接線柱成形工藝分析與模具設計

王長喜

（東莞市中一合金科技有限公司，廣東 東莞 523775）

0 引言

在電器開關、電箱等接線的部位會存在一個或多個接線柱，一般這些零件是通過車床加工后再進行二次加工完成。近年來隨著技術(shù)的進步，部分接線柱零件由車床加工工藝改成沖壓工藝，再攻螺紋，以降低制造成本。但成形這些零件的模具結(jié)構(gòu)復雜，材料利用率低，影響了生產(chǎn)成本和效率。在人工成本增加和品質(zhì)要求日益提高的情況下，在沖壓設備的基礎上引進多滑塊成形機構(gòu)，能較好地完成該類零件的成形。

1 零件結(jié)構(gòu)特點及成形工藝

1.1 零件結(jié)構(gòu)特點

接線柱成形較復雜，除了彎曲成方形以外，還需將零件重疊扣緊，在使用過程中能承受螺釘?shù)呐ちΓ酆咸幉荒芩蓜樱泳€柱材料為JISG 3141-SPCC-4B，厚度為（0.8±0.02）mm，接線柱二維結(jié)構(gòu)如圖1所示，三維結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 接線柱二維結(jié)構(gòu)

圖2 接線柱三維結(jié)構(gòu)

1.2 工藝分析及排樣

該類零件一般采用級進模進行生產(chǎn)，在級進模內(nèi)完成沖孔、切邊、彎曲、落料等工序，其工序為沖壓→攻螺紋→清洗→檢測→包裝→出貨。零件需求量大，單價較低，原材料的利用率是降低制造成本的重要部分。

使用級進模成形該類零件時，排樣有橫排和直排2種方案，橫排時材料的紋路方向與彎曲線平行，如圖3（a）所示，成形工序為：①沖定位孔；②沖圓孔；③沖異形孔；④翻孔；⑤倒斜角；⑥修邊；⑦修邊；⑧向下彎曲90°；⑨向下彎曲45°；⑩向下彎曲45°；[11]彎曲扣合；[12]調(diào)整；[13]落料；[14]切廢料。根據(jù)接線柱的特性，當橫排方案成形至方形扣合的第⑩、[11]工位時，凹模只有設計成一個沿送料方向的懸臂才能完成零件成形，凹模由于受力較大容易斷裂。有搭邊直排的排樣方式是材料的紋路方向與彎曲線垂直，如圖3（b）所示，有搭邊直排方案雖然避免了模具零件斷裂的問題，但在成形零件時模具內(nèi)有多個側(cè)滑塊，增加了模具的復雜程度和降低了生產(chǎn)效率。上述2種方案的材料利用率比較接近，只有30%左右。

通過研究將采用直排排樣方式，并做無邊料和無廢料切斷設計，零件的展開長度就是送料長度，零件的寬度就是原材料的寬度，只進行必要的沖孔和剪切缺口，排樣如圖3（c）所示，用該方案成形零件的材料利用率為65.17%。該直排工藝將級進模的沖切和成形分離，經(jīng)過沖模進行必要的沖孔、切缺口后進入成形區(qū)域，在同一工位對待成形零件進行切斷、成形，再進入預設的軌道內(nèi)落料，完成零件的成形。模具結(jié)構(gòu)設計簡單，無邊料直排成形工藝如圖4所示。

1.3 整體工序排布

通過對零件及模具結(jié)構(gòu)進行分析，確定接線柱成形工藝方案如圖5所示，成形工序為：①沖定位孔；②沖圓孔；③沖異形孔；④修邊；⑤沖異形孔；⑥圓孔翻邊；⑦倒斜角；⑧成形。其中①～⑦工序在沖模完成，工序⑧在成形模完成。

工序⑧的成形過程是圍繞成形模中心的成形鑲件經(jīng)過圖6（a）～（g）所示的7個步驟逐步彎曲成形，成形鑲件四周排布滑塊作為成形零件的凸模。通過凸輪機構(gòu)實現(xiàn)滑塊前進和后退的直線運動及控制運動開始、結(jié)束的時間，直至完成接線柱成形并落料。

圖3 排樣方案

2 模具結(jié)構(gòu)設計

接線柱的排樣是無搭邊，完全靠零件展開后的首尾相連處做無廢料切斷。整體模具結(jié)構(gòu)分成2個單元即沖切部分和成形部分（見圖4），通過導軌做等距工位銜接，保證從沖模到成形模的送料準確。成形完成后的落料會進入預設的軌道排列，進行二次加工。

圖4 無邊料直排成形工藝

圖5 接線柱成形工藝方案

圖6 工序⑧成形過程

2.1 沖模結(jié)構(gòu)設計

模具通過內(nèi)導柱連接上、下模，由于沖模不設置彎曲工序，降低了沖模的設計難度，沖模的行程為15 mm，能實現(xiàn)快速沖切。模具沒有外導柱，由于行程小，沖壓時可實現(xiàn)內(nèi)導柱一直在下模導套內(nèi)運動，提升模具的導向精度，保證了成形零件的精度要求，并且使用彈壓式卸料板，沖模結(jié)構(gòu)如圖7所示。

2.2 成形模結(jié)構(gòu)及工作原理

在成形模的凹模固定板（中模板）的中心安裝成形凹模鑲件，在滑塊上的成形凸模圍繞同一軸心和成形凹模進行成形，成形凸模在成形過程中保持受力均衡，延長了模具的使用壽命。在中模板設計了成形凸模的軌道，確保成形凸模在成形過程中受側(cè)向力而不發(fā)生變形，保證了成形零件的精度。成形凸模圍繞成形模中心最多可設置11個，在中模板后側(cè)有3個用凸輪控制的活動成形凹模，需要工作時伸出中模板，不用時退回中模板，可根據(jù)待成形零件的不同和成形的需要選擇使用。沖床滑塊從上止點→下止點→上止點的一次行程運動過程相當于運行360°，所以成形模也必須在360°的一次行程內(nèi)完成送料和成形的工序。設計過程中，成形的先后順序根據(jù)待成形零件的需要而定，具有一定的靈活性，滿足不同零件的成形原理和落料要求。工藝過程和成形模結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖7 沖模結(jié)構(gòu)

圖8 成形模結(jié)構(gòu)

經(jīng)過沖模后料帶直接送到成形位置，在壓料凸模7向前運動與成形固定凹模10將料帶壓緊；切斷凸模5開始向前運動，同固定在中模板上的切斷凹模3將待成形零件從料帶上分離，切斷凸模5繼續(xù)向前運動，同成形活動凹模2一起將待成形零件彎曲75°；凸模8向前運動與中模板上的成形固定凹模10將待成形零件彎曲90°；壓平凸模9向前運動與成形固定凹模10壓緊材料，輔助成形將零件彎曲90°。凸模11向前運動與中模板上的成形固定凹模10向左將待成形零件彎曲90°；如圖9（a）所示，完成成形后凸模11退回。此時切斷凸模5在現(xiàn)有的位置后退1.0 mm，成形活動凹模2退回至中模板，切斷凸模5繼續(xù)向前運動與中模板上的成形固定凹模10將待成形零件彎曲90°；凸模1向前運動與中模板上的成形固定凹模10將待成形零件彎曲15°，即由75°彎曲到90°；此時壓平凸模9退回。凸模13向前運動與中模板上的成形固定凹模10將待成形零件彎曲90°，使零件彎曲扣合，如圖9（b）所示。凸模13退回到起始位置，壓平凸模9再次向前運動與中模板上的成形固定凹模10將扣合部分再次壓緊，保證零件扣合的平整性,如圖9（c）所示。此時零件成形已經(jīng)完成，凸模1、5、7、8、9同時退回到起始位置，在中模板后側(cè)的退料凹模12開始運動，將零件從中模板上的成形固定凹模10上推出成形區(qū)域，進入預定的軌道進行二次加工或落料。退料凹模12退回中模板，成形活動凹模2開始運動，從中模板內(nèi)伸出，在此狀態(tài)下開始送料，進行下一個零件的成形，如圖9（d）所示。

圖9 工序⑧模具結(jié)構(gòu)成形過程

3 關鍵成形凸模結(jié)構(gòu)設計

料帶切斷時切斷刀口在垂直于零件平面，保證切斷面與零件平面垂直。由于壓料凸模7垂直于料帶，但在零件成形工藝上，料帶在被剪切或成形時必須將其壓住，保證沖切和成形的穩(wěn)定。通過研究，采用切斷凸模5一次切斷料帶和兩次成形，設計了活動式的成形機構(gòu)，將與Y軸成30°的切斷凸模5在軌道內(nèi)轉(zhuǎn)變成與Y軸平行成形方向，同時達到了沖切和成形的要求。具體運動過程為切斷凸模5固定在壓料凸模7和導料塊4、成型凸模導塊6、凸模導塊18形成的軌道內(nèi)運動。底座16是在底座導塊17和成型凸模導塊6組成的軌道內(nèi)運動，切斷凸模5與底座16設計成倒扣結(jié)構(gòu)，滑配扣合在一起，當?shù)鬃?6前后運動時，切斷凸模5沿Y軸方向會隨著底座16的運動而運動。運動過程中切斷凸模5和底座16在滑配扣合位置會有左右方向的滑動過程，實現(xiàn)切斷凸模5沿Y軸方向的前進和后退，如圖10所示。

圖10 切斷和成形結(jié)構(gòu)

4 結(jié)束語

介紹了電器開關、工業(yè)電器等設備上使用的接線柱模具結(jié)構(gòu)設計，材料利用率高，成形模制造、裝配、維修方便，圍繞待成形零件中心成形，受力均衡，延長了模具零件的使用壽命。將凸輪機構(gòu)引入沖模為沖切或彎曲提供動力，成形的零件更穩(wěn)定，品質(zhì)更可靠。實際生產(chǎn)表明該工藝方案可行，為復雜、級進模成形困難的零件提供解決方案。