解读精密多工位级进模制造技术及其发展现状

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　　标志冲模技术先进水平的精密多任务位级进模，具有结构复杂、制造难度大、精度高、寿命长和生产效率高等特点，是我国重点发展的精密冲模。
1 X/ d0 f9 o* a　　从精密多任务位级进模的冲制件来看，包括电机铁芯片级进模、空调器翅片级进模、集成电路引线框架级进模、电子连接器级进模、彩管电子枪零件级进模、汽车零件级进模、家电零件级进模等。可以说，冲制件覆盖了电子、通讯、汽车、机械、电机电器、仪器仪表和家电等产品范畴。
　　从当前国内制造的精密多任务位级进模的水平分析，在模具的技术含量、制造精度、使用寿命和制造周期等方面均获得了明显进步。其中，部分高档优质模具的总体水平与国际同类模具水平相当。下文先就此分为几个方面予以阐述。
　　级进模制造技术发展现状
　　1.模具CAD/CAM技术的应用
　　通过运用模具CAD/CAM技术，模具设计品质得以提高，模具设计时间进一步缩短，推动了模具结构的优化，促进形成规范化、典型化、系列化、标准化的体系。模具制造技术实现了数控化，通过对数控铣床、数控加工中心、数控低速走丝线切割机、数控电火花加工机、数控平面磨床、数控内外圆磨床、数控坐标磨床、数控光学曲线磨床等精密数控设备的灵活运用，构建形成了加工精密多任务位级进模零件的主要手段和技术，这不仅保证了模具制造精度和品质，同时也缩短了模具制造周期。
　　2.模具总体水平
3 I' U8 Z( ?/ a  L+ [　　①电机铁芯自动片级进模制造精度达2μm、步距精度达3μm、拼块精度1μm、回转精度1’。模具在高速冲床上使用，具有自动冲压、片、扭槽、分组、回转等功能，模具使用寿命1亿冲次以上。易损备件可互换。冲制材料0.50mm厚的硅钢片带料，经自动片形成铁芯组合件，铁芯组合的厚度可达到100mm以上，铁芯组合的外径可达200mm左右。
3 q2 W; l, l- J  m. i8 X! M4 m　　②空调器翅片级进模制造精度达2μm。以Φ7.2×48列翅片级进模为代表，模具18工位，两步进距，模具在高速冲床上使用，含有引伸、冲孔、翻边、冲百叶窗、异形切、边切、纵切、横切等工位。刃口备件可互换，模具使用寿命3亿冲次。冲制材料0.105mm厚的铝箔片带料，经自动冲压形成翅片列数为48列。模具的冲裁间隙10μm有300处左右。还有翅片列数为36-72列。
　　③集成电路引线框架级进模制造精度达2μm，易损备件可互换，模具在高速冲床上使用，寿命5千万冲次以上。冲制材料0.20mm厚的铜片带料，经自动冲压形成引线框架。作为半导体和集成电路的载体引线框架，引线的脚数多、尺寸小、精度高、形状复杂，冲出的制品在镀镍处要求无毛刺。引线框架已有4排24列，脚数64只，最小间距尺寸为0.13mm。
　　④彩管电子枪零件级进模制造精度达2μm。以G5底零件级进模为代表，模具25工位，在高速冲床上使用，含有冲切、拉深、压筋、切边、翻孔、变薄拉深、整形、精冲小孔等工位，备件可互换，模具使用寿命3千万冲次以上。冲制材料0.245mm厚的无磁不锈钢片带料，经自动冲压形成G5底零件，精度达到0.01mm内，变薄拉深的孔径形位公差0.02mm内，制品外形品质要求零缺陷。
　　⑤电子连接器级进模精度达2μm，步距精度达3μm。例如手机连接器级进模，模具50工位，在高速冲床上使用，冲次速度达400次/min以上，冲制材料0.20mm厚的铜合金片带料，经自动冲压形成连接器，制品6处弯曲成形，形状复杂、精度高。其中3处内钩形接触点的一致性和高度要求达0.02mm内。备件可互换，模具使用寿命2亿冲次。
' H0 q* ^! X$ N/ K$ |7 ]　　⑥汽车零件级进模成型模块的精度达到μm级。模具应用CAD/CAE/CAM技术，经CAE仿真成形分析，优化了模具结构、冲压工艺和制造手段。例如汽车刮雨器底盘级进模，重量20t左右，模具在大吨位冲床上使用，经冲切、拉深、弯曲、整形、冲孔等工位，形成多面体制品，制品形状复杂、曲面深度起伏大、精度高。冲制材料0.61mm厚的高强度冷轧钢板，模具寿命100万次以上。
　　3.模具制造周期逐步缩短
　　现代模具制造技术的深入推广与应用，促成了模具标准化程度的日渐提升，模具标准件的使用率已接近50%。模具标准化、模具制造技术数控化和模具标准件的广泛采用，有效缩短了模具制造周期，并同时提高了模具品质、降低了模具制造成本。以较复杂的精密级进模的制造周期为例：小型的约50天，中型的约80天，大型的约110天。制造周期已与国际同类模具水平相当。
　　双排铁芯级进模
　　随着工业产品技术的不断发展，市场对精密级进模的需求量越来越大，技术要求日益严苛。例如，集机电技术一体化为代表的电机铁芯自动片硬质合金级进模，使用该类模具生产铁芯的厂家越来越多。并且，随高生产率的发展要求，双排铁芯模具、大规格铁芯模具的需求量不断增大，模具也随之大型化，精度要求和制造难度也相应地“水涨船高”。
　　鉴于此，为加快双排铁芯级进模的发展和国产化模具水平的提高，下文将重点介绍该类模具的主要结构、精密制造技术、主要部位的关键技术参数，以及模具使用与维修要求。以电动工具定转子铁芯自动片双排级进模为例，右图分别为该模具的上模、下模、铁芯产品图样。
　　1.模具主要结构
　　①模架采用精密滚珠导柱双导向结构，上下模座主体采用4组滚珠大导柱导向，分块式卸料板与上下模座采用8组滚珠小导柱导向。
- ~! A" q- R& C% E5 H; X5 w　　②弹压卸料板采用分块式组合结构，卸料板主体分成2块与5块导向板组合，通过8组滚珠小导柱与上下模座连成一体导向的组合形式。弹压卸料板与导向板分块组合式结构，具有卸料、压料、保护凸模、控制步距与精密导向的综合性能。
6 X' \8 G! ^8 i1 }% N  Z　　③凹模采用分块式镶拼结构，硬质合金镶件与凹固板5块镶拼组成。经冷压密配和精密定位的方法，确保配件互换。
# H5 C+ m) |* M　　④凸模固定采用快换式结构，硬质合金凸模与固定板采用μm级的间隙配合并用压板锁紧定位。凸模的位置精度由导向板控制。
　　⑤步距精度控制结构采用双排28只导正销控制送料步距的高精度定位，步距精度由精密的导向板保证。
/ A2 n' G+ \+ H8 H# w% q　　电动工具定转子铁芯自动片双排级进模的上模(a)、下模(b)、铁芯产品图样(c)
- ], Q& v1 F2 Q& I2 k4 t2 @, p$ N　　⑥条料导向条料导向采用侧导板导料结构，侧导板的设置为分块和分段形式。并在凹模固定板上设置顶料结构，确保条料运行无阻。
　　⑦模具安全保护机构上下模座在相对位置采用4组限程柱，控制模具行程。上模板与卸料板之间设置多块并分段的限位块，控制冲压时上模的最佳行程及弹压卸料板的平衡支撑。设置微动开关防误送装置，出现条料误送故障时，冲床可即刻停止，避免模具损坏。
8 ?/ _4 \8 Q9 F- {　　⑧铁芯厚度的分组采用抽板机构，在冲床控制柜设定所需要的片数，当冲到设定的片数时，在电器控制柜的脉冲指示下，通过气缸和电磁阀来控制模具上的抽板机构动作，顶出计量凸模冲孔后即刻复位，达到铁芯片的厚度并分组要求。
8 k$ G6 ?2 z% g, B" y# v: T　　2.模具主要零件的制造
1 n3 z2 z& b/ ^- {　　模具制造技术除了应用CAD/CAM技术和高精度数控机床的配套设施外，专业化精密制造技术和多年实践经验的深化渗透也非常重要，这样才能形成先进的制造技术和最佳制造方案，进而确保模具的各项技术要求。
　　①上模板、下模板、弹压卸料板的大件制造分为粗加工、半精加工、精加工三个阶段。粗加工在立式铣床、横臂钻床等普通机床上进行，主要去除零件上的大孔及成形部位的余铁量，留适当的后道加工余量。粗加工后需进行热处理调质，以提高零件的韧性、强度和减少后道加工的变形量。
9 X' \, ~" i+ I　　半精加工在加工中心上进行，除了零件上的导柱导套孔、销钉孔、型孔、工艺孔及平面留适当的精加工磨量外，其余加工到位。半精加工后进行热处理淬火，达到零件所需要的硬度值。并在精加工前需进行热处理时效，达到消除零件淬火后的脆性和内应力的效果。
　　精加工在精密平面磨床上磨两平面，平行度控制在0.01mm内，然后在精密坐标磨上加工导柱导套孔、销钉孔、型孔、工艺孔等高精度部位，达到孔距位置精度在3μm内及孔径公差和一致性等技术要求。上下模板和卸料板上的导柱导套孔、销钉孔、工艺孔的孔距和位置是重点确定的高精度基准，整副模具相关的其它模板等零件，均以此高精度基准定位，保证步距等要求。
  \1 Y! x. D0 {6 A- W9 H$ [" t; a$ |　　②导向板、凸模凹模固定板、垫板、侧导板、抽板、收紧圈等零件的制造需经锻造、退火、粗加工后调质、半精加工后淬火、精加工前时效等。精加工分别应用精密数控磨床、慢走丝线切割机，坐标磨床等高精度设备。导向板与凸模凹模固定板，需经慢走丝线切割型孔和槽孔的要求进行多次切割，一般要求的型孔和槽孔进行3次切割，要求高的进行4次切割。需经坐标磨床上加工的部位，慢走丝线切割后，留精磨余量0.100.15mm。该类零件的槽孔采用以割代磨加工技术、圆孔采用全磨削加工技术及割磨互相结合的加工技术。
3 V) q% W/ Q! m　　③硬质合金槽形凹模拼块的制造精磨拼块配料的两平面，厚度与拼块固定板一致。采用精密数控慢走丝线切割机床切割定子、转子的槽形刃口、斜度及每件拼块的扇形四侧面，每面留磨量0.04mm，用工具成型磨床精磨拼块的扇形四侧面，每面留研磨量3μm；用光学曲线磨床精磨槽形刃口与斜度，每面留研磨量2μm；研磨拼块的扇形面，每面留1μm组装时的调整量，研磨拼块的圆弧面、小头侧面、槽形刃口及斜度面，达到槽形凹模拼块组装后各项技术参数。
$ Q  c( ]4 A: A% a2 M5 \　　④槽形凸模、圆形凸模及导正销等精密零件的制造槽形凸模采用光学曲线磨床精加工，也可采用精密数控慢走丝线切割机床进行多次切割加工，经研磨达到各项技术参数。圆形凸模采用精密数控外圆磨床精加工。导正销等精密零件采用全磨削加工。通过精磨、精割和研磨的加工技术，既要达到零件的尺寸公差，又要保证同规格零件的精度一致性要求。
8 }# f6 x: H1 D5 L; i　　⑤硬质合金零件的制造因零件的材料是硬质合金，特点是硬度高、脆性大和容易爆裂，在磨削加工时，采用人造金刚石砂轮，树脂结合剂，砂轮粒度120号为粗磨、精磨180号以上，结合剂的浓度75100%。每次磨削深度在5μm内，精磨控制在2μm内。冷却液保持充足，确保及时散热要求。砂轮自始至终应保持自砺性能，操作必须合理和规范，达到最佳的磨削效果，既能保证硬质合金零件精度，又能延长砂轮使用寿命。硬质合金零件的磨削技术，是精密级进模制造中的关键技术。
　　3.模具主要部位的关键技术参数
- e* u7 p6 u' b) ~; e, R1 q3 W. b; q　　①步距位置精度直接影响到铁芯自动铆的结合力，精度高结合力大。全密形式的模具步距精度需控制在3μm内。步距达到零公差的最理想，结合力效果会更大、更好。
6 L+ t3 K0 w' h: l4 }- ~　　②全密形式铁芯铆是在模具内完成的，为此，上、下冲片的铆点和计量孔的过盈配合量极为重要，过盈配合量控制在5μm时的状态较好。过盈配合量参数是能否达到铆结合力要求的关键。
8 C! y7 l$ d( h: @5 x　　③收紧圈零件是铁芯自动铆的关键零件之一，零件的综合技术要求高，尤其是成形孔的尺寸公差参数，必须控制在比落料凹模小10μm时的性能较好。达到适中的背压和收紧增压的效果。
　　④导正销外径与卸料导向板上的导正孔径配合间隙，控制在35μm内，能保证导正销在高速冲床上运行时的导正精度和使用性能。
3 g! }$ I" d& H) `/ g　　⑤模具装配必须精选圆柱销、螺钉等优质高强度的紧固件，圆柱销外径与销钉孔为精密过盈配合，上模部位的过盈配合参数35μm、下模03μm，保证定位紧固精度的可靠性和稳定性。
! \# k- K7 Y; |! n, v　　4.模具使用与维修要求
　　定转子铁芯自动片双排级进模，在精密高速冲床上使用，并与开卷机、校平机、送料机、产品传递装置等组成高速冲生产线系统，在批量生产过程中，实行自动送料、冲压、片、分组、产品传送等的连续作业，具有生产效率高、产品品质好、节约原材料与安全性高等特点。为了保证高速冲生产线的正常运行并充分发挥其优势，模具的正确合理使用与维修等工作，必须按要求做好并不断予以完善。
　　①高速冲生产线运行中，要确保高速冲床、送料步距、废料排出、产品冲制的三线一点畅通和正常，运行中的模具与冲床及配套装置的性能必须可靠。生产中还需持续做好冲床、模具、冲材等的清洁与润滑工作，保证冲床、模具的精度和产品品质要求。
9 N& M0 }9 S3 X& I　　②精密高速冲床是关键的先进设备，其主要特点为高精度、高速度。精度要求，滑块与工作台的平面度小于0.02mm、平行度小于0.03mm，滑块的下死点精度小于0.01mm。对铁芯铆结合力的效果进行分析发现，滑块下死点的精度很关键，因此，冲床的正确使用和维护必须做好，才能保证精度和使用效果。
) N, }' Q. ?4 Y7 n: _　　③产品材料经开卷机开成带料的要求是，开料后的毛刺小于0.03mm，带料宽度应小于模具导料部位0.050.10mm，带料经校平后无明显弯曲与毛刺，平直度需在公差要求范围内。自动送料机的步距精度，误差需控制在±0.02mm内。达到从卷料开成带料至模具导料等全过程的正常运行要求。
0 S0 G$ o. V& c: [& \) I0 o1 z% x3 ~　　④模具的使用要做到合理和规范，模具在冲床上正确定位后，装好安全保护装置并检查性能和可靠性。调整好行程，用点动与手工送料，试冲全部工位，测量铆点高度及有关资料后，精调行程并检查各个工作部位，正常后开始连冲，逐步提高冲次速度。正常生产的冲速250次/分，较为适合，可列入操作规范。

　　⑤模具使用期间需经常抽检产品的品质状况，确保批量生产正常，如出现异常问题，采取措施排除。并认真做好模具使用卡记录，使用日期、生产数量、冲次速度、行程参数、产品品质和检验结论。模具如需要维修和磨刃口的，必须附上最后冲出的带料和铁芯冲件，供给模具维修、磨刃口时参考。
　　⑥模具维修方面，要求根据带料、冲件、使用记录、检验结论和图纸等检查模具状况，确定维修内容与程序。按规范拆卸模具相关部位，拆卸关键零部件做好编号、位置记号和测量记录，便于维修后达到最佳状态。
: x# w6 Q& c/ d  {　　⑦模具的磨刃口是维修中的重要环节，磨刃口前必须清理模具内的冲件和废料，保持清洁，保证基准可靠。磨凸模刃口时，需换装配制的短导柱，装上卸料导向板，用等高垫块垫稳保持平行，使凸模高出卸料导向板1mm左右即可。磨刃口，控制每次进给量，保证磨削品质。并将磨刃总量提供修磨其它相关件，达到一致性要求。
　　⑧模具经过维修和磨刃口后，要认真做好退磁、去毛刺、清洗和关键参数的测量记录，再进行组装、润滑和切纸检查。同时认真检查导正销、弹簧、紧固件等零件状况，保证模具技术性能。维修后的模具装上生产线，再按规范要求连机、试冲合格，满足批量生产的正常运行。
, u+ [7 f7 Y6 j& X　　展望
　　近几年，我国模具技术发展较快，代表冲压模具发展方向的精密多任务位级进模，模具设计制造水平有了较大提高。国内生产的部分模具水平与国际同类模具水平相当，替代了一部分进口模具，并有少量出口，但是应该看到，相比国际先进水平仍有不少差距。
　　为此，必须全方位提高技术创新能力和模具设计制造水平，不断缩小差距。相信在模具行业和有关行业的共同努力下，我国必将从模具生产大国发展成为模具生产强国。【MechNet】
文章关键词： 机床