首页 如何成为会员 意见反馈
主办 沈阳鼓风机研究所 /《风机技术》杂志社
   新闻  |   技术纵横  |  论坛  |  沈阳鼓风机研究所  |  风机协会  |  质检中心  |  风机标委会  |  风机技术杂志  |  企业商铺  |  供求  |  产品  |  书籍  |  招聘
当前位置:中国风机技术网 → 技术纵横 → 制造工艺

VK系列产品专用模具的设计与试验

鲁鹏学 刘铎 王延飞/沈阳鼓风机集团有限公司    

摘要:介绍VK系列压缩机气冷设备中加工翅片用的冲压模具的设计、装配及调试。
关键词:冷冲压;冲孔

中图分类号:TH45   文献标志码:B
Design and test on Mold Special for VK Serial Compressors
Abstract: This paper has introduced the design, assembling and debugging of stamping die used for processing fins in air-cooled equipment of VK compressors.
Key words: cold stamping; punching
0   引言
  冷冲压是一种先进的金属加工方法,它是建立在金属塑性变形的基础上,利用模具和冲压设备对板料进行加工,以获得所需要的零件形状和尺寸。本课题的研究重点在于以生产实际需要为前提,利用企业现有的加工的资源,合理优化选用设备、设计冲压模具,满足生产的需要。
1   翅片结构
  翅片结构见图1,其材料为T2。

图1 翅片结构图

2 加工方案的确定
2.1 可行的五种方案
  翅片通常是由箔料通过安装在冲床中的级进模,连续经过各道子模冲压而成的。根据最终产品的形状要求,主要可以拟订出以下五种加工工艺方案:
  1) 冲孔—翻直边—翻横边—压波形—分条、压边—切断;
  2) 多次拉深—冲孔—翻直边、横边—压波形—分条、压边—切断;
  3) 冲孔—翻边—减薄拉深—翻横边—压波形—分条、压边—切断;
  4) 多次拉深—压波形—冲孔—翻直边、横边—分条、压边—切断;
  5) 鼓凸—深冲—压波形—翻边—减薄拉深—压横边—分条、压边—切断。
2.2 加工方案的确定
  目前,国内设计的模具多为拉深模,铝箔的拉深一般采用引伸后三次拉深成形法。考虑到铝的伸长率较大,一般为10%~20%,杯突值在5~6;而中等硬度的铜箔伸长率仅为3%~8%,杯突值在3~4,所以产生同样的拉深变形时,铜料的拉深次数应高于铝料,拉深变形系数应大一点,使每次拉深的变形小一些,否则片料会在拉深过程中出现拉破现象。
  经过上述分析,初步确定拉深材料取T2(中软),厚度定为t0mm,加工工艺路线为:
     多次拉深—压波纹—整形拉深—冲孔—翻边—翻横边—切边、分条—切断。

3 模具的设计
3.1 排样图设计

  排样图的设计是本课题最关键的一步,考虑以下因素进行设计:
     1) 各道冲压工序在排样设计中的顺序;
     2) 工位的确定与空工位的位置;
     3) 高速冲床的工作台面大小、落废料孔的位置;
     4) 送料方式及位置;
     5) 走料过程的精确定位;
     6) 模具的具体结构与位置。
  综合考虑以上因素,并参考国内、外同类模具结构,针对具体产品,初步安排翅片的加工步骤如下:
  a.拉深,b.拉深,c.拉深,d.拉深,e.拉深,f.拉深,g.空位,h.空位,i.整形压波形,j.冲孔翻直边, k.空位, l.空位,m.翻横边,n.空位,o.空位,p.切边分条,q.空位,r.空位,s.空位,t.空位,u.拉料导正,v.空位,w.空位,x.空位,z.切断。

3.2 压力中心的计算
  在冲压生产过程中,设计时模具压力中心应与压力机滑块中心一致。在设计模具时,不仅要正确估算模具的受力大小,而且要计算出模具的压力中心,并且将压力中心安排在一个合理的位置。
  压力中心的计算方法:
     1) 设上模受到来自模芯的n个向上的集中力P1, P2、………、Pn的作用;
     2) 所有集中力的合力为R,即

    3) 选定与集中力垂直的xoy坐标面;
    4) 在xoy坐标系中,各集中力的作用点分别为(X1Y1)、(X2Y2)、…(XnYn),合力的作用点(即压力中心)为(X, Y)。根据空间平行力系的合力矩定理,模具的压力中心为:   

  在本课题中,被加工翅片在宽度方向上各排孔的情况是相同的,设计模具时将冲压部分在宽度方向上对称分布,则各个作用力压力中心即在模具的对称位置上,所以只需计算模具在长度方向上单排孔冲压时压力中心是否在模架中央即可。
  经计算压力中心距离模具几何中心(x=amm)仅为bmm,可以认定模具的作用力中心与滑块的几何中心重合,所以该模具的整体结构分布是合理的。
3.3 模具的整体结构设计
  本文所研究的多工位级进模与扬州产JL-45B型开式固定台式压力机配套,冲床最大装模高度为270mm,滑块行程为40mm,翅片模具的开模高度设计为dmm,合模高度为emm,子模的空间高度为fmm。
  为了降低模架制造难度及便于模具的安装、调整、维护,按照各工位的功能,整套模具采用分块式设计,共划分为五个分模块:前六次拉深为第一模块,冲孔翻边及压波纹为第二模块,二次翻边(即翻横边)为第三模块,切边、分条为第四模块,切断模为第五模块。前四个模块由冲床滑块统一提供冲压力,滑块上下运行一次,模具开合一次,切断模只有在零件长度达到要求时才进行动作,前四个模块装在上下模架之间,切断模装在模架的一端,为了保证各个分模具有统一的高度,这里在下模架上设置一个厚度为cmm的公共的下模垫板,一端伸出上下大模架的主体部分,切断子模安置在伸出端一侧。整体结构示意图见图2。

1.切断模 2.切边分条模 3.翻边模 4.冲孔翻边模

5.拉深子模 6.上模架 7.固定板 8.下模架

图2 模具的整体结构

3.3.1 大模架的结构设计
  根据排样图,初步估计大模架的宽度大于emm,长度大于gmm。为保证大模具的整体导向精度,拟采用四导柱滚珠模架结构,由于在相应标准模架中,凹模周围边界最大为:B×Lmm,无与本课题参数接近的标准模架,所以参照四导柱标准模架结构,上、下模板均设计成非标准模板。模架的厚度参考最大标准模架的厚度,取tmm,材料取HT200,GB9439,导向部分采用标准结构进行设计。
3.3.2 导向部分设计
  翅片多工位级进模重复运动精度是靠滚珠滑动式导柱、导套来保证的。大模架的导向部分采用国家标准的导柱导套结构,由我集团配套分厂生产,设计时,只需按标准设计相应安装结构尺寸即可,为保证模具的精密导向,除大模架采用4副大的滚动导柱导套导向外,每套分模架亦分别采用2~4副小滚动导柱导套或滑动导向柱导向。同时各套分模均有定位螺钉销与下大模板实现精确定位,以保证高的步进精度。
3.3.3 大模架模板的选择
  上、大模板的大小参照冲床工作台的大小和翅片零部件的大小进行选取,模板的厚度参照标准冲模的厚度进行选取,对于本课题,上、下大模板板厚取用tmm,由于上下模板结构基本相同,为避免误加工,取下模架长度比上模架大Tmm。上模板取B×Lmm,下模板取B1×L1mm。
  大模架与冲床联接固定方式采用8个M16内螺栓将下模板下平面与冲床工作台连接固定。大模架与冲床定位方式在下模板采用2-20H7/f8定位销、孔与冲床工作台面定位。
3.4 分模设计
  由于拉深模、冲孔翻边模、二次翻边模及切边模均装在上下大模板之间,由冲床滑块带动上下运行,所以设计时这四块子模的行程、闭合高度应注意相同,冲压时箔料的各部分应处在同一高度,这是设计的第一关键问题。
3.4.1 拉深子模设计
  从前面的工艺分析及排样图可知,首先进行的是拉深加工,拉深部分的拉深孔基本形状是由锥形逐渐向柱形过渡的。这里采用柱—柱结构进行拉深,直径小的凸模顶部进入直径大的筒形凹模,最终形成锥形拉深结构。
3.4.2 冲孔翻边模设计
  冲孔翻边模是整套模具的第二套子模,在加工中也占有较重要的位置。卷料通过该套模具完成压波形、拉深整形、冲孔、翻边四道工序。由于在该套模具中要求压出波形,为了使整体结构紧凑,所以在冲孔翻边模块的上下模结合面之间用线切割切出波形,压波形由上模板和下模的卸料板压紧来完成,不再单独设置工位;另外,将冲孔与翻边工位复合,由一套模具来完成,占一个工位,减小模具结构尺寸。
3.4.3 二次翻边模设计
  二次翻边分模采用典型的五板四柱式结构,分别为上、下模板,凸、凹模固定板及卸料板。上模板、下模板分别安装在上大模板、下大模板上。上、下模板与凸、凹模固定板采用M8沉头螺钉连接、长导套定位。
  卸料板用勾板扣在凹模固定板上,运动时靠凸、凹模导向。卸料板在冲压过程中不仅起到卸料的作用,还起到对箔料压紧的作用,卸料板与上模板之间的相对位精度由一对直径为22的滚动导向柱来保证。在上模板与上大模架之间,还设有楔块调整机构,可以对二次翻边的高度进行微调。
3.4.4 切边分条模的设计
  切边分条模是VK系列气体冷却器翅片多工位级进模中的第四副子模,安装在上下大模架之间,采用2副直径为Φ22的滑动导柱导套导向。利用该模具可以自由灵活的完成1~8排孔的切边分条工作。
  切边模的作用是将翅片带料两侧边多余的边料冲剪去,以达到图纸的尺寸要求;分条模的作用是将带料按热交换器所需装配孔的排数进行分割。本课题为使整套模具结构紧凑,切边与分条刀采用同样的结构,装在同一套子模架上。
3.4.5 切断模设计
  切断模是整套模具的最后一个分模,也是唯一装在上下大模架之外的一套子模切断刀的材料采用GCr15,热处理硬度HRC62。
  为保证上下切断刀配合精度,该套子模模架的导向采用2副直径为Φ22的滚动导柱导套进行导向,导柱按国家标准GB/2861.3-90。
4 模具的装配与使用要求
  翅片加工级进模属于精密模具,总装时可按直接装配法进行,即凸模组合与凹模组合,分别按加工好的定位孔、螺孔进行定位、连接、固定于上下模座上。模具在冲床上进行安装调试也是一项很关键的工作,稍有不慎就可能造成事故,严重的会使整套模具报废。所以调试模具时应注意以下问题:
  1) 首先,清洁压力机滑块底面、工作台平面、垫板及模座的顶面和底面;
  2) 将模具置于压力机工作台上,使冲孔子模落料孔与工作台上的落料孔重合,并加上调整垫块;
  3) 用手攀车方式或机床的寸动功能将压力机滑块逐步降至近似闭合高度;
  4) 安装固定下模的压板、垫块和螺栓;
  5) 调整闭合高度,使拉深凸模进入凹模,上下切边刀靠近;
  6) 回升滑块,各滑动部分加润滑剂,并确保高压气路畅通;
  7) 冲裁模部分先以纸片冲切剪裁,观察毛刺以判断间隙是否正常;
  8) 通过楔块调节机构调节拉深凸模的拉深高度,手动送料、滑块寸动,检测拉深效果及翻边情况;
  9) 安装、调试开卷、送料及切断模的工作情况;
  10) 各刃口加油,用规定的材料加工若干零件,检查冲件质量、冲模的工作情况;
  11) 导柱经常上油润滑,导柱及导柱孔中有污物应清除干净;
  12) 由于翅片冲模是精密模具,对冲床要求也严格,即要求冲床冲头下平面与工作台平面不平行度不大于ymm,冲头滑动导轨对工作台面不垂直度不大于ymm,否则影响冲模精度,使冲模寿命缩短;
  13) 模具摆放时,应平放在地面上,不得倾斜和被他物堆压,加工表面均应涂油防锈;
  14) 冲刃端面磨削后,再用细油石精研,使冲刃周围去掉毛刺和虚刃,使冲刃达到真正的锋利,延长冲切寿命,提高产品质量;
  15) 来料为卷料时:卷料最小内孔不应小于直径w,否则冲后表面弯曲。
5 结论
  对设计、制造好的专用冲压模具进行了安装调试,同时进行了紫铜箔卷料连续加工成波状翅片试验,并对加工紫铜箔波状翅片的效果进行了质量检测,对其试验结果进行了分析。使用本文设计的模具进行加工试验的结果表明:铜翅片专用冲压模具可以将紫铜箔卷料连续加工成形为波状翅片,整个加工进程实现了设计要求。