趙 威，李洪昌，陳 煒，江丙云

(1.常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,常州 213164；2.江蘇大學(xué)，鎮(zhèn)江 212100)

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電機(jī)I/O端子件成形過程偏擺控制工藝研究

趙 威1，李洪昌1，陳 煒2，江丙云2

(1.常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,常州 213164；2.江蘇大學(xué)，鎮(zhèn)江 212100)

偏擺是電機(jī)I/O端子件沖壓成形中最難以控制的問題，分析了偏擺產(chǎn)生的機(jī)理和表現(xiàn)形式，總結(jié)了偏擺的主要影響因素,有沖裁間隙、壓料力、模具磨損和沖裁速度等。基于正交實(shí)驗(yàn)歸納出各因素的影響程度，提出了通過調(diào)整兩側(cè)沖裁間隙大小來控制端子件偏擺的方式，為端子件偏擺控制工藝研究提供了指導(dǎo)。

I/O端子件；偏擺；沖壓成形；級進(jìn)模；電機(jī)

0 引 言

I/O端子件在電機(jī)、發(fā)動機(jī)等機(jī)械產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛，屬于精密級制品，因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用過程中的裝配關(guān)系復(fù)雜，通常對形位公差和尺寸公差有很高的要求。圖1所示是某型電機(jī)I/O端子件，需多步?jīng)_裁、彎曲后成形，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、產(chǎn)品尺寸精度要求高，剪切面單向最小公差0.01 mm，最小彎曲半徑0.2 mm,屬于典型的狹長型制件。在使用高速沖壓機(jī)床沖制時(shí)，容易出現(xiàn)質(zhì)量問題，如毛刺、裂紋、偏擺等，其中，最難以控制的是出現(xiàn)圖2所示的偏擺問題，導(dǎo)致后續(xù)裝配時(shí)配合精度不高，最終影響電機(jī)I/O電器連接件產(chǎn)品的質(zhì)量。

圖1 I/O端子件圖2 端子件偏擺

1 端子件偏擺產(chǎn)生的機(jī)理

端子件在沖壓成形時(shí)，通常包含沖裁和彎曲兩道工序，以圖1所示的某電機(jī)I/O電器連接端子件為例，分析端子件在沖裁和彎曲過程中偏擺產(chǎn)生的原因和表現(xiàn)形式。

1.1 沖壓成形時(shí)的偏擺產(chǎn)生

沖裁成形時(shí)，由于凸凹模間隙不均，使端子兩側(cè)受力不均，會發(fā)生端子件一側(cè)受較大的拉應(yīng)力或擠壓應(yīng)力，端子件兩側(cè)斷面光亮帶長度不均，出現(xiàn)起皺、拉裂等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致端子件出現(xiàn)偏移；同時(shí)，凸凹模間隙不均，導(dǎo)致凸模作用力的中心與凹模作用力的中心不在一個(gè)中心，也即中心線偏斜，會產(chǎn)生一個(gè)促使板料發(fā)生翻轉(zhuǎn)的力偶，端子件出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象，使端子件沿折彎線方向的寬度變化不均，導(dǎo)致在后序彎曲成形時(shí)，端子材料沿彎曲線回彈不均，從而出現(xiàn)偏擺。

圖3 端子件級進(jìn)沖裁過程

圖3示出端子件沖裁過程中偏擺產(chǎn)生的成因，工序1中凸模3首先沖裁端子右側(cè)廢料，由于端子材料左側(cè)有帶料相連，會有一個(gè)側(cè)向拉應(yīng)力，故沒有發(fā)生偏擺，但在工序2中，當(dāng)凸模3沖裁端子左側(cè)廢料時(shí)，由于端子右側(cè)帶料已切除，沒有側(cè)向拉應(yīng)力，所以當(dāng)凸模3沖裁材料時(shí)，端子件會出現(xiàn)偏移和翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

1.2 端子件偏擺主要表現(xiàn)形式

常見的端子件偏擺在沖裁和彎曲工序中的表現(xiàn)形式主要有兩種。如圖4左側(cè)圖樣所示，當(dāng)端子件沖裁完成之后，由于凸凹模間隙不均使端子兩側(cè)受力不均，從而產(chǎn)生歪斜偏擺；另一種形式如圖4右側(cè)圖樣所示，細(xì)長端子件經(jīng)過多次折彎后，各折彎段向非折彎方向發(fā)生相對偏轉(zhuǎn)，使端子件沿折彎線方向的寬度變化不均，沿彎曲線回彈不均，產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，嚴(yán)重時(shí)相對于理想中心線出現(xiàn)位置度超差現(xiàn)象，最終形成S形偏擺。

圖4 端子件偏擺的表現(xiàn)形式

2 基于正交法的影響因素研究

前面已分析端子件偏擺的表現(xiàn)形式主要包括沖裁成形過程中的歪斜偏擺和彎曲成形過程中的S形偏擺。通常情況下，板料沖裁質(zhì)量的影響因素主要包括沖裁間隙、沖裁速度和模具磨損等[1]，除此之外，壓料力、摩擦潤滑狀態(tài)和端子件寬厚比(B/t)等對端子件偏擺也有一定的影響。由于摩擦潤滑狀態(tài)和端子件寬厚比在正交實(shí)驗(yàn)時(shí)均已定，故在建立正交實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜁r(shí)，選用沖裁間隙、沖裁速度、模具磨損和壓料力四個(gè)影響因素作實(shí)驗(yàn)參數(shù)。

2.1 正交實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

以某電機(jī)I/O電器連接器端子件級進(jìn)模具作為實(shí)驗(yàn)載體，選用磷青銅JIS-C5210-EH作為端子帶料，其材料特性和力學(xué)性能見表1，具有良好的耐蝕性、耐磨損性、延展性和導(dǎo)電性，具有優(yōu)良機(jī)械加工性能及成屑性能，廣泛應(yīng)用于電腦連接器，手機(jī)連接器等電子產(chǎn)品的插槽、按鍵、引線框架及端子等。

表1 C5210-EH材料特性和力學(xué)性能

在正交實(shí)驗(yàn)中，沖裁間隙和壓料力的大小可以通過調(diào)整矽鋼墊片的厚度來實(shí)現(xiàn)，故將沖裁間隙、沖裁速度、模具磨損和壓料力4個(gè)影響因素，分別用墊片1厚度、沖壓速度、沖壓次數(shù)和墊片2厚度來表示，如表2所示，取4個(gè)影響因素的3組水平變化因子展開正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

表2 實(shí)驗(yàn)因素及水平表

注：未加墊片1時(shí)，沖裁間隙C1、C2為0.007 mm。

表2實(shí)驗(yàn)中有4個(gè)影響因素，每個(gè)影響因素有3個(gè)水平變化因子，采用L9(34)的4因素3水平正交試驗(yàn)來展開實(shí)驗(yàn)，根據(jù)正交法則，建立如表3所示的正交實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

表3 正交實(shí)驗(yàn)表

在實(shí)際生成過程中，端子件最終的偏擺量是由沖裁過程中的端子件生成的偏擺和彎曲過程中端子件生成的偏擺累積疊加而成，直接評估比較復(fù)雜。本文作如下處理，如圖5所示，通過直接測量d值，來評估沖裁過程中端子件的偏擺值；通過測量端子件兩側(cè)斷面光亮帶長度差間接評估彎曲成形中的端子件偏擺。λ1與λ2的差值Δλ，差值越大，偏擺越大。在測量斷面差值Δλ時(shí)，取圖5中的a,b,c三處測6點(diǎn)值，求出相應(yīng)位置的差值Δλ再平均。

圖5 端子件偏擺測量示意圖

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

表3列出了各因子影響下的d和Δλ值，并根據(jù)d和Δλ值求得了最終的極差值R和r(如表4)，極差值越大，說明該因子的影響系數(shù)越高，繪制出圖6所示的因子影響曲線圖。

表4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖6 各因素水平對考核指標(biāo)的影響

由圖6可以看出,隨著墊片1厚度的增大，也即沖裁間隙增大，端子件偏擺方向發(fā)生變化，證實(shí)了在合理沖壓工藝參數(shù)下，沖裁間隙的變化使端子件斷面的受力情況發(fā)生變化，從而導(dǎo)致端子件出現(xiàn)了反向偏移；隨著墊片2厚度的增加，也即壓料力增大，端子件偏擺方向發(fā)生變化，證實(shí)了在合理沖壓工藝參數(shù)下，隨著壓料力的增大，凸模對端子板料的側(cè)向拉應(yīng)力的影響逐漸減小，從而導(dǎo)致端子件出現(xiàn)了反向偏移；隨著沖壓速度的增加，端子件偏擺方向發(fā)生變化，證實(shí)了在高速沖裁時(shí)，端子件板料易出現(xiàn)裂紋，凸模對端子件板料的拉應(yīng)力也減小，從而導(dǎo)致端子件偏移方向的變化；隨著墊片1厚度和沖壓次數(shù)的增大，端子件兩側(cè)光亮帶差值在增加，證實(shí)了隨著沖裁間隙和模具磨損程度增大，端子件板料成形質(zhì)量在變差。

同時(shí)，根據(jù)表3和表4中極差R值和極差r值，可以推斷各因子對指標(biāo)的影響程度是：沖裁間隙>壓料力>模具磨損>沖裁速度，為后序端子件的偏擺優(yōu)化提供指導(dǎo)。

3 端子件偏擺控制方式研究

基于以上正交實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果，沖裁間隙是影響端子件偏擺的最重要影響因素，可在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通過優(yōu)先優(yōu)化端子件兩側(cè)沖裁間隙來減小端子件偏擺量，提升端子件的成形質(zhì)量。圖7是通過調(diào)整沖裁間隙控制偏擺的模具結(jié)構(gòu)示意圖，為方便沖裁間隙的調(diào)整，凹模設(shè)計(jì)成鑲塊形式，其原理是通過調(diào)整凹模鑲塊的位置來控制端子件兩側(cè)沖裁間隙。在沖裁過程中，若端子件向右側(cè)偏擺值較大，則調(diào)整端子件右側(cè)沖裁間隙C1，使其小于端子件左側(cè)外形沖裁間隙C2，反之亦然。

(a)沖載端子件右側(cè)外形(間隙C1)(b)沖載端子件左側(cè)外形(間隙C2)

圖7 端子帶料沖裁間隙示意圖

4 實(shí)驗(yàn)論證

如圖6所示，本例選擇A2C2B2D1作為優(yōu)化沖裁過程中端子件偏擺的最優(yōu)組合，選擇A1C3B1D3作為優(yōu)化彎曲過程中端子件偏擺的最優(yōu)組合，結(jié)合沖壓成形生成實(shí)際，在實(shí)驗(yàn)論證時(shí)，做以下權(quán)衡。

(1)實(shí)際生產(chǎn)過程中，在允許的偏擺范圍內(nèi)，模具的使用壽命越長越好，故本例的實(shí)驗(yàn)論證是在特定的沖壓次數(shù)前提下進(jìn)行的。

(2)實(shí)際生產(chǎn)過程中，端子件偏擺控制的通用做法是盡量減小沖裁工序產(chǎn)生的偏擺量以減小后續(xù)彎曲工序產(chǎn)生的累積偏擺量，故優(yōu)先選擇A2C2D1參數(shù)組合。

(3)由正交分析結(jié)果可知沖裁速度對偏擺的影響程度較小，同時(shí)考慮到級進(jìn)模具沖裁時(shí)的生產(chǎn)效率，本例選擇D2以適當(dāng)提高沖裁速度，故采用A2C2D2參數(shù)組合開展實(shí)驗(yàn)論證。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示，可以看出，端子件偏擺量d值在0.02mm以內(nèi)的模具使用壽命達(dá)10萬沖次，優(yōu)化后的端子件偏擺量得到了有效控制，為端子件成形過程中偏擺質(zhì)量的控制提供了理論和實(shí)踐依據(jù)。但模具磨損的加劇，會導(dǎo)致偏擺值及光亮帶Δλ呈非線性變化，影響偏擺控制的精確度，故在端子件模具沖裁次數(shù)達(dá)到一定量時(shí)，需及時(shí)對模具進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。

表5 優(yōu)化參數(shù)后實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果

5 結(jié) 語

分析了常見電機(jī)I/O電器連接件端子件偏擺產(chǎn)生的原因，應(yīng)用正交實(shí)驗(yàn)法歸納出在多工位級進(jìn)沖裁過程中，各影響因子對偏擺的影響程度是：沖裁間隙>壓料力>模具磨損>沖裁速度，在此基礎(chǔ)上提出了通過調(diào)整左右兩側(cè)沖裁間隙的大小來控制偏擺的一種新型端子件偏擺控制方式，實(shí)驗(yàn)表明，端子件偏擺得到了有效控制，為電機(jī)、發(fā)動機(jī)等機(jī)械I/O電器端子件成形過程中偏擺工藝的控制研究提供了指導(dǎo)。

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Deflection Control Technology for I/O Terminal Components of Electrical Machine in Stamping Forming

ZHAO Wei1,LI Hong-chang1,CHEN Wei2,JIANG Bing-yun2

(1.Changzhou Institute of Mechatronic Technoligy，Changzhou 213164,China;2.Jiangsu University,Zhenjiang 212100,China)

The deflection is the most difficult problem to control in stamping forming of the electrical machine I/O terminal components. The mechanism of the deflection and manifestation were analyzed, and the main factors of deflection were summarized, such as the blanking clearance, pressing force, die wear and cutting speed, etc. The influence degree of every factor was concluded based on the orthogonal experiment. A way of adjusting the size of the two sides to control the terminal parts was put forward. It provides reference for the research on the control of the terminal components.

I/O terminal member; deflection; stamping forming; progressive die; electrical machine

2016-04-02

江蘇高校品牌專業(yè)建設(shè)工程項(xiàng)目(TAPP)(PPZY2015B187)；2015年度常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研基金項(xiàng)目(yj-zxpy-01)

TM305

A

1004-7018(2016)10-0097-04

趙威(1980-)，女，碩士研究生，講師。