汽车升降器的冲压工艺及模具设计.doc

目 录摘要 1关键词 11 前言 22 汽车升降器外壳的设计 32.1 设计的主要内容和方法 32.2 零件的工艺性分析 42.3 优化选择工艺方案及模具形式 52.3.1 计算毛坯尺寸 72.3.2 计算拉深次数及工序尺寸 83 汽车升降器外壳模具的工艺设计 93.1 工序设计与工艺计算 103.2 排样、裁板方案 103.3 其余各中间工序 104 压力、压力中心计算及压力机选择 114.1.1 落料拉深工序 114.1.2 第二次拉深工序 144.1.3 第三次拉深冲11mm 孔兼整形工序 144.2 翻边兼整形工序154.3 压力中心计算 155 模具结构选择155.1 模具工作部分尺寸计算165.2.1 落料165.2.2 拉深165.3 凹凸模设计16 5.3.1 凹模外形尺寸设计176 选定标准模架、确定闭合高度及总体尺寸186.1 卸料弹簧设计186.2 固定卸料板 196.3 导柱导套 196.4 模座 196.5 螺钉与销钉 206.6 确定模具闭合高度及总体尺寸206.7 冲压工艺卡217 结论22参考文献 23致谢 24汽车升降器的冲压工艺及模具设计摘 要：本模具是一个汽车玻璃升降器外壳的冲裁模，因为此工件的精度要求不是很高，所以采用普通冲裁模就可能达到要求，本零件不难加工，但所要的工序较多，需经落料、拉深、冲三小孔、冲底孔、翻边、切边和整形等。所以合理分配冲压工序，对产品性能有极大的影响。而且应尽量采用工序分散的工艺方案，用单工序模分散冲压，使得模具结构简单，制造快而且价格低廉。这次设计的落料拉伸复合模可用正装式复合模又可用倒装式复合模，正装式复合模的受力情况比倒装式复合模好，废料不在凸凹模内积聚，压力机回程时，废料即从凸凹模内推出。同时考虑到对薄料的平整度要求较高，决定采用正装式复合模。关键词：冲压工艺 排样图 模具主要零件 冲压模具 拉深模具1 前言汽车门窗玻璃不但要保证驾驶员有足够的视角，以安全驾驶和行车；同时，为满足乘坐舒适的需要，玻璃的位置经常需要调整，因而玻璃调整的范围与操纵的灵活方便就成为重要的性能指标保证汽车玻璃灵活调整的机构就是玻璃升降器，它亦是汽车安全和舒适性的一个重要部件。中华人民共和国汽车行业标准QCT6261999汽车用玻璃升降器技术条件中对于玻璃升降器是这样定义的：“玻璃升降器是指按一定的驱动方式将汽车车窗玻璃沿玻璃导槽升起或下降，并能停留在任意位置的装置。在国外汽车行业的有关技术资料中，玻璃升降器的用词为Window Regulator其意即玻璃调整器，或许由于玻璃的位置调整多为上下运动，故通常称之为玻璃升降器。各种玻璃升降器均需通过某种形式的驱动机构以实现对玻璃运动位置的调整。对于玻璃为上下运动的玻璃升降器而言，当玻璃上升时，通过该机构将玻璃提升至需要的位置；而玻璃下降时，则可依靠玻璃自身的重力作为动力，此时驱动机构主要起限位及减缓作用。但由于实际上玻璃下降运动过程中需克服与密封件(导槽、封口胶条等)间的摩擦、及传动机构中的阻力等，因此玻璃升降器也起一部分驱动作用，以保证车窗玻璃的稳定移动.汽车玻璃升降器通常可有如下分类：单臂式升降器臂式玻璃升降器交叉臂式升降器双臂式升降器平行臂式升降器按传动结构分绳轮式升降器柔式玻璃升降器 带式升降器丝杆式玻璃升降器手动式玻璃升降器按操纵方式分电动式玻璃升降器液动式玻璃升降器根据机械升降机构的工作原理不同，电动玻璃升降器分为3种形式：绳轮式、叉臂式、软轴式。一般而论，绳轮式电动玻璃升降器可用于各种圆弧玻璃的车型中，但由于安装空间要求较大，目前主要用于玻璃圆弧较小的中高档轿车和高档面包车中叉臂式电动玻璃升降器主要用于玻璃圆弧较大的载货汽车、面包车及中低档轿车中软轴式电动玻璃升降器可用于各种玻璃圆弧的车型中，但运行噪声较大，目前主要用于玻璃圆弧适中的面包车及中低档轿车中。从技术成熟程度、工艺成热程度、运行噪声、可靠性、通用性和经济性来分析这几种结构，一般广为接受的结论.本文讨论的就是手动玻璃升降器外壳的模具设计。2汽车升降器外壳的设计2.1 设计的主要内容和方法研究对象：汽车车门玻璃升降器外壳模具具体要求：1）材料为 08 钢板，板厚 1.5mm 2）中批量生产 图1如下图1 汽车升降器外壳Figure 1 Elevator car shell目的：能综合运用在学校所学的理论和生产实际知识，进行一次冲压模具的设计工作的实际训练，从而培养和提高自身独立学习和工作的能力。能巩固和扩充在学校所学的内容，掌握冷冲压模具设计的方法和步骤。能掌握了冷冲压模具设计的基本技能：如计算、绘图、查阅设计资料和手册，熟悉标准和规范等。能为以后走进社会工作和更进一步深入地学习打下了良好的基础。 方法：利用冷冲压模具相关设计方法和AutoCAD2007辅助2.2 零件的工艺性分析汽车车门上的玻璃抬起或降落是靠升降器操纵的。升降器部件装配简图如图 2所示，本冲压件为其中的外壳 5 。升降器的传动机构装在外壳内，通过外壳凸缘上三个均布的小孔 3.2mm 用铆钉铆接在车门座板上。传动轴 6 以 I T11 级的间隙配合装在外壳件右端孔 16.5mm 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 联接，摇动手柄 7 时，传动轴将动力传递给小齿轮，然后带动大齿轮 12 ，推动车门玻璃升降。 1-轴套 2-座板 3-制动扭簧 4-心轴 5-外壳 6-传动轴 7-大齿轮 8-小齿轮 9-挡圈 10-联动片 11-油毡 12-手柄 图2 升降器部件装配简图Figure 2 Lifts parts assembly diagram朗显示对应的拉丁字符的字典该冲压件采用 1.5mm 的钢板冲压而成，可保证足够的刚度与强度。外壳内腔的主要配合尺寸 16.5 mm 、 22.3 mm 、 16 mm 为IT11-IT12 级。为确保在铆合固定后，其承托部位与轴套的同轴度，三个 3.2mm 小孔与 16.5mm 间的相对位置要准确，小孔中心圆直径 42 0.1mm 为 T10 级。此零件为旋转体，其形状特征表明，是一个带凸缘的圆筒形件。其主要的形状、尺寸可以由拉深、翻边、冲孔等冲压工序获得。作为拉深成形尺寸，其相对值 、 都比较合适，拉深工艺性较好。 22.3 mm 、 16 mm 的公差要求偏高，拉深件底部及口部的圆角半径 R1.5 mm 也偏小，故应在拉深之后，另加整形工序，并用制造精度较高、间隙较小的模具来达到。 三个小孔 3.2 mm 的中心圆直径 42 0.1mm 的精度要求较高，按冲裁件工艺性分析，应以 22.3 mm 的内径定位，用高精度（IT7 级以上）冲模在一道工序中同时冲出。 外壳的形状表明，它为拉深件，所以拉深为基本工序。凸缘上三小孔由冲孔工序完成。该零件 16.5 mm 部分（见图 8.2.1 右侧）的成形，可以有三种方法：一种可以采用阶梯拉深后车去底部；另一种可以采用阶梯拉深后冲去底部；第三种可以采用拉深后冲底孔，再翻边的方法第一种方法车底的质量较高，但生产率低，在零件底部要求不高的情况下，不易采用。第二种方法在冲去底部之前，要求底部圆角半径接近于零，因此需要增加一道整形工序，而且质量不易保证。第三种方法虽然翻边的端部质量不及前两种好，但生产效率高，而且省料。由于外壳高度尺寸 21 mm 的公差要求不高，翻边工艺完全可以保证零件的技术要求，故采用拉深后再冲孔翻边的方案还是比较合理的。 用方案C合理 图3a) 车切 ;b) 冲切 ;c) 冲孔翻边图3 外壳底部的成形方案Figure 3 Forming the bottom shell program因此，该零件的冲压生产要用到的冲压加工基本工序有：落料、拉深可能有关、冲三小孔、冲底孔、翻边、切边和整形等。用这些工序组合可以提出多种不同的工艺方案。2.3 优化选择工艺方案及模具形式外壳的全部基本工序为：落料 65 mm ，第一次拉深、第二次拉深、第三次拉深、冲底孔 11 mm ，翻边 16.5 mm ，冲三小孔 3.2 mm ，修边 50 mm 。共计八道基本工序，据此可以排出以下五种工艺方案： 方案一：落料与首次拉深复合，其余按基本工序。 方案二：落料与首次拉深复合，冲 11 mm 底孔与翻边复合，冲三个小孔 3.2 mm 与切边复合，其余按基本工序。 方案三：落料与首次拉深复合，冲 11 mm 底孔与冲三个小孔 3.2 mm 复合，翻边与切边复合，其余按基本工序。 方案四：落料、首次拉深与冲 11 mm 底孔复合，其余按基本工序。 方案五：采用级进模或在多工位自动压力机上冲压。 分析比较上述五种方案，可以看出：方案二中，冲 11mm 孔与翻边复合，由于模壁厚度较小 mm ，小于凸凹模间的最小壁厚 3.8 mm ，模具极易损坏。冲三个小孔 3.2 mm 与切边复合，也存在模壁太薄的问题，此时 mm ，因此不宜采用。 方案三中，虽解决了上述模壁太薄的矛盾，但冲 11 mm 底孔与冲三个小孔 3.2 mm 复合及翻边与切边复合时，它们的刃口都不在同一平面上，而且磨损快慢也不一样，这会给修磨带来不便，修磨后要保持相对位置也有困难。 方案四中，落料、首次拉深与冲 11 mm 底孔复合，冲孔凹模与拉深凸模做成一体，也会给修磨造成困难。特别是冲底孔后再经二次和三次拉深，孔径一旦变化，将会影响到翻边的高度尺寸和翻边口部的质量。 方案五采用级进模或多工位自动送料装置，生产效率高。模具结构复杂，制造周期长，成本高，因此，只有大批量生产中才较适合。 方案一没有上述缺点，但工序复合程度低、生产效率也低，不过单工序模具结构简单、制造费用低，这在中小批生产中却是合理的，因此决定采用第一方案。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，模具可对工件刚性镦压而起到整形作用，故无需另加整形工序。 综合以上分析比较，决定采用方案一作为本冲压件的冲压工艺方案。其主要工艺加工图如下a) 落料与拉深 ;b) 二次拉深 ;c) 三次拉深 ;d) 冲底孔 ;e) 翻边 ;f) 冲小孔 ;g) 切边 图4 各工序的模具结构Figure 4 The process of die structure 2.3.1 计算毛坯尺寸在计算毛坯尺寸以前需要先确定翻边前的半成品形状和尺寸，核算翻边的变形程度。参见图 5，零件 16.5 mm 处的高度尺寸为： H =21-16 =5mm 。 根据翻边工艺计算公式，翻边系数 K 为： （1）将翻边高度 H =5 mm ；翻边直径 D =16.5+1.5 =18mm ；翻边圆角半径 r = 1 mm ；材料厚度 t =1.5mm 带入上式，得翻边系数： 预冲孔孔径 d = DK =11 mm ， d/t =11/1.5=7.33 ，查翻边系数极限值表知，当用圆柱形凸模预冲孔时，极限翻边系数 K =0.5 ，现 0.610.5 ，故能由冲孔后直接翻边获得 H =5 mm 的高度。故外壳半成品可不为阶梯形。为了计算毛坯尺寸，还须确定切边余量。因为凸缘直径 d =50mm ，拉深直径 d =23.8mm ，所以d=23.8mm，查拉深工艺资料，得凸缘修边余量 =1.8 mm ，实际凸缘直径 d 凸 = d 凸 +2 = (50+3.6) mm 54 mm 。毛坯直径 D 按以下公式计算：D= = 65 mm根据以上的工艺可知翻边前的半成品图 图5 翻边前的半成品形状和尺寸Figure 5 pre-flange shape and size of semi-finished products2.3.2 计算拉深次数及工序尺寸因为 t /D= 2.3% ， 初定 r 1 ( 4 5) t , 从冲压手册中查表可得 极限拉深系数 m 1 = 0.44 ， m 2 = 0.75 ，又由 m 1 m 2 =0.44 0.75=0.33 ， 所以 m 总 m 1 m 2 。需要两次拉深，取 n =2 。 若采用接近于极限的拉深系数进行拉深，则需要选用较大的圆角半径，以保证拉深质量。目前零件的材料厚度 t =1.5mm 、圆角半径 r =2.55 mm ，约为 1.5 t ，过小，而且零件直径又较小，两次拉深难以满足零件的要求。因此需要在两次拉深后还增加一道整形工序，以得到更小的口部、底部圆角半径。 在实际应用中，可以采用三道拉深工序，依次减小拉深圆角半径，将总的拉深系数 m 总 =0.366分配到三道拉深工序中去，可以选取 m 1 = 0.56 ， m 2 = 0.805 , m 3 =0 .812 ，使 m 1 m 2 m 3 =0.56 0.805 0.812=0.366 初步计算各次拉深直径为：d= mD=0.566536.4mmd=md=0.80536.429.12mmd=md=0.81229.1223.8mm在首次拉深凹模圆角半径r,根据压工艺与模具设计表4-7知： mm,取r=5.5mm由冲压工艺与模具设计： r=(0.60.8) r （2）计算各次拉深凹模与凸模的圆角半径，分别为： =5.5 mm = 4 mm = 4mm =2.5mm = 3 mm =1.5mm1)首次拉深 首次拉深直径 d1=m1D0=0.5665=36.4(中径)首次拉深时凹模圆角半径按表计算应取9，按式计算应取5.5。由于增加了一次拉深工序，使各次拉深工序的变形