家用电热水器挂板加工工艺及模具设计应用

王茂松

（芜湖双翼机电实业有限公司，安徽芜湖241009）

1 工艺分析

图1为挂板零件图，材料为厚3 mm的Q195冷轧钢板。该零件为电热水器在室内安装承重结构件，其圆弧部位要求与热水器外桶圆弧吻合，左右对称突起为加强筋，起上下方向抗扭曲加强作用。

图1 挂板零件图

圆弧面上对称分布的腰形孔与露出外桶的螺栓，装配连接在一起，用膨胀螺栓通过平面上的腰形孔与墙壁安装固定，所以该零件起连接与固定作用。要求零件的强度、形状、拉伸的弧度及孔的位置等，必须符合产品设计要求，零件表面要求平整、无影响装配的毛刺、翘曲和压痕等缺陷。同时作为室内家电产品配件，安装在比较潮湿的环境里，要求具有良好的装饰与防腐蚀性能。

从图1可以看出，挂板零件是典型的拉伸、冲裁件。与圆弧面连接的左右对称突起加强筋，不但可以减少拉伸变形，更重要的是可增强零件的刚度，防止零件在使用过程中发生变形。零件中间圆弧面和左右两侧平面上的孔中心距尺寸公差，分别为±0.5 mm，其余尺寸公差全为自由公差，按GB/T15055-1994《冲压件未注公差尺寸极限偏差中的m级（中等级）精度选取。

1.1 冲压工艺分析

经分析，在冲压工艺上有以下结论和措施：

（1）圆弧面及加强筋应同时形成，从而保证零件的平整要求。

（2）圆弧面上的腰形孔和左右平面上的孔及工件外形，依靠冲裁完全可满足其精度要求；

（3）该零件的拉伸工序为关键工序。拉伸圆弧面靠拉伸凸模和凹模卸料板二者压实，获得饱满的外形尺寸。因此拉伸工序调模要使上下模完全压实，否则影响落料冲孔工序的正常卸料和推料。

（4）因为冲孔和落料工序中存在非同一（平）面现象，将凸凹模的圆弧和平面部分分开加工制作，装配时用销钉定位，保证装配尺寸精度。不但避免了加工难度，而且减少了加工工作量，为以后的日常维护保养提供了方便。

1.2 加工工艺流程

综上所述，挂板零件的加工工艺流程为：

（1）剪料→（2）拉伸→（3）落料冲孔→（4）表面涂装（除油、酸洗、表调、磷化、烘干、喷粉、流平固化）。

2 拉伸工序及模具设计要点

（1）为避免零件拉伸时出现开裂和减小拉伸力，对拉伸凸模和凹模R角进行反复修正到R4，并在拉伸过程中材料局部涂抹洁净的45#机油，减小拉伸时的摩擦阻力，降低材料牌号、满足工件后续喷涂的表面要求，同时能够延长模具使用寿命。

（2）模具材料的选用。拉伸凸模、凹模和凹模卸料板均采用Cr12MoV合金钢，并分别作热处理到58～62 HRC和54～60 HRC。其他部件采用45#钢，表面淬硬处理到50～55HRC。

（注：Cr12MoV合金钢作为高碳高铬冷作模具钢，被广泛应用在冲压行业的模具设计制作中，具有良好的使用性能和工艺性能）。

（3）拉伸工序示意图如图2。

图2 拉伸工序示意图

（4）拉伸毛坯尺寸：t3×90+10×(385±0.5）。（t表示材料厚度）

（5）因为材料较厚，拉伸后表面平整度要求较高，对拉伸模具压料板装置了顶杆和托板，在1100 kN带气顶缸冲床上加工。

（6）模具示意图如图3。

图3 模具示意图

（7）模具工作过程。按规定调整冲床闭合高度，并同时开启设备顶出气垫气阀，调整气压参数。将毛坯材料靠贴定位放置在下模压料（卸料）板上，开动机床，上模与下模压料板将材料压实，机床滑块继续下行直到下死点，接着机床滑块上行直到上死点，同时气垫通过下模压料（卸料）板将工件顶出（卸料），完成一个工作过程。

3 落料冲孔工序及模具设计

3.1 模具设计理论及技术参数

为了保证零件表面品质和孔位的位置，落料与冲孔采用复合工序，模具设计成落料冲孔复合模。

凸凹模间隙按GB/T16743-1997《冲裁间隙》标准选取。经分析，挂板材料Q195属于低碳钢，料厚t=3 mm，零件尺寸精度介于IT10～IT15之间，精度要求不高，用一般的冲压方法安全可以达到。为了降低冲裁力、减小毛刺高度和提高模具寿命，采用标准中的II类（中等）间隙，即落外形的凸凹模单边间隙取0.24 mm，冲孔间隙加大至0.27 mm。

为方便模具设计制造，先确定落料凹模尺寸，其名义尺寸按制件成品尺寸进行标注，在技术要求栏中统一标注“制造公差按±0.05 mm”；落料凸模尺寸按凹模的名义尺寸标注，在技术要求栏中统一标注“按凹模配制，每边留间隙0.24 mm”，冲孔的凸、凹模尺寸，分别标注尺寸和制造公差。

按上述间隙设计制造的模具，经试冲和批量生产，表明效果较好，毛刺比较均匀，毛刺高度在0.12 mm左右，符合JB/T4129-1999《冲压件毛刺高度》标准要求，能满足后续涂装工序和产品的使用要求。

3.2 冲裁理论计算及设备选用

（1）厚度t=3mm，材料抗剪强度τ=380 MPa的挂板，求其冲裁力P0。

（2）已知周长

P0= τ L t=380×1 290.28×3=1 470.919 2 kN。

（3）卸料力。卸下包在凸模上材料所需要的力，一般叫做卸料力。卸料力的计算公式为

（4）推料力。顺着冲裁方向推出卡在凹模里的材料所需要的力，一般叫做推料力。推料力的计算公式为

（5）总的压力P总=P0+Px+PT=1 529.8 kN；

机床所需要的压力P=1.3 P总=1 988.7 kN。

按照现有设备规格，选用2 000 kN冲床。

3.3 模具材料的选用

模具材料的选用。冲裁刃口采用Cr12MoV合金钢，并作热处理到58～62 HRC。非刃口采用45#钢，表面淬硬处理到50～55 HRC。

3.4 模具加工工艺

按照备料明细要求，将材料状态加工到规定的技术要求。接着加工穿丝孔、螺钉装配孔，与固定板相关连的装配螺孔采用配制方式加工，既提高了工作效率，又保证了装配关系。然后按规定外委热处理，并要求外协厂提供检测报告，合格后转交下道工序平磨工件上下表面，确保平行度要求，然后进行线割加工。其中凹模按两次线割要求加工，确保工件内应力消除，同时满足冲孔凹模锥度要求。合格后交付钳工装配调试，直至合格为止。

模具示意图如图4。

图4 模具示意图

4 结束语

由于在模具设计制造过程中，对零件结构工艺性、技术要求和在生产过程中可能发生的一些问题，进行了分析和试制工作，所以工作比较顺利。仅在试产初期落料冲孔模由于弹性器件的力量不够，出现推料不畅，后加装打料杆，问题得以解决。模具投入生产后，工艺稳定，使用正常，产品品质符合产品图纸要求。实践表明，该零件的工艺与模具设计方案应用有效可行。

[1]王孝培.实用冲压技术手册[K].北京：机械工业出版社，2001.

[2]陈炎嗣.冲压模具设计与制造技术[M].北京：北京出版社，1991.

[3]GB/T15055-1994，冲压件未注公差尺寸极限偏差[S].

[4]GB/T16743-1997，冲裁间隙[S].

[5]JB/4129-1999，冲压件毛刺高度[S].

[6]陈再枝.模具钢手册[K].北京：冶金工业出版社，2002.