一種L形導(dǎo)電連接件的工藝及模具設(shè)計(jì)

文/魏軍偉，楊科軍·豫西工業(yè)集團(tuán)河南江河機(jī)械有限責(zé)任公司

一種L形導(dǎo)電連接件的工藝及模具設(shè)計(jì)

文/魏軍偉，楊科軍·豫西工業(yè)集團(tuán)河南江河機(jī)械有限責(zé)任公司

本文詳細(xì)闡述了L形折彎排工藝分析及排樣設(shè)計(jì)，沖壓模具和折彎模具的主要結(jié)構(gòu)。通過(guò)生產(chǎn)驗(yàn)證，該模具滿足生產(chǎn)需要，降低了生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)。

隨著國(guó)家“一帶一路”戰(zhàn)略的發(fā)展，國(guó)內(nèi)中低壓配電柜的需求量也在不斷增加。而L形產(chǎn)品是配電柜母線的重要組成部分，是配電柜中的通用連接元件，因而研究它的加工工藝、制造成本具有普遍意義。

圖1 L形折彎排

該類產(chǎn)品的幾何形狀及尺寸如圖1所示，產(chǎn)品材料為T(mén)2，屬于通用型零件、使用量較大。目前國(guó)內(nèi)的加工企業(yè)大都采用自動(dòng)沖剪一體機(jī)進(jìn)行沖孔、下料。但在競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的市場(chǎng)環(huán)境下，全自動(dòng)沖剪工藝，由于生產(chǎn)效率低下，加工成本高，已不能適應(yīng)市場(chǎng)低成本的需要。正是基于上述原因，本人和團(tuán)隊(duì)人員通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，進(jìn)行了工藝摸索和試驗(yàn)。

產(chǎn)品的技術(shù)要求

⑴化學(xué)成分。主要成分：(Cu+Ag)≥99.99%，其他化學(xué)元素按T2標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

⑵表面質(zhì)量。銅母線表面應(yīng)顏色均勻、光潔平整、無(wú)油污或污物，外觀無(wú)明顯劃痕、凹坑、磕碰、劃傷、飛邊、裂紋等明顯缺陷。

⑶尺寸要求。產(chǎn)品窄邊直線度≤1mm/m，寬邊直線度≤1mm/m，其他尺寸及公差均符合圖1要求。

⑷理化性能。抗拉強(qiáng)度≥250MPa，延伸率≥14%，70～95mm；屈服強(qiáng)度≥200MPa；20℃時(shí)，導(dǎo)電率≥98%IACS。

零件的加工工藝分析

⑴材料。該零件的材料為T(mén)2。

⑵沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性。由于加工產(chǎn)品厚度尺寸為5mm，寬度尺寸為20mm，為了提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，采用沖壓工藝對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行加工。

⑶精度和表面粗糙度。該零件孔的對(duì)稱度公差≤0.5mm，位置度公差≤0.5mm，依據(jù)產(chǎn)品尺寸公差，利用級(jí)進(jìn)沖裁可達(dá)到零件圖樣要求。工藝路線：材料準(zhǔn)備（5mm×20mm銅排）→級(jí)進(jìn)沖裁→修整→折彎→包裝。

模具設(shè)計(jì)方案

方案1：?jiǎn)喂ば蚰?，先落料外形，后沖孔成形，最后進(jìn)行折彎加工。該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，缺點(diǎn)是使用模具太多，成本升高，需要沖壓設(shè)備多。

方案2：復(fù)合模，落料、沖孔一次復(fù)合成形，最后進(jìn)行折彎加工。該結(jié)構(gòu)的模具制造難度較大，精度要求較高，由于所供坯料為5mm×20 mm×4000mm，復(fù)合模會(huì)造成母排側(cè)面劃傷，因此不能采用復(fù)合模。

方案3：級(jí)進(jìn)模，沖孔落料級(jí)進(jìn)成形。模具制造的復(fù)雜性和價(jià)格低于復(fù)合模，適合于零件大批量生產(chǎn)。

經(jīng)上述分析，確定該產(chǎn)品采用方案3進(jìn)行模具設(shè)計(jì)、加工制造。

相關(guān)的工藝計(jì)算

沖裁模具的計(jì)算

通過(guò)計(jì)算后選用J23-25型壓力機(jī)，壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

計(jì)算凹凸模刃口尺寸及公差。因?yàn)樵摿慵Y(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，但是公差要求比較嚴(yán)格，凹凸模采用配作加工，沖孔時(shí)以凸模為基準(zhǔn)件，落料時(shí)以凹模為基準(zhǔn)件，然后根據(jù)基準(zhǔn)件實(shí)際尺寸按雙面間隙0.4～0.5mm配作加工另一件。凹凸模制造公差采用IT8級(jí)。

折彎模具的計(jì)算

通過(guò)計(jì)算后選用J23-10型壓力機(jī)，壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 壓力機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

而模具閉合高度由沖壓模具結(jié)構(gòu)可以得出：Hm=125mm。該模具閉合高度在115～135mm之間，可使用該設(shè)備進(jìn)行沖裁。

排樣設(shè)計(jì)及展開(kāi)長(zhǎng)度

沖壓件的排樣設(shè)計(jì)

根據(jù)零件形狀特征、質(zhì)量要求、模具類型及結(jié)構(gòu)方案、材料的利用率等因素進(jìn)行沖壓件的排樣設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)排樣時(shí)，在保證沖壓件質(zhì)量和模具壽命的前提下，主要考慮材料的充分利用，選擇最佳排樣方案。

由于該產(chǎn)品所用毛坯是5mm×20mm的直排，因此排樣設(shè)計(jì)具有很大的局限性，毛坯兩側(cè)面是直接拉拔而成，因此不能損傷產(chǎn)品側(cè)面，為了保證材料的充分利用，選擇的排樣方案如圖2所示。

圖2 L形折彎排樣圖

沖壓方向的確定，因毛刺的方向與折彎方向有關(guān)，所以沖裁方向無(wú)要求，采用直排，可以避免損傷產(chǎn)品側(cè)面，工序順序制定，第一工位沖孔，φ(6.1±0.1)mm、φ(8.5±0.1)mm，第二工位落料。

產(chǎn)品展開(kāi)長(zhǎng)度的計(jì)算

彎曲件的彎曲半徑較大時(shí)（r/t＞0.5），彎曲件的毛坯長(zhǎng)度可取等于中性層的長(zhǎng)度，產(chǎn)品的展開(kāi)長(zhǎng)度，如圖3所示。產(chǎn)品的展開(kāi)長(zhǎng)度及孔的位置，如圖4所示。

圖3 各部分尺寸圖

圖4 L形折彎排展開(kāi)圖

模具整體主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

沖裁模設(shè)計(jì)

⑴根據(jù)產(chǎn)品加工工藝及沖裁工藝方案，結(jié)合大多數(shù)企業(yè)設(shè)備的情況,設(shè)計(jì)了一套沖孔、落料級(jí)進(jìn)沖裁模。

⑵零件生產(chǎn)批量雖然較大，但合理安排生產(chǎn)用手工送料方式也能夠達(dá)到批量要求，且能降低模具成本?？紤]零件尺寸和厚度，為便于操作和保證零件精度，減少料頭和料尾的廢料，宜采用模具上設(shè)計(jì)矩形槽進(jìn)行導(dǎo)向。

⑶沖孔、落料級(jí)進(jìn)模采用正裝彈性卸料裝置沖模，長(zhǎng)度依靠限位塊來(lái)進(jìn)行定位，側(cè)面依靠矩形槽進(jìn)行定位。卸料板增加防錯(cuò)設(shè)計(jì)，采用2個(gè)導(dǎo)柱導(dǎo)向，2個(gè)導(dǎo)柱一大一小，方向反裝。導(dǎo)柱中有2個(gè)限位套定位，保證卸料板平行，防止卸料板產(chǎn)生水平擺動(dòng)，從而保證小凸模不被折斷。為了便于操作，提高生產(chǎn)率，沖壓件和廢料采用由凸模直接從凹模洞口推出的下出料方式。模具結(jié)構(gòu)圖，如圖5所示。

圖5 沖壓模具結(jié)構(gòu)圖

⑷由于是級(jí)進(jìn)模具，考慮零件的加工精度，因此采用導(dǎo)向平穩(wěn)的對(duì)角式導(dǎo)柱模架。截?cái)鄾_頭和沖頭材料均為T(mén)10A，熱處理硬度為58～60HRC，凸模采用螺釘固定。凹模材料為Cr12，熱處理硬度為60～62HRC。

⑸沖孔、落料級(jí)進(jìn)模的工作原理。將條料毛坯沿著凹模的矩形料槽送至定位塊處進(jìn)行定位。啟動(dòng)按鈕，踩下腳踏開(kāi)關(guān)，上模隨壓力機(jī)滑塊向下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)上模板下行，首先卸料板壓緊料條，然后具有鋒利刃口的沖頭1、沖頭2一起穿過(guò)料條使沖孔廢料與條料分離而完成沖裁工作，結(jié)束后滑塊帶動(dòng)上模板回升時(shí)，卸料板將箍在沖頭上的料帶卸下，完成第一工位的沖孔。

板料向前前進(jìn)97.8mm的一個(gè)步距，踩下腳踏開(kāi)關(guān)，壓力機(jī)上滑塊帶動(dòng)上模板下行，沖頭進(jìn)行切斷工作，而沖頭1、沖頭2又一次完成了料條上的沖孔工作，沖裁好的產(chǎn)品隨著壓力機(jī)的回程，由模具上的凹模洞口落入料框，完成了產(chǎn)品的沖裁。以后每進(jìn)行一次沖壓，就會(huì)生產(chǎn)出一件新的產(chǎn)品。

折彎模具設(shè)計(jì)

為了便于產(chǎn)品的后續(xù)加工，考慮沖裁出來(lái)產(chǎn)品長(zhǎng)度的一致性。因此在折彎模具設(shè)計(jì)時(shí)，折彎不采用導(dǎo)柱導(dǎo)向，靠下模具進(jìn)行定位，使用開(kāi)放式的模具進(jìn)行加工制造，模具結(jié)構(gòu)圖，如圖6所示。

圖6 折彎模具結(jié)構(gòu)圖

⑴折彎模具凹模的設(shè)計(jì)。

當(dāng)外加彎矩卸去以后，彎曲件就會(huì)產(chǎn)生彈性恢復(fù)，這種現(xiàn)象被稱為彎曲回彈，因此設(shè)計(jì)模具時(shí)需要考慮回彈量而對(duì)模具相應(yīng)尺寸加以修正。由于料條材質(zhì)為T(mén)2，查表得90°自由彎曲時(shí)的回彈角為1°，因此折彎凹模設(shè)計(jì)的角度是88.9°±20′，折彎凹模結(jié)構(gòu)圖，如圖7所示。

圖7 折彎凹模結(jié)構(gòu)圖

⑵折彎模工作原理。

將沖裁好的料條放入凹模的槽中。啟動(dòng)按鈕，踩下腳踏開(kāi)關(guān)，上模隨壓力機(jī)滑塊向下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)折彎凸模下行，沖頭接觸料條之后繼續(xù)下行，從而完成折彎工作，結(jié)束后凸模回升時(shí)，料條直接脫離，完成折彎工作。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、工藝分析與計(jì)算，采用級(jí)進(jìn)模加工的制造工藝，實(shí)現(xiàn)了L形通用零件的高效率、低成本生產(chǎn)。經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證，該制造工藝較為實(shí)用，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，生產(chǎn)效率提高、成本降低，滿足批量生產(chǎn)的要求，對(duì)同類型產(chǎn)品的沖壓模具設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值，可供廣大同行借鑒。