毕业设计论文汽车消音器的冲压工艺及模具设计.docx

1.1现代模具的发展现状及发展趋势模具被称为工业产品之母。所以工业的高速发展也离不开模具工业的不断进步。中国模具市场规模巨大，随着国内模具工业高速发展，技术也获得了较大的飞跃，但是，仍然面对高档模具以进口为主的尴尬局面。提升技术实力，乃是中国模具工业发展的前途所在。随着冲压金属制品在机械、电子、交通、国防、建筑、农业等各行业的广泛应用，对冷冲压模具的需求日益增加，冲压模在国民经济中的重要性也日益突出。模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已经成为一个国家制造业水平的重要标志之一。在国内方面，由于近年市场需求的强大拉动，中国模具工业高速发展，市场广阔，产销两旺。2003年我国模具产值达到450亿元人民币以上，约折合50多亿美元，按模具总量排名，中国紧随日本、美国其后，位居世界第三。中国模具已涵盖了各种用于金属和非金属成形的特殊装备，被分为10大类、46小类。1996年至2002年间，中国模具制造业的产值年平均增长14%左右，2003年增长25%左右，广东、江苏、浙江、山东等模具发达地区的增长在25%以上。近两年，我国的模具技术有了很大的提高，生产的模具有些已接近或达到国际水平。2003年模具出口3.368亿美元，比上年增长在33.5%,形势喜人。总的来看，我国技术含量低的模具已供过于求，市场利润空间狭小，而技术含量较高的中、高档模具还远不能适应国民经济发展的需要，精密、复杂的冲压模具和塑料模具、轿车覆盖件模具、电子接插件等电子产品模具等高档模具仍有很大一部分依靠进口。近五年来，我国平均每年进口模具约11.2亿美元，2003年就进口了近13.7亿美元的模具，这还未包括随设备和生产线作为附件带进来的模具。中国现有模具企业超过2万家，从业人数50多万人。中国的模具生产目前主要集中在华南和华东，大约占了全国模具制造业产值和销售额的三分之二，每年平均增长在20%左右。在国外方面，我国模具生产厂中多数是自产自配的工模具车间（分厂），自产自配比例高达60%左右，而国外模具超过70%属商品模具。专业模具厂大多是“大而全”、“小而全”的组织形式，而国外大多是“小而专”、“小而精”。国内大型、精密、复杂、长寿命的模具占总量比例不足30%,而国外在50席以上。2004年，模具进出口之比为3.7：1,进出口相抵后的净进口额达13.2亿美元，为世界模具净进口量最大的国家。1.2本设计的基本工序本设计是汽车消音器的拉深翻边复合模冷冲模主要由以下几部分构成：工作部分：其功能是完成材料的分离。零件质量及尺寸精度主要靠该部分来保证。定位及挡料部分：其功能是确定条料在冲模中的正确位置。卸料及推件装置：其功能是把箍在凸凹模外围的条料卸下来，把梗塞在凹模内的零件推出来，保证冲压继续正常进行。导向装置：其功能是保证上、下模正常运行，使之不产生位置偏移。连接固定部分：其功能是连接和紧固各零部件，使之成为一完整的整体。本设计是护汽车消音器落料、拉深、冲孔、翻边复合模，所谓复合模是指压力机一次行程中，在模具的一个工位上，同时完成几道不同工序的模具。它属于多工序模。工作部分除凹、凸模外还有凸凹模。落料凹模在上模部分的称为倒装复合模，落料凹模在下模的称为正装复合模。模具设计，即设计一副能够生产所给汽车消音器的模具，并且结构合理、能保证制品的精度、表面质量。在设计中能熟练使用PR0/E、AUTOCAD等机械、模具相关绘图软件。2.1工件资料2零件的工艺性图2-1所示为汽车消音器零件，材料为08F钢，厚度为11mm,大批量生产。图2-2汽车消音器零件三维图2.2 零件材料及其冲压工艺性分析2.3 .1零件材料的分析冷冲压模具包括冲裁、弯曲、拉深、成形等各种单工序模和由这些基本工序组成的复合模、级进模等各种模具。设计这些模具时，首先要了解被加工材料的力学性能。材料的力学性能是进行模具设计时各种计算的主要依据。故在分析零件冲压成形工艺，设计冲压模具前，必须要了解和掌握材料的一些力学性能，以便设计。现将汽车消音器零件材料为08F钢的力学性能主要参数及其概念叙述如下：(1)应力：材料单位面积上所受的内力，单位是Nmm2,用Pa表示。IO6Pa=IMPa;IMPa=1Nmm2；IO9Pa=1GPa<,(2)屈服点。s：材料开始产生塑性变形时的应力值，单位是Nmm2o弯曲、拉深、成形等工序中，材料都是在达到屈服强度时进行塑性变形而完成该工序的成形的。经查表取。S=180MPa0(3)抗拉强度。b。材料受到拉深作用，开始产生断裂时的应力值，单位是MPaoOb=280"390MPao(4)抗剪强度b.材料受到剪切作用，开始产生断裂时的应力值，单位是MPa0取Tb=255333MPa°(5)弹性模量E。材料在弹性范围内，表示受力与变形的指标，弹性模量大，表示材料受力后变形较小，或者说，产生一定的变形需要较大的力。E=194X1()3MPa。(6)屈服比。s/ob。是材料的屈服强度与抗拉强度之比，其值越小，表示材料允许的塑性变形区越大，在拉深工序中，材料的屈服比较小时，所需的压边力和所需克服的摩擦力相应的减小，有利于提高成形极限。(7)伸长率°在材料性能实验时，试件由拉伸试验机拉断后，对接起来测量长度，其伸长量与原长度之比称为伸长率，其数值用“”表示，其数值越大表示材料的塑性越好。经查表可得，材料为08F钢的伸长率6=32%。综上所述，对电机端盖零件材料08F钢的力学性能分析，主要是为了便于模具设计中各参数的计算，故在后序的模具设计中各参数的计算均以上面所取的数值进行计算。2.2.2零件工艺性的分析冲压件工艺性是指冲压零件在冲压加工过程中加工的难易程度。虽然冲压加工工艺过程包括备料一冲压加工工序一必要的辅助工序一质量检验一组合、包装的全过程，但分析工艺性的重点要在冲压加工工序这一过程里。而冲压加工工序很多，各种工序中的工艺性又不尽相同。即使同一个零件，由于生产单位的生产条件、工艺装备情况及生产的传统习惯等不同，其工艺性的涵义也不完全一样。这里我们重点分析零件的结构工艺性。该零件为电机端盖，结构复杂，成轴对称，是典型的拉深，冲孔，翻边工件。在拉深过程中要注意控制拉深程度，加工时，根据零件的结构，形状等一些技术要求，应考虑以下几点：(1)拉深件圆角半径：拉深件的圆角半径要适合，应尽量大些，以便于成形和减少拉深次数，避免在拉深过程中出现失稳现象即拉裂。拉深件底与壁的圆角半径应满足r1而在此设计中圆角半径R4>t=1,故满足设计要求。(2)考虑拉深件厚度不均匀的现象：在拉深过程中，一般为不变薄拉深，从理论分析上说是不符合的，在拉深过程中壁厚应有少量的变化，如果在拉深件精度要求不高时，一般可以忽略不计。(3)拉深件的孔位布置：根据示图所示，该零件的孔位布置合理，处于中心部位。在冲孔、翻边时，要注意孔与拉深件的同心度的问题，孔到拉深底部边缘的距离dd1-2r1-to根据零件图，初步分析可以知道电机端盖零件的冲压成形需要多道工序才能完成，首先进行落料拉深，形成外形尺寸形状，其次底部要翻边成型。综上所述，电机端盖由平板毛坯冲压成形应包括的基本工序有：拉深和翻边。2.3确定工艺方案和模具形式在冲压分析的基础上，找出工艺与模具设计的特点与难点，根据实际情况提出各种可能的冲压工艺方案，内容包括工序性质，工序数目，工序顺序及组合方式等，有时同一种冲压零件也可能存在多个可行的方案，通常每种方案各有优缺点，应从产品质量生产效率，设备占用情况，模具制造的难易程度和模具的使用寿命的高低，生产成本，操作方便与安全程度等方面进行综合分析、比较，确定出适合于现有生产条件的最佳方案，故在一定的条件下，以最简单的方法，最快的速度，最少的劳动量，最少的费用，可靠的加工出符合图样各项要求的零件，在保证加工质量的前提下，选择经济合理的工艺方案。确定工艺方案及模具形式：1、根据对冲压零件的形状、尺寸、精度及表面质量要求的分析结果，确定冲压所需的基本的工序，如落料、冲孔、翻边、拉深、整形等。2、根据初步工艺计算，确定工艺数目，如冲压次数、拉深次数等。3、根据各个工序的变形特点、质量要求等确定工序顺序。4、根据生产批量和条件（冲压加工条件和模具制造条件）确定工序组合。生产批量大时，冲压工序应尽可能组合在一起，用复合模具；小批量生产用单工序简单模。要提高生产成本，应该尽量选择合理的工艺方案，选择复合能复合的工序，为提高生产率，综合分析，可以采用翻边拉深复合模具完成。3主要工艺参数的计算3.1毛坯尺寸的计算由于板料在轧压或退火时所产生的聚合组织而使材料引起残存的方向性，反映到拉深过程中，就使桶形拉深件的口部形成明显的突耳。此外，如果板料本身的金属结构组织不均匀、模具间隙不均匀、润滑的不均匀等等，也都会引起冲件口高低不齐的现象，因此就必需在拉深厚的零件口部和外缘进行修边处理。这样在计算毛坯尺寸的时候就必需加上修边余量然后再进行毛坯的展开尺寸计算。根据零件的尺寸取修边余量的值为3mmo查表5-7,冲压工艺与模具设计实用技术：在拉深时，虽然拉深件的各部分厚度要求发生一些变化，但如果采用适当的工艺措施，则其厚度的变化量还是并不太大。在设计工艺过程时，可以不考虑毛坯厚度的变化。由于毛坯圆弧部分中心不在一条直线上，因此按照等面积的原则进行毛坯初始直径的求解。毛坯尺寸按公式（等面积原则）：,D=-D2=A1+A2+A33.1所以：D=140tnn3.2 计算拉深次数在考虑拉深的变形程度时，必需保证使毛坯在变形过程中的应力既不超过材料的变形极限，同时还能充分利用材料的塑性。也就是说，对于每道拉深工序，应在毛坯侧壁强度允许的条件下，采用最大的变形程度，即极限变形程度。极限拉深系数值可以用理论计算的方法确定。即使得在传力区的最大拉应力与在危险断面上的抗拉强度相等，便可求出最小拉深系数的理论值，此值即为极限拉深系数。但在实际生产过程中，极限拉深系数值一般是在一定的拉深条件下用实验的方法得出的，我们可以通过查表来取值。该工件拉深一个过程，因此可以计算其拉深系数来确定拉深次数。其实际拉深系数为：m=dD=2661=0.426材料的相对厚度为：tD×100%=1.11%凸缘的相对高度为：=X1=0132；,/max=0.63由冲压工艺与模具设计实用手册可以查出，%,冲压工艺与模具设计实用手册可以查出ZWmin=O51因为凸缘的相对高度0.247小于最大相对高度0.63,且实际拉深系数0.51大于最小极限拉深系数0.47,所以拉深过程可以一次拉深成功。3.5 拉深力和翻边力的计算3.6 .1拉深过程(1)拉深力可立=血p%Kf式中dp一圆筒形零件的凸模直径(mm)K一系数，查(表53,冲压工艺与模具设计实用手册)取0.4%一材料的抗拉强度(MPa)因此FM=乃x127.6x350x°.4=56KN(3)顶件力顶件力的计算公式可按下式：(P340,冲压工艺与模具设计实用手册)F顶=K顶XF拉3.13式中尸顶顶件力(N)；K顶顶件力系数；查表28人顶=0.06F原=K顶×F拉=().06X60KN=3.6KN3.3.2冲孔、翻边过程F=1.U(D-d)t3. 16式中，D翻边后直径(按中线算)，mm；d坯料预制孔直径，mm；t材料厚度，mm；叫一板料抗拉强度F=1.1"(D-d)t不=1IX3.14x(5235)x350=2OKN3.3 3总力计算第一幅落料拉深模具：F=K4深+。边+F顶件3.16jF=56+3.6+20=80.6KV3.4 冲压设备的选