LED 支架多工位級進模設計

李慶生，汪宗華，汪宗寶

（1.銅陵文一三佳科技股份有限公司技術部，安徽銅陵 244000；2.安徽荻港海螺水泥股份有限公司電氣技術室，安徽蕪湖 241200）

1 引言

在對環境惡化的憂慮以及中國對碳中和承諾的背景下，節約能源是當前面臨的重要的課題。LED 發光產品具有節能、環保、壽命長、體積小等特點，可以廣泛應用于各種顯示、背光源等設備以及普通照明等領域。LED 支架是LED 芯片的載體，LED 芯片貼裝在支架的基島上，再通過后序的打線、封裝、管腳成形、分離等工序形成可以使用的LED光源，圖1是一款SMD3528型號的LED單元產品。

圖1 SMD3528型號LED單元產品

如圖1 所示，LED 產品對支架的外形要求很高，尺寸精度要做到±0.01mm，圖1 所示的只是其中的一個LED單元，而一片完整的LED支架需要集成280個這樣的單元。

2 支架排樣圖設計

SMD3528支架的排樣設計如圖2所示。

在多工位級進模中，合理的排樣是模具是否成功的關鍵所在，是設計的基礎，后續的所有的設計工作都是在排樣的基礎上進行的。設計排樣時所需要考慮的因素很多，下面簡要說明一下排樣時所需要考慮的一些基本要素：

（1）排樣設計時沖裁力中心盡量接近模具的壓力中心。

（2）排樣設計時要考慮支架的后續工位的定位要求。

（3）排樣設計時對相互有精度要求的形狀要優先考慮在同一工位中進行沖壓，以消除重復定位造成的精度誤差。

（4）排樣時還需要考慮到必要的空位安排，在刀口件強度、安裝位置受到影響時要安排空位。

如圖2所示，SMD3528支架的沖壓共需要24個工位完成。其中1～4 工位完成側刃、預定位孔、定位孔的沖壓，5～6工位完成“T”形槽的沖壓，7～17工位完成支架外框的沖壓，18～20 工位完成支架的壓印，21 工位對壓印后的支架進行整形，22～23 工位對支架的內框進行切斷，工位24進行最終支架的校平。

圖2 SMD3528支架排樣圖

3 模具整體結構設計

由于支架級進模要在高速沖壓（SPM＞300）的狀態下使用，模架就需要有很好的剛性，能夠在高速沖壓時保持穩定并提供足夠的精度來保證沖裁間隙，滿足沖壓要求。

3.1 模架結構設計

模具整體結構如圖3所示。為了保證模具高速沖壓時剛性和精度的要求，采用了兩套導向系統對模具進行導向。主導向機構采用4組高剛性高精度滾珠導向機構（由件5、7、15、16組成）。同時為了保證刀口件的導向和定位精度，在模內使用了6組精定位裝置（由件21、22、23、24、26、27和件29組成）。精定位導柱22固定在卸料板11 上，串起凹模座9 和凸模固定板13，相互之間采用過盈滾動配合。精定位導柱固定在卸料板上可以充分的保證裝配在凸模固定板13中的凸模和裝配在卸料板11上的卸料鑲件以及裝配在凹模座9中的凹模之間的相互位置精度，從而確保了模具的穩定性和沖裁間隙的一致性。

圖3 LED支架級進模整體結構

3.2 模具檢測部分設計

在LED支架沖壓過程中，對可能出現的支架送料位置錯誤和沖壓廢料上跳到模面的情況要能夠做到及時的檢測，防止在高速沖壓過程中造成支架批量報廢和模具損壞。如圖4 所示，在LED 支架沖壓模具中，件1～件6 共同構成支架送料位置檢測系統。當支架沒有處在正確的位置時，在模具下行過程中，檢測針3就不能插入到支架相應的定位孔中，從而向上推動檢測桿4 水平運動，觸發檢測傳感器6 給出停機信號，完成檢測工作。

圖4 模具的檢測系統

在沖壓過程中，沖壓廢料偶爾會在凸模的吸附作用下回跳到凹模表面，如果不能及時的檢測到這種情況，那么在下一次沖壓過程中廢料會被卸料鑲件壓在制件上，導致制件報廢，嚴重的情況下還會導致相應刀口件的損壞。件7（傳感器固定孔塊）和件8（接近傳感器）共同組成了跳料檢測系統。當有廢料上跳到模面時，檢測間隙（卸料板與接近傳感器的距離）就會發生變化，接近傳感器感應到這種變化就會向控制系統發出信號，讓設備停機，完成檢測工作。

4 模具零部件設計

在LED支架級進模設計中，需要綜合考慮刀口件的互換性和裝配定位精度，所有的凹模鑲塊和卸料鑲塊都采用了拼裝嵌入的方式。在實際加工中，對卸料板和凹模座上鑲件的安裝孔、模板上的銷釘孔、以及導柱導套的安裝孔這些位置精度要求高的部分，采用數控坐標磨床一次性加工完成，這樣加工的尺寸精度和位置公差都能控制在±0.0015mm范圍內。

4.1 凸凹模及卸料鑲件的固定方式

在級進模中，凸凹模和卸料鑲件等關鍵零件的固定方式很重要，要考慮零件的工藝性和定位精度的保證，這些關鍵零件的固定方式遵循以下原則：

（1）凸凹模和卸料鑲件與模架導向部分最好同一工序加工完成。

（2）凸凹模及卸料鑲件的的的固定方式要便于裝拆。

（3）凸凹模刀口件的固定方式要便于后續刀口的再刃磨。

如圖5所示（卸料鑲件的固定方式和凹模相同），為了便于凹模鑲件的磨削，沖壓凹模拆分為件1、件2和件4，使用兩根芯軸3 將3 件凹模拼塊組裝在一起，然后裝配在相應的凹模座6的孔內。

圖5 凹模的固定方式

凸模的拼裝方式如圖6所示，凸模件4和件5通過凸模固定芯軸6固定在凸模固定塊上2。為了減小凸模的高度，凸模底部墊有凸模墊片3，這些都組裝成一個整體裝配在凸模固定板1上，使用凸模壓板7固定，這樣就非常便于安裝和拆卸。

4.2 刃口件的防跳料設計

沖壓加工時的廢料回跳易造成制件不良、模具損傷等。引起廢料回跳的主要原因是由于廢料和凸模壓合在一起所產生的真空吸附力，以及由于凸模加工過程中的殘磁等原因所導致。另外，沖裁形狀對廢料回跳也會產生影響，規則形狀的廢料比復雜形狀的廢料容易回跳。

一般的廢料回跳解決方法:

（1）凸模側的對策。斜刃口凸模、頂料凸模、帶氣孔凸模等。

（2）凹模側的對策。真空抽走廢料以及凸模切刃處增加的微小圓角等。

（3）其它對策。改變輪廓形狀，減小沖裁間隙，加大凸模進入凹模的深度等。

支架級進模的防跳料方法如圖7 所示。在凹模的內側面，加工一對微型斜溝槽，從中心開始相互朝相反的方向加工。在沖壓過程初期，沖壓的廢料會形成和凹模斜溝槽相對應的小突起。隨著凸模的下降，突起部分會被凹模側面壓縮（見圖7 所示的受力方向），從而增大廢料和凹模側面的摩擦力，防止廢料回跳。

5 結束語

LED支架級進模是一種多工位級進模，是在普通級進模的基礎上發展起來的一種高精度、高效率、長壽命的模具。有著零件結構復雜，尺寸精度要求高、制造難度大等特點。實踐證明，在高精密加工設備的保證下，LED類支架多工位級進模完全可以做到國產替換。現該模具已經在生產線上穩定生產，沖壓的支架完全滿足客戶需求。