求助機(jī)械系模具專業(yè)大專畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

【專家解說】：車窗玻璃升降器外殼沖壓模具設(shè)計(jì) 摘要】以AutoCAD和Pro/e為基礎(chǔ)，對汽車玻璃升降器外殼的模具進(jìn)行了設(shè)計(jì)，分析了玻璃升降器的市場需求。 探討了玻璃升降器外殼經(jīng)濟(jì)高效的生產(chǎn)方法，論述了沖壓模具設(shè)計(jì)的指導(dǎo)原則和一般步驟，包括分析零件工藝性、 初選壓力機(jī)、選擇標(biāo)準(zhǔn)模架、設(shè)計(jì)模具總體結(jié)構(gòu)以及工作零件。不僅有利于汽車工業(yè)的發(fā)展，并在現(xiàn)代沖壓模具設(shè)計(jì) 中有一定的意義。 【關(guān)鍵詞】玻璃升降器；拉深模具；沖壓工藝分析；模具結(jié)構(gòu) 0引言 汽車玻璃升降器在車輛的運(yùn)營中屬于常用件，使 用頻次較高，用戶對該件的關(guān)注程度也很高，為此生 產(chǎn)出既滿足數(shù)量又滿足使用要求的較高質(zhì)量的零件 尤為重要。 從目前汽車功能件發(fā)展的趨勢看，為方便使用，提 升車輛內(nèi)部品質(zhì)，許多廠商已將電動玻璃升降器系統(tǒng) 作為車輛的基本配置來設(shè)計(jì)，手動玻璃升降器己經(jīng)用 得越來越少，己經(jīng)有被電動玻璃升降器系統(tǒng)替代的趨 勢，為此國外眾多汽年制造商以及玻璃升降器生產(chǎn)商 都己將精力及財(cái)力集中到電動玻璃升降器系統(tǒng)的研究 及開發(fā)中。目前，我國汽車車身附件的開發(fā)技術(shù)與手段 與歐美日等發(fā)達(dá)國家相比有較大的差距，我們許多大 的車門玻璃升降器生產(chǎn)廠家基本都是利用外來樣件進(jìn) 行模仿開發(fā)，對該件在裝車后產(chǎn)生的綜合效果及車輛 在行駛中產(chǎn)生的問題缺乏系統(tǒng)的分析研究[1]。本文的主 要研究內(nèi)容就是車門玻璃升降器外殼的生產(chǎn)工藝及其 模具的設(shè)計(jì)。 1升降器外殼的說明 汽車車門上的玻璃升降是由升降器操縱的，主要作用就是保證車門玻璃 能夠順暢升降，以方便 駕乘人員在車輛上進(jìn)行 正常活動—保證車輛內(nèi) 部有良好的通風(fēng)、方便 駕乘人員在車內(nèi)不下車 就能與車周圍的人員進(jìn) 行交流。升降器部件裝 配如圖1所示。 升降器的傳動機(jī)構(gòu)裝在外殼內(nèi)，通過外殼凸緣上 均布的三個(gè)Φ3.2 mm的小孔鉚接在車門內(nèi)板上。傳動 軸6以IT11級的間隙配合裝在外殼件右端Φ16.5 mM的承托部位，通過制動扭簧3、聯(lián)動片9及心軸4與小 齒輪11連接，搖動手柄7時(shí)，傳動軸將動力傳遞給小 齒輪，繼而帶動大齒輪12，推動車門玻璃升降。 本沖壓件為其中的件5，如圖2所示。采用1.5 mm 的鋼板沖壓而成，保證了足夠的剛度和強(qiáng)度。外殼內(nèi)腔 主要配合尺寸Φ16.5+0.12 mm，Φ22.3+0.14 mm，16+0.2 mm 為IT11~IT12級。為使外殼與座板鉚裝固定后，保證外 殼承托部位Φ16.5 mm與軸套同軸，三個(gè)小孔Φ3.2 mm 與Φ16.5 mm的相互位置要準(zhǔn)確，小孔中心圓直徑 Φ42±0.1mm為IT10級。 2工件沖壓工藝性及方案確定 根據(jù)沖壓件零件圖，并結(jié)合可供選用的沖壓設(shè)備 規(guī)格以及模具制造條件、生產(chǎn)批量，對沖壓件的形狀 特點(diǎn)、尺寸大小、精度要求、原材料尺寸規(guī)格和力學(xué)性 能等因素進(jìn)行分析。首先，判斷該產(chǎn)品需要哪幾道工 序，各道工序間半成品的形狀尺寸由哪幾道工序完 成，然后逐個(gè)分析各道工序，裁定該沖壓件加工的難 易程度，確定是否需要采取特殊工藝措施。工藝分析 是要判斷產(chǎn)品在技術(shù)上能否保質(zhì)、保量地穩(wěn)定生產(chǎn)， 在經(jīng)濟(jì)上是否有效益。 工藝方案的確定是在沖壓件工藝分析之后進(jìn)行 的重要設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。本環(huán)節(jié)需要作以下幾步：1）列出沖 壓所需的全部單工序；2）對于所列的各道加工工序， 根據(jù)其變形性質(zhì)、質(zhì)量要求、操作方便等因素，對工序 的先后順序作出初步安排；3）經(jīng)過工序的順序安排和 組合，形成多種工藝方案，從產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、設(shè)備占用情況、模具制造的難易程度和壽命高低、生產(chǎn)成 本、操作方便與安全程度等方面進(jìn)行綜合分析、比較， 確立最佳工藝方案。 2.1沖壓工藝性分析 根據(jù)零件的技術(shù)要求，進(jìn)行沖壓工藝性分析，可以 認(rèn)為：該零件形狀屬旋轉(zhuǎn)體，是一般帶凸緣圓筒件，且 d凸/d，h/d都比較合適，拉深工藝性較好。只是圓角半 徑偏小些，Φ22.3+0.14，Φ16.5+0.12，16+0.2幾個(gè)尺寸精度偏高 （均高于表4-3和表4-6所列尺寸偏差[2]），這可在拉 深時(shí)采取較高的模具制造精度和較小的模具間隙，并 安排整形工序來達(dá)到。由于Φ3.2小孔中心距要求較 高精度，按照規(guī)定，需要采用精密沖裁（即尺寸精度可 達(dá)IT8~IT9級，斷面粗糙度Ra值為1.6~0.4μm，斷面 垂直度可達(dá)89°30′或更佳[3]）同時(shí)沖出三小孔，且沖孔 是應(yīng)以Φ22.3 mm內(nèi)孔定位。 該零件底部Φ16.5 mm區(qū)段的成形，可有三種方 法：1)可采用階梯拉深后車去底部；2)可以采用階梯 拉深后沖去底部；3)可以采用拉深后沖底孔再翻邊， 如圖3所示。 在這三種方法中，第一種車底的質(zhì)量高，但生產(chǎn)率 低且浪費(fèi)材料，該零件底部要求不高不宜采用；第二種 沖底，要求零件底部的圓角半徑壓成接近清角（R≈ 0），這就需要增加一到整形工序且質(zhì)量不易保證；第三 種采用翻邊，生產(chǎn)效率高且省料，翻邊端部雖不如以上 的好，但該零件高度21mm為未注公差尺寸，翻邊完全 可以保證要求，所以采用第三種方案是較合理的。 2.2計(jì)算毛坯尺寸 計(jì)算毛坯尺寸須先確定翻邊前的半成品尺寸，翻 邊前是否也需拉成階梯零件，這要核算翻邊的變形高 度。翻邊前的半成品形狀尺寸如圖4所示。 2.3計(jì)算拉深次數(shù) d′凸/d=54/23.8=2.3>1.4，屬寬凸緣筒形件。 t×100/D=1.5×100/65=2.3，由表4-9[4]查有凸緣 件第一次拉深的最大相對高度h1/d1=0.45，而h/d= 16/23.8=0.67>0.45，故一次拉不出來。 當(dāng)d′凸/D=54/65=0.83，t×100/D=2.3時(shí)，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， 故兩次拉可以出來。 但考慮到二次拉深時(shí)，均采用極限拉深系數(shù)，故需 保證較好的拉深條件，而選用大的圓角半徑，這對該零 件材料厚度t=1.5 mm，零件直徑有較小時(shí)是難以做到 的，況且零件所要達(dá)到的圓角半徑（R=1.5 mm）又偏 小，這就需要在二次拉深工序后，增加整形工序。 在這種情況下，可采用三次拉深工序，以減小各次 拉深工序的變形程度，而選用較小的圓角半徑，從而在 可能不增加模具套數(shù)的情況下，既能保證零件質(zhì)量，又 可穩(wěn)定生產(chǎn)。零件總的拉深系數(shù)d/D=23.8/65=0.366， 調(diào)整后的三次拉深工序系數(shù)為：m1=0.55，m2=0.80， m3=0.832，m1×m2×m3=0.55×0.80×0.832=0.366。 2.4確定工序的合并與工序順序 由于本零件沖壓成形需多道工序完成，合理的成 形工藝方案十分重要。要考慮到生產(chǎn)批量為中批生產(chǎn)， 應(yīng)在生產(chǎn)各個(gè)零件的基礎(chǔ)上盡量提高生產(chǎn)效率、降低 成本。要提高生產(chǎn)效率應(yīng)該盡量復(fù)合工序，但復(fù)合程 度太高，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝、調(diào)試?yán)щy，模具成本高， 同時(shí)可能降低模具強(qiáng)度、縮短模具壽命。因此，當(dāng)工序 較多，不易一下確定工藝方案時(shí)，最好先確定零件的基 本工序，然后將這個(gè)基本工序作各種可能的組合并排 出順序，以得出不同工藝方案，再根據(jù)各種因素，進(jìn)行 分析比較，找出適合于具體生產(chǎn)條件的最佳方案。 對于本零件，需包括的工序有：落料，首次拉深，二 次拉深，三次拉深，沖Φ11孔，翻邊，沖三個(gè)Φ3.2孔， 切邊。 根據(jù)以上基本工序，可以擬出以下方案：落料與首 次拉深復(fù)合，二次拉深，三次拉深，沖誘11底孔，翻邊， 沖三個(gè)誘3.2孔，切邊。此工序復(fù)合程度低，生產(chǎn)效率 低。不過單工序模具簡單制造費(fèi)用低，這在中小批生 產(chǎn)中卻是合理的，因此采用第一方案。本方案在第三 次拉深和翻邊工序中，于沖壓行程臨近終了時(shí)，模具可 對工件產(chǎn)生剛性沖擊而起整形作用，故無需另加整形 工序。 2.5主要工藝參數(shù)的計(jì)算 各道工藝參數(shù)如毛坯直徑、拉深系數(shù)、各工序的圓 角半徑、沖裁力等的計(jì)算。這些參數(shù)的計(jì)算有的可以 計(jì)算的比較準(zhǔn)確如零件排樣的材料利用率、工件面積 等，有的只能是近似計(jì)算，只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式或圖表進(jìn) 行粗略計(jì)算。 圖3零件底部成形方法 （a)切割（b)沖切（c)沖孔翻邊 圖4翻邊前半成品形狀和尺寸 ·57·3模具設(shè)計(jì) 選定沖模類型及結(jié)構(gòu)形式時(shí)需根據(jù)工藝方案和零 件的形狀特點(diǎn)、精度要求、所選設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)、 模具制造條件等。在此介紹第一次工序所用的落料和 首次拉深復(fù)合模的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。 3.1模具結(jié)構(gòu)形式的選擇 只有當(dāng)拉深件高度較高時(shí)，才有可能采用落料、拉 深復(fù)合模，因?yàn)闇\拉深件若采用復(fù)合模，落料凸模（同 時(shí)也作拉深凹模）的壁厚較薄，強(qiáng)度不足。本零件的凸 凹模壁厚b=(65-37.25)/2=13.87mm，能保證足夠的強(qiáng) 度，故采用復(fù)合模是合理的。 圖5所示的為彈性卸料裝置的落料拉深復(fù)合模的 典型結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)落料采用正裝式，拉深采用倒裝式。 模座下的緩沖器兼作壓邊與頂件裝置，另設(shè)有彈性卸 料和剛性推件裝置。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是操作方便，出件暢 通無阻，生產(chǎn)效率高。缺點(diǎn)是彈性卸料裝置使模具的結(jié) 構(gòu)較復(fù)雜與龐大，特別是拉深深度較大，料厚、卸料力 較大的情況，需要較多較長的彈簧，使模具結(jié)構(gòu)過分地 龐大，所以適用于拉深深度不太大，材料較薄的情況。 為了簡化上模部分，可采用剛性卸料板（如圖6所 示），但其缺點(diǎn)是拉深件留在剛性卸料板內(nèi)，不易出件， 帶來操作上的不便，并影響生產(chǎn)效率。這種結(jié)構(gòu)適用于 拉深深度較大、材料較厚的情況。對于該零件，由于拉深 深度不算大，材料也不厚，因此采用彈性卸料較合適?？?慮到裝模方便，模具采用后側(cè)布置的導(dǎo)柱導(dǎo)套模架.3.2模具設(shè)計(jì)結(jié)果 全部設(shè)計(jì)完成后，模具 所需材料及其熱處理如表1 所示。 4結(jié)束語 本文對玻璃升降器外殼 作了全面的工藝分析，利用 了AutoCAD和三維建模工具 Pro/e進(jìn)行造型，主要研究玻璃升降器外殼經(jīng)濟(jì)高效的 生產(chǎn)方法，不僅有利于汽車工業(yè)的發(fā)展，并在現(xiàn)代沖壓 模具設(shè)計(jì)中有一定的意義。 參考文獻(xiàn) [1]張曉春.車門玻璃升降器失效原因分析[D].大連：大連理工 大學(xué)碩士學(xué)位論文，2003. 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