開(kāi)關(guān)簧片沖壓工藝分析及模具設(shè)計(jì)*

(四川理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，四川 自貢 643000)

彈簧片是一種常見(jiàn)的沖壓零件,適宜用來(lái)做檢測(cè)儀表或控制裝置中的敏感元件,廣泛用于各類(lèi)接觸裝置中。此類(lèi)制件料薄件小、塑性較好、適宜冷沖壓批量加工。本文以開(kāi)關(guān)簧片為例，介紹該類(lèi)制件的沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)。

1 工藝性分析

此工件是連接器中的彈簧片，材料為磷青銅。如圖1所示，制件形狀復(fù)雜，要求精度高，且大批量生產(chǎn)。

制件很小，厚度僅為0.2 mm，若直接落料容易造成制件變形，故排樣采用沖裁搭邊或廢料缺口來(lái)得到制件的復(fù)雜輪廓，同時(shí)在側(cè)搭邊上沖出導(dǎo)正孔來(lái)保證步距精度；制件屬細(xì)長(zhǎng)件，大部分寬度僅為0.7 mm，沖裁和彎曲加工部位較多，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意模具強(qiáng)度并避免凸、凹模相互干涉，宜采用分區(qū)沖裁搭邊和彎曲的方法來(lái)成型，并選用合理的模具間隙，以得到平直、光滑、毛刺小，斷面質(zhì)量好的制件；制件上有45°、90°和95°非對(duì)稱(chēng)彎曲，加之兩次彎曲誤差的累積作 用，使得彎曲后的制件尺寸與模具尺寸不一致，故控制回彈是關(guān)鍵。

制件特別小，從安全考慮，要采取適當(dāng)?shù)娜〖绞健Ｒ虼酥萍善吩O(shè)計(jì)為卷料供應(yīng)，為避免卷料時(shí)制件彎曲部位之間發(fā)生干涉，在側(cè)搭邊內(nèi)側(cè)A部位彎曲出支撐，給整排制件留出卷料間隙，以方便運(yùn)輸和保存。終端用戶使用時(shí),直接在B部位手動(dòng)折斷即可得到如圖2所示的使用制件。

2 沖壓工藝方案的確定

制件基本工序有沖孔、落料、彎曲，按組合程度不同，有單工序、復(fù)合模、級(jí)進(jìn)模3種方案。3種方案比較如下：

方案1 單工序沖壓，由于工件小，工序多，定位難以達(dá)到精度，質(zhì)量難以保證，生產(chǎn)率較低，故不宜采用。

方案3 級(jí)進(jìn)模沖壓，特別適合加工寬度極小的異形件，能夠保證制件精度，工序間自動(dòng)送料，連續(xù)沖壓，生產(chǎn)效率高，操作方便安全。綜上所述，確定采用級(jí)進(jìn)模沖壓具有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

對(duì)該級(jí)進(jìn)模，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：①工位數(shù)的確定。該制件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有許多轉(zhuǎn)角且不對(duì)稱(chēng)，尺寸小，又要保證其形位精度，故宜采用分區(qū)沖裁，把外形成型分解在多個(gè)工位完成，以減小模具復(fù)雜程度，提高整體精度。②空工位的設(shè)計(jì)原則。級(jí)進(jìn)模中增設(shè)空工位是為了保證模具強(qiáng)度，提高使用壽命。該制件最寬處2.1 mm,最窄處0.7 mm，步距很小，故需在兩工位間設(shè)置一個(gè)或多個(gè)空工位，以防凸模干涉和凹模壁厚強(qiáng)度不夠。 ③對(duì)此類(lèi)復(fù)雜非對(duì)稱(chēng)彎曲件，為提高尺寸精度，不可一次彎曲所有部位，其45°、90°和95°彎曲應(yīng)分開(kāi)成型。④沖裁和彎曲的先后順序。如先加工完所有沖裁部分，再加工彎曲部分，則制件有一段狹長(zhǎng)部分處于懸臂狀態(tài)，在進(jìn)行彎曲加工時(shí)不易保證精度，且凹模容易損壞。所以將沖裁、彎曲加工交叉進(jìn)行，既保證了制件質(zhì)量，又延長(zhǎng)了模具壽命。

3 排樣設(shè)計(jì)

排樣的合理與否，會(huì)影響到材料的經(jīng)濟(jì)利用率，還會(huì)影響到模具結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)率、制件質(zhì)量、生產(chǎn)操作方便與安全等。因此，排樣是沖裁工藝與模具設(shè)計(jì)中一項(xiàng)重要工作。

本模具采用自動(dòng)送料器送料，沖裁件的排樣圖如圖3所示。由于件小料薄，形狀復(fù)雜，精度要求高，在沖裁和彎曲制件外形時(shí)，如將凸模做成整體式，則模具制造困難，加工精度不能保證。所以從保證制件精度和模具制造方便的角度考慮，將沖壓區(qū)分為10個(gè)區(qū)域。其中A、D、E、H、J陰影區(qū)域?yàn)?個(gè)沖裁加工區(qū)，B、C、F、G、I為5個(gè)彎曲加工區(qū)。

本排樣圖共設(shè)45個(gè)工位，主要工位排列如下：

第1工位：沖小缺口；沖上、下深度為0.05 mm的小缺口，作用是在使用制件時(shí)容易將制件從載體上折下來(lái)；

第3工位：側(cè)刃切邊；

第5工位：沖Ф1.2 mm導(dǎo)正銷(xiāo)孔；

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平得到了有效的提高，飲食結(jié)構(gòu)的改變，也提高了肺癌的發(fā)病率，對(duì)人們的生命健康造成了極大的威脅。肺癌是一種原發(fā)于呼吸道支氣管粘膜上皮的惡性腫瘤，有研究顯示，中年男性為發(fā)病的高危群體，但是近些年來(lái)，女性的發(fā)病率和死亡率也出現(xiàn)了逐年升高的態(tài)勢(shì)[1]。目前，臨床上主要以臨床治療為主，旨在延長(zhǎng)患者的生存時(shí)間，并改善患者的生活質(zhì)量。本次研究中則對(duì)檢測(cè)CA199、CA125、CA153及CEA等指標(biāo)在腫瘤診斷中的意義進(jìn)行了更加深入的研究，具體如下。

第10工位：沖A區(qū)外形；

第14工位：彎曲B部分,r=0.3 mm；

第19工位：彎曲C部分,r=0.2 mm；

第23工位：沖裁D區(qū)外形。

第28工位：沖裁E區(qū)外形。

第31工位：彎曲F部分,r=0.1 mm；

第34工位：彎曲G部分,r=0.15 mm；

第37工位：沖裁H區(qū)外形；

第41工位：沖裁J區(qū)外形；

第45工位：彎曲I部分,r=0.1 mm；此彎曲部分為卷料時(shí)的支撐。

其余工位是空工位。

4 級(jí)進(jìn)模結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

設(shè)計(jì)的級(jí)進(jìn)模總裝結(jié)構(gòu)如圖4所示，設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：①利用側(cè)搭邊載體卷料，制件始終和側(cè)搭邊載體相連，使用時(shí)折下即可。②采用彈性卸料裝置，坯料在壓緊狀態(tài)沖壓，保證了制件的平直度。③利用小導(dǎo)柱與小導(dǎo)套導(dǎo)向，使凸模與凹模正確配合，確保沖壓精度。④下模設(shè)有局部導(dǎo)料板可避免較薄條料送進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)大阻力。⑤考慮到彎曲回彈，各部位彎曲設(shè)計(jì)時(shí)均考慮了相應(yīng)的補(bǔ)償角，通過(guò)試模修正來(lái)保證角度精度。⑥為節(jié)約材料，便于裝配調(diào)整和更換，部分凸、凹模采用鑲拼結(jié)構(gòu)。⑦采用側(cè)刃粗定位+導(dǎo)正銷(xiāo)精定位達(dá)到精確控制每次送料步距的目的。

5 主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

5.1 A區(qū)凸、凹模刃口設(shè)計(jì)

A區(qū)輪廓結(jié)構(gòu)復(fù)雜，凸、凹模采用配合加工法。先加工好凸模作為基準(zhǔn)件，然后配做凹模，使它們保持最小雙面間隙Zmin。其公差不再受凸、凹模間隙大小限制，制造容易，并容易保證凸、凹模間的間隙。A區(qū)沖裁凸模刃口計(jì)算如圖5所示。圖示尺寸中，第1～4、6段模具磨損后尺寸不變，采用公式(1)。第5段模具磨損后尺寸變小，采用公式(2)。第7段非刃口尺寸，直接取其基本尺寸。

(1)

(2)

5.2 凹模固定板設(shè)計(jì)

凹模固定板用于固定相關(guān)凹模及鑲件。由于該級(jí)進(jìn)模工位數(shù)較多，若模具累積誤差過(guò)大，會(huì)造成凸、凹模間隙不均，影響沖壓質(zhì)量和模具壽命，故應(yīng)將其制造精度提高。考慮到該固定板上孔位尺寸較多，結(jié)合加工經(jīng)濟(jì)性，確定如下：在送料方向的刃口孔位尺寸按IT7級(jí)制造；其他位置刃口孔位尺寸按IT8～9級(jí)制造；各緊固螺孔、銷(xiāo)孔位置尺寸按IT14級(jí)制造。各型孔位置關(guān)系見(jiàn)圖6。

5.3 導(dǎo)料裝置的設(shè)計(jì)

在級(jí)進(jìn)模開(kāi)始的幾個(gè)工位上放置4個(gè)導(dǎo)向槽浮頂器，兩邊非對(duì)稱(chēng)放置。導(dǎo)向槽浮頂器結(jié)構(gòu)如圖7所示。其作用是在導(dǎo)向的同時(shí)具有向上浮料的作用，使條料運(yùn)行過(guò)程中從凹模上浮起3.5 mm，以利于條料運(yùn)行。

5.4 彎曲凸模鑲件的設(shè)計(jì)

本模具中的彎曲凸模均屬細(xì)長(zhǎng)桿件，容易折斷或

產(chǎn)生壓桿失穩(wěn)影響彎曲精度，并且磨損較快，所以為了延長(zhǎng)彎曲凸模壽命，便于拆卸、更換和維修，采用彎曲凸模鑲件結(jié)構(gòu)，其裝配關(guān)系如圖8所示。

由于經(jīng)第4工位沖裁后條料的一側(cè)被切除，該側(cè)無(wú)法再用導(dǎo)向槽浮頂器，所以在彎曲凸模鑲件上安裝局部導(dǎo)料板，以保證條料的順利運(yùn)行。而經(jīng)過(guò)彎曲變形后，在條料厚度方向上會(huì)有一定高度的彎曲凸起，為了順利送進(jìn)條料，必須將已被成形的帶料托起，使彎曲凸起部位離開(kāi)凹模洞壁并略高于凹模工作表面，因此，圖8中鑲件底部需裝托料彈簧做彈頂裝置。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)簧片的工藝分析和方案優(yōu)選，設(shè)計(jì)了分區(qū)交叉沖裁和彎曲的級(jí)進(jìn)模結(jié)構(gòu)，整個(gè)成型在45個(gè)工位上連續(xù)進(jìn)行，為高速自動(dòng)沖壓提供了有利條件。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)驗(yàn)證，模具生產(chǎn)效率高、安全可靠，所沖制件精度高，尺寸穩(wěn)定，達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量要求。對(duì)寬度小、厚度薄的異形同類(lèi)制件的模具設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

[1]周美蓉,呂孟春.汽車(chē)連接板級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)[J].熱加工工藝，2007，42(11)：150-152.

[2]鐘江靜,梁士紅.接觸簧片沖壓工藝及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).[J]鍛壓技術(shù)，2008，38(4)：106-110.

[3]劉建超,張寶忠.沖壓模具設(shè)計(jì)與制造[M].北京：高等教育出版社，2002：238-272.