1 精冲件的工艺特点
在进行精密冲模设计时，必须先针对零件的形状特征和性能要求开展可行性分析。需要着重考察的典型形状特征有：内外的圆弧过渡大小、狭缝宽度、狭缝间距、开孔直径以及孔口距离等；性能要求主要涵盖尺寸准确度、位置偏差限制和冲切面的平整度，通过这些特征数据结合零件的材质和板厚等核心要素，可以对精密冲压的复杂程度进行分类判断。挑选出汽车锁具中的三个典型精密冲压零件当作分析目标，参照图1，针对这三个零件的几何构造以及技术参数的解决措施进行深入探讨。
1.1 内外圆角半径
所有冲压零件的边缘和角落部位，都必须配置恰当的弧形连接，这样可以避免因受力不均造成的断裂问题，也能够减轻凸模和凹模的局部损耗以及崩裂现象，详细设计必须遵循以下要求。
当外部角度A等于90度，外部圆角半径需大于等于材料厚度0.25倍，最小值不得低于材料厚度0.15倍；内部圆角半径需大于等于外部圆角半径0.6倍，即不小于材料厚度0.09倍，如图2所示。
当A不等于90度，角度数值偏小，R/t的临界数值需要相应调大，例如A等于60度，R/t数值需提升到0.18，研究的汽车锁具精冲件具备A
1.2 槽宽和槽边距
对于具有凹槽特征的精冲零件，参照图3，其凹槽宽度a和凹槽间距b的设定必须遵循以下规范：首选的宽度与间距比例a/b应不小于1.5倍的料厚t，而可接受的最低比例a/b不应低于0.6倍的料厚t。零件1的凹槽构造中，宽度与料厚之比a/t达到了0.4，已经低于临界值0.6t，因此需要采用凹模组合构造作为应对措施。
1.3 圆孔和圆孔边距
对于带有圆形开口的精密冲压件，其开口尺寸D和开口间距c的设定应遵循这些原则：建议D/c的比值至少达到1.0倍的料厚t，而极限最小值不能低于0.6倍的t。汽车门锁的精密冲压件采用0.6t的临界设计参数，由于该零件的几何特征和实际尺寸限制，其凸模与凹模的组合方式以及固定方法成为此类精密模具设计的关键技术难点。固定凸模和凹模的构造方案，需要同时顾及承压能力与工作持久性，还要权衡生产费用和检修更换的便利性。在综合评估了多种可能性并付诸实际应用后，这种精密冲压模具最终选用了通过热力铆接来固定凸模和凹模的设计方式。
1.4 精冲断面质量
该精冲件质量检测体系必须严格把控两项核心数据：光亮区域在截面中的比例（h/t）以及裂口边缘的长度e，如图4所示。汽车锁具所用的三种精冲件，其内外截面的光亮区域比例h/t需达到90%以上，同时裂口等级必须为Nr.1级，即裂口边缘长度e要小于或等于0.3毫米，表面粗糙度标准为Ra0.8微米。要实现精冲零件的高标准，必须全面权衡模具零件的加工精确度，选择恰当的凸模凹模配合间隙，以及确定模具零件的适宜材料。
1.5 零件材质和尺寸形位公差
这三种精密冲压件选用锁具生产里经常应用的30CrMo合金结构钢，经过热处理之后，硬度需达到46到52HRC的范围。相关实验表明，30CrMo材料通过实施球化退火工艺，能够获得很高的球化程度，其程度可达到95%，并且球化之后的硬度介于130到160HV之间，这种处理方式能显著提升材料的精密冲压加工适应性。零件重要尺寸的允许偏差：中心孔的偏差范围是0.05毫米，外形轮廓的偏差范围是0.06毫米，内、外尺寸的精度等级介于IT10到IT11之间，这些指标都处在标准精密冲压加工的允许区间内。
2 精冲模设计优化
依据汽车锁具里三个典型精密冲压零件的构造特征，构思了模块化精密冲压模具构造方案，考察了冲切间隙对截面品质的作用、V形齿圈进行压紧的可行性以及嵌入式热铆凸模的固定方式等核心技术要点，制定了改进措施，旨在提升精密冲压零件的精密冲压水准、模具的使用寿命和生产效能。该系列液压精冲设备从60吨到630吨，实现了高稳定性，重复定位精度优异，能够适应多种厚度材料，完成高效精密冲压作业。
2.1 模块化精冲模结构
2.1.1 按功能分类
按照精冲模的作用，可以分成三种类型：第一种是基础精冲模，只用来冲切外部轮廓，不涉及内部孔洞的冲切；第二种是组合精冲模，能在同一个操作步骤里同时冲切外部轮廓和内部孔洞；第三种是连续精冲模，在一套模具里面可以完成精冲压平、精冲压凹、精冲折弯、冲孔及下料等多个加工步骤。
2.1.2 按凸模与模座的相对关系分类
依据凸模同模座的相互位置，精冲模能够细分为：第一种是活动凸模的精冲模，其凸模能够相对于模座自由活动；第二种是固定凸模的精冲模，其凸模被固定在模座内；第三种是模块化精冲模，它将精冲模的关键功能模块化，并且与模架分离。
2.1.3 模块化精冲模结构
该精冲模构造如图5所示，包含外部导向系统模架以及内部导向系统模块化结构两部分，其中模架由件1至件8和件31构成。针对不同型号的精冲设备，专门研发了一套标准化模架，能够直接安装在精冲设备上，无需反复拆卸。同时，模块化精冲模的设计与多种模架结构保持兼容性，从而提升了精冲模设计的标准化程度和系列化水平。该组合式冲压模具借助三个定位销三十一个定位槽实现精确定位，同时依靠上下紧固螺栓将其安装在模座上。针对零件的不同轮廓，可以调换模座内的上支撑圈二和下支撑圈六，用以调节受力杆的摆放，从而保证压边作用力与反作用力的准确传递。
2.1.4 模块化精冲模的优势
模块化精冲模结构借助规范化的构思，达成了模具的成套化生产。此类构思方式使精冲模的设计与生产环节更为便捷，显著提升了制造效能。
提升生产效率与减少时间投入：模架具备通用性质，精冲模的设计能够集中精力在工作部件的优化上。针对尺寸接近的零件，只需替换模块化构造中的核心工作部件，就能制作出新模具。这种特性有助于压缩模具制作时间，并且能够降低生产费用。
模块化精冲模在整体构造和细节构思上兼顾了维修与拆装的便利性。这种构造不仅优化了模具的操作效能，还缩短了设备闲置时刻，增强了制造效能。
模块化精冲模经过多年研究与实践检验，证明其能适用于薄板及中厚板材料的精冲加工，具有普遍的适用能力和重要的工程应用意义。
2.2 凸模与凹模间隙
模具间隙对冲裁件边缘质量有显著作用，间隙较小时，边缘光滑部分比例会增大，转角处断裂现象会减轻；而间隙较大时，边缘光滑部分比例会减小，转角处断裂现象会加剧。精密冲裁模具的间隙设定通常遵循这些原则：外轮廓两侧的间隙建议取材料厚度的百分之一，内孔两侧的间隙建议取材料厚度的百分之零点五。
通过试验验证和精冲工艺分析，为保障3个精冲零件冲裁断面质量，运用了满足目标零件质量特性的优化小间隙方案：零件1和零件2（厚度为5毫米）内外形间隙均设定为0.02毫米，零件3（厚度为6.5毫米）内外形间隙均设定为0.03毫米。经过两万次生产测试，三个精冲件断面亮丽区域占比率为百分之百，微小的圆角部分没有出现断裂现象。通过使用较小的间隙，提升了生产精度，当前慢走丝加工设备能够保证凸模和凹模之间的间隙在0.02到0.03毫米之间。该精冲模的模块化构造运用了限位柱进行定位，使凸模与凹模能够精确对准模内深度，这样可以避免因间隙过窄而引发模具零件间的摩擦损伤，有助于延长模具的整体使用年限。
通过研究与实践可知，针对精冲件各部分冲裁断面质量的不同需求，凸模与凹模的间隙可以选用非均匀值，然而要达成这一目标，必须确保卸料板能对凸模、凹模提供有效保护，并且凸模、凹模同卸料板之间的间隙值需在整体轮廓上保持恒定，推荐将其双边间隙设定为0.01毫米。
2.3 V形齿圈压边
精冲模和普通冲模在构造上有一个明显不同，就是带有齿圈压边装置，这种装置是沿着冲裁形状边缘分布的凸起结构。齿圈压边装置主要有三个功能，首先，在冲裁动作开始前就能紧固材料，避免其移动；其次，它能和反压板产生的阻力相互配合，防止材料在冲裁过程中发生弯曲或变形；最后，齿圈的紧固力、凸模的精确推力以及反压板的阻力会同时作用在材料即将被切割的区域，形成一种多向受压的情况，从而增强材料的塑性。压边圈构造存在多种形态，然而在厚板精密冲压制造过程中，通常首先选用V状齿圈压边构造。
2.3.1 采用双V形齿圈压边
对于厚度超过4毫米的中等厚度板材的精密冲压工艺，惯常的做法是使用双V形齿圈进行压边，这种结构通常在卸料板和凹模的相应位置布置V形齿圈，如图6所示。本次研究涉及三个零件的精密冲压模具在初期设计时，选用了双V形齿圈压边方案，详细参数见附表1。但是，实际制造过程显示，模具经过数百次冲压，小圆弧部位凸模发生破损情况，造成塌角偏差和毛边加剧，即便选用更耐冲击的模具材料更换，模具的耐用程度依然达不到标准。通过研究，关键因素在于凹模的V形齿圈在小圆弧区域形成应力叠加，使得凸模圆角位置的挤压应力突破临界点，从而产生挤压破坏。
2.3.2 采用单V形齿圈压边
针对前述难题，舍弃凹模V形齿圈，转而选用卸料板上的单V形齿圈进行压边，具体构造参见图7，并且沿袭表1所列的压边齿高数据（h₁=0.8毫米）。实际制造测试显示，这一优化措施能够确保精冲件截面中光亮区域比例始终达到100%，且小圆弧过渡位置不会出现撕裂现象，同时有效缓解了凸模小圆角部位易发生压溃的状况。零件1和零件2在生产超过万件时才显现出小圆角崩塌的问题，而零件3在生产大约5000件后就开始出现小圆角崩塌的情况。通过试验研究发现，在实际应用中，单V形齿圈的参数可以根据具体需求，从表1或表2中灵活选择a和h₁值。这一改进措施不仅显著延长了模具的使用寿命，也为类似精冲工艺的优化提供了有价值的参考依据。
2.3.3 改善小圆角处的受力条件
为了增加材料的使用效率，选择了双行条料的布局方法，参照图8。在一般的布局规划中，结构复杂或者截面标准高的区域通常设置在进料路径的末端，这样做可以确保这些部分的连接边最为宽裕，从而有利于提升冲切面的精确度，以图8中的零件3布局为例。实际制造时观察到，条料在冲切过程中整体向上弯曲，造成零件3的凸模和凹模的小圆弧位置最先碰到条料，进而引发了提前的压溃损坏现象。为改善小圆角处受力状态，实施以下针对性改进。
提升压边力度，务使卸料板上的V形齿圈完全压实条料，然后进行精密冲裁，促使凸模与凹模刃口实现全方位一致接触，从而减小小圆角部位局部应力的最高值。
调整卸料板和凸模之间的间隙，由于精冲机压边力依靠液压驱动，需要顾及液压系统的响应时间，以便保证卸料板施加的压边力能够将弯曲的条料彻底抚平，然后再实施精密冲切。
凸模的小圆角需要维持R0.2毫米的钝化状态，在刃磨凸模期间，这个小圆角部分无需打磨得极其锋利，要保留大约R0.2毫米的圆弧，这样做能够优化凸模小圆角位置的受力状况，零件三经过这种优化措施后，精密冲压的连续冲压次数达到了两万次，小圆角部分的品质依然处于可以接受的程度，成功克服了变形难题，同时提升了模具的使用年限，增强了生产过程的稳定性。
2.4 凸模固定结构
固定凸模的方式要全面权衡构造稳固程度、制作匹配程度和维护便利程度这些方面，普遍的固定方法如图9所示。
挂台固定结构如图9a呈现出来，这种构造具备制作费用不高、安装方便的好处。不过，要使用这种结构，前提条件是构件的形态必须拥有设置挂台的余地。
（2）螺钉固定构造如图9（b）所示，这种构造适用于凸模有足够空间来开设螺纹孔的情况。在构思时，必须保证螺纹孔不会降低凸模的整体强度。
压板固定结构在图9的（c）和（d）中呈现出来，这种结构利用压板上的凹槽来固定凸模，它适用于凹槽设计完成之后凸模依然能够维持足够强度的情形。
热铆固定结构如图9的e项所示，这种结构利用凸模固定端局部加热铆开的技术，确保凸模稳固安装。它不需要设置压板槽，因此不会降低凸模的强度，不过热铆工艺的操作步骤比较繁琐。
最初方案里，精冲模用了镶嵌式上模垫板固定方式，参考图9（d）。但这个构造有个明显缺点，垫板凹槽会降低上模的整体韧性，凹槽边还容易形成应力集中，使得上模在垫板凹槽位置出现裂纹，最终被拉断而损坏。针对前述难题，改进措施选用模块化热铆凸模安装构造，参见图9（e），此方案排除了压板凹口所致的结构强度下降及应力集中现象，从而攻克了凸模固定的技术瓶颈。
解决零件1中部特殊孔的凸模安装难题，选用复合式凸模安装构造，此构造包含特殊冲孔凸模和凸模承压板。这种构造不仅确保了特殊冲孔凸模的稳固安装，也增强了维护的便利性，有效处理了零件1中部特殊孔的凸模安装及维护困境。
2.5 窄槽部位的结构设计
根据零件1的加工精度标准，决定选用复合式模块化精冲模构造作为最佳选择方案。因为零件1具有狭长槽口构造特点，与之对应的凹模部分呈现窄凸形态，造成这个部位存在承压能力不够的情况，容易发生破损现象。针对这一情况，决定采用凹模嵌入构造方式（嵌入的凹模部件20，参见图5）。这种构造处理了零件细缝区域凹模破损后的修复与调换难题，增强了凹模的构造稳固程度和保养成效。汽车锁芯的三个代表性精加工零件实物，在图10中呈现出来。
