一種L形導電連接件的工藝及模具設計

文/魏軍偉，楊科軍·豫西工業集團河南江河機械有限責任公司

一種L形導電連接件的工藝及模具設計

文/魏軍偉，楊科軍·豫西工業集團河南江河機械有限責任公司

本文詳細闡述了L形折彎排工藝分析及排樣設計，沖壓模具和折彎模具的主要結構。通過生產驗證，該模具滿足生產需要，降低了生產成本，實現了批量生產。

隨著國家“一帶一路”戰略的發展，國內中低壓配電柜的需求量也在不斷增加。而L形產品是配電柜母線的重要組成部分，是配電柜中的通用連接元件，因而研究它的加工工藝、制造成本具有普遍意義。

圖1 L形折彎排

該類產品的幾何形狀及尺寸如圖1所示，產品材料為T2，屬于通用型零件、使用量較大。目前國內的加工企業大都采用自動沖剪一體機進行沖孔、下料。但在競爭日益激烈的市場環境下，全自動沖剪工藝，由于生產效率低下，加工成本高，已不能適應市場低成本的需要。正是基于上述原因，本人和團隊人員通過技術創新，進行了工藝摸索和試驗。

產品的技術要求

⑴化學成分。主要成分：(Cu+Ag)≥99.99%，其他化學元素按T2標準執行。

⑵表面質量。銅母線表面應顏色均勻、光潔平整、無油污或污物，外觀無明顯劃痕、凹坑、磕碰、劃傷、飛邊、裂紋等明顯缺陷。

⑶尺寸要求。產品窄邊直線度≤1mm/m，寬邊直線度≤1mm/m，其他尺寸及公差均符合圖1要求。

⑷理化性能?？估瓘姸取?50MPa，延伸率≥14%，70～95mm；屈服強度≥200MPa；20℃時，導電率≥98%IACS。

零件的加工工藝分析

⑴材料。該零件的材料為T2。

⑵沖裁件的結構工藝性。由于加工產品厚度尺寸為5mm，寬度尺寸為20mm，為了提高生產效率，降低生產成本，采用沖壓工藝對產品進行加工。

⑶精度和表面粗糙度。該零件孔的對稱度公差≤0.5mm，位置度公差≤0.5mm，依據產品尺寸公差，利用級進沖裁可達到零件圖樣要求。工藝路線：材料準備（5mm×20mm銅排）→級進沖裁→修整→折彎→包裝。

模具設計方案

方案1：單工序模，先落料外形，后沖孔成形，最后進行折彎加工。該結構簡單，易于制造，缺點是使用模具太多，成本升高，需要沖壓設備多。

方案2：復合模，落料、沖孔一次復合成形，最后進行折彎加工。該結構的模具制造難度較大，精度要求較高，由于所供坯料為5mm×20 mm×4000mm，復合模會造成母排側面劃傷，因此不能采用復合模。

方案3：級進模，沖孔落料級進成形。模具制造的復雜性和價格低于復合模，適合于零件大批量生產。

經上述分析，確定該產品采用方案3進行模具設計、加工制造。

相關的工藝計算

沖裁模具的計算

通過計算后選用J23-25型壓力機，壓力機的主要技術參數見表1。

表1 壓力機的主要技術參數

計算凹凸模刃口尺寸及公差。因為該零件結構較簡單，但是公差要求比較嚴格，凹凸模采用配作加工，沖孔時以凸模為基準件，落料時以凹模為基準件，然后根據基準件實際尺寸按雙面間隙0.4～0.5mm配作加工另一件。凹凸模制造公差采用IT8級。

折彎模具的計算

通過計算后選用J23-10型壓力機，壓力機的主要技術參數見表2。

表2 壓力機的主要技術參數

而模具閉合高度由沖壓模具結構可以得出：Hm=125mm。該模具閉合高度在115～135mm之間，可使用該設備進行沖裁。

排樣設計及展開長度

沖壓件的排樣設計

根據零件形狀特征、質量要求、模具類型及結構方案、材料的利用率等因素進行沖壓件的排樣設計。設計排樣時，在保證沖壓件質量和模具壽命的前提下，主要考慮材料的充分利用，選擇最佳排樣方案。

由于該產品所用毛坯是5mm×20mm的直排，因此排樣設計具有很大的局限性，毛坯兩側面是直接拉拔而成，因此不能損傷產品側面，為了保證材料的充分利用，選擇的排樣方案如圖2所示。

圖2 L形折彎排樣圖

沖壓方向的確定，因毛刺的方向與折彎方向有關，所以沖裁方向無要求，采用直排，可以避免損傷產品側面，工序順序制定，第一工位沖孔，φ(6.1±0.1)mm、φ(8.5±0.1)mm，第二工位落料。

產品展開長度的計算

彎曲件的彎曲半徑較大時（r/t＞0.5），彎曲件的毛坯長度可取等于中性層的長度，產品的展開長度，如圖3所示。產品的展開長度及孔的位置，如圖4所示。

圖3 各部分尺寸圖

圖4 L形折彎排展開圖

模具整體主要結構設計

沖裁模設計

⑴根據產品加工工藝及沖裁工藝方案，結合大多數企業設備的情況,設計了一套沖孔、落料級進沖裁模。

⑵零件生產批量雖然較大，但合理安排生產用手工送料方式也能夠達到批量要求，且能降低模具成本?？紤]零件尺寸和厚度，為便于操作和保證零件精度，減少料頭和料尾的廢料，宜采用模具上設計矩形槽進行導向。

⑶沖孔、落料級進模采用正裝彈性卸料裝置沖模，長度依靠限位塊來進行定位，側面依靠矩形槽進行定位。卸料板增加防錯設計，采用2個導柱導向，2個導柱一大一小，方向反裝。導柱中有2個限位套定位，保證卸料板平行，防止卸料板產生水平擺動，從而保證小凸模不被折斷。為了便于操作，提高生產率，沖壓件和廢料采用由凸模直接從凹模洞口推出的下出料方式。模具結構圖，如圖5所示。

圖5 沖壓模具結構圖

⑷由于是級進模具，考慮零件的加工精度，因此采用導向平穩的對角式導柱模架。截斷沖頭和沖頭材料均為T10A，熱處理硬度為58～60HRC，凸模采用螺釘固定。凹模材料為Cr12，熱處理硬度為60～62HRC。

⑸沖孔、落料級進模的工作原理。將條料毛坯沿著凹模的矩形料槽送至定位塊處進行定位。啟動按鈕，踩下腳踏開關，上模隨壓力機滑塊向下運動，帶動上模板下行，首先卸料板壓緊料條，然后具有鋒利刃口的沖頭1、沖頭2一起穿過料條使沖孔廢料與條料分離而完成沖裁工作，結束后滑塊帶動上模板回升時，卸料板將箍在沖頭上的料帶卸下，完成第一工位的沖孔。

板料向前前進97.8mm的一個步距，踩下腳踏開關，壓力機上滑塊帶動上模板下行，沖頭進行切斷工作，而沖頭1、沖頭2又一次完成了料條上的沖孔工作，沖裁好的產品隨著壓力機的回程，由模具上的凹模洞口落入料框，完成了產品的沖裁。以后每進行一次沖壓，就會生產出一件新的產品。

折彎模具設計

為了便于產品的后續加工，考慮沖裁出來產品長度的一致性。因此在折彎模具設計時，折彎不采用導柱導向，靠下模具進行定位，使用開放式的模具進行加工制造，模具結構圖，如圖6所示。

圖6 折彎模具結構圖

⑴折彎模具凹模的設計。

當外加彎矩卸去以后，彎曲件就會產生彈性恢復，這種現象被稱為彎曲回彈，因此設計模具時需要考慮回彈量而對模具相應尺寸加以修正。由于料條材質為T2，查表得90°自由彎曲時的回彈角為1°，因此折彎凹模設計的角度是88.9°±20′，折彎凹模結構圖，如圖7所示。

圖7 折彎凹模結構圖

⑵折彎模工作原理。

將沖裁好的料條放入凹模的槽中。啟動按鈕，踩下腳踏開關，上模隨壓力機滑塊向下運動，帶動折彎凸模下行，沖頭接觸料條之后繼續下行，從而完成折彎工作，結束后凸模回升時，料條直接脫離，完成折彎工作。

結束語

通過該產品的結構、工藝分析與計算，采用級進模加工的制造工藝，實現了L形通用零件的高效率、低成本生產。經生產驗證，該制造工藝較為實用，模具結構設計合理，生產效率提高、成本降低，滿足批量生產的要求，對同類型產品的沖壓模具設計有一定的參考價值，可供廣大同行借鑒。