汽车玻璃升降器外壳零件的冲压工艺及模具设计

汽车玻璃升降器外壳零件的冲压工艺及模具设计绪论模具作为提高生产率，减少材料和消耗，降低产品成本，提高产品质量和市场占有率的重要手段，已越来越受到各行业部门的重视。目前世界上模具工业的年产值约680亿美元。我国2004年模具产值为530亿元，模具出口4.91亿美元，同时还进口18.31亿美元。中国已经成为世界上净出口模具最多的国家。但大型多工位级进模具，精密冲压模具，大型多型腔精密注塑模，大型汽车覆盖件模具等虽已能生产，但总体技术水平不高，与国外先进国家相比，仍有很大差距。改革开放以来，随着国民经济的发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15%左右的速度发展，模具工业企业的所有制也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速的发展。到目前为止，中国约有模具生产厂家 2万家，从业人员有50多万人，全年模具产值高达450亿元以上。中国模具工业的发展在地域分布上存在不平衡性，东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。模具生产最集中的地区在珠江三角州和长江三角地区，其模具产值占全国的三分之二以上。而在模具制造领域中占有重要地位的冲压模具生产技术与工业发达国家相比还相当落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成型工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备方面与工业发达国家相比还有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与工业发达国家相比差距还很大。随着工业产品质量的不断提高，冲压产品生产正呈现多品种、少批量、复杂、大型、精密、更新换代速度快等特点，冲压模具正向高效、精密、长寿名、大型化方向发展。为适应市场的变化，随着计算机技术和制造技术的迅速发展，冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术向计算机辅助设计、数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造技术转变。近年来许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、 PRO/ENGINEER、等国际通用软件。以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得了很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。未来冲压模具的发展方向：模具技术的发展应该为适应模具产品交货期短、精度高、质量好、价格低、的要求服务。达到这一要求急需发展的如下几项：（1）全面推广CAD/CAM/CAE技术模具CAD/CAM/CAE技术条件已基本成熟，各企业加大CAD/CAE/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAE/CAM技术跨地区、跨行业、跨企业，跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。（2）高速铣削加工国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并获得了极高的表面光洁度。另外，还可以加工高硬度模块，还具有温升低，热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车，家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前他已向更高的敏捷性，智能化，集成化方向发展。（3）模具扫描及数字化系统高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能。大大的缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控机床及加工中心，实现快速采集，自动生成各种不同数控系统的加工程序，不同格式CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。模具扫描系统已在汽车，摩托车。（4）电火花铣削加工电火花铣削加工技术也称为电火花创成技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是用高速旋转的简单的管状电极做三维或二维轮廓加工，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中的应用，预计这一技术将得到快速的发展。（5）提高模具的标准化程度我国的模具标准化程度在不断提高，估计目前我国模具的标准件使用的覆盖率达到30%左右，而国外的达到了80%左右。（6）优质材料及先进的表面处理技术选用优质的钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命显得十分必要。模具热处理和表面的处理的发展方向是真空热处理。模具表面处理应完善并发展先进的气相沉积技术、等离子喷涂技术等。（7）模具研磨抛光将智能化、自动化模具表面的质量对模具的使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，抛光研磨智能化、自动化替代现有的手工操作，以提高模具的表面质量。（8）模具自动加工系统的发展这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；并配有随行的定位夹具，有完整的机具、刀具数据库；完整的数控柔性同步系统；质量监测系统。作为一名未来的模具设计师，这次冷冲模具的设计，就是我进行真实模具前的一次演练，是我自己对三年大学生活所学知识的一次综合应用，使我将三年所学知识连贯起来，在老师的指导下，进一步认识到自己的不足，近而加以巩固。这次设计使我对冲压模具有了更深刻的认识，认识到了冲压模具的重要性，让我对自己将要从事的工作充满了自豪感，对自己以后的工作充满了信心。我以后一定会尽自己最大的努力，在模具制造和设计行业作出自己的贡献，为我国的模具事业的发展贡献自己的力量。由于资料收集不足，文学水平有限，在设计中难免有不足之处，恳请老师批评指正。第1章零件的冲压工艺性分析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内腔,并通过外壳凸缘上均布的三个f3.2mm小孔,以铆钉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f16.5mm的承托部位，摇动手柄可通过传动轴及其他零件，推动车门玻璃升降．外壳内腔主要配合尺寸f16.5 12 . 0 0+mm、f16 2 . 0 0+mm、f22.3 14 . 0 0+mm为IT11～12级,为使外壳与座板铆装后,保证外壳承托部位f16.5mm处于正确位置,三个小孔f3.2mm与f16.5mm的相互位置要准确,小孔中心圆直径f42±0.1mm为IT10级.1.2冲压工艺性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d F /d,h/d都较合适,拉深工艺性较好.只是圆角半径偏小些,f22.3 14 . 0 0+mm、f16.5 12 . 0 0+mm、f16 2 . 0 0+mm几个尺寸精度偏高些,这可采用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f3.2mm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,同时冲出三个孔,且冲孔时应以f22.3mm内孔定位.该零件底部f16.5mm区段的成形,可有三种方法:一种可以采用阶梯拉深后车去底部;另一种可以采用阶梯拉深冲底孔;再一种可以采用拉深后冲底孔,再翻边如图2所示.图2外壳低部成形方案这三种方法中，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,要求零件底部的圆角半径压成接近清角(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，所以采用第三种方法是较合理的．第2章工艺方案的确定2.1计算坯料尺寸计算坯料前要确定翻边前的工序件尺寸．翻边前是否需拉成阶梯零件？这要核算翻边的变形程度，f16.5mm处的高度尺寸为H=21-16=5(mm)根据翻边公式，翻边的高度h为H= 2 D (1-K)+0.43r+0.72δ经变形后K=1- D 2 (H-0.43r-0.72δ)=1- mm 18 2 ×(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/d=11/1.5=7.3查表6-5[1]，当采用圆柱形凸模，用冲孔模冲孔时，[K](极限翻边系数)=0.50K=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图3a所示.dF/d=50mm/23.8mm=2.10.查表5-3，取修边余量ΔR=1.8mm,则实际凸缘直径为¢ F d =dF+2ΔR=50+3.6=53.6mm,取¢ F d =54mm．坯料直径按图3b计算，则D= 2 3 2 2 4 44 . 3 4 rd h d d-+= 2 2 2 2 8 . 23 25 . 2 44 . 3 16 8 . 23 4 54 mm mm mm´´-´´+=65mm2.2计算拉深次数dF/d=54mm/23.8mm=2.261.4,属宽凸缘筒形件 Dd×100= mm mm 65 5 . 1 ×100=2.3,查表5-13，a)b)图3冲孔翻边前工序件形状和尺寸得h1/d1=0.28～0.35而h/d=16/23.8=0.670.35,故一次拉不出来．按图5-23，初选d1，当取d=30mm则D/d=2.17,dF/d=1.8,对照图5-32，可知首次拉深可行且m1=d1/D=30mm/65mm=0.46,查表5-14得m2=0.73,m3=0.75,则m1m2=0.46×0.73=0.336而工件总拉深系数ma=23.8/65=0.3660.336,故二次可以拉出．但考虑到二次拉深时，接近极限拉深系数，故需保证较好的拉深条件，而选用大的圆角半径，这对本零件材料厚度为δ=1.5mm，零件直径又较小时是难以做到的．况且零件所要达到的圆角半径(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，可采用三次拉深工序，以减少各次拉深的变形程度，而选用较小的圆角半径，从而可能在不增加模具套数的情况下，既能保证零件质量，又可稳定生产．零件总的拉深系数为d/D=23.8mm/65mm=0.366,调整后三次拉深工序的拉深系数为m1＝0.56,m2=0.805m3=0.81m1m2m3=0.3662.3压工艺方案的确定根据上面的分析计算，冲压外壳需要的基本工序是落料、首次拉深、二次拉深、三次拉深兼整形，冲f11mm孔，翻边，冲三个f3.2mm孔、切边．根据以上基本工序，可以拟订出以下5种冲压工艺方案：方案一：落料与首次拉深复合，其余按基本工序．方案二：落料与首次拉深复合，冲f11mm底孔与翻边复合，冲三个小孔f3.2mm与切边复合，其余按基本工序．方案三：落料与首次拉深复合，冲f11mm底孔与冲小孔f3.2mm复合，翻边与切边复合，其余按基本工序．方案四：落料、首次拉深与冲f11mm底孔复合，其余按基本工序．方案五：带料连续拉深或多工位自动压力机上冲压．分析比较上述五种方案，可以看到：方案二冲f11mm孔与翻边复合，由于模壁厚度较小a=(16.5-11)/2=2.75(mm),小于表3-36[2]所列的凸凹模最小壁厚3.8mm，模具容易损坏，冲三个f3.2mm小孔与切边复合，也存在模壁太薄的问题a=(50-42-3.2)/2=2.4mm，模具也容易损坏．方案三中，虽然解决了上述模壁太薄的矛盾，但冲f11mm底孔与冲f3.2mm的小孔复合与翻边切边复合时，它们的刃口都不在同一平面上，而且磨损快慢也不一样，这样会给修磨带来不便，修磨后要保持相对位置也有困难．方案四中,落料、首次拉深与冲f11mm底孔复合，冲孔凹模与拉深凸模做成一体，也给修磨造成困难．特别是冲底孔后再经两次和三次拉深，孔径一旦变化，将会影响到翻边高度尺寸和翻边口部质量．方案五生产率高安全性好，避免了上述方案的缺点，但这一方案需要专用压力机或自动送料装置，而且模具结构复杂，制造周期长，生产成本高，因此，只有在