動觸片開關(guān)沖壓工藝分析及模具設(shè)計

曾志芳

（東莞市機電工程學校，廣東東莞 523846）

1 引言

工業(yè)生產(chǎn)中，人們往往采用裝在壓力設(shè)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(xiàn)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(xiàn)出一模一樣地特征。在模具成形中，模具是生產(chǎn)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(guān)介紹

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

2.2 制件工藝性分析

圖1 動觸片開關(guān)

對沖壓工藝性影響最大的是制件的形狀結(jié)構(gòu)、精度要求、形狀位置公差和技術(shù)要求等[2]。沖壓合理的工藝性應(yīng)能滿足耗材小、模具成形方便等要求。動觸片開關(guān)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(yīng)考慮集中的工藝方法進行生產(chǎn)。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(chǔ)上，依據(jù)分析結(jié)果并形成了不同的方案。分析制件結(jié)構(gòu)，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(jié)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(dǎo)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(xiàn)相同的情況，所以這兩種方案都不可??；而第三種方案，就可以一次完成彎曲、拉伸、沖孔、落料。這樣能大大提高生產(chǎn)效益，同時也不會使制件產(chǎn)生很大的變形，沖出的制品質(zhì)量好，并且精度高。

3 主要工藝參數(shù)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(shè)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(zhì)量。尤其在成批和大批量生產(chǎn)中，材料合理利用的經(jīng)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(shè)計模具的重要工藝文件[4]，排樣如圖3所示。

根據(jù)制件的形狀特征，為了便于送料，采用單排排樣的設(shè)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(yīng)力的校核和彎曲應(yīng)力計算。

（1）壓應(yīng)力校核計算。對于圓型凸模：

式中 dmin——凸模最小規(guī)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(yīng)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(jīng)比較后，均符合要求。所以，凸模的強度足夠。

4 模具結(jié)構(gòu)及工作過程

這套模具主要由模柄、上模座、導(dǎo)柱、導(dǎo)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(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)

圖5 凹模結(jié)構(gòu)

4.2 選擇模架及確定其他沖模零件

根據(jù)凹模的尺寸，結(jié)合本模具，選用滑動導(dǎo)向后側(cè)導(dǎo)柱模架。查表選取典型組合結(jié)構(gòu)，如表3所示。

表3 模架和沖模制件尺寸

4.3 動觸片開關(guān)復(fù)合模工作過程

圖6所示為一副彎曲、拉伸、沖孔、落料復(fù)合沖壓模。動觸片開關(guān)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(xù)加壓時，上模座繼續(xù)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(tài)，再開始準備下一次沖壓。

圖6 沖壓模裝配圖

5 模具裝配

復(fù)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(diào)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(jù)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(diào)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(yīng)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(jié)束語

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