空調(diào)器兩器邊板生產(chǎn)工藝提升技術(shù)研究

文／趙佳，蔣鑫強，盧長水，徐煒·珠海格力電器股份有限公司

空調(diào)機組中位于蒸發(fā)器或冷凝器兩端的邊板(圖1)，其上的翻邊孔用來穿起銅管，起到固定銅管、保護翅片的作用。鈑金件在沖壓加工過程中，邊緣容易產(chǎn)生毛刺、脫鋅、劃痕等質(zhì)量異常，特別是邊板類零件具有多孔結(jié)構(gòu)、翻孔精度要求高等鮮明特點，對其質(zhì)量的控制難度進一步提升。由于空調(diào)機兩器邊板上需要穿冷凝器銅管，導(dǎo)致存在喇叭口、內(nèi)孔劃傷等一系列行業(yè)難題，給生產(chǎn)單位帶來了一定的困擾。

圖1 邊板產(chǎn)品圖

本項目團隊通過技術(shù)分析與研究，設(shè)計出一套改善方案，不僅能夠提升邊板沖壓生產(chǎn)的工藝水平與零件質(zhì)量，而且實現(xiàn)翻孔垂直度改善，也解決了鋁邊板沖壓過程中涂油、除油低效的問題。

過程監(jiān)控與模具技術(shù)

通過項目團隊的前期調(diào)研，發(fā)現(xiàn)在沖壓生產(chǎn)過程中的一些問題(圖2)，通過自主創(chuàng)新提出改善思路與方案。

圖2 舊工藝生產(chǎn)缺陷

鋁邊板生產(chǎn)中有劃痕，帶料嚴重

⑴邊板翻邊孔內(nèi)壁拉深痕明顯；

⑵沖壓過程帶廢料嚴重；

⑶涂油＋除油的生產(chǎn)方式，產(chǎn)能降低60%。

解決思路：由于鋁合金材質(zhì)與鍍鋅板、不銹鋼等的性能差異較大，鋁合金硬度低、熔點低、成形過程發(fā)熱大、沖壓碎屑極易粘附在沖頭表面形成熔塊并造成翻孔劃傷。

實施方案：開發(fā)全新的模具鍍層，要求在鍍層后零件具有自潤滑性、超高硬度、高耐磨性，對沖頭進行保護，避免鋁屑與沖頭大面積的接觸和摩擦。

效果驗證：完成模具鍍層后，首先量產(chǎn)驗證的兩個批次(共計2000 件)，在不涂油情況下無劃傷、無帶料。同在無鍍層的狀態(tài)下生產(chǎn)20 件即出現(xiàn)刮花相比(圖3)，改善效果非常明顯。

圖3 鍍層前后效果對比圖

邊板翻邊孔有喇叭口，存在應(yīng)力集中

⑴邊板翻孔后存在錐度，角度為93°～97°；

⑵翻孔與銅管接觸部位由面接觸變?yōu)榫€接觸，此處由于應(yīng)力集中而存在割管隱患，如圖4 所示。

圖4 改善前產(chǎn)品角度超差檢測圖

解決方案：開發(fā)邊板翻孔、擴孔新工藝技術(shù)，對翻孔方式、模具設(shè)計、精度控制參數(shù)等展開研究，綜合提升邊板成形工藝技術(shù)。開制擴孔簡易模驗證校形效果，根據(jù)檢測尺寸驗證將擴孔技術(shù)應(yīng)用到量產(chǎn)模具中。

驗證效果：新工藝開制簡易模，角度矯正效果良好，同步在量產(chǎn)模具LC109/10038 中應(yīng)用擴孔工藝，經(jīng)過200 件的小批量試制，產(chǎn)品翻孔角度穩(wěn)定在(90±2)°，達到預(yù)期效果(圖5)。

圖5 改善后產(chǎn)品角度檢測圖

邊板生產(chǎn)缺乏精細化管理

由于邊板類零件的特征獨特，區(qū)別于其他種類零件，對模具技術(shù)要求較高，需制定針對性精細化管理規(guī)范(圖6)。

圖6 開模技術(shù)要求規(guī)范

解決方案：將邊板單獨作為一個零件類別，進行全面技術(shù)研究，從模具鍍層、工藝規(guī)范、邊板連續(xù)模擴孔工藝技術(shù)、翻孔高度對成形角度的影響等出發(fā)，制定合理的模具間隙、沖預(yù)孔大小設(shè)計等多個技術(shù)點展開研究測試，記錄并改進。

驗證效果：完成模具鍍層工藝技術(shù)要求，形成邊板連續(xù)模擴孔工藝技術(shù)，明確翻孔高度對翻孔角度的影響，制定合理的模具間隙及邊板沖預(yù)孔尺寸參考表，形成公司級的工藝指導(dǎo)文件《關(guān)于鈑金模邊板零件生產(chǎn)工藝文件(鈑金—操作規(guī)范)》。

關(guān)鍵技術(shù)及問題攻克

項目團隊圍繞以上問題展開方案實施與改善推進，不斷改進與優(yōu)化并確定最終技術(shù)參數(shù)。

鋁合金邊板不涂油沖壓

鋁合金沖壓刮花一直屬于行業(yè)難題，因鋁合金硬度低且易產(chǎn)生碎屑，同時其熔點低，由于沖壓摩擦發(fā)熱易將碎屑熔化粘附在沖頭上，形成熔瘤而破壞模具表面光潔度，從而導(dǎo)致產(chǎn)品被劃傷。目前，模具基本靠采用熱處理等來增加沖頭硬度，提高表面光潔度等手段來減少碎屑粘附，但效果并不理想。

解決辦法：研究行業(yè)內(nèi)鍍層發(fā)展現(xiàn)狀、對比鍍層性能，測試適合兩器邊板產(chǎn)品的鍍層工藝(圖7)。

圖7 常見鍍層對比

其中，DLC 鍍層具有以下特點：

⑴硬度達20 ～40GPa，防止鍍層損壞；

⑵自潤滑性好，防止鋁合金碎屑粘附在沖頭，保持沖頭光潔度；

⑶摩擦系數(shù)小于0.1。沖壓過程中摩擦力小，摩擦發(fā)熱少，避免達到鋁合金熔點；

⑷不易粘上鋁屑，避免沖頭表面形成熔瘤；

⑸沖壓生熱性能穩(wěn)定，避免局部熱量大，造成鋁屑熔化。

喇叭口的解決

由于鈑金材料存在加工應(yīng)力，加上翻邊孔高度低、成形部位不足等原因，導(dǎo)致翻孔后存在喇叭口，以致完成裝配后形成應(yīng)力集中，導(dǎo)致存在刺穿銅管的隱患。

解決方法：如圖8 所示，開發(fā)擴孔工藝，在邊板沖壓成形后增加1 步反向整形工序，對材料回彈進行矯正。此方案涉及擴孔方式制定、擴孔參數(shù)選取與測試等。

圖8 喇叭口問題解決方案

原理描述：傳統(tǒng)邊板生產(chǎn)工藝流程是沖預(yù)孔→翻孔，改進后的是沖預(yù)孔→翻孔→擴孔。擴孔的目的是對翻孔后材料回彈進行矯形處理，沖頭尺寸參見表1。

表1 沖頭尺寸參考表(單位：mm)

模具間隙規(guī)范

由于模具間隙直接影響尺寸精度及沖壓生產(chǎn)的斷面質(zhì)量，從而影響模具使用壽命，因此需要規(guī)范不同材料、不同板厚的鈑金件的模具設(shè)計間隙要求，參見表2。

表2 沖裁間隙參考表(單位：mm)

沖預(yù)孔對翻邊孔尺寸的影響

翻邊孔垂直度與高度密切相關(guān)，因此要求保證合理的翻邊孔高度。而沖預(yù)孔大小將直接影響翻邊孔高度，可以通過調(diào)整沖預(yù)孔大小來控制翻邊孔高度。相同料厚、不同沖預(yù)孔大小的翻邊高度尺寸參見表3，翻孔高度對比圖見圖9。

表3 沖預(yù)孔沖頭尺寸參考表(單位：mm)

圖9 翻孔高度對比圖

效益分析

質(zhì)量提升：保證邊板翻邊孔垂直度(90±1)°，保證兩器裝配質(zhì)量；解決邊板劃痕問題，提高鈑金件外觀質(zhì)量。

提效生產(chǎn)：實現(xiàn)鋁合金、不銹鋼邊板裸板的穩(wěn)定生產(chǎn)，提高效率50%以上。

降低成本：提高模具壽命，修模頻率降低80 %，間接降低維修成本。

管理效果：制定全品類鋁板生產(chǎn)的企業(yè)標準，指導(dǎo)開模及規(guī)范生產(chǎn)。

結(jié)束語

鈑金件使用范圍廣泛，從生活電器到汽車工業(yè)再到航空航天，其已成為現(xiàn)代生活不可缺少的重要組成部分，而翻邊孔成形工藝作為鈑金件加工的主要成形工藝之一，其成形質(zhì)量將直接影響產(chǎn)品的諸多使用性能，同時材料性能、工藝制定、模具結(jié)構(gòu)、零部件加工精度等都會極大程度影響鈑金件翻邊孔的尺寸及質(zhì)量。因此通過對各工序參數(shù)、性能的分析，制定可靠的改善措施，有效提升鈑金件的翻孔質(zhì)量，提高產(chǎn)品品質(zhì)，從而推進現(xiàn)代化工業(yè)智能制造的快速發(fā)展。