汽车车门升降器壳体件冲压工艺方案研究

汽车车门升降器壳体件冲压工艺方案研究

以东风发明2006年公共汽车自动玻璃降降器为例，图1显示了汽车玻璃升降器外壳的形状。材料为08钢板，板厚1.5mm，中批量生产，压力生产，需要准备冲孔技术。基本性能如表1所示。2冲压件的工艺分析根据产品的应用场合和技术要求,进行工艺分析。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3个均布的小孔Φ3.2mm用铆钉铆接在车门座板上。传动轴6以IT11级的间隙配合装在外壳件右端孔Φ16.5mm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。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Φ16.5mm、Φ22.3mm和16mm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,3个Φ3.2mm小孔与Φ16.5mm间的相对位置要准确,小孔中心圆直径Φ42±0.1mm为IT10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d凸dd凸d、hdhd都比较合适,拉深工艺性较好。Φ22.3mm、16mm的公差要求偏高,拉深件底部及口部的圆角半径R1.5mm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。3个小孔Φ3.2mm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Φ22.3mm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。3冲压件工艺过程确定3.1工艺方案的分析比较外壳为拉深件,所以拉深为基本工序。凸缘上3个小孔由冲孔工序完成。该零件Φ16.5mm部分(见图1右侧)的成形,可以有3种方法:采用阶梯拉深后车去底部;采用阶梯拉深后冲去底部;采用拉深后冲底孔,再翻边的方法(如图3所示)。第1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2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3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21mm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。3.2工艺方案的确定3.2.1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1,零件Φ16.5mm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:Κ=1-2(Η-0.43r-0.72t)D(1)K=1−2(H−0.43r−0.72t)D(1)将翻边高度Η=5mm‚翻边直径D=16.5+1.5=18mm‚翻边圆角半径r=1mm‚材料厚度t=1.5mm带入上式‚得翻边系数∶Κ=1-218(5-0.43×1-0.72×1.5)=0.61(2)预冲孔孔径d=DK=11mm,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,现选择翻边系数0.61>0.5,故能由冲孔后直接翻边获得H=5mm的高度。翻边前的拉深件形状与尺寸如图4所示。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凸d=5023.8=2.1,查拉深工艺资料,得凸缘修边余量δ=1.8mm,实际凸缘直径d′凸=d凸+2δ=(50+3.6)mm≈54mm。毛坯直径D按以下公式(3)计算,式中的dp是指凸出圆最大直径(见图4中尺寸是54mm)。D=√d2p+4dΗ-3.44d×r=√542+4×23.8×16-3.44×23.8×2.25=65mm(3)3.2.2计算拉深次数n因为t/D=2.3%‚d′凸D=5465=0.83m总=dD=23.865=0.366,初定R1≈(4～5)t,由文献可查得:极限拉深系数[m1]=0.44,[m2]=0.75,由[m1][m2]=0.44×0.75=0.33,所以m总>[m1][m2]。需要两次拉深,取拉深次数为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=2.55mm,约为1.5t,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3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m1=0.56,m2=0.805,m3=0.812,使m1×m2×m3=0.56×0.805×0.812=0.366。3.2.3工序的组合和顺序确定对于外壳这样工序较多的冲压件,可以先确定出零件的基本工序,再考虑对所有的基本工序进行可能的组合排序。将由此得到的各种工艺方案进行分析比较,从中确定出适合于生产实际的最佳方案。外壳的全部基本工序为:落料Φ65mm,第1次拉深、第2次拉深,第3次拉深、冲底孔Φ11mm,翻边Φ16.5mm,冲3个小孔Φ3.2mm,修边Φ50mm,如图5所示,共计8道基本工序,据此可以排出以下5种工艺方案,参见图5。方案1:落料与首次拉深复合(见图5a),其余按基本工序。方案2:落料与首次拉深复合,冲Φ11mm底孔与翻边复合(见图6a),冲3个小孔Φ3.2mm与切边复合(见图6b),其余按基本工序。方案3:落料与首次拉深复合,冲Φ11mm底孔与冲3个小孔Φ3.2mm复合(见图7a),翻边与切边复合(见图7b),其余按基本工序。方案4:落料、首次拉深与冲Φ11mm底孔复合(见图8),其余按基本工序。方案5:采用级进模或在多工位自动压力机上冲压。分析比较上述5种方案,可以看出:方案2中,冲Φ11mm孔与翻边复合,由于模壁厚度较小a=16.5-112=2.75mm,小于凸凹模间的最小壁厚3.8mm,模具极易损坏。冲3个小孔Φ3.2mm与切边复合,也存在模壁太薄的问题,此时a=50-42-3.22=2.4mm,因此不宜采用。方案3中,虽解决了上述模壁太薄的矛盾,但冲Φ11mm底孔与冲3个小孔Φ3.2mm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4中,落料、首次拉深与冲Φ11mm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5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1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