0045-汽车玻璃升降器落料拉深复合模设计【全套12张CAD图+说明书】
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摘 要
这份报告主要研究的是作为汽车零部件之一的活塞销的流动缺陷。在联合冷挤压制活塞销的工艺中，起皱就是一种流动缺陷，它是由死金属区引起的。具有这种缺陷的部件带有很明显的外部特征，特征是被一微小而且厚的块状物嵌入材料中，这种缺陷对保证尺寸精度和降低材料损失是不利的，活塞销的这种缺陷对于其强度和疲劳寿命也有不利的影响。因此，在工艺设计的早期预测并防止这种缺陷是非常重要的。防止其产生的最好方法就是通过控制材料流动来限制或减少死金属区。有限元模拟分析方法被应用于流动缺陷研究分析当中，这份研究报告提出了通过去除死金属区防止产生流动缺陷的新工艺方法——有限元分析法。将有限元分析的结果与实验结果做比较，结果表明有限元分析的结果与实验结果相符合。
关键词：流动缺陷；活塞销钉；材料流动控制；前后双向冷挤压；死金属区；有限元分析
- 内容简介：
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1 防止活塞销冷挤压工艺中出现流动缺陷的新方法 , 密机械工程系，研究生院，釜山国家大学，釜山，韩国 机械设计工程部门，研究生院，釜山国家大学，釜山，韩国 机械工程系，工程研究中心，釜山国家大学，釜山，韩国编号 3 山 609国 摘要 ： 这份报告主要研究的是作为汽车零部件之一的活塞销的流动缺陷。在联合冷挤压制活塞销的工艺 中，起皱就是一种流动缺陷，它是由死金属区引起的。具有这种缺陷的部 件带有很明显的 外 部特征，特征是 被一微小而且厚的块状物嵌入材料中，这种缺陷对保证尺寸精度和降低材料损失是不利的，活塞销的这种缺陷对于其强度和疲劳寿命也有不利的影响。因此，在工艺设计的早期预测并防止 这种缺陷是 非常 重要的。防止其产生的最好方法就是通过控制材料流动来限制 或减少死金属区。有限元模拟分析方法被应用于流动缺陷研究分析当中， 这份研究报告提出了通过去除死金属区防止产生流动缺陷的新工艺方法 有限元分析法。将有限元分析 的结果与实验结果做比较，结果表明有限元分析的结果与实验结果相符合 。 关键词 ： 流动缺陷； 活塞销钉 ；材料流动控 制；前后双 向冷挤压；死金属区；有限元分析 1、 序言 冷加工是一种及其重要而且经济的加工方法，尤其对于 大批量制件的加工，其优点更为突出。由于冷加工具有高的成品率、精确的尺寸精度、良好的表面光洁度，优良 的机械加工性和冶金工艺性等优点，因此冷加工是工业生产当中应用最为广泛的零件加工工艺。 冷锻制件广泛应用于飞机制造、摩托车、螺母和螺栓等 生产 制造。 但是，冷锻 制件也有可能产生缺陷，这主要取决于金属材料的变形过程、成形加工的外部条件和材料的流动方式等。 可延伸的裂纹缺陷是由材料的引应力状态和变形过程引起的；流动 2 缺陷是由不 稳定的材料流 动引起的；低的尺寸精度是由低的模具尺寸精度和摩擦情况引起的，总之，锻压制件的缺陷主要包括两类，分别是内部缺陷和 外部缺陷。 这些缺陷危害到产品的质量和 制造成本，因此，在工艺设计 中的早期预防是非常重要的。利用有限元分析法中的不同可用标准来研究大型锻件 的可延伸裂纹缺陷。 两道加强筋进行冷挤压件的内部和外部缺陷研究，并还在进行一种防止产生这些缺陷的加工工艺设计。 这份报告是一份关于汽车活塞销产生的缺陷的测试报告，而这种活塞销是采用前后双向联合挤压的方式支撑的。这份报告中也提出了新的工艺方法 可在工艺设计的早期防止产生流动缺陷，而这些新工艺方案是通过有限元分析研究得出的，实验证明，这些新工艺方案是可行的。 2、 成形工艺与缺陷形成分析 成形工艺 活塞销是汽车零部件当中用来连接活塞与曲轴的并传递动力的部件，当采用冷冲压制活塞销时，设计要求必须保证前后双向冲压时具有相同的高度并且不能 出现锻压缺陷，因为活塞销在周期性大载荷作用下工作。制作活塞销的 材料是 金钢，它具有如下材料流动性 ，润滑措施是采用润滑油类的磷镀在活塞销表面进行润滑，经试验测试 摩擦系数 M 为 加工活塞销 钉 以前用的 是 多步骤加工法（如图 3 所示），前两步通过导圆角和冲出非圆形的基准孔等预处理工序来减少缺陷的产生，从而可以提高尺寸精度和模具寿命，第三步和第四步相同，分别是从前后双向冲出圆形的腹板，最后一步是修整工序，从而得到活塞销的形状，然而，用普通加工方法加工的结果显示：第三步的早期会在腹板部位形成缺陷，更严重的是在 缺陷产生的部位出现了一种不一致的流动形式，这种形式是一种 非常坏的 流动形式的延伸 图 1 活塞销钉 的形状和尺寸 图 2 活塞销钉的流动缺陷 3 图 3 活塞销钉传统的形成过程 有限元分析预测缺陷的产生 塑性变形组织分布和有效应力对比图的应用，暗示着有限元精密塑造程序在成形与缺陷分析领域中的商业价值。最初的坯料直径为 30度为 61终成品的体积为 种成形工艺看上去类似于普通加工结果。 最大的裂缝值可以结算出断裂缺陷产生的可能性，在这个冲压过程中，其大小只有 而且分布在坯料和冲床活塞冲头接触的端部。因此，可以避免流动缺陷的产生，因此这种缺陷并不能产生可延展的裂纹。金属流动的流线图是由 出的，他们正在从事这种缺陷 的分析研究，随着冲头冲压深度的增加，剧烈变动的流线出现了不同的流动速度，从而导致实验中 缺陷的产生（如图 5 所示） 。 所以 金属流动只出现在第四步的反向冲压而 不出现在正向冲压 ，并且在靠近腹板处的金属被拔起形成一条筋，很像 是重叠缺陷，因此，活塞销的流动缺陷产生并发展的原因是：正反冲压时由于死金属区域产生而造 成的金属流动速度的不同，这种现象在 像 活塞销这种薄壁件冲出尺寸精度高，材料损耗少的孔的制件中是非常明显的。对于活塞销这类工作温度高，载荷大而且为交变载荷的零件来说，这种流动缺陷的产生会对其强度和疲劳寿命产生有害的影响。因此，有必要研究一种新工艺来防止产生流动缺陷。 4 图 4 有效的负荷和裂缝价值的关系 图 5 金属流动和速度的关系 计 流动缺陷产生 的原因是金属 限制 死金属区域 的 流动 。为了在传统工艺中早期的冲压部位 (第三步 )消除死金属区，正冲压或反冲压工艺被改为联合正反冲压工艺，这种工艺 在两个完全相反的方向上同时进行同样地动作。由于正反两向不同的冲 压率和冲压长度，要使两个方向上同时完成材料流动是很困难的，因此在提前完成材料流动就会出现 传统工艺一样出现的死金属区。 因此，在活塞销成形这种情况下，两个方向的冲压率和冲压长度都是 51前，一项关于活塞销的冲压长度的调查研究正在进 行开模正反冲压工艺的分析，两个方向上的冲压长度是不同的，正向冲压长度 长为 向冲压长度如图 6 所示要比正向的短 。 反向金属流动必须强制性的被限制才能满足设计要求，而这 就 意为着死金属区会 5 产生。因此， 要想在两个方向上得到相同的冲压长度，提出了三种控制金属流动的方法，这三种方法都不同 程度 的 强制限制金属流动。 图 6 反向冲压长度 变初加工的形状 在正反双向冲压之前，为了保证从腹板中心处起 正反两个方向的冲压长度相等，就得要求初加工要将反向冲压筋的长度设计 与双向冲压长度 所不同。图 7展示了这种改进的工艺的结果，图 8 展示了在这种情况下采用正反双向冲压工艺时最后一步中金属的流动。从模拟实验的结果可以得出，两个方向的冲压筋的长度都是51恰好满足设计要求和活塞 销的尺寸要求。另外，死金属区的金属流动形式相同，而不像采用普通加工时会产生流动缺陷，而且在两个方向上的流动速度也是连续变化的，这 就意为着金属流动在整 个过程中是一致的，不会出现限制其流动的死金属区。 图七 多级样板的修改过程 图八金属网的流动 6 动冲压模膛 驱动模膛工艺被 用来控制金属流动从而满足设计要求，这种设备采用向相反方向运动的模膛先与已经冲压成形的一侧接触（如图 9 所示），这样就有助于加快后冲压方向上的金属流动而减慢先冲压 方向上的金属流动速度， 采用这种工艺制作的活塞销，由于反方向冲压提前完成，而此时活塞 正沿着这个方向移动从而增加了金属沿着这个方向的流动，这个 工艺的首要变化因素是冲头与活塞 的相对速率和金属材料与活塞 之间的摩擦条件。 在这个研究中，由于摩擦系数 m 毛胚材料和模膛 之间）， 模拟实验只与相对速率这一变量有关。如果相对速率小于满足同时成型 最合适的速率 ，则在反向方向上的冲压过程就会比正向冲压提前完成，这样的话就会像 采用普通加工一样在相同部位产生流动缺陷，相反，如果相对速率大于最适宜的速率，则正向冲压过程就会比反向 冲压过程提前完成，这样就会在相反地部位产生缺陷。 因此，为了满足设计要求，采用半分 法可以找出最佳的相对速率，从结果来看，最佳的相对速率是 10 和 11 显示了相对速率分别为 采用一次冲压变形过程和金属流动情况。 图 11（ c）显示了当采用最佳相对速率 记录了一个 可以 防止缺陷产生的流动形式。 图 9 轴向移动的箱体示意图 图 10 根据相对速度比率变化的 活塞销钉 形态 7 图 11 根据相对速度比率比较的金属 改模具结构 这种被提出的 修改模具结构的工艺 可以限制金属在反方向上的流动，而在这个方向上容易提前完成变形，从而可以实现在两个方向上同时完成变形，采用这种工艺时，为了能在 两个方向上同时完成变形过程而得到相同的变形长度，卸料器 又被设计者重新采用，它是一种使冲头从制件中抽出的装置。如果采用普通加工工艺中的固定式卸料器，则由于材料流动受到限制，会出现死金属区，而此时产生的 部位与采用 双向冲压时产生在中间位置不同。 因此，一种利用弹簧弹力的结构可以推迟金属材料沿反方向的流动。图 12显示了这种模具结构，采用这种方法，选用合适的弹簧弹力对于满足变形同时完成的要求来讲 是很重要 的，因而有限元模拟可以计算出这种必要地弹力。从模拟结果来看， 需要给卸料器施加 5 吨 的弹力。图 13 展示了这种工艺下金属流动形式，与其它改进的工艺方法相比，这种工艺在死金属区没有出现不连续的流动速度，此处的金属流动形式是相同的。 图 12 使用冲压模板的凹模模子结构示意图 图 13 使用冲压模板的金属流动 8 通过 有限元分析法 分析出 的 三种 方法中是适 合防止金属的流动缺陷。每个方法的情况如下 。第一种方法 是 初步加工的产品需要三级过程 (预制， 正反 压挤，穿孔 )并且 有一个简单的模具结构 ； 第 二 方法 是 使用沿轴方向移动的 冲孔模板； 第 三 种方法 是轴向移动的箱体需要二级过程 (前后压挤，穿孔 )并且 有一个复杂的模具 结构。 关于在里面形成的负荷 ， 这三个方法都非常相似 。 特别是在沿轴方向移动的 大约 10吨的 箱体情况下 形成 最大的 负荷比 其他方法 小，因为在穿孔过程中沿轴方向移动的箱体会 增加材料 的流动 。 通过表 1分析出的方法为形成做出了比较 。在这项研究过程中， 一个 用在初步加工产品的 实验 被进 行，并且为了证实模拟结果所以使用一个 250吨能力的多级样板 。 在穿孔之前，为了金属的观察蚀刻流动 能够正常 被进 行 ，所 以必须为活塞销做 一个流动缺陷检查 。图 14就是表示这个 实验结果 ，这种方法 改变 了 初步加工的产品。 实验结果证明了 在缺陷区域内金属流动的缺陷是相同的 ，并且满足形成 同时完成和在两个挤压方向 长度相同 。这种过程和模拟的结果相符 。 传统方法 初步加工的产品的使用 冲压模板 的使用 移动箱 体 的用途 最大负荷 （吨） 压的过程 2个阶段 2个阶段 1个阶段 1个阶段 缺陷 存在 不存在 不存在 不存在 表 1 各个方法的比较 图 14 对流动缺陷的消除 9 在这项研究过程中，流动缺陷过程和预防缺陷的过程都已经被有限元分析重新设计。，缺陷的原因已经被分析，并且通过分析已经模拟出了结果。从模拟结果中 可以看出 ，有限 元分析方法是可以防止流动缺陷并且满足生产过程中控制材料的流动状态 。 通过有限元分析的结果和实验的结果做比较，可以得出以下几个结论 ： （ 1）活塞销里存在流动缺陷的原因是材料限制 死金属区域的流动。 消除这个区域最重要的是控制材料的流动。 （ 2） 初步加工的产品设计和改变模具结构是使用轴向运动的挤压箱来消除挤压过程中出现的 流动缺陷。 （ 3）被提 出 的方法满足 了 工艺 的 要求， 向前挤压 的长度部分和落后的 部分都是相同的，这些已经由实验所证实 。 参考文献： 1 983). 2 T. T. H. 1997，216226. 3 9 (12) (1995) 31213129. 4 13 (4) (1997) 291306. 5 N. J. 77 (1998) 285293. 6 J. (6) (1999) 612619. 7 1998. 8 T. M. J. 35 (1992) 275302. 9 K. X. S. J. 71 (1997) 105112. 题 目 汽车玻璃升降器复合拉深模的设计 学生姓名 班级学号 专业 1 国内外研究现状 机械制造业是制造业的重要组成部分，是国家工业体系的重要基础和国民经济各部门的装备部。机械制造技术水平的提高与进步对整个国民经济的发展，以及科技、国防实力的提高有着直接的重要影响，是衡量一个国家科技水平和综合国力的重要标志之一。 进入 21 世纪以来，世界机械制造业进入前所未有的高速发展阶段，由于模具业与各行业都有密切相关，所以，精密模具已使模具行业成为一个与高新技术产品互为依托的产业。例如，制造集成电路引线框架的 精密级进冲模（连续模具）和精密的集成电路塑封模；微机的机客、接插件和许多元器件制造中的精密塑胶模具与精密冲压模具等，都是电子产品生产不可或缺的工具装备。作为国民经济增长和技术升级的原动力，机械工业将伴随高新技术和新兴产业的发展而发展，并充分体现先进制造技术向集成化、数字化、智能化、全球化、柔性化、网络化和绿色制造方向发展的总趋势。和其他行业相比，当前机械制造业的发展具有以下几大特征： 地位基础化，发达国家重视机械制造业的发展，不仅在本国工业中所占比重、积累、就业、贡献均占前列，更在于机械制造业为新技术、新产 品的开发和生产提供了重要的物质基础，即使是迈进“信息化社会”的工业化国家，也无不高度重视机械制造业的发展。20 世纪 80 年代，美国由于缺乏对制造科学的重视，使他们的许多产品缺乏竞争力。为此，美国政府于 1990 年、 1993 年和 1997 年分别实施了“先进技术计划”、“先进制造技术计划”和 “下一代制造行动框架”，以推动美国机械制造业的进一步发展。德国制造业在 90年代中期也出现了竞争力明显下滑的趋势，德国政府于 1995 年提出了实施“ 2000 年生产计划”以推动信息技术促进制造业的现代化和提高制造领域的研究水平； 2002 年又分别推出了“ 究计划”和“光学技术 划，投资 30 多亿欧元，研究电子制造技术和设备、新型电路和元件、芯片系统以及下一代光学系统。日本早在 1989 年就发起过“智能制造系统”计划，研究开发全球化制造、下一代制造系统、全能制造系统等技术； 1995 年日本通产省发起旨在推动工业基础研究的“新兴工业创新型技术研究开发促进计划”； 2004 年又启动了“新产业创造战略”，为制造业寻找未来战略产业。这已引起美国、欧洲、日本在机械制造技术上新一轮的竞争。 产品高技术化，信息、生物、纳米、新能源和 新材料等高新技术的迅猛发展，传统制造技术与高新技术的相互融合，对机械制造业的发展起到了推动、提升和改造的作用，导致了机械制造业传统生产方式的变革，并引发出精益生产、敏捷制造、虚拟企业等新的生产方式。随着信息装备技术、工业自动化技术、数控加工技术、机器人技术、先进的发电和输配电技术、电力电子技术、新型材料技术和新型生物、环保装备技术等当代高新技术成果在机械制造业中的广泛应用，使机械产品不断高技术化，其高新技术含量已成为市场竞争取胜的关键。 多方位全球化，近年来 , 由于高科技的重大突破，尤其是信息技术的飞速发展 ，世界制造业发生了重大变化，最突出的特征是制造业全球化趋势加强，制造企业竞争在全球多方位展开。制造业多方位全球化主要包括产品制造的跨国化迅猛发展；价值链中与制造紧密相联的各个环节朝着全球化方向迈进；制造业企业的跨国并购、重组和整合；制造资源在世界范围内的调剂、共享和优化配置；跨国界信息基础设施的建设和维护正日益受到各国政府和企业界的重视等，世界制造业正向生产全球化、销售全球化、融资全球化、服务全球化和研发全球化的方向发展，全球制造体系正在迅速形成等。 经营规模化，全球化的规模生产已经成为各大跨国公司发展的主 流。一 方面，规模化生产使得垄断性跨国公司的技术创新和市场主导作用日益增强，例如在汽车产业领域，目前年产超过 400 万辆的企业集团已有 6 家，产量占世界汽车产量的 80%以上；在电力设备领域，世界前三大公司控制了全球大型电力设备市场的 70%。另一方面，各大跨国公司在不断联合重组，扩张竞争实力的同时，纷纷收缩战线，剥离非主营业务，以精干主业，提高系统成套能力和个性化、多样化市场适应能力。作为规模化生产的前提和条件，生产高水平零部件和配套产品的“中场产业”快速发展，社会化生产服务体系不断完善，产业的国际化步伐不断加快。 结构 调整深化，经过多年的经济转型和产业升级，发达国家逐渐加大了产业转移的力度。发达国家逐渐着力于研发和品牌营销，控制核心技术和经营技巧，而把加工制造环节转移出去，机械产品中附加值低的产品被安排到有市场潜在需求的发展中国家生产。而发展中国家则在全球产业链和价值链中，寻求自己的发展空间，明确自己的发展定位，承接某种产业环节转移，着力于加工制造环节。如耐克公司是一个典型的微观案例。耐克公司掌握产品设计、关键技术，授权越南、中国等国外生产厂商按其产品规格、技术标准生产产品，自己则在全球建立营销网络，进行产品的广告宣传与 销售及提供售后服务。为适应市场需求的变化，各大生产商纷纷采取专业化生产，“单品种，大批量”已成为很多 500强企业生产方式的新特色。同时，以生产者为主导的生产方式逐步向以消费者为主导的定制生产方式转变。 2 课题研究的目的和意义 课题的研究目的和意义是： 模具在汽车，飞机，工程机械，动力机械，冶金，机床，轻工，日用五金等制造业中，起着极其重要的作用。 查阅文献，了解 相关理论知识并熟练操作 ;熟悉并应用有关手册、标准、图标等技术资料 ;提高识图、制图、运算和编写技术文件的基本技能 ；了解各类冲压成形规律，成形工艺设计与模具设计以及各类冲压模具零件的不同加工方法，加工工艺及装配方法。 3 课题研究的主要内容和关键技术 课题研究的主要内容包括以下几个方面 ： （ 1） 熟悉运用相关手册、标准、图表等技术资料 。 （ 2） 隔板零件图及其零件的落料毛坯图 。 （ 3） 冲槽、 冲孔 、落料 总装图及其主要零件图 。 （ 4） 机械加工及其连续模的工艺流程 。 究难点包括以下几个方面： （ 1） 机械加工过程与工艺规程 。 （ 2） 典型零件的加工工艺 。 （ 3） 冲压成形性能与力学性能之间的关系。 （ 4） 冲裁件尺寸精度的控制。 （ 5） 线切割加工在冲压模具零件加工中的应用。 题研究的关键技术： （ 1） 制图的合理性；手册、图表的正确合理应用。 （ 2） 根据料厚大小，冲件平整度要求，模具结构等，决定卸料方式。 （ 3） 了解正确的机械加工工艺规程。 课题研究文案： 该工件包括 冲槽 冲孔落料、 三 个基本工序，可有以下三种工艺方案： 方案一：先落料，后冲孔 采用单工序模生产。 方案二：落料 冲槽 复合冲压。采用复合模生产。 方案三： 冲槽 落级进冲压。采用级进模生产 。 方案一模具结构简单，但需 三 道工序 三 副模具，成本高而生产效率低，难以满足中批量生产要求。方案二只需一副模具，工件的精度及生产效率都较高，但模具 制造难度大，并且冲压后成品件留在模具上，在清理模具上的物料时会影响冲压速度，操作不方便。方案三也只需一副模具，生产效率高，操作方便，工件精度也能满足要求。通过对上述三种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案三为佳。 实施计划 学期 ： （ 1） 1 毕业设计开题报告及开题答辩 。 （ 2） 3 进行毕业设计的理论研究、方案设计、软硬件设 计、工艺设计、实验测试等 ，中期检查。 （ 3） 911 周 撰写毕业设计论文并完成初稿。 （ 4） 1213 周 指导教师检查、批改论文；学生修改论文，定稿。毕业设计答辩资格审查。 （ 5） 14 周 毕业设计答辩 指导教师批阅意见 指导教师 (签名 )： 年 月 日 注：可另附 指导教师 学生姓名 课题名称 玻璃升降器复合拉深模的设计 内容及任务 1、设计内容：根据所给的题目及原始数据，设计出一套复合拉深模。内容包括：该塑料零件注射成型方案设计；模具结构设计；非标模具零件设计；成型零件制造工艺编制。 2、原始数据：冷冲压件零件图（包括零件尺寸、精度、材料等）生产批量为大批量生产。 3、设计任务：学生在指导教师指导下独立完成给定的复合拉深模设计任务，进行调查研究，选定合理的设计方案，进行必要的试验、测试和研究工作，正确绘制工程设计图纸，编写符 合要求的设计说明书，翻译与题目有关的外文资料。学生在设计工作中，应综合运用多学科的理论、知识与技能，分析与解决给定的工程设计问题。要力争做到设计内容的科学性、设计思想的新颖性、设计表述的规范性和设计过程的综合。 进合理，符合国家标准要求；成型零部件、浇注系统、合模导向机构、推出机构、分型与抽芯机构、温度调节系统和支承零部件等部件的强度计算、模具安装尺寸的计算校核等正确无误。 造成本低。 产稳定可靠，参数 调整方便，生产效率高，塑料产品尺寸精度合乎要求；形状完整，无缩孔、气孔及裂纹等缺陷，便于装卸搬运。 纸应符合国家标准规定，视图正确，表达清楚，尺寸标注、形位公差的标注等准确，合乎要求，各项内容齐全；图面整洁；并要求电脑绘图不少于折合 面 。 式合理，计算数据准确无误，语言流畅；插图清晰；说明书必须全部打印，字数 10000 15000。 进度安排 起止日期 工作内容 备注 第 1 第 5 周 第 6 第 8 第 14 第 17 1、毕业设计调研 2、 熟悉设计任务书的具体内容，准备相关的参考资料； 3、确定模具的设计方案，设计计算和工艺分析。 4、结构设计及绘制模具装配图和零件图。 5、编写设计说明书，做好毕业答辩的准备工作。 6、毕业答辩 主要参考资料 1、冷冲压工艺及模具设计 刘心治主编 重庆大学出版社 2、冲压工艺及模具设计 万战胜主编 铁道出版社 3、冲模设计 吉林人民出版社 4、实用冲压技术 机工出版社 5、冷冲压及塑料成型工艺与模具设计资料 机工出版社 6、模具设计与制造简明手册 冯炳尧等编 上海工业出版社 7、冲压工艺模具设计实用技术 郑家贤编 机械工业出版社 8、实用板金冲压工艺图集 梁炳文主编 机械工业出版社 9、新编机械设计手册 学苑出版社 10、机械设计手册 机械工业出版社 教研室 意见 年 月 日 系主管领导意见 年 月 日 说明书 玻璃升降器复合拉深 模的设计 1 摘 要 这份报告主要研究的是作为汽车零部件之一的活塞销的流动缺陷。在联合冷挤压制活塞销的工艺 中，起皱就是一种流动缺陷，它是由死金属区引起的。具有这种缺陷的部 件带有很明显的外 部特征，特征是 被一微小而且厚的块状物嵌入材料中，这种缺陷对保证尺寸精度和降低材料损失是不利的，活塞销的这种缺陷对于其强度和疲劳寿命也有不利的影响。因此，在工艺设计的早期预测并防止 这种缺陷是非常重要的。防止其产生的最好方法就是通过控制材料流动来限制 或减少死金属区 。有限元模拟分析方法被应用于流动缺陷研究分析当中， 这份研究报告提出了通过去除死金属区防止产生流动缺陷的新工艺方法 有限元分析法。将有限元分析 的结果与实验结果做比较，结果表明有限元分析的结果与实验结果相符合 。 关键词 ： 流动缺陷； 活塞销钉 ；材料流动控制；前后双 向冷挤压；死金属区；有限元分析 2 of a in In of a a is a of by is in a to be is to of in of it is to in of is or of to of E in 2003 FE 3 目 录 1 前言 . 6 1 1 玻璃升降器的功用及拉深模的设计要求 . 6 2 冲裁工艺设计 . 8 冲裁工艺计算 . 8 工艺力和功的计算 . 8 压力机的选择 . 10 模具总体设计 . 10 模具类型的确定 . 操作方式的确定 . 定位、联接型式的确定 . 模具压力中心的确定 . 12 模具精度的确定 . 12 具闭合高度的初定 . 12 定位装置 . 12 卸料装置 . 12 卸料装置的选择 . 13 弹性元件的设计 . 13 落料凹凸模的设计 . 14 凸模结构的确定 . 14 凹模结构确定 . 15 凹凸模工作部分尺寸设计 . 15 凸凹模工作表面技术要求 . 17 凸凹模材料 . 17 导向装置 . 17 导向装置的选择 . 17 导向装置尺寸确定 . 17 模具其它主要零部件的设计 . 19 板料定位装置的设计 . 19 4 栓和销钉的选用 . 20 3 工艺方案选择 . 21 冲压件的工艺确定 . 21 压件的工艺分析 . 21 零 件材料的分析 . 23 定工艺方案和模具形式 . 24 料尺寸的计算 . 25 定排样方案 . 26 定排样、裁板方案 . 26 算拉深次数 . 28 深冲压力的计算 . 29 料过程 . 29 深过程 . 30 型过程 . 31 压设备的选择 . 32 析比较和确定工艺方案 . 33 算毛坯尺寸需先确定翻边前的半成品尺寸。 . 33 算拉深次数 . 34 . 35 4 主要工艺参数的计算 . 39 定各中间工序尺寸 . 39 算各工序压力，选用压力机 . 40 具设计 . 44 具结构形式选择 . 44 料弹簧的选择 . 45 具工作部分尺寸和公差计算 . 45 具其它零件的结构尺寸计算 . 47 作原理： . 48 次拉深 . 48 次拉深 . 48 次拉深 . 48 5 . 48 结论 . 50 致 谢 . 51 6 1 前言 1 1 玻璃升降器的功用及拉深 模的设计要求 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来控制，也就是常说的 “ 电动门窗 ” 。 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。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采用塑料带，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，不操纵时开关自动停在 “ 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。 电动机的质量直接关系到电动玻璃升降器的正常工作，它一定要具有体积小、重量轻、防护等级高、噪声低、电磁干扰小、运行可靠等特点。现代轿车已广泛应用微电子技术，电机工作会发射电磁波干扰其它电器件的工作；前几年通用汽车公司一篇售后分析报告显示，近 40%的电动玻璃升降器故障是由电动机密封性差引起的。因此，减少电磁干扰和解决电机密封性问题巳成为近年汽车电机技术的热门话题。 90 年代中期以来，电动玻璃升降器的控制机构技术发展很快，电子模块控制形式大量应用于批量装车，并设有安全保护装置。例如博世公司生产的电动玻璃升降器系统，在电动机中埋植磁环，感应电机转速，在电子模块中埋植霍尔元件，感应 7 电流，并通过电子模块控制对电动机的过流、过压及过热保护，而且当玻璃上升途中遇到人力障碍时会自动识别而反向运行，防止乘员夹伤。 8 2 冲裁工艺设计 冲裁工艺计算 工艺力和功的计算 冲裁力是指冲裁过程中的最大抗力，它是合理地选用冲压设备吨位和校检模具强度的重要依据。影响冲裁力的因素很多，主要有材料的机械性能、厚度、冲裁件周边长度、模具间隙以及刃口锋利程度等。 （ 1） 冲裁力的计算 采用平刃凸模和凹模冲裁时，其冲裁力的计算公式 0 中 0P 冲裁力； L 冲裁件的周长（ 材料厚度（ 材料的抗剪强度。 如图（一）所示，工件尺寸为， k=260,L=284,05,44,则 4)1 4 21 3 0( 查附表 1 2/500 ，工件厚度 ，故 虑到模具刃口的钝化，凹模和凸模间隙不均匀，材料性能的波动和材料厚度的偏差等因素，实际所需冲裁力还应增加 30%，即 P 则 2 7 476 40 5 9 （ 2） 卸料力和推件力的计算 当冲裁工作完成以后，冲下的工件（或废料）沿径向发生弹性收缩，同时，工件废料还要力图恢复弹性穹弯。这两种弹性恢复的结果导 致工件（或废料）硬塞在凹模内，废料（或工件）箍紧在凸模上。从凸模上将工件（或废料）卸下来的力叫卸料力。从凹模内顺着冲裁方向将工件（或废料）推出的力叫推料力。很显然，这些力在选择压力机的吨位和设计模具时必须加以考虑。影响这些力的因素很多，主要有：材料的力学性能和厚度、工件形状和尺寸、模具间隙、排样的搭边大小及润滑情况等。由于这些因素的影响规律很复杂，难以准确计算。生产中常采用下列公式 中 P, 分别是卸料力、推件力（ N） K , 分别是卸料力系数、推件力系数 P 冲裁力（ N） n 同时梗塞在凹模内的工件数 参 见表 2h 取为 8，则 （ 3） 冲裁功的计算 选择冲裁设备时，除了要计算冲裁力，使压力机的公称压力大于冲裁力以外，还要进行冲裁功的验算，使压力机的每次行程功不超过额定的数值，以保证其电极不过载，飞轮转速不致下降太多。平端刃口的冲裁功按下式计算 1000/ 中 W 冲裁功 (t 材料厚度（ P 冲裁力（ N） m 系数，一般取为 10 0 0/ 2 7 2 0 0/ 压力机的选择 冲压设备选择是冲压工艺过程设计的一项重要内容，它直接关系到设备的安全和使用的合理，同时也关系到冲压工艺过程的顺利完成及产品质量、零件精度、生产效率、模具寿命、材料的性能与规格、成本的高低等一系列重要的问题。 （ 1） 设备类型的选择 设备类型的选择要依据冲压件的生产批量、零件尺寸的大小、工艺方法与性质及冲压件的尺寸、形状等要求来进行，除此之外，还应考虑到设备的精度与刚度以及生产现场的实际可能。压力机的刚度是由床身刚度、传动刚度和导向刚 度三部分组成。如果刚度较差，负载终了和卸载时模具间隙会发生很大的变化，影响冲压件的精度和模具寿命。综合考虑以上各因素后参照表 7和表 7，并结合工厂现有设备情况，此冲模选用开式双柱可倾压力机。 （ 2） 设备规格的选择 在选定设备类型后，进一步根据冲压件的大小、模具尺寸及变形力来确定设备规格。冲裁时，压力机必须大于或等于冲裁各工艺力的总和，本工件冲裁模采用弹压卸料装置和下出件的模具，故 6 0 4 1 3 6 9 5 2 7 2 81选 为了提高设备的工作刚度、冲压零件的精度及延长设备的寿 命，要求设备容量留有 4030%的余 ，并结合工厂现有设备情况选用吨位为 100号为 模具总体设计 总体设计的任务包括： (1)模具类型的确定； (2)操作方式、进料方式的确定； (3)定位、联接等型式的确定； (4)模具压力中心的确定； (5)模具闭合高度的初定。 11 模具类型的确定 根据冲压件的形状、尺寸、精度要求等确定模具类型。 根据 料件的形状（如图所示），是有四段圆弧组成的椭圆形件，形状比较简单，呈中心轴对称，尺 寸精度要求也不高为 此可以考虑选用简单模。 操作方式的确定 虽然该冲压件是进行大批量生产的，但考虑到工厂的现有生产条件，为了降低产品的生产成本，而且落料件的尺寸精度要求不高，所以采用手工操作方式或半自动操作方式。 定位、联接型式的确定 为了保证模具正常安全工作，模具中的定位和联接件一定要可靠。 （ 1） 模板 在上下模板上安装全部模具零件，构成模具的总体和传递压力。模板不仅应该具有足够的强度，而且还要有足够的刚度。本模具将上模板与凸模、凸模固定板及垫板等装配成一体，用 四个螺钉紧固构成模具的上部分；下模板则与凹模等组成模具的下模不分。此外上下模两部分还分别各对称低用两个圆柱销销紧，以防转动和错位。上下模架均采用标准模架，是用 造而成。 （ 2） 模柄 模具的上部分通过模柄固定在冲床滑块上。模柄的结构形式很多，常见的结构形式有带凸缘模柄、压入式模柄、旋入式模柄、浮动式模柄等等。本模具选用压入式模柄，通过压配合和附加的销钉与模板固定联接以防转动与松动。模柄材料选用优质碳素钢中的 45号钢。 （ 3） 凸模固定板与垫板 用凸模固定板将凸模联接固定在模板的正确位置上。凸模 固定板有圆形和矩形两种，考虑到模具的总体结构这里选用凸模固定板。固定板与凸模采用过渡配合，压装后将凸模尾部与固定板一起磨平。凸模固定板用 45号钢加工。 （ 4） 坯料的定位和定向 见 12 模具压力中心的确定 根据图（ 1） 所示的落料件可知，落料件形状呈轴对称，其压力中心即为工件的几何中心，因此不需要进行模具压力中心的计算。 模具精度的确定 落料件的精度要求不高为 照表 2定模具可按 具闭合高度的初定 据 知，模 具选用 开式双柱可倾压力机，此压力机所允许的最大装模高度为 380小装模高度为 250定模具闭合高度在 270， 375范围之内即可。 定位装置 为了保证模具正常工作并冲出合格的制件，要求在送进的平面内，坯料（块料、条料）相对于模具的工作零件处于正确的位置。坯料在模具中的定位分两个方面：送料方向上的定位（控制送料的进距）称挡料和在与送料垂直方向上的定位称送进导向。常见的送进导向方式有导销式和导尺式，而限定条料送进距离的方式有挡料销定距和侧刀定距。本模具采用导料销 方式来对条料进行导向和挡料销方式来对条料送进进行定距。导料销的结构简单，制造容易，只要保持条料沿导料销一侧送进，即可保证条料的正确的送进方向。这里把首次冲裁定距的挡料销和后续冲裁的定距用挡料销设计为一整体，其结构形式如图（）所示，而且要注意把其正上方的卸料板挖空，其工作原理是：利用弹簧的可压缩性来获得第一次定距和后续定距的距离差，当模具进行第一次冲裁时，只要把条料沿导料销往里送料，碰到挡料销时使挡料销条料一起运动而压缩弹簧，当挡料销运动到不可继续运动的的时候即可完成条料的第一次定距，而在后续的冲裁中只要条料 搭边碰到挡料销就不需要继续往前运动，即可完成后续冲裁的定距。这样设计的挡料销尾柄远离凹模刃口有利于凹模强度，对坯料的定距既方便又准确，且结构也不复杂。 卸料装置 设计卸料装置的目的，是将冲裁后卡箍在凸模上或凸凹模上的冲件或废料卸掉， 13 保证下次冲压正常进行。常用的卸料方式有刚性卸料和弹性卸料两种。刚性卸料是采用固定卸料板结构，常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。当卸料板只起卸料作用时，与凸模的间隙随材料厚度的增加而增大，单边间隙取（ t,当固定卸料板还要起到对凸模的导向作用 时，卸料板与凸模的间隙应小于冲裁间隙。弹性卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用在冲裁料后在 下的板料，由于有压料的作用，冲裁件比较平整。弹压卸料板与弹性元件、卸料螺钉组成弹压卸料装置。卸料板与凸模之间的单边间隙选择（ t，若弹压卸料板还要起到对凸模导向作用时，两者的配合间隙应小于冲裁间隙。 卸料装置的选择 本冲裁件的板料厚度 t=为了保证冲裁件平整，使工件在下一道工序中容易定 位，这里选用弹性卸料装置。由于本模具已选用了标准导向模架，不需要卸料板对凸模起导向作用，所以卸料板与凸模的间隙可取大一点，单边间隙取0 . 1 6 m 80 . 20 . 2 。 弹性元件的设计 弹性元件通常选用弹簧和橡皮，但考虑到模具结构的 具体情况，这里选用弹簧作为卸料装置中的弹性元件。卸料装置中的弹簧，一般不进行强度设计，而是按标准选用。 由 料力 1） 据模具结构初定 4根弹簧，每根分担的卸料力 29 88 . 45 3 . 7/ 4/P 5 nP 每根弹簧的预压力 9 9 5 5预 （ 2） 据预压力 P 预 和模具结构尺寸，由附表 6选 84弹簧，其 8 83 4 0 01 均。 （ 3） 检验弹簧是否满足总1，参照附表 6弹簧负荷曲线，计算出弹簧特性数据如表 2 表 2弹簧的规格 14 综上所述，序号 851 F 总 ，但是序号 85弹簧最合适，因其它弹簧太长，会使模具高度增加，特别是使凸模 增高。 由附表 65弹簧规格见表 5 表 285 号弹簧规格 由此可知，弹簧的装配高度为 F 预 =120 12=108 （ 落料凹凸模的设计 凸模结构的确定 凸模结构通常分为两大类。一类是镶拼式，另一类式整体式整体式中，根据加工方法的不同，又分为直通式和台阶式。根据落料件的外形尺寸和形状，凸模采用台阶 式。凸模简图如图示 此落料模式采用弹压卸料装置的简单模，落料凸模长度应按下式确定 211 中 1h 凸模固定板长度 2h 卸料板厚度 H 弹簧的自由长度 弹簧序号 H/1/1= 预 / 总 /4 5 6 7 8 9 = F 预 + F 工作 + F 修模 ， F 工作 = +3= F 修模 =5簧外径 D 材料直径 d 最大负荷 由高度 H 最大压缩量 距 t 600400N 12015 1H 弹簧握座的深度 h 卸料板下平面高出凸模下平面的距离 212201 2 028 L 138 凹模结构确定 常用凹模洞口类型如图 5中（ a， b， c）型为直筒式凹模，其特点是制造方便，刃口强度高，刃后工作部分尺寸不变， d， e 型锥筒式刃口，在凹模内不补给材料，修壁磨损小，但刃口强度差，刃磨后刃口径向尺寸略有增大。落料件使用材料为 锈钢，强度高，加工硬化显著，对凹模洞口强度要求高，且此模具采用下出件 方式，故选用 凹凸模工作部分尺寸设计 冲裁件的精度主要取决于凸模和凹模刃口的尺寸和公差。和的间隙值也靠它来保证。因此，正确计算凸模和凹模刃口的尺寸和公差，是冲裁模设计只中的一项重要工作。计算时综合考虑模具的磨损规律，冲裁变形规律，冲裁件的精度要求和模具制造的特点。 从生产实践中可以发现： （ 1）于凸模与凹模之间存在间隙，使落下的料或冲出的孔都带有锥变。且在冲裁过程中落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。 （ 2）在测量和使用中，落料外径是以大端尺寸为基准，冲孔件 以小端尺寸为基准 （ 3）冲裁时凸模和凹模要与工件或废料发生摩擦，磨损的结果时凸模尺寸变小，凹模尺寸变大，间隙总是增大的。 计算凸模与凹模刃口尺寸和公差时，应遵循下述原则： （ 1）料模时，应以凹模尺寸为基础，靠缩小凸模尺寸以获得间隙；设计冲孔模时，应以凸模尺寸为基准，靠扩大凹模尺寸获得间隙 （ 2）根据冲裁模在使用过程中的磨损规律：凹模的磨损使落料件轮廓尺寸增大，故设计落料模时，必须使凹模内径的基本尺寸接近或等于工件的最小极限尺寸；凸模的磨损使冲孔件径向尺寸减小，故设计冲孔模时，必须使凸模外径接近或等于工件的最 大极限尺寸。 （ 3）无论是落料或冲孔，模径磨损后间隙总是增大的，为了使模具在合理间隙 16 范围内有较大磨损量，新模具应取最小合理间隙值。 （ 4）选择冲孔模刃口制造公差时，应考虑工件的公差要求。如果对刃口公差要求过高，会使模具制造困难，增加生产成本，延长制模周期。如果要求过低，则生产出来的工件可能不合格，降低了模具的寿命。 由于模具加工方法不同，凸模和凹模刃口部分尺寸的计算公式与制造公差的标准也不同，刃口尺寸的计算方法可分为两种情况：凸模与凹模分开加工和凸模与凹模配合加工。由于冲压件的形状不规则，为了保证凸凹模间有 一定的间隙值，采用配合加工。根据以上原则，以凹模为基准靠缩小凸模尺寸获得间隙，且凹模工作部分的尺寸均属第一类尺寸 1，即凸模或凹模磨损后会增大的尺寸，故按下式计算 0m a x( ） 中 工件的基本尺寸（ 落料凸或凹模的刃口尺寸（ 工件的公差； x 系数，为了避免多数冲裁件尺寸都极限尺寸。 落料件公差等级为 表 工件外形尺寸的极限偏差值为 见表 2 d，按工件精度由表 2 75.0x ， 故 凹模的工作尺寸： 尺寸为 284时， ）（凹D 尺寸 为 260时， ）（凹D 尺寸为 288时， ）（凹D 尺寸为 210时， ）（凹D 所以凹模的基本尺寸分别为 ， ， 查表 1此冲裁模合理得间隙范围为 17 落料凸模的基本尺寸与凹模相同，分别为 ： ， ， 以 双面间隙与落料凹模配做。 凸凹模工作表面技术要求 凸凹模加工后的工作表面，应该平整圆滑，特别是侧面，由于存在着两种不同尺寸的四个平面共同组成，其两个平面之间的过渡一定要圆滑，不允许有尖角存在，其他部分不允许有影响使用的砂眼，裂纹和机械损伤等缺陷。 凸模工作表面，特别是凸模的 端面处，在冲裁过程中对材料的摩擦阻力有助于冲裁。因此，在不影响零件表面质量的情况下，凸模端面的粗糙度此凸模选用 aR m凸模工作圆柱面粗糙度为 m凹模工作表面对材料的摩擦阻力对冲裁是有害的，应尽量减少和避免，所以凹模工作型腔表面粗糙度要求比较高，这里取aR m 凸凹模材料 根据模具的工作条件和性能要求，同时考虑到工厂锻造、热处理和机械加工的具体情况，凸凹模的材料均选用 导向装置 导向装置的选择 为保证模具工业工作时凸凹模间的间隙分布均匀 ,延长模具使用寿命 ,便于模具安装和冲压生产的安全 ,这里使用了具有导向装置的标准模架。 生产中常用的模架有对角导柱模架，后侧导柱模架，两侧导柱模架和四角导柱模架。为了使用操作比较方便，而且落料件，简单 ，中型，参照表 2用对角导柱模架。这种模架使用操作方便，横向送料和纵向送料均可，而且导向比后侧导柱模架稳定。 导向装置尺寸确定 根据 确定的凹模周界尺寸 396D 外，参照附表 8用0为2 9 02 4 54 0 04 0 0 A 型模架， 2305023045 和 号 B 型导柱， 5314045 和5314050 号 18 （ 1）上模座主要尺寸 参照附表 8上模座主要尺寸列表如下
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