汽车散热器主片成形工艺改进及模具设计
汽车散热器是发动机冷却系统的关键部件之一，主要由水室、主片、散热管、散热带、护板、密封条等零件组成。主片与散热管按一定间隙（＜0.1mm）相互配合后，经过620℃左右的高温，熔化材料表面焊料，使得两者焊接密封，最后与水室通过密封条密封组装，组成一个封闭的散热器系统。主片是汽车散热器的关键连接部件，其结构设计的合理性直接影响散热器的成形质量。以下主要针对原主片结构设计存在的缺陷进行分析，并进行相应的改进。一
零件分析
图1 散热器芯体结构
1.护板 2.主片 3.散热管 4.散热带
图1所示为汽车散热器芯体结构，其中主片的材料为4343/3003/7072、O态铝合金材料，厚度（1.5±0.03）mm，散热管的材料为4343/3003/7072、H24态铝合金卷材，厚度（0.25±0.006）mm。汽车散热器零件设计和制作时，需保证散热管插入主片孔时导向平稳，减少散热管装配阻力，防止散热管变形或劈管。同时需确保主片腰形孔与扁管有足够的接触面积，保证腰形孔与扁管在接触面处有效焊接密封。因此主片制件结构设计以及模具开发，是保证汽车散热器成形质量的关键。
图2 主片冲孔成形
传统的主片结构设计时，扁管孔采用冲孔成形，图2所示为主片制件冲孔成形，冲模设计及制作都较简单，主片扁管腰形孔周边的导向（呈70°）要求也容易保证，但主片扁管腰形孔与扁管的接触面高度与原材料厚度相同，未能达到生产要求，对于厚度＜1.2mm的主片传统结构的制件，其焊接性差，焊接强度不足。
图3 主片翻孔成形
为保证主片腰形孔与扁管的接触面高度，对主片的扁管孔结构进行优化，采用翻孔成形工艺，如图3所示。翻孔成形工艺能够满足制件焊接性和焊接强度的要求，但如果在模具设计方案时考虑不周，翻孔后主片扁管腰形孔两圆弧位置易产生开裂，严重影响腰形孔与扁管的接触面高度，降低腰形孔与扁管的焊接质量。主片扁管孔翻孔成形工艺中，模具设计方案尤为重要。
二
模具设计方案探讨
1
传统模具设计方案
传统的主片扁管孔成形方式采用冲孔成形，其冲压工序为：压包、压筋预成形→切边→翻边→冲扁管孔4道工序。
图4 预成形工序简图
预成形
该工序完成制件的压包、压筋、预成形，如图4所示，通过压包保证冲孔后主片孔满足周边的导向要求。
图5 切边模结构
切边
模具设计采用预成形制件的外形定位如图5所示，完成制件坯料的外形切边成形。
图6 翻边模结构
03
翻边
模具设计采用制件切边后的外形定位，完成主片翻边成形如图6所示。
04
冲扁管孔
以成形后工序件的内腔定位，完成主片扁管孔的冲压成形。
2
新型模具设计方案
为保证主片的成形质量，扁管孔采用翻孔成形工艺，为避免翻孔成形时腰形孔两圆弧位置开裂，将主片冲模设计方案进行优化调整。优化后的冲压工序为：压筋预成形→切边→翻边→翻孔。
图7 预成形工序
01
压筋预成形
模具整体结构与传统方式相似，不同的是在预成形工序中，新方案取消压包预成形，如图7所示，避免后续翻边冲孔时，主片扁管腰形孔两圆弧位置发生开裂。。
02
切边、翻边
这2道工序的模具设计方案与传统成形方式相同。
图8 翻边冲孔模结构
翻孔
模具整体结构与传统模具相似，如图8所示，但对翻孔凸模和凹模结构及方案的设计进行了改进。
3
翻孔凸、凹模结构设计
图9 凸模零件结构
凸模材料选用SHD51，热处理硬度60~62HRC。为保证冲压质量，将翻孔凸模工作部位设计为3个部分，如图9所示，优化后主片扁管孔尺寸达到图纸要求。
01
第1部分
凸模最下端（预冲孔）主要作用是：在模具下行时，首先将工序件在需翻孔的位置进行预冲孔，避免翻孔后腰形孔两圆弧端开裂严重，影响腰形孔与扁管接触面高度。为保证后续翻孔制件高度≥2.0mm，此段凸模尺寸设计为25.17mm×0.7mm，截面形状为腰形，如图9所示。为方便预冲孔成形，凸模最下端角度设计为50°。
02
第2部分
凸模第2个台阶（翻孔成形）主要作用是：保证模具在继续下行时，利用此分段设计规划好的凸模形状将预冲孔工序件进行翻孔，满足主片扁管孔翻孔的尺寸要求。此段凸模尺寸设计为27.075mm×1.6mm，截面形状为腰形（见图9）。
03
第3部分
70°台阶处（压制导向），模具进一步下行时，利用此段形状压制70°导向角度，满足主片扁管腰形孔周边的导向要求。
图10 凹模零件结构
凹模材料选用SHD51,热处理硬度60~62HRC。为保证制件翻孔后翻边角度与底面垂直，减少翻孔后翻边角度回弹，满足翻孔后翻边高度要求，将凸模（翻孔成形部位）与凹模之间的间隙设计为负间隙，凹模尺寸设计为28.42mm×3mm。
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