精沖模具設計、制造和應用在精沖企業發展中的重要性

文/郭銀芳，周勁松，王祖華·武漢華夏精沖技術有限公司

精沖模具設計、制造和應用在精沖企業發展中的重要性

文/郭銀芳，周勁松，王祖華·武漢華夏精沖技術有限公司

精沖是使用專用精沖壓力機，借助特殊結構的精沖模具，加工精密輪廓零件的一種先進工藝。本文主要闡述了精沖模具設計、制造在精沖企業發展中的重要性，并舉例說明了幾種精沖模具的應用。

從綜合方面考慮，影響企業發展的因素主要有企業的外部經營環境和企業的內在素質。企業的內在素質包括領導者的素質和管理水平、企業的規模和產品。產品是企業生存的依托，發展的基礎，沒有一個好的產品，沒有相當的市場競爭能力以及市場占有率，企業不但難以發展，甚至連生存都非常困難。精沖企業的主要產品就是精沖件。精沖件必須滿足經濟、高產、高質量等要求，精沖企業才有市場競爭力，企業才能不斷發展。因此，影響精沖企業發展的其中一個重要因素是如何高效經濟的生產出高質量的精沖件。

根據精沖的定義，精沖是使用專用精沖壓力機，借助特殊結構的精沖模具，加工精密輪廓零件的一種先進工藝，因此精沖壓力機和精沖模具決定了精沖件的質量。目前，無論是進口還是國產精沖設備，都開始配備開卷校平機和廢料分離器、取件裝置,組成連續自動生產線，提升了精沖企業的自動化程度。然而，如果精沖模具壽命短，維修頻繁，生產出的精沖件達不到圖紙要求，企業生產效率低，生產成本就會變高。因此，精沖模具的設計、制造和應用對精沖企業的發展起著至關重要的作用。

精沖模具設計的重要性

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、摩擦力等原因，使精沖模具的壽命很難保證。因此，精沖模具設計必須綜合考慮排樣方案、模具結構、模具材料選擇、熱處理和表面處理工藝制定等。好的模具設計方案，對精沖件的生產效率、質量和成本有著直接影響。

精沖模具的排樣設計是精沖模具設計中最關鍵的一個環節，它能影響零件的質量、操作安全性和經濟性。排樣設計方案的確定也就決定了模具的結構、精沖機噸位的選擇、生產效率等。

精沖模具的排樣設計內容主要包括：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量，精沖材料的精沖性，精沖零件的生產批量等。

最佳的排樣設計，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,以及壓力環的有效范圍，必要時需要通過搭橋方式來提供作用力，對于復雜的零件有時需輔助油缸來提供輔助力以實現其動作需要等。排樣方案確定后，在精沖模設計中，除了滿足普通沖模的要求外，還必須特別注意下述要求。

⑴模具結構必須滿足精沖工藝要求，并能在工作狀況下，形成立體的壓應力體系。

⑵模具結構穩定，功能可靠，有良好的導向精度。

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量特征及要求。

⑹考慮精沖模的潤滑及排氣系統。

⑺便于及時清除沖出的零件及廢料。

⑻結構簡單，使用維修方便。

⑼整套模具具有良好的經濟性。

精沖模具制造的重要性

精沖零件的質量，主要包括形狀尺寸和沖裁面質量，不僅在于模具設計的合理性，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計合理性、加工工藝的可行性、加工設備的精度等，還在于每步加工工序的嚴格檢驗和質量管控。針對特殊工序而言，如熱處理后的零件要進行足夠的時效使內應力得到充分的釋放，線切割或電火花加工電蝕層（俗稱“白層”）要清除掉，磨削時產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定性，以及其自身的壽命。

由于精沖技術的特殊性，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量，尤其是沖裁面的質量要求，而且也會影響整個模具的使用壽命，這樣就更體現了裝配精度的必要性和重要性。

精沖模具應用

隨著精沖技術的發展，越來越多的企業將普沖改為精沖生產，提升企業產品質量。同時，精沖技術人員在實踐中不斷優化精沖模具結構，不斷提高精沖件的質量，如提高其平面度，降低塌角大小等，為企業降本增效。

閥板精沖模應用

閥板是空調壓縮機中的一個重要功能件。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變為單工序連續普通沖壓，目前逐步發展成精密沖壓成形。

閥板的形狀不同，閥線類型不同，生產制造的難度也不同，其中雙面閥線閥板，且外閥線為異型的成形難度最大。對于這樣的閥板，關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，材料可在另一側相應位置凸起(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，在閥線孔范圍內預留凸包，在后繼沖孔時將凸包沖裁掉，能降低閥板磨削量，提高生產效率。

圖1 帶凸包閥板

因此制作了簡易的上、下壓板，并使用小導柱導向，在250t精沖機上試壓成形。圖2為擠壓后的零件，經測量，內、外閥線尺寸合格，閥線另一側有輕微凸痕，高0.1mm，閥線側材料有往中心預留孔處輕微流動，閥線另一側材料平整無流動。試壓結果表明閥線直接擠壓方案是可行的。

然而，模具投產后，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構調整，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，生產效率低，不適合大批量生產。

圖2 擠壓閥線零件

圖3 崩刃沖頭

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

鋼棘爪精沖模應用

鋼棘爪是汽車安全帶系統中安全帶調節的關鍵零件。零件材質為45號鋼，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，同時齒部沖裁面要求全部光潔，產品凸包高度4.8mm，大于材料厚度，且45號鋼流動性差，凸包成形難。通過查表，鋼棘爪的精沖難度等級為S3。

采用精沖常規間隙設計，一模兩件，六工步連續生產，初次試模后，產品尖角處塌角高度達到1.6mm，齒部嚴重撕裂，不符和沖裁面全部光潔的要求，凸包高度為3.7mm，同樣沒達到圖紙要求，如圖5所示。

調整工藝方案，調整擠壓凸模的結構，采用負間隙擠壓，經過實際試模，測量產品塌角0.4～0.5mm，滿足圖紙要求，如圖6所示。模具調整后，大大減少了材料塑性流動，產品齒部沖裁面全部是光潔面，凸包高度達到4.86mm，產品合格。該模具已用于批量生產中。

圖4 無凸包閥板

圖5 初試零件

圖6 模具調整后的零件

結束語

隨著科技的發展，精沖模具設計、制造水平在不斷前進，精沖模具廣泛應用于各精沖企業或其他相關領域。企業在不斷追求進步的同時，精沖技術人員必將通過不斷的學習和探索，優化精沖模具設計，提升精沖模具水平。精沖模具的發展，必將進一步推動精沖行業的發展。