王裕棟

（廣州市公用事業(yè)技師學(xué)院，廣東 廣州 510030）

一、概述

廣州市裕隆精密設(shè)備公司是與我校校企合作單位，公司承接生產(chǎn)一批變頻器信號端子業(yè)務(wù)，產(chǎn)品圖紙如圖1 所示，為切實增強(qiáng)校校合作深度與廣度，公司將產(chǎn)品排樣設(shè)計交由我方完成，為真正達(dá)到工學(xué)結(jié)合的目的，排樣設(shè)計過程經(jīng)過合理的一體化教學(xué)設(shè)計，通過模具分析任務(wù)，制定產(chǎn)品工藝分析，制定排樣方案，修改方案，設(shè)計驗證再到產(chǎn)品沖壓成型，同學(xué)全程參與。

信號端子被應(yīng)用于各位電氣設(shè)備的電路之中，它是電路內(nèi)部連接的橋梁。隨著變頻器產(chǎn)品的不斷向小型化、高密度、高傳輸速度、高頻方向發(fā)展，端子制件及其多工位級進(jìn)模具的制造難度也在不斷增加，排樣難度也隨之增加。該信號端子的產(chǎn)品特點(diǎn)是尺寸小、精密高，批量大，所以對模具排樣的要求十分的嚴(yán)苛，科學(xué)合理的產(chǎn)品排樣是關(guān)系到本產(chǎn)品模具各工位加工的協(xié)調(diào)與穩(wěn)定，更關(guān)系到產(chǎn)品的最終的沖壓質(zhì)量與生產(chǎn)效率。

二、工藝分析

通過情境創(chuàng)設(shè)，按學(xué)情分析結(jié)果將同學(xué)分成三個設(shè)計小組，每個小組組織同學(xué)進(jìn)行產(chǎn)品工藝分析，用卡紙將產(chǎn)品重要信息提取出來，變頻器信號端子產(chǎn)品圖紙和尺寸如圖1 所示，三個小組同學(xué)通過對產(chǎn)品圖紙的分析，總結(jié)該型號變頻器信號端子具有下列特點(diǎn)：1）產(chǎn)品尺寸小，其總的長為3.85mm、寬為0.86mm、高為1.52mm；2）產(chǎn)品厚度薄，厚度為0.06mm；3）尺寸精度高,大部分尺寸公差在0.03mm 左右，端子配合部位的精度要求在0.025mm 以下；4）產(chǎn)品外形復(fù)雜，沖壓工步多，包含沖裁、折彎，裁切等工序，個別尺寸僅為0.08mm，與材料厚度相仿；5）產(chǎn)品批量大，該型號變頻器單個產(chǎn)品就需要135 個信號端子，要求排樣設(shè)計時要充分考慮模具壽命。

按產(chǎn)品圖紙要求，信號端子選用的材料為具有良好導(dǎo)電性和延展性黃銅材料，型號為H65 黃銅合金，該材料具有優(yōu)良機(jī)械性能，切削加工性，在冷熱狀態(tài)下有良好的壓力加工性，除此之外還有良好的電性能和導(dǎo)熱性能、可焊性以及較小的應(yīng)力松弛，材料硬度低，抗拉強(qiáng)度極限為δb=390-540Mpa；延伸率δ>40%。

通過教師引導(dǎo)啟發(fā)和同學(xué)小組討論，各組同學(xué)利用彩色卡紙，總結(jié)提煉出以下工藝問題：

（一）通過分析產(chǎn)品尺寸可知，最小凸模刃口尺寸為0.08mm,和料帶厚度一致，在排樣設(shè)計中要充分考慮凸模刃口的強(qiáng)度和壽命，初步方案是合理拆分沖壓工序，減少單工步?jīng)_裁力;選擇合理的凸模材料及熱處理工藝來解決。

（二）由于產(chǎn)品尺寸精度要求高，批量大，選擇模具配件時盡可能選用高精度的配件，如氣動送料裝置，滾珠導(dǎo)柱等。

（三）端子沖壓排樣時合理安排工步數(shù)，彎曲角度較大時，可采用兩次彎曲或增加整形工位，當(dāng)刃口間距太小時，可考慮設(shè)置空步。

（四）在滿足精度及模具壽命的情況下，盡可能使用料帶的利用率，材料的步距及材料的寬度盡量取整。

三、制定排樣方案

排樣設(shè)計是多工位級進(jìn)模具設(shè)計中最重要的環(huán)節(jié)之一，每個設(shè)計小組獨(dú)立制定出本產(chǎn)品的排樣方案，并推舉代表展示本組的設(shè)計方案，主要展示設(shè)計數(shù)據(jù)及設(shè)計理由，其他小組成員進(jìn)行學(xué)習(xí)并提出疑問，教師負(fù)責(zé)相關(guān)知識引導(dǎo)及過程評價。

（一）零件展開

本設(shè)計將此信號端子分成十三段進(jìn)行展開計算,每一段進(jìn)行獨(dú)立計，板料彎曲過程中，應(yīng)變中性層的長度不變，因此可以根據(jù)這一原理來確定毛坯展開尺寸。彎曲件展開長度包括直邊部分和彎曲部分。直邊部分在彎曲前后不變，而彎曲部分可根據(jù)不同的情況計算。

L=L1+L2+(πα/180)×(r+xt)，x 為中性層位移系數(shù)。

在折彎半徑與厚度之比即R/T＝3.1與折彎系數(shù)K＝0.35的位置展開，各設(shè)計小組同學(xué)利用機(jī)械設(shè)計軟件，繪制零件展開圖，再利用標(biāo)注功能得出每段的長度,最終得到信號端子的展開形狀和主要尺寸。

（二）沖裁力計算

通過產(chǎn)品分段長度，選擇普通平刃口模具沖裁時，按沖裁力計算公式F=KLtTb，K 為沖裁力修正系數(shù)，一般取K=1.3。各設(shè)計小組計算出端子沖裁力。沖裁力的計算不但是多工位級進(jìn)模具工位劃分起重要作用，同時也是選用壓力機(jī)和設(shè)計模具的重要依據(jù)。在變頻器信號端子的沖壓過程中，主要包括了多個沖裁和彎曲工序，各種力的計算也都是在建立在展開圖的基礎(chǔ)上計算的，對同學(xué)位掌握級進(jìn)模具設(shè)計計算有很大的實踐意義。

（三）搭邊設(shè)計

搭邊在多工位級進(jìn)模中有著特殊的作用，它是將坯件傳遞到各工位進(jìn)行沖裁和成型加，并且使坯件在動態(tài)送料過程中保持穩(wěn)定的定位，為了滿足自動送料的需求，在載體的導(dǎo)正孔之間沖出與鉤式自動送料裝置匹配的矩形孔，因此，在本設(shè)計中每個工步中都設(shè)計有搭口，具體尺寸為0.4mmX0.2mm。經(jīng)過各小組方案展示與討論，三個設(shè)計小組一致同意將沖壓工序分割為15 個工序，具體如圖2 所示。

（四）確定排樣

在教師的引導(dǎo)下，每個設(shè)計小組根據(jù)后續(xù)裝配要求，將每個工序合理安排到產(chǎn)品料帶上，通過AUTO CAD、UG 等機(jī)械設(shè)計軟件，繪制出產(chǎn)品端子排樣圖，由于方案由于加工出來的端子不能是相互分離的單個端子，而是由部分邊料連接的端子帶，在料帶主體上插上端子之后才將邊料去除，同時考慮到能提高材料利用率，所以該工序排樣采用了對排形式，料寬為19mm，步距為1mm，包括15個工序（7個沖裁工序、6個彎曲、2個整形工序），具體料工序排樣圖如圖3 所示；為保證模具強(qiáng)度和方便模具安裝，在各工序間增設(shè)了若干個空位，這樣可以為后續(xù)設(shè)計變更留有余地，另外也可以消除前一個工步產(chǎn)生的垂直毛刺。

四、排樣設(shè)計檢查

各設(shè)計小組完成排樣設(shè)計后，還有一項重要的工作就是檢查設(shè)計的合理性和可實施性，主要驗證材料的利用率、模具結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性、有無不必要的空位、工件尺寸精度能否保證、存在彎曲拉深等形成工序成形時，孔和外形的加工是否安排在成型工序之后。每個設(shè)計小組將排樣檢查評價表中的各項參數(shù)進(jìn)行組內(nèi)評價，最終本變頻器信號端子排樣設(shè)計的材料利用率為22.3%，符合設(shè)計要求。

五、結(jié)論

完成教學(xué)層面的排樣設(shè)計后，為了增強(qiáng)一體化教學(xué)真實性和嚴(yán)謹(jǐn)性，學(xué)校與公司專門組織一次變頻器信號端子技術(shù)驗證會，工程師和教師同學(xué)面對面交流，在排樣設(shè)計方案得到公司工程師們的認(rèn)可后，極大地增加了同學(xué)們的信心和驗證了同學(xué)們的設(shè)計能力。經(jīng)過兩個多月的模具后續(xù)設(shè)計和加工生產(chǎn)，模具實現(xiàn)了每秒450 次的沖壓，產(chǎn)品質(zhì)量十分穩(wěn)定，生產(chǎn)效率在同類產(chǎn)品中領(lǐng)先，同時也給工廠帶來了很高的經(jīng)濟(jì)效益，圖4 是信號端子料帶沖壓圖。

實踐表明，以真實的產(chǎn)品設(shè)計任務(wù)融入到一體化教學(xué)設(shè)計中，可以將傳統(tǒng)枯燥的理論教學(xué)被一個個學(xué)習(xí)活動所代替，以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，激發(fā)同學(xué)的積極性和主動性，化被動接收為主動學(xué)習(xí);以企業(yè)真實生產(chǎn)任務(wù)為學(xué)習(xí)任務(wù)，使同學(xué)們提前熟悉企業(yè)的設(shè)計流程，能將學(xué)業(yè)和就業(yè)無縫對接，增強(qiáng)了同學(xué)們的就業(yè)競爭力。本設(shè)計是產(chǎn)教融合，工學(xué)一體的成功范例，是深入挖掘校企合作平臺優(yōu)勢，真正將教學(xué)理論探究與企業(yè)制造生產(chǎn)相結(jié)合的又一次創(chuàng)新，是教研成果轉(zhuǎn)化成科技成果的一次積極探索。