精沖模具設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用在精沖企業(yè)發(fā)展中的重要性

文/郭銀芳，周勁松，王祖華·武漢華夏精沖技術(shù)有限公司

精沖模具設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用在精沖企業(yè)發(fā)展中的重要性

文/郭銀芳，周勁松，王祖華·武漢華夏精沖技術(shù)有限公司

精沖是使用專用精沖壓力機(jī)，借助特殊結(jié)構(gòu)的精沖模具，加工精密輪廓零件的一種先進(jìn)工藝。本文主要闡述了精沖模具設(shè)計(jì)、制造在精沖企業(yè)發(fā)展中的重要性，并舉例說明了幾種精沖模具的應(yīng)用。

從綜合方面考慮，影響企業(yè)發(fā)展的因素主要有企業(yè)的外部經(jīng)營(yíng)環(huán)境和企業(yè)的內(nèi)在素質(zhì)。企業(yè)的內(nèi)在素質(zhì)包括領(lǐng)導(dǎo)者的素質(zhì)和管理水平、企業(yè)的規(guī)模和產(chǎn)品。產(chǎn)品是企業(yè)生存的依托，發(fā)展的基礎(chǔ)，沒有一個(gè)好的產(chǎn)品，沒有相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力以及市場(chǎng)占有率，企業(yè)不但難以發(fā)展，甚至連生存都非常困難。精沖企業(yè)的主要產(chǎn)品就是精沖件。精沖件必須滿足經(jīng)濟(jì)、高產(chǎn)、高質(zhì)量等要求，精沖企業(yè)才有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，企業(yè)才能不斷發(fā)展。因此，影響精沖企業(yè)發(fā)展的其中一個(gè)重要因素是如何高效經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)出高質(zhì)量的精沖件。

根據(jù)精沖的定義，精沖是使用專用精沖壓力機(jī)，借助特殊結(jié)構(gòu)的精沖模具，加工精密輪廓零件的一種先進(jìn)工藝，因此精沖壓力機(jī)和精沖模具決定了精沖件的質(zhì)量。目前，無論是進(jìn)口還是國(guó)產(chǎn)精沖設(shè)備，都開始配備開卷校平機(jī)和廢料分離器、取件裝置,組成連續(xù)自動(dòng)生產(chǎn)線，提升了精沖企業(yè)的自動(dòng)化程度。然而，如果精沖模具壽命短，維修頻繁，生產(chǎn)出的精沖件達(dá)不到圖紙要求，企業(yè)生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本就會(huì)變高。因此，精沖模具的設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用對(duì)精沖企業(yè)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。

精沖模具設(shè)計(jì)的重要性

由于精沖模具所受的壓力大，凸、凹模間隙非常小，以及精沖過程中的熱效應(yīng)、摩擦力等原因，使精沖模具的壽命很難保證。因此，精沖模具設(shè)計(jì)必須綜合考慮排樣方案、模具結(jié)構(gòu)、模具材料選擇、熱處理和表面處理工藝制定等。好的模具設(shè)計(jì)方案，對(duì)精沖件的生產(chǎn)效率、質(zhì)量和成本有著直接影響。

精沖模具的排樣設(shè)計(jì)是精沖模具設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，它能影響零件的質(zhì)量、操作安全性和經(jīng)濟(jì)性。排樣設(shè)計(jì)方案的確定也就決定了模具的結(jié)構(gòu)、精沖機(jī)噸位的選擇、生產(chǎn)效率等。

精沖模具的排樣設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括：分析精沖零件的工藝性，精沖零件的形狀和尺寸，精沖零件精度，精沖零件沖裁面的質(zhì)量，精沖材料的精沖性，精沖零件的生產(chǎn)批量等。

最佳的排樣設(shè)計(jì)，除了保證有較高的材料利用率外，還需要考慮模具整體的剛性和沖裁過程中各種力的平衡性,以及壓力環(huán)的有效范圍，必要時(shí)需要通過搭橋方式來提供作用力，對(duì)于復(fù)雜的零件有時(shí)需輔助油缸來提供輔助力以實(shí)現(xiàn)其動(dòng)作需要等。排樣方案確定后，在精沖模設(shè)計(jì)中，除了滿足普通沖模的要求外，還必須特別注意下述要求。

⑴模具結(jié)構(gòu)必須滿足精沖工藝要求，并能在工作狀況下，形成立體的壓應(yīng)力體系。

⑵模具結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，功能可靠，有良好的導(dǎo)向精度。

⑶考慮模具零部件的工藝性和加工方法。

⑷合理選用模具各零件的材料及熱處理方法和表面處理方法，特別要選用耐磨性高，淬透性好和微變形的材料來制造凸模和凹模。

⑸必須滿足精沖件的質(zhì)量特征及要求。

⑹考慮精沖模的潤(rùn)滑及排氣系統(tǒng)。

⑺便于及時(shí)清除沖出的零件及廢料。

⑻結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維修方便。

⑼整套模具具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

精沖模具制造的重要性

精沖零件的質(zhì)量，主要包括形狀尺寸和沖裁面質(zhì)量，不僅在于模具設(shè)計(jì)的合理性，還在于模具零部件的加工制造的精度和裝配精度。如何保證模具零部件的加工精度就顯得尤為重要，它主要取決于零件的設(shè)計(jì)合理性、加工工藝的可行性、加工設(shè)備的精度等，還在于每步加工工序的嚴(yán)格檢驗(yàn)和質(zhì)量管控。針對(duì)特殊工序而言，如熱處理后的零件要進(jìn)行足夠的時(shí)效使內(nèi)應(yīng)力得到充分的釋放，線切割或電火花加工電蝕層（俗稱“白層”）要清除掉，磨削時(shí)產(chǎn)生的加工灼燒層等需要格外注意，這些因素最終影響到模具零部件，尤其是核心件的形狀和尺寸穩(wěn)定性，以及其自身的壽命。

由于精沖技術(shù)的特殊性，模具的沖裁間隙很小，沖裁間隙的均勻性不僅直接影響沖裁零件的質(zhì)量，尤其是沖裁面的質(zhì)量要求，而且也會(huì)影響整個(gè)模具的使用壽命，這樣就更體現(xiàn)了裝配精度的必要性和重要性。

精沖模具應(yīng)用

隨著精沖技術(shù)的發(fā)展，越來越多的企業(yè)將普沖改為精沖生產(chǎn)，提升企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)，精沖技術(shù)人員在實(shí)踐中不斷優(yōu)化精沖模具結(jié)構(gòu)，不斷提高精沖件的質(zhì)量，如提高其平面度，降低塌角大小等，為企業(yè)降本增效。

閥板精沖模應(yīng)用

閥板是空調(diào)壓縮機(jī)中的一個(gè)重要功能件。閥板按形狀可分為圓形、方形和異形；按閥線可分為無閥線、單面閥線和雙面閥線。閥板的制造由多工序普通沖壓轉(zhuǎn)變?yōu)閱喂ば蜻B續(xù)普通沖壓，目前逐步發(fā)展成精密沖壓成形。

閥板的形狀不同，閥線類型不同，生產(chǎn)制造的難度也不同，其中雙面閥線閥板，且外閥線為異型的成形難度最大。對(duì)于這樣的閥板，關(guān)鍵在于閥線部分的成形和平面度、塌角的控制。擠壓閥線槽時(shí)，材料可在另一側(cè)相應(yīng)位置凸起(圖1)，即類似于半沖孔，這種方法模具受力小，但增加了后繼粗磨量，增加了成本。如采用閥線直接擠壓，在閥線孔范圍內(nèi)預(yù)留凸包，在后繼沖孔時(shí)將凸包沖裁掉，能降低閥板磨削量，提高生產(chǎn)效率。

圖1 帶凸包閥板

因此制作了簡(jiǎn)易的上、下壓板，并使用小導(dǎo)柱導(dǎo)向，在250t精沖機(jī)上試壓成形。圖2為擠壓后的零件，經(jīng)測(cè)量，內(nèi)、外閥線尺寸合格，閥線另一側(cè)有輕微凸痕，高0.1mm，閥線側(cè)材料有往中心預(yù)留孔處輕微流動(dòng)，閥線另一側(cè)材料平整無流動(dòng)。試壓結(jié)果表明閥線直接擠壓方案是可行的。

然而，模具投產(chǎn)后，外閥擠壓沖頭易崩缺(圖3)，壽命不到3000件。采用外閥死鐓的方案由于異形外閥受力不均勻，擠壓沖頭易崩缺，壽命低。將異形閥線沖頭的結(jié)構(gòu)調(diào)整，更換材料，降低硬度等，外閥擠壓沖頭的壽命依然不超過5000件。因此，該方案模具維修成本高，生產(chǎn)效率低，不適合大批量生產(chǎn)。

圖2 擠壓閥線零件

圖3 崩刃沖頭

調(diào)整模具方案，在HFB-5000A精沖機(jī)上生產(chǎn)閥板，零件平面度不超過0.1mm，閥線另一側(cè)無凸起(圖4)，閥線沖頭壽命超過兩萬件，大大提高模具壽命，降低生產(chǎn)成本。該模具已應(yīng)用于批量生產(chǎn)中。

鋼棘爪精沖模應(yīng)用

鋼棘爪是汽車安全帶系統(tǒng)中安全帶調(diào)節(jié)的關(guān)鍵零件。零件材質(zhì)為45號(hào)鋼，料厚4mm。一般精沖成形此類尖齒塌角高度為料厚的35%，鋼棘爪塌角高度要求小于0.5mm，同時(shí)齒部沖裁面要求全部光潔，產(chǎn)品凸包高度4.8mm，大于材料厚度，且45號(hào)鋼流動(dòng)性差，凸包成形難。通過查表，鋼棘爪的精沖難度等級(jí)為S3。

采用精沖常規(guī)間隙設(shè)計(jì)，一模兩件，六工步連續(xù)生產(chǎn)，初次試模后，產(chǎn)品尖角處塌角高度達(dá)到1.6mm，齒部嚴(yán)重撕裂，不符和沖裁面全部光潔的要求，凸包高度為3.7mm，同樣沒達(dá)到圖紙要求，如圖5所示。

調(diào)整工藝方案，調(diào)整擠壓凸模的結(jié)構(gòu)，采用負(fù)間隙擠壓，經(jīng)過實(shí)際試模，測(cè)量產(chǎn)品塌角0.4～0.5mm，滿足圖紙要求，如圖6所示。模具調(diào)整后，大大減少了材料塑性流動(dòng)，產(chǎn)品齒部沖裁面全部是光潔面，凸包高度達(dá)到4.86mm，產(chǎn)品合格。該模具已用于批量生產(chǎn)中。

圖4 無凸包閥板

圖5 初試零件

圖6 模具調(diào)整后的零件

結(jié)束語

隨著科技的發(fā)展，精沖模具設(shè)計(jì)、制造水平在不斷前進(jìn)，精沖模具廣泛應(yīng)用于各精沖企業(yè)或其他相關(guān)領(lǐng)域。企業(yè)在不斷追求進(jìn)步的同時(shí)，精沖技術(shù)人員必將通過不斷的學(xué)習(xí)和探索，優(yōu)化精沖模具設(shè)計(jì)，提升精沖模具水平。精沖模具的發(fā)展，必將進(jìn)一步推動(dòng)精沖行業(yè)的發(fā)展。