汽車電機用接頭沖壓工藝分析與模具設(shè)計

陳愛軍

（河南天海電器有限公司，河南 鶴壁 458030）

0 引 言

連接器端子在汽車電子系統(tǒng)中發(fā)揮電能傳輸、信號控制和傳遞任務(wù)的作用[1]，是集沖裁、彎曲、局部成形等工序為一體的電器接插件。根據(jù)其技術(shù)要求和生產(chǎn)批量，成形該類端子一般采用高速精密沖壓級進模，因此模具設(shè)計的關(guān)鍵是沖壓工位排樣、彎曲方式、成形機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和模具總體結(jié)構(gòu)等?，F(xiàn)以某汽車電機用接頭沖壓成形為例，介紹其工藝及模具設(shè)計。

1 制件分析

1.1 制件結(jié)構(gòu)分析

圖1所示為汽車電機用接頭，材料為CuSn6，厚度為0.45 mm，有一處翻孔結(jié)構(gòu)連接電機轉(zhuǎn)子，另外有一處配合精度較高的卷圓結(jié)構(gòu)與電源圓插頭連接。

圖1 汽車電機用接頭

1.2 制件成形工藝分析

由圖1可知，成形該制件工序較多，包括沖孔、壓邊、彎曲、翻孔、卷圓等，制件尺寸精度要求高，且批量較大。若采用單工序模成形則需要多副模具，成形制件尺寸小操作困難，多次定位易造成成形制件精度差和變形，且生產(chǎn)效率低、制造成本高、安全性差等，無法滿足生產(chǎn)需求。經(jīng)分析計算，采用級進模沖壓成形能保證該制件的成形精度和批量生產(chǎn)的需求。

2 排樣設(shè)計

2.1 翻孔工藝計算

成形制件關(guān)鍵工序是圖1所示的內(nèi)徑φ（8.1±0.05）mm，高度為的翻孔成形，按翻孔工藝參數(shù)[2]計算如下。

平板毛坯翻孔預(yù)沖孔直徑d0可以近似地按彎曲展開計算。由圖2可知：

圖2 平板毛坯翻孔計算

根據(jù)翻孔系數(shù)，校核一次翻孔可能達到的翻孔高度為:

如果將極限翻孔系數(shù)K0min代入翻孔高度公式，可求出一次翻孔的極限高度:

其中，δ為翻邊前原始料厚，mm；d0為預(yù)沖孔直徑，mm；D為中性層直徑，mm；D1為翻孔變化區(qū)直徑，mm；r為翻孔處內(nèi)圓角，mm；H為翻孔高度，mm；h為翻孔處直段高度，mm。

根據(jù)表1常見材料的翻孔系數(shù)查得翻孔系數(shù)K0=0.68，K0min=0.62，按照公式計算Hmax≈2.1 mm，一次翻孔無法滿足生產(chǎn)要求，需采用兩次翻孔工藝進行翻孔成形[3]。

表1 幾種常見材料的翻孔系數(shù)

2.2 排樣分析

經(jīng)過翻孔尺寸和成形制件展開計算，并且避免卷圓部分和平面連接部分出現(xiàn)開裂，在卷圓部分和平面連接部分增加止裂工藝豁口，展開結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 展開結(jié)構(gòu)

根據(jù)制件展開結(jié)構(gòu)設(shè)計的排樣如圖4所示，卷圓采用無芯卷圓，為避免彎曲處影響卷圓成形，彎曲處采用仿形的成形工序，模具工位共有19個，分別是：①沖導(dǎo)正孔；②導(dǎo)正；③導(dǎo)正；④沖翻孔圓孔；⑤第一次翻孔；⑥第二次翻孔；⑦落料；⑧裁邊；⑨步距檢測；⑩壓邊；[11]卷圓預(yù)翻邊；[12]卷圓預(yù)彎曲；[13]卷圓成形 ；[14]卷圓整形 ；[15]彎曲 1；[16]彎曲 2；[17]彎曲 3；[18]彎曲 4；[19]落料。

圖4 排樣設(shè)計

3 模具設(shè)計

3.1 模具結(jié)構(gòu)

根據(jù)成形制件的結(jié)構(gòu)及材料厚度，采用級進模生產(chǎn)，模具各工位零件采取鑲件結(jié)構(gòu)，各孔位置精度要求±0.002 mm，固定孔累計誤差保證±0.005 mm，模具長度約600 mm，采用固定卸料板結(jié)構(gòu)形式，卸料板兼起導(dǎo)料板作用[4]，模具結(jié)構(gòu)如圖5所示。模具結(jié)構(gòu)主要由上模座22、凸模墊板33、凸模固定板38、固定卸料板20、凹模固定板9、凹模墊板5、下模座2等組成，這些模板通過若干圓柱銷19和若干螺釘3精確定位和固定，模具由導(dǎo)柱4和導(dǎo)套37導(dǎo)向，凸模鑲件和凹模鑲件分別鑲在凸模固定板和凹模固定板中。

圖5 模具結(jié)構(gòu)

模具工作原理為銅帶料從模具左側(cè)通過自動送料機送料，經(jīng)過導(dǎo)料板1進入模具內(nèi)，沖出上、下兩排導(dǎo)正圓孔，按步距尺寸對帶料導(dǎo)正，沖出翻孔底孔，由翻孔凹模6和翻孔凸模36進行第一次預(yù)翻孔和第二次翻孔，落料凹模8和落料凸模34進行落料，再經(jīng)過裁邊、壓邊等工序。預(yù)彎曲凹模11和卷圓預(yù)彎曲凸模31進行卷圓預(yù)翻邊；由卷圓預(yù)彎曲凹模12和卷圓成形凸模30進行卷圓預(yù)彎曲，再由卷圓成形凹模13和卷圓成形凸模29進行卷圓成形，卷圓整形凹模14和卷圓整形凸模28進行卷圓整形。后續(xù)4個工序?qū)?個90°的直角彎曲分別由彎曲凹模15～18對應(yīng)彎曲凸模24～27完成彎曲成形。最后1個工序通過落料將成形制件沖下，工藝廢料從模具右側(cè)送出，完成整個沖壓工作過程。

3.2 模具主要零件設(shè)計

（1）上、下模座設(shè)計。上、下模座采用45號鋼，熱處理硬度為225～255 HB，表面采用鍍鎳處理，保證表面耐磨性和防銹；導(dǎo)柱、導(dǎo)套孔、銷釘孔采用坐標磨床一次性加工成形，各孔位置精度和尺寸精度達到±0.002 mm；其他螺釘孔、螺釘過孔、漏料孔等采用數(shù)控銑床加工中心一次性加工成形。

（2）凸、凹模固定板設(shè)計。凸、凹模固定板是模具內(nèi)的關(guān)鍵部件，為了保證其高精度和長壽命的要求，材料選用模具工具鋼SKD11，其具有淬透性好、淬火變形量小、淬火硬度高等優(yōu)點，熱處理硬度為58～62 HRC，最后采用深冷處理，增強材料的韌性，同時降低材料的應(yīng)力變形，2塊板上的導(dǎo)柱導(dǎo)套孔、銷釘孔和凸、凹模鑲件固定孔均采用坐標磨床一次加工成形，各孔位置精度和鑲件孔尺寸精度可以達到±0.002 mm，固定孔累計誤差在±0.005 mm，確保模具零件的位置精度以及與鑲件的配合精度。

（3）卸料板設(shè)計。模具采用固定卸料板結(jié)構(gòu)，卸料板兼起導(dǎo)料板作用，材料選用工具鋼SKD11，熱處理硬度為58～62 HRC，為獲得較高的硬度和消除材料的內(nèi)應(yīng)力變形，采取深冷處理工藝。為方便加工制造和模具維修，卸料板分為三部分加工。生產(chǎn)時帶料從模具左側(cè)沖床送料機送進，通過卸料板上的導(dǎo)料槽進入模具內(nèi)，進行沖裁、彎曲、成形等，卸料板上的導(dǎo)料槽具有定位和卸料的作用。

（4）凸、凹模鑲件設(shè)計。模具各工位零件采取鑲件結(jié)構(gòu)[5]，各零件具有外形尺寸小、精度要求高等特點，凸模鑲件固定在凸模固定板上，固定方式采用壓板加螺釘固定，零件材料經(jīng)熱處理后進行線切割加工，再采用工具磨床和光學曲線磨床磨削加工刃口形狀和尺寸,凸模各類鑲件精度要求±0.002 mm。凹模采用鑲件結(jié)構(gòu)，熱處理后采用精密慢走絲多次線切割及精密工具磨床磨削加工,各類鑲件精度要求±0.002 mm，其他精密配合零件加工均要求采用精密慢走絲、精密工具磨床、精密電火花、光學曲線磨床等設(shè)備加工以達到模具零件高精度、長壽命的要求。

4 結(jié)束語

模具零件經(jīng)設(shè)計、加工、組裝調(diào)試，順利成形制件，模具沖次達到600次/min，成形的制件質(zhì)量穩(wěn)定，單次保養(yǎng)周期超過500萬沖次，模具使用壽命超過1億沖次，提高了生產(chǎn)效率，保證了成形制件的精度，降低了生產(chǎn)成本，達到了設(shè)計預(yù)期的效果。