玻璃升降器扇形齿板精冲工艺

玻璃升降器扇形齿板精冲工艺
第一汽车制造厂王新华..执笔..
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【摘. 】介绍了1 2 3 43 型汽车玻璃升降器扇形齿板精冲原理
、模具的设计及结构,
认为精冲扇形齿板可提高其使用性能和寿命, 并可降低生产成本
。
主肠词. 玻玻升降器一齿板精密冲压
扇形齿板是车门玻瑞升降器的重要传动
零件。它的齿形精度、断面质量和平面度,
对玻璃升降器的传动精度、传动平稳性和耐
用度等有很大影响。
采用普通冲压工艺落料冲制扇形齿板,
精度低
、
断面质量差, 因而影响了产品的使
用性能
。为了提高精度和断面质量, 可采用
切削加工的办法来加工齿形, 但是生产效率
太低, 成本太高
。
根据国内外精冲技术的发展现状和工厂
的生产情况, 我们在普通曲柄压力机上, 安
装一套液压装置和精冲模具, 实现了扇形齿
板的精冲, 解决了扇形齿板的精度与生产效
率之间的矛盾。
由于扇形齿板的形状复杂, 精度要求
高, 零件尺寸较大, 精冲模具的精度要求
高, 受力大, 因此, 正确地设计和制造精冲
模具, 是实现精冲工艺的关键之一。
一、扇形齿板工艺分析
入· 、、
牙
荔Α 二二闷如产叹、寸产
全
3 . 上模Β . 板片Χ
。下模
变截面区段轧制成锥形, 接着在图Δ 所示的
辊锻模具上轧制。
上模的工作表面是变直径
的, 下模为同心式辊锻模
。
在一台通用辊锻机上采用图Ε
、图Δ 所
示的辊锻模具成形变截面簧片时, 重要的是
应按变截面簧片纵向宽展规律确定立辊模具
的辊形曲线, 根据双楔形工件轧制变形时的
前滑规律设计立辊模具
。但变故面辊锻系属
单楔形工件轧制, 故模具设计中也要计算好
单楔形工件轧制时前滑值的大小
。
同时也要
注意精辊工艺中其它各种工艺参数的选取和
确定
。
此外, 还要有适合变截面成形所需的
稳定可靠的送料装置或机械手。
采用精密辊锻工艺生产的变截面簧片,
尺寸精度较高, 宽度误差在士> . 动Φ .% 以
内, 厚度误差在士>
.
Β> 二二以内, 侧弯可控
一Χ Γ 一汽车技术

从产品的使用要求看, 主要应保证齿形
部分的精度和粗糙度..图3 ..
。
在齿板的四个
孔中, 要保证

功3Χ 和功; Β 二孔的精度..用于
装配..
。
角半径. .. > . :)..)为料的厚度.. 的圆弧连接。
为了保证模具工作部分复杂形状的配合
精度, 采用线切割加工制造模具。但是, 线
切割机床只能加工直线、圆弧和由直线友圆
弧构成的图形, 不能加工渐开线。
因此, 扇
形齿板的渐开线齿形, 只能用近似圆弧代
替。
但误差必须在制件精度允许范围内。
二、精冲原理
图Β 是精冲原理示意图
。在冲裁过程
中, 凸模接触板料之前, 压料圈的Η 形齿以
强大的压力尸齿压人板料, 从而使板料产生
模向侧压力, 以阻止板料在剪切表面内撕裂
和金属横向流动。在凸模以剪切力尸剪压入
板料的同时, 反压板的反压力尸反也将板料
压紧
。这时, 剪切区处于三向压应力..静水
压..状态。凸模继续下行, 实现无撕裂纯剪切。
图3 1 2 3 43 型汽车扇形齿板
从精冲工艺看, 为了使产品获得良好的
断面质量和提高模具寿命, 制件的外轮廓应
避免出现尖角。凡是过渡的地方, 通常用圆图Β 精冲示意图
制在Χ Φ 。Ι Φ 范围内, 而且两侧圆角过渡均
匀, 表面光洁平整, 满足少片板簧的设计与
制造要求, 其生产率为3 > Α 3Β > 片Ι 小时。
目前, 已采用精密辊锻工艺试制出3 ΧΒ
型汽车前后变截面板簧、. Κ 34 。型汽车
变截面副簧及某农用汽车前后变截面板簧
等。这些板簧均已由主机厂装车试验, 并准
备批量生产。
吉林工业大学东丰联合钢板弹
簧厂, 也已批量生产了日本尼桑1 3Β + 型客
车
、丰田吉普车、苏联伏尔加牌轿车等少片
变截面板簧, 部分解决了进口车变截面板簧
的配件向题。
四、结语
上面比较详细地叙述了等宽变截面簧片
3 匀Δ ; 年第Λ 期
的成形工艺
。
所涉及到的几种工艺, 均不需
要诸如一般方法那样的切除飞边、
磨削毛
刺
、
去除棱边、整修俩面圆角等工序, 因而
是批量生产变截面簧片的较为有效的方法。
几年来的实践表明, 精密辊锻工艺具有
设备及工装简单、
投资少、生产过程稳定可
靠
、维修使用方便、生产率较高
、
产品精度
高、
便于推广应用等特点, 因此, 它是高质
量
、
大规模、
低成本生产汽车少片板簧切实
可行的工艺
。
..责任编杯郭微..
一Χ Ε 一

在普通压力机上进行精冲时, 采取在压
力机与精冲模具之间增加一套液压模架的办
法, 以获得精冲所必须的三个力..尸剪、尸齿
和尸反.. 。在液压模架的上模板和下模板中,
各设有一个油缸..检塞.. , 用液压泵站向油缸
供压力油, 并借助压力机和模具的动作来产
生强大的压料力和反压力。
三、精冲模具的设计与计算
, . 精冲压力的计算
为了选择适当的

压力机和便于调节液压
系统的压力, 必须计算精冲时的各种压力。
..... 剪切力尸剪
尸剪Μ 尸外十尸孔
Μ ..Ν 外Ο Ν 孔..
。
) . 口.
式中尸外—外形落料力, Π
尸孔一一冲孔力, Π
Ν 外—落料刃口长度, Φ Φ
Ν 孔—冲孔刃口长度, Φ Φ
) —坯料的厚度, Φ Φ
。.
—极限强度, 对于Β; 钢取% 一
; ΧΛ Θ < %
则< 剪Μ 〔Γ Χ > Ο . Ρ ..;
. Β Ο 3 Χ Ο Β Ρ 3 ; ..〕
Ρ Χ Ρ ; Χ Λ Μ 3Β Γ 4 ../ Π ..
..Β .. 齿圈压力尸齿
尸齿二..> . 4 Α > . Γ ..
. 尸外
Μ ..> . 4 Α > . Γ .. Ρ Γ Χ > Ρ Χ Ρ ; Χ Λ
Μ 4 > Ε 一Γ 3 3 ../ Π ..
..Χ .. 反压力尸反
尸反Μ Σ · Τ
式中Σ —制件面积, Φ Φ ,
Τ —单位压力, 通常Τ Μ 3Λ . Γ Α
Γ Δ . Γ Θ < %
则尸反Μ , · ; 3 Β ·
..3 Λ . Γ 一Γ Δ
.
Γ ..Ι Β
Μ Β > Β Α Ε > Ε ../ Π ..
..4.. 退料力尸退
尸退Μ ..> . 3Α > . 3 ; ..
. 尸剪
Μ ..> 。3 Α >
. 3 ; .. Ρ 3 Β Γ 4
Μ 3 Β Γ 一3 Λ > ../ Π ..
..;.. 压力机总压力尸总
尸总二尸剪十尸齿Ο 尸反
Μ 3 Β Γ Χ Ο ..4 > Ε Α Γ 3 3 .. Ο ..Β > Β Α Ε > Ε ..
Μ 3 Δ Ε Β Α Β ; Δ 3 ../ Π ..
由此, 选择Β ; > > / Π 压力机。
Β . 精冲模具结构方案的选择
精冲模具有固定凸模式和活动凸模式两
种
。对于在普通压力机上加液压模架的精
冲, 一般采用固定凸模式结构, 即凹模和凸
模装在下底板上, 凸凹模和齿圈压板装在上
底板上
。这种结构受力平衡, 适于大型、厚
料和复杂零件精冲。但因精冲后制件、条料
和冲孔废料都留在模子上, 操作不方便, 不
仅影响生产效率, 而且会因废料未清除干净
而继续工作时造成模具损坏
。因此, 根据产
品的使用要求, 可只对外形精冲, 而对孔只
作一般冲孔处理。
这样可将固定凸棋式结构
倒过来装, 即将凸凹模装在下底板上, 冲孔
废料可从下面漏出, 操作既方便又安全。
对于
精度要求较高的两个孔, 可以采用小间隙冲
孔, 在外形精冲时一起冲, 基本上可达到近
似精冲的效果
。
Χ . 精冲模具
精冲模具如图Χ 所示
。
它装在液压模架
内, 然后一起装于< Υ . . Β ; + Ι Β ; > > 压力机上。
精冲前, 液压模架的下油缸通过托杆Β
将齿圈压板Χ 托起至高出凸凹模Λ 的刃口平
面。同时, 上油缸通过推杆Ε 将反压板Δ 推
至露出凹模Γ 的刃口平面。
送人板料并以挡料销4 定位。
上模下行, 凹模Γ 和齿圈压板Χ 将板料
压紧, 并在压料齿圈的作用下, 使落料刃口
附近的板料处于三向应力状态
。同时, 反压
板Δ 和凸凹模Λ 将板料内圈压紧。
上模继续下行, 上
、
下模刃口对板料进
行纯剪切精冲
。
精冲完成后, 上模升起, 下油缸通过托
杆Β 和齿圈压板Χ 将条料从凸

凹模Λ 上退
出, 上油缸通过推杆Ε 和反压板Δ 将制件从
凹模Γ 中顶出。冲孔废料留在凸凹模Ε 的孔
内, 在以后继续冲压时, 废料将一个推一个
一Χ Δ 一汽车技术

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.
图Χ 扇形齿板精冲模
3
。下底板Β 。托杆Χ . 齿圈压板4 。挡料销; . 保护销
Γ . 凹模了。推杆Δ
。反压板Λ
。凸凹模
地从下底板3 的废料槽中排出。
对高度。
取出制件, 至此, 完成一个工作循环。精冲前, 齿圈压板高出凸凹模刃口平面
4 . 几个工艺参数的选择和工艺问题的的尺寸, 取决于液压系统的刚性。考虑到液
处理压系统中可能存有气体, 所以高出的尺寸以
..3 .. 压料齿圈的齿形和尺寸. Φ 二左右为宜, 反压板露出凹模刃口平面
压料齿圈的齿形和尺寸对精冲件的质量的高度以> .
Χ 一。.
#Φ 二为宜..过高会影响制
有很大影响。为了获得较好的断面质量, 在件的乎面度, 过低则影响压料和顶件..
。压料
凹模和齿圈压板上均设有压料圈..双面齿情况如图; 所示。
胭.. , 齿的形状和尺寸如图4 所示
。
戈
沙、
杯.
滋擞
图4 压料齿圈的齿形
..Β .. 齿圈压板和反压板对刃口平面的相
图; 精冲前棋具与工件的相对位置
..Χ .. 存油及排油
3 ΛΔ Δ 年第, 规一Χ Λ 一

为了使凸模和凹模在精冲时能得到润
滑, 在反压板接触制件的一面的内外型均有
倒角, 以便贮存润滑油。为了使板料上多余的
润滑油在精冲时能及时排出, 在上下齿圈相
对于制件的非关键部位..两斜边处.. 断开三
处
。
..4 .. 导向装置
因扇形齿板形状复杂, 轮廓尺寸比较
大, 所以上
、下模采用了刚性较好的滑动导
柱
。
为了便于操作, 采用了三副导柱
、衬
套。另外, 齿圈压板与下底板之间, 还采用
了四个小导柱。
四
、精冲模具的制造
3 . 精冲模具的技术要求
由于精冲模具的刃口间隙很小..每边小
于> . >Β + .( .. , 而且受力又比一般冲裁时大得
多, 因此, 对精冲模具的制造有较高的要求
。
... .. 模架的刚性要大, 精

度要高, 因
此, 上、
下底板采用. _ 4; 制作, 上、
下平
面平行度在Χ > Φ Φ 内不大于+ . >Β Φ Φ
。
采用
了无间隙冲模用的导柱和衬套, 配合表面的
粗糙度. % α 。.
>; , 锥度和椭圆度不大于
> . > > ; Φ Φ
。
..Β .. 凸模、凸凹模和凹模的刃口间隙,
每边不大于。. >Β Φ Φ , 并应均匀分布。
..Χ .. 凸模
、凹模和凸凹模的刃口形状和
尺寸精度, 应控制在士>
. +. Φ Φ 之内, 粗糙
度. 找α 3
. Γ 。
..4.. 凹模
、凸凹模和齿圈压板等主要零
件, 应具有较高的使用寿命
。
Β . 凹摸、凸凹摸和齿圈压板的二艺要
点
..3 .. 毛坯
凹模、凸凹模和齿圈压板均采用
1 . 3Β Θ + Η 钢制造
。
这种钢材在结晶过程中形
成大量共晶网状碳化物
。
这些碳化物既硬又
脆, 且分布不均匀, 降低了钢的机械性能和
热处理性能
。因此, 必须通过锻造来破碎共
晶碳化物网, 以期改善碳化物的分布..形成
理想的流线分布.. 。
锻造1 . 3Β Θ + Η 钢, 必须采用合理的加热
规范和锻造操作规程。毛坯先在Δ > 一Λ > ℃
预热, 然后转人高温炉均匀加热。
始锻温度
为3 > ; > Α 3 3 > > ℃, 终锻温度为Δ ; > Α Λ > > ℃ ,
采用综合锻造工艺..每一火次中包括纵向墩
拔和横向徽拔..
。经多次反复傲拔, 使碳化物
偏析达三级以上
。
锻后应及时在ΔΓ 。Α Δ Δ> ℃
炉内退火, 以消除锻造应力。锻件的硬度应
在β χ Β > Ε Α Β ; ; 范围之内。
..Β.. 热处理和冰冷处理
1 . 3Β Θ + Η 钢淬火, 有一次硬化和二次硬
化两种工艺。考虑到模具在以后的加工中温
度较高, 因此采担红硬性较好的二次硬化工
艺, 即3 > Γ > Α 3 > ; > ℃ 淬火, 油冷后; Β > Α
;4 > ℃ 回火。由于淬火温度较高, 为了更好
地消除内应力, 应进行多次..三次以上.. 回
火..每次Β 小时.. 。
1 . 3Β Θ + Η 钢淬火后, 仍有不稳定的残
留奥氏体, 在精冲过程中强大的剪切力、压
力
、冲击力及摩擦力的作用下, 残留奥氏体
转变为马氏体, 产生了相变应力, 因而容易
产生裂纹和崩刃。
通过冰冷处理后, 基本可
以消除这种现象。
..Χ .. 线切割加工
凸凹模、凹模、齿圈压板
、
反压板和固
定板等; 个主要零件, 由于形状复杂, 精度
要求高, 因此, 它们必须用统一的线切割加
工程序, 并采用间隙补偿的办法来获得不同
的配合。
为了能采用统一的线切割加工程序进行
,
间隙补偿, 制件轮廓必须是由圆或直线构成
的图形, 而且只能由圆与圆相切或直线与圆
相切构成。
扇形齿板的图形, 已经过上述处理, 故
可采用统一的线切割加工程序和间隙补偿.
在加工凸凹模时, 为了防止因废料的变
形而影响加工, 在线切割开始时, 不

应从毛
坯外面切入, 而应在废料处先钻一个穿丝孔
..图Γ.. , 从穿丝孔开始切入, 废料就不会变形。
一4 > 一汽车技术

仁不不七
七
.
丝
线切创起始点
.. ‘ ..
级切翻起始点穿丝孔
.. . ..
图Γ 线切割加工凸凹模时加工起始点的选择
..% .. 不正确..... 正确
对于凸凹模和凹模, 由于其刃口的间隙
很小, 因此, 线切割时应按“ 无间隙” 加
工, 然后稍加研磨, 这样才能获得小于
。. >Β Φ Φ 的刃口间隙
。
..4 .. 研磨
为了消除..或减轻.. 线切割加工后刃口
表面残留的烧伤和显微裂纹, 也为了降低加
工表面的粗糙度, 凸凹模和凹模在完成线切
割加工后, 应进行研磨加工。
研磨板用铸铁制造
。
轮廓用加工凸凹模
和凹模所用的同一程序线切割加工而成, 尺
寸用间隙补偿的办法控制在与被研工件每边
有。. >; Φ 二的间隙
。用不同粒度的研磨膏进
行粗研和精研, 每面研磨量为。. > ; Α > . > 3>
:( Φ
。在研磨过程中, 注意将凸凹模和四模
的刃口进行试配合, 使
.
其每边间隙不大于
> 。> Β 坦皿。
五、精冲工艺调试
精冲工艺调试包括液压系统和精冲模具
两部分的调整。
3 . 安装精冲摸具时应注意的问题
..3.. 由于精冲模具刃口间隙很小, 为了
避免因导向不良等原因而损坏刃口, 通常凸
模的刃口不进人凹模内。在安装精冲模具
时, 要特别注意调节压力机滑块的下止点位
置, 使凸模与凹模的刃口以刚能切下制件为
宜。
..Β.. 模具安装完且液压模架通油后, 应
检查模具主要零件的相对高度..参见图; ..
是否符合要求, 并检查保护销是否装好, 以
免在没有送入坯料时压坏压料齿圈
。
Β . 液压系统的调试
工作前, 先将油路中的气体排净。
低压油路的系统压力调至. Θ < % 左右。
若压力太低, 则退不下料来, 若压力太高,
不仅使压力机和模具的负荷增大, 而且会把
液压模架中的活塞压盖螺钉拉断。
当压力机滑块下行, 上模压紧板料时,
由于单向阀的作用, 高压油路系统封闭, 产
生增高闭压效应。
工作压力由高压溢流阀来
调节。
调试结果表明, 下模的压料力取
3 Β Θ < % 、
上模的反压力取Γ Α #Θ < % 为宜
。
为了防止制件压人废料, 同时希望凹模
把制件随上模带起, 单向节流阀应调至适当
的位置, 使顶出制件的动作适当滞后于冲裁
的动作
。
Χ . 调试中容易出现的几个问题及解决
的办法
..3.. 制件断面出现裂口
制件的两斜边及部分齿顶出现裂口, 这
是Γ 根托杆的长度不一致造成的。
另外, 有
一段压料齿圈距刃口太近, 致使板料未达到
三向压应力状态, 因此冲裁过程不是纯剪
切, 而是在撕裂状态下剪切的, 因而也产生

裂口。
将Γ 根托杆磨成同高, 并将四模刃口修
成> . >; Α >
. . Φ Φ 的圆角, 在适当的压料力
作用下, 就可消除裂口。
..Β .. 粘料
板料上涂有润滑油, 冲完后, 制件有时
粘在反压板上, 影响生产效率和带来不安全
因素
。
在反压板上加弹簧顶销, 即可顺利卸
件。
..Χ .. 制件不平
如果反压板高出凹模刃口太多, 精冲前
先将坯料顶弯, 再加上排气不畅通, 那末,
即使加大反压力, 制件仍不平。如果将上模
推杆磨短, 保持反压板露出凹模刃口。.
Χ Α
。. # Φ Φ , 并在凹模背面磨出通气槽, 使排
3 ΛΔ 年第Λ 姗一4 3 一

气畅通, 即可解决制件弯曲的问题。
4 . 精冲用润滑油
精冲时压力很大, 普通润滑油的油膜容
易被破坏, 因此, 必须使用专用的精冲润滑
油。
六
、制件质且及性能试验
, . 制件质皿
表3 列出了精冲件与普通冲裁件的对比
检测结果
。
测内容
表3
设
制件质量检测结果
计要求普通冲裁件Ω 精
渐开线齿形误差..卜Φ ..
公法线长度..Φ Φ ..
平面度误差..也坦..
齿形包含的中心角.. . ..
孔心距..Φ Φ ..
孔径..Φ )( ..
光亮带占料厚的比率..δ ..
垂直度..
’..
粗糙度
; Ε
。
Ε 3
Ο >
。
> Λ 4
一>
。
3 Δ Δ
α ε。;
3 ; Δ
; ; 士>
。
> Λ ;
3 Χ Ο 再3 Β
⊥ ; 3一Ξ
3 Γ一Χ 。一
; ,
‘
; 万一Γ ‘.
Γ ‘
3 ; ‘
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Γ ‘一; ‘’
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3 ; “ Ξ ’; Δ
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’ 。。Β
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·
3 Δ 3 3 Χ
·
> Λ
检一
.
0Κ甘ε(φ 3 ; )6 Χ >
Δ ;
约3Β
.
;Ι
甲
>. 鲜
Η
表面硬度β . 1 Χ Χ一4 >
β Θ Β Β Ε
..相当于β . 1 Β Χ ..
β Θ Χ 3 Ε
..相当于β . 1 Χ Β ..
断面质是
Β . 使用性能试验
将精冲的扇形齿板..不淬火.. 和原生产
的扇形齿板..普通冲压件经高频淬火.. 分别
装出三套玻璃升降器, 在其它条件相同的情
况下, 进行性能和寿命试验
。
..3.. 玻璃升降器的最大启动力矩
玻璃升降器的最大启动力矩见表Β
。
损量只有原生产件..淬火.. 的4Γ . Β Α Γ Λ . ; δ
。
七、结论
..3.. 采用精冲工艺不仅可以保证产品的
各种精度要求
3
. Γ Ι
‘ 二, ‘ , 山、‘二> .
Δ Ι
⊥ ⊥
, 娜. 四祖恤撰哟阵, 城土Ε 一
因而可提高玻璃升降器的使用性能和
表Β 玻瑞升降器的最大启动力矩..手柄处..
单位. Π · = Φ
臂的位置Ω原生产件Ξ精冲件
葬蹂翼馨袭泵擎位,
升降器特在上端
3 4 Ε
· > [ 4 Λ
·
+
3 Γ Γ · Γ 3 3 4 Β
·
>
Β 3 ;
。
Γ 3 3 4 Ε
.
>
..Β .. 制动可靠性
当升降器臂处于水平位置时, 通过门玻
璃重心加一个向下的力。当加到ΧΛ Β Π 时,
两种升降器均无打滑现象。
..Χ.. 寿

命试验
按∴χ Β Δ Δ Β 一Δ3 的要求, 对两种工艺生产
的升降器总成进行寿命试验, 均顺利通过四
万次台架寿命试验
。精冲件..不淬火..齿的磨
寿命, 而且节省了高频淬火工序, 从而降低
了成本
。
..Β.. 试验证明, 在普通压力机上用液压
模架和精冲模具来进行精冲是可行的, 且投
资少, 有利于在无精冲压力机的单位推广应
用。
..Χ.. 对制件齿形精度检测结果表明, 用
圆弧代替渐开线的计算和线切割加工扇形齿
板精冲模具的工艺是正确的、先进的。
它的
成功不仅使扇形齿板精冲成为可能, 使模具
制造和备件加工方便, 而且由此可简化现生
产的扇形齿板落料冲孔模的结构..凹模由镶
块改为整体.. 和制造工艺..用线切割代替插
齿.. , 因而可提高制造精度, 缩短制造周期和
降低成本。..责任编料宫蓄..
一4 Β 一汽车技术