覆蓋式組合型插座端子多工位級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)

孟玉喜

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

1 引言

汽車線束是汽車電路的網(wǎng)絡(luò)主體，連接汽車的電氣電子部件并使之發(fā)揮功能，不管是高級(jí)豪華汽車還是經(jīng)濟(jì)型普通汽車，線束都是由電線、接插件和包裹膠帶等組成，它既要確保傳送電信號(hào)，也要保證連接電路的可靠性，向電子電氣部件供應(yīng)規(guī)定的電流值，防止對(duì)周圍電路的電磁干擾，并要排除電器短路，從穩(wěn)定性和可靠性考慮，目前對(duì)于負(fù)載大電流值的接插件而言，不同基材復(fù)合裝配形成的結(jié)構(gòu)形式越來越得到廣泛運(yùn)用。圖1所示為一款負(fù)載大電流值的覆蓋式插座端子，由端子基座和端蓋兩部分裝配而成，端子基座材料選用導(dǎo)電率高、發(fā)熱小的框架紫銅，材料厚度0.5mm；端蓋材料選用不銹鋼，其優(yōu)良的力學(xué)性能能保證接插件工作時(shí)插頭插座的可靠接觸，材料厚度0.3mm。

2 沖壓工藝分析

該款覆蓋式插座端子由基座和端蓋兩部分組成，每個(gè)部分均需一副相對(duì)獨(dú)立的多工位級(jí)進(jìn)模具實(shí)現(xiàn)成形，其中基座沖壓成形主要包含沖導(dǎo)正銷孔、打筋、沖4個(gè)小方孔、打商標(biāo)、打四小凸點(diǎn)、打凸臺(tái)、切邊、頭部打扁、兩邊條折弧彎、折邊、成形等工序；端蓋沖壓成形主要包含沖導(dǎo)正銷孔、沖T型槽、切邊、折頭部（120°）、折彎Ⅰ（105°）、折彎Ⅱ（85°）、折彎Ⅲ（21°）、折彎Ⅳ（16°）、整形等工序；沖壓后的兩半成品后續(xù)還需進(jìn)行覆蓋成形形成完整的整體制件，如果采用工序分散單獨(dú)成形的方法，需要3副多工位級(jí)進(jìn)模具才能完成，生產(chǎn)效率會(huì)降低，而且覆蓋成形形成整體制件單獨(dú)一副模具完成，還涉及到制件二次定位問題，對(duì)制件質(zhì)量也會(huì)造成一定的不利影響。因此，采用工序集中方式，利用一副模具完成整個(gè)覆蓋式插座端子的沖壓成形方法為模具設(shè)計(jì)的優(yōu)選方案。但是這會(huì)給模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來了巨大的挑戰(zhàn)，兩種不同材質(zhì)的帶料，除要滿足自身內(nèi)部的安全、穩(wěn)定、順利送進(jìn)要求外，還需兼顧與對(duì)方的同步配合，確保端蓋能順利到達(dá)指定位置覆蓋到基座上面實(shí)現(xiàn)一體成形。所以模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是該模具設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

3 排樣設(shè)計(jì)

排樣設(shè)計(jì)是在工藝性分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)沖壓件的特點(diǎn)確定工藝方案。主要考慮沖壓件的工序數(shù)、工序間的組合方式以及工序順序的安排。

3.1 端子基座排樣設(shè)計(jì)

端子基座的成形主要包含制件前段壓接導(dǎo)線用的兩U形彎，制件后段起對(duì)插功能的方形成形和彈舌成形，共分18工歩進(jìn)行，帶料寬度45.1mm，步距29mm。端子基座排樣設(shè)計(jì)（Ⅰ帶）如圖2所示。

圖2 端子基座排樣設(shè)計(jì)（Ⅰ帶）

3.2 端蓋排樣設(shè)計(jì)

端蓋的成形主要是起彈性支撐作用的彈舌的分步逐一成形，彈舌成形由折頭部、4次折彎、整形等主要工步組成。設(shè)計(jì)為12工步，帶料寬29.5mm，步距25.5mm，采用框形雙側(cè)載體、雙側(cè)導(dǎo)正的結(jié)構(gòu)，可使帶料的強(qiáng)度達(dá)到最佳，為成形后的端蓋半成品順利送進(jìn)基座之上提供了有力保障。端蓋排樣設(shè)計(jì)（Ⅱ帶）如圖3所示。

圖3 端蓋排樣設(shè)計(jì)（Ⅱ帶）

4 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)兩根帶料的排樣設(shè)計(jì)及基座與端蓋的位置關(guān)系，模具采用二合一的整體結(jié)構(gòu)，兩根帶料在模具中呈一橫一縱排布，而且兩副模板一長(zhǎng)一短，所以模架外形呈“L”狀。成形基座的凹模板由排樣圖可知約570mm左右，設(shè)計(jì)為整體的話，剛度較差，模板易變形，影響模具精度，如果通過增加模板厚度解決的話，會(huì)增加模具自身重量，制造加工更困難，加工成本也更高，因而采用一分為二的方法將基座凹模板分為兩部分。

導(dǎo)向設(shè)計(jì)是該模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要一環(huán)，上下Z向采用模內(nèi)、模外同步導(dǎo)向設(shè)計(jì)，模外采用模架上的5組大導(dǎo)柱導(dǎo)套，模內(nèi)采用12組?14mm的小導(dǎo)柱導(dǎo)套，X、Y向除使用傳統(tǒng)的導(dǎo)料釘、導(dǎo)正銷等之外，設(shè)計(jì)了4組“工”字槽，采用精密“工”字塊實(shí)現(xiàn)下模主要模板與下模座的固定連接，確保各凹模板之間的相對(duì)精密位置關(guān)系。級(jí)進(jìn)模結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 級(jí)進(jìn)模結(jié)構(gòu)

5 模具主要零件設(shè)計(jì)

5.1 模板厚度落差設(shè)計(jì)

由于端子基座和端蓋在沖壓過程中，帶料的平面不在同一高度處，存在一定的高度差，所以兩副模板的厚度尺寸必須有尺寸落差才能實(shí)現(xiàn)正常沖壓。由圖1C主視圖可知，剖面A-A、B-B處的高度差是0.7mm，由圖1C的左視圖可知，覆蓋組合后端蓋的上平面與基座下平面之間的距離是5.0mm，因而，兩凹模板的厚度差必須設(shè)計(jì)為5.7mm。兼顧到同一模具的閉合高度一致的要求及兩帶料的厚度不一的原因，兩副模板的厚度設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 模板厚度

5.2 凹模板設(shè)計(jì)

凹模板的設(shè)計(jì)包含基座凹模板和端蓋凹模板的設(shè)計(jì)。

基座凹模板由于長(zhǎng)度較長(zhǎng)，需一分為二設(shè)計(jì)為兩部分，一分為二設(shè)計(jì)的分段線應(yīng)選擇在沖壓內(nèi)容相對(duì)較簡(jiǎn)單的地方，不一定要設(shè)計(jì)在中點(diǎn)處，具體設(shè)計(jì)時(shí)選在工位⑨的右側(cè)；分段處再用“工”字凹槽通過“工”字鑲塊進(jìn)行精密連接固定，“工”字鑲塊的長(zhǎng)度要比對(duì)應(yīng)的凹槽尺寸長(zhǎng)0.5mm，使得凹模板的左、右段結(jié)合的地方留有0.5mm的縫隙，可有效避免模板側(cè)面的垂直度誤差造成對(duì)接處干涉的現(xiàn)象，從而達(dá)到整體模板的精度效果。

端蓋凹模板的設(shè)計(jì)要確保長(zhǎng)度方向的中心線要與基座凹模板的工位○17的中心線理論一致，其也是通過“工”字鑲塊實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)方法及要點(diǎn)與基座凹模板相同。凹模板設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 凹模板的設(shè)計(jì)

5.3 覆蓋成形切斷鑲塊設(shè)計(jì)

基座端子與端蓋沖壓形成半成品后還需進(jìn)行覆蓋組合才能成為最終的插座端子，組合時(shí)既要讓端蓋與載體切斷分離，同時(shí)又要與基座進(jìn)行組合成為整體，此兩部分內(nèi)容必須在同一工位中同步完成，方能達(dá)到預(yù)設(shè)目的。該工位的鑲塊設(shè)計(jì)主要分為固定大鑲塊、卸料大鑲塊和凹模大鑲塊3種。參與切斷與組合成形的上模部分主要依靠卸料大鑲塊實(shí)現(xiàn)，而作為上模之一的固定大鑲塊的作用主要是利用高度尺寸進(jìn)行閉合限位，沖壓過程到達(dá)下死點(diǎn)時(shí)，固定大鑲塊的下平面緊貼卸料大鑲塊的上平面，確保沖壓過程中沖壓力的有效傳遞，固定大鑲塊外形尺寸為36.5×23.0×26.5mm，如圖6a所示。卸料大鑲塊外形尺寸為36.5×23.0×17.6mm，其中12.45×17.6mm的尺寸為切斷刃口尺寸，35°的斜度部分起讓位作用，避免沖壓時(shí)與組合成形凹模大鑲塊干涉，如圖6b所示。凹模大鑲塊外形尺寸為36.5×23.0×24.8mm，內(nèi)部設(shè)有6個(gè)功能型孔，2個(gè)9.03×5.0mm的切斷凹模刃口小鑲塊孔，2個(gè)20.35×1.5mm的覆蓋成形組合小鑲塊孔，另加2個(gè)10.3×4.5mm的小彈塊型孔，具體設(shè)計(jì)如圖6所示。

圖6 覆蓋成形切斷鑲塊

覆蓋時(shí)成形與切斷的工作狀態(tài)如圖7所示。實(shí)際生產(chǎn)的帶料制件如圖8所示。

圖7 覆蓋成形切斷狀態(tài)

圖8 實(shí)際生產(chǎn)的制件帶料

6 結(jié)束語

多工位級(jí)進(jìn)模經(jīng)過多年的發(fā)展，技術(shù)日漸走向成熟，技術(shù)廣度方面，安全、高效、穩(wěn)定的特點(diǎn)得到公認(rèn)，技術(shù)深度方面，二模合一甚至三模合一的一體化沖壓技術(shù)正進(jìn)行有益的實(shí)踐嘗試與攻關(guān)。本文通過一款覆蓋式組合而成插座端子的成功開發(fā)，說明了多模合一級(jí)進(jìn)模具的設(shè)計(jì)開發(fā)在理論上的可行性，這為今后模具行業(yè)里沖壓零件中的多件組合、異件裝配的加工制造提供了新思路。