汽车半轴隔热罩的分析及冲模设计

2019-05-09 00:14:43·  来源:锻造与冲压  作者:茹丽靖
   
汽车半轴附近排气管及三元催化器的温度很高,可以加速半轴球套内的黄油融化,而容易引起半轴漏油,因此增加一个半轴隔热罩来保护半轴,同时还能保护分动箱的油封不受高温的影响。材料分析隔热罩材料有两种,一种为镀铝板,它的特点有:⑴
汽车半轴附近排气管及三元催化器的温度很高,可以加速半轴球套内的黄油融化,而容易引起半轴漏油,因此增加一个半轴隔热罩来保护半轴,同时还能保护分动箱的油封不受高温的影响。
 
材料分析
 
隔热罩材料有两种,一种为镀铝板,它的特点有:⑴耐高温,钢板基材和镀层组织的特定结合,形成一种铁铝合金,使镀铝板具有很好的耐高温性。在450℃时,可保证极高的反射率。在高于480℃时,镀层外观发灰,在高达650℃时,防止钢板氧化的保护层仍可以保存完好;⑵热反射性,在480℃的高温下,镀铝板可反射80%的进射热量。因此镀铝板可以有效地起到隔热的作用;(3)耐腐蚀性,在热浸镀加工过程中,熔融的铝立即与空气中的氧反应形成一层氧化铝保护层,使钢板表面立即钝化。这个保护层非常稳定且不溶于水,即使钢板表面被划伤,这个保护层也具有自愈功能,因此,镀铝板有较强的耐化学腐蚀性。以上特点说明,镀铝板符合隔热罩要求的各项性能。
 
另一种为波纹铝板,它的特点有:⑴耐高温;⑵热反射性;⑶耐腐蚀性;⑷易成形,质量轻。铝板经过阳极氧化处理,在表面形成一层氧化铝薄膜保护层,这个保护层非常稳定,因此具备了以上特征,效果同镀铝板相似。而汽车趋于轻量化发展,因此目前多采用波纹铝板材料。
 
早期的隔热罩是两层镀铝板中间加一层石棉组成的,因石棉对人体有害,被列为禁用物质。目前这种三明治结构的隔热罩中间的隔热材料为陶瓷纤维纸,具有重量轻、防火、耐高温、隔热、隔音等特点,耐温性有1260℃和1400℃两种,并且具有极低的导热率,因此隔热效果较好。
 
结构分析
 
隔热罩结构根据其周围热源温度的高低分两种:⑴单层结构;⑵三明治结构。单层隔热罩热源温度较低,材料选用波纹铝板,易成形,利用铝板的耐高温、热反射性和耐腐蚀性即可满足隔热的要求,再有波纹铝板的热反射面积比平的铝板要大很多,因此波纹铝板的效果更好。本文主要介绍半轴隔热罩的结构,半轴附近的热源有三元催化器和排气管,热源温度很高,因此半轴隔热罩采用中间加陶瓷纤维纸隔热材料的三明治结构(图1),隔热效果更好。
图1 三明治结构
半轴隔热罩零件分析
零件图及材料分析,如图2、图3所示。
零件为三明治结构,材料:两层波纹铝板t=0.5mm,波纹凸包高度2.5(±0.5)mm,中间加一层6mm厚陶瓷纤维纸。
图2 半轴隔热罩
图3 材料
冲模工艺
剪板机下料—外层落料—内层落料—陶瓷纤维纸落料—外层90°翻边—外层45°翻边—三层压合—成形—冲孔侧冲孔,工艺流程如图4所示。
图4 工艺流程
冲模设计
落料模设计
⑴计算冲裁力:F冲=1.3Ltτ,根据公式计算F冲=5t。
⑵凸凹模间隙选择:材料厚度t=0.5mm,根据铝的料厚查的双面间隙0.02~0.03mm。
⑶设备选择:根据模具及冲裁力大小选择40t冲床。
⑷模具导向选择:凸凹模间隙小,因此导向选精密型导柱导套(图5)。
图5 钢球型独立导柱组件
⑸模具结构:分两种,1)下出料;2)上出料;铝板较软,为防止其变形,选用上出料形式(图6)。
图6 落料模
翻边模设计
90°、45°翻边模设计需要注意:⑴翻边间隙;间隙过大,翻边角度大于90°,后续45°翻边时会导致翻边叠料;间隙过小,容易将铝板切断;材料基板厚度0.5mm,翻边间隙取0.5~0.6mm;模具制作要精细,否则达不到90°翻边的效果。⑵零件定位;零件定位要保证零件放入定位没有活动量,这样才能保证零件翻边的唯一性,因此90°翻边定位为全部边定位的方式。45°翻边定位采用定位销定位的形式,需要每个边加1~2个定位销(图7)。
图7 零件定位
压合模设计
压合模为三层压合,内外层波纹铝板与中间陶瓷纤维纸压合,现将三层装配在一起,然后放入压合模定位直接将45°边拍平即可,应注意拍平只拍边缘,中间勿拍,其目的是为保证反射热的面积大,反射热量多,保护半轴,模具结构如图8所示。
成形模设计
成形是零件的关键工序,该零件形状不规则,要想准确成形,需要定位准确,并且有足够大的压料力,防止零件在成形过程中左右窜动,导致成形不准确;零件成形较深,且需要足够大的压料力,因此采用液压成形的方式,借助液压机下边液压缸成形,调整液压缸的压力,达到压力需求,模具结构如图9所示。
图8 压合模
图9 成形模
201-下模座 202-上模座 203-上垫板 204-凸模 205-压料板206-垫板 207-凹模 208-托料板 209-顶杆 302-卸料螺钉303-弹簧
冲孔模设计
冲孔侧冲孔模,两个孔同时冲,保证两个孔的相对安装位置准确;侧冲孔采用斜楔机构将垂直运动改为水平运动,这是一种简单的改变运动方向的方式,一般标准件厂都可以买到,也可根据情况自制斜楔机构,保证滑动顺畅。冲孔侧冲孔模如图10所示,图11为模具中的斜楔机构。
图10 冲孔侧冲孔模
图11 斜楔机构
结束语
汽车半轴油封漏油的现象时有发生,增加一个半轴隔热罩就可以解决漏油的问题,因此半轴隔热罩在汽车中广泛应用;半轴隔热罩采用三明治结构,隔热效果更好;另外汽车中应用隔热罩的地方很多,比如排气隔热罩,发动机隔热罩等,这些隔热罩的形状比较复杂,利用波纹铝板的易成形性,解决了成形复杂,工序多的问题;因此采用波纹铝板材料不仅解决了隔热的问题,还提高了效率,降低了加工成本,并且符合汽车轻量化发展的趋势。
作者简介: 茹丽靖,项目工程师,主要从事冲压模具的设计和项目管理工作。
——本文节选自《锻造与冲压》2019年第8期。