空調行業超拉深類沖壓零件開裂的分析與應用

李先艷（格力電器（武漢）有限公司，武漢 430100）

0 引言

隨著我國制造水平的提高，冷沖壓件在現實生活中的用途非常廣泛。由于冷沖壓件具有產品壁薄、質量輕、剛度好、產品尺寸穩定、互換性好等特點，在機械制造、車輛生產、航空航天、電子、電器、輕工、暖通空調、儀表等行業均有大量應用[1-2]。暖通空調行業中空調產品的鈑金件均由冷沖壓件構成，而此領域中超拉深類的沖壓零件是否開裂直接關系產品生產的順利進行，如圖1所示。因此研究超拉深類的沖壓零件是否開裂具有重大意義。

圖1 超拉深類零件開裂

1 工程概況

超拉深類零件的材料選用國家標準牌號08AL型號的熱鍍鋅板，本文列舉部分鋼卷廠家牌號如表1所示。熱鍍鋅板是指含碳量大于0.025，小于2.11的鐵碳合金經軋制等加工工藝處理后，外觀成矩形平板狀供貨的平直板材。08AL為含碳量為0.08優質碳素結構鋼的鋁脫氧鎮靜鋼冷扎板[8-10]，其具有良好的成形加工特性和塑性好的特點，廣泛應用于需要有良好的成形性和塑性但強度要求不高的產品，如家用空調產品中的面板、外罩、頂蓋等。本文取家用空調產品中的超拉深類零件——面板作為分析對象。

面板在拉伸成形過程中，主要受到原材料與模具性能的影響。其中模具性能主要包括：沖裁凸凹模間隙、拉伸凸凹模間隙、是否翻面等[11-15]。

表1 08AL材料參數

2 要素分析

2.1 原材料影響

由于面板屬于超拉深類的沖壓零件，因此，在選取材料時采用超深沖用料，即選擇國家標準牌號08AL的原材料，08AL原材料的力學性能如表2[10-11]所示。

通過對同一廠家不同的批次進行抽測，將不同的拉伸性能的測試板分別生產面板，匯總完畢后的實驗情況如表3和圖2所示，通過實驗的數據可以得出，面板類零件應該選擇屈服強度為130~175 MPa，抗拉強度為280~300 MPa、斷裂伸長率大于40的原材料。

表2 08AL材料力學性能

表3 力學性能實驗情況

圖2 面板開裂實驗情況

表4 沖裁間隙實驗情況

2.2 沖裁間隙影響

取同一批次同一料厚的原材料，分別進行不同沖裁間隙的生產驗證[4-7]，匯總完畢后的實驗情況如表4所示。

圖3 面板沖裁斷面圖

通過表4的情況可以得知，模具沖裁的間隙對超拉深類面板有一定影響，而模具的沖裁間隙大小直接體現在面板沖裁后的斷面上，即毛刺大小，如圖3所示為沖裁斷面圖。從中可以得出，毛刺越小，面板無開裂現象，反之，則面板拉深后出現開裂的問題，如圖4所示。后續設計模具過程中，將如何減小沖裁毛刺作為考慮點，其中，選擇合理的沖裁間隙是其中一種方式。

圖4 面板毛刺情況

表5 毛刺方向影響的實驗情況

圖5 毛刺方向生產的實驗情況

2.3 毛刺方向影響

取同一批次且在拉深前的板料為實驗對象，通過更換拉深前的毛刺方向，即出現不同的開裂情況，如表5和圖5所示。因此，根據實驗情況，在后續實際生產過程，需要將毛刺方向與拉伸方向進行掌控。如果在模具設計中無法解決兩者的方向問題，可以在實際生產過程中采用機械手翻轉機，對毛刺方向與拉伸方向進行掌控[3-5]。

表6 表面處理的實驗情況

圖6 表面處理生產的情況

圖7 正常生產的產品

2.4 沖頭和刀口表面處理

取同一批次同一料厚的原材料，刀口間隙也相同的情況下，將不同表面處理的沖頭和刀口（沖頭和刀口材料均為Cr12MoV）分別進行對比生產，實驗數據如表6所示[7-9]。

通過如上的實驗數據，可以得出，將沖頭和刀口表面進行鍍氮化鈦，如圖6所示，不僅面板無開裂問題，而且模具的生產壽命也會延長，從而有效降低生產成本。

3 結 論

本文介紹了暖通空調行業中超拉深類的沖壓零件開裂的系統解決方案，通過進行現場的實際驗證，對每種不同的影響因素進行對比分析，從而得出需求的生產參數。

在實際生產過程中，可以根據超拉深類零件的拉深高度來合理進行調節相關的影響因素，通過對生產效率、員工操作方便性、員工安全性、模具維護成本以及使用壽命等方面的考慮來確定影響因素，用以達到最佳的經濟效益。如圖7為正常生產已批量的超拉深類的沖壓零件。