特殊形状冲压连接的模具设计分析

特殊形状冲压连接的模具设计分析

陈宽怀

东莞市锋科精密五金制品有限公司 广东东莞 523000

[摘要]冲压连接，它属于拉伸胀形、弯曲及挤压并存一个弹塑性的变形过程，且兼顾着材料、几何、接触等三重的非线性，属于重要的一种连接作业方式。剪切式十字状连接，则从属典型的一种冲压连接。因连接接头有着较为特殊的形状，呈较小的几何尺寸，以至于对模具有着更高要求及标准。鉴于此，本文主要检索国内与冲压连接模具、形状特殊冲压连接相关模具设计的文献资料，经过系统化地梳理及分析过后，进一步探讨特殊形状的冲压连接模具设计实施对策，期望可以为后续更多模具设计工程师们对此类课题的实践研究提供有价值的指导或者参考，也便于更多模具设计工程师们今后能够有效开展特殊形状的冲压连接模具相关设计工作。

[关键词]模具设计；冲压连接；特殊形状；

前言：

伴随现代科技持续的进步发展，模具设计相关技术成熟度也不断提升，但对模具设计所提出要求也持续提高，尤其是针对形状较为特殊冲压连接模具而言，有着更高要求。那么，为能够充分满足实际需求，更好地开展此类型冲压模具相关设计工作，对特殊形状的冲压连接模具设计开展综合分析，有着一定的现实意义和价值。

1、关于板件连接及冲压连接的概述

板件连接，尤其是薄板连接，往往均是以螺纹连接、铆接、点焊等为主要连接方式，但这些连接方式往往均存在着一定的技术及经济层面缺陷，不仅成本投入高，且效率较为低下。如点焊这种连接方式之下，点焊设备价格较高，有着较高的连接费用成本，多层板件、不锈钢类型板件、铜质板件、镀层板件及铝件等连接较为困难。并且，针对中间存在夹层板件、厚度较大差异板件、材质不同板件、喷漆板件等，均无法连接。冲压连接，此项技术工艺往往较为简单，具备优良环保特性、经济性及可靠性等，且还具备着自动化这一优势。板材今后仍是以功能型、复合型为发展主流，涂层板材必然逐步扩大应用范围，冲压连接可以将新板材连接层面问题解决，属于应用价值较高的一项连接技术手段。通过冲压的被连接材料，经流动挤压而形成力和形状的一个封闭连接，促使被连接件相互间达到有效固定目的，即为冲压连接。紧固件、凸凹膜、连接材料及其表面状态，往往直接影响着连接接头具体形成，更会对负荷条件之下接头性能产生影响，促使连接接头自身性能及强度性得以增强。但因冲压连接实际操作过程当中，提出更高的自动化层面要求，且对于冲压连接设施设备，也就是模具设计层面同样提出更高要求及标准。冲压模具实际工作性能及其精度，均直接关系着冲压连接总体质量[1]。因如大型的覆盖件、洗衣机底板等一项特殊的连接部位，除圆形这种连接形状，往往还有更多特殊形状类型板件需要连接，尤其是十字这种特殊形状，需要实施冲压连接。此次所设计特殊形状的冲压连接模具，主要是对两个板件相互间呈十字状连接接头，实施冲压模具总体设计工作，选定DC01为主要材料。十字状连接接头，具备扭转较高可靠性，从属剪切冲压类型的连接接头，所承受的剪力和方向存在关联性。

2、模具设计实施对策

2.1确定冲压工艺

此次针对特殊形状之下冲压连接总体模具设计，区别于一般类型冲压模具设计，经计算连接接头各项参数，所获取的均为冲压接头凸凹模具各项尺寸，并非连接接头相应几何参数。故一般类型冲压模具整个设计过程，则与之相反。结合连接接头各项参数，将连接接头整个外形与其尺寸计算出来。对板件不同的加工作业工序区域合理划分好，冲压整个过程当中，落料及拉伸同步实施，落料工序即剪切作业，凸模把材料放置凹模期间，凸模上面刃口和凹模刃口，则对材料实施剪切作业，整个剪切刃口则呈十字状分布。板料相互间，经剪切后，有十字状切口形成，被剪切刃则组合成为十字形状[2]。该十字状条料，其能够实现和任意板料连接，压力装置持续运动，经剪切十字状接头顶部料，受凸模作用之下被逐渐拉伸，再挤入至凹模当中，因凸模已经成为锥形，其底部位置材料因凸模整个横截面积增加，故被持续剪切，剪切及拉伸加工工序得以完成。故该冲压工艺，内含集合落料及剪切作业、拉伸及锻镦复合作业。

2.2确定零件尺寸

一是，在十字状的连接接头作业尺寸计算层面。结合冲压连接的接头各项参数，找到图形当中冲压连接各接头参数所对应尺寸，依照着冲压连接各接头参数，获取部分拉伸及锻压工序当中凸凹模相应作业尺寸，对工艺参数实施计算前期，借助拉伸凸凹的模具尺寸相关要求及标准，把十字状接头相应几何尺寸合理确定下来，明确其连接接头的实际所需毛坯尺寸，也就是落料工序各项参数。结合拉伸模作业尺寸相关要求及标准，把十字状连接接头整个外形尺寸确定下来。依托于CAD系统软件实施计算分析，获取十字状连接接头最适宜外形、尺寸等；二是，在设计模具总体结构形式层面。拉伸件只有呈较高的高度情况下，才能够选用落料及拉伸的复合模具，因浅拉深件如果实行复合模，其落料凸模及拉伸凹模壁厚则过于薄，以至于模具强度无法得到保证。凸凹模壁厚最小为12.5mm，零件自身材料强度若较低情况下，仍然可确保其强度足够。因而，可实行倒装的复合模这种结构形式。连续实施三道冲压工序，此次对特殊形状的冲压连接模具开展设计当中，设反向侧的剪拉伸凸模。对凹模底部位置，开设十字状凹槽，且嵌入锻镦凸模。针对锻镦凸模另外一端，则连接着打料杆，对打料杆起到良好固定作用，防止后期运输及安装模具当中，其会从模柄部位滑落。选定蝶形弹簧，将其套人至锻镦凸模整个底部位置。在一定程度上，蝶形弹簧所能够起到作用即为表现为：合模前期，弹簧往往处在伸张状态，致使锻镦凸模和凹模能够相互贴紧，对锻镦凸模起到有效固定作用，防止锻镦凸模产生晃动情况；合模之后，凸模能够把材料逐步挤入到凹模内部，材料挤压着锻镦凸模，开始收缩弹簧，弹簧收缩整个过程当中，施力给锻镦凸模，而锻镦凸模则开始实施材料挤压作业，十字状连接接头整个横截面积得以逐步扩大。锻镦凸模作用之下，材料则不易发生被冲断情况，接头周边材料不易发生起皱问题；完成拉伸及剪切作业，则基本完成锻镦，开模期间，受蝶形弹簧作用，该锻镦凸模可挤压任意材料，材料回弹得以减少，整个冲压作业过程则更具可靠性，十字状连接接头各项性能得以增强

[3]；三是，在模具总装层面。模具合模期间，工件凸模、拉伸凹模构成一对刃口，促使落料得以实现，继续下行并且拉伸凹模，促使其承担拉伸功能，向下拉深板料，锻镦凸模的锻镦功能则同步完成，整个过程完成效率相对较高。

3、结语

综上所述，此次所设计特殊形状的冲压连接模具，主要是把凸模设为反向侧剪的拉伸凸模，此类型结构可确保拉伸、落料或是剪切可以同步实施，整个工艺更具连续性；凹模设为十字状槽的精压凹模，对凹模底部实施开槽，且嵌入至锻镦凸模，应用至冲压过程当中落料拉伸、镦宽工序，防止接头发生起皱、断裂情况，表面呈良好质量，增设蝶形弹簧，确保模具动作能够更具灵活可靠性。故此次所设计特殊形状的冲压连接模具总体结构简单、具备完善化功能，且整个运作过程平稳，推广及应用价值显著。

参考文献：

[1]王敏,王亮,王银玲,等.基于Dynaform的盒形件冲压工艺与模具设计[J].模具工业,2021，26（005）：111-112.

[2]王洪军,王鹏.一种制作电池组连接件的冲压模具和冲压设备,CN212144165U[P].2020,39（012）：327-328.

[3]尹琛,罗学明.一种可更换不同冲压形状的冲压模具装置,CN112570562A[P].202,45（009）：319-320.