散熱器面板拉深模設計

柳鵬旭，祝民利

（新疆工程學院，新疆 烏魯木齊 830023）

1 散熱器結構分析

大型節能家用散熱器結構如圖1所示，散熱器面板和背板裝配后要在側邊進行滾焊縫合，散熱器內部有加熱管和導熱油，具有高效、散熱量大、節省能源的優點。散熱器面板結構如圖2所示，材質為Q235A，厚度為1 mm，大批量生產。面板拉深后要求無起皺、開裂、扭曲變形，外表面光滑平整，保證878 mm的配合尺寸和60 mm深度。

2 散熱器面板沖壓工藝

根據散熱器面板結構、尺寸精度及企業沖壓設備，工藝方案如下：剪切下料→拉深成形→切除多余凸緣邊，共3道工序，如圖3所示。

圖3 工藝方案

3 模具結構設計

3.1 模具結構特點

由于企業只有帶氣墊的大型沖床，模具設計為倒裝結構，如圖4所示，壓料板13上設置了拉深筋。為了方便模具裝配，采用裝配式導柱導套，保證了模架和凸、凹模的裝配間隙與精度。為使上料方便，模具采用三導柱結構，壓料板13上設計了4個擋料銷14定位成形的制件。

圖4 模具結構

壓邊力由沖床工作臺下方的氣缸墊提供，通過頂桿10均勻傳遞給壓料板13壓緊待成形的制件，壓邊力在成形過程中保持恒定且大小可調。成形制件由于存在向外擴張的彈性變形，容易卡在凹模2中，為了方便取出成形的制件，通過推桿5與壓力機限位塊推出制件。卸料板12上安裝卸料螺釘3和彈簧防止其在重力的作用下掉出凹模，限位塊4限制成形制件的壓入深度。

凸模、凹模和壓料板材料為球墨鑄鐵，加工完成后對局部工作部位進行淬火，拉深筋采用9CrSi材質淬火處理，導柱和導套采用T8工具鋼淬火處理。

3.2 模具設計要點

3.2.1 制件成形分析

制件屬于薄板盒形淺拉深件，為防止拉深失穩需要進行壓邊，凸、凹模間隙控制在（1～1.1）t（t為板料厚度），通過計算拉深系數沒有超過一次拉深系數（0.53～0.63），可以一次成形。

由于制件較薄、尺寸較大，成形后容易變形，尺寸和形位公差達不到要求。為了保證面板和背板裝配后能滾焊縫合、導熱油不滲漏，制件尺寸必須達標，避免產生起皺、開裂、扭曲等缺陷，否則制件就會報廢。

大型盒形件拉深時，四周料流阻力不均勻，在4個直邊處阻力小，進料速度快；4個圓角處阻力大，進料速度慢，由于變形不均勻會產生缺陷。為了控制變形均勻性，需要在壓料板直邊處設置拉深筋，以增大料流阻力使與圓角處流速相同，消除缺陷。

3.2.2 壓料板與拉深筋設計

壓料板設計：壓料板上設置拉深筋，使制件四周料流阻力基本一致，可有效避免制件產生缺陷，使成形后的制件尺寸穩定、壁厚均勻，但拉深筋的布置和尺寸要通過實際試壓修正。

壓料板4個圓角半徑的確定：圓角過小則拉深變形劇烈，阻力大，制件不易成形；圓角過大則使壓制的制件圓角增大，導致制件內部零件無法安裝。根據制件材料、料厚與深度計算最小圓角的半徑為R50 mm，為便于成形且不影響內部零件裝配，最后決定取圓角半徑為R80 mm。

凹模圓角確定：凹模圓角大小決定拉深時料流阻力大小，凹模圓角過小，料流阻力大，制件容易開裂，凹模圓角過大，不符合散熱器的裝配要求。通過計算，凹模圓角為R10 mm，為方便成形又不影響裝配，最終凹模圓角取R14 mm，且凹模圓角要沿料流方向拋光以減小流料阻力。

拉深筋結構及工作原理：拉深筋結構如圖5所示，工作狀態如圖6所示，為了控制料流阻力，拉深筋頂面采用圓弧形，拉深筋的形狀和高度及位置應通過模具實際試壓不斷的修正和調整，同時不斷調整壓邊力至制件均勻變形。

圖5 拉深筋結構

圖6 拉深筋工作狀態

拉深筋布置：拉深筋位置與形狀是模具設計關鍵，拉深筋設置是否合理決定制件成形的成敗。為保證成形制件四周料流阻力均衡，需分段布置拉深筋，凹模圓角處料流阻力較大，所以不能在凹模圓角處布置拉深筋，只能在其附近的直邊處分段設置拉深筋。通過改變拉深筋高度和圓角半徑可有效控制料流阻力。在拉深筋上設置過渡圓弧降低料流阻力，如圖5中R100 mm，通過實際驗證不斷調整優化拉深筋的形狀及位置，最后得到最佳方案，分段拉深筋的布置如圖7所示。

圖7 拉深筋布置

4 制件缺陷及解決措施

（1）制件在4個凹模圓角處開裂。這是由于凹模圓角處的壓邊力過大，使料流阻力大于材料強度極限而開裂，原毛坯尺寸如圖8所示。改進措施：①對毛坯的4個角倒C80 mm，如圖9所示，減少4個角處的有效壓邊面積從而降低壓邊力；②調整氣墊的壓力以減小壓邊力，但同時應考慮直邊處的壓邊力是否合適；③增大拉深筋與凹模圓角處的距離，同時對4個凹模圓角進一步拋光，降低凹模圓角處的料流阻力以減小開裂的傾向。

圖8 原毛坯尺寸

圖9 改進后的毛坯尺寸

（2）制件在直邊頂部起皺，并出現扭曲變形。這是由于成形過程中料流阻力分布不均引起，直邊處阻力小進料多，圓角處阻力大進料少，成形后制件內部應力分布在進料多的部位產生堆積起皺，當內應力達到一定程度時還會導致制件扭曲變形。改進措施：重新調整拉深筋的位置與形狀，使直邊處與凹模圓角處料流阻力相同，即改變圖7中120、130 mm尺寸和拉深筋形狀，使制件變形均勻從而消除起皺、扭曲變形等缺陷。

（3）制件頂部塌陷。由于凸模和成形制件的配合間隙較小，制件表層涂了潤滑油，成形時產生密封空間，凸、凹模分離時制件與凸模形成負壓真空而引起制件頂部塌陷。改進措施：在凸模上設置6個進氣孔。

（4）制件在拉深筋處開裂。開裂原因為：①拉深筋尺寸不合理或粗糙度太大，造成料流阻力過大而開裂；②壓邊力過大造成料流阻力過大而開裂。改進措施：減小拉深筋尺寸并拋光；成形時調整氣墊的壓力。

（5）制件在4個凹模圓角處起皺。由于壓邊力過小導致的起皺，可通過調節氣墊的壓力而改善起皺情況。

5 結束語

結合制件結構和性能要求，合理布置拉深筋位置并優化其形狀，能有效調節料流阻力，保證制件四周流動阻力的均衡性，消除制件內部的開裂、起皺、扭曲變形等缺陷，通過不斷改進設計，最終獲得質量合格的散熱器面板。