空调器两器边板生产工艺提升技术研究

文／赵佳，蒋鑫强，卢长水，徐炜·珠海格力电器股份有限公司

空调机组中位于蒸发器或冷凝器两端的边板(图1)，其上的翻边孔用来穿起铜管，起到固定铜管、保护翅片的作用。钣金件在冲压加工过程中，边缘容易产生毛刺、脱锌、划痕等质量异常，特别是边板类零件具有多孔结构、翻孔精度要求高等鲜明特点，对其质量的控制难度进一步提升。由于空调机两器边板上需要穿冷凝器铜管，导致存在喇叭口、内孔划伤等一系列行业难题，给生产单位带来了一定的困扰。

图1 边板产品图

本项目团队通过技术分析与研究，设计出一套改善方案，不仅能够提升边板冲压生产的工艺水平与零件质量，而且实现翻孔垂直度改善，也解决了铝边板冲压过程中涂油、除油低效的问题。

过程监控与模具技术

通过项目团队的前期调研，发现在冲压生产过程中的一些问题(图2)，通过自主创新提出改善思路与方案。

图2 旧工艺生产缺陷

铝边板生产中有划痕，带料严重

⑴边板翻边孔内壁拉深痕明显；

⑵冲压过程带废料严重；

⑶涂油＋除油的生产方式，产能降低60%。

解决思路：由于铝合金材质与镀锌板、不锈钢等的性能差异较大，铝合金硬度低、熔点低、成形过程发热大、冲压碎屑极易粘附在冲头表面形成熔块并造成翻孔划伤。

实施方案：开发全新的模具镀层，要求在镀层后零件具有自润滑性、超高硬度、高耐磨性，对冲头进行保护，避免铝屑与冲头大面积的接触和摩擦。

效果验证：完成模具镀层后，首先量产验证的两个批次(共计2000 件)，在不涂油情况下无划伤、无带料。同在无镀层的状态下生产20 件即出现刮花相比(图3)，改善效果非常明显。

图3 镀层前后效果对比图

边板翻边孔有喇叭口，存在应力集中

⑴边板翻孔后存在锥度，角度为93°～97°；

⑵翻孔与铜管接触部位由面接触变为线接触，此处由于应力集中而存在割管隐患，如图4 所示。

图4 改善前产品角度超差检测图

解决方案：开发边板翻孔、扩孔新工艺技术，对翻孔方式、模具设计、精度控制参数等展开研究，综合提升边板成形工艺技术。开制扩孔简易模验证校形效果，根据检测尺寸验证将扩孔技术应用到量产模具中。

验证效果：新工艺开制简易模，角度矫正效果良好，同步在量产模具LC109/10038 中应用扩孔工艺，经过200 件的小批量试制，产品翻孔角度稳定在(90±2)°，达到预期效果(图5)。

图5 改善后产品角度检测图

边板生产缺乏精细化管理

由于边板类零件的特征独特，区别于其他种类零件，对模具技术要求较高，需制定针对性精细化管理规范(图6)。

图6 开模技术要求规范

解决方案：将边板单独作为一个零件类别，进行全面技术研究，从模具镀层、工艺规范、边板连续模扩孔工艺技术、翻孔高度对成形角度的影响等出发，制定合理的模具间隙、冲预孔大小设计等多个技术点展开研究测试，记录并改进。

验证效果：完成模具镀层工艺技术要求，形成边板连续模扩孔工艺技术，明确翻孔高度对翻孔角度的影响，制定合理的模具间隙及边板冲预孔尺寸参考表，形成公司级的工艺指导文件《关于钣金模边板零件生产工艺文件(钣金—操作规范)》。

关键技术及问题攻克

项目团队围绕以上问题展开方案实施与改善推进，不断改进与优化并确定最终技术参数。

铝合金边板不涂油冲压

铝合金冲压刮花一直属于行业难题，因铝合金硬度低且易产生碎屑，同时其熔点低，由于冲压摩擦发热易将碎屑熔化粘附在冲头上，形成熔瘤而破坏模具表面光洁度，从而导致产品被划伤。目前，模具基本靠采用热处理等来增加冲头硬度，提高表面光洁度等手段来减少碎屑粘附，但效果并不理想。

解决办法：研究行业内镀层发展现状、对比镀层性能，测试适合两器边板产品的镀层工艺(图7)。

图7 常见镀层对比

其中，DLC 镀层具有以下特点：

⑴硬度达20 ～40GPa，防止镀层损坏；

⑵自润滑性好，防止铝合金碎屑粘附在冲头，保持冲头光洁度；

⑶摩擦系数小于0.1。冲压过程中摩擦力小，摩擦发热少，避免达到铝合金熔点；

⑷不易粘上铝屑，避免冲头表面形成熔瘤；

⑸冲压生热性能稳定，避免局部热量大，造成铝屑熔化。

喇叭口的解决

由于钣金材料存在加工应力，加上翻边孔高度低、成形部位不足等原因，导致翻孔后存在喇叭口，以致完成装配后形成应力集中，导致存在刺穿铜管的隐患。

解决方法：如图8 所示，开发扩孔工艺，在边板冲压成形后增加1 步反向整形工序，对材料回弹进行矫正。此方案涉及扩孔方式制定、扩孔参数选取与测试等。

图8 喇叭口问题解决方案

原理描述：传统边板生产工艺流程是冲预孔→翻孔，改进后的是冲预孔→翻孔→扩孔。扩孔的目的是对翻孔后材料回弹进行矫形处理，冲头尺寸参见表1。

表1 冲头尺寸参考表(单位：mm)

模具间隙规范

由于模具间隙直接影响尺寸精度及冲压生产的断面质量，从而影响模具使用寿命，因此需要规范不同材料、不同板厚的钣金件的模具设计间隙要求，参见表2。

表2 冲裁间隙参考表(单位：mm)

冲预孔对翻边孔尺寸的影响

翻边孔垂直度与高度密切相关，因此要求保证合理的翻边孔高度。而冲预孔大小将直接影响翻边孔高度，可以通过调整冲预孔大小来控制翻边孔高度。相同料厚、不同冲预孔大小的翻边高度尺寸参见表3，翻孔高度对比图见图9。

表3 冲预孔冲头尺寸参考表(单位：mm)

图9 翻孔高度对比图

效益分析

质量提升：保证边板翻边孔垂直度(90±1)°，保证两器装配质量；解决边板划痕问题，提高钣金件外观质量。

提效生产：实现铝合金、不锈钢边板裸板的稳定生产，提高效率50%以上。

降低成本：提高模具寿命，修模频率降低80 %，间接降低维修成本。

管理效果：制定全品类铝板生产的企业标准，指导开模及规范生产。

结束语

钣金件使用范围广泛，从生活电器到汽车工业再到航空航天，其已成为现代生活不可缺少的重要组成部分，而翻边孔成形工艺作为钣金件加工的主要成形工艺之一，其成形质量将直接影响产品的诸多使用性能，同时材料性能、工艺制定、模具结构、零部件加工精度等都会极大程度影响钣金件翻边孔的尺寸及质量。因此通过对各工序参数、性能的分析，制定可靠的改善措施，有效提升钣金件的翻孔质量，提高产品品质，从而推进现代化工业智能制造的快速发展。