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空调翅片大型精密级进模剖析 |
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体现高水平制造技术的精密多任务位级进模，通过模具CAD/CAM技术的应用，模具设计质量得以提高，模具设计时间进一步缩短，推动了模具结构的优化，促进形成规范化、典型化、系列化、标准化的体系。模具制造技术实现了数控化，通过对数控铣床、数控加工中心、数控低速走丝线切割机床、数控电火花加工机床、数控内外圆磨床等精密数控设备的灵活运用，构建形成了加工精密多任务位级进模零件的主要手段和技术，这不仅保证了模具制造精度和质量，同时也缩短了模具制造周期。
从当前中国制造的精密多任务位级进模的水平分析，在模具的技术含量、制造精度、使用寿命和制造周期等方面获得了明显进步。其中，部分高档优质模具的总体水平已接近国际同类模具先进水平。例如空调翅片大型精密级进模Φ5.2×72列×2步进，模具外形尺寸：1,940×1,200×270mm，模具重量3.7吨，凸模凹模材料釆用粉末合金钢、高速工具钢，主要零件加工运用精密数控设备，制造精度达2μm，加工周期90天，模具在100吨高速精密冲床上使用，具有自动送料、压料、引伸、冲孔、翻边、百叶窗、端部异形切、中部异形切、边切、纵切、横切等功能，冲速260次/min，使用寿命3亿冲次以上，模具销售价格110万元。模具总体水平与美国OAK、日本日高等的水平相当。为加快空调翅片大型精密级进模的发展和国产化模具水平的提高，下文将重点对该模具的主要结构、生产工艺、装配技术、安装试冲、功能以及问题的排除等进行剖析。
精密多工位级进模
制品尺寸及模具性能要求
翅片是空调产品的主要部件，一般由无机亲水铝箔材料经精密多任务位级进模具冲制而成。以Φ5×72R×2P模具为例的翅片主要技术指标：翅片列数为72列，两步进距，可任意分条；翅片孔径为Φ5.2mm，横向孔距为21mm，纵向孔距为10.9mm，其孔径公差±0.015mm，孔距公差±0.02mm；翻边高度为1.30~1.70mm可调；翅片材料铝箔1,000-8，厚度0.105mm的带料，硬度H22；冲压生产速度240~260冲次/min；冲出的翅片表面要求光洁、平整、无刮伤、无毛刺、无翻边开裂等技术要求；模具主要零件可互换；模具使用寿命要求刃口件达到3亿冲次以上，模具本体达到15年。切口零件修磨一次，寿命5,000万次以上。
翅片模具工程排样与流程
根据制品要求，设定了Φ5系列、72列数和2步进模具由以下12个成形工程组成。包括：压料装置；引伸工程；冲孔工程；翻边工程；百叶窗工程；端部异形切工程；中部异形切工程；边切工程；导正工程；纵切工程；送料工程；横切工程。
一个成型周期的工作流程是：开卷机送入材料（铝箔带料）进入模具；冲床冲压；合模；冲床提升；开模；推杆带动送料拉出成品；横切完成所需产品长度尺寸；开始下一个周期。
空调翅片级进模主要结构
模具釆用子模式和滚珠导柱双导向结构，主体模架应用6组大规格滚珠导柱导向，分工序子模应用多组小规格滚珠异柱导向，保证了模具精度的可靠性和使用性能的稳定性。引伸凸模高度控制釆用可调的斜楔机构，通过调节引伸凸模的高度，获取合理的引伸参数，确保引伸、冲孔翻口、二次翻边等高度成形的技术要求。冲孔、翻口、冲切等工序釆用精密定位装置，实现冲裁间隙均匀性及备件互换性。为使冲压顺畅于各成形工序内设定油气喷射控制装置，可在材料表面均匀喷射软化油以改善铝材料的冲压加工性能，同时混合油气还起到防止废料堵塞的作用。
模具材料及热处理硬度
翅片级进模上、下大模板釆用P20材料，调质处理硬度HRC30~35。冲孔凸模凹模、异形切凸模凹模、边切刀、纵切刀、横切刀等冲裁零件釆用粉末合金HAP40材料，经真空炉热处理硬度HRC63~65。引伸凸模凹模、翻边凸模凹模、冲孔翻边凹模套等成形零件釆用高速工具钢SKH51材料或SKD11材料，硬度HRC62~64。卸料板、凹模板、凸模固定板、凹模固定板、上下垫板等板类零件和主要结构件釆用NAK80材料，硬度HRC40~42，并经特殊工艺处理。导柱、导套、弹簧、螺钉、销钉等标准件釆用国际著名标准件公司的产品，保证产品的质量和标准化。
模具关键零件的生产工艺
为了保证模具内720对成形凸模凹模间隙均匀性及430对切口件的单边间隙在0.01mm以内，上、下大模板及上、下固定板的孔径和位置精度要求很高，因此，釆用大型精密数控加工中心、大型精密数控坐标磨床加工，并应用油磨的方法加工消除水磨加工时尺寸不稳定的难题，保证模具的孔径精度2μm及位置精度5μm，实现成形凸凹模的成形间隙均匀性和切口件的冲裁间隙单边在许可范围内。
百叶窗、端切成形、中切成形等刃口釆用精密数控低速走丝线切割机床加工，刃口形状精度控制在2μm以内。固定板定位孔由精密数控坐标磨床加工，确保零件精密定位和易损件可互换性。其中，百叶窗凸模刃口两侧的成形倒角要求大小一致及表面光滑，釆用精密数控电火花加工机床一次性加工到位，实现整批零件的一致性。
引伸凸模5步，要求凸模的直径、头部R形状和高度尺寸基本一致。凸模的直径釆用精密数控外圆磨床加工，头部R形状应用成形砂轮加工，并通过研磨达到凸模直径尺寸的一致性及头部R与外径的光滑连接。凸模高度尺寸一致性由精密数控平面磨床加工保证。
纵切上、下固定板的槽宽尺寸、槽与槽的距离、位置及一致性要求很高，否则直接影响上、下刀的冲裁间隙均匀性及性能可靠性。为此对纵切上、下固定板的槽型尺寸及槽形位置的定位孔应用精密数控低速走丝线切割机床加工，再用精密数控坐标磨床完成槽形、间距和孔位的加工，加工精度达到2μm。
模具装配技术要求
模具装配时，需根据图纸、加工工艺、标准件等技术数据及明细表进行核对。模具零部件进行退磁性、去除毛刺及修整非工作面部位的锐边和倒角。研磨成形零件部位的光滑连接与控制尺寸精度的一致性和抛光达到表面质量指标。精密研磨导向孔、定位孔及刃口等零件，保证相关零件的配合参数和冲裁性能。清洗干净，对照冲压程序与工步要求进行组装和总装。所有子模都光用销钉定位再紧固螺钉，安装釆用下模定位上模。
装配时应保证凸模、凹模之间的间隙均匀一致，配合间隙符合技术条件的规定，不允许釆用使凸模、凹模变形的方法来修配间隙。推料、卸料机构必须灵活，卸料板或推件器在冲模开启状态时，一般应高出凸模凹模表面0.5~1.0mm。当釆用机械方法连接硬质合金零件时，连接表面的表面粗糙度应达到Ra0.4~0.8μm，各接合面保证密合。落料、冲孔的凹模刃口高度，按设计要求制造，其漏料孔应保证畅通，一般应比刃口大0.2~1.0mm。冲模所有活动部分的移动应平稳灵活，无滞止现象，滑块、楔块在固定滑动面上移动时，其最小接触面积不小于其面积的3/4。各紧固用的螺钉、销钉的沉孔深度应保持一致，各卸料螺钉、顶杆的长度应保持一致。凸模的垂直度必须在凸模与凹模间隙值的允许范围内。在保证使用可靠的前提下，凸模、凹模、导柱、导套等零件的固定釆用性能良好并稳定的粘接材料浇注固定。
模具装配后，必须无磁性、无毛刺、清洁。滑动部位加油润滑，刃口部位锋利完好。各个部位性能稳定、安全可靠并达到各项技术条件的规定。
模具安装及试冲技术
上模与下模合模时，必须提前将滚珠保持圈装好，再将限位柱垫块安放到下限位柱上，用吊钩和钢丝绳平衡上升的方法吊起上模，并保持上模在水平状态的情况下轻轻地与下模进行合模，合模到位置后确认所有滚珠保持圈的上、下位置在规定范围内，并保持基本一致。
模具安装在冲床时，需将冲床工作台上表面和滑块的下底面分别用油石进行清理，然后在工作台面上涂上润滑油，上冲床前模具底面和上模板表面也需用油石进行清理，安装时注意不要划伤冲床工作台面及上模板表面，托住模具保持平行后缓慢地推入到冲床内，当推入一部分后及全部推入分别拆除装模固定块。模具在冲床的位置由定位销进行定位。定位后下模板用螺钉固定在冲床台面上，固定方法釆用对角线方向的先松后紧渐进式进行，紧固螺钉后，滑块下降到离模具上模板1~2mm的位置时，用螺钉固定，滑块上升后取下限位柱垫块，滑块下降到下死点位置时锁紧上模螺钉，固定方法釆用对角线方向的先松后紧渐进式进行。
与送料装置的连接，将冲床停止在步距送料杆（90°）位置，可动送料杆磁到固定送料杆，通过调整螺钉来调节冲床摆杆及驱动送料杆的左右前后位置，确认送料顺畅后锁紧调整螺钉，送料杆固定后确认卸料板及可动步距的间隙左右一致（尺寸差在0.02mm之间），如果尺寸偏差大必须再次进行调整。送料长度的调整，送料长度可通过加减杆的长度转换用气缸来进行调整，气缸的引进位置通过适量垫片设定的高度来决定，送料长度的合适量等于翅片送料量加上3~4mm。正确开动曲柄角270°~90°，测量此时的可动步距杆的移动量。
模具的试冲，模具在冲床上正确定位和固定后，连接模具和冲床的各个气管和油管等装置，并检查性能和可靠性。调整好行程，用点动的方式控制冲床一个行程运转一次，试冲全部工位至生产出模具。确认产品合格和各工位正常后开始连冲，逐步提高冲次速度，冲压工序达到规范技术要求时，可试冲一定的批量产品。其中，点动的方式试冲要素：材料进入到第一引伸工序位置后冲床点动一次；点动一次自动传送控制装置把产品送料步距量的材料送到模具内部；点动一次材料送到冲孔位置，冲完孔后装在冲孔子模中的手动导正钉；点动一次把材料上冲出的孔套在导正钉上，关掉冲床上的气阀，确认导正钉回到原位时再继续送料；逐步点动送料至初期的孔到达可动送料指的位置，在送料垫板上安装配套的管子；当材料送到横切入口位置时，点动冲床旋转到可动送料指稍微超过送料位置（90°~120°）后取下管子；材料上的孔准确对齐固定送料指后，将送料盖板安装固定；点动冲床至试冲生产出模具为止。
模具各工程的结构与功能
压料装置：材料送入模具时，通过间歇气动压料装置中的压料销使材料平顺进入模具，防止铝料变形和防止冲压成形过程中铝料收束、起皱。
引伸工程：该工程设计有5步引伸，引伸凸模高度的调整使用斜楔来调节，通过调节各步引伸凸模的高度，以获得最佳的引伸柔数，满足不同规格铝料、油料及制品翻边高度需求。在斜楔机构上并增加数显来显示每步引伸调节高度的数据，通过左右旋转调节螺杆，使下斜楔前后移动，从而使总高度发生变化，达到调整凸模高度的性能。
冲孔工程：冲孔是在最后一步引伸凸起的部分进行冲孔、翻孔，并对孔进行凸起再加工，为了保证冲孔、翻孔的位置精度及送料步距准确，在冲孔工程上设计有导正销对其进行位置定位。导正销分手动和气动两种，本套模具釆用了气动导正销方式定位。
翻边工程：翻边工程是在冲孔工程的基础上使用锥形的翻边凸模对孔进行挤压，使其顶端一部分向外扩大卷起形成喇叭状，以保证翅片堆积时片与片之间保持相等的间距。翻边工程上的翻边凸模也是通过斜楔来调整凸模挂料。
百叶窗工程：通过在翅片上开出带角度的窗行形状，扩大翅片的散热面积，以达到提高热交换率的目的。百叶窗上下凸模在冲压后，会在凸模刃口上留下残余的铝料，通过在百叶窗工程上设计吹气结构，在冲压成形时吹去残留的铝料，达到保护百叶窗凸模的作用。
端切、中切工程：通过在翅片上端部异形切、中部异形切，使翅片穿管后在一定幅度内可以折弯或工程让位，以缩小产品总体体积。
边切工程：边切工程的作用是切除材料两边的废料，利用冲床的每次冲压完成切除动作。在边切上刀、边切上刀座上没有润滑、喷气装置，可以将废料自动吹出。
导正工程：导正工程在模具中起到稳定材料、保证送料步距精确的作用。导正工程设计在纵切工程前，通过导正工程的精密定位，可以使纵切工程对产品按一定宽度进行切分时更加均匀。
纵切工程：将完成的产品按照一定的宽度进行切分，纵切工程可以通过调整切与不切，达到控制产品的宽度。
送料工程：送料步距销先找准步距孔，并插入步距孔按规定的步距将已成型的翅片送出。
横切工程：横切工程是本套模具中最后的工程，它的功能是对产品进行长度的控制。横切工程通过气动打杆来控制横切上、下刀的切与不切，从而控制产品的长度尺寸要求。
翅片模具常见问题的排除
• 翅片翻边底部破裂问题方面的排除：模具中有杂物；引伸凸模过高；引伸工位调节错误；铝材太薄；送料错误；上或下成形板破损；定料针气压错误；冲床闭合高度不对；润滑油不够。
• 翅片翻边口破裂问题方面的排除：冲孔凸模和凹模已磨损；铝材太硬；送料不正确；模具内导柱和导套已磨损；安装模具时有问题；冲床与模具间有杂物；润滑油不够。
• 翅片翻边尺寸未达到高度问题方面的排除：检查翻边工程；翻边高度斜楔调节不正确；检查闭模高度。
• 剪边撕裂问题方面的排除：刀口磨损；刀座下有碎屑或杂物。
• 剪边高低问题方面的排除：切口没有装配好。
• 送料不足问题方面的排除：定位针压力太大；误调送料步距。
• 送料太多问题方面的排除：定位针压力太小；误调送料步距；送料传送杆松脱；送料臂松脱。
• 模具润滑系统油量不够问题方面的排除：油缸内缺油，需要加油；油缸内缺气，将气压调至10PSI；没有接或错误接管路。 (end)
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(10/25/2013) |
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