精沖工藝在鋼背產品上的應用

文/文衛華，張佑·廣東駿匯汽車科技股份有限公司

精沖工藝在鋼背產品上的應用

文/文衛華，張佑·廣東駿匯汽車科技股份有限公司

精沖技術因為其對模具的設計和制造精度要求甚高，模具的材料和合理的工藝布局也非常關鍵，加之精沖設備的投入成本巨大，使得精沖行業在大家的心里都蒙上了一層神秘的面紗。廣東駿匯自2013年引進瑞士法因圖爾700t精沖設備以來，一直致力于精沖工藝在鋼背行業的研究與應用，今特輯此文，以促進大家在精沖行業的技術交流與合作。

鋼背的概念

圖1 完整的鋼背產品圖

什么叫鋼背？鋼背是剎車片的組成之一，目前市場上廣泛應用的都是碟剎，而幾乎所有的碟剎車片上高強度的摩擦材料都是燒結在一塊鋼板上的，在剎車油缸體的推動下自由活動于卡鉗內，因為那塊鋼板處在摩擦片的背后，所以叫鋼背。鋼背上面一般都設計有鉚釘和孔位，便于安裝在卡鉗上，鋼背有一個特點：鋼板材料比較厚（一般為4～6mm），工藝工序比較多。近年來，隨著人們對汽車安全的越來越重視，各大車廠的剎車系統都必須要經過更加嚴格的路面試驗和反復論證才能正式應用于各大汽車上。而剎車系統的好壞，除了摩擦塊的質量外，最為重要的就是摩擦塊后面的那塊鋼背了，所以鋼背的質量直接背負著汽車與駕乘人員的安全，直接關乎到汽車的質量、聲譽、銷量。

鋼背的傳統加工工藝

圖2 落料

圖3 壓邊

圖4 沖孔

圖5 印字

圖6沖釘

圖7 單精沖

先來介紹下鋼背的傳統加工工藝，一塊平常的鋼背，一般需要有如下沖壓加工工藝：剪板、落料、壓邊、沖孔、印字、沖釘、單精沖，如圖1～圖7所示。后面的工序主要為去油、拋光、磷化、調平、片檢、包裝、出貨。本文重點介紹沖壓加工工藝。鋼板從鋼廠運送回來后（是卷料），需要將卷料裁切成塊料（1520mm×6000mm），然后再依據鋼背的大小切成比鋼背實際大6mm左右的鋼板條，然后再進行落料（160～200t沖床），即我們常說的制坯。制成毛坯后，再進行壓斜邊（200～500t油壓機）工序。這是因為，在將毛坯裝配在剎車盤上時，因裝配的需要和出于美觀的考慮，需要有一個整體斜邊，但是在壓斜邊的過程當中容易引起局部膨脹，對品質要求高的產品還需要增加一道壓平面的工序（200～500t油壓機）。接著就是沖孔工序（80t沖床），沖孔后以孔為定位，把客戶名、款號等其他信息印在產品上（80t沖床）。然后是沖釘工序（80t沖床），利用沖釘可以在產品上鉚接其他零部件，比如消音片、傳感器、連接頭等。沖完釘后就是精沖工序，這里所說的精沖工序是屬于單沖模具的精沖，為避免混淆，在這里暫且以“單精沖”之說法代替。圖8所示為剎車片卡鉗圖，圖9所示為剎車片摩擦塊裝配圖。

采用精沖工藝加工鋼背產品

圖8 剎車片卡鉗圖

圖9 剎車片摩擦塊裝配圖

目前我們傳統沖壓工藝的優點是產品切換速度快，面對市場上成千上萬種型號的鋼背，我們有時僅僅通過修改或者互換部分模具即可達成產品切換，另外一個優點就是，模具制造成本低，開發周期短（駿匯目前可以在7天之內快速完成），能快速應對市場的變化需要。缺點就是產品加工工序繁雜，人力成本支出過高，制程當中容易產生漏工序、混料等重大品質問題，產品在各沖壓工序流轉時，因各定位之間容易產生定位誤差累積從而導致產品尺寸偏差較大，尺寸和品質很難穩定。近幾年來，客戶對鋼背也逐漸提出了更高的要求，比如平面度公差從原來的0．3～0．2mm修正為0．05mm，關鍵尺寸公差也從0．2mm修正為0．05mm，除去內控和檢測誤差，實際控制值必須在0．03mm以內。傳統的沖壓工序難以滿足市場的高精度需求，為解決客戶對現時產品的高精度要求，引進精沖設備、設計制造更為精密的精沖模具都是時勢所趨，以下就簡單介紹下精沖工藝在駿匯的鋼背沖壓上的操作與應用。

業內人士對精沖機的工作原理應該都非常熟悉，其設備的垂直運動具有高穩定性，可以將豎立的硬幣放置在機器內，機器在生產時硬幣不會倒下，原本的三道力現在又延伸發展成五道力甚至更多，我們只需要把模具設計成類似連續模具的結構，通過精準送料和導向孔的精準定位，讓產品把其他各工序全部做完后，才通過最后一道工序進行精確外形輪廓沖壓即可。與傳統沖壓產品相比，精沖件的特點主要體現在如下幾個方面：

圖10 鋼背在各生產工序中的平面度變化曲線圖

圖11 裁剪好的卷料

圖12 精沖生產線

平面度的改善

傳統的單精沖工序的原材料是由卷料在倉庫裁成板料（1510mm×3000mm）、運輸回公司、再裁成條料即進行落料制坯加工，因為歷經多道加工工序，材料在放置、存貯、運輸、流轉時，都很容易使平面度的變化存在很大差異，一般情況下100mm長的產品會有0．2～0．3mm的平面度變化，嚴重的甚至越過0．5mm。因為變化不規則，也無法在模具上得到有效的解決，再加上后續各道工序上所產生的沖擊力與應力，平面度的誤差波動也比較大，這是致使產品平面度不良的最主要的原因。圖10所示是鋼背產品在各生產工序中的平面度變化曲線。

圖13 單精沖壓斜邊模具結構圖

精沖材料是在鋼廠就裁成所需寬度的卷料（圖11），通過大型送料機經過整平機對材料內應力消除、整平后再進入到模具內進行沖壓，如圖12所示，這就在一定程度上保證了產品的平面度，一般100mm長產品平面度可達到0．05mm之內。

改善壓斜邊對產品厚度的影響

采用單精沖工藝壓斜邊時，模具結構如圖13所示。因為下壓力不夠，導致壓斜邊時材料分子會流向產品中間方向，如圖14所示，從而讓產品板厚不良并會影響到平面度。

圖14 單精沖時材料流向

圖15 精沖壓的斜邊

圖16 單精沖示意圖

精沖的模具結構卻是上下兩道邊先壓住（約100t）產品，再壓斜邊，嚴格控制了材料的流動不往中間走，從而使得壓出的產品斜邊非常漂亮。如圖15所示是精沖模具壓出來的斜邊。

關鍵尺寸的精準控制和光亮帶的修整

單精沖的關鍵尺寸保證是靠落料制坯后（單邊留0．4mm），經各工序加工，最后才進行單精沖。單精沖的原理是先將凹模刀口修成帶有小斜度的平面，再將其拋光，加工時產品通過斜度導向擠壓并經頂料芯的頂回，最終裁切面會形成高光亮帶。但裁切面是帶有斜度的面，產品的光亮帶是完全靠擠壓出來的，而且產品在擠壓過程當中會出現微小變形，在退出模具后，產品的彈性變形會比較大，在調平過程當中也會因為平面度的變化而導致產品尺寸變化。另外，產品的邊角也會因為配合間隙過大而出現塌角，影響產品品質。如圖16所示為單精沖示意圖。

而精沖的效果卻是通過微小的沖切間隙，依靠齒圈緊壓后再進行精密沖壓，一舉解決了客戶對產品高光亮帶、沖裁邊緣無塌角的要求。圖17與圖18分別為精沖與單精沖光亮帶和塌角情況的對比圖。

圖17 精沖與單精沖光亮帶對比圖

圖18 精沖與單精沖塌角對比圖

成本控制

以常用的7道工序來計算，差距最大的是人力成本，單精沖需要7個工人（目前駿匯平均工資約5k），而精沖僅需要1個工人即可完成所有工序，且精沖的工作效率是單精 沖工作效率的1．5～3倍。設備上，單精沖需要7臺設備（總噸位約600t+200t油壓機），而精沖僅需一臺設備。因為單精沖全部靠人工操作，設備的空載率高，并受工人技術熟練程度的影響，不可控因素較多。單精沖的品質管控基本就是靠工人對產品的認知度，而精沖的品質可靠性非常高，客訴率可以達到0。

結束語

在精沖機的應用過程當中，因為每一分鐘都能帶來巨大的經濟效率，所以讓設備的每一分鐘都能正常運轉，將是我們追求的目標。而如何保證模具的可靠穩定性，增強模具材料的耐用性，以及如何快速切換模具，將是我們以后研究的方向，也是提升精沖設備效率的另一門學科。

文衛華，主要從事精沖模具設計與應用、特殊鋼背產品工藝、自動化設備在沖壓行業的應用、沖壓材料與熱處理等工作。