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汽车空调磁吸盘冲压工艺与模具设计* k% i) u* T3 d" A' ^. Z
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作者：胡千祥 刘晓兰4 v1 r. d$ Q( W. Y! S4 l& N7 X
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1 零件结构及工艺分析
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图1所示为汽车空调磁吸盘零件，材料为10钢，料厚6.0mm，零件表面要求磨削加工至厚度5.5mm，表面粗糙度要求几=0.8μm。零件有3个深度0.8mm圆环形凹槽，加工精度要求高，还均匀分布6个细长腰形孔，其宽度为3.0mm，孔深比t/D(料厚/孔径) ≥1，加工工艺方法为深孔冲裁，细长腰形孔之间的孔边距为5mm。零件生产批量大。根据零件结构特点分析，制造中存在以下技术难点:①零件属于厚料小孔冲裁工艺，加工难度大;②冲制6个细长腰形孔时，凸模易失稳折断、凹模刚性、结构强度难以保证;③3个圆环形凹槽采用数控车床切削加工，切削难度大，加工周期长，若采用冷挤压加工，可以提高工效，减轻劳动强度。由于零件圆环形凹槽尺寸精度高，必须要有合理的模具结构和正确的工艺方法保证。+ O2 H, W- Y& h4 {* V
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3 A! s6 c2 L8 ~! D- W8 ?0 l2 冲压成形方案比较及选择
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冲压、成形工艺方案主要根据零件材料特性、结构特点与要求来选定。由于零件的制造关键在6个细长腰形孔的冲裁和3个圆环形凹槽的加工，其工艺设计主要应考虑零件制造工艺的编制及合理的模具结构。具体工艺方案有以下3种: ! R* `& R2 R6 x2 b
6 b# @5 {# B2 b$ W7 `4 Y! `(1)复合冲孔、落料→分2次冲制6个细长腰形孔→车3个圆环形凹槽→磨端面。
/ E+ |& Y$ `0 n9 l- C4 J9 Y3 ]3 k(2)复合冲孔、落料→液压机压制3个圆环形凹槽→分2次冲制6个细长腰形孔、磨端面。 9 y1 v& ]. J3 B- g* C
(3)复合冲孔、落料→液压机压制3个圆环形凹槽→1次冲制6个细长腰形孔→磨端面。
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/ |% }' r6 d6 ~* G( S# s方案(1)由于分2次冲制6个细长腰形孔，由机械加工3个圆环形凹槽。该方法多了1道冲孔工序且采用机械加工圆环形凹槽，故零件生产周期长费用高，且6个腰形孔位协调性较差，因此该方案虽可行但不可取。
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方案(2)由机械加工3个圆环形凹槽改为液压机压制3个圆环形凹槽，实现了无切削加工，但是要分2次冲制6个细长腰形孔，加工工序多，零件尺寸难以协调保证。 8 T6 J9 o. i9 n3 {$ @1 S8 N* }
: d4 D& b% [: d+ U& F% r$ Q方案(3)是在方案(2)的基础上由2次冲制6个细长腰形孔改为1次冲制6个细长腰形孔，减少了1道冲孔工序，而且采用液压机压制3个圆环形凹槽，既提高了工效又实现了无切削加工，所以该方案为最佳加工工艺方案。 - P4 ^; K+ p- H3 ?# r
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3 模具设计
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零件第一工序采用复合模进行冲孔、落料，其冲裁力一般按下式计算:
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* Z X& a$ B5 |$ _ H! s2 j nP = 1.3 Ltτ 6 V) y8 I3 [+ H+ P' p
+ u/ h# c" L: O式中：L-展开周长，mm；t-材料厚度，mm；τ-10钢材料抗剪强度，MPa。 1 h% B; Z4 x( `2 Y- \! ^
; D! C% c; k3 q6 X% B% h: ?按式(1)计算磁吸盘零件的冲裁力约为152kN，但考虑到模具结构和实际情况，选用了400kN冲床。由于选择了合理的模具结构、冲床设计以及冲裁间隙，确保了该工序零件的加工质量。以下主要介绍细长腰形冲孔模、压槽模。
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8 H4 L7 {7 `% [% v( p3.1 腰形冲孔模 % M- o5 h; D3 R+ Q, E
' ]' ?5 Z- k b8 E# r. A2 C; X模具结构如图2所示，腰形冲孔模是保证该零件加工制造成功的技术关键。由于零件料厚6mm，6个细长腰形孔之间的孔过止巨只有5mm氏零件生产批量又大，凸、凹模工作部分结构、刚度及强度尤为重要，要保证厚料冲小孔的连续进行，就必须提高凸、凹模工作时的强度和刚度，同时还要保证整副模具的刚性和稳定性。
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对于上述问题，通常采用以下4种方法来解决:
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(1)由于料厚，工作时冲裁力大，为保证凸、凹模的强度、刚性，模具材料均选用热处理后变形小，内应力小的Cr13MbV，淬火硬度58-62HRC。
) \0 T E# Z- S0 ~(2)在凸模全长或局部增设保护套(导向块或导向板)。 # M. d4 V! q) K/ \1 k% r$ Q
(3)采用超短凸模。 % e& T$ D h- o% I1 O! ^
(4)降低冲裁力，既要考虑凸、凹模的强度，又要考虑凸、凹模损坏以后能快换，才能提高工作效率。 ) r5 R8 m& @( h3 |
$ N6 K" J3 g1 X3.1.1 模具设计要点 + D, L/ K- d5 h% I I+ b) I9 D
$ b1 P8 c+ _& b7 D) Q4 D为了提高模具使用时的稳定性，卸料板4既是卸料板又是凸模保护套，小导柱11有4个，它与凸模固定板采用H7/r6紧配合，与卸料板采用Hg/h6滑配合，与凹模采用HS/h6滑配合。这样4个小导柱就将3块板连在一起(凸模固定板、卸料板、凹模)，起到了定位和导向作用，增加了模具刚性和稳定性。为尽量减小凸模长度没有采用橡胶卸料，而是采用强力弹簧8，即用8个强力弹簧装在上模板上，通过顶杆5卸料。零件通过定位销3定位。 . u2 Z9 c- A9 D2 g3 W2 k% r% S
4 M1 o) X4 d: ] K* p! P3.1.2 腰形冲孔凸模
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8 g0 f, A z( n6 o( I) n为了减小冲裁力，凸模刃口做成斜刃，凸模固定没有采用常规方法，而是采用1个内六角螺钉拉紧，这样有2个好处:一是凸模损坏后可以快换;二是凸模加了护套浮动，装配时可以减少不必要的干涉。冲孔凸模见图3。 + n. w! C6 T: _1 i l1 q2 v
g3 C. n( Z* \! p! `) K i, G3.1.3 冲孔凹模
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由于一次冲制6个细长腰形孔，孔与孔之间的边距仅为5mm、小于6mm的材料厚度。为了降低冲裁力和推件力，凹模刃口也做成斜刃；为了延长凹模寿命，凸、凹模单边间隙取0.4mm；为了达到快换的目的，凹模用4个M10沉头螺钉固定在凹模加强板上;为了增加凹模强度，在凹模下面加了1块凹模加强板。冲孔凹模见图4。, Z& t5 E8 e" m6 G3 B$ _
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3.1.4 强力弹黄的选用 ! r; S5 U" [) v; ?0 Y# T! o
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强力弹簧主要起卸料作用，所以必须计算卸料力，卸料力的计算公式为： - u: p" T! `& _3 A; y! [9 c0 T
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Px = KxP （2）
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1 ?- g) d& ] S# U式中：Px--卸料力，N；Kx--卸料力系数；P--冲裁力，N。
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首先计算冲裁力：按公式（1）P=1.3Ltτ计算，细长腰形孔周长按图5计算，L=85.6mm；t=6mm；τ=260~340MPa。
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; j9 T( w6 c. m$ d' m, g. \将已知条件代入公式（1） P=1.3X85.6X6X340X6=1362kN。
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再计算卸料力： - ]2 l: ^- |9 ]5 t. B. l
7 n: Y7 d7 N2 v/ H* I9 p按公式（2） Px=KxP 计算，Kx=0.03；Px=KxP=0.03X1362=40.86kN。 9 v, _8 `9 l, z8 T n9 ]4 H
# t. X6 S' q" @0 W9 U( x6 }用8个强力弹簧卸料，每个强力弹簧的卸料力必须不小于5.1kN，通过计算，所选强力弹簧标准是：QB1001-070.232 32x6。 ! g) g. P- r Y! ^$ V
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3.2 压槽模 . z% B% W* R# P" X3 ^% |( M2 z
# L+ K$ V! z9 m9 I0 Q制件3个圆环形凹槽尺寸精度要求高，原采用数控车床切削加工，切削难度大，加工周期长，制造费用也高，现采用冷挤压加工，可提高工效，减轻劳动强度，但必须要有合理的模具结构和正确的工艺方法保证。 4 y1 l0 a" q6 J- Y6 H
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压槽模结构见图6。工作时将冲孔落料后的毛坯用定位销8定位在凹模上，凸模下行时先将毛坯压入凹模框，凸模继续下行，由于毛坯的内孔和外圆均被凹模约束，毛坯在液压机的巨大压力下(450kN)，材料产生塑性变形。凸模上的3个凸槽在液压机的压力下将毛坯冷挤压出3个凹槽，槽深在1mm左右。限位块3避免压槽过深，可通过试模确定限位块高度。凸模压至下止点后上行，这时气垫通过顶杆、卸料板将毛坯顶出。
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* V, r) B8 b+ ]4 @4 C4 结束语
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针对汽车空调磁吸盘零件的加工，设计了合理的冲压、成形模，用无切屑加工代替有切屑加工，实际生产表明，采用这种制造工艺与模具不仅能保证产品质量，而且还提高了劳动生产效率，降低了生产成本和劳动强度。(end) |
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发表于 2010-7-2 13:12:13