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汽车空调磁吸盘冲压工艺与模具设计; S8 p8 g5 m, d r) Q
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; Y, s5 q* [1 o) e$ u作者：胡千祥 刘晓兰2 k3 t/ ?0 ]5 N+ ]& l: G* v
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1 零件结构及工艺分析 ( _; g8 X" }5 ?8 z/ W" z
9 r& I8 B1 `) N3 @* P0 G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。
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2 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。 $ Z& H. y2 K, F1 d" e7 e3 X
(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。 & e% N7 L8 T1 @6 p) _* s
(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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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。 5 H6 c7 \% M! }
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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。
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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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2 i5 c. }5 e" g; p* E3 模具设计 0 t; s" Q/ ^4 f( s5 ?
0 z ?6 `5 Y. ~6 B, n* `4 c$ G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: ! h; ?+ V) o* j: Z- A" B) m
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P = 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。
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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。 1 N' [" G& _& f- s# i3 i
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3.1 腰形冲孔模
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3 _0 Z3 X# Y. l* N) g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。 ' ?0 o% n0 \; J1 J* T
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对于上述问题，通常采用以下4种方法来解决: , p' o; U* |2 v
?( \7 T2 z. _6 v& t0 s `(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。
6 t$ i, I* x! K4 I(2)在凸模全长或局部增设保护套(导向块或导向板)。 ! M0 d! v$ |6 n0 Z
(3)采用超短凸模。 8 {' G5 |& c5 P4 P7 L1 L& S9 d
(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。 ! l4 }% Q1 ?5 y5 l
# e1 B. e! B& |: H0 ^1 q& p3.1.1 模具设计要点
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1 Y: l2 \$ }7 M' K3 K: L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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+ K/ k9 R# t; q% W& ]3 q+ z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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2 ~# V3 s% ?: n/ m9 t; @3.1.3 冲孔凹模 1 [$ W3 U* O3 I
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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。# `. L" f8 u+ L6 Z
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3.1.4 强力弹黄的选用 / D. h9 y8 i4 I
, j) g" N2 x& c4 _' h& P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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5 H: M5 w8 z+ `. ^6 p# r0 ZPx = KxP （2） + l, [1 Z7 ]2 L7 Z3 F5 i8 Q
7 S$ E* l$ e5 [% e4 T式中：Px--卸料力，N；Kx--卸料力系数；P--冲裁力，N。 2 x$ r% Z( |. M1 g0 v2 | A
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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。 , C. `! x: W% b3 Q
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将已知条件代入公式（1） P=1.3X85.6X6X340X6=1362kN。
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1 b/ y \3 R- d/ D) c" K7 s再计算卸料力： 6 W3 {+ p3 c# x: I- B& H- n# v
+ E- U2 E: z( n+ i, o8 Z按公式（2） Px=KxP 计算，Kx=0.03；Px=KxP=0.03X1362=40.86kN。
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: k+ } y' M/ P& k& y. o6 {2 f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。 4 { u* [# ~- R1 \# P! Y" }2 r: O
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8 f9 i2 y. Q. Z3.2 压槽模 ; x/ ~, q+ N7 D* D
+ L$ @$ w; a8 q$ z2 J% A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。 8 W* ?+ ^" q0 V- v1 A( J
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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。 - x8 ?0 V- |$ g0 w6 g+ V# _8 X
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4 结束语 2 e' M2 T/ t: Z+ m0 \
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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