汽车门护板氛围灯用三脚插针级进模设计

孟玉喜，蔡 军，朱云开

（南通开放大学 机电工程学院，江苏 南通 226006）

0 引 言

汽车氛围灯不仅是营造车内氛围的装饰，也是各大品牌汽车档次识别度的体现。图1所示为某汽车门护板氛围灯用的插针端子，左右各1件，2件呈镜像对称，成形的制件在后续装配时配对使用。制件中有与配件配合的一长两短3只脚，3只脚头部均需四面倒角，不能有损伤，2只短脚与1只长脚成垂直关系，长脚截面为1.2 mm×0.64 mm的矩形，长脚在15 mm长度方向上弯曲为Z状。材料为Qsn6.5-0.1磷青铜，料厚0.64 mm，表面要求镀锡处理，冲压工艺如采用单工序模生产，不仅成形工艺复杂、生产效率低、安全性低，而且制件成形质量也难以保证，综合考虑，决定采用级进模成形该制件。

图1 三脚插针

1 排样设计

排样是级进模设计的关键，其设计的合理性决定成形制件的制造成本、质量、生产效率甚至于安全性，依据三脚插针的外形结构特点，将左右2件呈45°斜排在1副模具中，一个冲次成形左右2个制件，共38个工位，设有一次倒角、冲导正销孔、切边一、切边二、切边三、二次倒角、弯曲45°、弯曲90°、Z形弯曲、Z形整形、制件Ⅰ落料、制件Ⅱ落料等12个主要冲压工位，其余均为空工位。导正孔与导正销的设置对级进模的精确定位很重要，一般级进模采用自动送料，必须在第2工位冲导正孔，第3工位进行导正，但是因该成形制件的三脚头部需四面倒角，故在排样的第1工位对待成形制件相应的部位进行初次倒角（第1次倒角），其后再冲导正孔，这样模具结构紧凑，同时也不会影响模具零件的精确定位，排样设计如图2所示。

图2 排样设计

2 模具结构设计

级进模一般采用内、外双重导向，设在上、下模座的导柱导套用以保证上模的精确运动；模具内部的小导柱、小导套给卸料板进行导向。带料在送进过程中应保证畅通无阻，否则无法实现自动冲压，成形三脚插针的带料在实际冲压过程中，外侧受到整体边料的束缚，内侧由于在冲压过程中的应力没有完全消除，内应力的释放造成带料长度方向在水平面上向一边弯曲，造成镰刀弯现象，即带料一侧的边缘与直线产生偏离。成形过程中为尽量减少镰刀状弯曲对冲压过程带来的不利影响，在载体上增设冲加强筋工位(图2中工位15附近），利用上模镶件54和下模镶件53（见图3）成形加强筋，在边料载体内部形成应力集中，避免带料镰刀弯的产生，同时在镶件53的底部设计斜度，通过微调推杆40的作用，可在实际冲压过程中调整加强筋的深度，将镰刀状弯曲变形控制最小。模具结构设计时，还在凹模板的后外侧设计了废料分流块44，用于控制上下两边料载体间的空隙尺寸，辅助成形加强筋镶件的工作，确保带料安全、稳定并顺利送进，模具结构如图3所示。

图3 模具结构

3 模具主要零件设计

3.1 切边镶件设计

模具通过三次切边实现成形制件的主要外形轮廓冲制，切边镶件的设计采用常规的镶拼式结构，切边凸模通过固定护套固定于上固定板，卸料板上设有卸料护套，两护套的外形尺寸相同，内孔形状一致，尺寸略有差异，相差一定量的间隙差值。因待成形制件的三脚头部后续还需进行倒角，设计切边镶件内形孔尺寸时，对三脚头部的形状进行过量冲裁，如图4所示。图4（a）所示外形轮廓轨迹为点a→b→c→d，但图4（b）所示实际切边轨迹为点a→e→f→d，图4（c）中 0.1 mm为长脚的单侧冲裁过量值，0.05 mm为两短脚的单侧冲裁过量值，这样可弥补后续倒角时材料铺开对三脚头部形状和尺寸的影响。

图4 切边镶件过量设计

3.2 倒角镶件设计

下模倒角镶件的固定部分高度设计为19.9 mm，上模倒角镶件固定于卸料板中，其固定高度为21.9 mm，下模板的厚度为20.0 mm，卸料板的厚度为22.0 mm，镶件与模板厚度均相差0.1 mm，这样设计的目的是防止倒角过程中在制件上留下压痕，影响成形制件的外观。三脚插针长短脚头部宽度分别为1.2 mm和0.64 mm，而采用上、下模镶件倒角的宽度分别设计为2.0 mm和1.6 mm，大于成形制件尺寸，基于成形制件外观的考虑，保证插针头部倒角成形完全到位，倒角镶件如图5所示。

图5 倒角镶件

3.3 弯曲镶件设计

制件两短脚弯曲90°分两步进行，先弯曲45°，再弯曲90°。弯曲45°时，在弯曲处设计一个小圆凸包，为弯曲 90°作准备，如图 6（a）～（c）所示，即在弯曲45°上模镶件上凸出一个R0.15 mm、高0.35 mm的圆弧，对应的下模镶件凹进R0.8 mm、深0.35 mm的圆弧。弯曲90°时在上模镶件上设计3°的负斜角，如图6（d）中的87°角，作为弯曲回弹的补偿量，冲压过程中，利用制件的回弹特性，保证成形制件的90°弯曲角，且不影响正常的卸料动作。

图6 弯曲镶件

3.4 微调推杆设计

微调推杆的作用是控制带料镰刀弯变形，工作时通过调节螺钉，使微调推杆向凹模板内部作左右运动，在微调推杆前端3°斜角的作用下推动成形加强筋下模镶件向上运动，达到调整边料载体上成形加强筋深度的目的。微调推杆的材料硬度应大于55 HRC，以增强其耐磨性，表面粗糙度值取Ra0.8 μm，使推杆能运动自如，减小摩擦，微调推杆与凹模背面对应槽孔的配合间隙为双面0.05 mm，微调推杆如图7所示。

图7 微调推杆

3.5 废料分流块设计

设计废料分流块的目的是辅助成形加强筋镶件并与其共同作用，尽量减小并控制带料的镰刀式弯曲，保证冲压过程的顺利进行。为便于废料分流块的固定，设计定位板时，将定位板伸出凹模板外22 mm，并在伸出部分加工2个销钉孔和2个螺钉过孔，用于废料分流块的定位与固定。废料分流块的结构设计是在49.7 mm×21.0 mm×3.0 mm的基体上加上一个9.9 mm×6.0 mm的矩形凸台，并在一端倒成79°的斜锥状，以便废料自然滑落，如图8所示。

图8 废料分流块

4 结束语

为确保制件三脚头部的倒角形状和尺寸，先在整体带料上初步倒角，再通过切边时对头部多切掉0.1 mm宽的料。实际生产证明，设计方法合理，成形的制件达到预期效果；另外采用深度可微调的方法成形边料载体加强筋，控制了带料的镰刀式弯曲，使冲压过程安全、平稳、可靠，对成形同类制件的模具设计具有一定的参考作用。