汽车电机用接头冲压工艺分析与模具设计

2021-08-30陈爱军

模具工业 2021年8期

陈爱军

（河南天海电器有限公司，河南鹤壁 458030）

0 引言

连接器端子在汽车电子系统中发挥电能传输、信号控制和传递任务的作用[1]，是集冲裁、弯曲、局部成形等工序为一体的电器接插件。根据其技术要求和生产批量，成形该类端子一般采用高速精密冲压级进模，因此模具设计的关键是冲压工位排样、弯曲方式、成形机构的结构和模具总体结构等。现以某汽车电机用接头冲压成形为例，介绍其工艺及模具设计。

1 制件分析

1.1 制件结构分析

图1所示为汽车电机用接头，材料为CuSn6，厚度为0.45 mm，有一处翻孔结构连接电机转子，另外有一处配合精度较高的卷圆结构与电源圆插头连接。

图1 汽车电机用接头

1.2 制件成形工艺分析

由图1可知，成形该制件工序较多，包括冲孔、压边、弯曲、翻孔、卷圆等，制件尺寸精度要求高，且批量较大。若采用单工序模成形则需要多副模具，成形制件尺寸小操作困难，多次定位易造成成形制件精度差和变形，且生产效率低、制造成本高、安全性差等，无法满足生产需求。经分析计算，采用级进模冲压成形能保证该制件的成形精度和批量生产的需求。

2 排样设计

2.1 翻孔工艺计算

成形制件关键工序是图1所示的内径φ（8.1±0.05）mm，高度为的翻孔成形，按翻孔工艺参数[2]计算如下。

平板毛坯翻孔预冲孔直径d0可以近似地按弯曲展开计算。由图2可知：

图2 平板毛坯翻孔计算

根据翻孔系数，校核一次翻孔可能达到的翻孔高度为:

如果将极限翻孔系数K0min代入翻孔高度公式，可求出一次翻孔的极限高度:

其中，δ为翻边前原始料厚，mm；d0为预冲孔直径，mm；D为中性层直径，mm；D1为翻孔变化区直径，mm；r为翻孔处内圆角，mm；H为翻孔高度，mm；h为翻孔处直段高度，mm。

根据表1常见材料的翻孔系数查得翻孔系数K0=0.68，K0min=0.62，按照公式计算Hmax≈2.1 mm，一次翻孔无法满足生产要求，需采用两次翻孔工艺进行翻孔成形[3]。

表1 几种常见材料的翻孔系数

2.2 排样分析

经过翻孔尺寸和成形制件展开计算，并且避免卷圆部分和平面连接部分出现开裂，在卷圆部分和平面连接部分增加止裂工艺豁口，展开结构如图3所示。

图3 展开结构

根据制件展开结构设计的排样如图4所示，卷圆采用无芯卷圆，为避免弯曲处影响卷圆成形，弯曲处采用仿形的成形工序，模具工位共有19个，分别是：①冲导正孔；②导正；③导正；④冲翻孔圆孔；⑤第一次翻孔；⑥第二次翻孔；⑦落料；⑧裁边；⑨步距检测；⑩压边；[11]卷圆预翻边；[12]卷圆预弯曲；[13]卷圆成形；[14]卷圆整形；[15]弯曲 1；[16]弯曲 2；[17]弯曲 3；[18]弯曲 4；[19]落料。

图4 排样设计

3 模具设计

3.1 模具结构

根据成形制件的结构及材料厚度，采用级进模生产，模具各工位零件采取镶件结构，各孔位置精度要求±0.002 mm，固定孔累计误差保证±0.005 mm，模具长度约600 mm，采用固定卸料板结构形式，卸料板兼起导料板作用[4]，模具结构如图5所示。模具结构主要由上模座22、凸模垫板33、凸模固定板38、固定卸料板20、凹模固定板9、凹模垫板5、下模座2等组成，这些模板通过若干圆柱销19和若干螺钉3精确定位和固定，模具由导柱4和导套37导向，凸模镶件和凹模镶件分别镶在凸模固定板和凹模固定板中。

图5 模具结构

模具工作原理为铜带料从模具左侧通过自动送料机送料，经过导料板1进入模具内，冲出上、下两排导正圆孔，按步距尺寸对带料导正，冲出翻孔底孔，由翻孔凹模6和翻孔凸模36进行第一次预翻孔和第二次翻孔，落料凹模8和落料凸模34进行落料，再经过裁边、压边等工序。预弯曲凹模11和卷圆预弯曲凸模31进行卷圆预翻边；由卷圆预弯曲凹模12和卷圆成形凸模30进行卷圆预弯曲，再由卷圆成形凹模13和卷圆成形凸模29进行卷圆成形，卷圆整形凹模14和卷圆整形凸模28进行卷圆整形。后续4个工序对2个90°的直角弯曲分别由弯曲凹模15～18对应弯曲凸模24～27完成弯曲成形。最后1个工序通过落料将成形制件冲下，工艺废料从模具右侧送出，完成整个冲压工作过程。

3.2 模具主要零件设计

（1）上、下模座设计。上、下模座采用45号钢，热处理硬度为225～255 HB，表面采用镀镍处理，保证表面耐磨性和防锈；导柱、导套孔、销钉孔采用坐标磨床一次性加工成形，各孔位置精度和尺寸精度达到±0.002 mm；其他螺钉孔、螺钉过孔、漏料孔等采用数控铣床加工中心一次性加工成形。

（2）凸、凹模固定板设计。凸、凹模固定板是模具内的关键部件，为了保证其高精度和长寿命的要求，材料选用模具工具钢SKD11，其具有淬透性好、淬火变形量小、淬火硬度高等优点，热处理硬度为58～62 HRC，最后采用深冷处理，增强材料的韧性，同时降低材料的应力变形，2块板上的导柱导套孔、销钉孔和凸、凹模镶件固定孔均采用坐标磨床一次加工成形，各孔位置精度和镶件孔尺寸精度可以达到±0.002 mm，固定孔累计误差在±0.005 mm，确保模具零件的位置精度以及与镶件的配合精度。

（3）卸料板设计。模具采用固定卸料板结构，卸料板兼起导料板作用，材料选用工具钢SKD11，热处理硬度为58～62 HRC，为获得较高的硬度和消除材料的内应力变形，采取深冷处理工艺。为方便加工制造和模具维修，卸料板分为三部分加工。生产时带料从模具左侧冲床送料机送进，通过卸料板上的导料槽进入模具内，进行冲裁、弯曲、成形等，卸料板上的导料槽具有定位和卸料的作用。

（4）凸、凹模镶件设计。模具各工位零件采取镶件结构[5]，各零件具有外形尺寸小、精度要求高等特点，凸模镶件固定在凸模固定板上，固定方式采用压板加螺钉固定，零件材料经热处理后进行线切割加工，再采用工具磨床和光学曲线磨床磨削加工刃口形状和尺寸,凸模各类镶件精度要求±0.002 mm。凹模采用镶件结构，热处理后采用精密慢走丝多次线切割及精密工具磨床磨削加工,各类镶件精度要求±0.002 mm，其他精密配合零件加工均要求采用精密慢走丝、精密工具磨床、精密电火花、光学曲线磨床等设备加工以达到模具零件高精度、长寿命的要求。