連接器裝配治工具之端子折彎機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用研究

何竹平

(中鼎精工技術(shù)有限公司，安徽 宣城 242000)

在連接器產(chǎn)品裝配生產(chǎn)制程段，常有需要使用治工具對(duì)端子進(jìn)行折彎。端子折彎的過程對(duì)治工具一般有以下要求：一是要便于人工操作。手動(dòng)治工具要便于人工取放產(chǎn)品，以盡可能提高生產(chǎn)效率，減小因取放產(chǎn)品所造成的質(zhì)量變異。二是要方便折彎點(diǎn)位置和折彎角度的調(diào)整，以滿足相關(guān)零件因材料回彈而造成的尺寸的變化和裝配成品的需要。三是端子在折彎后，表面鍍層不能受損傷，因而不能應(yīng)用沖壓模具擠壓原材料、打薄等方法[1]。

從治工具的應(yīng)用角度來看，端子折彎有兩種形式：一種是手動(dòng)治工具的折彎，一般用于人工裝配生產(chǎn)線；另一種是使用自動(dòng)化模組折彎，一般用于自動(dòng)化生產(chǎn)線或裝配的前加工段。在手動(dòng)治工具的折彎中，又有針對(duì)單片端子的折彎和半成品端子的折彎兩種形式。在這幾種形式中，因?yàn)楫a(chǎn)品制造工藝的不同，折彎規(guī)格要求的不同，折彎的機(jī)構(gòu)也不盡相同。本文將介紹端子折彎機(jī)構(gòu)的幾種不同模式，重點(diǎn)說明兩種新的折彎機(jī)構(gòu)的工作原理。

1 正向、反向、自動(dòng)模座折彎機(jī)構(gòu)研究

1.1 正向折彎機(jī)構(gòu)

正向折彎機(jī)構(gòu)的組成、安裝和折彎動(dòng)作如下所述。

(1) 正向折彎機(jī)構(gòu)的組成：作用元件(折彎上刀、折彎下刀、壓料板、定位塊)，其他元件(定位銷)，標(biāo)準(zhǔn)件(彈簧、螺絲)。

(2) 正向折彎機(jī)構(gòu)的安裝：折彎上刀和壓料板通過螺絲固定在小壓床的上平臺(tái)，折彎下刀和定位塊通過螺絲固定在小壓床的下平臺(tái)。

(3) 正向折彎機(jī)構(gòu)的折彎動(dòng)作：端子先放在定位塊和折彎下刀的上表面，端子上的孔穿過定位銷定位，壓料板通過彈簧的頂出力先壓住端子的非折彎區(qū)域，折彎機(jī)上刀在小壓床的動(dòng)作下與折彎下刀相互運(yùn)動(dòng)，使端子產(chǎn)生變形。當(dāng)折彎上刀升起，端子彈性變形恢復(fù)，保持塑性變形，形成一定折彎角度[2]，如圖1所示。

圖1 正向折彎機(jī)構(gòu)

(4) 正向折彎機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、直觀、易于設(shè)計(jì)。如果尺寸不到位，可以通過移動(dòng)定位塊、定位銷來調(diào)整折彎點(diǎn)的位置。缺點(diǎn)是不易手工取放端子，折彎后因?yàn)槎俗拥幕貜棧俗诱蹚澖嵌炔灰渍{(diào)整。

(5) 補(bǔ)充說明：當(dāng)折彎角度要求α≤90°時(shí)，為了克服彈性變形的角度回彈，須使端子傾斜相應(yīng)的角度，一般傾斜角θ=84°～87°，便于折彎后上刀離開端子時(shí)，端子不易粘在上刀處。

1.2 反向折彎機(jī)構(gòu)

反向折彎機(jī)構(gòu)類似于正向折彎動(dòng)作的上下翻轉(zhuǎn)，其組成、安裝和折彎動(dòng)作如下所述。

(1) 反向折彎機(jī)構(gòu)的組成：作用元件(折彎上刀、折彎下刀、承座、定位塊、壓料板)，其他元件(定位銷)，標(biāo)準(zhǔn)件(彈簧、螺絲)[3]。

(2) 反向折彎機(jī)構(gòu)的安裝：折彎上刀通過螺絲固定在小壓床的上平臺(tái)，折彎下刀和定位塊通過螺絲固定在小壓床的下平臺(tái)[3]。

(3) 反向折彎機(jī)構(gòu)的折彎動(dòng)作：端子先放在定位塊和折彎下刀的上表面，端子上的孔穿過定位銷定位，壓料板通過彈簧的頂出力先壓住端子的非折彎區(qū)域，折彎機(jī)上刀在小壓床的動(dòng)作下與折彎下刀相互運(yùn)動(dòng)，使端子產(chǎn)生變形。當(dāng)折彎上刀升起，端子彈性變形恢復(fù)，保持塑性變形，形成一定折彎角度，如圖2所示。

圖2 反向折彎機(jī)構(gòu)

(4) 反向折彎機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是折彎后較易取出端子，可以調(diào)整折彎點(diǎn)位置，如圖2所示。缺點(diǎn)是當(dāng)傾斜角θ確定后，折彎角度α一般也固定了，不易調(diào)整。

(5) 補(bǔ)充說明：端子的壓緊取決于承座彈簧的壓力，彈簧的壓力不宜太小，以免因?yàn)閴壕o力影響端子折彎的角度。

1.3 自動(dòng)模座折彎機(jī)構(gòu)

自動(dòng)模座折彎機(jī)構(gòu)由折彎模座、自動(dòng)送料、電控裝置三部分構(gòu)成。折彎模座自動(dòng)折彎機(jī)構(gòu)的核心一般有三個(gè)工位：送料工位、折彎工位和裁切工位。

(1) 自動(dòng)模座折彎機(jī)構(gòu)的折彎動(dòng)作：端子通過自動(dòng)送料到第一工位，定位銷先穿過料帶導(dǎo)正孔，然后壓料板通過彈簧的推力預(yù)壓住端子，折彎上刀跟隨上模座向下運(yùn)動(dòng)，端子在折彎上刀和折彎下刀共同作用下折彎成一定角度，該角度因?yàn)槎俗釉牧系幕貜棧蹚澇傻亩俗咏嵌缺换貜棧鐖D3所示。同時(shí)，該端子再被送到第二工位，上模推桿推動(dòng)校正刀向左移動(dòng)，端子被校正刀橫向推壓一次，通過調(diào)整上模的高度，調(diào)整校正刀的調(diào)整量，以達(dá)到需要的折彎角度。最終端子通過自動(dòng)送料，按照規(guī)定的送料長度被送到裁切工位進(jìn)行定長裁切。

圖3 自動(dòng)模座折彎機(jī)構(gòu)

(2) 自動(dòng)模座折彎機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是自動(dòng)化程度高，角度可通過校正刀的行程來調(diào)節(jié)[4]；缺點(diǎn)是折彎上、下刀與定位銷之間的尺寸已確定了折彎點(diǎn)的位置，折彎點(diǎn)的位置不易調(diào)整，制作費(fèi)用高且復(fù)雜。

(3) 補(bǔ)充說明：折彎模座原理上與正向折彎相似，只是增加了橫向校正角度的動(dòng)作。

2 兩種新式的折彎機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用要點(diǎn)

隨著客戶需求和市場(chǎng)發(fā)展的變化，產(chǎn)品制造工藝的要求不斷提高，新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，本文以上述折彎機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)，為滿足客戶的新需求，順應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)，設(shè)計(jì)開發(fā)出兩種新的折彎機(jī)構(gòu)：分段式折彎機(jī)構(gòu)和模具式折彎機(jī)構(gòu)。

2.1 分段式折彎機(jī)構(gòu)

分段式折彎機(jī)構(gòu)包含上模座、彈簧K1、壓料板、校正斜塊、校正刀、承座和彈簧K2。該分段式折彎機(jī)構(gòu)是在反向折彎機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，其工作原理相當(dāng)于把反向折彎的折彎下刀變?yōu)榛顒?dòng)式。上模座帶動(dòng)壓料板，彈簧K1和校正斜塊下行，彈簧K1推動(dòng)壓料板，彈簧K2抬起承座，預(yù)壓端子；上模座繼續(xù)下行，校正斜塊推動(dòng)校正刀向左移動(dòng)，當(dāng)上模座下行到一定位置，折彎上下刀相對(duì)運(yùn)動(dòng)結(jié)束，端子形成一定角度，校正斜塊繼續(xù)推動(dòng)校正刀，折彎下刀成為校正刀，橫向運(yùn)動(dòng)以校正折彎的角度[5]。

另外，需要注意的是，為了達(dá)到這種分段運(yùn)動(dòng)的效果，折彎上刀的彈簧(K1)壓力F1要遠(yuǎn)大于承座下的彈簧(K2)壓力F2。第一階段：當(dāng)整個(gè)上模座向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，因F2

圖4 分段式折彎機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的第一階段

圖5 分段式折彎機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的第二階段

分段式折彎機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：分段式折彎機(jī)構(gòu)的折彎角度與折彎點(diǎn)位置都可以調(diào)整。折彎角度一是通過校正斜塊的上下移動(dòng)來調(diào)整；二是通過整個(gè)上模座的運(yùn)動(dòng)位移來調(diào)整[5]。折彎點(diǎn)位置可通過承座的左右移動(dòng)進(jìn)行小范圍調(diào)整。分段式折彎機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)：分段式折彎機(jī)構(gòu)一般適用于半成品(例如硫化產(chǎn)品)的端子折彎，而且折彎角度一般不小于90°，不太適合用于多支單片端子的折彎。

2.2 模具式折彎機(jī)構(gòu)

2.2.1彎曲變形過程分析 彎曲是通過模具用折彎機(jī)構(gòu)將板料彎成一定形狀和角度的一種成形工序。本文以在兩種最基本的彎曲模[6](U形壓彎模和V形壓彎模)中板料受力變形的基本情況為例來分析其彎曲變形過程。

圖6為某一毛坯的彎曲過程。在毛坯彎曲的過程中，隨著凸模進(jìn)入凹模的深度不同，凹模圓角半徑支撐點(diǎn)的位置及彎曲件毛坯彎曲半徑r發(fā)生變化，即支撐點(diǎn)距離L和彎曲半徑r逐漸減小，而彎曲力P逐漸增大，彎矩M也增加。當(dāng)毛坯的彎曲半徑達(dá)到一定值時(shí)，毛坯在彎曲凸模圓角半徑處開始塑性變形，最后彎曲成與凸模一致的形狀。

(a) 彎曲前

(b) 彎曲后

圖7為V形彎曲模中校正彎曲過程。彎曲開始階段為自由彎曲，隨著凸模下壓，板料的彎曲半徑與支撐點(diǎn)距離逐漸減小。在彎曲行程接近終點(diǎn)時(shí)，彎曲半徑繼續(xù)減小，而直邊部分反而向凹模方向變形，直至板料與凸、凹模完全貼合[6]。

(a)

(b)

(c)

(d)圖7 V形彎曲模校正彎曲過程

2.2.2彎曲變形規(guī)律分析 為了分析彎曲變形規(guī)律，以V形件為例，觀察工件側(cè)邊的坐標(biāo)網(wǎng)格及斷面形態(tài)在彎曲前后的變化情況，如圖8所示。彎曲變形區(qū)主要在彎曲件的圓角部分，此處的正方形網(wǎng)格變成了扇形。遠(yuǎn)離圓角的直邊部分沒有變形，靠近圓角部分的直邊有少量的變形。在彎曲變形區(qū)內(nèi)，板料的外層(靠凹模一側(cè))切向纖維受拉而伸長；在內(nèi)層(靠凸模一側(cè))切向纖維形區(qū)域之間，必有一層金屬纖維在變形前后長度保持不變，稱為應(yīng)變中性層。在彎曲變形區(qū)中，板料變形后產(chǎn)生厚度變薄現(xiàn)象,半徑r越小，厚度變薄越大。板料厚度由t變薄至t1，兩者比值η=t1/t稱為變薄系數(shù)[7]。

(a)

(b)

彎曲變形區(qū)內(nèi)板料橫斷面形狀變化分為兩種情況：寬板(板寬b與板厚t之比大于3)彎曲時(shí)，橫斷面形狀幾乎不變，仍為矩形；而窄板(b<3t)彎曲時(shí)，原矩形斷面變成了扇形，如圖9所示。生產(chǎn)中，一般為寬板彎曲。

圖9 板料彎曲后橫斷面形狀

2.2.3模具折彎成形方式 模具折彎成形方式分為：向下折彎、向上折彎、Z形折彎、V形折彎、U形折彎[8]，如圖10所示。

(a) 向下折彎

(b) 向上折彎

(c) Z形折彎

(d) V形折彎

(e) U形折彎P—沖頭;S—?jiǎng)兞习?D—下模仁圖10 模具折彎成形方式

(1) 向下折彎成形分析。圖11是模具向下折彎成形示意圖，浮料塊舉起端子，剝料板壓住料帶和浮料塊下行,沖頭壓住端子頭部與下模模仁運(yùn)動(dòng)以折出想要的角度。

圖11 模具向下折彎成形示意圖

(2) 向上折彎成形分析。圖12是模具向上折彎成形示意圖，浮料塊舉起端子，剝料板壓住料帶和浮料塊下行, 剝料板壓住端子頭部與下模模仁運(yùn)動(dòng)以折出想要的角度。

圖12 模具向上折彎成形示意圖

(3) Z形折彎成形分析。兩站折彎式Z形折彎是Z形折彎成形的一般結(jié)構(gòu)，其示意圖如圖13所示。圖13(a)折彎1為頭部90°V形折彎，根部45°預(yù)折彎；圖13(b)折彎2為根部90°折彎。

(a) 折彎1

(b) 折彎2圖13 兩站折彎式Z形折彎示意圖

Z形折彎成形一站式設(shè)計(jì)適用于折彎高度較小，材料厚度較小的成形零件。模具式折彎機(jī)構(gòu)是借鑒沖壓模具端子折彎的經(jīng)驗(yàn)，在反向折彎機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上改進(jìn)形成。用上、下模仁的配合(圖14)，使端子形成一定的角度，是沖壓模具進(jìn)行端子折彎的一種方法。從原理上分析，上下模仁合模，使端子折彎點(diǎn)前后都被模仁包覆，受到較大的壓力。順著模仁的形狀，端子自然形成一個(gè)角度，而且端子基本上沒有產(chǎn)生彈性變形，不會(huì)有折彎角度的回彈。應(yīng)用這種原理，在反向折彎機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上改進(jìn)形成模具式折彎機(jī)構(gòu)，如圖15所示。在折彎下刀側(cè)面增加了一個(gè)角度的臺(tái)階，它與折彎上刀配合合模，緊緊壓住端子折彎點(diǎn)的前后，形成折彎角度，如圖16所示。

(a)

(b)圖14 Z形折彎成形一站設(shè)計(jì)示意圖

圖15 模具式折彎機(jī)構(gòu)

圖16 折彎上下刀合模

Z形折彎的優(yōu)點(diǎn)：可以調(diào)整折彎點(diǎn)位置，且折彎角度通過調(diào)節(jié)上、下刀合模的松緊可小范圍調(diào)整。在多個(gè)端子的折彎中，因上、下刀合模部位是磨床的砂輪整體修出，折彎時(shí)可使端子受力均勻，能較好地保證其共平面度、正位度。尤其對(duì)多個(gè)端子、小步距的端子折彎，優(yōu)點(diǎn)明顯。Z形折彎的缺點(diǎn)：在半成品中，端子折彎點(diǎn)的前后一般不會(huì)同時(shí)有足夠的空間，故使用受到限制。

3 結(jié)語

綜上所述，本文從動(dòng)作原理上對(duì)端子折彎機(jī)構(gòu)進(jìn)行了整理和匯總，分析了兩種新式的折彎機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)用要點(diǎn)。當(dāng)然，在設(shè)計(jì)具體折彎機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)依據(jù)不同產(chǎn)品的要求靈活選用這兩種結(jié)構(gòu)。隨著新產(chǎn)品的不斷研發(fā)，產(chǎn)品制造工藝的不斷改進(jìn)，相信還會(huì)有更好折彎機(jī)構(gòu)的出現(xiàn)。