电子插片冲压件模具设计

2022-02-08贺变香

电子测试 2022年22期

关键词：排样冲压件凹模

贺变香

（神木市职业技术教育中心,陕西榆林，719300）

1 电子插片简介

电子插片结构如图1所示。

图1 加工件为电子插片

（1）工件名称：电子插片；（2）生产方式：大批量生产；（3）主要材料：硅钢片；（4）厚度：t=0.5mm

图1为的加工件为电子插片，该电子插片使用R弯曲件，厚度为0.05mm；生产方式为大批量生产。同时，该插片结构为冲裁和弯曲的组合件，工件料薄、外形小。

2 电子插片冲压件模具设计

2.1 确定设计方案

电子插片形状复杂，主要工序包括冲孔、切断、完全、压凸包成型、再切断，根据以上工序可拟定以下三种方案：

（1）单工序模；（2）冲孔、局部切断复合；（3）多工位级进模制造。

一个电子插片零件，如果使用简易的模具进行冲制，冲压工艺中地冲裁、拉深和成型均需要使用一副副模，这对于工序较为复杂的电子插片来说，需要众多的模具才能完成，所以，如果使用简易的模具进行冲制，不仅工作效率是很低的且还需要花费大量的成本。

多工位级进模制造指的是在同一副模具内将需要加工的电子插片分成若干个距离相等的工位，并在每一个工位上设置相应的冲压工序，按照冲压工序完成电子冲压片的批量加工，被加工的电子冲压片在冲压件模具的控制下，经不同工位的冲制后，便可以得到一个完整的电子插片。这样即使是一个工序再复杂或者数量在复杂的电子插片都可以使用一副多工位级进模来冲制完成。多工位级进模，在配合高速的冲压件模具，即可以实现自动化作业，也可以大幅提高电子插片的生产效率。

经研究发现：单工序模工序多、工件小，定位不准，电子插件的生产质量难以得到保证。加之，由于电子插片尺寸对称、形状小需要大批量生产，宜采用方案3的多位级进模制造，常见的定位方式有导正销导正、导尺导料、侧刃定距等，所产生的废料从凹模洞口推下即可。

2.2 排样图设计

（1）排样的目的和作用。1）保证电子插片冲压件的完成性即材料的高效利用；2）不同零件套裁排样与混合排样，相同零件多排多样，不仅可以提升材料的利用效率，且还可以提高电子插片的生产效率，减少模具使用数量与冲压设备的占用，使得电子插片冲压件模具的作用得到充分发挥。3）采用分组冲切、分解冲切的方式，可以使得冲压件模具布局更加简单；

（2）排样的种类。排样的种类包括有废料排样、少废料排样、无废料排样三种。1）有废料排样。沿着电子插片外形冲裁，周边留部分搭边，这是电子插片生产常见的一种方式，排样的特点是：电子插片外形完整、质量可靠。2）少废料排样。排样时，除了冲件冲孔产生的不可避免的结构性废料之外，要尽可能低减少冲件前后废料的排样。3）无废料排样。有少量废料或者没有进行冲孔的冲件，除了首尾两端产生废料外，无其他废料排样，材料的利用效率较高，但是受到电子插片结构和形状的影响，其在应用过程中受到了很大的限制，无废料对电子插片在生产过程中的材料节省具有重要意义，且还能一次冲裁多个工件，所以生产效率高。但是，无废料排样也存在一定的缺点，就是材料本身的公差、条料导向和定位造成的误差，使得电子插片的质量和精度较低，本次设计采用废料排样法。

（3）排样方案确定。由于电子插片需要大批量生产，故应当采用多排、一模多件的排样方案。

2.3 排样设计工序

拍样图设计共分为6个工序：

（1）冲2.7mm圆孔，成型侧刃切废料；（2）冲6.45mm*2.9mm的长方形孔；（3）冲2.24mm*1mm的椭圆形孔；（4）工件切断部分弯曲；（5）压凸包成型；（6）切断、落料。

2.4 冲裁工位设计

（1）注意事项。1）采用形状复杂的凸模、便于加工；2）孔边距较小的冲件，为有效避免落料环节导致冲件边缘的孔发生变形，应保证冲外缘工位在前、冲内孔工位在后；3）为确保凹模强度，应当冲压件模具适当的位置上安排空的工位，从图1中可知，此次级进模位共5个，分别为：冲裁、空工位、弯曲、空工位、弯曲。

2.5 冲裁工位设计

本次冲裁工位设计采取中间载体，使用铡刀定位，铡刀断面长度应当大于送料步距，确保导正销有充足的导正余地，铡刀还可以起到弯曲电子插片外形的重要作用，但是对于多工位级进模，还需要设计浮顶器。

2.6 冲压设备选用

通过记录上分析得出：冲压设备应当选择J23～40型开式双柱曲柄压力机，各项参数信息如表1所示。

表1 J23～40型开式双柱曲柄压力机参数信息

2.7 压力机校核

（1）冲压力校核。通过表1得出：J23型压力机的公称压力为400KN，故该压力机选用合理。

330～5>H>260+10

330>H>275。

故本次设计中，电子冲压片模具为180mm，满足要求。

3 凹凸模刃口尺寸确定

3.1 尺寸确定原则

电子插片制作尺寸由凹模尺寸（如图2所示）确定，冲孔过程中的尺寸也由凹模决定，故此设计落料时，要以凹模位标准，间隙选择在凹模上；设计冲孔模时，以凸模位标准，间隙选择在凸模上。

图2 凹模尺寸

图3 工件尺寸

综合考虑到冲裁过程中凸、凹模可能出现的磨损情况，在设计落料模环节，凹模的尺寸应选择工件尺寸（如图3所示）公差范围之内最小的尺寸；设计冲孔模时，凸模的尺寸应选择工件尺寸公差范围内最大的尺寸。这样一来，当凹凸模磨损到一定程度时，依然能够冲出合格的电子插件零件，凹凸模之间取最小的间隙值，即Z=0.04mm。确定冲模刃口制作公差时，应综合考虑制件的精度，刃口精度过高或者过低都不合适，如果电子插件没有标注公差，圆形件按照IT14的精度计算，冲孔模可按照IT11精度制造，其余的可按照IT6的精度要求制造。

3.2 压力中心

冲裁工程中的作用点或者多工序冲压力作用点，称为模具压力中心，设计过程中，模具压力中心应当与压力机滑块中心保持一致。如果不一致，冲压过程中就会加剧模具的磨损。因此，确定压力中心显得尤为重要。本次设计通过利用平衡力作用点的方法，确定压力中心，即先确定xy坐标轴，然后再计算第一工位压力中心。

在电子插片具体的设计环节，受众多因素的影响和制约，压力中心不可能绝对达到决定理想的状态，比如在进模环节每一天料的首尾两端部不完全处于冲裁状态。同时，一少部分特殊的模具由于用途的特殊性，会出现结构不够紧凑的现象，特别是对一些冲压力不大，压力中心对于电子插片冲压件模具的影响就很小，故可以省去压力中心这一环节。

3.3 电子插片冲压件模具工作过程及总装配

电子插片采用手工送料方式送料，送料之前先使用导尺进行导向，模块下滑过程中，先使用卸料板将条料压紧，待导正销导向孔内进行导向时，弯曲凸模导向部位需要进入弯曲凹模入口，待进入凹模进入至5mm时，其他的工作模方可开始工作，凹模在进入1.4mm时，所有工作结束。当模块到达止点时，滑块回程，卸料板先工作，将凸模上的废料卸掉，待模块达到上指点时，工作结束。

4 冲模结构及设计

4.1 模具零件分类

模具组件及结构设计。模具组件主要包括凸模、凸模固定板、垫板和防转效等；凸模结构类型繁多，可以做成圆形凸模结构，主要用来小直径冲孔或者小件落料，也可以做成阶梯形，增加电子插片的强度，固定板使用螺钉、销钉与上模座连接在一起。

凸模长度应当趋于标准哈，一般无需进行计算，也可以根据模具的结构确定。

凸模的刃口应当具备高度的耐磨性，应当可以承受冲裁过程中的冲击力，应当具有较高的硬度和一定的韧性。本次设计的电子插片凸模材料为Cr12MoV，热处理硬度取58～62HRC。

凸模表面粗糙度Ra=0.4～0.8um，固定部分表面粗糙度Ra=1.6～0.8um。本次设计的凸模有铡刀、冲到正孔凸模，弯曲凸模和落料凸模。

4.2 凹模结构设计

（1）凹模的形式与固定的方法有很多，大致可分为直壁式、斜壁式、凸台等等，本次设计采用直壁式凹模洞口形式，且采用整体式凹模。

（2）凹模外形和尺寸确定：K为系数，K为系数，H=0.42*38.5=16.17，凹模壁厚C=16*16.17=25.87，凹模宽度B=38.5+2.5*16.17=78.93。同时，为满足凹模强度要求，凹模的长、宽和高分别为125*100*30mm。

4.3 零件定位

零件定位的作用是为了使电子插片的毛坯或者半成品在冲压件模具上能够正确的定位，需要做好以下几个方面的工作：

（1）送料方向控制。本次设计采用导料板送料，使用导料板从右向左送料时，与条料相接近的导料板应当安装在右侧，从前向后送料时，导料板应当安装在左侧。

（2）送料步距控制。进模首次冲压条料时使用导料销，通过测刃控制进模送料步距，导正销主要起到精准定位的作用，导正销主要有导入和定位两个部分组成，本次设计采用测刃与导正销联合定距控制送料步距的方式，先使用铡刀进行粗定位，再使用导正销进行精准定位。

（3）定位板。定位板有2种不同的形式，一种是通过毛坯外形进行定性，另一种是利用毛坯的内径进行定位。

4.4 泄料装置与弹簧的选择

（1）卸料装置。卸料装置起到卸料的重要作用，模具首次使用前，使用弹压卸料装置将条料压紧防止条料在冲压过程中出现位移或者塑性变形，进而对凸模起到保护和导向的作用。

卸料装置分为固定时泄料和弹压泄料两种，通常用于硬、厚、精度要求不高的工件冲裁；弹压卸料一般由卸料板、弹性元件以及卸料螺丝钉组成，通常应用于厚度小于1.5mm的板料，本次设计采用弹性卸料板。

4.5 弹簧选择

弹簧使用援助螺旋压缩弹簧，压缩弹簧的符合Fj在对应工作极限负荷状态下的变形量Lj，根据所需的卸料力Fg以及最大压缩形成Lo计算Fj和Lj，进而选择适合的弹簧。

4.6 模架

模架由上模座、下模座、模柄和导向装置共同组成，模架是整副电子插片模具的骨架，模具上所有的零部件需要全部固定在模架的上边，并且能够承受其在冲压过程中的所有荷载。模架的上模座通过模柄和压力机的滑块相连，下模座使用螺钉将模架固定在压力机工作台面上。上模和下模座之间的缝隙按照模架导向装置保证定位的准确性，使其具备足够的强度。

4.7 模柄

一般情况下，对于中小型的电子插片冲压件模具都是通过模柄将模具固定在压力机的滑块上，模柄分为刚性模柄和浮动模柄两种类型。其中，浮动模柄指的是模柄对应的上模座能够微微摆动，使用浮动模柄后，压力机滑动产生的误差不会给上模座、下模座带来任何影响、本次设计采用浮动模柄，及压入式模柄，将其与上模支座H7im6配合，直径为40mm。