前言

隨著光纖激光技術(shù)的不斷進(jìn)步，沖壓激光加工成本的持續(xù)下降，鈑金加工市場上出現(xiàn)了一股明顯的趨勢，就是將原本用于數(shù)控沖床沖壓的中等批量以下的產(chǎn)品，逐步轉(zhuǎn)移到數(shù)控激光切割機(jī)上來完成。但是行業(yè)內(nèi)人士也清晰地認(rèn)識到，數(shù)控沖床目前仍有其無法取代的優(yōu)越性，其集中體現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：與數(shù)控沖壓成形相結(jié)合的鈑金加工;北京沖壓批量巨大的非切邊沖孔類鈑金加工;密集網(wǎng)孔的鈑金加工。

目前這三種鈑金加工緊密依靠于數(shù)控沖床的特性，仍然在鈑金加工過程中產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

解決方案

本文就如何在合理運(yùn)營成本的情況下完成高質(zhì)量的密集網(wǎng)孔沖壓加工來展開討論。

技術(shù)要求

網(wǎng)孔零件大致有以下幾類產(chǎn)品：機(jī)柜基站的通風(fēng)門板、地鐵隧道的普通墻板和天花、流體設(shè)備的篩網(wǎng)、劇院會場等公共設(shè)施的消音墻板。

各個不同產(chǎn)品的網(wǎng)孔沖壓技術(shù)要求：⑴機(jī)柜類別的網(wǎng)孔要求更大的通風(fēng)效率，因此對密集度有較高的要求;⑵隧道類墻板和天花相對是為了有限降噪和減重，因此更多的是對平整度有一定的要求，從而便于現(xiàn)場裝配;⑶流體篩網(wǎng)除了對通過效率有要求的話，還因?yàn)榱黧w本身所帶來的壓力對零部件的剛度有較高的要求;⑷公共設(shè)施類的消音墻板往往要求加工的孔洞直徑較小，同時對產(chǎn)品的表面質(zhì)量也有很高的要求。

由上可見，我們所討論的密集網(wǎng)孔沖壓，并不是簡單的“打篩網(wǎng)”，而是有著一定技術(shù)含量的高效鈑金加工工藝，并且會因?yàn)榧庸S家對于部分技術(shù)要求的疏忽而造成海量的經(jīng)濟(jì)損失，這些損失不僅僅體現(xiàn)在普通模具的大量快速損耗，還體現(xiàn)在為此而不得不進(jìn)行的二次、三次加工，以及由此帶來的意外的次品率和報廢率。

特殊要求

典型的群孔沖壓案例和相應(yīng)技術(shù)要求。

⑴客戶不允許二次矯平的密集網(wǎng)孔板(圖1)。此類網(wǎng)孔板的技術(shù)難點(diǎn)主要在于群孔沖壓后的巨大撓度，以及由于板材翹曲造成的沖壓過程中的撞板事故。

⑵孔距與板厚非常接近的密集網(wǎng)孔板。此類網(wǎng)孔板的技術(shù)難點(diǎn)在于網(wǎng)孔間材質(zhì)，由于過近的孔距所造成的扭轉(zhuǎn)，從而容易造成整張網(wǎng)板的報廢。

⑶孔徑與板厚非常接近的密集網(wǎng)孔板。此類網(wǎng)孔板的技術(shù)難點(diǎn)在于孔徑幾乎接近甚至小于板厚，由此造成沖壓過程中的模具頻繁斷針，使得整個沖壓效率過低，導(dǎo)致成本過高。

⑷材質(zhì)較為堅硬的密集網(wǎng)孔板。此類網(wǎng)孔板的技術(shù)難點(diǎn)在于由于板材材質(zhì)的抗剪強(qiáng)度較大，從而引起模具沖針的快速磨損，并加劇斷針產(chǎn)生的頻率，導(dǎo)致超高的產(chǎn)品報廢率和模具耗損率。

⑸鋁/鋁合金材質(zhì)的密集網(wǎng)孔板。此類網(wǎng)孔板的技術(shù)難點(diǎn)在于鋁板在沖壓過程中會產(chǎn)生巨量的鋁碎屑，粘留在模具表面和模具導(dǎo)套內(nèi)部，在反復(fù)的碾壓過程中，造成模具的快速磨損乃至報廢。

上述這5種網(wǎng)孔板的沖壓，基本上涵蓋了目前各個廠家所碰到的較為頭疼的問題，并始終揮之不去。

而與此同時，很多廠家也在該種工藝中采用了一些錯誤的方法，導(dǎo)致了該問題的進(jìn)一步的加劇，譬如：

⑴使用了對中度較差的，甚至無法保證對中度的數(shù)控沖床。部分品牌的數(shù)控沖床的大尺寸工位(譬如厚轉(zhuǎn)塔類型沖床的D工位和E工位)的對中度實(shí)際上非常糟糕，此外，即使是有口碑的數(shù)控沖床，如果沒有得到很好的維護(hù)和保養(yǎng)，其對中度也一樣會隨著時間的推移而喪失。如果此時錯誤的選用了該工位，那么品質(zhì)再好的模具，想法再周密的方案都會成為空談。

⑵使用了對中精度較差的模具導(dǎo)套。在選用群孔沖壓的導(dǎo)套時，生產(chǎn)廠家務(wù)必要使用導(dǎo)向精度高，與工位配合度高，同時質(zhì)量過硬的，具有一定口碑的導(dǎo)套，同時越新越好，因?yàn)閷?dǎo)套的導(dǎo)向精度與群孔沖壓時碰到的各種質(zhì)量問題息息相關(guān)。

⑶使用了材質(zhì)較差，紅硬性指標(biāo)過低的沖芯和下模。群孔沖壓是一種密集加工工藝，因此，群孔模具里面的沖針?biāo)?jīng)受的沖壓打擊頻率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通模具的沖芯。特別是很多廠家由于工位或者資金的限制，往往使用一套群孔模具來打擊上萬個網(wǎng)孔時，沖芯和下模的材質(zhì)的好壞，以及紅硬性的差異，將會直接決定群孔沖壓成功與否。因?yàn)榱淤|(zhì)的沖針會因?yàn)槌掷m(xù)高溫而使得其硬度過快失效，導(dǎo)致嚴(yán)重的質(zhì)量事故。

⑷使用了表面粗糙度太大，或者沒有涂層的沖芯。很多劣質(zhì)的沖芯的刃部并沒有得到精磨處理，因此刃部側(cè)面的粗糙度很大，由此帶來巨大的摩擦系數(shù)，導(dǎo)致沖芯表面上很容易產(chǎn)生積屑瘤，并在沖壓過程中反復(fù)擠壓沖芯和下模，造成快速報廢。而沒有涂層的沖芯，在沖壓不銹鋼板和鋁板時，則會在黏著磨損和擠壓磨損的雙重影響下，造成了模具的快速鈍化。

⑸使用了錯誤的群孔模排版。群孔模具的排版也同樣是一門學(xué)問，很多工程師誤以為在排版的時候，群孔沖針的數(shù)量越多越好，這實(shí)際上是個巨大的效率黑洞。

沖針數(shù)量的選擇的原則是，如何用最少的沖壓次數(shù)完成網(wǎng)孔零部件的制作，而非在一個工位上布入最多的沖針。以下為一個簡單的實(shí)例來說明，如圖2所示為1個20孔的零部件，如果采用單孔打擊的話，需要20次完成針對這個零部件，就會產(chǎn)生很多種群孔模具的排布方式，譬如2×2布局(圖3)可以一次性完成4個孔的沖壓，3×2布局(圖4)可以一次性完成6個孔的沖壓，但是經(jīng)過模擬我們發(fā)現(xiàn)一個有趣的現(xiàn)象：2×2布局實(shí)際上只需要進(jìn)行4次群孔沖和4次單孔沖，就可以在8次內(nèi)完成這個零部件的加工;而2×3布局卻需要2次群孔沖和8次單孔沖，即需要10次沖壓才能完成該零部件的加工。將這種案例擴(kuò)大到一個有著數(shù)千網(wǎng)孔的零部件的話，那么就更容易看出，合理的群孔模具的排版所帶來的巨大的效率提升。

⑹使用了錯誤的編程和路徑。群孔沖壓的編程同樣也是一門深厚的學(xué)問，部分工程師將刀具導(dǎo)入軟件后，直接啟動自動排版路徑，并直接采用這個路徑作為群孔沖壓的路徑。在這里需要強(qiáng)調(diào)的是，不同的公司出品的不同的軟件，由于其核心算法的不同，會產(chǎn)生效率，效果截然不同的路徑，從而導(dǎo)致不同質(zhì)量的網(wǎng)孔板產(chǎn)品。另外，部分工程師由于懶惰的原因甚至將群孔模進(jìn)行順序沖壓，將沖壓累積的形變勢能向板材的一端推送，最終造成了一個翹曲極其嚴(yán)重的產(chǎn)品。

⑺使用了錯誤的沖壓方式。有不少的鈑金加工從業(yè)廠家，用一個B工位的模具來沖壓網(wǎng)孔產(chǎn)品。且不論上萬次沖壓所帶來的嚴(yán)重低效加工，單這上萬次沖壓所帶來的多余的形變勢能所造成的板材翹曲就很大。

技術(shù)方案

接下來，我們可以針對群孔沖壓應(yīng)用中最難點(diǎn)的微孔距和微尺寸群孔沖壓，來給出相應(yīng)的技術(shù)方案。

⑴所謂微尺寸群孔沖壓，是指每個單孔的直徑與板厚之間非常接近的群孔沖壓方式，如果按照材料材質(zhì)來劃分的話，那么在下述比例范圍內(nèi)孔洞尺寸符合對于微孔的定義：針對鋁板，單孔孔洞直徑為板厚的 50%～120%;針對碳鋼板，單孔孔洞直徑為板厚的75%～120%;針對不銹鋼鋼板，單孔孔洞直徑為板厚的100%～150%。

⑵所謂微孔距群孔沖壓，是指每個單孔之間的邊距與板厚之間非常接近的群孔沖壓方式，雖然每個單孔的孔徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于板厚。這種方式最大的難點(diǎn)在于孔間材料在反復(fù)的沖壓過程中所產(chǎn)生的扭曲和變形。

1)微孔/微距群孔沖壓存在的問題：群孔模具的部分沖針容易產(chǎn)生斷針。產(chǎn)生這個問題的原因在于，由于機(jī)床和模具的精度，以及對于沖針的加持問題，使得沖針與下模側(cè)邊產(chǎn)生不必要的刮擦或者扭轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致了斷針的頻繁發(fā)生。

2)微孔/微距群孔沖壓的前提條件：

①保證鈑金工廠使用的是市面上有口碑的數(shù)控沖床，由于中國市場上的該類設(shè)備多如牛毛，價格從40～600萬元不等，因此，使用單位首先要對自身使用的數(shù)控沖床有一個正確的評估，看看該設(shè)備是用于滿足一般沖孔的需要，還是有更高的要求，從而決定該項(xiàng)目是否上馬。

②即使是品牌機(jī)床，也需要考察該設(shè)備的使用狀態(tài)，我們必須要使用機(jī)械式，或者光電式對中棒(圖5)，對計劃使用的工位的對中度要進(jìn)行謹(jǐn)慎細(xì)致的檢測，如果該工位已經(jīng)失去了原本應(yīng)有的對中度話，那么該項(xiàng)目將無法進(jìn)行。

③除此以外，使用單位還應(yīng)同時檢查該機(jī)床的夾鉗狀態(tài)是否完好，絲杠和運(yùn)動單元是否運(yùn)行正常，以防止在板材移動過程中的定位失效。

④使用單位還需要與最終客戶確認(rèn)，該零部件在加工時是否允許模具采用油浴潤滑，是否允許板面刷油，如果客戶允許使用潤滑油(圖6)的話，那么還要確認(rèn)自身機(jī)床是否配有氣吹或者點(diǎn)滴油浴潤滑功能，如有請務(wù)必開啟，如沒有，則需要購置多把群孔模具，以防止沖壓過程中產(chǎn)生不必要的沖芯和下模過熱問題，最終導(dǎo)致模具快速磨損乃至報廢。

在確保了以上邊界條件無誤后，我們就可以導(dǎo)入全導(dǎo)向模具這個概念，來完成微孔/微距的群孔沖壓工藝了。

3)全導(dǎo)向模具特征。

所謂全導(dǎo)向模具實(shí)際上就是模具廠家，利用自身的高精度加工能力，將先熱處理的高硬度材質(zhì)進(jìn)行硬加工，在確保模具導(dǎo)套不受后道熱處理影響的同時，還引入高精度的研磨工藝，從而保證了模具的每個零部件具有盡可能小的配合比，使得整個模具的裝配公差鏈達(dá)到最小。

以MATE生產(chǎn)的厚轉(zhuǎn)塔超能全導(dǎo)向模具，或者村田馬拉松全導(dǎo)向模具為例，最終體現(xiàn)在客戶面前的是，其沖芯可以通過退料板的開口，同時在每邊僅僅留下0.02mm的間隙，從而保證了沖芯在沖壓過程中，可以直上直下，也可以落在下模開口的中心位置，從而在模具這一端，盡可能的保證了沖針與下模孔之間的對中度。

通過這種方式，在客戶端保證了機(jī)床精度的同時，模具也將自身的精度提高到盡可能高的水平，從兩個方面確保了微孔/微距群孔沖壓的正常進(jìn)行。

4)全導(dǎo)向微孔/微距沖壓注意事項(xiàng)。

于此同時，客戶端還需要密切注意中國沖壓以下的問題：

①機(jī)床的操作工是否受到過常規(guī)的培訓(xùn)，是否能夠通過聽覺和視覺來判斷模具的沖壓狀態(tài)是否正常，是否需要研磨，是否需要再次調(diào)整工位對中度。

②該群孔產(chǎn)品的孔洞數(shù)量與密集程度將決定，該產(chǎn)品的加工是只需要一副模具即可，還是需要若干副模具來減少孔洞過多所導(dǎo)致的模具過熱問題。

③工藝工程師是否選對了群孔模具的布局，以及是否編程了正確的蛙跳式群孔沖壓程序。

④群孔沖壓是否選擇了相應(yīng)的沖壓速度和板材移動速度，是否執(zhí)行了對于模具和設(shè)備的按時保養(yǎng)，國際沖壓是否執(zhí)行了對于零部件毛刺狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控。

來源：中國鍛壓網(wǎng)