風管式空調內機支撐腳級進模設計

張 建

(上海三菱電機·上菱空調機電器有限公司,上海 200135)

0 引 言

風管式空調內機安裝時,通過固定在屋頂的可調節(jié)吊裝螺桿和固定螺母連接該支撐腳,使風管式空調內機水平固定在某一安裝高度。該產品承載了整個風管式空調內機的重量,屬于高強度結構鈑金件,選用較厚的鈑金材料。

鈑金沖壓成型工藝和模具結構設計方案,決定了該產品的成本經濟性、大批量生產的品質穩(wěn)定性、操作安全性、生產效率的高效性。本文對沖壓工藝和模具結構方面的內容進行探討。

1 沖壓工藝分析

零件簡圖見圖1。該零件材料規(guī)格DC51D+Z-90/90-M-FC-C05(寶鋼材料牌號),厚度2.3mm,是低碳冷軋熱鍍鋅鋼板。該零件結構形狀復雜程度一般,既有沖裁,也有彎曲,有1處三角筋、2處彎曲、1處壓舌。本文將分別對其結構進行工藝分析和綜合設計。

圖1 產品零件

2 單沖模的工藝特點

單沖模的沖壓工藝如圖2所示。

1. 沖孔,落料

該產品的單沖模的沖壓工藝有以下特點。

(1) 該產品具有強度結構件的功能,選用較厚的熱鍍鋅鋼板?？着c邊緣之間的距離,受模具強度和沖裁件質量的制約,其值不應過小。一般要求c≥1.5t(t為料厚)。c≥1.5t=1.5×2.3=3.45mm,從圖2面中測得封閉長圓形孔(7mm×8mm)與U形槽的邊緣之間距離為3.5mm,理論值和設計值相近?？紤]到沖裁凹模的壽命,U形沖裁和圓孔沖裁分別由第1副沖孔、落料和第2副沖孔兩副模具來對應。

(2) 2個小腳的彎曲方向與舌形成型彎曲的方向相反,為了保證產品和模具的穩(wěn)定性,分別由第3副彎曲和第4副舌形成型兩副模具來對應。

(3) 第3副模具的2個小腳彎曲,因材料較厚及彎曲尺寸較短,彎曲時產品有被拖料的缺陷,導致產品尺寸問題,所以需要加大壓料力,使之不發(fā)生偏移。

(4) 第5副在作V形彎曲成型的同時,進行三角筋的成型。該成型中,封閉長圓形孔(7mm×8mm)會因三角筋成型而變形,而此封閉長圓形孔是作為螺釘穿過孔,少許變形不會影響螺釘的固定裝配。

3 連續(xù)模的工藝特點

在單沖模工藝的基礎上進行工程改進。

(1) 該產品是單面彎曲,材料單側向受力。設定一出二的形式,鏡像對稱布置,如圖3所示。雙側彎折,材料雙側側向受力,提高了模具的穩(wěn)定性和沖床的壽命。

圖3 一出二方案

(2) 采用連續(xù)模生產方式。具體工藝如圖4所示。

1—沖孔;2—切邊沖孔;3—切邊;4—切邊;5—空步;6—45°彎曲;7—90°彎曲、舌成型;8—45°彎曲;9—90°彎曲;10—空步;11—沖孔、切斷;12—空步;13—分斷

分析零件的展開圖:零件外形左右對稱,長度方向較長,因此采用豎直排多工位切邊型排樣。零件兩處彎曲邊長度相差較大,彎曲時材料受力偏移明顯有差別,為了模具彎曲受力對稱性考慮,采用圖4鏡像對稱一出二排樣方式。共分成13個工位,1～12工位是零件與帶邊料一起移動,13工位是沖切載體完成2個相同的零件。該零件既有沖裁又有彎曲,采用切除余料的方式成型,分步沖裁產生零件輪廓形狀,交線處為產品彎曲處。采用送料機自動橫向送料,材料選用卷料形式,配合大臺面沖床進行連續(xù)沖壓生產。

連續(xù)模的具體各工位的工作內容如下:

工序1:長圓形孔(7mm×8mm)沖裁,為了保證切外形時條料的定位精度,增設了輔助導正孔(直徑8mm)沖裁,并在第2和3工位上設置導正銷導正。

工序2:U形沖裁和沖裁部分外形。

工序3:沖裁部分外形。

工序4:頂部的葫蘆形沖裁。

工序5:空步。

工序6:舌形端45°彎曲,中間壓舌處小腳預彎45°。

工序7:舌型Z形成型彎曲,小腳彎曲成90°。

工序8:預彎45°。

工序9:L形彎曲成90°的同時,沖壓出加強三角筋。

工序10:空步。

工序11:舌形面上沖裁光孔(直徑4.5mm),沖切載體。

工序12:空步。

工序13:沖切載體,載體與制件分離。

該產品用是使用在家用和商用空調上,一個風管式空調內機含有4個該零件,需求量大。從生產效率、日產量需求、用工成本等方面考慮,最終選用連續(xù)模的工藝方案。

4 模具結構設計及工作原理

4.1 模板結構設計

模具結構如圖5所示,采用非標尺寸鋼板結構。上模座10和下模座3采用整塊45鋼,尺寸分別為710mm×555mm×40mm和710mm×555mm×50mm。壓料板6、止擋板7、凸模固定板8、上墊板9、下墊板4和凹模固定板5通過空步工序5和空步工序10的間隔分割成3套,分別進行制造,每套模板的形狀尺寸各自相同、這樣就避免了對過長的模板進行加工,降低了加工的難度,提高了效率,又適合通用加工設備。

上模

為了保證固定板的安裝精度和產品沖壓各工序的加工精度,采用了定位銷和固定螺栓。凸模固定板8和凹模固定板5的作用是保證沖孔、切邊、彎折的凸模和凹模在沖裁過程中能穩(wěn)定可靠地工作。凸模固定板8上的導向孔按凸模的斷面形狀加工,采用過渡配合(H7/n6或H7/m6),凸模固定板8的厚度為30mm。凹模采用鑲件的形式固定在凹模固定板5中,凹模固定板5的厚度為45mm。凸模固定板8和凹模固定板5的材料選用45號鋼。

在凸模固定板8與上模座10之間設置一塊淬硬的上墊板9,在凹模固定板5與下模座3之間設置一塊下墊板4,這樣可避免硬度較低的上模座10和下模座3因局部受凸模和凹模較大的沖擊力而出現凹陷,導致凸模和凹模松動。上下墊板厚度取20mm,材料為GR12,淬火硬度為50～52 HRC。上下面磨平,保證平行。

在凸模固定板8與壓料板6之間設置止擋板7,止擋板7和壓料板6通過M8螺絲鎖定在一起。止擋板7上面主要是一些過孔、沖頭凸模過孔,內導柱過孔等,對導正釘起到壓住作用。止擋板7材料選用45號鋼。沖裁部的止擋板厚度取15mm,彎曲部的止擋板厚度取20mm。

壓料板6主要起壓料和導正凸模的作用。其作用是壓住材料,不讓其移動,同時還可以將沖裁后套在凸模上的材料卸下,壓料板6用卸料螺釘19與凸模固定板8連接,壓料板6厚度取25mm,材料為GR12,淬火硬度為50～52 HRC。

上模座10和止擋板7之間設置彈簧。第一部分沖裁部選取SWB30-80(米思米)矩形螺旋彈簧17個,第二部分彎曲部選取SWH-30-80(米思米)和SWH-25-80(米思米)矩形螺旋彈簧各8個,第三部分沖裁部選取SWB30-80(米思米)矩形螺旋彈簧6個。

為了保證上模與下模的定位精準,該模具的上模座10和下模座3之間使用了4套滾珠軸承外導柱20。滾珠導向軸承無間隙導向、精度高、壽命長,適用于精密沖裁模、硬質合金模、高速沖模以及其他精密模具。根據合模以后上下模座之間的距離是160.3mm,選用規(guī)格為MYKP326150的滾珠軸承外導柱(米思米)。導柱裝在上模座10上,采用R7/h6配合。導套裝在下模座3上,采用H7/r6配合。

為了使壓料板在工作時穩(wěn)定可靠,不會發(fā)生偏移或傾斜,對沖裁凸模起到導向和保護作用,保證凸模和凹模沖制時的導向精準,在凸模固定板8上安裝小導柱,在壓料板6和凹模固定板5的相應部位安裝小導套。選用小導柱規(guī)格:SGOH16-100(米思米)。壓料板6上的導套規(guī)格:TGBT16-25(米思米)。凹模固定板5上的導套規(guī)格:TGBT16-35(米思米)。

4.2 凸模、凹模結構設計

本模具為自動送料的連續(xù)模,包含了13個工序,共用到了沖孔、切邊、彎折的凸凹模30套,由于沖裁速度較快,需要將凸凹模安裝穩(wěn)定牢固,有一定的強度和剛度。

4.2.1 沖裁凸凹模結構設計

本模具的沖裁模分布在第一部分和第三部分。沖裁凸模有圓形凸模和非圓形凸模。凸模材料選用Cr12MoV。刃口部分熱處理硬度58～60 HRC,尾部回火至40～50 HRC。

(1) 沖裁圓形凸模。為了保證強度、剛度以及便于加工與裝配,圓形凸模做成圓滑過渡階梯式,前段直徑部分具有鋒利刃口的工作部分,中間部分是安裝部分,它與凸模固定板8按H7/m6或H7/n6配合,尾部臺肩是為了保證卸料時凸模不致被拉出。

(2) 沖裁非圓形凸模。如圖6所示,為了便于用線切割或成型銑、成型磨削加工,非圓形凸模采用直通式,直接通過螺釘固定。一個切廢料的細長刃口采用了階梯式,其安裝部分做成矩形,用臺肩固定在固定板8上。

圖6 非圓形凸模固定結構

(3) 沖裁凹模。沖裁凹模刃口形式有直筒形和錐形兩種,選用時主要根據沖件的形狀、厚度、尺寸精度,以及模具的具體結構來決定。本工件沖裁凹模采用上部直刃壁、下部錐形的形式。刃壁高度取10mm,漏料部分沿刃口輪廓單邊擴大0.5mm(圖7)。這樣,刃口強度較高,修磨后刃口尺寸保持不變。根據工件結構凹模布局等因素,采用嵌入式和螺栓固定的方式,凹模壁厚考慮大于6mm,凹模厚度考慮選用45mm。

圖7 沖裁凹模刃口結構

4.2.2 彎曲凸凹模結構設計

本模具的彎曲在模具的第二部分,設定4個工程來進行彎曲成型。

(1) 彎曲第一工程:兩外側預彎曲45°,壓舌部位的兩處預彎曲45°(圖8)。

彎曲側視W1

上出件為成型凸模3和凸模7,坯料用定位釘1定位,模具下行時,壓料板4壓住坯料,凸模3和凸模7與凹模5和凹模8成型45°。成型完成后,凸模3和凸模7回升,壓料板4回升,浮升銷托起坯料,完成彎曲部分第一工程。該模具的主要特點是上模設置了壓料板4,不工作時,凸?？s在壓料板4里;彎曲時,壓料板4能始終壓緊坯料,保持底部平整。同時,止擋板2和壓料板4處有定位釘1,可利用坯料上的孔精確定位,確保兩側彎曲邊高度相等。

(2) 彎曲第二工程:兩側彎曲到90°,壓舌部位兩處進行Z形彎曲(見圖9)。

彎曲側視圖W2

上出件為成型凸模3和凸模8,坯料用定位釘1定位,模具下行時,壓料板4壓住坯料,凸模3下行,頂住脫料塊6下行,凸模3和凹模5彎曲成型90°,凸模8和凹模9成型Z形彎曲。成型完成后,凸模3和凸模8回升,脫料塊6被脫料彈簧11向上頂起,壓料板4回升,浮升銷10托起坯料。完成彎曲部分第二工程。該模具的主要特點是止擋板2和壓料板4處有定位釘1,可利用坯料上的孔精確定位,保證了兩側彎曲邊高度相等。脫料塊6起到了彎曲后包住下模材料并頂起的作用。經過設計計算,脫料塊6需要頂起11mm,脫料彈簧預壓縮2mm,共壓縮13mm,選用脫料彈簧規(guī)格SWM-10-50(米思米)。

(3) 彎曲第三工程:兩側預彎曲45°(圖10)。

彎曲側視圖W3

上出件為成型凸模2,模具下行時,壓料板3壓住坯料,凸模2與凹模4成型45°。成型完成后,凸模2回升,壓料板3回升,浮升銷6托起坯料。完成彎曲第三工程。該模具的主要特點是上模設置了壓料板3,不工作時,凸模2縮在壓料板3里;彎曲時,壓料板3能始終壓緊坯料,保持底部平整。浮升銷6布置在中間位置側。

(4) 彎曲第四工程:兩側彎曲到90°(圖11)。

上出件為成型凸模1,模具下行時,壓料板3壓住坯料,凸模1下行,通過坯料頂壓凹模4,使凹模4向下向外側移動,直到停止于下墊板8。上模繼續(xù)下行,凸模1與凹模4進行成型兩側90°。成型完成后,上模上行,壓料板3上行,凸模1回升,脫料桿5被脫料彈簧6向上頂起,凹模4被脫料桿5向上向內側頂起,使凹模避開產品45°壓筋位置,帶動導料槽的浮動導料桿托起坯料,完成彎曲第四工程。該模具主要特點是凹模4設置了滑塊結構,脫模時避免干涉產品,保證產品在下模面上按要求移動。經過設計計算,脫料桿5需要頂起12mm,脫料彈簧預壓縮4mm,共壓縮16mm,選用脫料彈簧規(guī)格為SWM-16-50(米思米)。根據彈簧壓縮比,固定安裝彈簧的下模座厚度不夠,所以在下模座后面增加設置了壓板10來固定彈簧,選用的螺塞規(guī)格是MSWH-18-10(米思米)。

5 結 論

本文詳細介紹了風管式空調內機支撐腳(鈑金件)的連續(xù)模具結構。從單沖模改為連續(xù)模,通過生產實踐證明,所設計模具不僅節(jié)約了材料消耗,而且提高了生產效率,大幅度地降低用工成本,取得了良好的經濟效益。