開關(guān)固定座沖孔、翻邊、切斷彎曲級進模設(shè)計

摘要：根據(jù)開關(guān)固定座的結(jié)構(gòu)和使用要求，對產(chǎn)品進行了沖壓成形工藝分析，采用無廢料排樣，降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。通過利用帶料的分條和設(shè)備上配置的自動送料機構(gòu)與雙排導(dǎo)正銷導(dǎo)料的聯(lián)合使用，保證了產(chǎn)品的外形尺寸。在排樣設(shè)計上，采用彎曲線與帶料的纖維方向垂直，使零件的最小彎曲半徑大于材料允許的最小彎曲半徑，避免了彎曲時外層金屬開裂。彎曲凸模采用組合式的活動結(jié)構(gòu)，使彎曲過程分步進行，既保證了產(chǎn)品質(zhì)量，又便于工件出模，讓沖壓生產(chǎn)安全可靠。經(jīng)生產(chǎn)驗證，該模具結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)安全可靠，產(chǎn)品成本低，生產(chǎn)效率高，綜合效益好。

Abstract： According to the structure and application requirement of the fixed seat of switch， the stamping process is analyzed， and the production cost of the product is reduced by the use of scrap free packing. The shape of the product is guaranteed by the joint use of the automatic feed mechanism and the double row guide pin guide material arranged on the equipment and the material with the material. In the layout design， the bending curve is perpendicular to the fiber direction with the material， so that the minimum bending radius of the part is greater than the minimum bending radius allowed by the material， and the outer metal cracking is avoided during bending. The flexural convex die adopts a combined moving structure to make the flexural process proceed step by step， which not only ensures the quality of the product， but also facilitates the die production of the workpiece， so that the stamping production is safe and reliable. Through the production verification， the mold structure is simple， the production safety is reliable， the product cost is low， the production efficiency is high， and the comprehensive benefit is good.

關(guān)鍵詞：開關(guān)固定座;級進模;排樣設(shè)計;組合凸模

Key words： switch fixed seat; step in die;layout design;combination convex mode

中圖分類號：TG385.2? ? ? ?; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A  ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）22-0106-04

1? 零件工藝分析

圖1所示是某廠生產(chǎn)的用來固定射燈開關(guān)固定座的零件圖，材料為Q235，料厚t=1.2mm，年產(chǎn)量100萬件，零件要求表面無劃痕、毛刺，沖壓成形后表面需鍍鎳處理。

圖1所示開關(guān)固定座零件材料Q235屬于普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，其抗剪強度為304～373MPa，屈服強度為235MPa，該材料質(zhì)量分數(shù)低，焊接性能好，塑性、韌性好[1]，是常用的沖壓材料之一。零件外形結(jié)構(gòu)相對簡單，屬對稱四角彎曲件。零件中兩個彎曲半徑不一致，一個為R1.5，一個為R0.3，其最小相對彎曲半徑為r/t=0.3/1.2=0.25，（式中：r為彎曲內(nèi)圓角半徑;t為彎曲件材料厚度）大于材料允許的最小相對彎曲半徑（當(dāng)彎曲線垂直于纖維方向時，材料允許的最小相對彎曲半徑為0.1[2]）。零件中兩個M4螺紋屬普通螺紋，其底孔直徑為3.3mm，螺紋孔高度2.4mm需經(jīng)預(yù)沖孔后翻邊而成，如圖2所示。翻邊前的預(yù)沖孔直徑為：d=D-2（h-0.43r-0.72t）=4.5-0.43×1.0-0.72×1.2=2.3（mm）（式中符號見圖2），翻邊系數(shù);而當(dāng)1.9時，預(yù)沖孔后采用球形翻邊凸模所允許的極限翻邊系數(shù)小于0.2[2]，因而螺紋孔的翻邊系數(shù)大于材料允許的極限翻邊系數(shù)，符合翻邊工藝要求。預(yù)沖孔孔壁間距及孔壁與邊緣的距離分別為：12.7mm和6.35mm，滿足一般沖壓工藝b≥2t=2×1.2=2.4mm（式中：b為孔壁間距或孔壁與邊緣距離;t為材料厚度）、并不得小于3～4mm的要求，預(yù)沖孔邊緣到彎曲線距離為7.35mm，滿足l≥t=1.2mm（式中：l為孔壁到彎曲線距離;t為材料厚度）條件，孔位于彎曲變形區(qū)之外，如圖3所示。此外預(yù)沖孔直徑為2.3mm，滿足沖裁時孔的最小尺寸1.0t=1.2mm要求。零件上的所有尺寸均為未注公差尺寸，按IT14級選用，尺寸精度要求不高。因而該零件具有良好的沖壓工藝性[3]。

2? 工藝方案的確定

該零件包含落料、沖預(yù)沖孔、翻邊、彎曲四個基本工序。有以下幾種方案：

方案一：落料→沖預(yù)沖孔→翻邊→彎曲，采用單工序模生產(chǎn)。

方案二：落料沖預(yù)沖孔→翻邊→彎曲，采用復(fù)合模和單工序模聯(lián)合生產(chǎn)。

方案三：沖預(yù)沖孔、翻邊、切斷彎曲，采用級進模生產(chǎn)。

方案一采用單工序沖壓，需要四副模具，四道工序，所需模具多，工序多，生產(chǎn)效率低，同時會由于工序間的定位誤差而使得產(chǎn)品的精度不高;方案二采用復(fù)合模和單工序模聯(lián)合生產(chǎn)，比方案一雖少了一副模具和一道工序，但仍需要三副模具、三道工序，生產(chǎn)效率不高，同時也存在因定位誤差而降低產(chǎn)品質(zhì)量的問題;且上述兩種方案均需采用有廢料沖裁，材料利用率低。方案三采用級進模生產(chǎn)，盡管模具相對復(fù)雜，但只需一副模具，且將落料、彎曲兩道工序改為切斷彎曲復(fù)合工序，采用無廢料沖裁，材料利用率達到100%，降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。因此結(jié)合零件要求和批量，擬采用方案三進行生產(chǎn)。

3? 零件工藝計算

3.1 零件展開長度計算

由開關(guān)座零件圖可以看出零件的彎曲邊由R1.5和R0.3的兩段圓弧組成，兩彎曲角的圓角半徑不同。

對于R1.5的彎曲角，其相對彎曲半徑為r/t=1.5/1.2=1.25>0.5，屬于有圓角半徑的彎曲，彎曲時變形區(qū)的材料變薄程度不嚴重，可按彎曲時中性層長度不變的原理計算其展開尺寸。其展開長度的計算如圖4所示。

3.2 排樣設(shè)計

該產(chǎn)品沖壓時的毛坯采用分條后的帶料，根據(jù)料厚1.2mm，料寬30mm的條件，查得分條后的帶料公差為0.2mm[6]，因產(chǎn)品外形尺寸為未注公差尺寸，按IT14級取其公差，其公差數(shù)值為0.52mm，因而分條后的帶料能滿足產(chǎn)品寬度尺寸要求;帶料的送進步距即零件的長度尺寸可利用沖床上配置的自動送料機構(gòu)初步控制，然后由螺紋翻邊前的預(yù)沖孔作為導(dǎo)正孔，采用雙排導(dǎo)正銷導(dǎo)正，使帶料送進步距得到精確控制，從而保證了零件的長度尺寸。這樣將切斷和彎曲工序合并為在一個工位同時進行的復(fù)合工序，即可實現(xiàn)零件的無廢料沖裁。由此在排樣設(shè)計時，可將該零件的工序設(shè)計為沖預(yù)沖孔、翻邊、切斷彎曲三道工序，同時為保證彎曲時，R0.3彎曲角的外層金屬不產(chǎn)生開裂，應(yīng)使彎曲線與帶料的纖維方向垂直。

排樣設(shè)計如圖7所示，設(shè)計了2道單工序和1道復(fù)合工序，五個工位。各工位的具體作用是：工位1沖兩螺紋翻邊前的預(yù)沖孔，并以這兩個預(yù)沖孔作為后續(xù)送料時精確控制步距的導(dǎo)正孔;工位2和工位3為空步，其目的是用于導(dǎo)正銷的導(dǎo)正，保證送料步距;工位4用于螺紋底孔翻邊;工位5用于產(chǎn)品的切斷和彎曲。

4? 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

模具結(jié)構(gòu)如圖8所示。

4.1 模具結(jié)構(gòu)特點

該模具在結(jié)構(gòu)設(shè)計上具有以下特點：

①模具采用四個外導(dǎo)柱25、外導(dǎo)套26和四個內(nèi)導(dǎo)柱11導(dǎo)向，保證了上、下模的導(dǎo)向精度;

②模具上設(shè)有的四個托料銷16和12個槽形托料銷[7]27是為了帶料送進時，帶料相對于凹模表面上浮4～5mm，避免翻邊后的螺紋孔影響帶料的順利送進;

③帶料送進時利用模外的導(dǎo)料板7和模內(nèi)的槽形托料銷27聯(lián)合導(dǎo)向，導(dǎo)向安全可靠;

④通過設(shè)備上配置的自動送料機構(gòu)[8]和導(dǎo)正銷15聯(lián)合控制送料步距，定位精度準確可靠;

⑤為避免沖孔凸模14在沖裁時彎曲折斷，沖孔凸模采用階梯結(jié)構(gòu)，其工作段與卸料板8采用H8/h8配合，從而使卸料板對沖孔凸模起到了護套式的保護作用;

⑥為保證彎曲時產(chǎn)品表面不被劃傷和彎曲后表面平整，彎曲凸模采用組合式活動結(jié)構(gòu)，工作時在開合模方向能靈活運動，從而實現(xiàn)零件在切斷后分步彎曲和整形，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

⑦為保證零件的順利出件，讓沖壓得以連續(xù)進行，彎曲凸模Ⅱ能在沖壓后的上?；爻踢^程中，將工件頂起，使其順利脫離模具。

4.2 模具工作原理

工作時，帶料沿模外導(dǎo)料板7和模內(nèi)槽形托料銷27送進，在工位1處沖螺紋翻邊前的預(yù)沖孔;在工位2和工位3處，以工位1沖出的預(yù)沖孔為導(dǎo)正孔，利用導(dǎo)正銷導(dǎo)正，確保帶料的精確定位;在工位4處對螺紋底孔翻邊，為保證翻邊后螺紋孔不影響送料，整個帶料在送進過程中由托料銷16和槽形托料銷27將帶料抬起，使其在凹模表面上浮4～5mm，同時槽形托料銷還可以將因卸料板上的導(dǎo)正銷帶起的帶料卸下;在接下來的切斷彎曲過程中，先由彎曲凸凹模29和凹模3將材料切斷，然后由彎曲凸模Ⅰ實現(xiàn)第一次彎曲，再由彎曲凸模Ⅱ?qū)崿F(xiàn)第二次彎曲并整形;在上?；爻踢^程中，由彎曲凸模Ⅱ?qū)⒐ぜ斊?，使其脫離模具，實現(xiàn)帶料的連續(xù)沖壓。

5? 模具設(shè)計需解決的問題

5.1 無廢料沖裁

在模具設(shè)計上利用了卷料分條時的公差能滿足產(chǎn)品的寬度公差要求，因而使其寬度尺寸由分條保證;利用設(shè)備上配置的自動送料機構(gòu)和導(dǎo)正銷聯(lián)合控制送料步距，使送料步距滿足產(chǎn)品長度尺寸要求，并將落料、彎曲兩道工序改為切斷彎曲復(fù)合工序，既實現(xiàn)了無廢料沖裁又提高了生產(chǎn)效率。

5.2 彎曲時外層材料開裂

因彎曲角為R0.3處的相對彎曲半徑為0.25，為保證該彎曲角在彎曲時外層金屬不產(chǎn)生開裂，零件排樣設(shè)計時，使彎曲線方向與帶料的纖維方向垂直，保證了彎曲時其相對彎曲半徑大于材料允許的最小相對彎曲半徑0.1;否則，如使彎曲線方向與帶料的纖維方向平行，則此處的相對彎曲半徑小于材料允許的最小相對彎曲半徑0.5，從而導(dǎo)致彎曲時此處外層金屬開裂，使得產(chǎn)品報廢。

5.3 彎曲表面劃傷

彎曲時，為避免金屬拉入切斷凸凹模22時，在切斷凸凹模R0.3的拐角處被劃傷，在模具設(shè)計時，將彎曲凸模設(shè)計為組合式的活動結(jié)構(gòu)，使零件上四個角的彎曲分兩步進行，彎曲過程如圖9所示。彎曲前由安裝在切斷彎曲凸凹模22中的頂桿32在彈簧33的作用下克服彈簧34的彈力將彎曲凸模Ⅱ下壓，使其表面低于彎曲凸模Ⅰ端面4～5mm，如圖（b）所示。接著彎曲凸模Ⅰ在強力彈簧31的作用下將材料拉入凹模，成形R1.5彎曲角，由于彎曲凸模Ⅰ和彎曲凸模Ⅱ存在4～5mm的相對距離，從而避免了彎曲凸模Ⅱ?qū)Σ牧狭魅肭袛鄰澢拱寄Ｓ绊?上模繼續(xù)下行，彎曲凸模Ⅰ和彎曲凸模Ⅱ的下端面分別與下模座接觸，對彎曲件實現(xiàn)二次彎曲和整形，如圖（a）所示。

5.4 彎曲件卸料

該零件由于螺紋孔的翻邊，需在彎曲凸模Ⅰ上開設(shè)避空槽，為避免卸料時，螺紋孔卡在槽內(nèi)影響出件，導(dǎo)致沖壓無法連續(xù)進行，因而在上?；爻虝r，利用彈簧34的彈力通過彎曲凸模Ⅱ?qū)⒐ぜ斊?，使工件翻邊孔的底端高出彎曲凸模Ⅰ上端?～1.5mm，使彎曲件在后續(xù)帶料的送進過程中從模具上順利推開;如果工件卡在切斷彎曲凸凹模上，則由彈簧23推動推桿24將工件推出，如圖10所示。

5.5 強力彈簧的選用

6? 結(jié)語

本文所設(shè)計的開關(guān)固定座沖孔、翻邊、切斷彎曲級進模，采用無廢料沖裁，降低了工件的生產(chǎn)成本。模具通過采用帶料的分條和設(shè)備上配置的自動送料機構(gòu)與導(dǎo)正銷的配合使用保證了工件的外形尺寸。彎曲凸模采用組合式的活動結(jié)構(gòu)，使工件的彎曲分步進行，不但保證了產(chǎn)品質(zhì)量，而且使得工件方便出模，沖壓生產(chǎn)安全可靠。經(jīng)生產(chǎn)驗證，零件尺寸和表面質(zhì)量符合圖紙要求。模具結(jié)構(gòu)相對簡單，制造和維修方便，生產(chǎn)穩(wěn)定性好，具有較好實用和推廣價值。

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