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汽车空调磁吸盘冲压工艺与模具设计
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作者：胡千祥 刘晓兰
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/ w9 a% a! |5 ?; Y6 a8 u( B1 零件结构及工艺分析 7 ~* e: l0 e# _
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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。" I# g/ f" X4 ]! W# Y6 {
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% [% l9 S; a, ?/ L! J" r d1 i5 g. c2 冲压成形方案比较及选择 + I4 @" j) Z( x* ]
) O. }9 z9 e% l @7 I7 Q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: 8 }3 k8 Z! ~' Q3 M) w
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(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。 7 W1 R+ _; L' F a
(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。 6 N8 J3 w8 s0 h; x7 W9 y
(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。 % `, T. \4 _0 \! R5 L6 @+ G! Z& p& {
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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。 6 j& c9 _! V2 @! h. A; M
! t& r+ v9 b* J! n! u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。
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3 模具设计 $ H1 h( k$ n2 Y8 u( Q
6 U8 ^1 z. P- ^! C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: - w5 d5 n+ H& j+ {! L( X
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P = 1.3 Ltτ * T) T, c5 s5 V' O, @
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式中：L-展开周长，mm；t-材料厚度，mm；τ-10钢材料抗剪强度，MPa。 ! h( `& ~/ O! K
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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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$ |9 E- h7 i+ f3.1 腰形冲孔模
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- q; c4 |9 _) v" a- Q2 d/ N: N) ]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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, {: H; Y% p% Q4 p: ^% R% @5 x% q(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。 " G* \. V& s4 \1 z6 {, E, `
(2)在凸模全长或局部增设保护套(导向块或导向板)。
. m2 Y2 l0 g. o6 u( j# a(3)采用超短凸模。 / t9 j' x X$ q
(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。
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3.1.1 模具设计要点 " i8 t" M5 x; J: o4 Z
4 u) |7 J- q' X2 w, a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。
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3.1.2 腰形冲孔凸模
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. L1 B7 p# ?. u- T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。 2 Y4 H% y- z; R
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3.1.3 冲孔凹模 1 n* \( E1 m. X) j
8 A0 Z0 F) K7 f3 N$ t# K5 i, B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。. P1 T7 n5 s. @. J
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3.1.4 强力弹黄的选用 + o* p m: [. Z' N( X8 ^3 D- G* |
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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：
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Px = KxP （2） 2 H( y7 j! l! g* F" |* b0 ?( o d6 C
1 l g1 j8 c4 E- h: 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。 ( P S- y' q! M. M& s0 t
. I3 ?7 Z: |! m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：
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8 U) Q& e" \. ^2 m/ a w1 o+ U8 I9 u: Z) H按公式（2） Px=KxP 计算，Kx=0.03；Px=KxP=0.03X1362=40.86kN。
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( }; n$ I& ?4 c0 m2 E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。
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3.2 压槽模 ) d) [6 r' e* B) d* Q \- e
; l- g% G! j) z9 Z# L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。 1 }7 h/ p* y7 g) Z* w: w
) s2 P2 w" L$ O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。 : _ f3 U9 P P6 O! M+ @* }$ `8 b; d
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4 结束语 7 r4 W; B6 A9 P
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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