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精密多工位级进模制造技术及其发展现状 作者：南京精密模具机电研究所 张顺福来源：雅式工业专网 标志冲模技术先进水平的精密多工位级进模，具有结构复杂、制造难度大、精度高、寿命长和生产效率高等特点，是我国重点发展的精密冲模。从精密多任务位级进模的冲制件来看，包括电机铁芯片级进模、空调器翅片级进模、集成电路引线框架级进模、电子连接器级进模、彩管电子枪零件级进模、汽车零件级进模、家电零件级进模等。可以说，冲制件覆盖了电子、通讯、汽车、机械、电机电器、仪器仪表和家电等产品范畴。 从当前国内制造的精密多任务位级进模的水平分析，在模具的技术含量、制造精度、使用寿命和制造周期等方面均获得了明显进步。其中，部分高档优质模具的总体水平与国际同类模具水平相当。下文先就此分为几个方面予以阐述。 级进模制造技术发展现状 1. 模具CAD/CAM技术的应用 通过运用模具CAD/CAM技术，模具设计品质得以提高，模具设计时间进一步缩短，推动了模具结构的优化，促进形成规范化、典型化、系列化、标准化的体系。模具制造技术实现了数控化，通过对数控铣床、数控加工中心、数控低速走丝线切割机、数控电火花加工机、数控平面磨床、数控内外圆磨床、数控坐标磨床、数控光学曲线磨床等精密数控设备的灵活运用，构建形成了加工精密多任务位级进模零件的主要手段和技术，这不仅保证了模具制造精度和品质，同时也缩短了模具制造周期。 2. 模具总体水平 电机铁芯自动片级进模 制造精度达2m、步距精度达3m、拼块精度1m、回转精度1。模具在高速冲床上使用，具有自动冲压、片、扭槽、分组、回转等功能，模具使用寿命1亿冲次以上。易损备件可互换。冲制材料0.50mm厚的硅钢片带料，经自动片形成铁芯组合件，铁芯组合的厚度可达到100mm以上，铁芯组合的外径可达200mm左右。 空调器翅片级进模 制造精度达2m。以7.248列翅片级进模为代表，模具18工位，两步进距，模具在高速冲床上使用，含有引伸、冲孔、翻边、冲百叶窗、异形 切、边切、纵切、横切等工位。刃口备件可互换，模具使用寿命3亿冲次。冲制材料0.105mm厚的铝箔片带料，经自动冲压形成翅片列数为48列。模具的冲 裁间隙10m有300处左右。还有翅片列数为36-72列。 集成电路引线框架级进模 制造精度达2m，易损备件可互换，模具在高速冲床上使用，寿命5千万冲次以上。冲制材料0.20mm厚的铜片带料，经自动冲压形成引线框架。作 为半导体和集成电路的载体引线框架，引线的脚数多、尺寸小、精度高、形状复杂，冲出的制品在镀镍处要求无毛刺。引线框架已有4排24列，脚数64只，最小 间距尺寸为0.13mm。 彩管电子枪零件级进模 制造精度达2m。以G5底零件级进模为代表，模具25工位，在高速冲床上使用，含有冲切、拉深、压筋、切边、翻孔、变薄拉深、整形、精冲小孔等 工位，备件可互换，模具使用寿命3千万冲次以上。冲制材料0.245mm厚的无磁不锈钢片带料，经自动冲压形成G5底零件，精度达到0.01mm内，变薄 拉深的孔径形位公差0.02mm内，制品外形品质要求零缺陷。 电子连接器级进模 精度达2m，步距精度达3m。例如手机连接器级进模，模具50工位，在高速冲床上使用，冲次速度达400次/min以上，冲制材料 0.20mm厚的铜合金片带料，经自动冲压形成连接器，制品6处弯曲成形，形状复杂、精度高。其中3处内钩形接触点的一致性和高度要求达0.02mm内。 备件可互换，模具使用寿命2亿冲次。 汽车零件级进模 成型模块的精度达到m级。模具应用CAD/CAE/CAM 技术，经CAE仿真成形分析，优化了模具结构、冲压工艺和制造手段。例如汽车刮雨器底盘级进模，重量20t左右，模具在大吨位冲床上使用，经冲切、拉深、 弯曲、整形、冲孔等工位，形成多面体制品，制品形状复杂、曲面深度起伏大、精度高。冲制材料0.61mm厚的高强度冷轧钢板，模具寿命100万次以上。 3. 模具制造周期逐步缩短 现代模具制造技术的深入推广与应用，促成了模具标准化程度的日渐提升，模具标准件的使用率已接近50。模具标准化、模具制造技术数控化和模具标 准件的广泛采用，有效缩短了模具制造周期，并同时提高了模具品质、降低了模具制造成本。以较复杂的精密级进模的制造周期为例：小型的约50天，中型的约 80天，大型的约110天。制造周期已与国际同类模具水平相当。 双排铁芯级进模 随着工业产品技术的不断发展，市场对精密级进模的需求量越来越大，技术要求日益严苛。例如，集机电技术一体化为代表的电机铁芯自动片硬质合金级进 模，使用该类模具生产铁芯的厂家越来越多。并且，随高生产率的发展要求，双排铁芯模具、大规格铁芯模具的需求量不断增大，模具也随之大型化，精度要求和制 造难度也相应地“水涨船高”。 鉴于此，为加快双排铁芯级进模的发展和国产化模具水平的提高，下文将重点介绍该类模具的主要结构、精密制造技术、主要部位的关键技术参数，以及模具使用与维修要求。以电动工具定转子铁芯自动片双排级进模为例，右图分别为该模具的上模、下模、铁芯产品图样。 1. 模具主要结构 模架 采用精密滚珠导柱双导向结构，上下模座主体采用4组滚珠大导柱导向，分块式卸料板与上下模座采用8组滚珠小导柱导向。 弹压卸料板 采用分块式组合结构，卸料板主体分成2块与5块导向板组合，通过8组滚珠小导柱与上下模座连成一体导向的组合形式。弹压卸料板与导向板分块组合式结构，具有卸料、压料、保护凸模、控制步距与精密导向的综合性能。 凹模 采用分块式镶拼结构，硬质合金镶件与凹固板5块镶拼组成。经冷压密配和精密定位的方法，确保配件互换。 凸模固定 采用快换式结构，硬质合金凸模与固定板采用m级的间隙配合并用压板锁紧定位。凸模的位置精度由导向板控制。 步距精度控制结构 采用双排28只导正销控制送料步距的高精度定位，步距精度由精密的导向板保证。 条料导向 条料导向采用侧导板导料结构，侧导板的设置为分块和分段形式。并在凹模固定板上设置顶料结构，确保条料运行无阻。 模具安全保护机构 上下模座在相对位置采用4组限程柱，控制模具行程。上模板与卸料板之间设置多块并分段的限位块，控制冲压时上模的最佳行程及弹压卸料板的平衡支撑。设置微动开关防误送装置，出现条料误送故障时，冲床可即刻停止，避免模具损坏。 铁芯厚度的分组 采用抽板机构，在冲床控制柜设定所需要的片数，当冲到设定的片数时，在电器控制柜的脉冲指示下，通过气缸和电磁阀来控制模具上的抽板机构动作，顶出计量凸模冲孔后即刻复位，达到铁芯片的厚度并分组要求。 电动工具定转子铁芯自动片双排级进模的 上模（a）、下模（b）、铁芯产品图样（c）2. 模具主要零件的制造 模具制造技术除了应用CAD/CAM技术和高精度数控机床的配套设施外，专业化精密制造技术和多年实践经验的深化渗透也非常重要，这样才能形成先进的制造技术和最佳制造方案，进而确保模具的各项技术要求。 上模板、下模板、弹压卸料板的大件制造 分为粗加工、半精加工、精加工三个阶段。粗加工在立式铣床、横臂钻床等普通机床上进行，主要去除零件上的大孔及成形部位的余铁量，留适当的后道加工余量。粗加工后需进行热处理调质，以提高零件的韧性、强度和减少后道加工的变形量。半精加工在加工中心上进行，除了零件上的导柱导套孔、销钉孔、型孔、工艺孔及平面留适当的精加工磨量外，其余加工到位。半精加工后进行热处理淬火，达到零件所需要的硬度值。并在精加工前需进行热处理时效，达到消除零件淬火后的脆性和内应力的效果。 精加工在精密平面磨床上磨两平面，平行度控制在0.01mm内，然后在精密坐标磨上加工导柱导套孔、销钉孔、型孔、工艺孔等高精度部位，达到孔距 位置精度在3m内及孔径公差和一致性等技术要求。上下模板和卸料板上的导柱导套孔、销钉孔、工艺孔的孔距和位置是重点确定的高精度基准，整副模具相关的 其它模板等零件，均以此高精度基准定位，保证步距等要求。 导向板、凸模凹模固定板、垫板、侧导板、抽板、收紧圈等零件的制造 需经锻造、退火、粗加工后调质、半精加工后淬火、精加工前时效等。精加工分别应用精密数控磨床、慢走丝线切割机，坐标磨床等高精度设备。导向板与 凸模凹模固定板，需经慢走丝线切割型孔和槽孔的要求进行多次切割，一般要求的型孔和槽孔进行3次切割，要求高的进行4次切割。需经坐标磨床上加工的部位， 慢走丝线切割后，留精磨余量0.100.15mm。该类零件的槽孔采用以割代磨加工技术、圆孔采用全磨削加工技术及割磨互相结合的加工技术。 硬质合金槽形凹模拼块的制造 精磨拼块配料的两平面，厚度与拼块固定板一致。采用精密数控慢走丝线切割机床切割定子、转子的槽形刃口、斜度及每件拼块的扇形四侧面，每面留磨量 0.04mm，用工具成型磨床精磨拼块的扇形四侧面，每面留研磨量3m；用光学曲线磨床精磨槽形刃口与斜度，每面留研磨量2m；研磨拼块的扇形面，每 面留1m组装时的调整量，研磨拼块的圆弧面、小头侧面、槽形刃口及斜度面，达到槽形凹模拼块组装后各项技术参数。 槽形凸模、圆形凸模及导正销等精密零件的制造 槽形凸模采用光学曲线磨床精加工，也可采用精密数控慢走丝线切割机床进行多次切割加工，经研磨达到各项技术参数。圆形凸模采用精密数控外圆磨床精 加工。导正销等精密零件采用全磨削加工。通过精磨、精割和研磨的加工技术，既要达到零件的尺寸公差，又要保证同规格零件的精度一致性要求。 硬质合金零件的制造 因零件的材料是硬质合金，特点是硬度高、脆性大和容易爆裂，在磨削加工时，采用人造金刚石砂轮，树脂结合剂，砂轮粒度120号为粗磨、精磨180 号以上，结合剂的浓度75100。每次磨削深度在5m 内，精磨控制在2m内。冷却液保持充足，确保及时散热要求。砂轮自始至终应保持自砺性能，操作必须合理和规范，达到最佳的磨削效果，既能保证硬质合金零 件精度，又能延长砂轮使用寿命。硬质合金零件的磨削技术，是精密级进模制造中的关键技术。 3. 模具主要部位的关键技术参数 步距位置精度直接影响到铁芯自动铆的结合力，精度高结合力大。全密形式的模具步距精度需控制在3m 内。步距达到零公差的最理想，结合力效果会更大、更好。 全密形式铁芯铆是在模具内完成的，为此，上、下冲片的铆点和计量孔的过盈配合量极为重要，过盈配合量控制在5m时的状态较好。过盈配合量参数是能否达到铆结合力要求的关键。 收紧圈零件是铁芯自动铆的关键零件之一，零件的综合技术要求高，尤其是成形孔的尺寸公差参数，必须控制在比落料凹模小10m时的性能较好。达到适中的背压和收紧增压的效果。 导正销外径与卸料导向板上的导正孔径配合间隙，控制在35m内，能保证导正销在高速冲床上运行时的导正精度和使用性能。 模具装配必须精选圆柱销、螺钉等优质高强度的紧固件，圆柱销外径与销钉孔为精密过盈配合，上模部位的过盈配合参数35m、下模03m，保证定位紧固精度的可靠性和稳定性。 4. 模具使用与维修要求 定转子铁芯自动片双排级进模，在精密高速冲床上使用，并与开卷机、校平机、送料机、产品传递装置等组成高速冲生产线系统，在批量生产过程中，实行 自动送料、冲压、片、分组、产品传送等的连续作业，具有生产效率高、产品品质好、节约原材料与安全性高等特点。为了保证高速冲生产线的正常运行并充分发挥 其优势，模具的正确合理使用与维修等工作，必须按要求做好并不断予以完善。 高速冲生产线运行中，要确保高速冲床、送料步距、废料排出、产品冲制的三线一点畅通和正常，运行中的模具与冲床及配套装置的性能必须可靠。生产中还需持续做好冲床、模具、冲材等的清洁与润滑工作，保证冲床、模具的精度和产品品质要求。 精密高速冲床是关键的先进设备，其主要特点为高精度、高速度。精度要求，滑块与工作台的平面度小于0.02mm、平行度小于0.03mm，滑块 的下死点精度小于0.01mm。对铁芯铆结合力的效果进行分析发现，滑块下死点的精度很关键，因此，冲床的正确使用和维护必须做好，才能保证精度和使用效 果。 产品材料经开卷机开成带料的要求是，开料后的毛刺小于0.03mm，带料宽度应小于模具导料部位0.050.10mm，带料经校平后无明显弯曲 与毛刺，平直度需在公差要求范围内。自动送料机的步距精度，误差需控制在0.02mm内。达到从卷料开成带料至模具导料等全过程的正常运行要求。 模具的使用要做到合理和规范，模具在冲床上正确定位后，装好安全保护装置并检查性能和可靠性。调整好行程，用点动与手工送料，试冲全部工位，测 量铆点高度及有关资料后，精调行程并检查各个工作部位，正常后开始连冲，逐步提高冲次速度。正常生产的冲速250次/分，较为适合，可列入操作规范。 模具使用期间需经常抽检产品的品质状况，确保批量生产正常，如出现异常问题，采取措施排除。并认真做好模具使用卡记录，使用日期、生产数量、冲 次速度、行程参数、产品品质和检验结论。模具如需要维修和磨刃口的，必须附上最后冲出的带料和铁芯冲件，供给模具维修、磨刃口时参考。 模具维修方面，要求根据带料、冲件、使用记录、检验结论和图纸等检查模具状况，确定维修内容与程序。按规范拆卸模具相关部位，拆卸关键零部件做好编号、位置记号和测量记录，便于维修后达到最佳状态。 模具的磨刃口是维修中的重要环节，磨刃口前必须清理模具内的冲件和废料，保持清洁，保证基准可靠。磨凸模刃口时，需换装配制的短导柱，装上卸料 导向板，用等高垫块垫稳保持平行，使凸模高出卸料导向板1mm左右即可。磨刃口，控制每次进给量，保证磨削品质。并将磨刃总量提供修磨其它相关件，达到一 致性要求。 模具经过维修和磨刃口后，要认真做好退