作者:柯欣 罗毅 汤建云
 
文章针对汽车空调压缩机上的阀板零件,分析了成形过程的3种不同冲压工艺,从理论探讨及实验上得出最佳工艺方案,并设计出模具,简要分析了模具关键部件的设计及制造。

1 引言

    气阀是汽车空调压缩机重要部件之一,主要由吸、排气阀板和阀板组成。将排气阀板安装在阀板凸台上,阀板凸缘安装在阀板凹槽内,保证压缩机在吸气和排气时阀板的自由吸合及松开,并减少排气阀孔对余隙容积的影响。因零件的特殊要求,所以对成形零件的尺寸精度及表面粗糙度要求高,给成形带来难度,普通工艺是先冲压成外形,再弯曲。现主要对外形成形工艺过程进行分析,制定出合理的工艺过程,并设计制造出能满足产品要求的模具

2 零件分析

    未经弯曲的阀板零件如图1所示,前端上表面需成形2个凸台,此部位主要与阀板配合,尺寸精度和表面粗糙度要求高,阀板上表面粗糙度Ra1.6μm,凸台与凹槽一起同时镦挤出,其周围开了浅槽,其外形尺寸D2=7.2±0.03mm,高度H=0.75+0.050mm,槽宽b=0.25mm,槽深h1=0.3±0.02mm,内孔直径d=4.52±0.03mm,后端大孔直径D1=7.13±0.025mm。零件生产批量大,采用厚3mm的45钢板经平磨到2.8mm后冲压而成。

阀板零件 

图1 阀板零件

3 成形工艺分析

    零件形状简单,前部凸台成形精度高,故工艺难点主要在凸台上。因上工作面表面粗糙度Ra0.8μm,对条料磨到Ra=1.6μm,才能保证普冲后抛光达到产品要求。

    通过对零件结构和使用要求综合分析,此零件的成形工艺方法有3种:①冲孔→镦挤→落料;②镦挤→冲孔→落料;③冲孔镦挤→落料。经多次试模发现,方法①成形的排气孔小于产品要求,即使预冲孔达极限尺寸也满足不了要求,因预冲孔与镦挤凸模的导向部分存在间隙,镦挤时材料朝阻力最小方向流动,镦完后材料还有往孔流动的趋势,所以很难保证孔的尺寸要求。方法②成形的凸台高度达不到要求,因材料挤压时加工硬化很严重,所以材料的塑性流动受阻就引起变形停止,且很难保证凸台与孔的位置精度。经反复试验,方法③成形的零件都能达到产品要求,因前工序相当于同步剪挤精冲过程,提高了材料的塑性流动能力,有利于材料变形。

    分析计算镦挤凸台和凹槽所需的挤压力约80k,冲孔的剪切力约50kN,落料工序的剪切力约220kN,则需总冲压力约350kN。综合模具结构、冲压力及实验室的设备等方面的因素,选用J23-63曲柄压力机。

模具设计及工作过程

    未经弯曲的阀板零件的冲压工序只需1副连续复合模就能完成,其中镦挤与冲孔的复合工序是此模具成形的关键。

    模具结构如图2所示,由于零件凸台高度大于反面孔的深度,零件需从凹模向上顶出,则下模须设置工件的顶出机构,设计采用简单方式,即在垫板上开孔放置橡胶21,橡胶21上加小垫块16、顶件块15一起组成顶件装置。

模具结构 

图2 模具结构

1.上模座2.螺钉3.销钉4.模柄5.垫板6.落料凸模7.镦挤冲孔凸模

8.限位螺钉9.凸模固定板10.导套11.橡胶12.导料板13.凹模14.螺钉

15.顶件块16.垫块17.螺钉18.卸料板19.定位钉20.小导柱21.橡胶

22.导柱23.垫板24.销钉25.下模座

    上模工作部分由镦挤冲孔凸模7和落料凸模6构成,下模工作部分由凹模13和顶件块15构成。确定送料步距为28.2±0.01mm,即落料凹模与镦挤凹模的中心距为25.5mm,在反顶器上设计2个定位钉19,为送料方便,在凹模上设计导料板12。为了很好地保证零件成形部位的位置精度,必须加小导柱20。

    当条料送入模具中,模具工作部位冲孔镦挤凸模7首先挤入材料,直到凸台镦挤到产品尺寸要求时,冲孔镦挤才完成。条料继续往前送1个步距28.2mm进入落料工序,落料凸模6下来把废料往下冲,同时顶件器也往下运动,当落料完成时,在顶件器及橡胶的作用下,将成形工件顶出。以后每次送料时镦挤冲孔与落料是同时进行,但必须保证镦挤完前落料已经完成,否则工序就无法连续进行。

 

5 关键零件设计制造

    零件的凸起小凸台的外形尺寸要求,完全由镦挤冲孔凸模尺寸决定。设计时必须考虑材料的流动受阻等因素,适当地设计其凸模刃口尺寸及加工精度。凸模设计如图3所示,图3a为镦挤冲孔凸模,图3b为落料凸模。

凸模 

图3 凸模

    为了在第1工序完成后满足产品尺寸要求,镦挤冲孔凸模工作部分的尺寸取零件尺寸公差最大值,制造精度如图3所示。为了使孔的粗糙度很高,则在镦挤冲孔的前段加工成球面,表面粗糙度Ra=0.8μm,凹模成形部位与其配作,留单面间隙0.05mm,为了获得产品上的凹槽,则需在凹模成形部位周围电火花加工出小凸台。

    落料凸模与凹模对应部位配作,留单面间隙0.05mm,先用线切割割出最大外形尺寸和2个退位孔,然后把零件旋转90°,把沿着零件竖直方向的多余材料割掉,即获得如图3b所示的挂台。为了保证工序连续进行,设计落料凸模的高度比镦挤冲孔凸模高度高2mm。

    凹模落料部位和成形部位的孔用线切割方法成形,落料部位的尺寸由产品图决定。

    凸模、凹模材料选用Cr12MoV,其热处理变形小,淬硬性好,耐磨性好,具有良好的工艺性,有效地提高了模具的寿命。凸模的热处理硬度59~61HRC、凹模的热处理硬度60~62HRC。

6 结束语

    (1)采用镦挤冲孔同时进行,可以使圆凸台的高度及直径满足产品要求。

    (2)模具结构简单,操作方便,效率高,稳定性好,但在制作和调试时要求高,送料精度要求高,否则产品达不到要求。