（2） 凹模孔心距：

由文献]1[中公式（3-6）得：

8

222m in m in ?

±?+=±?+

=)(L )(L L d d δ （3-16） 其中d L ——凹模孔心距的尺寸（mm ）；

min L ——工件孔心距最小极限尺寸（mm ）； ?——工件偏差（mm ）；

p δ——凸模的制造偏差，取工件公差的1/4 ，即 4

?

=p δ（mm ）。 将已知的数据带入公式（4-16）得：

mm L d 016.0258

130

.0251±=±

== mm L d 016.0308

130

.0302±=±

== 3.7 工作零件设计 3.7.1 凹模设计

查文献]1[表3-15得,凹模厚度系数k=0.19mm 由文献]1[中公式3-46可得凹模厚度为:

H=kb(不小于8) （3-17） K=0.19，b=150.5mm ，则H=0.19×150.5=28.5 mm 取凹模厚度为30mm

由文献]7[中公式3-12可得凹壁壁厚C 为：

C=（1.5～2）H(≥37.5～50) （3-18） H=30mm ，则C=1.5×30=45mm

由文献]1[中公式3-48可得送料方向的凹模长度L 为:

212S S L ?+=（平行于送料方向） （3-19） 式中 1S ——送料方向的凹模壁间最大距离（mm ）；

2S ——送料方向的凹模壁间至凹模边缘最小距离（mm ）。 查文献]1[表3-14得:S2=45mm 。

S1=150.4mm ，则L=150.5+2×45=240.5mm 圆整后取L=250mm

由文献]1[中公式3-47可得凹模垂直于送料方向的宽度B 为:

B=s+(2.5～4.0)H （3-20) 式中s ——垂直送料方向的凹模壁间最大距离（mm ）。 则 s=150.5mm ，H=30mm,则B=150.5+3×30=240.5mm 圆整后取B=250mm

取标准凹模尺寸:250mm ?250mm ?32mm

凹模结构及尺寸如图3-5所示。凹模的材料选用Cr12MoV ，工作部分热处理淬硬为58～62HRC 。

图3-5 凹模结构及尺寸示意图

3.7.2 凸凹模设计

由文献]1[中公式3-37得凸凹模长度计算：

12L h h h =++ （3-21) 其中：1h －凸凹模固定板厚度（mm ）； 2h －弹性卸料板厚度（mm ）；

h －增加长度（包括凸模进入凹模深度，弹性元件安装高度等）（mm ）。 由表3-2查得:mm 24h 1=，mm 81h 2=，mm 30h =

则L=24+18+30=72mm

综上所示，确定凸凹模结构及尺寸如图3-6所示。凸凹模的材料选用Cr12MoV ，工作部分热处理淬硬为58～62HRC 。

图3-6 凸凹模结构及尺寸示意图

4.7.3 圆孔凸模设计

由文献]1[中公式3-37得凸模长度计算：

h h h h L t +++=221 （3-22) 其中： 1h －凸模固定板厚（mm ）； 2h --空心垫板厚（mm ）； 3h －凹模板厚（mm ；）； h －凸模修模量（mm ）。

由表4-2查得:24mm h 1=，mm 20h 2=，30h 3=，mm 2h -=

则 L=24+20+30-2=72mm

凸模强度校核：该凸模不属于细长杆，强度足够。

综上所述:

确定冲孔凸模结构及尺寸如图3-7所示。冲孔凸模的材料选用Cr12MoV，工作部分热处理淬硬为58～62HRC。

图3-7 冲孔凸模结构及尺寸示意图

3.8 模具其他零部件设计

3.8.1 卸料零部件的设计与选用

由前面分析可知，采用弹性卸料装置，而弹性卸料装置由卸料板、卸料螺钉和弹性元件组成。

（1）卸料板的设计

①弹性卸料板具有卸料和压料双重作用，其平面外形尺寸与凹模板尺寸相近，厚度取凹模厚度的0.6～0.8倍。故设计卸料板的外形轮廓尺寸为

L×B×H＝250mm×250mm×18mm

②卸料板内形轮廓尺寸与凸凹模配做，保证其单边间隙为0.1mm。

③卸料板的材料选用45钢。

综上所述，确定卸料版结构及尺寸如图3-8所示

图3-8 卸料板结构及尺寸示意图

(2)卸料橡胶设计

卸料板工作行程h:

h=h

1 + h

2

+t （3-23)

式中 t——冲裁件的厚度（mm）；

h

1

——为凸凹模凹进卸料板的深度（mm）；

h

2

——为凸凹模冲裁后进入凹模的深度（mm）。

h

1 一般取1.5mm，h

2

一般取1mm，t为材料厚度1.2mm。则 h=1.5+1+1.5=4（mm）

卸料橡胶工作行程H:

H= h+ h

（3-24)

式中 h

—为凸凹模修模量，取5mm。

则 H=4+5=9（mm）

卸料橡胶自由高度H

:

H

=4H （3-25)

H

=4×9=36（mm）

卸料橡胶的预压缩量H

1

:

H

1=15%H

（3-26)

=0.15×36=6（mm）

（一般取H

1=10%—15%H

）