精典五金模具設(shè)計(jì)案例詳解——背包式端子級(jí)進(jìn)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(dòng)沖床上沖壓成形, 零件材料為H62 半硬態(tài)0. 4mm x 34.2mm 黃銅帶料, 同時(shí)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(guī)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(jīng)過(guò)對(duì)零件進(jìn)行工藝分析, 決定載體設(shè)置在零件上, 并在載體上設(shè)置了ф2mm 工藝導(dǎo)正孔,同時(shí)為增強(qiáng)條料的強(qiáng)度, 在零件的中間設(shè)置了橋接式載體。為防止載體在沖制過(guò)程中有微小變形, 影響步距精度, 借用了零件本身ф1.8mm 孔進(jìn)行導(dǎo)正, 以提高送進(jìn)精度。以下就各部分成形的特點(diǎn)作進(jìn)一步分析。
Ⅰ處的卷圓采用預(yù)彎、U 形彎曲、卷圓成形、整形等成形工藝, 見(jiàn)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(guò)渡部分也不同,設(shè)計(jì)和加工時(shí)應(yīng)注意。Ⅱ處成形需雙邊卷2 個(gè)半圓, 因此采用了預(yù)彎、U 形彎曲、雙邊卷半圓成形、整形4 道工序,前3 道工序見(jiàn)圖3。預(yù)彎時(shí),θ角應(yīng)小于60度, 并在凹模上設(shè)置相應(yīng)臺(tái)階作為導(dǎo)向,以保證零件在彎曲時(shí)對(duì)稱(chēng)。預(yù)彎的同時(shí)進(jìn)行底部的起伏和鼓包成形, 起伏和鼓包凸模是鑲在預(yù)彎凹模里的, 主要是考慮到加工方便。在U 形彎曲工步中應(yīng)盡量把材料形狀立起來(lái),此時(shí)應(yīng)注意壓緊底部,保證底部的起伏成形不會(huì)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(tái)。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(jiàn)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(guò)程中產(chǎn)生不利影響,故在疊壓成形之前就先沖好此孔, 疊片兩側(cè)在沖外形時(shí)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(kāi)尺寸根據(jù)沖壓手冊(cè)求得, 并根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)作了適當(dāng)調(diào)整,零件展開(kāi)圖見(jiàn)圖5。
圖2 卷圓成形工藝
a ——預(yù)彎 b ——U 形彎曲 c ——卷圓成形
圖3 雙邊卷半圓成形工藝
a ——預(yù)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(kāi)圖
二. 排樣設(shè)計(jì)
在排樣設(shè)計(jì)中, 總的原則是先分離后成形, 考慮到模具強(qiáng)度、剛度及結(jié)構(gòu)的合理, 適當(dāng)增加了空工位。排樣圖見(jiàn)圖6 ,各工步的安排是:
1. 沖導(dǎo)正孔、Ф1. 8mm 孔及兩長(zhǎng)孔;
2. 導(dǎo)正、壓字;
3、4. 落外形;
5、6. 檢測(cè)、導(dǎo)正、落外形、倒角、壓印;
7. 壓印、導(dǎo)正;
8. 預(yù)彎、底部起伏成形、壓凸臺(tái)、U 形彎曲;
9. 導(dǎo)正、壓筋;
10. 空工位(進(jìn)入第2 組模塊) ;
11. 導(dǎo)正、U形彎曲、彎三角形;
12. 導(dǎo)正;
13. 成形, 壓平;
14. 整形、倒角;
15、16. 導(dǎo)正、切斷中間載體、檢測(cè);
16. 導(dǎo)正、預(yù)彎;
18. 導(dǎo)正、彎曲成形36度;
19. 導(dǎo)正;
20. 切斷;
21. 導(dǎo)正。
為了保證模具安全使用,在第5、16 工位設(shè)置了安全檢測(cè)釘, 送料不到位時(shí), 相應(yīng)機(jī)構(gòu)會(huì)緊急停車(chē), 從而達(dá)到保護(hù)設(shè)備與模具的目的。
三. 模具設(shè)計(jì)
1.模具結(jié)構(gòu)
模具結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖7 , 采用后側(cè)滾珠導(dǎo)柱導(dǎo)套模架。模具由兩組子模組成,每組子模有5 塊板,并設(shè)有4 個(gè)內(nèi)導(dǎo)柱導(dǎo)向,內(nèi)導(dǎo)柱固定在卸料板上,每組模塊還設(shè)有4 個(gè)卸料螺釘。兩組子模靠4個(gè)Ф16mm的圓柱銷(xiāo)定位, 側(cè)面用壓塊壓住。模具總長(zhǎng)為425mm ,兩組子模的規(guī)格為: 189mm x 136mm、210mm x 136mm , 兩組模塊之間的距離為1mm。
2.凸模設(shè)計(jì)
為了使條料在成形時(shí)始終保持在同一水平, 并保證沖壓零件整體變形的協(xié)調(diào)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(guò)程中坯料保持在同一平面,否則會(huì)產(chǎn)生二次折彎。凸模的固定一般采用從側(cè)面用螺釘壓緊的方法, 也可用鍵固定和臺(tái)階固定的方法。
3.鑲塊設(shè)計(jì)
本模具采用了鑲拼結(jié)構(gòu), 相應(yīng)模板孔用坐標(biāo)磨床和慢走絲線切割加工, 表面粗糙度值Ra =0. 8μm。根據(jù)客戶要求,采用了更換鑲塊完成同類(lèi)產(chǎn)品不同規(guī)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(shí)采用了鑲拼結(jié)構(gòu)。由于采用了彈性卸料板結(jié)構(gòu),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(duì)于彎曲或其它受上拔力的凹模鑲塊應(yīng)考慮采用較牢固的固定方法,如側(cè)向螺釘壓緊、臺(tái)階固定和壓板固定等。對(duì)于卸料板上的鑲塊的固定一定要牢固, 因此采用了部分臺(tái)階加后蓋板固定的方法。凸模固定板上的鑲塊采用了臺(tái)階及側(cè)銷(xiāo)固定。
工位1 處需沖兩長(zhǎng)孔, 由于孔的尺寸太小, 采用了鑲拼結(jié)構(gòu),以便于線切割加工。此處應(yīng)注意拼塊與模板孔的配合, 取微量的過(guò)盈配合, 過(guò)盈量為0. 005～0. 01mm, 以保證拼縫密合, 避免沖裁時(shí)產(chǎn)生毛刺。
圖7 模具結(jié)構(gòu)
工位3、4 是落外形。由于異形凸、凹模形狀較復(fù)雜,線切割加工過(guò)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?zèng)_壓時(shí)刃口較其它部分磨損更快, 故在加工過(guò)程中應(yīng)注意避免塌角的出現(xiàn),設(shè)計(jì)時(shí)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(duì)凸模起導(dǎo)向保護(hù)作用, 對(duì)于較復(fù)雜的異形孔, 由于存在線切割加工時(shí)角部處理不當(dāng)產(chǎn)生形狀誤差及配合面較長(zhǎng)易產(chǎn)生干涉等問(wèn)題, 故對(duì)于卸料鑲塊的異形孔應(yīng)作清根處理。對(duì)于非主要的配合面應(yīng)讓開(kāi),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(shè)計(jì)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(shí)條料始終是浮動(dòng)送進(jìn), 以使送料平穩(wěn)和成形順利。抬料高度為4mm ,設(shè)置的抬料裝置有兩類(lèi):
(1) 抬料釘,共設(shè)有12 個(gè),其中1 個(gè)在沖導(dǎo)正孔之前,另外11 個(gè)安裝在導(dǎo)正釘下。
(2) 抬料塊,共設(shè)有4 個(gè)抬料塊,這4 個(gè)抬料塊兼有導(dǎo)料的作用。此外在工位8、18 還設(shè)有抬料機(jī)構(gòu)。
5.導(dǎo)正機(jī)構(gòu)
本模具采用錐面導(dǎo)正,導(dǎo)正錐面角度θ取20度～30度。導(dǎo)正方式為彈性導(dǎo)正釘與抬料釘同時(shí)使用, 采用此結(jié)構(gòu)在導(dǎo)正時(shí)不容易將載體帶上卸料板, 而且錐面導(dǎo)正對(duì)導(dǎo)正孔的損壞較小。本模具共設(shè)有導(dǎo)正釘11 個(gè)。
6.彎曲機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
工位17、18 的彎曲成形設(shè)計(jì)是本模具設(shè)計(jì)的重點(diǎn), 按常規(guī)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(jié)構(gòu)復(fù)雜,本模具設(shè)計(jì)了2 道連續(xù)彎曲的成形工序,其結(jié)構(gòu)見(jiàn)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(lái)彎曲成形,見(jiàn)圖8a 。工位18(見(jiàn)圖8b) 工作時(shí), 卸料鑲塊2 先壓住工件, 凹模4下行到達(dá)底部, 工件被壓緊, 凸模1 開(kāi)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(kāi)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(jié)構(gòu)
四.模具制造注意事項(xiàng)
(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(guān)鍵部件中的異
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