电器支架冲压工艺及模具设计研究.docx

电器支架冲压工艺及模具设计研究 胡兆国1 ，王如华2( 1 四川工程职业技术学院，德阳 618000; 2 四川九洲电器集团有限责任公司，绵阳 621000)摘要: 针对电器支架批量大、尺寸小、尺寸和形位公差要求高的情况，设计合理的排样图及模具结构，分析冲压生产该支架可能产生的带料扭曲变形、2-1 6 0 05mm 孔位置尺寸精度难以保证，以及冲裁不完全或断面重复冲裁等缺陷的产 生原因，并找到了相应的解决措施。关键词: 电器支架; 冲压; 排样; 跳屑中图分类号: TH12 文献标志码: B 文章编号: 16713133( 2012) 09005706The study of the stamping process and mold design ofelectrical bracket partHu Zhaoguo1 ，Wang Ruhua2( 1 Sichuan Engineering and Professional-Technology College，Deyang 618000，Sichuan，China;2 Sichuan Jiuzhou Electric Group Co Ltd，Mianyang 621000，Sichuan，China)Abstract: Stamping parts for large volume electrical bracket，small size，size，shape and position tolerances demanding to design a reasonable figure and mold nesting structure，analysis the stamping of the partsdefects: with a material distortion，with hole location precision to ensure，incomplete repeat blanking or section blanking，and other causes of defects，and find the appropriate solutionsKey words: electrical bracket; stamping; nesting; jump crumbs支架的冲压工艺性分析110引言某电器产品的支架三维图如图 1 所示，支架工程1 1支架的材料工艺性该支架的材料为 C1100R-H，是一种无氧紫铜，该 材料导电、导热、耐蚀性及冲压性能都很好，是电器零 件常用的材料。实验表明该材料厚度为 0 5mm、内侧 弯曲半径1 5t ( t 表 示 材 料 厚 度) 时，弯 曲 角 度 可 以 达到 180，其表面塑性良好。1 2支架的结构工艺性该支架的结构比较复杂且为多向弯曲零件，冲压 有一定的难度，但仍可以进行冲压加工。视图如图 2 所示，外形尺寸长 宽 高为 39 82mm 5 05mm 17 68mm，材 料 为 带 卷 状 C1100R-H、料 厚 为0 5 0 05mm。冲压生产所采用的设备为杨力集团的JE21 25 型 冲 床，其 公 称 力 为 250kN，滑 块 行 程 次 数 为每分钟 70 次。该支架一方 面 尺 寸 小、精 度 要 求 高，冲 压 时 可 能出现的问题较多，所以，在模具设计时要充分研究，并 找到 相 应 的 对 策，以保证生产出合格的产品; 另 一 方面，该支架的批量很大，因此，要求生产该支架的模具 寿命要长，对于经常更换的零件应当具备很好的可拆卸性设计理念。1 3支架的精度工艺性由图 2 所示可知，该支架的尺寸精度和形位公差要求都较高，特别是 2-1 6 0 05mm 孔 的 尺 寸 精 度和形位公 差，给模具的设计和制造带来了较大的困 难，必须合理安排工 序顺序才能满足 2-1 6 0 05 mm 孔的尺寸精度和形位公差的要求。1 4其他方面的工艺性由图 2 所示可知该支架为三向弯曲零件，因此，该图 1 支架三维图572012 年第 9 期现代制造工程( Modern Manufacturing Engineering)图 2 支架工程视图支架只能采用中间载体，不能采用双侧载体，再加上材料厚度只有 0 5mm，所以，带料的刚性很差，给送料及带 料的导向都带来了极大的困难; 另外，由于图样上规定 了毛刺方向，因此，必须注意弯曲与冲裁的方向问题，图2 中 T 处必须向上弯曲; 再有，支架展开轮廓非常复杂， 轮廓冲裁必须合理地分步冲出。为防止出现冲裁不完 全或断面重复冲裁( 重复冲裁易导致废屑留在下模表面 上，影响零件的表面质量，甚至损坏零件) ，正确处理冲 裁中的“接刀”就显得尤为重要。支架的冲压排 样 图 如 图 3 所 示，采 用 了 两 种“接 刀”，一种是自然过切( 图 3 中处) ; 另一种是人为过 切，所谓人为过切就是选择零件断面允许处，在 前 一 工位切进轮廓 0 2 0 5mm( 见图 3 中处) ，这样为 后一工位提供了避让空间，从而避免了两次冲裁。人 为过切不可避免地会在零件 上 留 下“接 刀 ”痕 迹，所以，过切位置必须选在非重要部位，不 能 影 响 零 件 的使用效果，且需征得用户的同意。工序设计1-222 1工序顺序设计该支架的 冲裁毛刺方向要求与 支架的主要弯曲 方向相反( 见图 2) ，而弯曲级进模具必须采用逐步去 除废料的方式排样，即弯曲某一部位时，在 弯 曲 前 才 将要弯曲部位周围的材料 去 除，而暂时还未弯曲的 部位，其周围的材料暂不去除以提高带料的刚性，从 而便于带料 的 送 进，该 支 架 弯曲前留下的部分即支 架的毛坯展开图，如图 4 所示。图 4 中 I 处和 G 处两 个主要的弯曲特 征 必 须 朝 上 弯 曲。K 与 L 两 个 孔 的 尺寸精度要求非常高，且其位置尺寸会受到弯曲后回 弹的 影 响，所 以，该两孔的冲出只能安排在弯曲 之 后 进行。2 2工序数量设计由图 4 所示可知，该支架共有 10 处需要弯曲，若图 3 支架的冲压排样图图 4 支架的毛坯展开图58胡兆国，等: 电器支架冲压工艺及模具设计研究2012 年第 9 期每个工位只弯曲一处，则 工 位 数 量 多，从 而 导 致 模 具的整体尺寸增大。所以，需要将一些弯曲特征合并在 一个工位中成型，即同一工位完成两处或多处弯曲成 型。合并 弯曲工序的前提是成型可行、模 具 结 构 简 单、成本低，并尽可能地对称弯曲，以防止因坯料受力 不平衡而引起尺寸不易控制。所以，G、H、I、J 处弯曲 线较长，需要的弯曲力较大，应两两对称弯曲，为了精 确地弯曲成型，工件共设计了 6 个弯曲工序。工 位 1 为 冲 导 正 销 孔，以便后续工序定位; 工 位2、5、7 为局部冲裁，作用是将弯曲毛坯周围的材料去 除，以便弯曲时不会影响到不弯曲的部位; 工 位 3、6、11、15 为空工位，作用是给相应的凸模留出足够的安 装空间; 工位 4、8 分别为 T、B 处向上弯曲; 工 位 9 为 E、C、D 处先向上弯 曲 45; 工 位 10 为 E、C、D 处 再 向 上弯曲 45以及 F 处向下弯曲，E、C、D 处分两次弯曲 成 90，这样的安排有利于减小回弹，提高弯曲成型精 度; 工位 12 为 H、J 处向上弯曲; 工位 13 为 G、I 处向下 弯曲; 工位 14 为冲孔; 工位 16 为将工件与带料分离以 及切断废料。排样设计3-4根据前述的 分 析，为满足大批量的生产要求，设 计了如图 3 所示的支架冲压排样图。因 支 架 尺 寸 较 小，安排了 4 个空工位，以满足凸模安装空间的需求，12 个有效工位，共 16 个工位。3模具结构及设计特点5-6支架零件的模具结构如图 5 所示。4图 5 支架零件的模具结构4 凹模固定板 5 卸料板 6 卸料板垫板 7 凸模固定板 8 第 1 工位工作零件组件1 下模座 2 下垫板 3 导料板组件9 上垫板 10 上模座 11 第 2 工位工作零件组件 12 第 4 工位工作零件组件 13 导正销组件 14 第 7 工位工作零件组件15 第 8 工位工作零件组件 16 第 10 工位工作零件组件 17 卸料螺钉组件 18 第 14 工位工作零件组件19 第 16 工位工作零件组件 20 滚动导向组件 21 卸料板组件导向组件 22 导向钉组件 23 J 处弯曲工作零件组件24 G 处弯曲工作零件组件 25 平衡块 26 限位组件 27 第 12 工位工作零件组件 28 第 9 工位工作零件组件29 防误送保护装置 30 故障感应器592012 年第 9 期现代制造工程( Modern Manufacturing Engineering)4 1支撑与导向支架的尺寸 精 度 要 求 高、步 距 小，为 保 证 模 具 工4 3导料与定距冲压时为卷 料 供 料，为提高材料的利用率，该 模作的稳定性及精度要求，采用自制四导柱滚动导向模架，上、下模座的材料均为 45 钢。同时，产品批量特别 大，要求模具的寿命要长，上、下模导向装置的导柱采 用可拆卸结构即滚动导向组件 20( 见图 5) ，导套采用 可拆卸型胶粘结固定，以降低安装孔的加工难度及方便拆卸。为保证卸料板组件( 见图 5 缷料板 5、凸模固定板 7) 运动的平稳性及运动精度的要求，卸料板组件 采用四导柱导向即卸料板组件导向组件 21( 见图 5) 。 本模具对卸料板也进行了优化设计，一般设计为 整体结构，在此将卸料板设计成 镶 嵌 结 构 ( 见 图 5 中件 5、件 7) ，这样降低了材料成本。具没有采用传统的侧刃进行粗定位，而是由模具外的自动送料装置来实现送料初定位，模具内采用导料板 组件 3( 见图 5) 对带料导向，精度定位由导正销实现。 一般情况下，坯 料 完 成 精 定 位 后，由 卸 料 板 将 其 从导正销上压下来，往往因为卸料板与导正销之间的 间隙过大或不均匀而导致坯料上的导正销孔变形，从 而引起坯料的定位精度降低，进而引起零件精度降低 甚至不合格。该模具设计的浮动托料装置如图 7 所 示，该装置则能很好地避免该缺陷的产生，其 原 因 是 坯料的下面有浮动托料管托住，增加了导正销孔处坯料的刚性，即减小了导正销孔变形的可能性。4 2压料与卸料有些工位如精密冲裁工位 14 ( 见 图 3 ) 必 须 在 强力压料下进行，解决的方法是将该处的卸料板设计为镶块形式，镶块镶入卸料板后比卸料板平面凸出0 02 mm，上模下来时，凸出的镶块先压住带料。压料力由 卸料螺钉组件 17 的弹簧提供，调节上端的螺塞可以调 节弹簧的预压力，从而实现压料力、卸料力的可调，压料不仅可以提高零件的断面质量，还可以减小带料的扭曲与弯曲 变 形。卸料螺钉组件详细结构如图 6 所 示。卸料螺钉组件( 见图 5 中件 17) 采用装配式结构， 如图 6a 所示，多根套管两端面采用同磨的方法，可以 很容易做到使各个卸料螺钉套管长度尺寸一致 ( 各个 卸料螺钉套管长度尺寸差要小于 1 /10m) ，从而保证 了卸料板的水平上、下运动，进而保证了卸料、压料的 可靠性。此结构完全解决了如图 6b 所示传统的有肩 卸料螺钉因台阶长度( 图 6b 中的尺寸 L) 不一致引起 的卸料板的不水平问题。图 7 浮动托料装置4 4可拆卸性该模 具 结 构 复 杂，零 / 部 件 多，精 度 高，制 造 成 本 高，要求模 具 的 寿 命 长。所 以，易 损 件必须具有可拆 性，减 少 拆 卸 时 间，降低对维护人员的技能要求 和 劳 动强度。经分 析，维护时需拆卸的 零件主要有导柱、 导套，凸、凹模，导正销以及定位销等零件。从图 5 所示的模具结构中可知，导柱、导套及导正 销具有很好的可拆卸性。凸、凹模则均为插入式压块 固定，拆卸方法简单。4 5方便维护性冲压一定数 量 的 零 件 后，需要对冲裁工位的凸、凹模的刃口( 或切断刃口) 进行刃磨以使其保持锋利，该模具的结构使刃磨凸模非常方便，只需将图 5 中卸 料螺钉组件 17 弹簧后的螺塞拆卸掉，将弹簧取出，使 不再受弹簧力作用的卸料板组件向后移动一段距离 图 6 卸料螺钉组件详细结构60胡兆国，等: 电器支架冲压工艺及模具设计研究2012 年第 9 期间的吸附力; 2) 增大工件或废料与凹模孔壁之间的摩擦力。在该模 具 中，由于凸模尺寸 太 小，不 便 采 取 减 小凸模底面与工件或废料之间吸附力的措施，而是采 取了增大废料与凹模孔壁之间摩擦力的方法。本 模 具中对于圆形凹模孔 ( 如冲导正销孔) ，设计了如图 9 所示倒锥式凹模刃口，从而使冲下的冲孔废料尺寸比 凹模孔的壁部尺寸稍大，这 样，废料在凹模中卡 得 很 紧且不会跳屑。即可进行刃磨。因模具维护、维 修 时需将定位销敲出，由 于 敲 击 力不均匀而导致销钉孔受损，从而降低模具的 精 度。 为此，该模具中的定位销全部采用带内螺纹型，拆 卸 时采用拉拔器在受力均匀的情况下将其拔出，拉拔器 拆卸定位销示意图如图 8 所示，既保证了拆卸模具时 销钉孔不受损，又降低了工人的劳动强度。采用拉拔 器拆卸带内螺纹的定 位销的方法及步 骤如下。1) 把需要拆卸定位销的模具放在工作台上。2) 将拉 拔 头 3 套 入 螺 钉 2 后拧入定位销的螺 纹里。3) 将拉拔器的其余部分固定在滑块上。4) 调整滑 块 高 度 并将其移至工作台需要拆卸定 位销的模具 位 置，使 拉 拔 头 3 能 拧 入 拉 拔 杆 4 的 螺 纹上。5) 将放在工作台上需要拆卸定位销的模具固定。6) 把拉拔头 3 拧入拉拔杆 4 的螺纹上。7) 点动冲床或油压机将定位销拉出。需要 拆 卸 定 位 销 的模具与拉拔器的位置可以 互换。图 9 倒锥式凹模刃口4 7模具送料保护装置该模具工作时冲压速度较高，在冲压过程中难免发生 材 料 误 送、送 进 不 到 位、材料起拱以及材料 的 厚度或宽度有误差等，从而导致模具不能正常工作，甚 至造成模具损坏，设置模具保护装置很有必要。该模 具的模具送料保护装置结构如图 10 所示，作用是防止 因坯料送 进不到位而引起模具不能正 常 工 作。模 具 送料保护装置工作原理是: 正常情况下，浮动探头 1 能 插入坯料的定位销孔中。如果坯料送进不到位，浮动探 头 1 就不能插入坯料的定位销孔中，而是压在坯料的上 表面，使其向上运动，浮动探头 1 向上运动的同时迫使 接触杆 2 向外移动，使固定在上模座的微型行程开关 3 发出信号，压力机停止工作，从而保护模具免遭损坏。图 8 用拉拔器拆卸定位销示意图1 定位销 2 螺钉 3 拉拔头 4 拉拔杆 5 拉拔体4 6防止跳屑的措施所谓跳屑是指本应留在凹模中的工件或废料，随 凸模的向上运动而跳出凹模孔散落在凹模孔刃口处 或下模面上。跳屑对冲压加工影响很大，轻则在工件 表面 产 生 压 痕，影响零件的表面质量; 重 则 损 坏 模 具刃口。跳屑的根本原因是工件或废料与凸模底 面 之间的吸附力大于其与凹模孔壁之间的摩擦力。因此， 防止跳屑的措施是: 1) 减小凸模底面与工件或废料之图 10 模具送料保护装置结构1 浮动探头 2 接触杆 3 微型行程开关5结语经生产实践证明，排样及模具结构设计合理 ，模 ( 下转第 116 页)612012 年第 9 期现代制造工程( Modern Manufacturing Engineering)4) 具有虚拟装配检测功能。根据具体的工艺生 产路线进行自动装配。进入 Pro / E 软件，对整机及各 部件进行干涉检查，提前排除干涉问题，保 证 整 机 设 计、制造和装配正确合理。通过该系统在企业中的应用，显著提高了大车运 行机构的设计效率和质量，缩短了设计周期，满 足 了 企业快速响应市场的需求。参 考 文 献:1程伟 良 广 义 专 家 系 统M 北 京: 北京理工大学出版 社，2005李跃新 知识工程基础及应用案例M 北京: 科学出版 社，2006丁克勤 起重机械虚拟仿真计算与分析M 北京: 机械 工业出版社，2010蒋国仁 岸边集装箱起重机M 武汉: 湖北科学技术出 版社，2001潘钟林，译 欧洲起重机械设计规范 上海振华港口机械 公司译丛，1998赵震 基于 KBE 的工程设计理论、方 法 与 实 践J机械科学与技术，2003，22( 1) : 150 153夏正行 基于知识工程的岸桥数字化样机设计系统J计算机系统应用，2011，20( 5) : 24 27沈海荣 基于产品基因的岸边集装箱起重机大车行走机 构设计J 计算机辅助工程，2009，18( 3) : 62 6623图 8结构尺寸驱动模块界面44结语本文在知识工程理论的支持下，应用 Pro / E 二次5开发技术、参数化设计 技 术、模 块 化 技 术，在 VB NET的开发环境下