某一体化结构翻铆的工艺方法研究

某一体化结构翻铆的工艺方法研究

何继豪 白文沼 张荣彬 谢东

遵义精星航天电器有限责任公司

摘要：翻铆工艺是电连接器装配中重要的一环，本文结合某型号电连接器的外壳上自带的冲制铆管的结构特点，针对翻铆模具如何保证产品上下外壳结合成为一体的过程进行介绍，对翻铆模具的结构以及参数设计进行详细阐述。通过改进翻铆模具结构后，在翻铆过程中对外壳进行定位，同时将该夹具设计为通用夹具，使用插头/插座多种规格，提高了翻铆合格率，也提高了生产效率。

关键字： 外壳冲制铆管铆装模具通用

1引言

电连接器的主要结构部件有外壳、基座、接触件、附件等，生产过程中需要将各个结构部件装配起来形成具备完整功能的电连接器产品。电连接器产品主要依靠灌封、冲压、铆接、组装等生产工艺进行结构部件的装配，翻铆属于铆接工艺的一种，是重要的电连接器生产工艺，其在电连接器生产过程中主要有翻铆连接、翻边铆装等形式。

翻铆工艺一般需要适当的外力施加以获得结构部件的变形，从而形成良好的连接或限位，所需外力由人员或者设备提供。其中翻铆设备主要有人员辅助无动力型冲床和各类动力源自动翻铆设备，某型号电连接器产品采用动力源冲床进行半自动翻铆，设备对翻铆模具的要求较高，本文针对某型号电连接器翻铆模具进行工艺研究，旨在通过研究为该类翻铆模具提供一些结构优化、设计参数方面的参考价值，在公司内推进该类模具设计标准化。

2产品结构

2.1 产品组成

图1 产品结构图

如上图1所示为某型号电连接器产品的主要结构，其主要的结构部件有外壳、基座、各类附件（图中已省略）。通过外壳1上自带的冲制铆管与外壳2铆接在一起后，实现固定基座合件的作用，最后装入接触件、附件等组成完整的连接器。翻铆前，对基座合件、外壳1、外壳2在组装状态下的配合尺寸进行计算，便于翻铆模具设计时参考。

2.2 固定安装系列连接器翻铆技术要求

根据产品相关技术文件的要求，基座合件、外壳1、外壳2铆装配合后，需要满足以下技术状态要求：

1)两外壳法兰盘应贴平，不允许有松动和弓起；

2)外壳不应有错位、开裂、镀层起皮现象；

3)铆管不应有裂纹和开裂现象，并保证安装孔φ3.2±0.1。

3翻铆模具工艺研究

3.1 铆管形变量的确定

根据铆装技术要求，外壳1自带的冲制铆管翻铆后需与外壳2端面贴平，及外壳1自带冲制铆管周圈垂直于外壳2翻铆90°，且翻铆后铆管要与外壳2端面贴平，即铆装后保证安装孔φ3.2±0.1，如图2所示。

图2  翻铆后安装孔尺寸要求

根据产品结构设计图纸，翻铆前，外壳1上自带的冲制铆管与外壳2两者间的配合间隙略微偏大（根据图纸计算出为0.11mm），且外壳2与外壳1自带的冲制铆管边缘存在R特征，即铆管翻开时，其弯曲内圆角半径R趋近于0.11。由于翻铆后安装孔尺寸要求为φ3.2±0.1，取3.2为极限尺寸进行计算，以极限尺寸状态下铆管翻开后的状态，进行铆管展开长度尺寸的反推计算，再将反推计算出的尺寸与外壳2安装孔孔径进行对比，是否满足有效配合条件。

图3  极限尺寸翻铆后状态

翻铆弯曲工件的展开两端的尺寸计算，针对小圆角，一般按照弯曲前后材料体积不变的原则进行计算，但是考虑到弯曲变形处的材料变薄情况，翻铆后展开尺寸的计算有如下经验公式可供参考：

①

上式①为计算展开尺寸的经验公式，其中：

L——弯曲件展开长度（mm）；

——弯曲件各直线段长度之和（mm）；

       N——弯角的个数；

       T——材料厚度（mm）；

       K——弯曲系数。

其中K值的确定方法：单角弯曲时，K=0.48～0.5，一般材质较软的取下限，如铝、铜等；材质较硬的取上限，如不锈钢等。

如图3所示的翻铆后示意图，可以对照上述的公式①进行相应的铆管展开两端长度计算，相关的计算参数确定如下：

；

N=1；

T=0.4mm

K=0.5

由此根据公式①计算出模拟极限翻铆后状态的铆管的展开长度尺寸为：

外壳2的孔径为4.1mm，外壳1自带冲制铆管的内径尺寸为4mm，按照模拟铆管极限翻开后的状态进行反推计算的铆管展开后两端长度为4.65mm＞外壳2安装孔孔径，可知铆管翻开后能有效贴平外壳2。

3.2 翻铆模具的设计

翻铆模具设计中，最重要的便是翻铆模具的结构及其参数设计，模具的参数计算直接决定了翻铆成功与否，模具尺寸的不合理计算会直接导致不合格品产品，影响生产效率等。因此在设计上模时，需根据产品结构重点考虑翻铆后产品结构的稳定性。

结合上述图1、图2、图3可得出铆管的翻铆为90°垂直于外壳2翻边铆装，翻铆设备可用脚踏冲床或马达冲床。根据实际使用需求，采用马达冲床省时省力且效率更高。故根据马达冲床的工步设计，可一次性完成外壳1、外壳2、基座合件的翻铆工作。根据外壳1自带冲制铆管的设计样式，要将铆管一次性铆好贴平到外壳2上，需经过两个步骤：第一步先将铆管撑开至外壳2上，第二步将铆管摊平至外壳2上。其中撑开部分至关重要，根本上决定了能否翻铆或者翻铆的质量。

3.2.1 翻铆模具材料选定

翻铆模具应选择强度高、耐磨损的材料，常用材料为锻钢，牌号有DC53、SKD11、T10A等，硬度要求为HRC50-55，标准协议有LGJX-2020-03、JIS G4406-2006等。

3.2.2 产品的定位方式及下模结构设计

翻铆后外壳1、外壳2法兰盘需贴平，且两外壳不能有错位现象。故在进行翻铆时，需对被翻铆的两外壳进行良好的定位，依据两外壳的外形特征，主要考虑的定位方向为法兰盘定位，即下模定位部分为型腔且必须要能卡住产品法兰盘，如下图4、图5所示。

图4  产品翻铆过程中的定位方式

图5  翻铆下模结构

图4所示的产品翻铆过程中的定位方式，图5所示的为下模结构主要由底板、凹模、定位板组成。外壳1、外壳2、基座合件组装后，以外壳法盘两端宽度为定位基准，底部采用型腔结构将外壳合件固定住，进行单边翻铆，可适用于多种不同型号的外壳自带冲制铆管连接器的翻铆，且该固定方式能够有效避免翻铆后外壳1、外壳2的错位现象。

3.2.3 翻铆上模的设计

为保证翻铆后外壳与铆管无裂纹现象发生且翻铆后结构稳固较好，需保证铆管在受力时均匀且连续，故在翻铆上模在设计过程中，需要考虑限位机构即作用力的限制结构。连续均匀受力机构，通常需在原结构中加装弹性系数一定的弹簧，本次设计就是通过限制冲头直接受到动力源的巨大冲击力，在其上方加装了弹簧，翻铆时候通过反作用力才控制冲头对铆管进一步压制，防止铆管压裂。如图4所示的上模设计图纸，其组成部分包括模柄、垫板、固定板、弹簧、翻边凸模、冲头、定位杆等。其中定位杆的主要作用是使上下模同轴，保证翻铆时无偏斜。

1）作用力限制结构的设计

见图4所示，弹簧是作为缓冲作用力缓冲的部分，根据外壳的材料特性，选择了线径为φ8弹簧带。翻铆时，根据作用力的相互性可知，动力源（马达冲床）所传输的力不会在外壳上作用太久，而是随着弹簧的形变被吸收。

2）冲头的设计

由该类产品的技术要求可知，为了后期组装附件时无干涉现象，翻铆后，其安装孔尺寸必须保证为φ3.2±0.1。要达到该要求，翻铆冲头的翻边部分尺寸必须固定为3.2，以保证安装孔尺寸符合要求。而冲头的主要顶部与铆管接触部分，需要光滑平整，且符合冲制铆管R特性，如图6所示为冲头的结构特征。

图6  冲头结构特征图

4翻铆模具实操验证

4.1 验证结果

根据上述理论模具设计结构，加工了翻铆模具实物，并对某型号产品进行翻铆验证，具体验证情况如下表1。

表1翻铆模具验证结果

4.2 验证情况总结

根据上表1所展示的实物验证情况与当前的使用带锥度的尖模翻铆方式进行对比，此次设计达到预期的翻铆效果，且产品翻铆后的结构稳固性良好，为实现此类产品翻铆半自动化做了进一步铺垫。

5结论

综上所述，本次针对外壳自带冲制铆管类的产品翻铆方式研究效果良好。并经过实物验证证明了模具设计的合理性，并且为后续该类产品翻铆的半自动化提供了依据。在设计过程中，我也体会到了尺寸设计不当与结构设计不合理带来的痛苦，需要不断的去优化各个尺寸以及结构的合理性，直到实现了目标为止。本次设计过程也让我获得了模具设计中的尺寸和公差值给定、结构可靠性、结构成本、加工精度、受力情况分析等的一系列经验，在次过程中需要不断的探索与请教他人，最重要的就是实践，唯有实践合理了，理论设计才能被认可。

参考文献

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