汽车隔热铝件是指安装在发动机周围和底盘排气系统上方的零件，其能够有效隔绝热量传递，降低发动机、底盘周围及驾驶室内的温度，具有保护发动机及底盘附近电子元件正常工作、提升驾乘舒适度的作用。汽车隔热铝件具有质量轻、隔热好、噪音小等优点，在轿车上应用广泛，现从模具设计方面介绍汽车隔热铝件无废料冲孔时常见问题的解决方法，为模具设计人员提供借鉴。
1汽车隔热铝件无废料冲孔工艺分析
传统的汽车隔热铝件采用隔热棉和全铝箔2种方式，全铝箔的散热效果好，隔热棉除了具有隔热效果外，还起隔音作用。目前采用较多的是将隔热棉和全铝箔组合使用，使散热和隔音效果更好，零件结构如图1所示。
图1 传统汽车隔热铝件结构
1.支撑层 2.隔热层 3.附加层
图1所示零件隔热层2多采用玻璃纤维，支撑层1一般采用0.5~1.0 mm厚的铝板，附加层3采用0.05~0.2 mm厚的铝板。为了使热传导和隔音效果更好，需要在零件的附加层3上增加尽可能多的散热孔，孔密度为21孔/cm²，间距约2 mm，如图2所示。
图2 附加层无废料冲孔板料
图2所示铝板已完成无废料冲孔处理，隔热铝件自由曲面较多，具有高低起伏变化的特征，汽车隔热铝件一般使用1050A纯铝，其力学性能如表1所示，硬化曲线如图3所示。
表1 力学性能
图3 硬化曲线
无废料冲孔区域需要避开冲孔区域和型面高度差较大的区域，零件成形时依靠板料延伸率补偿截面线长，成形时板料容易出现开裂缺陷。板料无废料冲孔会破坏板料整体性，板料的延伸率降低会加剧成形零件破裂，如图4所示。成形性分析时无法模拟板料无废料冲孔，在成形过程中板料会窜动，板料预设的无废料冲孔区域会出现偏移。一般会通过现场模具调试，结合零件的实际情况，调整或取消板料的无废料冲孔区域。
图4 纵截面及零件破裂
由于无废料冲孔区域固定，通过更换整个模块或无废料冲孔刀片来调整无废料冲孔区域，工作效率低，且1副模具只能匹配1种零件，模具利用率低。在采用不同尺寸的板料时，需要将原位置的挡料板取下，再安装到新的位置，效率低且易出错。为了适应多种尺寸铝件无废料冲孔区域快速切换，模具结构需进行特殊设计。
2模具结构整体分析
在1副模具中实现多种区域的无废料冲孔，其结构不同于常规模具结构，需要对无废料冲孔模下模的凹模进行改进设计，将原有的一体式凹模改进成无废料冲孔滑块与导轨结合的形式，使无废料冲孔滑块能快速拆装，快速调整需要无废料冲孔的范围和面积，图5所示为无废料冲孔模结构。
图5 无废料冲孔模结构
1.无废料冲孔滑块 2.导轨 3.挡料板结构 4.挡板 5.定位块 6.限位块 7.无废料冲孔刀片 8.卸料板 9.固定板
上模无废料冲孔凸模采用类似于锯子刀片的形状，如图6所示，刀片厚度为1 mm，采用的材质为1.2379，淬火硬度为50~55 HRC。在刀片的顶部加工刃口，齿宽约0.5 mm（刀片长度方向）×0.1 mm（刀片厚度方向），齿高约2 mm，齿的顶部刀片厚度略小，这样便于戳入铝片，戳入深度0.5~1.0 mm，可通过刀片的垫板和模具外侧的限位块调节切入量。
图6 无废料冲孔刀片
无废料冲孔刀片对应的是无废料冲孔滑块，如图7所示，无废料冲孔滑块的顶面是一层5 mm厚的橡胶，通过液态橡胶浇注而成，在进行硬度调和时添入粘结剂，保证在凝固后不会脱落。为了使橡胶粘结牢固，需要在浇注前对无废料冲孔滑块的顶面进行拉毛处理，增加粘结性。
图7 无废料冲孔滑块
2.1 无废料冲孔模工作原理
模具结构设计将多种无废料冲孔区域的板料进行排样并编号，上模无废料冲孔刀片的范围及面积按覆盖所有无废料冲孔料规格进行设计。上模无废料冲孔刀片由几百片1 mm厚的钢板组装而成，如其中1片损坏，可使用备件单独更换。下模凹模设计由原先固定式结构优化为无废料冲孔滑块式，通过导轨移动的方式进行调整。根据无废料冲孔模特点，只有下模装有无废料冲孔滑块的区域才能进行无废料冲孔。板料无废料冲孔时对应编号调整无废料冲孔滑块，同时根据板料尺寸调整挡料板位置即可，实现满足各种参数规格无废料冲孔区域快速切换的目的。
挡料板结构如图8所示，不使用时直接将挡板倒下即可，如果将挡板处于竖直状态，挡板的侧壁会吸附在磁铁上，保证竖直状态，起到挡料的作用，操作方便、快捷。
图8 挡料板结构
2.2 无废料冲孔滑块工作原理
利用滑块式模块及导轨形式，以适应多种参数规格的无废料冲孔区域，图9所示为无废料冲孔滑块工作状态。在无废料冲孔范围和面积有调整需求时，无废料冲孔滑块与导轨配合工作：通过调整无废料冲孔滑块内的螺塞10来调整弹簧11的压缩量，将无废料冲孔滑块两侧的滚珠12抵出无废料冲孔滑块1。导轨2的两侧有弧形导滑面与无废料冲孔滑块下部凸台的两侧配合，能保证无废料冲孔滑块1在轨道内滑动顺畅，也能限制无废料冲孔滑块竖直方向的运动；通过挤压弹簧，可以竖直取放无废料冲孔滑块，达到快速拆装，用于调整需要无废料冲孔的范围。
图9 无废料冲孔滑块工作状态
1.无废料冲孔滑块 2.导轨 4.挡板 10.螺塞 11.弹簧 12.滚珠 13.底座 14.橡胶
3效果展示
通过调节无废料冲孔滑块，同时配合翻转挡料板的使用，如图10所示，图10中阴影区域为指定区域无废料冲孔，在设计时将无废料冲孔区域调整到无废料冲孔刀片的对应区域，按板料的尺寸要求调整挡料板位置即可。
图10 无废料冲孔板料与滑块位置
为了能提高模具的使用率，可以将多种板料规格的旋转挡料板位置按要求事先加工好，并按对应的板料将对应位置的挡料板编号，在冲制不同规格板料时，只需将对应编号的挡料板竖直即可。
▍原文作者：周霞
▍作者单位：四川成飞集成吉文汽车零部件有限公司
