接线柱成形工艺分析与模具设计

王长喜

（东莞市中一合金科技有限公司，广东 东莞 523775）

0 引言

在电器开关、电箱等接线的部位会存在一个或多个接线柱，一般这些零件是通过车床加工后再进行二次加工完成。近年来随着技术的进步，部分接线柱零件由车床加工工艺改成冲压工艺，再攻螺纹，以降低制造成本。但成形这些零件的模具结构复杂，材料利用率低，影响了生产成本和效率。在人工成本增加和品质要求日益提高的情况下，在冲压设备的基础上引进多滑块成形机构，能较好地完成该类零件的成形。

1 零件结构特点及成形工艺

1.1 零件结构特点

接线柱成形较复杂，除了弯曲成方形以外，还需将零件重叠扣紧，在使用过程中能承受螺钉的扭力，扣合处不能松动，接线柱材料为JISG 3141-SPCC-4B，厚度为（0.8±0.02）mm，接线柱二维结构如图1所示，三维结构如图2所示。

图1 接线柱二维结构

图2 接线柱三维结构

1.2 工艺分析及排样

该类零件一般采用级进模进行生产，在级进模内完成冲孔、切边、弯曲、落料等工序，其工序为冲压→攻螺纹→清洗→检测→包装→出货。零件需求量大，单价较低，原材料的利用率是降低制造成本的重要部分。

使用级进模成形该类零件时，排样有横排和直排2种方案，横排时材料的纹路方向与弯曲线平行，如图3（a）所示，成形工序为：①冲定位孔；②冲圆孔；③冲异形孔；④翻孔；⑤倒斜角；⑥修边；⑦修边；⑧向下弯曲90°；⑨向下弯曲45°；⑩向下弯曲45°；[11]弯曲扣合；[12]调整；[13]落料；[14]切废料。根据接线柱的特性，当横排方案成形至方形扣合的第⑩、[11]工位时，凹模只有设计成一个沿送料方向的悬臂才能完成零件成形，凹模由于受力较大容易断裂。有搭边直排的排样方式是材料的纹路方向与弯曲线垂直，如图3（b）所示，有搭边直排方案虽然避免了模具零件断裂的问题，但在成形零件时模具内有多个侧滑块，增加了模具的复杂程度和降低了生产效率。上述2种方案的材料利用率比较接近，只有30%左右。

通过研究将采用直排排样方式，并做无边料和无废料切断设计，零件的展开长度就是送料长度，零件的宽度就是原材料的宽度，只进行必要的冲孔和剪切缺口，排样如图3（c）所示，用该方案成形零件的材料利用率为65.17%。该直排工艺将级进模的冲切和成形分离，经过冲模进行必要的冲孔、切缺口后进入成形区域，在同一工位对待成形零件进行切断、成形，再进入预设的轨道内落料，完成零件的成形。模具结构设计简单，无边料直排成形工艺如图4所示。

1.3 整体工序排布

通过对零件及模具结构进行分析，确定接线柱成形工艺方案如图5所示，成形工序为：①冲定位孔；②冲圆孔；③冲异形孔；④修边；⑤冲异形孔；⑥圆孔翻边；⑦倒斜角；⑧成形。其中①～⑦工序在冲模完成，工序⑧在成形模完成。

工序⑧的成形过程是围绕成形模中心的成形镶件经过图6（a）～（g）所示的7个步骤逐步弯曲成形，成形镶件四周排布滑块作为成形零件的凸模。通过凸轮机构实现滑块前进和后退的直线运动及控制运动开始、结束的时间，直至完成接线柱成形并落料。

图3 排样方案

2 模具结构设计

接线柱的排样是无搭边，完全靠零件展开后的首尾相连处做无废料切断。整体模具结构分成2个单元即冲切部分和成形部分（见图4），通过导轨做等距工位衔接，保证从冲模到成形模的送料准确。成形完成后的落料会进入预设的轨道排列，进行二次加工。

图4 无边料直排成形工艺

图5 接线柱成形工艺方案

图6 工序⑧成形过程

2.1 冲模结构设计

模具通过内导柱连接上、下模，由于冲模不设置弯曲工序，降低了冲模的设计难度，冲模的行程为15 mm，能实现快速冲切。模具没有外导柱，由于行程小，冲压时可实现内导柱一直在下模导套内运动，提升模具的导向精度，保证了成形零件的精度要求，并且使用弹压式卸料板，冲模结构如图7所示。

2.2 成形模结构及工作原理

在成形模的凹模固定板（中模板）的中心安装成形凹模镶件，在滑块上的成形凸模围绕同一轴心和成形凹模进行成形，成形凸模在成形过程中保持受力均衡，延长了模具的使用寿命。在中模板设计了成形凸模的轨道，确保成形凸模在成形过程中受侧向力而不发生变形，保证了成形零件的精度。成形凸模围绕成形模中心最多可设置11个，在中模板后侧有3个用凸轮控制的活动成形凹模，需要工作时伸出中模板，不用时退回中模板，可根据待成形零件的不同和成形的需要选择使用。冲床滑块从上止点→下止点→上止点的一次行程运动过程相当于运行360°，所以成形模也必须在360°的一次行程内完成送料和成形的工序。设计过程中，成形的先后顺序根据待成形零件的需要而定，具有一定的灵活性，满足不同零件的成形原理和落料要求。工艺过程和成形模结构如图8所示。

图7 冲模结构

图8 成形模结构

经过冲模后料带直接送到成形位置，在压料凸模7向前运动与成形固定凹模10将料带压紧；切断凸模5开始向前运动，同固定在中模板上的切断凹模3将待成形零件从料带上分离，切断凸模5继续向前运动，同成形活动凹模2一起将待成形零件弯曲75°；凸模8向前运动与中模板上的成形固定凹模10将待成形零件弯曲90°；压平凸模9向前运动与成形固定凹模10压紧材料，辅助成形将零件弯曲90°。凸模11向前运动与中模板上的成形固定凹模10向左将待成形零件弯曲90°；如图9（a）所示，完成成形后凸模11退回。此时切断凸模5在现有的位置后退1.0 mm，成形活动凹模2退回至中模板，切断凸模5继续向前运动与中模板上的成形固定凹模10将待成形零件弯曲90°；凸模1向前运动与中模板上的成形固定凹模10将待成形零件弯曲15°，即由75°弯曲到90°；此时压平凸模9退回。凸模13向前运动与中模板上的成形固定凹模10将待成形零件弯曲90°，使零件弯曲扣合，如图9（b）所示。凸模13退回到起始位置，压平凸模9再次向前运动与中模板上的成形固定凹模10将扣合部分再次压紧，保证零件扣合的平整性,如图9（c）所示。此时零件成形已经完成，凸模1、5、7、8、9同时退回到起始位置，在中模板后侧的退料凹模12开始运动，将零件从中模板上的成形固定凹模10上推出成形区域，进入预定的轨道进行二次加工或落料。退料凹模12退回中模板，成形活动凹模2开始运动，从中模板内伸出，在此状态下开始送料，进行下一个零件的成形，如图9（d）所示。

图9 工序⑧模具结构成形过程

3 关键成形凸模结构设计

料带切断时切断刀口在垂直于零件平面，保证切断面与零件平面垂直。由于压料凸模7垂直于料带，但在零件成形工艺上，料带在被剪切或成形时必须将其压住，保证冲切和成形的稳定。通过研究，采用切断凸模5一次切断料带和两次成形，设计了活动式的成形机构，将与Y轴成30°的切断凸模5在轨道内转变成与Y轴平行成形方向，同时达到了冲切和成形的要求。具体运动过程为切断凸模5固定在压料凸模7和导料块4、成型凸模导块6、凸模导块18形成的轨道内运动。底座16是在底座导块17和成型凸模导块6组成的轨道内运动，切断凸模5与底座16设计成倒扣结构，滑配扣合在一起，当底座16前后运动时，切断凸模5沿Y轴方向会随着底座16的运动而运动。运动过程中切断凸模5和底座16在滑配扣合位置会有左右方向的滑动过程，实现切断凸模5沿Y轴方向的前进和后退，如图10所示。

图10 切断和成形结构

4 结束语

介绍了电器开关、工业电器等设备上使用的接线柱模具结构设计，材料利用率高，成形模制造、装配、维修方便，围绕待成形零件中心成形，受力均衡，延长了模具零件的使用寿命。将凸轮机构引入冲模为冲切或弯曲提供动力，成形的零件更稳定，品质更可靠。实际生产表明该工艺方案可行，为复杂、级进模成形困难的零件提供解决方案。