精沖工藝在鋼背產(chǎn)品上的應(yīng)用

文/文衛(wèi)華，張佑·廣東駿匯汽車科技股份有限公司

精沖工藝在鋼背產(chǎn)品上的應(yīng)用

文/文衛(wèi)華，張佑·廣東駿匯汽車科技股份有限公司

精沖技術(shù)因?yàn)槠鋵δ＞叩脑O(shè)計(jì)和制造精度要求甚高，模具的材料和合理的工藝布局也非常關(guān)鍵，加之精沖設(shè)備的投入成本巨大，使得精沖行業(yè)在大家的心里都蒙上了一層神秘的面紗。廣東駿匯自2013年引進(jìn)瑞士法因圖爾700t精沖設(shè)備以來，一直致力于精沖工藝在鋼背行業(yè)的研究與應(yīng)用，今特輯此文，以促進(jìn)大家在精沖行業(yè)的技術(shù)交流與合作。

鋼背的概念

圖1 完整的鋼背產(chǎn)品圖

什么叫鋼背？鋼背是剎車片的組成之一，目前市場上廣泛應(yīng)用的都是碟剎，而幾乎所有的碟剎車片上高強(qiáng)度的摩擦材料都是燒結(jié)在一塊鋼板上的，在剎車油缸體的推動下自由活動于卡鉗內(nèi)，因?yàn)槟菈K鋼板處在摩擦片的背后，所以叫鋼背。鋼背上面一般都設(shè)計(jì)有鉚釘和孔位，便于安裝在卡鉗上，鋼背有一個特點(diǎn)：鋼板材料比較厚（一般為4～6mm），工藝工序比較多。近年來，隨著人們對汽車安全的越來越重視，各大車廠的剎車系統(tǒng)都必須要經(jīng)過更加嚴(yán)格的路面試驗(yàn)和反復(fù)論證才能正式應(yīng)用于各大汽車上。而剎車系統(tǒng)的好壞，除了摩擦塊的質(zhì)量外，最為重要的就是摩擦塊后面的那塊鋼背了，所以鋼背的質(zhì)量直接背負(fù)著汽車與駕乘人員的安全，直接關(guān)乎到汽車的質(zhì)量、聲譽(yù)、銷量。

鋼背的傳統(tǒng)加工工藝

圖2 落料

圖3 壓邊

圖4 沖孔

圖5 印字

圖6沖釘

圖7 單精沖

先來介紹下鋼背的傳統(tǒng)加工工藝，一塊平常的鋼背，一般需要有如下沖壓加工工藝：剪板、落料、壓邊、沖孔、印字、沖釘、單精沖，如圖1～圖7所示。后面的工序主要為去油、拋光、磷化、調(diào)平、片檢、包裝、出貨。本文重點(diǎn)介紹沖壓加工工藝。鋼板從鋼廠運(yùn)送回來后（是卷料），需要將卷料裁切成塊料（1520mm×6000mm），然后再依據(jù)鋼背的大小切成比鋼背實(shí)際大6mm左右的鋼板條，然后再進(jìn)行落料（160～200t沖床），即我們常說的制坯。制成毛坯后，再進(jìn)行壓斜邊（200～500t油壓機(jī)）工序。這是因?yàn)椋趯⒚餮b配在剎車盤上時，因裝配的需要和出于美觀的考慮，需要有一個整體斜邊，但是在壓斜邊的過程當(dāng)中容易引起局部膨脹，對品質(zhì)要求高的產(chǎn)品還需要增加一道壓平面的工序（200～500t油壓機(jī)）。接著就是沖孔工序（80t沖床），沖孔后以孔為定位，把客戶名、款號等其他信息印在產(chǎn)品上（80t沖床）。然后是沖釘工序（80t沖床），利用沖釘可以在產(chǎn)品上鉚接其他零部件，比如消音片、傳感器、連接頭等。沖完釘后就是精沖工序，這里所說的精沖工序是屬于單沖模具的精沖，為避免混淆，在這里暫且以“單精沖”之說法代替。圖8所示為剎車片卡鉗圖，圖9所示為剎車片摩擦塊裝配圖。

采用精沖工藝加工鋼背產(chǎn)品

圖8 剎車片卡鉗圖

圖9 剎車片摩擦塊裝配圖

目前我們傳統(tǒng)沖壓工藝的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品切換速度快，面對市場上成千上萬種型號的鋼背，我們有時僅僅通過修改或者互換部分模具即可達(dá)成產(chǎn)品切換，另外一個優(yōu)點(diǎn)就是，模具制造成本低，開發(fā)周期短（駿匯目前可以在7天之內(nèi)快速完成），能快速應(yīng)對市場的變化需要。缺點(diǎn)就是產(chǎn)品加工工序繁雜，人力成本支出過高，制程當(dāng)中容易產(chǎn)生漏工序、混料等重大品質(zhì)問題，產(chǎn)品在各沖壓工序流轉(zhuǎn)時，因各定位之間容易產(chǎn)生定位誤差累積從而導(dǎo)致產(chǎn)品尺寸偏差較大，尺寸和品質(zhì)很難穩(wěn)定。近幾年來，客戶對鋼背也逐漸提出了更高的要求，比如平面度公差從原來的0．3～0．2mm修正為0．05mm，關(guān)鍵尺寸公差也從0．2mm修正為0．05mm，除去內(nèi)控和檢測誤差，實(shí)際控制值必須在0．03mm以內(nèi)。傳統(tǒng)的沖壓工序難以滿足市場的高精度需求，為解決客戶對現(xiàn)時產(chǎn)品的高精度要求，引進(jìn)精沖設(shè)備、設(shè)計(jì)制造更為精密的精沖模具都是時勢所趨，以下就簡單介紹下精沖工藝在駿匯的鋼背沖壓上的操作與應(yīng)用。

業(yè)內(nèi)人士對精沖機(jī)的工作原理應(yīng)該都非常熟悉，其設(shè)備的垂直運(yùn)動具有高穩(wěn)定性，可以將豎立的硬幣放置在機(jī)器內(nèi)，機(jī)器在生產(chǎn)時硬幣不會倒下，原本的三道力現(xiàn)在又延伸發(fā)展成五道力甚至更多，我們只需要把模具設(shè)計(jì)成類似連續(xù)模具的結(jié)構(gòu)，通過精準(zhǔn)送料和導(dǎo)向孔的精準(zhǔn)定位，讓產(chǎn)品把其他各工序全部做完后，才通過最后一道工序進(jìn)行精確外形輪廓沖壓即可。與傳統(tǒng)沖壓產(chǎn)品相比，精沖件的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在如下幾個方面：

圖10 鋼背在各生產(chǎn)工序中的平面度變化曲線圖

圖11 裁剪好的卷料

圖12 精沖生產(chǎn)線

平面度的改善

傳統(tǒng)的單精沖工序的原材料是由卷料在倉庫裁成板料（1510mm×3000mm）、運(yùn)輸回公司、再裁成條料即進(jìn)行落料制坯加工，因?yàn)闅v經(jīng)多道加工工序，材料在放置、存貯、運(yùn)輸、流轉(zhuǎn)時，都很容易使平面度的變化存在很大差異，一般情況下100mm長的產(chǎn)品會有0．2～0．3mm的平面度變化，嚴(yán)重的甚至越過0．5mm。因?yàn)樽兓灰?guī)則，也無法在模具上得到有效的解決，再加上后續(xù)各道工序上所產(chǎn)生的沖擊力與應(yīng)力，平面度的誤差波動也比較大，這是致使產(chǎn)品平面度不良的最主要的原因。圖10所示是鋼背產(chǎn)品在各生產(chǎn)工序中的平面度變化曲線。

圖13 單精沖壓斜邊模具結(jié)構(gòu)圖

精沖材料是在鋼廠就裁成所需寬度的卷料（圖11），通過大型送料機(jī)經(jīng)過整平機(jī)對材料內(nèi)應(yīng)力消除、整平后再進(jìn)入到模具內(nèi)進(jìn)行沖壓，如圖12所示，這就在一定程度上保證了產(chǎn)品的平面度，一般100mm長產(chǎn)品平面度可達(dá)到0．05mm之內(nèi)。

改善壓斜邊對產(chǎn)品厚度的影響

采用單精沖工藝壓斜邊時，模具結(jié)構(gòu)如圖13所示。因?yàn)橄聣毫Σ粔颍瑢?dǎo)致壓斜邊時材料分子會流向產(chǎn)品中間方向，如圖14所示，從而讓產(chǎn)品板厚不良并會影響到平面度。

圖14 單精沖時材料流向

圖15 精沖壓的斜邊

圖16 單精沖示意圖

精沖的模具結(jié)構(gòu)卻是上下兩道邊先壓住（約100t）產(chǎn)品，再壓斜邊，嚴(yán)格控制了材料的流動不往中間走，從而使得壓出的產(chǎn)品斜邊非常漂亮。如圖15所示是精沖模具壓出來的斜邊。

關(guān)鍵尺寸的精準(zhǔn)控制和光亮帶的修整

單精沖的關(guān)鍵尺寸保證是靠落料制坯后（單邊留0．4mm），經(jīng)各工序加工，最后才進(jìn)行單精沖。單精沖的原理是先將凹模刀口修成帶有小斜度的平面，再將其拋光，加工時產(chǎn)品通過斜度導(dǎo)向擠壓并經(jīng)頂料芯的頂回，最終裁切面會形成高光亮帶。但裁切面是帶有斜度的面，產(chǎn)品的光亮帶是完全靠擠壓出來的，而且產(chǎn)品在擠壓過程當(dāng)中會出現(xiàn)微小變形，在退出模具后，產(chǎn)品的彈性變形會比較大，在調(diào)平過程當(dāng)中也會因?yàn)槠矫娑鹊淖兓鴮?dǎo)致產(chǎn)品尺寸變化。另外，產(chǎn)品的邊角也會因?yàn)榕浜祥g隙過大而出現(xiàn)塌角，影響產(chǎn)品品質(zhì)。如圖16所示為單精沖示意圖。

而精沖的效果卻是通過微小的沖切間隙，依靠齒圈緊壓后再進(jìn)行精密沖壓，一舉解決了客戶對產(chǎn)品高光亮帶、沖裁邊緣無塌角的要求。圖17與圖18分別為精沖與單精沖光亮帶和塌角情況的對比圖。

圖17 精沖與單精沖光亮帶對比圖

圖18 精沖與單精沖塌角對比圖

成本控制

以常用的7道工序來計(jì)算，差距最大的是人力成本，單精沖需要7個工人（目前駿匯平均工資約5k），而精沖僅需要1個工人即可完成所有工序，且精沖的工作效率是單精 沖工作效率的1．5～3倍。設(shè)備上，單精沖需要7臺設(shè)備（總噸位約600t+200t油壓機(jī)），而精沖僅需一臺設(shè)備。因?yàn)閱尉珱_全部靠人工操作，設(shè)備的空載率高，并受工人技術(shù)熟練程度的影響，不可控因素較多。單精沖的品質(zhì)管控基本就是靠工人對產(chǎn)品的認(rèn)知度，而精沖的品質(zhì)可靠性非常高，客訴率可以達(dá)到0。

結(jié)束語

在精沖機(jī)的應(yīng)用過程當(dāng)中，因?yàn)槊恳环昼姸寄軒砭薮蟮慕?jīng)濟(jì)效率，所以讓設(shè)備的每一分鐘都能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，將是我們追求的目標(biāo)。而如何保證模具的可靠穩(wěn)定性，增強(qiáng)模具材料的耐用性，以及如何快速切換模具，將是我們以后研究的方向，也是提升精沖設(shè)備效率的另一門學(xué)科。

文衛(wèi)華，主要從事精沖模具設(shè)計(jì)與應(yīng)用、特殊鋼背產(chǎn)品工藝、自動化設(shè)備在沖壓行業(yè)的應(yīng)用、沖壓材料與熱處理等工作。