求助机械系模具专业大专毕业设计论文

【专家解说】：车窗玻璃升降器外壳冲压模具设计 摘要】以AutoCAD和Pro/e为基础，对汽车玻璃升降器外壳的模具进行了设计，分析了玻璃升降器的市场需求。 探讨了玻璃升降器外壳经济高效的生产方法，论述了冲压模具设计的指导原则和一般步骤，包括分析零件工艺性、 初选压力机、选择标准模架、设计模具总体结构以及工作零件。不仅有利于汽车工业的发展，并在现代冲压模具设计 中有一定的意义。 【关键词】玻璃升降器；拉深模具；冲压工艺分析；模具结构 0引言 汽车玻璃升降器在车辆的运营中属于常用件，使 用频次较高，用户对该件的关注程度也很高，为此生 产出既满足数量又满足使用要求的较高质量的零件 尤为重要。 从目前汽车功能件发展的趋势看，为方便使用，提 升车辆内部品质，许多厂商已将电动玻璃升降器系统 作为车辆的基本配置来设计，手动玻璃升降器己经用 得越来越少，己经有被电动玻璃升降器系统替代的趋 势，为此国外众多汽年制造商以及玻璃升降器生产商 都己将精力及财力集中到电动玻璃升降器系统的研究 及开发中。目前，我国汽车车身附件的开发技术与手段 与欧美日等发达国家相比有较大的差距，我们许多大 的车门玻璃升降器生产厂家基本都是利用外来样件进 行模仿开发，对该件在装车后产生的综合效果及车辆 在行驶中产生的问题缺乏系统的分析研究[1]。本文的主 要研究内容就是车门玻璃升降器外壳的生产工艺及其 模具的设计。 1升降器外壳的说明 汽车车门上的玻璃升降是由升降器操纵的，主要作用就是保证车门玻璃 能够顺畅升降，以方便 驾乘人员在车辆上进行 正常活动—保证车辆内 部有良好的通风、方便 驾乘人员在车内不下车 就能与车周围的人员进 行交流。升降器部件装 配如图1所示。 升降器的传动机构装在外壳内，通过外壳凸缘上 均布的三个Φ3.2 mm的小孔铆接在车门内板上。传动 轴6以IT11级的间隙配合装在外壳件右端Φ16.5 mM的承托部位，通过制动扭簧3、联动片9及心轴4与小 齿轮11连接，摇动手柄7时，传动轴将动力传递给小 齿轮，继而带动大齿轮12，推动车门玻璃升降。 本冲压件为其中的件5，如图2所示。采用1.5 mm 的钢板冲压而成，保证了足够的刚度和强度。外壳内腔 主要配合尺寸Φ16.5+0.12 mm，Φ22.3+0.14 mm，16+0.2 mm 为IT11~IT12级。为使外壳与座板铆装固定后，保证外 壳承托部位Φ16.5 mm与轴套同轴，三个小孔Φ3.2 mm 与Φ16.5 mm的相互位置要准确，小孔中心圆直径 Φ42±0.1mm为IT10级。 2工件冲压工艺性及方案确定 根据冲压件零件图，并结合可供选用的冲压设备 规格以及模具制造条件、生产批量，对冲压件的形状 特点、尺寸大小、精度要求、原材料尺寸规格和力学性 能等因素进行分析。首先，判断该产品需要哪几道工 序，各道工序间半成品的形状尺寸由哪几道工序完 成，然后逐个分析各道工序，裁定该冲压件加工的难 易程度，确定是否需要采取特殊工艺措施。工艺分析 是要判断产品在技术上能否保质、保量地稳定生产， 在经济上是否有效益。 工艺方案的确定是在冲压件工艺分析之后进行 的重要设计环节。本环节需要作以下几步：1）列出冲 压所需的全部单工序；2）对于所列的各道加工工序， 根据其变形性质、质量要求、操作方便等因素，对工序 的先后顺序作出初步安排；3）经过工序的顺序安排和 组合，形成多种工艺方案，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寿命高低、生产成 本、操作方便与安全程度等方面进行综合分析、比较， 确立最佳工艺方案。 2.1冲压工艺性分析 根据零件的技术要求，进行冲压工艺性分析，可以 认为：该零件形状属旋转体，是一般带凸缘圆筒件，且 d凸/d，h/d都比较合适，拉深工艺性较好。只是圆角半 径偏小些，Φ22.3+0.14，Φ16.5+0.12，16+0.2几个尺寸精度偏高 （均高于表4-3和表4-6所列尺寸偏差[2]），这可在拉 深时采取较高的模具制造精度和较小的模具间隙，并 安排整形工序来达到。由于Φ3.2小孔中心距要求较 高精度，按照规定，需要采用精密冲裁（即尺寸精度可 达IT8~IT9级，断面粗糙度Ra值为1.6~0.4μm，断面 垂直度可达89°30′或更佳[3]）同时冲出三小孔，且冲孔 是应以Φ22.3 mm内孔定位。 该零件底部Φ16.5 mm区段的成形，可有三种方 法：1)可采用阶梯拉深后车去底部；2)可以采用阶梯 拉深后冲去底部；3)可以采用拉深后冲底孔再翻边， 如图3所示。 在这三种方法中，第一种车底的质量高，但生产率 低且浪费材料，该零件底部要求不高不宜采用；第二种 冲底，要求零件底部的圆角半径压成接近清角（R≈ 0），这就需要增加一到整形工序且质量不易保证；第三 种采用翻边，生产效率高且省料，翻边端部虽不如以上 的好，但该零件高度21mm为未注公差尺寸，翻边完全 可以保证要求，所以采用第三种方案是较合理的。 2.2计算毛坯尺寸 计算毛坯尺寸须先确定翻边前的半成品尺寸，翻 边前是否也需拉成阶梯零件，这要核算翻边的变形高 度。翻边前的半成品形状尺寸如图4所示。 2.3计算拉深次数 d′凸/d=54/23.8=2.3>1.4，属宽凸缘筒形件。 t×100/D=1.5×100/65=2.3，由表4-9[4]查有凸缘 件第一次拉深的最大相对高度h1/d1=0.45，而h/d= 16/23.8=0.67>0.45，故一次拉不出来。 当d′凸/D=54/65=0.83，t×100/D=2.3时，按表1-3- 15[5]查得m1=0.44，所以d1=m1×D=0.44×65=28.6 mm， d2/d1=23.8÷28.6=0.83。查表4-5[4]，[m2]=0.75<m2=0.83， 故两次拉可以出来。 但考虑到二次拉深时，均采用极限拉深系数，故需 保证较好的拉深条件，而选用大的圆角半径，这对该零 件材料厚度t=1.5 mm，零件直径有较小时是难以做到 的，况且零件所要达到的圆角半径（R=1.5 mm）又偏 小，这就需要在二次拉深工序后，增加整形工序。 在这种情况下，可采用三次拉深工序，以减小各次 拉深工序的变形程度，而选用较小的圆角半径，从而在 可能不增加模具套数的情况下，既能保证零件质量，又 可稳定生产。零件总的拉深系数d/D=23.8/65=0.366， 调整后的三次拉深工序系数为：m1=0.55，m2=0.80， m3=0.832，m1×m2×m3=0.55×0.80×0.832=0.366。 2.4确定工序的合并与工序顺序 由于本零件冲压成形需多道工序完成，合理的成 形工艺方案十分重要。要考虑到生产批量为中批生产， 应在生产各个零件的基础上尽量提高生产效率、降低 成本。要提高生产效率应该尽量复合工序，但复合程 度太高，模具结构复杂、安装、调试困难，模具成本高， 同时可能降低模具强度、缩短模具寿命。因此，当工序 较多，不易一下确定工艺方案时，最好先确定零件的基 本工序，然后将这个基本工序作各种可能的组合并排 出顺序，以得出不同工艺方案，再根据各种因素，进行 分析比较，找出适合于具体生产条件的最佳方案。 对于本零件，需包括的工序有：落料，首次拉深，二 次拉深，三次拉深，冲Φ11孔，翻边，冲三个Φ3.2孔， 切边。 根据以上基本工序，可以拟出以下方案：落料与首 次拉深复合，二次拉深，三次拉深，冲誘11底孔，翻边， 冲三个誘3.2孔，切边。此工序复合程度低，生产效率 低。不过单工序模具简单制造费用低，这在中小批生 产中却是合理的，因此采用第一方案。本方案在第三 次拉深和翻边工序中，于冲压行程临近终了时，模具可 对工件产生刚性冲击而起整形作用，故无需另加整形 工序。 2.5主要工艺参数的计算 各道工艺参数如毛坯直径、拉深系数、各工序的圆 角半径、冲裁力等的计算。这些参数的计算有的可以 计算的比较准确如零件排样的材料利用率、工件面积 等，有的只能是近似计算，只能根据经验公式或图表进 行粗略计算。 图3零件底部成形方法 （a)切割（b)冲切（c)冲孔翻边 图4翻边前半成品形状和尺寸 ·57·3模具设计 选定冲模类型及结构形式时需根据工艺方案和零 件的形状特点、精度要求、所选设备的主要技术参数、 模具制造条件等。在此介绍第一次工序所用的落料和 首次拉深复合模的设计要点。 3.1模具结构形式的选择 只有当拉深件高度较高时，才有可能采用落料、拉 深复合模，因为浅拉深件若采用复合模，落料凸模（同 时也作拉深凹模）的壁厚较薄，强度不足。本零件的凸 凹模壁厚b=(65-37.25)/2=13.87mm，能保证足够的强 度，故采用复合模是合理的。 图5所示的为弹性卸料装置的落料拉深复合模的 典型结构。该结构落料采用正装式，拉深采用倒装式。 模座下的缓冲器兼作压边与顶件装置，另设有弹性卸 料和刚性推件装置。该结构的优点是操作方便，出件畅 通无阻，生产效率高。缺点是弹性卸料装置使模具的结 构较复杂与庞大，特别是拉深深度较大，料厚、卸料力 较大的情况，需要较多较长的弹簧，使模具结构过分地 庞大，所以适用于拉深深度不太大，材料较薄的情况。 为了简化上模部分，可采用刚性卸料板（如图6所 示），但其缺点是拉深件留在刚性卸料板内，不易出件， 带来操作上的不便，并影响生产效率。这种结构适用于 拉深深度较大、材料较厚的情况。对于该零件，由于拉深 深度不算大，材料也不厚，因此采用弹性卸料较合适。考 虑到装模方便，模具采用后侧布置的导柱导套模架.3.2模具设计结果 全部设计完成后，模具 所需材料及其热处理如表1 所示。 4结束语 本文对玻璃升降器外壳 作了全面的工艺分析，利用 了AutoCAD和三维建模工具 Pro/e进行造型，主要研究玻璃升降器外壳经济高效的 生产方法，不仅有利于汽车工业的发展，并在现代冲压 模具设计中有一定的意义。 参考文献 [1]张晓春.车门玻璃升降器失效原因分析[D].大连：大连理工 大学硕士学位论文，2003. [2]郝滨海.冲压模具简明设计手册[M].北京：化学工业出版社， 2005. [3]王孝培.实用冲压技术手册[M].北京：机械工业出版社，2001. [4]姜奎华.冲压工艺与模具设计[M].北京：机械工业出版社，2005. [5]王树勋.苏树珊，模具实用技术设计综合手册[M].（第二版） 广州：华南理工大学出版社，2003. 图5弹性卸料装置落料拉深复合模 图6采用刚性卸料装置 的落料拉深复合模