车窗玻璃升降器

湖南省高等教育自学考试本科学生毕业论文 设计 1 湖南省高等教育自学考试湖南省高等教育自学考试 本科生毕业论文 设计 题 目 车窗玻璃升降器 学生姓名 石磊 考 籍 号 912705425110 专 业 模具 指导教师 a 湖南省高等教育自学考试本科学生毕业论文 设计 0 目目 录录 摘要 1 引言 2 第一章 模具 CAD CAM CAE 的现状与发展趋势 3 1 1模具 CAD CAM CAE 的发展概况 3 1 2模具 CAD CAM CAE 技术发展的趋势 5 第二章 升降器的定义及分类 3 2 1汽车玻璃升降器的定义 3 2 2玻璃升降器分类 4 第三章 升降器外壳说明 5 第四章 升降器原理 6 第五章 工件冲压工艺性及方案确定 7 5 1冲压工艺性分析 7 5 2 计算毛坯尺寸 8 5 3 计算拉深次数 9 5 4确定工序的合并与工序顺序 10 5 5 主要工艺参数的计算 11 第六章 模具设计 13 6 1 模具结构形式的选择 15 6 2 模具设计结果 16 第七章 升降器外壳的数值模拟 19 7 1 有限元数值模拟前的准备工作 19 7 2 板料成形的有限元理论基础 20 7 3 数值模拟软件介绍 21 第八章 结束语 25 湖南省高等教育自学考试本科学生毕业论文 设计 0 车窗玻璃升降器外壳冲压模具设计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 Abstract based on AutoCAD and Pro e of automobile glass riser shell mold design analyzes the market demand of glass elevator Discusses the glass elevator case economic and efficient production methods this paper discusses the guiding principles and general steps of stamping die design including analysis choose standard mould parts manufacturability primary press frame design the mould overall structure and the working parts Is not only beneficial to the development of automobile industry and is of certain significance in modern stamping die design key words glass elevator Deep drawing mould Stamping process analysis The mould structure 湖南省高等教育自学考试本科学生毕业论文 设计 1 引引 言言 现在许多轿车门窗玻璃的升降 关闭和开启 已经抛弃了摇把式的手动升 降方式 一般都改用按钮式的电动升降方式 即使用电动玻璃升降器 轿车用 的电动玻璃升降器多是由电动机 减速器 导绳 导向板 玻璃安装托架等组 成 总开关由驾车者 控制全部门窗玻璃的开闭 而各车门内把手上的分开关 由乘员分别控制各个门窗玻璃的开闭 操作十分便利 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 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 湖南省高等教育自学考试本科学生毕业论文 设计 2 第一章 模具 CAD CAM CAE 的现状与发展趋势 1 1模具 CAD CAM CAE 的发展概况 模具 CAD CAM CAE 是 CAD CAM CAE 技术的一个重要分支和组成部分 模具 CAD CAM 技 术发展很快 应用范围日益广泛 在冲压模 锻造模 挤压模 注塑模和压铸模等方面都 有比较成功的 CAD CAM CAE 系统 并且涌现了大量的文献资料 采用 CAD CAM CAE 技术是 模具生产革命化的措施 也是模具技术发展的一个显著特点 模具国外 CAD CAM CAE 技术的发展 国外模具 CAD CAM 技术的研究始于上世纪60年代末 当时美国 日本 德国 加拿大 等发达国家开始对冲模 CAD 进行研究 进入70年代 出现了面向中小企业的 CAD CAM 的商 品软件 如日本机械工程实验室成功研制的冲裁级进模 CAD 系统 美国 DIECDMP 公司成功 地研制出计算机辅助设计级进模的 PDDC 系统 但仅限于二维图形的简单冲裁级进模 其主 要功能如条料排样 凹模布置 工艺计算和 NC 编程等 80年代 弯曲级进模 CAD CAM 系统 开始出现 美国 日本等工业发达国家的模具生产绝大多数采用了 CAD CAM 技术 为了能 够适应复杂模具的设计 富士通系统采用了自动设计和交互设计相结合的方法 在该系统 中除毛坯展开 弯曲回弹计算和工步排序为自动处理外 其余均需要设计人员的参与 这 些系统均具备实体造型和曲面造型的强大功能 能够设计制造汽车零部件的模具 进入90 年代后 国外 CAD CAM 技术向着更高的阶梯迈进 在80年代的基础上 从软件结构 产品 数据管理 面向目标的开发技术 产品建模和智能设计 质量检测等方面都有所突破 为 实现并行工程提供了更完善的环境 印度学者 YK D V Prassad S Som Sundoram 等开发了 普通冲裁模 CAD CAM 系统 CADDS 美国 Striker System 公司开发了冷冲模设计软件系统 SS Die Professional 等 另外 UG PROE CAXA 等软件的成功开发 使得模具 CAD CAM 的 功能更加完善 应用也更加广泛 模具 CAE 技术经过短暂的时间 己用在压铸模 注塑模 锻模 挤压模 冲压模等模 具的优化 并在实际中指导生产 压铸模 CAE 目前主要以压铸件充型的流场数值模拟 压 铸模 压铸件温度场模拟 压铸模 压铸件应力场数值模拟为主 注塑模 CAE 主要包括模具 湖南省高等教育自学考试本科学生毕业论文 设计 3 结构分析 运动分析 装配及干涉检查 成型过程分析等 挤压模 CAE 主要对生产过程中 模具的变形过程应力场和温度场分布及变化 摩擦与润滑等问题进行了大量的分析和实验 实现模具的优化设计 塑料注射成型 CAE 商品化软件中应用最广泛的当数美国 moldflow 公 司的模拟软件 MF 该软件主要包括流动模拟 MF FLOW 冷却分析 MF COOL 翘曲分析 MF WARP 气辅分析 MF GAS 和应力分析 MN STRESS 等 该公司于1998年推出准三维 的双面流软件 PartAdviser 2002年推出真三维的实体流软件模块 目前该公司在世界 上拥有较大的客户群 国内模具 CAD CAM CAE 技术的发展 我国的计算机技术起步较晚 模具 CAD CAM 的开发始于20世纪70年代末 但发展也相 当迅速 到目前为止 通过国家有关部门鉴定的有精冲模 普通冲裁模 辊锻模 锤模和 注塑模等 CAD CAM 系统 它们在生产中发挥着重要的示范作用并产生巨大的经济效益 80 年代中 后期 我国的冲模 CAD 研制工作进入了全面发展阶段 不少企业 科研院所大专 院校都开发了面向中国制造的 CAD 软件 强调软件产品的专业化和本地化 如天津大学的 TD 系统和一汽 二汽企业用的模具 CAD CAM 系统 从上世纪90年代开始 华中科技大学 西安交通大学和北京机电研究院等相继开展了级进模 CAD CAM 系统的研究和开发 如华中 科技大学模具技术国家重点实验室在 AutoCAD 软件平台上开发出基于特征的级进模 CAD CAM 系统 HMIC 包括饭金零件特征造型 基于特征的冲压工艺设计 模具结构设计 标 准件及典型结构建库工具和线切割自动编程5个模块 西安交通大学开发出多工位弯曲级进 模 CAD 系统等 近年来 国内一些软件公司也竞相加入了模具 CAD CAM 系统的开发行列 如深圳雅明软件制作室开发的级进模系统 CMCAD 富士康公司开发的用于单冲模与复合模 的 CAD 系统 Fox CAD 北航研发的 CAXA 等 最近几年国内 CAE 技术有了很大的进展 如湖南大学以先进冲压 CAE 技术为突破口 开发出一套包括冲压工艺设计和汽车覆盖件模具设计与制造的系列化软件 冲压仿真 CAE 系统 LADEM 采用了先进的理论和算法 在保证冲压件变形计算精度的前提下显著地提高 了分析速度 冲压工艺分析与设计系统 LADEM II 采用壳体失稳理论预测覆盖件成形中的起 皱趋势 同时采用基于仿真的毛坯反算技术 实现了复杂零件的毛坏形状和尺寸迭代反求 湖南省高等教育自学考试本科学生毕业论文 设计 4 1 2模具 CAD CAM CAE 技术发展的趋势 随着现代化技术的迅速发展 模具在国民经济发展过程中将处于越来越重要的地位 针对模具 CAD CAM CAE 存在的问题 总结其发展趋势主要有以下几个方面 1 1 标准化标准化 CAD 软件一般应集成在一个异构的工作平台之上 只有依靠标准化技术才能解决 CAD 系统支持异构跨平台的环境问题 目前 除了 CAD 支撑软件逐步实现 ISO 标准和工业标准 外 面向应用的标准零部件库 标准化设计方法已成为 CAD 系统中的必备内容 并向合理 化工程设计的应用方向发展 2 2 网络化与协同设计网络化与协同设计 近年来 模具工业规模的不断扩大和 Internet 技术的不断完善 公司之间的协作不断 的加强 设计人员通过网络共享资源信息 同时对模具的设计与制造进行操作和评价 使 一个项目在多台计算机上协作完成 节省了大量的人力物力财力 网络化协同设计是模具 设计与制造发展的必然趋势 3 3 开放性开放性 CAD CAM CAE 系统目前广泛建立在开放式操作系统 Windows 和 UNIX 平台上 为最终用 户提供二次开发环境 甚至这类环境可开发其内核源码 使用户可定制自己的应用程序 4 4 集成化集成化 模具 CAD CAM 技术与 GT CE Concur rentE ngineering C AE C APP Computer Aided Process Programming 等技术密切相连 组成一个有机的整体 其关键在于建立一个统一 的全局模具产品数模型 在产品开发和模具设计中 提供全部的信息 使信息共享 交换 处理和反馈 它综合了计算机技术 系统集成技术 并行技术和管理技术 体现了系统化 思想 直至发展为 CIMS Computer Integrated Manufacturesystem 计算机集成制造系统 湖南省高等教育自学考试本科学生毕业论文 设计 5 第二章 汽车的定义及升降器的分类 汽车的定义 美国汽车工程师学会标准 SAEJ 687C 中对汽车的定义是 由本 身动力驱动 装有驾驶装置 能在固定轨道以外的道路或地域上运送客货或牵 引车辆的车辆 日本工业标准 JISK 0101 中对汽车的定义是 自身装有发动机 和操纵装置 不依靠固定轨道和架线能在陆上行驶的车辆 在我国按照国家最新标准 GB T 3730 1 2001对汽车的定义 由动力驱动 具有四个或四个以上车轮的非轨道承载的车辆 主要用于 载运人员和 或 货 物 牵引载运人员和 或 货物的车辆 特殊用途 本术语还包括 a 与电力线 相联的车辆 如无轨电车 b 整车整备质量超过400kg 的三轮车辆 2 1汽车玻璃升降器的定义 根据新颁布的汽车行业标准 QC T 29027 91 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 考虑到一些特殊 的玻璃调整装置 如某些轿车可调开度的三角窗玻璃 太阳顶窗等 似乎应称 其为玻璃调整器才更为确切 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 Regu lato r 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 湖南省高等教育自学考试本科学生毕业论文 设计 6 2 2玻璃升降器分类 单臂式玻璃升降器 主要由玻璃托架 摆臂 平衡弹簧 扇组成 臂式玻璃升降器 其采用悬臂式支承结 构及齿轮齿板机构 故工作阻力较大 它的传动机构 为齿轮齿板 啮合传动 除齿轮外其主要构件均为板式结构 加工方便 成本 低 在目前国内车辆上 使用较为普遍 单臂式玻璃升降器 它结构特点是只有一个升降臂 结构最简单 但由于升降臂支承点与玻璃 质心之间的相对位置经常 变化 玻璃升降时会产生倾斜 卡滞 该结构只适用 于玻璃两侧为平行直边的情况 双臂式玻璃升降器 它结构特点是具有两个升降臂 依两臂的布置方式又分为平行臂式升降器 和交叉臂式升降器 与单臂式玻璃升降器相比 双臂式玻璃升降 器本身可保证 玻璃平行升降 提升力也比较大 其中交叉臂式玻璃升降器支承宽度较大 故 运动比较平稳 被普遍采用 而平行臂式 玻璃升降器结构相对比较简单 紧凑 但 由于支承宽度较小 工作载荷变化较大 因而 运动平稳性不如前者 绳轮式玻璃升降器 它的组成小齿轮 扇形齿轮 钢丝绳 运 动托架 滑轮 带轮 座板齿轮的啮合 驱动固联于扇形齿轮的带轮 从而带动钢丝绳 钢丝绳的松紧度可利用张紧 轮进行调节 该升降器所用零件少 自身质 量轻 便于加工 所占空间小 常用于小型轿车 湖南省高等教育自学考试本科学生毕业论文 设计 7 带式玻璃升降器 它运动软轴采用塑料穿孔带 其它零件 亦多采用塑料制品 从而大大减轻 了升降器总成的自身质量 其传动机构中均涂以润滑脂 使用过程中无须维护 保养 运动平稳 摇把手柄的位置可自由布置 设计 安装和调 交叉臂式玻璃升降器 是有座板 平衡弹簧 扇形齿板 胶条 玻璃托架 主动臂 从动臂 导向槽板 垫片 动弹簧 摇把 小齿轮轴组成 柔式玻璃升降器 柔式汽车玻璃升降器的传动机构为齿轮软轴 啮合传动 具有 柔式 的特 点 故其设置 安装都比较灵活方便 结构设计也比较简捷 且自身结构紧凑 总体质量轻 1 软轴式升降器 主要由摇窗电机 软轴 成形轴套 滑动支座 支架机构以及护套等组成 当电机旋转时 输出端上的链轮与软轴外轮廓啮合 带动软轴在成形轴套内移 动 从而使与门窗玻璃相联结的滑动支座沿着支架机构中导轨上下运动 达到 了升降玻璃的目的 湖南省高等教育自学考试本科学生毕业论文 设计 8 第三章第三章 升降器外壳的说明升降器外壳的说明 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 3 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 16 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 16 5 0 12 mm 22 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 16 5 mm 与轴套同轴 三个小孔 3 2 mm 与 16 5 mm 的相互位置要准确 小孔中 心圆直径 42 0 1mm 为 IT10级 湖南省高等教育自学考试本科学生毕业论文 设计 9 湖南省高等教育自学考试本科学生毕业论文 设计 10 第四章第四章 汽车玻璃升降器原理汽车玻璃升降器原理 车用的电动玻璃升降器多是由电动机 减速器 导绳 导向板 玻璃安装 托架等组成 因导绳的材料或制作工艺方式不同 又分为绳轮式 软轴式和塑 料带式三种电动玻璃升降器 前二种是用钢丝绳做为导绳 后一种是用塑料带 做为导绳 以普遍使用的绳轮式电动玻璃升降器为例 它是由电动机 减速器 钢丝 绳 导向板和玻璃安装托架等零部件组成 安装时门窗玻璃固定在玻璃安装托 架上 玻璃导向槽与钢丝绳导向板平行 开启电动机 由电动机带动减速器输 出动力 拉动钢丝绳移动玻璃安装托架 迫使门窗玻璃作上升或下降的直线运 动 而塑料带式电动玻璃升降器的导绳是用塑料带 带上有孔 用来移动和定 位塑料带 控制门窗玻璃的升降 电动玻璃升降器结构的关键是电动机和减速器 这两者是组装成一体的 其中电动机采用可逆性永磁直流电动机 电动机内有两组绕向不同的磁场线圈 通过开关的控制可做正转和反转 也就是说可以控制门窗玻璃的上升或下降 电动机是由双联开关按钮控制 设有升 降 关等三个工作状态 开关不操纵 时自动停在 关 的位置上 操纵电路设有总开关 中央控制 和分开关 两者 线路并联 总开关由驾车者 控制全部门窗玻璃的开闭 而各车门内把手上的 分开关由乘员分别控制各个门窗玻璃的开闭 操作十分便利 湖南省高等教育自学考试本科学生毕业论文 设计 11 第五章第五章 工件冲压工艺性及方案确定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 5 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 22 3 0 14 16 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 3 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 4 m 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 22 3 mm 内孔定位 湖南省高等教育自学考试本科学生毕业论文 设计 12 该零件底部 16 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 5 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 湖南省高等教育自学考试本科学生毕业论文 设计 13 5 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 5 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 11孔 翻边 冲三个 3 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 湖南省高等教育自学考试本科学生毕业论文 设计 14 深 三次拉深 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 5 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 湖南省高等教育自学考试本科学生毕业论文 设计 15 第六章第六章 模具设计模具设计 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 6 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 湖南省高等教育自学考试本科学生毕业论文 设计 16 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 6 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 湖南省高等教育自学考试本科学生毕业论文 设计 17 第七章 升降器外壳的数值模拟 7 1 有限元数值模拟前的准备工作 在用有限元数值模拟软件模拟冲压件成形过程时 必须首先要建立冲压件 的几何模型 一般的有限元软件在前处理模块中都有其简单的几何造型功能 可满足简单的建模需要 对于复杂的建模则略显不足 一般都采用功能比较强 大的CAD软件 如UG Pro E Catia等 来建立冲压件模型 然后在有限元软件 中直接导入其几何模型 软件要相互兼容 ANSYS软件可以读入的文件包括 AutoCAD数据交换文件 STL文件 ACIS文件 CATIA文件 UG文件等 本文就是 采用先在UG中建模 然后导入到ANSYS中进行分析的方法 UG软件介绍 UG软件起源于美国麦道飞机公司 后于1991年11月并入世界上最大的软件 公司 美国电子资讯系统公司 如今 UG软件已经成为世界上一流的集成化 c D C E CAM软件 广泛应用于航空 航天 汽车 通用机械 模具和家用电 器等领域 许多著名公司均选用UG作为企业计算机辅助设计 分析和制造的标 准 如美国通用汽车公司 波音飞机公司 贝尔直升机公司 英国宇航公司 惠普发动机公司等均以UG作为企业产品开发的软件平台 自1990年进入中国市 场以来 UG软件在我国得到了广泛的应用 已成为我国工业界主要使用的大型 CAD CAE CAM软件之一 UG为制造行业产品开发的全过程提供解决方案 功能 包括概念设计 工程设计 性能分析和制造 具体说来 该软件具有以下主要 技术特点 1 集成的产品开发 UG是一个完全集成的CAD CAE CAM软件集 它致力于从 概念设计到工程分析到数字制造的整个产品开发过程 2 相关性 通过应用主模型方法 使得从设计到制造所有应用相关联0 3 并行协作 通过使用主模型 产品数据管理 产品可视化 以及应用htemet 技术 可以支持扩展企业范围的并行协助 基于知识的工程 用知识驱动的自 湖南省高等教育自学考试本科学生毕业论文 设计 18 动化 UG解决了怎样捕捉 在使用和运用积累在制造产品的人和过程的知识问 题 5 客户化 UG提供CAD CAE CAM业界先进的编程工具集 对UG进行定制或裁 编以满足企业的需要 UG建模应用程序提供了一个实体建模系统 可以进行快速的概念设计 工程师 可通过定义设计中的不同部件间的数学关系 来将他们的需求和设计限制结合 在一起 基于特征的实体建模和编辑能力使得设计者可以通过直接编辑实体特 征的尺寸 或通过使用其它几何编辑和构造技巧 来改变和更新实体 本文模拟所使用的三维模型 属于拉深成形零件 对于这种几何零件 通 常有两种方法来建模 一种是用曲面造型 然后增厚 如果零件具有非常复杂 的自由曲面 而且曲面之间的过度要求非常严格 一般都采用纯曲面造型 然 后增厚 另一种方法是采用实体建模 大多数拉深成型零件都采用此类建模方 法 因为实体建模更加方便 而且许多特征可以采用 板料成形数值模拟的应用 目前 利用有限元对板料成形过程进行数值模拟已进入实用阶段 在生产 中已经发挥了很重要的作用 但是它并不能彻底的代替传统的试模方法 一般 是采用数值分析与试模相结合的办法 究其原因 主要还是数值模拟的精度不 高 与实际相差较大 在运用板料成形数值模拟软件时 一般的方法有两种 1 一步法 它是由成形件反推到坯料 与传统的增量法由坯料到冲压件的 成形顺序正好相反 故也称为逆成形法 其原理基于全量拉格朗日理论 这种 方法的典型软件有Autoform DYNAFORM Fast3D等 具体的做法我们下面再用 一个实例来说明 2 增量法 利用增量法可以显著改善模具制造困难的问题 比如DYNAFORM 软件中的DFE模块 它使用了一系列自动的 基于面的工具 如补面 调整冲压 方向 倒角 翻边展开 压料面 和工艺补充生成器等 这些功能大大减少了 从产品的几何形状到设计模具所需的工作量 利用有限元数值模拟技术可以解 决板料冲压成形工艺和模具设计中的一些问题 具体包括 起皱和破裂的预测 压边力的确定 成形力的确定 估算最合理的坯料尺寸 回弹分析等 湖南省高等教育自学考试本科学生毕业论文 设计 19 7 2 板料成形的有限元理论基础 有限元方法开始应用于板料成形数值模拟 这主要得益于计算机图形技术 的发展及CAD软件的逐渐成熟 尤其是进入90年代以来 计算机的性能得到了很 大的提高 这使得CAD CAM CAE技术在各类工程问题的应用中取得了巨大的成 功 其中 模具CAD CAM CAE技术已成为改造金属板料成形传统工艺的重要工 具 目前 成形过程仿真己成为虚拟现实制造技术的核心之一 也可以实现新 产品短周期 高质量 低成本的日标 目前美国三大汽车公司在开发新车型之 前都要对零部件成形过程进行模拟 以便提供考 从70年代中期 Osias和 McMecking等采用Euler描述法建立了大变形弹塑性有限元列式 自此以后 大 变形弹塑性有限元不断完善 并在工程中得到了实际的应用 1982年 Lee等研 制出了一套包含材料参数库和成形极限数据库的软件 能够对零部件成形的成 败进行预测 随之也出现了很多板料成形有限元数值模拟软件 比如美国的 DYNAFORM MARC 法国的PAM STAMP OPTRIS 德国的INDEED等 目前 这些软件在国外的汽车 工业中都得到了广泛的应用 而这些成功的应用也说明 有限元法适用于分析 板料成形过程 金属塑性成形的理论分为两种 一种是固体型弹塑性有限元法 包括小变 形和大变形弹塑性有限元法 一种是流动型塑性有限元法 包括刚塑性有限元 法和刚粘塑性有限元法 升降器外壳加工属于大变形非线性 其有限元平衡方 程应采用大变形的板壳有限元平衡方程 在板料成形过程中 因为变形功的一 部分已经转化成了热能 所以金属塑性加工是不可逆的 材料的性质与应力和 变形的过程有关 即是由加载和卸载的历程决定的 因此原则上只能用微分形 式 即增量理论来描述弹塑性变形的本构关系 而不能用应力与应变分量的全 量理论 湖南省高等教育自学考试本科学生毕业论文 设计 20 7 3 数值模拟软件介绍 DYNAFORM KMAS ADINA ANSYS ABAOUS等功能强大的CAE软件的广泛应用 为实际工程中解决复杂的理论计算提供了非常有用的工具 经过二十多年的发 展 商品化的有限元软件也有很多 并且得到了很多汽车公司的重视 比如德 国的大众 奔驰 美国的通用 福特 日本的丰田 日产等大型汽车制造公司 都已经开始应用分析软件来指导汽车零部件的开发和生产 产生了很好的经济 效益 随着我国汽车 飞机等工业的发展 零部件成形过程分析的需求日益迫 切 这些软件在我国的应用将越来越广泛 目前应用较为广泛的有限元软件很 多 以下简单介绍几个 1 DYNAFORM DYNAFORM是美国ETA公司和LSTC公司联合开发的用于板料成形过程模拟仿真的专 用软件 它集成了DYNAFORM本身功能强大的前处理功能和eta Post后处理软件 以及LSTC公司开发的有限元动力显式求解器960和970 DYNAFORM软件大体有三 部分组成 即DYNAFORM前处理 LS DYNA求解器和DYNAFORM后处理 2 KMAS KMAS是由我国吉林大学汽车覆盖件成形技术研究所与吉林金网格模具工程研究 中心完成的国家 九五 重点科技公关项目 用于解决我国汽车工业车身的自 主开发与模具制造的 瓶颈 问题 现在已经拓展到航空 通信等其他与冷冲 压有关的行业 KMAS系统能够在制造模具之前 在计算机上模拟出冲压件成形 的真实过程 告诉用户模具设计的合理性 并最终为用户提供出最佳的模具设 计工艺方案 它的主要功能是 模拟板料冲压的全过程 实现复杂冲压件从 坯料夹持 压料面约束 拉延筋设置 冲压加载 卸载回弹及切边回弹的全部 过程模拟 3 ANSYS ANSYS是目前世界顶端的也是目前应用最为广泛的融结构 流体 电场 磁 场 声场分析于一体的大型通用有限元分析软件 发展了很多版本 1970年 美国JohnSwanson博士创建ANSYS公司后 便开发出了该应用程序 湖南省高等教育自学考试本科学生毕业论文 设计 21 以此用计算机模拟工程结构分析 历经30多年的不断完善和修改 现成为全球 最受欢迎的应用程序 目前 ANSYS已在世界各大汽车 航空 钢铁公司 以及 众多的大学和科研单位得到广泛的应用 ANSYS在我国的许多知名企业也已得到 成功应用 能与多数CAD软件接El 实现数据的共享和交换 如 Pro Engineer NASTRAN Alogor I DEAS和AutoCAD UG等 该应用程序的主 要特点是紧跟计算机硬件 软件发展的最新水平 功能丰富 用户界面好 前 后处理和图形功能完备 并且使用高效的有限元系统 ANSYS的各种产品适应于 各种计算机平台的版本 为用户提供了各种可能的选择 与其它有限元分析软 件如SAP或NASTRAN等相比 它有以下特点 1 数据统一 ANSYS使用统一的数据库来存储模型数据及求解结果 实现前后处理 分析求解及多场分析的数据统一 2 强大的求解功能 ANSYS提供了数种求解器 用户可以根据分析 要求选择合适的求解器 3 强大的非线性分析功能 ANSYS具有强大的非线性分析功能 可 进行几何非线性 材料非线性及状态非线性分析 4 智能网格划分 ANSYS具有智能网格划分功能 根据模型的特点 自动生成有限元网格 5 良好的优化功能 6 良好的用户开发环境 ANSYS的主要应用可分为国防和民用两大 类 主要有 汽车 飞机 火车 轮船等运输工具的碰撞分析 金属成型 金属切割 汽车零部件的机械制造 塑料成型 玻璃成型 生物力学 地 震工程 消费品 建筑物 高速结构等的安全性分析 点焊 铆焊 螺栓 连接 液体一结构相互作用 运输容器设计 内弹道发射对结构的动力响 应分析 终点弹道的爆炸驱动和破坏效应分析 军用新材料的研制和动力 特性分析 超高速碰撞模拟分析 湖南省高等教育自学考试本科学生毕业论文 设计 22 结束语结束语 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