動觸片開關沖壓工藝分析及模具設計

曾志芳

（東莞市機電工程學校，廣東東莞 523846）

1 引言

工業生產中，人們往往采用裝在壓力設備上的專用工具使金屬或非金屬材料變形，從而得到所需形狀和尺寸的制件，這種專用工具稱為模具[1]。用模具使材料變形的制造方法稱為模具成形。模具成形是實現無切屑加工的主要形式，是先進的加工方法。

在模具加工中，模具工作部分的成形尺寸和被加工制件的尺寸是一致地，所以，制件表現出一模一樣地特征。在模具成形中，模具是生產工藝裝備，實施先進的沖壓工藝需要前沿的模具裝備作為載體。

2 沖壓工藝方案確定

2.1 動觸片開關介紹

動觸片開關如圖1所示。該制件材料為H68銅板，料厚1.0mm，制件生產量為10萬件/年。

2.2 制件工藝性分析

圖1 動觸片開關

對沖壓工藝性影響最大的是制件的形狀結構、精度要求、形狀位置公差和技術要求等[2]。沖壓合理的工藝性應能滿足耗材小、模具成形方便等要求。動觸片開關是對稱型的制件，采用1.0mm料厚的H68銅板，強度和剛度都是足夠的，彎曲、拉伸都也比較小，成形性能也比較好，又由于制件的批量比較大，應考慮集中的工藝方法進行生產。綜合分析知，本制件符合沖壓工藝要求。

2.3 確定工藝方案

在沖壓工藝分析的基礎上，依據分析結果并形成了不同的方案。分析制件結構，工序主要有拉伸、沖孔、彎曲、落料。4道工序形成3種方案，如表1所示。

表1 工藝方案

分析比較上述3種工藝方案，可以得到下面的結論：

第一種方案先落料，這樣會使料在彎曲、拉伸時往里縮，從而導致制件變形，甚至會將孔拉裂；第二種方案同第一種方案一樣，先沖孔然后彎曲、拉伸會出現相同的情況，所以這兩種方案都不可?。欢谌N方案，就可以一次完成彎曲、拉伸、沖孔、落料。這樣能大大提高生產效益，同時也不會使制件產生很大的變形，沖出的制品質量好，并且精度高。

3 主要工藝參數計算

3.1 毛坯的尺寸計算

如圖1所示，已知：L1=50mm，L2=8mm，L3=3mm，L=L1+2×（L2+L3），L為展開料的寬度，則L=50+2×（8+3）=72mm，取毛坯料長度為74mm。

又由于制件寬度方向變形很小，則取毛坯料寬度與制件寬度一樣，同為25mm，所以取毛坯尺寸為74×25mm，如圖2所示。

圖2 毛坯尺寸

3.2 排樣設計

排樣的目的是提高材料的利用率、降低成本、保證沖壓制件的質量。尤其在成批和大批量生產中，材料合理利用的經濟效益更為突出[3]。排樣圖是排樣的表達形式，是編制沖裁工藝與設計模具的重要工藝文件[4]，排樣如圖3所示。

根據制件的形狀特征，為了便于送料，采用單排排樣的設計方案。排樣時，為了補償定位的誤差，保證沖壓出合格的制件，以及保證條料有一定的剛度[5]，由表2可查沖壓時的搭邊值。

表2 沖壓金屬材料的搭邊值

圖3 排樣圖

選擇搭邊值：α=2，α1=1.5mm。

條料寬度的確定：由于該制件的毛坯料與制件寬度相同，則B=25mm。

送料進距：S=L+α1=72+1.5=73.5mm。

落料寬度：B=25mm。

3.3 沖孔凸模強度校核

由于凸模較長而且凸模的斷面很小，因此有必要校核凸模強度。包括凸模壓應力的校核和彎曲應力計算。

（1）壓應力校核計算。對于圓型凸模：

式中 dmin——凸模最小規定的直徑，mm

t——材料的厚度，mm

τ——材料抗剪強度，MPa

由于dmin=5≥2，所以滿足使用要求。

（2）沖孔應力校核。

對于圓型凸模：

式中 lmax——凸模最大自由長度，mm

D——凸模最小直徑，mm

P——沖裁力，N

P=1.3πtτd2=1.3×3.14×1×400×5=8,164N

已知dmin=5.02mm，lmax=60mm。經比較后，均符合要求。所以，凸模的強度足夠。

4 模具結構及工作過程

這套模具主要由模柄、上模座、導柱、導套、下模座、沖孔凸模、落料凹模、卸料板、上墊板、下墊板、壓邊圈、固定板等零件組成。

4.1 凸、凹模結構設計

該制件的斷面是燕尾型，當燕尾成形之后要考慮如何將制件從凸模上卸下來，假如把凸模制成整體的形式，則制件很難從凸模上卸下來，該模具采用的是利用壓邊圈的彈力將制件彈出來，如圖4所示。當模具開啟時，壓邊圈在彈簧的作用下會自動下降，從而將制件彈出。

凹模部分是左右兩個制件相互對稱的，由于這樣的凹模較小，一般做成整體式，如圖5所示。

圖4 凸凹模結構

圖5 凹模結構

4.2 選擇模架及確定其他沖模零件

根據凹模的尺寸，結合本模具，選用滑動導向后側導柱模架。查表選取典型組合結構，如表3所示。

表3 模架和沖模制件尺寸

4.3 動觸片開關復合模工作過程

圖6所示為一副彎曲、拉伸、沖孔、落料復合沖壓模。動觸片開關沖壓模的工作過程：開始工作時，上、下模在壓力作用下分開，將毛坯條料放在凹凸模22上并通過3個擋料銷定位，待上模在壓力滑塊作用下下降時，壓邊圈21在彈簧的作用下先接觸毛坯并壓緊毛坯，凸模15在橡膠的作用下先接觸毛坯，并進行彎曲、拉伸，然后當凸模與凹凸模22充分閉合時開始壓縮橡膠，固定板7和沖孔凸模10下降開始沖孔，待繼續加壓時，上模座繼續下降，落料凹模4與制件接觸并完成落料。待上模在壓力滑塊作用下回升時，壓邊圈22通過彈簧頂出制件，同時安裝在下模座中的頂桿27在橡膠力拖入的作用下向上頂起，頂出余料。待壓力完全回到初始狀態，再開始準備下一次沖壓。

圖6 沖壓模裝配圖

5 模具裝配

復合模一般要以凹凸模作為裝配基準件，也就是先安裝上模，然后再找正凹凸模的位置，再以凹凸模作為基準分別調整落料與沖孔的間隙，使之均勻，再安裝其它的制件。

5.1 裝配要點

根據裝配的過程，首先安裝上模，然后再安裝下模，在上模座組裝上模墊板、凸模、上模固定板等，銷釘孔用在調整完凸、凹模間隙后一起配合鉆孔，裝落料凹模之前先把擋料銷裝入，保證過盈配合，凸模裝在上模的固定板以后，應將凸模底部高出上模的固定板部分磨平。

5.2 裝配過程

模具裝配過程如表4所示。

表4 裝配過程

6 結束語

在模具設計過程中，綜合考慮了制件的功用、生產效率、批量大小、精度、成本等因素，模具設計的核心是選用合適的模具結構生產出合格的制件并獲得最大效益。該模具結構較為典型，對我市相關職業院校開展沖壓模教學有較強的實踐指導意義。