淺析硬質(zhì)合金環(huán)件標(biāo)準(zhǔn)化在電機(jī)鐵芯級進(jìn)模中的應(yīng)用

李詠俠，楊 健，鄒 丹

（1.湖南博云東方粉末冶金有限公司，湖南 長沙 410025；2.寧波菲仕運動控制技術(shù)有限公司，浙江 寧波 315336；3.中南大學(xué) 粉末冶金國家重點實驗室，湖南 長沙 410083）

0 引言

電機(jī)鐵芯級進(jìn)模是生產(chǎn)電機(jī)鐵芯至關(guān)重要和先進(jìn)的工藝裝備，電機(jī)鐵芯應(yīng)用廣泛，市場需求量大，其模具的國產(chǎn)化成效明顯，有希望趕超國際先進(jìn)水平。據(jù)此，圍繞電機(jī)鐵芯級進(jìn)模的硬質(zhì)合金零件開展標(biāo)準(zhǔn)化研究，將模具行業(yè)各企業(yè)定制的非標(biāo)零件標(biāo)準(zhǔn)化，這對滿足市場的模具標(biāo)準(zhǔn)需求，提高標(biāo)準(zhǔn)與市場的關(guān)聯(lián)性具有重要意義。硬質(zhì)合金環(huán)件是電機(jī)鐵芯級進(jìn)模的關(guān)鍵刃口零件之一，廣泛應(yīng)用于電機(jī)鐵芯級進(jìn)模的沖孔、落料凸、凹模等圓形刃口零件。因此，首先從硬質(zhì)合金凹模環(huán)件開展標(biāo)準(zhǔn)化研究，以此逐步建立凹模環(huán)件以外的標(biāo)準(zhǔn)化環(huán)件體系，通過多年持續(xù)進(jìn)行凹模環(huán)件標(biāo)準(zhǔn)化工作實踐，奠定了標(biāo)準(zhǔn)環(huán)件廣泛應(yīng)用于電機(jī)鐵芯級進(jìn)模制造行業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)。

1 凹模環(huán)件生產(chǎn)現(xiàn)狀

目前，凹模環(huán)件的內(nèi)徑尺寸是按照電機(jī)鐵芯產(chǎn)品外圓尺寸設(shè)計，而凹模環(huán)件的外徑尺寸則是按照設(shè)計者經(jīng)驗設(shè)計，即使是同樣的電機(jī)鐵芯外圓尺寸，通過不同場合、不同的設(shè)計者完成設(shè)計和制造后，環(huán)件外圓尺寸都會存在差異，而面對多種電機(jī)鐵芯產(chǎn)品的外圓尺寸，會形成大量不同內(nèi)外徑的環(huán)件，使環(huán)件的規(guī)格變得繁多和雜亂無序。面對這種無序的環(huán)件規(guī)格和電機(jī)模具行業(yè)常態(tài)化的單個品種訂單，通常需要為每種規(guī)格的環(huán)件設(shè)計1副模具，生產(chǎn)周期長，模具重復(fù)利用率低，生產(chǎn)成本高；為趕進(jìn)度或用已有的大模具壓制環(huán)件后再進(jìn)行車削加工去除較多余量。這種“一模一件”和“以大改小”的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，已不能經(jīng)濟(jì)地組織生產(chǎn)，使環(huán)件成本居高不下、生產(chǎn)周期冗長、交期延誤成為常態(tài)。由此可見，傳統(tǒng)的環(huán)件生產(chǎn)模式已不能滿足客戶和市場的需求。

2 凹模環(huán)件標(biāo)準(zhǔn)化

2.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)

2.1.1 凹模環(huán)件內(nèi)外徑

通過對電機(jī)模具企業(yè)多年來環(huán)件訂貨規(guī)格現(xiàn)狀的統(tǒng)計分析，依據(jù)國家優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系標(biāo)準(zhǔn)R80 mm[1]，對電機(jī)鐵芯級進(jìn)模最常用的環(huán)件內(nèi)、外徑規(guī)格進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化整合，制定了環(huán)件內(nèi)、外徑標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計規(guī)則，為環(huán)件標(biāo)準(zhǔn)化工作奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。環(huán)件標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)格主要涉及3 個結(jié)構(gòu)參數(shù)，如圖1 所示，環(huán)件標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計規(guī)則：D0是按優(yōu)先數(shù)取值的外徑尺寸；D1是給出的最小內(nèi)徑尺寸；δ是環(huán)件內(nèi)徑變量值；環(huán)件的內(nèi)徑尺寸為D1+2δ。每一種規(guī)格的環(huán)件按優(yōu)先數(shù)取值的外徑尺寸，對應(yīng)著一個尺寸段的許多內(nèi)徑尺寸，環(huán)件的內(nèi)徑尺寸則是客戶端沖片或鐵芯產(chǎn)品的外徑尺寸。

圖1 環(huán)件內(nèi)外徑

2.1.2 凹模環(huán)件壁厚

如圖2 所示，在環(huán)件外徑D0尺寸不變和確保環(huán)件壁厚剛性的情況下，內(nèi)徑由D1+2δ決定，環(huán)件壁厚為[D0-(D1+2δ)]/2，環(huán)件內(nèi)徑變量值δ影響環(huán)件壁厚尺寸。在每一種環(huán)件規(guī)格中，環(huán)件的壁厚均存在一個最大壁厚t1和最小壁厚t，兩者之差即δ的最大變量值δmax。δmax是確定環(huán)件規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)化的關(guān)鍵參數(shù)，δmax取值太大，環(huán)件有可能壁厚太厚或太薄，會增加使用成本或?qū)е颅h(huán)件剛性不足；δmax取值太小，環(huán)件規(guī)格增多，不利于環(huán)件標(biāo)準(zhǔn)化，生產(chǎn)成本上升。

圖2 環(huán)件壁厚

據(jù)此，通過標(biāo)準(zhǔn)化的優(yōu)化方案，將環(huán)件δmax取值定為2.5 mm，每一種環(huán)件規(guī)格均對應(yīng)唯一的優(yōu)先數(shù)外徑尺寸，隨著環(huán)件內(nèi)徑變量δ取值的不同，將對應(yīng)生成多種的環(huán)件內(nèi)徑和壁厚尺寸，由此可滿足客戶的不同沖片或鐵芯外徑變化的需求。

2.1.3 凹模環(huán)件厚度

如圖3 所示，環(huán)件的厚度h依據(jù)電機(jī)鐵芯硬質(zhì)合金級進(jìn)模行業(yè)常用規(guī)格確定，常用的環(huán)件厚度凈尺寸h為25、27、29、32 mm，而其中厚度凈尺寸為25 mm的環(huán)件最為常用。據(jù)此，將厚度凈尺寸為25 mm的環(huán)件作為批量規(guī)模生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化環(huán)件，而其余厚度環(huán)件則根據(jù)市場需求生產(chǎn)，由于可以采用標(biāo)準(zhǔn)環(huán)件的模具進(jìn)行生產(chǎn)，使生產(chǎn)其余厚度環(huán)件的生產(chǎn)周期大幅縮短。

圖3 環(huán)件厚度

2.2 規(guī)格尺寸

根據(jù)環(huán)件標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)外徑設(shè)計規(guī)則，每一種規(guī)格的環(huán)件外徑對應(yīng)唯一的優(yōu)先數(shù)尺寸，而環(huán)件內(nèi)徑對應(yīng)一個尺寸段，環(huán)件最大壁厚與最小壁厚的差值設(shè)定為2.5 mm，由此確定標(biāo)準(zhǔn)環(huán)件規(guī)格是環(huán)件內(nèi)徑以5 mm進(jìn)位，如圖4所示。

（1）毛坯環(huán)件。標(biāo)準(zhǔn)毛坯環(huán)件結(jié)構(gòu)如圖5所示，標(biāo)準(zhǔn)化尺寸規(guī)格和極限偏差如表1 所示。環(huán)件上、下端面表面粗糙度值應(yīng)小于Ra0.8 μm。環(huán)件毛坯的硬度、物理力學(xué)性能、金相組織結(jié)構(gòu)符合GB/T 18376.3[2]的規(guī)定或其他有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，硬質(zhì)合金環(huán)件毛坯的檢驗規(guī)則與試驗方法按GB/T 5242[3]的規(guī)定執(zhí)行。

表1 毛坯環(huán)件標(biāo)準(zhǔn)化尺寸規(guī)格和極限偏差 mm

圖5 毛坯環(huán)件結(jié)構(gòu)

（2）精加工環(huán)件。標(biāo)準(zhǔn)精加工環(huán)件結(jié)構(gòu)如圖6所示，標(biāo)準(zhǔn)化尺寸規(guī)格如表2所示。

3 應(yīng)用成效

3.1 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化

標(biāo)準(zhǔn)環(huán)件規(guī)格可作為電機(jī)鐵芯級進(jìn)模制造行業(yè)設(shè)計人員的參考資料，可幫助設(shè)計人員避免因經(jīng)驗不足產(chǎn)生的環(huán)件結(jié)構(gòu)設(shè)計失誤。隨著標(biāo)準(zhǔn)環(huán)件規(guī)格在各模具企業(yè)中的不斷采用，將逐步規(guī)范電機(jī)鐵芯級進(jìn)模制造行業(yè)環(huán)件的尺寸規(guī)格，推動環(huán)件標(biāo)準(zhǔn)化體系的建立[4]。

3.2 工藝標(biāo)準(zhǔn)化

環(huán)件標(biāo)準(zhǔn)化為環(huán)件的生產(chǎn)工藝標(biāo)準(zhǔn)化奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。由于環(huán)件規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)化后，固化了環(huán)件結(jié)構(gòu)和規(guī)格，使生產(chǎn)品種大幅減少，生產(chǎn)數(shù)量則大幅上升，可以根據(jù)環(huán)件的加工工藝特性，持續(xù)優(yōu)化生產(chǎn)工藝、模具結(jié)構(gòu)和更換高效的生產(chǎn)專用設(shè)備及可靠的檢測檢具。經(jīng)過對環(huán)件生產(chǎn)工藝標(biāo)準(zhǔn)化的不斷實踐，基本實現(xiàn)了生產(chǎn)工藝參數(shù)和工裝結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化和生產(chǎn)定型。

3.3 提效降本

由于合金環(huán)件規(guī)格多，沒有對應(yīng)的模具進(jìn)行生產(chǎn)，需要重新開發(fā)模具而影響交貨期，或為保證交貨期而采用大模具來替代，壓制的環(huán)件坯料需要經(jīng)過機(jī)械加工“以大改小”，生產(chǎn)效率低，原料浪費多及環(huán)件破損報廢多。環(huán)件標(biāo)準(zhǔn)化后，每一種環(huán)件都有1副專用模具，方便進(jìn)行生產(chǎn)和模具管理，節(jié)省了重新開發(fā)模具或車加工的時間，并縮短了生產(chǎn)周轉(zhuǎn)，提升了生產(chǎn)效率和降低了生產(chǎn)成本。

環(huán)件標(biāo)準(zhǔn)化后，隨著每一種標(biāo)準(zhǔn)環(huán)件規(guī)格的生產(chǎn)數(shù)量逐步增加，其相應(yīng)的模具成本分?jǐn)偟矫恳粋€環(huán)件的費用可基本忽略不計，使模具成本顯著下降。

3.4 提高競爭力

環(huán)件標(biāo)準(zhǔn)化后，通過環(huán)件生產(chǎn)專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化的持續(xù)推進(jìn)，使企業(yè)在提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量上具有以下競爭力。

（1）標(biāo)準(zhǔn)環(huán)件壓制后，仍然可對一些特殊環(huán)件規(guī)格進(jìn)行適當(dāng)機(jī)械加工，來擴(kuò)大標(biāo)準(zhǔn)環(huán)件規(guī)格范圍，使模壓標(biāo)準(zhǔn)環(huán)件的規(guī)格得到有效延伸和補(bǔ)充，增強(qiáng)了客戶訂制環(huán)件規(guī)格的適應(yīng)性。

（2）通過環(huán)件燒結(jié)工藝攻關(guān)，掌握收縮和變形規(guī)律，減少了環(huán)件燒結(jié)后的磨削加工余量，為實現(xiàn)環(huán)件高效生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。

（3）通過環(huán)件裝夾方式的工藝研究，減少了加工中的裝夾變形應(yīng)力，為實現(xiàn)環(huán)件高質(zhì)量生產(chǎn)提供了保障。

（4）通過環(huán)件加工工藝的優(yōu)化，摸索了適合加工環(huán)件的先進(jìn)設(shè)備，并不斷創(chuàng)新環(huán)件的加工工藝，從根本上穩(wěn)定了環(huán)件的高效和高質(zhì)量生產(chǎn)。

3.5 創(chuàng)新商務(wù)模式

隨著標(biāo)準(zhǔn)環(huán)件規(guī)格在各模具企業(yè)中的不斷采用，將逐步規(guī)范電機(jī)鐵芯級進(jìn)模制造行業(yè)環(huán)件的尺寸規(guī)格，為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)件規(guī)模化生產(chǎn)奠定較好的基礎(chǔ)。現(xiàn)已根據(jù)市場需求提前進(jìn)行批量生產(chǎn)，備好基本庫存，商務(wù)上實行標(biāo)準(zhǔn)環(huán)件超市經(jīng)營模式，為有效縮短環(huán)件交貨期甚至實現(xiàn)零交貨期做好了響應(yīng)客戶各種需求的準(zhǔn)備，標(biāo)準(zhǔn)環(huán)件規(guī)格由客戶線上或現(xiàn)場選購，經(jīng)營成效已開始逐步顯現(xiàn)。

4 結(jié)束語

雖然在環(huán)件標(biāo)準(zhǔn)化的實踐中做了大量工作，要使標(biāo)準(zhǔn)環(huán)件得到客戶的認(rèn)可，還需持續(xù)提升環(huán)件標(biāo)準(zhǔn)化水平，不斷提高標(biāo)準(zhǔn)環(huán)件與市場的關(guān)聯(lián)性，不斷增強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)件的適應(yīng)性和有效性，向客戶宣傳和推廣應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)環(huán)件的優(yōu)勢，力爭得到主要模具廠客戶端和模具行業(yè)協(xié)會的支持，積極推動標(biāo)準(zhǔn)環(huán)件的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)制定工作的開展，使標(biāo)準(zhǔn)環(huán)件盡快形成專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、商品化的應(yīng)用生態(tài)環(huán)境，為推動電機(jī)鐵芯級進(jìn)模制造行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化事業(yè)而努力。