精密高速沖壓模具的設(shè)計及應(yīng)用技術(shù)

文／梁建奇·杭州安費諾嘉力訊連接技術(shù)有限公司

精密高速沖壓模具的設(shè)計及應(yīng)用技術(shù)

文／梁建奇·杭州安費諾嘉力訊連接技術(shù)有限公司

梁建奇，沖模設(shè)計工程師，主要從事沖模設(shè)計工作，主要研究領(lǐng)域為電子、汽車、通訊等產(chǎn)品的連接器的五金端子沖壓模具開發(fā)設(shè)計。

精密高速沖壓是現(xiàn)代沖壓生產(chǎn)的先進技術(shù)，它將高速沖床技術(shù)、高精度沖模技術(shù)、高品質(zhì)制品材料技術(shù)、智能控制技術(shù)等高新技術(shù)融合為一體。相對普通沖壓而言，高速沖壓的速度每分鐘在幾百至上千沖次，具有質(zhì)量好，效率高，適合大規(guī)模生產(chǎn)的特點。因此被廣泛應(yīng)用于電子、通信、汽車、軍工、儀表儀器、醫(yī)療器械和家電產(chǎn)品等制造領(lǐng)域。杭州安費諾嘉力訊連接技術(shù)有限公司所生產(chǎn)的電子連接器沖壓件作為手機、電腦等產(chǎn)品的功能性零部件，有耐環(huán)境、機械性能和電氣性能等方面的要求，同時又是連續(xù)大批量生產(chǎn)，產(chǎn)品精度要求比較高，為提高產(chǎn)品的性能，會對產(chǎn)品的局部進行鍍金、鍍銀、鍍錫及熱處理等工藝。下面結(jié)合本公司生產(chǎn)實際狀況，就連接器端子的高速沖壓模具在設(shè)計上的排樣工藝及模具結(jié)構(gòu)方面進行探討分析。

在設(shè)計模具時，關(guān)于模具的結(jié)構(gòu)、料帶都必須和客戶反復(fù)謹慎地確認，有了這個基礎(chǔ)才能把關(guān)于模具設(shè)計的想法整理成設(shè)計資料。對于高速精密沖壓零件，在產(chǎn)品圖紙上會標注各個尺寸的公差，因為沒有公差的話就無法進行實際的生產(chǎn)，不管是不是重要尺寸都必須要有公差。產(chǎn)品的重要尺寸是基于什么角度（組裝、性能或者其他）出發(fā)考慮其重要性，甚至重要尺寸具體放在哪個位置，必須在充分理解以上幾點的基礎(chǔ)上進行模具設(shè)計。連接器端子的產(chǎn)品信息如圖1所示，產(chǎn)品間隙為0.5mm，產(chǎn)品寬度只有0.35mm（實際下料取值為0.34mm），而且尺寸公差基本為0.04mm的公差帶，通過公差取值和折彎展開，連接器端子展開連料圖如圖2所示。

圖1 連接器端子產(chǎn)品信息

圖2 連接器端子展開連料圖

模具排樣圖分析

如果料帶和模具工位布局設(shè)計比較纖弱的話，沖壓生產(chǎn)過程中SPM（每分種的沖程次數(shù)）就上不去，產(chǎn)品品質(zhì)也不穩(wěn)定，同時生產(chǎn)性也會下降。因此必須把穩(wěn)定生產(chǎn)和品質(zhì)放在優(yōu)先位置，提前考慮材料寬幅及模板工位之間的強度等，決不能在布局存在不安定隱患的前提下勉強進行生產(chǎn)，這樣可能會導(dǎo)致無法挽回的后果。關(guān)于料帶的排樣設(shè)計必須經(jīng)過仔細、縝密、反復(fù)的思考。圖3為模具的排樣示意圖。

不安定隱患的布局

弧形

雖然節(jié)約材料很重要，但如果連接料帶極其狹窄的話，各工位沖壓加工產(chǎn)生的應(yīng)力以及定位針和定位孔內(nèi)壁之間的摩擦將導(dǎo)致連接料帶發(fā)生變形。產(chǎn)生這種弧形的話，不僅產(chǎn)品的品質(zhì)無法保證，而且可能發(fā)生材料料帶輸送過程中被下模凸出部分卡住導(dǎo)致送料位置不正確損壞模具。

關(guān)于高速沖壓加工想要在這里特別強調(diào)的一點是，高速精密沖床的慣性力將導(dǎo)致下死點的變動給生產(chǎn)帶來極大的影響，所以應(yīng)盡量使模具的上半部分小而輕，使高速精密沖床的沖程盡量小（一般10mm以下）。沖程如果變大的話慣性力也會變大，不僅帶來弧形問題，而且所輸送的材料也會遭到重力拍打，從產(chǎn)品的彎曲度到生產(chǎn)性都會受到很大影響。因此，在圖3所示的模具第12工位設(shè)計料帶弧形（扇形）調(diào)整工位，預(yù)防和校正料帶的弧形。

切邊

被加工材料從寬幅材料裁切至客戶指定寬度的材料有一個縱斷過程。該縱斷加工時發(fā)生的應(yīng)力是在縱斷材料寬幅的兩端，而且如果不去掉該應(yīng)力直接進行沖壓加工的話，會導(dǎo)致如圖4所示的弧形變形，導(dǎo)致沖壓加工無法繼續(xù)。在材料的分切加工過程中如果不發(fā)生分切內(nèi)部應(yīng)力的話，沖壓加工中就不需要切邊過程，但是從現(xiàn)階段來說，既然材料兩端存在內(nèi)部應(yīng)力，這個切邊過程就不可或缺。因此，以節(jié)約材料為名義省去切邊過程的沖壓加工是非常危險的，即使減少切邊的量也絕對不能省去切邊這個工序。

圖3 排樣示意圖

圖4 不安定隱患

沖裁接刀部位

在沖壓連續(xù)模的沖裁加工過程中，產(chǎn)品外形如果一次沖裁就可以完成，那就不存在接刀部位的問題，但是考慮到零件（沖頭、模仁等）的強度及制品精度等，沖裁加工有可能在數(shù)道工序里完成。如果接刀毛刺在送料及折彎過程中掉落到模具內(nèi)，或者散落在下模臺面上造成積壓形成大的塊狀，最終吸附到產(chǎn)品上形成壓痕的情況。產(chǎn)生這樣的壓痕不管是從產(chǎn)品品質(zhì)上還是外觀上都是不允許的。為了防止壓痕的發(fā)生，在模具設(shè)計過程中應(yīng)該進行充分的考慮，極力避免可能出現(xiàn)接刀毛邊的模具結(jié)構(gòu)。

圖5 接刀部位

沖裁接刀部位會形成的邊角部位，如圖5所示。因為接刀部位可能影響整個產(chǎn)品的美觀，所以盡可能的把接刀部位設(shè)計在產(chǎn)品組裝之后被隱藏起來的地方，這樣對于產(chǎn)品設(shè)計者及與沖壓相關(guān)的人員都會輕松不少。關(guān)于接刀部位，在設(shè)計前期必須和客戶進行商討確認，在充分考慮生產(chǎn)性和產(chǎn)品品質(zhì)的基礎(chǔ)上再提出產(chǎn)品形狀變更的方案。

圖6 定位針位置

設(shè)置各工位的位置時必須扎實穩(wěn)固

連接器端子的連續(xù)模大部分需要經(jīng)過10～20個工位的沖裁和折彎才能完成，這就需要考慮定位針的排布。沖壓加工是以定位針為基準進行的，定位針或定位孔的數(shù)量越多沖壓加工就越穩(wěn)定。因此，在離該工位最近的兩個位置進行設(shè)置，定位針的位置如圖6所示。例如要進行一次折彎、二次折彎的情況下，假設(shè)在附近只有一根定位針的情況下，可以推測材料會發(fā)生蛇形行進而影響折彎位置和折彎高度（定位針和定位孔之間多少存在一定的間隙）。同時，這些尺寸的穩(wěn)定性也會對生產(chǎn)構(gòu)成隱患。從模具構(gòu)造方面來看，也有無法設(shè)置定位針的位置，應(yīng)當在設(shè)置定位孔的位置盡可能的設(shè)置定位針。這些細微的考慮都會對產(chǎn)品品質(zhì)的穩(wěn)定性及生產(chǎn)性能的提高產(chǎn)生重大影響。

圖7 改善前后對比

如果模具設(shè)計時考慮不足，在開始生產(chǎn)后再進行產(chǎn)品圖紙的設(shè)計變更及模具的改造，將大大降低整個模具的精度及生產(chǎn)性。

模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

高速連續(xù)模從切邊工序開始，有多道下料、折彎工序，被加工材料經(jīng)過沖壓加工→脫料板擠壓→材料上浮→往前輸送→沖壓加工，被加工材料經(jīng)過脫料板的反復(fù)擠壓，這個過程是極其迅速的（1000SPM的情況下是每秒17次）。因此在模具設(shè)計時應(yīng)該使各工位保持在最小限度，特別是作為精度重要的折彎加工等工位應(yīng)盡可能的在較前的工位完成。這些重要加工安排得越往后，由于間距誤差及材料的延伸等造成的卸料板布局都會使材料在X和Y方向的位置發(fā)生巨大的變形。

等高螺栓斷裂的對策

在以往設(shè)計的高速精密沖壓模具中，上模等高螺栓和壓力彈簧排布在一起，模具在高速生產(chǎn)過程中會把等高螺栓拉斷，把普通的等高螺栓更換為不銹鋼螺栓后，模具在提速到1000SPM生產(chǎn)一段時間后依然會有拉斷的情況發(fā)生。改進后通過一個“凹”形掛塊替代等高螺栓來固定脫料板，進而實現(xiàn)模具的高速穩(wěn)定生產(chǎn)，如圖7所示。

結(jié)束語

本文通過對高速精密端子模具的料帶排樣進行設(shè)計方面的探討和分析，而在實際量產(chǎn)時影響模具穩(wěn)定高速生產(chǎn)的因素還有很多，往往通過一些技術(shù)上的小突破都會對模具的穩(wěn)定性和效率給予很大的提升，同時也可以降低生產(chǎn)成本，創(chuàng)造更多的價值。