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1、汽车空调磁吸盘冲压工艺与模具设计 1 零件结构及工艺分析 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=0.8m。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:零件属于厚料小孔冲裁工艺，加工难度大;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;3 个圆环形凹槽采用
2、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。 图 1 汽车空调磁吸盘 2 冲压成形方案比较及选择 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: (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。 (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
3、腰形孔、磨端面。 (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。 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。 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。 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
4、 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。 3 模具设计 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: P = 1.3 Lt 式中：L-展开周长，mm；t-材料厚度，mm；-10 钢材料抗剪强度，MPa。 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。 3.1 腰形冲孔模 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
5、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。 对于上述问题，通常采用以下 4 种方法来解决: (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。 (2)在凸模全长或局部增设保护套(导向块或导向板)。 (3)采用超短凸模。 (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
6、 工作效率。 3.1.1 模具设计要点 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。 3.1.2 腰形冲孔凸模 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
7、 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。 3.1.3 冲孔凹模 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。 图 3 细长腰形冲孔凸模图 4 腰形冲孔凹模 3.1.4 强力弹黄的选用 强力弹簧主要起卸料作用，所以必须计算卸
8、料力，卸料力的计算公式为： Px = KxP （2） 式中：Px-卸料力，N；Kx-卸料力系数；P-冲裁力，N。 首先计算冲裁力：按公式（1）P=1.3Lt 计算，细长腰形孔周长按图 5 计算， L=85.6mm；t=6mm；=260340MPa。 将已知条件代入公式（1） P=1.3X85.6X6X340X6=1362kN。 再计算卸料力： 按公式（2） Px=KxP 计算，Kx=0.03；Px=KxP=0.03X1362=40.86kN。 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。 图 5 细
9、长腰形孔 3.2 压槽模 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。 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。 4 结束语 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)
