开关簧片冲压工艺分析及模具设计*

(四川理工学院机械工程学院，四川 自贡 643000)

弹簧片是一种常见的冲压零件,适宜用来做检测仪表或控制装置中的敏感元件,广泛用于各类接触装置中。此类制件料薄件小、塑性较好、适宜冷冲压批量加工。本文以开关簧片为例，介绍该类制件的冲压工艺及模具设计。

1 工艺性分析

此工件是连接器中的弹簧片，材料为磷青铜。如图1所示，制件形状复杂，要求精度高，且大批量生产。

制件很小，厚度仅为0.2 mm，若直接落料容易造成制件变形，故排样采用冲裁搭边或废料缺口来得到制件的复杂轮廓，同时在侧搭边上冲出导正孔来保证步距精度；制件属细长件，大部分宽度仅为0.7 mm，冲裁和弯曲加工部位较多，设计时应注意模具强度并避免凸、凹模相互干涉，宜采用分区冲裁搭边和弯曲的方法来成型，并选用合理的模具间隙，以得到平直、光滑、毛刺小，断面质量好的制件；制件上有45°、90°和95°非对称弯曲，加之两次弯曲误差的累积作 用，使得弯曲后的制件尺寸与模具尺寸不一致，故控制回弹是关键。

制件特别小，从安全考虑，要采取适当的取件方式。因此制件成品设计为卷料供应，为避免卷料时制件弯曲部位之间发生干涉，在侧搭边内侧A部位弯曲出支撑，给整排制件留出卷料间隙，以方便运输和保存。终端用户使用时,直接在B部位手动折断即可得到如图2所示的使用制件。

2 冲压工艺方案的确定

制件基本工序有冲孔、落料、弯曲，按组合程度不同，有单工序、复合模、级进模3种方案。3种方案比较如下：

方案1 单工序冲压，由于工件小，工序多，定位难以达到精度，质量难以保证，生产率较低，故不宜采用。

方案3 级进模冲压，特别适合加工宽度极小的异形件，能够保证制件精度，工序间自动送料，连续冲压，生产效率高，操作方便安全。综上所述，确定采用级进模冲压具有较高的技术经济性。

对该级进模，设计时应注意以下几个方面：①工位数的确定。该制件结构复杂，有许多转角且不对称，尺寸小，又要保证其形位精度，故宜采用分区冲裁，把外形成型分解在多个工位完成，以减小模具复杂程度，提高整体精度。②空工位的设计原则。级进模中增设空工位是为了保证模具强度，提高使用寿命。该制件最宽处2.1 mm,最窄处0.7 mm，步距很小，故需在两工位间设置一个或多个空工位，以防凸模干涉和凹模壁厚强度不够。 ③对此类复杂非对称弯曲件，为提高尺寸精度，不可一次弯曲所有部位，其45°、90°和95°弯曲应分开成型。④冲裁和弯曲的先后顺序。如先加工完所有冲裁部分，再加工弯曲部分，则制件有一段狭长部分处于悬臂状态，在进行弯曲加工时不易保证精度，且凹模容易损坏。所以将冲裁、弯曲加工交叉进行，既保证了制件质量，又延长了模具寿命。

3 排样设计

排样的合理与否，会影响到材料的经济利用率，还会影响到模具结构、生产率、制件质量、生产操作方便与安全等。因此，排样是冲裁工艺与模具设计中一项重要工作。

本模具采用自动送料器送料，冲裁件的排样图如图3所示。由于件小料薄，形状复杂，精度要求高，在冲裁和弯曲制件外形时，如将凸模做成整体式，则模具制造困难，加工精度不能保证。所以从保证制件精度和模具制造方便的角度考虑，将冲压区分为10个区域。其中A、D、E、H、J阴影区域为5个冲裁加工区，B、C、F、G、I为5个弯曲加工区。

本排样图共设45个工位，主要工位排列如下：

第1工位：冲小缺口；冲上、下深度为0.05 mm的小缺口，作用是在使用制件时容易将制件从载体上折下来；

第3工位：侧刃切边；

第5工位：冲Ф1.2 mm导正销孔；

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第10工位：冲A区外形；

第14工位：弯曲B部分,r=0.3 mm；

第19工位：弯曲C部分,r=0.2 mm；

第23工位：冲裁D区外形。

第28工位：冲裁E区外形。

第31工位：弯曲F部分,r=0.1 mm；

第34工位：弯曲G部分,r=0.15 mm；

第37工位：冲裁H区外形；

第41工位：冲裁J区外形；

第45工位：弯曲I部分,r=0.1 mm；此弯曲部分为卷料时的支撑。

其余工位是空工位。

4 级进模结构与设计要点

设计的级进模总装结构如图4所示，设计要点如下：①利用侧搭边载体卷料，制件始终和侧搭边载体相连，使用时折下即可。②采用弹性卸料装置，坯料在压紧状态冲压，保证了制件的平直度。③利用小导柱与小导套导向，使凸模与凹模正确配合，确保冲压精度。④下模设有局部导料板可避免较薄条料送进过程中产生过大阻力。⑤考虑到弯曲回弹，各部位弯曲设计时均考虑了相应的补偿角，通过试模修正来保证角度精度。⑥为节约材料，便于装配调整和更换，部分凸、凹模采用镶拼结构。⑦采用侧刃粗定位+导正销精定位达到精确控制每次送料步距的目的。

5 主要零部件的结构设计

5.1 A区凸、凹模刃口设计

A区轮廓结构复杂，凸、凹模采用配合加工法。先加工好凸模作为基准件，然后配做凹模，使它们保持最小双面间隙Zmin。其公差不再受凸、凹模间隙大小限制，制造容易，并容易保证凸、凹模间的间隙。A区冲裁凸模刃口计算如图5所示。图示尺寸中，第1～4、6段模具磨损后尺寸不变，采用公式(1)。第5段模具磨损后尺寸变小，采用公式(2)。第7段非刃口尺寸，直接取其基本尺寸。

(1)

(2)

5.2 凹模固定板设计

凹模固定板用于固定相关凹模及镶件。由于该级进模工位数较多，若模具累积误差过大，会造成凸、凹模间隙不均，影响冲压质量和模具寿命，故应将其制造精度提高。考虑到该固定板上孔位尺寸较多，结合加工经济性，确定如下：在送料方向的刃口孔位尺寸按IT7级制造；其他位置刃口孔位尺寸按IT8～9级制造；各紧固螺孔、销孔位置尺寸按IT14级制造。各型孔位置关系见图6。

5.3 导料装置的设计

在级进模开始的几个工位上放置4个导向槽浮顶器，两边非对称放置。导向槽浮顶器结构如图7所示。其作用是在导向的同时具有向上浮料的作用，使条料运行过程中从凹模上浮起3.5 mm，以利于条料运行。

5.4 弯曲凸模镶件的设计

本模具中的弯曲凸模均属细长杆件，容易折断或

产生压杆失稳影响弯曲精度，并且磨损较快，所以为了延长弯曲凸模寿命，便于拆卸、更换和维修，采用弯曲凸模镶件结构，其装配关系如图8所示。

由于经第4工位冲裁后条料的一侧被切除，该侧无法再用导向槽浮顶器，所以在弯曲凸模镶件上安装局部导料板，以保证条料的顺利运行。而经过弯曲变形后，在条料厚度方向上会有一定高度的弯曲凸起，为了顺利送进条料，必须将已被成形的带料托起，使弯曲凸起部位离开凹模洞壁并略高于凹模工作表面，因此，图8中镶件底部需装托料弹簧做弹顶装置。

6 结语

通过对开关簧片的工艺分析和方案优选，设计了分区交叉冲裁和弯曲的级进模结构，整个成型在45个工位上连续进行，为高速自动冲压提供了有利条件。经现场生产验证，模具生产效率高、安全可靠，所冲制件精度高，尺寸稳定，达到产品质量要求。对宽度小、厚度薄的异形同类制件的模具设计具有一定的参考价值。

[1]周美蓉,吕孟春.汽车连接板级进模设计[J].热加工工艺，2007，42(11)：150-152.

[2]钟江静,梁士红.接触簧片冲压工艺及模具结构设计.[J]锻压技术，2008，38(4)：106-110.

[3]刘建超,张宝忠.冲压模具设计与制造[M].北京：高等教育出版社，2002：238-272.