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汽车空调磁吸盘冲压工艺与模具设计& p2 j: I* k- U$ j3 E4 b; t
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作者：胡千祥 刘晓兰
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1 零件结构及工艺分析 + [* L2 L: h9 d9 ?) f2 ]
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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。' `' a3 y$ C7 a% I, b. D
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1 U7 V' h, @4 n2 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:
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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。 . o! k0 b1 `! p! ^# B
(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。
7 [9 K% ?) I9 A( h; v(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。 ' P! z' X( t6 e- C& @, O
' h/ ~, u* D0 `) f; D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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( \* S7 Y0 }; g0 d: t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。
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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。 8 A0 Y. i3 Y; h6 t1 @
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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: ; }* v |) [" j3 e) M4 P
& J" N: S" e# e3 g7 c5 r( Y8 iP = 1.3 Ltτ
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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。 ' p. d- I x8 A( j( v" r
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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。 & a" U* T, W/ f
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3.1 腰形冲孔模 # E$ _$ b2 K1 ^& {4 r5 C, ?
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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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0 W' F7 i" e, u" Y3 Z对于上述问题，通常采用以下4种方法来解决: $ G) |' R; U# w& X' L1 m* R7 W
3 G3 o2 B5 O% j' B/ {(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。 9 k1 r; d0 G7 v6 e* i$ h* ]
(2)在凸模全长或局部增设保护套(导向块或导向板)。
$ E1 w, X# G3 Z+ L(3)采用超短凸模。 8 f( j( R# K4 P* X: n
(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。 4 ?0 O5 o5 Z2 Y; [
+ M9 p. s8 e* W3 V: ?3.1.1 模具设计要点
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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。 2 E5 [ T- ~3 ^% d
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3.1.2 腰形冲孔凸模 : i8 [5 X( j/ l! _2 N" W% V
5 f$ _: t2 E8 q8 H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。
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3.1.3 冲孔凹模
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$ B; A, e. d. k# g% h% ~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。
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: ? c& s* Z4 C3 W3.1.4 强力弹黄的选用 / T. ]" E7 l: m. a
! X- r; R9 Q; N: H2 o& O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： 2 o n* B! ~; \6 K$ X7 \2 [- j9 S
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Px = KxP （2）
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式中：Px--卸料力，N；Kx--卸料力系数；P--冲裁力，N。
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9 f8 k8 F" F" S x0 `6 n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。 3 q& \: V1 _8 r2 h8 `1 N
$ V0 O: ^: m6 ]5 d* H4 D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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按公式（2） Px=KxP 计算，Kx=0.03；Px=KxP=0.03X1362=40.86kN。 : L+ g3 A; m2 y' L& M
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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 # N" p9 a/ K8 L; V: x
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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。 - h% d6 R. R" A$ ?
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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。 ' `' y8 Z' r% }: r
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4 结束语 : `4 U# s+ Q( ~; ^( e
) S& R' B) e) h. l2 f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