2025年指纹锁行业分析：技术创新与市场前景

  随着智能家居市场的快速发展，指纹锁作为一种高效、便捷的安全设备，正逐渐成为现代家庭和商业场所的首选。2025年，指纹锁行业在技术创新和市场需求方面均呈现出显著的增长趋势。本文通过对指纹锁壳体零件多工位传递模设计的研究，探讨了指纹锁制造过程中的关键技术问题，并提出了优化方案，旨在为行业提供参考，推动指纹锁技术的进一步发展。

  一、指纹锁壳体零件的成形工艺分析

  《2025-2030年全球及中国指纹锁行业市场现状调研及发展前景分析报告》指纹锁壳体是指纹锁的重要组成部分，其结构尺寸和三维模型如图1和图2所示。材料为1304不锈钢，厚度为0.9mm，通过板料冲压成形，适用于大批量生产。传统生产工艺采用单工序工程模和多工序手动上下料冲压生产，生产效率低，且因工序间定位误差累积，废品率高。因此，研究基于伺服机械手自动送料的多工位传递模生产工艺，实现冲压过程的自动化，提升指纹锁壳体零件的生产效率和成形质量，具有重要的经济意义。

  指纹锁行业分析提到指纹锁壳体的整体结构为圆形拉深件，外表面为外观面，内表面为装配面，底面有凸包和筯，侧面有方孔和圆孔，筒口边缘有内收口，凸缘部分有4个切口。其成形工艺主要包括拉深、整形、切边、侧冲孔、侧面收口和切口等工序。侧面收口后，制件凸缘部分尺寸略小于筒壁尺寸，因此切边工序应在侧面收口工序之前，以保证4个切口部位的尺寸精度。根据制件的结构及成形工艺特点，设计使用圆形坯料，并采用机械手同步送料的多工位传递模生产，以保证零件的尺寸精度。

  二、指纹锁零件成形有限元仿真与分析

  (一)拉深工序有限元分析

  拉深工序以侧面收口成形前的半成品制件为研究对象，应用UG软件抽取制件外表面并导入AutoForm进行模拟分析。模拟结果显示，在距离下死点16mm处，制件底角部位开始出现过度变薄并趋向开裂，到达下死点时，趋向开裂部分面积达到5%。进一步失效分析显示，最大失效值设置为0.8，保留0.2的安全裕度，深色区域为失效区域。

  经过CAE分析，采用一次拉深成形，底部出现开裂的风险较大。因此，考虑采用拉深和整形两道工序成形。在第1道拉深工序中，通过增大凸缘圆角半径降低材料注入凹模的阻力，从而降低开裂风险，再通过整形工序来保证制件的最终成形尺寸。将拉深凹模凸缘圆角半径增大至4mm，拉深凸模底部圆角半径增大至3mm，优化后的成形工艺方案是可行的。

  (二)侧面收口成形有限元分析

  侧面收口成形时，为了能够脱料，凹模应设计为活动可分式。在实际成形过程中，活动凹模在完全撑开后，上模斜楔再推动活动凸模滑块完成侧面收口成形。因此，凹模结构对制件的收口成形无影响。在进行CAE分析时，将凹模假想为一整体式，凸模与实际结构一致，为3个活动式扇形凸模。成形模拟结果显示，收口变形区域无开裂，斜楔结合部位无明显起皱。实际冲压生产中，为提高斜楔结合处的成形质量、保证收口部位的尺寸精度，可考虑增加一道整形工序，并在整形工序将活动凸模旋转45°。

  三、指纹锁多工位传递模具设计

  (一)排样设计

  根据CAE分析结果，制定如下工艺方案：指纹锁壳体外形采用拉深、整形两道工序成形;侧面收口部位采用一道成形工序和一道整形工序，在整形工序将活动凸模旋转45°以提高斜楔接触处的成形质量，减小收口处的回弹;切边安排在侧面收口之前;侧面的方孔和圆孔呈180°对称布置，将两处侧冲安排在同一道工序，以提高冲压过程的稳定性，延长模具的使用寿命;为保证凸缘部位4个小切口的尺寸精度，将切口安排在最后。坯料为预先冲裁好的圆形料片，采用7工位机械手同步送料，模具为多工位传递模，具体排样方案如图9所示。

  (二)模具结构设计

  指纹锁壳体零件多工位传递模具结构如图10所示，拉深、整形、切边、侧成形、侧整形、侧冲孔和切口7个工位即为7套单工序模具，共用一个正装结构4导柱模架，运用机械手同步送料，在一次冲压中同时完成制件在7个工位的成形。模具采用四导柱滚动导向模架，每个工位的上、下模间均由小导柱导套构成的导向系统进行导向;拉深和整形工位，压料板也起顶件作用，由内置导柱导套保证其运动的可靠性;侧成形、侧整形和侧冲孔工位，在冲压过程中，活动凹模、滑块等零件在做平面滑动的同时，还随活动垫板一起上下运动，为保证模具内活动零件的运动精度和可靠性，活动垫板的上下运动由4套导柱导套作导向。模具运动时，内外多套导向系统同时导向，以保证冲裁间隙，提高冲压精度。

  (三)送料机械手

  根据各工位具有宽度尺寸一致、下模高度一致及模具闭合高度一致的特点，采用横梁式伺服机械手自动送料的技术方案，实现工件在模内各工位间的运输和位置转换。机械手结构主要由固定板、抓取装置、水平送料装置和垂直送料装置组成。工位间的送料运动路线如图11所示，机械手从初始驻留点Z平移至取料位置Q，下降取料高度至B，上升送料高度至C，平移至放料位置E，下降放料高度至F，上升至初始驻留高度，平移至初始驻留点Z，在垂直、水平两个平面内通过7步运动实现工位间的取料、送料和放料。

  (四)模具工作过程

  7工位水平同步伺服机械手将工件放置到位，在压力机作用下，上模下行，在7个工位同步完成拉深、整形、切边、侧成形、侧整形、侧冲孔和切口。工位1和工位2中制件被压料板压紧后进行拉深和整形，拉深凹模前后两个进气口中的高压空气起辅助出件作用;工位3的切边废料由左右对称布置的废料切刀将其切断后从前后废料槽排出;工位4和工位5活动垫板上的工作零件在随垫板一起向下运动的同时，内侧4个扇形活动凹模块在下模锥形柱作用下撑开形成侧成形凹模，斜楔将压力机滑块的垂直运动变为外侧3个扇形活动凸模沿径向的水平运动，完成侧向成形;工位6下模半圆形压料块随活动垫板下行时在锥形板作用下前后张开，与活动凹模固定板一起压紧工件，前后两个滑块推动冲孔凸模完成侧面冲孔;工位7制件由弹性压料销压紧，活动切口冲头在滑块推动下先完成水平定位，再在上模推杆作用下完成切口冲裁。上模上行，各活动零件在复位弹簧作用下恢复原位，机械手完成工件在模内工位上的传递，并由第1工位机械手进行取料，第7工位机械手完成出件。

  四、指纹锁模具设计要点

  (一)侧面收口工位

  在侧面收口后，指纹锁壳体制件形成倒扣，为便于脱料，将凹模、凸模均设计为可作水平和垂直两个方向联动的活动模组。凹模组由4个活动的扇形滑块和4个活动的L形滑块组成，扇形凹模滑块可沿各自的导向块作径向滑动。凸模组由3个呈120°配置的活动凸模滑块组成。合模时，上模氮气弹簧的弹力大于下模活动垫板弹簧的弹力，下模弹簧压缩，整个凹模组和凸模组随活动垫板一起向下运动，在下模锥形柱的作用下推动4个扇形凹模滑块沿径向外移，并带动L形滑块一起撑开，形成侧面收口凹模。当活动垫板接触到下模板后，上模氮气弹簧压缩，斜楔推动3个活动凸模滑块同时运动，完成侧面收口成形。上模上行，在复位弹簧作用下扇形凹模沿径向内收，并带动L形滑块复位，活动凸模滑块向外分开，以方便侧面成形后的取件。

  (二)侧冲孔工位

  为便于制件的放置、压紧及取出，将压料块设计为两个半圆形活动结构，两个冲孔凹模也设计为可前后运动的活动滑块结构。上模下行，锥板推动两个半圆形活动压料块前后张开，同时前后两个凹模在斜楔作用下向中间滑动，并一起压紧制件。前滑块连接冲方孔凸模，后滑块连接冲圆孔凸模，在上模斜楔作用下完成冲孔成形。上模上行，在弹簧弹力作用下两个半圆形活动压料块向中间回收，两个活动凹模向外张开，滑块带动凸模复位，方便冲孔后取件。

  (三)切口工位

  由于凸缘直径略小于筒壁外径，切口工位刃口冲头需先沿径向运动再向下冲切，冲切完成后，刃口冲头需先向上抬起再沿径向退出，运动空间范围小，运动过程复杂。因此，将刃口冲头放置在下模，与滑块通过燕尾槽相连，且可沿燕尾槽上下滑动。上模下行，斜楔推动滑块带动刃口冲头沿径向运动，到达冲切位置后，上模继续下行，刚性推杆推动刃口冲头向下运动完成冲切。上模上行，在弹性顶杆作用下刃口冲头回到初始高度，上模继续上行，斜楔脱离滑块，在内置复位弹簧的作用下刃口冲头在平面内复位。弹性压料销起压料作用，防止制件偏移，导正销实现工件的精定位。冲切完成后，浮销和顶件块将制件顶出，方便机械手取件。

  五、总结

  通过对指纹锁壳体零件的拉深和侧面收口成形过程进行有限元分析，优化并获得了合理的工艺方案，有效降低了模具的设计与制造成本。将工作零件设计为活动式模组结构，可以很好地解决侧面收口成形后制件因筒口边缘部位形成倒扣特征而造成的放料、定位和取件困难的问题。本研究为指纹锁壳体零件的工艺方案优化及模具结构设计提供了有益的参考，有助于推动指纹锁行业的技术进步和市场发展。

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