汽車門護(hù)板氛圍燈用三腳插針級進(jìn)模設(shè)計(jì)

孟玉喜，蔡 軍，朱云開

（南通開放大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 南通 226006）

0 引 言

汽車氛圍燈不僅是營造車內(nèi)氛圍的裝飾，也是各大品牌汽車檔次識別度的體現(xiàn)。圖1所示為某汽車門護(hù)板氛圍燈用的插針端子，左右各1件，2件呈鏡像對稱，成形的制件在后續(xù)裝配時配對使用。制件中有與配件配合的一長兩短3只腳，3只腳頭部均需四面倒角，不能有損傷，2只短腳與1只長腳成垂直關(guān)系，長腳截面為1.2 mm×0.64 mm的矩形，長腳在15 mm長度方向上彎曲為Z狀。材料為Qsn6.5-0.1磷青銅，料厚0.64 mm，表面要求鍍錫處理，沖壓工藝如采用單工序模生產(chǎn)，不僅成形工藝復(fù)雜、生產(chǎn)效率低、安全性低，而且制件成形質(zhì)量也難以保證，綜合考慮，決定采用級進(jìn)模成形該制件。

圖1 三腳插針

1 排樣設(shè)計(jì)

排樣是級進(jìn)模設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，其設(shè)計(jì)的合理性決定成形制件的制造成本、質(zhì)量、生產(chǎn)效率甚至于安全性，依據(jù)三腳插針的外形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將左右2件呈45°斜排在1副模具中，一個沖次成形左右2個制件，共38個工位，設(shè)有一次倒角、沖導(dǎo)正銷孔、切邊一、切邊二、切邊三、二次倒角、彎曲45°、彎曲90°、Z形彎曲、Z形整形、制件Ⅰ落料、制件Ⅱ落料等12個主要沖壓工位，其余均為空工位。導(dǎo)正孔與導(dǎo)正銷的設(shè)置對級進(jìn)模的精確定位很重要，一般級進(jìn)模采用自動送料，必須在第2工位沖導(dǎo)正孔，第3工位進(jìn)行導(dǎo)正，但是因該成形制件的三腳頭部需四面倒角，故在排樣的第1工位對待成形制件相應(yīng)的部位進(jìn)行初次倒角（第1次倒角），其后再沖導(dǎo)正孔，這樣模具結(jié)構(gòu)緊湊，同時也不會影響模具零件的精確定位，排樣設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 排樣設(shè)計(jì)

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

級進(jìn)模一般采用內(nèi)、外雙重導(dǎo)向，設(shè)在上、下模座的導(dǎo)柱導(dǎo)套用以保證上模的精確運(yùn)動；模具內(nèi)部的小導(dǎo)柱、小導(dǎo)套給卸料板進(jìn)行導(dǎo)向。帶料在送進(jìn)過程中應(yīng)保證暢通無阻，否則無法實(shí)現(xiàn)自動沖壓，成形三腳插針的帶料在實(shí)際沖壓過程中，外側(cè)受到整體邊料的束縛，內(nèi)側(cè)由于在沖壓過程中的應(yīng)力沒有完全消除，內(nèi)應(yīng)力的釋放造成帶料長度方向在水平面上向一邊彎曲，造成鐮刀彎現(xiàn)象，即帶料一側(cè)的邊緣與直線產(chǎn)生偏離。成形過程中為盡量減少鐮刀狀彎曲對沖壓過程帶來的不利影響，在載體上增設(shè)沖加強(qiáng)筋工位(圖2中工位15附近），利用上模鑲件54和下模鑲件53（見圖3）成形加強(qiáng)筋，在邊料載體內(nèi)部形成應(yīng)力集中，避免帶料鐮刀彎的產(chǎn)生，同時在鑲件53的底部設(shè)計(jì)斜度，通過微調(diào)推桿40的作用，可在實(shí)際沖壓過程中調(diào)整加強(qiáng)筋的深度，將鐮刀狀彎曲變形控制最小。模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，還在凹模板的后外側(cè)設(shè)計(jì)了廢料分流塊44，用于控制上下兩邊料載體間的空隙尺寸，輔助成形加強(qiáng)筋鑲件的工作，確保帶料安全、穩(wěn)定并順利送進(jìn)，模具結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 模具結(jié)構(gòu)

3 模具主要零件設(shè)計(jì)

3.1 切邊鑲件設(shè)計(jì)

模具通過三次切邊實(shí)現(xiàn)成形制件的主要外形輪廓沖制，切邊鑲件的設(shè)計(jì)采用常規(guī)的鑲拼式結(jié)構(gòu)，切邊凸模通過固定護(hù)套固定于上固定板，卸料板上設(shè)有卸料護(hù)套，兩護(hù)套的外形尺寸相同，內(nèi)孔形狀一致，尺寸略有差異，相差一定量的間隙差值。因待成形制件的三腳頭部后續(xù)還需進(jìn)行倒角，設(shè)計(jì)切邊鑲件內(nèi)形孔尺寸時，對三腳頭部的形狀進(jìn)行過量沖裁，如圖4所示。圖4（a）所示外形輪廓軌跡為點(diǎn)a→b→c→d，但圖4（b）所示實(shí)際切邊軌跡為點(diǎn)a→e→f→d，圖4（c）中 0.1 mm為長腳的單側(cè)沖裁過量值，0.05 mm為兩短腳的單側(cè)沖裁過量值，這樣可彌補(bǔ)后續(xù)倒角時材料鋪開對三腳頭部形狀和尺寸的影響。

圖4 切邊鑲件過量設(shè)計(jì)

3.2 倒角鑲件設(shè)計(jì)

下模倒角鑲件的固定部分高度設(shè)計(jì)為19.9 mm，上模倒角鑲件固定于卸料板中，其固定高度為21.9 mm，下模板的厚度為20.0 mm，卸料板的厚度為22.0 mm，鑲件與模板厚度均相差0.1 mm，這樣設(shè)計(jì)的目的是防止倒角過程中在制件上留下壓痕，影響成形制件的外觀。三腳插針長短腳頭部寬度分別為1.2 mm和0.64 mm，而采用上、下模鑲件倒角的寬度分別設(shè)計(jì)為2.0 mm和1.6 mm，大于成形制件尺寸，基于成形制件外觀的考慮，保證插針頭部倒角成形完全到位，倒角鑲件如圖5所示。

圖5 倒角鑲件

3.3 彎曲鑲件設(shè)計(jì)

制件兩短腳彎曲90°分兩步進(jìn)行，先彎曲45°，再彎曲90°。彎曲45°時，在彎曲處設(shè)計(jì)一個小圓凸包，為彎曲 90°作準(zhǔn)備，如圖 6（a）～（c）所示，即在彎曲45°上模鑲件上凸出一個R0.15 mm、高0.35 mm的圓弧，對應(yīng)的下模鑲件凹進(jìn)R0.8 mm、深0.35 mm的圓弧。彎曲90°時在上模鑲件上設(shè)計(jì)3°的負(fù)斜角，如圖6（d）中的87°角，作為彎曲回彈的補(bǔ)償量，沖壓過程中，利用制件的回彈特性，保證成形制件的90°彎曲角，且不影響正常的卸料動作。

圖6 彎曲鑲件

3.4 微調(diào)推桿設(shè)計(jì)

微調(diào)推桿的作用是控制帶料鐮刀彎變形，工作時通過調(diào)節(jié)螺釘，使微調(diào)推桿向凹模板內(nèi)部作左右運(yùn)動，在微調(diào)推桿前端3°斜角的作用下推動成形加強(qiáng)筋下模鑲件向上運(yùn)動，達(dá)到調(diào)整邊料載體上成形加強(qiáng)筋深度的目的。微調(diào)推桿的材料硬度應(yīng)大于55 HRC，以增強(qiáng)其耐磨性，表面粗糙度值取Ra0.8 μm，使推桿能運(yùn)動自如，減小摩擦，微調(diào)推桿與凹模背面對應(yīng)槽孔的配合間隙為雙面0.05 mm，微調(diào)推桿如圖7所示。

圖7 微調(diào)推桿

3.5 廢料分流塊設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)廢料分流塊的目的是輔助成形加強(qiáng)筋鑲件并與其共同作用，盡量減小并控制帶料的鐮刀式彎曲，保證沖壓過程的順利進(jìn)行。為便于廢料分流塊的固定，設(shè)計(jì)定位板時，將定位板伸出凹模板外22 mm，并在伸出部分加工2個銷釘孔和2個螺釘過孔，用于廢料分流塊的定位與固定。廢料分流塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在49.7 mm×21.0 mm×3.0 mm的基體上加上一個9.9 mm×6.0 mm的矩形凸臺，并在一端倒成79°的斜錐狀，以便廢料自然滑落，如圖8所示。

圖8 廢料分流塊

4 結(jié)束語

為確保制件三腳頭部的倒角形狀和尺寸，先在整體帶料上初步倒角，再通過切邊時對頭部多切掉0.1 mm寬的料。實(shí)際生產(chǎn)證明，設(shè)計(jì)方法合理，成形的制件達(dá)到預(yù)期效果；另外采用深度可微調(diào)的方法成形邊料載體加強(qiáng)筋，控制了帶料的鐮刀式彎曲，使沖壓過程安全、平穩(wěn)、可靠，對成形同類制件的模具設(shè)計(jì)具有一定的參考作用。