【摘要】通過對汽車連接器中常見的一款圓柱式插頭端子的沖壓工藝進行分析， 提出了沖孔、打筋、 切邊、 打凸、 打扁、 成形、 整形等加工工藝， 設(shè)計了排樣圖及模具結(jié)構(gòu)， 介紹了基于模具精度和使用壽命的模具主要零件的設(shè)計要點， 重點闡述了沖裁-彎曲-成形類多工位級進模具的結(jié)構(gòu)特點。經(jīng)生產(chǎn)實踐證明：該模具結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、 布局緊湊， 沖裁成形的制件質(zhì)量可靠、 生產(chǎn)效率高， 模具的使用壽命得以延長， 對類似制件的級進模設(shè)計具有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：圓柱式插頭端子；沖壓工藝；排樣設(shè)計；級進模

1 引言

連接器端子是汽車電子設(shè)備中不可缺少的精密零件， 在日常超高溫、 低溫， 振動、 濕熱、 腐蝕性等環(huán)境之下， 要確保能有效正常被使用， 這使得在連接器端子對原材料的選擇、 結(jié)構(gòu)設(shè)計、 加工工藝方面有著更高的要求。

2 沖壓工藝分析

圖1所示是汽車連接器中常見的一款圓柱式插頭端子， 該款圓柱式插頭端子材料為 H70 黃銅， 厚度0.4mm， 總長 17.5mm， 總體而言由左右兩部分組成。左邊為壓接導線的大小兩處U形， 壓接時小U形直接與導線上裸露的銅絲接觸， 工作時導線中的電流由此處傳輸給插頭端子， 大U形處與導線的絕緣層包合，增加導線與端子的壓接保持力， 確保壓接導線后的端子安全穩(wěn)定地工作；右邊是端子的工作部位， 最右側(cè)為大端尺寸 ? 4.0mm、 小端尺寸 ? 2.8mm的圓錐狀， 與插座端子工作時起導向作用， 右中部 ? 4.0mm的圓柱為插頭與插座有效接觸的工作部位， 其中長1.4mm處為外徑 ? 3.5mm的淺凹槽， 用于與插座端子上對應(yīng)部位凸起的配合， 增加插頭端子與插座端子之間的工作保持力。左右連接處有一0.2mm高的加強凸臺， 用以增加連接強度。插頭端子工作部位的形狀和尺寸的要求比較高， 是設(shè)計的重點， 制件包含打筋、 切邊、 打商標、 打加強凸、 打R形、 打扁、 成形、 整形等主要工序內(nèi)容， 制件屬于批量大而尺寸較小的彎曲成形件， 顯然單工序模和復合模具均不能滿足要求， 只能采用多工位級進模才能滿足大批量生產(chǎn)的需求。

圖1 圓柱式插頭端子

3 排樣設(shè)計

排樣設(shè)計是在對沖壓件進行工藝性分析的基礎(chǔ)上， 根據(jù)沖壓件的特點確定工藝方案。確定工藝方案主要考慮的內(nèi)容是：確定沖壓件的工序數(shù)、 工序間的組合方式以及工序順序的安排， 沖壓件工序數(shù)一般容易確定， 關(guān)鍵是確定工序間的組合方式與工序的順序。

該排樣設(shè)計包含沖裁和彎曲成形兩大部分， 沖裁順序的安排主要是：首先沖出 ? 2.0mm的孔作后續(xù)工序的定位孔， 其次分3次進行切邊獲得制件的展開外形輪廓， 目的是在力所能及的情況下， 盡量提高帶料工作送進時的剛度。U形彎曲及圓柱形成形工藝方案的確定主要從工序順序安排方面進行分析：①對于此類形狀復雜的彎曲件， 一般需要采用2次或3次彎曲成形；②需多次彎曲時， 彎曲次序一般是先彎兩端，后彎中間部分， 前次彎曲應(yīng)考慮后次彎曲有可靠的定位， 后次彎曲不能影響前次已成形的形狀。基于以上考慮， 設(shè)計了15工位的排樣圖， 帶料寬度23.2mm， 步距14.0mm， 其中空工位3個。排樣圖如圖2所示。

圖2 排樣圖

1.沖導正釘孔 2.打壓線筋 3.切邊Ⅰ及打商標 4.切邊Ⅱ 5.空工位 6.打加強凸 7.空工位 8.打R形 9.切邊Ⅲ 10.空工位 11.打扁 12.成形 13.整形Ⅰ 14.整形Ⅱ 15.整形Ⅲ

4 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

圓柱式插頭端子的多工位級進模模具結(jié)構(gòu)如圖3所示。該模具由常規(guī)的八塊模板構(gòu)成的標準模具結(jié)構(gòu)， 即由上模座12、 上模墊板11、 上模固定板9、 卸料蓋板36、 卸料板37、 凹模固定板40、 下模墊板44、 下模座46等組成。模具主要特點如下：

（1） 作為一副精密沖壓模具， 該級進模采用內(nèi)外同時導向的結(jié)構(gòu)形式， 外部采用標準滾珠導柱導套24模架， 模內(nèi)設(shè)計了4副滑動導柱42導套39和41， 卸料板和凹模固定板上均采用導套， 既便于保證線切割加工時凸模固定板、 卸料板和凹模板上相關(guān)功能型孔的同軸度；又可對卸料板進行精確導向， 確保沖裁時運行平穩(wěn)。此外， 凸模與卸料板或卸料板護套型孔之間的間隙值設(shè)計時要小于沖裁間隙值， 以保證對凸模的導向作用。

（2） 模具利用6組帶卸料定距套31的定距螺釘，制造時6只定距套的高度尺寸一起磨削加工， 能獲得較高的尺寸精度 （精度可達±0.005mm） ， 使卸料板下平面與凹模上平面之間的平行度較好， 保證了各凸模與卸料板護套上型孔的配合間隙為雙邊0.02mm的情況下， 仍然能靈活運動。

（3） 為了凸模磨損或損壞后無需拆散模具就可將其從上模卸下進行刃磨或更換， 該模具的凸模與凸模固定板孔間采用間隙配合， 另外通過小壓塊 （如圖 3 中的件 8） 進行軸向 （模具上下運動的方向） 固定。沖定位孔、 切邊等小凸模則利用臺階進行軸向固定， 固定護套與固定板孔間采用間隙配合， 小壓塊軸向固定護套， 需更換或刃磨凸模時， 通過貫穿上模座和上模墊板的敲擊孔18， 將凸模與護套一起從上模取出。

（4） 為了防止級進模工作過程中出現(xiàn)異常現(xiàn)象而使生產(chǎn)無法正常進行， 模具中設(shè)計了由檢測釘27、 彈簧28、 螺塞29、 檢測推桿26和安全微型開關(guān)25組成的檢測裝置。當各種原因?qū)е聨Я纤瓦M不正常時， 將導致檢測釘不能順利插入帶孔浮料銷的導正孔中， 檢測釘上移從而推動推桿向左運動， 使安全微型開關(guān)立刻切斷高速沖床的電源， 使沖床隨即停止沖壓工作， 從而保護模具。

圖3 模具結(jié)構(gòu)

5 模具主要零件設(shè)計

凸、 凹模零件是直接使坯料成形的工作零件， 因此， 它是模具上的關(guān)鍵零件。凸、 凹模不但精密而且復雜， 它應(yīng)滿足兩方面的基本要求：一是應(yīng)有足夠的強度， 不能在沖壓過程中斷裂或破壞；二是對其材料及熱處理應(yīng)有適當要求， 防止硬度太高而脆裂。

5.1 切邊Ⅰ鑲塊設(shè)計

切邊Ⅰ鑲塊共4件， 分別為凸模、 凸模固定護套、卸料板護套和切邊凹模鑲塊。凸模外形尺寸10.0×3.5×60.0mm， 采用掛臺固定的形式；凹模鑲塊外形尺寸：18.0×11.0×25.0mm， 從模具零件使用方面考慮， 為避免出現(xiàn)應(yīng)力集中的情況， 長寬四角平面內(nèi)3個直角處以R2mm圓弧過渡， 左下處保留直角狀， 可起到裝配防錯作用， 刃口直邊3mm， 其余單側(cè)斜2°， 利于切邊廢料自然落下， 防止脹?，F(xiàn)象， 凹模型孔尺寸按凸模尺寸放雙面間隙0.03mm；凸模固定護套、 卸料板護套的型孔尺寸按凸模尺寸放雙面間隙0.02mm， 長寬外形平面尺寸與凹模鑲塊一致， 卸料板護套的左下直角部位進行部分側(cè)倒角， 上部保留3mm以形成小凸臺，然后卸料板護套利用此小凸臺與卸料板的型孔進行固定。切邊一鑲塊的設(shè)計如圖4所示。

圖4 切邊Ⅰ鑲塊

a — —凸模 b — —凹模鑲塊

c — —凸模固定護套 d — —卸料板護套

5.2 壓槽打凸組合設(shè)計

考慮到成形位置較近， 設(shè)計該鑲塊時， 將打加強凸與壓制件右中部淺凹槽同步進行， 打加強凸的凸模通過掛臺固定于壓 （淺凹） 槽的凸模中， 壓槽凸模的側(cè)面設(shè)有1.0×5.0mm的讓位槽孔， 利用小壓塊 （圖3中的件 8）借助螺釘固定到凸模固定板上， 凸?？傞L57.0mm， 頭部有一8.0mm的讓位缺口；凹模鑲塊外形尺寸14.0×12.0×25.27mm， 左上角1.5×1.5mm的倒角同樣是起防錯作用， 其上設(shè)有一 ? 4.02mm的浮料釘孔。壓槽打凸組合設(shè)計具體如圖5所示。

圖5 壓槽打凸組合設(shè)計

a — —壓淺凹槽凸模 b — —打加強凸凸模 c — —組合凹模

5.3 成形鑲塊設(shè)計

成形鑲塊分為上、 下模兩部分。成形上模固定于卸料板中， 包含成形凸模和卸料護套， 各自的固定方式類似前面所述切邊一凸模及其卸料板護套的設(shè)計，成形凸模的外形輪廓基本尺寸為3.0×17.47×25.0mm，頭部有 R1.5mm、 R1.25mm、 R1.1mm 和兩 R0.9mm 等 5處圓弧成形角度， 下側(cè)同時設(shè)有0.6mm的斜度 （即圖中尺寸25.0與24.4mm之差） ， 卸料護套外形尺寸為12.0×21.04×19.5mm， 為使模具結(jié)構(gòu)緊湊同時兼顧制造方便， 卸料護套設(shè)計成敞開式。成形下模由兩成形凹模拼合而成， 對于此類結(jié)構(gòu)比較復雜的凹模， 采用鑲拼結(jié)構(gòu)可適當提高模具的使用壽命， 成形凹模Ⅰ用以成形制件的左邊， 成形凹模Ⅱ用以成形制件的右邊（圖1制件圖所示） ， 成形凹模Ⅰ上設(shè)有一組寬3.5mm，高1mm的凸臺， 從而形成中間尺寸為7.4mm的凹槽，凹槽上端的8.2mm的尺寸起導向作用， 成形U形前，小U形的展開尺寸 （7.2mm） 先落入凹槽內(nèi)， 依靠凸臺進行定位， 在成形凸模的對應(yīng)位置， 成形凹模Ⅱ上依次設(shè)有R1.9mm、 R1.65mm、 R1.3mm和兩處R0.8mm等弧成形角度， 鑲塊加工時同時要注意相關(guān)過渡R的修整。成形鑲塊設(shè)計如圖6所示。

圖6 成形鑲塊設(shè)計

a — —卸料護套 b — —成形凸模 c — —成形凹模Ⅰ d — —成形凹模Ⅱ

5.4 整形設(shè)計

為了使制件功能部位的尺寸和圓柱狀得到保證， 設(shè)計了3個整形工位， 3個整形鑲塊的型孔平面尺寸一致， 均為12.0×13.5mm， 下模鑲塊上均設(shè)有3.3×1.2×0.3mm的讓位孔 （避讓排樣圖中工位6的打加強凸） ， 整形Ⅰ的下模成形部位設(shè)計為R1.95mm， 上模設(shè)計為R1.85mm，整形Ⅱ的上、 下模成形部位都設(shè)計為R1.96mm， 整形后的制件經(jīng)適當回彈后能基本達到制件圖紙尺寸要求， 整形Ⅲ主要是起預防作用， 防止整形Ⅱ之后的制件尺寸萬一達不到要求的時候， 起補救保障作用。整形鑲塊設(shè)計如圖7所示。

圖7 整形鑲塊設(shè)計

a — —整形上模Ⅰ b — —整形上模Ⅱ c — —整形上模Ⅲ d — —整形下模Ⅰ e — —整形下模Ⅱ f — —整形下模Ⅲ

6 結(jié)束語

從一定程度上講， 精密端子沖壓模具的使用壽命取決于沖壓模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理。生產(chǎn)企業(yè)要想延長精密沖壓模具的使用壽命， 就必須合理設(shè)計沖壓模具的結(jié)構(gòu)。生產(chǎn)實踐證明， 該沖壓模具的使用壽命得到真正延長， 得益于模具設(shè)計過程中充分考慮了以下4方面的內(nèi)容：

（1） 為避免出現(xiàn)應(yīng)力集中的情況， 設(shè)計比較薄弱的部位時， 必須利用圓弧過渡；設(shè)計結(jié)構(gòu)比較復雜的凹模時， 應(yīng)采用鑲拼結(jié)構(gòu)。

（2） 設(shè)計精密端子沖壓模具的凹或凸模時， 必須合理選擇其結(jié)構(gòu)中的圓角半徑。

（3） 設(shè)計精密端子沖壓模具凸模時， 應(yīng)注重導向保護和支撐。如果設(shè)計的凸模尺寸較小， 則模具的結(jié)構(gòu)應(yīng)采用自身保護和導向結(jié)構(gòu)。

（4） 為了有效改善凹或凸模部位的受力狀態(tài)， 可以適當增大沖壓模具的間隙， 這樣做有利于減緩凹或凸模刃口磨損的程度和速度， 從而延長精密端子沖壓模具的使用壽命。