高速冷冲压模具结构优化设计

周逢海

（安徽中智光源科技有限公司，安徽铜陵 244000）

0 引言

目前我国制造产业正处于升级转型的过程当中，在现代工业生产当中进行模具结构的优化设计，可以显著提高产品的质量与对应的等级。应用高速冷冲压模具可以显著提高产品的成材率，降低产品的成本。从目前的生产情况来看，高速冷冲压模具在运行过程中存在着一些比较明显的失效问题，从结构方面对这些问题进行调整，可以促进产品质量的提升。

1 高速冷冲压模具结构

高速冷冲压模具结构的创新，是建立在原有结构基础优化分析基础之上的。经过近多年的发展，目前我国在高速冷冲压模具的生产与设计上已经有了比较高的工艺水平。以计算机模具元件的生产为例，主流的模具型号有CAD/CAM 等，它们的模具就有比较好的结构性能，应用在标准件的生产当中可以显著提高生产的精度。同时，应用这种高速冷冲压模具，设备生产的精准度几乎可以达到GUR 级别，使用覆盖率可以增加45%[1]。

随着技术水平的不断升级，目前我国的高速冷冲压模具有以下4 个发展方向：

（1）在模具生产当中大型设备的比例不断增加，尤其是随着我国零件出口规模的不断扩大，成型模具的生产比例加大。

（2）高速冷冲压模具的生产可以适应一模多腔的生产方式，精度越来越高。2018 年高速冷冲压模具的精度已经达到了2～3 mm。

（3）多功能复合模具发展。高速冷冲压模具除了具备成型零件的生产功能之外，还可以负担一些叠压零件、铆接零件、锁紧零件的相关生产组件任务。

（4）高速冷冲压模具的生产对于复合钢材的性能要求越来越高。这将会促进我国金刚制造工艺的转型与升级，不断提高技术水平，适应目前的模具生产质量要求。

2 高速冷冲压模具结构的优化升级

2.1 高速冷冲压模结构要点

（1）模架部分是整个结构的支撑部分，它需要等级比较高的高精密钢珠进行导入的支撑。在材料的选择上，只有高精度的钢材和铝合金材料才能够满足目前模具的生产要求。除了模架，模具的支撑部分还有冲头固定板、布料背板、拨料板、模仁固定板、下模垫板等，它们均以高精度的铝合金作为主要的生产材料。

（2）导柱部分是整个高速冷冲压模结构运用最多的部分，主要采用滚动支撑结构。在设计的过程中，需要不断突破冲裁的间隙，来控制冲床的运行参数。

表1 高速冷冲压模具的先进性

（3）卸料弹簧结构可以在弹簧压力控制数量及分析的匹配情况下，对弹簧压缩量进行极限调整。优秀的卸料弹簧既可以排布均匀，避免设备运行过于疲劳而出现生产事故，还可以运行灵活稳定，提高整个压缩极限的数量。

（4）卸料螺钉一般根据高速冷冲压模具的规格型号和尺寸而定，目前在计算机零件的冲压结构当中，主流采用M10 螺钉。这种螺钉可以承受多次的冲击，对于负载造成的相关破损具有一定的承受能力[2]。

（5）高速冷冲压模具运行过程当中，在单位时间内工作零件的凸面与凹面接触次数是非常多的，如果不对这种磨损情况进行优化控制，那么整个设备的使用寿命就会下降。要选择硬质合金等相关以性能比较好的生产材料，对工作零件的具体生产情况进行相应的及时调整。

（6）导向部件是保障高速冷冲压模具够运行稳定的关键元素，只有进行准确的定位才能保障带料平稳。

2.2 高速冷冲压模具的失效问题

2.2.1 冲击力失效

在模具运行的过程当中，高速冷冲压模具材料的接触次数可以达到上亿次。在这种长时间的连续冲击下，突出的结构部分很容易在荷载压力的应力作用下产生不良的振动。不仅会造成金属的疲劳现象，还会啃伤刃口，导致整个结构的冲击力下降。

2.2.2 模具的发热

冲压速度的问题还会引起整个高速冷冲压模具的发热现象，甚至在发热情况比较严重的情况下，发热可以超出正常温度的240%。在这样的高温环境下，一些钢结构的材料会发生变软和变形现象，导致硬质合金的实际形态受到影响。

2.2.3 失钴现象

在冷冲压模具运行的过程中，如果没有按照规定使用润滑油，就有可能引起刃口材料的失钴现象，从而导致整个模具的磨损情况加剧，无法适应后续的连续工作生产。

2.3 高速冲压模具失效的影响

（1）模板变形可能会导致模具出现凹坑或者是翘起，在制作产品的过程当中就会影响产品的实际形态，以及生产出来的硬度，甚至由于一些热处理工艺不合格问题，可能会导致产品的强韧性达不到要求，存在局部的超载现象。

（2）模具失效可能会导致材料与配料之间存在较大的摩擦，从而影响整个生产材料的稳定性，导致振动增加、温度上升、机械性能受到影响等。在这个过程中，配料就可能存在过度润滑或变形加剧的问题。

（3）疲劳失效可能会导致工件加工的过程当中出现应力集中现象，以及循环荷载现象。这时，工件的原料可能会出现屈服强度超过原本核载的情况，产生一些细微的裂痕，在应力集中模式下这些裂痕会逐渐扩大，进行影响整个制造元件的一体化程度。

2.4 结构优化设计要点

（1）控制变量分析。

当高速冷冲压模具的材料一定时，也就是采用规定型号的金刚以及铝合金，生产时间是一个定值，选择的材料性质越软、双向挤压力也就会越大。在这种生产情况下，如果连续作业，就会对高速冷冲压模具的刃口形成损伤，在生产的过程当中容易发生粘结和啃磨的现象[3]。材料的性质越软，黏结现象发生的频率就越低，在这种情况下采用冲切间隙控制的方式，可以将挤压力调整到最大。

不同型号的模具承载极限如表2 所示。

表2 结构规格参数

因此，在模具结构优化的过程中，要对冲切下料加工环节进行控制，从而提高模具维护的周期，降低模具表面的粗糙程度。通过对异常磨好状态的细节分析，确定研磨量，从而提高模具的使用寿命。

（2）结构优化设计：①对于高速冷冲压模具的凹线模具零件进行固定组装，并通过废屑上升的空气压力控制，防止外界的污染物质进入到模具当中，影响整个模具的具体运行情况；②适当缩短模具的长度，降低模具的承重总量；③利用s4541 型号的铝合金板等替代传统的生产材料；④使用经过阳极处理的铝合金板，全面提高模具的生产强度与生产质量。

3 结束语

综上所述，对高速冷冲压模具的结构进行调整，可以降低使用过程当中的磨损情况，提高产品加工的精度。从本文的分析可知，研究高速冲压模具的结构优化，有利于从发展的角度看待目前模具生产过程的失效问题，因而要加强系统研究，促进结构的优化升级。