蒸發(fā)器管板模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高章育，陳 輝，李世男，張彥杰

（沈陽(yáng)建筑大學(xué) 交通與機(jī)械學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110168）

0 引言

設(shè)備制造所采用的方法也決定生產(chǎn)的效率，然而沖壓工藝法具有生產(chǎn)率高、生產(chǎn)成本低、材料利用率高、能成形復(fù)雜零件、適合大批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)[1]。冷沖壓技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)中起著不可代替的地位，是各種工業(yè)領(lǐng)域中不可缺少的一種加工方法。

沖壓模具設(shè)計(jì)更新的快慢，直接決定著制冷設(shè)備生產(chǎn)效率，以及產(chǎn)品的更新?lián)Q代。長(zhǎng)期以來(lái)一直被廣泛使用的模具設(shè)計(jì)程序, 因其復(fù)雜費(fèi)時(shí)、很大程度上依靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)等弊端，不能滿足制冷行業(yè)快速發(fā)展的需要，制冷行業(yè)正面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。因此在保證設(shè)計(jì)品質(zhì)的基礎(chǔ)上如何實(shí)現(xiàn)模具的快速設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)模具設(shè)計(jì)的智能化，一直以來(lái)都是模具設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和重點(diǎn)[2]。

通過(guò)使用一款CAD/CAM 軟件Creo 及插件PDX，可一定程度上解決上述問(wèn)題。連續(xù)模設(shè)計(jì)系統(tǒng)Progressive Die Extension（PDX）作為Creo 的一種軟件模塊的出現(xiàn)，縮短沖壓模具設(shè)計(jì)周期、減少工作量、提高模具的設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性、降低模具設(shè)計(jì)的成本、提高設(shè)計(jì)效率[3]。

1 蒸發(fā)器管板工藝

圖1 為DD 型制冷設(shè)備蒸發(fā)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型，蒸發(fā)器采用了薄壁銅管管與沖孔二次翻邊一次成形的高效鋁翅片經(jīng)機(jī)械脹管而成，管板主要是固定和支撐銅管及鋁翅片。管板材料為St02Z 熱鍍鋅板，厚度1mm。由于DD 系列適用于庫(kù)溫-18℃左右的冷庫(kù)，在熱量交換的鋁翅片間容易產(chǎn)生冰霜，需增加除霜不銹鋼加熱管。所以管板上設(shè)計(jì)了兩組孔。

管板上部分孔內(nèi)需穿交換熱量介質(zhì)的銅管，由于在工作中壓縮機(jī)及風(fēng)扇產(chǎn)生振動(dòng)，會(huì)磨破管而產(chǎn)生泄露，所以要求穿銅管孔為拉深孔，并保證孔壁無(wú)毛刺，屬于復(fù)合沖裁。而另一部分孔穿除霜加熱管，所以對(duì)孔要求不高。因此管板加工工藝為，落料、沖孔、拉伸、折邊等組成。由于管板的所需數(shù)量有限，所以不適宜做成連續(xù)沖模[4]。該工件采用單工序加工。

圖1 蒸發(fā)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型

該零件可以選用（1250×2000）mm 的St02Z 熱鍍鋅板，先在磚塔沖床沖出如圖2 所示，然后在沖壓模具上進(jìn)行沖孔拉伸如圖3 所示，最后在折彎?rùn)C(jī)對(duì)四邊進(jìn)行折彎，達(dá)到最終要求。綜上，該模具為在鍍鋅板進(jìn)行沖孔落料拉伸模具。

圖2 數(shù)控磚塔沖床加工展開(kāi)圖

圖3 沖壓模具沖壓后圖

2 制冷設(shè)備沖壓模具以往設(shè)計(jì)方法[4]

由于制冷設(shè)備的特殊性，除了要對(duì)沖壓模具的設(shè)計(jì)方法十分了解，還需要對(duì)制冷原理以及工況條件熟知。在收到?jīng)_壓制品任務(wù)書后，需要查閱相關(guān)的技術(shù)資料和標(biāo)準(zhǔn)文件，了解各個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)，同時(shí)要了解制冷設(shè)備的結(jié)構(gòu)，所以對(duì)制冷模具設(shè)計(jì)者有著較高的要求。

以往設(shè)計(jì)方法： ①需要收集和了解沖壓零件資料，溝通制冷設(shè)備設(shè)計(jì)者并分析加工零件圖紙?？梢越柚鶳ro/E 的鈑金模塊對(duì)管板零件展開(kāi)計(jì)算。對(duì)管進(jìn)行板排樣及工序分析并確定每道工序的沖壓內(nèi)容，并考慮模具的結(jié)構(gòu)；②根據(jù)展開(kāi)圖的尺寸確定模板的尺寸，用Pro/E的零件模塊分別繪制出凸、凹模及其固定板、卸料板、打料裝置等各工件的三維圖形，為裝配圖做準(zhǔn)備；③在主要各元件的三維圖形繪制完成后，在Pro/E 的裝配模塊建立裝配文件，把各個(gè)元件進(jìn)行裝配。查閱國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選用合適的模座、螺釘、定位銷釘、導(dǎo)柱和導(dǎo)向套等輔助元件的參數(shù)，在裝配體進(jìn)行創(chuàng)建添加各個(gè)輔助元件，同時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析修改；④裝配體完成后，再分別生成模具的工程圖紙，對(duì)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)部分要進(jìn)行剖視，完善各個(gè)部件的圖紙，并對(duì)圖紙進(jìn)行標(biāo)注、校對(duì)和審核。

3 Creo 插件在管板單工序模具中的設(shè)計(jì)方法[5～6]

采用三維實(shí)體造型的插件模塊來(lái)設(shè)計(jì)沖壓模具，首先利用Pro/E 的升級(jí)版Creo 軟件的鈑金模塊，繪制出管板的三維造型，對(duì)管板進(jìn)行展開(kāi)，通過(guò)導(dǎo)入到PDX 模塊來(lái)創(chuàng)建模具，直接利用PDX 模塊參數(shù)庫(kù)進(jìn)行快速的模具設(shè)計(jì)。

3.1 Creo 及插件PDX 簡(jiǎn)介及應(yīng)用

Creo 軟件作為PTC 公司自Pro/E 5.0 后推出的新一代三維軟件，在原有Pro/E 5.0 的基礎(chǔ)上增加了易用性、互操作性、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和裝配管理等性能。可以采用全新的解決方案，提供一組可伸縮、可互操作、開(kāi)放且易于使用的機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)用程序，為設(shè)計(jì)過(guò)程中的每一名參與者適時(shí)提供合適的解決方案[7]。Creo 級(jí)進(jìn)模（Pro/E Progressive Die Extension）簡(jiǎn)稱PDX，PDX 擴(kuò)展級(jí)進(jìn)模是Creo 程序的一個(gè)擴(kuò)展模塊，用于鈑金件的級(jí)進(jìn)模、復(fù)合沖壓模及單工序模的快速而方便地設(shè)計(jì)。

PDX 細(xì)化了設(shè)計(jì)的流程，包括模架、沖壓件、導(dǎo)向件、緊固件、定位件及其他元件快捷的選取和裝配，可以通過(guò)PDX 工具下的族表創(chuàng)建行業(yè)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)，對(duì)于非標(biāo)件的快速添加創(chuàng)建新的元件或修改。包含各種標(biāo)準(zhǔn)元件的元件庫(kù)。每個(gè)PDX 版本均更新該庫(kù)。除了標(biāo)準(zhǔn)元件外，還可以通過(guò)使用特殊的描述語(yǔ)言創(chuàng)建自己的元件并將它們添加到元件庫(kù)中。

而設(shè)計(jì)者很容易的導(dǎo)入已有的鈑金零件展開(kāi)圖或創(chuàng)建繪圖、材料清單（BOM）、孔圖表和其它必要信息，以此為模具創(chuàng)建的參照。在此模塊中設(shè)計(jì)者可以設(shè)定各零部件的參數(shù)值，快速便捷的可以添加和選取沖壓模具的各個(gè)元件，提高設(shè)計(jì)效率。

針對(duì)此次管板沖壓，創(chuàng)建出沖壓完成后的三維零件圖形，然后再添加到組模的初始模架中，最后對(duì)沖壓件、導(dǎo)向件、螺釘和其他元件的裝配，流程如圖4 所示。

圖4 管板模具設(shè)計(jì)流程

3.2 沖壓模具結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)工藝分配在沖壓中的工序，需要在此沖壓工序中先沖底孔，然后再拉伸。就使用的材料來(lái)看，該材料為St02Z 熱鍍鋅板，有沖壓加工見(jiàn)圖3，該圖形尺寸為自由公差，多孔且有翻邊，所以對(duì)沖壓工藝有一定的要求。

在制造加工工件時(shí)，主要有沖孔、落料、拉伸這三個(gè)基本工序。結(jié)合整體性考慮，采用復(fù)合模具，一套模具即可加工出多排孔以及拉伸的工件。就模具的結(jié)構(gòu)來(lái)看，比較緊湊，減小了模具的尺寸，適應(yīng)性強(qiáng)，且更換方便，能夠滿足批量生產(chǎn)需要。在生產(chǎn)中，采用沖孔落料拉伸復(fù)合模具。

4 管板沖壓模具的設(shè)計(jì)方法對(duì)比分析及特點(diǎn)

運(yùn)用以往方法來(lái)設(shè)計(jì)管板模具，不僅對(duì)模具的設(shè)計(jì)者專業(yè)素質(zhì)要求較高，對(duì)沖壓模具的各個(gè)結(jié)構(gòu)及原理要求非常熟知，同時(shí)也要求有豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。其次工作任務(wù)量大，三維圖形的繪制，繪制過(guò)程繁瑣，容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，準(zhǔn)確性差，設(shè)計(jì)周期過(guò)長(zhǎng)。最終導(dǎo)致模具的設(shè)計(jì)成本高，修改頻繁，裝配體的協(xié)調(diào)性差。

可以通過(guò)借助于三維軟件Creo 插件PDX 的方法對(duì)模具進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先可以實(shí)現(xiàn)模塊化三維實(shí)體設(shè)計(jì)，模擬裝配方便，修改快速；其次工作量大大減少，模具更新?lián)Q代的設(shè)計(jì)周期也大大縮短，加速模具更新?lián)Q代的周期；最后PDX設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化和參數(shù)化，可提高模具設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。從而模具的設(shè)計(jì)成本降低，有利于PDX 軟件設(shè)計(jì)模具推廣到制冷行業(yè)，同時(shí)有助于建立制冷行業(yè)沖壓模具設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

此次設(shè)計(jì)的管板沖壓模具的特點(diǎn)： ①由于管板有拉伸孔，設(shè)計(jì)為復(fù)合沖裁，需要先打底孔，再拉伸。設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)拉伸凸模的高度相對(duì)于直孔凸模的錯(cuò)開(kāi)，減小一次沖壓力，順序?yàn)橄葲_底孔，再?zèng)_直孔，最后拉伸；②由于此零件孔多，卸料力較大，故設(shè)計(jì)打料裝置。在卸料時(shí)機(jī)床壓桿壓到頂桿上，頂桿推動(dòng)打料板，打料板直接作用于四根打料桿上，打料桿推動(dòng)卸料板，最終完成卸料；③在模具下模板上增加彈性定位銷以及工藝孔，在沖壓一次后，再基于已沖孔定位實(shí)現(xiàn)多工位沖壓，可以減少重頭的數(shù)量并適應(yīng)不同型號(hào)的管板沖壓。設(shè)計(jì)管板沖壓模具的三維模型如圖5 所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

圖5 管板沖壓模具

隨著科技的發(fā)展，需要引入更多的模具設(shè)計(jì)方法來(lái)滿足生產(chǎn)要求。運(yùn)用Creo 及插件PDX 完成蒸發(fā)器管板模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，PDX為模具設(shè)計(jì)提供了完整的模塊，如模具組、元件引擎、螺釘、銷釘?shù)饶K。各模塊建立了參數(shù)化，標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)庫(kù)，可以方便、快捷、準(zhǔn)確地完成模具的設(shè)計(jì)。對(duì)縮短模具研發(fā)周期，提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率有著重要意義。

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