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李 娜 新乡航空工业(集团) 有限公司(河南新乡 453049) 【摘要】针对目前本厂在平顶水波翅片的成形过程中出现的平整度超差及圆角部位凸起现 象，分析其 成形工艺过程，提出在模具设计中采用弹性卸料或压料装置，在成形过程中施 加外力改善在圆角部位 材料流动状况，使成形的翅片平整度得到改善。 关键词:平顶水波翅片;弹性压料;模具设计 中图分类号:TG385.2 文献标识码:B DOI:10.13596/j.cnki.44-1542/th.2014.0210 Forming Process and Die Design of the Fin With Plane Top 【Abstract】 With the roughness and convex at fillet of fin with plane top,analyse the forming process, improve the material flow of the fillet part wih elastic press attachment. Because of this, the formed fin is much planer than before. Key words:fin with plane top;elastic press attachment;die design 到自行研制的专用成形设备上进行成形。根据多年 1 引言 的翅片生产经验，在众多的翅片种类中，平顶水波纹 汽车空调冷凝器、蒸发器、中冷器等对汽车热交 换系统是不可分割的一部分，而翅片是汽车热交换器 的翅片成形及模具设计为难点，尤其是弯曲程度较大 中的核心部件，其质量的优劣对交换性能起着至关重 的平顶水波。此类制件出现的主要问题是平面度较 差，出现凸点等情况。 要的作用。而且在航天、航空、船舶、工程机械等换热 设备上，翅片同样起着无可替代的作用。由此可见， 本文以我厂某客户的一种平顶水波翅片为例，就 生产出精密合格的翅片是换热设备的核心。 其成形工艺过程进行了详细阐述并对模具设计进行了 翅片按其结构形式分有等宽锯齿形、不等宽锯齿 所示，材料为 3003，料厚 t=0.2mm。 改进。制件图如图 1 形、异型齿、矩形、三角形、内置水波纹以及平顶水波 纹等。目前我厂的翅片生产是设计不同的模具安装 2 平顶水波成形工艺过程 [7] 印雄飞，阮雪榆. 板料成形过程的数值模拟技术[J]. 塑性工 [14] 王孝培. 冲压手册[M]. 北京:机械工业出版社，2005. 程学报，1999，(1):20,26 [15] 黄毅宏. 模具制造工艺[M]. 北京:华南理工大学，机械工 [8] 罗亚军等. 板料成形中的有限元数值模拟技术[J]. 金属成 业出版社，2001. 形工艺，2000，(6):1,3 [16] 宝山钢铁股份有限公司. 宝山钢铁股份有限公司企业标 [9] 王建华. CAE 技术在汽车模具行业中的应用探讨[J]. 航空 准,冷连轧低碳钢板及钢带. Q/BQB403,2003，2003.6: 制造技术，2005，(8) 4-23~4-27 [10] 薛啓翔.冲压模具与制造[M]. 北京:化学工业出版社，2004. [17] 王家金. 激光加工技术[M]. 北京:中国计量出版社, 1992. [11] 谷瑞杰，杨合，詹梅等. 弯曲成形回弹研究进展[J]. 机械科 第一作者简介:胡辉，男，工程师，从事工作:汽车 学与技术，2005，(6):653,658 车身冲压件数据分析、冲压工艺制定、模具开发及项 [12] 吴建军，周维贤. 板料成形性基础[M]. 北京:西北工业出 目管理等，主要负责覆盖件、纵梁类制件、门盖总成及 版社，2004. 白车身匹配。 [13] 郑家贤. 冲压工艺与模具设计实用技术[M]. 北京:机械工 (收稿日期:2014-06-09) 业出版社，2005. 1/3页 0.08 0.08 的成形最为复杂，属于复合弯曲变形区， +- +0.5 +0.1 136-0.5 2.54- 0.1 10.2 即宽度方向上的 V 形弯曲和长度方向上 的 L 形弯曲。 +0.5 +0.5 9.2 -0.5 9.2 -0.5 16×7.35=117.6 在弯曲过程中，圆角部位为弯曲变 +0.2 7.35 -0.2 16?42' (1) 形区，在弯曲变形区内，内层材料受到切 0.2 0.2 -+(5.5) 2向压缩后便向宽度方向流动，使宽度增 (5.5) 大;外层材料受到切向拉伸，材料的不足 图 1 零件图 由宽度和厚度方向进行补充，致使宽度 2.1 凸模的动作过程 方向变窄，如图 3 所示。 成形模具是安装在专用成形设备上，用螺钉固 εσεσ3 3 3 3 定，随着设备的周期性运动带动模具凸模作周期性运 σσε1 ε11 1 动，使条料或者带料成形，达到制件的使用要求。其 εε2 2 中凸模的动作过程如图 2 所示。 上凸模 上凸模不动 箔料 压缩区 下凸模后退上行 下凸模 拉伸区 图 3 弯曲件应力应变状态 0 位(手柄向下垂直) 1 位 对于凸点处的弯曲，其带料宽度方向的弯曲与长 上凸模不动 上凸模上行 度方向的弯曲同时进行，此位置内侧材料在宽度和长 度方向均受压缩，在成形此处的半封闭区域内，外侧 拉伸区的材料得不到及时补充，内侧压缩区材料若无 下凸模前移(送料) 下凸模不动 外力，不能及时向四周流动，成为材料的堆积区，在制 2 位 3 位 件表面表现为凸起，形成缺陷。由此可见，解决凸点 图 2 凸模的动作过程 处的成形缺陷是设计此类模具的关键所在。根据成 形原理，设计此制件合理的模具结构如图 4 所示。 2.2 平顶水波成形过程分析 平顶水波的成形属于弯曲拉伸复合成形，根据凸 3 平顶水波模具设计 模的动作过程可以看出，在成形的过程中分成了两 根据平顶水波的成形原理，在凸点处为材料的堆 步，分别成形左右两侧，此分解式的成形工艺实质上 积区，为解决此处的成形，在模具结构上考虑施加一 使平顶水波的成形过程转化成复合弯曲的范畴。弯 外力。即增加弹簧机构，靠弹簧的压缩力紧压平顶的 曲工序既有宽度方向的弯曲又有长度方向的弯曲，分 析图 1 制件的结构，可以看出在制件的顶点和凹点处 表面，强行使此处材料向四周流动。模具的总体结构 8 7 6 11 10 9 5 4 12 3 2 1 13 图 4 模具结构图 1.下模座 2.弹簧 3.卸料板 4.调整块 5.立板 6.垫板 7.成形凸模 8.压板 9.上模座 10.限位块 11.卸料螺钉 12.高度块 13.托架 ? 41 ? 《模具制造》2014 年第 10 期 2/3页 如图 4 所示。 成形的过程中用弹簧对翅片的顶部施压，强行使此处 3.1 成形凸模的设计 材料向它处流动，避免出现凸起现象。压料力的确 材料在弯曲时，会发生回弹，回弹的大小一般用 定，经查经验数据，对于铝箔材料的压料力一般为 角度回弹量来表示。影响回弹量的因素很多，比如材 0.8MPa，据此计算此翅片成形所需压边力为: 料的机械性能，弯曲制件的形状，弯曲角，模具间隙， 0.8×136×2×2=435.2N 弯曲半径与材料厚度的比值等。由于影响回弹的因 查阅MISUMI圆线螺旋弹簧各项参数，选择素很多，并没有一成不变的公式来计算某制件回弹的 WH12- 60，其弹簧常数为 5.9N/mm，在成形过程中单 个弹簧的 压边力为 5.9 × 12=70.8N，卸料板的重量经大小，在实际生产中，大多是靠经验的积累来估算回 计算约为 80N，上下模各采用 8 个弹簧，在极限位置弹的大小，以此为基础来进行模具的设计。此类材料 弹簧压缩力 为:70.8×8,566.4N，而计算的成形所需压的平顶水波的角度回弹量的大小，根据经验数据可得 边力为及卸 料板重量总和为:435.2，80,515.2N，满足其 角 度 回 弹 量 一 般 为 1.8? ,2.4? ，由 于 其 波 高 为 使用要求。 3.3 限位块的设计 10.2mm，可以计算其一个节距内回弹量的大小为: 此翅片为平顶水波，在成形的最后阶段必须有平 10.2×tan1.9?=0.34 面间的刚性接触才能成形，否则出现在顶部为大圆弧 得凸模的厚度为: 的状况。限位块的高度为凸模高度与波高、卸料板高 2.54-0.2-0.34=2.0mm 度的差。为方便在调试过程中，配磨限位块。 由于凸模为波纹状，若试模过程中波距偏大，即 凸模厚度大，很难再进行修整，因此选择凸模厚度值 4 结束语 为负差，若发现试模过程中波距小，可以通过调整设 按此方案设计的模具经过调试，生产出的翅片平 备，微调凸模的间隙，达到合适的波距要求。设备最 整，无凸起现象，平面度 0.02mm 以内，完全符合制件 大成形 400mm 宽的翅片，所选制件为 136mm 宽，为提 要求，解决了困扰我厂多年的一大难题，取得突破性 高生产效率可以同时进行两卷带料的成形，对应的成 进展。试模生产出的翅片如图 6 所示，与以往的同类 形凸模也要相应调整。 翅片相比，有明显的改善。 凸模材料为 Cr12MoV，其凸凹点处圆角的尺寸， 由于凸点处为圆角处材料的内侧，凹点处为圆角处材 料的外侧，根据制件尺寸要求以及料厚设计尺寸凹点 圆角半径大于凸点圆角半径一个料厚。 3.2 卸料装置的设计 由于翅片所用材料一般为薄带料，采用弹性卸料 图 6 改善前后照片 装置同时在成形过程中具有压料的功能。由于下卸 料板是随凸模左右动作的，为防止凸模带动卸料板动 参 考 文 献 作损坏凸模及上凸模在最高位置时脱离卸料板在下 [1] 栗明安. 小波距三角形波纹板成形工艺[J]. 航空工艺技术， 行过程中与上卸料板发生碰撞损坏凸模，卸料板增加 1999，(4):32,35 [2] 万战胜. 冲压模具设计[M]. 北京:中国铁道出版社，1983. 导向部位。卸料板如图 5 所示。 [3] 陆惠忠. 波翅片的冲压成形及其专用压力机[J]. 锻压装备 卸料装置中卸料力或压料力的计算，在此模具 与制造技术，1980，(6) 中，为防止在圆角处或者说凸凹点处材料的堆积，在 作者简介:李娜，女，1980 年生， 导向 汉族，河北保定人，工程师，硕士，主 要 部分 从事散热器波纹板成形设备及模 具 的设计以及机械制造工艺的编 制。 (收稿日期:2014-08-07) 图 5 卸料板 3/3页 |
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