扬声器薄膜的胀形模设计

扬声器薄膜的胀形模设计摘要：通过对成品零件扬声器薄膜进行了冲压工艺分析，确定了最佳的冲压工艺方案，最终决定采用一套胀形模具完成该零件的加工。根据冲压模具设计的一般步骤，文中分别对胀形模各部件进行了设计，确定了其工作零件、定位零件、卸料零件、导向零件等主要零部件的形式与尺寸。此外，利用 Pro/E 绘制出了产品的三维造型图，并使用 AutoCAD 软件绘制了模具的二维模具装配图及主要成型零件的零件图。关键词：扬声器薄膜 、 胀形模具 、Pro/E、 AutoCAD 前 言模具作为“工业之母” ，目前，电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电、通讯和军工等产品中，6080的零部件，都要依靠模具成型。用模具成型的制件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所无法比拟。我国模具行业将向大型、精密、复杂、高效、长寿命和多功能方向发展。模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和开发能力。采用模具生产制件具有生产效率高，质量好，切削少，节约能源和原材料，成本底等一系列优点，模具成型已经成为当代工业生产的重要手段，成为多种成型工艺中最具潜力的发展方向。模具是机械.电子等行业的基础工业，它对国民经济和社会的发展起着越来越大的作用。对冲压模具的全面要求是：能高效的生产出外观和性能均符合使用要求的制品。模具使用是要求高效率.自动化.操作简便，因而当冲压件大批量生产时，应尽量采用复合模合模，这样可以提高模具生产的效率。改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以 15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡” ；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。目前中国模具的总产值已跃居世界第三，仅次于日本和美国。由于近年市场需求的强大拉动，中国模具工业高速发展，冲压模具设计市场广阔。随着冲压工艺的广泛应用于国民经济中，再加上随着数控技术和机械 CAD/CAM 的发展，冷冲模的发展和迅速。它以生产率高、成本相对低廉被广泛应用。目 录1. 扬声器薄膜 .61.1 扬声器薄膜简介 .61.2 毕业设计的主要内容 .81.3 毕业设计的意义 .82 冲压工艺分析 .92.1 零件分析 .92.2 冲压工艺分析 .102.3 冲压工艺方案的确定 .102.4 零毛坯尺寸的计算以及工艺计算 .103 模具设计 .113.1 模具的结构类型 .113.2 操作与定位方式 .113.3 卸料及出件方式 .113.4 冲压设备的初步选取 .113.4 .1 胀形工艺计算 .113.4 .2 压力机的选择 .113.5 压力中心的计算 .123.6 工作零件的设计 .123.6.1 胀形凸模 .123.7 定位零件的设计 .134 模座的选取 .145 模具闭合高度校核 .156 模柄 .157 导向零件的选择 .15总结致谢参考文献第 0 页 共 16 页1 扬声器薄膜1.1 扬声器薄膜简介膜广泛应用于电子产品，特别是手机数码产品，生活接触频繁 。但知识资料缺乏，认识不足。现按薄膜的材料对薄膜的发展做如下阐述：1.1.1 纸盆振膜 这应该算是最古老的材质了。简单的说，把纸浆悬浮液流入事先设计好的盆型网状模子上，纸浆便沉积其上，将沉积至适当厚度的纸浆抄出，再行干燥等后续加工处理，便成了一个纸盆振膜。而其中纸浆的成份，如纤维的种类、长短，及填料成份，和抄纸的制程及后段处理方式（如风干或热压等） ，都会影响最后成品的特性，也直接影响了发声特性，这些当然就是各家不外传的商业机密了。 一般来说，纸盆的声音特性为平顺自然，明快清晰而不神经质。因为内含无数的纤维相互交织，因此在其中传递的能量可以很快被吸收掉，形成很好的阻尼，因此在发声频域的高端造成的盆分裂共振不明显，滚降的截止带也就很平顺。这可说是一种很好的特性，因为这样就可以用很简单的分音器，不需额外的剪裁，系统的整合也就很健康。 另外，纸盆的刚性颇佳，对于瞬时反应和听感的细节表现有很好的成绩。别看手边常见的纸张都是软软的，在适当的形状和厚度下，纸的刚性是能够做得很不错。再者，若设计和制作得当，纸盆可以做得很轻，比最轻的塑料振膜还轻15以上。虽比起最新的高科技合成纤维材料，纸质还是稍重了点，但其实相差不大，因此发声效率高。audax的6.5吋纸盆中音pr170系列，效率便高达100db/w。 纸盆可能的弱点是其特性会随环境湿度而变化。1.1.2 塑料振膜 因石化工业的发达，在我们日常生活环境中便随处可见塑料制品，低廉的原料和加工程序简便自然就获得了各种产业的青睐，其中当然也包括音响工业。这里说的塑料振膜，是指用塑料射出成型或其它方式做出的一体成型锥盆，最常用的材质应属聚丙烯（polypropylene，简称pp） 。这种pp材质，我们最常第 1 页 共 16 页接触到的应该就是微波炉用容器和保鲜盒一类制品，都是属于射出成型的。另外，常用于各类纸箱外加强用，黄色或灰色的打包带也是由聚丙烯纤维制成。 然而，相较于其它振膜材质，pp的刚性不甚佳，质量也较重。虽然用保鲜盒往脑门上打下去是很痛，但并不表示它在微观的高速小范围运动下就有很好的刚性，而这样的工作条件才是我们在单元振膜选用上所在意的。 pp材质较弱的刚性造成了高速微动作时（高频段工作时） ，音圈发出的动能无法完全且一致的传达到整个振膜，也就是发生了“盆分裂现象” 。虽然有良好的阻尼止住了盆分裂共振，但毕竟已无法作完美的活塞运动，失真率相对提高，听感上便是柔顺有余，解析力及动态却不足，有些以8吋pp振膜中低音单元为基础的二音路喇叭。 虽不像纸盆那样有吸水气的问题，但pp振膜会有随温度改变特性的倾向。幸好这点应该不至于困扰我们，因为就像纸盆和湿度的问题一样，这样的变化应属缓慢而渐进，就不需要担心 。1.1.3 金属振膜 既然刚性较弱会导致动态和解析力的缺失，那么利用高刚性的金属材质来制作振膜，应该会得到很好的效果才对。若不谈号角喇叭用的压缩驱动器，一般能看到用于直接放射的中音或低音单元所用的金属材质，应属铝金属或其合金产物为最多，最大的优势便是刚性很强，在一定范围的工作条件下不会变形，其结果便是很低的失真和很好的细节解析力。但是刚性强的另一面便是内损低，就像我上次提过的“一指蒋”高音一样，能量不会被振膜材质本身吸收，所以发生盆分裂时会有很明显的共振峰出现在频率响应的高端，若不妥善处理，就很容易出现“金属声” 。 1.1.4 合成纤维材质合成纤维材质是航空级的材料，当然就兼具了质轻和高强度的双重优点，可以做到比纸还轻，刚性比金属还强，而且强度不只超过铝很多，甚至还高过钢铁，用来制作喇叭单元的振膜应该是再理想不过了，所以各家制造kevlar或碳纤维单元的厂家，无不用力的标榜其高刚性、低质量、还有高阻尼的特性。前二项优点是成立的，但自体阻尼这一项则要视条件而定，并不一定就比较好。第 2 页 共 16 页这是指其它的成形方式所能得到的最佳成果，并不是指薄薄的单元振膜可以，比你家的菜刀还硬，至少目前还做不到。若没有妥善处理，这类高刚性的人造纤维会和金属盆面临类似的问题，也就是高频盆分裂共振。虽不至于像金属振膜那么严重，但这个盆分裂共振的确存在，也轻易地达到扰人的程度。在没有妥善处理之下，听感上容易造成硬质的中频上段和高频下段，更厉害些便开始刺耳了。这种凝胶与纤维的混合制程非常特殊，从制程的初期到完成，凝胶的体积会缩小至原来的十分之一。更妙的是，在此过程中聚合键结的长炼状分子会顺着事先加入的纤维而成长，所以其分子排列方向是可控制的，极佳的刚性和自体阻尼便由此而来。 1.1.5其它材料其实，除了上述的四大类材质外，其它还有很多质轻强度佳的材质皆可制成喇叭振膜，如玻璃纤维、赛璐络纤维、石墨纤维、电木、丝质纤维、发泡聚苯乙烯、各种发泡塑料，以及真空烧结精密陶瓷等，其中许多材料都大有可为，有些适于做高音，有些适于做中音，有些适于做低音，有些高中低音皆宜，各擅胜场。 1.2 毕业设计的主要内容此次毕业设计主要是设计成型扬声器薄膜的胀形模具。首先要了解本课题的目的与意义之后，然后上网浏览一些相关网页及查阅相关文献资料，来了解一下我国模具行业发展的现状以及我国模具行业发展的前景以及我国模具行业今后的发展趋势，从而对模具行业有进一步的更深入的了解。其次要对零件进行工艺性分析，确立成型零件的工艺方案，再利用有关模具设计的手册确定了模具结构以及模具上所需的主要零部件的结构及尺寸。之后，使用 pro/E 制出产品的三维造型图，使用 AutoCAD 软件制出两套模具的二维模具装配图及主要成型零件的零件图。1.3 毕业设计的意义通过此次设计，提高了我阅读相关文献的能力，以及并且培养了我自主设第 3 页 共 16 页计的能力，更加了解模具行业。对 CAD 以及 Pro/E 的使用更加得心应手了。为以后的工作打下了良好的基础。2 冲压工艺设计2.1 零件分析零件名称：扬声器薄膜精度等级：IT10所用材料：铝箔 LF-M/Q/Q701-68料厚：0.07mm工件的二维图，如图 2-1：图 2-1 工件的二维图工件的实体图，如图 2-2第 4 页 共 16 页图 2-22.2 冲压工艺分析该零件为扬声器薄膜，形状简单对称适合做胀形模成型。此零件的精度等级为 IT10 级，料厚为 0.07mm，材料为铝箔 LF-M/Q/Q701-68。该零件的结构、尺寸、精度和材料均符合胀形的工艺性要求。2.3 冲压工艺方案的确定通过对该零件的冲压工艺分析得出了以下方案：由于零件形状简单且对称适合做胀形模，成本相对较低，且生产率高，适宜大批量生产，精度也可达到要求。2.4 零件毛坯尺寸的计算以及工艺计算零件尺寸如图 2-1胀形部分查冷冲模设计 11中表 7-6 得：材料的许用伸长率 =24% 极限胀形系数 k=1.2式（2-b)4.03(1L1） 则 L=3.14 1+0.4 0.24+12=15.4mm 式（2-rhS球2） 则 S=3.14 21.8 0.07=4.8mm2第 5 页 共 16 页则由面积公式得：D=43.6mm3 模具的设计3.1 模具的结构类型采用正装的胀形模的结构。凸模安装在上模，凹模安装在下模。上、下模利用导柱导套导向，导柱布置在中间，两导柱的直径大小相同。3.2 操作与定位方式该模具采用手动放料的形式。胀形时，坯料放入模具两定位销间，一次冲程完成胀形。3.3 卸料及出件方式由图 2-2 可知本工件及其薄且腔不深，所以可用风吹完成出件的过程。错误！未找到引用源。3.4.1 胀形工艺计算胀形力计算由冲压模具实用手册查得：式（4-tan21/)tan(tH2Fb 胀 形1）则 F 胀形 =10KNF 顶 =0.8F 胀形 式（4-2）则 F 顶 =8KN3.4.2 压力机的选择初步选择压力机为开式双柱可倾式压力机，型号为 JD2325，压力机的参数如表 3-1。表 3-1 JD23-25 压力机参数第 6 页 共 16 页标称压力/kN滑块行程/mm行程次数/次/min连杆调节长度/mm最大闭合高度/mm工作台尺寸（前后左右/mmmm模柄孔尺寸（直径深度）/mmmm电动机功率/kW250 10100 55 60 270 370560 4070 2.23.5 压力中心的计算由于该零件形状简单且对称，所以制品中心即为压力中心。3.6 工作零件的设计3.6.1 胀形凸模选取台阶的形式胀形凸模的尺寸如图 6-1 所示：图 6-1第 7 页 共 16 页橡胶尺寸橡胶高度：由式（3-19）得 =(1+8.5+5)/0.25=58mmH0预压量取 17%则 H=58 0.85=49mm由最新冲压模具标准与应用手册中的表 8-13 得：单位压力 q=0.5MPa由式（3-20）得 D2=156mm由于 H/D 不满足 0.51.5 的范围，所以缩小直径到 100mm则 H/D=0.5符合要求3.7 定位零件的设计3.7.1 固定挡料销由中国模具设计大典 14表 22.558 选择固定挡料销。表 3-1 固定挡料销 A6 JB/T7649.10材 料 热 处 理 硬 度 技 术 条 件钢45HRC483 处 理按 1940.76T/JB3.7.2 胀形凸模固定板由中国模具设计大典表 22.519 选择方形固定板（mm） 。表 3-3 固定板 145x145x50-45 钢 JB/T7643.5材 料 规 格 技 术 条 件钢45145x145x50 处 理按 1940.76T/JB具体尺寸如图。第 8 页 共 16 页4 模座的选取由中国模具大典表 22.4-30 选取上模座。表 4-2 上模座规格 材料 标准245x145x30 Q235-AF GB/T2855.5由中国模具大典表 22.4-30 选取下模座。表 4-3 下模座规格 材料 标准245x145x30 Q235-AF GB/T2855.6第 9 页 共 16 页5 模具闭合高度校核式（5-1）下 凹 模上 凹 模垫 板下 模 座上 模 座模 具 H2H则 H 模具 =170mm开式双柱可倾式压力机，型号为 JD2325，的最大装模高度 Hmax=180mm，最小装模高度 Hmin=145mm。由式（3-22）得 145mm173mm180mm，所以可以满足要求。6 模柄由中国模具大典表 22.5-24 压入式模柄（mm）：模柄 A40x111 JB/T7646.1 材料：Q235A。7 导向零件的选择由中国模具大典表 22.4-30 选择导柱、导套的尺寸（mm） 。表 4-4 导套规格 标准 材料 硬度22x80 40GB/T 2861.6 20 钢 5862HRC表 4-5 导柱规格 标准 材料 硬度22x160 GB/T 2861.1 20 钢 5862HRC第 10 页 共 16 页总 结此次毕业设计的内容为扬声器薄膜胀形模具设计，该零件形状简单且对称。符合胀形模具的要求。在设计期间完成的任务有以下几项：1.设计出了胀形模具的结构以及该模具的各零部件的结构与尺寸2.利用文档写出了扬声器薄膜的毕业设计说明书3.用 Pro/E 画出了三维图4.最后利用 CAD 软件画出了模具的装配图以及该模具的工作零件的零件图第 11 页 共 16 页致 谢我的毕业设计即将完成，这也表示我的大学生活也即将结束。我最美好的年华留在了大学，大学陪我走过三年的风风雨雨，在这里记录了我的悲喜忧欢。在这里的回忆犹如还在昨天一样。此次设计过程中，我有过一整天查阅相关资料设计模具，也有过坐在电脑跟前一整天在画模具图，也有过时不时想起我的模具结构中的错误。首先我要先感谢一下我的毕业设计指导教师。老师在以往的上课当中就十分有条理，所讲的内容也十分细致。教学十分严谨、有条不紊。我非常喜欢老师的这种认真，有条理的做事方法，这在我以后的工作与生活中会有很大的影响。在设计过程中有解决不了的问题老师会耐心和我们一起讨论，帮我们解决。对我们报告的修改十分严谨，对于标点的错误都会仔细地帮我们指出。在画图过程中，老师一遍一遍不耐其烦的帮我们指出其中的问题，每一幅图都十分仔细地帮我们检查，非常负责。再次，还要感谢教授我专业知识的各位老师。此外，还要感谢同组的同学，设计过程中我们一起讨论交流大家解决不了的问题，对我们的设计进程有很大的帮助。最后，还要感谢审阅该论文的各位评审老师，感谢您们对该论文提出的宝贵意见。第 12 页 共 16 页参 考 文 献1许发樾，周永泰，李和平.论制造业与模具市场J.模具工业，2004（9）.2刘胜.我国冲压模具技术的现状与发展J. 湖北理工学院学报,2007（01）:12-17.3李焕芳.冷冲压模具发展现状J. 中国高新技术企业,2010（15）:5-6.4我国冲压模具的重点与展望.机械工程师J,2006(11).5石其年.模具新材料在冷冲模和塑料模中的应用与发展J,2006(04):25-29.6“十一五”期间模具市场需求预测J.工具技术，2006（06）.7李海平.国内模具工业的现状及研发趋势J.科技资讯，2006（25）.8黄荣学，范洪远.我国模具工业发展及展望J.机械工程师，2007（05）.9曹凤国，杨大勇，伏金娟.先进电火花加工技术在模具制造中的应用J.机械工人，2007（04）.10林鹏.模具加工技术的发展J.模具技术，1994（06）.11丁松聚.冷冲模设计M.北京：机械工业出版社，2010.12郑家贤.冲压模具设计实用手册M.北京：机械工业出版社，2008.13何贡.互换性与测量技术（第二版）M.北京：中国计量出版社，2005.14夏巨谌，李志刚.中国模具设计大典M.北京：中国机械工程学会，2003.15姜银方，袁定国.冲压模具工程师手册M.北京：机械工业出版社，2011.16杨占尧.最新冲压模具标准及应用手册M.北京：化学工业出版社，2010.17张顺心.工程图学基础M.北京：机械工业出版社，2007.