高速精密級進(jìn)模具在手表機(jī)芯零件中的應(yīng)用

王 稱

（天津輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300350）

現(xiàn)今我國的模具制造產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入相對成熟的階段，在國際上也處于前列。但是，全國各地的模具制造水平參差不齊，其中南方地區(qū)的模具制作水平普遍高于北方地區(qū)，尤其是在精密模具的制作上。另外，模具的需求程度并沒有隨著制造水平的提高而增加。

1 現(xiàn)狀分析

手表行業(yè)快速發(fā)展，出現(xiàn)了大量功能強(qiáng)大且造型時(shí)尚的智能手表和智能手環(huán)等。機(jī)械手表尤其是機(jī)械腕表，由以前的功能手表轉(zhuǎn)向了輕奢飾品。可以看出，手表行業(yè)尤其是機(jī)械手表行業(yè)并沒有因?yàn)槠涔δ芎唵味顺鍪袌?，其中手表機(jī)芯作為一塊手表的核心部件仍具有龐大的市場。保證機(jī)芯的質(zhì)量和生產(chǎn)效率是手表行業(yè)需要升級的方向。我國制造業(yè)在進(jìn)行智造轉(zhuǎn)型，其中自動(dòng)化無人工廠已越來越普及。一條高柔性的自動(dòng)生產(chǎn)線是企業(yè)提升效率減少成本的關(guān)鍵。手表機(jī)芯零件的特點(diǎn)是體積小、精度高、易變形和難組裝，所以手表行業(yè)一直存在大量人工環(huán)節(jié)。零件加工業(yè)多采用單工序模進(jìn)行，所以手表零件的自動(dòng)化生產(chǎn)步伐緩慢。只有解決零件的自動(dòng)化生產(chǎn)問題，才能解決機(jī)芯零件加工中存在的問題?，F(xiàn)以機(jī)芯零件中棘爪撥片為例設(shè)計(jì)高速精密級進(jìn)模具。

目前，機(jī)芯類結(jié)構(gòu)部件分為體積較大的零件和體積較小的零件兩大類。其中，體積較大的零件國產(chǎn)化生產(chǎn)已經(jīng)成熟；體積較小的零件相對復(fù)雜，需依賴進(jìn)口且模具以單工序模具為主，從而導(dǎo)致產(chǎn)品精度差、廢品率高。小體積的精密模具目前只有瑞士和日本等國家生產(chǎn)，但這些國家禁止出口此類模具。為提升國產(chǎn)品牌的市場競爭力，打破國外技術(shù)壁壘，需要進(jìn)行儀表類精密零件的高速精密模具技術(shù)研發(fā)工作。因此，以棘爪撥片高速精密級進(jìn)模具為切入點(diǎn)，設(shè)計(jì)高速精密級進(jìn)模具對整個(gè)機(jī)械手表市場的發(fā)展至關(guān)重要。

在進(jìn)行棘爪撥片高速精密級進(jìn)模具研發(fā)前的資料搜集工作時(shí)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的精密級進(jìn)模具多依靠進(jìn)口，還有一部分模具來自南方。國內(nèi)生產(chǎn)廠家少，主要是因?yàn)榇祟惲慵氖袌鲚^小且技術(shù)要求高，而零件自身體積小、精度高，對加工模具的設(shè)備投入較大但效益低。另外，多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)沒有建立有效的數(shù)據(jù)庫和工藝體系，一旦設(shè)計(jì)出現(xiàn)問題，將造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。從制造難度來看，機(jī)芯零件體積小、特征復(fù)雜、制造工藝多以及沖頭加工難度大，需要用到精密磨床、光學(xué)曲線磨和高精度的線切割設(shè)備配合完成。如果模具的定位精度較低，操作中很容易損壞沖頭。

2 工藝分析及方案制訂

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，棘爪撥片的原有加工方案為單序加工，共分為5道工序。每道工序完成后需要進(jìn)行檢測，最后一道沖壓工序需要逐件安裝。單序加工產(chǎn)品合格率僅有10%～20%，加工效率極低且人工參與較多。因?yàn)槭菃涡蚣庸ね瓿桑院茈y保證光亮帶，僅能達(dá)到50%且不穩(wěn)定。由于最后一道工序加工前需進(jìn)行熱處理，后續(xù)不合格產(chǎn)品費(fèi)用統(tǒng)計(jì)中還包括后處理費(fèi)用，增加了產(chǎn)品單價(jià)成本。因?yàn)槊康拦ば蚨夹枰獧z驗(yàn)，單序加工需要更多的人工，導(dǎo)致整個(gè)機(jī)芯的造價(jià)偏高。此外，整個(gè)加工過程極易受外界環(huán)境因素影響，且整個(gè)過程存在較大的安全隱患，不利于車間管理。

通過分析現(xiàn)有工藝，針對級進(jìn)模具的特點(diǎn)，將手表零件的單工序模具升級為高速級進(jìn)模具，通過高定位精度和小沖壓間隙進(jìn)行加工。棘爪撥片高速精密級進(jìn)模具設(shè)計(jì)之初以模具智能化作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，可連接高速?zèng)_床送料機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，且生產(chǎn)節(jié)拍可以達(dá)到每分鐘500次。沖裁殘料和產(chǎn)品采用分流設(shè)計(jì)，以方便整理和搜集產(chǎn)品，并配合收料機(jī)可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)。加入紅外線檢測設(shè)備，可在提升合格率的同時(shí)消除各類隱患。模具易損件采用雙腔設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)快速修模。根據(jù)零件特征和對料帶的要求，采用可調(diào)式壓膜結(jié)構(gòu)方便快速地調(diào)整模具。

模具配套紅外線實(shí)時(shí)防誤打裝置，可以實(shí)時(shí)檢測沖壓過程中料帶的情況，保證模具不受損傷，同時(shí)杜絕人為原因造成的經(jīng)濟(jì)損失。除此之外，模具還配備了零件在線監(jiān)測功能，通過對比圖片的方式進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，確保零件的主要特征及尺寸達(dá)標(biāo)，進(jìn)而保證產(chǎn)品的合格率。

3 模具的主要性能、技術(shù)參數(shù)和特點(diǎn)

與國外同類模具進(jìn)行對比，棘爪撥片高速精密級進(jìn)模具料帶厚度為0.17mm。根據(jù)料帶特點(diǎn)，采用進(jìn)口鎢鋼制作。其余部分則采用SKD11冷作模具鋼制作。為減輕模具重量，上下模座采用合金鋁制作。導(dǎo)柱采用2組SRP滾珠，以保證定位精度和高頻沖壓過程中的穩(wěn)定性。由于零件的幾何特征較復(fù)雜，為保證產(chǎn)品質(zhì)量要求，沖裁間隙要求小于0.015mm。

通過對比棘爪撥片高速精密級進(jìn)模具與國外同等級同功能模具發(fā)現(xiàn)，棘爪撥片高速精密級進(jìn)模具在生產(chǎn)效率、生產(chǎn)精度以及產(chǎn)品質(zhì)量上均優(yōu)于國外進(jìn)口模具。加工節(jié)拍同等（每分鐘300次）的情況下，國產(chǎn)棘爪撥片高速精密級進(jìn)模具零件的光亮帶高于進(jìn)口模具15%，且模具生產(chǎn)過程中的良品率波動(dòng)小于5%。同等狀態(tài)下，它的日常維護(hù)費(fèi)用較進(jìn)口模具低10%。當(dāng)出現(xiàn)人為或非人為故障問題時(shí)，國產(chǎn)模具的響應(yīng)時(shí)間高于進(jìn)口模具85%，維修費(fèi)用低于進(jìn)口模具70%。

設(shè)計(jì)棘爪撥片高速精密級進(jìn)模具，解決了普通生產(chǎn)過程中由于寬厚比過小造成的翹曲和反向變形問題。通過精密的制作工藝達(dá)到了較高的定位精度，實(shí)現(xiàn)了壓料分切，保證了零件平整度。

利用光學(xué)曲面磨和小直徑精密線切割機(jī)床，配合完成零件的凸凹模制作。通過調(diào)整工藝參數(shù)，保證較高的加工精度和較低的表面粗糙度。去除拋光和打磨等鉗工工序以減小誤差，累計(jì)達(dá)到了0間隙沖裁水平。整套模具采用雙定位機(jī)構(gòu)提升生產(chǎn)中的穩(wěn)定性，保證了模具的重復(fù)定位精度為0.005mm。模座材料為航空鋁材，減輕模具重量的同時(shí)提升了加工效率。

4 工藝效果

棘爪撥片零件采用級進(jìn)模設(shè)計(jì)，并進(jìn)行多工序整合管理，節(jié)約工時(shí)500%。此外，模具配備了紅外線實(shí)時(shí)防誤打裝置和在線監(jiān)測功能，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測零件情況，保證零件的合格率，每50萬件合格率達(dá)到99.9%。由人工操作轉(zhuǎn)為自動(dòng)生產(chǎn)，可節(jié)約人工95%。合理的模具設(shè)計(jì)配合高精度的零件加工，可保證零件的整體質(zhì)量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品光亮帶93%以上。通過對棘爪撥片零件的高速精密級進(jìn)模具設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)，高速精密級進(jìn)模具適用于手表機(jī)芯零件的加工。不僅可以提升零件質(zhì)量和縮短加工時(shí)長，而且可以優(yōu)化車間環(huán)境方便管理。高速精密級進(jìn)模具具有以下優(yōu)點(diǎn)。第一，費(fèi)用相對單工序模具較高，但可以節(jié)約大量人工。第二，方便管理。利用單工序模具制作一種零件需要3或4套模具，存儲(chǔ)維護(hù)較復(fù)雜，且模具之間易混淆。高速級進(jìn)模具則可與零件一一對應(yīng)，管理和維護(hù)方便。第三，適用范圍廣?，F(xiàn)有單工序模具偏小，配合現(xiàn)有的高速?zèng)_床無法發(fā)揮沖壓設(shè)備的性能，使設(shè)備長期處于高耗能低產(chǎn)出的狀態(tài)，既浪費(fèi)資源又損傷設(shè)備。高速精密級進(jìn)模具則適用于現(xiàn)有的大多數(shù)高速?zèng)_壓設(shè)備，具有普適性，且配合自動(dòng)送料機(jī)和產(chǎn)品分揀機(jī)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工，為創(chuàng)建無人工廠奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。第四，智能化管理確保每一個(gè)零件的質(zhì)量。高速精密級進(jìn)模具可以配置各類模具和零件檢測裝置，能連接現(xiàn)有的大多數(shù)檢測設(shè)備，還可以根據(jù)廠家需求兼顧高速精密級進(jìn)模具的特點(diǎn)個(gè)性化定制特殊功能。

5 結(jié)語

高速精密級進(jìn)模具在手表中的應(yīng)用十分廣泛，能夠幫助企業(yè)優(yōu)化產(chǎn)品，方便車間管理，因此手表機(jī)芯級進(jìn)模具的市場前景巨大。現(xiàn)階段受設(shè)備和技術(shù)的限制，能夠完成高速精密級進(jìn)模具制造的廠商較少。在中國制造2025的要求下，加快推進(jìn)智慧智造是所有企業(yè)追求的目標(biāo)。未來市場將以精密制造為主，發(fā)展有特色有技術(shù)的模具企業(yè)將是未來的發(fā)展要點(diǎn)。