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汽车空调磁吸盘冲压工艺与模具设计
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* {; f) _* o- t' J' {* J& V作者：胡千祥 刘晓兰
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' @9 f3 d6 p: E2 I! I5 y# c1 零件结构及工艺分析 & a6 y4 x5 @5 ^" S
/ d4 }9 f. C0 r7 T' W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。! T" G( ?+ d8 `& V g
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2 冲压成形方案比较及选择
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. w* D" }+ U; K2 ]; w* d. w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: 6 E7 w- K$ h5 ?5 c
' O7 h0 F+ n5 ?4 ^; U' L(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。 8 t# m) Y( p6 s) x# b! g0 A. v9 N
(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。 * n/ E9 t4 P! i( P7 L+ D
(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。 - X5 ]0 I4 k0 y
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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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, S$ L2 ?% W: ~! q# L/ ?& h$ S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。 4 q5 J# o3 H8 f+ e# e) N9 v- M5 o
6 |; H+ p w' E7 x2 n; V$ g) @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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+ Y5 H- f( S* E" u! N! ]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: : c2 r$ b) t5 W$ [
2 O6 l% p; S2 |( C- W8 c3 R/ pP = 1.3 Ltτ : I j7 R# W( i& s) n, O! 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。
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' |: O c' D: H3 R- o# j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。 , s* V9 b( ]& A0 }" l) T
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3.1 腰形冲孔模 0 T! d. q3 J! G; [" l! p8 [
2 N- X: H; g, N0 V3 d/ J- F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。 4 b8 i8 t1 t6 @, B8 w. ?
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$ g: V& C- i; z. P对于上述问题，通常采用以下4种方法来解决: 7 f3 V+ K" E$ _2 C8 J
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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。 . U1 s# k3 C3 h" k5 |' v
(2)在凸模全长或局部增设保护套(导向块或导向板)。
" W0 x/ l; X& H8 @4 F& F(3)采用超短凸模。 p+ v0 ~" R3 w& }1 ]. ]
(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。 , b" o/ M9 w& y* L
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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。
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3.1.2 腰形冲孔凸模
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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。 7 D0 H, r1 a6 _4 g
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3.1.3 冲孔凹模 # [4 T& w- ^4 e4 L# Y
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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。
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$ A. z" r0 V9 U6 Q. n# R3.1.4 强力弹黄的选用
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! `8 |2 R3 u' O" U' x O, c1 y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： . D3 G0 V% P/ b, G: U, ~
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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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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。 $ s" m/ ]/ N7 l! ~# m
! m4 `0 l; E# m9 N1 C! _3 C8 K将已知条件代入公式（1） P=1.3X85.6X6X340X6=1362kN。
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$ J& y9 G" C) Q; {$ ~5 i2 P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。 6 T1 F( f' E/ m7 w! A2 }
- K6 f% f6 K2 u5 {/ {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。 $ b/ [# I( W3 A8 Z) i5 _. s
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$ I7 \/ z! E* d3.2 压槽模
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- {" h( a/ _( B( t" D7 R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。 : Z, w, W m. J9 C; A8 A4 m$ ~
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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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4 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