散熱器面板拉深模設(shè)計(jì)

柳鵬旭，祝民利

（新疆工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830023）

1 散熱器結(jié)構(gòu)分析

大型節(jié)能家用散熱器結(jié)構(gòu)如圖1所示，散熱器面板和背板裝配后要在側(cè)邊進(jìn)行滾焊縫合，散熱器內(nèi)部有加熱管和導(dǎo)熱油，具有高效、散熱量大、節(jié)省能源的優(yōu)點(diǎn)。散熱器面板結(jié)構(gòu)如圖2所示，材質(zhì)為Q235A，厚度為1 mm，大批量生產(chǎn)。面板拉深后要求無起皺、開裂、扭曲變形，外表面光滑平整，保證878 mm的配合尺寸和60 mm深度。

2 散熱器面板沖壓工藝

根據(jù)散熱器面板結(jié)構(gòu)、尺寸精度及企業(yè)沖壓設(shè)備，工藝方案如下：剪切下料→拉深成形→切除多余凸緣邊，共3道工序，如圖3所示。

圖3 工藝方案

3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

由于企業(yè)只有帶氣墊的大型沖床，模具設(shè)計(jì)為倒裝結(jié)構(gòu)，如圖4所示，壓料板13上設(shè)置了拉深筋。為了方便模具裝配，采用裝配式導(dǎo)柱導(dǎo)套，保證了模架和凸、凹模的裝配間隙與精度。為使上料方便，模具采用三導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)，壓料板13上設(shè)計(jì)了4個(gè)擋料銷14定位成形的制件。

圖4 模具結(jié)構(gòu)

壓邊力由沖床工作臺(tái)下方的氣缸墊提供，通過頂桿10均勻傳遞給壓料板13壓緊待成形的制件，壓邊力在成形過程中保持恒定且大小可調(diào)。成形制件由于存在向外擴(kuò)張的彈性變形，容易卡在凹模2中，為了方便取出成形的制件，通過推桿5與壓力機(jī)限位塊推出制件。卸料板12上安裝卸料螺釘3和彈簧防止其在重力的作用下掉出凹模，限位塊4限制成形制件的壓入深度。

凸模、凹模和壓料板材料為球墨鑄鐵，加工完成后對(duì)局部工作部位進(jìn)行淬火，拉深筋采用9CrSi材質(zhì)淬火處理，導(dǎo)柱和導(dǎo)套采用T8工具鋼淬火處理。

3.2 模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.2.1 制件成形分析

制件屬于薄板盒形淺拉深件，為防止拉深失穩(wěn)需要進(jìn)行壓邊，凸、凹模間隙控制在（1～1.1）t（t為板料厚度），通過計(jì)算拉深系數(shù)沒有超過一次拉深系數(shù)（0.53～0.63），可以一次成形。

由于制件較薄、尺寸較大，成形后容易變形，尺寸和形位公差達(dá)不到要求。為了保證面板和背板裝配后能滾焊縫合、導(dǎo)熱油不滲漏，制件尺寸必須達(dá)標(biāo)，避免產(chǎn)生起皺、開裂、扭曲等缺陷，否則制件就會(huì)報(bào)廢。

大型盒形件拉深時(shí)，四周料流阻力不均勻，在4個(gè)直邊處阻力小，進(jìn)料速度快；4個(gè)圓角處阻力大，進(jìn)料速度慢，由于變形不均勻會(huì)產(chǎn)生缺陷。為了控制變形均勻性，需要在壓料板直邊處設(shè)置拉深筋，以增大料流阻力使與圓角處流速相同，消除缺陷。

3.2.2 壓料板與拉深筋設(shè)計(jì)

壓料板設(shè)計(jì)：壓料板上設(shè)置拉深筋，使制件四周料流阻力基本一致，可有效避免制件產(chǎn)生缺陷，使成形后的制件尺寸穩(wěn)定、壁厚均勻，但拉深筋的布置和尺寸要通過實(shí)際試壓修正。

壓料板4個(gè)圓角半徑的確定：圓角過小則拉深變形劇烈，阻力大，制件不易成形；圓角過大則使壓制的制件圓角增大，導(dǎo)致制件內(nèi)部零件無法安裝。根據(jù)制件材料、料厚與深度計(jì)算最小圓角的半徑為R50 mm，為便于成形且不影響內(nèi)部零件裝配，最后決定取圓角半徑為R80 mm。

凹模圓角確定：凹模圓角大小決定拉深時(shí)料流阻力大小，凹模圓角過小，料流阻力大，制件容易開裂，凹模圓角過大，不符合散熱器的裝配要求。通過計(jì)算，凹模圓角為R10 mm，為方便成形又不影響裝配，最終凹模圓角取R14 mm，且凹模圓角要沿料流方向拋光以減小流料阻力。

拉深筋結(jié)構(gòu)及工作原理：拉深筋結(jié)構(gòu)如圖5所示，工作狀態(tài)如圖6所示，為了控制料流阻力，拉深筋頂面采用圓弧形，拉深筋的形狀和高度及位置應(yīng)通過模具實(shí)際試壓不斷的修正和調(diào)整，同時(shí)不斷調(diào)整壓邊力至制件均勻變形。

圖5 拉深筋結(jié)構(gòu)

圖6 拉深筋工作狀態(tài)

拉深筋布置：拉深筋位置與形狀是模具設(shè)計(jì)關(guān)鍵，拉深筋設(shè)置是否合理決定制件成形的成敗。為保證成形制件四周料流阻力均衡，需分段布置拉深筋，凹模圓角處料流阻力較大，所以不能在凹模圓角處布置拉深筋，只能在其附近的直邊處分段設(shè)置拉深筋。通過改變拉深筋高度和圓角半徑可有效控制料流阻力。在拉深筋上設(shè)置過渡圓弧降低料流阻力，如圖5中R100 mm，通過實(shí)際驗(yàn)證不斷調(diào)整優(yōu)化拉深筋的形狀及位置，最后得到最佳方案，分段拉深筋的布置如圖7所示。

圖7 拉深筋布置

4 制件缺陷及解決措施

（1）制件在4個(gè)凹模圓角處開裂。這是由于凹模圓角處的壓邊力過大，使料流阻力大于材料強(qiáng)度極限而開裂，原毛坯尺寸如圖8所示。改進(jìn)措施：①對(duì)毛坯的4個(gè)角倒C80 mm，如圖9所示，減少4個(gè)角處的有效壓邊面積從而降低壓邊力；②調(diào)整氣墊的壓力以減小壓邊力，但同時(shí)應(yīng)考慮直邊處的壓邊力是否合適；③增大拉深筋與凹模圓角處的距離，同時(shí)對(duì)4個(gè)凹模圓角進(jìn)一步拋光，降低凹模圓角處的料流阻力以減小開裂的傾向。

圖8 原毛坯尺寸

圖9 改進(jìn)后的毛坯尺寸

（2）制件在直邊頂部起皺，并出現(xiàn)扭曲變形。這是由于成形過程中料流阻力分布不均引起，直邊處阻力小進(jìn)料多，圓角處阻力大進(jìn)料少，成形后制件內(nèi)部應(yīng)力分布在進(jìn)料多的部位產(chǎn)生堆積起皺，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力達(dá)到一定程度時(shí)還會(huì)導(dǎo)致制件扭曲變形。改進(jìn)措施：重新調(diào)整拉深筋的位置與形狀，使直邊處與凹模圓角處料流阻力相同，即改變圖7中120、130 mm尺寸和拉深筋形狀，使制件變形均勻從而消除起皺、扭曲變形等缺陷。

（3）制件頂部塌陷。由于凸模和成形制件的配合間隙較小，制件表層涂了潤滑油，成形時(shí)產(chǎn)生密封空間，凸、凹模分離時(shí)制件與凸模形成負(fù)壓真空而引起制件頂部塌陷。改進(jìn)措施：在凸模上設(shè)置6個(gè)進(jìn)氣孔。

（4）制件在拉深筋處開裂。開裂原因?yàn)椋孩倮罱畛叽绮缓侠砘虼植诙忍螅斐闪狭髯枇^大而開裂；②壓邊力過大造成料流阻力過大而開裂。改進(jìn)措施：減小拉深筋尺寸并拋光；成形時(shí)調(diào)整氣墊的壓力。

（5）制件在4個(gè)凹模圓角處起皺。由于壓邊力過小導(dǎo)致的起皺，可通過調(diào)節(jié)氣墊的壓力而改善起皺情況。

5 結(jié)束語

結(jié)合制件結(jié)構(gòu)和性能要求，合理布置拉深筋位置并優(yōu)化其形狀，能有效調(diào)節(jié)料流阻力，保證制件四周流動(dòng)阻力的均衡性，消除制件內(nèi)部的開裂、起皺、扭曲變形等缺陷，通過不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)，最終獲得質(zhì)量合格的散熱器面板。