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        空調(diào)翅片成形工藝與模具設計

        2023-06-25 12:46:08祝夢臣尤永貴金鐵軍
        模具工業(yè) 2023年5期
        關鍵詞:起皺翅片沖孔

        儲 杰,祝夢臣,尤永貴,金鐵軍

        (黃山三佳誼華精密機械有限公司,安徽 黃山 245041)

        0 引言

        換熱器翅片作為空調(diào)的重要組件,關系空調(diào)的換熱效率和熱交換效果。翅片的成形根據(jù)批量要求,定制相應規(guī)格的級進模,一般可同時成形幾十列翅片,送料步距在1~4孔距,在專用高速壓力機機床上完成沖壓成形。中國作為空調(diào)生產(chǎn)大國,翅片年需求量高達上百億片[1-3],因此開展空調(diào)翅片成形工藝與模具設計研究具有重要的工程應用價值。

        現(xiàn)以厚度為0.25 mm 的波紋翅片為研究對象,分析其成形工藝,并設計了自動化連續(xù)沖壓成形的級進模。由于影響換熱翅片沖壓成形的拉深工序存在大撓度、大變形的復雜塑性變形,難以根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗預測其成形質量,需要反復修改模具,利用軟件對其進行有限元分析,預測在沖壓成形過程中的起皺、破裂等缺陷[4-6],并通過試驗驗證設計的可行性。

        1 工藝分析

        1.1 翅片成形工藝

        由于翅片形狀復雜且生產(chǎn)批量大,需經(jīng)過多次拉深、沖裁、翻邊等工序成形,單工序模和復合模難以滿足其生產(chǎn)要求,決定采用自動送料的級進模成形。翅片的材料一般采用較寬的鋁箔或銅箔卷料,能夠一次成形幾十列,翅片孔及其孔距的精度要求較高,送料步距精度須控制在0.01 mm 以內(nèi),圖1 所示為翅片典型沖壓工序。

        圖1 翅片典型沖壓工序

        圖2 所示為V 形波紋翅片制件,翅片表面呈波紋狀,材料為0.25 mm厚8011-O鋁箔,翅片翻邊孔直徑為φ(8.3±0.03)mm,列距為(19.05±0.05)mm,孔間距為(25.4±0.05)mm,翻邊高度H為1.5~5.8 mm,翅片兩邊具有花紋。若采用拉深型翅片成形工藝,則沖壓工序為多次拉深→波紋成形→沖孔→翻邊→切邊→縱切邊→壓花→送料→橫切邊,波紋成形一般與拉深最后一次設置在同一工位。

        圖2 翅 片

        1.2 成形尺寸與排樣

        拉深是翅片成形最基本的沖壓工序,除少數(shù)翻孔高度要求較低的翅片外,一般要經(jīng)過3 次以上拉深。拉深次數(shù)取決于拉深高度的要求,并與翅片孔徑有關,一般低翻邊要求(翻邊高度為1/3 翅片孔徑以下)的翅片,孔徑為φ7、φ8 mm 時拉深次數(shù)為3~4次,每次拉深系數(shù)控制在0.8 左右,如拉深次數(shù)增加1~2 次,拉深效果會更好[1]。該翅片最終成形高度為5.8 mm,屬于高拉深成形,為獲得更好的成形效果,確定采用6 次拉深;根據(jù)薄板翅片高凸緣成形法和參考文獻[3],并結合多年生產(chǎn)經(jīng)驗,拉深凸模采用球頭,可以更好地使板料在凹模內(nèi)聚集,能使拉深高度更高,最終確定3種成形方案,成形翅片的拉深凸、凹模成形參數(shù)如表1所示。

        表1 拉深凸凹模成形參數(shù) mm

        由參考文獻[1]可知,預成形小孔直徑為d0=kmindm,則小孔直徑為φ6.8 mm,換熱翅片級進模沖孔凸、凹模刃口尺寸與翅片孔徑之間關系為:

        翻邊凸模工作時,翅片會在切向拉應力作用下減薄,翻邊間隙的選取要合理,一般取(0.9~0.95)t0,翻邊間隙取0.24 mm,翻邊凸模直徑為φ8.25 mm,翻邊凹模直徑為φ8.49 mm。

        翅片的排樣決定級進模設計的成敗,需綜合考慮各工序在步距送料下的位置、壓力機工作臺面的空間等,排樣如圖3所示。

        圖3 翅片成形排樣

        2 模具設計

        模具結構如圖4 所示,沖壓工序包括:壓料、拉深、沖孔、翻邊、切邊、縱切邊、壓花、送料、橫切邊。模具長1 230 mm,寬580 mm,閉合高度245 mm,采用四導柱滾珠模架結構;為保證模具的導向精度,在拉深、沖孔、翻邊工序均設置小導柱、導套導向;各模塊均采用直桿型定位銷與上下模座實現(xiàn)精確定位。壓料、拉深、沖孔、翻邊、切邊、縱切邊由壓力機提供動力,滑塊上下運行一次,模具開合一次,實現(xiàn)1 步送料步距,沖制12 列翅片,橫切模塊由PLC控制,在到達設置制件長度時動作,實現(xiàn)翅片任意長度的切斷。

        圖4 模具結構

        3 有限元分析

        拉深是換熱翅片沖壓成形的關鍵,也是換熱翅片級進模最重要的沖壓工序,決定了翅片的成形高度和質量,翅片成形時具有大撓度、大變形的復雜塑性變形特點。新產(chǎn)品研發(fā)時難以根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗預測其成形質量,需要反復修改模具,因此對翅片多工位拉深進行有限元模擬,驗證設計的可行性很有必要[7,8]。

        為提高模擬效率,采用兩列拉深成形方式進行模擬,建立6次拉深模型,導入Dynaform 中。模擬采用單動成形,工具參考面為上、下模,凸模固定不動,凹模向下運動成形的方式,在第1次拉深模擬結束后,將模擬結果導入第2 次拉深中,繼續(xù)成形,直至6 次拉深成形結束。圖5 所示為第1 次拉深仿真模型,其余5 次與第1 次類似,為真實再現(xiàn)翅片成形過程,采用實際沖壓速度180 mm/s,壓邊力為400 N進行模擬。

        圖5 仿真模型

        分別對方案1、2、3 進行模擬,發(fā)現(xiàn)方案1 拉深高度最高,能夠達到制件高度要求。圖6~圖11所示為方案1 的1~6 次拉深成形極限,由圖6~圖11 可知,其拉深部分成形良好,無破裂和起皺,邊緣部分起皺可通過后續(xù)切邊工序切除。圖12 所示為拉深次數(shù)與拉深深度、減薄率之間的關系,拉深深度隨拉深次數(shù)的增加先增至7.6 mm 后緩慢降至6.4 mm,減薄率隨著拉深次數(shù)的增加而緩慢增加。

        圖6 第1次拉深成形極限

        圖7 第2次拉深成形極限

        圖8 第3次拉深成形極限

        圖9 第4次拉深成形極限

        圖10 第5次拉深成形極限

        圖11 第6次拉深成形極限

        圖12 拉深次數(shù)與拉深深度及減薄率之間的關系

        4 試驗驗證

        試驗采用YKC 系列空調(diào)翅片閉式高速沖壓自動生產(chǎn)線,額定壓力為1 000 kN,滑塊行程為40 mm,裝模高度為280~330 mm,沖次為150~250次/min,圖13 所示為沖制翅片的片頭,各工位成形良好,無起皺、破裂等缺陷,驗證了設計的可行性。

        圖13 沖制翅片的片頭

        5 結束語

        以厚度為0.25 mm 的波紋翅片為研究對象,確定了6次拉深→波紋成形→沖孔→翻邊→切邊→縱切邊→壓花→送料→橫切邊的成形工藝。拉深和翻邊模塊采用整體式斜楔數(shù)字顯示調(diào)節(jié)機構,每次高度可調(diào);利用翻邊凸模的導向定位作用取代導正模塊;模具可實現(xiàn)1~12 列任一列直線切斷,并通過氣動、電控裝置實現(xiàn)間歇性橫切切斷,滿足不同片形的生產(chǎn)需要。

        利用Dynaform 對6 次拉深進行有限元模擬,拉深深度隨著拉深次數(shù)的增加先增至7.6 mm 后緩慢降至6.4 mm,減薄率隨著拉深次數(shù)的增加而緩慢增加,翅片無起皺破裂等缺陷。試制結果表明:翅片成形良好,模具結構合理,為類似翅片成形提供了參考。

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