譚 鋒，羅 亮

(1. 常德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 常德 415000;2. 東莞銘普光磁股份有限公司，廣東 東莞 523343)

0 引 言

隨著電子通信、電機(jī)電器、汽車和家電等產(chǎn)品技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)于連接器端子的需求也越來(lái)越多，在這種大量與超大量的生產(chǎn)需求中，需要進(jìn)一步提高生產(chǎn)速度來(lái)應(yīng)對(duì)客戶的需求，采用超高速全自動(dòng)化的級(jí)進(jìn)模具進(jìn)行生產(chǎn)是提高生產(chǎn)效率的有效途徑。本文以某連接器端子為例，詳細(xì)闡明了超高速級(jí)進(jìn)模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。

1 產(chǎn)品要求及工藝分析

1.1 產(chǎn)品要求

某連接器端子材料為H65黃銅，厚度為(0.15±0.01)mm。超大批量生產(chǎn)，零件表面不允許有刻痕、毛刺和臺(tái)階，尺寸精度以及結(jié)構(gòu)如圖1所示，后續(xù)需對(duì)端子進(jìn)行電鍍鎳處理，鍍層總厚度為50～100 μm。為了提高生產(chǎn)效率，要求采用高精密級(jí)進(jìn)模模具進(jìn)行生產(chǎn)，且沖壓速度在每分鐘1 500次以上。

圖1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及尺寸

1.2 工藝分析

尺寸精度與結(jié)構(gòu)分析：1.20 mm與1.16 mm兩個(gè)尺寸公差要求控制在0.02 mm以內(nèi)，X向與Y向的位置度要求在0.04 mm以內(nèi)，0.50 mm與0.60 mm兩個(gè)尺寸公差要求控制在0.03 mm以內(nèi)，直角折彎垂直度公差要求控制在0.05以內(nèi)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，只有一個(gè)90°的直角折彎，但沖壓速度要求在每分鐘1 500次以上。為了提高效率，要求設(shè)計(jì)精密、高速的級(jí)進(jìn)模模具來(lái)完成生產(chǎn)。

2 排樣設(shè)計(jì)

2.1 料帶設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)計(jì)算，產(chǎn)品折彎展開(kāi)后的形狀如圖2所示。

圖2 產(chǎn)品展開(kāi)示意圖

考慮到本產(chǎn)品采用高速精密級(jí)進(jìn)模進(jìn)行生產(chǎn)，有以下3點(diǎn)需要考慮：第一、模具需要精準(zhǔn)定位；第二、需要使用自動(dòng)送料與收料結(jié)構(gòu)；第三、端子生產(chǎn)完后需要進(jìn)行電鍍鎳層。因此在排樣時(shí)需要增加相關(guān)的工藝機(jī)構(gòu)，考慮到相關(guān)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，料帶初步排樣如圖3所示。步距為3 mm，料寬為6.5 mm，導(dǎo)正銷孔徑為1.3 mm。收料如圖4所示，層與層之間采用紙張隔開(kāi)進(jìn)行收料。

圖3 單排料帶圖

圖4 收料圖

但本產(chǎn)品生產(chǎn)為超大批量，如果設(shè)計(jì)成一排一列，在級(jí)進(jìn)模中料帶隨著沖裁與折彎等工步的進(jìn)行，在后續(xù)工步中料寬的左右兩邊存在受力不平衡的現(xiàn)象，模具的送料速度會(huì)受到影響。為了提高生產(chǎn)效率，以及提高料帶的利用率，將模具設(shè)計(jì)成兩排兩列的方式，并結(jié)合電鍍時(shí)的夾具要求，最終的料帶排樣設(shè)計(jì)如圖5所示。料寬為11 mm，步距為6.4 mm，為了提高定位精度，側(cè)刃定位安排兩個(gè)側(cè)切口進(jìn)行粗定位，以及1個(gè)孔徑為1.3 mm導(dǎo)正銷孔進(jìn)行精細(xì)定位，收料還是按照?qǐng)D4方式進(jìn)行[1]。

圖5 雙排料帶圖

2.2 工位設(shè)計(jì)

基于產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、精度要求，以及沖裁刃口的設(shè)計(jì)原則，加上沖壓速度的要求，在不影響產(chǎn)品精度以及模具強(qiáng)度的前提下，為了盡可能地減少工位，縮短模具長(zhǎng)度，提高沖壓速度，最終做出如圖6所示排樣工位設(shè)計(jì)。

1) 工位1與2為預(yù)切斷，為便于在裝配時(shí)折斷，也可以消除料帶上的內(nèi)應(yīng)力，改善后續(xù)工位的加工性能；

2) 工位3與4為側(cè)切與沖導(dǎo)正銷孔，把粗定位與精細(xì)定位的側(cè)切與導(dǎo)正銷孔放在一個(gè)工位中，可以提高模具的定位精度；

3) 工位5～8為沖裁產(chǎn)品折彎處的外形工位，主要把折彎處的材料外形給沖裁出來(lái)，并且僅僅把折彎處外形沖裁出，不沖裁其他的廢料，料帶材料盡可能保持多一些，讓料帶在最后才分開(kāi)為兩排，這樣保證了料帶在模具中的送料順暢，提高沖壓速度，也為后續(xù)的折彎提供更多的壓料空間；

4) 工位9與10為90°折彎工位，后續(xù)的工位上脫料板與凹模板時(shí)要注意讓位；

5) 工位11與12位沖裁外形工位，此時(shí)把料帶分開(kāi)；

6) 工位13與14為扇形調(diào)整，可以根據(jù)扇形的弧形情況，在料帶上采取內(nèi)外側(cè)壓印的方式來(lái)進(jìn)行調(diào)整，便于后面的收料[2-3]。

圖6 排樣工位圖

3 模具設(shè)計(jì)

3.1 模具結(jié)構(gòu)

模具結(jié)構(gòu)如圖7所示。模具工作過(guò)程為:合模時(shí)，內(nèi)外導(dǎo)柱、導(dǎo)套進(jìn)行導(dǎo)向，導(dǎo)正銷插入帶料上的導(dǎo)正孔導(dǎo)正料帶，卸料板與浮料塊接觸壓料。上模部分繼續(xù)向下，當(dāng)卸料板與凹模板完全壓緊料帶時(shí)，沖裁凸模、成型凸模開(kāi)始工作，然后上模部分繼續(xù)下行至閉合狀態(tài)，完成沖裁、成型過(guò)程。開(kāi)模時(shí)，動(dòng)作剛好與合模時(shí)相反，各個(gè)零部件回復(fù)到原始狀態(tài)，料帶在自動(dòng)送料機(jī)的作用下，自動(dòng)向前推送一個(gè)步距，準(zhǔn)備下一個(gè)工作循環(huán)[4]。

1—上模座；2—螺釘；3—內(nèi)導(dǎo)套；4—內(nèi)導(dǎo)柱；5—沖裁凸模；6—限位柱；7—限位套；8—凸模鑲塊；9—螺釘；10—墊圈；11—螺釘；12—套管；13—折彎凸模；14—螺塞；15—彈簧；16—墊片；17—推桿；18—螺釘；19—外導(dǎo)套；20—外導(dǎo)柱；21—固定塊；22—調(diào)整桿；23—螺釘；24—凸模墊板；25—凸模固定板；26—脫料墊板；27—導(dǎo)料板；28—脫料板；29—螺釘；30—脫料板；31—凹模固定板；32—凹模墊板；33—下模座；34—固定螺釘；35—折彎凹模；36—浮料塊；37—頂桿；38—彈簧；39—螺塞；40—沖裁凹模鑲塊；41—脫料板鑲塊；42—止高塊；43—壓料板；44—螺釘；45—壓印凹模鑲塊；46—調(diào)整扇形凹模鑲塊；47—壓片圖7 模具結(jié)構(gòu)

3.2 提高沖壓速度的模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1) 產(chǎn)品材料為 H65黃銅，這種材料比較耐磨，但是在沖裁過(guò)程中容易掉粉，粉屑?xì)埩粼谀＞咧?，?huì)在產(chǎn)品上產(chǎn)生壓痕，高速度沖壓會(huì)加速這一現(xiàn)象。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，需要在料帶進(jìn)入模具前，在外部增加滴沖壓油的裝置，將沖壓油均勻地滴在料帶上表面，沖壓油在沖裁時(shí)會(huì)起到潤(rùn)滑以及清潔沖頭的作用，在沖裁以及折彎的時(shí)候可以避免粉屑的產(chǎn)生。

2) 沖壓模具進(jìn)行沖裁時(shí)，經(jīng)常有跳屑，即是沖裁后的廢料切屑被凸模帶回到凹模板上表面的現(xiàn)象；切屑會(huì)在產(chǎn)品上形成壓痕，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量，有時(shí)候也會(huì)造成送料不順暢進(jìn)而造成停機(jī)維修，影響生產(chǎn)效率；并且跳屑現(xiàn)象隨著沖壓速度的提高會(huì)變得更加嚴(yán)重，在“模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)一”中，為了減少?zèng)_裁粉屑產(chǎn)生，要求在料帶上滴上沖壓油，因?yàn)闆_壓油除了有潤(rùn)滑及清潔作用外，也會(huì)增加廢料的黏性。因?yàn)橛袥_壓油的存在，廢料也很容易粘在沖模的表面，隨著沖?；厣?，會(huì)加劇跳屑的產(chǎn)生，因此為了能夠滿足本套模具沖裁速度每分鐘1 500次以上的要求，采用以下設(shè)計(jì)方法來(lái)解決。

第一種是對(duì)于廢料尺寸小于凹模刃口尺寸的沖裁，比如工位2和3的側(cè)切定位沖裁。考慮到第二個(gè)側(cè)切工藝口對(duì)于定位只是起到輔助作用，且對(duì)后續(xù)的電鍍沒(méi)有作用，將其改變成一個(gè)凹形圓弧形狀，如圖8所示，讓廢料與刃口之間的接觸面積更大一些，能有效避免其跳屑。

圖8 廢料形狀

第二種是對(duì)于后面的沖裁工位，為了防止其跳屑，沖模頭部的形狀從設(shè)計(jì)上做一點(diǎn)改變，如圖9所示，在凸模頭部一個(gè)方向上設(shè)計(jì)一個(gè)V字形狀，沖裁廢料以后，廢料在另一個(gè)方向的變形會(huì)比較嚴(yán)重，從而卡在凹模刃口中，增加與刃口間的摩擦力，以避免跳屑現(xiàn)象。

圖9 沖裁凸模與凹模結(jié)構(gòu)圖

3) 高速?zèng)_壓時(shí)，沖壓速度越快，料帶在模具當(dāng)中的流動(dòng)速度也越快，加之料帶本身只有0.15 mm厚，因此要設(shè)計(jì)合理的導(dǎo)料板與浮料塊，才能保證料帶快速順利流出，對(duì)于導(dǎo)料板的設(shè)計(jì)，首先提高其定位精度，每塊導(dǎo)料板都采用高精度定位銷來(lái)定位；對(duì)于導(dǎo)料槽，在加工時(shí)提高表面粗糙度標(biāo)準(zhǔn)，且在裝配之前要對(duì)導(dǎo)料板進(jìn)行倒角拋光等處理，使其表面粗糙度達(dá)到Ra0.05左右，減少料帶與導(dǎo)料的摩擦力，以利于料帶在模具內(nèi)的流動(dòng)；對(duì)于浮料塊的設(shè)計(jì)，在不影響凹模板強(qiáng)度的前提下，盡可能多地設(shè)計(jì)浮料塊，這樣可使模具中的料帶保持高度一致，有利于料帶在模具中的流動(dòng)。

4) 超高速度沖壓會(huì)帶來(lái)尺寸的不穩(wěn)定，特別是折彎的Z方向0.05 mm的垂直度尺寸的不穩(wěn)定，加上折彎時(shí)材料的一個(gè)反彈，也會(huì)造成尺寸的不穩(wěn)定，因此為了保證該尺寸的精度，對(duì)于工位9和10的折彎工位做如圖10所示的設(shè)計(jì)。在凹模的折彎受力區(qū)域設(shè)計(jì)一個(gè)加強(qiáng)凸臺(tái)，這樣在折彎時(shí)，折彎內(nèi)部區(qū)域的材料變形會(huì)加劇，減少其回彈效果，從而使Z向的尺寸比較穩(wěn)定[5]。

圖10 折彎工位圖

5) 本套模具要求速度在每分鐘1 500次以上，如此高的沖壓速度，對(duì)于模具中的凸模與凹模而言，其磨損也會(huì)加劇，因此為了解決磨損嚴(yán)重的問(wèn)題，選擇鎢鋼中CD650作為所有的凸模與凹模的材料，因?yàn)镃D650良好的綜合性能，不僅能提高耐磨性，而且作為刀口切削材料很鋒利，也能降低粉屑的產(chǎn)生。

6) 為了不影響沖壓速度，必須要使廢料能快速地落入廢料箱，對(duì)凹模的結(jié)構(gòu)進(jìn)行如圖8所示的設(shè)計(jì)，縮短刃口高度，其高度僅為1 mm(因?yàn)镃D650材料耐磨性很好，并不會(huì)因?yàn)榭s短了刃口高度而影響其使用壽命)，以及下方做成喇叭口形狀，都有利于廢料的落下，并且在模具落料處下方加裝吸塵器，由于吸塵器的作用，屑料下方產(chǎn)生一個(gè)負(fù)壓，從而對(duì)廢料增加一個(gè)向下的作用力，使廢料易于從凹模脫落[6]，掉入廢料箱中。

7) 為了提高沖壓速度，在不影響模具整體強(qiáng)度的情況下，對(duì)整個(gè)模具進(jìn)行減重處理。(1)使用A7075鋁板代替45#鋼作為模具上下模座的材料。A7075鋁板是一種冷處理鍛壓合金，強(qiáng)度、硬度高，且具有良好的加工性能，其密度為2.82 g·cm-3遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于45#鋼的7.85 g·cm-3，所以同樣尺寸的上下模座用A7075鋁比原先輕了一半質(zhì)量；(2)將模具所有模板尺寸在不影響其強(qiáng)度的情況下進(jìn)行了精減，模板的長(zhǎng)與寬分別為300 mm與160 mm，如圖7所示。這不僅減少了模具的質(zhì)量，也因?yàn)槟０彘L(zhǎng)度的縮短，減少了料帶在模具中流動(dòng)的距離，這為提高模具的沖壓速度提供了很好的條件。

8) 沖裁間隙的選擇，考慮到本套模具的超高速生產(chǎn)，產(chǎn)品材料選用BRASS，在沖裁時(shí)本身易產(chǎn)生粉屑，其間隙值如果太小，會(huì)增加粉屑的產(chǎn)生，但間隙太大，又會(huì)影響尺寸精度。綜合以上因素，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)數(shù)表法，最終選擇沖裁單邊間隙為0.05 mm。

9) 由于產(chǎn)品厚度只有0.15 mm，脫模行程只需比導(dǎo)正銷高出脫料板的厚度即可，本模具選擇脫模行程為3 mm，開(kāi)模行程5 mm，這樣可以縮短模具的行程，能有效提高模具的沖壓速度[7]。

4 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)，采用合理的排樣方式，結(jié)合筆者設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了一套適用于高速?zèng)_壓的模具，經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)檢驗(yàn)，模具沖壓速度最高可達(dá)2 000 min-1，穩(wěn)定生產(chǎn)速度在1 600～1 800 min-1之間，滿足了客戶的需求，也為其他的高速?zèng)_壓模具設(shè)計(jì)提供了參考。