消音器盒蓋模擬分析及工藝設(shè)計

文/蘇艷紅，劉鑫，周劉凱，靳正宇，冉茂文·成都航空職業(yè)技術(shù)學院航空裝備制造產(chǎn)業(yè)學院

摩托車消音器是摩托車發(fā)展歷史上不可或缺的一個零部件。消音器的作用就是將發(fā)動機排出的氣體留在消音器內(nèi)，再經(jīng)過有多孔的管子以及隔板反反復(fù)復(fù)的環(huán)繞后，噪聲逐漸衰減，達到消音的目的。據(jù)中國摩托車商會2021 年數(shù)據(jù)統(tǒng)計，全行業(yè)完成摩托車產(chǎn)銷2019.52 萬輛和2019.48萬輛，由此可見國內(nèi)場對摩托車的需求是巨大的，對摩托車中不可或缺的零部件消音器支架蓋同樣也是需求量巨大。但消音器支架蓋零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其成形工藝設(shè)計較為困難。

國內(nèi)學者對消音器支架蓋的成形工藝以及模具結(jié)構(gòu)進行了大量研究。王金杰針對消音器在實際使用中出現(xiàn)與連接管斷裂的問題進行了摩托車消音器的優(yōu)化設(shè)計。陳雨通過以某放大器中使用到的半封閉式的殼體為例，設(shè)計相應(yīng)的模具。趙躍文分析了端蓋沖壓工藝，介紹了端蓋落料、拉深、沖孔、翻邊復(fù)合模具的結(jié)構(gòu)及主要零件的設(shè)計。鄭榮鉅通過控制發(fā)動機排氣降噪進行了摩托車消音器的優(yōu)化設(shè)計研究。喬華英等人通過對汽車覆蓋件進行沖壓模具設(shè)計提高生產(chǎn)效率?？籽椎热藢Χ松w零件進行工藝分析，提出了最佳成形工藝方案。羅靜等人對汽車排氣系統(tǒng)消聲器常見類型展開進行了分析?？涤肋M行了消音器端蓋坯件落料拉深復(fù)合模具設(shè)計的研究。

消音器支架蓋是一種較復(fù)雜的鈑金沖壓件，針對消音器支架蓋的巨大需求。本文對消音器支架蓋的成形工藝進行了研究，同時研究了它的成形特點，通過對采用兩種工藝方式作對比最終得出了一套適用于實際生產(chǎn)制造的工藝。

零件分析

圖1 為消音器支架蓋三維圖，圖2 為消音器支架蓋二維圖，該零件長127mm、寬73mm、厚度1mm。從圖1、圖2 可以看出，該零件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，存在兩個難點。如圖1 所示難點1 在展開后屬于凹槽，容易變形起皺；難點2 需要考慮到它的成形極限以及圓角半徑，且該零件的圓角半徑不能小于一個料板厚度。產(chǎn)品要求無起皺，最大減薄率小于25%。

圖1 消音器支架蓋三維圖

圖2 消音器支架蓋二維圖

消音器支架蓋的工藝分析

本設(shè)計為消音器支架蓋的沖壓工藝分析，根據(jù)設(shè)計零件的尺寸、材料、批量生產(chǎn)等要求，首先分析零件的工藝性，對于此零件有兩種加工方案，方案一(圖3)：直接第一步拉延出整體外形，第二步進行外形修邊，第三步對圖1 標示的第一部分進行斜切；方案二(圖4)：將原壓料面設(shè)置在缺口上方一定距離如圖5 所示，然后進行拉延，之后進行修邊，最后再進行翻邊。

圖3 方案一3DDL 圖

圖4 方案二 3DDL 圖

圖5 壓料面

消音器支架蓋的模擬分析

首先對方案一進行了模擬分析，本文采用UG、FASTAMP 軟件對消音器支架蓋進行模擬分析，將消音器支架蓋劃分為6510 個單元和6565 個節(jié)點。圖6為第一次拉延后的工件厚度分布圖，從圖6 可以看出在零件的3 個角位置出現(xiàn)了嚴重厚度減薄，導(dǎo)致該區(qū)域不能滿足零件最初的設(shè)計要求；從圖7 可以看出在零件的3 個角位置出現(xiàn)了較大的應(yīng)變，說明了在拉延的過程中金屬在這3 個角位置的流失較為嚴重，從圖8 可以看出零件成形起皺趨勢較為嚴重，但沒有破裂傾向，不容易出現(xiàn)破裂情況。因此方案一不能達到零件最初的設(shè)計要求。

圖6 方案一消音器支架蓋初步拉延厚度分布圖

圖7 方案一消音器支架蓋初步拉延等效應(yīng)變分布圖

圖8 方案一消音器支架蓋初步拉延成形極限圖

然后對方案二進行了模擬分析，本文采用UG 二次開發(fā)對消音器支架蓋進行模擬分析，為了防止模型起皺在四周都加上了拉延筋。圖9 為方案二第一次拉延后的工件厚度分布圖，從圖9 可以看出在零件的該區(qū)域都滿足零件的設(shè)計要求；從圖10 可以看出此零件的等效應(yīng)變分布較為均勻，從圖11 可以看出零件成形起皺趨勢處于安全范圍。從圖12 可以看出最終成形件厚度分布均勻，滿足設(shè)計要求，因此方案二的工藝能實現(xiàn)消音器支架蓋的成形。

圖9 方案二消音器支架蓋初步拉延厚度分布圖

圖10 方案二消音器支架蓋初步拉延等效應(yīng)變分布圖

圖11 方案二消音器支架蓋初步拉延等效成形極限圖

圖12 消音器支架蓋最終拉延厚度分布圖

結(jié)論

⑴方案一在第一次直接拉延過程中出現(xiàn)了厚度減薄，金屬在工件的三個角上出現(xiàn)了大量流失，并發(fā)生了較大的等效塑性應(yīng)變，并且出現(xiàn)了大量的起皺，因此不適合于實際的工藝選擇。

⑵方案二由于它的壓料面相對較低，成形過程中厚度、等效塑性應(yīng)變比較均勻，并且在對角的兩個凸包上未發(fā)生成形缺陷，模擬成形效果良好，因此方案二適合于實際生產(chǎn)。