空調器兩器邊板生產工藝提升技術研究

文／趙佳，蔣鑫強，盧長水，徐煒·珠海格力電器股份有限公司

空調機組中位于蒸發器或冷凝器兩端的邊板(圖1)，其上的翻邊孔用來穿起銅管，起到固定銅管、保護翅片的作用。鈑金件在沖壓加工過程中，邊緣容易產生毛刺、脫鋅、劃痕等質量異常，特別是邊板類零件具有多孔結構、翻孔精度要求高等鮮明特點，對其質量的控制難度進一步提升。由于空調機兩器邊板上需要穿冷凝器銅管，導致存在喇叭口、內孔劃傷等一系列行業難題，給生產單位帶來了一定的困擾。

圖1 邊板產品圖

本項目團隊通過技術分析與研究，設計出一套改善方案，不僅能夠提升邊板沖壓生產的工藝水平與零件質量，而且實現翻孔垂直度改善，也解決了鋁邊板沖壓過程中涂油、除油低效的問題。

過程監控與模具技術

通過項目團隊的前期調研，發現在沖壓生產過程中的一些問題(圖2)，通過自主創新提出改善思路與方案。

圖2 舊工藝生產缺陷

鋁邊板生產中有劃痕，帶料嚴重

⑴邊板翻邊孔內壁拉深痕明顯；

⑵沖壓過程帶廢料嚴重；

⑶涂油＋除油的生產方式，產能降低60%。

解決思路：由于鋁合金材質與鍍鋅板、不銹鋼等的性能差異較大，鋁合金硬度低、熔點低、成形過程發熱大、沖壓碎屑極易粘附在沖頭表面形成熔塊并造成翻孔劃傷。

實施方案：開發全新的模具鍍層，要求在鍍層后零件具有自潤滑性、超高硬度、高耐磨性，對沖頭進行保護，避免鋁屑與沖頭大面積的接觸和摩擦。

效果驗證：完成模具鍍層后，首先量產驗證的兩個批次(共計2000 件)，在不涂油情況下無劃傷、無帶料。同在無鍍層的狀態下生產20 件即出現刮花相比(圖3)，改善效果非常明顯。

圖3 鍍層前后效果對比圖

邊板翻邊孔有喇叭口，存在應力集中

⑴邊板翻孔后存在錐度，角度為93°～97°；

⑵翻孔與銅管接觸部位由面接觸變為線接觸，此處由于應力集中而存在割管隱患，如圖4 所示。

圖4 改善前產品角度超差檢測圖

解決方案：開發邊板翻孔、擴孔新工藝技術，對翻孔方式、模具設計、精度控制參數等展開研究，綜合提升邊板成形工藝技術。開制擴孔簡易模驗證校形效果，根據檢測尺寸驗證將擴孔技術應用到量產模具中。

驗證效果：新工藝開制簡易模，角度矯正效果良好，同步在量產模具LC109/10038 中應用擴孔工藝，經過200 件的小批量試制，產品翻孔角度穩定在(90±2)°，達到預期效果(圖5)。

圖5 改善后產品角度檢測圖

邊板生產缺乏精細化管理

由于邊板類零件的特征獨特，區別于其他種類零件，對模具技術要求較高，需制定針對性精細化管理規范(圖6)。

圖6 開模技術要求規范

解決方案：將邊板單獨作為一個零件類別，進行全面技術研究，從模具鍍層、工藝規范、邊板連續模擴孔工藝技術、翻孔高度對成形角度的影響等出發，制定合理的模具間隙、沖預孔大小設計等多個技術點展開研究測試，記錄并改進。

驗證效果：完成模具鍍層工藝技術要求，形成邊板連續模擴孔工藝技術，明確翻孔高度對翻孔角度的影響，制定合理的模具間隙及邊板沖預孔尺寸參考表，形成公司級的工藝指導文件《關于鈑金模邊板零件生產工藝文件(鈑金—操作規范)》。

關鍵技術及問題攻克

項目團隊圍繞以上問題展開方案實施與改善推進，不斷改進與優化并確定最終技術參數。

鋁合金邊板不涂油沖壓

鋁合金沖壓刮花一直屬于行業難題，因鋁合金硬度低且易產生碎屑，同時其熔點低，由于沖壓摩擦發熱易將碎屑熔化粘附在沖頭上，形成熔瘤而破壞模具表面光潔度，從而導致產品被劃傷。目前，模具基本靠采用熱處理等來增加沖頭硬度，提高表面光潔度等手段來減少碎屑粘附，但效果并不理想。

解決辦法：研究行業內鍍層發展現狀、對比鍍層性能，測試適合兩器邊板產品的鍍層工藝(圖7)。

圖7 常見鍍層對比

其中，DLC 鍍層具有以下特點：

⑴硬度達20 ～40GPa，防止鍍層損壞；

⑵自潤滑性好，防止鋁合金碎屑粘附在沖頭，保持沖頭光潔度；

⑶摩擦系數小于0.1。沖壓過程中摩擦力小，摩擦發熱少，避免達到鋁合金熔點；

⑷不易粘上鋁屑，避免沖頭表面形成熔瘤；

⑸沖壓生熱性能穩定，避免局部熱量大，造成鋁屑熔化。

喇叭口的解決

由于鈑金材料存在加工應力，加上翻邊孔高度低、成形部位不足等原因，導致翻孔后存在喇叭口，以致完成裝配后形成應力集中，導致存在刺穿銅管的隱患。

解決方法：如圖8 所示，開發擴孔工藝，在邊板沖壓成形后增加1 步反向整形工序，對材料回彈進行矯正。此方案涉及擴孔方式制定、擴孔參數選取與測試等。

圖8 喇叭口問題解決方案

原理描述：傳統邊板生產工藝流程是沖預孔→翻孔，改進后的是沖預孔→翻孔→擴孔。擴孔的目的是對翻孔后材料回彈進行矯形處理，沖頭尺寸參見表1。

表1 沖頭尺寸參考表(單位：mm)

模具間隙規范

由于模具間隙直接影響尺寸精度及沖壓生產的斷面質量，從而影響模具使用壽命，因此需要規范不同材料、不同板厚的鈑金件的模具設計間隙要求，參見表2。

表2 沖裁間隙參考表(單位：mm)

沖預孔對翻邊孔尺寸的影響

翻邊孔垂直度與高度密切相關，因此要求保證合理的翻邊孔高度。而沖預孔大小將直接影響翻邊孔高度，可以通過調整沖預孔大小來控制翻邊孔高度。相同料厚、不同沖預孔大小的翻邊高度尺寸參見表3，翻孔高度對比圖見圖9。

表3 沖預孔沖頭尺寸參考表(單位：mm)

圖9 翻孔高度對比圖

效益分析

質量提升：保證邊板翻邊孔垂直度(90±1)°，保證兩器裝配質量；解決邊板劃痕問題，提高鈑金件外觀質量。

提效生產：實現鋁合金、不銹鋼邊板裸板的穩定生產，提高效率50%以上。

降低成本：提高模具壽命，修模頻率降低80 %，間接降低維修成本。

管理效果：制定全品類鋁板生產的企業標準，指導開模及規范生產。

結束語

鈑金件使用范圍廣泛，從生活電器到汽車工業再到航空航天，其已成為現代生活不可缺少的重要組成部分，而翻邊孔成形工藝作為鈑金件加工的主要成形工藝之一，其成形質量將直接影響產品的諸多使用性能，同時材料性能、工藝制定、模具結構、零部件加工精度等都會極大程度影響鈑金件翻邊孔的尺寸及質量。因此通過對各工序參數、性能的分析，制定可靠的改善措施，有效提升鈑金件的翻孔質量，提高產品品質，從而推進現代化工業智能制造的快速發展。