空调铝合金蒸发散热器翅片模具设计案例分析

蒸发器翅片是空调散热器的重要零件（如图1所示），材料为0.115mm厚的铝箔，年产量达数亿件，因此必须采用高速级进模生产。
我公司原采用引进意大利GBS高速冲模生产蒸发器翅片。为降低成本，公司决定自行设计制造KF25G空调蒸发器翅片模。此翅片模工作时要求60列同时送出，工作频率180~200次/min，出片稳定率要求大于95%，关键易损件寿命大于3000万次。

2　 工艺难点分析
　　蒸发器翅片级进模共7个子模，14个工序，43个工位，兼容了多步拉伸、切口、压型、冲孔翻边、卷边、冲槽、切断等多种功能。设计制造难点主要体现在以下4个方面：
（1）精度高。制件材料厚度0.115mm，单边冲裁间隙小于0.004mm，模块定位精度0.003mm，整体制造精度IT4~IT5。
（2）冲次高。工作冲次高达180~200次/min，对牵引装置、顶料、卸料及活动部件的灵敏度、运动灵活度等都有十分严格的要求，以保证高速冲压下动作的可靠性。
（3）互换性。所有工作部分的模块、弹性销、凸、凹模等主要配件要求能够互换。
（4）尺寸大。除去模具首尾的进料装置、出料装置、吹风装置等，仅模具核心本体部分尺寸就达1790mm X 1100mm X 287mm。

3　　模具设计要点
　　（1）总体结构。KF25G蒸发器翅片模相对于国外进口模具的一项重要改进，就是能够与冷凝器翅片模以及KF25W/E蒸发器翅片模通用安装，改变了原GBS进口模具1台冲床、一副模架只能适应一种产品的现状，极大方便了生产需要。改进的关键在于总体设计时应综合考虑3种模具的步距、子模布局、机床配套位置等因素，利用CAD的优势，可方便地调整布局，进行各种方案的比较。实践证明，实现3类模具的通用安装，完全可行。
蒸发器翅片模结构如图2所示，其工作过程为：成卷铝箔进进料机构送入子模1，经4步拉伸完成翻边孔预成形，子模2切口、压形完成散热百叶窗冲压，子模3完成冲预孔、翻边、卷边，子模4完成冲三角孔，再送入子模5进行纵向60列冲槽分离，子模6为步进牵引机构，最后进入子模7横向切断，完成整个冲制过程。


（2）子模1拉伸工序。因国产铝箔与进口铝箔性能上存在一定的差异，原GBS进口模具不能适用于国产铝箔，冲压时大面积拉裂。经试验，关键在于拉伸次数太少，改为4步拉伸后完全可以适应国产铝箔的拉伸。4步拉伸工序如图3所示，第1、2步之间的空步是出于模具结构上的考虑，图中各项尺寸均经多次计算与试验得出，其中内外拉伸圆角很重要，各圆角尺寸处理不当极易产生拉裂。子模1设计成4步拉伸，必须将其它子模的步距分布进行相应调整，原则上应保证冲床上的原漏料位、步进摇杆等附件位置不改变。


 

　　（3）子模3冲孔卷边工序。如图4所示，为了保证卷边工序的卷边高度一致，设计中改变了常规的顶杆卸料方式，全部采用轴套压料卸料的结构，消除了顶杆卸料引起的变形，解决了卷边高度难以控制的难题。针对进口模具顶料板在高速冲压中反应灵敏度不够而经常卡料的问题，设计采用了分块结构，将顶料板分开为弹性卸料板19和固定托板20，减轻运动部件重量，提高灵敏度。冲孔翻边组件为子模3的关键组件，精度要求极高。

（4）子模6为步进机构。采用弹性指状销拉料结构，其中滑动底板采用的材料应具有一定的强度，采用轻质进口硬铝合金板ZL102。
（5）子模5冲槽工序。子模5在使用中最突出的问题是冲槽凸模的调整，应调整频繁，必须便于操作。设计中采用了可调整式压条结构，每个冲槽凸模均有一条独立的压条来调整，保证了以最少的停机时间调整冲槽凸模。

4　主要零部件制造工艺
翅片模加工制造大量地采用了数控加工，编程数据量庞大。因此，一体化的CAD/CAM系统是必需的技术手段。以下就加工中的几个难点作一简介。
（1） 大模架的加工。大模架的精度是保证整副翅片模精度的基础。重点是下模板，外形尺寸为1790mm X 1100mm X 63mm，材料为45钢，上、下平面平行度要求小于0.02mm，高精度定位孔36个，位置度允许误差小于0.005mm，导柱安装孔位置度误差小于0.002mm。大模板加工主要工序全部采用龙门加工中心加工，共分2道粗加工和3道精加工完成。工序之间全部穿插人工时效处理，消除内部应力。导柱孔位置度已超过机床能达到的精度，工艺上采用了上、下模板合镗的方式，以保证导向精度。
（2）切口模块。切口模块为子模2中的重要零件，共60件，切口间距1.3mm，每件模块切口28条，刃口精度0.002mm，定位孔位置误差小于0.003mm，孔径误差小于0.003mm，淬火硬度58~62HRC，材料采用奥地利产K190钢。模块粗加工后，进行真空热处理。以光学曲线磨分2道工序加工刃口，用电火花电蚀漏料台阶，用高精度穆尔坐标磨加工定位孔，最后用光学投影仪、三坐标测量机检测精度。
（3）冲槽凸模。上下冲槽凸模为子模5的重要零件，共117件。凸模厚度误差小于0.002mm，其加工工艺的关键在于热处理后的精磨工序，先在普通平磨上精磨至0.01~0.015mm余量时，转至PFG精密小平磨上精密修磨，再用三坐标测量机检验。
（4）上下固定板。子模5上的冲槽凸模上下固定板，包括117条方形装夹槽，槽宽精度允许误差小于0.002mm，采用慢走丝切割加工。考虑到以上加工精度靠设备精度难以保证，设计时必须考虑其工艺性，采用上、下固定板在同一基准下合在一起同时线切割，这是此件加工的关键。
（5）子模5的上模座。此上模座为翅片模中工艺性最差的零件，材料45钢，调质处理23~28HRC，定位孔位置允许误差小于0.002mm，模座上有59条6.5mm X 12mm（深）的开槽口。其加工的关键在于调质后的各道粗加工之间均要进行人工时效处理，严格控制内应力，保证精加工后不能变形。特别是开口槽，加工后使应力分布状态变得十分复杂，解决的办法只能是从粗加工开始就控制内部应力，最后用高精度数控设备加工定位孔。

叙述了空调蒸发器翅片级进模的设计要点，并对加工过程中的难点进行了分析，介绍了解决的途径和对策。