散热器面板拉深模设计

柳鹏旭，祝民利

（新疆工程学院，新疆 乌鲁木齐 830023）

1 散热器结构分析

大型节能家用散热器结构如图1所示，散热器面板和背板装配后要在侧边进行滚焊缝合，散热器内部有加热管和导热油，具有高效、散热量大、节省能源的优点。散热器面板结构如图2所示，材质为Q235A，厚度为1 mm，大批量生产。面板拉深后要求无起皱、开裂、扭曲变形，外表面光滑平整，保证878 mm的配合尺寸和60 mm深度。

2 散热器面板冲压工艺

根据散热器面板结构、尺寸精度及企业冲压设备，工艺方案如下：剪切下料→拉深成形→切除多余凸缘边，共3道工序，如图3所示。

图3 工艺方案

3 模具结构设计

3.1 模具结构特点

由于企业只有带气垫的大型冲床，模具设计为倒装结构，如图4所示，压料板13上设置了拉深筋。为了方便模具装配，采用装配式导柱导套，保证了模架和凸、凹模的装配间隙与精度。为使上料方便，模具采用三导柱结构，压料板13上设计了4个挡料销14定位成形的制件。

图4 模具结构

压边力由冲床工作台下方的气缸垫提供，通过顶杆10均匀传递给压料板13压紧待成形的制件，压边力在成形过程中保持恒定且大小可调。成形制件由于存在向外扩张的弹性变形，容易卡在凹模2中，为了方便取出成形的制件，通过推杆5与压力机限位块推出制件。卸料板12上安装卸料螺钉3和弹簧防止其在重力的作用下掉出凹模，限位块4限制成形制件的压入深度。

凸模、凹模和压料板材料为球墨铸铁，加工完成后对局部工作部位进行淬火，拉深筋采用9CrSi材质淬火处理，导柱和导套采用T8工具钢淬火处理。

3.2 模具设计要点

3.2.1 制件成形分析

制件属于薄板盒形浅拉深件，为防止拉深失稳需要进行压边，凸、凹模间隙控制在（1～1.1）t（t为板料厚度），通过计算拉深系数没有超过一次拉深系数（0.53～0.63），可以一次成形。

由于制件较薄、尺寸较大，成形后容易变形，尺寸和形位公差达不到要求。为了保证面板和背板装配后能滚焊缝合、导热油不渗漏，制件尺寸必须达标，避免产生起皱、开裂、扭曲等缺陷，否则制件就会报废。

大型盒形件拉深时，四周料流阻力不均匀，在4个直边处阻力小，进料速度快；4个圆角处阻力大，进料速度慢，由于变形不均匀会产生缺陷。为了控制变形均匀性，需要在压料板直边处设置拉深筋，以增大料流阻力使与圆角处流速相同，消除缺陷。

3.2.2 压料板与拉深筋设计

压料板设计：压料板上设置拉深筋，使制件四周料流阻力基本一致，可有效避免制件产生缺陷，使成形后的制件尺寸稳定、壁厚均匀，但拉深筋的布置和尺寸要通过实际试压修正。

压料板4个圆角半径的确定：圆角过小则拉深变形剧烈，阻力大，制件不易成形；圆角过大则使压制的制件圆角增大，导致制件内部零件无法安装。根据制件材料、料厚与深度计算最小圆角的半径为R50 mm，为便于成形且不影响内部零件装配，最后决定取圆角半径为R80 mm。

凹模圆角确定：凹模圆角大小决定拉深时料流阻力大小，凹模圆角过小，料流阻力大，制件容易开裂，凹模圆角过大，不符合散热器的装配要求。通过计算，凹模圆角为R10 mm，为方便成形又不影响装配，最终凹模圆角取R14 mm，且凹模圆角要沿料流方向抛光以减小流料阻力。

拉深筋结构及工作原理：拉深筋结构如图5所示，工作状态如图6所示，为了控制料流阻力，拉深筋顶面采用圆弧形，拉深筋的形状和高度及位置应通过模具实际试压不断的修正和调整，同时不断调整压边力至制件均匀变形。

图5 拉深筋结构

图6 拉深筋工作状态

拉深筋布置：拉深筋位置与形状是模具设计关键，拉深筋设置是否合理决定制件成形的成败。为保证成形制件四周料流阻力均衡，需分段布置拉深筋，凹模圆角处料流阻力较大，所以不能在凹模圆角处布置拉深筋，只能在其附近的直边处分段设置拉深筋。通过改变拉深筋高度和圆角半径可有效控制料流阻力。在拉深筋上设置过渡圆弧降低料流阻力，如图5中R100 mm，通过实际验证不断调整优化拉深筋的形状及位置，最后得到最佳方案，分段拉深筋的布置如图7所示。

图7 拉深筋布置

4 制件缺陷及解决措施

（1）制件在4个凹模圆角处开裂。这是由于凹模圆角处的压边力过大，使料流阻力大于材料强度极限而开裂，原毛坯尺寸如图8所示。改进措施：①对毛坯的4个角倒C80 mm，如图9所示，减少4个角处的有效压边面积从而降低压边力；②调整气垫的压力以减小压边力，但同时应考虑直边处的压边力是否合适；③增大拉深筋与凹模圆角处的距离，同时对4个凹模圆角进一步抛光，降低凹模圆角处的料流阻力以减小开裂的倾向。

图8 原毛坯尺寸

图9 改进后的毛坯尺寸

（2）制件在直边顶部起皱，并出现扭曲变形。这是由于成形过程中料流阻力分布不均引起，直边处阻力小进料多，圆角处阻力大进料少，成形后制件内部应力分布在进料多的部位产生堆积起皱，当内应力达到一定程度时还会导致制件扭曲变形。改进措施：重新调整拉深筋的位置与形状，使直边处与凹模圆角处料流阻力相同，即改变图7中120、130 mm尺寸和拉深筋形状，使制件变形均匀从而消除起皱、扭曲变形等缺陷。

（3）制件顶部塌陷。由于凸模和成形制件的配合间隙较小，制件表层涂了润滑油，成形时产生密封空间，凸、凹模分离时制件与凸模形成负压真空而引起制件顶部塌陷。改进措施：在凸模上设置6个进气孔。

（4）制件在拉深筋处开裂。开裂原因为：①拉深筋尺寸不合理或粗糙度太大，造成料流阻力过大而开裂；②压边力过大造成料流阻力过大而开裂。改进措施：减小拉深筋尺寸并抛光；成形时调整气垫的压力。

（5）制件在4个凹模圆角处起皱。由于压边力过小导致的起皱，可通过调节气垫的压力而改善起皱情况。

5 结束语

结合制件结构和性能要求，合理布置拉深筋位置并优化其形状，能有效调节料流阻力，保证制件四周流动阻力的均衡性，消除制件内部的开裂、起皱、扭曲变形等缺陷，通过不断改进设计，最终获得质量合格的散热器面板。