精密高速冲压模具的设计及应用技术

文／梁建奇·杭州安费诺嘉力讯连接技术有限公司

精密高速冲压模具的设计及应用技术

文／梁建奇·杭州安费诺嘉力讯连接技术有限公司

梁建奇，冲模设计工程师，主要从事冲模设计工作，主要研究领域为电子、汽车、通讯等产品的连接器的五金端子冲压模具开发设计。

精密高速冲压是现代冲压生产的先进技术，它将高速冲床技术、高精度冲模技术、高品质制品材料技术、智能控制技术等高新技术融合为一体。相对普通冲压而言，高速冲压的速度每分钟在几百至上千冲次，具有质量好，效率高，适合大规模生产的特点。因此被广泛应用于电子、通信、汽车、军工、仪表仪器、医疗器械和家电产品等制造领域。杭州安费诺嘉力讯连接技术有限公司所生产的电子连接器冲压件作为手机、电脑等产品的功能性零部件，有耐环境、机械性能和电气性能等方面的要求，同时又是连续大批量生产，产品精度要求比较高，为提高产品的性能，会对产品的局部进行镀金、镀银、镀锡及热处理等工艺。下面结合本公司生产实际状况，就连接器端子的高速冲压模具在设计上的排样工艺及模具结构方面进行探讨分析。

在设计模具时，关于模具的结构、料带都必须和客户反复谨慎地确认，有了这个基础才能把关于模具设计的想法整理成设计资料。对于高速精密冲压零件，在产品图纸上会标注各个尺寸的公差，因为没有公差的话就无法进行实际的生产，不管是不是重要尺寸都必须要有公差。产品的重要尺寸是基于什么角度（组装、性能或者其他）出发考虑其重要性，甚至重要尺寸具体放在哪个位置，必须在充分理解以上几点的基础上进行模具设计。连接器端子的产品信息如图1所示，产品间隙为0.5mm，产品宽度只有0.35mm（实际下料取值为0.34mm），而且尺寸公差基本为0.04mm的公差带，通过公差取值和折弯展开，连接器端子展开连料图如图2所示。

图1 连接器端子产品信息

图2 连接器端子展开连料图

模具排样图分析

如果料带和模具工位布局设计比较纤弱的话，冲压生产过程中SPM（每分种的冲程次数）就上不去，产品品质也不稳定，同时生产性也会下降。因此必须把稳定生产和品质放在优先位置，提前考虑材料宽幅及模板工位之间的强度等，决不能在布局存在不安定隐患的前提下勉强进行生产，这样可能会导致无法挽回的后果。关于料带的排样设计必须经过仔细、缜密、反复的思考。图3为模具的排样示意图。

不安定隐患的布局

弧形

虽然节约材料很重要，但如果连接料带极其狭窄的话，各工位冲压加工产生的应力以及定位针和定位孔内壁之间的摩擦将导致连接料带发生变形。产生这种弧形的话，不仅产品的品质无法保证，而且可能发生材料料带输送过程中被下模凸出部分卡住导致送料位置不正确损坏模具。

关于高速冲压加工想要在这里特别强调的一点是，高速精密冲床的惯性力将导致下死点的变动给生产带来极大的影响，所以应尽量使模具的上半部分小而轻，使高速精密冲床的冲程尽量小（一般10mm以下）。冲程如果变大的话惯性力也会变大，不仅带来弧形问题，而且所输送的材料也会遭到重力拍打，从产品的弯曲度到生产性都会受到很大影响。因此，在图3所示的模具第12工位设计料带弧形（扇形）调整工位，预防和校正料带的弧形。

切边

被加工材料从宽幅材料裁切至客户指定宽度的材料有一个纵断过程。该纵断加工时发生的应力是在纵断材料宽幅的两端，而且如果不去掉该应力直接进行冲压加工的话，会导致如图4所示的弧形变形，导致冲压加工无法继续。在材料的分切加工过程中如果不发生分切内部应力的话，冲压加工中就不需要切边过程，但是从现阶段来说，既然材料两端存在内部应力，这个切边过程就不可或缺。因此，以节约材料为名义省去切边过程的冲压加工是非常危险的，即使减少切边的量也绝对不能省去切边这个工序。

图3 排样示意图

图4 不安定隐患

冲裁接刀部位

在冲压连续模的冲裁加工过程中，产品外形如果一次冲裁就可以完成，那就不存在接刀部位的问题，但是考虑到零件（冲头、模仁等）的强度及制品精度等，冲裁加工有可能在数道工序里完成。如果接刀毛刺在送料及折弯过程中掉落到模具内，或者散落在下模台面上造成积压形成大的块状，最终吸附到产品上形成压痕的情况。产生这样的压痕不管是从产品品质上还是外观上都是不允许的。为了防止压痕的发生，在模具设计过程中应该进行充分的考虑，极力避免可能出现接刀毛边的模具结构。

图5 接刀部位

冲裁接刀部位会形成的边角部位，如图5所示。因为接刀部位可能影响整个产品的美观，所以尽可能的把接刀部位设计在产品组装之后被隐藏起来的地方，这样对于产品设计者及与冲压相关的人员都会轻松不少。关于接刀部位，在设计前期必须和客户进行商讨确认，在充分考虑生产性和产品品质的基础上再提出产品形状变更的方案。

图6 定位针位置

设置各工位的位置时必须扎实稳固

连接器端子的连续模大部分需要经过10～20个工位的冲裁和折弯才能完成，这就需要考虑定位针的排布。冲压加工是以定位针为基准进行的，定位针或定位孔的数量越多冲压加工就越稳定。因此，在离该工位最近的两个位置进行设置，定位针的位置如图6所示。例如要进行一次折弯、二次折弯的情况下，假设在附近只有一根定位针的情况下，可以推测材料会发生蛇形行进而影响折弯位置和折弯高度（定位针和定位孔之间多少存在一定的间隙）。同时，这些尺寸的稳定性也会对生产构成隐患。从模具构造方面来看，也有无法设置定位针的位置，应当在设置定位孔的位置尽可能的设置定位针。这些细微的考虑都会对产品品质的稳定性及生产性能的提高产生重大影响。

图7 改善前后对比

如果模具设计时考虑不足，在开始生产后再进行产品图纸的设计变更及模具的改造，将大大降低整个模具的精度及生产性。

模具结构设计

高速连续模从切边工序开始，有多道下料、折弯工序，被加工材料经过冲压加工→脱料板挤压→材料上浮→往前输送→冲压加工，被加工材料经过脱料板的反复挤压，这个过程是极其迅速的（1000SPM的情况下是每秒17次）。因此在模具设计时应该使各工位保持在最小限度，特别是作为精度重要的折弯加工等工位应尽可能的在较前的工位完成。这些重要加工安排得越往后，由于间距误差及材料的延伸等造成的卸料板布局都会使材料在X和Y方向的位置发生巨大的变形。

等高螺栓断裂的对策

在以往设计的高速精密冲压模具中，上模等高螺栓和压力弹簧排布在一起，模具在高速生产过程中会把等高螺栓拉断，把普通的等高螺栓更换为不锈钢螺栓后，模具在提速到1000SPM生产一段时间后依然会有拉断的情况发生。改进后通过一个“凹”形挂块替代等高螺栓来固定脱料板，进而实现模具的高速稳定生产，如图7所示。

结束语

本文通过对高速精密端子模具的料带排样进行设计方面的探讨和分析，而在实际量产时影响模具稳定高速生产的因素还有很多，往往通过一些技术上的小突破都会对模具的稳定性和效率给予很大的提升，同时也可以降低生产成本，创造更多的价值。