精典五金模具設計案例詳解——背包式端子級進模
2019.06.26
一. 零件工藝分析
圖1 所示為背包式端子, 要求在高速自動沖床上沖壓成形, 零件材料為H62 半硬態0. 4mm x 34.2mm 黃銅帶料, 同時用戶要求在1 副模具上采用更換鑲塊的辦法完成卷圓部分尺寸G 分別為ф4. 5mm、ф3. 3mm、ф2. 8mm 的3 種規格零件的沖壓成形。從零件形狀分析,零件成形主要由沖裁、彎曲、卷圓、壓印和起伏成形等多道工序完成, 可分為3 部分:
① I 處端頭倒角、壓印和卷圓;
② Ⅱ處R 1. 2mm 雙邊卷半圓、寬7. 5mmU 形彎曲成形、底部起伏成形和壓鼓包;
③ Ⅲ處ф1. 8mm 沖孔、6. 3mm 處疊壓彎曲。
經過對零件進行工藝分析, 決定載體設置在零件上, 并在載體上設置了ф2mm 工藝導正孔,同時為增強條料的強度, 在零件的中間設置了橋接式載體。為防止載體在沖制過程中有微小變形, 影響步距精度, 借用了零件本身ф1.8mm 孔進行導正, 以提高送進精度。以下就各部分成形的特點作進一步分析。
Ⅰ處的卷圓采用預彎、U 形彎曲、卷圓成形、整形等成形工藝, 見圖1 , 其中前3 道工序如圖2所示。由于卷圓直徑不同,Ⅰ處和Ⅱ處之間的過渡部分也不同,設計和加工時應注意。Ⅱ處成形需雙邊卷2 個半圓, 因此采用了預彎、U 形彎曲、雙邊卷半圓成形、整形4 道工序,前3 道工序見圖3。預彎時,θ角應小于60度, 并在凹模上設置相應臺階作為導向,以保證零件在彎曲時對稱。預彎的同時進行底部的起伏和鼓包成形, 起伏和鼓包凸模是鑲在預彎凹模里的, 主要是考慮到加工方便。在U 形彎曲工步中應盡量把材料形狀立起來,此時應注意壓緊底部,保證底部的起伏成形不會因此變形而影響材料的立起和形狀, 故在U 形彎曲凹模里鑲有壓緊凸臺。Ⅲ處的疊壓成形采用了壓印、U 形彎曲、彎三角形、壓平等工藝,見圖4。由于考慮到疊片上的<1.8mm 孔要求不是很高,而如果在疊壓后一次沖成, 容易造成廢料上跳,在沖壓過程中產生不利影響,故在疊壓成形之前就先沖好此孔, 疊片兩側在沖外形時亦沖好兩半圓。Ⅲ處的雙面10度倒角是在完成疊壓后倒出。展開尺寸根據沖壓手冊求得, 并根據實踐經驗作了適當調整,零件展開圖見圖5。
圖2 卷圓成形工藝
a ——預彎 b ——U 形彎曲 c ——卷圓成形
圖3 雙邊卷半圓成形工藝
a ——預彎 b ——U 形彎曲 c ——雙邊卷半圓成形
圖4 疊壓成形工藝
a ——壓印 b ——U 形彎曲 c ——彎三角形 d ——壓平
圖5 零件展開圖
二. 排樣設計
在排樣設計中, 總的原則是先分離后成形, 考慮到模具強度、剛度及結構的合理, 適當增加了空工位。排樣圖見圖6 ,各工步的安排是:
1. 沖導正孔、Ф1. 8mm 孔及兩長孔;
2. 導正、壓字;
3、4. 落外形;
5、6. 檢測、導正、落外形、倒角、壓印;
7. 壓印、導正;
8. 預彎、底部起伏成形、壓凸臺、U 形彎曲;
9. 導正、壓筋;
10. 空工位(進入第2 組模塊) ;
11. 導正、U形彎曲、彎三角形;
12. 導正;
13. 成形, 壓平;
14. 整形、倒角;
15、16. 導正、切斷中間載體、檢測;
16. 導正、預彎;
18. 導正、彎曲成形36度;
19. 導正;
20. 切斷;
21. 導正。
為了保證模具安全使用,在第5、16 工位設置了安全檢測釘, 送料不到位時, 相應機構會緊急停車, 從而達到保護設備與模具的目的。
三. 模具設計
1.模具結構
模具結構見圖7 , 采用后側滾珠導柱導套模架。模具由兩組子模組成,每組子模有5 塊板,并設有4 個內導柱導向,內導柱固定在卸料板上,每組模塊還設有4 個卸料螺釘。兩組子模靠4個Ф16mm的圓柱銷定位, 側面用壓塊壓住。模具總長為425mm ,兩組子模的規格為: 189mm x 136mm、210mm x 136mm , 兩組模塊之間的距離為1mm。
2.凸模設計
為了使條料在成形時始終保持在同一水平, 并保證沖壓零件整體變形的協調性, 凸模安裝位置有所不同, 分別安裝在凸模固定板或卸料板上, 以保證上模下行過程中坯料保持在同一平面,否則會產生二次折彎。凸模的固定一般采用從側面用螺釘壓緊的方法, 也可用鍵固定和臺階固定的方法。
3.鑲塊設計
本模具采用了鑲拼結構, 相應模板孔用坐標磨床和慢走絲線切割加工, 表面粗糙度值Ra =0. 8μm。根據客戶要求,采用了更換鑲塊完成同類產品不同規格零件加工的方法,因此在凹模板、卸料板和凸模固定板上同時采用了鑲拼結構。由于采用了彈性卸料板結構,在沖孔落料工位,卸料板始終壓緊凹模鑲塊,因此在此工位凹模上浮力較小, 故采用了直孔壓入方式固定凹模鑲塊。對于彎曲或其它受上拔力的凹模鑲塊應考慮采用較牢固的固定方法,如側向螺釘壓緊、臺階固定和壓板固定等。對于卸料板上的鑲塊的固定一定要牢固, 因此采用了部分臺階加后蓋板固定的方法。凸模固定板上的鑲塊采用了臺階及側銷固定。
工位1 處需沖兩長孔, 由于孔的尺寸太小, 采用了鑲拼結構,以便于線切割加工。此處應注意拼塊與模板孔的配合, 取微量的過盈配合, 過盈量為0. 005～0. 01mm, 以保證拼縫密合, 避免沖裁時產生毛刺。
圖7 模具結構
工位3、4 是落外形。由于異形凸、凹模形狀較復雜,線切割加工過程中小R 角部( R ≤1/ 2 料厚) 容易形成塌角, 造成間隙不均勻, 而且小R 角部在高速沖壓時刃口較其它部分磨損更快, 故在加工過程中應注意避免塌角的出現,設計時小R 處的沖裁間隙一般取平直部分沖裁間隙的1. 4 倍。
卸料鑲塊對凸模起導向保護作用, 對于較復雜的異形孔, 由于存在線切割加工時角部處理不當產生形狀誤差及配合面較長易產生干涉等問題, 故對于卸料鑲塊的異形孔應作清根處理。對于非主要的配合面應讓開,并減少配合面的高度到合適的位置,即異形孔可由兩部分組成, 上面為斜壁部分, 角度取0. 5度～1度,下面為直壁部分。
凹模鑲塊的異形孔也設計成由兩部分組成, 即切刃高度為2～3mm ,以下部分加工出漏料斜度,斜角取1度～2度。
4.抬料裝置
工作時條料始終是浮動送進, 以使送料平穩和成形順利。抬料高度為4mm ,設置的抬料裝置有兩類:
(1) 抬料釘,共設有12 個,其中1 個在沖導正孔之前,另外11 個安裝在導正釘下。
(2) 抬料塊,共設有4 個抬料塊,這4 個抬料塊兼有導料的作用。此外在工位8、18 還設有抬料機構。
5.導正機構
本模具采用錐面導正,導正錐面角度θ取20度～30度。導正方式為彈性導正釘與抬料釘同時使用, 采用此結構在導正時不容易將載體帶上卸料板, 而且錐面導正對導正孔的損壞較小。本模具共設有導正釘11 個。
6.彎曲機構設計
工位17、18 的彎曲成形設計是本模具設計的重點, 按常規通常是采用90度彎曲后再用滑塊壓彎的成形工藝,這種工藝雖成形尺寸能保證,但模具結構復雜,本模具設計了2 道連續彎曲的成形工序,其結構見圖8。工位17 是利用凸模和凹模的傾斜角度及凸模的下降高度來彎曲成形,見圖8a 。工位18(見圖8b) 工作時, 卸料鑲塊2 先壓住工件, 凹模4下行到達底部, 工件被壓緊, 凸模1 開始下行, 將工件彎曲成形。凸模上行,凹模在彈簧5 的作用下隨卸料板將工件抬離到一定高度,卸料板離開工件,成形完成,條料被順利送到下一工位。
圖8 彎曲裝置的結構
四.模具制造注意事項
(1) 凸模固定板、卸料板及凹模板采用Cr12 鋼制造,淬火硬度58HRC ; 沖裁工位凸、凹模采用SKD11 鋼制造, 淬火硬度62～64HRC ; 彎曲成形工位的凸、凹模選用Cr12MoV , 淬火硬度58 ～62HRC。
(2) 凸模固定板、卸料板及凹模板等關鍵部件中的異
