汽车玻璃升降器设计说明

汽车玻璃升降器

目录

第一章绪论2

1.1冲压加工的概述2

1.1.1 冲压的概念2

1.1.2 冲压加工与分类2

1.1.3 冲压与其模具技术发展2

1.2 冲压设备的选用与制造特点3

1.2.1 冲压设备的选用3

1.2.2 制造的特点和模具材料选用的原则3

1.3 模具CAD/CAE/CAM技术4

1.4 模具的发展与现状4

第二章产品分析6

2.1汽车玻璃升降器的应用6

2.2 升降器外壳的说明6

第三章设计方案分析8

3.1分析零件的冲压工艺性8

3.1.1零件的使用条件和技术要求8

3.1.2冲压工艺分析8

3.2确定冲压工艺方案10

3.2.1计算坯料尺寸10

3.2.2计算拉深次数12

3.2.3冲压工艺方案的确定14

第四章工艺分析计算23

4.1 工艺计算23

4.1.1确定排样、裁板方案23

4.1.3计算各工序压力、选用压力机27

4.2冲压工艺过程30

第五章模具设计32

5.1模具结构形式选择32

5.2 模具工作零件设计34

5.3 模具其他零件的选取和设计36

第六章设计心得38 致39

参考文献40

第一章绪论

1.1冲压加工的概述

1.1.1 冲压的概念

冷冲压是在室温条件下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需冲件的一种压力加工方法。

在冷冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成冲件（或零件的一种特殊工艺装备，称为冷冲模。合理的冲压成形工艺，先进的模具，高效的冲压设备是必不可少的三要素。

冲压成形作为现代工业中一种十分重要的加工方法，用以生产各种板料零件,具有很多独特的优势，其成形件具有自重轻、刚度大、强度高、互换性好、成本低、生产过程便于实现机械自动化与生产效率高等优点，是一种其它加工方法所不能相比和不可替代的先进制造技术，在制造业中具有很强的竞争力，被广泛应用于汽车、能源、机械、信息、航空航天、国防工业和日常生活的生产之中。1.1.2 冲压加工与分类

冲压加工因冲件的形状，尺寸和精度的不同，所采用的工序也不同，概括起来可以分为分离工序和成形工序。分离工序是指坯料在模具刃口做用下，沿一定的轮廓线分离而获得冲件的加工方法。分离工序主要有冲孔、落料、切断等。成形工序是指坯料在模具压力作用下，使坯料产生塑性变形，但不产生分离而获得具有一定形状的尺寸的冲件的加工方法。成形工序主要有弯曲、拉深、翻边、胀形等。

1.1.3 冲压与其模具技术发展

（1）冲工艺分析计算现代化

（2）模具计算机辅助设计、制造分析（CAD/CAM/CAE）一体化的研究和应用。

（3）冲压生产自动化。

（4）为适应市场经济的需求，大批量与多品种小批量生产共存，开发了适宜于小批量生产的各种简易模具、经济模具、标准化且容易交换的模具系统等。

（5）推广和发展冲压新工艺和新技术。

（6）与材料科学结合，不断改进板料性能，以提高冲件的成形能力。

（7）开发新的模具材料。

1.2 冲压设备的选用与制造特点

1.2.1 冲压设备的选用

压力机应根据冲压工序的性质、生产批量的大小，模具的外形尺寸以与现有设备等情况进行选择。压力机的选用，包括选择压力机类型和压力机规格两项容。 1．压力机类型的选择

（1）中，小型冲压件选用开式机械压力机。

（2）大，中型冲压件选用双柱闭式机械压力机。

（3）导板模或要求导套不离开导柱的模具选用偏心压力机。

（4）大量生产的冲压件选用高速压力机或多工位自动压力机。

（5）校直、整形和温热挤压工序选用摩擦压力机。

（6）薄板冲裁，精密冲裁选用刚度高的精密压力机。

（7）大型，形状复杂的拉深件选用双动或三动压力机。

（8）小批量生产中的大型厚板件的成形工序多采用液压压力机。

1.2.2 制造的特点和模具材料选用的原则

冲压加工与其他加工方法相比，无论在技术方面，还在经济方面，都具有许多独特的优点。主要有：

1）冲压加工是少无切削加工方法之一，是一种省能、低耗、高效、的加工方法。因而成本较低。

2）具有一模一样的特征，所以产品质量稳定。

3）冲压加工可以加工壁薄、重量轻、形状复杂、表面质量好.

4）冲压生产靠压力机和模具完成加工过程，其生产效率高、操作简便、易于机械化与自动化。

模具材料的选用，不仅关系到模具的使用寿命，也直接影响到模具的制造成本。选择模具材料应遵守如下原则：

1）满足使用要求，应具有较高的强度、硬度、耐磨性、耐冲击性、抗疲劳。

2）根据冲压材料和冲压件生产批量选用材料。

3）模具材料应具有良好的加工工艺性能，便于切削加工，淬透性好、热处理变形小。

4）满足经济性要求。

1.3 模具CAD/CAE/CAM技术

冲压技术的进步首先通过模具技术的进步来体现出来。对冲模技术性能的研究已经成为发展冲压成形技术的中心和关键。

20世纪60年代初期，国外飞机、汽车制造公司开始研究计算机在模具设计与制造中的应用。通过以计算机为主要技术手段，以数学模型为中心，采用人机互相结合、各尽所长的方式，把模具的设计、分析、计算、制造、检验、生产过程连成一个有机整体，使模具技术进入到综合应用计算机进行设计、制造的新阶段。模具的高精度、高寿命、高效率成为模具技术进步的特征。

模具CAD/CAE/CAM是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工程。它以计算机软件的形式，为企业提供一种有效的辅助工具，使工程技术人员借助于计算机对产品性能、模具结构、成形工艺、数控加工与生产管理进行设计和优化[4]。模具CAD/CAE/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本和提高产品质量已成为模具界的共识。

展望国外模具CAD/CAE/CAM技术的发展，本世纪的科学技术正处于日新月异的变革之中，通过与计算机技术的紧密结合，人工智能技术、并行工程、面向装配、参数化特征建模以与关联设计等一系列与模具工业相关的技术发展之快，学科领域交叉之广前所未见。今后10年新一代模具CAD/CAE/CAM系统必然是当今最好的设计理念、最新的成形理论和最高水平的制造方法相结合的产物，其特点将反映在专业化、网络化、集成化、智能化四个方面。主要表现在[4]：（1）模具CAD/CAM的专业化程度不断提高；

（2）基于网络的CAD/CAE/CAM一体化系统结构初见端倪；

（3）模具CAD/CAE/CAM的智能化引人注目；

（4）与先进制造技术的结合日益紧密。

1.4 模具的发展与现状

模具是工业生产中的基础工艺装备，是一种高附加值的高技术密集型产品，

也是高新技术产业的重要领域，其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志。随着国民经济总量和工业产品技术的不断发展，各行各业对模具的需求量越来越大，技术要求也越来越高。目前我国模具工业的发展步伐日益加快，“十一五期间”产品发展重点主要应表现在 [2]：

（1）汽车覆盖件模；

（2）精密冲模；

（3）大型与精密塑料模；

（4）主要模具标准件；

（5）其它高技术含量的模具。

目前我国模具年生产总量虽然已位居世界第三，其中，冲压模占模具总量的40%以上[2]，但在整个模具设计制造水平和标准化程度上，与德国、美国、日本等发达国家相比还存在相当大的差距。以大型覆盖件冲模为代表，我国已能生产部分轿车覆盖件模具。轿车覆盖件模具设计和制造难度大，质量和精度要求高，代表覆盖件模具的水平。在设计制造方法、手段上已基本达到了国际水平，模具结构功能方面也接近国际水平，在轿车模具国产化进程中前进了一大步。但在制造质量、精度、制造周期和成本方面，以国外相比还存在一定的差距。标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，与国外多工位级进模和多功能模具相比，存在一定差距]。

第二章产品分析

2.1汽车玻璃升降器的应用

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与玻璃升降器生产商都己将精力与财力集中到电动玻璃升降器系统的研究与开发中。

2.2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—保证车辆部有良好的通风、方便驾乘人员在车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2-2-1所示。升降器的传动机构装在外壳，通过外壳凸缘上均布的三个Φ3.2 mm 的小孔铆接在车门板上。传动轴6 以IT11 级的间隙配合装在外壳件右端Φ16.5 mm 的承托部位，通过制动扭簧3、联动片9 与心轴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2-2-2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。外壳腔主要配合尺寸Φ16.5+0.12 mm ，Φ22.3+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Φ16.5 mm 与轴套同轴，三个小孔Φ3.2 mm与Φ16.5 mm 的相互位置要准确，小孔中心圆直径Φ42±0.1mm 为IT10 级。

图2-2-1

1—轴套；2—座板；3—制动扭簧；4—心轴；5—外壳；6—传动轴；7—手柄；8—联动片；9—挡圈；10—小齿轮；11—大齿轮

图2-2-2

第三章 设计方案分析

3.1分析零件的冲压工艺性

3.1.1零件的使用条件和技术要求

该零件是汽车车门上玻璃升降器的外壳。升降器的传动机构装于外壳腔，并通过外壳凸缘上均布的三个 3.2mm ∅小孔，以铆接在车门的座板上。一传动轴以IT11级的间隙配合装在外壳右端16.5mm ∅的承托部位，摇动手柄可通过传动轴与其他零件，推动车门玻璃升降。

外壳腔主要配合尺寸为0.20.20.140

0016.5,16,22.3mm mm mm +++∅∅∅为IT11︿12级，为使外壳与座板铆装后，保证外壳承托部位16.5mm ∅处于正确位置，三个小孔 3.2mm ∅与16.5mm ∅的相互位置要准确，小孔中心圆直径420.1mm ∅±为IT10级。

3.1.2冲压工艺分析

该零件是薄壁轴对称壳体零件。可采用1.5mm 厚的08钢板冲成，保证了足够的刚度和强度。壳体形状的基本特征是一般带凸缘的圆筒件，且/,/F d d h d 都较合适。拉深工艺性较好。只是圆角半径偏小些，

0.20.20.1400016.5,16,22.3mm mm mm +++∅∅∅ 几个尺寸精度偏高些，这可在末次拉深时提高模具制造精度，减小模具间隙。并安排整形工序来达到。

由于 3.2mm ∅小孔中心距要求较高精度，需采用高精度冲模，工作部分采用IT7级以上制造精度，同时冲出三个小孔，且冲孔时应以22.3mm ∅孔定位。

区段的形成，可有三种方法：该零件底部16.5mm

第一种可以采用阶梯拉深后车去底部；如下图所示：

图3-1-1

第二种可以采用阶梯拉深后冲底孔；如下图所示：

图3-1-2

第三种可以采用拉深后冲底孔，再翻边。如下图所示：

图3-1-3

这三种方法中第一种车底的质量高，但生产率低，且费料，该零件承托部位要求不高，不宜采用；第二种冲底，要求底部的圆角半径压成接近清角即（R ≈0），这需要加一道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。

3.2确定冲压工艺方案 3.2.1计算坯料尺寸

计算坯料尺寸前要确定翻边前的工序尺寸。翻边前是否需拉成阶梯零件？这要核算翻边的变形程度，16.5mm ∅处的高度尺寸为

H ＝21－16＝5mm

根据翻边公式，翻边高度h 为

H=D/2(1－K)＋0.43r ＋0.72t

经变换后 K ＝1－2/D(H －0.43r －0.72t )

=1－2/18mm ×(5－0.43×1－0.72×1.5)mm ＝0.61

即翻边高度H ＝5mm,翻边系数K ＝0.61，由此可得翻边前孔径，即

d ＝D ×K ＝18mm ×0.61＝11mm,d ／t ＝11／1.5＝7.3

查表一，当采用圆柱形凸模，用冲孔模冲孔时，[K](极限翻边系数) ＝0.5＜K ＝0.61，即一次能完全翻出 H ＝5mm 的高度。 翻边前的工序件形状和尺寸如3-2-1所示。

查表二， 50 2.123.8d mm

d mm

==凸 取修边余量△R ＝1.8mm,则实际凸缘直径为：

250 3.653.6,54d d R mm d mm ''=+=+==凸

凸凸△取

表一 ：低碳钢圆孔极限翻边系数

表二：有凸缘圆图形拉深件的修边余量△R

图3-2-1

坯料直径按图3-2-2计算。则：

2

232

2222 D=4 3.44

54423.816mm 3.44 2.2523.8

d d h rd

mm mm

+-

=+⨯⨯-⨯⨯

凸

65mm

=

图3-2-2

3.2.2计算拉深次数

/54/23.8 2.26 1.4

F

d d mm

==＞，属宽凸缘筒形件

1.5100=100

2.3D 65t mm mm

⨯⨯=，查表三得 11/0.280.35h d =∽ 而 /16/23.80.670.35h d ==＞，故一次拉不出来。当取d=30mm 则 D/d=2.17, / 1.8F d d = 根据拉深计算曲线判断，可知首次拉深可行且 11/30/650.46m d D mm mm ===，

查表四得 230.73,0.75,m m ==120.460.730.336m m =⨯=

而工件总拉深系数 23.8/650.3660.336a m ==＞，因为总拉深系数小于第一次拉深系数，所以需要多次拉深。

但考虑到二次拉深时，接近极限拉深系数，故需要保证较好的拉深条，而考虑选用大的圆角半径，这对本零件材料厚度δ=1.5mm ，零件直径又较小时是难以做到的。况且零件所达到的圆角半径（R=1.5mm ）又偏小，这就需要在二次拉深工序后，增加一次整形工序。

在这种情况下，可以采用三次拉深工序，以减小各次拉深的变形程度，而选用较小的圆角半径，从而可能在不断增加模具套数的情况下，既能保证零件质量，又可稳定生产。

表三凸缘件以后各次拉深系数（适用于08·10钢）

表四凸缘件第一次拉深的最大相对高度h/d （适用于08·10钢）

零件总的拉深系数d/D=23.8mm/65mm=0.366,调整后三次拉深工序的拉 深系数为1230.56,0.805,0.81m m m ===

1230.366m m m =

3.2.3冲压工艺方案的确定

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，在考虑对所有的基本工序进行可能的组合排序，由此得到各种方案进行分析比较，从中确定适合于生产的最佳方案。

根据上面的分析计算，冲压外壳需要的基本工序是

落料φ65mm 、首次拉深 如图3-2-3所示

图3-2-3

第二次拉深如图3-2-4所示

图3-2-4 第三次拉深如图3-2-5所示

图3-2-5

冲底孔φ11mm 如图3-2-6所示

图3-2-6 翻边φ16.5mm 如图3-2-7所示

图3-2-7

冲三个φ3.2mm小孔如图3-2-8所示

图3-2-8

修边φ50mm如图3-2-9所示

图3-2-9

根据以上基本工序，可以拟定以下五种冲压工艺方案：

方案一：

落料与首次拉深复合见下图，其余按基本工序（各工序的模具结构原理图如图3-2-3～3-2-9所示）

3-2-10

方案二：

落料与首次拉深复合，（模具结构图如图3-2-10所示），冲φ11mm底孔与翻边复合（模具结构图如图3-2-11所示）冲三个小孔φ3.2mm与切边复合（模具结构图如图3-2-12所示），其余工序按基本工序。

图3-2-11

图3-2-12

方案三：

落料与首次拉深复合，（模具结构图如图3-2-13所示）冲φ11mm底孔与冲小孔φ3.2mm复合（模具结构图如图3-2-14所示）翻边与切边复合（模具结构图如图3-2-15所示）其余按基本工序。