采用精冲工艺生产可直接用于装配的多功能零件

文/威利·格力姆·瑞士法因图尔技术股份公司

采用精冲工艺生产可直接用于装配的多功能零件

文/威利·格力姆·瑞士法因图尔技术股份公司

威利·格力姆，首席模具专家，拥有多项精冲模具技术专利。

精冲工艺开创了一项以经济效益最大化进行大批量生产的全新技术，并可显著降低生产成本。这就是为什么精冲成形工艺是复杂零件大批量生产的最佳工艺，特别是在汽车制造业领域。

精冲工艺的吸引力在于通过减少零件的制造工序，实现更低的生产成本，且拓展了零件设计的多样性，从而创造更高的效益。随着这项技术的持续不断发展，更多的创新应用使其具有更强的吸引力。

精冲技术的发展现状

精冲工艺可冲裁最厚达15mm的板材，生产出的精冲零件冲裁面可满足功能要求且保持较高的平面度。最主要的特点是在厚度方向上可得到100%光亮的冲切面，粗糙度可达N5～N8等级， 且公差等级可控制在ISO 7～9。只要拥有精冲机和精冲模具即可实现生产直接用于装配的精密零件：完全冲裁、成形且已去除毛刺的零件，如图1所示。精冲件是在可靠的、高重复精度保证下，以高速冲程进行生产，实现了单件成本的经济性。精冲工艺被认为是一项精度极高的工艺。新型的精冲机及模具设计显著地提高了生产效率。

精冲工艺链的主要环节（图2）：

⑴睿智的、超高精密的模具设计；

图1 精冲件示例

图2 精冲工艺链的各个环节

⑵多功能精冲压力机；

⑶易于成形的零件材料、高性能的模具材料和润滑剂。

精冲工艺链的各个环节保证了稳定生产的工艺可靠性。

除了上述精密冲裁工艺，现代化的零件应用还需要精冲工艺与相关的金属冷成形工艺相结合。也就是说，零件从精冲压力机系统出来后已经是完全成形的零件。

沿着上述的技术创新发展方向，结合原有积累的丰富实践经验，以及从成功或不成功试验中吸取的教训，为这项技术的持续发展奠定了基础。如今，在最先进的技术辅助手段，如电脑工艺仿真模拟技术的支持下，进一步确保了精冲工艺与实践生产的可靠性，如图3所示。

技术发展趋势

50年来，关于精冲的工艺能力及工艺局限性已经发表了很多的论文，精冲工艺也在工业领域得到了广泛的应用。数十年来取得的技术成果不断突破原有工艺的技术局限，主要拓展的技术方面有：

⑴冲裁零件外形的复杂程度更高；

⑵成倍增长的产能输出；

⑶三维复杂零件；

⑷工艺整合，减少后续工序；

⑸降低材料的消耗。

零件的冲裁外形复杂程度更高

在许多案例中，冲裁形状主要受制于材料的机械成形特性和模具冲裁部件可承受的最大的载荷。这些受材料的厚度和具体冲裁力局限的外形设计图表是业内众所周知的。如今，随着模具材料性能的不断提高，结合冲裁工艺的日益创新，使现代工艺不断地突破这些技术局限。如图4所示的是具有精密齿形结构的汽车座椅调角器零件，其材料厚度在3～6mm之间，齿形模数可达0.3～0.5mm。

图3 运用仿真模拟软件进行工艺设计

成倍增长的产能输出

更快的产能输出意味着对模具、设备和零件传送机构更进一步的技术开发。这就要求企业通过采用新技术来不断改善和优化现行工艺，第一，设备要在单位时间内产生最大的冲程次数；第二，需要设备有能力保持长时间无间断运行。对压力机技术来说，正在被应用的新技术是伺服驱动。该技术已经被成功运用于汽车门锁精冲零件的制造。采用总压力为450t的精冲设备将4个零件同时从条料上冲切下来，冲程速率可达到每分钟90～110冲次。

另一个案例是，采用1模8穴的模具进行大批量生产变速箱零件，零件从模内被顶出并分离到独立的料槽和输送带上，冲程速率高达每分钟140冲次。

图5 整合多步工序的模具设计

零件的成形复杂程度提高

当前技术发展聚焦于复杂三维零件的加工。这需要加大精冲压力机工作台的有效空间，或者充分提高现有空间和作用力的利用率，两个方面相结合才能得到更佳的效果。可以采取的措施，一个是集成工位，利用设备的多向辅助力组合在同一工位上完成零件的加工；另一个是将零件转移装置整合到模具内，以便在可用的工作空间设置必要的工位，从而实现模具内多工步复杂成形。

整合后续的工序

当需要整合前序工步到主工艺工步时，类似的设计理念就产生了。这里再次用到了零件转移装置进行条料外加工。一个典型的案例就是，将精冲、去毛刺及之后的折弯工序整合在一副模具内完成，如图5所示。如此设计的最大益处是，所有工步受力以压力机中心点对称分布，以免压力机工作台在偏载力作用下产生倾斜而导致损坏。同时也有效延长了高精度模具部件的使用寿命，并大大延长了两次刃磨之间模具的使用时间。在平衡力作用下的加工对保证零件生产过程中的形状公差也是有益的。将多步加工工序集合在一副模具中，使精冲工艺在模具内整合了后续工序，实现了低成本、高效率的零件制造，满足更快速、更经济的大批量生产。

降低材料消耗

材料是珍贵的资源，通常会占到单件成本的50%。冲裁轮廓线周边的搭边宽度和附件功能需要用到的材料空间应该尽可能的小，以便节省材料。达到上述目的的关键在于最初的模具设计阶段。要得到最佳的方案就必须要提前综合考虑到零件的设计、材料选择以及模具的设计。一旦工序排样设计确定，工艺流程和模具设计就成形了。条料外加工的创新设计理念，不仅提高了精冲工艺的可靠性，而且由于排样图的改进，达到了节省材料和降低成本的显著效果。

上述五方面的技术发展趋势展现了未来精冲技术开发的光明前景，不断突破工艺局限，开创更广泛的应用领域。