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    解读精密多工位级进模制造技术及其发展现状

      发布时间:2019-05-11 19:59

      标志冲模技术先进水平的精密多任务位级进模,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。

      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。

      制造精度达2μm、步距精度达3μm、拼块精度 1μm、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。

      制造精度达2μm。以Φ7.2×48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 10μm有300处左右。还有翅片列数为36-72列。

      制造精度达2μm,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刺。引线mm。

      制造精度达2μm。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。

      精度达2μm,步距精度达3μm。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。

      成型模块的精度达到μm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。

      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。

      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。

      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。

      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。

      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。

      采用快换式结构,硬质合金凸模与固定板采用μm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。

      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。

      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。

      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。

      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。

      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 3μm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,整副模具相关的模板等零件,均以此高精度基准定位,保证步距等要求。

      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mm。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。

      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3μm;用光学曲线磨床精磨槽形刃口与斜度,每面留研磨量2μm;研磨拼块的扇形面,每面留1μm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。

      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5μm 内,精磨控制在2μm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。

      ①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3μm 内。步距达到零公差的最理想,结合力效果会更大、更好。

      ②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5μm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。

      ③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10μm时的性能较好。达到适中的背压和收紧增压的效果。

      ④导正销外径与卸料导向板上的导正孔径配合间隙,控制在35μm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。

      ⑤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35μm、下模03μm,保证定位紧固精度的可靠性和稳定性。

      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。

      ①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。

      ② 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。

      ③ 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。

      ④ 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。

      ⑤ 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。

      ⑥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。

      ⑦ 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相关件,达到一致性要求。

      ⑧模具经过维修和磨刃口后,要认真做好退磁、去毛刺、清洗和关键参数的测量记录,再进行组装、润滑和切纸检查。同时认真检查导正销、弹簧、紧固件等零件状况,保证模具技术性能。维修后的模具装上生产线,再按规范要求连机、试冲合格,满足批量生产的正常运行。

      近几年,我国模具技术发展较快,代表冲压模具发展方向的精密多任务位级进模,模具设计制造水平有了较大提高。国内生产的部分模具水平与国际同类模具水平相当,替代了一部分进口模具,并有少量出口,但是应该看到,相比国际先进水平仍有不少差距。

      为此,必须全方位提高技术创新能力和模具设计制造水平,不断缩小差距。相信在模具行业和有关行业的共同努力下,我国必将从模具生产大国发展成为模具生产强国。