车窗玻璃升降器

车窗玻璃升降器 本科生毕业论文(设计) 题 目: 车窗玻璃升降器 学生姓名: 石磊 考 籍 号: 912705425110 专 业: 模具 指导教师: 目 录 摘要……………………………………………………………………… 1 引言……………………………………………………………………… 2 第一章 模具CAD/CAM/CAE的现状与发展趋势……………………… 3 1.1模具CAD/CAM/CAE的发展概况……………………………… 3 1.2模具CAD/CAM/CAE技术发展的趋势………………………… 5 第二章 升降器的定义及分类………………………………………… 3 2.1汽车玻璃升降器的定义……………………………………… 3 2.2玻璃升降器分类……………………………………………… 4 第三章 升降器外壳说明……………………………………………… 5 第四章 升降器原理……………………………………………………… 6 第五章 工件冲压工艺性及确定…………………………………… 7 5.1冲压工艺性分析……………………………………………… 7 5.2计算毛坯尺寸………………………………………………… 8 5.3计算拉深次数………………………………………………… 9 5.4确定工序的合并与工序顺序………………………………… 10 5.5主要工艺参数的计算………………………………………… 11 第六章 模具设计……………………………………………………… 13 6.1模具结构形式的选择………………………………………… 15 6.2模具设计结果………………………………………………… 16 第七章 升降器外壳的数值模拟………………………………………… 19 7(1有限元数值模拟前的准备工作…………………………… 19 7(2板料成形的有限元理论基础……………………………… 20 7(3数值模拟软件介绍………………………………………… 21 第八章 结束语………………………………………………………… 25 车窗玻璃升降器外壳冲压模具设计 摘要】 以AutoCAD和Pro/e为基础，对汽车玻璃升降器外壳的模具进行了设计， 分析了玻璃升降器的市场需求。探讨了玻璃升降器外壳经济高效的生产方法，论 述了冲压模具设计的指导原则和一般步骤，包括分析零件工艺性、初选压力机、 选择模架、设计模具总体结构以及工作零件。不仅有利于汽车工业的发展， 并在现代冲压模具设计中有一定的意义。 【关键词】玻璃升降器;拉深模具;冲压工艺分析;模具结构 Abstract 】 based on AutoCAD and Pro/e, of automobile glass riser shell mold design, analyzes the market demand of glass elevator. Discusses the glass elevator case economic and efficient production methods, this paper discusses the guiding principles and general steps of stamping die design, including analysis, choose standard mould parts manufacturability, primary press frame, design the mould overall structure and the working parts. Is not only beneficial to the development of automobile industry, and is of certain significance in modern stamping die design. key words 】 glass elevator; Deep drawing mould; Stamping process analysis; The mould structure 湖南省高等教育自学考试本科学生毕业论文(设计) 引 言 现在许多轿车门窗玻璃的升降(关闭和开启)已经抛弃了摇把式的手动升降方式，一般都改用按钮式的电动升降方式，即使用电动玻璃升降器。轿车用的电动玻璃升降器多是由电动机、减速器、导绳、导向板、玻璃安装托架等组成。总开关由驾车者，控制全部门窗玻璃的开闭，而各车门内把手上的分开关由乘员分别控制各个门窗玻璃的开闭，操作十分便利。 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，提升车辆内部品质，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及玻璃升降器生产商都己将精力及财力集中到电动玻璃升降器系统的研究及开发中。目前，我国汽车车身附件的开发技术与手段与欧美日等发达国家相比有较大的差距，我们许多大的车门玻璃升降器生产厂家基本都是利用外来样件进行模仿开发，对该件在装车后产生的综合效果及车辆在行驶中产生的问题缺乏系统的分析研究。本文的主要研究内容就是车门玻璃升降器外壳的生产工艺及其模具的设计。 1 第一章 模具CAD/CAM/CAE的现状与发展趋势 1.1模具CAD/CAM/CAE的发展概况 模具CAD/CAM/CAE是CAD/CAM/CAE技术的一个重要分支和组成部分。模具CAD/CAM技术发展很快，应用范围日益广泛。在冲压模、锻造模、挤压模、注塑模和压铸模等方面都有比较成功的CAD/CAM/CAE系统，并且涌现了大量的文献资料。采用CAD/CAM/CAE技术是模具生产革命化的措施，也是模具技术发展的一个显著特点。 模具国外CAD/CAM/CAE技术的发展 国外模具CAD/CAM技术的研究始于上世纪60年代末，当时美国、日本、德国、加拿大等发达国家开始对冲模CAD进行研究。进入70年代，出现了面向中小企业的CAD/CAM的商品软件，如日本机械工程成功研制的冲裁级进模CAD系统，美国DIECDMP公司成功地研制出计算机辅助设计级进模的PDDC系统。但仅限于二维图形的简单冲裁级进模，其主要功能如条料排样、凹模布置、工艺计算和NC编程等。80年代，弯曲级进模CAD/CAM系统开始出现，美国、日本等工业发达国家的模具生产绝大多数采用了CAD/ CAM技术。为了能够适应复杂模具的设计，富士通系统采用了自动设计和交互设计相结合的方法，在该系统中除毛坯展开、弯曲回弹计算和工步排序为自动处理外，其余均需要设计人员的参与。这些系统均具备实体造型和曲面造型的强大功能，能够设计制造汽车零部件的模具。进入90年代后，国外CAD/CAM技术向着更高的阶梯迈进。在80年代的基础上，从软件结构，产品数据管理，面向目标的开发技术，产品建模和智能设计，质量检测等方面都有所突破，为实现并行工程提供了更完善的环境。印度学者YK.D.V.Prassad,S.Som Sundoram等开发了普通冲裁模CAD/CAM系统(CADDS)，美国Striker-System:公司开发了冷冲模设计软件系统SS-Die Professional 等。另外UG. PROE.CAXA等软件的成功开发，使得模具CAD/ CAM的功能更加完善，应用也更加广泛。 模具CAE技术经过短暂的时间，己用在压铸模、注塑模、锻模、挤压模、冲压模等模具的优化，并在实际中指导生产。压铸模CAE目前主要以压铸件充型的流场数值模拟、压铸模/压铸件温度场模拟、压铸模/压铸件应力场数值模拟为主。注塑模CAE主要包括模具结构分 湖南省高等教育自学考试本科学生毕业论文(设计) 析、运动分析、装配及干涉检查、成型过程分析等。挤压模CAE主要对生产过程中模具的变形过程应力场和温度场分布及变化、摩擦与润滑等问题进行了大量的分析和实验，实现模具的优化设计。塑料注射成型CAE商品化软件中应用最广泛的当数美国moldflow公司的模拟软件MF，该软件主要包括流动模拟(MF/FLOW)、冷却分析(MF/COOL),翘曲分析(MF/ WARP)、气辅分析(MF/ GAS)和应力分析(MN STRESS)等。该公司于1998年推出准三维的双面流软件《PartAdviser), 2002年推出真三维的实体流软件模块，目前该公司在世界上拥有较大的客户群。 国内模具CAD/CAM/CAE技术的发展 我国的计算机技术起步较晚，模具CAD/CAM的开发始于20世纪70年代末，但发展也相当迅速。到目前为止，通过国家有关部门鉴定的有精冲模、普通冲裁模、辊锻模、锤模和注塑模等CAD/CAM系统，它们在生产中发挥着重要的示范作用并产生巨大的经济效益。80年代中、后期，我国的冲模CAD研制工作进入了全面发展阶段，不少企业、科研院所大专院校都开发了面向中国制造的CAD软件，强调软件产品的专业化和本地化。如天津大学的TD系统和一汽、二汽企业用的模具CAD/CAM系统。从上世纪90年代开始，华中科技大学、西安交通大学和北京机电研究院等相继开展了级进模CAD/CAM系统的研究和开发。如华中科技大学模具技术国家重点实验室在AutoCAD软件平台上开发出基于特征的级进模CAD/CAM系统HMIC,包括饭金零件特征造型、基于特征的冲压工艺设计、模具结构设计、标准件及典型结构建库工具和线切割自动编程5个模块。西安交通大学开发出多工位弯曲级进模CAD系统等。近年来，国内一些软件公司也竞相加入了模具CAD/CAM系统的开发行列，如深圳雅明软件制作室开发的级进模系统CMCAD、富士康公司开发的用于单冲模与复合模的CAD系统Fox-CAD、北航研发的CAXA等。 最近几年国内CAE技术有了很大的进展，如湖南大学以先进冲压CAE技术为突破口，开发出一套包括冲压工艺设计和汽车覆盖件模具设计与制造的系列化软件。冲压仿真CAE系统LADEM-?采用了先进的理论和算法，在保证冲压件变形计算精度的前提下显著地提高了分析速度。冲压工艺分析与设计系统LADEM-II采用壳体失稳理论预测覆盖件成形中的起皱趋势，同时采用基于仿真的毛坯反算技术，实现了复杂零件的毛坏形状和尺寸迭代反求。 3 1.2模具CAD/CAM/CAE技术发展的趋势 随着现代化技术的迅速发展，模具在国民经济发展过程中将处于越来越重要的地位。针对模具CAD/CAM/CAE存在的问题，总结其发展趋势主要有以下几个方面: (1) 标准化 CAD软件一般应集成在一个异构的工作平台之上，只有依靠标准化技术才能解决CAD系统支持异构跨平台的环境问题。目前，除了CAD支撑软件逐步实现ISO标准和工业标准外，面向应用的标准零部件库、标准化设计方法已成为CAD系统中的必备内容，并向合理化工程设计的应用方向发展。 (2) 网络化与协同设计 近年来，模具工业规模的不断扩大和Internet技术的不断完善，公司之间的协作不断的加强。设计人员通过网络共享资源信息，同时对模具的设计与制造进行操作和评价，使一个项目在多台计算机上协作完成，节省了大量的人力物力财力。网络化协同设计是模具设计与制造发展的必然趋势。 (3) 开放性 CAD/CAM/CAE系统目前广泛建立在开放式操作系统Windows和UNIX平台上，为最终用户提供二次开发环境，甚至这类环境可开发其内核源码，使用户可定制自己的应用程序。 (4) 集成化 模具CAD/CAM 技术与GT.CE(Concur-rentE ngineering).C AE.C APP(Computer Aided Process Programming)等技术密切相连，组成一个有机的整体，其关键在于建立一个统一的全局模具产品数模型。在产品开发和模具设计中，提供全部的信息，使信息共享，交换处理和反馈，它综合了计算机技术，系统集成技术，并行技术和管理技术，体现了系统化思想，直至发展为CIMS( Computer Integrated Manufacturesystem计算机集成制造系统)。 湖南省高等教育自学考试本科学生毕业论文(设计) 第二章 汽车的定义及升降器的分类 汽车的定义:美国汽车工程师学会标准SAEJ 687C中对汽车的定义是:由本身动力驱动，装有驾驶装置，能在固定轨道以外的道路或地域上运送客货或牵引车辆的车辆。日本工业标准JISK 0101 中对汽车的定义是:自身装有发动机和操纵装置，不依靠固定轨道和架线能在陆上行驶的车辆。 在我国按照国家最新标准GB/T 3730.1—2001对汽车的定义:由动力驱动，具有四个或四个以上车轮的非轨道承载的车辆，主要用于:载运人员和(或)货物;牵引载运人员和(或)货物的车辆;特殊用途。本术语还包括:a)与电力线相联的车辆，如无轨电车;b)整车整备质量超过400kg的三轮车辆。 2.1汽车玻璃升降器的定义 根据新颁布的汽车行业标准QCöT 29027—91《汽车用玻璃升降器技术条件》中对于玻璃升降器是这样定义的:“玻璃升降器是指按一定的驱动方式将汽车车窗玻璃沿玻璃导槽升起或下降, 并能停留在任意位置的装置。”考虑到一些特殊的玻璃调整装置(如某些轿车可调开度的三角窗玻璃、太阳顶窗等) , 似乎应称其为玻璃调整器才更为确切。在国外汽车行业的有关技术资料中, 玻璃升降器的用词为Window Regu lato r 其意即玻璃调整器, 或许由于玻璃的位置调整多 为上下运动,故通常称之为玻璃升降器。 5 2.2玻璃升降器分类 单臂式玻璃升降器 主要由玻璃托架 、摆臂 、 平衡弹簧 、扇组成。 臂式玻璃升降器 其采用悬臂式支承结 构及齿轮齿板机构, 故工作阻力较大。它的传动机构为齿轮齿板、啮合传动, 除齿轮外其主要构件均为板式结构, 加工方便, 成本低, 在目前国内车辆上 使用较为普遍。 单臂式玻璃升降器 它结构特点是只有一个升降臂, 结构最简单, 但由于升降臂支承点与玻璃质心之间的相对位置经常 变化, 玻璃升降时会产生倾斜、卡滞, 该结构只适用于玻璃两侧为平行直边的情况。 双臂式玻璃升降器 它结构特点是具有两个升降臂, 依两臂的布置方式又分为平行臂式升降器 和交叉臂式升降器，与单臂式玻璃升降器相比, 双臂式玻璃升降 器本身可保证玻璃平行升降, 提升力也比较大。其中交叉臂式玻璃升降器支承宽度较大, 故运动比较平稳, 被普遍采用。而平行臂式 玻璃升降器结构相对比较简单、紧凑,但由于支承宽度较小,工作载荷变化较大, 因而 运动平稳性不如前者。 绳轮式玻璃升降器 它的组成小齿轮 、扇形齿轮 、 钢丝绳 、 运 动托架 、 滑轮 、 带轮 、 座板齿轮的啮合。 驱动固联于扇形齿轮的带轮,从而带动钢丝绳,钢丝绳的松紧度可利用张紧轮进行调节。 该升降器所用零件少, 自身质 量轻, 便于加工, 所占空间小, 常用于小型轿车。 湖南省高等教育自学考试本科学生毕业论文(设计) 带式玻璃升降器 它运动软轴采用塑料穿孔带, 其它零件 亦多采用塑料制品, 从而大大减轻了升降器总成的自身质量。 其传动机构中均涂以润滑脂, 使用过程中无须维护保养, 运动平稳。摇把手柄的位置可自由布置, 设计、安装和调。 交叉臂式玻璃升降器 是有座板、平衡弹簧、扇形齿板、胶条、玻璃托架、主动臂 、从动臂 、导向槽板、垫片 、动弹簧、摇把、小齿轮轴组成。 柔式玻璃升降器 柔式汽车玻璃升降器的传动机构为齿轮软轴 啮合传动, 具有“柔式”的特点, 故其设置、 安装都比较灵活方便, 结构设计也比较简捷, 且自身结构紧凑, 总体质量轻。[1] 软轴式升降器 主要由摇窗电机、软轴、成形轴套、滑动支座、支架机构以及护套等组成。当电机旋转时，输出端上的链轮与软轴外轮廓啮合，带动软轴在成形轴套内移动，从而使与门窗玻璃相联结的滑动支座沿着支架机构中导轨上下运动，达到了升降玻璃的目的。 7 第三章 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—保证车辆内部有良好的通风、方便驾乘人员在车内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1所示。 升降器的传动机构装在外壳内，通过外壳凸缘上均布的三个Φ3.2 mm的小孔铆接在车门内板上。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及心轴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。外壳内腔主要配合尺寸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。 湖南省高等教育自学考试本科学生毕业论文(设计) 9 第四章 汽车玻璃升降器原理 车用的电动玻璃升降器多是由电动机、减速器、导绳、导向板、玻璃安装托架等组成。因导绳的材料或制作工艺方式不同，又分为绳轮式、软轴式和塑料带式三种电动玻璃升降器。前二种是用钢丝绳做为导绳，后一种是用塑料带做为导绳. 以普遍使用的绳轮式电动玻璃升降器为例，它是由电动机、减速器、钢丝绳、导向板和玻璃安装托架等零部件组成，安装时门窗玻璃固定在玻璃安装托架上，玻璃导向槽与钢丝绳导向板平行。开启电动机，由电动机带动减速器输出动力，拉动钢丝绳移动玻璃安装托架，迫使门窗玻璃作上升或下降的直线运动。而塑料带式电动玻璃升降器的导绳是用塑料带，带上有孔，用来移动和定位塑料带，控制门窗玻璃的升降。 电动玻璃升降器结构的关键是电动机和减速器，这两者是组装成一体的，其中电动机采用可逆性永磁直流电动机，电动机内有两组绕向不同的磁场线圈，通过开关的控制可做正转和反转，也就是说可以控制门窗玻璃的上升或下降。电动机是由双联开关按钮控制，设有升、降、关等三个工作状态，开关不操纵时自动停在"关"的位置上。操纵电路设有总开关(中央控制)和分开关，两者线路并联。总开关由驾车者，控制全部门窗玻璃的开闭，而各车门内把手上的分开关由乘员分别控制各个门窗玻璃的开闭，操作十分便利。 湖南省高等教育自学考试本科学生毕业论文(设计) 第五章 工件冲压工艺性及方案确定 根据冲压件零件图，并结合可供选用的冲压设备规格以及模具制造条件、生产批量，对冲压件的形状特点、尺寸大小、精度要求、原材料尺寸规格和力学性能等因素进行分析。首先，判断该产品需要哪几道工序，各道工序间半成品的形状尺寸由哪几道工序完成，然后逐个分析各道工序，裁定该冲压件加工的难易程度，确定是否需要采取特殊工艺措施。工艺分析是要判断产品在技术上能否保质、保量地稳定生产，在经济上是否有效益。工艺方案的确定是在冲压件工艺分析之后进行的重要设计环节。 本环节需要作以下几步: 1(列出冲压所需的全部单工序; 2(对于所列的各道加工工序，根据其变形性质、质量要求、操作等因素，对工序的先后顺序作出初步安排; 3(经过工序的顺序安排和组合，形成多种工艺方案，从产品质量、生产效率、设备占用情况、模具制造的难易程度和寿命高低、生产成本、操作方便与安全程度等方面进行综合分析、比较，确立最佳工艺方案。 5.1 冲压工艺性分析 根据零件的技术要求，进行冲压工艺性分析，可以认为:该零件形状属旋转体，是一般带凸缘圆筒件，且d凸/d，h/d都比较合适，拉深工艺性较好。只是圆角半径偏小些，Φ22.3+0.14，Φ16.5+0.12，16+0.2几个尺寸精度偏高(均高于表4-3和表4-6所列尺寸偏差[2])，这可在拉深时采取较高的模具制造精度和较小的模具间隙，并安排整形工序来达到。由于Φ3.2小孔中心距要求较高精度，按照规定，需要采用精密冲裁(即尺寸精度可达IT8~IT9级，断面粗糙度Ra值为1.6~0.4μm，断面垂直度可达89?30′或更佳[3])同时冲出三小孔，且冲孔是应以Φ22.3 mm内孔定位。 11 该零件底部Φ16.5 mm区段的成形，可有三种方法: 1)可采用阶梯拉深后车去底部; 2)可以采用阶梯拉深后冲去底部; 3)可以采用拉深后冲底孔再翻边， 如图3所示。 在这三种方法中，第一种车底的质量高，但生产率低且浪费材料，该零件底部要求不高不宜采用;第二种冲底，要求零件底部的圆角半径压成接近清角(R?0)，这就需要增加一到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的好，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。 5.2 计算毛坯尺寸 计算毛坯尺寸须先确定翻边前的半成品尺寸，翻边前是否也需拉成阶梯零件，这要核算翻边的变形高度。翻边前的半成品形状尺寸如图4所示。 湖南省高等教育自学考试本科学生毕业论文(设计) 5.3 计算拉深次数 d′凸/d=54/23.8=2.3>1.4，属宽凸缘筒形件。t?100/D=1.5?100/65=2.3，由表4-9[4]查有凸缘件第一次拉深的最大相对高度h1/d1=0.45，而h/d=16/23.8=0.67>0.45，故一次拉不出来。当d′凸/D=54/65=0.83，t?100/D=2.3时，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数学

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