連接器屏蔽片彈簧成形工藝分析與模具設計

韓征權，徐鳳明，羅斌琪

（遵義精星航天電器有限責任公司，貴州 遵義 563125）

0 引言

屏蔽片彈簧是連接器中的關鍵部件，用于連接2 個不同的零件以實現屏蔽功能。連接器插合時對屏蔽片彈簧的使用頻率較高，要求片彈簧具有高彈性、耐疲勞、不易斷裂等特性，因此航空航天、兵器電子領域常采用鈹青銅材料，零件成形后經熱處理保持形狀穩定，達到可靠連接的效果。

屏蔽片彈簧由薄板料成形，國內學者從不同角度對薄板料成形進行了研究，胡海[1]分析了鈹青銅接觸片彈簧成形過程中的質量問題，采取回彈補償、夾具定型輔助時效等措施，解決了接觸片彈簧彈力不足、一致性差等問題；徐虹等[2]運用塑性力學理論對拉深回彈進行應力分析，提出相應的控制方法，解決了板料成形翹曲變形問題；陳俊梅[3]對U 形成形過程進行分析和模具結構優化，提高了零件生產效率；趙成寅[4]對繼電器“Z”形件壓彎切斷模具進行優化，解決了變形問題；趙建華等[5]利用仿真軟件對異形件成形過程進行分析和模具設計，解決了拉裂問題；劉志良等[6]對帶微型槽的連接器零件結構進行分析和模具設計，解決了帶微型槽零件易變形問題?，F以連接器屏蔽片彈簧為例，分析其沖壓成形過程和變形原因，找出改進方法，以提升零件成形質量。

1 工藝分析

圖1 所示為屏蔽片彈簧，零件材料為QBeMg1.9鈹青銅板，板厚為0.15 mm，要求成形零件表面無凹坑、臺階、毛刺、變形、裂紋等缺陷，生產批量不大，為節約制造成本，采用分工序沖壓成形。

圖1 屏蔽片彈簧

1.1 零件分析

圖2 所示為屏蔽片彈簧三維結構，其類似蓮花狀，中間是通孔，周圈由22根片彈簧組成，相鄰片彈簧根部圓形過渡、頂部內凹，片彈簧上還有3個直徑為φ3 mm 的圓形缺口均勻分布，裝配時每個片彈簧都起到連接作用，因此如何保證片彈簧內切圓直徑是該零件成形的關鍵和難點。

圖2 屏蔽片彈簧三維結構

1.2 成形工藝流程

根據零件結構分析有2種不同的成形方案。

方案1：落料→清洗→熱處理→彎曲成形→沖孔→去毛刺→清洗→熱處理→檢驗。

（1）落料。將板料落料為毛坯，完成中間φ6 mm定位孔、3 個φ3 mm 圓形孔、22 根片彈簧的一次成形。

（2）彎曲成形。在毛坯基礎上將片彈簧頂部、中間和根部一次彎曲成形。

（3）沖孔。將屏蔽片彈簧倒扣在沖孔模上，進行底孔沖裁，完成零件的沖孔。

方案2：落料→清洗→熱處理→彎曲成形I→彎曲成形II→沖孔→去毛刺→清洗→熱處理→檢驗。方案2 主要是將方案1 的1 次彎曲成形分為2 次成形，其余工序不變，零件沖壓成形過程如圖3所示。

圖3 沖壓成形過程

（1）彎曲成形I。在毛坯基礎上將片彈簧頂部彎曲成形，保證頂部特征的穩定，片彈簧根部進行預彎成形，減少2次彎曲成形時片彈簧回彈量。

（2）彎曲成形II。對片彈簧根部進行彎曲成形，22 根片彈簧中間彎曲成腰鼓狀，片彈簧根部與底面近似垂直，保證根部特征的穩定，完成屏蔽片彈簧的基本形狀成形。

對以上方案分析可知，方案1 彎曲成形時片彈簧變形大，頂部和根部有向外擴張的現象；方案2將片彈簧分2 次彎曲成形，保證了片彈簧頂部和根部的特征，因此方案2更合理。

2 屏蔽片彈簧變形原因分析

成形的屏蔽片彈簧入庫檢驗時發現φ14.3 mm尺寸超差，且每根片彈簧成形一致性差，通過對屏蔽片彈簧生產流程分析，導致上述問題的原因有以下3個方面。

2.1 沖壓工序不合理

（1）彎曲成形II模具結構如圖4 所示，經彎曲成形I 后的片彈簧正向放置在下模中，彎曲成形時靠屏蔽片彈簧的中間定位孔進行定位，上模向下運動，完成片彈簧成形，然后上模向上運動。由于零件結構特殊，屏蔽片彈簧為上小下大結構，彎曲后會緊包裹在上模，靠人工將屏蔽片彈簧從上模取出，存在片彈簧變形的可能。

圖4 彎曲成形II模具結構

（2）沖孔結構如圖5所示，將屏蔽片彈簧倒扣在下模，上模向下運動完成沖孔，考慮片彈簧取出變形，設計下模外徑比屏蔽片彈簧內切圓小0.05 mm，由于公差相對較小，人工取件時有變形情況，屏蔽片彈簧會發生明顯變形，圖6（a）左側部分片彈簧向外擴張，圖6（b）下半部分的片彈簧向內凹。

圖5 沖孔結構

2.2 清洗環節

去除毛刺后，將屏蔽片彈簧放入圓形載具中，利用設備進行自動清洗、焙烘，20 min 后完成清洗，經檢查，未發現零件互插、變形，說明清洗環節不影響片彈簧變形。

2.3 材料回彈影響

屏蔽片彈簧材料為鈹青銅材料，在模具設計時考慮了變形因數，將模具零件尺寸進行相應設計，沖壓成形過程中，單個片彈簧還是存在反向的彈性變形，導致屏蔽片彈簧內切圓尺寸與設計尺寸不一致?？紤]成形后應力的影響，清洗后進行熱處理，消除成形時產生的應力，零件尺寸穩定。

3 模具結構改進

因沖孔后取件發生變形以及材料回彈的影響，在沖孔工序后增加整形工序，以保證零件成形尺寸滿足要求。

圖7 所示為屏蔽片彈簧整形模，屏蔽片彈簧在成形過程中由于回彈和取件導致變形，整形模可以消除回彈和取件變形這2 個因素，取件環節的模具設計非常重要。考慮取件的方便性，將上模按片彈簧內切圓尺寸設計，保證屏蔽片彈簧整形時內切圓尺寸，根部設計比內切圓尺寸小，并考慮了零件回彈補償，整形模由4個四分之一圓組成，非工作時為敞開狀態，工作時下模鑲入1根定位芯，定位芯頂部設計有凸臺，凸臺穿過屏蔽片彈簧根部內孔并與底部貼合，用于屏蔽片彈簧整形時定位。當斜楔向下運動與滑塊接觸時[7]，整形模為閉合狀態，實現片彈簧整形；當斜楔向上運動與滑塊分離時，整形模分開，即可將屏蔽片彈簧從上模取出，完成整形，片彈簧尺寸較好，無變形，如圖8所示。

圖7 整形模結構

圖8 整形后屏蔽片彈簧

4 結束語

根據屏蔽片彈簧結構特點，對沖壓成形過程和變形原因進行分析，采取回彈補償和增加整形工序的措施，得到了合格的成形零件，并提升了零件的合格率，采用斜楔式整形模對該類零件成形具有一定的借鑒作用。