孟玉喜，李 強(qiáng)，張 平

（1.南通開放大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 南通 226006；2.桂林電器科學(xué)研究院有限公司，廣西 桂林 541004；3.南通友星機(jī)電工業(yè)有限公司，江蘇 南通 226000）

0 引 言

圖1所示為某汽車側(cè)轉(zhuǎn)向燈座接觸片，材料為H70，厚度為0.3 mm。制件主要由三部分組成：①尾部尺寸為7.3 mm×4.3 mm×2.6 mm，兩側(cè)彎曲成形后形成0.8 mm的間隙，用于固定轉(zhuǎn)向燈泡；②中間切口成形部位，切口深度0.75 mm，用于接觸片與側(cè)轉(zhuǎn)向燈座護(hù)套的安裝固定；③頭部為11.2 mm×1.25 mm×0.6 mm的針狀，起插入作用，用于與對應(yīng)插座端子的對插，實(shí)現(xiàn)汽車線束中相應(yīng)線路的導(dǎo)通，厚度由兩層0.6 mm厚的材料先彎曲后疊加再壓合成形，制件頭部針狀部位前端為38°的斜角。制件尺寸小、形狀復(fù)雜，傳統(tǒng)的單工序模成形無法滿足高效低成本制造，只能設(shè)計(jì)級進(jìn)模成形該制件才能滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。

圖1 側(cè)轉(zhuǎn)向燈座接觸片

1 排樣設(shè)計(jì)

排樣是級進(jìn)模設(shè)計(jì)的重要步驟，排樣不同會導(dǎo)致材料利用率、制件的成形尺寸精度、生產(chǎn)效率、模具結(jié)構(gòu)及制造的復(fù)雜程度都不同。排樣設(shè)計(jì)前根據(jù)彎曲件中性層計(jì)算原則得到制件的展開尺寸，如圖2所示，頭部的展開寬度尺寸2.5 mm通過彎曲壓合后得到制件1.25 mm的尺寸，彎曲壓合成形過程中需進(jìn)行90°的彎曲，由于90°彎曲的底面尺寸和彎曲的高度尺寸較小，彎曲時沒有足夠的彎曲力矩，難以得到彎曲形狀正確和尺寸合格的制件，易造成成形制件頭部前端兩層38°斜角的錯位和1.25 mm的尺寸超差。由于制件展開最大寬度尺寸為10.6 mm，最小寬度尺寸為2.5 mm，落差較大，可以將2.5 mm的尺寸放大至5.0 mm，清除了90°彎曲力矩不夠所帶來的不利因素，且不會增大排樣的步距，再通過彎曲壓合與切除廢料的方法獲得符合要求的制件頭部形狀和尺寸。

圖2 制件展開及頭部成形

根據(jù)制件展開毛坯形狀，按照先沖裁再彎曲最后成形的原則，采用雙側(cè)載體23個工位成形，條料寬度為30.0 mm，步距為11.5 mm，以制件的寬度方向作為條料的送進(jìn)方向，這種排樣方式有利于送料過程的穩(wěn)定可靠，同時制造的模具也不會狹長，操作方便。排樣設(shè)計(jì)如圖3所示，工位為：①沖小圓孔；②沖窄槽孔；③切邊；④空工位；⑤切邊；⑥背面倒角；⑦頭部彎曲90°豎邊；⑧頭部下壓30°；⑨頭部下壓 55°；⑩頭部壓平；[11]切邊；[12]空工位；[13]頭部倒角；[14]頭部彎曲 90°；[15]中部切口；[16]切廢料；[17]調(diào)整切口深度；[18]尾部弓形彎曲；[19]尾部弓形彎曲；[20]整形尾部弓形彎曲；[21]成形；[22]空工位；[23]切廢料。

圖3 排樣設(shè)計(jì)

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

模具結(jié)構(gòu)如圖4所示，安裝在250 kN高速壓力機(jī)上。上模固定板27、卸料板34和下凹模板36等成形零件均采用鑲件結(jié)構(gòu)，卸料裝置采用強(qiáng)力矩形彈簧彈壓卸料，由卸料板34、卸料小蓋板33、8個定距套31、8個卸料螺釘、矩形彈簧32等組成。凸模與卸料板的對應(yīng)型孔采用0.01～0.015 mm的雙面間隙配合，卸料板起卸料、壓料作用的同時還對凸模起到導(dǎo)向和保護(hù)作用，尤其是對細(xì)小凸模的保護(hù)導(dǎo)向，確保精密沖壓的安全穩(wěn)定。由于側(cè)轉(zhuǎn)向燈座接觸片屬于精密沖壓件，對制件的形狀、尺寸及相對位置精度要求較高，且成形的工位數(shù)較多，所有模板安裝在帶滾動導(dǎo)向的四導(dǎo)柱標(biāo)準(zhǔn)模架上，上模固定板27、卸料板34和下凹模板36之間通過小導(dǎo)柱進(jìn)行二次導(dǎo)向。沖壓開始時條料由左向右通過導(dǎo)料板35送至凹模平面上，不會因?yàn)橐贿呌辛狭硪贿厽o料而引起偏載沖壓，影響模具使用壽命。

圖4 模具結(jié)構(gòu)

3 模具主要零件設(shè)計(jì)

3.1 沖裁凸模與凹模設(shè)計(jì)

級進(jìn)模工位多導(dǎo)致凸、凹模數(shù)量也多，且要適應(yīng)高速連續(xù)沖壓，必須滿足各種特定的技術(shù)條件，所以不能采用普通沖模的凸、凹模設(shè)計(jì)。尤其是沖裁凹模工作條件惡劣，又是高速連續(xù)作業(yè)，產(chǎn)生的振動大，磨損快，如果受力不均勻、不對稱、不垂直，模具零件損壞的可能性較大。為此設(shè)計(jì)時除選擇強(qiáng)度、剛度、硬度等綜合力學(xué)性能較好的材料外，在結(jié)構(gòu)上對凹模進(jìn)行了分層設(shè)計(jì)，將20 mm的沖裁凹模鑲件設(shè)計(jì)成厚度3 mm和17 mm的2個零件，其中3 mm厚的鑲件為凹模刃口鑲件，型孔按凸模配雙面間隙0.03 mm，17 mm厚的鑲件為凹模墊塊，型孔按凸模配雙面間隙0.5 mm，外形雙面縮小0.04 mm，有利于后續(xù)快速拆卸并刃磨凹模刃口。沖壓時，沖裁廢料直接通過凹模墊塊的型孔掉落到模具外，不會在凹模內(nèi)產(chǎn)生阻塞現(xiàn)象，凹模墊塊可通過快走絲線切割加工完成，降低制造成本。后續(xù)刃磨修理更換時，只要通過下模座和下墊板上對應(yīng)設(shè)置的敲擊孔，敲擊凹模墊塊可順利取出3 mm的凹模刃口鑲件，而不需要拆開整個下模，縮短了維修周期，保護(hù)了模具原有的裝配精度。凸模設(shè)有1.2 mm×4.0 mm的固定用小壓塊槽，也是基于上述考慮設(shè)計(jì)的，沖裁凸、凹模設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 沖裁凸模與凹模

3.2 彎曲壓合鑲件設(shè)計(jì)

制件頭部0.6 mm的厚度尺寸是關(guān)鍵，是對厚度0.3 mm的材料進(jìn)行彎曲壓合之后獲得。第一步先進(jìn)行90°彎曲，彎曲凸模固定于卸料板上，彎曲凸、凹模在豎直邊的間隙設(shè)計(jì)為0.27 mm，比材料厚度小0.03 mm，彎曲凸模的工作面轉(zhuǎn)角處設(shè)計(jì)有0.28 mm×0.15 mm的小凸點(diǎn)，2種措施都是為了盡量減小90°彎曲后的回彈，為后續(xù)工序成形制件做好準(zhǔn)備。第二步是對90°彎曲后的工序件下壓30°成形。第三步是下壓55°成形，其凸模成形5.15 mm尺寸處設(shè)有2.55 mm的直邊，凹模的成形面上設(shè)有1.2 mm×0.5 mm的小凸臺，兩者配合控制成形制件橫向工序尺寸，以防成形過程中產(chǎn)生移動。第四步進(jìn)行壓合，使2層材料緊貼壓合，其凸模上5.18 mm和2.65 mm尺寸以及凹模上1.2 mm×0.5 mm小凸臺的作用都是為了保證成形工序件的尺寸精度，如圖6所示。

圖6 彎曲壓合鑲件設(shè)計(jì)

3.3 側(cè)向成形鑲件設(shè)計(jì)

待成形制件頭部經(jīng)彎曲壓合成形針狀后，需進(jìn)一步彎曲成形，以獲得4.1 mm的高度尺寸（見圖1）。由于其上端1.2 mm處的寬度尺寸為0.6 mm，下端2.9 mm處的寬度尺寸為0.3 mm，上寬下窄導(dǎo)致彎曲成形困難，必須側(cè)向成形。側(cè)向沖壓一般靠斜楔和滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，而斜楔和滑塊機(jī)構(gòu)需要占據(jù)較大的運(yùn)動空間，這會增大模具的外形尺寸?？紤]上寬下窄之間的差值僅為0.3 mm，可將側(cè)向成形上鑲件以傾斜5°的方法固定于卸料板上，當(dāng)上下模分開時，成形上鑲件在彈簧和推桿的作用下凸出卸料板下平面3 mm。合模時，成形上鑲件的下平面先接觸條料，隨著上模繼續(xù)下行，成形上鑲件一邊向后退回卸料板中一邊向左移動0.3 mm，直至合模完成。成形上鑲件與下模鑲件完成彎曲成形，成形上鑲件上設(shè)有3.5 mm的讓位槽，以防成形制件與鑲件之間產(chǎn)生干涉。上模到達(dá)下止點(diǎn)后開始回升，成形上鑲件逐漸離開卸料板并在5°斜角的作用下向右移動，直至達(dá)到0.6 mm的尺寸位置，使成形制件與成形上鑲件完全分離。側(cè)向成形鑲件設(shè)計(jì)如圖7所示。

圖7 側(cè)向成形鑲件

4 結(jié)束語

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，級進(jìn)模作為精密、高效、長壽命的模具，得到了快速發(fā)展，其生產(chǎn)效率高、質(zhì)量可靠、操作安全、節(jié)省模具數(shù)量與機(jī)床臺數(shù)及勞動力的特點(diǎn)越來越凸顯，已成為沖模發(fā)展的主流。同時結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)力求簡單，制造維修力求方便，也是目前衡量級進(jìn)模結(jié)構(gòu)優(yōu)劣的一個重要內(nèi)容。該模具投入實(shí)際生產(chǎn)后，經(jīng)實(shí)踐證明，模具結(jié)構(gòu)合理可靠，相關(guān)凸、凹模經(jīng)受住了高速、長時間連續(xù)沖壓工作的考驗(yàn)，達(dá)到了預(yù)期的效果，實(shí)際生產(chǎn)帶料的排樣如圖8所示。

圖8 實(shí)際生產(chǎn)帶料的排樣