消音器盒蓋模擬分析及工藝設計

文/蘇艷紅，劉鑫，周劉凱，靳正宇，冉茂文·成都航空職業技術學院航空裝備制造產業學院

摩托車消音器是摩托車發展歷史上不可或缺的一個零部件。消音器的作用就是將發動機排出的氣體留在消音器內，再經過有多孔的管子以及隔板反反復復的環繞后，噪聲逐漸衰減，達到消音的目的。據中國摩托車商會2021 年數據統計，全行業完成摩托車產銷2019.52 萬輛和2019.48萬輛，由此可見國內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構復雜，其成形工藝設計較為困難。

國內學者對消音器支架蓋的成形工藝以及模具結構進行了大量研究。王金杰針對消音器在實際使用中出現與連接管斷裂的問題進行了摩托車消音器的優化設計。陳雨通過以某放大器中使用到的半封閉式的殼體為例，設計相應的模具。趙躍文分析了端蓋沖壓工藝，介紹了端蓋落料、拉深、沖孔、翻邊復合模具的結構及主要零件的設計。鄭榮鉅通過控制發動機排氣降噪進行了摩托車消音器的優化設計研究。喬華英等人通過對汽車覆蓋件進行沖壓模具設計提高生產效率?？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合模具設計的研究。

消音器支架蓋是一種較復雜的鈑金沖壓件，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，該零件結構較為復雜，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

本設計為消音器支架蓋的沖壓工藝分析，根據設計零件的尺寸、材料、批量生產等要求，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 個角位置出現了嚴重厚度減薄，導致該區域不能滿足零件最初的設計要求；從圖7 可以看出在零件的3 個角位置出現了較大的應變，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，不容易出現破裂情況。因此方案一不能達到零件最初的設計要求。

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域都滿足零件的設計要求；從圖10 可以看出此零件的等效應變分布較為均勻，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，滿足設計要求，因此方案二的工藝能實現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

結論

⑴方案一在第一次直接拉延過程中出現了厚度減薄，金屬在工件的三個角上出現了大量流失，并發生了較大的等效塑性應變，并且出現了大量的起皺，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、等效塑性應變比較均勻，并且在對角的兩個凸包上未發生成形缺陷，模擬成形效果良好，因此方案二適合于實際生產。