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汽车空调磁吸盘冲压工艺与模具设计' b4 l% K- A& s( s( R
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4 D9 k7 S+ N. z. A9 q% E作者：胡千祥 刘晓兰
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3 K" e$ W; p2 P- A5 E8 w7 ~1 D . ]0 ?% ~$ i5 G6 }! E; n" ]
1 零件结构及工艺分析
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, ^/ f2 M8 f+ ^& f1 H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。0 E' d; h0 v8 ~5 @; ~
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2 冲压成形方案比较及选择
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, _/ S: F! j# O* j8 Y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。
5 m7 C! C/ I/ V! M(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 Z6 X2 A) r: M+ M9 P/ z$ [' P(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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. E4 B$ p- }/ x* J# J8 A% F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。 4 M% b2 M' L. |# v! x) V
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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。
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3 模具设计 & x/ p$ S4 m" a; ^0 ]' [
2 G: s' S2 ]$ H. \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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0 j3 q+ ?: d! i4 |; N5 Q$ IP = 1.3 Ltτ 9 g8 l- j- O, j; ]2 i0 O" R
/ ?5 ?* c+ I- F# N9 G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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* Z6 e6 F9 P$ V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。 % l) R% p( ~! H: r d) a
0 U) h- F6 u, b! @( _3.1 腰形冲孔模 0 T7 G/ V1 v: C4 \
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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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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。 ' i- P/ p8 b5 i# u: `
(2)在凸模全长或局部增设保护套(导向块或导向板)。 ; h& F! F$ a* |- m0 v q
(3)采用超短凸模。
: F" z9 [2 v1 I" L% ]* x(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 + Z+ \+ T5 P# h
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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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9 P! C0 e0 N' o, v3.1.2 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。 ( N2 a1 q* E2 [
- {- l& @( G- `( v, G; q+ b3.1.3 冲孔凹模
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& t8 `' S$ s) ^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。0 j+ }! c3 i& `. P* q' T
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3.1.4 强力弹黄的选用
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; M. c# e/ @& e5 B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） & X$ Z) }1 e0 T/ ?# b4 f) F h
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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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/ e$ K7 k x' ?" |# J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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将已知条件代入公式（1） P=1.3X85.6X6X340X6=1362kN。
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3 e3 t# }* e. e5 W" h/ c$ V再计算卸料力： % K# d3 G3 ?8 v2 o- k
6 ~. {2 J; m5 l [按公式（2） Px=KxP 计算，Kx=0.03；Px=KxP=0.03X1362=40.86kN。 $ [) I; \0 D! P2 Y3 C4 r
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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。 " t" e- S* H( o, S/ F
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' Z* K- z* D, _: Q4 R3 z$ A3.2 压槽模
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, }! O0 Z4 X8 O$ z0 D/ _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。
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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。 & V8 {+ g0 g4 M+ y/ ?2 u+ n! e
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: N- O* L: G; ^4 {# [7 y5 w4 结束语 . t+ I# Z# M! R6 V/ ^0 I7 k1 `! P+ B
+ U& R# l: U! r/ h# T- C1 h9 I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