采用精沖工藝生產(chǎn)可直接用于裝配的多功能零件

文/威利·格力姆·瑞士法因圖爾技術(shù)股份公司

采用精沖工藝生產(chǎn)可直接用于裝配的多功能零件

文/威利·格力姆·瑞士法因圖爾技術(shù)股份公司

威利·格力姆，首席模具專家，擁有多項(xiàng)精沖模具技術(shù)專利。

精沖工藝開創(chuàng)了一項(xiàng)以經(jīng)濟(jì)效益最大化進(jìn)行大批量生產(chǎn)的全新技術(shù)，并可顯著降低生產(chǎn)成本。這就是為什么精沖成形工藝是復(fù)雜零件大批量生產(chǎn)的最佳工藝，特別是在汽車制造業(yè)領(lǐng)域。

精沖工藝的吸引力在于通過減少零件的制造工序，實(shí)現(xiàn)更低的生產(chǎn)成本，且拓展了零件設(shè)計(jì)的多樣性，從而創(chuàng)造更高的效益。隨著這項(xiàng)技術(shù)的持續(xù)不斷發(fā)展，更多的創(chuàng)新應(yīng)用使其具有更強(qiáng)的吸引力。

精沖技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

精沖工藝可沖裁最厚達(dá)15mm的板材，生產(chǎn)出的精沖零件沖裁面可滿足功能要求且保持較高的平面度。最主要的特點(diǎn)是在厚度方向上可得到100%光亮的沖切面，粗糙度可達(dá)N5～N8等級， 且公差等級可控制在ISO 7～9。只要擁有精沖機(jī)和精沖模具即可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)直接用于裝配的精密零件：完全沖裁、成形且已去除毛刺的零件，如圖1所示。精沖件是在可靠的、高重復(fù)精度保證下，以高速沖程進(jìn)行生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了單件成本的經(jīng)濟(jì)性。精沖工藝被認(rèn)為是一項(xiàng)精度極高的工藝。新型的精沖機(jī)及模具設(shè)計(jì)顯著地提高了生產(chǎn)效率。

精沖工藝鏈的主要環(huán)節(jié)（圖2）：

⑴睿智的、超高精密的模具設(shè)計(jì)；

圖1 精沖件示例

圖2 精沖工藝鏈的各個環(huán)節(jié)

⑵多功能精沖壓力機(jī)；

⑶易于成形的零件材料、高性能的模具材料和潤滑劑。

精沖工藝鏈的各個環(huán)節(jié)保證了穩(wěn)定生產(chǎn)的工藝可靠性。

除了上述精密沖裁工藝，現(xiàn)代化的零件應(yīng)用還需要精沖工藝與相關(guān)的金屬冷成形工藝相結(jié)合。也就是說，零件從精沖壓力機(jī)系統(tǒng)出來后已經(jīng)是完全成形的零件。

沿著上述的技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展方向，結(jié)合原有積累的豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以及從成功或不成功試驗(yàn)中吸取的教訓(xùn)，為這項(xiàng)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。如今，在最先進(jìn)的技術(shù)輔助手段，如電腦工藝仿真模擬技術(shù)的支持下，進(jìn)一步確保了精沖工藝與實(shí)踐生產(chǎn)的可靠性，如圖3所示。

技術(shù)發(fā)展趨勢

50年來，關(guān)于精沖的工藝能力及工藝局限性已經(jīng)發(fā)表了很多的論文，精沖工藝也在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。數(shù)十年來取得的技術(shù)成果不斷突破原有工藝的技術(shù)局限，主要拓展的技術(shù)方面有：

⑴沖裁零件外形的復(fù)雜程度更高；

⑵成倍增長的產(chǎn)能輸出；

⑶三維復(fù)雜零件；

⑷工藝整合，減少后續(xù)工序；

⑸降低材料的消耗。

零件的沖裁外形復(fù)雜程度更高

在許多案例中，沖裁形狀主要受制于材料的機(jī)械成形特性和模具沖裁部件可承受的最大的載荷。這些受材料的厚度和具體沖裁力局限的外形設(shè)計(jì)圖表是業(yè)內(nèi)眾所周知的。如今，隨著模具材料性能的不斷提高，結(jié)合沖裁工藝的日益創(chuàng)新，使現(xiàn)代工藝不斷地突破這些技術(shù)局限。如圖4所示的是具有精密齒形結(jié)構(gòu)的汽車座椅調(diào)角器零件，其材料厚度在3～6mm之間，齒形模數(shù)可達(dá)0.3～0.5mm。

圖3 運(yùn)用仿真模擬軟件進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)

成倍增長的產(chǎn)能輸出

更快的產(chǎn)能輸出意味著對模具、設(shè)備和零件傳送機(jī)構(gòu)更進(jìn)一步的技術(shù)開發(fā)。這就要求企業(yè)通過采用新技術(shù)來不斷改善和優(yōu)化現(xiàn)行工藝，第一，設(shè)備要在單位時間內(nèi)產(chǎn)生最大的沖程次數(shù)；第二，需要設(shè)備有能力保持長時間無間斷運(yùn)行。對壓力機(jī)技術(shù)來說，正在被應(yīng)用的新技術(shù)是伺服驅(qū)動。該技術(shù)已經(jīng)被成功運(yùn)用于汽車門鎖精沖零件的制造。采用總壓力為450t的精沖設(shè)備將4個零件同時從條料上沖切下來，沖程速率可達(dá)到每分鐘90～110沖次。

另一個案例是，采用1模8穴的模具進(jìn)行大批量生產(chǎn)變速箱零件，零件從模內(nèi)被頂出并分離到獨(dú)立的料槽和輸送帶上，沖程速率高達(dá)每分鐘140沖次。

圖5 整合多步工序的模具設(shè)計(jì)

零件的成形復(fù)雜程度提高

當(dāng)前技術(shù)發(fā)展聚焦于復(fù)雜三維零件的加工。這需要加大精沖壓力機(jī)工作臺的有效空間，或者充分提高現(xiàn)有空間和作用力的利用率，兩個方面相結(jié)合才能得到更佳的效果?？梢圆扇〉拇胧?，一個是集成工位，利用設(shè)備的多向輔助力組合在同一工位上完成零件的加工；另一個是將零件轉(zhuǎn)移裝置整合到模具內(nèi)，以便在可用的工作空間設(shè)置必要的工位，從而實(shí)現(xiàn)模具內(nèi)多工步復(fù)雜成形。

整合后續(xù)的工序

當(dāng)需要整合前序工步到主工藝工步時，類似的設(shè)計(jì)理念就產(chǎn)生了。這里再次用到了零件轉(zhuǎn)移裝置進(jìn)行條料外加工。一個典型的案例就是，將精沖、去毛刺及之后的折彎工序整合在一副模具內(nèi)完成，如圖5所示。如此設(shè)計(jì)的最大益處是，所有工步受力以壓力機(jī)中心點(diǎn)對稱分布，以免壓力機(jī)工作臺在偏載力作用下產(chǎn)生傾斜而導(dǎo)致?lián)p壞。同時也有效延長了高精度模具部件的使用壽命，并大大延長了兩次刃磨之間模具的使用時間。在平衡力作用下的加工對保證零件生產(chǎn)過程中的形狀公差也是有益的。將多步加工工序集合在一副模具中，使精沖工藝在模具內(nèi)整合了后續(xù)工序，實(shí)現(xiàn)了低成本、高效率的零件制造，滿足更快速、更經(jīng)濟(jì)的大批量生產(chǎn)。

降低材料消耗

材料是珍貴的資源，通常會占到單件成本的50%。沖裁輪廓線周邊的搭邊寬度和附件功能需要用到的材料空間應(yīng)該盡可能的小，以便節(jié)省材料。達(dá)到上述目的的關(guān)鍵在于最初的模具設(shè)計(jì)階段。要得到最佳的方案就必須要提前綜合考慮到零件的設(shè)計(jì)、材料選擇以及模具的設(shè)計(jì)。一旦工序排樣設(shè)計(jì)確定，工藝流程和模具設(shè)計(jì)就成形了。條料外加工的創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念，不僅提高了精沖工藝的可靠性，而且由于排樣圖的改進(jìn)，達(dá)到了節(jié)省材料和降低成本的顯著效果。

上述五方面的技術(shù)發(fā)展趨勢展現(xiàn)了未來精沖技術(shù)開發(fā)的光明前景，不斷突破工藝局限，開創(chuàng)更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。