芯片外引線復合沖模設計

2020-11-24 06:48:36白治新

機械工程師 2020年11期

白治新

（黑龍江省騰飛建筑安裝有限責任公司，哈爾濱150000）

0 引言

模具工業在國民經濟發展中具有重要的地位，成為國內外研究的重點和熱點領域之一。沖壓模具在工業生產中具有生產效率高、產品質量好、生產成本低、原料損耗少等優點，在航空航天、汽車、機械、電子和食品等領域中，已經成為不可或缺的重要生產加工技術手段。復合模具是沖壓模具的一種典型的形式，一般來說，一副復合模具可以融合落料、沖孔和拉深等多個成型工序，即一道工序就可獲得所需的零件。從工藝設計角度和生產成本核算角度來說，盡量選用一副復合模具來完成沖壓成型。

本文加工的產品為芯片外引線零件，從產品的結構中可以看出，主要的成型工序包括沖孔、彎曲、落料等3個工序。故設計一副復合模具就可以完成芯片外引線零件的一次沖壓成型。在確定模具結構之后，對沖壓件進行工藝分析、排樣優化、壓力中心選定、沖裁力和卸料力的計算，最終完成芯片外引線零件復合模具的總體結構設計。

1 芯片外引線零件特點

芯片外引線零件的結構簡圖和三維造型圖如圖1、圖2所示。零件材料為硅鋼，材料厚度為 0.3 mm，大批量生產。

圖1 芯片外引線零件的結構簡圖

2 芯片外引線零件模具設計

復合沖模就是把落料、沖孔、彎曲、拉深或成型等多個工序放在一臺模具完成，且一次沖壓成型即可獲得所需的零件。本復合模具設計基本分為以下幾部分：沖壓件的工藝分析、沖裁力的計算、沖模零件與結構設計。

2.1 排樣方式的選擇

工件外形為均勻對稱的矩形，故在條料板上采用直排有廢料排樣方式，這種排樣不僅能保證沖裁件的質量，并且沖模壽命也長，其排樣方式如圖3所示。

2.2 沖壓力的計算

為了合理地對沖壓設備進行選擇并設計出模具，需要對沖壓力進行計算。

2.2.1 落料力的計算沖裁力系數選1.3，因此沖壓時的沖裁力應選擇：

圖2 芯片外引線零件的三維造型圖

圖3 排樣圖

3 模具總體設計及主要零部件設計

3.1 工作零件

3.1.1 凸模

1) 形式。根據沖裁件形狀、尺寸確定。

2) 長度。根據模具實際結構確定。

3) 強度校核。凸模在沖裁工作中承受了全部工作壓力，卸料中又受到卸料力，在凸模設計時，必須校驗凸模的抗壓強度和抗失穩能力。

3.1.2 凹模

1）刃口形式。直壁刃口，這類刃口強度大。但沖壓后，工件或廢料會積存在刃口直壁部分，增加了推件力，同時也加速孔壁的磨損。為了減小直壁部分積存的工件或廢料，一般取刃口直壁高度h為4～8 mm。而直壁刃口下方可采用筒形開口，或采用β=2°～3°錐形開口。另一類是錐形刃口，這類刃口，沖壓后不積存工件或廢料，取件方便，并且每次刃磨量較小。但每次刃磨后，刃口尺寸要加大，刃口強度低。一般錐形刃口的α角為15°～30°。

直壁刃口可在刃口內安裝壓料板，有利于提高沖壓質量，故適合于精度要求高、形狀復雜的沖壓件使用。

2）凹模的外形和尺寸的確定。下模座裝配凸模，因為下模座孔口較大，導致凹模工作期間承受彎矩，如果凹模厚度H及模壁C尺寸不足，凹模將會產生較大變形，甚至被破壞。但因為凹模受力情況復雜，按理論方法精確計算具有很大難度，一般不對非標準尺寸的凹模進行強度核算。

3）沖裁輪廓線與凹模邊線的距離W。a.輪廓線為平滑曲線時，W≥1.2H；b.輪廓線為直線時，W≥1.5H；c.輪廓線形狀復雜和有尖角時，W≥2.0H，該設計凹模刃口為等腰三角形：W≥2.0×22=44。

4）凹模上螺孔、銷孔位置尺寸和螺釘尺寸：①標準尺寸A1=（1.7～2.0）×20=34～40 mm，根據設計要求，取A1=35；②從凹模外緣到圓柱銷孔中心距離，其最小允許尺寸S=20，孔到凹模孔間距和螺孔到銷孔間距：F＞2×20=40；③螺孔間距s=60 mm。

3.1.3 凸凹模

凸凹模是沖外形的凸模，沖內孔的凹模，其內外刃口的尺寸由凸模和凹模的實際尺寸配制，長度應根據模具的具體結構確定。

最小壁厚處為2 mm，允許的最小壁厚為1.6 mm，故凸凹模的壁厚滿足強度要求。

3.2 定位零件

為確保沖出的制件質量合格，用作條（帶）料的定位有導料板、導料銷、擋料銷、導正銷和定距側刃等；用作毛坯定位的有定位板、定位銷。

導料板的厚度選取為5 mm；擋料銷銷頭的厚度選為2.5 mm。

3.3 卸料，壓料，推、頂件裝置

3.3.1 推、頂件裝置

將制件（或廢料）從上模推下稱為推件。將制件（或廢料）從下模頂出稱為頂件。頂件裝置的作用是將工件從凹模中頂出，凹模倒裝時常利用壓力機打料桿，將工件剛性打出，也可以在上模安裝彈性頂件器。凹模在下模時的頂件常利用彈簧和氣墊。

3.3.2 橡膠

橡膠為沖模中彈性卸料、頂件及壓邊裝置常用的彈性材料。但注意不能與油類接觸以免腐蝕損壞。橡膠的選用原則：

1) 為使橡膠不會由于過早喪失彈性遭到損壞，橡膠最大壓縮量不允許超過其自由高度的45%。由所需工作行程，可按下式求出橡膠高度：

3.4 導向裝置

該設計用4個導柱，模架為前后導柱不同間距模座。預防側向推力，設計止推塊，導柱可避免彎曲力。

分別在上下模座安裝過盈配合的導鎖及導柱。還可用螺釘固定導柱、導鎖，通常要求采用滾珠導向結構，高速沖裁、精密沖裁或硬質合金沖裁模具。

該設計將使用導柱和導套的標準化結構。根據該模具的需要，選用的標準化導柱尺寸為d·L=20 mm×100 mm；導套尺寸為d·L·D=20 mm×32 mm×50 mm。

3.5 固定與支承零件

3.5.1 上、下模座

上、下模座的作用是承受及傳遞從壓力，所以對強度、剛度均有較大要求。模座足夠厚，并時效處理，外廓尺寸超過面孔邊長50 mm。

選用中間導柱標準模架：模座通常為帶導柱和不帶導柱兩種。帶導柱一類已標準化。模座厚度應取凹模厚度的1.0～1.5倍。上模座尺寸為L·B·H=125 mm×80 mm×25 mm；下模座尺寸為L·B·H=125 mm×80 mm×30 mm。

3.5.2 固定板厚度為直徑的1.0～1.5倍，過盈配合，磨平端面。該設計模具的凸模固定板的最小厚度為14 mm。

3.5.3 墊板

3.5.4 模柄

該沖模采用壓入式，其與上模座孔采用H7/m6過渡配合，并加銷釘防止轉動，它要求上模板厚度較大。由于壓入式模柄已標準化，所以該沖模選用標準化模柄。

3.6 模具總體設計

該工件的模具結構如圖4 所示。主要組成零件為上模座、下模座、凸模、凹模、凸凹模、導柱、導套、卸料彈簧、卸料板、凸模固定板、墊板等。

可選取Ⅰ級精度的中間導柱模架。即：上模座尺寸為125 mm×80 mm×25 mm，材料為HT200；下模座尺寸為125 mm×80 mm×30 mm，材料為HT200；導柱尺寸為25 mm×100 mm，材料為T10A；導套尺寸為25 mm×32 mm×50 mm，材料為T10A；導柱、導套滲碳深度為0.8 mm或者1.2 mm，硬度為56～60 HRC。凸凹模材料采用Cr12MoV，熱處理后硬度為60～62 HRC。墊板、固定板、導板材料采用45鋼制作。