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河南機電高等專科學校畢業(yè)設計說明書 汽車消音器零件的沖壓工藝及模具設計方案 摘 要 這次設計參考了一些沖壓工藝資料具體見參考文獻。文章分析了汽車消音器零件在批量生產條件下的沖壓工藝及模具設計過程。該消音器零件采用翻邊工藝（包括內翻邊和外翻邊）來完成，采用環(huán)形毛坯，只需要先進行內翻邊，再進行外翻邊工藝就可以得到消音器零件。該消音器零件的沖壓工藝比較簡單，工件結構對稱，毛坯適合進行翻邊工藝。 由于內翻和外翻兩個工序都在同一個工位上完成，所以在選取模具時選擇內外翻復合模。復合模的特點是內翻和外翻兩個工序都在同一個工位上完成，生產率較高，生產出的制品的精度也較高，占用設備數量少。此工件簡單對稱，所以模具并不復雜，比其他方案要具有優(yōu)越性。 這次畢業(yè)設計受益匪淺，特別是通過畢業(yè)設計，讓我能夠把所學同工程實際相結合。這些經驗能給自己今后的工作提供借鑒。 關鍵詞 ：消音器 沖壓工藝 翻邊 汽車消音器零件的沖壓工藝及模具設計方案 Abstract Introduced the automobile damper components ramming craft and the mold design,Succinctly has analyzed under the volume production condition its ramming technological process and the mold design main point. This damper components use the flange craft (including nearby in flange and eversion) complete. Uses the ring-like semifinished materials,In only needs to carry on the flange first,Again carries on nearby the eversion the craft to be possible to obtain the damper components. This damper components ramming craft quite is simple,The work piece structure is symmetrical,The semifinished materials suitablly carry on the flange craft. Because in turns with the eversion two working procedures both completes in the identical location,Inside and outside therefore when selects the mold chooses turns the superposable die. This graduation project was a great help to me. Specially through graduation project,Let me be able actual to study the same project to unify. These experiences will be able to give oneself the next work to provide the model. keyword ： punching press flanging 1 國內外模具的發(fā)展現狀 1.1 國內沖壓模具的發(fā)展現狀 改革開放以來，隨著國民經濟的高速發(fā)展，市場對模具的需求量不斷增長。近年來，模具工業(yè)一直以15%左右的增長速度快速發(fā)展，模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化，除了國有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨資和私營也得到了快速發(fā)展。浙江寧波和黃巖地區(qū)的“模具之鄉(xiāng)”；廣東一些大集團公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，科龍、美的、康佳等集團紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資和外商獨資的模具企業(yè)現已有幾千家。 　　隨著與國際接軌的腳步不斷加快，市場競爭的日益加劇，人們已經越來越認識到產品質量、成本和新產品的開發(fā)能力的重要性。 近年許多模具企業(yè)加大了用于技術進步的投資力度，將技術進步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力。一些國內模具企業(yè)已普及了二維CAD，并陸續(xù)開始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等國際通用軟件，個別廠家還引進了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件，并成功應用于沖壓模的設計中。 以汽車覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技術已取得很大進步，東風汽車公司模具廠、一汽模具中心等模具廠家已能生產部分轎車覆蓋件模具。此外，許多研究機構和大專院校開展模具技術的研究和開發(fā)。經過多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術方面取得了顯著進步；在提高模具質量和縮短模具設計制造周期等方面做出了貢獻。 例如，吉林大學汽車覆蓋件成型技術所獨立研制的汽車覆蓋件沖壓成型分析KMAS軟件，華中理工大學模具技術國家重點實驗室開發(fā)的注塑模、汽車覆蓋件模具和級進模CAD/CAE/CAM軟件，上海交通大學模具CAD國家工程研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖模CAD軟件等在國內模具行業(yè)擁有不少的用戶。 雖然中國模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與工業(yè)發(fā)達國家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設備在模具加工設備中的比重比較低；CAD/CAE/CAM技術的普及率不高；許多先進的模具技術應用不夠廣泛等等，致使相當一部分大型、精密、復雜和長壽命模具依賴進口。、 1.2國外沖壓模具的發(fā)展現狀 由于工業(yè)生產技術的迅速發(fā)展，目前國內外制造業(yè)廣泛地采用了無切削、少切削加工工藝，如精密沖壓、精密鍛造、壓力鑄造、冷擠壓、熱擠壓及等溫超塑成形等新工藝，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的切削加工工藝。模具作為主要的成形工具，已成為一種重要的加工裝備。家用電器行業(yè)約80％的零部件、機電行業(yè)約70％的零部件均采用模具成形，塑料、橡膠、陶瓷、建材、耐火材料制品大部分均采用模具成形。 ????一種中型載重汽車的改型，需要4000套模具，重達2000多噸。生產一種型號的照相機，需要500套模具，在很多行業(yè)中，模具費用已經占產品成本的15％～30％。因此，工業(yè)產品質量的改進、生產率的提高、成本的降低、產品更新換代的速度，在很大程度上取決于模具的制造精度和質量、制造周期、生產成本、使用壽命等因素。 隨著全球經濟一體化進程加快，模具工業(yè)在國民經濟中所發(fā)揮的作用越來越明顯，機械電子、汽車、輕工、建材和國防工業(yè)等部門都大量采用模具進行生產，并提出越來越高的要求。模具工業(yè)已成為新技術產業(yè)化的重要組成部分，模具技術水平的高低與產品的質量、效益和新產品的開發(fā)能力有密切關系，它成為衡量一個國家工業(yè)水平高低的重要標志之一。20世紀80年代以來，日本、美國、德國等工業(yè)發(fā)達國家，模具工業(yè)的產值超過機床工業(yè)的產值。 ? 當前模具工業(yè)發(fā)展有兩個特點：一是要縮短制模周期、降低制模成本。由于人們對工業(yè)晶的品種、數量和質量要求越來越高，產品更新換代周期越來越短，而且多品種小批量生產較多，因此對模具制造提出了嚴格的要求。二是模具向大型化、復雜化、精密化和自動化發(fā)展。模具制造要求越來越高，制造工藝越來越復雜。為了降低模具生產成本，增加效益，保證質量，在采用先進設備和制造工藝的同時，必須采用多種工藝措施盡量延長模具使用壽命。其中合理選用模具材料，采用先進的熱處理和表面強化工藝，不斷推廣應用新材料就是一個主要的方面。 模具鋼是制造模具的主要材料。盡管模具材料品種繁多，但是模具鋼在模具制造業(yè)中使用最多，是模具工業(yè)最重要的技術和物質基礎。近年來隨著模具工業(yè)的迅速發(fā)展，模具鋼的發(fā)展也極為迅速。世界各國都把模具鋼分類于合金工具鋼中，其產量已占合金工具鋼產量的70％一80％。 在設計的過程中，將有一定的困難，但有指導老師的悉心指導和自己的努力，相信會完滿的完成畢業(yè)設計任務。由于學生水平有限，而且缺乏經驗，設計中不妥之處在所難免，肯請各位老師指正。 2 汽車消音器零件的沖壓工藝及方案 2.1 沖壓件工藝性分析 工件名稱：消音器零件，生產批量：大批量，材料：Q215鋼型材，厚度：1.2mm。如圖2.1所示。 圖2.1工件剖面圖 圖2.2工件立體圖 此工件（見圖2.1.1）屬于翻邊件，包括內翻和外翻兩個工序。所用材料為Q215鋼（型材），具有良好的翻邊性能，適合進行翻邊工藝。工件結構簡單對稱，所有尺寸為自由公差，對工件厚度變化沒有做要求。 2.2沖壓工藝方案的確定 圖示零件材料為1.2mm厚Q215鋼（圓環(huán)狀毛坯）見圖2，能夠進行一般的沖壓加工。 圖2.3 毛坯圖 此工件由內翻邊和外翻邊兩個工序，很明顯采用翻邊工藝。 此消音器零件采用翻邊工藝。 消音器零件所需的基本沖壓工序為內翻邊和外翻邊兩個工序?？梢詳M訂出三種方案： 方案一：用簡單模分兩次加工，既內翻——外翻。采用單工序模。 方案二：內翻和外翻復合模。采用復合模。 方案三：內翻和外翻級進模。采用級進模。 方案一，生產率低，工件的累計誤差大，占用兩套模具生產設備成本比較高，操作不方便，由于該工件為大批量生產，相比較方案二和方案三更具有優(yōu)越性。 方案二：內翻和外翻兩個工序都在同一個工位上完成，生產率較方案一和方案三都高，生產出的制品的精度也較高，占用設備數量少。此工件簡單對稱，所以模具并不復雜，方案二比方案一和方案三更具有優(yōu)越性。 方案三：內翻在一個工位上完成，外翻在一個工位完成。其生產效率較方案一高較方案二低，其模具制造難度較方案二高，成本也高。 綜合上面三種方案分析可知，方案二比方案一和方案三更適合零件的生產要求，所以選擇方案二，既內翻和外翻復合模。 2.3毛皮尺寸計算及排樣 2.3.1毛坯的尺寸計算 圖2.4 預孔圖 該制件毛坯的大小圓直徑計算： t=1.2mm，圓角半徑R=（2~4）t 取R=3t=3×1.2=3.6mm D=136+2×8-2×（1.2+3.6）+2×5.1=152.6mm; d=52-2×10+2×(1.2+3.6)-2×5.1=31.4mm; 2.3.2排樣 該制件已給定毛坯，所以不需要排樣。 2.4工藝計算 2.4.1 內孔翻邊 2.4.1.1 孔翻邊的翻邊系數計算 式中：——翻邊系數 ； ——翻邊前孔徑 ； ——翻邊后孔徑 。 則： 表2.1 翻邊系數 翻孔凸模形式 孔加工方法 預孔相對直徑 35 31.4 20 圓柱形凸模 模子沖孔 0.65 0.63 0.60 2.4.1.2 翻邊的工藝計算 由h=8在得 翻邊的極限偏差為×mm 預沖孔直徑 d=52-2×10+2×(1.2+3.6)-2×5.1=31.4mm; 翻邊高度 H 翻邊件一次成形零件高度H的范圍為： 則內孔可以一次翻邊成形 2.4.2 外緣翻邊 此外翻是外凸翻邊，也稱壓縮類翻邊，其變形性質類似不用壓邊圈的淺拉深。 為保證翻孔凸緣挺直，凸模與凹模之間的單邊間隙一般取略小于材料厚度。 平面毛坯上翻孔間隙： 2.4.2.1外緣翻邊的變形程度 外翻邊的變形程度可用下式表示： 圖2.5 外緣翻邊展開圖 式中 ——翻邊變形程度 ； ——展開半徑（mm） ； ——凸緣半徑（mm） 。 對于外凸翻邊 外凸翻邊的變形程度為： 式中 ——外凸翻邊的變形程度（%） ； b ——翻邊凸緣高度（mm） ； ——翻邊凸緣斜度（mm） ； ——工件表面半徑（mm） 。 對于此工件 =90則 表2.2 外凸翻邊的變形程度 /% /% 15 10 2.4.2.2 外緣翻邊的翻邊系數計算 表2.3 外緣翻邊的翻邊系數 材料（退火） 翻邊系數 K 軟鋼t=0.25~2mm 0.72 0.68 由t=1.2mm 在0.25~2mm之間，查得翻邊系數 ； 2.4.3 凸模與凹模直徑的計算 2.4.3.1 翻邊后翻邊內徑 翻邊后翻邊內徑略有縮小，因此，當翻邊內徑有公差要求時，凸凹模直徑尺寸按下式確定。（設翻邊內徑為）。 凸模直徑 ： 凹模直徑 ： 式中 d——翻邊內徑 ； ——翻邊內徑上偏差 ； Z——凸凹模單邊間隙 ； ——凸凹模制造公差，一般采用IT7-IT9級精度。（0.025~0.062） 則： ==32.6mm =（31.4+1.2+2×1.0）=52.6mm 2.4.3.2凸凹模厚度計算 凸凹模厚度 H=D=31.4mm 凸凹模壁厚c=（130-52）/2-2×1.2=36.6mm 凸凹模圓角R=R=3.6mm 2.5 翻邊力與壓力中心的計算，初選壓力機 2.5.1 翻邊力的計算 2.5.1.1 內翻翻邊力計算： 翻邊力一般不大，可按下式計算： 式中 ——翻邊直徑（mm） ； ——翻邊預沖孔直徑（mm） ； ——料厚（mm） ； ——材料屈服點（） 表2.4 材料屈服點 材料 性能 抗拉強度 屈服點 Q215鋼 220Mpa 查上表得： =220Pma 則， P=1.1（D-d）t =1.1×3.14×[52-（31.4-1.2）]×1.2×220 =19878.46N 2.5.1.2 翻外緣的翻邊力計算： 翻邊力的計算可以近似按帶壓料的單面彎曲力計算： P=cLt 式中 P——翻邊力（N）； c——系數，可取0.5~0.8 ； L——彎曲線長度（mm） ； t——料厚（mm） ； ——抗拉強度（Mpa） 。 查表一得： ，取Pma ； 則： P=cLt P=0.5×2×3.14×130×1.2×400 =195936N 根據計算結果，沖壓設備擬選J23—25 2.5.2 壓力中心的確定 由于毛坯成中心對稱，所以壓力中心取毛坯的中心。（見圖5） 2.5.3 工件零件刃口尺寸計算 在確定工件零件刃口尺寸計算方法之前，首先要考慮工作零件的加工方法及模具裝配方法。結合該模具的特點，工作零件的形狀相對比較簡單，所以工件零件刃口尺寸計算按分開加工的方法來計算。具體計算見表5所示。 表2.5 刃口尺寸 尺寸及分類 尺寸轉化 計算公式 結果 備注 毛坯預孔 31.4 D=d+ 圖2.6 壓力中心 2.5.4 卸料橡膠的設計 卸料橡膠的設計計算見表6。選用的4塊橡膠板的厚度務必一致，不然會造成受力不均勻，運動產生歪斜，影響模具的正常工作。 表2.6 卸料橡膠的尺寸設計 項目 公式 結果 備注 卸料板工作行程 4.2mm h=1,h=2 橡膠工作行程 9.2mm h=5 橡膠自由高度 36.2mm 橡膠的預壓縮量 5.52mm 每個橡膠承受的載荷 1731.6N 選4個橡膠 橡膠的外徑D 68mm d=13，p=0.5 較核橡膠自由高度 滿足要求 橡膠的安裝高度 31mm 3 模具結構形式 3.1模具的整體設計 3.1.1 模具類型的選擇 由沖壓工藝分析可知，采用復合沖壓，所以模具類型為復合模 3.1.2 模具結構方式的確定 正倒裝結構： 根據上述分析，本零件的沖壓包括內翻邊和外翻邊兩個工序，外緣翻邊采用正裝結，既外翻凸模在上模。內翻工序采用倒裝結構：即內翻凸模在下模。 3.1.3 定位裝置的選擇 本工件在復合模中尺寸是較大的，又是大批量生產，在外緣翻邊凹模上安裝一個導正銷，依此作為翻邊的定距。 3.1.4 導向方式 為確保零件的質量及穩(wěn)定性，選用導柱、導套導向。 3.1.5 卸料方式 本模具采用倒裝結構，工件由外翻凸模頂出。工件厚度為1.2mm，為了保證工件有比較好的平整度，采用彈性卸料裝置。 3.2主要零部件的設計 3.2.1 工作零件的結構設計 由于工件形狀簡單對稱，所以模具的工作零件采用整體結構。內翻邊的凹模與外翻邊的凸模為套筒狀的圓柱。外翻邊的凹模和內翻邊的凸模通過凹模固定板連接在一起。 3.2.2 凸凹模長度的計算 ： 內翻邊凸模計算 ： L=4.2+31 +20+10++1.2+5=71.4mm 內翻邊凹模模計算 ： 凹模高度 H=h+kb（） 式中 h——翻邊量，取h=10mm ； b——凹模刃口的最大尺寸； k——系數，考慮材料厚度的影響，查表2.9.5得k=0.35~0.50，取k=0.4 則： H=h+kb=10+0.4*52.6=31.04mm。 外翻邊凸模計算 ：外翻邊凸模與內翻邊凹模是整體的一個部件， 所以外翻邊凸模 ：取=40mm。 外翻邊凹模模計算 ：H=H=31.04mm。 3.3 其他零部件的確定 3.3.1 模架的選擇 模具選用后側導柱標準模架。 后側導柱的模架的規(guī)格 ： 凹模周界 ： L=160mm ； B=100mm ； 閉合高度 ： H=190~225mm ； 與模架匹配的其他零部件尺寸規(guī)格 ： 上模座 ：160mm*100mm*40mm 下模座 ： 160mm*100mm*50mm 導柱 ：25mm*180mm 導套 ：25mm*90mm*38mm 模具閉合高度H=H+H+H+ H++H-H =40+28.83+30.21+54++28.83+50-19=212.87mm 可見該模具閉合高度小于所選壓力機J23—25的最大裝模高度（220mm），可以使用。 上模座的尺寸 ： L=160mm ； B=125mm ； H=40mm ； L=170mm ； S=170mm ； =90mm ； =155mm ； R=45mm ； =80mm ； r =31mm = 下模座的尺寸 ： L=160mm ； B=125mm ； H=40mm ； h =25mm ； =170mm ； S=170mm ； =90mm ； =155mm ； R=45mm ； =80mm ； 導柱與導套的尺寸規(guī)格： 導柱 ：25mm*180mm 導套 ：25mm*90mm*38mm 導柱與導套的配合形式：滑動配合； 導柱直徑：25mm 模架精度等級：Ⅱ級精度，配合后間隙 3.3.2 擋料板的尺寸規(guī)格：L=52mm ； B=6mm 。 3.3.3 聯接件的選用與標準化 本模具采用螺釘固定，銷釘定位。具體講 內六角螺釘標記：35鋼M8365 GB70—85 螺釘標記：35鋼M8330 GB68—76 圓柱銷釘標記：35鋼6365 GB 119—86 4.模具總裝圖 4.1 裝配圖 由以上設計可以得到裝配圖。 圖4.1 裝配圖 4.2 壓力機的選擇與校核 模座外形尺寸220*180mm,閉合高度180mm,有文獻[4]中，JC23—35型壓力機工作臺尺寸為610×380mm,最大閉合高度為280mm，連桿調節(jié)長度為60mm,所以在工作臺上加一35～90mm的墊板，即可安裝。模柄孔尺寸也于本副模具所選模柄尺寸相符。 表4.1 模具零件材料選用一覽表 14 固定擋料銷 1 45鋼 φ8mm，h=4mm A型 13 凸模固定板 1 45鋼 12 內六角螺釘 10 35鋼 M8365 GB70—85 11 螺釘 1 35鋼 M8330 GB68—76 10 模柄 1 Q235 A503110 JB/T 7646.1 9 圓柱銷 6 35鋼 10365 GB 119—86 8 凸模 1 Cr12 49.6 7 凸模 1 Cr12 130 6 導料板 2 5 凹模板 1 Cr12 2003160328 4 下模座 1 HT200 2003160345 GB/T2855.2—90 3 導柱 2 20 25mm*180mm 2 導套 2 20 25mm*90mm*38mm 1 上模座 1 HT200 2003160340 GB/T2855.1—90 序號 名稱 件數 材料 備注 5 設計總結 畢業(yè)設計是學生即將完成學業(yè)的最后一個重要環(huán)節(jié)，它既是對學校所學知識的全面總結和綜合應用，又為今后走向社會的實際操作應用鑄就了一個良好的開端。畢業(yè)設計是作者對所學知識理論的檢驗與總結，能夠培養(yǎng)和提高設計者獨立分析問題和解決問題的能力，使學生學習并掌握科學研究、工程設計和撰寫技術報告的基本方法。畢業(yè)設計主要涉及科研、技術設備的革新、改造等方面，強調設計的獨創(chuàng)性和實用性。要求具備清晰的設計思路，具體的設計方案和步驟，準確的設計參數和計算分析，同時畢業(yè)設計也要求邏輯性強，條理清楚，語言精練。 5.1 如何進行設計計劃 5.1.1 學習計劃 在設計前進行相關知識的系統(tǒng)學習 設計時對此設計內容進行學習 5.1.2 布圖計劃 5.1.2.1圖層（便于整體修改）5.1.2.2顏色（要少） 5.2 保證設計質量 5.2.1 缺乏經驗和水平欠缺 5.2.1.1學習相關基礎知識 5.2.1.1.1?在設計以前找出要學習的相關知識 5.2.1.1.2 學習的主要內容為：結構布置、力學要求、水力學要求 5.2.1.1.3 認真對待每一個問題：從方法到具體技術 5.2.1.4 參考資料依次為設計手冊、規(guī)范、以往工程、專題 5.2.1.2 借鑒以前的工程 對別人的設計多問幾個為什么 5.2.1.3 向導師咨詢 要跨越一個心理障礙：勇氣 5.2.2必須具備的素質：細心 這是作為設計人員必須具備的素質，記?。郝こ黾毣?。 5.2.2.1關于計算 5.2.2.1.1關于設計參數的選擇 設計參數的選擇原則以安全為目的 參考其它工程在其條件下選擇的原則 5.2.2.1.2關于計算公式的選擇 計算公式必須符合規(guī)范的要求 在多種公式中選擇更安全、更合理的公式 5.2.2.1.3公式計算 計算的步驟可以參照以往的計算書或者其它資料 計算的每一步結果都要確保正確計算，減少返工時間. 5.2.2.1.4自校 自校的原則是等同于重新再做一遍 5.2.2.2關于制圖 5.2.2.2.1 關于圖框 圖框的名稱和大小 5.2.2.2.2關于標注 標注以量測為主，并用相互推算來校核 標注必須充分 5.2.2.2.3關于剖面 剖面間相互的關系，哪些能見、哪些不能見 剖面的位置要準確 5.2.2.2.4關于工程量 工程量的計算方法必須正確 工程量的結果必須正確 通過自校加把鎖 5.2.2.2.5 關于說明 說明必須充分 說明的目的在于讓對方明白 5.2.3避免原則錯誤、技術錯誤、一般錯誤 5.2.4必須具備的思維：積極&活躍 5.3如何減少返工 5.3.1設計過程中細心 5.3.2自校的要求是從頭到尾重新做一遍 這次畢業(yè)設計受益匪淺，特別是能參加畢業(yè)設計，讓我能夠把所學同工程實際相結合。在畢業(yè)設計后，我進行了總結，希望這些經驗能給自己今后的工作提供借鑒。 致謝 本設計在設計過程中得到了楊占堯、翟德梅、趙常海、原紅玲、于智宏等幾位指導老師的大力支持和幫助，再此表示誠摯的感謝，由于本人水平有限，收集資料困難，如果有不盡人意的地方，懇請導師不吝賜教，提出寶貴改進意見。 參考文獻 [1] 劉建超,張寶忠主編.沖壓模具設計與制造.北京:高等教育出版社. [2] 王孝培主編，沖壓手冊.機械工業(yè)出版社，1988年2月 [3] 郝濱海編著，沖壓模具簡明設計手冊.化學工業(yè)出版社，2005年1月 [4] 楊玉英主編，實用沖壓工藝及模具設計手冊.機械工業(yè)出版社，2005年1月 [5] 中國機床總公司編著，全國機床產品供貨目錄.機械工業(yè)出版社，2002年6月 [6] 史鐵梁主編，冷沖模設計指導.機械工業(yè)出版社，1996年7月 24