玻璃升降器复合拉深模的设计毕业设计论文文档格式.docx
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这份报告主要研究的是作为汽车零部件之一的活塞销的流动缺陷。
在联合冷挤压制活塞销的工艺中,起皱就是一种流动缺陷,它是由死金属区引起的。
具有这种缺陷的部件带有很明显的外部特征,特征是被一微小而且厚的块状物嵌入材料中,这种缺陷对保证尺寸精度和降低材料损失是不利的,活塞销的这种缺陷对于其强度和疲劳寿命也有不利的影响。
因此,在工艺设计的早期预测并防止这种缺陷是非常重要的。
防止其产生的最好方法就是通过控制材料流动来限制或减少死金属区。
有限元模拟分析方法被应用于流动缺陷研究分析当中,这份研究报告提出了通过去除死金属区防止产生流动缺陷的新工艺方法——有限元分析法。
将有限元分析的结果与实验结果做比较,结果表明有限元分析的结果与实验结果相符合。
关键词:
流动缺陷;
活塞销钉;
材料流动控制;
前后双向冷挤压;
死金属区;
有限元分析
ABSTRACT
Aflowdefectofapiston-pinforautomobilepartsareinvestigatedinthisstudy.Inthecombinedcoldextrusionofapiston-pin,alappingdefect,whichisakindofflowdefect,appearsbythedeadmetalzone.Thisdefectisevidentinproductswithasmallthicknesstobepiercedandisdetrimentaltodimensionalaccuracyanddecreaseofmaterialloss.Theflowdefectthatoccursinthepiston-pinhasbadeffectsonthestrengthandthefatiguelifeofthepiston-pin.Therefore,itisimportanttopredictandpreventthedefectintheearlystageofprocessdesign.Thebestmethodthatcanpreventtheflowdefectisremovingorreducingdeadmetalzonethroughthecontrolofmaterialflow.Finiteelementsimulationsareappliedtoanalyzetheflowdefect.Thisstudyproposesnewprocesseswhichcanpreventtheflowdefectbyremovingthedeadmetalzone.Thentheresultsarecomparedwiththeresultsofexperimentsforverification.TheseFEsimulationresults
areingoodagreementwiththeexperimentalresults.
©
2003ElsevierScienceB.V.Allrightsreserved.
Keywords:
Flowdefect;
Piston-pin;
Materialflowcontrol;
Forward–backwardextrusion;
Deadmetalzone;
FEsimulation
1前言
1.1玻璃升降器的功用及拉深模的设计要求
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来控制,也就是常说的“电动门窗”。
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。
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采用塑料带,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,不操纵时开关自动停在“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。
电动机的质量直接关系到电动玻璃升降器的正常工作,它一定要具有体积小、重量轻、防护等级高、噪声低、电磁干扰小、运行可靠等特点。
现代轿车已广泛应用微电子技术,电机工作会发射电磁波干扰其它电器件的工作;
前几年通用汽车公司一篇售后分析报告显示,近40%的电动玻璃升降器故障是由电动机密封性差引起的。
因此,减少电磁干扰和解决电机密封性问题巳成为近年汽车电机技术的热门话题。
90年代中期以来,电动玻璃升降器的控制机构技术发展很快,电子模块控制形式大量应用于批量装车,并设有安全保护装置。
例如博世公司生产的电动玻璃升降器系统,在电动机中埋植磁环,感应电机转速,在电子模块中埋植霍尔元件,感应电流,并通过电子模块控制对电动机的过流、过压及过热保护,而且当玻璃上升途中遇到人力障碍时会自动识别而反向运行,防止乘员夹伤。
2冲裁工艺设计
2.1冲裁工艺计算
2.1.1工艺力和功的计算
冲裁力是指冲裁过程中的最大抗力,它是合理地选用冲压设备吨位和校检模具强度的重要依据。
影响冲裁力的因素很多,主要有材料的机械性能、厚度、冲裁件周边长度、模具间隙以及刃口锋利程度等。
(1)冲裁力的计算
采用平刃凸模和凹模冲裁时,其冲裁力的计算公式
·
·
2.1
式中——冲裁力;
——冲裁件的周长(mm);
——材料厚度(mm);
——材料的抗剪强度。
如图
(一)所示,工件尺寸为,k=260,L=284,Ra=105,Rb=144,则
查附表1-1,取,工件厚度,故
2.2
考虑到模具刃口的钝化,凹模和凸模间隙不均匀,材料性能的波动和材料厚度的偏差等因素,实际所需冲裁力还应增加30%,即
则
(2)卸料力和推件力的计算
当冲裁工作完成以后,冲下的工件(或废料)沿径向发生弹性收缩,同时,工件废料还要力图恢复弹性穹弯。
这两种弹性恢复的结果导致工件(或废料)硬塞在凹模内,废料(或工件)箍紧在凸模上。
从凸模上将工件(或废料)卸下来的力叫卸料力。
从凹模内顺着冲裁方向将工件(或废料)推出的力叫推料力。
很显然,这些力在选择压力机的吨位和设计模具时必须加以考虑。
影响这些力的因素很多,主要有:
材料的力学性能和厚度、工件形状和尺寸、模具间隙、排样的搭边大小及润滑情况等。
由于这些因素的影响规律很复杂,难以准确计算。
生产中常采用下列公式
2.3·
2.4
式中——分别是卸料力、推件力(N)
——分别是卸料力系数、推件力系数
——冲裁力(N)
——同时梗塞在凹模内的工件数
参见表2-13,取0.027,取0.05,取为8mm,,则
(3)冲裁功的计算
选择冲裁设备时,除了要计算冲裁力,使压力机的公称压力大于冲裁力以外,还要进行冲裁功的验算,使压力机的每次行程功不超过额定的数值,以保证其电极不过载,飞轮转速不致下降太多。
平端刃口的冲裁功按下式计算
2.5
式中——冲裁功(n.m)
——材料厚度(mm)
——系数,一般取为0.63
2.1.2压力机的选择
冲压设备选择是冲压工艺过程设计的一项重要内容,它直接关系到设备的安全和使用的合理,同时也关系到冲压工艺过程的顺利完成及产品质量、零件精度、生产效率、模具寿命、材料的性能与规格、成本的高低等一系列重要的问题。
(1)设备类型的选择
设备类型的选择要依据冲压件的生产批量、零件尺寸的大小、工艺方法与性质及冲压件的尺寸、形状等要求来进行,除此之外,还应考虑到设备的精度与刚度以及生产现场的实际可能。
压力机的刚度是由床身刚度、传动刚度和导向刚度三部分组成。
如果刚度较差,负载终了和卸载时模具间隙会发生很大的变化,影响冲压件的精度和模具寿命。
综合考虑以上各因素后参照表7-3[2]和表7-4[2],并结合工厂现有设备情况,此冲模选用开式双柱可倾压力机。
(2)设备规格的选择
在选定设备类型后,进一步根据冲压件的大小、模具尺寸及变形力来确定设备规格。
冲裁时,压力机必须大于或等于冲裁各工艺力的总和,本工件冲裁模采用弹压卸料装置和下出件的模具,故
为了提高设备的工作刚度、冲压零件的精度及延长设备的寿命,要求设备容量留有40~30%的余,并结合工厂现有设备情况选用吨位为100t的压力机,型号为
J23-100开式双柱可倾压力机。
2.2模具总体设计
总体设计的任务包括:
(1)模具类型的确定;
(2)操作方式、进料方式的确定;
(3)定位、联接等型式的确定;
(4)模具压力中心的确定;
(5)模具闭合高度的初定。
2.2.1模具类型的确定
根据冲压件的形状、尺寸、精度要求等确定模具类型。
根据4.1节的计算,落料件的形状(如图所示),是有四段圆弧组成的椭圆形件,形状比较简单,呈中心轴对称,尺寸精度要求也不高为IT13级,因此可以考虑选用简单模。
2.2.2操作方式的确定
虽然该冲压件是进行大批量生产的,但考虑到工厂的现有生产条件,为了降低产品的生产成本,而且落料件的尺寸精度要求不高,所以采用手工操作方式或半自动操作方式。
2.2.3定位、联接型式的确定
为了保证模具正常安全工作,模具中的定位和联接件一定要可靠。
(1)模板
在上下模板上安装全部模具零件,构成模具的总体和传递压力。
模板不仅应该具有足够的强度,而且还要有足够的刚度。
本模具将上模板与凸模、凸模固定板及垫板等装配成一体,用四个螺钉紧固构成模具的上部分;
下模板则与凹模等组成模具的下模不分。
此外上下模两部分还分别各对称低用两个圆柱销销紧,以防转动和错位。
上下模架均采用标准模架,是用HT200铸造而成。
(2)模柄
模具的上部分通过模柄固定在冲床滑块上。
模柄的结构形式很多,常见的结构形式有带凸缘模柄、压入式模柄、旋入式模柄、浮动式模柄等等。
本模具选用压入式模柄,通过压配合和附加的销钉与模板固定联接以防转动与松动。
模
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