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1、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
2、。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
3、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、。（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
5、。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
6、，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
7、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
8、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（
9、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
10、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 （
11、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
12、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
13、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（
14、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
15、+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
16、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
17、寸由落料获得，内孔尺寸和中心距尺寸由冲孔同时获得。 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 300.065mm 确定初始间隙，查表34得： Zmin=0.126mm Zmax=0.180mm 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（
18、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=92.6
