空调行业超拉深类冲压零件开裂的分析与应用

李先艳（格力电器（武汉）有限公司，武汉 430100）

0 引言

随着我国制造水平的提高，冷冲压件在现实生活中的用途非常广泛。由于冷冲压件具有产品壁薄、质量轻、刚度好、产品尺寸稳定、互换性好等特点，在机械制造、车辆生产、航空航天、电子、电器、轻工、暖通空调、仪表等行业均有大量应用[1-2]。暖通空调行业中空调产品的钣金件均由冷冲压件构成，而此领域中超拉深类的冲压零件是否开裂直接关系产品生产的顺利进行，如图1所示。因此研究超拉深类的冲压零件是否开裂具有重大意义。

图1 超拉深类零件开裂

1 工程概况

超拉深类零件的材料选用国家标准牌号08AL型号的热镀锌板，本文列举部分钢卷厂家牌号如表1所示。热镀锌板是指含碳量大于0.025，小于2.11的铁碳合金经轧制等加工工艺处理后，外观成矩形平板状供货的平直板材。08AL为含碳量为0.08优质碳素结构钢的铝脱氧镇静钢冷扎板[8-10]，其具有良好的成形加工特性和塑性好的特点，广泛应用于需要有良好的成形性和塑性但强度要求不高的产品，如家用空调产品中的面板、外罩、顶盖等。本文取家用空调产品中的超拉深类零件——面板作为分析对象。

面板在拉伸成形过程中，主要受到原材料与模具性能的影响。其中模具性能主要包括：冲裁凸凹模间隙、拉伸凸凹模间隙、是否翻面等[11-15]。

表1 08AL材料参数

2 要素分析

2.1 原材料影响

由于面板属于超拉深类的冲压零件，因此，在选取材料时采用超深冲用料，即选择国家标准牌号08AL的原材料，08AL原材料的力学性能如表2[10-11]所示。

通过对同一厂家不同的批次进行抽测，将不同的拉伸性能的测试板分别生产面板，汇总完毕后的实验情况如表3和图2所示，通过实验的数据可以得出，面板类零件应该选择屈服强度为130~175 MPa，抗拉强度为280~300 MPa、断裂伸长率大于40的原材料。

表2 08AL材料力学性能

表3 力学性能实验情况

图2 面板开裂实验情况

表4 冲裁间隙实验情况

2.2 冲裁间隙影响

取同一批次同一料厚的原材料，分别进行不同冲裁间隙的生产验证[4-7]，汇总完毕后的实验情况如表4所示。

图3 面板冲裁断面图

通过表4的情况可以得知，模具冲裁的间隙对超拉深类面板有一定影响，而模具的冲裁间隙大小直接体现在面板冲裁后的断面上，即毛刺大小，如图3所示为冲裁断面图。从中可以得出，毛刺越小，面板无开裂现象，反之，则面板拉深后出现开裂的问题，如图4所示。后续设计模具过程中，将如何减小冲裁毛刺作为考虑点，其中，选择合理的冲裁间隙是其中一种方式。

图4 面板毛刺情况

表5 毛刺方向影响的实验情况

图5 毛刺方向生产的实验情况

2.3 毛刺方向影响

取同一批次且在拉深前的板料为实验对象，通过更换拉深前的毛刺方向，即出现不同的开裂情况，如表5和图5所示。因此，根据实验情况，在后续实际生产过程，需要将毛刺方向与拉伸方向进行掌控。如果在模具设计中无法解决两者的方向问题，可以在实际生产过程中采用机械手翻转机，对毛刺方向与拉伸方向进行掌控[3-5]。

表6 表面处理的实验情况

图6 表面处理生产的情况

图7 正常生产的产品

2.4 冲头和刀口表面处理

取同一批次同一料厚的原材料，刀口间隙也相同的情况下，将不同表面处理的冲头和刀口（冲头和刀口材料均为Cr12MoV）分别进行对比生产，实验数据如表6所示[7-9]。

通过如上的实验数据，可以得出，将冲头和刀口表面进行镀氮化钛，如图6所示，不仅面板无开裂问题，而且模具的生产寿命也会延长，从而有效降低生产成本。

3 结 论

本文介绍了暖通空调行业中超拉深类的冲压零件开裂的系统解决方案，通过进行现场的实际验证，对每种不同的影响因素进行对比分析，从而得出需求的生产参数。

在实际生产过程中，可以根据超拉深类零件的拉深高度来合理进行调节相关的影响因素，通过对生产效率、员工操作方便性、员工安全性、模具维护成本以及使用寿命等方面的考虑来确定影响因素，用以达到最佳的经济效益。如图7为正常生产已批量的超拉深类的冲压零件。