汽車電機用接頭沖壓工藝分析與模具設計

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中發揮電能傳輸、信號控制和傳遞任務的作用[1]，是集沖裁、彎曲、局部成形等工序為一體的電器接插件。根據其技術要求和生產批量，成形該類端子一般采用高速精密沖壓級進模，因此模具設計的關鍵是沖壓工位排樣、彎曲方式、成形機構的結構和模具總體結構等。現以某汽車電機用接頭沖壓成形為例，介紹其工藝及模具設計。

1 制件分析

1.1 制件結構分析

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

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，且生產效率低、制造成本高、安全性差等，無法滿足生產需求。經分析計算，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的需求。

2 排樣設計

2.1 翻孔工藝計算

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

平板毛坯翻孔預沖孔直徑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

根據翻孔系數，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為預沖孔直徑，mm；D為中性層直徑，mm；D1為翻孔變化區直徑，mm；r為翻孔處內圓角，mm；H為翻孔高度，mm；h為翻孔處直段高度，mm。

根據表1常見材料的翻孔系數查得翻孔系數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

2.2 排樣分析

經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，展開結構如圖3所示。

圖3 展開結構

根據制件展開結構設計的排樣如圖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沖導正孔；②導正；③導正；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]卷圓預翻邊；[12]卷圓預彎曲；[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 排樣設計

3 模具設計

3.1 模具結構

根據成形制件的結構及材料厚度，采用級進模生產，模具各工位零件采取鑲件結構，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，采用固定卸料板結構形式，卸料板兼起導料板作用[4]，模具結構如圖5所示。模具結構主要由上模座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，模具由導柱4和導套37導向，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 模具結構

模具工作原理為銅帶料從模具左側通過自動送料機送料，經過導料板1進入模具內，沖出上、下兩排導正圓孔，按步距尺寸對帶料導正，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，再經過裁邊、壓邊等工序。預彎曲凹模11和卷圓預彎曲凸模31進行卷圓預翻邊；由卷圓預彎曲凹模12和卷圓成形凸模30進行卷圓預彎曲，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4個工序對2個90°的直角彎曲分別由彎曲凹模15～18對應彎曲凸模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送出，完成整個沖壓工作過程。

3.2 模具主要零件設計

（1）上、下模座設計。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；導柱、導套孔、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、漏料孔等采用數控銑床加工中心一次性加工成形。

（2）凸、凹模固定板設計。凸、凹模固定板是模具內的關鍵部件，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，同時降低材料的應力變形，2塊板上的導柱導套孔、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）卸料板設計。模具采用固定卸料板結構，卸料板兼起導料板作用，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應力變形，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。生產時帶料從模具左側沖床送料機送進，通過卸料板上的導料槽進入模具內，進行沖裁、彎曲、成形等，卸料板上的導料槽具有定位和卸料的作用。

（4）凸、凹模鑲件設計。模具各工位零件采取鑲件結構[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。凹模采用鑲件結構，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、光學曲線磨床等設備加工以達到模具零件高精度、長壽命的要求。

4 結束語

模具零件經設計、加工、組裝調試，順利成形制件，模具沖次達到600次/min，成形的制件質量穩定，單次保養周期超過500萬沖次，模具使用壽命超過1億沖次，提高了生產效率，保證了成形制件的精度，降低了生產成本，達到了設計預期的效果。