关于精密高速冲压模具设计及生产维护的一些浅见

2020-02-21 13:19:17 来源：锻造与冲压

导读： 精密高速冲压生产技术因具有高效率、高品质、一致性、节约成本等优点广泛应用于电子、汽车、光学、工控、医疗等领域在市场经济高度发达，科学技术高速发展的今天，高速、精密冲压技术越来越受到工业生产多个相关行业的重视，而其高效性、可靠性、稳定性成为连续冲压技术不断突破和研究的主要课题在更新换代、技术创新节奏越来越快的当今模具开发快速化、自动化技术、光学技术、机电整合技术的应用也不断的被应用和突破。随着中国制造2025 "的推进，精密高速冲压技术也将迎来良性发展的契机。

精密高速冲压生产技术因具有高效率、高品质、一致性、节约成本等优点广泛应用于电子、汽车、光学、工控、医疗等领域在市场经济高度发达，科学技术高速发展的今天，高速、精密冲压技术越来越受到工业生产多个相关行业的重视，而其高效性、可靠性、稳定性成为连续冲压技术不断突破和研究的主要课题在更新换代、技术创新节奏越来越快的当今模具开发快速化、自动化技术、光学技术、机电整合技术的应用也不断的被应用和突破。随着中国制造2025 "的推进，精密高速冲压技术也将迎来良性发展的契机。

精密高速冲压模具结构及典型生产工艺设计方案

精密高速冲压模具结构

精密高速冲压模具常用的结构有二板模、抽屉模〈模块式模具）和三板模〈也称八板模）

二板模是将冲压脱料功能结构设计并固定在下模板，整套模具由两个相对独立的整体构成而得名。其特点是精度高冲压行程小，但因模具零件加工精度要求高加工成本高，很大程度上被三板模取代。

抽屉模是由三板模的结构演变而来，将模板设计成模块式，模座设计成适应多个模块快速装卸的结构它很好的解决了多料号生产频繁切换问题，线下换线、快速换模成为其名副其实的代名词，但由于其结构相对复杂，模具制造成本较高、冲床参数要求高等缺占导致其应用更多的仅限于多料号产品的冲压生产。

三板模，顾名思义，由上模、脱料板、下模三个模板组构成，适用于单料号或者少料号的冲压生产，由于结构简单、加工成本低、精度高、维修保养方便稳定性好等特点，被大多数模具设计和冲压生产商所采用。相对来讲，三板模在某种程度上能取代二板模而在多料号生产时，抽屉模更具优势，故三板模和抽屉模成为现阶段精密高速冲压行业的主流。

无论哪种结构的模具，其工作原理和功能结构组成都是相同的。从工作原理看，他们都是通过冲床滑块的上下运动，驱动模具零件的相对运动并作用于被冲压的材料，使其完成冲切、折弯等分离或塑性变形的过程从功能结构组成看模具由7大部分组成（图 10田主体结构（模座模板），模具的载体。〈2）导向元件（导柱导套），模具主要的导向功能。（3）压料卸料系统（脱料板、传力销、压缩弹簧、等高套筒等〉冲压过程的压料卸料功能。（4江作元件〈冲子、刃口、成形、调整零件等）直接参与材料分离、塑性变形的核心功能件。〈5）定位元件（定位针、导料板，脱料镶件）保证料带在模内穿行顺畅性和工作元件作用位置的准确性。（6涸定元件〈螺丝、定位销、压块、砌块〉，模板与模板、零件与模板的相对位置固定（7）辅助零件〈浮料销、弹簧限高柱），料带辅助支持和模具保护等功能。

典型冲压工艺设计方案

精密冲压工艺结构种类众多，均有其各自的工艺设计、生产维护特点，如用于触点的弹片折弯、用于预断的v一CUT成形，用于屏蔽隔断的凸筋拉伸、用于焊板的锡脚刺破、用于装配的倒刺下料，以及用于传输的针杆下料等模具工艺，均为其典型的生产应用实例。在此，笔者介绍若干典型模具工艺结构设计方案，供读者参考，图2所示为FPC端子局部图，剪切面为接触部，故需有剪切面均匀，且高于撕断面，无翻主体（模座模板）料等要求，在产品压料有限的情况下，模具设计时，除了局部强压之外，常常采用粗切+精切的方式，以减少过大的冲压力及内应力对产品的影响。图3所示为细小端子的下料，同样的，由于下料时压料面积太小，压料力不足，冲剪过程中，产品因压料力小于冲裁力而被拉出翻料，以及产生扭曲等现象，因此，生产这类端子时也可以采用精切+粗切的方式来提高冲裁质量再者，谈谈折弯工艺的设计，一般模具设计的人员都知道折弯的展开主要取决于材料的折弯中性线折弯的反弹主要取决于不同材质的反弹系数〈当然，冲压速度、模具润滑、模具温度、材料纹路等条件也会影响折弯参数取值）不同材质的中性线计算及反弹系数，除了特殊材质外，基本已经积累了比较准确的经验值供设计人员选用和计算，如图4所示，简单阐述了折弯展开的基本步骤。另外，尺寸调整结构也是精密冲压模具常用的功能，特别是对于多PIN的端子，模具零件不可能做到绝对的精准，冲压成形之后，多PIN端子尺寸一致性便难以得到有效地保证。

单独对每支PIN进行模内微调能很好地纠正折弯尺寸的偏差，如图5所示，在设计上，将折弯尺寸设定在略超上限值再通过不同程度的微调每支P凡从而达到弹高尺寸较好的一致性目的。

模具的设计应是一个综合的技术整体，从产品的功能要求、工艺需求、装配使用需求、其他因素等方面的影响维度，去解析模具设计需要达到怎样的效果才能满足产品真正的需求，再从模具结构、工艺等手段去实现以上多个维度需求。故模具设计本身是这个技术整体的一部分，而非全部，譬如作为触点的弹片设计〈图6〉在产品功能上，应具备接触传输特性需要接触良好，故如何控制接触区表面粗糙度，如何保证接触点是弹片最可靠的地方，即为模具设计的关键，从工艺要求上，应从如何控制折弯胀料、如何防止折弯后触点两边高于中间、如何防止折弯歪斜等方面思考，从装配使用上，应考虑的是，怎样的设计工艺更能提升弹片装配插拔的疲劳寿命其他影响因素上，材料材质特性、冲压速度冲床吨位、电镀尺寸变化、热处理回弹等均直接或者间接地影响到模具设计结构的选择、设计排样的工序、零件的材质及加工方式的考量、设计参数的取值

在对精密模具设计的前期工作中，设计者若能全面地按照以上或者更多的维度去思考和细致地分析模具的设计将水到渠成，所设计的模具只是设计者维的载体，精密、高速的要求自然能体现出来，故多维度地把模具设计工作当做模具设计的技术整体来看待，贯穿整个产品的功能、工艺、应用、模具特性，才能从理念和行为上真正做到高速和精密。

精密高速冲压模具的使用、维护以及车间管理

一套高效稳定、咼品质的精密高速冲压模具不仅在设计前期需要对产品功能、工艺、应用、模具设计结构等进行分析和设计，在模具正常生产过程中模具的使用、保养、维修手法等均直接地影响模具使用效果和寿命。

在模具使用上，以架模条件设定和使用为例，架模条件参数的精准设定和固化，对于生产效率和品质稳定性起到举足轻重的作用。在无法满足专模专机的情况下，模具与冲床架模条件一一对应能很好的满足条件参数固化的要求，即一模一机一条件参数、一模 N机便有N个条件参数。具体操作为，先根据模具总体需求，选用合适吨位合适结构的冲床，再通过模具参数理论值进行设定和微调达到架模调机理想状态并跟进生产品质状况，达到制程能力满足要求，则定义为该模具在该机台的固定参数，后续按照该固定参数进行架模生产，达到条件固化稳定的目的，同样的方法，在其他机台对该模具进行条件设定，从而形成一系列固定架模条件参数，这些条件参数为生产效率和品质稳定提供了最根本的保障。

模具保养的目的是为了保持模具优良稳定的生产状态并提升模具的使用寿命一般来讲，保养可分为以下四个阶段田点检阶段，检查零件是否松动、是否磨损并进行修复、抛光、润滑等基础保养工作。使模具恢复到设计状态。(2)零件更换阶段，确认零件已磨损而无法满足生产品质要求以及达到零件寿命时则对其相关下料零件进行研磨．成形零件进行更换。(3)导向精度保养模具的整体精度来源于模具的导元件．当其磨损到一定程度．无法提供所需的精度时．对其进行更换和精度修复，使其恢复导向精度。(4)模具翻新，模板模座作为模具的主体，其总体精度自然而然的会影响到模具的精度．对个别或主要模板的钳工校正、精度调整甚至更换，恢复模板的相互间隙、平面度、垂直度等。不管哪个阶段，其目的均为保持和恢复模具精度．使其拥有优良的状态．在这里，涉及一个重要名词：模具寿命 (冲次数 )．每一次点检和保养，所对应的冲次数，即为各阶段对应的冲压寿命．它决定于被冲压材料的材质特性、模具零件材质、冲压速度等因素。生产过程中．需每日记录累积冲次数，能更好地管理模具保养时间和频率更清新地了解模具寿命状态。

模具维护方面，笔者认为，应侧重抓住问题的根本并展开分析，譬如产品尺寸问题．一般情况下，维修的思路应该从模具根本的定位基准孔人手，确保基准正确再进行工站或者料带的分析．而不是看到下料间隙偏单边．就移刃口，看到折弯不到位则减少折弯间隙等“见到现象则出对策的条件反应式的维修手法，因其容易导致维修基准错乱，模具越修问题越多等恶性循环。另外，精密高速冲压所面临的普遍问题一一跳屑问题，在此也略谈一下看法，跳屑源自于冲下的废料，被外力作用而带出模面，而这外力可能是大气压强与真空的相互作用、油污粘合产生的粘力、模内气体产生的推力、也有可能是模具冲压过程中振动的力，而相对的解决方法也多种多样，各有利弊清楚了产生的根本原因解决问题的思路也大同小异即减少这个"力"的产生，或者制造一个相对的力去抵消导致跳屑的外力，从产品上，可以变更废料形状增加与模具的接触面积而增大摩擦力，从模具结构上，可以使用刃口被覆手法、刃口卡料结构、冲子异形结构、T形落料孔等方式，从其他外力上，可以从上向下增加一个吹气装置，形成负压，大气压强的作用对废屑产生向下的吸力或者从下面增加一个吸气装置，直接吸走废料，如图7所示。从生产条件上，可以调整冲压油给量、调整冲压SPM等。总之，能从根本上区分问题、多维度去思考，模具维修的思路和方法千变万化不离其宗。

精密高速冲压工艺的新应用及进展

随着科学技术创新迭代，精密冲压以其特有的高效性、重复性等优点不断开拓应用范围，特别是在产品功能拓展方面，譬如剪切面作为产品的功能区，这必然对剪切面的质量有非常高的要求，光亮平整、无毛刺、无冲压塌角、全光亮带等需求不断拓展精密冲压设计者的思路。在加工方式方面，在一些产品的加工上，精密冲压已经很好完成了以往通过压铸 CNC、车床等方式才能完成的工艺，从而大幅提升生产效率和降低生产成本。在工艺技术方面，结合自动化技术的精密冲压工艺、结合光电技术的精密冲压工艺、无废料冲压工艺、低行程超高速的冲压工艺、多料带模具设计工艺等技术也逐渐被精密高速冲压行业所使用，技术能力也不断推陈出新。