孟玉喜，張 平，王 斌，張建雷

（1.南通開放大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江蘇南通 226006；2.南通友星機(jī)電工業(yè)有限公司，江蘇南通 226000；3.南通蘇禾車燈配件有限公司，江蘇南通 226000）

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(dòng)、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(duì)原材料的選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、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(zhǎng)17.5mm，總體而言由左右兩部分組成。左邊為壓接導(dǎo)線的大小兩處U形，壓接時(shí)小U形直接與導(dǎo)線上裸露的銅絲接觸，工作時(shí)導(dǎo)線中的電流由此處傳輸給插頭端子，大U 形處與導(dǎo)線的絕緣層包合，增加導(dǎo)線與端子的壓接保持力，確保壓接導(dǎo)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φ4.0mm、小端尺寸φ2.8mm 的圓錐狀，與插座端子工作時(shí)起導(dǎo)向作用，右中部φ4.0mm 的圓柱為插頭與插座有效接觸的工作部位，其中長(zhǎng)1.4mm處為外徑φ3.5mm 的淺凹槽，用于與插座端子上對(duì)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(qiáng)凸臺(tái)，用以增加連接強(qiáng)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(jì)的重點(diǎn)，制件包含打筋、切邊、打商標(biāo)、打加強(qiáng)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(fù)合模具均不能滿足要求，只能采用多工位級(jí)進(jìn)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(jì)

排樣設(shè)計(jì)是在對(duì)沖壓件進(jìn)行工藝性分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)沖壓件的特點(diǎn)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(jì)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φ2.0mm 的孔作后續(xù)工序的定位孔，其次分3次進(jìn)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(jìn)時(shí)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(jìn)行分析：①對(duì)于此類形狀復(fù)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(shí)，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?；谝陨峡紤]，設(shè)計(jì)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(gè)。排樣圖如圖2所示。

圖2 排樣圖

4 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圓柱式插頭端子的多工位級(jí)進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)如下：

（1）作為一副精密沖壓模具，該級(jí)進(jìn)模采用內(nèi)外同時(shí)導(dǎo)向的結(jié)構(gòu)形式，外部采用標(biāo)準(zhǔn)滾珠導(dǎo)柱導(dǎo)套24模架，模內(nèi)設(shè)計(jì)了4副滑動(dòng)導(dǎo)柱42導(dǎo)套39和41，卸料板和凹模固定板上均采用導(dǎo)套，既便于保證線切割加工時(shí)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(duì)卸料板進(jìn)行精確導(dǎo)向，確保沖裁時(shí)運(yùn)行平穩(wěn)。此外，凸模與卸料板或卸料板護(hù)套型孔之間的間隙值設(shè)計(jì)時(shí)要小于沖裁間隙值，以保證對(duì)凸模的導(dǎo)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(shí)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(dá)±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(hù)套上型孔的配合間隙為雙邊0.02mm的情況下，仍然能靈活運(yùn)動(dòng)。

圖3 模具結(jié)構(gòu)

（3）為了凸模磨損或損壞后無(wú)需拆散模具就可將其從上模卸下進(jìn)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(guò)小壓塊（如圖3 中的件8）進(jìn)行軸向（模具上下運(yùn)動(dòng)的方向）固定。沖定位孔、切邊等小凸模則利用臺(tái)階進(jìn)行軸向固定，固定護(hù)套與固定板孔間采用間隙配合，小壓塊軸向固定護(hù)套，需更換或刃磨凸模時(shí)，通過(guò)貫穿上模座和上模墊板的敲擊孔18，將凸模與護(hù)套一起從上模取出。

（4）為了防止級(jí)進(jìn)模工作過(guò)程中出現(xiàn)異常現(xiàn)象而使生產(chǎn)無(wú)法正常進(jìn)行，模具中設(shè)計(jì)了由檢測(cè)釘27、彈簧28、螺塞29、檢測(cè)推桿26和安全微型開關(guān)25組成的檢測(cè)裝置。當(dāng)各種原因?qū)е聨Я纤瓦M(jìn)不正常時(shí)，將導(dǎo)致檢測(cè)釘不能順利插入帶孔浮料銷的導(dǎo)正孔中，檢測(cè)釘上移從而推動(dòng)推桿向左運(yùn)動(dòng)，使安全微型開關(guān)立刻切斷高速?zèng)_床的電源，使沖床隨即停止沖壓工作，從而保護(hù)模具。

5 模具主要零件設(shè)計(jì)

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(fù)雜，它應(yīng)滿足兩方面的基本要求：一是應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，不能在沖壓過(guò)程中斷裂或破壞；二是對(duì)其材料及熱處理應(yīng)有適當(dāng)要求，防止硬度太高而脆裂。

5.1 切邊Ⅰ鑲塊設(shè)計(jì)

切邊Ⅰ鑲塊共4件，分別為凸模、凸模固定護(hù)套、卸料板護(hù)套和切邊凹模鑲塊。凸模外形尺寸10.0×3.5×60.0mm，采用掛臺(tái)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(zhǎng)寬四角平面內(nèi)3個(gè)直角處以R2mm 圓弧過(guò)渡，左下處保留直角狀，可起到裝配防錯(cuò)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(hù)套、卸料板護(hù)套的型孔尺寸按凸模尺寸放雙面間隙0.02mm，長(zhǎng)寬外形平面尺寸與凹模鑲塊一致，卸料板護(hù)套的左下直角部位進(jìn)行部分側(cè)倒角，上部保留3mm 以形成小凸臺(tái)，然后卸料板護(hù)套利用此小凸臺(tái)與卸料板的型孔進(jìn)行固定。切邊一鑲塊的設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 切邊Ⅰ鑲塊

5.2 壓槽打凸組合設(shè)計(jì)

考慮到成形位置較近，設(shè)計(jì)該鑲塊時(shí)，將打加強(qiáng)凸與壓制件右中部淺凹槽同步進(jìn)行，打加強(qiáng)凸的凸模通過(guò)掛臺(tái)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L(zhǎng)57.0mm，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(cuò)作用，其上設(shè)有一φ4.02mm 的浮料釘孔。壓槽打凸組合設(shè)計(jì)具體如圖5所示。

圖5 壓槽打凸組合設(shè)計(jì)

5.3 成形鑲塊設(shè)計(jì)

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(hù)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(hù)套的設(shè)計(jì)，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(shí)設(shè)有0.6mm 的斜度（即圖中尺寸25.0 與24.4mm 之差），卸料護(hù)套外形尺寸為12.0×21.04×19.5mm，為使模具結(jié)構(gòu)緊湊同時(shí)兼顧制造方便，卸料護(hù)套設(shè)計(jì)成敞開式。成形下模由兩成形凹模拼合而成，對(duì)于此類結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的凹模，采用鑲拼結(jié)構(gòu)可適當(dāng)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(tái)，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(dǎo)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(tái)進(jìn)行定位，在成形凸模的對(duì)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(shí)同時(shí)要注意相關(guān)過(guò)渡R 的修整。成形鑲塊設(shè)計(jì)如圖6所示。

圖6 成形鑲塊設(shè)計(jì)

5.4 整形設(shè)計(jì)

為了使制件功能部位的尺寸和圓柱狀得到保證，設(shè)計(jì)了3 個(gè)整形工位，3 個(gè)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(qiáng)凸），整形Ⅰ的下模成形部位設(shè)計(jì)為R1.95mm，上模設(shè)計(jì)為R1.85mm，整形Ⅱ的上、下模成形部位都設(shè)計(jì)為R1.96mm，整形后的制件經(jīng)適當(dāng)回彈后能基本達(dá)到制件圖紙尺寸要求，整形Ⅲ主要是起預(yù)防作用，防止整形Ⅱ之后的制件尺寸萬(wàn)一達(dá)不到要求的時(shí)候，起補(bǔ)救保障作用。整形鑲塊設(shè)計(jì)如圖7所示。

6 結(jié)束語(yǔ)

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(jì)是否合理。生產(chǎn)企業(yè)要想延長(zhǎng)精密沖壓模具的使用壽命，就必須合理設(shè)計(jì)沖壓模具的結(jié)構(gòu)。生產(chǎn)實(shí)踐證明，該沖壓模具的使用壽命得到真正延長(zhǎng)，得益于模具設(shè)計(jì)過(guò)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(jì)比較薄弱的部位時(shí)，必須利用圓弧過(guò)渡；設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的凹模時(shí)，應(yīng)采用鑲拼結(jié)構(gòu)。

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

（3）設(shè)計(jì)精密端子沖壓模具凸模時(shí)，應(yīng)注重導(dǎo)向保護(hù)和支撐。如果設(shè)計(jì)的凸模尺寸較小，則模具的結(jié)構(gòu)應(yīng)采用自身保護(hù)和導(dǎo)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(dāng)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(zhǎng)精密端子沖壓模具的使用壽命。

圖7 整形鑲塊設(shè)計(jì)