密集小孔精密沖壓技術研究

0 引 言

圖1所示為手機聲學網小孔屏蔽罩結構，材料為SUS316L，厚度為0.1 mm，密集小孔的孔徑、位置精度、間距要求較高，所以導致其模具結構復雜、精度要求高、設計制造難度大。近年來，隨著模具技術的提升，模具結構、制造精度、使用壽命、使用性能和制造周期等方面取得了明顯進步，屏蔽罩已形成標準化結構，但尚未實現以模具沖壓的形式進行生產。

1 技術難點

由于零件特性，

0.2 mm密集小孔難以實現沖壓生產，目前國內外生產此類零件的工藝為：蝕刻帶料得到

0.2 mm小孔后再由模具沖壓成形，效率低。

模具沖壓成形小孔替代蝕刻工藝的優勢：①可連續批量生產，沖次達到300件/min，提高了生產效率；②可批量生產卷料，解決了蝕刻只能采用條料的問題；③降低單件生產成本。

2 密集網狀小孔沖壓成形難度分析

（1）凸模強度：凸模工作部分直徑僅有

0.2 mm，強度差易彎曲變形，模具生產時凸模受沖裁力作用容易損壞。

（2）IoT設備自身的資源受限。IoT節點主要由一些嵌入式的傳感設備組成，這類設備的計算能力、存儲空間和通信效率極其有限。由于這種限制，當前互聯網的諸多安全解決方案（例如：漏洞檢測、流量審計、訪問控制等）不能很好地遷移到IoT系統中，導致IoT設備在面對形如Mirai病毒時卻無能為力，這種因設備資源受限而導致安全檢測能力的降低（甚至喪失）給IoT系統的安全造成了嚴重的威脅。

0.2 mm小孔凹模采用左、右凹模鑲件半圓鑲拼工藝，無法滿足要求。現設計新的小孔凹模制造工藝：①左、右凹模鑲件先加工

0.15 mm半圓；②增加凹模護套將左、右件裝配為整體；③將

0.15 mm型孔作為穿絲孔，采用慢走絲精加工

0.21 mm的尺寸，這規避了孔錯位、孔變形的風險，如圖7所示。

（3）小孔沖裁的密集度：聲學產品的小孔呈網狀分布，零件不足100 mm

的表面分布著300～500個

0.2 mm的小孔，間距為0.46 mm，若不能實現高密集沖裁，則會因模具長度較長，難以在1副模具成形；多副模具的多次工序反復流轉則會對零件成形產生更多不穩定因素。

3 級進模排樣方案

目前模具行業對小孔類沖裁研究較少，且模具沖裁實際效果不理想，主要問題有沖裁毛刺大、孔圓度差、模具制造困難、凸模損耗快。要實現

0.2 mm密集小孔沖裁并批量生產，需設計新的沖模結構與制造工藝。

4 模具結構設計

現通過1副級進模完成311個

0.2 mm密集小孔的沖壓，通過多次優化模具核心結構（凹模板、凹模鑲件和凸模固定板）及關鍵結構的加工工藝，保證了模具精度并成功導入批量生產，以模具沖壓成形小孔替代蝕刻工藝技術。排樣方案如圖2所示，排樣尺寸為644 mm×44 mm，步距為23 mm，采用

2 mm和

2.5 mm的雙邊載體雙導正孔，共有29個工位。

4.1 傳統沖模沖孔結構

新模具結構如圖4所示，采用精密導柱滾珠導向模架。為保證模具的導向精度和裝配精度，固定板、卸料板、凹模板采用4根滾動導柱導向。為保證模具拆卸方便利于修模，模具整體設計為子模結構，同時采用上裝彈簧結構。

4.2 新模具結構

傳統沖孔結構如圖3所示，需設計工作長度為8 mm的

0.2 mm小孔凸模，加工困難，且凸模強度差，而且

0.2 mm小孔凹模無法穿孔，不能采用慢走絲線切割加工。

為保證凸模工作強度，設計新導向結構，如圖6所示。凸模固定板與固定板之間用銷釘及螺釘連接，凸模長度可由50 mm減小為31.5 mm；凸模導正設計為雙導向結構，分為固定部分導向和沖裁工作部分導向，凸模工作部分長度由8 mm減小為3.5 mm，固定板、固定導向塊和工作導向塊將凸模固定在凸模固定座中，為密集沖裁做準備。

4.3 模具關鍵成形結構

（1）凹模鑲件如圖8所示，使用快走絲線切割加工零件外輪廓并留0.05 mm余量，厚度留0.15 mm余量；再研磨外形尺寸，刀口面研磨0.005 mm余量，慢走絲線切割加工

0.15 mm半圓孔并留余量，加工完成后裝入凹模護套精加工

0.21 mm圓孔到圖紙要求。

如今，因為擔心夫人摔著，潘際鑾院士不再騎車載她了，而是改為手牽手，去菜場、去學校、去訪學……時時刻刻不分離。潘際鑾是南昌大學的老校長，南昌大學有一條“際鑾路”，老兩口回南昌大學故地重游，牽手走在這條路上，也被學生拍到了。

（2）凹模精度：凹模鑲件因

0.2 mm孔過小而無法穿孔，不能采用慢走絲線切割加工，只能以左、右件各半圓的方式鑲拼，精度不足會產生圓孔錯位等不良現象。

教師在設計數學作業時，也要滲透培養學生自主探究能力的目標，通過設計開放性的作業，引導學生多層次、多角度、立體化地探究作業的內涵和答案，從而促進學生對數學理論知識的深入理解，提升學生運用數學知識探究生活實際問題的解決途徑的能力。

在保證凸模強度與凹模精度的前提下，通過整合排布，根據凸模

1.3 mm掛臺的安裝空間進行密集布置，一個工位可同時沖裁14個

0.2 mm小孔，一個凸模固定座可同時安裝42個

0.2 mm小孔凸模?，F研發了1副級進模（長700 mm）完成355個

0.2 mm孔（間距0.46 mm）的沖裁，一周內完成了500萬沖次的批量生產，零件成形質量穩定，凸模損耗低。

5 精度問題的解決

模具結構要突破的難點主要有3個：凸模強度、凹模精度和小孔沖裁的密集度。凸模結構如圖5所示，凸模長度由50 mm減小為31.5 mm，工作部分長度由8 mm減小為3.5 mm，凸模材料由進口高速鋼S790改為進口硬質合金CD650。

隨著芯片制造工藝的發展，已無法再通過縮小晶體管尺寸進一步降低功耗，再加上芯片復雜度的上升，如不解決功耗問題，芯片中大量晶體管所產生的熱量將達到晶體管所能夠承受的極限，內部過熱將嚴重影響芯片的可靠性甚至導致芯片的損壞從而引起系統的失效，這使得RM電路的功耗優化成為一個非常重要的現實問題.在采用基于信號概率的功耗計算模型進行RM電路的功耗優化時，需要解決電路中信號間的空間相關性問題.提出了一種基于概率表達式的MPRM電路功耗計算方法，利用概率表達式計算信號概率來解決電路中信號間的空間相關性問題，并使用二元矩圖表示概率表達式.基準電路的實驗結果表明所提出方法準確有效.

（2）凹模護套如圖9所示，采用快走絲線切割加工型孔，護套外輪廓留余量0.1 mm，加工

1 mm倒角、背面槽及掛臺，然后進行熱處理；研磨以型孔為基準，外輪廓留0.05 mm余量，加工

0.3 mm倒角；以外輪廓為基準，慢走絲精加工型孔至圖紙要求。鉗工裝配對應的凹模鑲件后交檢驗，研磨厚度外形，各面留0.03 mm余量，最后再精加工凹模

0.21 mm圓孔，最后以

0.21 mm圓孔為基準研磨外形至圖紙要求。

（3）凹模板如圖10所示，銑加工

、

、

孔、螺紋孔及側面底孔，鉗工加工螺紋后將凹模板進行熱處理，之后將其深冷處理去除內應力；平磨凹模板厚度尺寸22 mm，并留0.05 mm余量，其余外形尺寸平磨至圖紙要求，慢走絲線切割精加工

、

、

孔留余量，再將凹模板進行熱處理，平磨厚度尺寸至圖紙要求，以

孔為基準將

孔和圓孔加工至圖紙尺寸要求。

（4）凸模固定板如圖11所示，銑加工

、

孔及圓孔，鉗工加工螺紋后將凹模板進行熱處理，之后將其深冷處理去除內應力；平面磨固定板外輪廓，各面加工至圖紙尺寸要求，慢走絲線切割精加工

孔至圖紙尺寸要求，

孔及圓孔留0.03 mm余量，再進行熱處理并去除內應力，平磨厚度尺寸至圖紙要求。

(4)檢測照明與信號燈。照明情況應使用檢測儀檢測。而信號燈，則使用目測法。檢測環境應該為全黑暗環境，然后將無軌膠輪車放置在BQDC100-8型機動車檢測流水線上，隨后采用上述兩種方法分別檢驗。

6 結束語

經過量產的生產驗證，模具結構合理，運行穩定，生產效率高。通過多次優化模具核心結構（凹模板、凹模鑲件和凸模固定板）及關鍵結構的加工方式，保證了模具精度并應用于批量生產，以模具沖壓密集小孔替代蝕刻工藝技術，零件生產的效率提升20倍。模具采用雙導向結構對凸模進行保護，采用組合鑲拼結構、一次組合加工成形等新工藝，為類似零件的模具設計提供參考。

[1]成 虹.沖壓工藝與模具設計[M].北京:高等教育出版社,2014:104-135.

[2]洪慎章.沖模設計速查手冊[M].北京:機械工業出版社,2012:117-158.

[3]孟玉喜,李 強,張 平.側轉向燈座接觸片級進模設計[J].模具工業,2021,47(8):22-26,37.