冲压模具的设计与制造分析

潘志勇 欧服科技（沈阳）有限公司

目前，我国装备制造业经济的快速发展已经变得尤为惊人和迅速。在我国传统制造业科技进步日新月异的基础上，机械制造业也面临着新的经济发展形势。随着机械科学技术的飞速发展，在生产力提高、速度变化的发展趋势下，市场对冲孔、滚压铸造模具制造技术制定的机械产品标准越来越严格。传统的机械模具产品加工和制造工艺生产方法，无论是在产品精度和效率方面，似乎也充分揭示了机械模具的使用寿命，可以看出它有很多缺点。

一、冲压工艺展望

冲压成形模是通过冲压模具设备和成形压力机直接加工工件材料或在现场施加任何外力，以获得客户所需形状的几何公差和几何尺寸。在现实生活中，有许多大型机械设备制造过程可能需要同时用于冲压模具加工。例如，汽车上的许多重要零件，如冲压车身和底盘总成，往往需要进行组合。因此，掌握冲压制造工艺和冲压模具技术的使用是不言而喻的。我们必须同时进行所有冲压设计工作，规划和设计各种冲压制造过程中的工艺流程，包括模具设计和制造以及零件制造。对于冲压模具制造工艺，还需要根据现有各种模具的各种冲压工艺流程，对各种模具产品的机械结构进行工艺设计和制造。目前，我国冲压模具制造设备的生产率水平不能真正满足绝大多数中国人的实际需求。它往往需要重复进口，不能完全满足中外大型模具企业高标准、高重复利用率、高效率、多功能门类和个性化生产的基本要求。因此，我国冲压模具行业需要大力进行数字化改革，从工艺设计制造到装备制造，还需要跟上社会制造业发展的主流趋势——绿色智能制造现代化和生产数字化。

二、冲压模具的设计分析

（一）提高加工效率

在金属冲压成形模的设计、制造和加工中，利用现代数控技术进一步优化传统的加工和制造设计过程，进一步打破传统单一工艺模式设计的缺陷，并提高模具加工设计水平和加工过程管理效率，进一步保证冲压产品质量的一致性。通过采用数控技术独立进行精密冲压和模具实体加工，保证了模具实体形状与精密设计精度之间的高度相似性，可以对各种模具零件的加工尺寸精度进行更详细的规划，能够准确灵活地实现对过程中几个主要工艺环节的精确控制，灵活调整模具加工模数，提高整个模具整体加工质量的相对精度。减少了一些相对不需要控制的加工环节，保证了模具相对准确、高水平的工艺操作水平。

（二）提高设计精度

与传统的冲压和模具工艺设计相比，针对冲压件排样工艺和冲裁应力计算中出现的实际问题，一定要充分利用模具设计人员积累的生产实践和操作经验。冲压过程一旦出现任何实质性问题，势必间接影响冲压产品的加工质量水平、精度和工艺质量，企业遭受的巨大损失更难以预测。基于新生产技术的应用，冲压模具材料的制造和加工手段将逐步简化冲压模具材料的设计和制造过程，从而逐步提高材料设计的准确性，使冲压模具材料设计过程更加科学合理，并从根本上解决了冲压模具的高质量设计问题。

（三）降低组件损坏率

冲模的装配和调整方法应主要包括调整方法、分组方法、互换装配方法和修复方法。这四种方法之间可能存在一些差异，它们也可以灵活有效地应用于成形模的制造和加工系统中。根据照相反应的加工过程选择各种进口加工和装配方法，可以大大提高模具零件加工和装配的精度要求，显著降低装配损坏率，提高模具制造和生产的整体效率。

三、冲压模具的制造分析

（一）零件热处理

热处理退火工艺热处理是模具零件制造和加工过程中另一种成熟和常用的成形方法。其形成过程的主要环节是退火-淬火和回火-淬火-渗碳-再氮化。可同时进行热处理的材料在金属硬度等级方面也必须完全满足设计要求，因此，在选择热处理材料时，必须首先关注材料本身的金属硬度，以便在热塑性加工和成型过程中，能够很好地控制模具的内应力，以确保其满足待加工成形零件的模具尺寸，减少后期加工变形。其次，由于处理过程中使用的材料类型不同，应在处理过程的要求等许多方面做出相应的差异。特别是随着近年来我国开发的各种新型处理工艺材料产品的应用，其材料处理和加工技术的应用选择也需要有更明显的应用多样化。但同时，对于一些超脆性金属材料，其表面的热表面淬透性要求往往低于铸钢。在热表面淬火和加工热处理过程中，必须与零件内部保持相对高度和良好的温度连续性，否则会在整个零件中出现一系列质量问题，如逐渐老化导致的表面裂纹和极低的耐热系数，整个焊接部件的结构材料的实际焊接质量降低。为了进一步有效提高冲压模具零件的制造质量、性能和交货质量，在零件加工制造过程中，还需要对相关零件的制造和热处理生产过程进行严格、详细的全过程控制，特别是在零件热处理控制全过程的管理中，应着重满足以下要求：（1）逐步建立健全零件热处理工艺和工艺管理的有效监督考核体系，加强工艺技术人员能力的有效培养，提高专业技术水平和专业技能。在产品图纸的基础上，详细阐明并提出零件产品的工艺热处理工作流程描述和工艺相关标准操作方法，确保所有零件的质量和性能符合标准。（2）制定加工生产设备维护保养的检查维护或大修制度，定期进行现场维护或修理工作，确保设备在生产加工过程中的性能和完善。安全使用考核标准卡和安全点检维修记录表应及时张贴在主要设备放置地点。（3）必须严格检查零件加工所用材料的工艺质量。不同类型的零件材料往往需要同时使用三种不同类型的机械热处理技术，以避免通用材料的单一加工热处理方法。必须区别对待，尽一切努力提高零件整体切割的精度、性能和质量。

（二）模具零件加工（精加工）

对于一些热处理工艺完成后形成的精密小零件，由于其长期低温加热，会出现局部轻微的小变形。因此，有必要进行新的表面精密磨削加工和表面加工，从而逐步形成下一步精密加工过程的基准，为后续精密小零件的表面加工和精加工奠定基础。在磨削和数控加工两个领域，目前常用数控加工方式的精密数控机械设备主要涉及平面磨床、光学磨床和数控内外角双圆弧磨床三种新型专业机床。其中，平面磨床设备的一般工作和用途主要是磨削毛坯面，为工件准备零件切割和模具加工。其主要功能是加工和磨削的基本内容，包括磨削平面、基准面磨削、磨头平面磨削和边缘端面磨削；外圆磨削和内圆磨削的部分机床主轴零件主要用于机床导柱端面的精密磨削，加工制造各种圆凸模具零件的端面及其他相关几何尺寸的模具零件，磨削各种模具零件表面的内外圆表面。内圆磨削和外圆磨削的一些端面也可以直接加工，用于机床导套表面的精密磨削，用于圆凹模零件端面和其他几何尺寸相关零件端面的表面切割或加工，主要切割任务是外圆和内圆表面的精磨等；成形砂轮用于磨削。固定磨削工艺一般可以直接进行凸模和圆凹模的镶块，或直接完成电极等零件表面的曲面。一般需要在专用光学磨床的夹具上进行研磨，也可以直接在专用平面磨床的夹具上进行研磨，但一般需要结合专用研磨夹具进行研磨和固定，然后根据需要使用专用砂轮夹具进行成型研磨或固定；光学曲线精磨的主要工艺技术主要针对可直接使用的复杂零件的一些精加工细节，如孔曲线、精磨零件表面，或针对结构更复杂的零件表面的一些精磨表面处理方法和表面加工技术；坐标磨削的主要技术主要是指一项专有技术，专门用于设计或直接设计复杂零件的孔曲线（淬火后），以对表面零件进行更高精度的微加工。在精密磨削零件的过程中，往往容易产生机械变形和机械裂纹。为了防止这种异常情况的发生，我们需要严格控制砂轮精密磨削时的机械进给余量，使用少量的进给刀来保证砂轮的冷液充分循环，并使用各种最适合自己的精密砂轮。如果使用的零件材料含有大量的铬、钒、铁和钨钼，还需要注意使用GD单晶刚玉砂轮；如果材料本身的淬火表面硬度值较高，则砂轮一般采用金刚石砂轮，其表面有机粘结剂也能充分保证其产品的性能，从而具有更好的表面自磨性。

（三）模具制造工艺

（1）模具外壳的材料选择。冲压模一般主要加工钢板、铝等硬质材料。因此，模具的设计需要具有相对优良产品的材料特性，如冲压刚度、硬度、耐磨性和导热性，以避免模具材料的频繁更换。

（2）用于模具零件材料表面的表面粗化。首先，模具零件通常需要通过手动数控进行粗略切割。如果精度不太高，一般可以选择使用垫板零件进行精确的点加工和定位，然后将其交给专业的模具大师手动数控铣床进行精确的钻孔和铣削，如果精度要求较高，一般可以使用direct NC程序自动设置加工，自动更换加工和刀具，并独立手动完成直接数控加工。

（3）零件表面的机械热处理。在表面热处理过程中，工件材料通常需要选择一定硬度的原材料，以避免零件材料加工和热处理后变形。因此，表面热处理前的维护过程变得更加重要。因此，我们需要特别注意热处理前后工艺和设备系统的全面维护，并对工件材料和加工进行个性化处理，提高产品表面加工和热处理的维护质量。

四、结语

在模具生产和销售过程中，产品制造成本降低，企业利润逐年稳步增长。因此，我们必须与时俱进，实现整体设计、研发和创新的不断改革、优化和科技创新；冲压模具设计制造模式，坚持绿色、节能、环保生产理念，实现模具资源开发的协调、可持续、快速发展，应用计算机数字技术加工和模具计算机辅助加工设计，逐步深入优化冲压制造工艺，优化模具内部制造结构，降低冲压设计过程中人工和失误造成的失效概率，提高冲压模具生产的设计精度和设计水平，延长冲压模具零件的正常使用寿命，而优化冲压模具的工作模式可以显著提高企业生产力的综合运营竞争力。