【专家解说】：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、选择标准模架、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
0引言
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[1]。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。
2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、操作方便等因素，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。
2.1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。
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。
2.2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。
2.3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<m2=0.83，
故两次拉可以出来。
但考虑到二次拉深时，均采用极限拉深系数，故需
保证较好的拉深条件，而选用大的圆角半径，这对该零
件材料厚度t=1.5 mm，零件直径有较小时是难以做到
的，况且零件所要达到的圆角半径（R=1.5 mm）又偏
小，这就需要在二次拉深工序后，增加整形工序。
在这种情况下，可采用三次拉深工序，以减小各次
拉深工序的变形程度，而选用较小的圆角半径，从而在
可能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d/D=23.8/65=0.366，
调整后的三次拉深工序系数为：m1=0.55，m2=0.80，
m3=0.832，m1×m2×m3=0.55×0.80×0.832=0.366。
2.4确定工序的合并与工序顺序
由于本零件冲压成形需多道工序完成，合理的成
形工艺方案十分重要。要考虑到生产批量为中批生产，
应在生产各个零件的基础上尽量提高生产效率、降低
成本。要提高生产效率应该尽量复合工序，但复合程
度太高，模具结构复杂、安装、调试困难，模具成本高，
同时可能降低模具强度、缩短模具寿命。因此，当工序
较多，不易一下确定工艺方案时，最好先确定零件的基
本工序，然后将这个基本工序作各种可能的组合并排
出顺序，以得出不同工艺方案，再根据各种因素，进行
分析比较，找出适合于具体生产条件的最佳方案。
对于本零件，需包括的工序有：落料，首次拉深，二
次拉深，三次拉深，冲Φ11孔，翻边，冲三个Φ3.2孔，
切边。
根据以上基本工序，可以拟出以下方案：落料与首
次拉深复合，二次拉深，三次拉深，冲誘11底孔，翻边，
冲三个誘3.2孔，切边。此工序复合程度低，生产效率
低。不过单工序模具简单制造费用低，这在中小批生
产中却是合理的，因此采用第一方案。本方案在第三
次拉深和翻边工序中，于冲压行程临近终了时，模具可
对工件产生刚性冲击而起整形作用，故无需另加整形
工序。
2.5主要工艺参数的计算
各道工艺参数如毛坯直径、拉深系数、各工序的圆
角半径、冲裁力等的计算。这些参数的计算有的可以
计算的比较准确如零件排样的材料利用率、工件面积
等，有的只能是近似计算，只能根据经验公式或图表进
行粗略计算。
图3零件底部成形方法
（a)切割（b)冲切（c)冲孔翻边
图4翻边前半成品形状和尺寸
·57·3模具设计
选定冲模类型及结构形式时需根据工艺方案和零
件的形状特点、精度要求、所选设备的主要技术参数、
模具制造条件等。在此介绍第一次工序所用的落料和
首次拉深复合模的设计要点。
3.1模具结构形式的选择
只有当拉深件高度较高时，才有可能采用落料、拉
深复合模，因为浅拉深件若采用复合模，落料凸模（同
时也作拉深凹模）的壁厚较薄，强度不足。本零件的凸
凹模壁厚b=(65-37.25)/2=13.87mm，能保证足够的强
度，故采用复合模是合理的。
图5所示的为弹性卸料装置的落料拉深复合模的
典型结构。该结构落料采用正装式，拉深采用倒装式。
模座下的缓冲器兼作压边与顶件装置，另设有弹性卸
料和刚性推件装置。该结构的优点是操作方便，出件畅
通无阻，生产效率高。缺点是弹性卸料装置使模具的结
构较复杂与庞大，特别是拉深深度较大，料厚、卸料力
较大的情况，需要较多较长的弹簧，使模具结构过分地
庞大，所以适用于拉深深度不太大，材料较薄的情况。
为了简化上模部分，可采用刚性卸料板（如图6所
示），但其缺点是拉深件留在刚性卸料板内，不易出件，
带来操作上的不便，并影响生产效率。这种结构适用于
拉深深度较大、材料较厚的情况。对于该零件，由于拉深
深度不算大，材料也不厚，因此采用弹性卸料较合适。考
虑到装模方便，模具采用后侧布置的导柱导套模架.3.2模具设计结果
全部设计完成后，模具
所需材料及其热处理如表1
所示。
4结束语
本文对玻璃升降器外壳
作了全面的工艺分析，利用
了AutoCAD和三维建模工具
Pro/e进行造型，主要研究玻璃升降器外壳经济高效的
生产方法，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。
参考文献
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大学硕士学位论文，2003.
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2005.
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广州：华南理工大学出版社，2003.
图5弹性卸料装置落料拉深复合模
图6采用刚性卸料装置
的落料拉深复合模
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