精密高速沖壓模具的設計及應用技術

文／梁建奇·杭州安費諾嘉力訊連接技術有限公司

精密高速沖壓模具的設計及應用技術

文／梁建奇·杭州安費諾嘉力訊連接技術有限公司

梁建奇，沖模設計工程師，主要從事沖模設計工作，主要研究領域為電子、汽車、通訊等產品的連接器的五金端子沖壓模具開發設計。

精密高速沖壓是現代沖壓生產的先進技術，它將高速沖床技術、高精度沖模技術、高品質制品材料技術、智能控制技術等高新技術融合為一體。相對普通沖壓而言，高速沖壓的速度每分鐘在幾百至上千沖次，具有質量好，效率高，適合大規模生產的特點。因此被廣泛應用于電子、通信、汽車、軍工、儀表儀器、醫療器械和家電產品等制造領域。杭州安費諾嘉力訊連接技術有限公司所生產的電子連接器沖壓件作為手機、電腦等產品的功能性零部件，有耐環境、機械性能和電氣性能等方面的要求，同時又是連續大批量生產，產品精度要求比較高，為提高產品的性能，會對產品的局部進行鍍金、鍍銀、鍍錫及熱處理等工藝。下面結合本公司生產實際狀況，就連接器端子的高速沖壓模具在設計上的排樣工藝及模具結構方面進行探討分析。

在設計模具時，關于模具的結構、料帶都必須和客戶反復謹慎地確認，有了這個基礎才能把關于模具設計的想法整理成設計資料。對于高速精密沖壓零件，在產品圖紙上會標注各個尺寸的公差，因為沒有公差的話就無法進行實際的生產，不管是不是重要尺寸都必須要有公差。產品的重要尺寸是基于什么角度（組裝、性能或者其他）出發考慮其重要性，甚至重要尺寸具體放在哪個位置，必須在充分理解以上幾點的基礎上進行模具設計。連接器端子的產品信息如圖1所示，產品間隙為0.5mm，產品寬度只有0.35mm（實際下料取值為0.34mm），而且尺寸公差基本為0.04mm的公差帶，通過公差取值和折彎展開，連接器端子展開連料圖如圖2所示。

圖1 連接器端子產品信息

圖2 連接器端子展開連料圖

模具排樣圖分析

如果料帶和模具工位布局設計比較纖弱的話，沖壓生產過程中SPM（每分種的沖程次數）就上不去，產品品質也不穩定，同時生產性也會下降。因此必須把穩定生產和品質放在優先位置，提前考慮材料寬幅及模板工位之間的強度等，決不能在布局存在不安定隱患的前提下勉強進行生產，這樣可能會導致無法挽回的后果。關于料帶的排樣設計必須經過仔細、縝密、反復的思考。圖3為模具的排樣示意圖。

不安定隱患的布局

弧形

雖然節約材料很重要，但如果連接料帶極其狹窄的話，各工位沖壓加工產生的應力以及定位針和定位孔內壁之間的摩擦將導致連接料帶發生變形。產生這種弧形的話，不僅產品的品質無法保證，而且可能發生材料料帶輸送過程中被下模凸出部分卡住導致送料位置不正確損壞模具。

關于高速沖壓加工想要在這里特別強調的一點是，高速精密沖床的慣性力將導致下死點的變動給生產帶來極大的影響，所以應盡量使模具的上半部分小而輕，使高速精密沖床的沖程盡量小（一般10mm以下）。沖程如果變大的話慣性力也會變大，不僅帶來弧形問題，而且所輸送的材料也會遭到重力拍打，從產品的彎曲度到生產性都會受到很大影響。因此，在圖3所示的模具第12工位設計料帶弧形（扇形）調整工位，預防和校正料帶的弧形。

切邊

被加工材料從寬幅材料裁切至客戶指定寬度的材料有一個縱斷過程。該縱斷加工時發生的應力是在縱斷材料寬幅的兩端，而且如果不去掉該應力直接進行沖壓加工的話，會導致如圖4所示的弧形變形，導致沖壓加工無法繼續。在材料的分切加工過程中如果不發生分切內部應力的話，沖壓加工中就不需要切邊過程，但是從現階段來說，既然材料兩端存在內部應力，這個切邊過程就不可或缺。因此，以節約材料為名義省去切邊過程的沖壓加工是非常危險的，即使減少切邊的量也絕對不能省去切邊這個工序。

圖3 排樣示意圖

圖4 不安定隱患

沖裁接刀部位

在沖壓連續模的沖裁加工過程中，產品外形如果一次沖裁就可以完成，那就不存在接刀部位的問題，但是考慮到零件（沖頭、模仁等）的強度及制品精度等，沖裁加工有可能在數道工序里完成。如果接刀毛刺在送料及折彎過程中掉落到模具內，或者散落在下模臺面上造成積壓形成大的塊狀，最終吸附到產品上形成壓痕的情況。產生這樣的壓痕不管是從產品品質上還是外觀上都是不允許的。為了防止壓痕的發生，在模具設計過程中應該進行充分的考慮，極力避免可能出現接刀毛邊的模具結構。

圖5 接刀部位

沖裁接刀部位會形成的邊角部位，如圖5所示。因為接刀部位可能影響整個產品的美觀，所以盡可能的把接刀部位設計在產品組裝之后被隱藏起來的地方，這樣對于產品設計者及與沖壓相關的人員都會輕松不少。關于接刀部位，在設計前期必須和客戶進行商討確認，在充分考慮生產性和產品品質的基礎上再提出產品形狀變更的方案。

圖6 定位針位置

設置各工位的位置時必須扎實穩固

連接器端子的連續模大部分需要經過10～20個工位的沖裁和折彎才能完成，這就需要考慮定位針的排布。沖壓加工是以定位針為基準進行的，定位針或定位孔的數量越多沖壓加工就越穩定。因此，在離該工位最近的兩個位置進行設置，定位針的位置如圖6所示。例如要進行一次折彎、二次折彎的情況下，假設在附近只有一根定位針的情況下，可以推測材料會發生蛇形行進而影響折彎位置和折彎高度（定位針和定位孔之間多少存在一定的間隙）。同時，這些尺寸的穩定性也會對生產構成隱患。從模具構造方面來看，也有無法設置定位針的位置，應當在設置定位孔的位置盡可能的設置定位針。這些細微的考慮都會對產品品質的穩定性及生產性能的提高產生重大影響。

圖7 改善前后對比

如果模具設計時考慮不足，在開始生產后再進行產品圖紙的設計變更及模具的改造，將大大降低整個模具的精度及生產性。

模具結構設計

高速連續模從切邊工序開始，有多道下料、折彎工序，被加工材料經過沖壓加工→脫料板擠壓→材料上浮→往前輸送→沖壓加工，被加工材料經過脫料板的反復擠壓，這個過程是極其迅速的（1000SPM的情況下是每秒17次）。因此在模具設計時應該使各工位保持在最小限度，特別是作為精度重要的折彎加工等工位應盡可能的在較前的工位完成。這些重要加工安排得越往后，由于間距誤差及材料的延伸等造成的卸料板布局都會使材料在X和Y方向的位置發生巨大的變形。

等高螺栓斷裂的對策

在以往設計的高速精密沖壓模具中，上模等高螺栓和壓力彈簧排布在一起，模具在高速生產過程中會把等高螺栓拉斷，把普通的等高螺栓更換為不銹鋼螺栓后，模具在提速到1000SPM生產一段時間后依然會有拉斷的情況發生。改進后通過一個“凹”形掛塊替代等高螺栓來固定脫料板，進而實現模具的高速穩定生產，如圖7所示。

結束語

本文通過對高速精密端子模具的料帶排樣進行設計方面的探討和分析，而在實際量產時影響模具穩定高速生產的因素還有很多，往往通過一些技術上的小突破都會對模具的穩定性和效率給予很大的提升，同時也可以降低生產成本，創造更多的價值。