一种L形导电连接件的工艺及模具设计

文/魏军伟，杨科军·豫西工业集团河南江河机械有限责任公司

一种L形导电连接件的工艺及模具设计

文/魏军伟，杨科军·豫西工业集团河南江河机械有限责任公司

本文详细阐述了L形折弯排工艺分析及排样设计，冲压模具和折弯模具的主要结构。通过生产验证，该模具满足生产需要，降低了生产成本，实现了批量生产。

随着国家“一带一路”战略的发展，国内中低压配电柜的需求量也在不断增加。而L形产品是配电柜母线的重要组成部分，是配电柜中的通用连接元件，因而研究它的加工工艺、制造成本具有普遍意义。

图1 L形折弯排

该类产品的几何形状及尺寸如图1所示，产品材料为T2，属于通用型零件、使用量较大。目前国内的加工企业大都采用自动冲剪一体机进行冲孔、下料。但在竞争日益激烈的市场环境下，全自动冲剪工艺，由于生产效率低下，加工成本高，已不能适应市场低成本的需要。正是基于上述原因，本人和团队人员通过技术创新，进行了工艺摸索和试验。

产品的技术要求

⑴化学成分。主要成分：(Cu+Ag)≥99.99%，其他化学元素按T2标准执行。

⑵表面质量。铜母线表面应颜色均匀、光洁平整、无油污或污物，外观无明显划痕、凹坑、磕碰、划伤、飞边、裂纹等明显缺陷。

⑶尺寸要求。产品窄边直线度≤1mm/m，宽边直线度≤1mm/m，其他尺寸及公差均符合图1要求。

⑷理化性能。抗拉强度≥250MPa，延伸率≥14%，70～95mm；屈服强度≥200MPa；20℃时，导电率≥98%IACS。

零件的加工工艺分析

⑴材料。该零件的材料为T2。

⑵冲裁件的结构工艺性。由于加工产品厚度尺寸为5mm，宽度尺寸为20mm，为了提高生产效率，降低生产成本，采用冲压工艺对产品进行加工。

⑶精度和表面粗糙度。该零件孔的对称度公差≤0.5mm，位置度公差≤0.5mm，依据产品尺寸公差，利用级进冲裁可达到零件图样要求。工艺路线：材料准备（5mm×20mm铜排）→级进冲裁→修整→折弯→包装。

模具设计方案

方案1：单工序模，先落料外形，后冲孔成形，最后进行折弯加工。该结构简单，易于制造，缺点是使用模具太多，成本升高，需要冲压设备多。

方案2：复合模，落料、冲孔一次复合成形，最后进行折弯加工。该结构的模具制造难度较大，精度要求较高，由于所供坯料为5mm×20 mm×4000mm，复合模会造成母排侧面划伤，因此不能采用复合模。

方案3：级进模，冲孔落料级进成形。模具制造的复杂性和价格低于复合模，适合于零件大批量生产。

经上述分析，确定该产品采用方案3进行模具设计、加工制造。

相关的工艺计算

冲裁模具的计算

通过计算后选用J23-25型压力机，压力机的主要技术参数见表1。

表1 压力机的主要技术参数

计算凹凸模刃口尺寸及公差。因为该零件结构较简单，但是公差要求比较严格，凹凸模采用配作加工，冲孔时以凸模为基准件，落料时以凹模为基准件，然后根据基准件实际尺寸按双面间隙0.4～0.5mm配作加工另一件。凹凸模制造公差采用IT8级。

折弯模具的计算

通过计算后选用J23-10型压力机，压力机的主要技术参数见表2。

表2 压力机的主要技术参数

而模具闭合高度由冲压模具结构可以得出：Hm=125mm。该模具闭合高度在115～135mm之间，可使用该设备进行冲裁。

排样设计及展开长度

冲压件的排样设计

根据零件形状特征、质量要求、模具类型及结构方案、材料的利用率等因素进行冲压件的排样设计。设计排样时，在保证冲压件质量和模具寿命的前提下，主要考虑材料的充分利用，选择最佳排样方案。

由于该产品所用毛坯是5mm×20mm的直排，因此排样设计具有很大的局限性，毛坯两侧面是直接拉拔而成，因此不能损伤产品侧面，为了保证材料的充分利用，选择的排样方案如图2所示。

图2 L形折弯排样图

冲压方向的确定，因毛刺的方向与折弯方向有关，所以冲裁方向无要求，采用直排，可以避免损伤产品侧面，工序顺序制定，第一工位冲孔，φ(6.1±0.1)mm、φ(8.5±0.1)mm，第二工位落料。

产品展开长度的计算

弯曲件的弯曲半径较大时（r/t＞0.5），弯曲件的毛坯长度可取等于中性层的长度，产品的展开长度，如图3所示。产品的展开长度及孔的位置，如图4所示。

图3 各部分尺寸图

图4 L形折弯排展开图

模具整体主要结构设计

冲裁模设计

⑴根据产品加工工艺及冲裁工艺方案，结合大多数企业设备的情况,设计了一套冲孔、落料级进冲裁模。

⑵零件生产批量虽然较大，但合理安排生产用手工送料方式也能够达到批量要求，且能降低模具成本。考虑零件尺寸和厚度，为便于操作和保证零件精度，减少料头和料尾的废料，宜采用模具上设计矩形槽进行导向。

⑶冲孔、落料级进模采用正装弹性卸料装置冲模，长度依靠限位块来进行定位，侧面依靠矩形槽进行定位。卸料板增加防错设计，采用2个导柱导向，2个导柱一大一小，方向反装。导柱中有2个限位套定位，保证卸料板平行，防止卸料板产生水平摆动，从而保证小凸模不被折断。为了便于操作，提高生产率，冲压件和废料采用由凸模直接从凹模洞口推出的下出料方式。模具结构图，如图5所示。

图5 冲压模具结构图

⑷由于是级进模具，考虑零件的加工精度，因此采用导向平稳的对角式导柱模架。截断冲头和冲头材料均为T10A，热处理硬度为58～60HRC，凸模采用螺钉固定。凹模材料为Cr12，热处理硬度为60～62HRC。

⑸冲孔、落料级进模的工作原理。将条料毛坯沿着凹模的矩形料槽送至定位块处进行定位。启动按钮，踩下脚踏开关，上模随压力机滑块向下运动，带动上模板下行，首先卸料板压紧料条，然后具有锋利刃口的冲头1、冲头2一起穿过料条使冲孔废料与条料分离而完成冲裁工作，结束后滑块带动上模板回升时，卸料板将箍在冲头上的料带卸下，完成第一工位的冲孔。

板料向前前进97.8mm的一个步距，踩下脚踏开关，压力机上滑块带动上模板下行，冲头进行切断工作，而冲头1、冲头2又一次完成了料条上的冲孔工作，冲裁好的产品随着压力机的回程，由模具上的凹模洞口落入料框，完成了产品的冲裁。以后每进行一次冲压，就会生产出一件新的产品。

折弯模具设计

为了便于产品的后续加工，考虑冲裁出来产品长度的一致性。因此在折弯模具设计时，折弯不采用导柱导向，靠下模具进行定位，使用开放式的模具进行加工制造，模具结构图，如图6所示。

图6 折弯模具结构图

⑴折弯模具凹模的设计。

当外加弯矩卸去以后，弯曲件就会产生弹性恢复，这种现象被称为弯曲回弹，因此设计模具时需要考虑回弹量而对模具相应尺寸加以修正。由于料条材质为T2，查表得90°自由弯曲时的回弹角为1°，因此折弯凹模设计的角度是88.9°±20′，折弯凹模结构图，如图7所示。

图7 折弯凹模结构图

⑵折弯模工作原理。

将冲裁好的料条放入凹模的槽中。启动按钮，踩下脚踏开关，上模随压力机滑块向下运动，带动折弯凸模下行，冲头接触料条之后继续下行，从而完成折弯工作，结束后凸模回升时，料条直接脱离，完成折弯工作。

结束语

通过该产品的结构、工艺分析与计算，采用级进模加工的制造工艺，实现了L形通用零件的高效率、低成本生产。经生产验证，该制造工艺较为实用，模具结构设计合理，生产效率提高、成本降低，满足批量生产的要求，对同类型产品的冲压模具设计有一定的参考价值，可供广大同行借鉴。